WO2023224222A1 - 광간섭 단층촬영 기반 이차전지 정렬상태 검사 방법 및 시스템 - Google Patents

광간섭 단층촬영 기반 이차전지 정렬상태 검사 방법 및 시스템 Download PDF

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WO2023224222A1
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secondary battery
oct
light
edge
alignment
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PCT/KR2023/002695
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정중호
오현호
장광훈
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주식회사 필로포스
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Definitions

  • the present invention discloses an optical coherence tomography (OCT) device and relates to a method and system for inspecting the alignment of electrode plates of a secondary battery using the same.
  • OCT optical coherence tomography
  • lithium secondary batteries which have high energy density, low self-discharge rate, and guaranteed long lifespan, have been commercialized and are widely distributed.
  • Secondary batteries are manufactured in cell units, in which an assembly of positive and negative plates cut to a certain size through a notching process and a separator separating them is immersed in an electrolyte solution.
  • One is a stacking process method in which multiple positive and negative plates are sequentially stacked with a separator in between.
  • the stacking method takes a relatively long manufacturing time, but has high energy density, making it possible to secure a large amount of electrical capacity.
  • the other method is to place the positive and negative plates on a long sheet-shaped separator and wind it to assemble it into a jelly-roll shape.
  • the winding method is an early and common method and has the advantage of high productivity, but has disadvantages such as low energy density and the occurrence of jelly-roll distortion due to charging and discharging.
  • each electrode plate In order to prevent short circuits in cells assembled through the stacking method, the positions of each electrode plate must be stacked so that they are not misaligned with each other. It is desirable for the alignment between electrodes to have an error range of micrometers, and if a defect occurs, the performance of the secondary battery is reduced and there is a high possibility of causing safety accidents such as explosion or fire due to short circuit.
  • a process of detecting the alignment state of the electrodes is essential. Since it is carried out after the electrodes are stacked and the assembly is completed, non-destructive testing is performed using X-rays rather than visible light.
  • a 3D CT method was adopted that performs segmented imaging of secondary batteries, reconstructs them in 3D, detects tomography images in specific areas, and determines the alignment status.
  • this test takes a long time, so although an accurate judgment can be made only when all secondary batteries are tested, in reality, the test is only carried out on a sampled portion.
  • the unit price is high, so there is a problem that a huge amount of money is required to implement an inspection system.
  • the present invention was designed to solve the problems of the conventional do.
  • a secondary battery alignment inspection method performed by an OCT device includes (a) radiating light from the OCT device toward at least one of both sides of the secondary battery and reflecting it from the secondary battery. collecting the light; (b) identifying edges of electrode plates included in the secondary battery from the OCT image obtained based on the collected light; and (c) determining the alignment state between the electrode plates by comparing the positions of each edge.
  • step (a) includes irradiating the light of the OCT device so that the direction in which the light of the OCT device is irradiated and the surface on which the electrode plate in the secondary battery is disposed are parallel. do.
  • step (a) when the secondary battery is square, light from the OCT device is irradiated only to both front and back corners of the secondary battery.
  • step (a) the OCT devices are disposed on both sides of the secondary battery in opposite directions, the secondary battery is transported on a conveyor belt, and the secondary battery is When a position corresponding to the OCT device is reached, the OCT device operates.
  • step (c) is based on the order of edges that appear or disappear sequentially in the OCT image as the secondary battery is transported by the conveyor belt when the secondary battery is square. The alignment state between the electrode plates with respect to the transport direction of the secondary battery is determined.
  • step (c) when the secondary battery is square, the secondary battery is divided based on the distance value between the edge of each electrode plate located at each corner of the secondary battery and the OCT device. The alignment state with respect to the vertical direction of the transfer direction of the battery is determined.
  • step (b) includes calculating the distance value between the reference surface on which light is irradiated and each edge displayed on the OCT image to specify the position of each edge,
  • the position of the reference plane is predetermined depending on the installation state of the OCT device.
  • step (b) includes specifying the actual position of each edge by performing a preset correction operation on each distance value to calculate the actual distance value,
  • the preset correction calculation is performed by considering at least one of the thickness of the separator and the refractive index of the separator.
  • step (b) the correction calculation is performed when the light from the OCT device is irradiated and passes through the separator in the process of reaching the edge of the electrode plate.
  • the secondary battery alignment inspection method is, before step (a), a preset resin is applied to the separator surrounding the edges of the electrode plates in order to minimize scattering of light by the separator. ) is applied.
  • the resin is used in a coating or adhesion process for the electrode plate and separator before step (a).
  • step (c) if the difference in position between the edges is outside a preset tolerance range, it is determined that the alignment is defective.
  • step (c) includes acquiring a 3D OCT image showing the distribution pattern of each edge in the secondary battery and determining the alignment state based on the 3D OCT image; Including, the 3D OCT image is a combination of 2D OCT images obtained for each edge of the secondary battery.
  • a secondary battery alignment inspection system using an OCT device includes a conveyor belt for transporting secondary batteries; And an OCT device disposed on both sides of the conveyor belt in opposite directions to inspect the secondary battery alignment status, wherein the OCT device is directed toward at least one of the two sides of the secondary battery. After irradiating light, the light reflected from the secondary battery is collected, the OCT device determines the edges of the electrode plates included in the secondary battery from the OCT image obtained based on the collected light, and the OCT device determines the edges of each electrode plate. The alignment state between the electrode plates is determined by comparing the positions of the edges.
  • the present invention discloses a method of utilizing an OCT device to solve the problems of the conventional X-ray or CT method in the process of inspecting defects inside a secondary battery cell.
  • inspection can be performed while the secondary battery is being transported during the manufacturing process.
  • alignment inspection can be performed automatically by simply placing an OCT device near the conveyor that transports secondary batteries that have completed the assembly process to the next step.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a secondary battery alignment inspection system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a conceptual diagram for explaining a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a block diagram for explaining the structure of an OCT device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a flowchart of a secondary battery alignment inspection method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is an exemplary diagram for explaining an OCT image according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a conceptual diagram illustrating a method for specifying the actual position of an electrode plate edge according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is an exemplary diagram of a 3D OCT image according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is an exemplary OCT image of a secondary battery in which resin is applied to the edge of the electrode plate according to an embodiment of the present invention.
  • 'part' includes a unit realized by hardware, a unit realized by software, and a unit realized using both. Additionally, one unit may be realized using two or more pieces of hardware, and two or more units may be realized using one piece of hardware.
  • ' ⁇ part' is not limited to software or hardware, and ' ⁇ part' may be configured to reside in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors. Therefore, as an example, ' ⁇ part' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, and procedures. , subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables.
  • components and 'parts' may be combined into a smaller number of components and 'parts' or may be further separated into additional components and 'parts'. Additionally, components and 'parts' may be implemented to regenerate one or more CPUs within a device or a secure multimedia card.
  • edge is defined as a general term for the part that forms the edge of an object, including vertices, corners, etc. More specifically, “edge” is determined by the shape in which the secondary battery is manufactured depending on the type of secondary battery, and can be defined as a term referring to the part that forms the edge of the electrode plate after manufacturing the cell. You can.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a secondary battery alignment inspection system according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery alignment inspection system 1 may include an OCT device 100 and a conveyor belt 200.
  • the conveyor belt 200 is a device that supports and transports the secondary battery 10 from the bottom, and is preferably included as one component in the manufacturing process of the secondary battery 10.
  • the conveyor belt 200 transports the secondary batteries 10 on which each process has been completed in the order of electrode process, assembly process, formation process, and other additional processes. It can refer to the overall frame of the production line.
  • the conveyor belt 200 may refer to a device that transports secondary batteries 10 containing monocells laminated by jelly-roll or stacking to the next process in the entire production line. You can. That is, it may be at least one conveyor belt among conveyor belts constructed after a winding process or a stacking process.
  • the conveyor belt 200 is illustrated as a device for transporting the secondary battery 10, but a person skilled in the art will easily understand that it can be easily modified into other types of transport devices, including chain-type conveyors. You will find out.
  • the “conveyor belt” disclosed in the present invention should be interpreted as encompassing any transport device used in the production field of secondary batteries.
  • the secondary battery 10 may be included in the scope of the present invention as long as it is in a state in which an alignment test can be performed. In other words, it is sufficient as long as a plurality of electrode plates are arranged with a separator in between, and whether manufacturing is completed is not a problem.
  • the present invention includes both secondary batteries assembled through a winding process and a stacking process as inspection objects.
  • the present invention includes cylindrical, prismatic, and pouch-shaped secondary batteries as inspection objects.
  • Figure 2 is a conceptual diagram for explaining a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows a "Z-stack" method in which a plurality of electrode plates 11 consisting of a plurality of positive electrode plates 11a and a negative electrode plate 11b are stacked in a zigzag manner with a separator 12 in between to form a cell 10. It is shown. This does not require cutting the separator 12 and has the advantage of high stability in that the separator 120 completely surrounds and separates the positive electrode plate 11a and the negative electrode plate 11b. Recently, productivity has also improved due to the development of equipment and process technology, and as a result, it has been adopted as a mainstream assembly method in the industry.
  • the elongated separator 12 is folded and stacked in a zigzag manner, and the electrode plate 11 is inserted between them. Therefore, on one side where the electrode plate 11 is placed, In contrast, the edge of the positive electrode plate 11a or the negative electrode plate 11b is surrounded by the separator 12.
  • the cross section of the secondary battery 10 shown in FIG. 2 an example can be seen in which the negative electrode plate 11b is open and the positive electrode plate 11a is surrounded by the separator 12 on the right side. In this case, a situation may be created where the light from the OCT device 100 is scattered to some extent by the separator 12 before reaching the edge of the electrode plate 11.
  • the secondary battery 10 may be assembled in a way that, unlike the Z-stack method, the separator is not wrapped around the electrode plate and the edges are open.
  • a representative example is stack-and-folding, which is a method of combining anodes, cathodes, and separators cut to a certain size to make Bi-cells, aligning them through a lamination process, and then folding the separators to stack Bi-cells. & folding). In this case, no correction to the separator is required to specify the position of the edge of the electrode plate.
  • the OCT (Optical Coherence Tomography) device 100 irradiates light toward the secondary battery 10 and then performs an alignment test on the secondary battery 10 based on the reflected light.
  • Figure 3 is a block diagram for explaining the structure of an OCT device according to an embodiment of the present invention.
  • the OCT device 100 may include a light source unit 110, an optical unit 120, and a control unit 130.
  • the light source unit 110 includes a light source that generates light radiating toward the secondary battery 10.
  • the light source may output light of a preset wavelength or light whose wavelength varies with time under the control of the control unit 130, and light capable of multicolor dispersion, such as white light, may be preferable. Since the light irradiated by the light source unit 110 reaches the secondary battery through the optical unit 120, the light source unit 110 can be installed in the OCT device 100 at a preset angle with the optical unit 120. there is.
  • the optical unit 120 may include an optical splitter configured in an area within the path irradiated from the light source unit 110 to the secondary battery 10, and the optical splitter may be a type of beam splitter. You can.
  • the light splitter may split light generated from a light source into at least two paths.
  • rotatable mirrors are included so that each divided light can be evenly irradiated to the secondary battery 10
  • convex lenses are included to direct each light to a single point (preferably The irradiated depth can be supplemented by focusing on the edge of the electrode plate.
  • Each light divided in this way passes through different optical path systems according to a preset reflection angle, and its travel path and length vary, and the same applies to the process of returning the scattered light after passing through the secondary battery 10.
  • These are combined in the detection unit (not shown) within the optical unit 120 to cause interference, and the resulting interference signal is transmitted to the control unit 130.
  • the control unit 130 may be connected to or include components related to driving control and data analysis of the OCT device 100, such as a CPU, power supply circuit, calculation circuit, database, etc.
  • control unit 130 may include an OCT image acquisition unit 131 and an OCT image analysis unit 132.
  • the OCT image acquisition unit 131 converts the detected optical interference signal into an electrical signal and acquires an OCT image through this. That is, the OCT image acquisition unit 131 is based on the spectrum of each light obtained from the optical unit 120, the edge of the electrode plate 11 and the separator 12 disposed along one side of the secondary battery 10. OCT images, which are optical coherence tomography images, can be obtained.
  • the OCT image acquisition unit 131 may acquire a two-dimensional OCT image of one of the edges forming one side of the secondary battery 10. Additionally, by collecting the 2D OCT images, a 3D OCT image 70 showing the distribution pattern of each edge within the secondary battery 10 can be obtained. An example of a 3D OCT image 70 is shown in FIG. 7.
  • the OCT image analysis unit 132 can detect the internal state and defects of the secondary battery 10 by analyzing the OCT image acquired by the OCT image acquisition unit 131.
  • the alignment state between the electrode plates 11 can be determined by identifying the edges of the electrode plates 11 displayed on the OCT image and comparing their positions.
  • the alignment accuracy of the secondary battery 10 can be visually evaluated by comparing the relative positions of each edge through the 3D OCT image 70.
  • control unit 130 may refer to an MCU (micro controller unit) installed inside the main body of the OCT device 100, and may be included in a control device connected to the main body and configured outside the main body.
  • MCU micro controller unit
  • the OCT device 100 is installed on one side of the conveyor belt 200 and inspects the alignment of the secondary battery 10 passing through the OCT device 100 by the conveyor belt 200. Perform.
  • the OCT device 100 irradiates light in a direction perpendicular to the transfer direction of the secondary battery 10 from the installed location so that the direction in which the light of the OCT device is irradiated and the surface on which the electrode plate in the secondary battery 10 is placed are parallel. You can.
  • the alignment state of the front surface of the secondary battery 10 can be determined according to the order in which each stacked electrode plate is exposed to the light of the OCT device. Afterwards, the alignment state with respect to the side is determined based on the path of light reflected through the Y-axis direction. Additionally, the alignment state with respect to the rear surface can be determined according to the order in which the electrode plates completely pass through the OCT device 100 and the reflection of light disappears.
  • the OCT device 100 may be disposed on both sides of the secondary battery 10 in opposite directions. That is, at least two OCT devices 100 may be arranged on both sides of the conveyor belt 200 with their respective light sources facing each other. In this case, when one OCT device 100 performs an alignment test on one side of the secondary battery 10, the opposite OCT device 100 simultaneously performs an alignment test on the opposite side, thereby covering the entire secondary battery. Alignment inspection can be carried out quickly.
  • the same effect as that configured on both sides can be achieved even if it is placed on one side of the conveyor.
  • the electrode plate 11 configured on the opposite side is installed on only one side of the conveyor belt 200. Their edges can also be identified.
  • the system 1 may control the OCT device 100 to operate when the secondary battery 10 reaches a position corresponding to the OCT device 100.
  • the system 1 may maintain the OCT device 100 in an idle state and operate the OCT device 100 when one end of the secondary battery 10 reaches the front of the OCT device 100. Additionally, the moment the other end of the secondary battery 10 passes through the OCT device 100, the OCT device 100 can be controlled back to the idle state. In this way, since the power used for alignment inspection is saved, an economic effect is created by reducing the capital and energy required to operate the system.
  • the alignment state between the electrode plates 11 can be accurately determined even if only the positions of the four vertices of the electrode plates 11 are identified.
  • the system 1 can control the OCT device 100 to irradiate light only to both front and back corners of the secondary battery 10. For example, the OCT device 100 first irradiates light to both edges connecting the front and the side, switches to a dormant state, and then secondarily irradiates light to both edges connecting the back and the side. You can. In this way, the power used for alignment inspection is minimized, so the economic effect can be maximized.
  • alignment inspection by the system 1 disclosed by the present invention does not require a separate inspection space and can be performed compactly. It has the advantage of contributing to improving the productivity of secondary batteries.
  • Figure 4 is a flowchart of a secondary battery alignment inspection method according to an embodiment of the present invention.
  • step S410 the OCT device 100 irradiates the light of the OCT device 100 toward at least one of both sides of the secondary battery 10 and collects the light reflected from the secondary battery 10. That is, the light generated from the light source unit 110 passes through the specific facing side of the secondary battery 10 and passes through the interior, and the reflected or scattered light is collected through the optical unit 120 and then the interference phenomenon occurs. It goes on.
  • the light generated from the light source unit 110 may be separated into a secondary battery optical path system and a reference optical path system through an optical separator and then scanned.
  • the secondary battery light path system light incident on the secondary battery 10 and reflected or scattered is returned, and in the case of the reference light path system, light coming out of the optical separator at a different angle is reflected by the mirror and returned.
  • Each returning light is combined to cause interference, and the resulting interference signal is transmitted to the OCT image acquisition unit 131.
  • the OCT device 100 may irradiate light parallel to the surface on which the electrode plate 11 in the secondary battery 10 is disposed.
  • the secondary battery 10 is arranged by repeatedly stacking a positive electrode plate 11a and a negative electrode plate 11b, and the edges of the secondary battery 10 are composed of the edges of these plates.
  • Light is irradiated in the -Y direction toward the side.
  • the irradiated light is reflected in the +Y direction at each edge of the electrode plate 11 and returns to the OCT device 100.
  • the irradiated light is reflected or scattered by the edges of each electrode plate 11. That is, in the assembly process of the secondary battery 10, the path of light corresponding to each edge changes depending on the state in which the electrode plates 11 are aligned, and the interference signal is also generated separately and transmitted to the OCT image acquisition unit 131. It will be delivered.
  • the OCT device 100 can irradiate light only to both front and back corners of the secondary battery 10, and this is especially effective when the secondary battery 10 is square.
  • the OCT device 100 is installed on both sides of the conveyor belt 200 as shown in Figure 1, light is irradiated only twice, firstly at the front edge of the secondary battery 10 and secondarily at the back edge. If you do this, it is possible to judge the alignment status of the front, rear, left and right.
  • step S420 the OCT device 100 may acquire an OCT image based on the light collected in step S410.
  • the OCT image acquisition unit 131 extracts the spectrum for each light collected according to the received interference signal. Afterwards, the extracted spectrum is expanded and concentrated on a line-shaped detector array such as a line scan camera, thereby converting optical signals for each wavelength into electrical signals.
  • the OCT image acquisition unit 131 may acquire an OCT image of the secondary battery 10 based on pixels set in proportion to the wavelength component of the collected light and the voltage value of the electrical signal calculated according to a preset calculation equation.
  • each electrode plate 11 constituting one side of the secondary battery 10 may be displayed with different contrast from other areas. Additionally, based on the assembly method of the secondary battery, a separator 12 disposed between each electrode plate 11 may be additionally displayed.
  • the OCT image may include an area where the edges of the anode plate 11a are brightly displayed in the form of dots and an area where the edges of the cathode plate 11b are brightly displayed in the form of dots, and these areas are separately divided according to the assembly method and displayed on the OCT. It can be displayed on video. Additionally, depending on the arrangement of the separator 12, a brightly displayed area in the form of a line or dot representing the separator 12 may be additionally included. That is, in the OCT image, the area corresponding to the edge of the electrode plate 11 and the separator 12 may have higher brightness than other areas.
  • FIG. 5 an example of an OCT image 50 of one side of a secondary battery 10 assembled in a Z-stack is shown.
  • the secondary battery 10 shown in FIG. 5 has a positive electrode plate 11a wrapped with a separator 12 and an open negative electrode plate 11b forming the right side.
  • the OCT image 50 shown in FIG. 5 is a tomographic image obtained after irradiating light toward the right side.
  • the edge of the cathode plate 11b is open, so the irradiated light is directly reflected from the edge without passing through the separator 12. Accordingly, the edges 51b of each cathode plate are displayed in the form of dots in the right area closest to the OCT device 100. Conversely, since the edge of the anode plate 11a is confined by the separator 12, the irradiated light is reflected at the edge after passing through the separator 12. Accordingly, the edges 51a of each positive plate are displayed in the form of dots in the left area relatively far from the OCT device 100.
  • the separator 52 it actually surrounds the anode plate 11a in a pyramid shape, but due to the nature of being folded and stacked in a zigzag manner, the edge 51a of the anode plate and the edge 51b of the cathode plate are shown in the OCT image 50. It can be displayed in the form of a line in between.
  • the OCT device 100 determines the edges of the electrode plates 11 from the OCT image 50 obtained in this way.
  • the OCT image analysis unit 132 extracts a portion showing bright contrast compared to a dark area from the OCT image 50.
  • a pixel set forming a dot shape can be extracted from the extracted portion, recognized as the edge of the electrode plate 11, and stored.
  • each cluster is stored separately, so that the edges of the positive plate 11a and the negative plate 11b can be recognized separately from each other. You can.
  • the OCT device 100 determines the location of each edge identified in step S420.
  • the position of each edge may be specified by the distance value between the reference surface 60 to which light is irradiated and each edge displayed on the OCT image. That is, the OCT device 100 measures the distance value between the edge in the OCT image and the preset reference surface 60.
  • the reference surface 60 is set as a reference for the point of light generation in order to determine the relative distance of each edge from the OCT device 100, and the position of the reference surface 60 is determined in advance according to the installation state of the OCT device 100. You can.
  • the path of light to the separator 12 needs to be considered.
  • the alignment inspection of the secondary battery 10 assembled in a Z-stack can be performed using existing X-ray or CT equipment can be completely replaced by OCT equipment.
  • the OCT device 100 performs a preset correction operation on the distance value of each edge calculated based on the OCT image to calculate the actual distance value, thereby calculating the actual distance value of each edge.
  • the actual location can be specified.
  • the preset correction calculation is performed by considering at least one of the thickness of the separator 12 and the refractive index of the separator 12.
  • the actual distance value (d_actual) of the edge is calculated as follows.
  • the OCT device 100 can set and store the distance value (d_meas) measured through the OCT image as the actual distance value when there is no obstacle such as a separator while the light reaches the edge.
  • the actual distance value (d_actual) of the edge is calculated as follows.
  • d_actual d_meas - L(n - 1)
  • the OCT device 100 performs a correction calculation by applying the thickness (L) and the refractive index (n) of the separator to the measured distance value (d_meas).
  • the thickness (L) of the separator may mean a value measured by the OCT device 100 analyzing the OCT image and measuring the straight length of the folded portion of the separator. Additionally, the refractive index (n) of the separator may be preset and stored in the OCT device 100.
  • step S430 the OCT device 100 determines the alignment state between the electrode plates 11 in the secondary battery 10 by comparing the positions of each specified edge.
  • the edges of the anode plate 11a and the cathode plate 11b are recognized separately, so the alignment state of the anode and cathode can be determined independently.
  • the edges of all electrode plates in the secondary battery 10 can be compared without separating the positive and negative electrodes.
  • the OCT device 100 may determine whether each edge is located uniformly based on the comparison result of step S430.
  • the control unit 130 may determine whether the difference in position between each specified edge is within a preset tolerance range, and if it falls outside this range, determine that the alignment is defective.
  • the system 1 disclosed by the present invention determines the alignment state of the electrode plates 11 on the front and back sides and the electrode plates 11 on both sides. ) can be identified at the same time.
  • the edges forming the edges in the order of protruding in the are exposed to OCT images.
  • the OCT device 100 determines that all edges forming the corners are marked on the OCT image, it connects a straight line from one end of the blank area in the OCT image to the marked portion of each edge.
  • the alignment of the electrode plates 11 with respect to the front surface of the secondary battery 10 can be determined by measuring the length values of the straight lines and comparing them with each other.
  • the OCT device 100 measures the straight length value of the blank area using each edge marking part of the back edge as a starting point. Afterwards, the alignment state of the electrode plates 11 with respect to the rear surface of the secondary battery 10 can be determined by comparing the measured length values.
  • the OCT device 100 can measure and compare the time at which each edge forming the front edge is displayed in the OCT image.
  • the time difference identified as a result of comparison can be estimated as the difference in the positions of each edge with respect to the front.
  • the OCT device 100 may determine that the alignment of the front surface is poor when at least one of the identified time differences is greater than a preset error range or when the number of identified time differences is greater than a preset threshold.
  • the OCT device 100 can measure and compare the time at which each edge forming the back corner disappears from the OCT image.
  • the time difference identified as a result of comparison can be estimated as the difference in the positions of each edge with respect to the rear surface.
  • the OCT device 100 may determine that the alignment of the rear surface is poor when at least one of the identified time differences is greater than a preset error range or when the number of identified time differences is greater than a preset threshold.
  • the OCT device 100 can determine the alignment state between electrode plates in the transfer direction (X direction) of the secondary battery 10 based on the order of edges that appear or disappear in the OCT image.
  • the OCT device 100 is installed in the vertical direction (Y direction) of the transfer direction based on the distance value between the edge of each electrode plate 11 located at each corner of the secondary battery 10 and the OCT device 100.
  • the alignment status can be determined.
  • the position of the OCT device 100 may be the reference plane 60, and the detailed description will replace the above-described content using FIGS. 5 and 6.
  • the OCT device 100 can obtain a three-dimensional OCT image 70 by combining OCT images obtained for each corner of the secondary battery 10.
  • the OCT image analysis unit 132 simultaneously compares the positions of each edge in the X direction corresponding to the front and back sides and the Y direction corresponding to both sides through the 3D OCT image 70. You can. That is, the degree of alignment of the electrode plate 10 with respect to the front, back, left, and right sides of the secondary battery 10 can be quickly determined.
  • the light from the OCT device 100 is scattered while passing through the separator 12 while reaching the edge of the electrode plate 11. As a result, it may be difficult to specify the edge on the OCT image. .
  • the operation of applying a preset resin to the separator of the portion surrounding the edges of the electrode plates 11 may be performed before step S410, and accordingly, the separator ( 12), light scattering characteristics can be minimized and transmitted light can be increased.
  • FIG 8 shows an example of an OCT image 80 obtained by inspection of alignment according to an embodiment of the present invention in a state in which resin is applied. Looking at the OCT image 80, it can be seen that the difference in light and dark between the part corresponding to each edge and other areas is more stark, and the position of the edge is more clearly specified.
  • the refractive index of the separator and the length of the separator displayed in the OCT image 80 change. Therefore, when calculating the distance value between the reference surface and each edge in step S430, the correction equation according to the passage through the separator can be changed and applied as follows.
  • d_actual d_meas - L'(n' - 1)
  • L' is the thickness of the separator changed in the OCT image according to the application of the resin
  • n' is the refractive index of the separator changed by the resin.
  • the coating operation may utilize resin that is essentially used in the manufacturing process of the secondary battery 10.
  • resin may be a material used in coating or adhering to the electrode plate 11 and separator 12 during an electrode process or assembly process.
  • the area where the existing resin is applied simply needs to be expanded to the edges of the electrode plates 11, making it possible to quickly implement it without any additional processes.
  • the OCT device 100 can inspect the uniformity of the resin applied within the secondary battery 10.
  • the resin may be applied to an area within the secondary battery and then cured.
  • the conveyor belt 200 transports the secondary battery of which the resin has completely cured to the OCT device 100, and the light source unit 110 irradiates light from one end of one side of the secondary battery 10 to the other end.
  • the light irradiated from the light source unit 110 is reflected from the resin and collected, and based on this, an OCT image showing the edge of the resin is obtained.
  • the OCT image analysis unit 132 divides the resin into preset ranges and displays points on the edges of each range. Afterwards, the distance value to the reference surface for each point can be measured and compared.
  • the difference between the distance values is more than a preset error range, it can be determined that the resin has been applied unevenly.
  • the edge of the resin has already been specified, so the process of dividing the resin and marking points can be omitted.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는, OCT장치에 의해 수행되는, 이차전지 정렬상태 검사 방법은, (a) 이차전지의 양 측면 중 적어도 한 면을 향해 OCT장치의 광을 조사하고 상기 이차전지로부터 반사된 광을 수집하는 단계; (b) 상기 수집된 광을 기초로 획득된 OCT영상으로부터 상기 이차전지에 포함된 전극판들의 에지(edge)를 파악하는 단계; 및 (c) 각 에지의 위치를 비교하여 상기 전극판들 간 정렬상태를 판단하는 단계;를 포함한다.

Description

광간섭 단층촬영 기반 이차전지 정렬상태 검사 방법 및 시스템
본 발명은 광간섭 단층촬영(optical coherence tomography, OCT)장치를 개시하며, 이를 이용하여 이차전지의 전극판에 대한 정렬 상태를 검사하는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
최근, 이차전지는 산업 전반에 걸쳐 핵심적인 에너지원으로 성장하였으며, 특히 모바일 기기의 기술 개발과 전기차 시장의 확장에 따라 그 수요가 급증하고 있다.
예를 들어, 높은 에너지 밀도를 가지되 자가 방전율이 낮으며, 긴 수명이 보장되는 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 보급되고 있다.
이차전지는, 노칭(notching) 공정을 거쳐 일정한 크기로 절단된 양극판 및 음극판과 이들을 분리하는 분리막이 조립된 조립체가 전해질 용액에 담가진 형태인 셀(cell)단위로 제조된다.
업계에서는 크게 두 가지 방식으로 이와 같은 이차전지 내부의 셀 조립 공정을 수행하고 있다.
하나는, 여러 개의 양극판 및 음극판을 분리막을 사이에 두고 순차적으로 쌓아 올리는 스택킹(stacking) 공정 방식이다. 스태킹 방식은 상대적으로 제조시간이 오래 걸리나 에너지 밀도가 높아 많은 전기 용량의 확보가 가능하다.
다른 하나는, 양극판 및 음극판을 긴 시트형의 분리막에 배치하고 이를 와인딩(winding)하여 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 조립하는 방식이다. 와인딩 방식은 초기의 보편적인 방식으로 생산성이 높은 장점이 있으나, 에너지 밀도가 낮고 충방전에 따른 젤리-롤의 뒤틀림 현상이 발생하는 등의 단점이 있다.
최근에는, 고용량 배터리의 니즈가 증가하는 경향에 따라 와인딩 방식이 점차 감소하고, 스태킹 방식이 주류를 이루는 추세이다.
스태킹 방식을 통해 조립되는 셀의 쇼트 발생을 억제하기 위해, 각 전극판의 위치는 서로 어긋나지 않게 적층되어야 한다. 이와 같은 전극 간의 정렬은 마이크로미터 단위의 오차 범위가 바람직하며, 불량이 발생할 경우 이차전지의 성능이 감소되며 쇼트에 의한 폭발, 화재 등의 안전 사고가 유발될 가능성이 높다.
따라서, 전극의 정렬 상태를 검지하는 과정은 필수적으로 요구된다. 전극이 적층되어 조립체가 완성된 후에 진행되므로 가시광선이 아닌 엑스선 등을 활용한 비파괴 검사가 수행되고 있다.
예를 들어 종래에는, X-ray장비가 구성된 검사 장비에 이차전지를 투입하여 전극판의 정렬 상태를 검지하는 방식이 이용되었다. 그러나, 이는 방사선이 발생되므로 차폐가 필수적이며, 이에 따라 제조라인 상에서 바로 구현되기 어려운 한계가 있다.
또 다른 예로, 이차전지에 대하여 분할 촬영을 수행하고 이를 3D로 재구성하여 특정 부분에서의 단층 영상을 검출하여 정렬 상태를 판단하는, 3차원 CT방식이 채택되었다. 다만, 이는 검사 시간이 오래 걸리므로, 이차전지를 모두 검사해야 정확한 판단이 가능함에도 불구하고 현실에서는 샘플링된 일부에 대하여만 진행되는 데에 그치는 실정이다. 또한, X-ray 와 마찬가지로 단가가 비싸 검사 시스템을 구현하기에 막대한 자금이 요구되는 문제가 있다.
본 발명은 종래 엑스선 기반 기술의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 이차전지 검사 분야에서 OCT를 활용하는 대체 방안을 제시하며, 이를 통해 전극판 정렬검사에 대한 안전성, 효율성 및 경제성을 제고하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르는, OCT장치에 의해 수행되는, 이차전지 정렬상태 검사 방법은, (a) 이차전지의 양 측면 중 적어도 한 면을 향해 OCT장치의 광을 조사하고 상기 이차전지로부터 반사된 광을 수집하는 단계; (b) 상기 수집된 광을 기초로 획득된 OCT영상으로부터 상기 이차전지에 포함된 전극판들의 에지(edge)를 파악하는 단계; 및 (c) 각 에지의 위치를 비교하여 상기 전극판들 간 정렬상태를 판단하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a)단계는, 상기 OCT장치의 광이 조사되는 방향과 상기 이차전지 내 전극판이 배치되는 면이 평행하도록 상기OCT장치의 광을 조사하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a)단계는, 상기 이차전지가 각형인 경우 상기 이차전지의 전후 양 측 모서리에만 상기 OCT장치의 광을 조사하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a)단계는, 상기 이차전지의 양 측면에 서로 마주하는 방향으로 상기 OCT장치가 각각 배치되고, 컨베이어벨트 상에서 상기 이차전지가 이송되며, 상기 이차전지가 상기 OCT장치와 대응하는 위치에 도달하는 경우 상기 OCT장치가 동작하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (c)단계는, 상기 이차전지가 각형인 경우 상기 이차전지가 상기 컨베이어벨트에 의해 이송됨에 따라 상기 OCT영상에 차례로 표시되거나 소멸되는 에지의 순서에 기초하여 상기 이차전지의 이송방향에 대한 상기 전극판들 간 정렬상태가 판단되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (c)단계는, 상기 이차전지가 각형인 경우 상기 이차전지의 각 모서리에 위치하는 각 전극판 별 에지와 상기 OCT장치 사이의 거리값에 기초하여 상기 이차전지의 이송방향의 수직방향에 대한 정렬상태가 판단되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b)단계는, 광이 조사되는 기준면과 상기 OCT영상에 표시된 각 에지 사이의 거리값을 산출하여 상기 각 에지의 위치를 특정하는 단계;를 포함하되, 상기 기준면의 위치는 OCT장치의 설치 상태에 따라 미리 결정되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b)단계는, 상기 각 거리값에 대하여 기 설정된 보정 연산을 수행하여 실제 거리값을 산출함으로써 상기 각 에지의 실제 위치를 특정하는 단계;를 포함하되, 상기 기 설정된 보정 연산은 분리막의 두께 및 분리막의 굴절률 중 적어도 하나가 고려되어 수행되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b)단계는, 상기 OCT장치의 광이 조사되어 상기 전극판의 에지까지 도달하는 과정 중 분리막을 경유하게 되는 경우에 상기 보정 연산을 수행하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르는, 이차전지 정렬상태 검사 방법은, 상기 (a)단계 전에, 분리막에 의한 빛의 산란을 최소화하기 위하여 상기 전극판들의 에지를 감싸는 부분의 분리막에는 기 설정된 레진(resin)이 도포되어 있는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 레진은, 상기 (a)단계 전 전극판 및 분리막에 대한 코팅 또는 접착 공정에서 사용되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (c)단계는, 상기 각 에지들 간 위치의 차이가 기 설정된 허용오차 범위에 벗어나는 경우 정렬상태의 불량으로 판단하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (c)단계는, 상기 이차전지 내 각 에지의 분포 양상을 나타내는 3차원 OCT영상을 획득하고 상기 3차원 OCT영상을 기초로 정렬상태를 판단하는 단계;를 포함하되, 상기 3차원 OCT영상은 상기 이차전지의 각 에지에 대하여 획득된 2차원 OCT영상의 결합인 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르는, OCT장치를 통한 이차전지 정렬상태 검사 시스템은, 이차전지를 이송하는 컨베이어벨트; 및 상기 컨베이어벨트의 양 측면에 서로 마주하는 방향으로 각각 배치되어 이차전지 정렬상태 검사를 수행하는 OCT장치;를 포함하고, 상기 OCT장치가 상기 이차전지의 양 측면 중 적어도 한 면을 향해 OCT장치의 광을 조사한 후 상기 이차전지로부터 반사된 광을 수집하고, 상기 OCT장치가 상기 수집된 광을 기초로 획득된 OCT영상으로부터 상기 이차전지에 포함된 전극판들의 에지를 파악하고, 상기 OCT장치가 각 에지의 위치를 비교하여 상기 전극판들 간 정렬상태를 판단하는 것이다.
본 발명은, 이차전지 셀 내부의 결함을 검사하는 과정에서 종래 X-ray나 CT 방식이 보유했던 문제를 해결하기 위하여, OCT장치의 활용법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래와 달리 인체에 유해한 방사선에 노출될 우려가 없으므로 보다 안전한 검사가 이루어질 수 있다. 또한, 별도의 검사 공간이나 컴퓨팅 연산이 요구되지 않는다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제조 공정상 이차전지가 이송되는 과정에서 검사의 진행이 가능하다. 예를 들어, 조립 공정이 완료된 이차전지를 다음 단계로 운반하는 컨베이어 부근에 OCT장치만 배치하면 자동으로 정렬검사가 수행될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래와 달리 공간 활용도가 창출되며, 신속성 및 안전성이 보장된다. 또한, OCT장비는 기존 장비에 대비하여 저렴하며 검사에 있어 다수가 요구되지 않으므로, 경제적이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 이차전지 정렬상태 검사 시스템에 대한 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 이차전지를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 OCT장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 이차전지 정렬상태 검사 방법에 대한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 OCT영상을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 전극판 에지의 실제 위치를 특정하는 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따르는 3차원 OCT영상에 대한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 전극판 에지에 레진이 도포된 이차전지에 대한OCT영상의 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 한편, '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, '~부'는 어드레싱 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
본 명세서에서 "에지(edge)"는, 꼭지점, 모서리 등을 포함하는 객체의 단을 이루는 부분을 통칭하는 용어로 정의한다. 보다 상세하게는, "에지"는 이차전지의 유형(type)에 따라 이차전지가 제조되는 형상에 의해 결정되는 것으로, 셀(cell) 제조 후 전극판의 가장자리를 이루는 부분을 지칭하는 용어로 정의될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 활용하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 이차전지 정렬상태 검사 시스템에 대한 구조도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 이차전지 정렬상태 검사 시스템(1)은 OCT장치(100) 및 컨베이어벨트(200)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르는 컨베이어벨트(200)는, 이차전지(10)를 하부에서 지지하여 이송하는 장치로, 이차전지(10)의 제조 공정 상의 하나의 구성으로 포함되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 컨베이어벨트(200)는 전극 공정(electrode process), 조립 공정(assembly process), 화성 공정(formation process) 및 기타 추가 공정에 대한 순서로 각 공정이 완료된 이차전지(10)를 이송하는 생산라인의 전체적인 프레임을 의미할 수 있다.
또는 컨베이어벨트(200)는, 전체 생산라인 중 완성된 젤리롤(jelly-roll)이나 스태킹(stacking)에 의해 적층된 모노셀이 포함된 이차전지(10)를 다음 공정으로 이송하는 장치를 의미할 수 있다. 즉, 와인딩 공정이나 스태킹 공정 이후에 구성된 컨베이어벨트 중 적어도 어느 하나의 컨베이어벨트일 수 있다.
한편, 이차전지(10)를 이송하는 장치로 컨베이어벨트(200)를 예시하였으나, 체인형 컨베이어를 비롯한 다른 형태의 이송 장치로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명이 개시하는 "컨베이어벨트"는, 이차전지의 생산 분야에서 사용되는 이송 장치라면 이들을 망라하는 범위로 해석되어야 한다.
일 실시예에 따르면, 이차전지(10)는 정렬검사가 수행될 수 있는 상태라면 본 발명의 범위에 모두 포함될 수 있다. 즉, 복수의 전극판들이 분리막을 사이에 두고 배치되어 있는 상태라면 족하며 제조의 완료 여부는 문제되지 않는다.
또한, 전극판 및 분리막을 조립하는 방식 및 그 유형은, 본 발명을 제한하지 않는다. 예를 들어, 본 발명은 와인딩 공정 및 스태킹 공정으로 조립된 이차전지를 검사 대상으로 모두 포함한다. 또한, 본 발명은 원통형, 각형 및 파우치형의 이차전지를 검사 대상으로 모두 포함한다.
다만, 이하에서는 전극판의 에지에 대한 얼라인먼트(alignment)의 확인이 용이한, 각형을 대표로 예시하여 서술하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 이차전지를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2에는 복수의 양극판(11a)과 음극판(11b)으로 구성된 복수의 전극판(11)이 분리막(12)을 사이에 두고 지그재그로 적층되어 셀(10)을 구성하는 "Z-스택"방식이 도시되어 있다. 이는 분리막(12)의 절단을 요하지 않으며 분리막(120)이 양극판(11a)과 음극판(11b)을 오가며 완전하게 감싸면서 이들을 분리한다는 점에 있어 안정성이 높은 장점이 있다. 최근에는 장비나 공정기술 개발로 인하여 생산성 또한 향상되었으며 이로 인해 업계에서 대세적인 조립 방식으로 채택되고 있다.
전술한 방식은, 도 2에 도시된 바와 같이 길게 연장된 분리막(12)을 지그재그로 접어 쌓으면서 그 사이에 전극판(11)이 끼워지는 형식이므로, 전극판(11)이 배치되는 일 측면에 대하여 양극판(11a) 또는 음극판(11b)의 에지는 분리막(12)으로 감싸지게 된다. 도 2에 도시된 이차전지(10)의 단면을 참조하면, 우측면에 대하여 음극판(11b)은 개방되어 있고 양극판(11a)은 분리막(12)에 의해 감싸진 상태의 예시를 살필 수 있다. 이러한 경우, OCT장치(100)의 광이 전극판(11)의 에지에 도달하기 전에 분리막(12)에 의해 어느 정도 산란되는 상황이 연출될 수 있다.
따라서, Z-스택으로 조립된 이차전지(10)에 대하여 OCT 기반으로 전극판(11)의 정렬상태를 파악하기 위해서는 분리막(12)에 대한 광의 경유 또한 고려할 필요가 있는데, 이에 대한 일 실시예는 후술하도록 한다.
한편, 또 다른 실시예에 따르는 이차전지(10)는, Z-스택 방식과 달리 전극판에 분리막이 감싸지지 않아 에지가 개방되는 방식으로 조립될 수 있다. 대표적인 예로, 일정한 크기로 절단된 양극, 음극 및 분리막을 결합하여 Bi-cell로 만들고, 이를 라미네이션(lamination)공정을 통해 정렬한 후 분리막을 폴딩하여 Bi-cell을 적층하는 방식인 스택 앤 폴딩(stack & folding)을 들 수 있다. 이러한 경우, 전극판의 에지의 위치를 특정하는데 분리막에 대한 보정은 요구되지 않는다.
일 실시예에 따르는 OCT (Optical Coherence Tomography)장치(100)는, 이차전지(10)를 향해 광을 조사한 후 반사된 광에 기초하여 이차전지(10)에 대한 정렬검사를 수행한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 OCT장치의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 OCT장치(100)는, 광원부(110), 광학부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르는 광원부(110)는, 이차전지(10)를 향해 조사하는 광을 발생시키는 광원을 포함한다. 여기서 광원은, 제어부(130)의 제어에 따라, 기 설정된 파장의 광 또는 시간에 따라 파장이 가변하는 광을 출력할 수 있으며, 백색광과 같은 다색 분산이 가능한 광이 바람직할 수 있다. 광원부(110)에 의해 조사되는 광은 광학부(120)를 거쳐 이차전지에 도달하므로, 광원부(110)는 광학부(120)와 기 설정된 각을 이루는 상태로 OCT장치(100)에 설치될 수 있다.
일 실시예에 따르는 광학부(120)는, 광원부(110)에서부터 이차전지(10)로 조사되는 경로 내의 일 영역에 구성되는 광분할기를 포함할 수 있으며, 광분할기는 일종의 빔스플리터(beamsplitter)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광분할기는 광원에서 발생한 광을 적어도 두 개 이상의 경로로 분할할 수 있다. 또한, 회전 가능한 거울류가 포함되어 분할된 각각의 광들이 이차전지(10)에 고르게 조사되도록 할 수 있으며, 볼록렌즈류가 포함되어 각각의 광을 이차전지(10)의 한 지점(바람직하게는 전극판의 에지)에 집속시켜 조사되는 깊이를 보완할 수 있다.
이와 같이 분할된 각각의 광은 기 설정된 반사각에 따라 서로 다른 광로계를 통과하여 이동 경로 및 그 길이가 달라지게 되며, 이차전지(10) 투과 후 산란된 광이 돌아오는 과정에서도 동일하게 적용된다. 이들은 광학부(120) 내 검출부(미도시)에서 합쳐져 간섭을 일으키게 되며 이에 따라 생성된 간섭신호는 제어부(130)로 전달된다.
일 실시예에 따르는 제어부(130)는, CPU, 전력공급회로, 연산회로, 데이터베이스 등과 같이, OCT장치(100)의 구동제어 및 데이터 분석과 관련된 구성 요소와 연결되어 있거나 이를 포함할 수 있다.
특히 도 3에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르는 제어부(130)는, OCT영상획득부(131) 및 OCT영상분석부(132)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르는 OCT영상획득부(131)는 검출된 광간섭신호를 전기신호로 변환하며 이를 통해 OCT영상을 획득한다. 즉, OCT영상획득부(131)는, 광학부(120)로부터 얻은 각 광들의 스펙트럼에 기초하여, 이차전지(10)의 일 측면을 따라 배치된 전극판(11)의 에지 및 분리막(12)을 나타내는 광간섭단층영상인 OCT영상을 획득할 수 있다.
예를 들어, OCT영상획득부(131)는, 이차전지(10)의 일 측면을 이루는 에지 중 하나에 대한 2차원 OCT영상을 획득할 수 있다. 또한, 2차원 OCT영상을 취합하여 해당 이차전지(10) 내 각 에지의 분포 양상을 나타내는 3차원 OCT영상(70)을 획득할 수 있다. 3차원 OCT영상(70)에 대한 예시는 도 7에 도시되어 있다.
일 실시예에 따르는 OCT영상분석부(132)는 OCT영상획득부(131)에서 획득한 OCT영상을 분석하여 이차전지(10)의 내부 상태 및 결함 여부를 검지할 수 있다. 특히, OCT영상에 표시된 전극판(11)들의 에지를 파악하고 이들의 위치를 비교하여 전극판(11)들 간 정렬상태를 판단할 수 있다. 예를 들어, 3차원OCT영상(70)을 통해 각 에지의 상대적인 위치를 비교함으로써 이차전지(10)의 정렬 정확도를 보기 좋게 평가할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어부(130)는 OCT장치(100)의 본체 내부에 설치된 MCU(micro controller unit)를 의미할 수 있으며, 본체와 연결된 제어장치에 포함되어 본체 외부에 구성될 수도 있다.
한편, 일 실시예에 따르는 OCT장치(100)는, 컨베이어벨트(200)의 일 측에 설치되어, 컨베이어벨트(200)에 의해 OCT장치(100)를 통과하는 이차전지(10)에 대한 정렬검사를 수행한다.
도 1을 참조하면, 컨베이어벨트(200)를 통해 이차전지(10)가 X축 방향으로 이송되던 중 OCT장치(100)의 전방에 도달하게 되면, Y축 방향으로 조사되는 OCT장치의 광에 의해 정렬검사가 수행된다. 즉, OCT장치의 광이 조사되는 방향과 이차전지(10) 내 전극판이 배치되는 면이 평행하도록, OCT장치(100)는 설치된 자리에서 이차전지(10) 이송방향의 수직 방향으로 광을 조사할 수 있다.
이 때, 예를 들어 이차전지(10)가 각형인 경우, 적층된 각 전극판이 OCT장치의 광에 노출되는 순서에 따라 이차전지(10)의 전면에 대한 정렬 상태가 판단될 수 있다. 이 후, Y축 방향을 통해 반사되는 광의 경로에 기초하여 측면에 대한 정렬 상태가 판단된다. 또한, OCT장치(100)를 완전히 통과하여 광의 반사가 소멸되는 전극판의 순서에 따라 후면에 대한 정렬 상태가 판단될 수 있다.
일 실시예에 따르면, OCT장치(100)는 이차전지(10)의 양 측면에 서로 마주하는 방향으로 각각 배치될 수 있다. 즉, 적어도 두 개의 OCT장치(100)가, 각각의 광원이 서로 마주보는 방향으로 컨베이어벨트(200)를 중심으로 양 측에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 하나의 OCT장치(100)가 이차전지(10)의 일 측면에 대한 정렬검사를 수행하면, 동시에 반대 편의 OCT장치(100)가 반대 측면에 대한 정렬검사를 수행함으로써, 이차전지 전체에 대한 정렬검사가 신속히 진행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 출력이 기 설정된 기준 이상인 고성능 OCT장치(100)인 경우, 컨베이어의 일 측에 배치되어도 양 측에 구성된 효과와 동일한 효과를 도모할 수 있다. 예를 들어, 이차전지(10)를 스웹소스 OCT(Swept Source - OCT, SS-OCT)를 사용하여 스캔하는 경우, 컨베이어벨트(200)의 어느 일 측에만 설치되어도 반대측에 구성된 전극판(11)들의 에지도 파악될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 시스템(1)은 이차전지(10)가 OCT장치(100)와 대응하는 위치에 도달하는 경우에, OCT장치(100)가 동작하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 시스템(1)은, OCT장치(100)의 휴동 상태를 유지하다가 이차전지(10)의 일단이 OCT장치(100)의 전방에 도달하면 OCT장치(100)를 작동시킬 수 있다. 또한, 이차전지(10)의 타단이 OCT장치(100)를 통과하는 순간 OCT장치(100)를 다시 휴동 상태로 제어할 수 있다. 이와 같이, 정렬검사에 사용되는 전력이 절약되므로 시스템 구동에 필요한 자본 및 에너지가 감쇄되는 경제적인 효과가 창출된다.
일 실시예에 따르면, 이차전지(10)가 각형인 경우, 전극판(11)들의 전후좌우 4개의 꼭지점의 위치만 파악되더라도 전극판(11)들 간 정렬상태의 정확한 판단이 가능하다. 이와 관련하여, 시스템(1)은 이차전지(10)의 전후 양 측 모서리에만 광을 조사하도록 OCT장치(100)를 제어할 수 있다. 예를 들어, OCT장치(100)는 전면과 측면을 잇는 양 측 모서리에 대하여 1차로 광을 조사하고 휴동 상태로 전환하며, 이 후 후면과 측면을 잇는 양 측 모서리에 대하여 2차로 광을 조사할 수 있다. 이와 같이, 정렬검사에 사용되는 전력이 최소화되므로 경제적인 효과가 극대화될 수 있다.
이와 같이 전술한 실시예들에 따르면, 종래의 X-ray나 CT 기반의 검사와는 달리, 본 발명이 개시하는 시스템(1)에 의한 정렬상태 검사는 별도의 검사 공간을 요하지 않고 컴팩트하게 실시될 수 있는 장점이 있으므로, 이차전지의 생산성 향상에 기여한다.
이하, 도 4내지 도 8을 참조하여 본 발명이 개시하는 이차전지 정렬상태 검사 방법에 대한 일 실시예를 서술하도록 한다. 중복되는 설명은 전술한 내용으로 갈음하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 이차전지 정렬상태 검사 방법에 대한 순서도이다.
단계 S410에서, OCT장치(100)는 이차전지(10)의 양 측면 중 적어도 한 면을 향해 OCT장치(100)의 광을 조사하고 이차전지(10)로부터 반사된 광을 수집한다. 즉, 광원부(110)에서 발생된 광은 이차전지(10)의 마주보는 특정 면을 지나 내부를 경유하며, 이에 따라 반사되거나 산란된 광은 광학부(120)를 통해 수집된 후, 간섭 현상이 진행된다.
예를 들어, 광원부(110)에서 발생된 광은 광분리기를 거쳐 이차전지광로계와 기준광로계로 분리되어 주사될 수 있다. 이차전지광로계의 경우, 이차전지(10)로 입사되어 반사되거나 산란된 광이 돌아오게 되며, 기준광로계의 경우, 광분리기에서 다른 각도로 나온 광이 거울에 반사되어 돌아오게 된다. 각각의 돌아오는 광들이 합쳐져 간섭 현상을 일으키며, 이에 대한 간섭 신호는 OCT영상획득부(131)로 전달된다.
일 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, OCT장치(100)는 이차전지(10) 내 전극판(11)이 배치되는 면과 평행하게 광을 조사할 수 있다. 예를 들어 도 1 및 도 2를 참조하면, 이차전지(10)는 양극판(11a)과 음극판(11b)이 반복적으로 적층되어 배치된 상태이며, 이들의 에지들로 구성되는 이차전지(10)의 측면을 향해 -Y방향으로 광이 조사된다. 조사된 광은 각 전극판(11)의 에지마다 +Y방향으로 반사되어 OCT장치(100)로 되돌아오게 된다.
구체적으로, 이차전지광로계의 경우, 조사된 광이 각각의 전극판(11)에 대한 에지 별로 반사되거나 산란된다. 즉, 이차전지(10)의 조립 공정에서 전극판(11)들이 정렬되는 상태에 따라 각 에지에 대응하는 광의 경로가 서로 달라지게 되며, 간섭 신호 또한 별개로 생성되어 OCT영상획득부(131)로 전달되게 된다.
일 실시예에 따르면, OCT장치(100)는 이차전지(10)의 전후 양 측 모서리에만 광을 조사할 수 있으며, 이는 이차전치(10)가 각형일 때 특히 유효하다. 예를 들어, 도 1과 같이 컨베이어벨트(200)의 양 측에 OCT장치(100)가 설치된 경우, 이차전지(10)의 전면 모서리에 1차적으로, 후면 모서리에 2차적으로 광을 두 번만 조사하게 되면, 전후좌우 전체에 대한 정렬상태 판단이 가능하다.
단계 S420에서, OCT장치(100)는 단계 S410에서 수집된 광을 기초로 OCT영상을 획득할 수 있다.
예를 들어, OCT영상획득부(131)는 수신한 간섭 신호에 따라 수집된 각 광들에 대한 스펙트럼을 추출한다. 이 후, 추출된 스펙트럼을 펼쳐 선형 스캔 카메라(line scan camera)와 같은 선 형태의 검출 어레이(detector array)에 집광시킴에 따라 파장 별 광신호를 전기신호로 변환할 수 있다. OCT영상획득부(131)는, 수집된 광의 파장성분에 비례하여 설정된 픽셀과 기 설정된 연산식에 따라 산출된 전기신호의 전압값을 토대로 이차전지(10)에 대한 OCT영상을 획득할 수 있다.
이와 같이 획득된 OCT영상에는, 이차전지(10)의 일 측면을 구성하는 각 전극판(11)들의 에지가 다른 영역과 명암을 달리하여 표시될 수 있다. 또한, 이차전지의 조립 방식에 기초하여, 각 전극판(11)들 사이에 배치되는 분리막(12)이 추가로 표시될 수 있다.
예를 들어, OCT영상에는 양극판(11a)의 에지들이 점 형태로 밝게 표시된 영역과 음극판(11b)의 에지들이 점 형태로 밝게 표시된 영역이 포함될 수 있으며, 이들 영역은 조립 방식에 따라 따로 구분되어 OCT영상에 표시될 수 있다. 또한, 분리막(12)의 배치 상태에 따라, 분리막(12)을 나타내는 선 또는 점 형태의 밝게 표시된 영역이 추가로 포함될 수 있다. 즉, OCT영상에서 전극판(11)의 에지 및 분리막(12)에 대응하는 영역은 다른 영역 대비 높은 명도를 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, Z-스택으로 조립된 이차전지(10)의 일 측면에 대한 OCT영상(50)의 예시가 도시되어 있다.
도 5에 도시된 이차전지(10)는 분리막(12)으로 감싸진 양극판(11a)과 개방된 음극판(11b)이 우측면을 이루고 있다. 도 5에 도시된 OCT영상(50)은 이와 같은 우측면을 향하여 광을 조사한 뒤 획득된 단층영상이다.
이를 해석하면, 음극판(11b)의 에지는 개방되어 있어 조사된 광이 분리막(12)의 경유 없이 바로 에지에서 반사된다. 따라서, 각 음극판의 에지(51b)들은 OCT장치(100)와 가장 근접한 우측 영역에 점 형태로 표시된다. 반대로, 양극판(11a)의 에지는 분리막(12)에 의해 가둬진 상태이므로, 조사된 광이 분리막(12)을 경유한 후 에지에서 반사된다. 따라서, 각 양극판의 에지(51a)들은 OCT장치(100)와 상대적으로 먼 좌측 영역에 점 형태로 표시된다. 한편, 분리막(52)의 경우, 실제로는 양극판(11a)을 피라미드 형태로 감싸고 있으나, 지그재그로 폴딩되어 적층되는 특성 상, OCT영상(50)에서는 양극판의 에지(51a)와 음극판의 에지(51b) 사이에 선 형태로 표시될 수 있다.
단계 S420에서, OCT장치(100)는 이와 같이 획득된 OCT영상(50)으로부터 전극판(11)들의 에지를 파악한다. 예를 들어, OCT영상분석부(132)는 OCT영상(50)에서 어두운 영역 대비 밝은 명암을 보이는 부분을 추출한다. 이 후 추출된 부분 중 점 형태를 이루는 픽셀셋을 추출하고 전극판(11)의 에지로 인식한 후 저장할 수 있다. 또한, Z-스택과 같이, 추출된 각 픽셀셋의 위치들이 기 설정된 범위의 군집을 이루는 경우, 각 군집들을 구분하여 저장함으로써, 양극판(11a)과 음극판(11b)의 에지를 서로 분리하여 인식할 수 있다.
단계 S430에서, OCT장치(100)는 단계 S420에서 파악한 각 에지의 위치를 결정한다. 일 실시예에 따르면, 각 에지의 위치는 광이 조사되는 기준면(60)과 OCT영상에 표시된 각 에지 사이의 거리값으로 특정될 수 있다. 즉, OCT장치(100)는 OCT영상 내의 에지와 기 설정된 기준면(60) 사이의 거리값을 측정한다. 여기서 기준면(60)이란 OCT장치(100)부터 각 에지 별 상대적인 거리를 파악하기 위하여 광의 발생 지점에 대한 기준으로 설정된 것이며, 기준면(60)의 위치는 OCT장치(100)의 설치 상태에 따라 미리 결정될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, Z-스택의 경우, 분리막(12)이 감싸진 에지는 그 실제 위치가 특정되려면, 분리막(12)에 대한 광의 경로가 고려될 필요가 있다. 즉, 분리막(12)이 감싸진 부분의 전극판(11)에 대한 분리막(12)의 영향이 보정된다면 Z-스택으로 조립된 이차전지(10)의 정렬검사에 대하여도 기존의 X-ray나 CT장비를 OCT장비로 완전히 대체할 수 있다.
이와 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, OCT장치(100)는 OCT영상을 기준으로 산출된 각 에지의 거리값에 대하여 기 설정된 보정 연산을 수행하여 실제 거리값을 산출함으로써, 각 에지의 실제 위치를 특정할 수 있다. 여기서 기 설정된 보정 연산은 분리막(12)의 두께 및 분리막(12)의 굴절률 중 적어도 하나가 고려되어 수행되는 것이다.
구체적으로, OCT장치(100)가 에지와 OCT장치(100) 사이에 분리막이 존재하지 않는 것으로 판단하는 경우, 해당 에지의 실제 거리값(d_actual)을 다음과 같이 산출한다.
[수학식1]
d_actual = d_meas
즉, OCT장치(100)는 해당 에지에 광이 도달하는 도중 분리막과 같은 장애 물질이 없는 경우, OCT영상을 통해 측정한 거리값(d_meas)을 실제 거리값으로 설정하여 저장할 수 있다.
반면 도 6을 참조하면, OCT장치(100)가 에지와 OCT장치(100) 사이 분리막이 존재하는 것으로 판단하는 경우, 해당 에지의 실제 거리값(d_actual)을 다음과 같이 산출한다.
[수학식2]
d_actual = d_meas - L(n - 1)
즉, OCT장치(100)는 해당 에지에 광이 도달하는 도중 분리막을 경유하는 경우, 측정 거리값(d_meas)에 분리막의 두께(L) 및 분리막의 굴절률(n)을 적용한 보정 연산을 수행한다.
일 실시예에 따르면, 분리막의 두께(L)는 OCT장치(100)가 OCT영상을 분석하여 분리막이 접힌 부분의 직선 길이를 측정한 값을 의미할 수 있다. 또한, 분리막의 굴절률(n)은 OCT장치(100)에 미리 설정되어 저장된 상태일 수 있다.
단계 S430에서, OCT장치(100)는 특정된 각 에지의 위치를 비교하여 이차전지(10) 내 전극판(11)들 간 정렬상태를 판단한다. 여기서, Z-스택의 경우 양극판(11a)과 음극판(11b)의 에지는 분리되어 인식되므로, 양극 및 음극의 정렬상태는 각각 독립적으로 판단될 수 있다. 반면, 스택 앤 폴딩의 경우 양극 및 음극이 분리되지 않고 이차전지(10) 내 모든 전극판들의 에지가 비교될 수 있다.
일 실시예에 따르면, OCT장치(100)는 단계 S430의 비교 결과에 기초하여 각 에지들이 균일하게 위치하였는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(130)는 특정된 각 에지들 간 위치의 차이가 기 설정된 허용오차 범위에 있는지 여부를 판단하고, 이에 벗어나는 경우 정렬상태의 불량으로 판단할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따르면, 이차전지(10)가 각형인 경우 본 발명이 개시하는 시스템(1)에 의해 전면 및 후면에 대한 전극판(11)들의 정렬상태와 양 측면에 대한 전극판(11)들의 정렬상태가 동시에 파악될 수 있다.
도 1을 참조하여 예를 들면, 공백 상태인 OCT영상에서 이차전지(10)의 전면 모서리가 OCT장치(100)에 대응하는 영역에 도달하게 되면 비로소, X방향으로 돌출된 순서대로 모서리를 이루는 에지들이 OCT영상에 노출된다. OCT장치(100)는 모서리를 이루는 에지들이 모두 OCT영상에 표시된 것으로 파악되면, OCT영상 내 공백 영역의 일단에서 각 에지가 표시된 부분까지 직선으로 잇는다. 이 후, 직선에 대한 길이값을 측정하고 이들을 서로 비교함으로써, 이차전지(10)의 전면에 대한 전극판(11)들의 정렬상태를 판단할 수 있다.
이 후, 이차전지(10)의 후면 모서리가 OCT장치(100)에 대응하는 영역에 도달하게 되면, -X방향으로 돌출된 순서의 역순으로 모서리를 이루는 에지들이 OCT영상에서 사라지게 된다. OCT장치(100)는 OCT영상에서 공백 영역이 발생하게 되면, 후면 모서리를 이루는 각 에지가 표시된 부분마다 이를 기점으로 하여 공백 영역의 직선 길이값을 측정한다. 이 후, 측정한 길이값을 서로 비교함으로써 이차전지(10)의 후면에 대한 전극판(11)들의 정렬상태를 판단할 수 있다.
또 다른 실시예로, OCT장치(100)는 전면의 모서리를 이루는 각 에지들이 OCT영상에 표시되는 시간을 측정하고 이를 비교할 수 있다. 즉, 비교 결과 파악되는 시간차를 전면에 대한 각 에지들의 위치의 차이로 추정할 수 있다. OCT장치(100)는, 파악된 시간차 중 적어도 하나 이상이 기 설정된 오차범위 이상이거나, 파악된 시간차의 개수가 기 설정된 임계치 이상인 경우, 전면의 정렬상태가 불량한 것으로 판정할 수 있다.
마찬가지로, OCT장치(100)는 후면의 모서리를 이루는 각 에지들이 OCT영상에서 소멸되는 시간을 측정하고 이를 비교할 수 있다. 즉, 비교 결과 파악되는 시간차를 후면에 대한 각 에지들의 위치의 차이로 추정할 수 있다. OCT장치(100)는, 파악된 시간차 중 적어도 하나 이상이 기 설정된 오차범위 이상이거나, 파악된 시간차의 개수가 기 설정된 임계치 이상인 경우, 후면의 정렬상태가 불량한 것으로 판정할 수 있다.
결론적으로, OCT장치(100)는 OCT영상에 표시되거나 소멸되는 에지의 순서에 기초하여 이차전지(10)의 이송방향(X방향)에 대한 전극판들 간 정렬상태를 판단할 수 있다.
또한, OCT장치(100)는 이차전지(10)의 각 모서리에 위치하는 각 전극판(11) 별 에지와 OCT장치(100) 사이의 거리값에 기초하여 이송방향의 수직방향(Y방향)에 대한 정렬상태를 판단할 수 있다. 여기서 OCT장치(100)의 위치는 기준면(60)일 수 있으며 구체적인 설명은 도 5 및 도 6을 활용하여 전술한 내용에 갈음하도록 한다.
또한, OCT장치(100)는 이차전지(10)의 각 모서리에 대하여 획득한 OCT영상을 결합하여 3차원 OCT영상(70)을 획득할 수 있다. 도 7에서 예시된 바와 같이, OCT영상분석부(132)는 3차원 OCT영상(70)을 통해 전면 및 후면에 대응하는 X방향 및 양 측면에 대응하는 Y방향에 대한 각 에지들의 위치를 동시에 비교할 수 있다. 즉, 이차전지(10)의 전후좌우 전체에 대한 전극판(10)의 정렬도가 신속하게 파악될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 OCT장치(100)의 광이 전극판(11)의 에지에 도달하는 도중 분리막(12)을 경유하면서 산란되는데, 이에 따라 OCT영상 상에서 에지를 특정하기 어려운 경우가 발생할 수 있다.
이와 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단계 S410전에 전극판(11)들의 에지를 감싸는 부분의 분리막에 기 설정된 레진(resin)을 도포하는 작업이 수행될 수 있으며, 이에 따라, 분리막(12)에 의해 빛이 산란되는 특성이 최소화되고 투과되는 광이 증가할 수 있다.
도 8에는, 레진이 도포된 상태에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 정렬상태 검사에 의해 획득된 OCT영상(80)에 대한 예시가 도시되어 있다. OCT영상(80)을 살피면, 각 에지에 대응하는 부분과 타 영역의 명암 차이가 더욱 극명하여, 에지의 위치가 더 명확하게 특정되는 것을 확인할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 레진이 도포되는 경우, 분리막의 굴절률 및 OCT영상(80)에서 표시되는 분리막의 길이가 달라지게 된다. 따라서, 단계 S430에서 기준면과 각 에지 사이의 거리값을 산출할 때, 분리막의 경유에 따른 보정 연산식은 다음과 같이 변경되어 적용될 수 있다.
[수학식3]
d_actual = d_meas - L'(n' - 1)
여기서 L'은 레진 도포에 따라 OCT영상 내에서 변경된 분리막의 두께이며, n'은 레진에 의해 변경된 분리막의 굴절률이다.
일 실시예에 따르면, 도포 작업은 이차전지(10)의 제조 과정에서 필수적으로 사용되는 레진이 활용될 수 있다. 예를 들어, 레진은, 전극 공정이나 조립 공정 내 전극판(11) 및 분리막(12)에 대한 코팅 또는 접착 작업에서 사용되는 물질일 수 있다. 즉, 기존의 레진이 도포되는 영역이 전극판(11)들의 에지 부분까지 확장되기만 하면 되는 것으로, 별다른 추가 공정 없이 신속한 구현이 가능하다.
추가 실시예로, OCT장치(100)는 이차전지(10) 내 도포된 레진의 균일성을 검사할 수 있다. 구체적으로, 레진이 이차전지 내 일 영역에 도포된 후 경화되는 과정이 진행될 수 있다. 컨베이어벨트(200)는 레진의 경화가 완료된 이차전지를 OCT장치(100)로 이송하며, 광원부(110)는 이차전지(10)의 어느 한면의 일단부터 타단까지 광을 조사한다. 광원부(110)에서 조사된 광은 레진에서 반사되어 수집되며 이에 기초하여 레진의 에지가 표시된 OCT영상이 획득된다. OCT영상분석부(132)는 레진을 기 설정된 범위로 분할하고 각 범위의 에지에 포인트를 표시한다. 이 후 각 포인트 별로 기준면까지의 거리값을 측정하고 이들을 비교할 수 있으며, 비교 결과 각 거리값의 차이가 기 설정된 오차범위 이상인 경우 레진이 균일하지 않게 도포된 것으로 판정할 수 있다. 여기서, 전술한 실시예에 따라 이차전지 정렬상태 검사를 위하여 도포된 레진의 경우, 이미 레진의 에지가 특정된 상태이므로 레진을 분할하여 포인트를 표시하는 과정은 생략될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. OCT(optical coherence tomography)장치에 의해 수행되는, 이차전지 정렬상태 검사 방법에 있어서,
    (a) 이차전지의 양 측면 중 적어도 한 면을 향해 OCT장치의 광을 조사하고 상기 이차전지로부터 반사된 광을 수집하는 단계;
    (b) 상기 수집된 광을 기초로 획득된 OCT영상으로부터 상기 이차전지에 포함된 전극판들의 에지(edge)를 파악하는 단계; 및
    (c) 각 에지의 위치를 비교하여 상기 전극판들 간 정렬상태를 판단하는 단계;
    를 포함하는, 이차전지 정렬상태 검사 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)단계는, 상기 OCT장치의 광이 조사되는 방향과 상기 이차전지 내 전극판이 배치되는 면이 평행하도록 상기OCT장치의 광을 조사하는 단계;를 포함하는, 이차전지 정렬상태 검사 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)단계는, 상기 이차전지가 각형인 경우 상기 이차전지의 전후 양 측 모서리에만 상기 OCT장치의 광을 조사하는 것인, 이차전지 정렬상태 검사 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)단계는, 상기 이차전지의 양 측면에 서로 마주하는 방향으로 상기 OCT장치가 각각 배치되고, 컨베이어벨트 상에서 상기 이차전지가 이송되며, 상기 이차전지가 상기 OCT장치와 대응하는 위치에 도달하는 경우 상기 OCT장치가 동작하는 것인, 이차전지 정렬상태 검사 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 (c)단계는, 상기 이차전지가 각형인 경우 상기 이차전지가 상기 컨베이어벨트에 의해 이송됨에 따라 상기 OCT영상에 차례로 표시되거나 소멸되는 에지의 순서에 기초하여 상기 이차전지의 이송방향에 대한 상기 전극판들 간 정렬상태가 판단되는 것인, 이차전지 정렬상태 검사 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 (c)단계는, 상기 이차전지가 각형인 경우 상기 이차전지의 각 모서리에 위치하는 각 전극판 별 에지와 상기 OCT장치 사이의 거리값에 기초하여 상기 이차전지의 이송방향의 수직방향에 대한 정렬상태가 판단되는 것인, 이차전지 정렬상태 검사 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 (b)단계는, 광이 조사되는 기준면과 상기 OCT영상에 표시된 각 에지 사이의 거리값을 산출하여 상기 각 에지의 위치를 특정하는 단계;를 포함하되,
    상기 기준면의 위치는 OCT장치의 설치 상태에 따라 미리 결정되는 것인, 이차전지 정렬상태 검사 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 (b)단계는, 상기 각 거리값에 대하여 기 설정된 보정 연산을 수행하여 실제 거리값을 산출함으로써 상기 각 에지의 실제 위치를 특정하는 단계;를 포함하되,
    상기 기 설정된 보정 연산은 분리막의 두께 및 분리막의 굴절률 중 적어도 하나가 고려되어 수행되는 것인, 이차전지 정렬상태 검사 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 (b)단계는, 상기 OCT장치의 광이 조사되어 상기 전극판의 에지까지 도달하는 과정 중 분리막을 경유하게 되는 경우에 상기 보정 연산을 수행하는 것인, 이차전지 정렬상태 검사 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 (a)단계 전에, 분리막에 의한 빛의 산란을 최소화하기 위하여 상기 전극판들의 에지를 감싸는 부분의 분리막에는 기 설정된 레진(resin)이 도포되어 있는 것인, 이차전지 정렬상태 검사 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 레진은, 상기 (a)단계 전 전극판 및 분리막에 대한 코팅 또는 접착 공정에서 사용되는 것인, 이차전지 정렬상태 검사 방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 (c)단계는, 상기 각 에지들 간 위치의 차이가 기 설정된 허용오차 범위에 벗어나는 경우 정렬상태의 불량으로 판단하는 것인, 이차전지 정렬상태 검사 방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 (c)단계는, 상기 이차전지 내 각 에지의 분포 양상을 나타내는 3차원 OCT영상을 획득하고 상기 3차원 OCT영상을 기초로 정렬상태를 판단하는 단계;를 포함하되,
    상기 3차원 OCT영상은 상기 이차전지의 각 에지에 대하여 획득된 2차원 OCT영상의 결합인 것인, 이차전지 정렬상태 검사 방법.
  14. OCT장치를 통한 이차전지 정렬상태 검사 시스템에 있어서,
    이차전지를 이송하는 컨베이어벨트; 및
    상기 컨베이어벨트의 양 측면에 서로 마주하는 방향으로 각각 배치되어 이차전지 정렬상태 검사를 수행하는 OCT장치;를 포함하고,
    상기 OCT장치가 상기 이차전지의 양 측면 중 적어도 한 면을 향해 OCT장치의 광을 조사한 후 상기 이차전지로부터 반사된 광을 수집하고,
    상기 OCT장치가 상기 수집된 광을 기초로 획득된 OCT영상으로부터 상기 이차전지에 포함된 전극판들의 에지를 파악하고,
    상기 OCT장치가 각 에지의 위치를 비교하여 상기 전극판들 간 정렬상태를 판단하는, OCT장치를 통한 이차전지 정렬상태 검사 시스템.
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