WO2018147586A2 - 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템 - Google Patents

초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템에 관한 것으로서, 검사테이블에 올려져 있는 비파괴검사 대상물에 초음파를 발생시켜 초음파신호를 송신하고 수신하는 탐침자들로 이루어진 초음파발생부와; 상기 초음파발생부로부터 수신한 초음파신호를 초음파발생데이터제어부로 전송하는 인터페이스부와; 상기 인터페이스부로부터 수신한 초음파 데이터를 처리하는 초음파발생데이터제어부와; 상기 처리된 초음파 데이터로 실링결함여부를 판정하는 실링결함 여부 판정부와; 상기 판정 결과를 모니터상에 표시되게 하는 표시부; 을 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템이다. 본 발명은 초음파의 투과율을 이용하여 투과율이 높은 투과 부위에 밀도가 높은 영역(실링부)은 빨간색으로 표시되고, 투과율이 낮은 투과 부위에 밀도가 낮은 영역(에어부)은 파란색으로 표시되는 색 영역으로 구현함으로써, 알루미늄 파우치(pouch)에 미실링된 부위를 비파괴검사로 검출하여 확인할 수 있다.

Description

초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템
본 발명은 초음파의 투과율을 이용하여 투과율이 높은 투과 부위에 밀도가 높은 영역(실링부)은 빨간색으로 표시되고, 투과율이 낮은 투과 부위에 밀도가 낮은 영역(에어부)은 파란색으로 표시되는 색 영역으로 구현함으로써, 알루미늄 파우치(pouch)에 미실링된 부위를 비파괴검사로 검출하여 확인할 수 있고, 초음파를 이용한 비파괴검사를 통해 알루미늄 파우치의 실링(sealing)된 부위에서 미실링된 부위를 비파괴검사로 검출하고 실링 폭 길이의 측정이 가능해짐에 따라 판정 기준치를 설정한 후 측정 데이터를 처리하여 자동으로 판정하는 처리 소프트웨어를 포함하는 초음파발생데이터 제어부와 실링결함여부 판정부 및 표시부를 구성함으로써, 비파괴 및 비접촉 검사시의 판정을 자동화할 수 있으며, 알루미늄 파우치의 실링을 위한 비파괴검사를 통해 공정 진행 중의 약한 실링(sealing) 또는 측면의 정돈(side trimming) 불량에 의해 발생하는 가스 누출(leakage)과 외부에서 셀의 내압에 의해서 발생하는 통기를 방지할 수 있고, 실링결함여부 판정부 내에 bubble 판정부를 둠으로써, 초음파 검사 장비의 가로, 세로 각각 2개의 축을 움직여 bottom, left, right부의 검사영역을 설정하는 판정 기준치를 설정하여 비파괴검사 후에 영역 이동을 통한 dot수 변화로 NG 위치를 확인할 수 있고, 실링결함여부 판정부 내에 bottom, left, right부의 각 20개 축 위치의 구간을 측정하는 width 판정부를 둠으로써, 초음파 검사 장비에서 측정 구간 중의 특정 출력 값 이상을 가지는 구간의 길이를 폭(width)으로 변환시켜서 측정된 폭 길이가 기준스펙 이하로 나타날 때 NG 판정을 할 수 있으며, 초음파 검사 장비에서 설정 값(filtering value) 및 프로브(probe) 주파수를 설정한 후 알루미늄 파우치의 실링여부를 측정으로써, 성형된 파우치의 실링 폭 길이 단면을 확인한 결과로 초음파 검사의 색 영역과의 일치여부와 검사 구간내의 프로브 라인(probe line)을 이동하여 측정치 데이터를 확인할 수 있으므로 육안으로 NG 부분의 확인이 가능한 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템에 관한 기술이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기 방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 최근에는 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로는 주로 니켈-수소금속(Ni-MH) 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 되어 있다.
리튬 이차전지는 전류 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 비수계 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다.
이차전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체는 그것의 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형), 및 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 스택/폴딩형으로 구분된다.
이러한 전극조립체는 각 전극에서 외부 단자와 연결하기 위한 전극 탭을 포함하고 있다. 이러한 전극 탭은 조립 과정에서 외부 단자 연결용 전극리드와 용접을 통하여 결합된다.
이 때, 상기 용접은 초음파 용접이 주로 사용된다. 저항 용접, 레이저 용접 등을 사용하는 경우, 전극조립체에 과도한 에너지의 인가로 인하여 전지의 성능을 저하시킬 수 있기 때문이다.
이러한 용접에서 전극 탭과 전극리드 간의 용접 강도가 너무 약한 경우, 전지셀을 사용하여 전지모듈 또는 전지팩을 조합하는 과정에서 용접 부위가 분리될 수 있다. 다수의 전지셀을 직렬 또는 병렬 연결하여 제작되는 전지모듈 또는 전지팩에서 탭-리드 간 용접 부위가 분리되는 경우, 전지팩 전체가 기능을 발휘하지 못할 수도 있으므로 심각한 불량으로 간주된다.
이러한 초음파 용접의 불량 여부를 확인하기 위하여, 지금까지는 전지셀 샘플을 추출하여 전단시험 등의 파괴시험을 통해 불량 여부를 판단하였다.
하지만, 상기와 같은 경우, 전수 검사를 할 수 없는 관계로 샘플로서 선택되지 않은 전지셀에 대해서는 불량 여부에 대하여 보증을 할 수 없다는 문제점이 있다.
한편, 초음파가진 적외선 열화상기술은 결함을 갖는 시험체에 20~40kHz 영역의 초음파를 입사하고, 입사된 초음파의 탄성에너지의 일부가 결합부에서 열탄성효과로 인하여 열에너지로 변환하게 되고, 이때 적외선 열화상 카메라를 발진된 초음파에 동기화시켜 시험체의 온도분포를 측정함으로써 결함을 검출하게 된다.
초음파 발진자에서 발생된 초음파는 공구혼에 의해 공구혼 끝단에 초음파가 집속되고 시험체와 공구혼의 접촉으로 시험체에 초음파를 전달하게 된다. 현재 초음파가진 적회선 열화상기술에서 사용되고 있는 공구혼은 기존 초음파 용접기에서 사용되고 있는 금속 공구혼을 그대로 사용하게 되므로 접촉면에서 초음파가 최대한 집속하도록 설계되어 있다.
그러나, 초음파가진 적외선 열화상 기술에서는 실험체에 존재하는 결합을 검출하는데 있어서 입사된 초음파는 접촉면에서 집속되기 보다는 시험체 전역에 확산되는 것이 바람직하다. 또한 현재 사용되고 있는 공구혼 끝단의 고출력 초음파는 시험체의 접촉면에서 표면손상을 일으키는 문제가 있다.
또한, 금속 공구혼의 설계에 있어서 공구혼의 길이는 물리적으로 발진초음파의 파장의 1/2로 설계되어야 하며, 이는 초음파 가진장치의 크기가 커진다는 문제가 있다.
한편, 기존의 경우, 알루미늄 파우치의 실링(sealing)된 부위에 비파괴검사를 통해 미실링된 부위를 검출하고 실링 폭 길이의 측정이 가능은 하나, 측정 데이터를 처리하는 소프트웨어가 없어 측정자가 직접 데이터를 모두 확인한 후 판정해야 하는 문제점이 있었다.
그러므로, 초음파의 투과율을 이용하여 투과율이 높은 투과 부위에 밀도가 높은 영역(실링부)은 빨간색으로 표시되고, 투과율이 낮은 투과 부위에 밀도가 낮은 영역(에어부)은 파란색으로 표시되는 색 영역으로 구현하여 알루미늄 파우치(pouch)에 미실링된 부위를 비파괴검사로 검출하여 확인할 수 있고, 초음파를 이용한 비파괴검사를 통해 알루미늄 파우치의 실링(sealing)된 부위에서 미실링된 부위를 비파괴검사로 검출하고 실링 폭 길이의 측정이 가능해짐에 따라 판정 기준치를 설정한 후 측정 데이터를 처리하여 자동으로 판정하는 처리 소프트웨어를 포함하는 초음파발생데이터 제어부와 실링결함여부 판정부 및 표시부를 구성하여 비파괴 및 비접촉 검사시의 판정을 자동화할 수 있으며, 실링결함여부 판정부 내에 bubble 판정부를 두어 초음파 검사 장비의 가로, 세로 각각 2개의 축을 움직여 bottom, left, right부의 검사영역을 설정하는 판정 기준치를 설정하여 비파괴검사 후에 영역 이동을 통한 dot수 변화로 NG 위치를 확인할 수 있고, 실링결함여부 판정부 내에 bottom, left, right부의 각 20개 축 위치의 구간을 측정하는 width 판정부를 두어 초음파 검사 장비에서 측정 구간 중의 특정 출력 값 이상을 가지는 구간의 길이를 폭(width)으로 변환시켜서 측정된 폭 길이가 기준스펙 이하로 나타날 때 NG 판정을 할 수 있는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 초음파의 투과율을 이용하여 투과율이 높은 투과 부위에 밀도가 높은 영역(실링부)은 빨간색으로 표시되고, 투과율이 낮은 투과 부위에 밀도가 낮은 영역(에어부)은 파란색으로 표시되는 색 영역으로 구현함으로써, 알루미늄 파우치(pouch)에 미실링된 부위를 비파괴검사로 검출하여 확인할 수 있는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
다른 본 발명의 목적은 초음파를 이용한 비파괴검사를 통해 알루미늄 파우치의 실링(sealing)된 부위에서 미실링된 부위를 비파괴검사로 검출하고 실링 폭 길이의 측정이 가능해짐에 따라 판정 기준치를 설정한 후 측정 데이터를 처리하여 자동으로 판정하는 처리 소프트웨어를 포함하는 초음파발생데이터 제어부와 실링결함여부 판정부 및 표시부를 구성함으로써, 비파괴 및 비접촉 검사시의 판정을 자동화할 수 있는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템을 제공하는데 있다.
또 다른 본 발명의 목적은 알루미늄 파우치의 실링을 위한 비파괴검사를 통해 공정 진행 중의 약한 실링(sealing) 또는 측면의 정돈(side trimming) 불량에 의해 발생하는 가스 누출(leakage)과 외부에서 셀의 내압에 의해서 발생하는 통기를 방지할 수 있는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템을 제공하는데 있다.
또 다른 본 발명의 목적은 실링결함여부 판정부 내에 bubble 판정부를 둠으로써, 초음파 검사 장비의 가로, 세로 각각 2개의 축을 움직여 bottom, left, right부의 검사영역을 설정하는 판정 기준치를 설정하여 비파괴검사 후에 영역 이동을 통한 dot수 변화로 NG 위치를 확인할 수 있는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템을 제공하는데 있다.
또 다른 본 발명의 목적은 실링결함여부 판정부 내에 bottom, left, right부의 각 20개 축 위치의 구간을 측정하는 width 판정부를 둠으로써, 초음파 검사 장비에서 측정 구간 중의 특정 출력 값 이상을 가지는 구간의 길이를 폭(width)으로 변환시켜서 측정된 폭 길이가 기준스펙 이하로 나타날 때 NG 판정을 할 수 있는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템을 제공하는데 있다.
또 다른 본 발명의 목적은 초음파 검사 장비에서 설정 값(filtering value) 및 프로브(probe) 주파수를 설정한 후 알루미늄 파우치의 실링여부를 측정으로써, 성형된 파우치의 실링 폭 길이 단면을 확인한 결과로 초음파 검사의 색 영역과의 일치여부와 검사 구간내의 프로브 라인(probe line)을 이동하여 측정치 데이터를 확인할 수 있으므로 육안으로 NG 부분의 확인이 가능한 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템은 검사테이블에 올려져 놓여지는 비파괴검사 대상물에 초음파를 발생시켜 초음파신호를 송신하고 수신하는 탐침자들로 이루어진 초음파발생부와; 상기 초음파발생부로부터 수신한 초음파신호를 초음파발생데이터제어부로 전송하는 인터페이스부와; 상기 인터페이스부로부터 수신한 초음파 데이터를 처리하는 초음파발생데이터제어부와; 상기 처리된 초음파 데이터로 실링결함여부를 판정하는 실링결함 여부 판정부와; 상기 판정 결과를 모니터상에 표시되게 하는 표시부; 을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 초음파발생부는 초음파를 발생시키고 초음파 신호를 비파괴검사 대상물에 조사하는 초음파펄스발생 및 송신부와; 상기 초음파펄스발생 및 송신부로부터의 초음파신호의 출력을 증폭하는 전치증폭기와; 상기 증폭된 초음파신호를 수신하고 인터페이스부로 송신하는 초음파펄스발생신호수신부; 을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 비파괴검사 대상물을 검사테이블로 이송하는 비파괴검사 대상물 이송부; 을 더 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 초음파발생부의 탐침자들은 송신 프로브(transmission probe)와 수신 프로브(receiving probe)가 한 세트로 구성되는 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 실링결함 여부 판정부는 초음파 검사 장비에서 검사영역의 가로, 세로 각각 2개의 축을 움직여 bottom, left, right부 검사영역을 설정하여 판정기준치를 설정하는 bubble 판정부와, 초음파 검사 장비에서 검사영역의 bottom, left, right부에서 각각 20개 축의 위치 구간을 측정하여 측정구간 중 특정 출력 값 이상을 가지는 구간의 길이를 width로 변환하는 width 판정부; 을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 초음파 검사 장비에서 송신 프로브(transmission probe)와 수신 프로브(receiving probe)의 주파수는 각각 715kHz 또는 800kHz인 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 비파괴검사 대상물은 알루미늄 파우치(Al pouch)인 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 비파괴 검사 항목은 실링 폭 길이, 폴리머물방울(polybead) 포함 가착부 길이인 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 실링 불량 유형은 누출(leakage)과 통기(ventilation)로 구분되며, 상기 누출(leakage)의 경우는 natural 전해액 및 가스 누출 현상이 나타나고, 통기(ventilation)의 경우는 셀(cell) 내부 압력에 의한 전해액 및 가스 누출 현상이 나타나는 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 실링 불량 유형에 따른 실링 상태에서, 실링이 약하게 되어 있는 경우는 패키징된 파우치의 상하부의 PP 융착면의 경계가 박리되어 있는 상태이고, 측면의 정돈(side trimming)에 의한 실링 구간이 존재하지 않는 경우는 PP 융착부가 존재하지 않게 되는 상태이며, 과하게 실링된 경우는 가착부 폴리머물방울(polybead) 크랙(crack)이 발생한 후 Al층부터 PP 층이 박리된 상태인 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 샘플 검사로 진행되는 실링 공정 검사시 측정항목은 실링 폭 길이, bubble 규격인 것을 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 자동 판정을 위해서 패키징된 샘플의 측면(side), 하부면(bottom) 및 최종 실링(sealing)을 하고난 후 1개소와, 가스를 제거하고 다시 실링(Degas resealing)한 후 1개소의 검사를 진행하는 것도 가능한 것을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명은 초음파의 투과율을 이용하여 투과율이 높은 투과 부위에 밀도가 높은 영역(실링부)은 빨간색으로 표시되고, 투과율이 낮은 투과 부위에 밀도가 낮은 영역(에어부)은 파란색으로 표시되는 색 영역으로 구현함으로써, 알루미늄 파우치(pouch)에 미실링된 부위를 비파괴검사로 검출하여 확인할 수 있다.
둘째, 본 발명은 초음파를 이용한 비파괴검사를 통해 알루미늄 파우치의 실링(sealing)된 부위에서 미실링된 부위를 비파괴검사로 검출하고 실링 폭 길이의 측정이 가능해짐에 따라 판정 기준치를 설정한 후 측정 데이터를 처리하여 자동으로 판정하는 처리 소프트웨어를 포함하는 초음파발생데이터 제어부와 실링결함여부 판정부 및 표시부를 구성함으로써, 비파괴 및 비접촉 검사시의 판정을 자동화할 수 있다.
셋째, 본 발명은 알루미늄 파우치의 실링을 위한 비파괴검사를 통해 공정 진행 중의 약한 실링(sealing) 또는 측면의 정돈(side trimming) 불량에 의해 발생하는 가스 누출(leakage)과 외부에서 셀의 내압에 의해서 발생하는 통기를 방지할 수 있다.
넷째, 본 발명은 실링결함여부 판정부 내에 bubble 판정부를 둠으로써, 초음파 검사 장비의 가로, 세로 각각 2개의 축을 움직여 bottom, left, right부의 검사영역을 설정하는 판정 기준치를 설정하여 비파괴검사 후에 영역 이동을 통한 dot수 변화로 NG 위치를 확인할 수 있다.
다섯째, 본 발명은 실링결함여부 판정부 내에 bottom, left, right부의 각 20개 축 위치의 구간을 측정하는 width 판정부를 둠으로써, 초음파 검사 장비에서 측정 구간 중의 특정 출력 값 이상을 가지는 구간의 길이를 폭(width)으로 변환시켜서 측정된 폭 길이가 기준스펙 이하로 나타날 때 NG 판정을 할 수 있다.
여섯째, 본 발명은 초음파 검사 장비에서 설정 값(filtering value) 및 프로브(probe) 주파수를 설정한 후 알루미늄 파우치의 실링여부를 측정으로써, 성형된 파우치의 실링 폭 길이 단면을 확인한 결과로 초음파 검사의 색 영역과의 일치여부와 검사 구간내의 프로브 라인(probe line)을 이동하여 측정치 데이터를 확인할 수 있으므로 육안으로 NG 부분의 확인이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템의 구성을 설명하기 위해 블록으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템의 구성을 설명하기 위해 블록으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템의 구성 중에서 실링결함 여부 판정부의 세부적인 구성을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템을 포함하는 초음파 검사 장비를 개략적으로 나타낸 사진도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 송신 프로브(transmission probe)와 수신 프로브(receiving probe)를 포함하는 초음파 검사 장비로 에어부가 있는 경우와 에어부가 없는 경우의 송수신 상태를 설명하기 위해 나타낸 사진도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 검사 장비로 비파괴 검사시 검사항목을 알 수 있게 나타낸 사진도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 성형된 파우치 실링에 따른 폭 길이 방향 단면을 알 수 있는 사진도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실링과 재 실링된 양산 샘플의 실링상태를 알 수 있는 사진도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 양산 샘플에서 bubble 판정 결과가 표시부의 화면상에 나타나는 사진도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 양산 샘플에서 width 판정 결과가 표시부의 화면상에 나타나는 사진도면.
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시 예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템의 구성을 설명하기 위해 블록으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템의 구성을 설명하기 위해 블록으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템의 구성 중에서 실링결함 여부 판정부의 세부적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템을 포함하는 초음파 검사 장비를 개략적으로 나타낸 사진도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 송신 프로브(transmission probe)와 수신 프로브(receiving probe)를 포함하는 초음파 검사 장비로 에어부가 있는 경우와 에어부가 없는 경우의 송수신 상태를 설명하기 위해 나타낸 사진도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 검사 장비로 비파괴 검사시 검사항목을 알 수 있게 나타낸 사진 도면이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 성형된 파우치 실링에 따른 폭 길이 방향 단면을 알 수 있는 사진도면이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실링과 재 실링된 양산 샘플의 실링상태를 알 수 있는 사진도면이며, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 양산 샘플에서 bubble 판정 결과가 표시부의 화면상에 나타나는 사진도면이고, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 양산 샘플에서 width 판정 결과가 표시부의 화면상에 나타나는 사진도면이다.
상기 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템은 비파괴검사 대상물 이송부(10), 초음파발생부(20), 초음파펄스발생 및 송신부(21), 전치증폭기(22), 초음파펄스발생신호수신부(23), 송신 프로브(24), 수신 프로브(25), 인터페이스부(30), 초음파발생데이터제어부(40), 실링결함 여부 판정부(50), bubble 판정부(51), width 판정부(52), 표시부(60) 등으로 구성된다.
도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템은 검사테이블에 올려져 있는 비파괴검사 대상물에 초음파를 발생시켜 초음파신호를 송신하고 수신하는 탐침자들로 이루어진 초음파발생부(20)와; 상기 초음파발생부(20)로부터 수신한 초음파신호를 초음파발생데이터제어부(40)로 전송하는 인터페이스부(30)와; 상기 인터페이스부(30)로부터 수신한 초음파 데이터를 처리하는 초음파발생데이터제어부(40)와; 상기 처리된 초음파 데이터로 실링결함여부를 판정하는 실링결함 여부 판정부(50)와; 상기 판정 결과를 모니터상에 표시되게 하는 표시부(60); 을 구비하며, 상기 비파괴검사 대상물을 검사테이블로 이송하는 이송부(10)를 더 구비한다.
상기 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템을 구성하는 기술적 수단들의 기능을 살펴보면 다음과 같다.
상기 비파괴검사 대상물 이송부(10)는 비파괴검사 대상물을 검사테이블로 이송하는 것이다. 여기서, 상기 비파괴검사 대상물은 알루미늄 파우치(Al pouch)인 것이다.
상기 초음파발생부(20)는 검사테이블에 올려져 있는 비파괴검사 대상물에 초음파를 발생시켜 초음파신호를 송신하고 수신하는 탐침자들로 이루어지는 것이다.
여기서, 상기 초음파발생부(20)는 초음파를 발생시키고 초음파 신호를 비파괴검사 대상물에 조사하는 초음파펄스발생 및 송신부(21)와; 상기 초음파펄스발생 및 송신부(21)로부터의 초음파신호의 출력을 증폭하는 전치증폭기(22)와; 상기 증폭된 초음파신호를 수신하고 인터페이스부(30)로 송신하는 초음파펄스발생신호수신부(23); 을 포함하는 것이다.
또한, 상기 초음파발생부(20)의 탐침자들은 도 5에 도시한 바와 같이, 송신 프로브(transmission probe)(24)와 수신 프로브(receiving probe)(25)가 한 세트로 구성되는 것이다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 초음파 검사 장비에서 송신 프로브(transmission probe)(24)와 수신 프로브(receiving probe)(25)의 주파수는 각각 715kHz 또는 800kHz인 것이며, 상기 초음파 검사 장비에서 설정 값(filtering value) 및 프로브(probe) 주파수를 설정한 후 알루미늄 파우치의 실링여부를 측정하여 성형된 파우치의 실링 폭 길이 단면을 확인한 결과로 초음파 검사의 색 영역과의 일치여부와 검사 구간내의 프로브 라인(probe line)을 이동하여 측정치 데이터를 확인할 수 있으므로 육안으로 NG 부분의 확인이 가능한 것이다.
상기 인터페이스부(30)는 상기 초음파발생부(20)로부터 수신한 초음파신호를 초음파발생데이터제어부(40)로 전송하는 것이다.
상기 초음파발생데이터제어부(40)는 상기 인터페이스부(30)로부터 수신한 초음파 데이터를 처리하는 것이다.
상기 실링결함 여부 판정부(50)는 상기 처리된 초음파 데이터로 실링결함여부를 판정하는 것이다.
여기서, 상기 실링결함 여부 판정부(50)는 초음파 검사 장비에서 검사영역의 가로, 세로 각각 2개의 축을 움직여 bottom, left, right부 검사영역을 설정하여 판정기준치를 설정하는 bubble 판정부(51)와, 초음파 검사 장비에서 검사영역의 bottom, left, right부에서 각각 20개 축의 위치 구간을 측정하여 측정구간 중 특정 출력 값 이상을 가지는 구간의 길이를 width로 변환하는 width 판정부(52)를 포함하는 것이다.
또한, 상기 실링결함여부 판정부(50) 내에 bubble 판정부(51)에서는 초음파 검사 장비의 가로, 세로 각각 2개의 축을 움직여 bottom, left, right부의 검사영역을 설정하는 판정 기준치를 설정하여 비파괴검사를 수행한 후에 영역 이동을 통한 dot수 변화로 NG 위치를 확인할 수 있는 것이다.
또한, 상기 실링결함여부 판정부(50) 내에 bottom, left, right부의 각 20개 축 위치의 구간을 측정하는 width 판정부에서는 초음파 검사 장비에서 측정 구간 중의 특정 출력 값 이상을 가지는 구간의 길이를 폭(width)으로 변환시켜서 측정된 폭 길이가 기준스펙 이하로 나타날 때 NG 판정을 할 수 있는 것이다.
상기 표시부(60)는 상기 판정 결과를 모니터 상에 표시되게 하는 것이다.
상술한 바와 같은, 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템에서 비파괴검사 장비를 사용하여 수행하는 비파괴 검사 항목은 도 6에 도시한 바와 같이, 실링 두께(1), 실링 폭 길이(2), 폴리머물방울(polybead) 포함하는 가착부 길이(3)인 것이고, 샘플 검사로 진행되는 실링 공정 검사시 측정항목은 실링 폭 길이, bubble 규격인 것이다.
상기 실링 공정 검사시 불량 유형을 살펴보면, 실링 불량 유형은 누출(leakage)과 통기(ventilation)이 있는데, 상기 누출(leakage)의 경우는 natural 전해액 및 가스 누출 현상이 나타나고, 통기(ventilation)의 경우는 셀(cell) 내부 압력에 의한 전해액 및 가스 누출 현상이 나타난다.
또한, 상기 실링 불량 유형에 따른 실링 상태에서, 실링이 약하게 되어 있는 경우는 패키징된 파우치의 상하부의 PP 융착면의 경계가 박리되어 있는 상태이고, 측면의 정돈(side trimming)에 의한 실링 구간이 존재하지 않는 경우는 PP 융착부가 존재하지 않게 되는 상태이며, 과하게 실링된 경우는 가착부 폴리머물방울(polybead) 크랙(crack)이 발생한 후 Al층부터 PP 층이 박리된 상태인 것이다. 이러한 경우들이 인장력의 규격이 적정하지 않게 되어 bubble 규격이 미달되는 것이다.
상술한 바와 같은, 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템은 Inline 전수 자동 검사를 최종 목표로 하고 있으므로 tact time, turn table idle, 판정 로직 등이 고려되어야 하며, 이것 때문에 비파괴검사 자동 판정시스템이 필요한 것이다. 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 자동 판정을 위해서 페키징된 샘플의 측면(side), 하부면(bottom) 및 최종 실링(sealing)을 하고난 후 1개소와, 가스를 제거하고 다시 실링(Degas resealing)한 후 1개소의 검사를 진행하는 것도 가능할 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 성형된 파우치 실링에 따른 폭 길이 방향 단면을 알 수 있는 사진도면이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 초음파 검사 결과를 통해 성형된 파우치 실링에 따른 폭 길이 방향의 단면을 분석한 것으로서, sealing 폭 길이는 초음파검사와 성형된 파우치의 결과가 9.5㎜로 일치하였고, pp층 두께의 두께는 보정이 필요하며, 가착부(polybead) 길이는 성형된 파우치에서 peak 형상임을 알 수 있는 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 실링과 재 실링된 양산 샘플의 실링상태를 알 수 있는 사진도면이다.
도 8에 도시한 바와 같이, 실링과 재 실링된 양산 샘플의 실링상태를 양산 샘플 1과 양산 샘플 2에 대하여 적정 probe 주파수는 800kHz으로 하여 테스트한 결과로서, 하단에 보이는 단면에서도 알 수 있듯이 양호한 것이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 양산 샘플에서 bubble 판정 결과가 표시부의 화면상에 나타나는 사진도면이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 양산 샘플에 대하여 bubble 판정 결과가 표시부의 화면상에 나타난 것으로서, 판정결과가 판정 스크린 상에 bottom과 left는 OK로 판정되었고, right는 NG로 나온 것을 알 수 있는 것이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 양산 샘플에서 width 판정 결과가 표시부의 화면상에 나타나는 사진도면이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 양산 샘플에 대하여 width와 bubble 판정 결과가 표시부의 화면상에 나타난 것으로서, bottom, left, right에 대하여 각각 20개 구간을 측정한 결과인데, width와 bubble 판정 결과를 보면, bottom과 left와 right에서 모두 OK로 판정된 것을 알 수 있는 것이다.
그러므로 본 발명인 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템은 초음파의 투과율을 이용하여 투과율이 높은 투과 부위에 밀도가 높은 영역(실링부)은 빨간색으로 표시되고, 투과율이 낮은 투과 부위에 밀도가 낮은 영역(에어부)은 파란색으로 표시되는 색 영역으로 구현하여 알루미늄 파우치(pouch)에 미실링된 부위를 비파괴검사로 검출하여 확인할 수 있고, 초음파를 이용한 비파괴검사를 통해 알루미늄 파우치의 실링(sealing)된 부위에서 미실링된 부위를 비파괴검사로 검출하고 실링 폭 길이의 측정이 가능해짐에 따라 판정 기준치를 설정한 후 측정 데이터를 처리하여 자동으로 판정하는 처리 소프트웨어를 포함하는 초음파발생데이터 제어부와 실링결함여부 판정부 및 표시부를 구성하여 비파괴 및 비접촉 검사시의 판정을 자동화할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같은 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템은 배터리를 보관하는 각종 파우치에 적용할 수 있으므로 그 적용대상이 광범위한 것이다.
[부호의 설명]
10 : 비파괴검사 대상물 이송부 20 : 초음파발생부
21 : 초음파펄스발생 및 송신부 22 : 전치증폭기
23 : 초음파펄스발생신호수신부 24 : 송신 프로브
25 : 수신 프로브 30 : 인터페이스부
40 : 초음파발생데이터제어부 50 : 실링결함 여부 판정부
51 : bubble 판정부 52 : width 판정부
60 : 표시

Claims (12)

  1. 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템에 있어서,
    검사테이블에 올려져 있는 비파괴검사 대상물에 초음파를 발생시켜 초음파신호를 송신하고 수신하는 탐침자들로 이루어진 초음파발생부와;
    상기 초음파발생부로부터 수신한 초음파신호를 초음파발생데이터제어부로 전송하는 인터페이스부와;
    상기 인터페이스부로부터 수신한 초음파 데이터를 처리하는 초음파발생데이터제어부와;
    상기 처리된 초음파 데이터로 실링결함여부를 판정하는 실링결함 여부 판정부와;
    상기 판정 결과를 모니터상에 표시되게 하는 표시부; 을 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파발생부는 초음파를 발생시키고 초음파 신호를 비파괴검사 대상물에 조사하는 초음파펄스발생 및 송신부와; 상기 초음파펄스발생 및 송신부로부터의 초음파신호의 출력을 증폭하는 전치증폭기와; 상기 증폭된 초음파신호를 수신하고 인터페이스부로 송신하는 초음파펄스발생신호수신부; 을 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 비파괴검사 대상물을 검사테이블로 이송하는 비파괴검사 대상물 이송부; 을 더 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파발생부의 탐침자들은 송신 프로브(transmission probe)와 수신 프로브(receiving probe)가 한 세트로 구성되는 것을 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 실링결함 여부 판정부는 초음파 검사 장비에서 검사영역의 가로, 세로 각각 2개의 축을 움직여 bottom, left, right부 검사영역을 설정하여 판정기준치를 설정하는 bubble 판정부와, 초음파 검사 장비에서 검사영역의 bottom, left, right부에서 각각 20개 축의 위치 구간을 측정하여 측정구간 중 특정 출력 값 이상을 가지는 구간의 길이를 width로 변환하는 width 판정부; 을 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 초음파 검사 장비에서 송신 프로브(transmission probe)와 수신 프로브(receiving probe)의 주파수는 각각 715kHz 또는 800kHz인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 비파괴검사 대상물은 알루미늄 파우치(Al pouch)인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    비파괴 검사 항목은 실링 폭 길이, 폴리머물방울(polybead) 포함 가착부 길이인 것을 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    실링 불량 유형은 누출(leakage)과 통기(ventilation)로 구분되며, 상기 누출(leakage)의 경우는 natural 전해액 및 가스 누출 현상이 나타나고, 통기(ventilation)의 경우는 셀(cell) 내부 압력에 의한 전해액 및 가스 누출 현상이 나타나는 것을 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 실링 불량 유형에 따른 실링 상태에서, 실링이 약하게 되어 있는 경우는 패키징된 파우치의 상하부의 PP 융착면의 경계가 박리되어 있는 상태이고, 측면의 정돈(side trimming)에 의한 실링 구간이 존재하지 않는 경우는 PP 융착부가 존재하지 않게 되는 상태이며, 과하게 실링된 경우는 가착부 폴리머물방울(polybead) 크랙(crack)이 발생한 후 Al층부터 PP 층이 박리된 상태인 것을 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    샘플 검사로 진행되는 실링 공정 검사시 측정항목은 실링 폭 길이, bubble 규격인 것을 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템.
  12. 제 1항에 있어서,
    알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 자동 판정을 위해서 패키징된 샘플의 측면(side), 하부면(bottom) 및 최종 실링(sealing)을 하고난 후 1개소와, 가스를 제거하고 다시 실링(Degas resealing)한 후 1개소의 검사를 진행하는 것도 가능한 것을 포함함을 특징으로 하는 초음파를 이용한 알루미늄 파우치 실링을 위한 비파괴검사 판정시스템.
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