WO2023068844A1 - 용접 압력 제어 시스템, 이를 이용하는 용접 압력 제어 방법 및 이를 이용하는 용접대상물 두께 측정방법 - Google Patents

용접 압력 제어 시스템, 이를 이용하는 용접 압력 제어 방법 및 이를 이용하는 용접대상물 두께 측정방법 Download PDF

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WO2023068844A1
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unit
horn
welding
motor
pressure control
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김성진
김정연
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a welding pressure control system, a welding pressure control method using the same, and a method for measuring the thickness of a welding object using the same, and more particularly, based on a pressure value sensed according to the elevation and descent of the horn, by feedback controlling the elevation and descent of the horn It relates to a welding pressure control system for controlling welding pressure, a welding pressure control method using the same, and a welding object thickness measurement method using the same.
  • a secondary battery has a structure in which an electrode assembly having a structure in which electrodes and a separator are stacked is embedded in a battery case together with an electrolyte solution.
  • the electrodes constituting the electrode assembly need to be coupled between electrode tabs, which are part of the uncoated region of the electrode, and between the electrode tabs and the electrode lead, in order to electrically connect each electrode as an electrode assembly, as well as to connect to the outside.
  • ultrasonic welding vibration energy is selectively applied to the horn according to a computer control signal, and the horn contacts and pressurizes the objects to be welded ('electrode tab', 'electrode lead', etc.) mounted on the anvil facing the horn. It is a method of performing welding on the principle of forming frictional heat by ultrasonic vibration after ultrasonic vibration, and in a broad sense, a device in which a horn and anvil are combined is also referred to as an ultrasonic welding assembly.
  • the pressure applied by the horn to the object to be welded is the pressure applied by the horn to the object to be welded. That is, the pressure applied by the horn to the object to be welded during welding must be kept constant at an appropriate pressure to obtain a object to be welded with good welding quality.
  • a technology for a welding pressure control system capable of controlling the pressure applied by the horn to the object to be welded during welding is required.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and the object of the present invention is a welding pressure control system that feedback-controls the welding pressure by controlling the elevation and descent of the horn based on the pressure value sensed according to the elevation and descent of the horn, It is to provide a welding pressure control method using the same and a welding object thickness measurement method using the same.
  • the present invention is an anvil (anvil) in which the object to be welded is supported; a horn provided to face the anvil and pressurizing the object to be welded; an elevating unit for supporting the horn so as to be able to elevate and descend; a sensing unit for sensing a pressure value changed according to the elevation and descent of the horn; And a control unit for controlling driving of the elevating unit based on the pressure value obtained from the sensing unit;
  • the elevating unit may include a motor unit; a screw unit rotating by receiving a driving force from the rotating shaft of the motor unit; an up-and-down moving part coupled to the screw part and moving in a vertical direction when the screw part rotates; and a support coupled to the upper and lower parts and supporting the horn, wherein the sensing unit is provided in a circumferential direction of the screw part and is pressurized according to the vertical movement of the upper and lower parts.
  • the sensing unit may be inserted into the screw unit so that the screw unit is rotatable.
  • the sensing unit may have an annular shape with a hollow inside.
  • the sensing unit may be provided adjacent to the screw unit but spaced apart from a circumference of the screw unit by a predetermined distance.
  • the motor unit may include a servo motor.
  • the control unit may control a rotational angle amount, a rotational position, a rotational speed, and a rotational number of the motor unit based on the pressure value acquired from the sensor.
  • the screw part may be a ball screw.
  • the sensing unit may be a load cell sensor.
  • the control unit may include: a processing unit processing driving information for driving control of the motor unit based on the pressure value sensed by the sensing unit; and a drive unit receiving driving information from the processing unit and transmitting a driving signal to the motor unit.
  • the processing unit may include a programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • the drive unit may include a servo motor drive.
  • the welding pressure control system may further include a monitoring unit that outputs the pressure value sensed by the sensing unit as an image and provides it to a user.
  • the present invention is a pressing step of pressurizing the welding object by lifting and lowering the horn through a lifting and lowering unit for supporting the horn to be raised and lowered with respect to the object to be welded on the upper side of the anvil; a sensing step of sensing a pressure value changed according to the elevation and descent of the horn through a sensing unit provided in a circumferential direction of a rotating screw portion connected to a rotating shaft of a motor unit that transmits a driving force to the elevation and descent portion; and a control step of controlling driving of the elevating unit based on the pressure value obtained from the sensing step.
  • a pressure value may be sensed by being pressurized by a vertical moving part that is coupled to the sensing part and moves in a vertical direction when the screw part rotates.
  • driving of the elevating unit may be controlled by controlling driving of a motor unit including a servo motor.
  • the controlling step based on the pressure value obtained from the sensing unit, the amount of rotational angle, rotational position, rotational speed, and number of rotations of the motor unit may be controlled.
  • the present invention is a setting step of setting the position value of the motor that transmits the driving force to the lifting and lowering unit for raising and lowering the horn to an initial value at the time when the horn is in contact with the anvil;
  • the motor may include a servo motor.
  • the welding pressure control system and welding pressure control method controls the driving of the lifting and lowering unit for supporting the horn to be lifted and lowered based on the sensing unit and the pressure value that detects the pressure value that changes according to the lifting and lowering of the horn.
  • a control unit to monitor the pressure value during welding in real time, there is an advantage that the welding efficiency can be optimized by controlling the pressure at which the horn pressurizes the object to be welded in real time according to the pressure value.
  • the method for measuring the thickness of the object to be welded measures the thickness of the object to be welded using the position change value of the motor that transmits the driving force to the elevating and descending part that raises and lowers the horn, thereby determining the defect of the object to be welded (ex. folded electrode tab). It has the advantage of improving workability by automatically detecting problems.
  • FIG. 1A is a conceptual diagram of a welding pressure control system showing how a horn moves up and down in Example 1 of the welding pressure control system according to the present invention.
  • FIG. 1B is a conceptual diagram showing the state of the welding pressure control system after the horn descends toward the anvil in the welding pressure control system of FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a conceptual diagram of a welding pressure control system showing how a horn moves up and down in Example 2 of the welding pressure control system according to the present invention.
  • FIG. 2B is a conceptual diagram showing the state of the welding pressure control system after the horn descends toward the anvil in the welding pressure control system of FIG. 2A.
  • FIG. 3 is a block diagram showing in detail the control unit used in the first embodiment and the second embodiment of the welding pressure control system according to the present invention.
  • anvil 100, anvil
  • a horn 200, horn
  • an elevating unit 300 supporting the horn 200 so as to be able to ascend and descend
  • a sensing unit 400 that senses a pressure value changed according to the elevation and descent of the horn 200
  • a control unit 500 controlling driving of the elevating and descending unit 300 based on the pressure value obtained from the sensing unit 400 .
  • the object to be welded may have any configuration as long as it is welded by the anvil 100 and the horn 200.
  • the object to be welded may be an electrode tab of a secondary battery, and may further include an electrode lead connected to the electrode tab.
  • the anvil 100 is a configuration in which a welding object is supported, and various configurations are possible.
  • the anvil 100 may have various shapes. At this time, it is preferable that the upper surface of the anvil 100 is formed flat so as to support the object to be welded.
  • the anvil 100 may be seated and fixed to the anvil frame 100'.
  • the anvil frame 100' can be of any configuration as long as it can support the anvil 100 from the lower side of the anvil 100.
  • the anvil frame 100' may include an actuator or the like so that the anvil 100 can move up and down.
  • the horn 200 is configured to face the anvil 100 and pressurize the object to be welded, and various configurations are possible.
  • the horn 200 is provided to be able to move up and down with respect to the anvil 100 at a position facing the anvil 100, thereby pressurizing the object to be welded on the anvil 100.
  • the horn 200 may perform welding of the object to be welded by applying ultrasonic vibration to the object to be welded in a pressurized state.
  • the horn 200 includes a vibrator (not shown) that converts electrical energy into mechanical vibration energy so that ultrasonic vibration can be applied to the object to be welded, and a booster (not shown) that reduces or amplifies the amplitude of the vibrator. ) and a head (not shown) for fusing by transferring vibration energy to the object to be welded.
  • the elevating unit 300 is configured to support the horn 200 in an ascending and descending manner, and various configurations are possible.
  • the elevating unit 300 may have any configuration as long as it can support the horn 200 in an elevating and descending manner.
  • the elevating unit 300 may include a linear actuator capable of linearly moving the horn 200 in a vertical direction.
  • the elevating unit 300 may be supported by a fixing unit 600 provided at a lower side of the elevating unit 300 .
  • the elevating unit 300 includes a motor unit 310; a screw unit 320 rotating by receiving driving force from the rotational shaft of the motor unit 310; a vertical moving part 330 coupled to the screw part 320 and moving in a vertical direction when the screw part 320 rotates; and a support part 340 coupled to the upper and lower parts 330 and supporting the horn 200 .
  • the motor unit 310 is a component that generates a driving force for rotating the screw unit 320, and various configurations are possible.
  • the motor unit 310 may include a rotation shaft (not shown) that rotates by receiving rotational force from a stator (not shown) and a rotor (not shown), and the rotation shaft is attached to the screw unit 320. Driving force may be transmitted to the screw part 320 by being directly or indirectly connected.
  • the motor unit 310 may include various types of motors.
  • the motor unit 310 is a servo motor that can precisely control the rotation direction, rotation speed, rotation acceleration, rotation angle, etc. to more accurately control the elevation and descent of the horn 200. It is desirable to include
  • the screw unit 320 rotates by receiving driving force from the rotation shaft of the motor unit 310, and various configurations are possible.
  • the screw part 320 is screwed into the vertical direction of the screw part 320 on the outer circumferential surface so that the vertical and horizontal part 330 can be moved according to the rotation of the screw part 320 by screwing the vertical direction of the screw part 320 to be described later. Accordingly, a screw thread may be formed.
  • the screw unit 320 may include various types of screws. At this time, the screw unit 320 may include a ball screw capable of obtaining high transmission efficiency through a rolling motion of a ball.
  • the vertical moving part 330 is coupled to the screw part 320 and moves in the vertical direction when the screw part 320 rotates, and various configurations are possible.
  • the vertical moving part 330 has a screw thread corresponding to the screw thread of the screw part 320 formed on its inner circumferential surface so that it can reciprocate in the longitudinal direction of the screw part 320 according to the rotation of the screw part 320. can Accordingly, the vertical moving part 330 can linearly move in the vertical direction according to the rotation of the screw part 320 .
  • the upper and lower part 330 may slide along a guide part (not shown) that guides the moving direction of the upper and lower part 330 .
  • the guide part may extend along the longitudinal direction of the screw part 320 .
  • the support part 340 is a structure that is combined with the upper and lower parts 330 and supports the horn 200, and various configurations are possible.
  • the support part 340 is provided between the horn 200 and the upper and lower parts 330 and is provided on a seating part 341 supporting the horn 200 and an upper side of the seating part 341. and a housing 342 coupled to the horn 200.
  • the seating portion 341 is provided between the horn 200 and the upper and lower parts 330 and supports the horn 200, and various configurations are possible.
  • the seating portion 341 is coupled to the upper and lower parts 330 so that they can move together with the upper and lower parts 330 according to the movement of the upper and lower parts 330 .
  • the seating portion 341 supports the horn 200, the horn 200 seated on the seating portion 341 may also move up and down.
  • the seating portion 341 may have various shapes, for example, a plate shape on which the horn 200 is seated.
  • the housing 342 is provided on the upper side of the mounting portion 341 and is coupled to the horn 200, and various configurations are possible.
  • the housing 342 may be coupled with the horn 200 seated on the seating portion 341 .
  • the housing 342 may have a structure in which an empty space is formed therein so that at least a part of the horn 200 is inserted and fixed.
  • a portion of the horn 200 inserted into the housing 342 may include a booster that reduces or amplifies the amplitude of the vibrator described above.
  • the housing 342 may be detachably provided with the horn 200 so that the replacement of the horn 200 is easy.
  • the housing 342 includes a lower housing (not shown) disposed below the horn 200; and an upper housing (not shown) disposed above the horn 200 .
  • the lower housing and the upper housing may be detachably coupled to each other in various ways, and may be bolt-coupled to each other, for example, by a plurality of fastening bolts.
  • the sensing unit 400 is configured to sense a pressure value that changes according to the elevation and descent of the horn 200, and various configurations are possible.
  • the sensing unit 400 may detect a pressure value that changes according to the elevation and descent of the horn 200 by interfering with the elevation and descent unit 300 for raising and lowering the horn 200 . At this time, the sensing unit 400 can sense the pressure value that changes during the welding process in real time, and can be supported by the fixing unit 600 as shown in FIGS. 1A to 2B.
  • the sensing unit 400 may be provided at any position capable of detecting a pressure value that changes according to the elevation and descent of the horn 200 .
  • the detection unit 400 is the above-described screw unit so that the welding pressure control system of the present invention can more accurately sense the pressure value that changes according to the elevation and descent of the horn 200 while having a simple structure. It is preferable to be provided in the circumferential direction of (320). In this case, the sensing unit 400 may be provided between the upper and lower parts 330 and the fixing part 600 so as to be pressed by the end of the upper and lower parts 330 moving along the screw part 320. there is.
  • the sensing unit 400 may be inserted into the screw unit 320 so that the screw unit 320 can rotate.
  • the sensing unit 400 may be provided in a ring type having a circular annular shape with a hollow inside.
  • the inner diameter of the sensing part 400 is formed to have a larger diameter than the outer diameter of the screw part 320 so that the screw part 320 can rotate.
  • the sensing unit 400 is positioned adjacent to the screw unit 320, but is positioned adjacent to the screw unit 320 at a predetermined distance from the screw unit 320 around the screw unit 320. They may be provided at a distance. In this case, the sensing unit 400 can detect a change in pressure value as at least a partial area is pressurized by the vertical movement unit 330 .
  • the sensing unit 400 may be composed of a pressure sensor, and more specifically, the sensing unit 400 may be a load cell sensor that outputs an applied pressure as an electrical signal.
  • various types of load cell sensors may be used.
  • load cell sensors such as strain gauge load cells, beam load cells, platform load cells, S-beam load cells, canister load cells, and tension/compression load cells may be used as the load cell sensor.
  • the sensing unit 400 may be provided in plurality. At this time, a part of the sensing unit 400 may be provided around the screw part 320 and the rest may be provided on the lower side of the anvil 100 to acquire more various pressure values. These pressure values can be usefully used for CTQ (Critical To Quality) item management.
  • CTQ Cosmetic To Quality
  • the welding pressure control system includes a control unit 500 capable of controlling the welding pressure at which the horn 200 pressurizes an object to be welded based on the pressure value obtained from the sensing unit 400. do.
  • the control of the welding pressure is performed by controlling the elevating unit 300 that moves the horn 200 up and down. can be implemented
  • control unit 500 controls driving of the elevating unit 300 based on the pressure value obtained from the sensing unit 400, and various configurations are possible.
  • control unit 500 controls the horn (200) so that the welding pressure of the horn 200 for the object to be welded is constantly maintained at an appropriate pressure during the welding process based on the pressure value sensed in real time by the sensing unit 400. 200) can feedback control the welding pressure.
  • control unit 500 may control the motor unit 310 that transmits driving force to the elevating and descending unit 300 based on the pressure value acquired from the sensing unit 400 .
  • control unit 500 can control the amount of rotation angle, rotation position, rotation speed and number of rotation of the motor unit 310 .
  • the control unit 500 processes driving information for driving control of the motor unit 310 based on the pressure value sensed by the sensing unit 400. ); and a drive unit 520 receiving driving information from the processing unit 510 and transmitting a driving signal to the motor unit 310 .
  • the processing unit 510 is a component that processes drive information for driving control of the motor unit 310 based on the pressure value sensed by the sensor 400, and various configurations are possible.
  • the processing unit 510 may calculate or output the driving information for driving control of the motor unit 310 to the drive unit 520 .
  • the driving information may be a signal value for raising or lowering the lifting/lowering unit 300 by a difference between a pressure value sensed by the sensor 400 and a preset reference value.
  • the preset reference value may be variously set by the user.
  • the processing unit 510 moves the elevating unit 300 so that the pressure applied to the sensing unit 400 increases. It is possible to calculate and output a signal value for descending, and when the pressure value detected by the sensing unit 400 is greater than a preset reference value, the raising and lowering unit 300 reduces the pressure applied to the sensing unit 400. It is possible to feedback-control the welding pressure by calculating and outputting a signal value for raising and lowering.
  • the processing unit 510 may control the processing of the driving information by including a programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • the processing unit 510 may include a central processing unit (CPU), an input unit (not shown) and an output unit (not shown) that connect signals to external devices, and a memory unit (not shown) that stores data.
  • CPU central processing unit
  • input unit not shown
  • output unit not shown
  • memory unit not shown
  • the drive unit 520 receives drive information from the processing unit 510 and transmits a driving signal to the motor unit 310, and various configurations are possible.
  • the drive unit 520 calculates the rotational angle amount, rotational position, rotational speed and number of rotations of the motor unit 310 based on the driving information received from the processing unit 510, and the motor unit ( 310) may transmit a driving signal (ex. voltage, current) for driving the motor.
  • a driving signal ex. voltage, current
  • the drive unit 520 may have any configuration as long as it can control the motor unit 310 described above.
  • the drive unit 520 may include a servo motor drive.
  • the welding pressure control system may further include a monitoring unit 700 that provides the user with the pressure value detected by the sensing unit 400 .
  • the monitoring unit 700 outputs the pressure value sensed by the sensing unit 400 as an image and provides it to the user, and various configurations are possible.
  • the monitoring unit 700 may receive drive information from the above-described processing unit 510 and output it to the user as an image.
  • the driving information may be a pressure value sensed by the sensor 400 .
  • the monitoring unit 700 may have any configuration as long as it is configured to output the pressure value as an image to the user. Accordingly, the monitoring unit 700 may include a display device capable of outputting the pressure value as image data, and may be implemented with, for example, a computer, laptop, tablet, and the like.
  • the present invention can provide a welding pressure control method capable of controlling the welding pressure using the above-described welding pressure control system.
  • the present invention raises and lowers the horn 200 through a lifting and lowering unit 300 that supports the horn 200 to be lifted and lowered with respect to the object to be welded on the upper side of the anvil 100 to perform the welding.
  • a pressurizing step of pressurizing the object The horn 200 ascends and descends through the sensing unit 400 provided in the circumferential direction of the rotating screw unit 320 connected to the rotating shaft of the motor unit 310 that transmits the driving force to the raising and lowering unit 300.
  • the horn 200 is lifted and lowered through the elevating and descending part 300 that supports the horn 200 to be raised and lowered with respect to the object to be welded on the upper side of the anvil 100, thereby raising and lowering the object to be welded.
  • a step of pressing the press it can be performed in a variety of ways.
  • the elevating unit 300 is a component supporting the horn 200 to be able to move up and down, and a detailed description can be substituted for the contents of the elevating unit 300 described above.
  • the horn 200 passes through the sensing unit 400 provided in the circumferential direction of the screw unit 320 which is connected to the rotating shaft of the motor unit 310 that transmits the driving force to the elevating unit 300 and rotates. ) as a step of sensing a pressure value that is changed according to the elevation and descent, which can be performed in various ways.
  • the sensing unit 400 is coupled to the screw unit 320 and is pressurized by the vertical moving unit 330 moving in the vertical direction when the screw unit 320 rotates, thereby detecting a pressure value. there is.
  • the senor 400 is a component that detects a pressure value that changes according to the elevation and descent of the horn 200, and a detailed description can be replaced with the content of the sensor 400 described above.
  • control step is a step of controlling driving of the elevating and descending unit 300 based on the pressure value obtained from the sensing step, and may be performed in various ways.
  • the driving of the elevating and descending unit 300 may be controlled by controlling the driving of the motor unit 310 including a servo motor.
  • the control step controls the amount of rotational angle, rotational position, rotational speed, and number of rotations of the motor unit 310 based on the pressure value obtained from the sensing unit 400, so that the lifting and lowering unit 300 can control the operation of
  • control step may be performed by the above-described control unit 500, and specific details of the control unit 500 may be replaced with the above-described contents.
  • the present invention may further provide a method for measuring the thickness of an object to be welded by using the above-described welding pressure control system.
  • the present invention sets the position value of the motor that transmits the driving force to the elevating unit 300 that elevates and lowers the horn 200 at the time when the horn 200 contacts the anvil 100 as an initial value.
  • setting step A welding object providing step of providing a welding object on the upper side of the anvil 100; a position change value measuring step of measuring a position change value of the motor at a point in time when the horn 200 contacts the object to be welded; and a thickness calculation step of calculating the thickness of the object to be welded based on the position change value.
  • the setting step is the step of setting the position value of the motor that transmits the driving force to the elevating unit 300 that elevates and lowers the horn 200 to an initial value at the time when the horn 200 contacts the anvil 100.
  • the motor is a component corresponding to the above-described motor unit 310, and the above-described specific information can be replaced with the above-described information about the motor unit 310.
  • the motor may be a servo motor.
  • the horn 200 is brought into contact with the upper surface of the anvil 100 in a state where the object to be welded is not seated on the anvil 100, and the horn 200 contacts the anvil 100.
  • the position value of the motor at the point of time may be set as an initial value.
  • the position value of the motor may be understood as a rotation angle of the motor.
  • the step of providing the object to be welded is a step of providing the object to be welded on the upper side of the anvil 100, and may be performed in various ways.
  • the object to be welded may be provided in various ways, and may be, for example, electrode tabs of a secondary battery in which a plurality of pieces are vertically stacked.
  • the position change value measuring step is a step of measuring the position change value of the motor at the time when the horn 200 contacts the object to be welded, and may be performed in various ways.
  • the horn 200 descends toward the object to be welded and the motor at the time when the horn 200 contacts the object to be welded. It can be performed by measuring the position change value of
  • the motor controlling the vertical position of the upper and lower part 330 As the position value changes a position change value occurs.
  • the position change value of the motor may be understood as a change value of the rotation angle of the motor.
  • the motor may additionally include an encoder to detect the position change value.
  • an encoder various types of encoders may be used.
  • the thickness calculation step is a step of calculating the thickness of the object to be welded based on the position change value, and may be performed in various ways.
  • a thickness value of the object to be welded may be calculated by analyzing a correlation between the position variation value and the height of the upper and lower parts (or the height of the horn). At this time, based on the calculated thickness value, when the welding object is a plurality of stacked electrode tabs, the operator compares the thickness of the stacked electrode tabs with the preset thickness value of the electrode tab to detect defects such as folding of the electrode tabs. may be possible

Abstract

본 발명은 용접 압력 제어 시스템, 이를 이용하는 용접 압력 제어 방법 및 이를 이용하는 용접대상물 두께 측정방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 혼의 승강 및 하강에 따라 감지되는 압력 값을 기반으로 혼의 승강 및 하강을 피드백 제어하여 용접 압력을 제어하는 용접 압력 제어 시스템, 이를 이용하는 용접 압력 제어 방법 및 이를 이용하는 용접대상물 두께 측정방법에 관한 것이다. 본 발명은 용접대상물이 지지되는 엔빌(anvil); 상기 엔빌과 마주보게 구비되어 상기 용접대상물을 가압하는 혼(horn); 상기 혼을 승강 및 하강 가능하게 지지하는 승하강부; 상기 혼의 승강 및 하강에 따라 변화되는 압력 값을 감지하는 감지부; 및 상기 감지부로부터 획득한 압력 값을 기반으로 상기 승하강부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며; 상기 승하강부는, 모터부; 상기 모터부의 회전축으로부터 구동력을 전달받아 회전하는 스크류부; 상기 스크류부와 결합하며 상기 스크류부의 회전 시 상하방향으로 이동하는 상하이동부; 및 상기 상하이동부와 결합하며 상기 혼을 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 감지부는, 상기 스크류부의 둘레 방향에 구비되며 상기 상하이동부의 상하이동에 따라 가압되는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 시스템을 제공한다.

Description

용접 압력 제어 시스템, 이를 이용하는 용접 압력 제어 방법 및 이를 이용하는 용접대상물 두께 측정방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2021년 10월 21일자 한국특허출원 제10-2021-0141422호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 용접 압력 제어 시스템, 이를 이용하는 용접 압력 제어 방법 및 이를 이용하는 용접대상물 두께 측정방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 혼의 승강 및 하강에 따라 감지되는 압력 값을 기반으로 혼의 승강 및 하강을 피드백 제어하여 용접 압력을 제어하는 용접 압력 제어 시스템, 이를 이용하는 용접 압력 제어 방법 및 이를 이용하는 용접대상물 두께 측정방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 특히, 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 갖는 리튬 이차전지에 대해 많은 연구 및 상용화가 이루어 지고 있다.
일반적으로 이차전지는 전극과 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장된 구조로 이루어져 있다. 전극조립체를 구성하는 전극은 외부와의 연결뿐만 아니라, 전극조립체로서 각 전극 들간 전기적 연결을 위하여, 전극의 무지부 중 일부분인 전극 탭들 간 결합과 이 전극 탭들과 전극 리드간 결합이 필요하다.
이때 전극에 전극 탭을 부착하기 위하여 다양한 방법이 사용되고 있으며 예를 들어 초음파 용접(ultrasonic welding) 방법이 있다. 초음파 용접은 컴퓨터의 제어 신호에 따라, 혼에 선택적으로 진동에너지를 인가하여 혼과 대면하는 엔빌 상에 장착된 용접대상물들('전극 탭', '전극 리드' 등)에 혼이 접촉 및 가압한 후 초음파 진동함으로써 마찰열을 형성시키는 원리로 용접을 수행하는 방법이며, 넓은 의미에서 혼과 엔빌 등이 조합된 장치를 초음파 용접 어셈블리라 지칭하기도 한다.
이러한 초음파 용접 어셈블리에서 용접대상물들에 대한 용접 품질을 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나는 혼이 용접대상물에 가하는 압력이다. 즉 용접 중 혼이 용접대상물에 가하는 압력이 적정 압력으로 일정하게 유지되어야 좋은 용접 품질을 가지는 용접대상물을 얻을 수 있게 된다.
이에 종래에는 엔빌의 하측에 압력 센서를 구비하여 혼이 용접대상물을 가압하는 압력을 획득하고자 하는 노력이 있었다. 다만, 엔빌의 하측에 구비된 압력 센서로부터 획득한 압력 값은 초기 용접조건을 세팅하는 참고자료로만 이용될 뿐 이를 기반으로 용접 수행 중 혼이 용접대상물에 가하는 압력을 실질적으로 제어하기는 어려운 문제가 있었다.
이에 용접 중 혼이 용접대상물에 가하는 압력을 제어할 수 있는 용접 압력 제어 시스템에 대한 기술이 요구되는 실정이다.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 혼의 승강 및 하강에 따라 감지되는 압력 값을 기반으로 혼의 승강 및 하강을 제어하여 용접 압력을 피드백 제어하는 용접 압력 제어 시스템, 이를 이용하는 용접 압력 제어 방법 및 이를 이용하는 용접대상물 두께측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 용접대상물이 지지되는 엔빌(anvil); 상기 엔빌과 마주보게 구비되어 상기 용접대상물을 가압하는 혼(horn); 상기 혼을 승강 및 하강 가능하게 지지하는 승하강부; 상기 혼의 승강 및 하강에 따라 변화되는 압력 값을 감지하는 감지부; 및 상기 감지부로부터 획득한 압력 값을 기반으로 상기 승하강부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며; 상기 승하강부는, 모터부; 상기 모터부의 회전축으로부터 구동력을 전달받아 회전하는 스크류부; 상기 스크류부와 결합하며 상기 스크류부의 회전 시 상하방향으로 이동하는 상하이동부; 및 상기 상하이동부와 결합하며 상기 혼을 지지하는 지지부를 포함하고, 상기 감지부는, 상기 스크류부의 둘레 방향에 구비되며 상기 상하이동부의 상하이동에 따라 가압되는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 시스템을 제공한다.
상기 감지부는, 상기 스크류부가 회전 가능하도록 상기 스크류부에 삽입될 수 있다.
상기 감지부는, 내부에 중공이 형성된 원환(圓環) 형상을 가질 수 있다.
상기 감지부는, 상기 스크류부에 인접하게 위치하되 상기 스크류부 둘레에서 소정 거리 이격되어 마련될 수 있다.
상기 모터부는, 서보 모터(servo motor)를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 감지부로부터 획득한 압력 값을 기반으로 상기 모터부의 회전 각도량, 회전 위치, 회전 속도 및 회전 수를 제어할 수 있다.
상기 스크류부는, 볼 스크류(ball screw)일 수 있다.
상기 감지부는, 로드셀 센서(load cell)일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 감지부로부터 감지된 압력 값을 기반으로 상기 모터부의 구동 제어를 위한 구동 정보를 처리하는 처리부; 및 상기 처리부로부터 구동 정보를 입력받아 상기 모터부에 구동 신호를 전송하는 드라이브부를 포함할 수 있다.
상기 처리부는, PLC(Programmable Logic Controller)를 포함할 수 있다.
상기 드라이브부는, 서보 모터 드라이브(servo motor drive)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 용접 압력 제어 시스템은, 상기 감지부로부터 감지된 압력 값을 화상으로 출력하여 사용자에게 제공하는 모니터링부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 엔빌의 상측에 안착된 용접대상물에 대하여 혼을 승강 및 하강 가능하게 지지하는 승하강부를 통해 상기 혼을 승강 및 하강시켜 상기 용접대상물을 가압을 가압하는 가압 단계; 상기 승하강부에 구동력을 전달하는 모터부의 회전축과 연결되어 회전하는 스크류부의 둘레방향에 구비되는 감지부를 통하여 상기 혼의 승강 및 하강에 따라 변화되는 압력 값을 감지하는 감지 단계; 및 상기 감지 단계로부터 획득된 상기 압력 값을 기반으로 상기 승하강부의 구동을 제어하는 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 방법을 제공한다.
상기 감지 단계는, 상기 감지부가 상기 스크류부와 결합하며 상기 스크류부의 회전시 상하방향으로 이동하는 상하이동부에 의하여 가압됨으로써 압력 값을 감지할 수 있다.
상기 제어 단계는, 서보 모터(servo motor)를 포함하는 모터부의 구동을 제어함으로써 상기 승하강부의 구동을 제어할 수 있다.
상기 제어 단계는, 상기 감지부로부터 획득한 압력 값을 기반으로 상기 모터부의 회전 각도량, 회전 위치, 회전 속도 및 회전 수를 제어할 수 있다.
한편, 본 발명은 엔빌에 대하여 혼이 접촉하는 시점에 상기 혼을 승하강시키는 승하강부에 구동력을 전달하는 모터의 위치 값을 초기 값으로 세팅시키는 세팅단계; 상기 엔빌의 상측에 용접대상물을 제공하는 용접대상물 제공 단계; 상기 용접대상물에 대하여 상기 혼이 접촉하는 시점에 상기 모터의 위치 변동 값을 측정하는 위치 변동 값 측정단계; 및 상기 위치 변동 값을 기반으로 상기 용접대상물의 두께를 산출하는 두께 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접대상물 두께 측정방법을 제공한다.
상기 모터는, 서보 모터(servo motor)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 용접 압력 제어 시스템 및 용접 압력 제어 방법은 혼의 승강 및 하강에 따라 변화되는 압력 값을 감지하는 감지부 및 압력값을 기반으로 상기 혼을 승하강 가능하게 지지하는 승하강부의 구동을 제어하는 제어부를 포함함으로써 용접 중 압력 값을 실시간으로 모니터링하며 상기 압력 값에 따라 혼이 용접대상물을 가압하는 압력을 실시간으로 제어하여 용접 효율을 최적화시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 용접대상물 두께 측정방법은 혼을 승하강시키는 승하강부에 구동력을 전달하는 모터의 위치 변동 값을 이용하여 용접대상물의 두께를 측정함으로써 용접대상물의 불량(ex. 전극탭 접힘) 등의 문제를 자동으로 탐지하여 작업성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1a은, 본 발명에 따른 용접 압력 제어 시스템의 실시예 1에서 혼이 승하강하는 모습을 보여주는 용접 압력 제어 시스템의 개념도이다.
도 1b는, 도 1a의 용접 압력 제어 시스템에서 혼이 엔빌을 향하여 하강한 이후의 용접 압력 제어 시스템의 모습을 보여주는 개념도이다.
도 2a은, 본 발명에 따른 용접 압력 제어 시스템의 실시예 2에서 혼이 승하강하는 모습을 보여주는 용접 압력 제어 시스템의 개념도이다.
도 2b는, 도 2a의 용접 압력 제어 시스템에서 혼이 엔빌을 향하여 하강한 이후의 용접 압력 제어 시스템의 모습을 보여주는 개념도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 용접 압력 제어 시스템의 실시예 1 및 실시예 2에 이용되는 제어부를 구체적으로 보여주는 블록도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
용접 압력 제어 시스템
본 발명은, 용접대상물이 지지되는 엔빌(100, anvil); 상기 엔빌(100)과 마주보게 구비되어 상기 용접대상물을 가압하는 혼(200, horn); 상기 혼(200)을 승강 및 하강 가능하게 지지하는 승하강부(300); 상기 혼(200)의 승강 및 하강에 따라 변화되는 압력 값을 감지하는 감지부(400); 및 상기 감지부(400)로부터 획득한 압력 값을 기반으로 상기 승하강부(300)의 구동을 제어하는 제어부(500)를 포함하는 용접 압력 제어 시스템을 제공한다.
여기서 용접대상물(미도시)은 엔빌(100) 및 혼(200)에 의하여 용접되는 구성이라면 어떠한 구성이나 가능하다. 예를 들어 상기 용접대상물은 이차전지의 전극탭일 수 있으며, 이때 상기 전극탭과 연결되는 전극 리드를 더 포함할 수 있다.
상기 엔빌(100)은, 용접대상물이 지지되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들어 엔빌(100)은, 다양한 형상을 가질 수 있다. 이때 상기 엔빌(100)은 상기 용접대상물을 지지할 수 있도록 상면이 평평하게 형성됨이 바람직하다.
그리고 상기 엔빌(100)은, 도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이, 엔빌 프레임(100')에 안착되어 고정될 수 있다. 여기서 엔빌 프레임(100')은 상기 엔빌(100)의 하측에서 상기 엔빌(100)을 지지할 수 있는 구성이라면 어떠한 구성이나 가능하다. 또한 상기 엔빌 프레임(100')은 상기 엔빌(100)이 상하 방향으로 승하강 가능하도록 엑추에이터(actuator) 등을 포함할 수 있다.
한편, 혼(200)은, 상기 엔빌(100)과 마주보게 구비되어 상기 용접대상물을 가압하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
구체적으로 혼(200)은, 엔빌(100)과 마주보는 위치에서 상기 엔빌(100)에 대하여 승하강 가능하게 구비됨으로써 상기 엔빌(100)에 안착된 용접대상물을 가압할 수 있다. 이때 상기 혼(200)은, 상기 용접대상물을 가압한 상태에 초음파 진동을 가함으로써 용접대상물의 용접을 수행할 수 있다.
이를 위하여 상기 혼(200)은, 상기 용접대상물에 초음파 진동을 가할 수 있도록 전기에너지를 기계적 진동에너지로 변환시키는 진동자(미도시), 상기 진동자의 진폭(amplitude)를 감소 또는 증폭시키는 부스터(미도시) 및 용접 대상물에 진동에너지를 전달하여 융착시키는 헤드(미도시)를 포함할 수 있다.
한편, 승하강부(300)는, 상기 혼(200)을 승강 및 하강 가능하게 지지하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
여기서 상기 승하강부(300)는 상기 혼(200)을 승강 및 하강 가능하게 지지할 수 있는 구성이라면 어떠한 구성이나 가능하다. 예를 들어 상기 승하강부(300)는, 상기 혼(200)을 상하방향으로 직선 운동시킬 수 있는 리니어 액추에이터(linear actuator) 등을 포함할 수 있다.
그리고 상기 승하강부(300)는 상기 승하강부(300)의 하측에 구비되는 고정부(600)에 의하여 지지될 수 있다.
보다 구체적으로 상기 승하강부(300)는 모터부(310); 상기 모터부(310)의 회전축으로부터 구동력을 전달받아 회전하는 스크류부(320); 상기 스크류부(320)와 결합하며 상기 스크류부(320)의 회전 시 상하방향으로 이동하는 상하이동부(330); 및 상기 상하이동부(330)와 결합하며 상기 혼(200)을 지지하는 지지부(340)를 포함할 수 있다.
여기서 모터부(310)는, 상기 스크류부(320)를 회전시키기 위한 구동력을 발생시키는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
구체적으로, 상기 모터부(310)는, 고정자(미도시) 및 회전자(미도시)로부터 회전력을 전달받아 회전하는 회전축(미도시)을 포함할 수 있으며, 상기 회전축은 스크류부(320)에 직접 또는 간접 연결되어 상기 스크류부(320)에 구동력을 전달할 수 있다.
이때, 상기 모터부(310)는, 다양한 종류의 모터를 포함할 수 있다. 이때 상기 모터부(310)는 상기 혼(200)의 승강 및 하강을 보다 정확하게 제어할 수 있도록 회전 방향, 회전속도, 회전 가속도 및 회전각 등을 정밀하게 제어할 수 있는 서보 모터(servo motor)를 포함함이 바람직하다.
한편, 스크류부(320)는, 상기 모터부(310)의 회전축으로부터 구동력을 전달받아 회전하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
여기서 상기 스크류부(320)는, 후술하는 상하이동부(330)를 나사결합시켜 스크류부(320)의 회전에 따라 상하이동부(330)를 이동시킬 수 있도록 외주면에 상기 스크류부(320)의 길이 방향에 따라 나사산이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 스크류부(320)는 다양한 종류의 스크류를 포함할 수 있다. 이때 상기 스크류부(320)는, 볼(ball)의 구름 운동을 통해 높은 전동 효율을 얻을 수 있는 볼 스크류(ball screw)를 포함할 수 있다.
한편, 상하이동부(330)는, 상기 스크류부(320)와 결합하며 상기 스크류부(320)의 회전 시 상하방향으로 이동하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
여기서 상기 상하이동부(330)는, 상기 스크류부(320)의 회전에 따라 상기 스크류부(320)의 길이방향으로 왕복 이동할 수 있도록 내주면에 상기 스크류부(320)의 나사산에 대응되는 나사산이 형성될 수 있다. 이에 상기 상하이동부(330)는, 상기 스크류부(320)의 회전에 따라 상하 방향으로 선형 이동할 수 있다.
이때 상기 상하이동부(330)는, 상기 상하이동부(330)의 이동방향을 가이드하는 가이드부(미도시)를 따라 슬라이딩 이동할 수 있다. 상기 가이드부는, 상기 스크류부(320)의 길이방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
한편, 지지부(340)는, 상기 상하이동부(330)와 결합하며 상기 혼(200)을 지지하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들어, 상기 지지부(340)는, 상기 혼(200)과 상기 상하이동부(330) 사이에 구비되며 상기 혼(200)을 지지하는 안착부(341) 및 상기 안착부(341) 상측에 구비되며 상기 혼(200)과 결합하는 하우징(342)을 포함할 수 있다.
여기서 상기 안착부(341)는, 상기 혼(200)과 상기 상하이동부(330) 사이에 구비되며 상기 혼(200)을 지지하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
보다 상세하게 상기 안착부(341)는, 상기 상하이동부(330)와 결합함으로써 상기 상하이동부(330)의 이동에 따라 상하이동부(330)와 함께 이동할 수 있다. 이때 상기 안착부(341)는 혼(200)을 지지하는 구성이므로 상기 안착부(341)에 안착된 혼(200) 역시 상하 이동될 수 있다.
이러한 상기 안착부(341)는 다양한 형상을 가질 수 있으며, 예를 들어 상면에 상기 혼(200)이 안착되는 플레이트(plate) 형상을 가질 수 있다.
한편 하우징(342)은, 상기 안착부(341) 상측에 구비되며 상기 혼(200)과 결합하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
보다 상세하게 상기 하우징(342)은, 상기 안착부(341)에 안착된 혼(200)과 결합할 수 있다. 이때 상기 하우징(342)은 상기 혼(200)의 적어도 일부가 삽입 고정되도록 내부에 빈 공간이 형성되는 구조를 가질 수 있다. 그리고 상기 하우징(342)에 삽입되는 혼(200)의 일부는, 상술한 진동자의 진폭을 감소 또는 증폭시키는 부스터를 포함하는 부분일 수 있다.
이러한 하우징(342)은, 상기 혼(200)의 교체가 용이하도록 상기 혼(200)과 탈착 가능하게 구비될 수 있다. 이를 위하여 상기 하우징(342)은, 상기 혼(200)의 하측에 배치되는 하부 하우징 (미도시); 및 상기 혼(200)의 상측에 배치되는 상부 하우징(미도시)을 포함할 수 있다.
여기서 상기 하부 하우징 및 상기 상부 하우징은 다양한 방법으로 서로 탈착 가능하게 결합될 수 있으며, 예를 들어 복수 개의 체결 볼트에 의하여 서로 볼트 결합 될 수 있다.
한편, 상기 감지부(400)는, 상기 혼(200)의 승강 및 하강에 따라 변화되는 압력 값을 감지하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
구체적으로 상기 감지부(400)는, 상기 혼(200)의 승강 및 하강시키는 승하강부(300)와 간섭함으로써 상기 혼(200)의 승강 및 하강에 따라 변화되는 압력 값을 감지할 수 있다. 이때 상기 감지부(400)는, 용접공정 수행 중 변화되는 압력 값을 실시간으로 감지할 수 있으며, 도 1a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 고정부(600)에 의하여 지지될 수 있다.
이러한, 감지부(400)는, 상기 혼(200)의 승강 및 하강에 따라 변화되는 압력 값을 감지할 수 있는 위치라면 어느 위치에나 마련될 수 있다.
이때, 상기 감지부(400)는, 본 발명의 용접 압력 제어 시스템이 단순한 구조를 가지면서도, 상기 혼(200)의 승강 및 하강에 따라 변화되는 압력 값을 보다 정확하게 감지할 수 있도록 상술한 스크류부(320)의 둘레 방향에 구비됨이 바람직하다. 이 경우 상기 감지부(400)는 상기 스크류부(320)를 따라 이동하는 상하이동부(330)의 단부에 의하여 가압될 수 있도록 상기 상하이동부(330)와 상기 고정부(600) 사이에 마련될 수 있다.
일례로서, 상기 감지부(400)는, 도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 스크류부(320)가 회전 가능하도록 상기 스크류부(320)에 삽입되어 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 감지부(400)는, 내부에 중공이 형성된 원환(圓環) 형상의 링(ring) 타입으로 구비될 수 있다. 이때, 상기 감지부(400)의 내경은, 상기 스크류부(320)가 회전 가능하도록 상기 스크류부(320)의 외경보다 큰 지름을 가지도록 형성됨이 바람직하다.
다른 예로서, 상기 감지부(400)는, 도 2a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 스크류부(320)에 인접하게 위치하되 상기 스크류부(320) 둘레에서 상기 스크류부(320)로부터 소정 거리 이격되어 마련될 수도 있다. 이 경우 상기 감지부(400)는, 적어도 일부 영역이 상기 상하이동부(330)에 의하여 가압됨으로써 압력 값의 변화를 감지할 수 있다.
이러한 감지부(400)는, 압력 센서로 구성될 수 있으며, 보다 상세하게 상기 감지부(400)는 가해지는 압력을 전기신호로 출력하는 로드셀 센서(load cell)일 수 있다. 이때, 상기 로드셀 센서는 다양한 종류가 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 로드셀 센서는, 스트레인 게이지식 로드셀, 빔 로드셀, 플랫폼 로드셀, S-빔 로드셀, 캐니스터 로드셀, 인장 압축 로드셀 등 다양한 종류의 로드셀 센서가 사용될 수 있다.
한편 상기 감지부(400)는, 복수개로 구비될 수도 있다. 이때 상기 감지부(400)는, 보다 다양한 압력 값을 취득하도록 일부가 상기 스크류부(320)의 둘레에 구비되고, 나머지가 상기 엔빌(100)의 하측 등에 구비될 수 있다. 이러한 압력 값들은 CTQ(Critical To Quality) 항목 관리에 유용하게 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 용접 압력 제어 시스템은, 상기 감지부(400)로부터 획득한 압력 값을 기반으로 상기 혼(200)이 용접대상물을 가압하는 용접 압력을 제어할 수 있는 제어부(500)를 포함한다. 여기서 상기 혼(200)이 용접대상물을 가압하는 용접 압력은 혼(200)의 상하 위치에 따라 달라지게 되므로, 상기 용접 압력의 제어는 혼(200)을 상하이동시키는 승하강부(300)를 제어함으로써 구현될 수 있다.
구체적으로 상기 제어부(500)는, 상기 감지부(400)로부터 획득한 압력 값을 기반으로 상기 승하강부(300)의 구동을 제어하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
구체적으로 제어부(500)는, 상기 감지부(400)로부터 실시간으로 감지된 압력 값을 기반으로 용접공정 수행 중 용접대상물에 대한 혼(200)의 용접 압력이 적정 압력으로 일정하게 유지되도록 상기 혼(200)의 용접 압력을 피드백 제어할 수 있다.
이를 위하여 상기 제어부(500)는, 상기 감지부(400)로부터 획득한 압력 값을 기반으로 상기 승하강부(300)에 구동력을 전달하는 모터부(310)를 제어할 수 있다. 구체적으로 상기 제어부(500)는 상기 모터부(310)의 회전 각도량, 회전 위치, 회전 속도 및 회전 수 등을 제어할 수 있다.
이를 위하여 상기 제어부(500)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 감지부(400)로부터 감지된 압력 값을 기반으로 상기 모터부(310)의 구동 제어를 위한 구동 정보를 처리하는 처리부(510); 및 상기 처리부(510)로부터 구동 정보를 입력받아 상기 모터부(310)에 구동 신호를 전송하는 드라이브부(520)를 포함할 수 있다.
여기서 처리부(510)는, 상기 감지부(400)로부터 감지된 압력 값을 기반으로 상기 모터부(310)의 구동 제어를 위한 구동 정보를 처리하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
구체적으로 상기 처리부(510)는, 모터부(310)의 구동 제어를 위한 상기 구동 정보를 산출하거나 드라이브부(520)로 출력할 수 있다.
여기서 구동 정보는, 상기 감지부(400)로부터 감지된 압력 값과 미리 설정된 기준 값의 차이만큼 상기 승하강부(300)를 승강 또는 하강시키는 신호 값일 수 있다. 이때 미리 설정된 기준 값은 사용자에 의하여 다양하게 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 처리부(510)는, 상기 감지부(400)로부터 감지된 압력 값이 미리 설정된 기준 값보다 작은 경우 상기 감지부(400)에 가하는 압력 값이 커지도록 상기 승하강부(300)를 하강시키는 신호 값을 산출 및 출력할 수 있으며, 상기 감지부(400)로부터 감지된 압력 값이 미리 설정된 기준 값 보다 큰 경우 상기 감지부(400)에 가하는 압력 값이 작아지도록 상기 승하강부(300)를 승강시키는 신호 값을 산출 및 출력함으로써 상기 용접 압력을 피드백 제어할 수 있다.
이를 위하여 상기 처리부(510)는, PLC(Programmable Logic Controller)를 포함함으로써 상기 구동 정보의 처리를 제어할 수 있다. 이 경우, 처리부(510)는 중앙처리장치(CPU), 외부 기기와 신호를 연결시켜주는 입력부(미도시) 및 출력부(미도시), 데이터를 저장하는 메모리부(미도시) 등을 포함할 수 있다.
한편, 드라이브부(520)는, 상기 처리부(510)로부터 구동 정보를 입력받아 상기 모터부(310)에 구동 신호를 전송하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
구체적으로 상기 드라이브부(520)는, 처리부(510)로부터 입력받은 상기 구동 정보를 기반으로 상기 모터부(310)의 회전 각도량, 회전 위치, 회전 속도 및 회전 수 등을 산출하여 상기 모터부(310)에 모터 구동을 위한 구동 신호(ex. 전압, 전류)를 전송할 수 있다.
이러한, 상기 드라이브부(520)는, 상술한 모터부(310)를 제어할 수 있는 구성이라면 어떠한 구성이나 가능하다. 예를 들어, 상술한 모터부(310)가 서보 모터(servo motor)로 구성되는 경우, 상기 드라이브부(520)는 서보 모터 드라이브(servo motor drive)를 포함할 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명에 따른 용접 압력 제어 시스템은, 상기 감지부(400)로부터 감지된 압력 값을 사용자에게 제공하는 모니터링부(700)를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 모니터링부(700)는, 상기 감지부(400)로부터 감지된 압력 값을 화상으로 출력하여 사용자에게 제공하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
예를 들어 상기 모니터링부(700)는, 전술한 처리부(510)로부터 구동 정보를 전달받아 사용자에게 화상으로 출력할 수 있다. 이때 상기 구동 정보는 상기 감지부(400)로부터 감지된 압력 값일 수 있다.
여기서 상기 모니터링부(700)는 사용자에게 상기 압력 값을 화상으로 출력할 수 있는 구성이라면 어떠한 구성이나 가능하다. 이에 상기 모니터링부(700)는, 상기 압력 값이 영상데이터로 출력될 수 있는 디스플레이(display) 장치를 포함할 수 있으며, 예를 들어 컴퓨터, 노트북, 태블릿 등으로 구현될 수 있다.
용접 압력 제어 방법
한편, 본 발명은, 상술한 용접 압력 제어 시스템을 이용하여 용접 압력을 제어할 수 있는 용접 압력 제어 방법을 제공할 수 있다.
구체적으로 본 발명은, 엔빌(100)의 상측에 안착된 용접대상물에 대하여 혼(200)을 승강 및 하강 가능하게 지지하는 승하강부(300)를 통해 상기 혼(200)을 승강 및 하강시켜 상기 용접대상물을 가압을 가압하는 가압 단계; 상기 승하강부(300)에 구동력을 전달하는 모터부(310)의 회전축과 연결되어 회전하는 스크류부(320)의 둘레방향에 구비되는 감지부(400)를 통하여 상기 혼(200)의 승강 및 하강에 따라 변화되는 압력 값을 감지하는 감지 단계; 및 상기 감지 단계로부터 획득된 상기 압력 값을 기반으로 상기 승하강부(300)의 구동을 제어하는 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 방법을 제공한다.
여기서 가압 단계는, 엔빌(100)의 상측에 안착된 용접대상물에 대하여 혼(200)을 승강 및 하강 가능하게 지지하는 승하강부(300)를 통해 상기 혼(200)을 승강 및 하강시켜 상기 용접대상물을 가압을 가압하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
여기서 승하강부(300)는 상기 혼(200)을 승강 및 하강 가능하게 지지하는 구성으로서, 구체적인 설명은 전술한 승하강부(300)에 대한 내용으로 갈음할 수 있다.
여기서 감지 단계는, 상기 승하강부(300)에 구동력을 전달하는 모터부(310)의 회전축과 연결되어 회전하는 스크류부(320)의 둘레방향에 구비되는 감지부(400)를 통하여 상기 혼(200)의 승강 및 하강에 따라 변화되는 압력 값을 감지하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
상기 감지단계는, 상기 감지부(400)가 상기 스크류부(320)와 결합하며 상기 스크류부(320)의 회전시 상하방향으로 이동하는 상하이동부(330)에 의하여 가압됨으로써 압력 값을 감지할 수 있다.
여기서 감지부(400)는, 상기 혼(200)의 승강 및 하강에 따라 변화되는 압력 값을 감지하는 구성으로서, 구체적인 설명은 전술한 감지부(400)에 대한 내용으로 갈음할 수 있다.
여기서 제어 단계는, 상기 감지 단계로부터 획득된 상기 압력 값을 기반으로 상기 승하강부(300)의 구동을 제어하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
상기 제어 단계는, 서보 모터(servo motor)를 포함하는 모터부(310)의 구동을 제어함으로써 상기 승하강부(300)의 구동을 제어할 수 있다. 보다 상세하게 상기 제어 단계는, 상기 감지부(400)로부터 획득한 압력 값을 기반으로 상기 모터부(310)의 회전 각도량, 회전 위치, 회전 속도 및 회전 수를 제어함으로써 상기 승하강부(300)의 구동을 제어할 수 있다.
여기서 제어 단계는, 상술한 제어부(500)에 의하여 수행될 수 있으며, 상기 제어부(500)에 대한 구체적인 내용은 전술한 내용으로 갈음할 수 있다.
용접대상물 두께 측정방법
한편, 본 발명은, 상술한 용접 압력 제어 시스템을 이용하여 용접대상물의 두께를 측정할 수 있는 용접대상물 두께 측정방법을 더 제공할 수 있다.
보다 상세하게 본 발명은, 엔빌(100)에 대하여 혼(200)이 접촉하는 시점에 상기 혼(200)을 승하강시키는 승하강부(300)에 구동력을 전달하는 모터의 위치 값을 초기 값으로 세팅시키는 세팅단계; 상기 엔빌(100)의 상측에 용접대상물을 제공하는 용접대상물 제공 단계; 상기 용접대상물에 대하여 상기 혼(200)이 접촉하는 시점에 상기 모터의 위치 변동 값을 측정하는 위치 변동 값 측정단계; 및 상기 위치 변동 값을 기반으로 상기 용접대상물의 두께를 산출하는 두께 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접대상물 두께 측정방법을 제공할 수 있다.
먼저 세팅단계는, 엔빌(100)에 대하여 혼(200)이 접촉하는 시점에 상기 혼(200)을 승하강시키는 승하강부(300)에 구동력을 전달하는 모터의 위치 값을 초기 값으로 세팅시키는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 이때 모터는 전술한 모터부(310)에 대응되는 구성으로서, 전술한 구체적인 내용은 전술한 모터부(310)에 대한 내용으로 갈음할 수 있다. 이때 상기 모터는 서보 모터(servo motor)일 수 있다.
구체적으로 상기 세팅단계는 상기 엔빌(100)에 용접대상물이 안착되지 않은 상태에서 상기 혼(200)을 상기 엔빌(100)의 상면에 접촉시키며, 상기 혼(200)이 상기 엔빌(100)에 접촉하는 시점의 상기 모터의 위치 값을 초기 값으로 세팅시킬 수 있다. 여기서 상기 모터의 위치 값은 상기 모터의 회전 각으로 이해될 수도 있다.
한편 용접대상물 제공 단계는, 상기 엔빌(100)의 상측에 용접대상물을 제공하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 여기서 용접대상물은 다양하게 제공될 수 있으며, 예를 들어 복수 개가 상하방향으로 적층된 이차전지의 전극 탭들일 수 있다.
그리고 상기 위치 변동 값 측정 단계는, 상기 용접대상물에 대하여 상기 혼(200)이 접촉하는 시점에 상기 모터의 위치 변동 값을 측정하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
구체적으로 상기 위치 변동 값 측정 단계는, 상기 용접대상물이 상기 엔빌(100)에 안착된 후, 상기 혼(200)이 용접대상물을 향하여 하강하여 상기 혼(200)이 용접대상물과 접촉하는 시점의 모터의 위치 변동 값을 측정함으로써 수행될 수 있다.
즉 상기 위치 변동 값 측정 단계에서의 혼(200)을 지지하는 상하이동부(330)의 높이는 세팅단계에서보다 용접대상물의 두께만큼 덜 하강하게 되므로 상기 상하이동부(330)의 상하 위치를 제어하는 모터의 위치 값이 변동 되어 위치 변동 값이 발생하게 된다. 여기서 모터의 위치 변동 값은 모터의 회전 각의 변동 값으로 이해될 수도 있다.
이때 상기 모터에는 위치 변동 값을 검출하기 위하여 엔코더(Encoder)가 추가로 구비될 수 있음은 물론이다. 상기 엔코더는 다양한 종류의 엔코더가 사용될 수 있다.
한편, 두께 산출단계는, 상기 위치 변동 값을 기반으로 상기 용접대상물의 두께를 산출하는 단계로서 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
예를 들어 두께 산출단계는, 상기 위치 변동 값과 상하이동부의 높이(또는 혼의 높이)의 상관관계를 분석하여 용접대상물의 두께 값을 산출할 수 있다. 이때 작업자는 산출된 두께 값을 기반으로 상기 용접대상물이 복수 개로 적층된 전극탭인 경우, 적층된 전극탭의 두께와 미리 설정된 전극탭의 두께 값을 비교함으로써 전극 탭 접힘과 같은 불량 요인에 대한 탐지가 가능할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
[부호의 설명]
100: 엔빌
100': 엔빌 프레임
200: 혼
300: 승하강부
310: 모터부
320: 스크류부
330: 상하이동부
340: 지지부
341: 안착부
342: 하우징
400: 감지부
500: 제어부
510: 처리부
520: 드라이브부
600: 고정부
700: 모니터링부

Claims (18)

  1. 용접대상물이 지지되는 엔빌(anvil);
    상기 엔빌과 마주보게 구비되어 상기 용접대상물을 가압하는 혼(horn);
    상기 혼을 승강 및 하강 가능하게 지지하는 승하강부;
    상기 혼의 승강 및 하강에 따라 변화되는 압력 값을 감지하는 감지부; 및
    상기 감지부로부터 획득한 압력 값을 기반으로 상기 승하강부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며;
    상기 승하강부는,
    모터부;
    상기 모터부의 회전축으로부터 구동력을 전달받아 회전하는 스크류부;
    상기 스크류부와 결합하며 상기 스크류부의 회전 시 상하방향으로 이동하는 상하이동부; 및
    상기 상하이동부와 결합하며 상기 혼을 지지하는 지지부를 포함하고,
    상기 감지부는, 상기 스크류부의 둘레 방향에 구비되며 상기 상하이동부의 상하이동에 따라 가압되는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 감지부는, 상기 스크류부가 회전 가능하도록 상기 스크류부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 감지부는, 내부에 중공이 형성된 원환(圓環) 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 감지부는, 상기 스크류부에 인접하게 위치하되 상기 스크류부 둘레에서 소정 거리 이격되어 마련되는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터부는, 서보 모터(servo motor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 감지부로부터 획득한 압력 값을 기반으로 상기 모터부의 회전 각도량, 회전 위치, 회전 속도 및 회전 수를 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 스크류부는, 볼 스크류(ball screw)인 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 감지부는, 로드셀 센서(load cell)인 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 감지부로부터 감지된 압력 값을 기반으로 상기 모터부의 구동 제어를 위한 구동 정보를 처리하는 처리부; 및
    상기 처리부로부터 구동 정보를 입력받아 상기 모터부에 구동 신호를 전송하는 드라이브부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 시스템
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 처리부는, PLC(Programmable Logic Controller)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 드라이브부는, 서보 모터 드라이브(servo motor drive)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 감지부로부터 감지된 압력 값을 화상으로 출력하여 사용자에게 제공하는 모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 시스템.
  13. 엔빌의 상측에 안착된 용접대상물에 대하여 혼을 승강 및 하강 가능하게 지지하는 승하강부를 통해 상기 혼을 승강 및 하강시켜 상기 용접대상물을 가압을 가압하는 가압 단계;
    상기 승하강부에 구동력을 전달하는 모터부의 회전축과 연결되어 회전하는 스크류부의 둘레방향에 구비되는 감지부를 통하여 상기 혼의 승강 및 하강에 따라 변화되는 압력 값을 감지하는 감지 단계; 및
    상기 감지 단계로부터 획득된 상기 압력 값을 기반으로 상기 승하강부의 구동을 제어하는 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 감지 단계는,
    상기 감지부가 상기 스크류부와 결합하며 상기 스크류부의 회전시 상하방향으로 이동하는 상하이동부에 의하여 가압됨으로써 압력 값을 감지하는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제어 단계는, 서보 모터(servo motor)를 포함하는 모터부의 구동을 제어함으로써 상기 승하강부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 제어 단계는, 상기 감지부로부터 획득한 압력 값을 기반으로 상기 모터부의 회전 각도량, 회전 위치, 회전 속도 및 회전 수를 제어하는 것을 특징으로 하는 용접 압력 제어 방법.
  17. 엔빌에 대하여 혼이 접촉하는 시점에 상기 혼을 승하강시키는 승하강부에 구동력을 전달하는 모터의 위치 값을 초기 값으로 세팅시키는 세팅단계;
    상기 엔빌의 상측에 용접대상물을 제공하는 용접대상물 제공 단계;
    상기 용접대상물에 대하여 상기 혼이 접촉하는 시점에 상기 모터의 위치 변동 값을 측정하는 위치 변동 값 측정단계; 및
    상기 위치 변동 값을 기반으로 상기 용접대상물의 두께를 산출하는 두께 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접대상물 두께 측정방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 모터는, 서보 모터(servo motor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접대상물 두께 측정방법.
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