圆筒形二次电池的焊接部无损检查方法与流程

1.本发明涉及圆筒形二次电池的焊接部无损检查方法，详细而言，涉及检查焊接部的焊接强度是否充分的圆筒形二次电池的焊接部无损检查方法。


背景技术：

2.二次电池是一种由正极、负极和配置在所述正极和所述负极之间的分离膜结构构成的能够充电和放电的电极组件，可以分类为在涂布有活性物质的长片型的正极和负极之间配置分离膜并卷绕而成的果冻卷型，和将分离膜配置在预定尺寸的多个正极和负极之间的状态下依次堆叠而成的堆叠型，其中，果冻卷型电极组件具有易于制造、单位重量的能量密度高的优点。特别地，具有高能量密度的果冻卷型电极组件可以装入圆筒形金属罐中以构成圆筒形二次电池，并且，这种圆筒形二次电池广泛用于如电动汽车那样需要应用高容量的二次电池的领域。
3.图1是示出作为被检查物的圆筒形二次电池的例示图。
4.参照图1，作为被检查物10的圆筒形二次电池这样制作：在圆筒形的金属壳体11的内部内置有将分离膜置于长片型的包括正极活性物质层的正极和包括负极活性物质层的负极之间并将其卷绕而成的果冻卷型电极组件，在金属壳体11的上部固定帽12。此时，与正极连接的正极接线片可以配置在帽12上，与负极连接的负极接线片可以配置在金属壳体11的内部。
5.然后，圆筒形二次电池在结构上，无法正常排放由于在充电和放电中产生的气体引起的内部压力，因而为了防备破裂或爆炸等危害，通常在帽12处配备气体排放结构和保护元件。为此，帽12具有这样的结构：将可以选择性地仅使气体通过的过滤器14和与过滤器14结合且可以在预定压力条件下排出气体的排气口13堆叠和组装。
6.构成这种圆筒形二次电池的帽12的排气口13和过滤器14一般由轻质的铝材料制成，由于铝材料具有热导率高且熔点低的特性，因此，通过使用作为高能热源的激光束的点焊接进行接合。
7.这样通过点焊接而形成一体的排气口13和过滤器14无法从外部视觉识别形成于内部接触面处的焊接部w，因而在焊接工序完成后，需要检查焊接强度是否充分。
8.作为用于检查形成有从外部无法视觉识别的焊接部w的被检查物(排气口和过滤器)的焊接状态的无损检查方法，代表性地有使用x射线(x-ray)或超声波的方式，但是使用x射线或超声波的方式虽然能够确认形成在焊接部w处的裂纹或气泡等缺陷，但存在对焊接部w的直径、深度、厚度等与焊接强度直接相关的焊接状态的确认不充分或无法确认的问题，特别是使用超声波的方式需要用于在被检查物与超声波传感器之间进行阻抗匹配的介质等，在实质性的使用中存在诸多局限性。
9.因此，需要一种可以更迅速且更准确地确认和判别从外部无法视觉识别的被检查物的焊接部是否被正常焊接的新方式的检查方法。
10.现有技术文献
11.专利文献
12.专利文献1：韩国登录专利公报第1522487号(2015年5月21日公告)


技术实现要素：

13.发明所要解决的技术问题
14.本发明的目的在于解决现有问题，提供一种可以迅速且准确地检查从外部无法视觉识别的焊接部焊接状态的圆筒形二次电池的焊接部无损检查方法。
15.用于解决问题的手段
16.为了实现本发明的上述目的，根据本发明的实施例的圆筒形二次电池的焊接部无损检查方法是以一面形成有焊接部的被检查物为对象检查所述焊接部是否被正常焊接的方法，其特征在于，包括：第一测量步骤，沿着通过被检查物的另一面的中心的线性的第一走行路径移动传感器，并测量由所述传感器接收到的第一接收信号；第二测量步骤，沿着通过被检查物的另一面的中心并与所述第一走行路径相交的线性的第二走行路径移动传感器，并测量由所述传感器接收到的第二接收信号；位置设定步骤，根据从所述第一接收信号计算出的第一计算信号和从所述第二接收信号计算出的第二计算信号，设定所述焊接部的位置；第三测量步骤，沿着通过进行了位置设定的所述焊接部的线性的第三走行路径移动传感器，并测量由所述传感器接收到的第三接收信号；以及焊接状态判断步骤，将从所述第三接收信号计算出的第三计算信号与预先设定的基准判断值进行比较来判断所述焊接部的焊接状态。
17.在根据本发明的实施例的圆筒形二次电池的焊接部无损检查方法中，所述传感器可以是涡电流传感器。
18.在根据本发明的实施例的圆筒形二次电池的焊接部无损检查方法中，所述第一计算信号可以是从所述传感器发送的第一发送信号和所述第一接收信号的相位差，所述第二计算信号可以是从所述传感器发送的第二发送信号和所述第二接收信号的相位差，在这种情况下，在所述位置设定步骤中，可以使用在所述第一走行路径上所述第一计算信号具有最小值或最大值的坐标和在所述第二走行路径上所述第二计算信号具有最小值或最大值的坐标来设定所述焊接部的位置。
19.在根据本发明的实施例的圆筒形二次电池的焊接部无损检查方法中，所述第三计算信号可以是从所述传感器发送的第三发送信号和所述第三接收信号的相位差，在这种情况下，在所述焊接状态判断步骤中，可以将在所述第三走行路径上的所述第三计算信号的最小值或最大值与所述基准判断值进行比较来判断所述焊接部的焊接状态。
20.在根据本发明的实施例的圆筒形二次电池的焊接部无损检查方法中，所述第三计算信号可以是从所述传感器发送的第三发送信号和所述第三接收信号的相位差，在这种情况下，在所述焊接状态判断步骤中，可以将所述第三走行路径上的所述第三计算信号进行微分来生成微分信号，并使用所述微分信号的最大值和最小值的差值来判断所述焊接部的焊接状态。
21.在根据本发明的实施例的圆筒形二次电池的焊接部无损检查方法中，在所述第三测量步骤中，所述第三计算信号可以是从所述传感器发送的第三发送信号和所述第三接收信号的相位差，在这种情况下，在所述焊接状态判断步骤中，可以将所述第三走行路径上的
所述第三计算信号进行微分来生成微分信号，并使用将所述微分信号的最大值和最小值的差值与所述微分信号的积分值相乘获得的判断值来判断所述焊接部的焊接状态。
22.发明的效果
23.根据本发明，可以根据沿着第一走行路径改变的第一计算信号设定第一走行路径上的坐标，根据沿着与第一走行路径相交的第二走行路径改变的第二计算信号设定第二走行路径上的坐标，从而可以迅速且准确地确定从外部无法视觉识别的与实际焊接部相对应的焊接部的位置，根据沿着通过这样确定的焊接部的第三走行路径改变的第三计算信号来检查焊接部的焊接状态，从而可以迅速且准确地找到从外部无法视觉识别的焊接部，可以大幅缩短检查时间，并可以大幅提高对焊接部的检查精度。
附图说明
24.图1是示出作为被检查物的圆筒形二次电池的例示图。
25.图2是根据本发明的实施例的焊接部无损检查方法的流程图。
26.图3是用于说明图2的第一测量步骤的图。
27.图4是用于说明图2的第二测量步骤的图。
28.图5是用于说明图2的位置设定步骤的图。
29.图6是用于说明图2的第三测量步骤的图。
30.图7是用于说明图2的焊接状态判断步骤的图。
31.图8是用于说明根据本发明的另一实施例的焊接状态判断步骤的图。
32.图9是用于说明根据本发明的又一实施例的焊接状态判断步骤的图。
33.附图标记说明
34.10：被检查物
35.100：传感器
36.dl1：第一走行路径
37.dl2：第二走行路径
38.dl3：第三走行路径
具体实施方式
39.以下，参照可以具体实现上述要解决的问题的本发明的优选实施例的附图进行说明。在对本实施例进行说明时，对于相同的结构使用相同名称和相同附图标记，并且省略对此的附加说明。
40.图2是根据本发明的实施例的焊接部无损检查方法的流程图。
41.参照图2，根据本实施例的圆筒形二次电池的焊接部无损检查方法是以一面(排气口的内侧面)形成有焊接部的被检查物(排气口)为对象检查焊接部是否被正常焊接的方法，特别是，提供一种在无法从外部视觉识别焊接部的被检查物的另一面(排气口的外侧面)处可以迅速且准确地检查焊接部的焊接状态的方法。
42.为此，根据本实施例的圆筒形二次电池的焊接部无损检查方法可以包括：第一测量步骤s110、第二测量步骤s120、位置设定步骤s130、第三测量步骤s140、以及焊接状态判断步骤s150。
43.图3是用于说明第一测量步骤的图。
44.参照图3，第一测量步骤s110可以包括：向被检查物10的检查面10a发送第一发送信号，测量响应于所发送的第一发送信号而从被检查物10的检查面10a发出的第一接收信号。
45.被检查物10的检查面10a可以是与形成有焊接部w的被检查物10的一面相反的另一面，并且，这种检查面10a可以完全没有焊接部w的痕迹，因而可能是从外部无法视觉识别焊接部w的状态。例如，如图1所示，被检查物10的检查面10a可以是圆筒形二次电池的排气口13的外侧面。此时，排气口13的内侧面与过滤器14焊接结合，在暴露于外部的排气口13的外侧面上可能完全无法视觉识别焊接痕迹。
46.而且，检查装置的传感器100基本上以可从外部推断的焊接部位、即检查面10a的中心c为基准进行配置。这种情况下不能保证检查装置的传感器100始终与实际焊接部w一致。其原因在于，由于焊接装置的机械误差、焊接激光束的密度和施加时间、焊接部件的组装误差等原因，实际焊接部w会形成在偏离检查面10a中心的任意位置。
47.这样，为了确定从外部无法视觉识别的焊接部w的位置，首先，在第一测量步骤s110中，在沿着通过被检查物10的检查面10a的中心c的线性的第一走行路径dl1移动传感器100的同时，可以向检查面10a连续地发送第一发送信号，并且，可以连续地接收第一接收信号。此时，第一发送信号和第一接收信号分别可以是正弦波形的电流信号。
48.在检查面10a是圆形的情况下，第一走行路径dl1可以与通过检查面10a的中心c的直径一致，第一走行路径dl1可以具有比检查面10a的直径短的长度。
49.这种第一走行路径dl1的长度可以根据被检查物10的种类和焊接部w的尺寸(宽度)适当选择，或者可以考虑到焊接部w从检查面10a的中心c偏离的极限误差范围来适当设定。如图1所示，在将圆筒形二次电池的排气口13和过滤器14焊接的情况下，第一走行路径dl1以检查面10a的中心c为基准，到端部的距离可以是2mm至5mm。
50.而且，在第一测量步骤s110中，根据从传感器100向检查面10a发送的第一发送信号和从检查面10a发出的第一接收信号，可以生成第一计算信号。这里，第一计算信号可以是第一发送信号和第一接收信号的相位差。作为第一发送信号和第一接收信号的相位差的第一计算信号可以使用公知的各种类型的相位差检测算法来计算。
51.另外，根据本实施例的传感器100可以使用涡电流传感器。在涡电流传感器中，当施加到线圈的交流电流产生一次电磁场时，所生成的交流电磁场在被检查物中感应出涡电流，所感应出的涡电流在与线圈相反的方向上产生二次电磁场。这里，当存在于被检查物中的焊接部接近时，二次电磁场发生变化，而这种二次电磁场的变化使一次电磁场发生变化，从而使线圈的阻抗发生变化。然后，线圈的阻抗的变化使电路的电流和电压的相位发生变化。
52.在被检查物10中感应出的涡电流的大小和分布可以根据被检查物10的形状、材料、电导率、磁导率、以及涡电流传感器的频率而变化。
53.图4是用于说明图2的第二测量步骤的图。
54.参照图4，第二测量步骤s120可以包括：向被检查物10的检查面10a发送第二发送信号，并响应于所发送的第二发送信号测量从被检查物10的检查面10a发出的第二接收信号。
55.第二测量步骤s120可以经历与前述的第一测量步骤s110相同的过程。
56.但是，在第二测量步骤s120中，线性的第二走行路径dl2通过被检查物10的检查面10a的中心c并与第一走行路径dl1垂直相交。在沿着第二走行路径dl2移动传感器100的同时，可以向检查面10a连续地发送第二发送信号，并且，可以连续地接收第二接收信号。此时，第二发送信号和第二接收信号分别可以是正弦波形的电流信号。
57.而且，在第二测量步骤s120中，可以根据从传感器100向检查面10a发送的第二发送信号和从检查面10a发出的第二接收信号生成第二计算信号。这里，第二计算信号可以是第二发送信号和第二接收信号的相位差。作为第二发送信号和第二接收信号的相位差的第二计算信号可以使用公知的各种类型的相位差检测算法来计算。
58.如上所述，在经过第一测量步骤s110和第二测量步骤s120之后，可以根据通过第一测量步骤s110和第二测量步骤s120获得的第一计算信号和第二计算信号设定与焊接部w的实际位置相对应的位置。
59.图5是用于说明位置设定步骤的图。
60.参照图5，位置设定步骤s130可以包括：根据从第一发送信号和第一接收信号计算出的第一计算信号、以及从第二发送信号和第二接收信号计算出的第二计算信号，设定与焊接部w的实际位置相对应的焊接部w的位置。
61.焊接部w的位置可以用以检查面10a为平面的平面坐标值来表示。即，可以通过第一走行路径dl1上的坐标px(例如，x轴坐标)和第二走行路径dl2上的坐标py(例如，y轴坐标)，在检查面10a上用平面坐标px,py来表示焊接部w的位置。
62.参照图5中的(a)，第一走行路径dl1上的坐标px可以对应于在第一走行路径dl1上第一计算信号为最小值或最大值的地点。即，第一走行路径dl1上的坐标px可以是在第一走行路径dl1上第一发送信号和第一接收信号的相位差为最小值或最大值的位置。此时，第一走行路径dl1上的坐标px可以对应于在第一走行路径dl1上最靠近焊接部w的地点，并且，可以对应于检查面10a的平面上的x轴坐标值。
63.作为补充说明，在第一走行路径dl1上使传感器100从一侧端部p1经过检查面10a的中心c朝另一侧端部p2方向移动，并在发送第一发送信号的同时，接收第一接收信号。当移动中的传感器100通过最靠近焊接部w的地点时，第一计算信号(相位差)急速降低从而可以具有最小值。
64.如图所示，说明了在通过焊接部w的同时第一计算信号(相位差)具有最小值，但是通过涡电流传感器的第一发送信号和第一接收信号的相位差可以根据包括焊接部w的被检查物10的形状、材料、电导率、磁导率等各种因素而发生变化，并且，随着这些各种因素的变化，在焊接部w的中心处第一计算信号(相位差)也可以具有最大值。
65.另外，第一走行路径dl1上的第一计算信号可以由电导率(conductivity:σ)决定。电导率σ是物质的固有电阻的倒数，表示在物质内电流良好地流动的程度。通常，电导率在金属等中具有较大的值，而在绝缘体中具有较小的值。
66.如图1所示，由于圆筒形二次电池的排气口13和过滤器14大体上由铝al材料制成，因而在没有焊接部的状态下，排气口13和过滤器14的电导率相对较大，而形成在排气口13和过滤器14的焊接部w由于焊接能量引起的物性变化和合金材料的熔融体的影响，电导率相对较小。
67.而且，已知作为第一计算信号的相位差与电导率成正比。即，已知的是，在电导率相对较小的介质的情况下，第一发送信号和第一接收信号的相位差相对较小，在电导率相对较大的介质的情况下，第一发送信号和第一接收信号的相位差相对较大。
68.因此，最靠近焊接部w的第一走行路径dl1上的坐标px处受焊接部w的影响最大，从而其第一计算信号具有最小的值。
69.参照图5中的(b)，第二走行路径dl2上的坐标py也可以对应于在第二走行路径dl2上第二计算信号为最小值或最大值的地点。即，第二走行路径dl2上的坐标py可以是在第二走行路径dl2上第二发送信号和第二接收信号的相位差为最小值或最大值的位置。此时，第二走行路径dl2上的坐标py可以对应于在第二走行路径dl2上最靠近焊接部w的地点，并且，可以对应于检查面10a的平面上的y轴坐标值。
70.即，在第二走行路径dl2上使传感器100从一侧端部p1经过检查面10a的中心c朝另一侧端部p2方向移动，并且，在发送第二发送信号的同时，接收第二接收信号。当移动中的传感器100通过最靠近焊接部w的地点时，第二计算信号(相位差)急速降低从而可以具有最小值。
71.参照图5中的(c)，如上所述，可以根据第一走行路径dl1上的第一计算信号和第二走行路径dl2上的第二计算信号，在检查面10a的平面上设定焊接部w的平面坐标值px,py，并且，这样设定的焊接部w的平面坐标值px,py可以与焊接部w的实际位置一致。
72.图6是用于说明图2的第三测量步骤的图。
73.参照图6，第三测量步骤s140可以包括：向被检查物10的检查面10a发送第三发送信号，并响应于所发送的第三发送信号测量从被检查物10发出的第三接收信号。
74.即，在沿着通过进行了位置设定的焊接部w的线性的第三走行路径dl3移动传感器100的同时，可以向检查面10a连续地发送第三发送信号，并且，可以连续地接收第三接收信号。此时，第三发送信号和第三接收信号分别可以是正弦波形的电流信号。
75.第三走行路径dl3作为用于检查焊接部w的焊接状态的传感器100的走行路径，可以是通过焊接部w的任意直线，并且可以是具有比焊接部w的尺寸(宽度)大的长度的直线。
76.第三走行路径dl3的长度可以根据被检查物10的种类和焊接部w的尺寸来设定最小限度的走行长度。由此，最小化传感器100的移动，从而可以缩短检查时间。
77.而且，在第三测量步骤s140中，可以根据从传感器100向检查面10a发送的第三发送信号和从检查面10a发出的第三接收信号生成第三计算信号。这里，第三计算信号可以是第三发送信号和第三接收信号的相位差。
78.具体而言，使传感器100从第三走行路径dl3上的第一地点p1通过焊接部w移动到第二地点p2，并且，在发送第三发送信号的同时，接收第三接收信号。在移动中传感器100通过焊接部w时，第三计算信号(相位差)急速降低从而可以具有最小值。
79.这里，说明了在通过焊接部w时第三计算信号(相位差)具有最小值，但是通过涡电流传感器的第三发送信号和第三接收信号的相位差可以根据包括焊接部w的被检查物10的形状、材料、电导率、磁导率等各种因素而发生变化，并且，随着这些各种因素的变化，当通过焊接部w时，第三计算信号(相位差)也可以具有最大值。
80.另外，第三走行路径dl3上的第三计算信号也可以由电导率决定，而第三走行路径dl3上的电导率在没有焊接部的第三走行路径dl3上保持大致相同大小的值，然后在焊接部
w区域中急剧减小，特别是，在焊接部w的中心处可以具有最小的值。
81.图7是用于说明焊接状态判断步骤的图。
82.参照图7，焊接状态判断步骤s150可以包括：将从第三发送信号和第三接收信号计算出的第三计算信号与预先设定的基准判断值sj进行比较，从而判断配置在第三走行路径dl3上的焊接部w的焊接状态。
83.此时，可以将从第三发送信号和第三接收信号计算出的第三计算信号的最小值或最大值与预先设定的基准判断值sj进行比较，从而判断配置在第三走行路径dl3上的焊接部w的焊接状态，并且，基准判断值sj可以具有保持第三计算信号的最小值或最大值的预先设定的容许误差范围。
84.因此，只有在第三计算信号的最小值或最大值保持在基准判断值sj的容许误差范围内的情况下，才能判断为该焊接部w处于正常焊接状态。这里，基准判断值sj的容许误差范围可以根据被检查物10的种类和焊接部w的尺寸等适当调节来设定。
85.图7中的(a)是针对无焊接状态、即未进行焊接的被检查物10将第三计算信号与基准判断值sj进行比较的图，可以确认到，与基准判断值sj不一致的第三计算信号(相位差)在没有焊接部的第三走行路径上保持没有大的变化。
86.在图7中的(b)中可以确认到，在第三走行路径上的焊接部w区域中第三计算信号(相位差)急剧下降，但第三计算信号(相位差)的最小值保持比基准判断值sj大的状态。在这种情况下，可以判断为弱焊接状态。这样，在弱焊接状态下，焊接强度可能会降低。并且，在图1所示的被检查物10的情况下，当焊接强度降低时，排气口13和过滤器14可能会容易分离。
87.在图7中的(c)中可以确认到，在第三走行路径上的焊接部w区域中第三计算信号(相位差)急剧下降，第三计算信号(相位差)的最小值保持在基准判断值sj内，在这种情况下，焊接部w会被判断为具有适当的焊接强度的正常焊接状态。
88.在图7中的(d)中可以确认到，在第三走行路径上的焊接部w区域中第三计算信号(相位差)急剧下降，而第三计算信号(相位差)的最小值保持比基准判断值sj小的状态，在这种情况下，可以判断为过焊接状态。这样，在过焊接状态下，被检查物10可能会不必要地过热，或者在焊接部w内部可能会产生气孔或裂缝，或者会产生飞溅(spatter)。
89.因此，如图7中的(c)所示，只有在第三走行路径上的第三计算信号的最小值保持在基准判断值sj的容许误差范围内的情况下，才能判断为焊接部w为正常焊接状态。
90.另外，与本发明的实施例不同，如果沿着通过推定为存在焊接部w的检查面10a的中心c的线性的走行路径进行检测，则在实际焊接部w没有准确地配置在检查面10a的中心c处而保持偏离状态的情况下，即使以正常状态进行了焊接，从传感器100接收的计算信号的准确度会降低，由此，无法准确地检查焊接部w的焊接状态。此外，为了准确检查，需要将传感器100的走行路径改变成各种位置并重复再检查等，可能会需要大量时间。
91.然而，根据本实施例的无损检查方法，根据沿着第一走行路径dl1改变的第一计算信号和沿着第二走行路径dl2改变的第二计算信号，设定与实际焊接部w相对应的焊接部w的平面坐标值px,py，之后根据沿着通过进行了位置设定的焊接部w的第三走行路径dl3改变的第三计算信号来检查焊接部w的焊接状态，从而可以迅速且准确地找到从外部无法视觉识别的焊接部w，可以大幅缩短检查时间，并可以大幅提高对焊接部的检查精度。
92.图8是用于说明根据本发明的另一实施例的焊接状态判断步骤的图。
93.参照图8，根据本发明的另一实施例的焊接状态判断步骤s250对从第三发送信号和第三接收信号计算出的第三计算信号进行微分来生成微分信号，将微分信号的最大值和最小值的差值h与预先设定的基准判断值进行比较，从而可以判断配置在第三走行路径dl3上的焊接部w的焊接状态。这里，基准判断值可以具有预先设定的最小值和最大值。
94.即，只有在微分信号的最大值和最小值的差值h存在于比基准判断值的最小值大且比最大值小的区间内的情况下，才能判断为焊接部w是正常焊接状态。
95.与由第三发送信号和第三接收信号的相位差表示的第三计算信号不同，由于从第三计算信号生成的微分信号的最大值和最小值的差值h可以具有针对焊接部w的焊接状态的数值化和信号的放大效果，因而可以进行与基准判断值的数值比较，可以进行更精密和更准确的焊接状态检查，从而可以提高检查可靠性。
96.图9是用于说明根据本发明的又一实施例的焊接状态判断步骤的图。
97.参照图9，根据本发明的又一实施例的焊接状态判断步骤s350对从第三发送信号和第三接收信号计算出的第三计算信号进行微分来生成微分信号，将通过将微分信号的最大值和最小值的差值h与微分信号的积分值相乘得到的判断值与预先设定的基准判断值进行比较，从而可以判断配置在第三走行路径dl3上的焊接部w的焊接状态。这里，基准判断值可以具有预先设定的最小值和最大值。
98.即，只有在将微分信号的最大值和最小值的差值h与微分信号的积分值相乘得到的判断值存在于比基准判断值的最小值大且比最大值小的区间内的情况下，才能判断为该焊接部w是正常焊接状态。
99.由于将微分信号的最大值和最小值的差值h与微分信号的积分值相乘得到的判断值可以具有针对焊接部w的焊接状态的更精密的数值化和更大的信号放大效果，因而通过与基准判断值的数值比较，可以进行更精密和更准确的焊接状态检查，从而可以进一步提高检查可靠性。
100.如上所述，参照附图对本发明的优选实施例进行了说明，然而，本领域技术人员可以在不超出权利要求书中所记载的本发明的构思和领域的范围内，对本发明进行各种修改或变更。