KR20220089357A

KR20220089357A - 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치 및 측정방법

Info

Publication number: KR20220089357A
Application number: KR1020200179903A
Authority: KR
Inventors: 이명국; 장중수
Original assignee: 주식회사 에스에프에이
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-06-28

Abstract

이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치가 개시된다. 본 발명에 따른 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치는, 파우치형 이차전지 셀의 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 파우치형 이차전지 셀의 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, 파우치형 이차전지 셀의 3차원 형상정보를 획득하여 불량 셀을 발견할 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 셀은 전극 활물질이 충전된 양극판과 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터(separator)가 적층된 구조의 전극 조립체를 구비한다.

양극판의 일측에는 양극 탭이 형성되고, 음극판의 일측에는 음극 탭이 형성된다. 탭들은 각각 리이드에 연결됨으로써 외부 회로와 접속된다. 이러한 전극 조립체는 외장재인 파우치에 의해 밀봉된다.

한편, 상술한 파우치형 이차전지 셀(S)은 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 바와 같이 다수 개가 모여 이차전지 모듈을 형성한다.

그런데, 이차전지 모듈에 도 1(c)에 도시된 바와 같이 정상품과 비교하여 말단부 영역의 치수가 다른 불량 파우치형 이차전지 셀(S)이 섞이게 되면, 이차전지 모듈 자체가 불량이 되어 큰 손실이 발생되는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2019-0064724호, (2019.06.11.)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 생산된 이차전지 셀 중 외형 치수가 불량한 제품을 빠르고 정확하게 구분할 수 있는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치 및 측정방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 파우치형 이차전지 셀의 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 파우치형 이차전지 셀의 외형 치수를 산출하는 데이터 처리유닛을 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치가 제공될 수 있다.

상기 파우치형 이차전지 셀은, 셀 몸체부; 상기 셀 몸체부의 측벽을 형성하는 컵부; 상기 컵부에 연결되며, 상기 컵부에서 돌출되어 형성되는 테라스부; 및 상기 테라스부에 연결되는 탭부를 포함하며, 상기 형상정보 획득유닛은, 상기 컵부와 상기 테라스부 및 상기 탭부의 3차원 형상정보를 획득할 수 있다.

상기 형상정보 획득유닛은 한 쌍으로 마련되며, 한 쌍의 형상정보 획득유닛은 상기 파우치형 이차전지 셀을 사이에 두고 상호 이격되어 배치될 수 있다.

상기 형상정보 획득유닛은, 상기 파우치형 이차전지 셀을 스캐닝하는 3차원 센서; 및 상기 이동유닛에 연결되며, 상기 3차원 센서가 회전 가능하게 결합되는 센서용 브라켓을 포함할 수 있다.

상기 3차원 센서는 상기 파우치형 이차전지 셀에 대해 미리 결정된 경사각도만큼 기울어지게 배치될 수 있다.

상기 이동유닛은, 상기 형상정보 획득유닛을 지지하며, 상기 형상정보 획득유닛을 상기 파우치형 이차전지 셀에 대해 제1축 방향으로 이동시키는 제1축 방향 이동모듈; 및 상기 제1축 방향 이동모듈을 지지하며, 상기 형상정보 획득유닛을 상기 파우치형 이차전지 셀에 대해 상기 제1축 방향에 교차하는 제2축 방향으로 이동시키는 제2축 방향 이동모듈을 포함할 수 있다.

상기 제1축 방향 이동모듈은, 상기 제2축 방향 이동모듈에 연결되는 제1축 방향 이동용 프레임부; 상기 제1축 방향 이동용 프레임부에 지지되며, 상기 형상정보 획득유닛이 결합되고 상기 제1축 방향으로 이동되는 제1축 방향 이동블록부; 상기 제1축 방향 이동용 프레임부에 결합되며, 상기 제1축 방향 이동블록부에 연결되어 상기 제1축 방향 이동블록부의 이동을 가이드하는 제1축 방향 이동 가이드부; 및 상기 제1축 방향 이동용 프레임부에 결합되며, 상기 제1축 방향 이동블록부에 연결되어 상기 제1축 방향 이동블록부를 이동시키는 제1축 방향 이동 구동부를 포함할 수 있다.

상기 제2축 방향 이동모듈은, 상기 제1축 방향 이동모듈에 연결되며, 상기 제2축 방향으로 이동되는 제2축 방향 이동블록부; 상기 제2축 방향 이동블록부에 연결되며, 상기 제2축 방향 이동블록부의 이동을 가이드하는 제2축 방향 이동 가이드부; 및 상기 제2축 방향 이동블록부에 연결되며, 상기 제2축 방향 이동블록부를 이동시키는 제2축 방향 이동 구동부를 포함할 수 있다.

상기 데이터 처리유닛은, 상기 3차원 형상정보로부터 상기 파우치형 이차전지의 3차원 프로파일을 생성하며, 상기 3차원 프로파일로부터 상기 파우치형 이차전지 셀의 상기 외형 치수를 산출할 수 있다.

상기 외형 치수는, 상기 컵부의 높이, 상기 탭부의 길이 및 상기 테라스부의 길이를 포함하며, 상기 데이터 처리유닛은, 상기 3차원 프로파일에서 미리 설정된 기준에 따라 기준점을 설정하며, 상기 기준점을 기준으로 하여 상기 테라스부의 길이를 산출할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 형상정보 획득유닛에 의해 파우치형 이차전지 셀이 스캐닝되어 상기 파우치형 이차전지 셀의 3차원 형상정보가 획득되는 형상정보 획득단계; 상기 3차원 형상정보로부터 상기 파우치형 이차전지의 3차원 프로파일이 생성되는 프로파일 생성단계; 및 상기 파우치형 이차전지 셀의 외형 치수가 산출되는 치수 산출단계를 포함할 수 있다.

상기 형상정보 획득유닛은, 상기 파우치형 이차전지 셀을 스캐닝하는 3차원 센서; 및 상기 3차원 센서가 회전 가능하게 결합되는 센서용 브라켓을 포함하며, 상기 3차원 센서는 상기 파우치형 이차전지 셀에 대해 미리 결정된 경사각도만큼 기울어지게 배치될 수 있다.

상기 파우치형 이차전지 셀은, 셀 몸체부; 상기 셀 몸체부의 측벽을 형성하는 컵부; 상기 컵부에 연결되며, 상기 컵부에서 돌출되어 형성되는 테라스부; 및 상기 테라스부에 연결되는 탭부를 포함하며, 상기 치수 산출단계에서는, 상기 컵부의 높이, 상기 탭부의 길이 및 상기 테라스부의 길이가 산출될 수 있다.

상기 치수 산출단계는, 상기 3차원 프로파일에서 미리 설정된 기준에 따라 기준점을 설정하는 기준점 설정단계; 및 상기 기준점을 기준으로 하여 상기 테라스부의 길이를 산출하는 테라스 길이산출단계를 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 3차원 형상정보를 획득하는 형상정보 획득유닛과, 형상정보 획득유닛을 파우치형 이차전지 셀에 대해 상대이동 시키는 이동유닛과, 3차원 형상정보를 통해 파우치형 이차전지 셀의 외형 치수를 산출하는 데이터 처리유닛을 구비함으로써, 생산된 제품들 중 외형 치수가 불량한 파우치형 이차전지 셀을 빠르고 정확하게 구분할 수 있으며, 그에 따라 파우치형 이차전지 셀들을 적층하여 모듈화하기 전에 중 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 측정장치에 에 의해 검사되는 파우치형 이차전지 셀이 도시된 도면이다.
도 3은 도 1의 파우치형 이차전지 셀의 외형을 검사하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치가 도시된 도면이다.
도 4는 도 3의 평면도이다.
도 5는 도 3의 정면도이다.
도 6은 도 3의 측면도이다.
도 7은 도 4의 A-A선에 따른 단면이 도시된 도면이다.
도 8 및 도 9는 도 3의 데이터 처리유닛에 의해 생성된 3차원 프로파일이 도시된 도면이다.
도 9는 도 8의 정면도이다.
도 10은 도 3의 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치의 측정방법이 도시된 순서도이다.
도 11은 도 10의 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.

이하의 도면에서 제1축 방향은 Y로 표시하고 제2축 방향은 X로 표시하고 상하방향은 Z로 표시한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치에 에 의해 검사되는 파우치형 이차전지 셀이 도시된 도면이고, 도 3은 도 1의 파우치형 이차전지 셀의 외형을 검사하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치가 도시된 도면이며, 도 4는 도 3의 평면도이고, 도 5는 도 3의 정면도이며, 도 6은 도 3의 측면도이고, 도 7은 도 4의 A-A선에 따른 단면이 도시된 도면이며, 도 8 및 도 9는 도 3의 데이터 처리유닛에 의해 생성된 3차원 프로파일이 도시된 도면이고, 도 9는 도 8의 정면도이며, 도 10은 도 3의 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치의 측정방법이 도시된 순서도이며, 도 11은 도 10의 캘리브레이션 단계에 사용되는 캘리브레이션용 지그가 도시된 도면이다.

본 실시예에 따른 파우치형 이차전지 셀(S)은 전극 적층체를 파우치형 케이스가 감싸는 구조로 형성된다. 이러한 파우치형 이차전지 셀(S)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 전극 적층체가 배치되는 셀 몸체부(S1)와, 셀 몸체부(S1)의 측벽을 형성하는 컵부(S2)와, 컵부(S2)에 연결되며 컵부(S2)에서 돌출되어 형성되는 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.

본 실시예에 따른 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치는, 도 2 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 형상정보 획득유닛(100)과, 이동유닛(200)과, 데이터 처리유닛(300)을 포함한다.

형상정보 획득유닛(100)은 파우치형 이차전지 셀(S)의 3차원 형상정보를 획득한다. 이러한 형상정보 획득유닛(100)은 한 쌍으로 마련된다. 도 3에 도시된 바와 같이 한 쌍의 형상정보 획득유닛(100)은 파우치형 이차전지 셀(S)을 사이에 두고 상호 이격되어 배치된다.

본 실시예에 따른 형상정보 획득유닛(100)은, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 파우치형 이차전지 셀(S)을 스캐닝하는 3차원 센서(110)와, 이동유닛(200)에 연결되며 3차원 센서(110)가 회전 가능하게 결합되는 센서용 브라켓(120)을 포함한다.

3차원 센서(110)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.

센서용 브라켓(120)은 이동유닛(200)에 결합된다. 이러한 센서용 브라켓(120)에는 3차원 센서(110)가 회전 가능하게 결합된다. 본 실시예에서 센서용 브라켓(120)은 3차원 센서(110)의 회전 각도를 조절할 수 있도록 형성된다.

상술한 센서용 브라켓(120)에 의해 3차원 센서(110)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 파우치형 이차전지 셀(S)에 대해 미리 결정된 경사각도만큼 기울어지게 배치될 수 있다.

3차원 센서(110)에 의해 획득된 형상정보를 데이터 처리유닛(300)이 가공하여 3차원 프로파일(파우치형 이차전지 셀(S)의 외형 외곽라인)을 생성되는데, 본 실시예와 같이 파우치형 이차전지 셀(S)에 대해 미리 결정된 경사각도만큼 기울어지게 배치된 3차원 센서(110)에 의해 파우치형 이차전지 셀(S)의 3차원 프로파일이 도 8(b)에 도시된 바와 같이 연속적으로 이어진다. 참고로, 도 8 및 도 9는 3차원 프로파일을 시각적으로 용이하게 인식할 수 있도록 2차원 평면에 투영하여 표시하였다.

이에 반하여 3차원 센서(110)를 파우치형 이차전지 셀(S)의 상부에 수직하게 배치한 경우에는 도 8(a)에 도시된 바와 같이 파우치형 이차전지 셀(S)의 3차원 프로파일이 끊어진 형상으로 나타난다. 도 8(a)에서 끊어진 부분은 도 2의 컵부(S2)에 해당한다.

이와 같이 본 실시예예 따른 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치는, 파우치형 이차전지 셀(S)에 대해 미리 결정된 경사각도만큼 기울어지게 배치된 3차원 센서(110)를 구비함으로써, 파우치형 이차전지 셀(S)의 정확하고 연속적인 3차원 프로파일을 구할 수 있는 이점이 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 실시예에서 2개의 3차원 센서(110)를 제2축 방향(X)으로 이동시킬 수 있는 이동유닛(200)이 구비되는데, 다른 방식으로 3차원 센서(110)를 4개로 구성하여 3차원 센서(110)들의 제2축 방향의 이동 없이 파우치형 이차전지 셀(S)의 양측 말단부 영역의 3차원 형상정보를 획득할 수도 있다.

본 실시예에 따른 이동유닛(200)은, 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 형상정보 획득유닛(100)을 지지하며 형상정보 획득유닛(100)을 파우치형 이차전지 셀(S)에 대해 제1축 방향(Y)으로 이동시키는 제1축 방향 이동모듈(210)과, 제1축 방향 이동모듈(210)을 지지하며 형상정보 획득유닛(100)을 파우치형 이차전지 셀(S)에 대해 제1축 방향에 교차하는 제2축 방향(X)으로 이동시키는 제2축 방향 이동모듈(220)을 포함한다.

제1축 방향 이동모듈(210)은 형상정보 획득유닛(100)에 연결되어 형상정보 획득유닛(100)을 파우치형 이차전지 셀(S)에 대해 제1축 방향(Y)으로 이동시킨다.

본 실싱에 따른 제1축 방향 이동모듈(210)은, 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 제2축 방향 이동모듈(220)에 연결되는 제1축 방향 이동용 프레임부(211)와, 제1축 방향 이동용 프레임부(211)에 지지되며 형상정보 획득유닛(100)이 결합되고 제1축 방향으로 이동되는 제1축 방향 이동블록부(212)와, 제1축 방향 이동용 프레임부(211)에 결합되며 제1축 방향 이동블록부(212)에 연결되어 제1축 방향 이동블록부(212)의 이동을 가이드하는 제1축 방향 이동 가이드부(213)와, 제1축 방향 이동용 프레임부(211)에 결합되며, 제1축 방향 이동블록부(212)에 연결되어 제1축 방향 이동블록부(212)를 이동시키는 제1축 방향 이동 구동부(214)를 포함한다.

제1축 방향 이동용 프레임부(211)는 제2축 방향 이동모듈(220)의 후술할 제2축 방향 이동블록부(221)에 결합된다. 이러한 제1축 방향 이동용 프레임부(211)에는 센서용 브라켓(120)이 관통하는 절개공(211a)이 형성된다.

제1축 방향 이동블록부(212)는 제1축 방향 이동용 프레임부(211)에 지지된다. 이러한 제1축 방향 이동블록부(212)는 한 쌍의 마련된다. 한 쌍의 제1축 방향 이동블록부(212) 각각에는 상술한 센서용 브라켓(120)이 결합된다. 본 실시예의 제1축 방향 이동블록부(212)는 제1축 방향으로 이동되어 형상정보 획득유닛(100)을 제1축 방향으로 이동시킨다.

제1축 방향 이동 가이드부(213)는 제1축 방향 이동용 프레임부(211)의 상부면에 결합된다. 이러한 제1축 방향 이동 가이드부(213)는 제1축 방향 이동블록부(212)에 연결되어 제1축 방향 이동블록부(212)의 이동을 안내한다. 본 실시예에 따른 제1축 방향 이동 가이드부(213)는 제1축 방향 이동블록부(212)가 슬라이딩 이동가능하게 결합되는 가이드 레일로 이루어진다.

제1축 방향 이동 구동부(214)는 제1축 방향 이동용 프레임부(211)에 결합된다. 이러한 제1축 방향 이동 구동부(214)는 제1축 방향 이동블록부(212)에 연결되어 제1축 방향 이동블록부(212)를 이동시킨다. 본 실시예에서 제1축 방향 이동 구동부(214)는 볼 스크류 방식의 리니어모터로 이루어진다.

제2축 방향 이동모듈(220)에는 제1축 방향 이동모듈(210)이 지지된다. 이러한 제2축 방향 이동모듈(220)은 형상정보 획득유닛(100)을 파우치형 이차전지 셀(S)에 대해 제1축 방향(Y)에 교차하는 제2축 방향(X)으로 이동시킨다.

본 실시예에 따른 제2축 방향 이동모듈(220)은, 도 3 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 제1축 방향 이동모듈(210)에 연결되며 제2축 방향(X)으로 이동되는 제2축 방향 이동블록부(221)와, 제2축 방향 이동블록부(221)에 연결되며 제2축 방향 이동블록부(221)의 이동을 가이드하는 제2축 방향 이동 가이드부(미도시)와, 제2축 방향 이동블록부(221)에 연결되며 제2축 방향 이동블록부(221)를 이동시키는 제2축 방향 이동 구동부(223)를 포함한다.

제2축 방향 이동블록부(221)에는 제1축 방향 이동모듈(210)의 제1축 방향 이동용 프레임부(211)가 결합된다. 이러한 제2축 방향 이동블록부(221)는 제2축 방향으로 이동되어 형상정보 획득유닛(100)을 제2축 방향으로 이동시킨다.

제2축 방향 이동 가이드부(미도시)는 제2축 방향 이동블록부(221)에 연결되어 제2축 방향 이동블록부(221)의 이동을 가이드한다. 본 실시예에 따른 제2축 방향 이동 가이드부(미도시)는 제2축 방향 이동블록부(221)가 슬라이딩 이동 가능하게 결합되는 가이드 레일로 이루어진다.

제2축 방향 이동 구동부(223)는 제2축 방향 이동블록부(221)에 연결되어 제2축 방향 이동블록부(221)를 이동시킨다. 본 실시예에서 제2축 방향 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 이차전지의 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 3차원 센서(110)가 파우치형 이차전지 셀(S)에 대해 미리 결정된 경사각도만큼 기울어지게 배치되므로, 생성된 프로파일은 도 9(a)에 도시된 바와 같이 기울어진 상태에 있다. 본 실시예의 데이터 처리유닛(300)은 도 9(a)에 도시된 바와 같이 기울어진 상태의 3차원 프로파일을 도 9(b)에 도시된 바와 같이 경사각도만큼 회전시켜 수평상태로 보정한다. 상술한 바와 같이 도 9는 3차원 프로파일을 시각적으로 용이하게 인식할 수 있도록 2차원 평면에 투영하여 표시하였다.

데이터 처리유닛(300)은 생성된 3차원 프로파일로부터 파우치형 이차전지 셀(S)의 외형 치수를 산출한다. 여기서, 외형 치수는 컵부(S2)의 높이와 탭부(S4)의 길이 및 테라스부(S3)의 길이를 포함한다. 컵부(S2)의 높이와 탭부(S4)의 길이는 3차원 프로파일로부터 쉽게 인식될 수 있는데, 컵부(S2)가 약간의 곡면이기 때문에 테라스부(S3)의 길이를 산출할 때 테라스부(S3)의 시작위치(컵부(S2)와 테라스부(S3)가 구분되는 위치)를 정하기 어렵다.

따라서, 본 실시예의 데이터 처리유닛(300)은, 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 컵부(S2)의 최고점(즉, 셀 몸체부(S1)의 상단부)에서 2mm 또는 5mm 아래에 있는 지점을 기준점으로 설정한 후, 기준점부터 테라스부(S3)의 길이를 산출한다. 물론, 테라스부(S3)의 길이는 기준점을 수평축에 투영한 지점으로부터의 수평축에서의 거리이다.

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)으로 파우치형 이차전지 셀(S)을 스캐닝하여 파우치형 이차전지 셀(S)의 3차원 형상정보가 획득되는 형상정보 획득단계(S120)와, 3차원 형상정보로부터 파우치형 이차전지의 3차원 프로파일이 생성되는 프로파일 생성단계(S130)와, 파우치형 이차전지 셀(S)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 11에 도시된 바와 같이 사각의 플레이트 형상으로 형성된다. 이러한 캘리브레이션용 지그(G)에는 기준홀(H)이 형성된다. 본 실시의 기준홀(H)은 한 쌍의 3차원 센서(110)의 얼라인 용도로 사용된다.

형상정보 획득단계(S120)에서는, 형상정보 획득유닛(100)이 파우치형 이차전지 셀(S)을 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, 탭부(S4)의 길이 및 테라스부(S3)의 길이가 산출되는데, 테라스부(S3)의 길이를 산출하기 위해 본 실시예에 따른 치수 산출단계(S140)는, 3차원 프로파일에서 미리 설정된 기준에 따라 기준점을 설정하는 기준점 설정단계와, 기준점을 기준으로 하여 테라스부(S3)의 길이를 산출하는 테라스 길이산출단계를 포함한다.

본 실시예에서 기준점은, 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 컵부(S2)의 최고점(즉, 셀 몸체부(S1)의 상단부)에서 2mm 또는 5mm 아래에 있는 지점이며, 테라스부(S3)의 길이는 기준점을 수평축에 투영한 지점으로부터의 수평축에서의 거리이다.

본 실시예에 따른 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치는, 파우치형 이차전지 셀(S)의 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 외형 치수를 산출하는 데이터 처리유닛(300)을 구비함으로써, 생산된 제품들 중 외형 치수가 불량한 파우치형 이차전지 셀(S)을 빠르고 정확하게 구분할 수 있으며, 그에 따라 파우치형 이차전지 셀(S)들을 적층하여 모듈화하기 전에 중 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: 3차원 센서
120: 센서용 브라켓 200: 이동유닛
210: 제1축 방향 이동모듈 211: 제1축 방향 이동용 프레임부
212: 제1축 방향 이동블록부 213: 제1축 방향 이동 가이드부
214: 제1축 방향 이동 구동부 220: 제2축 방향 이동모듈
221: 제2축 방향 이동블록부 223: 제2축 방향 이동 구동부
300: 데이터 처리유닛 S: 파우치형 이차전지
S1: 셀 몸체부 S2: 컵부
S3: 테라스부 S4: 탭부
G: 캘리브레이션용 지그

Claims

파우치형 이차전지 셀의 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 파우치형 이차전지 셀의 외형 치수를 산출하는 데이터 처리유닛을 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 파우치형 이차전지 셀은,
셀 몸체부;
상기 셀 몸체부의 측벽을 형성하는 컵부;
상기 컵부에 연결되며, 상기 컵부에서 돌출되어 형성되는 테라스부; 및
상기 테라스부에 연결되는 탭부를 포함하며,
상기 형상정보 획득유닛은,
상기 컵부와 상기 테라스부 및 상기 탭부의 3차원 형상정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 3차원 형상 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 형상정보 획득유닛은 한 쌍으로 마련되며, 한 쌍의 형상정보 획득유닛은 상기 파우치형 이차전지 셀을 사이에 두고 상호 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 3차원 형상 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 형상정보 획득유닛은,
상기 파우치형 이차전지 셀을 스캐닝하는 3차원 센서; 및
상기 이동유닛에 연결되며, 상기 3차원 센서가 회전 가능하게 결합되는 센서용 브라켓을 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
제4항에 있어서,
상기 3차원 센서는 상기 파우치형 이차전지 셀에 대해 미리 결정된 경사각도만큼 기울어지게 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 이동유닛은,
상기 형상정보 획득유닛을 지지하며, 상기 형상정보 획득유닛을 상기 파우치형 이차전지 셀에 대해 제1축 방향으로 이동시키는 제1축 방향 이동모듈; 및
상기 제1축 방향 이동모듈을 지지하며, 상기 형상정보 획득유닛을 상기 파우치형 이차전지 셀에 대해 상기 제1축 방향에 교차하는 제2축 방향으로 이동시키는 제2축 방향 이동모듈을 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
제6항에 있어서,
상기 제1축 방향 이동모듈은,
상기 제2축 방향 이동모듈에 연결되는 제1축 방향 이동용 프레임부;
상기 제1축 방향 이동용 프레임부에 지지되며, 상기 형상정보 획득유닛이 결합되고 상기 제1축 방향으로 이동되는 제1축 방향 이동블록부;
상기 제1축 방향 이동용 프레임부에 결합되며, 상기 제1축 방향 이동블록부에 연결되어 상기 제1축 방향 이동블록부의 이동을 가이드하는 제1축 방향 이동 가이드부; 및
상기 제1축 방향 이동용 프레임부에 결합되며, 상기 제1축 방향 이동블록부에 연결되어 상기 제1축 방향 이동블록부를 이동시키는 제1축 방향 이동 구동부를 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
제6항에 있어서,
상기 제2축 방향 이동모듈은,
상기 제1축 방향 이동모듈에 연결되며, 상기 제2축 방향으로 이동되는 제2축 방향 이동블록부;
상기 제2축 방향 이동블록부에 연결되며, 상기 제2축 방향 이동블록부의 이동을 가이드하는 제2축 방향 이동 가이드부; 및
상기 제2축 방향 이동블록부에 연결되며, 상기 제2축 방향 이동블록부를 이동시키는 제2축 방향 이동 구동부를 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
제2항에 있어서,
상기 데이터 처리유닛은,
상기 3차원 형상정보로부터 상기 파우치형 이차전지의 3차원 프로파일을 생성하며, 상기 3차원 프로파일로부터 상기 파우치형 이차전지 셀의 상기 외형 치수를 산출하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
제9항에 있어서,
상기 외형 치수는,
상기 컵부의 높이, 상기 탭부의 길이 및 상기 테라스부의 길이를 포함하며,
상기 데이터 처리유닛은,
상기 3차원 프로파일에서 미리 설정된 기준에 따라 기준점을 설정하며, 상기 기준점을 기준으로 하여 상기 테라스부의 길이를 산출하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정장치.
형상정보 획득유닛에 의해 파우치형 이차전지 셀이 스캐닝되어 상기 파우치형 이차전지 셀의 3차원 형상정보가 획득되는 형상정보 획득단계;
상기 3차원 형상정보로부터 상기 파우치형 이차전지의 3차원 프로파일이 생성되는 프로파일 생성단계; 및
상기 파우치형 이차전지 셀의 외형 치수가 산출되는 치수 산출단계를 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정방법.
제11항에 있어서,
상기 형상정보 획득유닛은,
상기 파우치형 이차전지 셀을 스캐닝하는 3차원 센서; 및
상기 3차원 센서가 회전 가능하게 결합되는 센서용 브라켓을 포함하며,
상기 3차원 센서는 상기 파우치형 이차전지 셀에 대해 미리 결정된 경사각도만큼 기울어지게 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정방법.
제11항에 있어서,
상기 파우치형 이차전지 셀은,
셀 몸체부;
상기 셀 몸체부의 측벽을 형성하는 컵부;
상기 컵부에 연결되며, 상기 컵부에서 돌출되어 형성되는 테라스부; 및
상기 테라스부에 연결되는 탭부를 포함하며,
상기 치수 산출단계에서는,
상기 컵부의 높이, 상기 탭부의 길이 및 상기 테라스부의 길이가 산출되는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정방법.
제13항에 있어서,
상기 치수 산출단계는,
상기 3차원 프로파일에서 미리 설정된 기준에 따라 기준점을 설정하는 기준점 설정단계; 및
상기 기준점을 기준으로 하여 상기 테라스부의 길이를 산출하는 테라스 길이산출단계를 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정방법.
제11항에 있어서,
상기 형상정보 획득유닛이 캘리브레이션용 지그를 스캐닝하여 상기 형상정보 획득유닛을 캘리브레이션 하는 캘리브레이션 단계를 더 포함하는 이차전지 셀의 3차원 형상 측정방법.