KR20230067289A

KR20230067289A - 레이저 노칭 시스템

Info

Publication number: KR20230067289A
Application number: KR1020210153222A
Authority: KR
Inventors: 김상중; 변정인; 이우철; 이근욱; 이철우; 함혁주; 최상훈; 장범수; 김태근; 김정환
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2023-05-16

Abstract

레이저 노칭 시스템은 공기를 흡입하는 흡입홀이 형성되는 흡착면을 구비하고, 전극 시트를 상기 흡착면에 흡착하여 지지하는 패턴 지그; 상기 전극 시트에 레이저를 조사하여 상기 전극 시트를 기설정된 모양으로 노칭하는 레이저 조사부; 상기 레이저의 조사 전과 후에 상기 전극 시트의 기준선을 감지하는 비전 센서; 상기 비전 센서로부터 감지 신호를 전달받아 상기 레이저 조사부를 제어하여, 상기 기준선의 위치에 따라 레이저의 노칭 위치를 보정하는 제어부를 포함한다. 이를 통해, 가공 치수의 정확도를 향상시킬 수 있다.

Description

레이저 노칭 시스템{LASER NOTCHING SYSTEM}

본 발명은 이차전지의 전극을 절단하는 레이저 노칭 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지는 전극 집전체의 표면에 활물질을 도포하여 양극과 음극을 구성하고 그 사이에 분리막을 개재하여 전극조립체를 만든 후, 원통형 또는 각형의 금속 캔이나 파우치형 케이스 내부에 전극조립체를 장착하고, 전극조립체에 주로 액체 전해질을 주입 또는 함침시키거나 고체 전해질을 사용하여 제조된다.

여기서, 전극조립체는 외형 케이스의 크기 및 형태와 사용되는 분야에서 요구되는 용량에 따라 다양한 크기로 제조된다.

이를 위해, 전극조립체를 구성하는 전극을 소정의 크기로 재단하기 위한 노칭 공정이 필수적이다.

이차전지 제조 공정 중 양·음극판을 원하는 모양대로 잘라내는 노칭(Notching) 공정은 금형 프레스 방식과 레이저 노칭 방식으로 나뉠 수 있다.

금형 프레스 방식에 따르면, 전극의 상부에 배치된 상부 프레스와 전극의 하부에 배치된 하부 프레스를 이용하여 전극을 원하는 모양으로 노칭한다.

레이저 노칭 방식에 따르면, 레이저를 이용해 전극을 원하는 모양으로 노칭한다.

한편, 배터리 전지 전극(양극/음극) 절단 공정에서 주로 금형 프레스 방식을 활용하고 있지만, 기존 금형 프레스 방식 대비 가격이 비싸지만 생산성이 높고 수율 측면에서 유리한 레이저 노칭 설비를 이용하는 레이저 노칭 방식으로 변화하고 있다.

그러나, 종래의 레이저 노칭 방식은 제품의 위치 편차에 의한 미커팅(Uncut), 스패터(Spatter)에 의한 패턴 지그의 오염, 흄(fume)에 의한 배관 막힘, 스크랩에 의한 배관 막힘 등으로 양산품 생산에 문제가 있다.

본 발명의 첫 번째 목적은 기준선 위치를 확인하여 보정 가공을 진행함으로써, 가공 치수의 정확도를 향상시킬 수 있는 레이저 노칭 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 두 번째 목적은 레이저 노칭 시 발생하는 빛을 이용해 미커팅 등 공정 상태 이상을 시스템에서 감지하여 사용자에게 알려줄 수 있는 레이저 노칭 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 세 번째 목적은 패턴 지그에 직접적인 진동을 가하여 이물이 자동으로 떨어지도록 함으로써, 패턴 지그에 이물이 쌓이는 것을 억제할 수 있는 레이저 노칭 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 네 번째 목적은 패턴 지그의 내부에 내부 유로를 형성하여, 패턴 지그의 내부에 이물이 쌓이지 않고 흡입될 수 있도록 하는 레이저 노칭 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다섯 번째 목적은 패턴 지그를 작업자의 투입 없이 자동으로 교체 가능하고, 교체 후 자동 세정을 실시하여 사용자의 편의성을 증대시킬 수 있는 레이저 노칭 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 여섯 번째 목적은 제품 생산 중 검사 시스템에서 측정되는 평균값 또는 중앙값을 기준으로 자동으로 커팅 프로파일을 변경하여 자동으로 보정해줄 수 있는 레이저 노칭 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 일곱 번째 목적은 제품 커팅 시 흡착 기능을 갖는 벨트를 이용하여 스크랩에 의한 진동 및 장력 변화를 최소화할 수 있고, 스크랩을 안정적으로 원활하게 스크랩 배출 유닛으로 이송할 수 있는 레이저 노칭 시스템을 제공함에 있다.

상술한 첫 번째 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 레이저 노칭 시스템은, 공기를 흡입하는 흡입홀이 형성되는 흡착면을 구비하고, 전극 시트를 상기 흡착면에 흡착하여 지지하는 패턴 지그; 상기 전극 시트에 레이저를 조사하여 상기 전극 시트를 기설정된 모양으로 노칭하는 레이저 조사부; 상기 레이저의 조사 전과 후에 상기 전극 시트의 기준선을 감지하는 비전 센서; 상기 비전 센서로부터 감지 신호를 전달받아 상기 레이저 조사부를 제어하여, 상기 기준선의 위치에 따라 레이저의 노칭 위치를 보정하는 제어부를 포함한다.

상술한 두 번째 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 레이저 노칭 시스템은, 상기 레이저의 커팅 시 발생하는 빛을 감지하는 포토 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 포토 센서를 통해 감지되는 빛의 양에 따라 상기 레이저의 커팅 상태 이상 유무를 판단하고, 상기 레이저의 커팅 상태 이상 발생시 알람 표시부에 표시할 수 있다.

상술한 세 번째 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 레이저 노칭 시스템은, 상기 패턴 지그에 장착되고, 고주파 또는 초음파를 이용하여 상기 패턴 지그에 진동을 가하는 가진 장치를 더 포함하고, 상기 가진 장치는 상기 흡입홀의 내측에 쌓인 이물이 상기 흡입홀을 통해 흡입되도록 상기 이물을 가진시켜 떨어뜨릴 수 있다.

상술한 네 번째 목적을 달성하기 위해, 상기 흡입홀은 상기 패턴 지그의 두께방향으로 관통되게 형성되고, 상기 패턴 지그는, 상기 패턴 지그의 내부에 구비되어, 상기 흡입홀의 내측에 쌓인 이물에 공기를 분사하는 내부 유로; 및 상기 패턴 지그에 장착되어, 상기 내부 유로로 공기를 송풍하는 에어 블로워를 더 포함하고, 상기 내부 유로는 상기 흡입홀의 관통방향과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 내부 유로의 일측은 상기 에어 블로워와 연통되고, 상기 내부 유로의 타측은 상기 흡입홀과 연통될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 패턴 지그는, 상기 공기의 흡입방향을 기준으로 상기 흡입홀의 입구측에 곡면부가 기설정된 곡률을 갖는 곡면 형태로 형성될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 패턴 지그는, 상기 공기의 흡입방향을 기준으로 상기 곡면부의 반대방향으로 향하는 측면에 구비되고, 상기 내부 유로를 따라 흐르는 공기의 유동을 상기 흡입홀의 내측으로 유도하도록 상기 내부 유로의 내측에서 상기 흡입홀의 내측 공간으로 더 연장되는 유로 연장부를 더 포함할 수 있다.

상술한 다섯 번째 목적을 달성하기 위해, 상기 패턴 지그는 복수 개로 구비되고, 상기 복수 개의 패턴 지그는 지그 구동부로부터 동력을 전달받아 회전 가능하게 설치되고, 상기 패턴 지그의 상부에 배치되고, 상기 패턴 지그의 흡착면에 쌓인 이물을 청소하는 청소 유닛을 더 포함하고, 상기 복수의 패턴 지그 중 하나는 상기 레이저의 노칭 시 사용되고, 상기 복수의 패턴 지그 중 다른 하나는 상기 청소 유닛에 의해 청소될 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 청소 유닛은, 상기 패턴 지그에 공기를 분사하여 상기 이물을 제거하는 에어 노즐을 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 청소 유닛은, 상기 패턴 지그의 흡착면에 쌓인 이물을 청소하는 브러시를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 패턴 지그의 하부에 배치되고, 상기 청소 유닛에 의해 떨어진 이물을 포집하는 이물 포집부를 더 포함할 수 있다.

상술한 여섯 번째 목적을 달성하기 위해, 상기 레이저에 의해 가공된 전극판의 일측 단부에서 전극탭이 돌출되게 형성되고, 상기 전극 시트의 길이방향을 따라 이격되게 배치되는 복수의 전극탭 간 거리는 피치이고, 상기 피치를 측정하는 비전 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 비전 센서로부터 전달받은 상기 피치의 측정값과 기설정된 목표값을 비교하여, 상기 측정값과 상기 목표값의 차이에 따라 상기 전극 시트의 주행 속도와 상기 레이저의 가공 속도를 조절하여 상기 피치를 보정할 수 있다.

상술한 일곱 번째 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 레이저 노칭 시스템은, 스크랩 배출 유닛; 및 상기 전극 시트 중 상기 레이저에 의해 재단된 전극판 이외의 나머지 부분인 스크랩을 흡착한 상태로 상기 스크랩 배출 유닛으로 이송하는 흡착 이송 유닛을 더 포함하고, 상기 흡착 이송 유닛은, 벨트 구동 유닛; 상기 벨트 구동 유닛으로부터 동력을 전달받아 회전 가능하게 설치되는 흡착 롤러; 및 복수의 흡착홀이 형성되는 흡착면을 구비하여 상기 흡착면에 상기 스트랩을 흡착하고, 상기 흡착 롤러에 의해 회전되어 상기 흡착된 스트랩을 상기 스트랩 배출 유닛으로 이송하는 흡착 벨트를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 흡착 이송 유닛은, 복수의 슬롯이 상기 흡착 벨트의 흡착홀과 연통되게 형성되는 일면을 구비하고, 상기 일면이 상기 흡착 벨트과 면접촉되어 상기 흡착 벨트를 이동 가능하게 지지하는 석션 챔버를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 다음과 같은 효과가 달성될 수 있다.

첫 번째, 제품 가공 전과 후에 기준선의 위치를 감지하여 보정 가공을 진행함으로써, 가공 치수의 정확도를 향상시킬 수 있고, 커팅 라인을 일정하게 유지할 수 있다.

두 번째, 레이저의 공정 시 발생하는 빛(레이저)을 이용하여 공정 상태의 이상을 모니터링하여 미커팅이나 특수 상황 발생 시 시스템에서 이상 발생을 감지함으로써, 사용자에게 이상 발생에 대한 알람을 알려줄 수 있다. 이 경우, 레이저 공정 시 미커팅 등의 이상 발생을 인지하면 레이저 공정을 잠시 중단한 후 문제점을 해결한 다음 공정을 재시작할 수 있다.

세 번째, 패턴 지그에 고주파 혹은 초음파 가진 장치가 장착되고, 가진 장치는 패턴 지그에 진동을 가하여 진동에 의해 이물이 패턴 지그에서 분리되어 패턴 지그의 흡입홀을 통해 빨려 들어가도록 함으로써, 이물의 성장을 억제하고 초음파 진동 등을 이용하여 이물이 패턴 지그에 쌓이는 것을 방지할 수 있다.

네 번째, 패턴 지그의 내부에 층류 유동이 형성되도록 내부 유로가 형성되고, 내부 유로는 레이저 커팅 시 발생하는 이물을 향해 공기를 분사함으로써, 이물이 패턴 지그의 내부에 쌓이지 않고 내부로 빨려 들어가도록 할 수 있다.

다섯 번째, 패턴 지그가 복수 개로 구비되고, 복수의 패턴 지그는 지그 구동부로부터 동력을 전달받아 지그 허브에 90도 간격으로 회전 가능하게 장착되고, 패턴 지그는 자동 세정 시 작업자의 투입 없이 지그 구동부에 의해 다른 기청소된 패턴 지그로 자동으로 교체될 수 있다. 또한, 패턴 지그가 청소되는 동안에도 기청소된 패턴 지그로 레이저 공정을 지속적으로 진행할 수 있어서, 공정 시간을 단축할 수 있다.

여섯 번째, 제품 생산 중에 검사 시스템에서 측정되는 평균값 또는 중앙값을 기준으로 제품의 치수가 맞지 않을 때, 제어부는 전극 시트의 주행속도와 레이저의 가공속도를 조절하여 피치 등의 치수를 자동 보정할 수 있다.

일곱 번째, 흡착 벨트는 수직 평면 형태로 흡착면을 구비하고, 흡착면에 복수의 흡착홀이 형성되고, 흡착 벨트는 스크랩을 흡착홀을 통해 흡착면에 흡착한 상태로 스크랩 배출 유닛으로 이송할 수 있다. 이를 통해, 스크랩에 의한 진동 및 장력 변화를 최소화할 수 있고, 스크랩을 스크랩 배출 유닛으로 원활하게 이송하여, 커팅 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저 노칭 시스템의 전체 구성을 보여주는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 정상적인 시트 이송 방향을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 제품 틀어짐 시 시트 이송 방향을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 제품 이송 시 시트의 틸팅된 모습을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제품 틀어짐 자동 보정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 이상 감지 기술을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 패턴 지그의 고주파 가진 기술을 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 패턴 지그의 내부에 내부 유로가 형성된 모습을 보여주는 개념도이다.
도 9는 도 1에서 패턴 지그의 자동 청소 유닛을 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 도 9에서 X를 확대하여, 청소 유닛을 보여주는 개념도이다.
도 11은 도9에서 XI를 확대하여, 에어 블로워의 공기 분사를 이용한 패턴 지그의 내부 청소방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 본 발명에 따른 전극 시트의 피치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 본 발명에 따른 피치 가변 커팅 기술을 설명하기 위한 개념도이다.
도 14는 도 1에서 흡착 이송 유닛을 보여주는 개념도이다.
도 15는 도 14의 흡착 이송 유닛에서 흡착 벨트와 석션 챔버가 분해된 모습을 보여주는 분해도이다.
도 16은 도 15에서 XVI-XVI를 따라 취하여, 흡착 이송 유닛의 단면을 보여주는 단면도이다.
도 17은 도 14에서 흡착 벨트 및 석션 챔버가 조립된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 18은 본 발명에 따른 레이저 노칭 시스템의 제어장치를 보여주는 블록도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 노칭 시스템을 상세하게 설명한다.

이하의 설명에서는 본 발명의 특징을 명확하게 하기 위해, 일부 구성 요소들에 대한 설명이 생략될 수 있다.

1. 용어의 정의

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 설명에서 사용되는 XYZ 직교좌표계에서 “X축 방향은” 전후방향을 의미할 수 있다. “Y축 방향”은 좌우방향을 의미할 수 있다. “Z축 방향”은 상하방향을 의미할 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 “노칭”은 배터리의 제조공정 중 양극판/음극판을 원하는 모양으로 잘라낸다는 것을 의미한다.

이하의 설명에서 사용되는 “유지부”는 전극 포일 혹은 전극 시트 상에 활물질이 도포된 부분을 의미한다. “무지부”는 전극 포일 혹은 전극 시트 상에 활물질이 도포되지 않은 부분을 의미한다.

이하의 설명에서 사용되는 “스패터”는 레이저를 전극 시트에 조사할 때 전극 시트의 일부가 용융되어 사방으로 튀어 비산되는 작은 알갱이 또는 덩어리를 의미할 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 “흄”은 일반적으로 취기성의 연기를 말하지만, 승화, 증류, 화학반응 등에 의해 발생하는 연기로, 주로 고체의 미립자를 의미할 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 탭 혹은 전극탭은 외부단자와 전기적으로 연결될 수 있도록 전극판으로부터 돌출되는 부분을 의미한다.

이하의 설명에서 사용되는 전(방)측, 후(방)측, 좌측 및 우측은 도 1 내지 도 4 등을 참조하여 각 구성요소의 위치관계를 설명할 수 있다.

2. 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 노칭 시스템의 구성의 설명

도 1은 본 발명에 따른 레이저 노칭 시스템의 전체 구성을 보여주는 개념도이다.

본 발명에 따른 레이저 노칭 시스템은 이차 전지를 원하는 모양으로 가공하기 위한 장비이다.

전극 시트(10)는 이차 전지의 전극을 형성하기 위한 재료이다. 전극 시트(10)는 두께가 얇고 일정한 폭을 가지며 폭에 비해 길이가 긴 형태로 형성된다. 전극 시트(10)는 휘어질 수 있다.

전극 시트(10)에 전기반응에 관여하는 활물질이 도포될 수 있다. 활물질이 도포되는 유지부와 활물질이 도포되지 않는 무지부로 이루어질 수 있다.

무지부는 전극 시트(10)의 양쪽 측면을 가로지르는 방향을 기준으로 유지부의 양측 단부에 구비될 수 있다. 유지부와 무지부 사이의 경계선은 기준선(11)이라고 명명될 수 있다.

레이저 노칭 시스템은 이차 전지(배터리)의 제조공정 중 배터리의 전극판, 예를 들면 양극판 및 음극판을 원하는 모양으로 노칭하는 공정에 적용될 수 있다.

레이저 노칭 시스템은 프레임(100), 노칭 유닛, 롤러 유닛, 장력 조절 유닛(130)을 포함한다.

프레임(100)은 시스템의 주요 구성 유닛을 지지하도록 구성된다.

노칭 유닛(Notching)은 프레임(100)에 설치된다. 노칭 유닛은 레이저 조사부(110)와 패턴 지그(120)를 포함한다.

레이저 조사부(110)는 레이저 발생부, 레이저 전달부, 스캐너(111)를 포함하여 구성될 수 있다. 레이저 전달부는 레이저 발생부에서 발생된 레이저의 전달 경로를 만들어 줄 수 있다. 레이저 전달 경로는 수평 방향으로 연장될 수 있다.

스캐너(111)는 레이저 전달부에서 전달된 레이저를 전극 시트(10)에 조사하여, 전극 시트(10)를 원하는 모양으로 재단(cutting)할 수 있다.

패턴 지그(120)는 일측에 흡착면(1201)을 구비하여 전극 시트(10)를 지지할 수 있다. 흡착면(1201)은 평면으로 형성될 수 있다. 흡착면(1201)은 Z축 방향으로 수직하게 연장될 수 있다. 패턴 지그(120)는 흡착면(1201)의 내측에 형성된 흡입홀(1202)을 통해 공기를 패턴 지그(120)의 내측으로 흡입하여, 전극 시트(10)가 흡착면(1201)에 흡착될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 전극 시트(10)가 패턴 지그(120)의 흡착면(1201)에 흡착됨에 따라 나풀거리지 않고 평면 형태로 펴져서 후술할 롤러 유닛에 의해 안정적으로 이송될 수 있게 한다.

노칭 유닛은 레이저를 이용하여 패턴 지그(120)에 흡착된 전극 시트(10; Electrode sheet)를 노칭함에 따라, 전극판이 설계 형상에 따라 제조될 수 있다.

전극판은 양극판과 음극판을 포함한다.

롤러 유닛은 전극 시트(10)를 보관 및 이송하는 기능을 수행할 수 있다.

롤러 유닛은 복수의 롤러, 예를 들어 공급 롤러(125) 및 이송 롤러를 포함하여 구성될 수 있다. 롤러 유닛의 각 롤러는 원통 형태로 형성되며, 전기 모터 등과 같은 롤러 구동 유닛(147)에 의해 회전될 수 있다.

공급 롤러(125)는 전극 시트(10)를 감은 형태로 보관할 수 있다. 공급 롤러(125)는 전극 시트(10)의 공급이 시작되는 지점에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 공급 롤러(125)는 일방향으로 회전함으로 전극 시트(10)를 감을 수 있고, 반대방향으로 회전함으로 전극 시트(10)가 공급 롤러(125)에서 풀려 인출될 수 있다.

이송 롤러는 공급 롤러(125)로부터 공급되는 전극 시트(10)를 연속해서 이송하도록 이루어진다. 이송 롤러는 회전 가능하게 설치된다. 이송 롤러는 롤러 구동 유닛(147)으로부터 동력을 전달받아 회전할 수 있다.

이송 롤러는 상부 이송 롤러(126), 수직 이송 롤러부(127) 및 하부 이송 롤러(128)를 포함할 수 있다.

상부 이송 롤러(126)는 전극 시트(10)에 의해 공급 롤러(125)와 연결될 수 있다. 상부 이송 롤러(126)는 공급 롤러(125)보다 더 높게 위치할 수 있다. 상부 이송 롤러(126)는 패턴 지그(120)보다 더 높게 위치할 수 있다.

상부 이송 롤러(126)는 복수 개로 구비될 수 있다. 복수 개의 상부 이송 롤러(126)는 제1상부 이송 롤러(1261)와 제2상부 이송 롤러(1262)로 구성될 수 있다.

복수의 상부 이송 롤러(126)는 X축 방향으로 이격되게 배치될 수 있다. 제1상부 이송 롤러(1261)는 공급 롤러(125)로부터 X축 방향으로 가깝게 위치하고, 제2상부 이송 롤러(1262)는 공급 롤러(125)로부터 상대적으로 제1상부 이송 롤러(1261)보다 X축 방향으로 더 멀리 이격되게 위치할 수 있다.

상부 이송 롤러(126)는 Y축 방향으로 길게 연장될 수 있다.

여기서, X축 방향은 전후방향을 의미할 수 있다. X축 방향은 전극 시트(10)의 이송 방향과 평행할 수 있다. Y축 방향은 좌우 방향을 의미할 수 있다. Y축 방향은 전극 시트(10)의 폭방향과 팽행할 수 있다.

수직 이송 롤러부(127)는 복수 개로 구비될 수 있다.

복수의 수직 이송 롤러부(127)는 제1수직 이송 롤러부(1271)와 제2수직 이송 롤러부(1272)로 구성될 수 있다. 제1수직 이송 롤러부(1271)와 제2수직 이송 롤러부(1272)는 Z축 방향으로 이격되게 배치될 수 있다.

제1수직 이송 롤러부(1271)는 상부 이송 롤러(126)의 하부에 배치될 수 있다. 제1수직 이송 롤러는 패턴 지그(120)의 상부에 배치된다. 제1수직 이송 롤러부(1271)는 제2상부 이송 롤러(1262)에서 X축 방향으로 패턴 지그(120)를 향해 이격되게 배치될 수 있다.

제1수직 이송 롤러부(1271)는 내측에 제1수직 이송 롤러를 구비하여, 전극 시트(10)를 패턴 지그(120)의 흡착면(1201)으로 진입시킬 수 있다.

제2수직 이송 롤러부(1272)는 패턴 지그(120)의 하부에 배치된다. 제2수직 이송 롤러부(1272)는 제2수직 이송 롤러를 구비하여, 재단된 전극 시트(10)를 후술할 하부 이송 롤러(128)로 이송할 수 있다.

제1수직 이송 롤러부(1271)와 제2수직 이송 롤러부(1272)는 전극 시트(10)에 의해 서로 연결된다.

제1수직 이송 롤러부(1271)와 제2수직 이송 롤러부(1272)는 전극 시트(10)를 사이에 두고 X축 방향으로 서로 반대측에 배치될 수 있다.

제1수직 이송 롤러부(1271)의 롤러는 전극 시트(10)의 일측면에 접촉되고, 제2수직 이송 롤러부(1272)의 롤러는 전극 시트(10)의 타측면에 접촉될 수 있다. 전극 시트(10)의 일측면과 타측면은 X축 방향으로 서로 반대방향으로 향하도록 배치될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 복수의 수직 이송 롤러부(127)는 전극 시트(10)의 서로 반대되는 측면과 접촉된 상태로 당김으로써, 전극 시트(10)가 Z축 방향(수직방향)으로 연장되며 이송될 수 있다.

제1수직 이송 롤러는 제1수직 이송 롤러부(1271)의 내측에서 X축 방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있다.

제2수직 이송 롤러는 제2수직 이송 롤러부(1272)의 내측에서 X축 방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있다.

다만, 제1수직 이송 롤러와 제2수직 이송 롤러는 서로 반대방향으로 이동할 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 제1 및 제2수직 이송 롤러는 Z축에 대하여 전극 시트(10)의 이송 각도(연장 각도)를 조절할 수 있다.

하부 이송 롤러(128)는 제2수직 이송 롤러보다 더 낮게 배치될 수 있다. 하부 이송 롤러(128)는 제2수직 이송 롤러로부터 후술할 권취 롤러(129)를 향해 X축 방향으로 이격되게 배치될 수 있다.

하부 이송 롤러(128)는 재단된 전극 시트(10)를 권취 롤러(129)로 이송하거나 다음 공정으로 이송할 수 있다.

권취 롤러(129)는 재단된 전극 시트(10)를 되감도록 구성될 수 있다.

장력 조절 유닛(130)은 가압 롤러를 구비할 수 있다. 장력 조절 유닛(130)은 상부 이송 롤러(126)와 제1수직 이송 롤러부(1271) 사이에 배치될 수 있다.

장력 조절 유닛(130)은 상부 이송 롤러(126)보다 더 낮게 배치되고, 제1수직 이송 롤러부(1271)보다 더 높게 배치될 수 있다.

장력 조절 유닛(130)은 제2상부 이송 롤러(1262)와 제1수직 이송 롤러 사이에 배치될 수 있다. 장력 조절 유닛(130)은 Z축 혹은 X축에 대하여 경사지게 배치될 수 있다.

전극 시트(10)는 복수의 상부 이송 롤러(126)에 의해 수평방향으로 연장되며 이송될 수 있다. 전극 시트(10)는 장력 조절 유닛(130)에 의해 가압될 수 있다.

가압 롤러는 제2상부 이송 롤러(1262)와 제1수직 이송 롤러 사이에 위치할 수 있다. 가압 롤러는 장력 조절 유닛(130)의 내측에서 일방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있다.

가압 롤러의 이동 방향은 장력 조절 유닛(130)의 배치 경사각과 대응되는 각도로 경사진 방향일 수 있다. 가압 롤러의 이동량은 전극 시트(10)의 장력(TENSION)에 따라 설정될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 가압 롤러는 제2상부 이송 롤러(1262)와 제1수직 이송 롤러 사이를 지나는 전극 시트(10)를 가압할 수 있다. 장력 조절 유닛(130)은 가압 롤러의 이동량을 조절하여, 전기 시트의 장력을 조절할 수 있다.

레이저 노칭 시스템은 이차 전지의 전극판 재단 공정 시 원활한 성능을 구현하기 위해 추가 유닛들을 더 구비할 수 있다.

레이저 노칭 시스템은 기준선 감지 유닛(131), 커팅 이상 감지 유닛, 이물 제거 유닛, 청소 유닛(144), 흡착 이송 유닛(150), 스크랩 배출 유닛(155)을 포함하여 구성될 수 있다.

이하에서는 추가 기능에 따른 개별 유닛의 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

(1) 제품 틀어짐 자동 보정 기술

도 2는 본 발명에 따른 정상적인 시트 이송 방향을 설명하기 위한 개념도이다.

도 3은 제품 틀어짐 시 시트 이송 방향을 설명하기 위한 개념도이다.

도 4는 제품 이송 시 시트의 틸팅된 모습을 설명하기 위한 개념도이다.

도 5는 본 발명에 따른 제품 틀어짐 자동 보정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

전극 시트(10)는 폭방향을 따라 동일한 장력이 걸리지 않을 수 있다.

이 경우에 전극 시트(10)는 Y축 방향으로 편심 이동할 수 있다. 이와 같이 전극 시트(10)가 Y축 방향으로 편심 이동하는 것을 제품 틀어짐이라고 명명할 수 있다.

또한, 전극 시트(10)는 X축에 대하여 Y축 방향으로 경사지게 기울어질 수 있다. 이와 같이 전극 시트(10)의 기울어진 각도를 틸팅(TILTING) 각도라고 명명할 수 있다.

기준선 감지 유닛(131)은 제품의 가공 전/후에 기준선(11)의 위치를 감지할 수 있다. 여기서, 제품이란 이차전지의 전극판을 의미하고, 가공이란 노칭을 의미한다.

기준선 감지 유닛(131)은 제1기준선 감지 유닛(1311)과 제2기준선 감지 유닛(1312)을 포함할 수 있다.

제1기준선 감지 유닛(1311)은 제1수직 이송 롤러부(1271)와 X축 방향으로 마주보게 배치될 수 있다. 제1기준선 감지 유닛(1311)은 제품 가공 전에 제1수직 이송 롤러부(1271)를 지나는 전극 시트(10)의 기준선(11)의 위치를 감지할 수 있다.

제2기준선 감지 유닛(1312)은 하부 이송 롤러(128)와 Z축 방향으로 마주보게 배치될 수 있다. 제2기준선 감지 유닛(1312)은 제품 가공 후에 하부 이송 롤러(128)를 지나는 전극 시트(10)의 기준선(11)의 위치를 감지할 수 있다.

기준선 감지 유닛(131)은 비전 센서를 포함할 수 있다.

유지부와 무지부는 서로 색상이 다르기 때문에, 비전 센서는 유지부와 무지부 사이의 경계선인 기준선(11)을 이미지로 획득할 수 있다. 비전 센서는 실시간으로 이미지를 획득할 수 있다.

제어부(160)는 비전 센서와 양방향 통신 가능하게 연결될 수 있다.

제어부(160)는 비전 센서로부터 받은 이미지를 통해 제품의 가공 전/후 기준선(11) 위치를 확인하여, 보정 가공을 진행할 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 제품의 가공 치수에 대한 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제품의 커팅 라인을 일정하게 유지할 수 있다.

제품 틀어짐 자동 보정 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 기준선 감지 유닛(131)은 제품 가공 전과 가공 후에 기준선(11)의 위치를 감지한다(S10).

그 다음, 제어부(160)는 기준선 감지 유닛(131)으로부터 전달받은 감지신호에 근거하여 전극 시트(10)의 틸팅 각도와 틸팅 위치를 계산한다(S20).

계속해서, 노칭 위치 및 보정각을 계산한다(S30).

이 후, 측정 위치가 레이저 커팅 위치에 도달하였을 때에 맞춰서 레이저의 노칭 위치를 보정한다(S40).

전극 시트(10)가 Y축 방향으로 편심 이동하는 경우(제품 틀어짐)에 패턴 지그(120)의 위치를 Y축 방향으로 조절하여 제품 틀어짐 위치를 보정할 수 있다.

제어부(160)는 기준선 감지 유닛(131)으로부터 전달받은 기준선(11)의 위치에 따라 패턴 지그(120)의 축방향 구동 유닛(132)을 제어하여, 패턴 지그(120)의 위치를 Y축 방향으로 조절할 수 있다.

전극 시트(10)가 틸팅된 경우에 패턴 지그(120)의 위치 보정으로 불가능하기 때문에, 레이저의 이동경로를 수정하여 레이저의 노칭 위치를 보정할 수 있다.

제어부(160)는 레이저 조사부(110)를 제어하여 레이저의 이동 경로를 수정할 수 있다.

이어서, 레이저로 전극 시트(10)를 설계 형상에 따라 노칭한다(S50).

마지막으로, 노칭 치수를 검사한다(S60).

(2) 커팅 이상 감지 기술

도 6은 본 발명에 따른 이상 감지 기술을 설명하기 위한 개념도이다.

레이저로 제품 가공 시 미커팅(Uncut)되는 문제가 발생할 수 있다.

커팅 이상 감지 유닛은 이상 감지센서 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.

이상 감지센서는 포토 센서(133)일 수 있다. 포토 센서(133)는 레이저 가공(커팅) 시 발생하는 빛을 감지할 수 있다.

제어부(160)는 포토 센서(133)와 양방향으로 통신 가능하게 연결될 수 있다.

제어부(160)는 포토 센서(133)로부터 전달되는 감지신호를 받아 레이저 가공 시 발생하는 빛을 이용하여 레이저 커팅 공정 상태의 이상을 모니터링할 수 있다.

예를 들면, 포토 센서(133)는 레이터 가공 시 발생하는 빛을 측정한다. 이 때, 측정된 빛의 양은 일정한 영역 내에 있다.

포토 센서(133)는 커팅이 이루어졌을 때 빛이 통과하는 양을 감지함으로써, 커팅이 제대로 이루어 지지 않았을 때와 정상 커팅이 이루어졌을 때의 빛의 양의 차이를 감지할 수 있다.

제어부(160)는 레이저 가공 시 포토 센서(133)를 통해 감지된 빛의 양과 정상 커팅이 이루어졌을 때 빛의 양을 비교 및 분석할 수 있다. 제어부(160)는 빛의 양을 비교 분석하기 위한 별도의 프로그램을 내장할 수 있다.

제어부(160)는 레이저 가공 시 미커팅이나 특수 상황 발생 시 이를 감지하여, 알람을 알람 표시부(134)에 표시할 수 있다.

알람 표시부(134)는 모니터 혹은 스피커 등 시청각 모듈을 포함할 수 있다.

사용자는 알람 표시부(134)를 통해 공정의 이상 상태 유무를 확인할 수 있다.

(3) 패턴 지그(120) 고주파 가진 기술

도 7은 본 발명에 따른 패턴 지그의 고주파 가진 기술을 설명하기 위한 개념도이다.

상술한 바와 같이 패턴 지그(120)의 내측에는 흡입홀(1202)이 형성되어, 패턴 지그(120)의 흡착면(1201)을 따라 이송되는 전극 시트(10)가 나풀거리는 것을 방지할 수 있다.

레이저의 가공 시 전극 시트(10)로부터 흄(fume)이나 스패터(spatter) 등의 이물이 발생할 수 있다.

그러나, 이물은 패턴 지그(120)의 내측에 쌓이게 되므로, 특히 흡입홀(1202)의 입구에 쌓임으로 인해, 이물에 의해 전극 시트(10)에 스크래치가 발생하는 문제가 발생할 수 있다.

이를 해결하기 위해, 이물 제거 유닛은 가진 장치(135)를 포함할 수 있다.

가진 장치(135)는 패턴 지그(120)에 장착될 수 있다. 가진 장치(135)는 고주파 및/또는 초음파를 이용하여 패턴 지그(120)에 진동을 줄 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 가진 장치(135)는 전극 시트(10)에서 발생된 이물이 패턴 지그(120)의 내측에 쌓이거나 고착화되지 않고, 흡입홀(1202)을 통해 빨려 들어가도록 할 수 있다.

(4) 패턴 지그(120) 내부 유로(136) 기술

도 8은 본 발명에 따른 패턴 지그의 내부에 내부 유로가 형성된 모습을 보여주는 개념도이다.

패턴 지그(120) 내부 유로(136) 기술은 패턴 지그(120) 고주파 가진 기술의 목적과 동일하게 이물을 제거함에 그 목적이 있다.

이를 위해, 패턴 지그(120)의 내부에 내부 유로(136)가 형성될 수 있다. 내부유로는 흡입홀(1202)과 교차하는 방향으로 연장되게 형성될 수 있다.

예를 들면, 내부 유로(136)는 패턴 지그(120)의 흡착면(1201)과 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 내부 유로(136)는 흡입홀(1202)의 연장방향과 수직한 방향으로 연장될 수 있다.

내부 유로(136)의 직경은 매우 작게 형성될 수 있다. 내부 유로(136)의 직경은 흡입홀(1202)의 직경에 비해 더 작게 형성될 수 있다.

내부 유로(136)의 길이는 직경에 비해 더 길게 형성될 수 있다.

내부 유로(136)는 흡입홀(1202)의 입구와 인접하게 배치될 수 있다. 패턴 지그(120)의 X축 방향의 두께가 얇게 형성될 수 있다.

내부 유로(136)의 일측은 패턴 지그(120)의 외부와 연통되게 연결되고, 내부 유로(136)의 타측은 흡입홀(1202)과 연통되게 연결될 수 있다. 패턴 지그(120)의 외부 공기는 내부 유로(136)를 따라 흡입되어, 흡입홀(1202)에 흐르는 공기와 합류할 수 있다.

내부 유로(136)는 공기층의 두께가 얇은 층류(laminar flow) 유동을 형성할 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 내부 유로(136)는 흡입홀(1202)을 통해 흐르는 공기의 유동방향과 교차하는 방향으로 형성됨으로써, 이물이 흡입홀(1202)에 쌓이는 것을 방지할 뿐만 아니라, 흡입홀(1202)을 통해 빨려 들어가게 할 수 있다.

내부 유로(136)는 흡입홀(1202)의 직경에 비해 상대적으로 작은 직경을 가지며 층류 유동을 형성함으로써, 유속이 빨라서 흡입홀(1202)로 공기를 분사함에 따라 흡입홀(1202)의 내부에 흡착되는 이물을 청소해주는 효과를 얻을 수 있다.

패턴 지그(120)의 흡입홀(1202) 입구에 곡면부(137) 혹은 경사부가 형성될 수 있다. 곡면부(137)는 패턴 지그(120)의 흡착면(1201)에서 흡입홀(1202)을 향해 기설정된 곡률을 갖는 곡면 형태로 형성될 수 있다. 경사부는 패턴 지그(120)의 흡착면(1201)에서 상기 흡입홀(1202)의 내측을 향해 경사지게 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 패턴 지그(120)에 곡면부(137)가 형성된 모습을 보여준다.

이러한 구성에 의하면, 곡면부(137)는 흡착면(1201)에서 흡입홀(1202)을 향해 볼록하게 형성되는 구조여서, 이물이 쌓이는 것을 최소화할 수 있다.

X축 방향을 기준으로 곡면부(137)의 반대측면에 유로연장부(138)가 내부 유로(136)의 길이방향으로 더 연장되게 형성될 수 있다. 유로연장부(138)는 내부 유로(136)에서 흡입홀(1202)로 흡입 공기의 이동을 유도할 수 있다.

유로연장부(138)와 수직한 측면을 형성하는 패턴 지그(120)의 내측면 두께는 매우 얇아서 이물이 패턴 지그(120)의 내측면에 쌓이는 것을 방지할 수 있다. 패턴 지그(120)의 내측면 두께는 내부 유로(136)의 직경에 비해 3배 내지 5배일 수 있다.

패턴 지그(120)의 내측면 두께는 흡착면(1201)으로부터 X축 방향으로 반대되는 패턴 지그(120)의 내측면까지의 거리를 의미할 수 있다.

(5) 패턴 지그(120) 자동 세정 기술

도 9는 도 1에서 패턴 지그의 자동 청소 유닛을 설명하기 위한 개념도이다.

도 10은 도 9에서 X를 확대하여, 청소 유닛을 보여주는 개념도이다.

도 11은 도9에서 XI를 확대하여, 에어 블로워의 공기 분사를 이용한 패턴 지그의 내부 청소방법을 설명하기 위한 개념도이다.

패턴 지그(120)의 고주파 가진 기술에도 불구하고, 패턴 지그(120)에 흄이나 입자 등의 이물이 쌓일 수 있다.

패턴 지그(120)를 청소하기 위해, 지그 장착부(141), 지그 허브(142), 지그 구동부(143), 청소 유닛(144) 및 이물 포집부(145)가 구비될 수 있다.

지그 장착부(141)는 패턴 지그(120)를 장착하여 지지할 수 있다. 패턴 지그(120)는 복수 개로 구비될 수 있다. 본 실시예에서는 4개의 패턴 지그(120)가 구비된 모습을 보여준다.

지그 장착부(141)는 패턴 지그(120)의 개수와 대응되는 개수로 구비될 수 있다. 복수의 지그 장착부(141)는 90도 간격을 두고 서로 이격되게 배치될 수 있다.

지그 장착부(141)는 90도 간격으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.

다만, 패턴 지그(120)는 동일 평면(XZ 평면)에서 2개 또는 3개로 구비될 수도 있다. 패턴 지그(120)가 2개일 경우에 패턴 지그(120)는 180도 간격을 두고 이격되게 배치될 수 있다. 또한, 패턴 지그(120)가 3개일 경우에 패턴 지그(120)는 120도 간격을 두고 이격되게 배치될 수 있다.

복수의 지그 장착부(141)는 지그 허브(142)로부터 동일한 거리를 두고 이격되게 배치될 수 있다. 지그 허브(142)는 사각형 형상으로 형성될 수 있다. 복수의 지그 장착부(141)는 지그 허브(142)의 네 모서리에 결합될 수 있다.

지그 구동부(143)는 회전형 모터와 리니어 모터 등을 포함하여 구성될 수 있다.

지그 구동부(143)는 지그 허브(142)를 회전시켜, 패턴 지그(120)를 90도 간격을 두고 360도 회전시키도록 구성될 수 있다.

지그 구동부(143)는 패턴 지그(120)를 X축, Y축 및 Z축 방향, 즉 3차원으로 이동시키도록 구성될 수 있다.

지그 구동부(143)는 지그 허브(142)를 회전시키는 제1지그 구동부와 패턴 지그(120)를 3차원으로 축 이동시키는 제2지그 구동부로 구성될 수 있다.

복수의 패턴 지그(120)는 X축 방향과 Z축 방향으로 전후/좌우 이동 가능하게 이루어질 수 있다.

제1패턴 지그(121)는 레이저 가공을 수행하도록 레이저 조사부(110)와 마주보게 배치될 수 있다.

제2패턴 지그(122)는 제1패턴 지그(121)로부터 90도 간격을 두고 지그 허브(142)의 상부에 배치될 수 있다.

제3패턴 지그(123)는 제1패턴 지그(121)로부터 180도 간격을 두고 지그 허브(142)와 X축 방향(전방)으로 이격되며 동일 높이로 배치될 수 있다.

제4패턴 지그(124)는 제1패턴 지그(121)로부터 270도 간격을 두고 지그 허브(142)의 하부에 배치될 수 있다.

제1패턴 지그(121) 내지 제4패턴 지그(124)는 지그 구동부(143)에 의해 90도 간격을 두고 순차적으로 회전할 수 잇다. 회전하는 패턴 지그(120)의 흡착면(1201)은 지그 허브(142)의 반경방향 외측을 향하도록 배치될 수 있다.

패턴 지그(120)의 상부에 청소 유닛(144)이 구비될 수 있다.

청소 유닛(144)은 에어 노즐(1441) 및/또는 브러시(1442)를 포함할 수 있다. 에어 노즐(1441)은 패턴 지그(120)의 외측면으로 공기를 분사하여, 패턴 지그(120)의 외측면에 쌓인 이물을 청소도록 이루어진다. 브러시(1442)는 패턴 지그(120)의 외측면에 물리적인 힘을 가하여 패턴 지그(120)의 외측면에 쌓인 이물을 떼어내어 제거하도록 이루어진다.

청소 유닛(144)은 복수의 패턴 지그(120) 중 제2패턴 지그(122)의 상부에 배치될 수 있다. 청소 유닛은 최상단에 위치한 제2패턴 지그(122)와 Z축 방향으로 마주보게 배치될 수 있다.

예를 들면, 에어 노즐(1441)은 원통 형태로 형성될 수 있다. 에어 노즐(1441)의 하단부는 가늘고 기다란 슬릿 형태로 형성되어, 패턴 지그(120)의 외측면에 공기를 넓게 분사할 수 있다. 에어 노즐(1441)은 상기 최상단에 위치한 패턴 지그(120)의 흡착면(1201)에 공기를 분사할 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 에어 노즐(1441)은 공기의 분사압력을 이용하여 패턴 지그(120)의 흡착면(1201)에 쌓인 이물을 제거할 수 있다.

이물 포집부(145)는 복수의 패턴 지그(120) 각각에 구비될 수 있다. 이물 포집부(145)는 공기를 흡입하는 석션 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 에어 노즐(1441)이나 브러시(1442)에 의해 패턴 지그(120)에서 떨어진 이물을 흡입할 수 있다.

이물 포집부(145)는 패턴 지그(120)와 함께 회전함에 따라 프레임에 고정 설치된 석션부와 연통되게 연결될 수 있다.

석션부는 제1석션부와 제2석션부로 구성될 수 있다. 제1석션부는 레이저 조사부와 마주보는 패턴 지그(121; 도면에서 왼쪽에 위치함)와 인접하게 배치될 수 있다. 제2석션부는 상부 패턴 지그(122)와 인접하게 배치될 수 있다.

석션부는 진공펌프와 연결되어, 공기를 흡입하도록 이루어진다.

이물 포집부(145)는 제1석션부 혹은 제2석션부와 연통될 경우에 이물을 흡입할 수 있다.

패턴 지그(120)에 에어 블로워(1443)가 장착될 수 있다. 에어 블로워(1443)는 패턴 지그(120)의 내측에 쌓인 이물에 공기를 분사하도록 구성될 수 있다. 에어 블로워(1443)와 패턴 지그(120)의 흡입홀 사이에 상술한 내부 유로가 연통되게 형성될 수 있다.

내부 유로의 일측은 에어 블로워(1443)와 연통되고, 내부 유로의 타측은 패턴 지그(120)의 흡입홀과 연통되게 연결될 수 있다.

에어 블로워(1443)에서 발생된 공기의 유동은 내부 유로를 따라 패턴 지그(120)의 내측에 쌓인 이물로 이동하여 분사됨으로써, 패턴 지그(120)의 내측에 쌓인 이물을 제거할 수 있다.

(6) 피치 가변 커팅 기술

도 12는 본 발명에 따른 전극 시트의 피치를 설명하기 위한 개념도이다.

도 13은 본 발명에 따른 피치 가변 커팅 기술을 설명하기 위한 개념도이다.

복수의 전극탭(101)이 전극 시트(10)의 길이방향으로 일정한 간격을 두고 이격되게 배치된다.

피치는 레이저 가공 후 전극판의 일측 단부에서 돌출되게 형성된 전극탭(101)과 전극탭(101) 사이의 거리를 의미한다.

복수의 셀이 적층되어 이차 전지 스택(stack)을 만든다. 복수의 셀은 일정한 가로(길이)와 세로(폭)를 갖는 직사각형으로 형성될 수 있다.

복수의 셀은 전극 시트(10)의 길이방향을 따라 연속해서 나란하게 배치된다.

피치는 한 개의 셀의 폭을 의미할 수 있다. 한 개의 셀의 폭과 전극탭(101) 간의 거리는 동일하며, 이들의 길이를 1 피치(pitch)라고 명명할 수 있다.

레이저 가공으로 제품을 생산 시 비전 시스템에 의해 제품의 치수를 검사할 수 있다.

제어부(160)는 롤러 구동 유닛(147)을 제어하여 전극 시트(10)의 주행 속도를 조절할 수 있다.

제어부(160)는 레이저 조사부(110)를 제어하여 레이저의 가공 속도를 조절할 수 있다.

가공된 전극의 치수가 목표값과 맞지 않을 때, 제어부(160)는 이를 자동으로 보정하여 레이저의 가공 속도를 조절할 수 있다. 제어부(160)는 레이저 프로그램이 내장된 컴퓨터로 구현될 수 있다.

피치 가변 커팅 기술은 전극 시트(10)의 주행 속도와 레이저의 가공 속도를 조절하여 피치를 조절해 줄 수 있는 기술이다.

피치 가변 커팅 기술을 이용한 레이저 노칭 제어 방법을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 비전 센서(146)를 이용하여 피치를 측정한다.

그 다음, 피치의 목표값과 피치의 측정값을 비교할 수 있다(S110). 피치의 목표값은 피치의 최소값과 최대값의 평균값이다. 피치의 측정값은 평균값이다.

계속해서, 피치의 목표값과 피치의 측정값에 근거하여 보정여부를 판단할 수 있다(S120). 예를 들면, 피치의 목표값과 피치의 측정값의 오차가 일정 범위를 벗어나면 보정을 진행할 수 있다. 피치의 목표값과 피치의 측정값의 오차가 일정 범위 이내이면 보정을 진행하지 않을 수 있다.

이어서, 피치의 보정을 진행할 경우, 전극 시트(10)의 주행 속도와 레이저의 가공 속도를 조절하여 피치를 자동으로 보정할 수 있다(S130).

이 후, 보정 후 비전 센서(146)로 피치를 재측정한다(S140).

그 다음, 목표값과 측정값을 비교하여 이들의 오차가 일정 범위 이내이면 보정을 완료한다(S150). 목표값과 측정값의 오차가 일정 범위를 벗어나면 재보정을 진행할 수 있다.

(7) 석션 벨트를 이용한 스크랩(12) 처리 기술

도 14는 도 1에서 흡착 이송 유닛을 보여주는 개념도이다.

도 15는 도 14의 흡착 이송 유닛에서 흡착 벨트와 석션 챔버가 분해된 모습을 보여주는 분해도이다.

도 16은 도 15에서 XVI-XVI를 따라 취하여, 흡착 이송 유닛의 단면을 보여주는 단면도이다.

도 17은 도 14에서 흡착 벨트 및 석션 챔버가 조립된 모습을 보여주는 사시도이다.

도 18은 본 발명에 따른 레이저 노칭 시스템의 제어장치를 보여주는 블록도이다.

스크랩(12)은 레이저를 이용하여 전극 시트(10)를 원하는 모양대로 재단한 후 남은 나머지 부분이다. 재단된 전극 시트(10)(제품)는 권취롤러에 권취된 상태로 보관되고, 스크랩(12)은 재단된 전극 시트(10)와 별개로 스크랩 배출 유닛(155)으로 이송되어 보관될 수 있다.

스크랩(12)은 롤러에 감겨진 형태가 아니라 중력방향으로 늘어뜨려진 상태로 스크랩 배출 유닛(155)으로 이송되기 때문에, 바람의 영향을 받아 펄럭일 수 있다.

이로 인해, 스크랩(12)은 제품 커팅 시 진동을 일으키거나 중력 혹은 진공에 의한 흡입압력 등에 의해 전극 시트(10)를 하방향으로 장력을 발생시켜, 상기 진동 및 장력이 커팅 위치까지 전달되면, 커팅 품질에 악영향을 주게 되는 문제가 있다.

스크랩(12)에 의한 진동 및 장력 변화를 최소화하고, 스크랩(12)을 원활하게 스크랩 배출 유닛(155)으로 이송할 수 있는 장치가 필요하다.

이를 위해, 흡착 이송 유닛(150)은 흡착 벨트(151), 벨트 구동유닛, 석션 챔버(154) 및 진공펌프를 포함할 수 있다.

흡착 벨트(151)는 평판 형태로 형성된다. 흡착 벨트(151)는 일정한 길이, 폭, 두께를 갖는다. 흡착 벨트(151)는 폐루프 형태로 형성될 수 있다. 흡착 벨트(151)는 삼각형 루프 형태로 형성될 수 있다.

흡착 벨트(151)는 복수의 흡착 롤러(152)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다. 복수의 흡착 롤러(152)는 삼각형 폐루프의 각 코너에 회전 가능하게 설치될 수 있다. 흡착 롤러(152)는 흡착 벨트(151)의 내측면에 접촉될 수 있다.

본 실시예에서 흡착 롤러(152)는 3개의 흡착 롤러(152)로 구성된 모습을 보여준다. 3개의 흡착 롤러(152) 중 제1흡착 롤러(1521)와 제2흡착 롤러(1522)는 상하방향으로 이격되게 배치된다. 제1흡착 롤러(1521)는 제2흡착 롤러(1522)보다 더 높게 위치한다.

제3흡착 롤러(1523)는 벨트 구동 유닛(153)의 회전축과 연결될 수 있다. 제3흡착 롤러(1523)는 제1흡착 롤러(1521)와 제2흡착 롤러(1522)를 연결하는 흡착 벨트(151)의 수직면으로부터 X축 방향으로 이격되게 배치될 수 있다.

제3흡착 롤러(1523)는 구동 롤러이다. 벨트 구동 유닛(153)은 전기 모터 등으로 구현될 수 있다. 제1 및 제2흡착 롤러(1522)는 종동 롤러일 수 있다.

흡착 벨트(151)의 텐션을 조절하기 위해, 텐션조절롤러가 추가될 수도 있다.

흡착 벨트(151)는 복수의 흡착 롤러(152)를 감싸도록 이루어진다.

흡착 벨트(151)는 제1흡착 롤러(1521)에서 제2흡착 롤러(1522)로 연장될 수 있다.

제1흡착 롤러(1521)와 제2흡착 롤러(1522)를 연결하는 흡착 벨트(151)는 흡착면(1511)을 구비한다. 흡착 벨트(151)는 흡착면(1511)을 형성할 수 있다. 흡착면(1511)은 수직 평면을 형성할 수 있다.

흡착 벨트(151)는 복수의 흡착홀(1512)을 구비한다. 흡착홀(1512)은 흡착 벨트(151)의 두께방향으로 관통되게 형성될 수 있다. 흡착 벨트(151)는 흡착홀(1512)을 통해 공기를 흡입할 수 있다.

흡착 벨트(151)는 재단된 전극 시트(10)와 스크랩(12)을 흡착면(1511)에 흡착시킬 수 있다. 흡착면(1511)은 제1흡착 롤러(1521)와 제2흡착 롤러(1522) 사이를 지날 때, 전극 시트(10)와 스크랩(12)이 흡착면(1511)에 흡착될 수 있다.

흡착 벨트(151)는 흡착 롤러(152)에 의해 삼각형 형태를 유지한 채로 회전 및 이송될 수 있다.

흡착 벨트(151)의 흡착면(1511)은 제1흡착 롤러(1521)에서 제2흡착 롤러(1522) 사이에 있을 때 Z축 방향으로 수직하게 배치되고, 제2흡착 롤러(1522)에서 제3흡착 롤러(1523) 사이로 이동 시 수직 평면에 대하여 45도 내지 90도보다 작은 경사각도로 경사지게 배치될 수 있다.

이러한 구성에 의하면, 흡착 벨트(151)는 흡착 위치에서 탈거 위치로 이송될 수 있다.

흡착 위치라 함은 전극 시트(10)와 스크랩(12)이 수직하게 배치된 흡착 벨트(151)의 흡착면(1511)에 흡착되는 위치를 의미한다. 탈거 위치라함은 전극 시트(10)와 스크랩(12)이 경사지게 배치된 흡착 벨트(151)로부터 탈거되는 위치를 의미한다.

흡착 벨트(151)는 흡착홀(1512)을 통해 전극 시트(10)를 흡착시킨 상태로 제1흡착 롤러(1521)에서 제2흡착 롤러(1522)로 이송할 수 있다. 흡착 벨트(151)는 흡착 위치에서 탈거 위치로 이송되어 경사지게 배치됨에 따라 전극 시트(10) 및 스크랩(12)을 탈거 시킬 수 있다.

석션 챔버(154)는 삼각형 박스 형태로 형성될 수 있다. 셕션 챔버의 삼각형 코너에 롤러 장착부가 각각 형성될 수 있다. 흡착 롤러(152)는 롤러 장착부에 회전 가능하게 장착되어 지지될 수 있다.

석션 챔버(154)의 일면에 복수의 슬롯(1541)이 형성될 수 있다. 슬롯(1541)은 흡착 벨트(151)의 길이방향으로 길게 연장될 수 있다. 슬롯(1541)의 폭은 슬롯(1541)의 길이에 비해 상대적으로 좁게 형성될 수 있다.

슬롯(1541)은 석션 챔버(154)의 일면에 두께방향으로 관통되게 형성될 수 있다. 석션 챔버(154)의 일면은 YZ 평면과 평행한 면일 수 있다.

슬롯(1541)은 복수의 흡착홀(1512)과 연통되게 연결될 수 있다.

복수의 슬롯(1541)은 석션 챔버(154)의 일면에서 Y축 방향으로 이격되게 배치될 수 있다.

흡착 벨트(151)는 석션 챔버(154)의 일면과 평행하게 배치될 수 있다. 흡착 벨트(151)는 석션 챔버(154)의 일면과 면접촉 가능하게 배치될 수 있다.

슬롯(1541)의 폭은 흡착홀(1512)의 직경보다 크거나 같게 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 슬롯(1541)의 폭이 흡착홀(1512)의 직경과 같게 형성된 모습을 보여준다.

석션 챔버(154)의 측면에 복수의 연통홀(1542)이 형성될 수 있다. 석션 챔버(154)의 측면에 두께방향으로 관통되게 형성될 수 있다. 석션 챔버(154)의 측면은 XZ 평면과 평행한 면일 수 있다. 석션 챔버(154)의 측면은 석션 챔버(154)의 일면과 수직하게 형성될 수 있다.

연통홀(1542)은 석션 챔버(154)의 측면의 길이방향으로 연장될 수 있다. 연통홀(1542)의 폭은 길이에 비해 상대적으로 좁게 형성될 수 있다.

복수의 연통홀(1542)은 석션 챔버(154)의 내부를 통해 복수의 슬롯(1541) 및 흡착홀(1512)과 연통되게 연결될 수 있다. 복수의 연통홀(1542)은 XZ 평면에서 X축 방향으로 이격되게 배치될 수 있다.

석션 챔버(154)의 측면에 연통홀(1542)을 덮도록 측면 커버(1543)가 결합될 수 있다. 측면 커버(1543)에 복수의 토출구(1544)가 형성될 수 있다. 토출구(1544)는 복수의 연통홀(1542)과 연통되어, 석션 챔버(154) 내부의 공기를 토출시킬 수 있다.

토출구(1544)는 진공펌프와 연결될 수 있다. 진공펌프는 토출구(1544)를 통해 석션 챔버(154) 내부의 공기를 흡입하여 석션 챔버(154)의 내부를 대기압보다 낮은 진공압력(음압)으로 낮출 수 있다.

흡착 벨트(151)는 흡착면(1511)에 전극 시트(10)와 스크랩(12)을 흡착시킨 상태에서 전극 시트(10)와 스크랩(12)을 수직하방으로 이송할 수 있다.

재단된 전극 시트(10)는 흡착 벨트(151)의 흡착면(1511)에서 분리되어, 제2수직 이송 롤러와 하부 이송 롤러(128)에 의해 권취 롤러(129)로 권취될 수 있다.

재단된 스크랩(12)은 흡착 벨트(151)의 흡착면(1511)에서 분리되어, 스크랩 배출 유닛(155)으로 이송될 수 있다.

스크랩 배출 유닛(155)은 석션 기능을 가질 수 있다. 스크랩 배출 유닛(155)은 흡착 벨트(151)의 하부에 배치될 수 있다.

스크랩 배출 유닛(155)은 공기를 흡입하여 흡착 벨트(151)로부터 분리된 스크랩(12)을 수용하며 보관할 수 잇다.

이러한 구성에 의하면, 흡착 벨트(151)는 흡착홀(1512)이 형성된 흡착면(1511)을 구비하고, 전극 시트(10)를 흡착홀(1512)을 통해 흡착면(1511)에 흡착시킨 상태로 스크랩 배출 유닛(155)으로 이송함으로, 스크랩(12)의 진동 및 장력 변화를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 스크랩(12)을 스크랩 배출 유닛(155)으로 원활하게 이송할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 제품 가공 전과 후에 기준선(11)의 위치를 감지하여 보정 가공을 진행함으로써, 가공 치수의 정확도를 향상시킬 수 있고, 커팅 라인을 일정하게 유지할 수 있다.

또한, 레이저의 공정 시 발생하는 빛(레이저)을 이용하여 공정 상태의 이상을 모니터링하여 미커팅이나 특수 상황 발생 시 시스템에서 이상 발생을 감지함으로써, 사용자에게 이상 발생에 대한 알람을 알려줄 수 있다. 이 경우, 레이저 공정 시 미커팅 등의 이상 발생을 인지하면 레이저 공정을 잠시 중단한 후 문제점을 해결한 다음 공정을 재시작할 수 있다.

아울러, 패턴 지그(120)에 고주파 혹은 초음파 가진 장치(135)가 장착되고, 가진 장치(135)는 패턴 지그(120)에 진동을 가하여 진동에 의해 이물이 패턴 지그(120)에서 분리되어 패턴 지그(120)의 흡입홀(1202)을 통해 빨려 들어가도록 함으로써, 이물의 성장을 억제하고 초음파 진동 등을 이용하여 이물이 패턴 지그(120)에 쌓이는 것을 방지할 수 있다.

뿐만 아니라, 패턴 지그(120)의 내부에 층류 유동이 형성되도록 내부 유로(136)가 형성되고, 내부 유로(136)는 레이저 커팅 시 발생하는 이물을 향해 공기를 분사함으로써, 이물이 패턴 지그(120)의 내부에 쌓이지 않고 내부로 빨려 들어가도록 할 수 있다.

게다가, 패턴 지그(120)가 복수 개로 구비되고, 복수의 패턴 지그(120)는 지그 구동부(143)로부터 동력을 전달받아 지그 허브(142)에 90도 간격으로 회전 가능하게 장착되고, 패턴 지그(120)는 자동 세정 시 작업자의 투입 없이 지그 구동부(143)에 의해 다른 기청소된 패턴 지그(120)로 자동으로 교체될 수 있다. 또한, 패턴 지그(120)가 청소되는 동안에도 기청소된 패턴 지그(120)로 레이저 공정을 지속적으로 진행할 수 있어서, 공정 시간을 단축할 수 있다.

더욱이, 제품 생산 중에 검사 시스템에서 측정되는 평균값 또는 중앙값을 기준으로 제품의 치수가 맞지 않을 때, 제어부(160)는 전극 시트(10)의 주행속도와 레이저의 가공속도를 조절하여 피치 등의 치수를 자동 보정할 수 있다.

또한, 흡착 벨트(151)는 수직 평면 형태로 흡착면(1511)을 구비하고, 흡착면(1511)에 복수의 흡착홀(1512)이 형성되고, 흡착 벨트(151)는 스크랩(12)을 흡착홀(1512)을 통해 흡착면(1511)에 흡착한 상태로 스크랩 배출 유닛(155)으로 이송할 수 있다. 이를 통해, 스크랩(12)에 의한 진동 및 장력 변화를 최소화할 수 있고, 스크랩(12)을 스크랩 배출 유닛(155)으로 원활하게 이송하여, 커팅 품질을 향상시킬 수 있다.

10 : 전극 시트 101 : 전극탭
11 : 기준선 12 : 스크랩
100 : 프레임 110 : 레이저 조사부
111 : 스캐너 120 : 패턴 지그
1201 : 흡착면 1202 : 흡입홀
121 : 제1패턴 지그 122 : 제2패턴 지그
123 : 제3패턴 지그 124 : 제4패턴 지그
125 : 공급 롤러 126 : 상부 이송 롤러
1261 : 제1상부 이송 롤러 1262 : 제2상부 이송 롤러
127 : 수직 이송 롤러부 1271 : 제1수직 이송 롤러부
1272 : 제2수직 이송 롤러부 128 : 하부 이송 롤러
129 : 권취 롤러 130 : 장력 조절 유닛
131 : 기준선 감지 유닛 1311 : 제1기준선 감지 유닛
1312 : 제2기준선 감지 유닛 132 : 축방향 구동 유닛
133 : 포토 센서 134 : 알람 표시부
135 : 가진 장치 136 : 내부 유로
137 : 곡면부 138 : 유로연장부
141 : 지그 장착부 142 : 지그 허브
143 : 지그 구동부 144 : 청소 유닛
1441 : 에어 노즐 1442 : 브러시
1443 : 에어 블로워 145 : 이물 포집부
146 : 비전 센서 147 : 롤러 구동 유닛
150 : 흡착 이송 유닛 151 : 흡착 벨트
1511 : 흡착면 1512 : 흡착홀
152 : 흡착 롤러 1521 : 제1흡착 롤러
1522 : 제2흡착 롤러 1523 : 제3흡착 롤러
153 : 벨트 구동 유닛 154 : 석션 챔버
1541 : 슬롯 1542 : 연통홀
1543 : 측면 커버 1544 : 토출구
155 : 스크랩 배출 유닛 160 : 제어부

Claims

공기를 흡입하는 흡입홀이 형성되는 흡착면을 구비하고, 전극 시트를 상기 흡착면에 흡착하여 지지하는 패턴 지그;
상기 전극 시트에 레이저를 조사하여 상기 전극 시트를 기설정된 모양으로 노칭하는 레이저 조사부;
상기 레이저의 조사 전과 후에 상기 전극 시트의 기준선을 감지하는 비전 센서;
상기 비전 센서로부터 감지 신호를 전달받아 상기 레이저 조사부를 제어하여, 상기 기준선의 위치에 따라 레이저의 노칭 위치를 보정하는 제어부를 포함하는 레이저 노칭 시스템.
제1항에 있어서,
상기 레이저의 커팅 시 발생하는 빛을 감지하는 포토 센서를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 포토 센서를 통해 감지되는 빛의 양에 따라 상기 레이저의 커팅 상태 이상 유무를 판단하고, 상기 레이저의 커팅 상태 이상 발생시 알람 표시부에 표시하는 레이저 노칭 시스템.
제1항에 있어서,
상기 패턴 지그에 장착되고, 고주파 또는 초음파를 이용하여 상기 패턴 지그에 진동을 가하는 가진 장치를 더 포함하고,
상기 가진 장치는 상기 흡입홀의 내측에 쌓인 이물이 상기 흡입홀을 통해 흡입되도록 상기 이물을 가진시켜 떨어뜨리는 레이저 노칭 시스템.
제1항에 있어서,
상기 흡입홀은 상기 패턴 지그의 두께방향으로 관통되게 형성되고,
상기 패턴 지그의 내부에 구비되어, 상기 흡입홀의 내측에 쌓인 이물에 공기를 분사하는 내부 유로; 및
상기 패턴 지그에 장착되어, 상기 내부 유로로 공기를 송풍하는 에어 블로워를 더 포함하고,
상기 내부 유로는 상기 흡입홀의 관통방향과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 내부 유로의 일측은 상기 에어 블로워와 연통되고, 상기 내부 유로의 타측은 상기 흡입홀과 연통되는 레이저 노칭 시스템.
제4항에 있어서,
상기 패턴 지그는,
상기 공기의 흡입방향을 기준으로 상기 흡입홀의 입구측에 곡면부가 기설정된 곡률을 갖는 곡면 형태로 형성되는 레이저 노칭 시스템.
제5항에 있어서,
상기 패턴 지그는,
상기 공기의 흡입방향을 기준으로 상기 곡면부의 반대방향으로 향하는 측면에 구비되고, 상기 내부 유로를 따라 흐르는 공기의 유동을 상기 흡입홀의 내측으로 유도하도록 상기 내부 유로의 내측에서 상기 흡입홀의 내측 공간으로 더 연장되는 유로 연장부를 더 포함하는 레이저 노칭 시스템.
제1항에 있어서,
상기 패턴 지그는 복수 개로 구비되고, 상기 복수 개의 패턴 지그는 지그 구동부로부터 동력을 전달받아 회전 가능하게 설치되고,
상기 패턴 지그의 상부에 배치되고, 상기 패턴 지그의 흡착면에 쌓인 이물을 청소하는 청소 유닛을 더 포함하고,
상기 복수의 패턴 지그 중 하나는 상기 레이저의 노칭 시 사용되고, 상기 복수의 패턴 지그 중 다른 하나는 상기 청소 유닛에 의해 청소되는 레이저 노칭 시스템.
제7항에 있어서,
상기 청소 유닛은,
상기 패턴 지그에 공기를 분사하여 상기 이물을 제거하는 에어 노즐을 포함하는 레이저 노칭 시스템.
제7항에 있어서,
상기 청소 유닛은,
상기 패턴 지그의 흡착면에 쌓인 이물을 청소하는 브러시를 더 포함하는 레이저 노칭 시스템.
제7항에 있어서,
상기 패턴 지그의 하부에 배치되고, 상기 청소 유닛에 의해 떨어진 이물을 진공압을 이용하여 흡입하여 포집하는 이물 포집부를 더 포함하는 레이저 노칭 시스템.
제1항에 있어서,
상기 레이저에 의해 가공된 전극판의 일측 단부에서 전극탭이 돌출되게 형성되고,
상기 전극 시트의 길이방향을 따라 이격되게 배치되는 복수의 전극탭 간 거리는 피치이고,
상기 피치를 측정하는 비전 센서를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 비전 센서로부터 전달받은 상기 피치의 측정값과 기설정된 목표값을 비교하여, 상기 측정값과 상기 목표값의 차이에 따라 상기 전극 시트의 주행 속도와 상기 레이저의 가공 속도를 조절하여 상기 피치를 보정하는 레이저 노칭 시스템.
제1항에 있어서,
스크랩 배출 유닛; 및
상기 전극 시트 중 상기 레이저에 의해 재단된 전극판 이외의 나머지 부분인 스크랩을 흡착한 상태로 상기 스크랩 배출 유닛으로 이송하는 흡착 이송 유닛을 더 포함하고,
상기 흡착 이송 유닛은,
벨트 구동 유닛;
상기 벨트 구동 유닛으로부터 동력을 전달받아 회전 가능하게 설치되는 흡착 롤러; 및
복수의 흡착홀이 형성되는 흡착면을 구비하여 상기 흡착면에 상기 스트랩을 흡착하고, 상기 흡착 롤러에 의해 회전되어 상기 흡착된 스트랩을 상기 스트랩 배출 유닛으로 이송하는 흡착 벨트를 포함하는 레이저 노칭 시스템.
제12항에 있어서,
상기 흡착 이송 유닛은,
복수의 슬롯이 상기 흡착 벨트의 흡착홀과 연통되게 형성되는 일면을 구비하고, 상기 일면이 상기 흡착 벨트과 면접촉되어 상기 흡착 벨트를 이동 가능하게 지지하는 석션 챔버를 더 포함하는 레이저 노칭 시스템.