KR20210083686A - 슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치 - Google Patents

슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치에 관한 것으로, 조명기와, 카메라, 및 컨트롤러를 포함한다. 조명기는 배터리의 폴딩 부위와 그 이웃한 배터리의 표면 부위에 걸쳐 슬릿빔을 출사해서 조명한다. 카메라는 조명기에 의해 조명된 배터리의 폴딩 부위와 표면 부위에 대해 영상을 획득한다. 컨트롤러는 카메라에 의해 획득된 영상을 기반으로, 배터리의 폴딩 부위와 표면 부위 간에 상대 위치를 측정한다.

Description

슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치{Apparatus for inspecting exterior of battery using slit beam}
본 발명은 전기자동차 등에 사용되는 배터리의 외관 불량을 검사하는 기술에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차 배터리는 무선 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차 배터리는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차의 에너지원으로서도 주목을 받고 있다.
이러한 이차 배터리는 리튬이온 배터리, 리튬이온 폴리머 배터리, 리튬 폴리머 배터리 등과 같이 전극과 전해액의 구성에 따라 분류되며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적고 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 배터리의 사용량이 늘어나고 있다.
또한, 이차 배터리는 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 배터리 및 각형 배터리와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 배터리 등과 같이, 배터리 외장재의 형상에 따라 분류되기도 한다.
한편, 이차 배터리 등과 같은 배터리는 내부 불량뿐만 아니라 외관 불량이 있으면 성능에 치명적인 영향을 미치게 된다. 파우치형 배터리의 파우치는 2장의 시트들 사이에 한쪽 측면을 통해 전극탭이 인출된 상태로 전극조립체를 수용하고, 시트들의 외곽을 따라 실링 부위가 형성되어 밀폐되며, 전극탭이 인출된 측면의 좌우에 위치한 좌우 측면들의 실링 부위가 2회 이상 접혀 형성된 폴딩 부위를 구비한 형태로 이루어진다.
파우치의 폴딩 부위는 파우치의 상면 부위보다 높게 돌출되는 등, 그 외관이 설정 규격 형상을 벗어날 경우, 파우치형 배터리의 집적화 등에 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 폴딩 부위의 외관 불량을 정확하게 검사하기 위한 방안이 요구된다.
공개특허공보 제10-2018-0071982호(2018.06.28. 공개)
본 발명의 과제는 배터리의 폴딩 부위에 대한 외관 불량 여부를 정확하게 검사할 수 있는 슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치는 조명기와, 카메라, 및 컨트롤러를 포함한다. 조명기는 배터리의 폴딩 부위와 그 이웃한 배터리의 표면 부위에 걸쳐 슬릿빔을 출사해서 조명한다. 카메라는 조명기에 의해 조명된 배터리의 폴딩 부위와 표면 부위에 대해 영상을 획득한다. 컨트롤러는 카메라에 의해 획득된 영상을 기반으로, 배터리의 폴딩 부위와 표면 부위 간에 상대 위치를 측정한다.
여기서, 컨트롤러는, 카메라에 의해 획득된 영상에서 배터리의 폴딩 부위 정점을 나타내는 지점과 배터리의 상면을 나타내는 지점을 검출한 후, 검출된 지점들을 기반으로 배터리의 상면으로부터 배터리의 폴딩 부위 정점까지 높이를 산출할 수 있다. 또한, 컨트롤러는, 카메라에 의해 획득된 영상에서 배터리의 측면을 나타내는 지점을 검출한 후, 검출된 지점들을 기반으로 배터리의 측면으로부터 배터리의 폴딩 부위 정점까지 수평 거리를 산출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리의 폴딩 부위에 대한 외관 불량 여부를 정확하게 검사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치에 대한 구성도이다.
도 2는 도 1에 대한 사시도이다.
도 3은 배터리의 측면 부위에 슬릿빔이 조명된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 배터리의 측면 부위에 대해 획득된 영상을 나타낸 도면이다.
도 5는 배터리의 폴딩 부위가 배터리의 상면보다 높게 위치해 있는 경우, 획득된 영상을 나타낸 도면이다.
도 6은 배터리의 폴딩 부위가 배터리의 상면보다 낮게 위치해 있는 경우, 획득된 영상을 나타낸 도면이다.
도 7은 배터리의 폴딩 부위가 수직을 유지하지 못한 경우, 획득된 영상을 나타낸 도면이다.
본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치에 대한 구성도이다. 도 2는 도 1에 대한 사시도이다. 도 3은 배터리의 측면 부위에 슬릿빔이 조명된 상태를 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 배터리의 측면 부위에 대해 획득된 영상을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치(100)는 조명기(110)와, 카메라(120), 및 컨트롤러(130)를 포함한다.
조명기(110)는 배터리(10)의 폴딩 부위(11)와 그 이웃한 배터리의 표면 부위(12)에 걸쳐 슬릿빔(111)을 출사해서 조명한다. 여기서, 배터리(10)는 파우치형 배터리에 해당한다. 파우치형 배터리의 파우치는 2장의 시트들 사이에 한쪽 측면을 통해 전극탭이 인출된 상태로 전극조립체를 수용한다.
파우치는 시트들의 외곽을 따라 실링 부위가 형성되어 밀폐되며, 전극탭이 인출된 측면의 좌우에 위치한 좌우 측면들의 실링 부위가 2회 이상 접혀 형성된 폴딩 부위(11)를 구비한 형태로 이루어진다. 배터리(10)는 스테이지에 안착되어 지지될 수 있다.
예컨대, 조명기(110)는 광원과, 광원으로부터 출력된 광을 슬릿빔(111)으로 변환하는 실린더리컬 렌즈(cylindrical lens)를 포함할 수 있다. 광원은 레이저 다이오드(Laser Diode) 등으로 이루어질 수 있다.
조명기(110)는 광원으로부터 출력된 광을 집속시켜 실린더리컬 렌즈로 전달하는 집광렌즈를 포함할 수 있고, 실린더리컬 렌즈를 거친 슬릿빔을 배터리(10)의 측정 영역으로 반사시키는 미러(112)를 포함할 수 있다. 조명기(110)는 장치 프레임(101)에 장착되어 지지될 수 있다.
조명기(110)는 장치 프레임(101)을 매개로 카메라(120)와 일체화되어 이동기구(미도시)에 의해 배터리(10)의 측면을 따라 선형 이동하면서 배터리(10)의 측면 부위를 스캐닝할 수 있다. 다른 예로, 조명기(110)는 갈바노미터 등을 이용하여 미러의 각도를 변화시켜 배터리의 측면 부위를 스캐닝할 수도 있다.
카메라(120)는 조명기(110)에 의해 조명된 배터리(10)의 폴딩 부위(11)와 표면 부위(12)에 대해 영상을 획득한다. 카메라(120)는 촬상 면이 스테이지(102)의 윗면과 나란하게 배치된 상태로 장치 프레임(101)에 장착되어 지지될 수 있다. 카메라(120)는 배터리(10)의 폴딩 부위(11)와 표면 부위(12)로부터 반사되는 광을 미러(121)를 거쳐 전달받을 수 있다.
카메라(120)는 이미지센서를 포함할 수 있다. 이미지센서는 피사체에 대한 광학적 상을 받아서 전기적 신호로 변환한다. 이미지센서는 CCD(charge-coupled device) 이미지센서 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 이미지센서 등일 수 있다.
컨트롤러(130)는 조명기(110)와 카메라(120)를 구동 제어한다. 컨트롤러(130)는 카메라(120)에 의해 획득된 영상을 기반으로, 배터리(10)의 폴딩 부위(11)와 표면 부위(12) 간에 상대 위치를 측정한다.
컨트롤러(130)는 배터리(10)의 폴딩 부위(11) 특징점이 배터리(10)의 표면 부위(12)를 기준으로 설정 위치 범위에 속한다면, 배터리(10)의 폴딩 부위(11) 외관이 양호한 것으로 판단할 수 있다. 컨트롤러(130)는 배터리(10)의 폴딩 부위(11) 특징점이 배터리(10)의 표면 부위(12)를 기준으로 설정 위치 범위를 벗어난다면, 배터리(10)의 폴딩 부위(12) 외관이 불량인 것으로 판단할 수 있다.
예컨대, 컨트롤러(130)는 카메라(120)에 의해 획득된 영상에서 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)을 나타내는 지점과 배터리(10)의 상면을 나타내는 지점을 검출한 후, 검출된 지점들을 기반으로 배터리(10)의 상면으로부터 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)까지 높이를 산출할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 슬릿빔(111)이 배터리(10)의 폴딩 부위(11)와 그 이웃한 배터리(10)의 표면 부위(12)에 출사되면, 출사된 슬릿빔(111)은 배터리(10)의 폴딩 부위(11)와 그 이웃한 배터리(10)의 표면 부위(12)로부터 반사된다.
그에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 카메라(120)에 의해 획득된 영상은 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)과 배터리(10)의 상면에 해당되는 영역이 나머지 영역보다 상대적으로 밝게 나타난다.
획득 영상에서 가로축을 X축으로 정의하고, 세로축을 Y축으로 정의하면, 획득 영상의 XY 좌표계에서 X축은 슬릿빔(111) 좌표를 나타내고, Y축이 배터리 높이 좌표를 나타낸다. 컨트롤러(130)는 획득 영상에서 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)과 배터리(10)의 상면에 대한 Y축 좌표값을 각각 구하고, Y축 좌표값들의 차이를 산출한다.
그에 따라, 컨트롤러(130)는 배터리(10)의 상면에 대한 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)의 높이(B)를 산출할 수 있다. 여기서, 컨트롤러(130)는 획득 영상에서 배터리(10)의 상면 중 가장 낮은 지점의 Y축 좌표값을 기준으로 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)의 높이(B)를 산출할 수 있다.
컨트롤러(130)는 카메라(120)에 의해 획득된 영상에서 배터리(10)의 측면을 나타내는 지점을 검출한 후, 검출된 지점들을 기반으로 배터리(10)의 측면으로부터 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)까지 수평 거리를 산출할 수 있다.
컨트롤러(130)는 획득 영상에서 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)과 배터리의 측면에 대한 X축 좌표값을 각각 구하고, X축 좌표값들의 차이를 산출한다. 그에 따라, 컨트롤러(130)는 배터리(10)의 측면에 대한 배터리의 폴딩 부위 정점(11a)의 수평 거리(A)를 산출할 수 있다.
컨트롤러(130)는 획득 영상에서 배터리(10)의 표면을 나타내는 영역 중 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)과 가장 가까운 지점을 배터리(10)의 측면 에지로 인식하여 배터리(10)의 측면 에지의 X축 좌표값을 기준으로 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)의 수평 거리(A)를 산출할 수 있다.
컨트롤러(130)는 양호한 외관을 갖는 배터리(10)의 폴딩 부위(11)에 대해 획득된 영상으로부터 구해진 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)의 높이와 수평 거리를 각각 기준 높이와 기준 수평 거리로 미리 설정해둔 상태에서, 배터리(10) 외관 검사시 산출된 높이와 수평 거리와 비교함으로써, 배터리(10)의 외관 불량 여부를 검사할 수 있다.
다른 예로, 컨트롤러(130)는 산출된 높이(B)를 실제 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)의 높이로 변환하고, 산출된 수평 거리(A)를 실제 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)의 수평 거리로 변환하여, 변환된 높이와 수평 거리를 실제 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)의 기준 높이 및 기준 수평 거리와 비교함으로써, 배터리(10)의 외관 불량 여부를 검사할 수 있다.
배터리(10)의 폴딩 부위(11)가 배터리(10)의 상면보다 높게 위치해 있는 경우, 획득된 영상은 도 5에 도시된 바와 같다. 배터리(10)의 폴딩 부위(11)가 배터리(10)의 상면보다 낮게 위치해 있는 경우, 획득된 영상은 도 6에 도시된 바와 같다. 배터리(10)의 폴딩 부위(11)가 수직을 유지하지 못한 경우, 획득된 영상은 도 7에 도시된 바와 같다.
컨트롤러는 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 획득된 영상에서 배터리(10)의 표면 부위(12)에 대한 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)의 높이(B) 및 수평 거리(A)를 산출한다.
컨트롤러(130)는 산출된 높이(B)가 기준 높이 값보다 크다면, 도 5에 도시된 바와 같이, 폴딩 부위 정점(11a)이 설정 허용 범위를 벗어나 배터리(10)의 상면보다 돌출된 것으로 인식하여 배터리(10)의 폴딩 부위(11) 외관이 불량인 것으로 판단할 수 있다.
컨트롤러(130)는 산출된 높이(B)가 기준 높이 값보다 작다면, 도 6에 도시된 바와 같이, 폴딩 부위 정점(11a)이 설정 허용 범위에서 배터리(10)의 상면보다 돌출되지 않은 것으로 인식하여 배터리(10)의 폴딩 부위(11) 외관이 양호한 것으로 판단할 수 있다. 기준 높이 값은 영의 값일 수 있다.
컨트롤러(130)는 산출된 수평 거리(A)가 기준 거리 범위를 벗어난다면, 도 7에 도시된 바와 같이, 배터리(10)의 폴딩 부위(11)가 수직을 유지하지 못하는 것으로 인식하여 배터리(10)의 폴딩 부위(11) 외관이 불량인 것으로 판단할 수 있다.
컨트롤러(130)는 산출된 수평 거리(A)가 기준 거리 범위에 속한다면, 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리(10)의 폴딩 부위(11)가 설정 허용 범위 내에서 수직을 유지한 것으로 인식하여 배터리(10)의 폴딩 부위(11) 외관이 양호한 것으로 판단할 수 있다.
전술한 슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치(100)의 작용 예에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 조명기(110)는 배터리(10)의 폴딩 부위(11)와 그 이웃한 배터리(10)의 표면 부위(12)에 걸쳐 슬릿빔(111)을 출사해서 조명한다. 카메라(120)는 조명된 배터리(10)의 폴딩 부위(11)와 표면 부위(12)에 대해 영상을 획득한다.
컨트롤러(130)는 획득된 영상을 기반으로, 배터리(10)의 폴딩 부위(11)와 표면 부위(12) 간에 상대 위치를 측정한다. 이때, 컨트롤러(130)는 카메라(120)에 의해 획득된 영상에서 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)을 나타내는 지점과 배터리(10)의 상면을 나타내는 지점을 검출한 후, 검출된 지점들을 기반으로 배터리(10)의 상면으로부터 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)까지 높이를 산출할 수 있다.
또한, 컨트롤러(130)는 카메라(120)에 의해 획득된 영상에서 배터리(10)의 측면을 나타내는 지점을 검출한 후, 검출된 지점들을 기반으로 배터리(10)의 측면으로부터 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)까지 수평 거리를 산출할 수 있다.
이와 같이, 슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치(100)에 의하면, 배터리(10)의 폴딩 부위(11)와 그 이웃한 표면 부위(12)에 걸쳐 슬릿빔(111)을 조명해서 영상을 획득하고, 획득 영상을 통해 배터리(10)의 폴딩 부위(11)와 표면 부위(12) 간에 상대 위치, 예컨대 배터리(10)의 표면 부위(12)에 대한 배터리(10)의 폴딩 부위 정점(11a)의 높이 및 수평 거리를 산출함으로써, 배터리(10)의 폴딩 부위(11)에 대한 외관 불량 여부를 정확하게 검사할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10..배터리
11..폴딩 부위
11a..폴딩 부위 정점
12..표면 부위
110..조명기
120..카메라
130..컨트롤러

Claims (3)

  1. 배터리의 폴딩 부위와 그 이웃한 배터리의 표면 부위에 걸쳐 슬릿빔을 출사해서 조명하는 조명기;
    상기 조명기에 의해 조명된 배터리의 폴딩 부위와 표면 부위에 대해 영상을 획득하는 카메라; 및
    상기 카메라에 의해 획득된 영상을 기반으로, 배터리의 폴딩 부위와 표면 부위 간에 상대 위치를 측정하는 컨트롤러;
    를 포함하는 슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 카메라에 의해 획득된 영상에서 배터리의 폴딩 부위 정점을 나타내는 지점과 배터리의 상면을 나타내는 지점을 검출한 후, 검출된 지점들을 기반으로 배터리의 상면으로부터 배터리의 폴딩 부위 정점까지 높이를 산출하는 것을 특징으로 하는 슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 카메라에 의해 획득된 영상에서 배터리의 측면을 나타내는 지점을 검출한 후, 검출된 지점들을 기반으로 배터리의 측면으로부터 배터리의 폴딩 부위 정점까지 수평 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치.
KR1020190176228A 2019-12-27 2019-12-27 슬릿빔을 이용한 배터리 외관 검사장치 KR102274922B1 (ko)

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