KR102675584B1 - 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치 및 측정방법 Download PDF

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Abstract

이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치가 개시된다. 본 발명에 따른 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치는, 컵부와 실링부를 구비하는 파우치형 이차전지 셀의 컵부와 실링부 주위의 3차원 형상정보를 획득하는 형상정보 획득유닛과, 형상정보 획득유닛을 지지하며 형상정보 획득유닛을 파우치형 이차전지 셀에 대해 상대이동 시키는 이동유닛과, 형상정보 획득유닛이 획득한 파우치형 이차전지 셀의 3차원 형상정보를 전달받으며 전달받은 3차원 형상정보를 통해 컵부와 실링부의 외형 치수를 산출하는 데이터 처리유닛을 포함한다.

Description

이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치 및 측정방법{3D shape measuring device of secondary battery cell and 3D shape measuring method the same}
본 발명은, 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치 및 측정방법에 관한 것에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 이차전지 셀에 형성된 컵부 및 실링부의 외형 치수를 산출할 수 있는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치 및 측정방법을 제공하는 것이다.
일반적으로 2차 전지(secondary cell)는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 외부의 회로에 전원을 공급하기도 하고, 방전되었을 때 외부의 전원을 공급받아 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어 전기를 저장할 수 있는 전지를 가리킨다. 이러한 2차 전지를 통상적으로 축전기라 부르기도 한다.
이러한 2차 전지는 형상에 따라 다양하게 분류될 수 있다. 예컨대, 2차 전지는 각형 구조, 원통형 구조, 파우치형 구조 등으로 분류될 수 있다.
원통형 구조의 이차전지는 캔(can)으로 덮여져 있으며 이 캔은 철에 니켈 도금한 재질로 이뤄져 있다.
파우치형 구조의 이차전지 셀은 전극 적층체를 감싸는 외장재로서 파우치(pouch)를 사용하는 방식으로써, 이러한 파우치형 구조의 이차전지는 단위중량 및 체적당 에너지밀도가 보다 높일 수 있고, 박형화 및 경량화를 가능하게 하는 이점이 있다.
파우치형 이차전지 셀(S)은 전극 적층체를 파우치형 케이스가 감싸는 구조로 형성된다. 이러한 파우치형 이차전지 셀(S)은 다수 개가 모여 이차전지 모듈을 형성한다.
이러한 파우치형 이차전지 셀(S)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 전극 적층체(미도시)가 배치되는 셀 몸체부(S1)와, 셀 몸체부(S1)의 측벽을 형성하는 컵부(S2)와, 컵부(S2)에 연결되며 컵부(S2)에서 돌출되어 형성되며 실링부(S5)가 형상된 테라스부(S3)와, 테라스부(S3)에 연결되는 탭부(S4)를 포함한다.
셀 몸체부(S1)의 내부에는 전극 적층체(미도시)가 배치된다. 전극 적층체(미도시)는, 도면의 편의상 자세히 도시하지는 않았으나, 하나 이상의 양극판(미도시) 및 하나 이상의 음극판(미도시)이 분리막(미도시)을 사이에 두고 배치된 형태로 구성된다.
탭부(S4)는, 양극 탭과 음극 탭으로 구성되며, 각각 전극 적층체(미도시)로부터 돌출되도록 형성된다. 즉, 양극 탭은 전극 적층체(미도시)의 양극판으로부터 돌출되도록 형성되고, 음극 탭은 전극 적층체(미도시)의 음극판으로부터 돌출되도록 형성된다.
이러한 파우치형 이차전지 셀(S)은 다수 개가 모여 이차전지 모듈을 형성한다. 그런데, 이차전지 모듈의 치수(특히, 컵부(S2)의 높이)가 설계치를 벗어날 경우 이차전지 모듈 자체가 불량이 되어 큰 손실이 발생되는 문제점이 있다.
또한, 테라스부(S3)에 형성된 실링부(S5)의 치수(폭과 두께 등)이 설계치와 다를 경우에는 전해액이 누액되는 심각한 불량이 발생될 수 있다.
또한, 파우치형 이차전지 셀(S)을 적층하여 이차전지 모듈을 형성하는 과정에서 파우치형 이차전지 셀(S)들의 탭부(S4)를 용접하는데, 이 과정에서 컵부(S2)로부터 실링부(S5)까지의 거리가 매우 중요한다.
상술한 바와 같이 컵부(S2)의 높이 및 실링부(S5)의 외형 치수(폭과 두께 및 컵부(S2)로부터 실링부(S5)까지의 거리 등)가 매우 중요한데, 이러한 외형 치수에 대한 측정이 인력에 의해 이루어져 부정확하고 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0064724호, (2019.06.11.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 생산된 파우치형 이차전지 셀의 컵부 및 실링부의 외형 치수가 불량한 제품을 빠르고 정확하게 구분할 수 있는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치 및 측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 컵부와 실링부를 구비하는 파우치형 이차전지 셀의 상기 컵부와 상기 실링부 주위의 3차원 형상정보를 획득하는 형상정보 획득유닛; 상기 형상정보 획득유닛을 지지하며, 상기 형상정보 획득유닛을 상기 파우치형 이차전지 셀에 대해 상대이동 시키는 이동유닛; 및 상기 형상정보 획득유닛이 획득한 상기 파우치형 이차전지 셀의 상기 3차원 형상정보를 전달받으며, 전달받은 상기 3차원 형상정보를 통해 상기 컵부와 상기 실링부의 외형 치수를 산출하는 데이터 처리유닛을 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치가 제공될 수 있다.
상기 파우치형 이차전지 셀은, 상기 컵부가 측벽을 형성하는 셀 몸체부; 상기 컵부에 연결되고 상기 컵부에서 돌출되며, 상기 실링부가 형성된 테라스부; 및 상기 테라스부에 연결되는 탭부를 포함하며, 상기 형상정보 획득유닛은, 상기 컵부와 및 상기 실링부의 3차원 형상정보를 획득할 수 있다.
상기 형상정보 획득유닛은, 상기 이동유닛에 연결되는 획득유닛용 프레임부; 상기 획득유닛용 프레임부에 연결되며, 상기 실링부의 형상정보를 획득하는 실링부용 센서부; 및 상기 획득유닛용 프레임부에 연결되며, 상기 컵부의 형상정보를 획득하는 컵부용 센서부를 포함할 수 있다.
상기 실링부용 센서부는 한 쌍으로 마련되며, 한 쌍의 실링부용 센서부는 상기 파우치형 이차전지 셀을 사이에 두고 상호 이격되어 배치될 수 있다.
상기 실링부용 센서부는 세로 방향으로 상호 이격되어 배치될 수 있다.
상기 이동유닛은, 이동유닛용 프레임부; 및 상기 이동유닛용 프레임부에 지지되며, 상기 형상정보 획득유닛에 연결되어 상기 형상정보 획득유닛을 이동시키는 획득유닛용 이동부를 포함하며, 상기 획득유닛용 이동부는, 상기 형상정보 획득유닛에 결합되며, 가로 방향으로 이동되는 이동블록부; 상기 이동유닛용 프레임부에 결합되며, 상기 이동블록부에 연결되어 상기 이동블록부의 이동을 가이드하는 이동블록부용 이동 가이드부; 및 상기 이동유닛용 프레임부에 결합되며, 상기 이동블록부에 연결되어 상기 이동블록부를 이동시키는 이동블록부용 이동 구동부를 포함할 수 있다.
상기 데이터 처리유닛은, 상기 3차원 형상정보로부터 상기 파우치형 이차전지의 3차원 프로파일을 생성하며, 상기 3차원 프로파일로부터 상기 컵부와 상기 실링부의 외형 치수를 산출할 수 있다.
상기 컵부의 높이, 실링부의 두께, 상기 실링부의 폭 및 상기 컵부로부터 상기 실링부까지의 거리를 포함할 수 있다.
상기 데이터 처리유닛은, 상기 3차원 프로파일에서 미리 설정된 기준에 따라 기준점을 설정하며, 상기 기준점을 기준으로 하여 상기 컵부에서 상기 실링부까지의 거리를 산출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 형상정보 획득유닛이 파우치형 이차전지 셀에 형성된 컵부와 실링부 주위를 스캐닝하여 상기 파우치형 이차전지 셀의 3차원 형상정보를 획득하는 형상정보 획득단계; 상기 3차원 형상정보로부터 상기 파우치형 이차전지의 3차원 프로파일이 생성되는 프로파일 생성단계; 및 상기 파우치형 이차전지 셀의 상기 컵부와 상기 실링부의 외형 치수가 산출되는 치수 산출단계를 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정방법이 제공될 수 있다.
상기 형상정보 획득유닛은, 획득유닛용 프레임부에 연결되며, 상기 실링부의 형상정보를 획득하는 실링부용 센서부; 및 상기 획득유닛용 프레임부에 연결되며, 상기 컵부의 형상정보를 획득하는 컵부용 센서부를 포함할 수 있다.
상기 파우치형 이차전지 셀은, 상기 컵부가 측벽을 형성하는 셀 몸체부; 상기 컵부에 연결되고 상기 컵부에서 돌출되며, 상기 실링부가 형성된 테라스부; 및 상기 테라스부에 연결되는 탭부를 포함하며, 상기 치수 산출단계에서는, 상기 컵부의 높이, 실링부의 두께, 상기 실링부의 폭 및 상기 컵부로부터 상기 실링부까지의 거리가 산출될 수 있다.
상기 치수 산출단계는, 상기 3차원 프로파일에서 미리 설정된 기준에 따라 기준점을 설정하는 기준점 설정단계; 및 상기 기준점을 기준으로 하여 상기 실링부까지의 길이를 산출하는 실링부까지의 거리 산출단계를 포함할 수 있다.
상기 형상정보 획득유닛이 캘리브레이션용 지그를 스캐닝하여 상기 형상정보 획득유닛을 캘리브레이션 하는 캘리브레이션 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 파우치형 이차전지 셀의 컵부와 실링부 주위의 3차원 형상정보를 획득하는 형상정보 획득유닛과, 형상정보 획득유닛을 파우치형 이차전지 셀에 대해 상대이동 시키는 이동유닛과, 3차원 형상정보를 통해 파우치형 이차전지 셀의 컵부와 실링부의 외형 치수를 산출하는 데이터 처리유닛을 구비함으로써, 생산된 제품들 중 컵부와 실링부의 외형 치수가 불량한 파우치형 이차전지 셀을 빠르고 정확하게 구분할 수 있으며, 그에 따라 파우치형 이차전지 셀들을 적층하여 모듈화하기 전에 중 컵부 및 실링부의 외형 치수가 불량한 불량품을 걸러낼 수 있는 이점이 있다.
도 1은 파우치형 이차전지 셀이 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치가 도시된 도면이다.
도 3은 도 2의 평면도이다.
도 4은 도 2의 정면도이다.
도 5는 도 4에서 형상정보 획득유닛을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 8에는 데이터 처리유닛에 의해 생성된 3차원 프로파일을 이용하여 외형 치수가 산출되는 방법이 도시된 도면이다.
도 9는 도 2의 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치의 측정방법이 도시된 순서도이다.
도 10 및 도 11은 도 9의 캘리브레이션 단계에 사용되는 캘리브레이션용 지그가 도시된 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 파우치형 이차전지 셀이 도시된 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치가 도시된 도면이고, 도 3은 도 2의 평면도이며, 도 4은 도 2의 정면도이고, 도 5는 도 4에서 형상정보 획득유닛을 확대하여 도시한 도면이며, 도 6 내지 도 8에는 데이터 처리유닛에 의해 생성된 3차원 프로파일을 이용하여 외형 치수가 산출되는 방법이 도시된 도면이고, 도 9는 도 2의 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치의 측정방법이 도시된 순서도이며, 도 10 및 도 11은 도 9의 캘리브레이션 단계에 사용되는 캘리브레이션용 지그가 도시된 도면이다. 도 1은 도시의 편의를 위해 파우치형 이차전지 셀의 크기 비율을 변형하였다.
본 실시예에 따른 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치는, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 파우치형 이차전지 셀(S)의 형상정보를 획득하는 형상정보 획득유닛(100)과, 이동유닛(200)과, 데이터 처리유닛(300)과, 파우치형 이차전지 셀(S)을 지지하는 스테이지(400)을 포함한다.
파우치형 이차전지 셀(S)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 전극 적층체(미도시)가 배치되는 셀 몸체부(S1)와, 셀 몸체부(S1)의 측벽을 형성하는 컵부(S2)와, 컵부(S2)에 연결되며 컵부(S2)에서 돌출되어 형성되며 실링부(S5)가 형상된 테라스부(S3)와, 테라스부(S3)에 연결되는 탭부(S4)를 포함한다.
형상정보 획득유닛(100)은 파우치형 이차전지 셀(S)의 컵부(S2)와 실링부(S5) 주위의 3차원 형상정보 3차원 형상정보를 획득한다.
형상정보 획득유닛(100)은, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 이동유닛(200)에 연결되는 획득유닛용 프레임부(110)와, 획득유닛용 프레임부(110)에 연결되며 실링부(S5)의 형상정보를 획득하는 실링부용 센서부(120)와, 획득유닛용 프레임부(110)에 연결되며 컵부(S2)의 형상정보를 획득하는 컵부용 센서부(130)를 포함한다.
획득유닛용 프레임부(110)는 플레이트 형상으로 형성된다. 이러한 획득유닛용 프레임부(110)는 이동유닛(200)에 결합되어 지지된다.
실링부용 센서부(120)는 획득유닛용 프레임부(110)에 연결되어 실링부(S5)의 형상정보를 획득한다. 실링부용 센서부(120)는 한 쌍으로 마련된다. 본 실시예에서 한 쌍의 실링부용 센서부(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 파우치형 이차전지 셀(S)을 사이에 두고 세로방향(Z)으로 상호 이격되어 배치된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 이차전지 셀의 3차원 형상 검사장치는, 파우치형 이차전지 셀(S)을 사이에 두고 세로방향(Z)으로 상호 이격되어 배치되는 한 쌍의 실링부용 센서부(120)를 구비함으로써, 파우치형 이차전지 셀(S)의 상면과 하면의 형상정보를 동시에 획득할 수 있는 이점이 있다.
실링부용 센서부(120)는, 실링부(S5)를 스캐닝하는 스캐닝 센서(121)와, 스캐닝 센서(121)가 결합되고 획득유닛용 프레임부(110)에 연결되며 스캐닝 센서(121)의 위치를 가로방향(X) 및 세로방향(Z)으로 조정할 수 있는 스캐닝 센서용 위치조절부(122)를 포함한다.
실링부(S5)를 스캐닝하는 스캐닝 센서(121)는 파우치형 이차전지 셀(S)을 향하여 빔(레이저)을 방출하고 파우치형 이차전지 셀(S)의 외벽에 부딪혀 반사된 빔을 수신하여 파우치형 이차전지 셀(S)의 외형을 스캐닝한다.
이러한 스캐닝 센서(121)는 파우치형 이차전지 셀(S)의 양측 말단부 영역을 스캐닝하여 셀 몸체부(S1)의 일부, 실링부(S5), 테라스부(S3) 및 탭부(S4)의 3차원 형상정보를 획득한다.
스캐닝 센서용 위치조절부(122)에는 스캐닝 센서(121)가 결합된다. 이러한 스캐닝 센서용 위치조절부(122)는 획득유닛용 프레임부(110)에 결합되어 스캐닝 센서(121)의 위치를 가로방향(X) 및 세로방향(Z)으로 조정할 수 있다.
스캐닝 센서용 위치조절부(122)는 스캐닝 센서(121)의 위치를 조절하여 스캐닝 센서(121)를 정위치로 얼라인한다. 작업자는 스캐닝 센서(121)로 후술할 캘리브레이션용 지그(G)를 스캐닝한 후, 스캐닝 결과를 바탕으로 스캐닝 센서용 위치조절부(122)를 조작하여 스캐닝 센서(121)의 위치를 조정할 수 있다.
컵부용 센서부(130)는 획득유닛용 프레임부(110)에 연결되며 컵부(S2)의 형상정보를 획득한다. 이러한 컵부용 센서부(130)는, 컵부(S2)를 타겟팅하는 스팟 센서(131)와, 스팟 센서(131)가 결합되고 획득유닛용 프레임부(110)에 연결되며 스팟 센서(131)의 위치를 가로방향(X) 및 세로방향(Z)으로 조정할 수 있는 스팟 센서용 위치조절부(132)를 포함한다.
컵부(S2)를 타겟팅하는 스팟 센서(131)는 파우치형 이차전지 셀(S)의 컵부(S2)를 향하여 빔(레이저)을 방출하고 파우치형 이차전지 셀(S)의 외벽에 부딪혀 반사된 빔을 수신하여 컵부(S2)의 외형을 스캐닝한다.
스팟 센서용 위치조절부(132)에는 스팟 센서(131)가 결합된다. 이러한 스팟 센서용 위치조절부(132)는 획득유닛용 프레임부(110)에 결합되어 스팟 센서(131)의 위치를 가로방향(X) 및 세로방향(Z)으로 조정할 수 있다.
스팟 센서용 위치조절부(132)는 스팟 센서(131)의 위치를 조절하여 스캐닝 센서(121)를 정위치로 얼라인한다. 작업자는 스팟 센서(131)로 후술할 캘리브레이션용 지그(G)를 타겟팅한 후, 타겟팅 결과를 바탕으로 스팟 센서용 위치조절부(132)를 조작하여 스팟 센서(131)의 위치를 조정할 수 있다.
한편, 이동유닛(200)은 형상정보 획득유닛(100)을 지지한다. 이러한 이동유닛(200)은 형상정보 획득유닛(100)을 파우치형 이차전지 셀(S)에 대해 상대이동시킨다.
본 실시예에 따른 이동유닛(200)은, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 이동유닛용 프레임부(210)와, 이동유닛용 프레임부(210)에 지지되며 형상정보 획득유닛(100)에 연결되어 형상정보 획득유닛(100)을 가로방향(X)으로 이동시키는 획득유닛용 이동부(220)를 포함한다.
이러한 획득유닛용 이동부(220)는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 형상정보 획득유닛(100)에 결합되며 가로 방향으로 이동되는 이동블록부(221)와, 이동유닛용 프레임부(210)에 결합되며 이동블록부(221)에 연결되어 이동블록부(221)의 이동을 가이드하는 이동블록부용 이동 가이드부(222)와, 이동유닛용 프레임부(210)에 결합되며 이동블록부(221)에 연결되어 이동블록부(221)를 이동시키는 이동블록부용 이동 구동부(223)를 포함한다.
이동블록부(221)에는 형상정보 획득유닛(100)의 획득유닛용 프레임부(110)가 결합된다. 이러한 이동블록부(221)는 가로방향(X)으로 이동되어 형상정보 획득유닛(100)을 가로방향(X)으로 이동시킨다.
이동블록부용 이동 가이드부(222)는 이동유닛용 프레임부(210)의 하부면에 결합된다. 이러한 이동블록부용 이동 가이드부(222)는 이동블록부(221)에 연결되어 이동블록부(221)의 이동을 안내한다. 본 실시예에 따른 이동블록부용 이동 가이드부(222)는 이동블록부(221)가 슬라이딩 이동가능하게 결합되는 가이드 레일로 이루어진다.
이동블록부용 이동 구동부(223)는 이동유닛용 프레임부(210)의 하부면에 결합된다. 이러한 이동블록부용 이동 구동부(223)는 이동블록부(221)에 연결되어 이동블록부(221)를 이동시킨다. 본 실시예에서 이동블록부용 이동 구동부(223)는 볼 스크류 방식의 리니어모터로 이루어진다.
상술한 이동유닛(200)은, 형상정보 획득유닛(100)을 파우치형 이차전지 셀(S)에 대해 상대이동시킴으로써, 형상정보 획득유닛(100)이 파우치형 이차전지 셀(S)의 보다 정확한 형상정보를 획득할 수 있도록 한다.
한편, 데이터 처리유닛(300)은 형상정보 획득유닛(100)과 유선 또는 무선으로 통신하여 형상정보 획득유닛(100)이 획득한 파우치형 이차전지 셀(S)의 3차원 형상정보를 전달받는다. 본 실시예의 데이터 처리유닛(300)은 전달받은 3차원 형상정보로부터 파우치형 이차전지 셀(S)의 3차원 프로파일을 생성한다.
이러한 데이터 처리유닛(300)은, 사용자의 조작을 입력받는 입력부(미도시)와, 형상정보 획득유닛(100)과 통신하며 연산작업을 수행하는 연산부(미도시)와, 연산결과를 출력하는 디스플레이부(미도시)를 포함한다.
상술한 바와 같이 실링부용 센서부(120)가 파우치형 이차전지 셀(S)에 대해 상하방향으로 배치되므로, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 이격된 2개의 프로파일이 생성된다. 도 6 내지 도 8은 3차원 프로파일이 시각적으로 용이하게 인식될 수 있도록 2차원 평면에 투영되어 표시하였다.
데이터 처리유닛(300)은 생성된 3차원 프로파일로부터 파우치형 이차전지 셀(S)의 외형 치수를 산출한다. 여기서, 외형 치수는 컵부(S2)의 높이와 실링부(S5)의 두께와 실링부(S5)의 폭과 컵부(S2)로부터 실링부(S5)까지의 길이를 포함한다. 컵부(S2)의 높이 3차원 프로파일로부터 쉽게 인식될 수 있다.
실링부(S5)의 폭은 3차원 프로파일을 Y-Z 평면 상에서 구해진다. 실링부(S5)의 폭은 도 6에 도시된 바와 같이 실링부(S5)의 Y축 방향의 길이이다. 실링부(S5)는 히팅바(미도시)에 의해 열압착된 부위로 눌러진 부위는 평평하게 형성되고 그 주변부는 위나 아래로 휘어지게 된다. 따라서, 상부 3차원 프로파일과 하부 3차원 프로파일이 Y축 방향에서 수평을 유지하는 구간을 측정하여 실링부(S5)의 폭을 측정한다. 이하에서 설명의 편의를 위해 상부 3차원 프로파일과 하부 3차원 프로파일을 상부 프로파일과 하부 프로파일로 기재한다.
먼저, 도 6(a)에 도시된 바와 같이 상부 프로파일의 평평한 부분을 연장하는 상부 연장선을 구하고, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 하부 프로파일의 평평한 부분을 연장하는 하부 연장선을 구한다.
이후, 도 6(c)에 도시된 바와 같이 상부 연장선과 하부 연장선 사이의 간격인 기준 간격을 구한다.
다음, 상부 프로파일과 하부 프로파일의 사이 간격이 상술한 기준 간격을 미리 정한 소정의 범위 내에서 넘어서는 부분은 실링부(S5)에서 제외한다. 따라서, 도 6(c)의 좌측 범위선의 왼쪽 부분과 우측 범위선의 우측 범위는 상부 프로파일과 하부 프로파일의 사이 간격이 상술한 기준 간격을 넘어서는 부분이다. 따라서, 도 6(c)에 도시된 바와 같이 실링부(S5)의 폭은 좌측 범위선과 우측 범위선 사이의 거리이다.
또한, 데이터 처리유닛(300)은 컵부(S2)로부터 실링부(S5)까지의 거리를 구한다. 본 실시예에서 컵부(S2)는 약간의 곡면 형상으로 형성된다. 따라서, 컵부(S2)로부터 실링부(S5)까지의 거리를 구하기 위해서는 컵부(S2)의 기준점을 정해야한다. 본 실시예에서 컵부(S2)의 기준점은 컵부(S2)의 컵부(S2)의 최고점(즉, 셀 몸체부(S1)의 상단부)에서 2mm 또는 5mm 아래에 있는 지점이다.
도 7에 도시된 바와 같이 컵부(S2)로부터 실링부(S5)까지의 거리는 ⓐ부터 ⓒ까지의 거리이며, ⓑ부터 ⓒ까지의 거리는 실링부(S5)의 폭에 해당된다.
또한, 데이터 처리유닛(300)은 실링부(S5)의 두께를 구한다. 먼저, 도 8(a)에 도시된 바와 같이 상부 프로파일과 하부 프로파일 사이의 Z축 방향의 상하 거리를 구한다. 다음, 도 8(b)에 도시된 바와 같이 실링부(S5)의 상부 프로파일의 기울기에 해당하는 상부 연장선을 구한 후 상부 연장선에서 하부 프로파일까지의 법선 거리를 구한다. 이러한 법선 거리는 실링부(S5)의 두께에 해당한다.
스테이지는 파우치형 파우치형 이차전지 셀(S)의 컵부(S2)와 실링부(S5) 주위의 3차원 형상정보를 획득할 수 있도록 이차전지 셀(S)을 지지한다.
이하에서 본 실시예에 따른 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치를 통한 측정방법을 도 2 내지 도 11을 참고하여 설명한다.
본 실시예에 따른 이차전지 셀의 3차원 형상 측정방법은, 형상정보 획득유닛(100)이 캘리브레이션용 지그(G)를 스캐닝하여 형상정보 획득유닛(100)을 캘리브레이션 하는 캘리브레이션 단계(S110)와, 형상정보 획득유닛(100)이 파우치형 이차전지 셀(S)에 형성된 컵부(S2)와 실링부(S5) 주위를 스캐닝하여 파우치형 이차전지 셀(S)의 3차원 형상정보를 획득하는 형상정보 획득단계(S120)와, 3차원 형상정보로부터 파우치형 이차전지의 3차원 프로파일이 생성되는 프로파일 생성단계(S130)와, 파우치형 이차전지 셀(S)의 컵부(S2)와 실링부(S5)의 외형 치수가 산출되는 치수 산출단계(S140)를 포함한다.
캘리브레이션 단계(S110)에서는, 형상정보 획득유닛(100)이 캘리브레이션용 지그(G)를 스캐닝하여 형상정보 획득유닛(100)을 캘리브레이션한다.
본 실시예의 캘리브레이션용 지그(G)는 휨이 발생되지 않도록 금속 또는 세라믹 재질로 형성된다.
캘리브레이션용 지그(G)는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 'ㄴ'의 플레이트 형상으로 형성된다. 이러한 캘리브레이션용 지그(G)는 제1 플레이트(G1)와 제1 플레이트(G1)에 결합되고 제1 플레이트(G1)에 교차하는 방향으로 배치되는 제2 플레이트(G2)를 포함한다. 제1 플레이트(G1)에는 기준홀(H)이 형성된다. 본 실시의 기준홀(H)은 한 쌍의 실링부용 센서부(120)의 얼라인 용도로 사용된다.
제2 플레이트(G2)에는 타겟 라인(T)이 형성된다. 이러한 타겟 라인(T)은 컵부용 센서부(130)의 타겟팅 대상이 되어 컵부용 센서부(130)의 얼라인 용도로 사용된다.
형상정보 획득단계(S120)에서는, 형상정보 획득유닛(100)이 파우치형 이차전지 셀(S)의 컵부(S2)와 실링부(S5) 주위를 스캐닝하여 파우치형 이차전지 셀(S)의 3차원 형상정보를 획득한다.
치수 산출단계(S140)에서는 데이터 처리유닛(300)이 파우치형 이차전지 셀(S)의 외형 치수를 산출한다. 치수 산출단계(S140)에서 컵부(S2)의 높이, 실링부(S5)의 두께, 실링부(S5)의 폭 및 컵부(S2)로부터 실링부(S5)까지의 거리가 산출되는데, 컵부(S2)로부터 실링부(S5)까지의 거리를 산출하기 위해 본 실시예에 따른 치수 산출단계(S140)는, 3차원 프로파일에서 미리 설정된 기준에 따라 기준점을 설정하는 기준점 설정단계와, 기준점을 기준으로 하여 실링부(S5)까지의 길이를 산출하는 실링부(S5)까지의 거리 산출단계를 포함한다.
본 실시예에서 컵부(S2)의 기준점은 컵부(S2)의 컵부(S2)의 최고점(즉, 셀 몸체부(S1)의 상단부)에서 2mm 또는 5mm 아래에 있는 지점이다.
컵부(S2)로부터 실링부(S5)까지의 거리는 ⓐ부터 ⓒ까지의 거리이다(도 7 참조). 실링부(S5)의 폭은 평평한 부위의 길이이다(도 6 및 도 7 참조).
또한, 실링부(S5)의 두께는 상부 프로파일의 기울기에 해당하는 상부 연장선에서 하부 프로파일까지의 법선 거리이다(도 8 참조).
이와 같이 본 실시예에 따른 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치는, 파우치형 이차전지 셀(S)에 형성된 컵부(S2)와 실링부(S5) 주위의 3차원 형상정보를 획득하는 형상정보 획득유닛(100)과, 형상정보 획득유닛(100)을 파우치형 이차전지 셀(S)에 대해 상대이동 시키는 이동유닛(200)과, 3차원 형상정보를 통해 파우치형 이차전지 셀(S)의 컵부(S2)와 실링부(S5)의 외형 치수를 산출하는 데이터 처리유닛(300)을 구비함으로써, 생산된 제품들 중 실링부(S5)의 외형 치수가 불량한 파우치형 이차전지 셀(S)을 빠르고 정확하게 구분할 수 있으며, 그에 따라 파우치형 이차전지 셀(S)들을 적층하여 모듈화하기 전에 중 실링부(S5)의 외형 치수가 불량한 불량품을 걸러낼 수 있는 이점이 있다.
이상 도면을 참조하여 본 실시예에 대해 상세히 설명하였지만 본 실시예의 권리범위가 전술한 도면 및 설명에 국한되지는 않는다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100: 형상정보 획득유닛 110: 획득유닛용 프레임부
120: 실링부용 센서부 130: 컵부용 센서부
200: 이동유닛 210: 이동유닛용 프레임부
220: 획득유닛용 이동부 221: 이동블록부
222: 이동블록부용 이동 가이드부 223: 이동블록부용 이동 구동부
300: 데이터 처리유닛 S: 파우치형 이차전지 셀
S1: 셀 몸체부 S2: 컵부
S3: 테라스부 S4: 탭부

Claims (14)

  1. 컵부와 실링부를 구비하는 파우치형 이차전지 셀의 상기 컵부와 상기 실링부 주위의 3차원 형상정보를 획득하는 형상정보 획득유닛;
    상기 형상정보 획득유닛을 지지하며, 상기 형상정보 획득유닛을 상기 파우치형 이차전지 셀에 대해 상대이동 시키는 이동유닛; 및
    상기 형상정보 획득유닛이 획득한 상기 파우치형 이차전지 셀의 상기 3차원 형상정보를 전달받으며, 전달받은 상기 3차원 형상정보를 통해 상기 컵부와 상기 실링부의 외형 치수를 산출하는 데이터 처리유닛을 포함하고,
    상기 형상정보 획득유닛은,
    상기 이동유닛에 연결되는 획득유닛용 프레임부;
    상기 획득유닛용 프레임부에 연결되며, 상기 실링부의 형상정보를 획득하는 실링부용 센서부; 및
    상기 획득유닛용 프레임부에 연결되며, 상기 컵부의 형상정보를 획득하는 컵부용 센서부를 포함하며,
    상기 실링부용 센서부는,
    상기 실링부를 스캐닝하는 스캐닝 센서; 및
    상기 스캐닝 센서가 결합되고 상기 획득유닛용 프레임부에 연결되며, 상기 스캐닝 센서의 위치를 가로방향 및 세로방향으로 조정할 수 있는 스캐닝 센서용 위치조절부를 포함하고,
    상기 컵부용 센서부는,
    상기 컵부를 타겟팅하는 스팟 센서; 및
    상기 스팟 센서가 결합되고 상기 획득유닛용 프레임부에 연결되며, 상기 스팟 센서의 위치를 가로방향 및 세로방향으로 조정할 수 있는 스팟 센서용 위치조절부를 포함하며,
    상기 형상정보 획득유닛의 캘리브레이션을 위해 상기 형상정보 획득유닛이 스캐닝하는 캘리브레이션용 지그를 더 포함하고,
    상기 캘리브레이션용 지그는,
    상기 실링부용 센서부의 얼라인 용도로 사용되는 기준홀이 형성된 제1 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트에 결합되고 상기 제1 플레이트에 교차하는 방향으로 배치되며, 상기 컵부용 센서부의 타겟팅 대상이 되어 상기 컵부용 센서부의 얼라인 용도로 사용되는 타겟 라인이 형성된 제2 플레이트를 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파우치형 이차전지 셀은,
    상기 컵부가 측벽을 형성하는 셀 몸체부;
    상기 컵부에 연결되고 상기 컵부에서 돌출되며, 상기 실링부가 형성된 테라스부; 및
    상기 테라스부에 연결되는 탭부를 포함하며,
    상기 형상정보 획득유닛은,
    상기 컵부와 및 상기 실링부의 3차원 형상정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실링부용 센서부는 한 쌍으로 마련되며, 한 쌍의 실링부용 센서부는 상기 파우치형 이차전지 셀을 사이에 두고 상호 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실링부용 센서부는 세로 방향으로 상호 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이동유닛은,
    이동유닛용 프레임부; 및
    상기 이동유닛용 프레임부에 지지되며, 상기 형상정보 획득유닛에 연결되어 상기 형상정보 획득유닛을 이동시키는 획득유닛용 이동부를 포함하며,
    상기 획득유닛용 이동부는,
    상기 형상정보 획득유닛에 결합되며, 가로 방향으로 이동되는 이동블록부;
    상기 이동유닛용 프레임부에 결합되며, 상기 이동블록부에 연결되어 상기 이동블록부의 이동을 가이드하는 이동블록부용 이동 가이드부; 및
    상기 이동유닛용 프레임부에 결합되며, 상기 이동블록부에 연결되어 상기 이동블록부를 이동시키는 이동블록부용 이동 구동부를 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 처리유닛은,
    상기 3차원 형상정보로부터 상기 파우치형 이차전지의 3차원 프로파일을 생성하며, 상기 3차원 프로파일로부터 상기 컵부와 상기 실링부의 외형 치수를 산출하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 외형 치수는,
    상기 컵부의 높이, 실링부의 두께, 상기 실링부의 폭 및 상기 컵부로부터 상기 실링부까지의 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 데이터 처리유닛은,
    상기 3차원 프로파일에서 미리 설정된 기준에 따라 기준점을 설정하며, 상기 기준점을 기준으로 하여 상기 컵부에서 상기 실링부까지의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
  10. 형상정보 획득유닛이 파우치형 이차전지 셀에 형성된 컵부와 실링부 주위를 스캐닝하여 상기 파우치형 이차전지 셀의 3차원 형상정보를 획득하는 형상정보 획득단계;
    상기 3차원 형상정보로부터 상기 파우치형 이차전지의 3차원 프로파일이 생성되는 프로파일 생성단계; 및
    상기 파우치형 이차전지 셀의 상기 컵부와 상기 실링부의 외형 치수가 산출되는 치수 산출단계를 포함하고,
    상기 형상정보 획득유닛은,
    획득유닛용 프레임부에 연결되며, 상기 실링부의 형상정보를 획득하는 실링부용 센서부; 및
    상기 획득유닛용 프레임부에 연결되며, 상기 컵부의 형상정보를 획득하는 컵부용 센서부를 포함하며,
    상기 실링부용 센서부는,
    상기 실링부를 스캐닝하는 스캐닝 센서; 및
    상기 스캐닝 센서가 결합되고 상기 획득유닛용 프레임부에 연결되며, 상기 스캐닝 센서의 위치를 가로방향 및 세로방향으로 조정할 수 있는 스캐닝 센서용 위치조절부를 포함하고,
    상기 컵부용 센서부는,
    상기 컵부를 타겟팅하는 스팟 센서; 및
    상기 스팟 센서가 결합되고 상기 획득유닛용 프레임부에 연결되며, 상기 스팟 센서의 위치를 가로방향 및 세로방향으로 조정할 수 있는 스팟 센서용 위치조절부를 포함하며,
    상기 형상정보 획득단계 전에 상기 형상정보 획득유닛이 캘리브레이션용 지그를 스캐닝하여 상기 형상정보 획득유닛을 캘리브레이션 하는 캘리브레이션 단계를 더 포함하고,
    상기 캘리브레이션용 지그는,
    상기 실링부용 센서부의 얼라인 용도로 사용되는 기준홀이 형성된 제1 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트에 결합되고 상기 제1 플레이트에 교차하는 방향으로 배치되며, 상기 컵부용 센서부의 타겟팅 대상이 되어 상기 컵부용 센서부의 얼라인 용도로 사용되는 타겟 라인이 형성된 제2 플레이트를 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서,
    상기 파우치형 이차전지 셀은,
    상기 컵부가 측벽을 형성하는 셀 몸체부;
    상기 컵부에 연결되고 상기 컵부에서 돌출되며, 상기 실링부가 형성된 테라스부; 및
    상기 테라스부에 연결되는 탭부를 포함하며,
    상기 치수 산출단계에서는,
    상기 컵부의 높이, 실링부의 두께, 상기 실링부의 폭 및 상기 컵부로부터 상기 실링부까지의 거리가 산출되는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 치수 산출단계는,
    상기 3차원 프로파일에서 미리 설정된 기준에 따라 기준점을 설정하는 기준점 설정단계; 및
    상기 기준점을 기준으로 하여 상기 실링부까지의 길이를 산출하는 실링부까지의 거리 산출단계를 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정방법.
  14. 삭제
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