KR20220018478A - 전지의 검사 장치 및 전지의 검사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극의 위치 어긋남을 정확하게 단시간에 검사 가능하게 하기 위해서, 전지 내부에 대략 평행하게 복수 격납된 판형상의 전극의 위치를, 1)상기 판형상의 전극이 연장되는 방향에 대해서 X선을 조사 가능하게 배치된 X선원 및 상기 X선원으로부터의 X선을 수광하는 수광기, 및 상기 X선원과 전극의 상대 위치를 상기 판형상의 전극이 연장되는 방향에 대해서 수직인 방향으로 변위 가능한 수단을 이용하여, X선원과 전극의 상대 위치를 상기 판형상의 전극이 연장되는 방향에 대해서 수직인 방향으로 변위시키면서 상기 복수 격납된 전극의 전체에 대해서 실질적으로 연속적으로 촬상하는 공정, 2)촬상된 전극의 각각에 대해서 상기 실질적으로 연속적으로 촬상된 화상 중에서 가장 투영폭이 작은 화상을 선택하는 공정, 3)상기 선택된 화상의 화상 데이터에 의거하여 전지 내부에 있어서의 전극의 위치를 각 전극에 대해서 연산하는 공정, 및, 4)상기 연산한 결과에 의거하여 전지의 양부를 판단하는 공정을 포함하는 검사 방법 및 이러한 검사를 가능하게 하는 장치를 제공한다.

Description

전지의 검사 장치 및 전지의 검사 방법

본 발명은 X선을 이용하여 전지 내부를 검사하는 검사 장치 및 검사 방법에 관한 것이며, 특히 전지용기 내에 층상으로 정극과 부극이 교대로 배치되어 이루어지는 스택형 전지의 검사에 있어서 적합한 전지의 검사 장치 및 검사 방법에 관한 것이다.

최근, 휴대전화 등의 기기의 발달이나 전기자동차의 실용화로 리튬 이온 전지 등의 이차전지의 수요가 확대되고 있다. 리튬 이온 전지의 정극판과 부극판은 평판상이며, 부극판에 리튬의 흡장 및 방출이 가능한 탄소질재료 등이 사용됨과 아울러, 정극판에는 LiCoO₂ 등의 천이금속과 리튬의 복합 산화물이 사용되고 있다. 그리고 양 전극 사이에 세퍼레이터를 개재시켜서 몇층으로나 쌓아 올리는 적층구조(이하, 「스택형」이라고 하는 일이 있다)로 한 상태로 전해액과 함께 케이스에 수납되어 있다.

이 리튬 이온 전지에 있어서, 정극판의 위치가 어긋나고, 정극판의 측단 가장자리가 부극판의 측단 가장자리로부터 외측으로 나와 있으면, 전지를 사용하고 있는 동안에, 외측으로 나와 있는 정극판에 금속 리튬이 석출되어 전극간이 쇼트 되어 발화되는 일이 있다. 그 때문에 항상 정극판의 측단 가장자리가 부극판의 측단 가장자리로부터 내측으로 들어간 위치 관계를 유지하는 것이 안전상 중요하다. 그래서, 만일에 전지의 제조 공정에 있어서 전극의 위치 어긋남이 발생하는 것을 상정해서 전극이 용기 내에 봉입된 후에 있어서, 전극의 위치 어긋남이 발생하고 있지 않는지 X선 투시에 의한 검사가 되고 있다.

X선을 이용한 전극의 위치 어긋남을 계측하는 검사로서는 특허문헌 1 및 2에 기재된 바와 같이, 전지의 코너부에 X선을 전극과 평행하게 조사해서 검사하는 방법이 제안되어 있다. 그러나 X선은 선원의 일점으로부터 방사상으로 조사되므로, 전극의 1매마다 X선의 방사축과 전극이 평행하게 되도록 전지를 위치 결정할 필요가 있다. 그 때문에 검사에 매우 시간을 요하게 된다. 또한 예를 들면 전지의 제조 공정에 있어서의 문제로, 전극을 용기에 수납할 때에 전극의 선단부분이 용기에 접촉하는 등해서 전극의 선단이 크게 구부러진 경우, 선단부분의 위치(좌표)를 계측할 때에 선단부분이 상정하고 있던 관찰 영역으로부터 벗어나 버리고, 이 관찰 영역으로부터 벗어난 위치에서 전극의 선단 좌표로서 검출되게 된다.

일본 특허공개 2016-109654호 공보 일본 특허공개 2012-164620호 공보

본 발명은 상기 문제점을 감안하여, 전극의 위치 어긋남을 정확하게 단시간에 검사할 수 있는 전지의 검사 장치 및 전지의 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하는 본 발명의 전지의 검사 장치는 전지 내부에 대략 평행하게 복수 격납된 판형상의 전극을 갖는 전지의 상기 전극의 위치 어긋남을 검사하는 전지의 검사 장치로서, X선원, 상기 X선원으로부터의 X선을 수광하는 수광기, 및, 상기 전지와 상기 X선원의 상대 위치를 상기 전극이 연장되는 방향에 대해서 수직인 방향으로 변위시키는 변위수단, 상기 수광기의 화상정보 및 상기 변위수단의 위치정보를 취득하고, 상기 화상정보와 위치정보에 의거하여 상기 전극의 위치를 연산함으로써 양부를 판정하는 판단수단을 구비하고, 상기 화상정보와 위치정보에 의거하는 연산은 판형상의 전극의 각각에 대해서 촬상된 화상 중에서 가장 투영폭이 작은 화상을 선택하고, 상기 선택화상 데이터로부터 전극의 위치 어긋남을 검출하는 것을 특징으로 한 전지의 검사 장치이다.

즉, X선원, 상기 X선원으로부터의 X선을 실질적으로 연속적으로 수광 가능한 수광기, 및, 전지 내부에 대략 평행하게 복수 격납된 판형상의 전극을 포함하는 전지와 상기 X선원의 상대 위치를 상기 판형상의 전극이 연장되는 방향에 대해서 수직인 방향으로 변위시키는 변위수단, 상기 수광기로부터의 화상정보 및 상기 변위수단의 위치정보를 취득함과 아울러, 상기 화상정보와 위치정보에 의거하여 연산을 행하고, 전지의 양부를 판정하는 판단수단을 적어도 구비한 전지의 검사 장치로서, 상기 화상정보와 위치정보에 의거하는 연산은 판형상의 전극의 각각에 대해서 촬상된 화상 중에서 가장 투영폭이 작은 화상을 선택하는 스텝과, 상기 선택된 화상의 데이터로부터 전극의 위치를 연산하는 스텝을 포함하고 있는 전지의 검사 장치이다.

또한 상기 과제를 해결하는 본 발명의 전지의 검사 방법은 전지 내부에 대략 평행하게 복수 격납된 판형상의 전극의 위치를 검사하는 전지의 검사 방법으로서,

1)상기 판형상의 전극이 연장되는 방향에 대해서 X선을 조사 가능하게 배치된 X선원 및 상기 X선원으로부터의 X선을 수광하는 수광기, 및 상기 X선원과 전극의 상대 위치를 상기 판형상의 전극이 연장되는 방향에 대해서 수직인 방향으로 변위 가능한 수단을 이용하여, X선원과 전극의 상대 위치를 상기 판형상의 전극이 연장되는 방향에 대해서 수직인 방향으로 변위시키면서 상기 복수 격납된 전극의 전체에 대해서 실질적으로 연속적으로 촬상하는 공정,

2)촬상된 전극의 각각에 대해서 상기 실질적으로 연속적으로 촬상된 화상 중에서 가장 투영폭이 작은 화상을 선택하는 공정,

3)상기 선택된 화상의 화상 데이터에 의거하여 전지 내부에 있어서의 전극의 위치를 각 전극에 대해서 연산하는 공정, 및,

4)상기 연산한 결과에 의거하여 전지의 양부를 판단하는 공정을 포함하는 전지의 검사 방법이다.

또한 여러가지 개량된 양태를 제안한다.

본 발명에 의하면, 단시간에 전극의 위치 어긋남을 검사할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 전지 검사 장치의 구성을 나타내는 모식도.
도 1a는 X선 조사기(1(a)) 내부에서 행해지는 측정 형태의 예를 나타낸 모식도.
도 1b는 X선 조사기(1(a))∼1(h))에 있어서의 전지 코너부에 대한 X선의 조사 방향의 예를 나타내는 모식도.
도 2는 스택형 리튬 이온 전지의 기본적인 구성의 개념도.
도 3은 조사 영역 내에 있어서의 전극의 위치와, 휘도 피크의 관계를 나타내는 모식도.
도 4는 전지의 양품·불량품 판정 공정의 예를 나타내는 플로챠트도.
도 5는 부극판 말단의 휘도 프로파일의 모식도.
도 6은 부극판 말단의 휘도 히스토그램의 모식도.
도 7은 부극판이 X선과 평행하게 되는 화상을 선택하는 스텝의 설명을 위한 모식도.

이하, 본 발명에 대해서 스택형 리튬 이온 전지의 전극위치의 검사에 적용한 경우를 예로 들어, 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 이하에서 설명되는 구체적인 예는 본 발명의 일실시형태에 대해서 예시하고, 설명하는 것으로서, 본 발명은 이러한 구체적인 예에 한정해서 해석되는 것은 아니다. 물론, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서, 이하에서 설명되는 구체적인 예를 개변해서 실시하는 것은 가능하다.

최초로, 스택형 리튬 이온 전지의 기본적인 구성에 대해서 설명한다. 도 2는 리튬 이온 전지(이하, 단지 「전지」라고 하는 일이 있다)의 요부를 추출한 개념도를 나타낸다. 도 2(a)는 전지를 측면으로부터 본 측면도이며, 도 2(b)는 전지의 A-A' 단면도이다. 또한 도 2(c)는 A-A' 단면도의 일부를 확대한 확대 단면도이다. 도 2(a)∼2(c)에 나타내듯이 전지는 예를 들면 약 140×85mm의 정극판(14)과, 이 정극판보다 가로세로 각각 수mm 큰 부극판(15)이 교대로 층이 겹쳐져 있고, 1층이 약 0.3mm, 전체는 약 3mm의 두께를 갖는 전지일 수 있다. 정극판(14)과 부극판(15) 사이에는 얇은 수지제의 세퍼레이터(도시생략)가 끼워져 있고, 전극(정극판(14)과 부극판(15)의 총칭으로 한다.)의 전체는 알루미늄 케이스 등의 전지 케이스(13)에 수납되고, 정극판과 부극판(전극)의 간극은 전해액(도시생략)으로 충전되어 있다. 또한 각 정극판에는 정극 리드(16)가 접속되고, 정극 리드(16)는 1개로 묶여져서 외부로 취출되어 있다. 부극판(15)도 마찬가지로, 각 부극판에 부극 리드(17)가 접속되고, 이 부극 리드(17)는 1개로 묶여져서 외부로 취출되어 있다.

이러한 리튬 이온 전지에 있어서, 정극판(14)이 부극판(15)보다 그 가장자리가 외측에 존재하고 있으면, 충방전을 반복해서 사용하고 있는 동안에, 부극판(15)보다 외측에 존재하는 정극판(14)의 부분에 금속 리튬이 석출되어 전극간이 쇼트되고, 발화되는 일이 있다. 그 때문에 정극판(14)과 부극판(15)의 위치 관계를 유지해서 어긋남이 생기지 않도록 하는 것이 안전을 위해서 중요하다. 그러나 완성된 전지는 통상 금속이 사용된 케이스의 내부에 전극이 봉입되게 되므로, 전극이 봉입된 후라도 육안에 의한 전극위치의 확인을 할 수 없다. 이 때문에, 전극의 봉입후에 방사선으로 투시를 행한 전극의 위치 어긋남의 검사가 행해지게 된다.

본 발명은 상기한 스택형 리튬 이온 전지와 같은 전지 내부에 대략 평행하게 복수 격납된 판형상의 전극을 검사하는 전지의 검사 방법이다. 여기에서, 대략 평행이란 판형상의 전극이 엄밀하게 평행하게 격납되어 있을 필요가 반드시 없는 것을 의미하고, 평행에 가까운 경우 및 평행인 경우를 의미한다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 검사 방법은 판형상의 전극이 엄밀하게 평행하게 격납되어 있지 않아도 효과적으로 검사를 행하는 것이 가능하지만, 판형상의 전극은 평행하게 격납되어 있는 것이 충방전에 따른 화학반응의 발생 장소의 치우침을 없애는 데에 있어서는 바람직하다. 또한 판형상의 전극은 평판상인 것이 생산성이나 전지의 체적효율의 점에서 바람직하다. 또한 도 2(a)에 보여지듯이, 상기 판형상의 전극은 측면으로부터 투영한 형상으로서 직사각형(바람직하고, 장방형 또는 정방형)인 것이 전지로서 사용했을 때의 체적효율을 높이는 데에 있어서 바람직하다.

본 발명의 전지의 검사 방법에 있어서는 X선원과 상기 X선원으로부터의 X선을 수광하는 수광기를 사용한다. 사용할 수 있는 X선원으로서는 특별히 제한은 없다. 또한 공지의 X선원을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들면, X선원으로서는 X선 빔의 발산점인 X선 초점의 크기가 50㎛ 이하인 마이크로 포커스 X선관을 사용하는 것이 바람직하다. X선관의 관 전압에는 특별히 제한은 없지만, 스택형의 리튬 이온 전지는 두께가 큰 것이 많으므로, X선을 투과시키기 위해서는 관 전압이 높은 쪽 가 좋고, 100kV 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 수광기로서는 시간적인 의미에서 실질적으로 연속적으로 촬상 가능한 것이면 특별히 제한은 없다. 여기에서, 실질적으로 연속적으로 촬상 가능의 의미는 후술하는 바와 같이, 개개의 전극과 X선원은 상대 위치가 변위되어서 촬상이 이루어지는 경우, 상대 위치의 변위속도에 비교해서 촬상(즉, 화상 데이터의 취득)의 빈도가 충분하게 큰 것을 의미한다. 즉, 수광기의 픽셀 사이즈를 P(mm), 촬상에 있어서의 확대율(FOD/FDD. 도 1(a) 참조)을 M, 상대 변위 속도를 vt(mm/초)로 했을 때, 촬상 빈도 Ct(1/초)와의 관계가 적어도 Ct≥M×vt/P의 관계를 만족시키고, 바람직하게는 Ct≥2×M×vt/P, 더 바람직하게는 Ct≥3×M×vt/P, 특히 바람직하게는 Ct≥5×M×vt/P의 관계를 만족시킨다.

Ct/(M×vt/P)는 클수록 바람직하지만, 너무 지나치게 커도 얻어지는 측정 정밀도에 비해서 연산 처리가 무거워지는 것 뿐이므로, 그 상한으로서는 10 정도로 하는 것이 실용적이다.

또한 전극의 투영상이 실질적으로 연속적으로 변화되어 촬상 가능한 것이어도 좋다. 투영상이 실질적으로 연속적으로 변화된다란, 개개의 전극과 X선원의 초점의 상대 위치가 변위되어서 촬상되는 경우, 상대 위치를 정접으로 하는 각도가 충분히 작은 것을 의미한다. 즉, 전극의 투영상의 변위량을 δx(mm), 변위점에의 X선 조사 각도를 θ로 하고, X선 관 초점과 X선 수광기 표면 사이의 거리를 FDD(Focus to Detecter Distance)로 하면, 정접 tanθ=δx/FDD의 촬영마다의 θ간격이 5도 이하이면 충분하다. 촬영 빈도 Ct의 관계로서는 Ct≥M×vt/δx이다.

수광기로서는 범용의 2차원의 X선 검출기라도 상관없지만, 공업 용도로 이용하기 위해서는 높은 신뢰성을 실현할 수 있고, 검출기의 외주부에서도 정밀도 좋게 검출하는 정밀도의 면도 고려하면 간접 변환 방식의 FPD(Flat Panel Detector)를 사용하는 것이 바람직하다. 간접 변환 방식의 FPD는 직접 변환 방식의 검출기와 비교해서 사용 가능 온도 등의 제약이 없고, 기계적 강도도 우수하다. 그 때문에 간접 변환 방식의 X선 검출기는 취급성이 우수하다. 또한, 간접 변환 방식의 FPD는 셀방식 신틸레이터를 구비하는 것이 바람직하다. 간접 변환 방식의 FPD에 있어서는 방사선을 가시광으로 변환하기 위해서, 신틸레이터 패널이 사용된다. 신틸레이터 패널은 요오드화세슘(CsI) 등의 X선 형광체를 포함하고, 방사된 X선에 따라, X선 형광체가 가시광을 발광하고, 그 발광을 TFT(Thin Film Transistro)나 CCD(Charge-Coupled Device)로 전기신호로 변환함으로써, X선의 정보를 디지털 화상 정보로 변환한다. 그러나, 간접 변환 방식의 FPD는 X선 형광체가 발광할 때에, 형광체 자체에 의해, 가시광이 산란해 버리는 등의 원인에 의해, 화상의 선예성이 낮아지기 쉽다. 한편, 셀방식 신틸레이터가 채용된 FPD는 격벽으로 구획된 셀 내에 형광체가 충전되어 있기 때문에, 가시광의 산란의 영향을 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 셀방식 신틸레이터를 구비하는 FPD는 선예도가 높고, 리튬 이온 전지의 전극의 말단위치나 결함위치를 고정밀도로 검출할 수 있다. 대면적 또한 고선예한 셀방식 신틸레이터를 용이하게 형성할 수 있는 점에서, 유리 분말을 함유하는 감광성 페이스트를 이용하여, 유리를 주성분으로 하는 격벽을 포토리소그래피에 의해 가공해서 제작된 셀방식 신틸레이터인 것이 보다 바람직하다.

X선 검출기의 광 수광 소자의 픽셀 사이즈는 특별히 한정되지 않지만, 1변이 20∼300㎛인 것이 바람직하고, 50∼150㎛가 가장 바람직하다. 픽셀 사이즈가 20㎛ 미만인 경우, 전극의 변형이나 결함에 기여하지 않는 미소한 불순물까지 검출해서 양품을 불량품으로 잘못 판단할 가능성이 있다. 또한 이러한 픽셀 사이즈에서는 화상 데이터가 방대하게 되고, 신호 판독, 화상 처리에 요하는 시간이 길어지는 경향이 있다. 한편, 픽셀 사이즈가 300㎛를 초과할 경우, 전극의 위치를 충분히 검출할 수 없을 가능성이 있다.

X선 검출기는 반송면을 사이에 두고 X선원에 대향한 위치에, X선 빔의 중심축과 검출기 중앙이 일치하도록, 또 조사축이 검출기면에 수직해지도록 설치하는 것이 일반적이며, 또한 바람직한 양태이다. 또, X선관 초점과 X선 검출기 표면 사이의 거리 FDD(Ｆoucus to Detecter Distance)와, X선관 초점과 리튬 이온 전지의 거리 FOD(Focus to Object Distance)의 비인 확대율 M(FOD/FDD)은 3배 이상이 바람직하다. 또한 X선관과 X선 검출기는, FDD는 일정한 간격을 유지하도록 배치하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 검사 방법에 있어서는, X선원과 전극의 상대 위치를 상기 판형상의 전극이 연장되는 방향에 대해서 수직인 방향으로 변위 가능한 수단을 사용한다. 즉, 한쪽으로부터 한쪽을 봤을 때의 변위 벡터에 있어서 판형상의 전극이 연장되는 방향(즉, 판형상의 전극의 가장 넓은 면이 넓어지고 있는 방향)에 대해서 수직인 방향으로 벡터를 갖는 변위를 시켜 가면, 모든 판형상의 전극을 측방 또는 상방 또는 하방으로부터 관측할 수 있다. 가장 전형적인 변위는 각 판형상의 전극은 가장 넓은 면을 다른 전극을 서로 향해서 배열해서 격납되어 있는(따라서, 전지 내부에 있어서 상기 면이 대략 평행한 상태로 격납되어 있는) 경우, 상기 면에 대한 법선 방향으로의 변위이다.

여기에서, 변위시키는 수단으로서는 특별히 제한은 없지만, 전지를 이동시키는 컨베이어 등의 반송 수단, 가대 등에 부착된 X선원 및 수광기를 이동시키는 이동수단, 또는 그 둘다를 사용하는 것을 들 수 있다.

다음에 가장 전형적인 예로서, 컨베이어로 전지를 반송하면서, 전지의 상방으로부터 X선을 조사하고, 전지를 검사하는 방법을 들어서 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다. 또 여기에서, 설명을 간단한 것으로 하기 위해서, 전지의 반송 방향과 전지에 대략 평행하게 격납된 판형상의 전극의 가장 넓은 면의 법선 방향은 일치하며, X선원과 수광기의 거리(FDD)는 측정 기간 동안을 통해서 일정한 경우를 들어 설명한다. 또, 전지의 반송 방향과 전지에 대략 평행하게 격납된 판형상의 전극의 가장 넓은 면의 법선 방향이 다소 어긋나 있어도 그 방향을 알고 있으면 연산 처리에 있어서 보정이 가능한 것은 용이하게 이해할 수 있을 것이다. X선원과 수광기간의 거리에 대해서도 그렇다.

도 1에 열거한 예에 있어서, X선 검사 장치(1)는 하우징(2)을 구비하고 있다. 하우징(2)은 전지를 반송하기 위한 1축 방향으로 이동하는 이동기구를 구비한 반송 장치(7)에 장착되어 있다. 반송 장치(7)는 전지의 생산 설비의 일부로 할 수 있고, 그 경우, X선 검사 장치(1)의 일부이기도 하고, 적재된 전지(8)를 소정의 이동 방향으로 반송하는 반송면을 구비한 반송 기구이다. 또, 반송 장치가 투과 X선 화상에 비치지 않도록 반송 장치의 반송면의 단변(바꿔 말하면, 반송면의 폭)의 길이는 전지(8)의 반송면과의 접촉면의 상기 폭방향의 길이보다 짧은 반송 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 하우징(2)에는 전지(8)가 반입되는 반입구(3)와, 전지(8)가 반출되는 반출구부(4)가 구비되어 있다. 반송 장치(7)는 반입구(3), 반출구(4)를 통해 하우징(2)을 관통하고 있다. 작업자의 안전을 위해서 하우징(2), 반입구(3), 반출구(4)는 내벽이 납, 스테인레스 등의 X선을 차폐 가능한 금속으로 이루어지는 차폐벽을 구비하고 있고, 반입구(3), 반출구(4)의 개구부에는 외부로의 X선의 누설을 방지하는 고무제의 차폐 커버를 구비하는 것이 통상이다. 반송 장치(7)의 상방에는 가이드 부재(6)가 설치되어 있고, 가이드 부재(6)는 전지(8)를 반송 장치(7) 상의 폭방향의 중앙의 위치에서 반송되도록 안내하고 있다. 가이드 부재(6)는 전지(8)를 폭방향에서 끼우도록 좌우에서 한쌍, 합계 4개 설치되어 있다. 가이드 부재(6)는 X선 투과율이 높은 재질이며, 반송로와 마찬가지로 개구부(3)로부터 개구부(4)까지 관통하도록 연속해서 형성되어 있다. 반송 장치(7)에는 전지(8)가 반송 중에 전도하지 않도록, 고정 가이드(5)가 설치되어 있고, 전극이 반송 방향에 대해서 직각이 되도록 전지(8)를 반송 기구의 소정의 위치에 적재한다.

도 1a는 도 1에 나타내는 X선 검출기(1(a))의 내부를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도면은 비스듬하게 위로부터 본 것이다. 하우징(2) 내에 반송된 전지(8)와 X선 빔을 조사하는 X선관(X선원(9))과, 검사 대상의 전지를 투과한 X선을 투과 화상으로서 2차원으로 검출하는 X선 검출기(12)(수광기)의 위치 관계를 설명하는 도면이다. 또, X선관에 고전압의 전력을 공급하는 고압 발생기나, 관전압·관전류를 제어하는 X선 제어기 등의 부대 설비는 도시하고 있지 않다. 통상 X선 빔은 방사상으로 조사되므로, X선이 조사된 공간은 통상 원추형상이 된다. 방사상으로 조사가 이루어지기 위해서, X선관에 가까운 물질은 X선 검출기(12)에 있어서 큰 상으로서 촬상되고, 먼 물질은 X선 검출기(12)에 있어서 작은 상으로서 촬상된다. 따라서, 피측정물이 같은 형상을 하고 있는 것이라면, 상의 크기로부터 피측정물의 측정이 이루어진 개소와 X선원의 거리를 알 수 있다. 또한 X선 검출기(12)로부터 출력된 신호(화상정보)는 신호를 처리하는 화상 처리 장치에 보내어지며, 데이터 처리부(도시생략)에 의해 처리되고, 양부 판정이 이루어진다. 신호 처리부나 데이터 처리부는 하우징(2)의 내부에 수납할 수 있다.

또한 도 1a에 나타내듯이, X선의 조사 영역을 판형상의 전극의 군의 코너부를 조사하도록 X선원을 배치하면, 판형상의 전극의 각각은 끝이 가는 상으로서 촬상되고, 촬상된 화상의 선단이 전극의 코너를 나타내게 된다. 촬상된 상에 있어서의 코너의 위치로 전지 내에 있어서의 코너의 위치를 알 수 있다. X선의 조사 영역의 중심축(10)과 전극의 상변이 이루는 각도 α(또, 통상, 전극의 상변과 전지의 상면은 거의 평행하므로, 편의상, X선의 조사 영역의 중심축(11)과 전지의 상면이 이루는 각도로 대용할 수 있다)는 양호한 측정 정밀도를 얻기 쉬운 점에서 10∼60°인 것이 바람직하다(도 1a 참조). 또한 1개의 코너부 뿐만 아니라, 전지(8)의 4개의 코너부(Cr1∼Cr4)를 더 조사, 또 더욱 바람직하게 동 코너부에 대해서 반대 방향으로부터 조사(도 1a의 예에 있어서는 하측으로부터 상측을 향해서 조사)함으로써 전극의 치수 정보를 미리 알고 있으면, 각 전극의 전지 내의 존재 위치에 대한 정보(전지 내에 있어서의 절대적인 위치정보 또는 판형상의 전극의 상호의 위치 관계 정보)를 얻을 수 있다. 도 1b는 전지(8)를 측면으로부터 봤을 때, X선 검출기(1(a)∼1(h))에 있어서, X선이 조사되는 코너부와 조사 방향(도 1b 중, a∼h)의 예를 나타내고 있다. 또, 측정 정밀도의 관점에서는 반송 장치나 전지 단자의 부분이 촬상되지 않도록 X선원(9)과 X선 검출기(12)는 배치되어야 한다. 1개의 코너에 대해서 2방향으로부터 X선의 조사를 행함으로써 높은 정밀도로 위치정보를 얻을 수 있다.

촬상은 전지에 복수 격납된 전극의 전체에 대해서 실질적으로 연속적으로 행해진다. 전지(8)가 반송 장치(7)에 의해 반송되어 감으로써 판형상의 전극의 전체가 X선의 조사 영역을 통과하게 되고, 또한 촬상을 실질적으로 연속적으로 행함으로써 화상해석에 충분한 정보를 얻을 수 있다.

다음에 촬상된 화상의 처리 및 연산의 공정 및 전지의 양부의 판단의 공정에 대해서 설명한다. 화상처리나 연산은 전자 계산기를 이용하여 행해진다. 이 전자 계산기는 반송 장치(7)나 X선원(9)의 제어 장치를 겸하고 있어도 상관없다.

상기와 같이, 판형상의 전극의 군은 반송 장치(7)에 의해 반송됨으로써 X선원(9)으로부터의 X선의 조사 영역에 들어간다. 이 때, 최초로 들어간 전극은 최초로 관측되는 상으로서 인식된다. 전지의 반송에 따라 상의 위치는 이동하지만, 반송 속도를 알고 있으면, 상과 전극의 대응 관계는 추적 가능하다. 또한 전지 내의 전극의 수를 n으로 하면, 최초의 전극이 X선의 조사 영역에 들어가고, 최후의 전극이 X선의 조사 영역으로부터 나오는 까지의 동안에 n매의 전극의 각각에 대해서 X선의 조사 영역(정확하게는 X선 검출기(12)로 검지·촬상이 가능한 범위)에 들어가고, 또한 나올 때까지의 화상정보를 얻을 수 있게 된다.

계속해서, 각 촬상된 전극에 있어서, 촬상된 화상 중에서 가장 투영폭이 작은 화상을 선택하는 것에 대해서 설명한다. X선은 선원으로부터 방사상으로 조사되기 위해서, 조사 영역에 들어가서 즉시의 상태에서는 전극의 가장 넓은 면에 많은 X선이 조사되게 된다. 이 때문에, 상기 전극의 상의 폭은 이러한 면에의 총조사량이 많을수록 커진다. 촬상되는 화상으로서는 전극의 코너부에 대응하는 상의 위치로부터의 넓이가 큰 상이 된다(도 3, 19-a). 전극의 이동에 따라, 조사 영역의 중앙부에 접근함에 따라서, 전극의 가장 넓은 면에의 총조사량은 줄어 들어 가므로, 상의 넓이는 점차로 작아져 가고, 전극을 비추는 X선과 전극의 가장 넓은 면이 평행해졌을 때, 이상적으로 X선은 판형상의 전극의 끝면밖에 조사하지 않게 되므로, 전극의 코너부에 대응하는 상의 위치로부터의 넓이가 가장 작은 상, 즉 가장 투영폭이 작은 화상으로서 얻어진다(도 3, 19-b).

복수의 판형상의 전극은 이상적으로는 가장 넓은 면이 평행하게 격납되어 있지만, 실제로는 약간 평행으로부터 어긋난 상태로 격납되는 일도 있으므로, 모든 전극에 있어서 X선 검출기(12)의 같은 위치에서 촬상된 화상이 가장 투영폭이 작은 것이 된다고는 할 수 없다. 거기에서, 각 전극에 대해서 촬상된 화상 중에서 가장 투영폭이 작은 화상을 골라 내는 것에 따라 전극을 비추는 X선과 전극의 가장 넓은 면이 가장 평행에 가까운 상태가 되었을 때의 화상으로서 추출할 수 있다. 가장 투영폭이 작은 것은 예를 들면 화상 선단부의 각도 또는 화상 선단부로부터 일정 거리 떨어진 장소에서의 화상의 폭으로 알 수 있다. 또, 실질적으로 연속적으로 촬상이 이루어지고 있으므로, 확실하게 n매의 전극의 각각에 대해서 화상의 추출을 행하는 것이 가능하다. 또한 촬상의 빈도가 많으면 많을수록 전극을 비추는 X선과 전극의 가장 넓은 면의 평행도가 높은 화상을 추출할 수 있고, 측정의 정밀도는 높아진다.

추출된 화상에 있어서, 판형상의 전극의 두께가 기지이면, 화상의 폭은 X선원으로부터의 거리를 나타내게 되므로, 촬상된 시점의 정보와 합쳐서 연산하면, 전극의 끝면의 위치를 특정하는 것이 가능하다. 또한 전극군의 코너부에 대해서 X선의 조사를 행한 경우에 있어서는 화상의 선단위치가 전극의 코너의 위치를 부여하게 되고, 화상의 폭이 전극 끝면에 관한 위치정보를 부여하게 된다. 또한 인접하는 전극으로부터 얻어지는 데이터를 참조함으로써 각 전극의 위치 관계를 파악할 수 있다. 또 여기에서, 코너부로의 조사는 판형상의 전극의 코너부에 대해서 코너를 구성하는 2변을 투과하는 방향으로 행하는 것이 바람직하다(도 1a 참조).

그리고, 판단 공정에서는 얻어진 전극의 위치에 관한 정보와 규격(합격 여부 기준)을 참조해서 합격 여부 판정을 행하고, 결과를 표시 장치 및/또는 제어 장치계로 출력한다.

이하, 이 예를 더욱 상세하게 설명한다.

도 4는 측정 플로우의 일례를 나타내는 플로차트이다. 스텝S01에 있어서 반송 장치에 의해 전지를 X선 검사 장치에 반입하면, 스텝S02에 있어서, 측정 대상의 전지가 X선의 조사 영역에 진입하고, 조사 영역으로부터 나올때 까지의 동안에서 모든 전극(전극 매수를 n으로 한다)에 대해서 복수매(N매)의 X선 투과 화상을 취득한다. 여기에서, 메모리에 격납된 N매의 투과 X선 화상은 촬상순으로 I(k)(k=1, 2, …, N)로 한다. X선 투과 화상은 X선 검출기(13)에서 X선의 투과 강도를 휘도값으로서 이차원으로 출력한 화상이다. X선의 투과 강도가 강한 개소는 휘도값이 높게(밝게), 반대로 약한 개소는 휘도값이 낮게(어둡게) 검출된다.

스텝S03에서, 보존한 X선 투과 화상 I(k)을 번호마다 판독하고, 판독한 X선 투과 화상으로부터 부극판의 휘도 프로파일을 취득한다. 도 5에는 전극이 X선의 조사 영역에 들어간 어느 시점에서의, X선 투과 화상, 및, 부극판의 말단 근방의 휘도 프로파일을 나타내고 있다. 휘도 프로파일은 부극판 말단 근방의 휘도를 전극의 정렬 방향에 대해서 취득하고, 세로축에 휘도값, 가로축에 전극의 정렬 방향으로 한 그래프로서 나타내면 극대, 극소를 복수 가진 파형과 같은 형(20)으로서 얻어진다. 극소값의 위치가 부극판의 위치를 나타내고 있다. 상술과 같이, 전지가 이동함으로써 휘도 피크의 위치는 변화되어 가지만, 전지의 이동속도는 기지인 점에서 각 투과 화상에 있어서의 휘도 피크의 각 전극에의 귀속은 가능하다. 모든 X선 투과 화상에 대해서 휘도 프로파일을 취득하고, 스텝S04에서는 취득한 부극판의 휘도 프로파일로부터 부극판에 대응한 극소값의 개수(L)를 구한다. 스텝S05에서는 스텝S04에서 구한 극소값의 개수(L)와 전극의 매수(n)를 비교하고, L과 n이 일치하고 있는지, 즉 극소값의 개수(L)와 부극판의 매수가 동수인지를 비교하고, 일치하지 않는 경우에는 전극이 겉으로 보기에는 부족 또는 과잉이 되는 상태, 예를 들면 전극이 일체화한 상태 또는 박리된 상태이기 때문에 불량품이라고 판정한다. 일치할 경우는 다음 스텝으로 진행한다.

스텝S06∼11은 전극 각각에 대해서 착안하여, 각 전극에 대해서 X선과 평행(또는 대략 평행)으로 되어 있는 화상을 선택하는 스텝이다. 도 5에 나타내듯이 1매의 전극에 대해서 착안하면, X선 투과 화상은 X선의 조사 영역에 들어가고나서 나올 때까지 피크의 형상은 변화되어 가지만, 우선 스텝S06에서는 각 화상으로부터 추출된 그 전극의 X선 투과 화상에 있어서, 말단부분(피크의 선단의 영역)에 ROI(Region of Interest)를 설정하고, 상기 부분에 있어서의 휘도의 히스토그램을 얻는다. 이 ROI는 인접하는 전극에 유래하는 피크를 포함하지 않도록 높이 및 폭(도 6 및 도 7에 나타내어진 장방형을 참조)을 결정한다. ROI의 면적은 연산에 지장을 주지 않는 한 임의이다. 또, 피크의 상은 연산 대상으로 하는 화상을 비추고 있는 촬상화상의 매수만큼 얻어지지만, ROI의 높이와 폭은 연산 대상으로 하는 전극에 있어서는 같은 것이 연산이 간편하게 되므로 바람직하다. 한편, 촬상된 화상에 있어서의 인접하는 전극의 상과의 중복 관계 등도 고려해서 연산 대상으로 하는 전극마다는 바꿀 수 있다. 또한 피크의 정점의 ROI 중에 있어서의 위치는 같은 위치(도 7을 참조해서 설명하면 휘도 피크의 정점을 ROI를 나타내는 장방형의 상변의 중점하에 위치시키는 동시에, 상변으로부터의 거리를 일정하게 한다)가 되도록 설정해야 한다. 여기에서, 휘도의 히스토그램이란 휘도값을 가로축에, 그 휘도값을 나타낸 픽셀의 수를 세로축에 취한 도면이다. 도 6에 휘도의 히스토그램의 예를 나타낸다. 전극과 X선이 평행하지 않은 경우에는 도 6의 좌측 도면에 나타낸 바와 같이 휘도가 낮은, 즉 전극에서 X선이 감쇠되어서 검출기에 도달한 픽셀수가 많아지고, 휘도가 높은, 즉 X선이 전극에 거의 차단되지 않고 검출기에 도달한 픽셀의 수가 적어진다. 전극과 X선이 평행한 상태에 가까워짐에 따라, 휘도가 낮은 픽셀의 수는 작아지고(도 6의 좌측 도면으로부터 중앙도), 평행 또는 평행에 가까운 상태(도 6의 우측 도면)에서는 휘도가 낮은 픽셀의 수는 최소가 되고, 한편 휘도가 높은 픽셀의 수는 가장 많아진다. 스텝S07에서는 휘도의 히스토그램으로부터 평균 휘도 M_kL, 휘도의 표준편차 σ_kL, 휘도의 중심값 C_kL((최대 휘도값+최소 희도값)÷2), 휘도분포에 있어서의 변형도의 절대값|S_kL|을 산출한다. 도 6의 휘도의 히스토그램에 평균 휘도, 표준편차, 휘도의 중심값을 도시하고 있다. 스텝S08에서, 표준편차 σ_kL, 휘도의 중심 C_kL을 평균 휘도로 규격화한 σ'_kL(=σ_kL/M_kL), 규격화 중심값 C'_kL(=C_kL/M_kL)을 구하고, 스텝S09에서는 P_kL=|S_kL|×C'_kL/(σ'_kL)⁴로 정의한 평행도를 산출한다.

스텝10에서는 대상으로 하는 부극판이 촬상된 화상으로부터 구해진 평행도 P_kL을 비교하여, 가장 높은 평행도 P_kL을 나타내는 X선 투과 화상이 대상으로 하는 부극판과 X선이 가장 평행하게 가까운 상태에 있는 화상(I_L"-para)이 된다. 예를 들면, 어느 부극판이 촬상되어 있는 X선 투과 화상이 14매인 경우, X선 투과 화상(I(1)∼I(14))의 평행도 P_kL의 값과 X선 투과 화상의 관계는 도 7과 같이 된다. 이 경우, I(8)이 그 부극판과 X선이 가장 평행에 가까운 상태에 있는 화상(I_L"-para)이다.

이것을 모든 부극판에 대해서 행하고, 각각의 부극판에 대응한 I_L"-para가 구해진다.

계속해서, 각 부극판에 대응해서 추출된 화상 I_L"-para를 이용하여 부극판과 정극판의 위치 관계를 구한다.

스텝S12에서는 화상 I_L"-para를 적절한 휘도로 이치화 처리하고, 패턴인식에 의해 정극판(14)의 윤곽선, 부극판(15)의 윤곽선을 추출한다. 얻어진 윤곽선의 말단부분, 말단부분은 전극의 코너부에 대응하고 있는의 좌표(즉, 휘도 프로파일에서는 극소값, 극대값에 대응하는 부분이 된다)를 정극판에서는 (X_CL", Y_CL")로서, 부극판에서는 (X_AL", Y_AL")로서 구한다. 이 때, X를 전극이 정렬하는 방향으로 하고, Y는 전극이 정렬하는 방향과는 수직의 방향에서 전극 말단이 큰 수치가 되도록 화상을 좌표변화해 두는 것이 간편하다. 이것을 각 전극에 대해서 구한 화상 I_L"-para에 대해서 행하고(스텝S12∼S13), 모든 전극에 대해서 종료한 경우에는 스텝S14로 진행된다.

스텝S14에서는 인접하는 정부극판의 말단 좌표간의 거리 DX_0L''=｜X_AL''-X_CL''｜，DX_1L"=|X_A(L"+1)-X_CL"|, DY_0L"=Y_AL"-Y_CL", DY_1L"=Y_A(L"+1)-Y_CL"을 구한다. 스텝S15에서는 전극마다의 양부판정을, X방향, Y방향의 어긋남의 허용량을 각각 ΔX, ΔY(ΔX와 ΔY는 양의 실수)로 해서, 0＜DX_0L"＜ΔX, 또한 0＜DX_1L"＜ΔX, 또한, 0＜DY_0L"＜ΔY, 또한 0＜DY_1L"＜ΔY일 때 부극판 L", 및 인접하는 정극판에 대해서 양품으로 하고, 다른 경우를 불량품으로 한다. 불량품 판정을 할 수 없었을 때, 측정 대상으로 한 1개의 전지의 코너부에 대해서 양품이라고 판정한다. 다른 3개소의 코너부에 대해서도 동일하게 해서 구하고, 4개의 코너부의 전체가 양품 판정되었을 때, 종합해서 양품으로서 판정한다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명에 의하면, 전지를 적층면에 수직인 방향으로 이동하면서 X선 투과 화상을 취득하므로, 여러가지 X선 조사 각도로 촬영한 전극의 X선 화상을 복수 취득할 수 있고, 또한 전극 각각에 대해서 X선과 평행하게 되는 화상을 취득한 복수의 화상으로부터 연산에 의해 구함으로써, 가령 전극의 선단이 다소 구부러져 있는 경우에 있어서도, 전극한 1매씩 X선과 평행하게 되도록 위치 결정할 필요가 없고, 단시간에 고용량 스택형 전지의 전극의 위치 어긋남을 검사할 수 있다.

1, 1(a)∼1(h): X선 검사 장치
2: 하우징
3: 반입구
4: 반출구
5: 고정 가이드
6: 가이드 부재
7: 반송 장치
8:전지
9: X선원
10: X선 광축
11: X선
12: X선 검출기
13: 전지 케이스
14: 정극판
15: 부극판
16: 정극단자의 리드
17: 부극단자의 리드
18, 18-a, 18-b, 18-c: 전극
19, 19-a, 19-b, 19-c: X선 투과상
20: 전극 말단부의 휘도 프로파일
21-a, 21-b: 부극판에 유래하는 X선 투과상
22-a: 정극판에 유래하는 X선 투과상
a∼h: X선의 조사 방향

Claims (12)

1. 전지 내부에 대략 평행하게 복수 격납된 판형상의 전극을 갖는 전지의 상기 전극의 위치 어긋남을 검사하는 전지의 검사 장치로서, X선원, 상기 X선원으로부터의 X선을 수광하는 수광기, 및, 상기 전지와 상기 X선원의 상대 위치를 상기 전극이 연장되는 방향에 대해서 수직인 방향으로 변위시키는 변위수단, 상기 수광기의 화상정보 및 상기 변위수단의 위치정보를 취득하고, 상기 화상정보와 위치정보에 의거하여 상기 전극의 위치를 연산함으로써 양부를 판정하는 판단수단을 구비하고, 상기 화상정보와 위치정보에 의거하는 연산은 판형상의 전극의 각각에 대해서 촬상된 화상 중에서 가장 투영폭이 작은 화상을 선택하고, 상기 선택화상 데이터로부터 전극의 위치 어긋남을 검출하는 것을 특징으로 하는 전지의 검사 장치.
2. X선원, 상기 X선원으로부터의 X선을 실질적으로 연속적으로 수광 가능한 수광기, 및, 전지 내부에 대략 평행하게 복수 격납된 판형상의 전극을 포함하는 전지와 상기 X선원의 상대 위치를 상기 판형상의 전극이 연장되는 방향에 대해서 수직인 방향으로 변위시키는 변위수단, 상기 수광기로부터의 화상정보 및 상기 변위수단의 위치정보를 취득함과 아울러, 상기 화상정보와 위치정보에 의거하여 연산을 행하고, 전지의 양부를 판정하는 판단수단을 적어도 구비한 전지의 검사 장치로서, 상기 화상정보와 위치정보에 의거하는 연산은 판형상의 전극의 각각에 대해서 촬상된 화상 중에서 가장 투영폭이 작은 화상을 선택하는 스텝과, 상기 선택된 화상의 데이터로부터 전극의 위치를 연산하는 스텝을 포함하고 있는 전지의 검사 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 X선원은 판형상의 전극의 코너부에 대해서 코너를 구성하는 2변을 투과하는 방향으로 X선을 조사 가능하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지의 검사 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 변위수단은 전지를 반송하는 반송 장치인 전지의 검사 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수광기는 간접 변환 방식의 X선 검출기인 전지의 검사 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 간접 변환 방식의 X선 검출기는 셀방식 신틸레이터를 구비하고 있는 전지의 검사 장치.
7. 전지 내부에 대략 평행하게 복수 격납된 판형상의 전극의 위치를 검사하는 전지의 검사 방법으로서,
   1)상기 판형상의 전극이 연장되는 방향에 대해서 X선을 조사 가능하게 배치된 X선원 및 상기 X선원으로부터의 X선을 수광하는 수광기, 및 상기 X선원과 전극의 상대 위치를 상기 판형상의 전극이 연장되는 방향에 대해서 수직인 방향으로 변위 가능한 수단을 이용하여, X선원과 전극의 상대 위치를 상기 판형상의 전극이 연장되는 방향에 대해서 수직인 방향으로 변위시키면서 상기 복수 격납된 전극의 전체에 대해서 실질적으로 연속적으로 촬상하는 공정,
   2)촬상된 전극의 각각에 대해서 상기 실질적으로 연속적으로 촬상된 화상 중에서 가장 투영폭이 작은 화상을 선택하는 공정,
   3)상기 선택된 화상의 화상 데이터에 의거하여 전지 내부에 있어서의 전극의 위치를 각 전극에 대해서 연산하는 공정, 및,
   4)상기 연산한 결과에 의거하여 전지의 양부를 판단하는 공정을 포함하는 전지의 검사 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   X선의 조사 및 촬상은 판형상의 전극의 코너부에 대해서 코너를 구성하는 2변을 투과하는 방향으로 X선을 조사해서 행하고, 각각의 코너부에 있어서 상기 2)의 공정 및 상기 3)의 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 전지의 검사 방법.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
   상기 4)의 공정은 상기 선택한 화상으로부터 전극의 정극 및 부극의 단부의 상대적인 위치의 어긋남을 구함으로써 양부의 판단을 행하는 것을 특징으로 하는 전지의 검사 방법.
10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 4)의 공정은 전극의 공간적인 위치를 구함으로써 양부의 판단을 행하는 것을 특징으로 하는 전지의 검사 방법.
11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수광기는 간접 변환 방식의 X선 검출기인 전지의 검사 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 간접 변환 방식의 X선 검출기는 셀방식 신틸레이터를 구비하는 전지의 검사 방법.

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