WO2023080756A1 - 용접 검사 장치 - Google Patents

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lens
inspection method
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심규헌
이길영
이준오
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LG Energy Solution Ltd
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a welding inspection device, and more particularly, to a device for inspecting a welding condition inside a hollow portion of a cylindrical electrode assembly on a linear track.
  • Secondary batteries which are easy to apply according to product groups and have electrical characteristics such as high energy density, are common not only in portable devices but also in electric vehicles (EVs) or hybrid electric vehicles (HEVs) driven by an electrical driving source. is being applied to
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series.
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to the charge/discharge capacity required of the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack and the type of electrical connection may be variously set according to a required output voltage and/or charge/discharge capacity.
  • a separator which is an insulator, is interposed between a positive electrode and a negative electrode, and the electrode assembly in the form of a jelly roll is formed by winding the separator, and the electrode assembly is inserted into the battery can to configure the battery.
  • An electrode tab in the form of a strip may be connected to the non-coated portion of each of the positive and negative electrodes, and the electrode tab electrically connects the electrode assembly and an electrode terminal exposed to the outside.
  • the positive electrode terminal is a cap plate of a sealing body sealing the opening of the battery can
  • the negative electrode terminal is the battery can.
  • a cylindrical battery having a structure in which the positive and negative uncoated regions are located at the top and bottom of the jelly roll type electrode assembly, and a current collecting plate is welded to the uncoated region to improve the current collection efficiency.
  • a cell (a so-called tab-less cylindrical battery cell) is presented.
  • a current collector plate is welded to an uncoated portion of an electrode assembly, and the current collector plate is fixed to pass through one end of the battery can and welded from the inside of the battery can to an electrode terminal protruding out of the battery can.
  • FIG. 1 is a state in which an uncoated portion of an electrode assembly and a first current collecting plate are welded to each other during a manufacturing step of a cylindrical battery cell, and then a first electrode terminal riveted to one end of a battery can and the first current collecting plate are welded.
  • the first current collector plate 13 is welded to the first non-coated portion 111a, and the electrode assembly 11 has a second non-coated portion 111b inside the battery can 12. It is accommodated facing the opening 121 of the.
  • the first current collector plate 13 is welded to the first electrode terminal 15 rivet-fixed to pass through the bottom surface of the battery can 12 and the welding portion 13W located at one end of the hollow part 11H. .
  • the present invention was invented under the background of the prior art as described above, and a current collector plate welded to one uncoated portion of a jelly roll type electrode assembly accommodated in a cylindrical battery can having a closed surface at one end and an open portion at the other end, It is an object of the present invention to provide a welding inspection device and inspection method capable of inspecting welding conditions such as over-welding or weak welding between electrode terminals fixed to penetrate the closure surface.
  • the welding inspection device is a vision camera
  • the lens angle of view of the vision camera to weld spatter on the inner circumferential surface of the hollow part along with welding conditions such as over-welding of the welded part
  • Another technical problem of the present invention is to provide a welding inspection method for applying the welding inspection device to a specimen on a linear track.
  • Another technical problem of the present invention is to improve the economics of the entire manufacturing process through optimization of the processing process of the welding inspection method for the sample on the linear track.
  • the present invention provides a jig for supporting and fixing a battery can, which is a sample, with its opening facing in a first direction, and a welded portion between a first current collecting plate and a first electrode terminal and a lens aligned in the first direction. And it provides a welding inspection device including a camera equipped with an image detection sensor.
  • the electrode assembly accommodated in the battery can may have a first uncoated portion and a first current collecting plate welded thereto at one end in the axial direction thereof, and a second uncoated portion and a second current collecting plate welded thereto at the other end thereof.
  • a central hole equal to or larger than the inner diameter of the other end of the hollow part may be provided in the second current collecting plate so that the hollow part of the electrode assembly can be opened through the opening of the battery can.
  • the camera may include an endoscope at one end thereof moved and inserted into the hollow part along a first direction to take a close-up picture of the welding part.
  • An outer diameter of the endoscope unit may be smaller than an inner diameter of the hollow part.
  • the endoscope unit may pass through a central hole of the second current collecting plate and be inserted into the hollow part.
  • the endoscope unit may have a lens and a light at an end thereof in the first direction, and the light may be integral with the lens.
  • the endoscope unit may be inserted into the hollow part by approaching the camera along the first direction to the specimen, or the jig may be inserted into the hollow part by approaching the specimen itself to the camera in the first direction.
  • the endoscope unit may include a submotor capable of parallel movement in an X-axis, a Y-axis, or a Z-axis in order to align or focus with the welded portion or hollow portion before and after the insertion.
  • the submotor may be provided in a number of cases ranging from enabling movement in any one of the three directions to enabling free movement in all three directions.
  • the lens may be a wide-angle lens.
  • the wide-angle lens may mean having an angle of view wide enough to photograph an inner circumferential surface of the hollow part in a state in which the endoscope is inserted into the hollow part.
  • the lens may be a telephoto lens.
  • the telephoto lens may mean having a focal length long enough to photograph the welded portion without being inserted into the hollow part, such as the camera not having an endoscope.
  • the camera may be connected to an external image processing device to derive inspection results by processing images acquired by the image detection sensor.
  • the image processing device may be programmed to output an inspection decision signal by processing an image of the welded portion acquired by the image sensor to determine whether the welded portion is weakly welded, normal welded, or excessively welded. .
  • the image processing device identifies whether a pupil is generated due to over-welding in the welded region from the image of the welded region obtained by the image sensor, thereby determining whether the welded region is over-welded and outputting an inspection decision signal. It may have been programmed to do so.
  • the image processing device may be programmed to process an image of an inner circumferential surface of the hollow part acquired by the image sensor, determine whether spatter due to welding has occurred on the inner circumferential surface, and output an inspection determination signal.
  • the present invention also provides a method of inspecting a welding state by photographing the welding portion or the inner circumferential surface of the hollow portion using the welding inspection device.
  • the welding inspection method may be an inspection method for determining whether the welding portion is weakly welded, normal welded, or excessively welded.
  • the welding inspection method may be an inspection method for determining whether welding spatter is generated on an inner circumferential surface of the hollow part.
  • the welding inspection method may be an inspection method for determining whether the welding spatter has occurred and whether the welding portion has weak welding, normal welding, or excessive welding.
  • the welding inspection method may target a sample on a linear track.
  • the weld inspection method on the linear track can be configured to provide a trigger input only when product data is present.
  • the welding inspection method on the linear track may be set to an inspection machine pass mode in which the trigger is always in an ON state and the inspection decision signal is ignored.
  • the welding inspection method on the linear track may be set to have a defect rate of 200PPM. Based on the defect rate, the tact time of the linear track may be set to 300 ms or less.
  • the tack time may be set to 200 ms or less in consideration of the scan time.
  • the present invention includes a camera having an endoscope unit provided with lighting and a lens, and the endoscope unit is inserted into the hollow of a jelly roll type electrode assembly accommodated in a cylindrical battery can having a closed surface at one end and an open part at the other end. Accordingly, it is possible to provide a welding inspection device capable of inspecting a welding state between an uncoated portion of one side of the electrode assembly, a welded current collecting plate, and an electrode terminal fixed to pass through the closed surface.
  • the present invention can provide a welding inspection device capable of inspecting the welding state of the welding portion by including a telephoto lens even though the camera does not include an endoscope or is not inserted into the hollow portion.
  • a welding inspection device capable of inspecting whether welding spatter is generated by photographing the inner circumferential surface of the hollow part of the electrode assembly.
  • the present invention may provide a welding inspection method for conducting a welding inspection on the linear track with a tack time of 200 ms or less.
  • the present invention may have various other effects, which will be described in each embodiment, or descriptions of effects that can be easily inferred by those skilled in the art will be omitted.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylindrical battery cell in the manufacturing process in which a first electrode uncoated portion of a jelly roll type electrode assembly is welded to a first current collector plate, and the first collector plate is welded to a first electrode terminal.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a camera having an endoscope inserted into a hollow part of an electrode assembly to inspect a welding state between a first current collecting plate and a first electrode terminal.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which a camera having an endoscope is inserted into a hollow part of an electrode assembly.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a state in which a camera having an endoscope and a wide-angle lens is inserted into a hollow part of an electrode assembly and photographs an inner circumferential surface of the hollow part.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a state in which a camera having a telephoto lens is not inserted into an electrode assembly and photographs a welding portion.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of inspecting a welding state using a welding inspection device having an endoscope on a linear track in a time-sequential manner.
  • first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms, of course. These terms are only used to distinguish one component from another component, and unless otherwise stated, the first component may be the second component, of course.
  • the arrangement of an arbitrary element on the "upper (or lower)" or “upper (or lower)” of a component means that an arbitrary element is placed in contact with the upper (or lower) surface of the component.
  • ком ⁇ онент when a component is described as “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but other components may be “interposed” between each component. ", or each component may be “connected”, “coupled” or “connected” through other components.
  • a direction (Y) along the longitudinal direction of the winding shaft of the electrode assembly wound in the form of a jelly roll is referred to as an axial direction or a width direction.
  • the direction X surrounding the winding shaft is referred to as a circumferential direction or a circumferential direction.
  • a direction Z that is closer to or away from the winding axis is referred to as a radial direction or a radial direction.
  • a direction closer to the winding axis is referred to as a centripetal direction
  • a direction away from the winding axis is referred to as a centrifugal direction.
  • a cylindrical battery cell including a jelly roll-type electrode assembly 11 in which a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator interposed therebetween are stacked and wound while surrounding a winding center, particularly a tabless cylindrical battery cell
  • a welding inspection device and a welding inspection method used in the manufacturing process are provided.
  • Such an inspection device and welding inspection method not only in the process of manufacturing the tabless cylindrical battery cell, but also inspects the welding state of any specimen that includes a narrow and long hollow part and has a welded part at one end inside the hollow part, as will be described later.
  • it can be sufficiently applied and applied by a person skilled in the art.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylindrical battery cell during manufacturing.
  • the cylindrical battery cell is provided on the jelly roll type electrode assembly 11 and the first electrode uncoated portion 111 and the second electrode uncoated portion 111 provided at both ends in the axial direction of the electrode assembly 11.
  • Each of the welded first and second collector plates 13 and 14 has a cylindrical battery can having a closed surface 122 at one end in the axial direction and an opening 121 at the other end ( 12), the first electrode terminal 15 is provided at the central portion of the closed surface 122 and is fixed while penetrating the closed surface 122.
  • the first current collecting plate 13 is welded to the first electrode terminal 15 from the inside through the hollow part 11H extending through the central axis 11A of the electrode assembly 11, and the welding portion 13W ) to form
  • Welding between the first current collecting plate 13 and the first electrode terminal 15 is performed by a separator and a core (a tubular member positioned at the winding center in a jelly roll type electrode assembly) that may be disposed on the inner surface of the hollow part 11H. ), it can be made by inserting a welding rod and a guide in order not to damage it.
  • the welding method is not necessarily limited thereto, and various welding methods such as laser welding and resistance welding can be applied.
  • the second current collecting plate 14 has a central hole 14H whose inner diameter is equal to or larger than the inner diameter of the opening of the other axial end of the hollow part 11H, so that the second current collecting plate 14 is Even after being welded, the hollow part 11H may be formed to be open toward the other side in the axial direction. As will be described later, by providing such a center hole 14H, it is possible to inspect the welding state between the first current collecting plate 13 and the first electrode terminal 15 even when the second current collecting plate 14 is welded. it becomes possible
  • the first electrode terminal 15 may be insulated from the battery can 12 with a gasket or the like.
  • the second current collecting plate 14 may be electrically connected to the battery can 12 later, and in this case, the first electrode terminal 15 connects the negative electrode or positive electrode of the electrode assembly 11 to the outside. It is a terminal enabling connection, and the battery can 12 may be a terminal enabling the positive electrode or negative electrode of the electrode assembly 11 to be connected to the outside.
  • the sample of the welding inspection device or welding inspection method according to the present invention is assembled and welded to include the battery can 12, the electrode assembly 11, the first current collector plate 13, and the first electrode terminal 15. may be in a completed state.
  • the second current collector plate 14 has a center hole 14H, the other end of the hollow portion 11H in the axial direction is open even when welding to the second current collector plate 14 is completed. Therefore, it is possible to perform the welding inspection in a state in which welding to the second current collecting plate 14 is completed, since optical access to the welding portion 13W, that is, shooting is possible.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing that an endoscope 424 is provided as a camera 42 included in a welding inspection device according to another embodiment of the present invention and photographs a welding region 13W.
  • the camera 42 essentially includes a lens 422 and an image detection sensor 421, and may additionally include an endoscope 424 and/or a light 423.
  • the image detection sensor 421 is a sensor that acquires an image through light coming from the lens 422, and the image acquired by the image detection sensor 421 is transferred to an image processing device connected to the outside of the camera 42. can be transmitted
  • the image processing device may be programmed to analyze an image acquired by the image detection sensor 421 to determine a welding state of the welding portion 13W.
  • the welding state may mean weak welding, normal welding, or over-welding.
  • the image processing device when the camera 42 can capture even the inner circumferential surface of the hollow part 11H of the electrode assembly 11, the image of the inner circumferential surface of the hollow part 11H acquired by the image sensor 421 It may be possible to determine whether or not welding spatter occurs on the inner circumferential surface of the hollow part 11H by analyzing.
  • the endoscope unit 424 may be moved and inserted into the hollow part 11H of the electrode assembly 11 to photograph the welded part 13W.
  • the illumination 423 may be disposed adjacent to the lens 422 so as to be irradiated to a photographing portion of the lens 422, and may be integrated with the lens 422 as shown in FIG. 2 .
  • the lighting 423 may be disposed in an appropriate location and in an appropriate direction so as to illuminate the welding portion 13W by irradiating into the hollow portion 11H.
  • the lighting 423 may be located at a distal end of the endoscope part 424 .
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which a camera 42 having an endoscope unit 424 according to an embodiment of the present invention is inserted into the hollow part 11H of the electrode assembly 11.
  • the jig 41 fixes the battery can 12 so that the opening 121 faces the first direction
  • the lens 422 located at the distal end of the endoscope unit 424 and the image detection sensor 421 located on the body side of the camera 42 are aligned in the first direction from the welding portion 13W. It is disposed on the side of the open part 121 of the battery can 12 in the state.
  • the endoscope part 424 extends along the central axis 11A of the electrode assembly 11 to bring the lens 422 close to the welding part 13W and can be inserted into the hollow part 11H. As the endoscope part 424 is inserted into the hollow part 11H, the camera 42 may photograph the welding portion 13W through the lens 422 provided at the distal end of the endoscope part 424.
  • the endoscope part 424 may have an outer diameter smaller than an inner diameter of the hollow part 11H for the insertion.
  • the endoscope part 424 may also pass through the central hole 14H provided in the second current collector plate 14 and be inserted into the hollow part 11H.
  • the endoscope part 424 has an outer diameter This may be smaller than the inner diameter of the second current collecting plate 14 .
  • the method of moving the endoscope part 424 to be inserted into the hollow part 11H may vary.
  • the camera 42 as a whole may approach and move toward the welding portion 13W.
  • only the endoscope part 424 may be independently extended to approach the welding portion 13W.
  • the endoscope part 424 may be inserted into the hollow part 11H by the jig 41 moving the battery can itself along the first direction.
  • the distal end of the endoscope part 424 may include a light 423, and the light 423 may be integrated with the lens 422.
  • the endoscope unit 424 may be equipped with a servomotor so that it can freely move in parallel along the X-axis, Y-axis, and/or Z-axis before and after being inserted into the hollow part 11H or while being inserted.
  • the sub-motor may be used to fine-tune the shooting area or focus of the camera 42 .
  • the image acquired by the image sensor 421 through the lens 422 is transmitted to the image processing device, and the welding state of the welding portion 13W, that is, weak welding, normal welding, or over-welding is determined.
  • the image processing device may be programmed to determine the welding state by analyzing an image acquired and transmitted by the image detection sensor 421 .
  • the image processing device may be programmed to determine the over-welding by identifying whether a pupil due to the over-welding appears in the image of the welding portion 13W obtained and transmitted by the image sensor 421. can That is, it may be a kind of vision inspection device.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a state in which a camera additionally equipped with a wide-angle lens is inserted into the hollow part of the electrode assembly in FIG. 3 and photographs the inner circumferential surface of the hollow part.
  • the lens 422 provided at the distal end of the endoscope unit 424 may be a wide-angle lens.
  • the wide-angle lens may refer to a lens 422 having a sufficiently wide angle of view 422A so that the camera 42 may photograph the inner circumferential surface of the hollow part 11H.
  • An image obtained by the image sensor 421 through the lens 422 is transmitted to an image processing device, and it is determined whether or not welding spatter is generated on the inner circumferential surface of the hollow part 11H.
  • the image processing device may be programmed to analyze an image acquired and transmitted by the image detection sensor 421 to determine whether or not the welding spatter has occurred. For example, the image processing device identifies whether a spatter shape due to welding appears in the image of the inner circumferential surface of the hollow part 11H obtained and transmitted to the image detection sensor 421 to determine whether the welding spatter has occurred can be programmed to do so.
  • the inspection of the welding state and the inspection of whether or not the welding spatter occurs may be simultaneously performed by one welding inspection device including an endoscope unit 424 having a wide-angle lens 422 at its distal end.
  • the image processing device may be programmed to simultaneously determine the welding state and whether welding spatter has occurred.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which a camera having a telephoto lens according to another embodiment of the present invention photographs a welding portion without being inserted into an electrode assembly.
  • the jig 41 fixes the battery can 12 so that the open portion 121 faces the first direction
  • the camera 42 fixes the battery can 12 to the welding portion 13W.
  • the lens 422 and the image detection sensor 421 may be arranged to be aligned in the first direction.
  • the camera 42 may not include the endoscope part 424 and the lens 422 may not be inserted into the hollow part 11H.
  • the lens 422 may be a telephoto lens.
  • the telephoto lens may mean a lens having a narrow angle of view 422A and a long focal length so that the welded portion 13W can be photographed without the lens 422 being inserted into the hollow part 11H. there is.
  • the camera 42 may include a light 423 adjacent to the lens 422 , and the light 423 may be integral with the lens 422 .
  • the image acquired by the image detection sensor 421 through the lens 422 is transmitted to the image processing device, and the welding state of the welding portion 13W, that is, weak welding, normal welding, or over-welding is determined.
  • the image processing device may be programmed to determine the welding state by analyzing an image acquired and transmitted by the image detection sensor 421 .
  • the image processing device may be programmed to determine whether the over-welding is performed by discriminating whether a pupil due to the over-welding appears in the image of the welding portion 13W obtained and transmitted by the image sensor 421.
  • the welding inspection device may target a sample on a linear track.
  • the linear track may be a linear track on which the tabless cylindrical battery cell is manufactured.
  • the specimen first undergoes a welding process through a welding device before moving to the welding inspection device.
  • the welding process refers to welding between the first collecting plate 13 and the first electrode terminal 15, welding between the first collecting plate 13 and the first uncoated portion 111a, and/or the first non-coated portion 111a. It may be a welding process between the second current collecting plate 14 and the second uncoated portion 111b.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of inspecting a welding state of a specimen on a linear track using a welding inspection apparatus including an endoscope unit 424 according to an embodiment of the present invention in a time-sequential manner.
  • the welding inspection method will be described with reference to FIGS. 3 to 6 .
  • the battery can 12 that has completed the welding process moves to the welding inspection position on the linear track together with the jig 41 (S11).
  • the battery can 12 has its opening 121 facing the first direction by the jig 41, and the lens 422 included in the camera 42 of the welding inspection device. and the image detection sensor may be fixed so as to be aligned in the first direction along the central axis 11A of the electrode assembly 11 from the welding region 13W between the first current collector plate 13 and the first electrode terminal 15. there is.
  • the endoscope part 424 is inserted into the hollow part 11H of the electrode assembly 11 (S12).
  • the endoscope part 424 may extend from the main body of the camera 42 into the hollow part 11H along the central axis 11A of the electrode assembly 11 .
  • the insertion may be performed by moving the welding inspection device or the entire camera 42 in the direction of the welding site, and only the endoscope 424 extends independently so as to insert the lens 422 into the welding site. 13W, or by moving the jig 41 to bring the battery can 12 close to the lens 422.
  • the lens 422 may be provided at a distal end of the endoscope unit 424, and the illumination 423 may be provided at a portion adjacent to the lens 422 or integrally with the lens 422.
  • the above process (S12) may be omitted in the welding inspection method using the welding inspection device having the telephoto lens.
  • the camera 42 captures the welding portion 13W and transmits the image to the image processing device (S13).
  • the photographing may be performed by acquiring an image of the welding portion 13W to the image sensor 421 through the lens 422 .
  • the inner circumferential surface of the hollow portion 11H may be simultaneously photographed in order to inspect whether or not welding spatter occurs as well as the welding portion 13W.
  • the image processing device analyzes the image and determines whether or not it is defective (S13).
  • the image processing device may be programmed to analyze an image acquired and transmitted from the image detection sensor 421 to determine welding defects. That is, the image processing device may be programmed to analyze the image of the welded portion 13W to determine whether there is weak welding, normal welding, or excessive welding. For example, the image processing device may be programmed to determine whether there is over-welding by identifying whether or not a pupil appears due to over-welding in the image of the welding region 13W.
  • the welding inspection method on the linear track can be set to provide a trigger input only when there is product data, or can be set to an inspector pass mode in which the trigger is always in an ON state and the inspection decision signal is ignored.
  • the welding inspection method on the linear track may be set to have a defect rate of 200PPM. Based on the defect rate, the tact time of the linear track may be set to 300 ms or less. The tack time may be set to 200 ms or less in consideration of the scan time.

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Abstract

본 발명은 젤리롤 타입의 전극 조립체를 포함하는 탭리스 원통형 배터리 셀에 있어서, 전극 조립체의 무지부에 용접되는 집전 플레이트가 다시금 전극 조립체가 수용된 원통형 전지 캔의 일단부에 마련된 폐쇄면을 관통하도록 고정된 전극 단자와 전극 조립체의 중공부 내측으로부터 용접된 후에, 상기 용접 상태를 검사할 수 있는 용접 검사 장치 및 용접 검사 방법에 관한 것이다. 상기 전지 캔은 지그에 의해 고정되고, 상기 용접 검사 장치는 내시경부 또는 망원 렌즈를 구비한 비전 카메라 검사 장치로서, 상기 전지 캔의 타측 단부에 마련된 개방부를 통해 삽입되거나 삽입되지 않은 상태에서 상기 용접 부위 및 상기 중공부의 내측면을 촬영하여 약용접, 과용접, 또는 용접 스패터로 인한 불량 여부를 검사할 수 있다. 또한, 이는 리니어 트랙 상의 검체에 대하여도 적용될 수 있다.

Description

용접 검사 장치
본 출원은 2021년 11월 8일자 대한민국 특허출원 제10-2021-0152638호 및 2022년 5월 3일자 대한민국 특허출원 제10-2022-0055065호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은, 용접 검사 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 리니어 트랙 상의 원통형 전극 조립체의 중공부 내부의 용접 상태를 검사하는 장치에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 자동차(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전 지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다 수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수 및 전기적 연결 형태는 요구되는 출력 전압 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 단위 이차 전지 셀의 종류로서, 원통형, 각형 및 파우치형 배터리 셀이 알려져 있다. 원통형 배터리 셀의 경우, 양극과 음극 사이에 절연체인 분리막을 개재하고 이를 권취하여 젤리롤 형태의 전극 조립체를 형성하고, 이를 전지 캔 내부에 삽입하여 전지를 구성한다. 그리고 상기 양극 및 음극 각각의 무지부에는 스트립 형태의 전극 탭이 연결될 수 있으며, 전극 탭은 전극 조립체와 외부로 노출되는 전극 단자 사이를 전기적으로 연결시킨다. 참고로, 양극 전극 단자는 전지 캔의 개방구를 밀봉하는 밀봉체의 캡 플레이트이고, 음극 전극 단자는 전지 캔이다. 그런데, 이와 같은 구조를 갖는 종래의 원통형 배터리 셀에 의하면, 양극 무지부 및/또는 음극 무지부와 결합되는 스트립 형태의 전극 탭에 전류가 집중되기 때문에 저항이 크고 열이 많이 발생하며 집전 효율이 좋지 않다는 문제점이 있었다.
18650이나 21700의 폼 팩터를 가진 소형 원통형 배터리 셀은 저항과 발열이 큰 이슈가 되지 않는다. 하지만, 원통형 배터리 셀을 전기 자동차에 적용하기 위해 폼 팩터를 증가시킬 경우, 급속 충전 과정에서 전극 탭 주변에서 많은 열이 발생하면서 원통형 배터리 셀이 발화하는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 젤리롤 타입의 전극 조립체의 상단 및 하단에 각각 양극 무지부 및 음극 무지부가 위치하도록 설계하고, 이러한 무지부에 집전 플레이트를 용접시켜 집전 효율이 개선된 구조를 갖는 원통형 배터리 셀(소위 탭리스(Tab-less) 원통형 배터리 셀)이 제시되었다.
탭리스 원통형 배터리 셀 중에서는, 전극 조립체의 무지부에 집전 플레이트가 용접되고, 다시 상기 집전 플레이트가 상기 전지 캔 일단부를 관통하도록 고정되어 전지 캔 밖으로 돌출되는 전극 단자와 상기 전지 캔 내부로부터 용접되는 방식으로 상기 전극 조립체가 외부와 전기적으로 연결될 수 있도록 구성된 것이 있을 수 있다.
도 1은 원통형 전지 셀의 제조 단계 중, 전극 조립체의 무지부와 제1집전 플레이트가 용접되고, 그 이후 전지 캔의 일단부에 리벳 고정된 제1전극 단자와 상기 제1집전 플레이트가 용접된 상태를 나타낸 측면 단면도이다. 이를 참조하면, 제1집전 플레이트(13)는 제1무지부(111a)에 용접되고, 전극 조립체(11)는 전지 캔(12) 내부에 제2무지부(111b)가 상기 전지 캔(12)의 개방부(121)를 향하도록 수용된다. 상기 제1집전 플레이트(13)는 상기 전지 캔(12)의 바닥면을 관통하도록 리벳 고정된 제1전극 단자(15) 와 중공부(11H)의 일단부에 위치한 용접 부위(13W)에서 용접된다.
위와 같은 구조를 가진 원통형 전지 셀의 경우, 상기 용접 부위(13W)가 상기 중공부(11H)를 통하지 않고는 확인하기가 힘든 구조여서, 일반적인 비전 카메라 검사 장치를 통해서는 용접 상태를 검사하는 데에 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 배경하에서 창안된 것으로서, 일측 단부에 폐쇄면을 갖고 타측 단부에 개방부를 갖는 원통형 전지 캔에 수용된 젤리롤 타입의 전극 조립체의 일측 무지부와 용접된 집전 플레이트와, 상기 폐쇄면을 관통하도록 고정된 전극 단자 간의 과용접 여부 또는 약용접 여부 등의 용접 상태를 검사할 수 있는 용접 검사 장치 및 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 기술적 과제는, 상기 용접 검사 장치가 비전 카메라인 경우, 상기 비전 카메라의 렌즈 화각을 적절하게 제시하여 용접 부위의 과용접 등의 용접 상태와 더불어 상기 중공부 내주면에의 용접 스패터로 인한 불량 여부를 검사할 수 있는 검사 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 상기 용접 검사 장치를 리니어 트랙 상의 검체에 적용하는 용접 검사 방법을 제공하는 데에 잇다.
본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 상기 리니어 트랙 상의 검체를 대상으로 하는 용접 검사 방법의 처리 과정의 최적화를 통해 전체 제조 공정의 경제성을 향상시키는 데에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 검체인 전지 캔을 그 개방부가 제1방향을 향하도록 지지 고정하는 지그 및 제1집전 플레이트와 제1전극 단자 간의 용접 부위와 상기 제1방향으로 정렬되는 렌즈 및 영상 감지 센서를 구비한 카메라를 포함하는 용접 검사 장치를 제공한다.
상기 전지 캔에 수용된 전극 조립체는, 그 축방향 일측 단부에는 제1무지부 및 이에 용접된 제1집전 플레이트가 마련되고, 타측 단부에는 제2무지부 및 이에 용접된 제2집전 플레이트가 마련된 것일 수 있으며, 상기 제2집전 플레이트에는, 상기 전극 조립체의 중공부가 상기 전지 캔의 개방부를 통하여 개방될 수 있도록 상기 중공부의 타측 단부의 내경과 같거나 이보다 큰 중앙 홀이 마련될 수 있다.
상기 카메라는 그 일단부에 제1방향을 따라 상기 중공부 내로 이동 삽입되어 상기 용접 부위를 근접 촬영할 수 있는 내시경부를 포함할 수 있다.
상기 내시경부는 그 외경이 상기 중공부의 내경보다 작을 수 있다.
상기 내시경부는 상기 제2집전 플레이트의 중앙 홀을 통과하여 상기 중공부에 삽입될 수 있다.
상기 내시경부는 그 제1방향 단부에 렌즈와 더불어 조명을 구비할 수 있으며, 상기 조명은 상기 렌즈와 일체형일 수 있다.
상기 내시경부는, 상기 카메라가 제1방향을 따라 검체에 접근함으로써 상기 중공부에 삽입될 수 있으며, 상기 지그가 검체 자체를 제1방향을 따라 상기 카메라에 접근시킴으로써 상기 중공부에 삽입될 수도 있다.
상기 내시경부는 상기 삽입 전후로 상기 용접 부위 또는 중공부와의 정렬 또는 초점 잡기 등을 위하여 X축, Y축, 또는 Z축으로 평행이동이 가능하도록 하는 서브모터를 구비할 수 있다. 상기 서브모터는 상기 세 방향 중 어느 한 방향으로의 이동을 가능하게 하는 것에서부터 상기 세 방향 모두로의 자유로운 이동을 가능하게 하는 것에 이르기까지 다양한 경우의 수로 구비될 수 있다.
상기 렌즈는 광각 렌즈일 수 있다. 상기 광각 렌즈라 함은, 상기 내시경부가 상기 중공부 내로 삽입된 상태에서 상기 중공부의 내주면을 촬영할 수 있는 정도로 넓은 화각을 가진 것을 의미할 수 있다.
상기 렌즈는 망원 렌즈일 수도 있다. 상기 망원 렌즈라 함은, 상기 카메라에 내시경부가 구비되지 않은 등으로 상기 중공부에 삽입됨이 없이도 상기 용접 부위를 촬영할 수 있을 정도로 긴 초점 거리를 가진 것을 의미할 수 있다.
상기 카메라는 상기 영상 감지 센서에 획득되는 이미지를 처리하여 검사 결과를 도출하기 위하여 외부의 영상 처리 장치와 연결될 수 있다.
상기 영상 처리 장치는 상기 영상 감지 센서에 획득되는 상기 용접 부위의 이미지를 처리하여 상기 용접 부위의 약용접, 정상 용접, 또는 과용접 여부를 판단하여 검사 판정 신호를 출력할 수 있도록 프로그래밍된 것일 수 있다.
상기 영상 처리 장치는 상기 영상 감지 센서에 획득되는 상기 용접 부위의 이미지에서 상기 용접 부위에 과용접으로 인한 동공이 발생되었는지 여부를 식별함으로써 상기 용접 부위가 과용접된 것인지 판단하여 검사 판정 신호를 출력할 수 있도록 프로그래밍된 것일 수 있다.
상기 영상 처리 장치는 상기 영상 감지 센서에 획득되는 상기 중공부의 내주면의 이미지를 처리하여 상기 내주면에 용접으로 인한 스패터가 발생하였는지 판단하여 검사 판정 신호를 출력할 수 있도록 프로그래밍된 것일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 용접 검사 장치를 이용하여 상기 용접 부위 또는 상기 중공부의 내주면을 촬영함으로써 용접 상태를 검사하는 방법을 제공한다.
상기 용접 검사 방법은 상기 용접 부위의 약용접, 정상 용접, 또는 과용접 여부를 판정하는 검사 방법일 수 있다.
상기 용접 검사 방법은 상기 중공부의 내주면에의 용접 스패터 발생 여부를 판정하는 검사 방법일 수 있다. 또는, 상기 용접 검사 방법은 상기 용접 스패터 발생 여부 및 상기 용접 부위의 약용접, 정상 용접, 또는 과용접 여부를 판정하는 검사 방법일 수 있다.
상기 용접 검사 방법은 리니어 트랙 상의 검체를 대상으로 하는 것일 수 있다.
상기 리니어 트랙 상의 용접 검사 방법은 제품 데이터가 있을 때만 트리거 인풋을 제공하도록 설정될 수 있다.
상기 리니어 트랙 상의 용접 검사 방법은 트리거를 항시 ON 상태로 하고 검사 판정 신호를 무시하도록 하는 검사기 패스 모드로 설정될 수 있다.
상기 리니어 트랙 상의 용접 검사 방법은 200PPM의 불량률을 가지도록 설정될 수 있다. 상기 불량률을 기준으로 할 때, 상기 리니어 트랙의 택 타임은 300ms 이하로 설정될 수 있다.
상기 택 타임은 스캔 타임을 고려하여 200ms 이하로 설정될 수도 있다.
본 발명은, 조명 및 렌즈가 마련된 내시경부를 구비한 카메라를 포함하고, 일측 단부에 폐쇄면을 갖고 타측 단부에 개방부를 갖는 원통형 전지 캔에 수용된 젤리롤 타입의 전극 조립체의 중공부에 상기 내시경부가 삽입됨으로써, 상기 전극 조립체의 일측 무지부와 용접된 집전 플레이트와 상기 폐쇄면을 관통하도록 고정된 전극 단자 간의 용접 상태를 검사할 수 있는 용접 검사 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 또 다른 측면에서, 상기 내시경부가 자유롭게 평행이동할 수 있는 용접 검사 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 또 다른 측면에서, 상기 카메라가 내시경부를 구비하지 않거나 상기 중공부에 삽입되지 않으면서도, 망원 렌즈를 구비함으로써 상기 용접 부위의 용접 상태를 검사할 수 있는 용접 검사 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 또 다른 측면에서, 상기 전극 조립체의 중공부 내주면을 촬영하여 용접 스패터의 발생 여부를 검사할 수 있는 용접 검사 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 또 다른 측면에서, 상기 용접 검사 장치를 이용해 리니어 트랙 상의 검체를 대상으로 하는 용접 검사 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 또 다른 측면에서, 상기 리니어 트랙 상의 용접 검사를 택 타임 200ms 이하로 시행하는 용접 검사 방법을 제공할 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시예에서 설명하거나, 통상의 기술자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
도 1은 젤리롤 타입 전극 조립체의 제1전극 무지부는 제1집전 플레이트와 용접되고, 제1집전 플레이트는 제1전극 단자에 용접되는, 제조 과정 중에 있는 원통형 배터리 셀의 단면도이다.
도 2는 제1집전 플레이트와 제1전극 단자 간의 용접 상태를 검사하기 위해 전극 조립체의 중공부로 삽입되는 내시경부를 구비한 카메라를 나타내는 모식도이다.
도 3은 내시경부를 구비한 카메라가 전극 조립체의 중공부로 삽입된 모습을 나타낸 모식도이다.
도 4는 내시경부 및 광각 렌즈를 구비한 카메라가 전극 조립체의 중공부로 삽입되어 중공부의 내주면을 촬영하는 모습을 나타낸 모식도이다.
도 5은 망원렌즈를 구비한 카메라가 전극 조립체에 삽입되지 않고 용접부위를 촬영하는 모습을 나타낸 모식도이다.
도 6은 리니어 트랙 상에서 내시경부를 구비한 용접 검사 장치를 이용해 용접 상태를 검사하는 방법을 시계열적으로 나타낸 순서도이다.
[부호의 설명]
1: 전지 셀(원통형 배터리 셀)
11: 전극 조립체
11A: 중심축
11H: 중공부
111: 무지부
111a: 제1무지부
111b: 제2무지부
12: 전지 캔
121: 개방부
122: 폐쇄면
13: 제1집전 플레이트
13W: 용접 부위
14: 제2집전 플레이트
14H: 중앙 홀
15: 제1전극 단자
2: 리니어 트랙
3: 용접 장치
4: 용접 검사 장치
41: 지그
42: 카메라
421: 영상 감지센서
422: 렌즈
422A: 화각
423: 조명
424: 내시경부
P: 배터리 팩
V: 자동차
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
비록 제1, 제2등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1구성요소는 제2구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.
설명의 편의상 본 명세서에서 젤리롤 형태로 감기는 전극조립체의 권취축의 길이방향을 따르는 방향(Y)을 축방향 또는 폭방향이라 지칭한다. 그리고 상기 권취축을 둘러싸는 방향(X)을 원주방향 또는 둘레방향이라 지칭한다. 그리고 상기 권취축에 가까워지거나 권취축으로부터 멀어지는 방향(Z)을 반경방향 또는 방사방향이라 지칭한다. 이들 중 특히 권취축에 가까워지는 방향을 구심방향, 권취축으로부터 멀어지는 방향을 원심방향이라 지칭한다.
본 발명은, 양극판과 음극판 및 상기 전극판들이 개재하는 분리막이 적층되어 권취 중심을 둘러싸며 권취되는 젤리롤 형태의 전극 조립체(11)를 포함하는 원통형 배터리 셀, 그 중에서도 특히 탭리스 원통형 배터리 셀의 제조 과정에서 이용되는 용접 검사 장치 및 용접 검사 방법을 제공한다. 이러한 검사 장치 및 용접 검사 방법은, 상기 탭리스 원통형 배터리 셀의 제조 과정에서뿐 아니라, 후술할 바와 같이 좁고 긴 중공부를 포함하고, 상기 중공부의 내측 일단에 용접부가 마련된 그 어떤 검체에 대한 용접 상태 검사에 있어서도 통상의 기술자에 의해 충분히 응용 및 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 설명한다.
도 1은 제조 과정 중에 있는 원통형 배터리 셀의 단면도이다. 이를 참조하면, 상기 원통형 배터리 셀은 젤리롤 타입의 전극 조립체(11) 및 상기 전극 조립체(11)의 축방향 양 단부에 마련된 제1전극 무지부(111) 및 제2전극 무지부(111)에 각각 용접된 제1집전 플레이트(13) 및 제2집전 플레이트(14)는, 축방향 일측 단부에는 폐쇄면(122)이 구비되고 타측 단부에는 개방부(121)가 구비된 원기둥 형상의 전지 캔(12)에 수용되고, 상기 폐쇄면(122)의 중앙부에는 상기 폐쇄면(122)을 관통하며 고정되는 제1전극 단자(15)가 마련된다. 상기 제1집전 플레이트(13)는 상기 전극 조립체(11)의 중심축(11A)을 관통하며 연장되는 중공부(11H)를 통하여 내측으로부터 상기 제1전극 단자(15)와 용접되어 용접 부위(13W)를 형성한다.
상기 제1집전 플레이트(13)와 제1전극 단자(15) 간의 용접은 상기 중공부(11H) 내면에 배치될 수 있는 분리막 및 코어(젤리롤 타입의 전극 조립체에서 권취 중심에 위치하는 관상의 부재)를 손상시키지 않기 위해 용접 봉 및 가이드를 삽입하는 방식으로 이루어질 수 있다. 그러나 용접 방식이 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니며, 레이저 용접, 저항 용접 등 다양한 방식의 용접이 적용될 수 있음은 물론이다.
상기 제2집전 플레이트(14)는 그 내경이 상기 중공부(11H)의 축방향 타측 단부의 개방부의 내경과 같거나 그보다 큰 중앙 홀(14H)을 구비하여, 상기 제2집전 플레이트(14)가 용접된 후에도 상기 중공부(11H)가 상기 축방향 타측을 향하여 개방될 수 있도록 형성될 수 있다. 후술하겠지만, 이러한 중앙 홀(14H)을 구비함으로써, 상기 제2집전 플레이트(14)가 용접된 상태에서도 상기 제1집전 플레이트(13)와 상기 제1전극 단자(15) 간의 용접 상태를 검사하는 것이 가능해진다.
상기 제1전극 단자(15)는 상기 전지 캔(12)과 가스켓 등으로 절연되어 있을 수 있다. 이와 더불어 추후 상기 제2집전 플레이트(14)는 상기 전지 캔(12)과 전기적으로 연결될 수 있고, 이 경우, 상기 제1전극 단자(15)는 상기 전극 조립체(11)의 음극 또는 양극을 외부와 연결할 수 있도록 하는 단자가 되고, 상기 전지 캔(12)은 상기 전극 조립체(11)의 양극 또는 음극을 외부와 연결할 수 있도록 하는 단자가 될 수 있다.
본 발명에 따른 용접 검사 장치 또는 용접 검사 방법의 검체는 상기 전지 캔(12), 전극 조립체(11), 제1집전 플레이트(13), 및 제1전극 단자(15)를 포함하도록 조립 및 용접이 완료된 상태일 수 있다. 이에 더해, 상기 제2집전 플레이트(14)가 중앙 홀(14H)을 구비하는 경우, 상기 제2집전 플레이트(14)까지 용접이 완료된 상태로도 상기 중공부(11H)의 축방향 타측 단부가 개방되어 상기 용접 부위(13W)에 대한 광학적 접근 즉, 촬영이 가능한바, 상기 제2집전 플레이트(14)까지 용접이 완료된 상태로 상기 용접 검사가 진행되어도 무방하다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 용접 검사 장치에 포함되어 용접 부위(13W)를 촬영하는 카메라(42)로서 내시경부(424)를 구비한 것을 나타낸 모식도이다. 이를 참조하면, 상기 카메라(42)는, 필수적으로 렌즈(422) 및 영상 감지 센서(421)를 포함하고, 추가적으로 내시경부(424) 및/또는 조명(423)을 구비할 수 있다.
상기 영상 감지 센서(421)는 상기 렌즈(422)로부터 들어온 빛을 통해 이미지를 획득하는 센서이며, 상기 영상 감지 센서(421)에서 획득된 이미지는 상기 카메라(42) 외부에 연결되는 영상 처리 장치로 전송될 수 있다. 상기 영상 처리 장치는 상기 영상 감지 센서(421)에서 획득한 이미지를 분석하여 상기 용접 부위(13W)의 용접 상태를 판단할 수 있도록 프로그래밍된 것일 수 있다.
상기 용접 상태란 약용접, 정상 용접, 또는 과용접 여부를 의미하는 것일 수 있다. 상기 영상 처리 장치는, 상기 카메라(42)가 상기 전극 조립체(11)의 중공부(11H) 내주면까지도 촬영할 수 있는 경우, 상기 영상 감지 센서(421)가 획득한 상기 중공부(11H) 내주면의 이미지를 분석하여 상기 중공부(11H) 내주면에의 용접 스패터 발생 여부를 판단할 수 있는 것일 수도 있다.
후술할 바와 같이, 상기 내시경부(424)는 상기 전극 조립체(11)의 중공부(11H) 내로 이동 삽입되어 상기 용접 부위(13W)를 촬영할 수 있는 것일 수 있다.
상기 조명(423)은 상기 렌즈(422)의 촬영 부위에 조사될 수 있도록 상기 렌즈(422)에 인접하여 배치될 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 렌즈(422)와 일체형일 수 있다. 상기 조명(423)은 상기 중공부(11H) 내로 조사되어 상기 용접 부위(13W)를 비추도록 적절한 위치에 적절한 방향으로 배치될 수 있다. 상기 카메라가 상기 내시경부(424)를 구비하는 경우, 상기 조명(423)은 상기 내시경부(424)의 말단부에 위치할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경부(424)를 구비한 카메라(42)가 전극 조립체(11)의 중공부(11H)로 삽입된 모습을 나타낸 모식도이다. 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 지그(41)는 전지 캔(12)을 그 개방부(121)가 제1방향을 향하도록 고정하고, 상기 내시경부(424)를 구비한 카메라(42)는, 상기 내시경부(424)의 말단부에 위치하는 렌즈(422) 및 상기 카메라(42)의 본체 쪽에 위치하는 영상 감지 센서(421)가 용접 부위(13W)로부터 상기 제1방향으로 정렬된 상태로 상기 전지 캔(12)의 개방부(121) 측에 배치된다.
상기 내시경부(424)는 상기 전극 조립체(11)의 중심축(11A)을 따라 연장되어 상기 렌즈(422)를 상기 용접 부위(13W)에 근접시키며 상기 중공부(11H)에 삽입될 수 있다. 상기 카메라(42)는 상기 내시경부(424)가 상기 중공부(11H)에 삽입됨에 따라 상기 내시경부(424) 말단부에 마련되는 렌즈(422)를 통해 상기 용접 부위(13W)를 촬영할 수 있다.
상기 내시경부(424)는 상기 삽입을 위해 그 외경이 상기 중공부(11H)의 내경보다 작은 것일 수 있다. 상기 내시경부(424)는 또한 상기 제2집전 플레이트(14)에 구비된 중앙 홀(14H)을 통과하여 상기 중공부(11H)에 삽입될 수도 있고, 이를 위하여 상기 내시경부(424)는 그 외경이 상기 제2집전 플레이트(14)의 내경보다 작은 것일 수 있다.
상기 내시경부(424)가 상기 중공부(11H)에 삽입되기 위해 이동하는 방식은 다양할 수 있다. 가령, 상기 카메라(42)가 전체로서 상기 용접 부위(13W)를 향해 접근 이동하는 것일 수 있다. 또는, 상기 카메라(42)가 고정된 상태에서 상기 내시경부(424)만이 독자적으로 연장되어 상기 용접 부위(13W)로 접근하는 것일 수 있다. 또는, 상기 지그(41)가 상기 전지 캔 자체를 상기 제1방향을 따라 이동시킴으로써 상기 내시경부(424)가 상기 중공부(11H)에 삽입되는 것일 수도 있다.
이 때, 상기 내시경부(424)의 말단부는 조명(423)을 구비할 수 있고, 상기 조명(423)은 상기 렌즈(422)와 일체형일 수 있다.
상기 내시경부(424)는 상기 중공부(11H)에 삽입되기 전후 또는 삽입되는 과정에서, X축, Y축, 및/또는 Z축으로 자유롭게 평행이동될 수 있도록 서브모터를 구비할 수 있다. 상기 서브모터는 상기 카메라(42)의 촬영 부위 또는 초점 등을 미세조정하는 데에 이용될 수 있다.
상기 렌즈(422)을 통해 상기 영상 감지 센서(421)에 획득되는 이미지는 영상 처리 장치로 전송되어 상기 용접 부위(13W)의 용접 상태, 즉 약용접, 정상 용접, 또는 과용접 여부가 판단되게 된다. 상기 영상 처리 장치는 상기 영상 감지 센서(421)에 획득되어 전송되는 이미지를 분석하여 상기 용접 상태의 판단을 할 수 있도록 프로그래밍될 수 있다. 가령, 상기 영상 처리 장치는, 상기 영상 감지 센서(421)에 획득되어 전송되는 상기 용접 부위(13W)의 이미지에 상기 과용접으로 인한 동공이 나타나는지 여부를 식별함으로써 상기 과용접 여부를 판단하도록 프로그래밍될 수 있다. 즉 이는 일종의 비전 검사 장치일 수 있다.
도 4는 도 3에서 광각 렌즈를 추가로 구비한 카메라가 전극 조립체의 중공부로 삽입되어 중공부의 내주면을 촬영하는 모습을 나타낸 모식도이다. 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 내시경부(424)의 말단부에 마련된 렌즈(422)는 광각 렌즈일 수 있다. 상기 광각 렌즈란, 상기 카메라(42)가 상기 중공부(11H)의 내주면을 촬영할 수 있도록 충분히 넓은 화각(422A)을 가진 렌즈(422)를 의미할 수 있다.
상기 렌즈(422)을 통해 상기 영상 감지 센서(421)에 획득되는 이미지는 영상 처리 장치로 전송되어 상기 중공부(11H)의 내주면에의 용접 스패터 발생 여부가 판단되게 된다. 상기 영상 처리 장치는 상기 영상 감지 센서(421)에 획득되어 전송되는 이미지를 분석하여 상기 용접 스패터 발생 여부의 판단을 할 수 있도록 프로그래밍될 수 있다. 가령, 상기 영상 처리 장치는, 상기 영상 감지 센서(421)에 획득되어 전송되는 상기 중공부(11H)의 내주면의 이미지에 용접으로 인한 스패터 모양이 나타나는지를 식별하여 상기 용접 스패터 발생 여부를 판단할 수 있도록 프로그래밍될 수 있다.
상기 용접 상태의 검사와 상기 용접 스패터 발생 여부의 검사는 그 말단부에 광각 렌즈(422)를 구비한 내시경부(424)를 포함하는 하나의 용접 검사 장치에 의해 동시에 행해질 수도 있다. 이 때, 상기 영상 처리 장치는 상기 용접 상태 및 용접 스패터 발생 여부를 동시에 판단할 수 있도록 프로그래밍될 수 있다.
도 5은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 망원렌즈를 구비한 카메라가 전극 조립체에 삽입되지 않고 용접부위를 촬영하는 모습을 나타낸 모식도이다. 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 지그(41)는 전지 캔(12)을 그 개방부(121)가 제1방향을 향하도록 고정하고, 상기 카메라(42)는 상기 용접 부위(13W)를 기준으로 렌즈(422) 및 영상 감지 센서(421)가 제1방향으로 정렬되도록 배치될 수 있다. 이 때, 상기 카메라(42)는 내시경부(424)를 구비하지 않을 수 있고, 상기 렌즈(422)는 상기 중공부(11H)에 삽입되지 않을 수 있다.
이 때, 상기 렌즈(422)는 망원 렌즈일 수 있다. 상기 망원 렌즈라 함은, 상기 렌즈(422)가 상기 중공부(11H)에 삽입됨이 없이도 상기 용접 부위(13W)를 촬영할 수 있도록 좁은 화각(422A)과 긴 초점 거리를 가진 렌즈를 의미할 수 있다. 상기 카메라(42)는 상기 렌즈(422)와 인접하는 조명(423)을 구비할 수 있고, 상기 조명(423)은 상기 렌즈(422)와 일체형일 수 있다.
상기 렌즈(422)을 통해 상기 영상 감지 센서(421)에 획득되는 이미지는 영상 처리 장치로 전송되어 상기 용접 부위(13W)의 용접 상태, 즉 약용접, 정상 용접, 또는 과용접 여부가 판단되게 된다. 상기 영상 처리 장치는 상기 영상 감지 센서(421)에 획득되어 전송되는 이미지를 분석하여 상기 용접 상태의 판단을 할 수 있도록 프로그래밍될 수 있다. 가령, 상기 영상 처리 장치는, 상기 영상 감지 센서(421)에 획득되어 전송되는 상기 용접 부위(13W)의 이미지에 상기 과용접으로 인한 동공이 나타나는지 여부를 식별함으로써 상기 과용접 여부를 판단하도록 프로그래밍될 수 있다.
상기 용접 검사 장치는 리니어 트랙 상의 검체를 대상으로 할 수 있다. 상기 리니어 트랙은 상기 탭리스 원통형 배터리 셀이 제조되는 리니어 트랙일 수 있다. 상기 리니어 트랙 상에서, 상기 검체는 상기 용접 검사 장치로 이동하기 이전에, 용접 장치를 통한 용접 과정을 먼저 거치게 된다. 상기 용접 과정이란, 상기 제1집전 플레이트(13)와 상기 제1전극 단자(15) 간의 용접, 상기 제1집전 플레이트(13)와 상기 제1무지부(111a)간의 용접, 및/또는 상기 제2집전 플레이트(14)와 상기 제2무지부(111b) 간의 용접 과정일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 내시경부(424)를 포함하는 용접 검사 장치를 이용하여 리니어 트랙 상의 검체의 용접 상태를 검사하는 방법을 시계열적으로 나타낸 순서도이다. 이하 도 3 내지 도 6을 참조하여 상기 용접 검사 방법을 설명한다.
용접 과정을 마친 전지 캔(12)이 지그(41)와 함께 리니어 트랙 상에서 용접 검사 위치로 이동한다(S11). 상기 용접 검사 위치에서, 상기 전지 캔(12)은 상기 지그(41)에 의해, 그 개방부(121)가 제1방향을 향하고, 상기 용접 검사 장치의 카메라(42)에 포함된 렌즈(422) 및 영상 감지 센서가 제1집전 플레이트(13)와 제1전극 단자(15) 간의 용접 부위(13W)로부터 전극 조립체(11)의 중심축(11A)을 따라 제1방향으로 정렬되도록, 고정될 수 있다.
내시경부(424)가 전극 조립체(11)의 중공부(11H)로 삽입된다(S12). 상기 내시경부(424)는 상기 카메라(42)의 본체로부터 상기 전극 조립체(11)의 중심축(11A)을 따라 상기 중공부(11H)의 내부로 연장될 수 있다. 이 때, 상기 삽입은 상기 용접 검사 장치 또는 상기 카메라(42) 전체가 상기 용접 부위 방향으로 이동 접근함으로써 이루어질 수도 있고, 상기 내시경부(424)만이 독립적으로 연장되어 상기 렌즈(422)를 상기 용접 부위(13W)에 접근시키거나, 또는 상기 지그(41)가 이동하여 상기 전지 캔(12)을 상기 렌즈(422)에 접근시킴으로써 이루어질 수도 있다. 상기 렌즈(422)는 상기 내시경부(424)의 말단부에 구비될 수 있고, 상기 렌즈(422)와 인접한 부위에 또는 상기 렌즈(422)와 일체형으로 조명(423)이 구비될 수 있다. 위 과정(S12)은 상기 망원 렌즈를 구비한 용접 검사 장치를 이용한 용접 검사 방법에서는 생략될 수 있다.
카메라(42)가 용접 부위(13W)를 촬영하여 영상 처리 장치로 이미지를 전송한다(S13). 상기 촬영은 상기 용접 부위(13W)의 이미지가 상기 렌즈(422)를 통해 상기 영상 감지 센서(421)에 획득됨으로써 이루어질 수 있다. 위 과정에 있어서, 상기 광각 렌즈를 구비한 용접 검사 장치를 이용한 용접 검사 방법에서는, 상기 용접 부위(13W)뿐 아니라 용접 스패터의 발생 여부를 검사라기 위해 상기 중공부(11H)의 내주면도 동시에 촬영할 수 있다.
영상 처리 장치가 이미지를 분석하여 불량 여부를 판정한다(S13). 상기 영상 처리 장치는 상기 영상 감지 센서(421)에서 획득되어 전송되는 이미지를 분석하여 용접 불량 여부를 판단할 수 있도록 프로그래밍될 수 있다. 즉, 상기 영상 처리 장치는 상기 용접 부위(13W)의 이미지를 분석하여 약용접, 정상 용접, 또는 과용접 여부를 판단할 수 있도록 프로그래밍될 수 있다. 가령, 상기 영상 처리 장치는 상기 용접 부위(13W)의 이미지에서 과용접으로 인한 동공이 나타나는지 여부를 식별함으로써 과용접 여부를 판단할 수 있도록 프로그래밍될 수 있다. 위 과정에 있어서, 상기 광각 렌즈를 구비한 용접 검사 장치를 이용한 용접 검사 방법에서는, 상기 용접 부위(13W)의 용접 상태뿐 아니라 상기 중공부(11H) 내주면에의 용접 스패터 발생 여부도 동시에 판단할 수 있도록 프로그래밍될 수 있다.
상기 리니어 트랙 상의 용접 검사 방법은 제품 데이터가 있을 때만 트리거 인풋을 제공하도록 설정될 수 있고, 트리거를 항시 ON 상태로 하고 검사 판정 신호를 무시하도록 하는 검사기 패스 모드로 설정될 수도 있다.
상기 리니어 트랙 상의 용접 검사 방법은 200PPM의 불량률을 가지도록 설정될 수 있다. 상기 불량률을 기준으로 할 때, 상기 리니어 트랙의 택 타임은 300ms 이하로 설정될 수 있다. 상기 택 타임은 스캔 타임을 고려하여 200ms 이하로 설정될 수도 있다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (14)

  1. 전지 캔의 폐쇄면에 고정된 제1전극 단자와 상기 전지 캔에 수용된 젤리-롤 형태의 전극 조립체의 제1집전 플레이트의 용접 부위를 검사하는 검사 장치로서,
    상기 전지 캔의 개방부가 제1방향을 향하도록 상기 전지 캔을 지지하는 지그; 및
    상기 개방부와 마주하여 배치되는 카메라;를 포함하고,
    상기 카메라는:
    이미지를 획득하는 영상 감지 센서; 및
    상기 이미지의 초점이 상기 영상 감지 센서에 맞춰지도록 상기 영상 감지 센서와 상기 용접 부위 사이에 배치되는 렌즈;를 포함하고,
    상기 지그는 상기 전극 조립체의 중심축이 상기 제1방향과 나란하도록 상기 전극 조립체를 지지하고,
    상기 영상 감지 센서와 렌즈는 상기 전극 조립체의 중심축을 따라 연장되는 상기 전극 조립체의 중공부와 제1방향으로 정렬되는, 용접 검사 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 카메라는, 제1방향을 따라 상기 중공부 내로 이동 삽입되어 상기 용접 부위에 근접할 수 있도록 그 외경이 상기 중공부의 내경보다 작은 내시경부를 포함하고,
    상기 내시경부는 제1방향 단부에 상기 렌즈 및 조명이 구비되는, 용접 검사 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 조명은 상기 렌즈와 일체형인, 용접 검사 장치.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 내시경부는 X축, Y축, 및 Z축으로 자유롭게 평행이동 가능하도록 서브모터가 장착된, 용접 검사 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 중공부에 삽입되지 않고도 상기 용접 부위를 촬영할 수 있도록 긴 초점 거리를 가진, 용접 검사 장치.
  6. 청구항 2 내지 청구항 4 중 하나에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 중공부의 내주면에의 용접 스패터를 확인할 수 있도록 넓은 화각을 가진, 용접 검사 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 감지 센서에 획득되는 상기 용접 부위의 이미지를 분석하여 용접 불량 여부를 검사하는, 용접 검사 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 용접 검사 방법은 리니어 트랙 상의 검체를 대상으로 하는, 용접 검사 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 용접 검사 방법은 300ms 이하의 시간 내에 처리되는, 용접 검사 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 용접 검사 방법은 200ms 이하의 시간 내에 처리되는, 용접 검사 방법.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 영상 감지 센서에 획득되는 상기 중공부 내주면의 이미지를 분석하여 용접 스패터에 의한 불량 여부를 검사하는, 용접 검사 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 용접 검사 방법은 리니어 트랙 상의 검체를 대상으로 하는, 용접 검사 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 용접 검사 방법은 300ms 이하의 시간 내에 처리되는, 용접 검사 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 용접 검사 방법은 200ms 이하의 시간 내에 처리되는, 용접 검사 방법.
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