KR20230014971A - Inspection Method and Device for Aluminum Pouch Thickness of Lithium Ion Battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 알루미늄 파우치의 두께 검사방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 파우치형 리튬이온 배터리의 외장재인 알루미늄 파우치가 성형 후 핀 홀, 크랙 및 절연 불량에 취약한 부위에 대해 파우치 알루미늄 박의 상부 혹은 하부의 투명 혹은 반투명 필름의 두께를 광간섭단층법(OCT, Optical Coherence Tomography)을 이용하여 간단하면서도 정확하게 전수 검사할 수 있도록 한 알루미늄 파우치의 두께 검사방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for inspecting the thickness of an aluminum pouch, and in particular, the aluminum pouch, which is an exterior material for a pouch-type lithium ion battery, is transparent at the top or bottom of the pouch aluminum foil for areas vulnerable to pin holes, cracks, and insulation defects after molding. Or, it relates to a method and apparatus for inspecting the thickness of an aluminum pouch that enables simple and accurate total inspection of the thickness of a translucent film using optical coherence tomography (OCT).
일반적으로, 충전할 수 없는 1차 전지와는 달리 충전 및 방전할 수 있는 2차 전지는 디지털카메라, 스마트폰, 노트북, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등 첨단 분야의 적용으로 활발한 연구가 진행중이다.In general, unlike primary batteries that cannot be charged, secondary batteries that can be charged and discharged are being actively researched for applications in high-tech fields such as digital cameras, smart phones, laptops, hybrid vehicles, and electric vehicles.
이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지를 들 수 있다.Secondary batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-hydrogen batteries, and lithium secondary batteries.
이 중 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.2V 이상으로 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 다수 개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차 등에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 사용이 증가하는 추세이다.Among them, lithium secondary batteries are used as a power source for portable electronic devices with an operating voltage of 3.2V or higher, or are used in high-power hybrid vehicles by connecting multiple batteries in series. Compared to nickel-cadmium batteries or nickel-metal hydride batteries, Its operating voltage is three times higher and its energy density per unit weight is excellent, so its use is increasing.
여기서 리튬 이차 전지는 리튬이온 전지, 리튬이온 배터리, 리튬 고분자 전지, 리튬폴리머 전지 등의 리튬 계열 이차 전지를 의미하며, 본 발명에서는 리튬이온 배터리를 실시 예로 설명한다.Here, the lithium secondary battery refers to a lithium-based secondary battery such as a lithium ion battery, a lithium ion battery, a lithium polymer battery, and a lithium polymer battery. In the present invention, a lithium ion battery will be described as an example.
리튬이온 배터리는 다양한 형태로 제조가능 한데, 대표적인 형상으로는 리튬이온 배터리에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 배터리는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다.Lithium ion batteries can be manufactured in various shapes, and typical shapes include a cylinder type and a prismatic type mainly used in lithium ion batteries. Recently, a lithium polymer battery, which has been in the spotlight, is manufactured in a flexible pouch type, so its shape is relatively free.
파우치형 리튬이온 배터리는 다층필름으로 이루어진 알루미늄 파우치에 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극 및 그 사이에 개재된 분리막으로 형성된 배터리 셀을 내장시켜 전해질을 충진시키는 구조를 가진다.A pouch type lithium ion battery has a structure in which an aluminum pouch made of a multilayer film is filled with an electrolyte by embedding a battery cell formed of a positive electrode coated with a positive electrode active material, a negative electrode coated with a negative electrode active material, and a separator interposed therebetween.
알루미늄 파우치는 적용목적에 따라 통상 서로 다른 3 ~ 4가지의 필름이 접착제에 의해 라미네이트된 구조를 가지며, 최외층은 PET(폴리에스테르), PA(폴리아마이드) 등의 나일론, 최내층은 무연신 폴리프로필렌(CPP, casted polypropylene)필름으로 이루어지며 중간층에 알루미늄박이 위치한다. 나일론은 외부로부터의 충격을 막아주는 보호층 및 절연층의 역할을 하며, 알루미늄박은 수분과 가스를 차단하는 배리어 층의 역할을 한다. CPP 필름은 전지 제조의 후속 공정인 밀봉(Sealing) 과정에서 파우치가 잘 밀봉되도록 하는 열융착층의 역할을 한다. 각각의 필름과 특성이 합쳐져 전지의 안정성과 신뢰성을 유지시킬 수 있는 외장재로 사용된다.Depending on the purpose of application, the aluminum pouch usually has a structure in which three or four different films are laminated with an adhesive, and the outermost layer is nylon such as PET (polyester) or PA (polyamide), and the innermost layer is non-stretched polyester. It is made of propylene (CPP, casted polypropylene) film, and an aluminum foil is located in the middle layer. Nylon serves as a protective layer and an insulating layer that blocks impact from the outside, and aluminum foil serves as a barrier layer that blocks moisture and gas. The CPP film serves as a heat-sealing layer to ensure that the pouch is well sealed in the sealing process, which is a subsequent process of battery manufacturing. It is used as an exterior material that can maintain the stability and reliability of the battery by combining each film and its characteristics.
알루미늄 파우치에 배터리 셀을 내장하기 위해서는 이들을 수납할 수 있는 수납부를 형성해야 하는데, 이 과정을 성형(Forming) 혹은 딥 드로잉(Deep drawing) 공정이라 한다. 성형 공정을 통해 알루미늄 파우치 필름에 펀치를 가압하여 수납부를 형성하며, 이때, 펀치의 가압 방향으로 알루미늄 파우치 필름이 연신 및 변형을 일으키게 된다. 일반적으로 파우칭의 성형되는 면적과 깊이는 배터리의 용량에 의해 결정되며 최근 전기 자동차에 적용되는 단위 배터리의 용량 증대에 따라 성형 면적 및 깊이도 증가하게 되었다.In order to embed battery cells in an aluminum pouch, it is necessary to form a storage unit capable of accommodating them, and this process is called a forming or deep drawing process. Through the forming process, the aluminum pouch film is pressed with a punch to form the housing unit, and at this time, the aluminum pouch film is stretched and deformed in the direction of pressing of the punch. In general, the area and depth of pouch molding are determined by the capacity of the battery, and the molding area and depth have also increased with the recent increase in the capacity of unit batteries applied to electric vehicles.
성형 깊이가 커짐에 따라 성형시 두께가 가장 감소할 수 있는 모서리 곡면부는 파우치 소재 이상 혹은 다이와 펀치의 이상 등 성형 조건의 이상으로 두께가 허용치보다 작을 경우 핀홀이나 균열 등의 발생 및 절연불량 등 배터리의 성능에 영향을 주기 때문에 성형 후 두께 측정은 매우 중요하나 파우치가 얇고 검사 표면이 굴곡이 심하여 초음파 검사 등과 같은 비파괴 검사 방법의 적용이 불가능하여 대부분 샘플링에 의한 절단법으로 두께를 확인하고 있어 간편하게 검사할 수 있는 방법이 절실히 요구되고 있다.As the molding depth increases, the edge curves, where the thickness can be reduced the most during molding, are less than the allowable thickness due to molding conditions such as pouch material failure or die and punch failure. Pinholes, cracks, etc. It is very important to measure the thickness after molding because it affects performance. However, since the pouch is thin and the inspection surface is highly curved, it is impossible to apply non-destructive inspection methods such as ultrasonic inspection. A way to do this is desperately needed.
알루미늄 파우치의 전체 두께를 비파괴 검사로 측정할 수 있는 방법은 초음파 검사 방법이 있으나, 두께 검출 해상도가 약 30㎛ 이상으로 파우치의 두께를 고려할 때 검출해상도가 충족되지 않을 뿐만 아니라 검사상 필요한 파우치의 곡면부는 초음파 검사를 어렵게 한다.There is an ultrasonic inspection method that can measure the overall thickness of an aluminum pouch by non-destructive testing, but the thickness detection resolution is about 30㎛ or more, which does not meet the detection resolution when considering the thickness of the pouch, and the curved surface of the pouch required for inspection. Swelling makes ultrasound examination difficult.
한편, 알루미늄 파우치와 관련된 검사를 하기 위해 관련된 제안된 기술이 <특허문헌1> 내지 <특허문헌 3> 에 개시되어 있다.On the other hand, the proposed technology related to the inspection related to the aluminum pouch is disclosed in <Patent Document 1> to <Patent Document 3>.
<특허문헌 1> 과 <특허문헌 2> 는 파우치의 절연성을 검사하기 위해 파우치의 알루미늄박 부분과 전극부에 각각 탐침을 접촉시켜 저항을 측정하거나 전류를 흘려 절연파괴를 검사하는 방법으로서, 배터리 셀을 조립한 후에 파우치를 검사하여 파우치 불량이 발생할 경우 파우치를 포함한 배터리 셀을 불량으로 처리하여야 하고 탐침을 설치해야 하는 문제가 있다.<Patent Document 1> and <
<특허문헌 3> 은 배터리팩에 가스를 주입하여 액상 누수, 가스 누출 및 팩 하우징 파손을 포함하는 불량을 판별하는 방법으로서, 이 또한 배터리 셀을 조립한 후에 파우치를 검사하여 파우치 불량이 발생할 경우 파우치를 포함한 배터리 셀을 불량으로 처리하여야 한다.<Patent Document 3> is a method of injecting gas into a battery pack to determine defects including liquid leakage, gas leakage, and pack housing damage. A battery cell including a should be treated as defective.
이와 같이 <특허문헌 1> 내지 <특허문헌 3> 은 파우치의 성형이 끝난 후 두께 감소로 인한 핀 홀, 크랙 및 절연 불량을 검출하는 것이 아니라 배터리 셀 조립 후 파우치 불량 여부의 검출하는 것으로 배터리 셀 조립 전 파우치의 불량 여부를 검출할 수 있는 방법의 도출이 필요하다.As such, <Patent Document 1> to <Patent Document 3> do not detect pin holes, cracks, and insulation defects due to thickness reduction after the molding of the pouch is finished, but detect whether or not the pouch is defective after assembling the battery cell, thereby assembling the battery cell It is necessary to derive a method capable of detecting whether or not the entire pouch is defective.
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 파우치형 리튬이온 배터리의 외장재인 알루미늄 파우치와 관련된 불량을 검출하는 방법에서 발생하는 단점 및 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 파우치형 리튬이온 배터리의 외장재인 알루미늄 파우치가 성형 후 핀 홀, 크랙 및 절연 불량에 취약한 부위에 대해 파우치 알루미늄 박의 상부 혹은 하부의 투명 혹은 반투명 필름의 두께를 광간섭단층법(OCT, Optical Coherence Tomography)을 이용하여 간단하면서도 정확하게 전수 검사할 수 있도록 한 알루미늄 파우치의 두께 검사방법 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is proposed to solve the disadvantages occurring in the method of detecting defects related to the aluminum pouch, which is the exterior material of the general pouch-type lithium ion battery, and various problems occurring in the prior art, and the pouch-type lithium ion battery The thickness of the transparent or translucent film on the top or bottom of the pouch aluminum foil is easily measured using OCT (Optical Coherence Tomography) for areas vulnerable to pinholes, cracks and insulation defects after the aluminum pouch, which is an exterior material, is molded. The purpose is to provide a method and device for inspecting the thickness of an aluminum pouch that can be inspected accurately while performing a total inspection.
본 발명의 다른 목적은 성형 후 파우치의 모서리 곡면부는 검사를 위해 파우치를 취부할 경우 검사 위치가 일정하지 않게 되고 또한 만곡부에서 가장 두께가 작은 부위를 측정하기 곤란하므로 이것을 광간섭단층법을 이용한 비파괴검사로 용이하게 검사할 수 있도록 한 알루미늄 파우치의 두께 검사방법 및 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is that when the pouch is attached for inspection, the curved edge of the pouch after molding does not have a constant inspection position, and it is difficult to measure the area with the smallest thickness in the curved area. It is to provide a method and apparatus for inspecting the thickness of an aluminum pouch that can be easily inspected.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "알루미늄 파우치의 두께 검사장치"는,In order to achieve the above object, the "apparatus for inspecting the thickness of an aluminum pouch" according to the present invention,
성형된 알루미늄 파우치를 취부하여 검사 영역으로 로딩하는 로딩 로봇;a loading robot that loads the molded aluminum pouch into an inspection area;
상기 로딩 로봇에 의해 취부된 알루미늄 파우치를 촬영하여 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 획득하는 비전 영상장치;a vision imaging device that acquires images for determining reference coordinates and extracting outlines by photographing the aluminum pouch attached by the loading robot;
상기 검사 영역으로 이동한 알루미늄 파우치의 스캔 영역을 스캔하여 OCT 검사 영상을 획득하는 OCT 프로브;an OCT probe for acquiring an OCT inspection image by scanning the scan area of the aluminum pouch that has moved to the inspection area;
상기 비전 영상장치를 통해 획득한 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 기초로 OCT 프로브의 스캔 경로를 생성하며, 결정한 기준 좌표를 이용하여 상기 로딩 로봇의 이동을 제어하여 상기 알루미늄 파우치를 상기 OCT 프로브의 스캔 영역으로 이동시키며, 상기 OCT 프로브를 통해 획득한 OCT 검사 영상을 기초로 두께 측정 알고리즘을 이용하여 알루미늄 파우치 곡면부의 두께를 측정하여 알루미늄 파우치의 양불을 판별하는 파우치 판별장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.A scan path of the OCT probe is created based on the image for determining the reference coordinates and extracting the outline obtained through the vision imaging device, and by using the determined reference coordinates, the movement of the loading robot is controlled to move the aluminum pouch to the position of the OCT probe. It is moved to the scan area, and a pouch discrimination device for determining whether the aluminum pouch is good or bad by measuring the thickness of the curved surface of the aluminum pouch using a thickness measurement algorithm based on the OCT inspection image obtained through the OCT probe. .
상기에서 로딩 로봇은,In the above, the loading robot,
로봇 암 구동수단이 내장된 몸체;A body in which a robot arm driving means is built-in;
상기 몸체에 회전 가능하게 설치되고, 상기 구동수단에 의해 회전을 하는 로봇 암;a robot arm rotatably installed on the body and rotating by the driving means;
상기 로봇 암의 단부에 장착되어 적재대에 적재된 알루미늄 파우치를 취부하여 이송시키는 흡착판을 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it includes a suction plate mounted on the end of the robot arm to attach and transfer the aluminum pouch loaded on the loading table.
상기에서 파우치 판별장치는, In the above, the pouch discrimination device,
상기 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 기초로 상기 알루미늄 파우치의 모서리 곡면부의 기준 좌표를 결정하고, 결정한 기준 좌표와 모서리 윤곽선 위치를 기초로 상기 OCT 프로브의 스캔 경로를 생성하는 것을 특징으로 한다.Based on the image for determining the reference coordinates and extracting the contour, reference coordinates of the curved edge of the aluminum pouch are determined, and a scan path of the OCT probe is generated based on the determined reference coordinates and the position of the edge contour.
상기에서 OCT 프로브는,In the above, the OCT probe,
상기 스캔 경로를 따라 상기 알루미늄 파우치의 각 모서리의 곡면부를 스캔하여 OCT 검사 영상을 생성하되, 상기 OCT 검사 영상은 각 모서리의 수평 단면 영상 및 수직 단면 영상을 포함하는 것을 특징으로 한다.An OCT inspection image is generated by scanning the curved portion of each corner of the aluminum pouch along the scan path, and the OCT inspection image includes a horizontal cross-section image and a vertical cross-section image of each corner.
상기에서 파우치 판별장치는,In the above, the pouch discrimination device,
상기 비전 영상장치를 통해 획득한 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 기초로 상기 알루미늄 파우치의 모서리 곡면부의 기준 좌표를 결정하고, 결정한 기준 좌표와 모서리 윤곽선 위치를 기초로 상기 OCT 프로브의 스캔 경로를 생성하는 비전 판독부;The reference coordinates of the curved edge of the aluminum pouch are determined based on the image for determining reference coordinates and extracting the contour obtained through the vision imaging device, and a scan path of the OCT probe is generated based on the determined reference coordinates and the position of the edge contour. a vision reading unit;
상기 비전 판독부에서 결정한 기준 좌표를 이용하여 상기 로딩 로봇의 로봇 암의 이동 경로를 제어하는 로봇 제어부; 및a robot control unit controlling a moving path of the robot arm of the loading robot using the reference coordinates determined by the vision reading unit; and
상기 OCT 프로브로부터 스캔된 OCT 검사 영상을 두께 측정 알고리즘으로 처리하여 알루미늄 파우치 곡면부의 두께를 측정하여 알루미늄 파우치의 양불을 판별하는 OCT 판별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it includes an OCT determination unit for determining whether the aluminum pouch is good or bad by processing the OCT inspection image scanned from the OCT probe with a thickness measurement algorithm to measure the thickness of the curved portion of the aluminum pouch.
상기에서 OCT 판별부는,In the above, the OCT determination unit,
상기 두께 측정 알고리즘을 이용하여, 획득한 OCT 검사 영상 중 수평 단면 영상의 곡률을 산출하고, 산출한 곡률이 기준 곡률 대비 최대가 아니면 스캔 위치를 수정하고, 산출한 곡률이 최대이면 상기 수평 단면 영상을 이용하여 변곡점 위치를 결정하며, 결정한 변곡점 위치를 기준으로 수평 및 수직 단면 영상의 두께를 스캔 경로의 위치별로 산출하고, 산출한 위치별 두께 데이터를 취합하여 두께 측정치를 산출하며, 산출한 두께측정치와 허용기준치를 비교하여 대소 유무로 알루미늄 파우치의 양품 또는 불량을 판별하는 것을 특징으로 한다.Using the thickness measurement algorithm, the curvature of the horizontal cross-section image among the acquired OCT examination images is calculated, and if the calculated curvature is not the maximum compared to the reference curvature, the scan position is corrected. If the calculated curvature is maximum, the horizontal cross-section image is The location of the inflection point is determined using the inflection point location, the thickness of the horizontal and vertical sectional images is calculated for each location of the scan path based on the location of the determined inflection point, the thickness measurement value is calculated by combining the thickness data for each location, and the calculated thickness measurement value and It is characterized in that the quality or defect of the aluminum pouch is determined by comparing the acceptance criteria.
상기에서 OCT 판별부는,In the above, the OCT determination unit,
상기 알루미늄 파우치의 각 모서리의 두께 측정치 중 어느 하나라도 상기 허용기준치보다 작으면 성형된 알루미늄 파우치를 불량품으로 판정하고, 상기 알루미늄 파우치의 각 모서리의 두께 측정치가 모두 상기 허용기준치보다 크면 성형된 알루미늄 파우치를 양품으로 판정하는 것을 특징으로 한다.If any one of the thickness measurement values of each corner of the aluminum pouch is smaller than the acceptance criterion, the molded aluminum pouch is determined as a defective product, and if the thickness measurements of each corner of the aluminum pouch are all greater than the acceptance criteria value, the molded aluminum pouch is Characterized in that it is judged as a good product.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "알루미늄 파우치의 두께 검사방법"은,In order to achieve the above object, the "method for inspecting the thickness of an aluminum pouch" according to the present invention,
(a) 성형된 알루미늄 파우치를 로딩 로봇에서 취부하여 임의 영역으로 로딩하는 단계;(a) loading the molded aluminum pouch into an arbitrary area by attaching it to a loading robot;
(b) 비전 영상장치에서 상기 로딩 로봇에 의해 취부된 알루미늄 파우치를 촬영하여 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 획득하는 단계;(b) acquiring an image for determining reference coordinates and extracting an outline by photographing the aluminum pouch attached by the loading robot in a vision imaging device;
(c) 상기 획득한 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 기초로 OCT 프로브의 스캔 경로를 생성하며, 결정한 기준 좌표를 이용하여 상기 로딩 로봇의 이동을 제어하여 상기 알루미늄 파우치를 상기 OCT 프로브의 스캔 영역으로 이동시키는 단계;(c) A scan path of the OCT probe is created based on the obtained image for determining reference coordinates and extracting outlines, and by using the determined reference coordinates, the movement of the loading robot is controlled to move the aluminum pouch into the scanning area of the OCT probe. moving to;
(d) 상기 OCT 프로브에서 상기 검사 영역으로 이동한 알루미늄 파우치의 스캔 영역을 스캔하여 OCT 검사 영상을 획득하는 단계; 및(d) acquiring an OCT examination image by scanning the scan area of the aluminum pouch moved from the OCT probe to the examination area; and
(e) 상기 OCT 검사 영상을 기초로 두께 측정 알고리즘을 이용하여 알루미늄 파우치 곡면부의 두께를 측정하여 알루미늄 파우치의 양불을 판별하는 단계를 포함하는 특징으로 한다.(e) determining whether the aluminum pouch is good or bad by measuring the thickness of the curved surface of the aluminum pouch using a thickness measurement algorithm based on the OCT inspection image.
상기에서 (c)단계는,In the above step (c),
상기 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 기초로 상기 알루미늄 파우치의 모서리 곡면부의 기준 좌표를 결정하고, 결정한 기준 좌표와 모서리 윤곽선 위치를 기초로 상기 OCT 프로브의 스캔 경로를 생성하는 것을 특징으로 한다.Based on the image for determining the reference coordinates and extracting the contour, reference coordinates of the curved edge of the aluminum pouch are determined, and a scan path of the OCT probe is generated based on the determined reference coordinates and the position of the edge contour.
상기에서 (d)단계는,In the above step (d),
상기 스캔 경로를 따라 상기 알루미늄 파우치의 각 모서리의 곡면부를 스캔하여 OCT 검사 영상을 생성하되, 상기 OCT 검사 영상은 각 모서리의 수평 단면 영상 및 수직 단면 영상을 포함하는 것을 특징으로 한다.An OCT inspection image is generated by scanning the curved portion of each corner of the aluminum pouch along the scan path, and the OCT inspection image includes a horizontal cross-section image and a vertical cross-section image of each corner.
상기에서 (e)단계는,In the above step (e),
(e1) 상기 두께 측정 알고리즘을 이용하여, 획득한 OCT 검사 영상 중 수평 단면 영상의 곡률을 산출하고, 산출한 곡률이 최대가 아니면 스캔 위치를 수정하는 단계;(e1) calculating the curvature of the horizontal sectional image among the acquired OCT examination images using the thickness measurement algorithm, and correcting the scan position if the calculated curvature is not maximum;
(e2) 상기 산출한 곡률이 최대이면 상기 수평 단면 영상을 이용하여 변곡점 위치를 결정하는 단계;(e2) determining a position of an inflection point using the horizontal sectional image when the calculated curvature is maximum;
(e3) 상기 결정한 변곡점 위치를 기준으로 수평 및 수직 단면 영상의 두께를 스캔 경로의 위치별로 산출하는 단계;(e3) calculating the thicknesses of the horizontal and vertical sectional images for each position of the scan path based on the position of the determined inflection point;
(e4) 상기 산출한 위치별 두께 데이터를 취합하여 두께 측정치를 산출하는 단계;(e4) calculating a thickness measurement value by collecting the calculated thickness data for each location;
(e5) 상기 산출한 두께 측정치와 허용기준치를 비교하여 대소 유무로 알루미늄 파우치의 양품 또는 불량을 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.(e5) comparing the calculated thickness measurement value with an acceptance standard value to determine whether the aluminum pouch is good or bad depending on whether or not it is large or small.
상기에서 (e5)단계는,In the above step (e5),
상기 알루미늄 파우치의 각 모서리의 두께 측정치 중 어느 하나라도 상기 허용기준치보다 작으면 성형된 알루미늄 파우치를 불량품으로 판정하고, 상기 알루미늄 파우치의 각 모서리의 두께 측정치가 모두 상기 허용기준치보다 크면 성형된 알루미늄 파우치를 양품으로 판정하는 것을 특징으로 한다.If any one of the thickness measurement values of each corner of the aluminum pouch is smaller than the acceptance criterion, the molded aluminum pouch is determined as a defective product, and if the thickness measurements of each corner of the aluminum pouch are all greater than the acceptance criteria value, the molded aluminum pouch is Characterized in that it is judged as a good product.
본 발명에 따르면 알루미늄 파우치의 성형 후 두께의 감소가 심한 부분의 핀 홀 및 크랙은 물론 두께 변화를 배터리 셀이 최종 조립전에 전수 검사할 수 있도록 하여, 파우치 두께 불량으로 인한 파우치 강성 부족으로 발생할 수 있는 누액 혹은 절연 불량의 배터리 품질 저하 문제를 개선하도록 도모해주는 효과가 있다.According to the present invention, after forming an aluminum pouch, pin holes and cracks in areas where the thickness is severely reduced, as well as thickness changes, can be thoroughly inspected before the final assembly of the battery cell, which can occur due to insufficient pouch rigidity due to poor pouch thickness. It has the effect of helping to improve battery quality degradation problems such as leakage or poor insulation.
또한, 누적된 두께 변화에 대한 정략적 분석을 통하여 파우치 성형공정과 관련된 펀치, 다이의 이상 유무를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 하여, 최적의 성형 조건을 유지할 수 있도록 도모해주는 효과가 있다.In addition, through a quantitative analysis of the accumulated thickness change, it is possible to monitor in real time the presence or absence of abnormalities in the punch and die related to the pouch molding process, thereby helping to maintain optimal molding conditions.
도 1은 본 발명의 배터리의 알루미늄 파우치 검사장치의 대상이 되는 대표적인 알루미늄 파우치 모습을 나타낸 모식도,
도 2는 알루미늄 파우치의 단면 구조 모식도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 파우치의 네 모서리 곡면부의 최소 두께를 측정할 수 있는 검사 장치의 모식도,
도 4는 본 발명의 실시 OCT 단면 측정을 위한 사전단계로 OCT 스캔 기준점 설정을 보여주는 모식도,
도 5는 발명의 실시 예에 따른 OCT 단면 영상을 취득하는 곡면부의 측정 개념을 나타내는 모식도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시에 따른 파우치 곡면부의 상부 투명 필름층의 OCT 수평 단면 영상 및 수직 단면 영상에서 두께를 취득하는 예시를 나타내는 모식도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 알루미늄 파우치의 두께 검사방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a schematic diagram showing the appearance of a representative aluminum pouch that is the target of the aluminum pouch inspection device for a battery of the present invention;
2 is a schematic diagram of the cross-sectional structure of an aluminum pouch;
3 is a schematic diagram of an inspection device capable of measuring the minimum thickness of the four corner curved portions of a pouch according to an embodiment of the present invention;
Figure 4 is a schematic diagram showing the OCT scan reference point setting as a preliminary step for OCT cross-section measurement in practice of the present invention;
5 is a schematic diagram showing the concept of measuring a curved part for acquiring an OCT cross-sectional image according to an embodiment of the present invention;
6A and 6B are schematic diagrams showing an example of obtaining thickness from an OCT horizontal sectional image and a vertical sectional image of an upper transparent film layer of a curved pouch portion according to an embodiment of the present invention;
7 is a flowchart showing a method for inspecting the thickness of an aluminum pouch according to a preferred embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 알루미늄 파우치의 두께 검사방법 및 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method and apparatus for inspecting the thickness of an aluminum pouch according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present invention described below should not be construed as being limited to a conventional or dictionary meaning, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to explain his/her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical spirit of the present invention based on the principle that it can be.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so various equivalents and equivalents that can replace them at the time of the present application It should be understood that variations may exist.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 알루미늄 파우치의 두께 검사장치의 개략 구성도로서, 성형된 알루미늄 파우치(100)를 취부하여 검사 영역으로 로딩하는 로딩 로봇(200), 상기 로딩 로봇(200)에 의해 취부된 알루미늄 파우치(100)를 촬영하여 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 획득하는 비전 영상장치(300), 상기 검사 영역으로 이동한 알루미늄 파우치(100)의 스캔 영역을 스캔하여 OCT 검사 영상을 획득하는 OCT 프로브(400), 및 상기 비전 영상장치(300)를 통해 획득한 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 기초로 OCT 프로브(400)의 스캔 경로를 생성하며, 결정한 기준 좌표를 이용하여 상기 로딩 로봇(200)의 이동을 제어하여 상기 알루미늄 파우치(100)를 상기 OCT 프로브(400)의 스캔 영역으로 이동시키며, 상기 OCT 프로브(400)를 통해 획득한 OCT 검사 영상을 기초로 두께 측정 알고리즘을 이용하여 알루미늄 파우치 곡면부의 두께를 측정하여 알루미늄 파우치의 양불을 판별하는 파우치 판별장치(500)를 포함한다.3 is a schematic configuration diagram of an aluminum pouch thickness inspection apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, including a
상기 로딩 로봇(200)은 로봇 암 구동수단이 내장된 몸체, 상기 몸체에 회전 가능하게 설치되고, 상기 구동수단에 의해 회전을 하는 로봇 암(210), 상기 로봇 암(210)의 단부에 장착되어 적재대에 적재된 알루미늄 파우치(100)를 취부하여 이송시키는 흡착판(220)을 포함한다.The
상기 파우치 판별장치(500)는 상기 비전 영상장치(300)를 통해 획득한 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 기초로 상기 알루미늄 파우치(100)의 모서리 곡면부의 기준 좌표를 결정하고, 결정한 기준 좌표와 모서리 윤곽선 위치를 기초로 상기 OCT 프로브(400)의 스캔 경로를 생성하는 비전 판독부(501), 상기 비전 판독부(501)에서 결정한 기준 좌표를 이용하여 상기 로딩 로봇(200)의 로봇 암(210)의 이동 경로를 제어하는 로봇 제어부(502), 및 상기 OCT 프로브(400)로부터 스캔된 OCT 검사 영상을 두께 측정 알고리즘으로 처리하여 알루미늄 파우치(100) 곡면부의 두께를 측정하여 알루미늄 파우치(100)의 양불을 판별하는 OCT 판별부(503)를 포함한다.The
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 "알루미늄 파우치의 두께 검사장치"를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The "apparatus for inspecting the thickness of an aluminum pouch" according to the present invention configured as described above will be described in detail.
본 발명에 적용되는 파우치형 리튬이온 배터리의 알루미늄 파우치의 대표적인 형태는 도 1에 나타낸 바와 같이, 임의 크기 단위로 절취한 양극과 음극 및 그 사이에 개재한 분리막을 순차적으로 적층시킨 적층형(스택형) 전극 조립체(110)를 각각 양극 리드 탭(혹은 전극 탭) 및 음극 리드탭을 부착하여 알루미늄 파우치(100)로 밀폐시켜 배터리 셀을 형성시킨다.As shown in FIG. 1, the representative form of the aluminum pouch of the pouch-type lithium ion battery applied to the present invention is a stack type (stack type) in which positive and negative electrodes cut in arbitrary size units and separators interposed therebetween are sequentially stacked. The
전기 자동차에 적용되는 통상의 알루미늄 파우치의 전체 두께는 약 150 ~ 160㎛으로 대표적인 알루미늄 파우치의 그 구조와 각 부분의 두께는 도 2와 같다.The overall thickness of a typical aluminum pouch applied to an electric vehicle is about 150 to 160 μm, and the structure and thickness of each part of a typical aluminum pouch are shown in FIG. 2.
예컨대, 알루미늄 파우치(100)는 적용목적에 따라 통상 서로 다른 3 ~ 4가지의 필름이 접착제에 의해 라미네이트된 구조를 가지며, 최외층은 PET(폴리에스테르)(101), PA(폴리아마이드) 등의 나일론필름(103), 최내층은 무연신 폴리프로필렌(이하, CPP)(105)으로 이루어지며 중간층에 알루미늄박(104)이 위치한다. 나일론은 외부로부터의 충격을 막아주는 보호층 및 절연층의 역할을 하며, 알루미늄박은 수분과 가스를 차단하는 배리어 층의 역할을 한다. CPP 필름은 전지 제조의 후속 공정인 밀봉(Sealing) 과정에서 파우치가 잘 밀봉되도록 하는 열융착층의 역할을 한다. 각 층은 3 ~ 5㎛ 두께의 접착제(102)로 견고하게 부착하며 알루미늄 박과 고분자 필름의 안정적인 접착을 위해 알루미늄 박 상·하부에 약 1㎛ 두께를 가지는 표면처리층이 있다.For example, the
투명 혹은 반투명 재질에 대해 1 ~ 2㎛의 두께 해상도를 가지는 OCT에 의한 두께측정이 가능하지만 빛이 투과하지 못하는 알루미늄박 부분은 OCT 검사로 측정이 불가능하므로 투명 필름층인 알루미늄의 상부 혹은 하부 두께의 변화를 측정하여 전체 두께 변화를 추정하여 알루미늄 파우치의 양불을 판단한다.It is possible to measure the thickness of transparent or translucent materials by OCT with a thickness resolution of 1 ~ 2㎛, but it is impossible to measure the aluminum foil part where light does not pass through OCT inspection. By measuring the change and estimating the change in the total thickness, the quality of the aluminum pouch is determined.
도 3은 성형 후 알루미늄 파우치를 OCT로 검사를 실시하기 위한 장치의 구성도로서, 성형이 종료된 알루미늄 파우치(100)는 검사 부분이 임의 형상의 모서리 곡면 부분으로, 빛이 투과하여 ㎛ 단위의 해상도로 검사하기 위해 정확한 검사 위치로 이송시키는 것이 용이하지 않아 소형 로봇인 로딩 로봇(200)을 이용하여 로봇 암(210)에 장착한 흡착판(220)으로 알루미늄 파우치(100)를 취부하여 알루미늄 파우치 적대로부터 로딩한다. 여기서 흡착판(220)은 진공을 이용하여 알루미늄 파우치(100)를 취부할 수 있다.3 is a block diagram of an apparatus for inspecting an aluminum pouch after molding by OCT. In the
검사대상인 각각의 알루미늄 파우치는 성형 후 동일한 위치에 위치시키기가 곤란하고 모서리 곡면부의 위치 역시 일정하지 않다. 또한, OCT 프로브(400)의 초점거리가 짧고 조사 시야(filed of view)가 좁아 OCT 영상만을 이용하여 적절한 검사영역 및 스캔 경로를 미리 결정하는 것은 매우 어렵다. 이러한 점을 해결하기 위해 로딩 로봇(200)으로 알루미늄 파우치(100)를 취부한 후 영상 카메라인 비전 영상장치(300)를 이용하여 촬영한 알루미늄 파우치(100)의 영상을 이용하여 OCT로 스캔할 검사 영역에 대한 시작지점과 종료지점의 대략적 위치를 결정하고 로딩 로봇(200)으로 OCT 프로브(400)가 위치한 곳으로 알루미늄 파우치(100)를 이동시킨다.It is difficult to position each aluminum pouch to be inspected in the same position after molding, and the position of the corner curved part is also not constant. In addition, since the focal length of the
검사할 알루미늄 파우치(100)를 로봇 암(210)에 부착시킨 흡착판(220)에 취부한 후 동일 수평 평면상으로 배치시켜 비전 카메라인 비전 영상장치(300)를 이용하여 알루미늄 파우치(100)를 촬영한다.After attaching the
이어, 도 4에 도시한 바와 같이, 촬영된 알루미늄 파우치 영상(기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상이라고 명명함)에서 비전 판독부(501)는 통상의 영상 인식 기법에서 사용하는 윤곽선 검출 알고리즘을 이용하여 윤곽선(310)을 검출한다. 이어, 검출한 윤곽선을 기초로 각 모서리의 곡면 시작부의 대략적 위치를 각각의 스캔 기준점(x1, y1)(x2, y2)(x3, y3)(x4, y4)(320)으로 산출하고, 산출한 기준 좌표와 모서리 윤곽선 위치를 참조하여 개략적 OCT 스캔 경로를 생성한다.Subsequently, as shown in FIG. 4, the
다음으로, 로봇 제어부(502)는 상기 로딩 로봇(200)의 구동수단 제어를 통해 로봇 암(210)을 제어하여, 알루미늄 파우치(100)의 기준 좌표(320)(x1, y1)를 기준으로 OCT 프로브(400)의 스캔 위치로 알루미늄 파우치(100)를 이동시키고, 도 5에 도시한 바와 같이, OCT 프로브(400)를 동작시켜 사각부 곡면 즉, 스캔 경로(330)를 따라 알루미늄 파우치(100)를 스캔하여 OCT 영상을 얻어 두께를 측정한다.Next, the
알루미늄 파우치의 전체 두께를 비파괴 검사로 측정할 수 있는 방법은 초음파 검사 방법이 있으나, 두께 검출 해상도가 약 30㎛ 이상으로 파우치의 두께를 고려할 때 검출 해상도가 충족되지 않을 뿐만 아니라 검사상 필요한 알루미늄 파우치의 곡면부는 초음파 검사를 어렵게 한다.There is an ultrasonic test method that can measure the overall thickness of an aluminum pouch by non-destructive testing. The curved portion makes ultrasound examination difficult.
안과용으로 적용되는 광 간섭 단층촬영법(OCT)을 이용한 검사 방법이 최근 투명 코팅층의 두께 측정 목적으로 적용되는 등 산업용의 비파괴 검사 방법으로 주목받고 있다.An inspection method using optical coherence tomography (OCT) applied for ophthalmology has recently attracted attention as an industrial non-destructive inspection method, such as being applied for the purpose of measuring the thickness of a transparent coating layer.
광 간섭 단층촬영법은 대상물의 미세 구조로부터 광 산란에 의한 광 세기의 변화를 측정하여 2차원 또는 고해상도의 영상을 보여줄 수 있게 하는 것으로, 그 원리는 입사광선을 빔 스플리터(beam splitter)를 이용하여 두 부분으로 분할하여 하나는 검사대상에 조사하는 샘플 빔에 의한 것과 빔 스플리터를 통해 90도로 진행한 빛이 거울에서 반사된 기준 빔이 감지기(photodetector)에 도달하면 두 빔 사이에 부분 간섭이 발생하여 간섭무늬가 다르게 나타나는 것을 푸리에변환과 같은 수치 해석학적인 방법을 이용하여 영상을 구현하는 것이다.Optical coherence tomography measures the change in light intensity due to light scattering from the microstructure of an object to show a two-dimensional or high-resolution image. Partial interference occurs between the two beams when the reference beam reflected from the mirror reaches the photodetector by splitting into parts and one by the sample beam irradiated to the inspection target and the light traveling 90 degrees through the beam splitter It is to implement an image by using a numerical analysis method such as Fourier transform to show different patterns.
도 6a는 OCT 프로브(400)에서 취득한 알루미늄 파우치의 모서리 부분의 수평 단면 영상 예시이고, 도 6b는 OCT 프로브(400)에서 취득한 알루미늄 파우치의 모서리 부분의 수직 단면 영상을 예시한 것으로서, 알루미늄 파우치 곡면부의 두께 측정 방법을 개념 도이다.Figure 6a is an example of a horizontal cross-sectional image of the corner of the aluminum pouch acquired by the
알루미늄 파우치(100)에서 곡면부의 두께 변화가 가장 큰 부분은 만곡부의 곡률이 가장 큰 부분으로서, 도 6a와 같은 수평 단면 영상에서 나타나는 변곡점(도 6a의 수평 단면 영상에서 b점)의 위치가 도 6b의 수직 단면 영상의 중심(도 6b의 수직단면 영상에서 b점)에 오도록 로봇 암(210)을 조정하여 스캔 중심선을 다시 설정한다. 로봇 암(210)을 개략적 스캔 경로(330)를 참고로 스캔 경로를 업데이트하면서 OCT의 수평 단면 영상을 기준으로 곡률이 가장 큰 지점에서 OCT 수직단면 영상으로부터 두께를 측정할 수 있도록 비전 판독부(501), OCT 판별부(503) 및 로봇 제어부(402)에 필요한 연산 및 제어를 수행하는 알고리즘이 탑재된 파우치 판별장치(500)에서 업데이트된 스캔 경로를 따라 미리 정한 스캔 피치(예: 0.5mm) 만큼 이동시켜 연속적으로 두께를 측정한다. 업데이트된 스캔 경로를 측정한 두께에서 최저 두께 값을 기준으로 양불을 판단하고 정상이면 로딩 로봇(200)을 제어하여 다음 모서리 곡면의 기준점(x2, y2)을 참고로 하여 OCT 프로브(400)로 이동시켜 상기의 과정을 모든 모서리에 대하여 수행한다.In the
성형이 완료된 알루미늄 파우치 두께의 변화는 전체 두께의 변화를 측정하는 것이 이상적이나 알루미늄 박에 부착시킨 필름이 박리되지 않고 유지되기 때문에 상부의 필름 두께의 변화를 측정하여 전체 두께의 변화를 추정하더라도 무리가 없다. 성형 후 접착부의 박리가 일어나 틈이 존재한다면 이 역시 OCT의 원리상 필름과 공기층의 굴절률의 차이로 밝게 표시되어 OCT 영상에서 용이하게 구분이 가능하며 핀 홀 역시 OCT 영상으로 용이하게 구분할 수 있다.It is ideal to measure the change in the thickness of the aluminum pouch that has been molded, but since the film attached to the aluminum foil is maintained without peeling off, it is unreasonable to estimate the change in the overall thickness by measuring the change in the thickness of the upper film. does not exist. If there is a gap due to peeling of the adhesive part after molding, it is also brightly displayed due to the difference in refractive index between the film and the air layer in principle of OCT, so it can be easily distinguished in the OCT image, and the pin hole can also be easily distinguished in the OCT image.
도 7은 본 발명에 따른 "파우치 두께 검사방법"을 보인 흐름도로서, (a) 성형된 알루미늄 파우치(100)를 로딩 로봇(200)에서 취부하여 임의 영역으로 로딩하는 단계(S101 - S102), (b) 비전 영상장치(300)에서 상기 로딩 로봇(200)에 의해 취부된 알루미늄 파우치(100)를 촬영하여 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 획득하는 단계(S103), (c) 파우치 판별장치(500)에서 상기 획득한 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 기초로 OCT 프로브(400)의 스캔 경로를 생성하며, 결정한 기준 좌표를 이용하여 상기 로딩 로봇(200)의 이동을 제어하여 상기 알루미늄 파우치(100)를 상기 OCT 프로브(400)의 스캔 영역으로 이동시키는 단계(S104), (d) 상기 OCT 프로브(400)에서 상기 검사 영역으로 이동한 알루미늄 파우치의 스캔 영역을 스캔하여 OCT 검사 영상을 획득하는 단계(S105), 및 (e) 상기 OCT 검사 영상을 기초로 두께 측정 알고리즘을 이용하여 알루미늄 파우치 곡면부의 두께를 측정하여 알루미늄 파우치의 양불을 판별하는 단계(S106 - S117)를 포함한다.Figure 7 is a flow chart showing the "pouch thickness inspection method" according to the present invention, (a) mounting the molded
상기 (e)단계는 (e1) 상기 두께 측정 알고리즘을 이용하여, 획득한 OCT 검사 영상 중 수평 단면 영상의 곡률을 산출하고, 산출한 곡률이 최대가 아니면 스캔 위치를 수정하는 단계(S106 - S108), (e2) 상기 산출한 곡률이 최대이면 상기 수평 단면 영상을 이용하여 변곡점 위치를 결정하는 단계(S109), (e3) 상기 결정한 변곡점 위치를 기준으로 수평 및 수직 단면 영상의 두께를 스캔 경로의 위치별로 산출하는 단계(S110 - 112), (e4) 상기 산출한 위치별 두께 데이터를 취합하여 두께 측정치를 산출하는 단계(S113), (e5) 상기 산출한 두께 측정치와 허용기준치를 비교하여 대소 유무로 알루미늄 파우치의 양품 또는 불량을 판정하는 단계(S114 - S117)를 포함한다.Step (e) is (e1) calculating the curvature of the horizontal sectional image among the acquired OCT scan images using the thickness measurement algorithm, and correcting the scan position if the calculated curvature is not maximum (S106 to S108) , (e2) determining the position of the inflection point using the horizontal cross-section image when the calculated curvature is maximum (S109), (e3) determining the thickness of the horizontal and vertical cross-section images based on the determined position of the inflection point to the position of the scan path Calculating by weight (S110 - 112), (e4) calculating the thickness measurement by collecting the calculated thickness data for each location (S113), (e5) comparing the calculated thickness measurement with the acceptance standard value, and determining whether the aluminum pouch is good or bad (S114 to S117).
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 "파우치 두께 검사방법"을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The "pouch thickness inspection method" according to the present invention configured as described above will be described in detail.
먼저, 알루미늄 파우치 성형공정을 마친 알루미늄 파우치(100)가 적재대로 넘어오면, 흡착판(220)이 장착된 로봇 암(210)으로 알루미늄 파우치(100)를 로딩한다(S101 - S102).First, when the
이어, 알루미늄 파우치(100)를 수평면 상태로 유지시키고, 비전 카메라인 비전 영상장치(300)로 알루미늄 파우치를 촬영하고, 비전 판독부(501)에서 윤곽선 인식 알고리즘을 이용하여 사각 윤곽선(310)을 인식시켜 OCT 스캔을 위한 4곳(각 모서리)의 기준 좌표(320)를 설정하고, 윤곽선과 기준 좌표를 참고로 하여 개략적인 스캔 경로(340)를 설정한다(S103).Subsequently, the
다음으로, 알루미늄 파우치(100)의 첫 번째 기준 좌표(x1, y1)(320)를 참고로 OCT 프로브(400)의 초점 거리와 시야각 중심으로 기준 좌표가 오도록 로봇 암(220)을 제어한다. 이어 OCT 프로브(400)로 기준 좌표로부터 스캔 경로를 따라 스캔 간격(예: 0.5mm) 만큼 로봇 암(201)을 제어하여 OCT 영상을 얻는다(S104 - S105). 여기서 OCT 영상은 수직과 수평 영상을 획득한다.Next, with reference to the first reference coordinate (x1, y1) 320 of the
이어, 두께 판정 알고리즘으로 수평 단면 영상의 곡률을 산출하고, 산출한 곡률이 최대치가 아니면 스캔 위치를 수정한다(S106 - S108). 즉, 수평 단면 영상이 평면상태에서 곡률을 가지기 시작하면 모서리 곡면부에 접근한 것이므로, 알루미늄 파우치 평면과 일치하는 Z축 위치는 유지한 채 곡률이 최대가 되는 지점에서 곡률 중심선이 OCT 영상의 중심에 오도록 로봇 암(210)을 제어한다.Subsequently, the curvature of the horizontal cross-section image is calculated by the thickness determination algorithm, and if the calculated curvature is not the maximum value, the scan position is corrected (S106 to S108). That is, when the horizontal cross-section image starts to have curvature in a flat state, it approaches the curved edge, so the center line of curvature is at the center of the OCT image at the point where the curvature is maximized while maintaining the Z-axis position coincident with the plane of the aluminum pouch. Controls the
이후, 곡률이 최대가 되는 지점에서 수평 곡률 중심선상의 즉 변곡점(도 6a의 b)의 두께를 측정하며, 동시에 수직 단면 영상에서 해당 위치의 두께를 측정한다(S109 - S110).Thereafter, the thickness of the inflection point (b in FIG. 6a) on the center line of horizontal curvature is measured at the point where the curvature is maximum, and at the same time, the thickness of the corresponding position is measured in the vertical cross-section image (S109 to S110).
수평 단면 영상에서 측정한 두께와 수직 단면 영상에서 측정한 두께는 유사 위치에서 측정한 것이므로, 측정 오차 범위 내에서 일치해야 하며 이 경우 곡면의 해당 위치 두께로 저장한다.Since the thickness measured in the horizontal cross-section image and the thickness measured in the vertical cross-section image were measured at similar positions, they must match within the measurement error range.
다음으로, 이미 설정한 스캔 간격만큼 스캔 경로를 따라 알루미늄 파우치를 이동시켜 상기의 과정을 반복한다. 스캔 경로는 두께 판정 알고리즘의 최대 곡률 판정 과정에 의해 매번 연산되는 곡률 중심의 좌표를 참고로 업데이트한다(S111 - S112).Next, the above process is repeated by moving the aluminum pouch along the scan path by the previously set scan interval. The scan path is updated with reference to the coordinates of the center of curvature calculated each time by the maximum curvature determination process of the thickness determination algorithm (S111 to S112).
스캔 경로의 종료 점은 알루미늄 파우치의 성형 깊이를 고려하여 결정하며, 측정 위치가 스캔 종료 점에 이르면 OCT 스캔을 종료하고, 스캔 경로 상에서 측정한 간격별 두께를 합하여 모서리의 두께 측정치를 산출한다(113).The end point of the scan path is determined in consideration of the molding depth of the aluminum pouch, and when the measurement location reaches the end point of the scan, the OCT scan is terminated, and the thickness measurement value of the corner is calculated by summing the thicknesses of each interval measured on the scan path (113 ).
이어, 산출한 두께 측정치와 알루미늄 파우치의 양불을 판정하기 위해 미리 설정된 허용기준치를 비교하여, 두께 측정치가 허용기준보다 적으면 로봇 암(210)을 제어하여 불량 적재대로 알루미늄 파우치를 이송한다(S114 - S115).Subsequently, the calculated thickness measurement value is compared with a predetermined acceptance standard value to determine whether the aluminum pouch is good or bad, and if the thickness measurement value is less than the acceptance standard, the
OCT 스캔중에 측정된 두께가 허용기준보다 작으면 즉각 더 이상의 스캔을 중지하고 불량적재대로 이송할 수도 있으나 성형 공정의 문제를 분석하기 위해 스캔 종료점까지 데이터를 확보하는 것이 바람직하다.If the thickness measured during the OCT scan is smaller than the acceptance criterion, further scanning may be stopped immediately and the product may be transferred to the defective loading zone.
첫 번째 모서리 곡면부의 스캔이 종료되면 로봇 암으로 알루미늄 파우치를 두 번째 곡면 기준 좌표로 이송시켜 상기의 과정을 반복하여 네 곳의 모서리 곡면부의 두께측정을 종료한다.When the scanning of the first corner curved portion is finished, the robot arm transfers the aluminum pouch to the second curved reference coordinates, and the above process is repeated to complete the thickness measurement of the four corner curved portions.
상기 알루미늄 파우치의 각 모서리의 두께 측정치가 모두 상기 허용기준치보다 크면 성형된 알루미늄 파우치를 양품으로 판정한다(S116 - S117).If all the measured thicknesses of the corners of the aluminum pouch are greater than the acceptance criteria, the molded aluminum pouch is judged to be a good product (S116 to S117).
이상 상술한 본 발명에 따르면 알루미늄 파우치의 성형 후 두께의 감소가 심한 부분의 핀 홀 및 크랙은 물론 두께 변화를 배터리 셀이 최종 조립전에 전수 검사할 수 있으며, 이에 따라 파우치 두께 불량으로 인한 파우치 강성 부족으로 발생할 수 있는 누액 혹은 절연 불량의 배터리 품질 저하 문제를 개선할 수 있다.According to the present invention described above, pinholes and cracks in areas where the thickness is severely reduced after forming the aluminum pouch, as well as thickness changes, can be thoroughly inspected before the final assembly of the battery cell. Accordingly, the pouch rigidity is insufficient due to the poor pouch thickness. It is possible to improve battery quality deterioration problems such as leakage or poor insulation that may occur.
또한, 누적된 두께 변화에 대한 정략적 분석을 통하여 파우치 성형공정과 관련된 펀치, 다이의 이상 유무를 실시간으로 모니터링할 수 있도록 하여, 최적의 성형 조건을 유지할 수 있도록 도모해준다.In addition, through a quantitative analysis of the accumulated thickness change, it is possible to monitor the presence or absence of abnormalities in the punch and die related to the pouch molding process in real time, thereby helping to maintain optimal molding conditions.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.Although the invention made by the present inventors has been specifically described according to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and it is common knowledge in the art that various changes can be made without departing from the gist of the present invention. It is self-evident to those who have
100: 알루미늄 파우치
110: 배터리 셀
101: PET 층
102: 접착제
103: 나일론층
104: 알루미늄 박
105: CCP 층
200: 로딩 로봇
210: 로봇 암
220: 흡착판
300: 비전 영상장치
310: 윤곽선
320: 기준좌표
330: OCT 스캔 경로
340: 수평 단면
400: OCT 프로브
500: 파우치 판별장치
501: 비전 판독부
502: 로봇 제어부
503: OCT 판별부100: aluminum pouch
110: battery cell
101: PET layer
102: adhesive
103: nylon layer
104: aluminum foil
105: CCP layer
200: loading robot
210: robot arm
220: suction plate
300: vision imaging device
310: outline
320: reference coordinates
330: OCT scan path
340: horizontal section
400: OCT probe
500: pouch discrimination device
501: vision reading unit
502: robot control unit
503: OCT determination unit
Claims (10)
성형된 알루미늄 파우치를 취부하여 검사 영역으로 로딩하는 로딩 로봇;
상기 로딩 로봇에 의해 취부된 알루미늄 파우치를 촬영하여 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 획득하는 비전 영상장치;
상기 검사 영역으로 이동한 알루미늄 파우치의 스캔 영역을 스캔하여 OCT 검사 영상을 획득하는 OCT 프로브; 및
상기 비전 영상장치를 통해 획득한 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 기초로 OCT 프로브의 스캔 경로를 생성하며, 결정한 기준 좌표를 이용하여 상기 로딩 로봇의 이동을 제어하여 상기 알루미늄 파우치를 상기 OCT 프로브의 스캔 영역으로 이동시키며, 상기 OCT 프로브를 통해 획득한 OCT 검사 영상을 기초로 두께 측정 알고리즘을 이용하여 알루미늄 파우치 곡면부의 두께를 측정하여 알루미늄 파우치의 양불을 판별하는 파우치 판별장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 파우치의 두께 검사장치.
A device for inspecting the thickness of an aluminum pouch of a pouch-type lithium-ion battery,
a loading robot that loads the molded aluminum pouch into an inspection area;
a vision imaging device that acquires images for determining reference coordinates and extracting outlines by photographing the aluminum pouch attached by the loading robot;
an OCT probe for acquiring an OCT inspection image by scanning the scan area of the aluminum pouch that has moved to the inspection area; and
A scan path of the OCT probe is created based on the image for determining the reference coordinates and extracting the outline obtained through the vision imaging device, and by using the determined reference coordinates, the movement of the loading robot is controlled to move the aluminum pouch to the position of the OCT probe. It moves to the scan area and measures the thickness of the curved surface of the aluminum pouch using a thickness measurement algorithm based on the OCT inspection image obtained through the OCT probe to determine whether the aluminum pouch is good or bad. Characterized in that it comprises a pouch discrimination device Aluminum pouch thickness inspection device.
로봇 암 구동수단이 내장된 몸체;
상기 몸체에 회전 가능하게 설치되고, 상기 구동수단에 의해 회전을 하는 로봇 암; 및
상기 로봇 암의 단부에 장착되어 적재대에 적재된 알루미늄 파우치를 취부하여 이송시키는 흡착판을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 파우치의 두께 검사장치.
In claim 1, the loading robot,
A body in which a robot arm driving means is built-in;
a robot arm rotatably installed on the body and rotating by the driving means; and
An aluminum pouch thickness inspection device comprising a suction plate mounted at an end of the robot arm to attach and transfer the aluminum pouch loaded on the loading table.
상기 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 기초로 상기 알루미늄 파우치의 모서리 곡면부의 기준 좌표를 결정하고, 결정한 기준 좌표와 모서리 윤곽선 위치를 기초로 상기 OCT 프로브의 스캔 경로를 생성하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 파우치의 두께 검사장치.
In claim 1, the pouch discrimination device,
Based on the image for determining the reference coordinates and extracting the contour, reference coordinates of the curved edge of the aluminum pouch are determined, and a scan path of the OCT probe is generated based on the determined reference coordinates and the position of the edge contour. Aluminum pouch, characterized in that thickness inspection device.
상기 비전 영상장치를 통해 획득한 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 기초로 상기 알루미늄 파우치의 모서리 곡면부의 기준 좌표를 결정하고, 결정한 기준 좌표와 모서리 윤곽선 위치를 기초로 상기 OCT 프로브의 스캔 경로를 생성하는 비전 판독부;
상기 비전 판독부에서 결정한 기준 좌표를 이용하여 상기 로딩 로봇의 로봇 암의 이동 경로를 제어하는 로봇 제어부; 및
상기 OCT 프로브로부터 스캔된 OCT 검사 영상을 두께 측정 알고리즘으로 처리하여 알루미늄 파우치 곡면부의 두께를 측정하여 알루미늄 파우치의 양불을 판별하는 OCT 판별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 파우치의 두께 검사장치.
In claim 1, the pouch discrimination device,
The reference coordinates of the curved edge of the aluminum pouch are determined based on the image for determining reference coordinates and extracting the contour obtained through the vision imaging device, and a scan path of the OCT probe is generated based on the determined reference coordinates and the position of the edge contour. a vision reading unit;
a robot control unit controlling a moving path of the robot arm of the loading robot using the reference coordinates determined by the vision reading unit; and
An aluminum pouch thickness inspection device comprising an OCT discrimination unit for determining whether the aluminum pouch is good or bad by processing the OCT inspection image scanned from the OCT probe with a thickness measurement algorithm to measure the thickness of the aluminum pouch curved portion.
상기 두께 측정 알고리즘을 이용하여, 획득한 OCT 검사 영상 중 수평 단면 영상의 곡률을 산출하고, 산출한 곡률이 최대가 아니면 스캔 위치를 수정하고, 산출한 곡률이 최대이면 상기 수평 단면 영상을 이용하여 변곡점 위치를 결정하며, 결정한 변곡점 위치를 기준으로 수평 및 수직 단면 영상의 두께를 스캔 경로의 위치별로 산출하고, 산출한 위치별 두께 데이터를 취합하여 두께 측정치를 산출하며, 산출한 두께 측정치와 허용 기준치를 비교하여 대소 유무로 알루미늄 파우치의 양품 또는 불량을 판별하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 파우치의 두께 검사장치.
In claim 4, the OCT determining unit,
Using the thickness measurement algorithm, the curvature of the horizontal cross-section image among the acquired OCT examination images is calculated, and if the calculated curvature is not the maximum, the scan position is corrected. The position is determined, the thickness of the horizontal and vertical cross-section images is calculated for each position of the scan path based on the determined inflection point position, the thickness measurement value is calculated by collecting the thickness data for each calculated position, and the calculated thickness measurement value and the acceptance standard value are calculated. A thickness inspection device for an aluminum pouch, characterized in that it determines whether the aluminum pouch is good or bad by comparison.
상기 알루미늄 파우치의 각 모서리의 두께 측정치 중 어느 하나라도 상기 허용기준치보다 작으면 성형된 알루미늄 파우치를 불량품으로 판정하고, 상기 알루미늄 파우치의 각 모서리의 두께 측정치가 모두 상기 허용기준치보다 크면 성형된 알루미늄 파우치를 양품으로 판정하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 파우치의 두께 검사장치.
In claim 4, the OCT determining unit,
If any one of the thickness measurement values of each corner of the aluminum pouch is smaller than the acceptance criterion, the molded aluminum pouch is determined as a defective product, and if the thickness measurements of each corner of the aluminum pouch are all greater than the acceptance criteria value, the molded aluminum pouch is Thickness inspection device for an aluminum pouch, characterized in that it is judged as a good product.
(a) 성형된 알루미늄 파우치를 로딩 로봇에서 취부하여 임의 영역으로 로딩하는 단계;
(b) 비전 영상장치에서 상기 로딩 로봇에 의해 취부된 알루미늄 파우치를 촬영하여 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 획득하는 단계;
(c) 상기 획득한 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 기초로 OCT 프로브의 스캔 경로를 생성하며, 결정한 기준 좌표를 이용하여 상기 로딩 로봇의 이동을 제어하여 상기 알루미늄 파우치를 상기 OCT 프로브의 스캔 영역으로 이동시키는 단계;
(d) 상기 OCT 프로브에서 상기 검사 영역으로 이동한 알루미늄 파우치의 스캔 영역을 스캔하여 OCT 검사 영상을 획득하는 단계; 및
(e) 상기 OCT 검사 영상을 기초로 두께 측정 알고리즘을 이용하여 알루미늄 파우치 곡면부의 두께를 측정하여 알루미늄 파우치의 양불을 판별하는 단계를 포함하는 특징으로 하는 알루미늄 파우치의 두께 검사방법.
A method for inspecting the aluminum pouch thickness of a pouch-type lithium ion battery using the aluminum pouch thickness inspection device according to any one of claims 1 to 6,
(a) loading the molded aluminum pouch into an arbitrary area by attaching it to a loading robot;
(b) acquiring an image for determining reference coordinates and extracting an outline by photographing the aluminum pouch attached by the loading robot in a vision imaging device;
(c) A scan path of the OCT probe is created based on the obtained image for determining reference coordinates and extracting outlines, and by using the determined reference coordinates, the movement of the loading robot is controlled to move the aluminum pouch into the scanning area of the OCT probe. moving to;
(d) acquiring an OCT examination image by scanning the scan area of the aluminum pouch moved from the OCT probe to the examination area; and
(e) determining whether the aluminum pouch is good or bad by measuring the thickness of the curved surface of the aluminum pouch using a thickness measurement algorithm based on the OCT inspection image.
상기 기준 좌표 결정 및 윤곽선 추출용 영상을 기초로 상기 알루미늄 파우치의 모서리 곡면부의 기준 좌표를 결정하고, 결정한 기준 좌표와 모서리 윤곽선 위치를 기초로 상기 OCT 프로브의 스캔 경로를 생성하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 파우치의 두께 검사방법.
In claim 7, the step (c),
Based on the image for determining the reference coordinates and extracting the contour, reference coordinates of the curved edge of the aluminum pouch are determined, and a scan path of the OCT probe is generated based on the determined reference coordinates and the position of the edge contour. Aluminum pouch, characterized in that Thickness inspection method of .
(e1) 상기 두께 측정 알고리즘을 이용하여, 획득한 OCT 검사 영상 중 수평 단면 영상의 곡률을 산출하고, 산출한 곡률이 최대가 아니면 스캔 위치를 수정하는 단계;
(e2) 상기 산출한 곡률이 최대이면 상기 수평 단면 영상을 이용하여 변곡점 위치를 결정하는 단계;
(e3) 상기 결정한 변곡점 위치를 기준으로 수평 및 수직 단면 영상의 두께를 스캔 경로의 위치별로 산출하는 단계;
(e4) 상기 산출한 위치별 두께 데이터를 취합하여 두께 측정치를 산출하는 단계; 및
(e5) 상기 산출한 두께 측정치와 허용기준치를 비교하여 대소 유무로 알루미늄 파우치의 양품 또는 불량을 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 파우치의 두께 검사방법.
In claim 7, the (e) step,
(e1) calculating the curvature of the horizontal sectional image among the acquired OCT examination images using the thickness measurement algorithm, and correcting the scan position if the calculated curvature is not maximum;
(e2) determining a position of an inflection point using the horizontal sectional image when the calculated curvature is maximum;
(e3) calculating the thicknesses of the horizontal and vertical sectional images for each position of the scan path based on the position of the determined inflection point;
(e4) calculating a thickness measurement value by collecting the calculated thickness data for each location; and
(e5) comparing the calculated thickness measurement value with an acceptable standard value to determine whether the aluminum pouch is good or bad depending on whether or not it is large or small.
상기 알루미늄 파우치의 각 모서리의 두께 측정치 중 어느 하나라도 상기 허용기준치보다 작으면 성형된 알루미늄 파우치를 불량품으로 판정하고, 상기 알루미늄 파우치의 각 모서리의 두께 측정치가 모두 상기 허용기준치보다 크면 성형된 알루미늄 파우치를 양품으로 판정하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 파우치의 두께 검사방법.
In claim 9, the (e5) step,
If any one of the thickness measurement values of each corner of the aluminum pouch is smaller than the acceptance criterion, the molded aluminum pouch is determined as a defective product, and if the thickness measurements of each corner of the aluminum pouch are all greater than the acceptance criteria value, the molded aluminum pouch is A method for inspecting the thickness of an aluminum pouch, characterized in that it is judged as a good product.
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KR (1) | KR102633209B1 (en) |
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- 2021-07-22 KR KR1020210096182A patent/KR102633209B1/en active IP Right Grant
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