KR20240051372A - 롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템 - Google Patents

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장석준
권대갑
박영준
김선환
권창현
김호열
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Abstract

본 발명에 따른 롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템은 롤투롤 장비에 의해 제조되어 가이드 롤러의 외주 일부에 감겨 지지된 상태로 이송되는 대상물에 대한 이미지를 획득하는 시스템으로서, 메인 조명기와, 서브 조명기와, 카메라, 및 제어부를 포함한다. 메인 조명기는 가이드 롤러의 법선면에 대해 사선으로 광을 조사해서 대상물을 조명한다. 서브 조명기는 메인 조명기에 의해 생긴 그림자를 제거하도록 광을 조사해서 대상물을 조명한다. 카메라는 메인 조명기와 서브 조명기 사이에 배치되어, 메인 조명기와 서브 조명기에 의해 조명된 대상물로부터 반사되는 광으로부터 이미지를 획득한다. 제어부는 메인 조명기와 서브 조명기 및 카메라를 제어한다.

Description

롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템{Image acquisition system for Roll-to-Roll equipment}
본 발명은 롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 롤투롤 장비에 의해 제조되는 배터리 전극 등과 같은 대상물을 검사하기 위한 이미지를 획득하는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 카메라와 조명을 이용한 비전 방식으로 대상물에 대한 이미지를 획득해서 대상물의 외관 불량 여부를 판단하는 기술이 다양한 분야에서 이용되고 있다. 이러한 검사 대상물로는 평판디스플레이, 반도체, 이차 배터리 등 다양할 수 있다. 이하에서는 이차 배터리를 예를 들어 설명하기로 한다.
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.
일반적으로, 전극조립체는 세퍼레이터를 사이에 두고 양전극과 음전극이 적층된 구조로 이루어진다. 전극조립체의 제조 공정은 롤투롤 장비에 의해 양극판과 음극판의 표면에 양극 활물질과 음극 활물질을 코팅하여 양전극과 음전극을 만든 후, 양전극과 음전극 사이에 세퍼레이터를 개재하여 라미네이션하는 공정 등을 포함할 수 있다.
한편, 전극조립체의 불량이 있는 상태로 이차 배터리를 제조하면, 이차 배터리의 성능 저하 등과 같은 이차 배터리의 불량을 초래할 수 있다. 특히, 전극의 제조 공정 중 극판에 대한 활물질의 코팅 불량 등과 같은 불량이 발생될 수 있는데, 전극이 불량을 가진 상태 그대로 전극조립체를 구성하게 되면, 전극조립체의 2차 불량이 발생하게 된다.
이러한 불량을 갖는 전극조립체를 폐기 처리하게 된다면, 그에 따른 수율이 낮아지고, 자원낭비나 환경오염 등의 문제가 야기될 수 있다. 따라서, 전극조립체의 라미네이션 공정 전에 전극의 불량을 정확하게 검출하기 위한 이미지를 효과적으로 획득하는 방안이 요구된다.
등록특허공보 제10-1775213호(2016.10.31. 공개)
본 발명의 과제는 롤투롤 장비에 의해 제조되는 대상물의 표면 불량을 정확하게 검출하기 위한 이미지를 효과적으로 획득할 수 있는 롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템을 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템은 롤투롤 장비에 의해 제조되어 가이드 롤러의 외주 일부에 감겨 지지된 상태로 이송되는 대상물에 대한 이미지를 획득하는 시스템으로서, 메인 조명기와, 서브 조명기와, 카메라, 및 제어부를 포함한다. 메인 조명기는 가이드 롤러의 법선면에 대해 사선으로 광을 조사해서 대상물을 조명한다. 서브 조명기는 메인 조명기에 의해 생긴 그림자를 제거하도록 광을 조사해서 대상물을 조명한다. 카메라는 메인 조명기와 서브 조명기 사이에 배치되어, 메인 조명기와 서브 조명기에 의해 조명된 대상물로부터 반사되는 광으로부터 이미지를 획득한다. 제어부는 메인 조명기와 서브 조명기 및 카메라를 제어한다.
여기서, 가이드 롤러는 내,외층을 갖는 형태로 이루어질 수 있다. 조정링은 가이드 롤러의 외층과 동일한 재질로 가이드 롤러에 덧씌워져 두께 설정에 따라 대상물의 배경 밝기를 조정하게 할 수 있다.
추가 양상으로, 롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템은 주기적인 패턴을 갖게 제조된 대상물의 패턴을 순차적으로 감지해서 제어부로 출력하는 패턴 감지기와, 카메라의 시야 내로 광을 발산하는 광 발생기를 포함할 수 있다. 제어부는 패턴 감지기로부터 입력되는 감지 신호를 기준으로 광 발생기를 제어해서 광을 발산시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 롤투롤 장비에 의해 제조되는 대상물 표면에 대한 각종 불량을 정확하게 검출하기 위한 이미지를 효과적으로 획득함으로써, 검사 정확도를 높일 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템에 대한 구성도이다.
도 2는 가이드 롤러의 외층 두께에 따른 배경 밝기 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 가이드 롤러에 조정링이 장착된 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 메인 조명기와 카메라 간의 각도에 따른 배경 밝기 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 패턴 감지기를 구비한 예를 나타낸 구성도이다.
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 롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템에 대한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템(100)은 롤투롤 장비(10)에 의해 제조되어 가이드 롤러(11)의 외주 일부에 감겨 지지된 상태로 이송되는 대상물(1)에 대한 이미지를 획득하는 시스템으로서, 메인 조명기(110)와, 서브 조명기(120)와, 카메라(130), 및 제어부(140)를 포함한다.
여기서, 대상물(1)은 롤투롤 장비(10)에 의해 제조되는 배터리 전극 등과 같은 대상물일 수 있다. 배터리 전극은 양극판의 표면에 양극 활물질이 코팅된 양전극이거나, 음극판의 표면에 음극 활물질이 코팅된 음전극일 수 있다. 검사될 배터리 전극은 극판용 포일이 가공되어 셀 단위의 극판들이 이어진 형태로 만들어진 후, 극판들의 각 양쪽 표면에 셀 단위로 활성물이 코팅된 형태로 제조될 수 있다.
메인 조명기(110)는 가이드 롤러(11)의 법선면에 대해 사선으로 광을 조사해서 대상물(1)을 조명한다. 가이드 롤러(11)의 법선면은 가이드 롤러(11)의 구름면에 수직을 이루는 면이다. 메인 조명기(110)는 장착대(101)에 위치 고정될 수 있다. 메인 조명기(110)는 가이드 롤러(11)에 지지되어 이송되는 대상물(1)의 스캔 라인마다 가이드 롤러(11)의 법선면을 기준으로 설정 경사 각도(θ1)로 광을 입사시킬 수 있다.
메인 조명기(110)는 라인 빔 형태의 광을 조사하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 메인 조명기(110)는 LED 등의 발광소자들이 일렬로 기판에 실장된 형태로 구성될 수 있다. 메인 조명기(110)는 발광소자들이 스캔 라인의 길이 방향을 따라 배열된 상태에서 스캔 라인으로 라인 빔 형태의 광을 입사할 수 있다.
서브 조명기(120)는 메인 조명기(110)에 의해 생긴 그림자를 제거하도록 광을 조사해서 대상물(1)을 조명한다. 메인 조명기(110)가 대상물(1)을 사선으로 정반사 조명하게 되면, 카메라(130)에서 그림자가 관찰될 수 있다. 서브 조명기(120)는 메인 조명기(110)에 의해 그림자가 생기는 영역으로 광을 조사해서 그림자를 제거할 수 있게 한다. 따라서, 카메라(130)는 그림자가 제거된 이미지를 획득할 수 있으므로, 대상물(1)의 표면 불량이 정확하게 검출되게 할 수 있다.
서브 조명기(120)는 카메라(130)를 기준으로 메인 조명기(110)의 반대쪽에 배치되어, 가이드 롤러(11)의 법선면에 대해 사선으로 광을 조사해서 대상물(1)을 조명할 수 있다. 메인 조명기(110)가 대상물(1)의 이송 방향을 기준으로 전방에 배치될 경우, 서브 조명기(120)는 후방에 배치될 수 있다.
서브 조명기(120)는 메인 조명기(110)와 함께 장착대(101)에 위치 고정될 수 있다. 서브 조명기(120)는 가이드 롤러(11)에 지지되어 이송되는 대상물(1)의 스캔 라인마다 가이드 롤러(11)의 법선면을 기준으로 설정 경사 각도(θ2)로 광을 입사시킬 수 있다.
서브 조명기(120)는 카메라(130)를 기준으로 메인 조명기(110)와 대칭을 이루게 배치될 수 있다. 즉, 서브 조명기(120)와 카메라(130) 간의 각도는 메인 조명기(110)와 카메라(130) 간의 각도와 동일할 수 있다. 서브 조명기(120)는 라인 빔 형태의 광을 조사하도록 구성될 수 있다. 서브 조명기(120)는 메인 조명기(110)와 동일하게 구성될 수 있다.
카메라(130)는 메인 조명기(110)와 서브 조명기(120) 사이에 배치되어, 메인 조명기(110)와 서브 조명기(120)에 의해 조명된 대상물(1)로부터 반사되는 광으로부터 이미지를 획득한다. 카메라(130)는 메인 조명기(110)와 서브 조명기(120)와 함께 장착대(101)에 위치 고정될 수 있다. 카메라(130)는 가이드 롤러(11)에 지지되어 이송되는 대상물(1)을 라인 스캔해서 대상물(1)의 스캔 라인마다 이미지를 획득함으로써, 스캔 라인별 이미지의 합성에 의해 대상물(1)의 전체 표면에 대한 이미지를 획득할 수 있게 한다. 카메라(130)는 라인스캔 카메라로 이루어질 수 있다.
카메라(130)는 촬상 부위가 가이드 롤러(11)의 법선면에 대해 설정 경사 각도(θ3)를 이루게 배치될 수 있다. 카메라(130)는 가이드 롤러(11)의 법선면을 기준으로 메인 조명기(110)로부터 입사되는 광 입사각과 동일한 광 반사각으로 광을 전달받을 수 있게 배치될 수 있다. 예컨대, 메인 조명기(110)의 광 입사각이 가이드 롤러(11)의 법선면에 대해 20도인 경우, 카메라(130)는 20도의 광 반사각으로 광을 전달받을 수 있게 배치될 수 있다.
제어부(140)는 메인 조명기(110)와 서브 조명기(120) 및 카메라(130)를 제어한다. 제어부(140)는 대상물(1)의 스캔 라인마다 메인 조명기(110)와 서브 조명기(120)에 의해 조명한 상태로 카메라(130)에 의해 라인 데이터를 획득해서 저장함으로써, 대상물(1)의 전체 표면에 대한 이미지를 획득할 수 있게 한다.
제어부(140)는 대상물(1)의 스캔 라인마다 메인 조명기(110)와 서브 조명기(120)를 점등시키기 위한 조명 신호를 메인 조명기(110)와 서브 조명기(120)로 출력하고, 조명 신호마다 동기화되어 카메라(130)를 구동시키기 위한 촬상 신호를 카메라(140)로 출력할 수 있다.
한편, 가이드 롤러(11)는 내,외층(11a, 11b)을 갖는 형태로 이루어질 수 있다. 가이드 롤러(11)는 회전축에 끼워져 지지되는 내층(11a)과, 내층(11a)을 둘러싼 상태로 대상물(1)을 접촉해서 지지하는 외층(11b)으로 구성될 수 있다. 내층(11a)과 외층(11b)은 서로 다른 물성으로 이루어져 각각의 기능을 수행할 수 있다.
이러한 가이드 롤러(11)의 경우, 외층(11b)의 두께가 대상물(1)의 배경 밝기에 영향을 미칠 수 있다. 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 메인 조명기(110)가 가이드 롤러(11)로 광을 조사하면, 외층(11b)의 두께(t1)가 내층(11a)에서 반사된 광을 카메라(130)로 입사시킬 정도로 얇은 경우, 배경 밝기가 높아질 수 있다.
도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 메인 조명기(110)와 카메라(130) 간의 각도가 동일한 조건에서, 외층(11b)의 두께(t2)가 내층(11a)에서 반사된 광을 카메라(130)로 입사시키지 않을 정도로 두꺼운 경우, 배경 밝기가 낮아질 수 있다.
이와 같이, 외층(11b)의 두께 설정에 따라 배경 밝기가 변화될 수 있으므로, 대상물과 배경 간의 밝기 차이를 원하는 수준으로 조정함으로써, 대상물과 배경의 구분을 용이하게 할 수 있다.
이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 조정링(150)은 가이드 롤러(11)의 외층(11b)과 동일한 재질로 가이드 롤러(11)에 덧씌워져 두께 설정에 따라 대상물(1)의 배경 밝기를 조정하게 할 수 있다. 조정링(150)은 내층(11a)에서 반사되는 광을 카메라(130)로 입사시키는 정도를 조정함으로써, 배경 밝기를 조정할 수 있게 한다.
조정링(150)은 다양한 두께로 다수 마련되어 가이드 롤러(11)에 선택적으로 장착됨으로써, 가이드 롤러(11)의 교체 없이도 배경 밝기를 변화시킬 수 있다. 조정링(150)은 필요로 하는 배경 밝기에 맞는 두께로 가이드 롤러(11)에 장착됨으로써, 배경 밝기를 조정할 수 있다.
다른 양상으로, 메인 조명기(110)와 카메라(130) 간의 각도가 대상물(1)의 배경 밝기에 영향을 미칠 수 있다. 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 메인 조명기(110)와 카메라(130) 간의 각도(α1)가 내층(11a)에서 반사된 광을 카메라(130)로 입사시킬 정도로 작을 경우, 배경 밝기가 높아질 수 있다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 가이드 롤러(11)의 외층(11b) 두께가 동일한 조건에서, 메인 조명기(110)와 카메라(130) 간의 각도(α2)가 내층(11a)에서 반사된 광을 카메라(130)로 입사시키지 않을 정도로 큰 경우, 배경 밝기가 낮아질 수 있다.
이와 같이, 메인 조명기(110)와 카메라(130) 간의 각도 설정에 따라 배경 밝기가 변화될 수 있으므로, 대상물과 배경 간의 밝기 차이를 원하는 수준으로 조정함으로써, 대상물과 배경의 구분을 용이하게 할 수 있다.
추가 양상으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템(100)은 패턴 감지기(160)와, 광 발생기(170)를 포함할 수 있다.
패턴 감지기(160)는 주기적인 패턴을 갖게 제조된 대상물(1)의 패턴을 순차적으로 감지해서 제어부(140)로 출력한다. 예컨대, 대상물(1)이 배터리 전극인 경우, 패턴 감지기(160)는 셀 단위로 활성물이 코팅된 극판들을 순차적으로 감지할 수 있다. 패턴 감지기(160)는 카메라(130)보다 앞선 위치에서 대상물(1)의 패턴을 순차적으로 감지할 수 있다. 패턴 감지기(160)는 비전 방식 등을 이용해서 대상물(1)의 패턴을 감지하도록 구성될 수 있다.
광 발생기(170)는 카메라(130)의 시야(field of view; FOV) 내로 광을 발산한다. 광 발생기(170)는 카메라(130)의 시야 내에 설치될 수 있다. 광 발생기(170)는 스폿 광(spot light)을 발산하도록 구성될 수 있다. 광 발생기(170)는 제어부(140)에 의해 구동 제어된다.
제어부(140)는 패턴 감지기(160)로부터 입력되는 감지 신호를 기준으로 광 발생기(170)를 제어해서 광을 발산시킬 수 있다. 광 발생기(170)는 패턴 감지기(160)의 감지 신호에 동기화되어 대상물(1)의 패턴마다 카메라(130)의 시야 내로 광을 발산할 수 있다. 따라서, 카메라(130)에 의해 획득된 이미지는 대상물(1)의 패턴별로 특정 위치에 광 발생기(170)에 의한 발광 정보를 담게 되므로, 이미지와 실제 대상물 간의 위치 동기화에 도움을 줄 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템(100)에 따르면, 롤투롤 장비(10)에 의해 제조되는 대상물(1) 표면에 대한 각종 불량을 정확하게 검출하기 위한 이미지를 효과적으로 획득함으로써, 검사 정확도를 높일 수 있게 한다.
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.
1..대상물 10..롤투롤 장비
11..가이드 롤러 11a..내층
11b..외층 101..장착대
110..메인 조명기 120..서브 조명기
130..카메라 140..제어부
150..조정링 160..패턴 감지기
170..광 발생기

Claims (3)

  1. 롤투롤 장비에 의해 제조되어 가이드 롤러의 외주 일부에 감겨 지지된 상태로 이송되는 대상물에 대한 이미지를 획득하는 시스템으로서,
    상기 가이드 롤러의 법선면에 대해 사선으로 광을 조사해서 대상물을 조명하는 메인 조명기;
    상기 메인 조명기에 의해 생긴 그림자를 제거하도록 광을 조사해서 대상물을 조명하는 서브 조명기;
    상기 메인 조명기와 서브 조명기 사이에 배치되어, 상기 메인 조명기와 서브 조명기에 의해 조명된 대상물로부터 반사되는 광으로부터 이미지를 획득하는 카메라; 및
    상기 메인 조명기와 서브 조명기 및 카메라를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 롤러는 내,외층을 갖는 형태로 이루어지며;
    상기 가이드 롤러의 외층과 동일한 재질로 상기 가이드 롤러에 덧씌워져 두께 설정에 따라 대상물의 배경 밝기를 조정하게 하는 조정링을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    주기적인 패턴을 갖게 제조된 대상물의 패턴을 순차적으로 감지해서 상기 제어부로 출력하는 패턴 감지기와,
    상기 카메라의 시야 내로 광을 발산하는 광 발생기를 포함하며;
    상기 제어부는 상기 패턴 감지기로부터 입력되는 감지 신호를 기준으로 상기 광 발생기를 제어해서 광을 발산시키는 것을 특징으로 하는 롤투롤 장비용 이미지 획득 시스템.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101775213B1 (ko) 2015-04-21 2017-09-05 주식회사 엘지화학 전극 조립체의 검사 방법 및 그의 검사 장치

Patent Citations (1)

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KR101775213B1 (ko) 2015-04-21 2017-09-05 주식회사 엘지화학 전극 조립체의 검사 방법 및 그의 검사 장치

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