KR102397278B1 - 원통형 대상물을 위한 복수 개의 접촉 수단이 구비된 정렬 기구 및 이를 이용한 정렬 방법 - Google Patents

Abstract

상본 발명에 따른 원통형 이차 전지용 엑스레이 검사 장치는 검사 챔버, 원통형 이차 전지를 상기 검사 챔버 내로 이송하기 위한 이송 수단, 상기 이차 전지를 홀딩한 채 이동하는 검사부, 엑스레이 소스, 엑스레이 디텍터, 검사된 이차 전지를 상기 검사 챔버 외부로 방출하기 위한 방출 수단, 및 상기 원통형 이차 전지를 정렬하기 위해 상기 검사부의 이동 경로를 따라 배열된 정렬 기구를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 원통형 이차 전지용 엑스레이 검사 장치에서, 상기 정렬 기구는 상기 원통형 이차 전지의 특정 부위의 위치를 감지하기 위한 하나 이상의 감지 수단과, 상기 이차 전지와 접촉하지 않는 대기 위치와 상기 이차 전지와 접촉할 수 있는 접촉 위치 사이에서 작동가능한 하나 이상의 접촉 수단을 포함한다.

Description

원통형 대상물을 위한 복수 개의 접촉 수단이 구비된 정렬 기구 및 이를 이용한 정렬 방법{ARRANGEMENT MECHANISM EQUIPPED WITH MULTIPLE CONTACT MEANS FOR CYLINDRICAL OBJECTS AND ARRANGEMENT METHOD USING THE SAME}

본 발명은 이차 전지, 특히 원통형 이차 전지의 불량 여부를 검사하기 위한 엑스레이 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.

엑스레이 검사는 다양한 산업 분야에 적용되고 있으며 각각의 적용 분야에서 제품 유형에 따라 다양한 형태의 검사 장치가 공지되어 있다. 예를 들어, 인쇄 회로 기판의 결함 검사, 전자 기기의 결함 검사, 식품 용기의 결함 검사 또는 음식물의 이물질 검출 등을 위하여 엑스레이 검사 장치가 이용될 수 있다.

일반적으로, 엑스레이 검사 장치에서 피검 대상은 컨베이어와 같은 이송 수단에 의하여 연속적으로 공급될 수 있다. 그리고 차폐된 검사 챔버 내에서 엑스레이 소스 및 디텍터에 의하여 엑스레이 투영 이미지가 형성되고, 이를 통해 얻어진 이미지로부터 제품의 결함 여부가 판단될 수 있다. 이러한 검사 과정에서는 엑스레이가 차폐되어야 하고, 피검 대상은 적절한 형태로 정렬될 필요가 있다.

원통형 이차 전지용 엑스레이 검사 장치는 원통형 전지의 제품 특성을 생성하는 권취(winding) 공정에서 발생될 수 있는 "+" 전극과 "-" 전극의 사행 상태, 셀 내부의 "+"전극과 "-" 전극의 정렬(alignment) 상태, 전극 간극 등을 엑스레이 투시를 통해 검사하여 양,불 판정을 하게 된다.

이차 전지용 엑스레이 검사 장치는 통상, 엑스레이 차폐를 위한 공간을 형성하는 검사 챔버가 제공되고, 그 내부로 이차 전지가 투입되어 검사 위치로 이송된다. 검사 위치에서 이차 전지에 엑스레이가 조사되며, 이차 전지를 통해 투영된 이미지를 엑스레이 디텍터로 촬상한 다음, 엑스레이 디텍터로부터 출력되는 영상 정보를 통해 이차 전지에 대한 불량 여부를 판정하도록 구성된다.

도 1은 원통형 리튬-이온 이차 전지의 불량여부를 검사하기 위한 종래의 엑스레이 검사 장치를 개략적으로 도시한 평면도이다. 여기서, 이차 전지(10)는 제1 이송 컨베이어(12)에 의해 검사지지 원통체(22)의 지지홈(22a)으로 이동되고, 검사지지 원통체(22)의 회전에 의해 제1 엑스레이 소스(24)와 제1 엑스레이 디텍터(26)가 설치된 제1 검사위치로 이동된다. 제1 검사 위치에서는 예를 들어 이차 전지의 상부의 전극 간극 등을 검사할 수 있도록 제1 엑스레이 소스(24)와 제1 엑스레이 디텍터(26)가 이차 전지의 상부와 대응하게 배치된다. 검사자는 외부 모니터로 송신된 이차 전지의 상부 이미지를 토대로 이차 전지의 전극 간극 등에 대한 불량 여부를 판정하고, 불량으로 판정되면, 해당 이차 전지를 불량품 분리막(30)에 의해 불량품 이송 컨베이어(32) 쪽으로 분리하도록 하는 제거명령을 컨트롤러에 입력한다.

제1 검사 위치를 통과한 이차 전지는 다시 검사지지 원통체의 회전에 의해 제2 엑스레이 소스(34)와 제2 엑스레이 디텍터(36)가 설치된 제2 검사위치로 되어 이차 전지의 하부가 검사된다.

관련 선행기술로 등록특허 제10-1272556호(2013.6.3 등록) '배터리 자동연속검사장치'가 있다. 이 장치는 각형 배터리(prismatic battery)의 검사에 관한 것으로, 원판 형상의 공급 승강 회전부와, 회전 원형판이 구성된 검사 회전부와, 원판 형상의 배출 승강 회전부를 포함하고, 공급 승강 회전부, 검사 회전부 및 배출 승강 회전부가 하나의 구동수단에 의하여 동시에 회전되도록 연결 구성되어 있다.

다른 선행기술로 등록특허 제10-1707220호(2017.2.9 등록) '배터리 검사용 엑스레이 검사 장치 및 그에 의한 배터리 검사 방법'이 있다. 이 선행기술은 회전 테이블 구조를 형성하는 서로 다른 로터리 유닛으로 피검 대상의 이송을 유도하는 가이드 유닛을 포함하고, 회전 테이블 구조는 각각의 피검 대상이 고정되어 이송되도록 서로 연속적으로 맞물릴 수 있는 맞물림 고정 블록을 가지며, 맞물림 고정 블록에서 피검 대상의 아래쪽 면이 접촉되는 부분은 곡면 형상이 되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이, 종래기술에서는 원통형 이차 전지의 전극 탭의 위치에 따라 엑스레이 투영 이미지의 정확도가 좌우될 수 있다는 인식이 부재하였고, 따라서, 전극 탭의 위치를 제어함으로써 불량 검사의 정확도를 높일 수 있는 방법이나 장치를 제시하지 못하였다.

원통형 이차 전지는 통상적으로, 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되는 분리막(separator)이 권취(winding)된 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 이차 전지용 케이스와, 상기 이차 전지용 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.

도 2a를 참고하면, 상기 양극 활물질이 코팅되며 양극 탭(111)이 연결된 양극 판(110), 음극 활물질이 코팅되며 음극 탭(121)이 연결된 음극 판(120) 및 분리막(130)을 적층한 후, 이를 권취 축(140)으로 권취하여 전극 조립체(90)를 제조한다. 도 2c에서와 같이, 전극 조립체(90)를 상부 절연 플레이트(142), 하부 절연 플레이트(143) 및 원통 캔(144) 내에 케이싱하여 원통형 이차 전지(100)가 제조된다. 이 과정에서 권취 축(140)이 분리되고 권심 부재(141)가 삽입될 수 있다. 제조 공정상 상기 양극 탭(111)과 음극 탭(121)은 전극 조립체의 아래 위로 대응되는 위치에 연결되거나(도 2b 참조) 적어도 전극 조립체의 동일측으로 연결된다(도 2c 참조).

원통형 전지에 대해 엑스레이가 조사되는 방향에 따라 불량 검사의 정확도가 달라질 수 있다. 예를 들어, 원통형 전지의 전극탭이 접합된 부위로 엑스레이가 조사되면, 전극 탭의 간섭으로 인해 엑스레이 이미지에 왜곡이 발생할 수 있다.

도 3a는 전극 탭들 중 전지의 하부에 위치한 음극 탭(121)부위(도 2c의 "A" 부분 참조)로 조사된 엑스레이 투영 이미지의 한 예다. 이미지의 하단에 일부 찌그러진 이미지가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 전지 하부에서 음극 탭 또는 음극 탭 용접부의 간섭에 의해 유발된 이미지 왜곡현상이다. 도면에서 보는 바와 같이, 전극 정렬(150), 분리막 간극(152), 극간 간극(154)이 왜곡되어 있다. 이와 같이 불량한 엑스레이 투영 이미지가 얻어지면 불량 판정이 곤란하다. 이런 경우, 해당 피검 대상이 재검사를 거쳐야 하거나 불량으로 분류될 수 있어서, 시간과 비용의 낭비가 초래될 수 있다.

이에 반해, 전극 탭이 연결되지 않은 부위로 엑스레이가 조사되면, 왜곡없는 양호한 이미지가 얻어질 수 있다. 도 3b는 도 2c에서 "B"로 지시된 점선 부분에 엑스레이가 조사된 경우의 투영 이미지인데, 왜곡 현상이 없는 깨끗한 이미지가 얻어진 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, 양극 탭, 음극 탭들의 접합 부위를 피해서 엑스레이가 조사될 때 엑스레이 투영시의 간섭이 최소화되고, 따라서 불량 검사의 정확도가 가장 높아진다.

따라서 본 발명은, 원통형 이차 전지가 임의의 위치 또는 배향으로 엑스레이 검사 장치로 투입되더라도 엑스레이 소스에 도달했을 때는 항상 일정한 위치 또는 배향으로 엑스레이가 조사될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 이차 전지용 엑스레이 검사 장치는 검사 챔버, 원통형 이차 전지를 상기 검사 챔버 내로 이송하기 위한 이송 수단, 상기 이차 전지를 홀딩한 채 이동하는 검사부, 엑스레이 소스, 엑스레이 디텍터, 검사된 이차 전지를 상기 검사 챔버 외부로 방출하기 위한 방출 수단, 및 상기 원통형 이차 전지를 정렬하기 위해 상기 검사부의 이동 경로를 따라 배열된 정렬 기구를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 원통형 이차 전지용 엑스레이 검사 장치에서, 상기 정렬 기구는 상기 원통형 이차 전지의 특정 부위의 위치를 감지하기 위한 하나 이상의 감지 수단과, 상기 이차 전지와 접촉하지 않는 대기 위치와 상기 이차 전지와 접촉할 수 있는 접촉 위치 사이에서 작동가능한 하나 이상의 접촉 수단을 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 원통형 이차 전지용 엑스레이 검사 장치에서, 상기 접촉 수단은 상기 감지 수단의 감지 결과에 따라 작동 여부가 결정되고, 상기 이차 전지가 상기 이송 수단상에서 이동할 때 상기 접촉 수단이 상기 접촉 위치로 작동되면 상기 이차 전지가 상기 이송 수단상에서 계속 이동됨에 따라 상기 접촉 수단과 상기 이차 전지의 접촉 마찰력에 의해 상기 이차 전지가 터닝된다.

또한, 본 발명에 따른 원통형 이차 전지용 엑스레이 검사 장치에서, 상기 접촉 수단이 접촉 패드를 포함하고, 상기 접촉 패드는 상기 원통형 이차 전지와 접촉하는 접촉면을 가지며, 상기 접촉면의 길이에 따라 상기 원통형 이차 전지의 터닝 각이 정해진다.

본 발명에 따른 원통형 대상물 정렬 기구는, 이송 수단 상에 놓여 이동하는 원통형 대상물(cylindrical object)을 원하는 위치로 터닝시키기 위한 정렬 기구로서, 상기 대상물 상의 특정 부위의 위치를 감지하기 위한 감지 수단과, 상기 대상물과 접촉하지 않는 대기 위치와 상기 대상물과 접촉할 수 있는 접촉 위치 사이에서 작동가능한 접촉 수단을 포함하고, 상기 감지 수단과 상기 접촉 수단은 상기 이송 수단의 이동 경로를 따라 배열되고, 상기 접촉 수단은 상기 감지 수단의 감지 결과에 따라 작동 여부가 결정되며, 상기 대상물이 상기 이송 수단상에서 이동할 때 상기 접촉 수단이 상기 접촉 위치로 작동되면 상기 대상물이 상기 이송 수단상에서 계속 이동됨에 따라 상기 접촉 수단과 상기 대상물의 접촉 마찰력에 의해 상기 대상물이 터닝된다.

본 발명에 따른 원통형 대상물을 정렬하는 방법은, 원통형 대상물 상의 특정 부위의 위치를 감지하기 위한 감지 수단과, 상기 대상물과 접촉하지 않는 대기 위치와 상기 대상물과 접촉할 수 있는 접촉 위치 사이에서 작동가능한 접촉 수단을 포함하는 정렬 기구를 이용하여, 이송 수단 상에 놓여 이동하는 원통형 대상물을 원하는 위치로 정렬하는 방법으로서, 이송 수단을 이용하여 원통형 대상물을 이동시키는 단계, 상기 감지 수단을 이용하여 상기 원통형 대상물의 특정 부위의 위치를 감지하는 단계, 상기 감지 수단에 의해 감지된 상기 특정 부위의 위치 정보를 기초로 하여 상기 접촉 수단의 작동 여부를 결정하는 단계, 상기 접촉 수단의 작동이 결정되면 상기 접촉 수단이 상기 접촉 위치로 작동하는 단계, 상기 원통형 대상물이 상기 이송 수단상에서 계속 이동함에 따라 상기 접촉 수단과 접촉하고, 이로 인한 접촉 마찰력에 의해 상기 대상물이 터닝되는 단계를 포함한다.

부정확한 엑스레이 투영 이미지가 얻어지는 것을 방지한다.

피검 대상이 재검사 또는 불량으로 분류될 수 있는 가능성을 낮춤으로써, 엑스레이 검사의 정확도와 효율이 높아지고, 따라서 시간과 비용의 낭비를 최소화할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 엑스레이 검사 장치의 평면도이다.
도 2a는 원통형 이차 전지의 전극 조립체를 나타낸 것이고, 도 2b는 도 2a의 측면도이고, 도 2c는 하나의 전극 탭이 돌출된 피검용 이차 전지이다.
도 3a 및 3b는 원통형 이차 전지에 대한 엑스레이 투영 이미지를 나타낸 것으로, 도 3a는 불량 엑스레이 투영 이미지를, 도 3b는 양호한 엑스레이 투영 이미지를 나타낸 것이다.
도 4a 및 4b는 전극 탭 정렬 기구가 설치되지 않은 엑스레이 검사 장치의 실시예를 각각 사시도와 평면도로 나타낸 것이다.
도 5a는 도 4a 및 4b의 장치에 본 발명의 실시예에 따른 전극 탭 정렬 기구가 장착된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 5b는 도 5a와 반대 방향에 바라본 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 엑스레이 검사 장치에 장착되는 감지 유닛의 실시예를 나타낸 것이다.
도 7은 상기 감지 유닛이 피검 대상인 원통형 이차 전지를 감지하는 구성을 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명에 따른 엑스레이 검사 장치에 장착되는 접촉 유닛의 실시예를 나타낸 것이다.
도 9a, 9b, 9c, 9d, 및 9e는 상기 접촉 유닛이 피검 대상인 원통형 이차 전지를 터닝시키는 구성을 나타낸 개념도로, 회전 검사부가 회전함에 따라, 도 9a는 전지가 접촉 유닛과 정렬되기 전에 접촉 유닛이 접촉 위치로 연장된 상태를, 도 9b는 전지가 최초 접촉점에서 접촉 유닛과 접촉한 상태를, 도 9c는 전지가 접촉 유닛과 접촉한 채 터닝하는 상태를, 도 9d는 전지가 최종 접촉점에서 접촉 유닛과 접촉한 상태를, 도 9e는 전지가 접촉 유닛을 지나간 상태를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 엑스레이 검사 장치로 투입되는 이차 전지들을 감지하고 터닝시키는 메커니즘을 설명하는 개념도이다.

첨부된 도면에 제시된 실시예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

본 발명에 대한 설명의 명확성을 위해 다음과 같이 용어를 정의한다.

"회전": 회전 검사부(220)의 지지 홈 내에 있는 피검 대상이 회전 검사부가 회전함에 따라 엑스레이 소스 등의 구성요소로 접근하거나 이로부터 멀어지는 운동. 즉, 회전 검사부의 중심을 기준으로 돌아가는 것. 도 7, 9 및 10에서 "R"로 표기됨.

"피치 회전": 회전 검사부(220)가 회전동작-정지동작-회전동작 의 순으로 단속적으로 회전하는 것.

"터닝": 피검 대상이 회전 검사부(220)의 지지 홈(222) 내에서 돌아가는 운동. 즉, 원통형 피검 대상(100)이 그 자체의 중심을 기준으로 돌아가는 것. 도 9c 및 10에서 "T"로 표기됨.

"터닝 거리": 원통형 피검 대상이 터닝한 원주 거리.

"터닝 각": 원통형 피검 대상이 터닝한 각.

"감지 정렬 위치": 피치 회전하는 피검 대상이 감지 유닛에 의해 감지될 수 있도록 정지한 위치.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 4a 및 4b는 전극 탭 정렬 기구(250 및 270)가 설치되지 않은 상태의 엑스레이 검사 장치(200)의 실시예를 도시한 것이다.

엑스레이 검사 장치(200)는 피검 대상(100)을 검사 챔버(도시하지 않음) 내로 도입하는 이송 컨베이어(210) 및 회전 피더(212), 피검 대상을 검사 위치로 이송하는 회전 검사부(220), 피검 대상에 엑스레이를 조사하는 엑스레이 소스(230, 231), 엑스레이가 피검 대상을 투과할 때 투영되는 이미지를 검출하는 엑스레이 디텍터(235, 236) 및 검사된 피검 대상을 방출하는 회전 익스챠저(240)를 포함한다.

도 4a 및 4b를 참조하면, 두 개의 엑스레이 소스(230, 231)가 회전 검사부(220)의 내부에 서로 이격되어 배치될 수 있고, 각각의 엑스레이 소스(230, 231)에 의한 투영 엑스레이로부터 이미지를 얻기 위한 디텍터(235,236)가 회전 검사부(220)의 외부에 배치될 수 있다. 엑스레이 소스와 디텍터가 정반대의 위치에 배열될 수도 있다. 각각의 엑스레이 소스(230, 231)는 전지의 서로 다른 높이로 엑스레이를 조사할 수 있다. 예를 들어, 도 4a와 4b에 도시된 바와 같이, 제1 엑스레이 소스(230)는 전지의 하부로 엑스레이를 조사하고, 제2 엑스레이 소스(231)는 전지의 상부로 엑스레이를 조사할 수 있다.

엑스레이 소스 및 디텍터의 수는 특별히 제한되지 않고 검사가 되는 전지의 규격에 따라 결정될 수 있다. 또한 서로 다른 엑스레이 소스의 배치 간격은 엑스레이 소스의 배치 공간에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 전지의 검사 결과가 저장될 수 있고, 각각의 전지의 정상 또는 불량 여부가 저장될 수 있다. 그리고 검사가 완료된 전지는 회전 익스차져(240)에 의해 배출될 수 있다.

도 5a 및 5b는 도 4의 엑스레이 검사 장치에 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 탭 정렬 기구(250 및 270), 즉 피검 대상을 감지하는 감지 유닛(250) 및 피검 대상을 터닝시키는 접촉 유닛(270)이 장착된 것을 도시한 것이다. 도 5a 및 5b에서는 검사 장치 내로 도입되는 피검 대상들(100), 감지 유닛(250) 및 접촉 유닛(270)을 보다 상세히 나타내기 위해, 이송 컨베이어, 엑스레이 소스, 엑스레이 디텍터 등의 구성을 생략하였다. 도 5a와 도 5b는 서로 반대 방향에서 바라본 것이다.

도 5a 및 5b를 참고하면, 피검 대상인 원통형 이차 전지(100)들이 홀더(214) 내에 안착된 채 회전 피더(212)로 전달되고, 후속하여, 회전 검사부(220)의 지지 홈(222) 내로 수용된다. 여기서 피검 대상인 원통형 이차 전지(100)는, 일반적인 엑스레이 검사시와 마찬가지로, 캔에 삽입된 젤리롤 전지에 상부 캡이 씌워지기 전의 상태로, 상단에 전극 탭(111 또는 121)이 돌출되어 있다(도 2c 참조). 이러한 탭들은 투-탭(two-tab) 형태일 수도 있다.

상기 지지 홈(222)은 전지의 원통형 몸체에 상응하는 형상을 구비하고, 자성 물질로 이루어지거나 자성물질을 포함하여, 피검 대상이 자력에 의해 지지 홈(222)에 부착되도록 할 수 있다. 자력 이외의 다른 적절한 부착력이 작용하는 것도 가능할 것이다. 회전 검사부(220)의 지지 홈(222) 내에 수용되도록 진행해 들어오는 전지들은 홀더(214) 내에서 다양한 원인에 의해 터닝될 수 있어서, 상단 탭(111)의 위치가 일정하지 않다.

이후, 피검 대상인 원통형 이차 전지(100)들은 회전 검사부(220)가 회전함에 따라 감지 유닛(250)과 접촉 유닛(270)을 거쳐 제1 엑스레이 소스(250)가 조사되는 위치로 이송된다.

아래에 예시적으로 설명된 바에 따른 감지 유닛(250)과 접촉 유닛(270)의 선별적 작동에 의해, 투입되는 이차 전지들의 상단 전극 탭(111)이 엑스레이 소스에 도달하기 전에 정렬된다. 도 5a와 5b에서는 편의상 감지 유닛과 접촉 유닛에 의한 정렬 여부에 관계없이 전극 탭들을 일정 방향으로 도시하였다.

회전 피더(212)를 거쳐 이차 전지(100)가 투입되면, 제1 감지 유닛(250)이 상단 전극 탭(111)의 위치를 확인한다. 감지 결과, 탭(111)이 정렬될 필요가 있으면 제1 접촉 유닛(270)이 작동하여 전지(100)를 터닝시킨다. 이후, 제2 감지 유닛(250')과 제3 감지 유닛(250")의 감지 결과에 따라, 추가적인 정렬이 필요한 경우 제2 접촉 유닛(270') 또는 제3 접촉 유닛(270")이 작동될 수 있다.

이 실시예에서는 감지 유닛과 접촉 유닛을 각각 3개씩 설치하였으나, 이차 전지(100)의 원주 둘레, 지지 홈(222)들의 간격, 접촉 패드(272, 도 8 참조)의 길이 등에 따라 적절한 수로 설치할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 엑스레이 검사 장치에 장착된 감지 유닛(250)의 실시예를 도시한 것이다.

도 6을 참고하면, 감지 유닛(250)은 센서(252)와, 센서를 고정시키는 센서 브라켓(254)과, 센서 브라켓(254)을 검사 장치(200)에 설치하기 위한 센서 지지 블록(256)을 포함할 수 있다. 센서로는 반사형 레이저 센서가 바람직하다.

감지 유닛(250)이 원통형 이차 전지(100)의 상단 탭(111)의 위치를 감지하는 방법을 도 7을 참고하여 구체적으로 설명한다.

원통형 전지(100)의 상부면을 이루는 원(160)의 중심을 지나는 선분 중에서 회전 검사부(220)와 상기 원(160)의 두 접점을 잇는 선에 평행한 선(L1)과, 이에 수직인 선(L2)에 의해 원(160)이 4분면으로 나뉠 수 있다. 회전 검사부(220)의 회전(R)시 위 4분면 중 각도 "α"로 표시된 면 내에 전극 탭(111)의 유무를 감지하기 위해 두 개의 센서(252, 252')가 배치될 수 있다.

센서(252)는 감지 유닛(250)의 목표 감지 범위, 이를테면 원(160)의 각도 "α" 전체를 커버하는 것인지, 또는 회전 검사부(220)와의 거리, 센서 성능 등 여러 조건에 따라 감지 유닛(250)에 장착되는 각도가 조절될 수 있다. 또한, 센서(252)는 탭(111)에 반사된 반사파를 이용하여 감지 범위 내에서 탭이 얼마나 떨어져 있는지를 판단할 수도 있을 것이다.

도 7에서 센서(252)는 각도 "α" 내에 전극 탭(111)의 유무를 감지할 수 있도록 설치한 것이다. 센서(252)가 각도 "α"를 벗어난 지점에 있는 전극 탭까지 감지하는 경우에 발생할 수 있는 감지 오차를 보정하기 위해 센서(252')가 설치될 수 있다. 피검 대상이 감지 정렬 위치에 도달하였을 때 센서(252, 252')에 의한 감지가 실행된다.

도 6과 도 7에서는 양 단부가 안쪽으로 각진 형태의 센서 브라켓(254)에 수직 또는 일정 각도로 센서(252)가 장착된 것으로 도시하였으나, 센서 브라켓(254)은 각질 필요없이 평판 형태일 수도 있고, 브라켓(254)의 꺾인 각도가 필요에 따라 다르게 정해질 수 있다(도 10 참조). 센서가 브라켓에 다른 임의의 각도로 설치되는 것도 가능하다. 또한 보정용 센서(252')는 필수적인 것이 아니며 선택적으로 채용될 수 있다.

이러한 감지 유닛(250)은 회전 검사부(220)로부터 이격된 위치에 설치되어, 회전 검사부에 의해 이송되는 피검 대상(100)의 위치, 자세, 또는 배향 등은 물론, 전지의 기타 구성상 특징을 감지할 수 있다. 물론, 피검 대상이 엑스레이 소스에 도달하기 전, 즉 회전(R) 방향으로 엑스레이 소스(230, 231)의 상류에 상기 감지 유닛(250)이 배치될 것이다. 감지하고자 하는 각도 범위, 채용된 센서의 종류, 감지 방법, 후술하는 접촉 유닛(270)의 터닝 각 등을 감안하여, 상기 이송 방향을 따라 두 개 이상의 감지 유닛이 배열될 수 있다.

예를 들어, 도 10에서와 같이, 90도 범위("α")에 연속하는 60도 범위("β") 및 30도 범위("γ")를 각각 감지하기 위해 이송 방향(즉, 회전(R) 방향)을 따라 3개의 감지 유닛(250, 250', 250")을 설치할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 접촉 유닛(270)의 실시예를 도시한 것이다.

도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 접촉 유닛(270)은 접촉 패드(272), 패드 플레이트(273), 로크 샤프트(275), LM 샤프트(linear motion shaft)(276), 부시 블록(bush block)(278), 및 스페이서 블록(279)을 포함할 수 있다. 상기 접촉 패드(272)는 피검 대상(100)과 접촉하여 피검 대상을 터닝시키기에 적합한 재료, 예를 들어 우레탄 소재로 이루어질 수 있다. 이러한 접촉 패드(272)는 원통형 전지(100)의 원통형 케이스(144)와 매칭되도록 오목한 형태를 가질 수 있다.

상류의 감지 유닛(250)에 의한 감지 결과 접촉 명령이 수신된 경우, 접촉 유닛(270)이 피검 대상(100)을 터닝시키는 방식을 도 9a 내지 9e를 참고하여 설명한다.

도 9a 내지 9e는 회전 검사부(220)와 함께 회전(R)하는 피검 대상인 원통형 전지(100)와 접촉 유닛(270)의 접촉 패드(272)의 상호 위치를 나타낸 개념도이다.

감지 유닛(250)의 감지 결과에 따라 접촉 명령이 수신되면, 해당 전지(100)가 감지 위치에서 피치 회전하기 전, 또는 접촉 위치(도 9a 참조)에 도달하기 전에 접촉 유닛(270)이 모터 등 적절한 액추에이터에 의해 작동되어, 접촉 패드(272)가 원통형 전지(100)의 이동 궤적에 접하는 접촉 위치로 연장된다(도 9a). 이러한 접촉 위치는 회전 검사부(220)의 지지 홈(222) 내에 있는 전지가 지지 홈에 대한 부착력, 예를 들어 자력을 극복하고 터닝할 수 있도록 하는 접촉 마찰력을 가할 수 있는 위치로 설정된다. 접촉 패드의 작동 여부, 작동 속도, 작동 타이밍 등은 컨트롤러(도시하지 않음)에 의해 설정될 수 있다.

접촉 패드(272)는 전술한 바와 같이 피검 대상과의 접촉면이 오목한 형태일 수 있다. 또한, 원통형 전지의 진입시 접촉 패드(272) 상의 최초 접촉점(C1)에 접촉할 때까지 부딪힘이 없도록, 그리고 최후 접촉점(C2)을 지나 진행할 때에도 부딪힘이 발생하지 않도록, 접촉 패드(272)의 양쪽 모서리가 챔퍼링(chamfering)될 수 있다.

원통형 전지(100)가 회전하여 최초 접촉점(C1)에서부터 터닝을 시작하게 된다(도 9b).

회전 검사부(22)가 계속 회전하여 원통형 전지(100)가 최종 접촉점(C2)을 떠날 때까지 계속 터닝된다(도 9d). 그 이후에 접촉 유닛의 접촉 패드(272)가 대기 위치로 복귀한다(도 9e 참조). 전지가 최종 접촉점(C2)까지 터닝한 후에는, 지지 홈(222)과의 부착력(예를 들면, 자력)에 의해 추가적인 터닝없이 회전하게 된다.

이때, 원통형 전지(100)의 터닝 거리 또는 터닝 각은 접촉 패드(272)의 접촉 길이(D)에 상응한다. 따라서, 접촉 길이(D)를 조절함으로써 원통형 전지의 터닝 각을 정할 수 있다. 예를 들어 원통형 전지가 21700 배터리 규격인 경우, 그 지름은 21mm이고, 원주는 약 65.94mm 이므로, 터닝 거리 65.94mm가 터닝 각 360도에 상응한다. 따라서, 90도의 터닝 각을 얻으려면 접촉 패드(272)의 접촉 길이(D)를 상기 원주의 4분의 1인 l6.485mm 로 구성하면 된다. 접촉 패드(272)는 착탈 가능하게 구성할 수 있다.

상기 접촉 유닛(270)은, 피검 대상이 엑스레이 소스(230, 231)에 도달하기 전, 즉 이송 방향으로 엑스레이 소스의 상류에 배치되고, 상기 감지 유닛(250)의 하류에 배치된다. 예를 들어, 접촉 유닛(270)은, 피치 회전하는 전지가 감지 유닛(250)에 의해 센싱된 정지 위치(즉, 감지 정렬 위치)의 바로 다음번 정지 위치 근방에 배치될 수 있다. 하나의 이차 전지를 대상으로 감지 작업이 접촉 작업에 선행하는 것이 보장된다면, 감지 유닛을 접촉 유닛의 하류에 배치하는 것도 가능할 것이다.

필요에 따라, 상기 이송 방향을 따라 두 개 이상의 접촉 유닛이 배열될 수 있다. 예를 들어, 세 쌍의 감지 유닛과 접촉 유닛이 이송 방향을 따라 배열될 수 있다(도 5a, 도 5b 및 도 10 참조). 감지 유닛과 접촉 유닛의 수가 반드시 동일할 필요는 없다. 이를테면, 하나의 감지 유닛으로 상단 탭(111)의 위치를 감지한 다음, 둘 이상의 접촉 유닛을 연속적으로 작동시켜서 원하는 터닝 각을 달성하는 것도 가능할 것이다. 지지 홈(222)의 간격이나 피치 회전 속도로 인해 접촉 유닛과의 1회의 접촉으로 달성할 수 있는 터닝 각이 제한될 수 있으므로, 둘 이상의 접촉 유닛을 배치하는 것이 요구될 수 있다.

이하에서는 상술한 본 발명에 따른 엑스레이 검사 장치의 실시예를 기초로 하여, 엑스레이 검사 장치의 작동, 특히 피검 대상인 원통형 이차 전지를 원하는 위치로 터닝시키는 메커니즘에 대해 설명한다.

먼저, 피검 대상인 원통형 이차 전지들이, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상단 캡을 덮지 않은 상태로 컨베이어 벨트 등의 이송 수단을 통해 검사 챔버 내로 도입된다. 도 5a 및 5b에서와 같이, 이차 전지들이 회전 피더(212)를 거쳐 회전 검사부(220)로 전달되는데, 회전 검사부는 회전-정지-회전과 같이 일정한 피치로 회전과 정지 동작을 반복하면서 회전할 수 있다. 예를 들어, 피검 대상의 엑스레이 검사 과정에서 회전 검사부(220)가 정지 상태가 될 수 있고, 검사가 완료되면 다시 회전될 수 있다. 회전 검사부(220)의 1회전 동작시 이동 거리에 해당하는 피치 거리는 미리 결정될 수 있고, 감지 유닛에 의한 감지 및 접촉 유닛과의 접촉에 적절하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 피치 거리는 인접한 2개의 지지 홈(222)간 간격에 상응할 수 있다.

원통형 전지(100)가 미리 정해진 피치에 따라 피치 회전함에 따라 감지 유닛과 정렬을 이루게 되고, 이때 감지 유닛이 원통형 전지의 배향이나, 전지의 특정 요소 또는 부위, 이 실시예의 경우, 전지의 상단으로 돌출된 전극 탭의 위치를 감지할 수 있다.

일련의 검사를 위해 검사 장치 내로 투입되는 피검 대상, 예를 들어 한 세트의 원통형 이차 전지는, 통상적으로 동일한 공정으로 제작되었을 것이므로, 그 구성상의 특징이 동일하거나 유사할 것이다. 따라서, 한 세트의 이차 전지들의 구성적 특징, 예를 들어 돌출된 상부 탭의 위치를 감지하는 것에 의해, 동일 세트의 이차 전지들 각각에 대한 바람직한 엑스레이 조사 위치를 산출해 내는 것이 가능할 것이다.

전술한 바와 같이, 제조 공정상 상,하단 탭이 전지의 아래 위로 대칭되는 위치에 있으므로, 상단 탭의 위치로부터 하단 탭의 위치를 알 수 있다.

도 10은 상술한 실시예에 따른 감지 유닛(250)과 접촉 유닛(270)이 피검 대상인 원통형 이차 전지(100)를 감지하고, 터닝하는 구성을 나타낸 것이다. 제1, 제2, 제3 감지 유닛과 제1, 제2, 제3 접촉 유닛이 사용되었다. 설명의 편의상, 하나의 이차 전지가 위치 이동된 상태(즉, (a) 내지 (g))를 하나의 도면에 표시 하였다.

도 10을 참고하면, 이 실시예에서 엑스레이 소스가 피검 대상인 전지의 좌측 부분(전극 하부를 검사하는 경우, 도 2c의 점선 B 부분)을 조사하도록 구성되었다(도 10, (g) 위치 참조). 따라서, 엑스레이 조사 영역(G) 내에 전극 탭이 존재하지 않도록 전지를 정렬하는 것이 필요하다.

도 10에서는 이차 전지의 상부면(160)에서 목표 검사 영역을 빗금으로 표시하였다. 이 목표 검사 영역으로 엑스레이가 조사되도록 전지를 터닝시키는 것이 설명된다.

이 실시예에서, 도시된 바와 같이, 상부면(160)을 제1 각도 범위(α), 제2 각도 범위(β), 그리고 제3 각도 범위(γ)로 나누고, 그 크기는 각각 90도, 60도, 30도로 정한다. 상기 제1, 제2 및 제3 감지 유닛은 각각 제1, 제2 및 제3 각도 범위 내에 상단 탭(111)이 존재하는지 여부를 감지한다.

또한, 제1, 제2 및 제3 접촉 유닛(270, 270', 270")은 전지를 각각 90도, 60도, 30도씩 터닝시키도록 구성되었다. 예를 들어, 접촉 유닛(270)의 접촉 길이(D, 도 9a 참조)를 원통형 전지(100)를 90도 터닝시키는 길이로 정한다.

제1 감지 유닛(250)에 의해 감지된 전극 탭(111)의 위치에 따라 제1 접촉 유닛(270)의 작동 여부가 결정된다. 다시 말해, 전극 탭이 원하는 위치에 있지 않다는 것이 감지된 경우 제1 접촉 유닛의 작동이 명령된다. 도 10에서, 전지가 (a) 위치에 있을 때 탭(111)이 제1 각도 범위(α) 내에 있으므로, 제1 감지 유닛(250)이 이를 감지하여 제1 접촉 유닛의 작동을 야기한다((b) 위치). 제1 접촉 유닛(270)은 90도의 터닝 각을 달성한다.

(c) 위치에서, 탭이 제2 각도 범위(β)에 있으므로, 제2 감지 유닛(250')이 이를 감지하여 제2 접촉 유닛(270')의 작동을 야기한다((d) 위치). 제2 접촉 유닛(270')은 60도의 터닝 각을 달성한다.

(e) 위치에서, 탭이 제3 각도 범위(γ)에 있으므로, 제3 감지 유닛(250")이 이를 감지하여 제3 접촉 유닛(270")의 작동을 야기한다((f) 위치). 제3 접촉 유닛(270")은 30도의 터닝 각을 달성한다.

이후, 전지는 지지 홈(222) 내에서 추가적인 터닝없이 엑스레이 조사 위치에 도달하게 되고, 결과적으로 목표 검사 부위(빗금친 영역)에 엑스레이 조사가 이루어진다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 감지 유닛과 접촉 유닛에 의해, 피검 대상인 원통형 이차 전지의 목표 검사 부위에 엑스레이가 조사될 수 있다.

한편, (a) 위치에서 탭(111)이 제2 각도 범위(β) 내에 있었다면, 제1 접촉 유닛(270)은 작동하지 않고, 제2, 제3 접촉 유닛(270', 270")만이 작동할 것이다. 마찬가지로, (a) 위치에서 탭(111)이 제3 각도 범위(γ) 내에 있었다면, 제3 접촉 유닛(270")만이 작동할 것이다. 상기의 모든 경우에서, 목표 검사 부위에 대한 엑스레이 조사가 이루어진다.

반면에, (a) 위치에서 탭이 제1, 2 및 3 각도 범위 중 어느 곳에도 존재하지 않는다면, 이는 탭의 위치를 옮길 필요가 없다는 것을 의미하며, 어떠한 접촉 유닛도 작동하지 않을 것이다.

전술한 바와 같이, 감지 유닛의 감지 범위를 달리하거나 접촉 패드의 접촉 길이를 조절함에 의해, 감지 유닛 및 접촉 유닛의 개수를 변경할 수 있다.

대안적으로, 하나의 감지 유닛과 복수의 접촉 유닛의 조합도 가능할 것이다. 즉, 복수의 접촉 유닛 각각에 의한 터닝 각을 미리 정해두고, 한 번의 센싱으로 필요 터닝 각을 도출한 다음, 복수의 접촉 유닛들을 선별적으로 작동시켜서 원하는 만큼의 터닝을 얻는 것도 가능할 것이다.

대안적으로, 감지 유닛과 접촉 유닛을 일체로 구성하여, 감지 작업과 접촉 작업을 모두 실행하는 것도 가능할 것이다.

또한, 피검 대상인 원통형 이차 전지의 상단 탭이 돌출되어 있지 않은 경우, 돌출 탭 대신에 전지의 외주면 상에 표시된 마커 등, 전극 탭의 위치를 알 수 있는 구성상의 특징을 감지하는 것도 가능할 것이다.

이상과 같은 작동 과정에 따라, 피검 대상인 원통형 이차 전지가 바람직한 검사 배향을 취하게 되면, 회전 검사부의 지지 홈은 자력 등 부착력을 보유하는 것이 일반적이므로, 전지의 추가적인 터닝이 이루어지지 않을 것이다. 따라서, 이후 회전 검사부(220)의 계속적인 회전에 따라 제1 엑스레이 소스(230), 후속적으로, 제2 엑스레이 소스(231)의 조사 위치에 도달한 순간 바람직한 검사 배향을 유지할 것이다.

결과적으로, 본 발명의 엑스레이 검사 장치에 따르면, 원통형 이차 전지가 검사 장치에 투입될 때의 배향에 상관없이, 모든 전지에 대해 목적한 부위에 엑스레이가 조사될 수 있고, 이에 따라 항상 양호한 엑스레이 투영 이미지를 얻을 수 있다.

이상에서, 본 발명의 특정한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지와 사상을 벗어남이 없이 당해 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 수정과 변형실시가 가능할 것이다.

*100 피검 대상, 이차 전지
110 양극 판
111 양극 탭
120 음극 판
121 음극 탭
200 엑스레이 검사 장치
210 이송 컨베이어
212 회전 피더
220 회전 검사부
222 지지 홈
230, 231 엑스레이 소스
235, 236 엑스레이 디텍터
250 감지 유닛
252 센서
254 센서 브라켓
270 접촉 유닛
272 접촉 패드
273 패드 플레이트

Claims (16)

1. 검사 챔버;
   원통형 이차 전지를 상기 검사 챔버 내로 이송하기 위한 이송 수단;
   상기 이차 전지를 홀딩한 채 회전하는 회전 검사부;
   엑스레이 소스;
   엑스레이 디텍터;
   검사된 이차 전지를 상기 검사 챔버 외부로 방출하기 위한 방출 수단;
   을 포함하는 엑스레이 검사 장치로서,
   상기 원통형 이차 전지를 정렬하기 위해 상기 회전 검사부의 회전 경로를 따라 배열된 정렬 기구를 포함하고,
   상기 정렬 기구는 상기 원통형 이차 전지의 특정 부위의 위치를 감지하기 위한 둘 이상의 감지 수단과, 상기 이차 전지와 접촉하지 않는 대기 위치와 상기 이차 전지와 접촉할 수 있는 접촉 위치 사이에서 작동가능한 둘 이상의 접촉 수단을 포함하며,
   상기 접촉 수단은 상기 감지 수단의 감지 결과에 따라 작동 여부가 결정되고, 상기 이차전지가 상기 회전 검사부와 함께 회전할 때 상기 접촉 수단이 상기 접촉 위치로 작동되면 상기 이차 전지가 상기 회전 검사부와 함께 계속 회전됨에 따라 상기 접촉 수단과 상기 이차 전지의 접촉 마찰력에 의해 상기 이차 전지가 터닝되도록 이루어지고,
   상기 접촉 수단 각각에 대한 상기 이차 전지의 터닝 각이 상이하되, 상기 터닝 각은 상기 회전 검사부의 회전 방향 상류에서 하류로 갈수록 작아지도록 이루어진
   원통형 이차 전지용 엑스레이 검사 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 원통형 이차 전지가 상단에 돌출된 전극 탭을 가지고, 상기 정렬 기구는 상기 전극 탭을 정렬하는 것인
   원통형 이차 전지용 엑스레이 검사 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 접촉 수단이 접촉 패드를 포함하고, 상기 접촉 패드는 상기 원통형 이차 전지와 접촉하는 접촉면을 갖는
   원통형 이차 전지용 엑스레이 검사 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 접촉면의 길이에 따라 상기 원통형 이차 전지의 터닝 각이 정해지는
   원통형 이차 전지용 엑스레이 검사 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 감지 수단과 상기 접촉 수단이 교번적으로 배열된
   원통형 이차 전지용 엑스레이 검사 장치.
7. 회전 검사부의 둘레에 홀딩되어 회전 검사부와 함께 회전하는 원통형 대상물(cylindrical object)을 원하는 위치로 정렬시키기 위한 정렬 기구로서,
   상기 대상물 상의 특정 부위의 위치를 감지하기 위한 둘 이상의 감지 수단과, 상기 대상물과 접촉하지 않는 대기 위치와 상기 대상물과 접촉할 수 있는 접촉 위치 사이에서 작동가능한 둘 이상의 접촉 수단을 포함하고,
   상기 감지 수단과 상기 접촉 수단은 상기 회전 검사부의 회전 경로를 따라 배열되고,
   상기 접촉 수단은 상기 감지 수단의 감지 결과에 따라 작동 여부가 결정되며, 상기 대상물이 상기 회전 검사부와 함께 회전할 때 상기 접촉 수단이 상기 접촉 위치로 작동되면 상기 대상물이 상기 회전 검사부와 함께 계속 회전됨에 따라 상기 접촉 수단과 상기 대상물의 접촉 마찰력에 의해 상기 대상물이 터닝되도록 이루어지고,
   상기 접촉 수단 각각에 대한 상기 대상물의 터닝 각이 상이하되, 상기 터닝 각은 상기 회전 검사부의 회전 방향 상류에서 하류로 갈수록 작아지도록 이루어진
   원통형 대상물 정렬 기구.
8. 삭제
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 접촉 수단이 접촉 패드를 포함하고, 상기 접촉 패드는 상기 원통형 대상물과 접촉하는 접촉면을 갖는
   원통형 대상물 정렬 기구.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 접촉면의 길이에 따라 상기 원통형 대상물의 터닝 각이 정해지는
    원통형 대상물 정렬 기구.
11. 회전 검사부에 홀딩된 원통형 대상물(cylindrical object) 상의 특정 부위의 위치를 감지하기 위한 둘 이상의 감지 수단과, 상기 대상물과 접촉하지 않는 대기 위치와 상기 대상물과 접촉할 수 있는 접촉 위치 사이에서 작동가능한 둘 이상의 접촉 수단 - 상기 접촉 수단 각각에 대한 상기 대상물의 터닝 각이 상이하되, 상기 터닝 각은 상기 회전 검사부의 회전 방향 상류에서 하류로 갈수록 작아지도록 이루어짐 - 을 포함하는 정렬 기구를 이용하여, 이동하는 원통형 대상물을 원하는 위치로 정렬하는 방법으로서,
    회전 검사부의 둘레에 홀딩된 원통형 대상물을 회전 검사부와 함께 회전시키는 단계;
    상기 감지 수단을 이용하여 상기 원통형 대상물의 특정 부위의 위치를 감지하는 단계;
    상기 감지 수단에 의해 감지된 상기 특정 부위의 위치 정보를 기초로 하여 상기 접촉 수단의 작동 여부를 결정하는 단계;
    상기 접촉 수단의 작동이 결정되면 상기 접촉 수단이 상기 접촉 위치로 작동하는 단계;
    상기 원통형 대상물이 상기 회전 검사부와 함께 계속 회전함에 따라 상기 접촉 수단과 접촉하고, 이로 인한 접촉 마찰력에 의해 상기 대상물이 터닝되는 단계;
    를 포함하는
    이동하는 원통형 대상물을 정렬하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 원통형 대상물이 이차 전지이고, 상기 특정 부위는 상기 이차 전지의 상단에 돌출된 전극 탭인
    이동하는 원통형 대상물을 정렬하는 방법.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 접촉 수단이 접촉 패드를 포함하고, 상기 접촉 패드는 상기 원통형 대상물과 접촉하는 접촉면을 갖는
    이동하는 원통형 대상물을 정렬하는 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 접촉면의 길이에 따라 상기 원통형 대상물의 터닝 각이 정해지는
    이동하는 원통형 대상물을 정렬하는 방법.
15. 삭제
16. 삭제

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