KR102629065B1 - 극판의 정렬 검사를 위한 스택 비전 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

양극판, 음극판, 및 분리막의 상호 정렬 상태를 한꺼번에 확인할 수 있는 배터리 셀 제조 장치가 제공된다. 극판 스택 유닛; 극판 피딩 유닛; 제1 촬상 유닛을 포함하는 배터리 셀 제조 장치로서, 상기 극판 피딩 유닛은 2매의 극판을 분리막이 개재된 상태로 그립하여 상기 극판 스택 유닛에 공급하도록 구성되고 ―상기 2매의 극판은 음극판 1매와 양극판 1매로 이루어지되 음극판이 양극판 보다 큰 사이즈를 가짐－, 상기 제1 촬상 유닛은, 상기 2매의 극판이 상기 피딩 유닛에 그립된 후, 그리고 상기 스택 유닛에 도달하기 전에, 제1 정렬 정보를 획득하기 위해 촬상을 실시하도록 구성되고 －제1 정렬 정보는 상기 음극판의 정렬 정보 및 상기 양극판의 정렬 정보를 포함함－, 상기 제1 정렬 정보가 상기 제1 촬상 유닛에 의한 1회의 촬상에 의해 획득될 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 셀 제조 장치가 제공된다.

Description

극판의 정렬 검사를 위한 스택 비전 방법 및 장치{STACK VISION METHOD AND APPARATUS FOR INSPECTING ALIGNMENT OF ELECTRODE PLATE}

본 발명은 각형 배터리 셀 제조 장치에서 극판의 정렬을 검사하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 극판 피딩 장치 및 극판 스택 유닛에서 극판의 정력을 검사하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 화학전지는 양극판과 음극판의 전극 한 쌍과 전해질로 구성되어 있는 전지로서, 전극과 전해질을 구성하는 물질에 따라 저장할 수 있는 에너지의 양이 달라진다. 이러한 화학전지는 충전 반응이 매우 느려서 1회 방전 용도로만 쓰이는 일차전지와, 반복적인 충방전을 통해 재사용이 가능한 이차전지로 구분되는데, 최근 들어서는 충방전이 가능한 장점으로 인해 이차전지의 사용이 늘고 있다.

이차전지는 그 장점으로 인해 산업 전반에 걸친 다양한 기술분야에 적용되고 있는데, 스마트폰과 같은 이동 통신 장치의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐아니라, 전기 자동차의 에너지원으로도 주목받고 있다.

이러한 이차전지는 양극판, 분리막, 음극판이 순차적으로 적층되어 전해액에 담가진 형태로 이루어지는데, 이와 같은 이차전지의 내부 셀을 제작하는 방식은 크게 두 가지로 나뉜다.

소형 이차전지의 경우 음극판과 양극판을 분리막 상에 배치하고 이를 말아서(winding) 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 제작하는 방식이 많이 사용되는 반면, 보다 많은 전기 용량을 가지는 중대형 이차전지의 경우에는 음극판과 양극판을 분리막과 적절한 순서로 적층(stacking)하여 제작하는 방식이 많이 사용된다.

중대형 이차전지, 즉 각형 이차전지의 내부 셀을 제작하는데 사용되는 적층 방식 중 하나인 지그재그(zigzag) 타입('z-폴딩' 타입이라고도 함)의 적층 방식에서는, 분리막이 지그재그로 접힌 형태를 이루며 그 사이에 음극판과 양극판이 교번되어 삽입된 형태로 적층된다.

극판이 적층되는 스택 테이블 상으로 극판과 분리막을 공급하는 방법으로 다양한 방식들이 공지되어 있다.

공개특허 제10-2009-0030175호(2009.03.24. 공개)는 카트리지에 놓인 양극판과 음극판이 각각 이송 로봇에 의해 정렬 트레이로 이송되고, 정렬 트레이에서 정렬된 다음 적층 트레이로 이송된다. 적층 트레이가 좌우로 수평 이동할 때 분리막이 적층 트레이 상으로 풀리면서 양극판 또는 음극판을 덮게 된다. 이 과정이 반복됨으로써 극판과 극판 사이에 분리막이 게재되면서 극판의 적층이 이루어진다.

본 발명은 극판 피딩 유닛에서 양극판, 음극판, 및 분리막의 상호 정렬 상태를 한꺼번에 확인할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 극판 피딩 유닛과 극판 스택 유닛 각각에서 얻은 극판 정렬정보를 비교 판독할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스택 비전 방법 및 장치는 다음 양태들 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.

본 발명의 일 양태는, 극판 스택 유닛; 극판 피딩 유닛; 제1 촬상 유닛을 포함하는 배터리 셀 제조 장치로서, 상기 극판 피딩 유닛은 2매의 극판을 분리막이 개재된 상태로 그립하여 상기 극판 스택 유닛에 공급하도록 구성되고 ―상기 2매의 극판은 음극판 1매와 양극판 1매로 이루어지되 음극판이 양극판 보다 큰 사이즈를 가짐－, 상기 제1 촬상 유닛은, 상기 2매의 극판이 상기 피딩 유닛에 그립된 후, 그리고 상기 스택 유닛에 도달하기 전에, 제1 정렬 정보를 획득하기 위해 촬상을 실시하도록 구성되고 －제1 정렬 정보는 상기 음극판의 정렬 정보 및 상기 양극판의 정렬 정보를 포함함－, 상기 제1 정렬 정보가 상기 제1 촬상 유닛에 의한 1회의 촬상에 의해 획득될 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 셀 제조 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 제1 촬상 유닛이 양극판 및 분리막을 투과한 음극판의 실루엣을 동시에 촬영할 수 있도록 이루어진 배터리 셀 제조 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 음극판이 분리막 위에, 상기 양극판이 분리막 아래에 위치하고, 상기 제1 촬상 유닛이 분리막의 하부를 촬상할 수 있도록 배열된 배터리 셀 제조 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 제1 정렬 정보가 상기 분리막의 정렬 정보를 더 포함하는 배터리 셀 제조 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 분리막 위쪽에 배열되되 상기 제1 촬상 유닛이 촬상할 때 작동하도록 구성된 백라이트를 더 포함하는 배터리 셀 제조 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 2매의 극판이 상기 스택 유닛에 적층된 후 제2 정렬 정보를 획득하기 위해 촬상을 실시하도록 구성된 제2 촬상 유닛을 더 포함하는, 배터리 셀 제조 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 제2 촬상 유닛이 분리막의 상부를 촬상할 수 있도록 배열되고, 상기 제2 정렬 정보는 분리막 상부의 극판에 대한 정렬 정보 및 분리막의 정렬 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것인 배터리 셀 제조 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 제2 정렬 정보를 상기 제1 정렬 정보 중 대응하는 정보와 비교하도록 구성된 배터리 셀 제조 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 극판 스택 유닛; 2매의 극판을 분리막이 개재된 상태로 그립하여 상기 극판 스택 유닛에 공급하도록 구성된 극판 피딩 유닛 ―상기 2매의 극판은 음극판 1매와 양극판 1매로 이루어지되 음극판이 양극판 보다 큰 사이즈를 가짐－; 및 제1 촬상 유닛을 포함하는 배터리 셀 제조 장치에서 극판의 정렬 상태를 확인하는 방법으로서, 상기 2매의 극판이 상기 피딩 유닛에 그립된 후, 그리고 상기 스택 유닛에 도달하기 전에, 상기 제1 촬상 유닛을 이용하여 촬상을 실시함으로써 제1 정렬 정보를 획득하는 단계 －제1 정렬 정보는 상기 음극판의 정렬 정보 및 상기 양극판의 정렬 정보를 포함함－ 를 포함하고, 상기 제1 정렬 정보가 상기 제1 촬상 유닛에 의한 1회의 촬상에 의해 획득될 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 극판의 정렬 상태 확인 방법이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 제1 촬상 유닛이 양극판 및 분리막을 투과한 음극판의 실루엣을 동시에 촬영할 수 있도록 이루어진 극판의 정렬 상태 확인 방법이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 음극판이 분리막 위에, 상기 양극판이 분리막 아래에 위치하고, 상기 제1 촬상 유닛이 분리막의 하부를 촬상할 수 있도록 배열된 극판의 정렬 상태 확인 방법이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 제1 정렬 정보가 상기 분리막의 정렬 정보를 더 포함하는 극판의 정렬 상태 확인 방법이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 분리막 위쪽에 배열되되 상기 제1 촬상 유닛이 촬상할 때 작동하도록 구성된 백라이트를 더 포함하는 극판의 정렬 상태 확인 방법이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 배터리 셀 제조 장치가 제2 촬상 유닛을 더 포함하고, 상기 2매의 극판이 상기 스택 유닛에 적층된 후, 상기 제2 촬상 유닛을 이용하여 촬상을 실시함으로써 제2 정렬 정보를 획득하는 단계를 더 포함하는 극판의 정렬 상태 확인 방법이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 제2 촬상 유닛이 분리막의 상부를 촬상할 수 있도록 배열되고, 상기 제2 정렬 정보는 분리막 상부의 극판에 대한 정렬 정보 및 분리막의 정렬 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것인 극판의 정렬 상태 확인 방법이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 제2 정렬 정보를 상기 제1 정렬 정보 중 대응하는 정보와 비교하는 단계를 더 포함하는 극판의 정렬 상태 확인 방법이다.

본 발명에 따르면, 극판 피딩 유닛에서 획득한 극판 정렬 정보를 극판 스택 유닛에서 획득한 극판 정렬 정보와 비교해 볼 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 극판 피딩 유닛에서 양극판, 분리막, 음극판 상호간의 정렬 정보를 한꺼번에 획득할 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

아래의 설명은 첨부된 도면들과 함께 볼 때 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명되지 않으며, 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 극판 피딩 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에 나타낸 극판 피딩 장치를 아래쪽에서 바라 본 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 극판 피딩 장치와 인접한 유닛들을 중심으로 배터리 셀 제조 장치를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3에 나타낸 배터리 셀 제조 장치의 부분 확대도이다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 극판 피딩 장치의 한쪽 그리퍼 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
도 6a 내지 6c는 본 발명의 일 실시예에 따라, 극판 피딩 장치에 적용된 두 개의 캠의 예시이다.
도 7은 본 발명의 극판 피딩 장치에 적용된 두 개의 캠의 다른 예시로서, 캠의 회전 각도에 따른 그리퍼의 폐쇄와 개방 작동을 순차적으로 나타낸 것이다.
도 8은 도 7에 도시된 바와 같이 적용된 캠들의 타이밍차트를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라, 극판 피딩 장치가 제1 위치와 제2 위치 사이를 이동할 때 캠의 작동 및 그에 따른 그리퍼의 작동을 나타낸 것이다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 극판 피딩 유닛과 극판 스택 유닛 둘레에 배열된 카메라 유닛들을 나타낸 것이다.
도 11a 및 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 극판 피딩 유닛이 극판을 그립한 상태를 각각 위와 아래에서 바라본 것이다.
도 12는 도 5a 내지 5c의 그리퍼 부분을 다른 각도에서 바라본 것이다.
도 13은 도 11b에 대해 분리막 및 양극판을 추가로 표시한 것이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 테이블 및 그 주변 구성을 나타낸 것이다.
도 15는 도 14에서 양쪽 고정편이 극판을 고정한 상태를 위에서 바라본 것이다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 변경을 가할 수 있고 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 어느 하나의 실시예의 구성과 다른 실시예의 구성을 서로 치환하거나 부가하는 것은 물론 본 발명의 기술적 사상과 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께가 과장되게 크거나 작게 표현될 수 있으나, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 아니될 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예나 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 그리고 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이다. 즉 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들이 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에 있다"거나 "하부에 있다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 배치되어 있는 것뿐만 아니라 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1 및 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 극판 피딩 유닛(10)이 도시되어 있다. 이 피딩 유닛(10)에는, 극판(1)을 그립하여 스택 유닛으로 공급하기 위해, 극판(1)의 양쪽을 그립할 수 있는 두 쌍의 조(jaw)(11, 12; 21, 22), 및 이를 이송시키기 위한 수평 이송 모듈(50), 조(11, 12; 21, 22)와 수평 이동 모듈(50)을 연결하기 위한 지지 프레임(10)이 구비되어 있다. 수평 이송 모듈(50)은 양쪽 가이드(38, 48)를 따라 스택 테이블(131, 도 4 참고) 쪽으로 이동할 수 있다(도 1의 화살표 방향). 행거 프레임(39, 49)에 의해 극판 피딩 유닛(10)이 위쪽에 고정될 수 있다.

도 3 및 4에는 극판의 이송 흐름상 본 발명의 극판 피딩 유닛(10)의 직전 장치들, 즉 양극판을 전달하는 양극판 공급 유닛(110)과 음극판을 전달하는 음극판 공급 유닛(120), 그리고 극판 피딩 유닛(10)의 직후 장치인 극판 적층 유닛(130)이 도시되어 있다. 각형 배터리 셀 제조 장치를 구성하는 그 외의 유닛들은 설명의 편의상 생략되었다. 양극판 공급 유닛(110)은 양극판 정렬 테이블(111) 상에 양극판(미도시)이 놓이면, 정렬 테이블(111)이 피딩 유닛(10) 쪽으로 수평 이동하도록 구성되어 있다. 정렬 테이블(111')은 피딩 유닛(10)까지 이동한 상태의 정렬 테이블을 표시한 것이다.

본 발명에 따른 배터리 셀 제조 장치(100)에서는 양극판 정렬 테이블(111)의 이동 경로와 동일한 경로로 분리막(미도시)이 공급될 수 있다. 구체적으로, 분리막은 이동 전 정렬 테이블(111)과 이동 후 정렬 테이블(111') 사이의 상방 수직 공간을 따라 내려오다가, 정렬 테이블(111)의 전극 면 바로 위에서 꺾여 극판 피딩 유닛(10)의 상부 조(11; 21)와 하부 조(12; 22) 사이로 공급되도록 구성될 수 있다. 결과적으로, 분리막이 정렬 테이블(111') 위로 진행하게 된다. 즉, 분리막은 양쪽 그리퍼 사이로, 그리고 상기 상부 조와 상기 하부 조 사이로 진행한다.

한편, 음극판 공급 유닛(120)은 음극판(1)을 가지고 위쪽에서 내려오도록 구성되어 있기 때문에, 음극판(1)이 분리막 위에 놓이게 된다. 도 2에서는, 양극판 정렬 테이블(111') 상에 놓인 양극판, 그와 중첩되도록 상부에서 공급된 음극판, 그리고 이들 사이에 위치한 분리막을 그립하기 위해, 피딩 유닛(10)의 상·하부 조(11, 12; 21, 22)가 극판의 양단부 측에 위치한 상태로 도시되어 있다. 상·하부 조는 이 위치에서 분리막 하단의 양극판, 분리막 상단의 음극판, 및 분리막을 한꺼번에 그립하도록 구성된다. 본 발명에 따르면, 상·하부 조(11, 12; 21, 22)가 2매의 극판과 분리막을 그립한 다음에 극판들과 분리막의 정렬 상태를 확인하기 위한 촬상이 이루어질 수 있어서, 이 위치를 극판 피딩 유닛(10), 특히 상·하부 조(11, 12; 21, 22)의 '정렬 위치'라고 칭한다.

양극판 정렬 테이블(111')은 상기 '정렬 위치'에 도달한 후 살짝 상승하여 양극판이 분리막의 하부에 닿게 할 수 있다. 한편, 음극판 공급 유닛(120)은 극판 로딩/언로딩 헤드(121)를 '정렬 위치' 상에서 하강시킨 다음, 흡입 홀(122)들의 흡입력을 차단하여 음극판(1)이 분리막 상부에 놓이게 할 수 있다. 정렬 테이블(111') 및 헤드(121)는 각 극판보다 길이가 짧으며, 상·하부 조(11, 12; 21, 22)의 그립 동작을 방해하지 않는 사이즈를 갖도록 구성된다.

'정렬 위치'에서 피딩 유닛(10)의 그리퍼, 즉 상·하부 조(11, 12; 21, 22)가 극판들을 그립하면 전술한 촬영이 이루어진 다음, 극판들을 그립한 상태로 스택 테이블(131)로 이송한다. 이때, 멈춰있던 분리막이 당겨져서 그 진행 방향으로 공급된다. 극판들이 분리막과 함께 스택 테이블(131) 상에 도달하면(이 위치를 극판 피딩 유닛(10), 특히 상·하부 조(11, 12; 21, 22)의 '스택 위치'라고 칭함), 푸셔(132)가 하강하여 극판들 및 분리막을 고정시킨다. 그런 다음, 극판 피딩 유닛(10)이 다시 '정렬 위치'로 복귀한다. 이처럼, 극판 피딩 유닛(10)은 '정렬 위치'와 '스택 위치' 사이를 왕복하도록 구성된다.

도 5a 내지 5c는 극판 피딩 장치(10)에 구비된 한 쌍의 그리퍼 중 좌측 그리퍼를 나타낸 것이다. 도 5a 및 5b를 보면, 상부 조(11)가 지지 암(15)에 고정되고, 하부 조(12)가 지지 암(16)에 고정된다. 하부 조(12)와 지지 암(16) 사이에 브라켓(14)이 고정될 수 있다. 상·하부 조(11, 12)는 모터와 같은 액추에이터(36)에 의해 상승 또는 하강하도록 구성된다. 극판(1)의 한쪽 모서리 위로 백라이트(20)가 배열되어 있다. 이는 정렬 확인을 위해 카메라로 촬영 할 때 조명으로 사용된다.

지지 암(15, 16)은 캠(31, 32)을 통해 지지 프레임(37)에 기능적으로 연결된다. 두 개의 캠(31, 32)이 하나의 캠축(35)에 고정되어 있다. 지지 암(15, 16)은 스프링(17a, 17b, 18a, 18b)에 의해 압축력을 받을 수 있다. 스프링은 한쪽은 지지 암에 연결되고, 다른 한쪽은 지지편(19a, 19b)에 연결될 수 있다. 도 5c는 캠(31, 32)의 장착 상태를 나타내기 위해 도 5a, 5b로부터 일부 구성을 생략한 것이다. 캠(32)이 종동자(34)에 연계되어 있는 것을 확인할 수 있다.

도 6a 내지 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 캠(31, 32)의 형상을 나타낸 것이다. 캠(31)은 종동자(33)와 연계되고, 캠(32)은 종동자(34)와 연계되어 있는데, 종동자(33)와 종동자(34)는 각각 지지 암(15)과 지지 암(16)에 커플링되어 있다. 캠(31, 32)들은 캠축(35)과 상호 회전되지 않아야 하는데, 이를 위해 키홈(40)을 구비할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 캠 동작과 그에 따른 상·하부 조의 작동을 나타낸 것이다. 이 실시예에서는 캠(31', 32', 41', 42')의 형상이 이전 실시예와 상이하다. 극판 피딩 유닛(10)의 좌측 그리퍼에 설치된 캠을 기준으로 도면 부호를 부여하였고, 그에 대응하는 우측 그리퍼의 캠은 괄호로 표시하였다. 도면에서 캠(31'; 41')은 종동자(33; 43)를 통해 하부 조(12; 22)와 연계되어 있고, 캠(32'; 42')은 종동자(34; 44)를 통해 상부 조(11; 21)와 연계되어 있다. 여기서 연계되어 있다는 것은 캠의 회전에 따라 해당 조가 작동하도록 연결되어 있음을 의미한다.

도 7의 (a), (b), (c)는 하부 조(12)에 연계된 캠(31')을 기준으로 각각 0°, 120°, 240°회전한 상태를 나타낸 것이다. 이 실시예에서, 캠들은 각각 한 방향으로만 회전한다. 다른 캠(32')은 캠(31')과 동일한 캠축에 고정되어 있으므로, 캠(31')이 회전한만큼 동일하게 회전한다. 따라서 두 캠(31', 32') 간 상대 각도는 일정하게 유지된다. 각 도면에서 화살표와 'S'로 표기한 일점 쇄선은 분리막이 공급되는 라인을 나타낸 것이다.

도 7의 (a)는 하부 조(12)에 연계된 캠(31')이 그 최대 반경 부분에서 종동자(33)와 접하며, 상부 조(11)에 연계된 캠(32')이 그 최소 반경 부분에서 종동자(34)와 접한 상태이다. 이때, 상·하부 조(11, 12)는 각각 상승 및 하강하여 최대 개방 높이(H)만큼 개방된 상태가 된다.

도 7의 (b)는 상부 조(11)에 연계된 캠(32')이 그 최대 반경 부분에서 종동자(34)와 접하며, 하부 조(11)에 연계된 캠(31')이 그 최소 반경 부분에서 종동자(33)와 간극(G)만큼 떨어져 있는 상태이다. 상부 조(11)는 해당 위치에 고정되어 있는 반면, 하부 조(12)에는 간극(G)을 메우려는 스프링 압축력이 작용하여 하부 조(12)를 상부 조(11) 쪽으로 잡아 당기게 된다. 이로써, 그리퍼가 폐쇄 상태가 되며, 상·하부 조가 극판과 분리막을 단단히 잡을 수 있다.

도 7의 (c)는 캠(31')과 캠(32')이 모두 최소 반경 부분에서 종동자(33)와 종동자(34)에 각각 접한 상태이다. 이때, 상부 조(11)는 일정 높이(h)만큼 상승한 반면, 하부 조(12)는 하강하지 않은 채 분리막(S)과 동일한 위치에 유지된 상태이다. 이를 '반개방 상태'라 칭하기로 한다.

도 8은 도 7에 도시된 캠들의 캠 선도를 나타낸 것으로, (a)는 상부 조에 연계되어 있는 캠(32')의 선도이고, (b)는 하부 조에 연계되어 있는 캠(31')의 선도이다. 도면에서 'R'은 캠의 프로파일에 의해 정해지는 캠 둘레의 반경(mm 단위)을 의미한다. 가령, 'R15'는 캠의 반경이 15mm라는 의미이다.

도 9는 본 발명에 따른 극판 피딩 장치(10)가 제1 위치('정렬 위치'), 제2 위치('스택 위치'), 그리고 피딩 이동 중일 때 캠의 회전 각과 그에 따른 그리퍼의 개방, 폐쇄 상태를 나타낸 것이다.

먼저 제1 위치에서 피딩 장치(10)의 그리퍼가 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 되면서 분리막과 상하 극판 2매를 그립한다. 피딩 장치(10)가 그 상태를 유지하면서 제2 위치로 이동한다. 이때, 하부 조가 분리막과 동일 높이에 있으므로 적층 테이블로 진입할 때 테이블의 한 변이나 이미 적층되어 있는 극판들과 충돌을 일으키지 않는다. 피딩 장치(10)가 제2 위치에 도달한 다음, 상부 조만 상승 개방시켜서 극판을 놓아준다. 만약 하부 조를 하강시키면 적층되어 있는 극판들에 부딪힐 수 있다. 극판을 해제시킨 다음에는 제1 위치로 복귀하는 동안, 또는 복귀한 후에 하부 조를 하강시켜서 완전 개방 상태를 만든다.

이하에서는 본 발명의 극판 피딩 유닛(10)으로부터 극판 스택 유닛(130)까지 극판과 분리막이 전달될 때, 극판 및/또는 분리막의 정렬 상태를 확인하기 위한 구성들 및 동작을 설명한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 극판 피딩 유닛(10)은 그리퍼, 즉 상·하부 조가 극판 2매와 분리막을 동시에 그립하도록 구성된다. 이때, 분리막 위에 음극판(1)이, 분리막 아래에 양극판(2, 도 13 참조)이 위치할 수 있다. 통상적으로, 음극판은 양극판에 비해 사이즈가 크다. 예를들어, 극판 탭을 제외한 음극판의 사이즈가 315.5mm×95.5mm이고, 양극판의 사이즈가 309.5mm× 92.5mm일 수 있다.

도 10a 및 10b에는 본 발명의 극판 피딩 유닛(10)과 극판 스택 유닛(130)을 위해 배열된 카메라 유닛들이 나타나 있다.

극판 피딩 유닛(10)을 촬상하는 카메라 유닛은 카메라(3a, 3b)와 조명(3a-1, 3b-1)을 포함한다. 카메라(3a, 3b) 및 조명(3a-1, 3b-1)은 극판 피딩 유닛(10)이 극판 2매와 분리막을 그립했을 때 분리막의 저면을 촬상할 수 있도록 분리막보다 낮은 위치에 배열될 수 있다. 카메라(3a) 및 조명(3a-1)은 극판 피딩 유닛(10)의 좌측 조(11, 12) 측을, 카메라(3b) 및 조명(3b-1)은 우측 조(21, 22) 측을 촬상하도록 구성될 수 있다. 도면상에서, 조명(예를 들어, 3b-1)으로부터 촬상 대상까지 둥근 젓가락처럼 연장되어 있는 것은 조명의 진행 경로를 나타낸 가상의 선이다(이하, 동일).

카메라(3a, 3b)와 조명(3a-1, 3b-1)을 이용하여 분리막의 저면을 촬상할 때 분리막 맞은 편에서 광원을 제공할 수 있도록, 분리막보다 높은 위치에 백라이트(20, 30)가 배열될 수 있다.

극판 스택 유닛(130)을 촬상하는 카메라 유닛은 카메라(4a, 4b)와 조명(4a-1, 4b-1)을 포함한다. 카메라(4a, 4b)와 조명(4a-1, 4b-1)은 극판 스택 유닛(130)의 스택 테이블(131) 상에 적층된 극판을 위에서 촬상할 수 있도록 분리막보다 높은 위치에 배열될 수 있다. 카메라(4a) 및 조명(4a-1)은 극판 스택 유닛(130)의 좌측 고정편(133) 측을, 카메라(4b) 및 조명(4b-1)은 우측 고정편(134) 측을 촬상하도록 구성될 수 있다.

도 11a는 조(11, 12; 21, 22)가 음극판(1)을 그립한 상태를 위에서 바라본 것인데, 분리막은 생략되어 있다. 좌우 상부 조(11, 21)에는 각각 윈도우(11-1, 21-1)가 형성되어 있어서, 카메라(3a, 3b)의 촬상시 조명(3a-1, 3b-1)과 백라이트(20, 30)의 빛을 포함한 빛이 투과할 수 있게 되어 있다.

도 11b는 조(11, 12; 21, 22)가 음극판(1)을 그립한 상태를 밑에서 바라본 것인데, 분리막과 양극판은 생략되어 있다. 좌우 하부 조(12, 22)에는 각각 윈도우(12-1, 22-1)가 형성되어 있어서, 카메라(3a, 3b)의 촬상시 조명(3a-1, 3b-1)과 백라이트(20, 30)의 빛을 포함한 빛이 투과할 수 있게 되어 있다. 만약, 조(11, 12; 21,22)가 광투과성 소재, 가령 투명 플라스틱으로 이루어진 경우에는 윈도우가 불필요할 수도 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 윈도우(11-1)와 윈도우(12-1)는 상하로 동일하거나 적어도 중첩된 위치에 형성된다.

도 13은 도 11b에 분리막(S)과 양극판(2)을 추가로 표시한 것이다. 아래에서 바라본 것이기 때문에, 음극판(1)은 분리막(S)에 가려서 실루엣만 보일 것이므로 점선으로 표시하였다. 전술한 바와 같이, 양극판(2)에 비해 음극판(1)이 조금 더 크기 때문에 양극판(2)의 가장자리 외측으로 음극판(1)의 가장자리가 확인될 수 있다. 화살표는 그립된 2매의 극판과 분리막이 전달되는 방향을 나타낸 것이다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 극판 스택 유닛(130)의 스택 테이블(131) 및 그 주변 구성을 나타낸 것이다. 스택 테이블(130)의 좌우 양쪽에서 극판을 고정해주는 고정편(133, 134)과, 적층된 극판을 눌러 고정시키기 위한 푸셔(132)가 배열되어 있다. 고정편(133, 134)에는 카메라(4a, 4b)에 의해 극판의 가장자리 또는 모서리를 확인할 수 있도록 윈도우(133-1, 134-1)가 형성되어 있다. 윈도우(133-1)는 조(11, 12)에 형성된 윈도우(11-1, 12-1)와, 윈도우(134-1)는 조(21, 22)에 형성된 윈도우(21-1, 22-1)와 대응되는 위치, 또는 적어도 중첩되는 위치에 형성된다. 이는 대응되는 위치의 정보를 상호 비교할 수 있도록 하기 위함이다.

카메라(4a, 4b)는 적층된 극판을 위에서 촬상하므로, 분리막(미도시) 위에 놓인 음극판(1)의 정렬 정보, 그리고 분리막의 정렬 정보만 확인 가능할 것이다.

여기서, 정렬 정보라 함은 해당 객체(여기서는 음극판과 분리막)의 좌표값, 파손 여부, 위치 어긋남 여부, 비뚤어짐 여부, 해당 객체와 타 객체와의 간격 중 적어도 하나를 포함한다.

도 15는 고정편(133, 134)이 극판을 고정한 상태를 위에서 바라본 것으로, 윈도우(133-1, 134-1)를 통해, 음극판(1)의 가장자리, 모서리 등이 확인될 수 있다.

이상과 같은 구성으로 본 발명의 극판 피딩 유닛(10)과 극판 스택 유닛(130) 사이의 경로에서 극판의 정렬을 확인하는 방법을 예시적으로 설명하면 다음과 같다.

극판 피딩 유닛(10)의 조(11, 12, 21, 22)들이 극판 2매와 그 사이에 개재된 분리막을 그립하면, 분리막 아래의 위치에 설치된 카메라(3a, 3b)가 진행 방향(도 13의 화살표 방향) 선단부에 위치한 극판(1, 2)의 모서리 근방을 촬상함으로써, 윈도우(12-1, 22-1)를 통해 양극판(2)의 모서리 또는 가장자리, 음극판(1)의 모서리 또는 가장자리의 영상을 얻을 수 있다. 이때, 조명(3a-1, 3b-1)과 백라이트(20, 30)가 작동할 수 있다.

양극판(2)은 직접적으로 그 이미지가 촬상되는데 비해, 음극판(1)은 분리막을 투과한 희미한 실루엣이 촬상될 것이므로, 그 음영 차이를 이용하여 양극판인지 음극판인지를 구별하는 것이 가능하다. 분리막의 양쪽 가장자리도 함께 촬상될 수 있다. 이렇게 하면, 음극판, 양극판, 및 분리막의 정렬 정보를 얻을 수 있다.

극판 피딩 유닛(10)에서 카메라(3a, 3b)의 촬상 시점은 그리퍼가 극판을 그립한 직후나, 그립한 극판을 가지고 스택 유닛(130)쪽으로 출발하는 초기 시점이 바람직하다. 극판 스택 유닛(130) 쪽으로 출발하여 이미 속도가 빨라진 상태에서 촬상하는 것은 피하는 것이 좋다.

카메라(3a, 3b)를 이용하여 획득한 음극판, 양극판 및/또는 분리막의 정렬 정보를 처리하여, 극판의 오정렬 여부를 판단하게 된다. 만약 오정렬로 판단되는 경우, 해당 극판들을 NG처리하여 배출되도록 한다.

극판 피딩 유닛(10)에서의 촬상 결과 양품으로 확인되면, 극판 피딩 유닛(10)에 의해 스택 테이블(131) 상에 적층된 해당 극판을, 앞서 카메라(3a, 3b)에 의해 촬상된 것과 동일한 부위에 대해 카메라(4a, 4b)로 다시 촬상한다. 그러나, 카메라(4a, 4b)로는 분리막의 상부만 촬영 가능하므로, 양극판(2)의 정렬 정보는 획득할 수 없게 된다.

카메라(4a, 4b)를 이용하여 획득한 음극판 및/또는 분리막의 정렬 정보를 처리하여, 극판의 오정렬 여부를 판단하게 된다. 이때, 카메라(3a, 3b)로 기획득된 동일 대상에 대한 정렬 정보를 카메라(4a, 4b)로 획득한 정렬 정보와 비교 판독할 수 있다. 이렇게 하면, 극판 피딩 유닛(10)에 의한 피딩 과정에서 극판의 오정렬이 발생했는지 여부를 파악할 수 있다. 만약 오정렬로 판단되는 경우, 해당 극판들을 NG처리하여 배출되도록 한다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 예시적인 것이며 제한적이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 음극판
2: 양극판 3a, 3b, 4a, 4b 카메라
3a-1, 3b-1, 4a-1, 4b-1: 조명 10: 극판 피딩 유닛
11, 21: 상부 조 12, 22: 하부 조
13, 14, 23, 24: 브라켓 15, 16, 25, 26: 지지 암
17a, 17b, 18a, 18b, 27a, 27b, 28a, 28b: 스프링
19a, 19b, 29a, 29b: 지지편 20, 30: 백라이트
31, 32, 41, 42, 31', 32', 41', 42': 캠
33, 34, 43, 44: 종동자 35, 45: 캠축
36, 46: 액추에이터 37, 47: 지지 프레임
38, 48: 가이드 39, 49: 행거 프레임
40: 키홈 50: 수평 이동 모듈
100: 배터리 셀 제조 장치 110: 양극판 공급 유닛
111, 111': 양극판 정렬 테이블 120: 음극판 공급 유닛
121: 극판 로딩/언로딩 헤드 122: 흡입 홀
130: 극판 적층 유닛 131: 스택 테이블
132: 푸셔 133, 134: 고정편
11-1, 21-1, 12-1, 22-1, 133-1, 134-1: 윈도우
H: 개방 높이 h: 반개방 높이
G: 간극 S: 분리막 공급 라인

Claims (16)

1. 극판 스택 유닛;
   극판 피딩 유닛;
   제1 촬상 유닛;
   을 포함하는 배터리 셀 제조 장치로서,
   상기 극판 피딩 유닛은 2매의 극판을 분리막이 개재된 상태로 그립하여 상기 극판 스택 유닛에 공급하도록 구성되고 ―상기 2매의 극판은 음극판 1매와 양극판 1매로 이루어지되 음극판이 양극판 보다 큰 사이즈를 가짐－,
   상기 제1 촬상 유닛은,
   상기 2매의 극판이 상기 피딩 유닛에 그립된 후, 그리고 상기 스택 유닛에 도달하기 전에, 제1 정렬 정보를 획득하기 위해 촬상을 실시하도록 구성되고 －제1 정렬 정보는 상기 음극판의 정렬 정보 및 상기 양극판의 정렬 정보를 포함함－,
   상기 제1 정렬 정보가 상기 제1 촬상 유닛에 의한 1회의 촬상에 의해 획득될 수 있도록 이루어지며,
   상기 2매의 극판이 상기 스택 유닛에 적층된 후 제2 정렬 정보를 획득하기 위해 촬상을 실시하도록 구성된 제2 촬상 유닛을 더 포함하는,
   배터리 셀 제조 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 촬상 유닛이 양극판 및 분리막을 투과한 음극판의 실루엣을 동시에 촬영할 수 있도록 이루어진
   배터리 셀 제조 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 음극판이 분리막 위에, 상기 양극판이 분리막 아래에 위치하고,
   상기 제1 촬상 유닛이 분리막의 하부를 촬상할 수 있도록 배열된
   배터리 셀 제조 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 정렬 정보가 상기 분리막의 정렬 정보를 더 포함하는
   배터리 셀 제조 장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 분리막 위쪽에 배열되되 상기 제1 촬상 유닛이 촬상할 때 작동하도록 구성된 백라이트를 더 포함하는
   배터리 셀 제조 장치.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 촬상 유닛이 분리막의 상부를 촬상할 수 있도록 배열되고,
   상기 제2 정렬 정보는 분리막 상부의 극판에 대한 정렬 정보 및 분리막의 정렬 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것인
   배터리 셀 제조 장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 정렬 정보를 상기 제1 정렬 정보 중 대응하는 정보와 비교하도록 구성된
   배터리 셀 제조 장치.
9. 극판 스택 유닛;
   2매의 극판을 분리막이 개재된 상태로 그립하여 상기 극판 스택 유닛에 공급하도록 구성된 극판 피딩 유닛 ―상기 2매의 극판은 음극판 1매와 양극판 1매로 이루어지되 음극판이 양극판 보다 큰 사이즈를 가짐－;
   제1 촬상 유닛;
   을 포함하는 배터리 셀 제조 장치에서 극판의 정렬 상태를 확인하는 방법으로서,
   상기 2매의 극판이 상기 피딩 유닛에 그립된 후, 그리고 상기 스택 유닛에 도달하기 전에, 상기 제1 촬상 유닛을 이용하여 촬상을 실시함으로써 제1 정렬 정보를 획득하는 단계 －제1 정렬 정보는 상기 음극판의 정렬 정보 및 상기 양극판의 정렬 정보를 포함함－;
   를 포함하고,
   상기 제1 정렬 정보가 상기 제1 촬상 유닛에 의한 1회의 촬상에 의해 획득될 수 있도록 이루어지며,
   상기 배터리 셀 제조 장치가 제2 촬상 유닛을 더 포함하고,
   상기 2매의 극판이 상기 스택 유닛에 적층된 후, 상기 제2 촬상 유닛을 이용하여 촬상을 실시함으로써 제2 정렬 정보를 획득하는 단계;
   를 더 포함하는
   극판의 정렬 상태 확인 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 촬상 유닛이 양극판 및 분리막을 투과한 음극판의 실루엣을 동시에 촬영할 수 있도록 이루어진
    극판의 정렬 상태 확인 방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 음극판이 분리막 위에, 상기 양극판이 분리막 아래에 위치하고,
    상기 제1 촬상 유닛이 분리막의 하부를 촬상할 수 있도록 배열된
    극판의 정렬 상태 확인 방법.
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 정렬 정보가 상기 분리막의 정렬 정보를 더 포함하는
    극판의 정렬 상태 확인 방법.
13. 청구항 11에 있어서,
    상기 분리막 위쪽에 배열되되 상기 제1 촬상 유닛이 촬상할 때 작동하도록 구성된 백라이트를 더 포함하는
    극판의 정렬 상태 확인 방법.
14. 삭제
15. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 촬상 유닛이 분리막의 상부를 촬상할 수 있도록 배열되고,
    상기 제2 정렬 정보는 분리막 상부의 극판에 대한 정렬 정보 및 분리막의 정렬 정보 중 적어도 하나를 포함하는 것인
    극판의 정렬 상태 확인 방법.
16. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 정렬 정보를 상기 제1 정렬 정보 중 대응하는 정보와 비교하는 단계;
    를 더 포함하는
    극판의 정렬 상태 확인 방법.

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