KR101223629B1 - 권취기, 빗 감김 검사 시스템 및 검사방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 전극 조립체의 권취 중에 전극판 및 세퍼레이터의 빗 감긴 정도를 측정하는 권취기를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 권취기는, 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판을 각각 공급하고 이송하는 공급롤들과 이송롤들, 상기 제1 전극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 제2 전극판을 적층하여 일측으로 이송하는 닙롤, 상기 닙롤을 경유하여 상기 세퍼레이터를 사이에 배치한 상태로 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판을 권취하여 전극 조립체를 형성하는 맨드릴, 및 상기 맨드릴로부터 분리한 상기 전극 조립체의 측면에서 상기 제1 전극판의 단부, 상기 세퍼레이터의 단부 및 상기 제2 전극판의 단부에 대한 높이 산포를 측정하는 검사부를 포함한다.

Description

권취기, 빗 감김 검사 시스템 및 검사방법 {WINDING APPARATUS, MISS WINDING INSPECTION SYSTEM, AND MISS WINDING INSPECTION METHOD}
본 기재는 전극 조립체를 형성하는 전극판과 세퍼레이터를 권취하여 빗 감김을 검사하는 권취기, 빗 감김(miss winding) 검사 시스템 및 검사방법에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 실행할 수 있으며, 일반적으로 전극 조립체, 전극 조립체를 내장하는 케이스, 및 케이스의 개구를 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다.
예를 들면, 전극 조립체는 세퍼레이터를 사이에 두고 양면에 양극판과 음극판을 제공하여 적층하거나 젤리롤 형태로 권취하여 형성된다. 세퍼레이터는 양극판과 음극판의 쇼트를 방지하면서, 전해액이나 이온의 이동을 가능하게 한다.
젤리롤 형태의 전극 조립체에서, 양극판과 음극판, 즉 전극판은 세퍼레이터를 개재하여 맨드릴(mandrel)의 삽입홈에 삽입되고, 이송롤의 안내를 받으면서 회전하는 맨드릴의 외면에 권취된다. 이송과정에서, 전극판 및 세퍼레이터는 이송롤에 접촉하게 된다.
이때, 이송롤과 전극판의 접촉 위치 및 이송롤과 세퍼레이터의 접촉 위치가 일정하지 않고, 이로 인하여, 전극판 및 세퍼레이터가 이송롤에 대하여 빗 감긴 상태로 진행되어, 최종적으로 맨드릴에 빗 감길 수 있다.
따라서 권취 후, 커팅시, 전극판 및 세퍼레이터의 커팅 라인이 폭 방향으로 불균일 하게 된다. 이로 인하여, 폭 방향 전체 범위에 대하여 전극판 및 세퍼레이터의 길이가 불균일 하게 된다. 따라서 전지의 성능이 저하될 수 있다.
또한, 커팅 라인이 폭 방향으로 불균일 하므로 권취된 전극 조립체의 측면이 불균일 하게 된다. 즉 전극판 단부들의 높이가 불균일 하고, 세퍼레이터 단부의 높이가 불균일 하게 되어, 전극판의 단부에서 쇼트가 발생될 수 있다.
본 발명의 일 측면은 전극 조립체의 권취 중에 전극판 및 세퍼레이터의 빗 감긴 정도를 측정하는 권취기, 빗 감김 검사 시스템 및 검사방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 권취기는, 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판을 각각 공급하고 이송하는 공급롤들과 이송롤들, 상기 제1 전극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 제2 전극판을 적층하여 일측으로 이송하는 닙롤, 상기 닙롤을 경유하여 상기 세퍼레이터를 사이에 배치한 상태로 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판을 권취하여 전극 조립체를 형성하는 맨드릴, 및 상기 맨드릴로부터 분리한 상기 전극 조립체의 측면에서 상기 제1 전극판의 단부, 상기 세퍼레이터의 단부 및 상기 제2 전극판의 단부에 대한 높이 산포를 측정하는 검사부를 포함한다.
상기 검사부는, 상기 전극 조립체의 측면에 레이저빔을 조사하여, 상기 단부들의 높이 산포를 측정하는 변위센서, 상기 변위센서를 제어하는 센서제어기, 및 상기 센서제어기로부터 수신되는 신호를 처리하는 신호처리기를 포함할 수 있다.
상기 검사부는, 상기 변위센서로 상기 제1 전극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 제2 전극판의 간격 산포를 더 측정할 수 있다.
상기 변위센서는 라인 형상 또는 포인트 형상의 레이저빔을 사용하거나, 공초점 방식으로 형성될 수 있다.
상기 검사부는, 상기 변위센서의 위치를 조정하는 스테이지, 상기 변위센서에 의하여 상기 단부들을 검사하도록 권취된 상기 전극 조립체를 지지하는 지지부, 상기 지지부에서 검사 완료된 상기 전극 조립체를 이송하는 이송부, 및 상기 스테이지, 상기 지지부 및 상기 이송부를 지지하는 브래킷을 포함할 수 있다.
상기 지지부는, 상기 전극 조립체의 양측을 지지하도록 서로 이격되어 마주하여 배치되고 지지홈을 형성하며, 상기 이송부는, 상기 단부의 높이에 대한 산포를 측정한 후, 상기 지지홈에 놓인 상기 전극 조립체를 상승, 전진 및 하강시켜 다른 지지부에 전달하고 후진하는 작동을 반복하도록 상기 지지부의 내측에 배치될 수 있다.
상기 신호 처리기는, 상기 단부들간의 간격 및 상기 단부들의 높이를 복수 회 반복 측정된 측정 데이터를 병합하여 측정 데이터내의 정상값을 추출하고, 추출된 정상값을 이용하여 측정 데이터 패턴을 생성한 후, 소정의 정상 패턴과 상기 측정 데이터 패턴을 비교하여 상기 단부들간의 간격 및 상기 단부들의 높이를 계산한다.
구체적으로, 상기 신호 처리기는, 상기 반복 측정된 측정 데이터 중 최빈값을 정상값으로 인식하여 상기 측정 데이터 패턴을 생성하고, 상기 측정 데이터 패턴과 상기 정상 패턴을 비교해 측정 데이터 패턴을 보상한다. 상기 정상 패턴이란, 상기 세퍼레이터, 상기 제1 전극판, 및 상기 제2 전극판이 감기는 순서에 따르는 권취 패턴에 따라 측정 데이터가 가진다.
상기 신호 처리기는, 상기 측정 데이터 패턴과 상기 정상 패턴을 비교하여 상기 세퍼레이터가 누락된 경우, 이전 측정 데이터 패턴의 세퍼레이터 측정 데이터로 누락된 세퍼레이터 측정 데이터를 복원하고, 상기 제1 및 제2 전극판의 측정 데이터가 누락된 경우 상기 측정 데이터 패턴을 그대로 유지한다. 상기 신호 처리기는, 상기 측정 데이터 패턴에 정상 패턴에 매치되지 않는 이상값이 발생하는 경우 이를 제거한 후, 상기 측정 데이터 패턴을 보상한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빗 감김 감지 시스템은, 권취된 전극 조립체의 측면에 레이저 빔을 조사하여, 제1 전극판의 단부, 세퍼레이터의 단부 및 제2 전극판의 단부에 대한 높이 산포를 측정하는 변위센서, 상기 변위센서를 제어하는 센서제어기, 및 상기 센서제어기로부터 수신되는 신호를 처리하는 신호처리기를 포함한다.
상기 변위센서는 상기 제1 전극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 제2 전극판의 간격 산포를 더 측정할 수 있다.
상기 변위센서는 라인 형상 또는 포인트 형성의 레이저빔을 사용하거나 공초점 방식으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빗 감김 감지 시스템은, 상기 변위센서의 위치를 조정하는 스테이지, 상기 변위센서에 의하여 상기 단부들을 검사하도록 상기 전극 조립체를 지지하는 지지부, 상기 지지부에서 검사 완료된 상기 전극 조립체를 이송하는 이송부 및 상기 스테이지, 상기 지지부 및 상기 이송부를 지지하는 브래킷을 포함할 수 있다.
상기 지지부는, 상기 전극 조립체의 양측을 지지하도록 서로 이격되어 마주하여 배치되고 지지홈을 형성하며, 상기 이송부는, 상기 단부의 높이에 대한 산포를 측정한 후, 상기 지지홈에 놓인 상기 전극 조립체를 상승, 전진 및 하강시켜 다른 지지부에 전달하고 후진하는 작동을 반복하도록 상기 지지부의 내측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빗 감김 제어방법은, 권취된 전극 조립체로부터 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판의 간격 및 상기 제1 전극판의 단부, 세퍼레이터의 단부 및 제2 전극판의 단부의 높이를 측정하는 제1 단계, 측정 데이터로부터 상기 간격의 산포 및 상기 단부들의 높이 산포를 계산하는 제2 단계, 기설정된 판정 규격과 상기 간격 산포 및 상기 높이 산포를 비교하여, 상기 전극 조립체의 양부를 판정하는 제3 단계; 및 양부에 따라 권취부를 운전 또는 정지시키는 제4 단계를 포함한다.
상기 제2 단계는, 상기 세퍼레이터, 상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판의 종류를 분류하는 제21 단계, 종류에 따라 상기 측정 데이터를 재분류하는 제22 단계, 상기 전극 조립체의 단면 프로파일을 생성하는 제23 단계, 및 상기 단면 프로파일로부터 상기 간격 산포 및 상기 높이 산포를 계산하는 제24 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빗 감김 제어방법은, 상기 제24 단계에서 계산된 상기 간격 산포 및 상기 높이 산포에 따라 상기 권취부를 보정하는 제5 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빗 감김 제어방법에서, 상기 제1 단계는 복수 회 반복되고, 상기 제2 단계는, 상기 단부들간의 간격 및 상기 단부들의 높이를 복수 회 반복 측정된 측정 데이터를 병합하여 측정 데이터내의 정상값을 추출하는 단계, 및 상기 추출된 정상값을 이용하여 측정 데이터 패턴을 생성한 후, 소정의 정상 패턴과 상기 측정 데이터 패턴을 비교하여 상기 단부들간의 간격 및 상기 단부들의 높이를 계산하는 단계를 포함한다.
상기 정상값을 추출하는 단계는, 상기 반복 측정된 측정 데이터 중 최빈값을 정상값으로 인식하는 단계를 포함하고, 상기 단부들간의 간격 및 상기 단부들의 높이를 계산하는 단계는, 상기 정상값을 이용하여 상기 측정 데이터 패턴을 생성하고, 상기 측정 데이터 패턴과 상기 정상 패턴을 비교해 측정 데이터 패턴을 보상한다. 상기 정상 패턴이란, 상기 세퍼레이터, 상기 제1 전극판, 및 상기 제2 전극판이 감기는 순서에 따르는 권취 패턴에 따라 측정 데이터가 가지는 패턴이다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 권취된 전극 조립체를 지지부에 놓고 전극 조립체의 측면에서 제1, 제2 전극판 및 세퍼레이터의 간격의 산포 및 각 단부들의 높이 산포를 측정하여 빗 감김 정도를 검사한 후, 이송부를 사용하여 이웃하는 지지부에 이송한다.
본 발명의 일 실시예는, 권취부를 구동하는 상태에서 그리고 권취기 상에서 권취되는 모든 전극 조립체들에 대하여, 제1, 제2 전극판 및 세퍼레이터의 빗 감긴 정도를 검사할 수 있다. 따라서 전극 조립체를 권취하는 생산성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 레이저 빔을 조사하는 변위센서를 사용함으로써, 종래의 X선 검사기로 감지하지 못했던, 세퍼레이터 단부를 더 검사할 수 있으므로 세퍼레이터와 제1, 제2 전극판의 간격 산포 및 세퍼레이터와 제1, 제2 전극판 단부의 높이 산포를 측정할 수 있다.
이와 같이, 측정된 간격 산포 및 높이 산포에 따라 권취부를 보정하여 전극 조립체를 생산함으로써, 전극 조립체의 품질이 안정될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 권취기의 사시도이다.
도 2는 도 1에 적용되는 빗 감김 검사 시스템의 사시도이다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 도 2의 빗 감김 검사 시스템에 전극 조립체를 검사 위치에서 검사 완료 위치로 이송하는 작동 상태도이다.
도 4는 도 1의 권취기를 사용하여 권취 완료된 전극 조립체의 사시도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 빗 감김 검사방법의 순서도이다.
도 7은 전극 조립체의 측면에서 측정한 제1, 제2 전극판 및 제1, 제2 세퍼레이터의 간격 산포와 각 단부들의 높이 산포를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 권취기의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예의 권취기는 전극 조립체(10)를 형성하는 전극판들과 세퍼레이터를 권취하는 권취부(100), 및 권취 상태에서 전극판들과 세퍼레이터의 간격 산포 및 전극판들과 세퍼레이터 각 단부의 높이 산포를 측정하는 검사부(200)를 포함한다.
권취부(100)는 제1 전극판(11), 제2 전극판(12), 제1 세퍼레이터(21) 및 제2 세퍼레이터(22)를 권취하여 전극 조립체(10)를 생산하도록 형성된다. 예를 들면, 권취부(100)는 제1, 제2, 제3, 제4 공급롤(R11, R12, R13, R14), 제1, 제2, 제3, 제4 이송롤(R21, R22, R23, R24), 닙롤(R5) 및 맨드릴(M)을 포함한다.
제1, 제2 공급롤(R11, R12)은 권취되어 있는 띠 형상의 제1, 제2 전극판(11, 12)을 각각 공급한다. 제3, 제4 공급롤(R13, R14)은 권취되어 있는 띠 형상의 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22)를 각각 공급한다.
제1, 제2 이송롤(R21, R22)은 제1, 제2 공급롤(R11, R12)에서 공급되는 제1, 제2 전극판(11, 12)을 지지하여 닙롤(R5)로 이송한다. 제3, 제4 이송롤(R23, R24)은 제3, 제4 공급롤(R13, R14)에서 공급되는 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22)를 지지하여 닙롤(R5)로 이송한다.
또한, 제1, 제4 이송롤(R21, R24)은 제3, 제2 이송롤(R23, R22)으로부터 이송되는 제1 세퍼레이터(21)와 제2 전극판(12)을 같이 이송한다. 제1, 제2, 제3, 제4 이송롤(R21, R22, R23, R24)은 각각 복수로 구비되어 다양한 상태로 제1, 제2 전극판(11, 12) 및 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22)를 이송할 수 있다.
예를 들면, 제1 전극판(11)은 전극 조립체(10)에서 양극을 형성할 수 있고, 이 경우, 박막의 알루미늄 시트로 형성될 수 있다. 제2 전극판(12)은 전극 조립체(10)에서 음극을 형성할 수 있으며, 이 경우, 박막의 구리 시트로 형성될 수 있다.
닙롤(R5)은 제1, 제2, 제3, 제4 이송롤(R21, R22, R23, R24)의 일측(예를 들면, 하방)에 1쌍으로 배치된다. 닙롤(R5)은 제1, 제2, 제3, 제4 이송롤(R21, R22, R23, R24)을 경유하는 제1, 제2 전극판(11, 12)과 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22)를 한곳에 모아서, 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22)의 순서로 적층하여 이송 안내한다.
닙롤(R5)에 의하여 안내되는 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22)에서, 각 단부들은 맨드릴(M)의 중심부에 형성된 십자홈(미도시)에 삽입되어 맨드릴(M)에 연결된다. 이 상태에서 맨드릴(M)은 회전하면서, 외면에 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22)를 젤리롤 상태로 권취한다.
권취 후, 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22)를 커팅하고, 커팅 라인에 고정 테이프(미도시)를 부착함으로써, 전극 조립체(10)는 풀리지 않고 젤리롤 상태를 유지한다.
검사부(200)는 맨드릴(M)로부터 분리한 전극 조립체(10)에서 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22)의 간격(이하에서, 편의상 "간격"이라 한다)을 측정하며, 또한 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22) 각 단부들의 높이(이하에서, 편의상 "높이"라 한다)를 측정하고, 측정 데이터로부터 간격 산포 및 단부들의 높이 산포를 계산하여, 전극 조립체(10)의 양부를 판정하도록 형성된다.
편의상, 도 1에는 권취부(100)의 전체 구성과, 검사부(200) 중 일부 구성인 변위센서(31)가 개시되어 있다. 변위센서(31)를 포함하는 검사부(200)의 전체 구성은 도 2에 도시되어 있다.
도 2는 도 1에 적용되는 빗 감김 검사 시스템의 사시도이다. 도 2를 참조하면, 빗 감김 검사 시스템은 도 1의 권취기에서 권취기(100)를 제외한 검사부(200)로 형성된다.
검사부(200)는 전극 조립체(10)의 측면에 레이저빔을 조사하여 간격 산포 및 단부들의 높이 산포를 측정하는 변위센서(31), 변위센서(31)의 동작을 제어하는 센서제어기(32), 및 센서제어기(32)로부터 수신되는 신호를 처리하는 신호처리기(33)를 포함한다.
검사부(200)는 변위센서(31)의 위치를 정밀 조정하는 스테이지(41), 변위센서(31)에 의하여 간격 산포 및 단부들의 높이 산포를 검사하도록 권취된 전극 조립체(10)를 지지하는 지지부(42), 지지부(42)에서 검사 완료된 전극 조립체(10)를 이송하는 이송부(43), 및 스테이지(41), 지지부(42) 및 이송부(43)를 지지하는 브래킷(44)을 더 포함한다.
스테이지(41)는 xyz축 방향으로 미세 조절 가능하도록 구성되어, 변위센서(31)를 안정적으로 장착하여, 전극 조립체(10)의 측면에 설정된 간격을 유지할 수 있게 한다. 스테이지(41)는 마이크로미터에 의하여 수동으로 위치 조절될 수 있고, 모터에 의하여 자동으로 위치 조절될 수 있다. 스테이지(41)는 공지 기술을 적용할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
변위센서(31)는 스테이지(41) 상에 장착되어 전극 조립체(10)와 설정된 거리를 유지하며, 라인 형상 또는 포인트 형상의 레이저빔을 사용하거나 공초점(confocal) 방식으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 변위 센서(31)는 레이저 빔을 전극 조립체(10)의 측면에 조사하여 전 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22) 각 단부들간의 간격 및 각 단부들의 높이에 대한 측정 데이터를 생성한다.
지지부(42)는 권취부(100)의 일측에 구비된다. 별도의 이송 장치(미도시)는 권취부(100)에서 권취 완료된 전극 조립체(10)를 검사부(200)의 지지부(42)로 이송한다. 지지부(42)는 이송된 전극 조립체(10)를 지지함으로써, 변위센서(31)에 의하여 각 단부들간의 간격 및 각 단부들의 높이를 측정할 수 있게 한다.
예를 들면, 지지부(42)는 권취된 전극 조립체(10)의 양측을 지지하도록 서로 이격되어 마주하여 배치되고 지지홈(421)을 형성한다. 전극 조립체(10)가 젤리롤 상태이므로 지지홈(421)은 전극 조립체(10)의 외주면에 대응하는 곡률을 가질 수 있다. 지지홈(421)은 지지부(42)를 따라 복수로 형성하여 복수의 전극 조립체(10)를 지지할 수 있다.
이송부(43)는 지지부(42)의 내측에 배치되며, 지지부(42)의 지지홈(421)에 대응하는 위치에 지지홈(431)을 구비한다. 지지홈(431)은 일측 지지부(42)에서 전극 조립체(10)를 취하여 이웃하는 다른 지지부(242)로 이송할 때, 전극 조립체(10)를 지지한다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 도 2의 빗 감김 검사 시스템에 전극 조립체를 검사 위치에서 검사 완료 위치로 이송하는 작동 상태도이다. 도 3a를 참조하면, 간격 산포 및 단부의 높이 산포를 측정한 후, 이송부(43)는 상승하여 검사 위치의 지지홈(421)에 놓인 전극 조립체(10)를 지지홈(421)으로부터 상승시킨다.
도 3a 내지 도 3b와 같이, 이송부(43)는 상승, 전진, 하강 및 후진의 작동을 반복적으로 수행하면서, 권취부(100)에서 검사부(200)로 이송되면서 간격 산포 및 단부들 높이 산포를 측정 완료한 전극 조립체(10)를 검사 위치인 일측 지지부(42)에서 검사 완료 위치인 다른 지지부(242)로 이송한다.
검사 위치와 검사 완료 위치인 지지부(42, 242)에 대하여, 이송부(43)를 상승, 전진, 하강 및 후진시키는 기구적인 구성은 공지의 기술을 적용할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
브래킷(44)은 스테이지(41)와 지지부(42, 242) 및 이송부(43)를 지지하도록 형성된다. 브래킷(44)은 낮은 부분에 스테이지(41)를 장착하고, 높은 부분에 지지부(42, 242)와 이송부(43)를 지지하여, 지지부(42)에 놓인 전극 조립체(10)의 측면에서 간격 및 단부 높이를 변위센서(31)로 측정할 수 있게 한다.
또한, 브래킷(44)은 권취부(100)에서 발생하는 진동이 지지부(42, 242) 및 이송부(43)를 통하여 변위센서(31)에 미치는 영향을 최소화시킨다. 예를 들면, 브래킷(44)은 지지부(42) 및 이송부(43)의 하측에 관통부(441)를 형성하여, 권취부(100)에서 발생되는 진동을 흡수한다(도 2 참조).
센서제어기(32)는 신호처리기(33)로부터 제어신호를 받아서 변위센서(31)의 동작을 제어하고, 변위센서(31)에서 측정된 측정 데이터를 신호처리기(33)에 전송한다. 변위 센서(31)의 동작은 레이저 빔을 조사하는 개시 시간 및 종료 시간등을 포함한다.
신호처리기(33)는 변위센서(31)에서 측정된 파형을 분석하여 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22) 간의 간격 산포 및 각 단부들의 높이 산포를 계산한다. 신호 처리기(33)는 간격 산포 및 높이 산포를 계산하기 위해서, 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22) 간의 간격 및 각 단부들의 높이를 계산한다.
본 발명의 실시 예에 따른 신호 처리기(33)는 단부들간의 간격 및 단부들의 높이를 복수 회 반복 측정한 측정 데이터를 병합하여 측정 데이터내의 정상값을 추출한다. 추출된 정상값을 이용해 신호 처리기(33)는 측정 데이터 패턴을 생성한 후, 정상 패턴과 측정 데이터 패턴을 비교하여 단부들간의 간격 및 단부들의 높이를 계산한다.
신호 처리기(33)는 측정 데이터 패턴을 생성하기 위해 각 단부 구간에 대응하는 측정 데이터 수를 반복하여 입력 받은 후, 측정 데이터 중 최빈값을 정상으로 인식한다.
신호 처리기(33)는 생성된 측정 데이터 패턴과 정상 패턴을 비교해 측정 데이터 패턴을 보상한다. 정상 패턴이란, 세퍼레이터, 음극판, 및 양극판이 감기는 순서에 따르는 권취 패턴에 따라 측정 데이터가 가지는 패턴을 의미한다. 예를 들어, 제1 전극판이 양극판이고, 제2 전극판이 음극판인 경우, 전극 조립체(10)는 양극, 세퍼레이터, 음극, 및 세퍼레이터 순으로 권취된다.
이 때, 정상 패턴은 양극의 측정 데이터, 세퍼레이터의 측정 데이터, 음극의 측정 데이터 및 세퍼레이터의 측정 데이터 순서로 형성되는 측정 데이터 패턴을 의미한다.
구체적으로, 신호 처리기(33)는 측정 데이터 패턴과 정상 패턴을 비교하여 세퍼레이터가 누락된 경우, 이전 측정 데이터 패턴의 세퍼레이터 측정 데이터로 누락된 세퍼레이터 측정 데이터를 복원하고, 양극판 및 음극판의 측정 데이터가 누락된 경우는 별도의 복원 없이 측정 데이터 패턴을 유지한다.
또한 신호 처리기(33)는 측정 데이터 패턴에 정상 패턴에 매치되지 않는 이상값이 발생하는 경우 이를 제거한 후, 측정 데이터 패턴을 보상할 수 있다.
도 4는 도 1의 권취기를 사용하여 권취 완료된 전극 조립체의 사시도이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 권취부(100)에서 권취된 전극 조립체(10)는 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22)를 사이에 두고 제1, 제2 전극판(11, 12)의 적층 구조를 형성한다.
권취부(100)의 기구적인 구성 및 권취 조건과 같은 여러 가지 요인에 의하여, 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22)는 간격을 서로 다르게 형성하고, 각 단부들의 높이를 서로 다르게 형성한다. 이 간격과 높이가 설정 범위를 벗어나는 경우, 전극 조립체(10)는 불량으로 판정된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 빗 감김 검사방법의 순서도이다. 도 6을 참조하면, 빗 감김 검사방법은 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22)의 간격 및 이들 단부의 높이를 측정하여, 간격 산포 및 단부의 높이 산포를 검사함으로써 전극 조립체(10)의 양부를 판단하고, 이에 따라 권취부(100)를 제어한다.
빗 감김 검사 이전에, 권취부(100)에서 권취된 전극 조립체(10)가 지지부(42)에 놓인다.
일 실시예의 빗 감김 검사방법은 전극 조립체(10)로부터 제1, 제2 전극판(11, 12) 및 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22)의 간격 및 각 단부의 높이를 측정하는 제1 단계(ST1), 측정 데이터로부터 간격 산포 및 단부들의 높이 산포를 계산하는 제2 단계(ST2), 기설정된 판정 규격과 계산된 간격 산포 및 높이 산포를 비교하여, 전극 조립체(10)의 양부를 판정하는 제3 단계(ST3), 및 양부에 따라 권취부(100)를 운전 또는 정지시키는 제4 단계(ST4)를 포함한다.
제2 단계(ST2)는 측정 데이터로부터 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22) 및 제1, 제2 전극판(11, 12)의 종류를 분류하는 제21 단계(ST21), 종류에 따라 측정 데이터를 재분류하는 제22 단계(ST22), 전극 조립체(10)의 단면 프로파일을 생성하는 제23 단계(ST23)(도 5 참조), 및 단면 프로파일로부터 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22) 및 제1, 제2 전극판(11, 12)의 간격 산포 및 이들의 단부의 높이 산포를 계산하는 제24 단계(ST24) (도 7)를 포함한다. 또한, 빗 감김 제어방법은 제24 단계(ST24)에서 계산된 간격 산포 및 높이 산포에 따라 권취부(100)를 보정하는 제5 단계(ST5)를 더 포함할 수 있다.
제3 단계(ST3)는 전극 조립체(10)의 양부를 판정하는 기설정된 규격에, 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22)의 간격 산포 및 높이 산포 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 2가지를 모두 포함할 수 있다. 본 실시예에서와 같이, 2가지를 모두 포함하는 경우, 전극 조립체(10)의 양부 판정에 대한 오류를 더 줄이는 효과가 있다.
제4 단계(ST4)는 전극 조립체(10)에서 간격 산포 및 높이 산포가 기설정된 판정 규격에 적합하면, 권취부(100)를 계속 운전하여, 양호한 전극 조립체(10)을 계속 생산한다. 또한 제4 단계(ST4)는 전극 조립체(10)의 간격 산포 및 높이 산포가 기설정된 판정 규격에 적합하지 않으면 권취부(100)의 운전을 정지하여, 불량 전극 조립체(10)의 생산을 차단하고 경보를 발생시킨다.
도 7은 전극 조립체의 측면에서 측정한 제1, 제2 전극판 및 제1, 제2 세퍼레이터의 간격 산포 및 각 단부들의 높이 산포를 나타내는 그래프이다. 도 7을 참조하면, 제1 전극판(11, 양극)의 단부 높이가 가장 낮은 수준을 유지하고, 제2 전극판(12, 음극)의 단부 높이가 중간 수준을 유지하며, 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22)의 단부 높이가 가장 높은 수준을 유지하는 것을 알 수 있다. 따라서 제1, 제2 전극판(11, 12)의 단부는 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22)에 의하여 절연 구조를 형성하여 쇼트로부터 안전할 수 있다.
예를 들면, 제1 박스(B1)가 제1 전극판(11)의 기설정 된 단부의 높이 범위를 나타내는 경우, 전극 조립체(10)로부터 측정된 제1 전극판(11)의 단부 높이는 양호한 상태를 나타내는 것을 알 수 있다. 제2 박스(B2)가 제2 전극판(12)의 기설정 된 단부의 높이 범위를 나타내는 경우, 전극 조립체(10)로부터 측정된 제2 전극판(12)의 단부 높이는 양호한 상태를 나타내는 것을 알 수 있다. 제3 박스(B3)가 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22)의 기설정 된 단부 높이 범위를 나타내는 경우, 전극 조립체(10)로부터 측정된 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22)의 단부 높이는 양호한 상태를 나타내는 것을 알 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 : 전극 조립체 11, 12 : 제1, 제2 전극판
21, 22 : 제1, 제2 세퍼레이터 31 : 변위센서
32 : 센서제어기 33 : 신호처리기
41 : 스테이지 42, 242 : 지지부
43 : 이송부 44 : 브래킷
100 : 권취부 200 : 검사부
421, 431 : 지지홈 B1, B2, B3 : 제1, 제2, 제3 박스
M : 맨드릴 R5 : 닙롤
R11, R12, R13, R14 : 제1, 제2, 제3, 제4 공급롤
R21, R22, R23, R24 : 제1, 제2, 제3, 제4 이송롤

Claims (20)

  1. 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판을 각각 공급하고 이송하는 공급롤들과 이송롤들;
    상기 제1 전극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 제2 전극판을 적층하여 일측으로 이송하는 닙롤;
    상기 닙롤을 경유하여 상기 세퍼레이터를 사이에 배치한 상태로 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판을 권취하여 전극 조립체를 형성하는 맨드릴; 및
    상기 맨드릴로부터 분리한 상기 전극 조립체의 측면에서 상기 제1 전극판의 단부, 상기 세퍼레이터의 단부 및 상기 제2 전극판의 단부에 대한 높이 산포를 측정하는 검사부
    를 포함하는 권취기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 검사부는,
    상기 전극 조립체의 측면에 레이저빔을 조사하여, 상기 단부들의 높이 산포를 측정하는 변위센서,
    상기 변위센서의 동작을 제어하는 센서제어기, 및
    상기 센서제어기로부터 수신되는 신호를 처리하는 신호처리기를 포함하는 권취기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 검사부는,
    상기 변위센서로 상기 제1 전극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 제2 전극판의 간격 산포를 더 측정하는 권취기.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 변위센서는 라인 형상 또는 포인트 형상의 레이저빔을 사용하거나 공초점 방식으로 형성되는 권취기.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 검사부는,
    상기 변위센서의 위치를 조정하는 스테이지,
    상기 변위센서에 의하여 상기 단부들을 검사하도록 권취된 상기 전극 조립체를 지지하는 지지부,
    상기 지지부에서 검사 완료된 상기 전극 조립체를 이송하는 이송부; 및
    상기 스테이지, 상기 지지부 및 상기 이송부를 지지하는 브래킷을 포함하는 권취기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 지지부는,
    상기 전극 조립체의 양측을 지지하도록 서로 이격되어 마주하여 배치되고 지지홈을 형성하며,
    상기 이송부는,
    상기 단부의 높이에 대한 산포를 측정한 후, 상기 지지홈에 놓인 상기 전극 조립체를 상승, 전진 및 하강시켜 다른 지지부에 전달하고 후진하는 작동을 반복하도록 상기 지지부의 내측에 배치되는 권취기.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 신호 처리기는,
    상기 단부들간의 간격 및 상기 단부들의 높이를 복수 회 반복 측정된 측정 데이터를 병합하여 측정 데이터내의 정상값을 추출하고, 추출된 정상값을 이용하여 측정 데이터 패턴을 생성한 후, 소정의 정상 패턴과 상기 측정 데이터 패턴을 비교하여 상기 단부들간의 간격 및 상기 단부들의 높이를 계산하는 귄취기.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 신호 처리기는,
    상기 반복 측정된 측정 데이터 중 최빈값을 정상값으로 인식하여 상기 측정 데이터 패턴을 생성하고, 상기 측정 데이터 패턴과 상기 정상 패턴을 비교해 측정 데이터 패턴을 보상하며,
    상기 정상 패턴이란, 상기 세퍼레이터, 상기 제1 전극판, 및 상기 제2 전극판이 감기는 순서에 따르는 권취 패턴에 따라 측정 데이터가 가지는 패턴인 권취기.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 신호 처리기는,
    상기 측정 데이터 패턴과 상기 정상 패턴을 비교하여 상기 세퍼레이터가 누락된 경우, 이전 측정 데이터 패턴의 세퍼레이터 측정 데이터로 누락된 세퍼레이터 측정 데이터를 복원하고, 상기 제1 및 제2 전극판의 측정 데이터가 누락된 경우 누락된 측정 데이터를 그대로 유지하는 권취기.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 신호 처리기는,
    상기 측정 데이터 패턴에 정상 패턴에 매치되지 않는 이상값이 발생하는 경우 이를 제거한 후, 상기 측정 데이터 패턴을 보상하는 권취기.
  11. 권취된 전극 조립체의 측면에 레이저 빔을 조사하여, 제1 전극판의 단부, 세퍼레이터의 단부 및 제2 전극판의 단부에 대한 높이 산포를 측정하는 변위센서,
    상기 변위센서를 제어하는 센서제어기, 및
    상기 센서제어기로부터 수신되는 신호를 처리하는 신호처리기를 포함하는 빗 감김 감지 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 변위센서는 상기 제1 전극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 제2 전극판의 간격 산포를 더 측정하는 빗 감김 감지 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 변위센서는 라인 형상 또는 포인트 형상의 레이저빔을 사용하거나, 공초첨 방식으로 형성되는 빗 감김 감지 시스템.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 변위센서의 위치를 조정하는 스테이지,
    상기 변위센서에 의하여 상기 단부들을 검사하도록 상기 전극 조립체를 지지하는 지지부,
    상기 지지부에서 검사 완료된 상기 전극 조립체를 이송하는 이송부, 및
    상기 스테이지, 상기 지지부 및 상기 이송부를 지지하는 브래킷을 포함하는 빗 감김 감지 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 지지부는,
    상기 전극 조립체의 양측을 지지하도록 서로 이격되어 마주하여 배치되고 지지홈을 형성하며,
    상기 이송부는,
    상기 단부의 높이에 대한 산포를 측정한 후, 상기 지지홈에 놓인 상기 전극 조립체를 상승, 전진 및 하강시켜 다른 지지부에 전달하고 후진하는 작동을 반복하도록 상기 지지부의 내측에 배치되는 빗 감김 감지 시스템.
  16. 권취된 전극 조립체로부터 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판의 간격 및 상기 제1 전극판의 단부, 상기 세퍼레이터의 단부 및 상기 제2 전극판의 단부의 높이를 측정하는 제1 단계;
    측정 데이터로부터 상기 단부들간의 간격의 산포 및 상기 단부들의 높이 산포를 계산하는 제2 단계;
    기설정된 판정 규격과 상기 간격 산포 및 상기 높이 산포를 비교하여, 상기 전극 조립체의 양부를 판정하는 제3 단계; 및
    양부에 따라 권취부를 운전 또는 정지시키는 제4 단계를 포함하는
    를 포함하는 빗 감김 제어방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제2 단계는,
    상기 세퍼레이터, 상기 제1 전극판 및 상기 제2 전극판의 종류를 분류하는 제21 단계,
    종류에 따라 상기 측정 데이터를 재분류하는 제22 단계,
    상기 전극 조립체의 단면 프로파일을 생성하는 제23 단계, 및
    상기 단면 프로파일로부터 상기 간격 산포 및 상기 높이 산포를 계산하는 제24 단계
    를 포함하는 빗 감김 제어방법.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 제24 단계에서 계산된 상기 간격 산포 및 상기 높이 산포에 따라 상기 권취부를 보정하는 제5 단계
    를 더 포함하는 빗 감김 제어방법.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 단계는 복수 회 반복되고,
    상기 제2 단계는,
    상기 단부들간의 간격 및 상기 단부들의 높이를 복수 회 반복 측정된 측정 데이터를 병합하여 측정 데이터내의 정상값을 추출하는 단계, 및
    상기 추출된 정상값을 이용하여 측정 데이터 패턴을 생성한 후, 소정의 정상 패턴과 상기 측정 데이터 패턴을 비교하여 상기 단부들간의 간격 및 상기 단부들의 높이를 계산하는 단계를 포함하는 빗 감김 제어 방법.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 정상값을 추출하는 단계는,
    상기 반복 측정된 측정 데이터 중 최빈값을 정상값으로 인식하는 단계를 포함하고,
    상기 단부들간의 간격 및 상기 단부들의 높이를 계산하는 단계는,
    상기 정상값을 이용하여 상기 측정 데이터 패턴을 생성하고, 상기 측정 데이터 패턴과 상기 정상 패턴을 비교해 측정 데이터 패턴을 보상하며,
    상기 정상 패턴이란, 상기 세퍼레이터, 상기 제1 전극판, 및 상기 제2 전극판이 감기는 순서에 따르는 권취 패턴에 따라 측정 데이터가 가지는 패턴인 빗 감김 제어 방법.
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