KR102631885B1 - 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 방법 및 장치가 개시된다. 본 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치는, 입력광을 조사하는 광원부; 상기 입력광을 회절시켜 피검사물의 표면에 광 스펙트럼을 형성하는 회절부; 상기 피검사물의 표면을 고속 스캔하여 상기 광 스펙트럼을 촬영하는 고속 카메라부; 상기 고속 카메라부에서 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 기반으로 상기 피검사물에 금속 이물이 존재하는지 여부를 검출하는 검출부;를 포함한다. 이에 의해, 이차전지 전지셀 내의 분리막에 존재하는 이물질을 검출하여 안전사고를 예방하고, 자동화된 방식에 따라 다수의 전지셀에 대해 반복적이고 객관적인 이물질 검출이 가능하게 된다. 또한, 이물질의 유무 뿐만 아니라, 성분, 위치, 크기, 분포에 대한 정보의 획득이 가능하게 되어, 분리막에 이물질이 발생하는 원인에 대한 분석이 가능하여 발생 원인에 대한 근본적 해결이 가능하도록 한다.
Description
본 발명은 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입사광이 회절격자에 의해 분광되는 분광화상을 고속 스캔하여 이차전지의 전지셀 내에 있는 분리막에 존재하는 이물을 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
리튬 이온 전지 내의 분리막은 전지의 양극과 음극의 접촉을 방지하며 양극과 음극 사이에서 리튬 이온이 통과하는 채널 역할을 하는 미세다공을 구비한다. 이러한 분리막의 가장 큰 역할은 양극과 음극이 접촉하는 것을 방지하는 것이나, 양극과 음극 간의 거리를 멀게 하지 않고서 이러한 역할을 수행해야 하며, 이는 전지의 성능 최대화를 위해 양극과 음극 간의 거리를 짧게 하여 이온들의 왕래가 최대화되도록 하여야 하기 위함이다.
한편, 전극반응이 활발해지고 전도성을 높이며 이온들의 잘 통과할 수 있도록 하기 위해, 전극에는 각종 활물질, 첨가제, 결합제 등이 도포되게 된다. 이 과정에서 철, 구리, 알루미늄 등의 미세한 금속 이물들이 분리막에 유입될 수 있고,이로 인해 분리막이 손상되어 고장, 폭발 등 안전사고를 유발하게 된다.
이와 같이 이차전지 제조공정에서 금속 이물검출은 이차전지의 안전성에 지대한 영향을 미치므로 미세 금속의 검출은 필수적으로 요구된다고 할 수 있다. 그러나, 종래에는 전지셀에 불량이 발생한 이후에나 분리막을 분리하여 육안으로 확인하는 등의 방법을 사용해야 했기에, 사전전인 조치로 인한 안전 사고 예방이 어려웠고 나아가 사후적으로 불량을 검출한 이후에도 이물이 존재하는지 여부와 존재하는 위치를 파악함에 있어 상당한 시간이 소요된다는 문제가 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 분광화상을 이용하여 이차전지 전지셀 내의 분리막에 존재하는 이물질을 간편하게 검출하여 안전사고를 예방하고, 자동화된 방식에 따라 다수의 전지셀에 대해 반복적이고 객관적인 이물질 검출이 가능하도록 하기 위한 전지셀 이물 검출 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치는, 입력광을 조사하는 광원부; 상기 입력광을 회절시켜 피검사물의 표면에 광 스펙트럼을 형성하는 회절부; 상기 피검사물의 표면을 고속 스캔하여 상기 광 스펙트럼을 촬영하는 고속 카메라부; 상기 고속 카메라부에서 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 기반으로 상기 피검사물에 금속 이물이 존재하는지 여부를 검출하는 검출부;를 포함한다.
여기서, 상기 검출부는, 상기 피검사물에 금속 이물이 존재하지 않는 경우의 광 스펙트럼 이미지를 기준 이미지로 상정하고, 상기 피검사물에 금속 원소별로 금속 이물이 존재하는 경우의 광 스펙트럼 이미지를 검출 이미지로 상정하며, 상기 기준 이미지와 상기 검출 이미지를 학습 데이터로 수집하여 미리 저장하는 학습 데이터 수집부; 상기 학습 데이터 수집부에 의해 수집된 데이터를 학습 데이터로 이용하여 학습 모델을 학습시키는 학습 모델 처리부; 및 상기 학습 모델을 이용하여 상기 고속 카메라부에서 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 분석하여 피검사물에 존재하는 금속 이물을 검출하는 영상 분석부;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 기준 이미지는, 상기 전지셀 이물 검출 장치의 진동에 의한 외부요인에 따라 복수 개로 마련되어 상기 학습 모델에 의해 학습되고, 상기 검출 이미지는, 금속 이물의 성분, 위치, 크기, 분포 중 적어도 하나에 따라 복수 개로 마련되어 상기 학습 모델에 의해 학습되며, 상기 영상 분석부는, 상기 학습 모델에서 학습된 결과를 기반으로, 상기 고속 카메라부에서 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 분석하여 피검사물에 존재하는 이물의 유무, 성분, 위치, 크기, 분포 중 적어도 하나를 검출할 수 있다.
또한, 상기 광원부는, 백색 광원, 적외선 광원, 원적외선 광원, 자외선 광원 및 테라파 광원 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 회절부는, 적어도 하나의 집광렌즈, 회절격자 및 프리즘 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 고속 카메라부는, 가시광 카메라, 적외선 카메라, 원적외선 카메라, 자외선 카메라, 초분광 카메라 및 테라파 스캐너 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치는 이차 전지의 전지셀에서 분리된 분리막이 이송되게 하는 컨베이어 벨트;를 더 포함하고, 상기 고속 카메라부는, 상기 컨베이어 벨트를 따라 연속적으로 이송되는 분리막들에 대한 광 스펙트럼 촬영 이미지마다 태그 정보를 부가하며, 상기 태그 정보는, 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지가 촬영된 시점에 대한 정보 또는 분리막마다 기표기된 식별 정보일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 방법은, 이차 전지의 전지셀에서 분리막을 제거하는 단계; 상기 분리막에 입력광을 조사하는 단계; 상기 입력광을 회절시켜 피검사물의 표면에 광 스펙트럼을 형성시키는 단계; 상기 피검사물의 표면을 고속 스캔하여 상기 광 스펙트럼을 촬영하는 단계; 및 상기 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 기반으로 상기 피검사물에 금속 이물이 존재하는지 여부를 검출하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 검출 단계는, 상기 피검사물에 금속 이물이 존재하지 않는 경우의 광 스펙트럼 이미지를 기준 이미지로 상정하고, 상기 피검사물에 금속 원소별로 금속 이물이 존재하는 경우의 광 스펙트럼 이미지를 검출 이미지로 상정하며, 상기 기준 이미지와 상기 검출 이미지를 학습 데이터로 수집하여 미리 저장하는 단계; 상기 수집된 데이터를 학습 데이터로 이용하여 학습 모델을 학습시키는 단계; 및 상기 학습 모델을 이용하여 상기 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 분석하여 피검사물에 존재하는 금속 이물을 검출하는 단계;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 기준 이미지는, 상기 전지셀 이물 검출 장치의 진동에 의한 외부요인에 따라 복수 개로 마련되어 상기 학습 모델에 의해 학습되고, 상기 검출 이미지는, 금속 이물의 성분, 위치, 크기, 분포 중 적어도 하나에 따라 복수 개로 마련되어 상기 학습 모델에 의해 학습되며, 상기 학습 모델을 이용하여 상기 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 분석하여 피검사물에 존재하는 금속 이물을 검출하는 단계는, 상기 학습 모델에서 학습된 결과를 기반으로, 상기 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 분석하여 피검사물에 존재하는 이물의 유무, 성분, 위치, 크기, 분포 중 적어도 하나를 검출할 수 있다.
또한, 상기 입력광은, 백색 광원, 적외선 광원, 원적외선 광원, 자외선 광원 및 테라파 광원 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 입력광을 회절시켜 피검사물의 표면에 광 스펙트럼을 형성시키는 단계는, 적어도 하나의 집광렌즈, 회절격자 및 프리즘 중 적어도 하나를 이용하여 상기 입력광을 회절시키며, 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지의 촬영은, 가시광 카메라, 적외선 카메라, 원적외선 카메라, 자외선 카메라, 초분광 카메라 및 테라파 스캐너 중 적어도 하나를 통해 수행될 수 있다.
한편, 상기 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 방법은, 이차 전지의 전지셀에서 제거된 상기 분리막을 컨베이어 벨트에 위치시키는 단계; 및 상기 컨베이어 벨트를 따라 연속적으로 이송되는 분리막들에 대한 광 스펙트럼 촬영 이미지마다 태그 정보를 부가하는 단계;를 더 포함하며, 상기 태그 정보는, 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지가 촬영된 시점에 대한 정보 또는 분리막마다 기표기된 식별 정보일 수 있다.
이에 의해, 이차전지 전지셀 내의 분리막에 존재하는 이물질을 검출하여 안전사고를 예방하고, 자동화된 방식에 따라 다수의 전지셀에 대해 반복적이고 객관적인 이물질 검출이 가능하게 된다.
또한, 이물질의 유무 뿐만 아니라, 성분, 위치, 크기, 분포에 대한 정보의 획득이 가능하게 되어, 분리막에 이물질이 발생하는 원인에 대한 분석이 가능하여 발생 원인에 대한 근본적 해결이 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치의 검출 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치의 일부 구성을 전면에서 바라본 모습을 도식화한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부의 세부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부의 동작 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치의 검출 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치의 일부 구성을 전면에서 바라본 모습을 도식화한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부의 세부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부의 동작 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 이하에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치의 검출 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치의 일부 구성을 전면에서 바라본 모습을 도식화한 도면이다.
본 실시예에 따른 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치는, 리튬이온전지와 같은 이차전지의 전지셀에 존재하는 이물을 검출하는 장치로서, 전극에 도포된 각종 활물질, 첨가제, 결합제 등에서 나온 철, 구리, 알루미늄 등의 미세한 금속 이물들이 분리막에 유입된 경우, 안전사고 예방 및 이물질 제거를 위해 이물질을 검출하는 역할을 하게 된다.
이러한 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치는, 광원부(100), 회절부(200), 고속 카메라부(300), 검출부(400) 및 컨베이어 벨트(500)로 구성된다.
광원부(100)는 슬릿을 통해 입력광을 조사하여 슬릿을 통과한 광이 회절부(200)로 입사되도록 하는 역할을 하며, 백색 광원, 적외선 광원, 원적외선 광원, 자외선 광원 및 테라파 광원 중 적어도 하나를 포함하도록 구성될 수 있다.
회절부(200)는 입력광을 입사광으로 하여 이를 회절시킴으로써 광을 출사시켜 피검사물(S)의 표면에 광 스펙트럼(분광화상)을 형성시키는 역할을 한다. 이러한 회절부(200)는 적어도 하나의 집광렌즈, 회절격자 및 프리즘 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치는 분리막에 유입된 철, 구리, 알루미늄 등의 미세한 금속 이물들을 검출하는 장치이므로, 여기서의 피검사물(S)은 전지셀에서 분리된 분리막이 된다.
회절부(200)의 회절격자는 입사광에 따라 여러 방향으로 빛살을 회절시키는데, 회절 방향은 격자의 배치와 빛의 파장에 따라 달라진다. 본 실시예에 따른 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치는 이러한 성질을 이용하여 특정 금속에 분광학적 간섭을 유발하는 파장을 조사하여 복수의 띠로 이루어진 2D 영상을 획득할 수 있다.
다시 말해, 특정 물질이 방출 또는 흡수하는 빛의 스펙트럼은 물질의 크기, 형상, 입사광의 각도 등에 따라 다르므로 회절격자에서 회절된 광을 이차전지 양극재 등 피검사물에 조사하여 획득된 복수의 띠로 구성된 영상으로 피검사물의 표면에 존재하는 금속성 이물을 검출할 수 있다.
고속 카메라부(300)는 피검사물(S)의 표면을 고속 스캔하여 피검사물(S)에서 반사되어 나오는 광 스펙트럼을 촬영하는 역할을 한다. 이러한 고속 카메라부(300)는, 가시광 카메라, 적외선 카메라, 원적외선 카메라, 자외선 카메라, 초분광 카메라 및 테라파 스캐너 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
검출부(400)는 고속 카메라부(300)에서 촬영된 광 스펙트럼에 대한 이미지를 기반으로 피검사물(S)에 금속 이물이 존재하는지 여부를 검출하는 역할을 한다. 검출부(400)가 금속 이물의 존재 여부를 검출하는 방법에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
컨베이어 벨트(500)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 움직이며 피검사물(S)이 연속적으로 공급되며 전진이동되도록 하는 역할을 하게 된다.
한편, 컨베이어 벨트(500)를 따라 서로 다른 분리막이 연속적으로 공급되기 때문에, 고속 카메라부(300)는 촬영되는 광 스펙트럼들에 대한 이미지들을 순차적으로 기록하거나, 촬영되는 광 스펙트럼들에 대한 이미지들이 촬영된 시간에 대한 정보를 각 이미지에 태그 정보로서 부가할 수 있다.
또는, 피검사물(S) 자체에 코드화된 정보가 피검사물(S)마다 식별가능하도록 미리 태그되도록 구현되거나 피검사물(S)이 놓인 플레이트마다 식별가능하도록 하는 코드화된 정보가 미리 태그되도록 구현될 수 있을 것이다.
이를 통해, 연속적으로 공급되는 피검사물(S)들의 각 광 스펙트럼에 대한 이미지들을 상호 구별할 수 있으며, 어떤 피검사물(S)에 이물이 포함되었는지 여부를 구분할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부의 세부 구성을 설명하기 위한 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출부의 동작 방식을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 검출부(400)는 학습 데이터 수집부(410), 학습 모델 처리부(420) 및 영상 분석부(430)로 구성된다.
학습 데이터 수집부(410)는 피검사물(S)에 금속 이물이 존재하지 않는 경우의 광 스펙트럼 이미지를 기준 이미지로 상정하고, 피검사물(S)에 금속 원소별로 금속 이물이 존재하는 경우의 광 스펙트럼 이미지를 검출 이미지로 상정하며, 이러한 기준 이미지와 검출 이미지를 학습 데이터로 수집하여 미리 저장하는 역할을 한다.
학습 모델 처리부(420)는 학습 데이터 수집부(410)에 의해 수집된 데이터를 학습 데이터로 이용하여 딥러닝 방식에 따라 학습 모델을 학습시키는 역할을 한다.
여기서, 학습 모델은, 기준 이미지가 금속 원소의 유무, 성분, 위치, 크기, 분포에 따라 검출 이미지로 변화될 때, 기준 이미지와 검출 이미지 간의 상관관계를 학습한다.
예를 들어, 학습 모델은, 금속 이물이 없는 순수한 상태에서의 광 스펙트럼 이미지를 기준 이미지로 획득하고, 철(Fe)이 포함된 상태에서의 광 스펙트럼 이미지를 검출 이미지로 획득하며, 기준 이미지와 검출 이미지 간의 변화의 상관 관계를 학습하게 된다.
다른 예로, 학습 모델은, 금속 이물이 없는 순수한 상태에서의 광 스펙트럼 이미지를 기준 이미지로 획득하고, 철(Fe)이 분리막의 정중앙에 위치한 상태에서의 광 스펙트럼 이미지를 제1 검출 이미지로 획득하며, 철(Fe)이 분리막의 외곽에 위치한 상태에서의 광 스펙트럼 이미지를 제2 검출 이미지로 획득하여, 기준 이미지와 제1 검출 이미지 간의 변화의 상관 관계 및 기준 이미지와 제2 검출 이미지 간의 변화의 상관 관계를 학습하게 된다.
또 다른 예로, 금속 이물이 없는 순수한 상태에서의 광 스펙트럼 이미지도 컨베이어 벨트(500)의 진동 등에 의해 발생되는 요인에 따라 서로 다르게 발생될 수 있으므로, 학습 모델은, 진동이 없는 경우의 금속 이물이 없는 순수한 상태에서의 광 스펙트럼 이미지를 제1 기준 이미지로 획득하고, 진동이 있는 경우의 금속 이물이 없는 순수한 상태에서의 광 스펙트럼 이미지를 제2 기준 이미지로 획득하며, 철(Fe)이 분리막에 존재하는 상태에서의 광 스펙트럼 이미지를 검출 이미지로 획득하여, 제1 기준 이미지와 검출 이미지 간의 변화의 상관 관계 및 제2 기준 이미지와 검출 이미지 간의 변화의 상관 관계를 학습하게 된다.
영상 분석부(430)는 학습 모델을 이용하여 고속 카메라부(300)에서 촬영된 광 스펙트럼에 대한 이미지를 분석하여 피검사물(S)에 존재하는 금속 이물을 검출하는 역할을 한다. 특히, 영상 분석부(430)는 고속 카메라부(300)에서 촬영된 광 스펙트럼에 대한 이미지를 분석하여 피검사물(S)의 유무, 성분, 위치, 크기 및 분포에 대한 검출을 수행한다.
전술한 바와 같이 금속 이물이 피검사물(S) 표면에 존재하는 않는 상태에서의 기준 이미지를 기준으로, 금속 원소별로 미세하게 변하는 색상차이를 학습데이터로 활용하여 학습 모델을 학습시키고, 테라파 영역대를 포함한 비가시광 영역대의 변화도 학습데이터로 활용하여 분광학적 간섭을 광범위한 파장대로 확장시키면, 이렇게 학습된 학습 모델은 컨베이어 벨트(500)를 따라 이송되는 피검사물(S)의 표면 및 그 내부에 존재하는 금속성 이물을 실시간 검출할 뿐만 아니라 검출된 금속의 성분, 크기 및 분포까지 검출할 수 있다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 실시예에 따른 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 방법은, 전지셀에서 분리된 분리막에 유입된 금속 이물을 검출하기 위해 사용된다.
우선, 학습 데이터 수집부(410)는 피검사물(S)에 금속 이물이 존재하지 않는 경우의 광 스펙트럼 이미지를 기준 이미지로 상정하고, 피검사물(S)에 금속 원소별로 금속 이물이 존재하는 경우의 광 스펙트럼 이미지를 검출 이미지로 상정하며, 이러한 기준 이미지와 검출 이미지를 학습 데이터로 수집하여 미리 저장하는 역할을 하고, 학습 모델 처리부(420)는 학습 데이터 수집부(410)에 의해 수집된 데이터를 학습 데이터로 이용하여 딥러닝 방식에 따라 학습 모델을 학습시키는 역할을 하는데, 이에 따라 학습된 결과는 미리 저장되어 마련될 수 있다(S600).
이러한 학습 결과는 본 실시예와 같이 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치 내의 일 구성에 저장되어 있을 수 있고, 외부의 서버에 저장되어 필요시 호출하거나 다운로드하여 사용할 수 있도록 구현될 수 있다.
이후 전지셀에서 분리막을 제거하는 단계(S610)가 수행된다.
이후, 제거된 분리막이 컨베이어 벨트(500)에 위치하게 되면(S620), 컨베이어 벨트(500)가 피검사물(S)인 분리막이 위치되었음을 감지하고 자동으로 동작되거나 조작자에 의해 수동으로 동작될 수 있다(S630).
컨베이어 벨트(500)가 구동하게 되면, 광원부(100)는 입력광을 조사하게 되고(S640), 입력광은 회절부(200)에 의해 회절되어 광 스펙트럼을 형성하게 된다(S650).
한편, 피검사물(S)인 분리막은 이동되어 광원부(100)에서 조사되어 회절부(200)에 의해 회절되어 형성되는 광 스펙트럼이 나타나는 영역으로 위치하게 되고, 고속 카메라부(300)는 피검사물(S)의 표면을 고속 스캔하여 피검사물(S)에서 반사되어 나오는 광 스펙트럼을 촬영하게 된다(S660).
학습 모델은, 기준 이미지가 금속 원소의 유무, 성분, 위치, 크기, 분포에 따라 검출 이미지로 변화될 때, 기준 이미지와 검출 이미지 간의 상관관계를 미리 학습하였으므로, 영상 분석부(430)는 학습 모델에 의해 미리 학습되어 저장되어 마련된 학습 데이터를 이용하여 스캔된 광 스펙트럼으로부터 금속 이물의 유무, 성분, 위치, 크기, 분포에 대한 정보를 검출할 수 있게 된다.
이에 따라, 이차전지 전지셀 내의 분리막에 존재하는 이물질을 검출하여 안전사고를 예방하고, 자동화된 방식에 따라 다수의 전지셀에 대해 반복적이고 객관적인 이물질 검출이 가능하게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 광원부 200 : 회절부
300 : 고속 카메라부 400 : 검출부
410 : 학습 데이터 수집부 420 : 학습 모델 처리부
430 : 영상 분석부 500 : 컨베이어 벨트
S : 피검사물(분리막)
300 : 고속 카메라부 400 : 검출부
410 : 학습 데이터 수집부 420 : 학습 모델 처리부
430 : 영상 분석부 500 : 컨베이어 벨트
S : 피검사물(분리막)
Claims (10)
- 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치에 있어서,
입력광을 조사하는 광원부;
상기 입력광을 회절시켜 피검사물의 표면에 광 스펙트럼을 형성하는 회절부;
상기 피검사물의 표면을 고속 스캔하여 상기 광 스펙트럼을 촬영하는 고속 카메라부;
상기 고속 카메라부에서 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 기반으로 상기 피검사물에 금속 이물이 존재하는지 여부를 검출하는 검출부;를 포함하고,
상기 검출부는,
상기 피검사물에 금속 이물이 존재하지 않는 경우의 광 스펙트럼 이미지를 기준 이미지로 상정하고, 상기 피검사물에 금속 원소별로 금속 이물이 존재하는 경우의 광 스펙트럼 이미지를 검출 이미지로 상정하며, 상기 기준 이미지와 상기 검출 이미지를 학습 데이터로 수집하여 미리 저장하는 학습 데이터 수집부;
상기 학습 데이터 수집부에 의해 수집된 데이터를 학습 데이터로 이용하여 학습 모델을 학습시키는 학습 모델 처리부; 및
상기 학습 모델을 이용하여 상기 고속 카메라부에서 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 분석하여 피검사물에 존재하는 금속 이물을 검출하는 영상 분석부;를 포함하며,
상기 기준 이미지는, 상기 전지셀 이물 검출 장치의 진동에 의한 외부요인에 따라 복수 개로 마련되어 상기 학습 모델에 의해 학습되고,
상기 검출 이미지는, 금속 이물의 성분, 위치, 크기, 분포 중 적어도 하나에 따라 복수 개로 마련되어 상기 학습 모델에 의해 학습되며,
상기 영상 분석부는,
상기 학습 모델에서 학습된 결과를 기반으로, 상기 고속 카메라부에서 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 분석하여 피검사물에 존재하는 이물의 유무, 성분, 위치, 크기, 분포 중 적어도 하나를 검출하며,
상기 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치는,
이차 전지의 전지셀에서 분리된 분리막이 이송되게 하는 컨베이어 벨트;를 더 포함하고,
상기 고속 카메라부는, 상기 컨베이어 벨트를 따라 연속적으로 이송되는 분리막들에 대한 광 스펙트럼 촬영 이미지마다 태그 정보를 부가하며,
상기 태그 정보는, 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지가 촬영된 시점에 대한 정보 또는 분리막마다 기표기된 식별 정보이고,
상기 학습 모델은,
상기 금속 이물이 없는 순수한 상태에서의 광 스펙트럼 이미지를 기준 이미지로 획득하고, 상기 금속 이물이 분리막의 정중앙에 위치한 상태에서의 광 스펙트럼 이미지를 제1 검출 이미지로 획득하며, 상기 금속 이물이 분리막의 외곽에 위치한 상태에서의 광 스펙트럼 이미지를 제2 검출 이미지로 획득하여, 기준 이미지와 제1 검출 이미지 간의 변화의 상관 관계 및 기준 이미지와 제2 검출 이미지 간의 변화의 상관 관계를 학습함으로써, 상기 피검사물에 존재하는 이물의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 광원부는, 백색 광원, 적외선 광원, 원적외선 광원, 자외선 광원 및 테라파 광원 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 회절부는, 적어도 하나의 집광렌즈, 회절격자 및 프리즘 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 고속 카메라부는, 가시광 카메라, 적외선 카메라, 원적외선 카메라, 자외선 카메라, 초분광 카메라 및 테라파 스캐너 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 장치. - 삭제
- 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 방법에 있어서,
이차 전지의 전지셀에서 분리막을 제거하는 단계;
상기 분리막에 입력광을 조사하는 단계;
상기 입력광을 회절시켜 피검사물의 표면에 광 스펙트럼을 형성시키는 단계;
상기 피검사물의 표면을 고속 스캔하여 상기 광 스펙트럼을 촬영하는 단계; 및
상기 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 기반으로 상기 피검사물에 금속 이물이 존재하는지 여부를 검출하는 단계;를 포함하고,
상기 검출 단계는,
상기 피검사물에 금속 이물이 존재하지 않는 경우의 광 스펙트럼 이미지를 기준 이미지로 상정하고, 상기 피검사물에 금속 원소별로 금속 이물이 존재하는 경우의 광 스펙트럼 이미지를 검출 이미지로 상정하며, 상기 기준 이미지와 상기 검출 이미지를 학습 데이터로 수집하여 미리 저장하는 단계;
상기 수집된 데이터를 학습 데이터로 이용하여 학습 모델을 학습시키는 단계; 및
상기 학습 모델을 이용하여 상기 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 분석하여 피검사물에 존재하는 금속 이물을 검출하는 단계;를 포함하며,
상기 기준 이미지는, 상기 전지셀 이물 검출 장치의 진동에 의한 외부요인에 따라 복수 개로 마련되어 상기 학습 모델에 의해 학습되고,
상기 검출 이미지는, 금속 이물의 성분, 위치, 크기, 분포 중 적어도 하나에 따라 복수 개로 마련되어 상기 학습 모델에 의해 학습되며,
상기 학습 모델을 이용하여 상기 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 분석하여 피검사물에 존재하는 금속 이물을 검출하는 단계는, 상기 학습 모델에서 학습된 결과를 기반으로, 상기 촬영된 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지를 분석하여 피검사물에 존재하는 이물의 유무, 성분, 위치, 크기, 분포 중 적어도 하나를 검출하고,
상기 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 방법은,
이차 전지의 전지셀에서 제거된 상기 분리막을 컨베이어 벨트에 위치시키는 단계; 및
상기 컨베이어 벨트를 따라 연속적으로 이송되는 분리막들에 대한 광 스펙트럼 촬영 이미지마다 태그 정보를 부가하는 단계;를 더 포함하며,
상기 태그 정보는, 상기 광 스펙트럼에 대한 이미지가 촬영된 시점에 대한 정보 또는 분리막마다 기표기된 식별 정보이고,
상기 학습 모델은,
상기 금속 이물이 없는 순수한 상태에서의 광 스펙트럼 이미지를 기준 이미지로 획득하고, 상기 금속 이물이 분리막의 정중앙에 위치한 상태에서의 광 스펙트럼 이미지를 제1 검출 이미지로 획득하며, 상기 금속 이물이 분리막의 외곽에 위치한 상태에서의 광 스펙트럼 이미지를 제2 검출 이미지로 획득하여, 기준 이미지와 제1 검출 이미지 간의 변화의 상관 관계 및 기준 이미지와 제2 검출 이미지 간의 변화의 상관 관계를 학습함으로써, 상기 피검사물에 존재하는 이물의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 방법. - 삭제
- 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 입력광은, 백색 광원, 적외선 광원, 원적외선 광원, 자외선 광원 및 테라파 광원 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 입력광을 회절시켜 피검사물의 표면에 광 스펙트럼을 형성시키는 단계는, 적어도 하나의 집광렌즈, 회절격자 및 프리즘 중 적어도 하나를 이용하여 상기 입력광을 회절시키며,
상기 광 스펙트럼에 대한 이미지의 촬영은, 가시광 카메라, 적외선 카메라, 원적외선 카메라, 자외선 카메라, 초분광 카메라 및 테라파 스캐너 중 적어도 하나를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 분광화상을 이용한 전지셀 이물 검출 방법. - 삭제
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