배터리 상부 커버의 미세 변형까지 검출하는 3D 레이저 프로파일러
▲ SinceVision의 3D 레이저 프로파일러를 이용한 리튬이온 배터리 탑 커버 측정. 레이저로 표면을 스캔하고 획득한 높이 데이터를 3D 형상으로 변환해 분석한다.
리튬이온 배터리 제조에서는 탑 커버의 형상과 높이를 정밀하게 측정하는 공정이 요구된다. 특히 탑 커버의 평탄도와 본딩 높이, 국부적으로 가장 높게 돌출된 부분의 높이는 정량적인 측정이 필요한 항목이다. SinceVision은 이러한 배터리 탑 커버(top cover) 측정에 SRI8000 시리즈 3D 레이저 프로파일링 시스템을 적용한 애플리케이션을 공개했다.
SRI8000은 배터리 탑 커버의 표면 형상을 스캔해 평탄도(flatness), 본딩 높이(bonding height), 최대 돌출 높이(peak protrusion height)를 측정한다. 최대 스캔 속도는 67kHz, Z축 반복정밀도는 0.4μm로 제시됐다. SinceVision은 이를 수작업 측정을 대신해 고속 생산라인에서 적용할 수 있는 3D 측정 방식으로 설명한다.
▲ 3D 레이저 프로파일러가 배터리 탑 커버 표면을 비접촉 방식으로 스캔하는 모습. 레이저 스캔으로 표면의 높이와 형상 데이터를 획득한다.
3D 레이저 프로파일러는 어떻게 높이를 측정하나
3D 레이저 프로파일러는 대상물 표면에 레이저 라인을 투사하고, 표면 형상에 따라 변형된 레이저 정보를 이용해 높이 프로파일을 취득한다. 부품을 이동시키면서 연속적으로 프로파일을 쌓으면 표면의 높이 분포를 3차원 데이터로 구성할 수 있다. 이를 통해 특정 한 지점의 높이뿐 아니라 평탄도와 단차, 돌출부 등 표면 형상을 함께 측정할 수 있다. SinceVision의 SRI 시리즈는 센서 헤드와 컨트롤러를 일체화한 구조로 설계됐으며, 산업 자동화 시스 템과 연결해 3D 측정 데이터를 활용할 수 있도록 구성돼 있다.
평탄도와 높이를 하나의 3D 데이터로
탑 커버 측정에서 중요한 것은 단순히 특정 한 지점의 높이를 확인하는 것에 그치지 않는다. 부품 전체의 표면 상태를 스캔하고, 획득한 높이 데이터를 기반으로 서로 다른 측정 항목을 구분해야 한다. 이번 애플리케이션에서 SinceVision이 제시한 측정 항목은 크게세 가지다. 탑 커버 전체의 평탄도를 확인하는 Flatness, 기준면을 중심으로 본딩 영역의 높이를 측정하는 Bonding Height, 그리고 측정 영역 가운데 가장 돌출된 위치의 높이를 확인하는 Peak Protrusion Height다.
이처럼 3D 데이터를 이용하면 한 번의 표면 스캔 데이터를 바탕으로 탑 커버의 전체적인 형상과 특정 영역의 높이를 정량적으로 확인할 수 있다. SinceVision은 자사의 3D 레이저 프로파일러가 표면을 레이저 라인으로 스캔해 높이·폭·깊이 등 3차원 프로파일 정보를 취득하는 방식이라고 설명하고 있다. 비접촉 방식으로 움직이는 부품의 표면 데이터를 취득할 수 있다는 것이 3D 레이저 프로파일링의 특징이다.
▲ 3D 레이저 스캔으로 획득한 배터리 탑 커버의 높이 데이터. 표면의 높이 분포를 기반으로 평탄도와 본딩 높이, 돌출부 등을 정량적으로 분석할 수 있다.
최대 67kHz로 고속 생산라인 대응
측정 정밀도와 함께 이번 애플리케이션에서 강조되는 부분은 속도다. SRI8000 시리즈는 최대 67kHz의 스캔 속도를 지원한다. Since Vision은 이 속도를 기반으로 배터리 탑 커버를 생산라인에서 스캔 하면서 높이 데이터를 획득하도록 구성했다. Z축 반복정밀도는 0.4μ m로 제시된다.
특히 원문은 이 시스템의 적용 목적을 고속 생산라인에서 수작업 검사를 대체하는 것으로 설명한다. 즉, 작업자가 탑 커버의 높이를 개별적으로 확인하는 방식에서 벗어나, 3D 프로파일 데이터를 통해 필요한 형상 정보를 자동으로 측정하는 구조다.
여기서 중요한 것은 67kHz라는 수치가 제품 하나를 초당 6만 7000개 검사한다는 의미는 아니라는 점이다. 이는 3D 프로파일 러가 표면 프로파일을 취득하는 스캔 주파수다. 실제 한 제품의 검사 속도는 측정 영역, 이동속도, 필요한 프로파일 수 등 시스템 구성에 따라 달라질 수 있다.
탑 커버 형상을 정량 데이터로 전환
이번 애플리케이션은 3D 레이저 프로파일러가 배터리 외관을 단순히 촬영하는 장비가 아니라 표면 높이와 형상을 수치화하는 측정 장치로 사용된다는 점을 보여준다. SRI8000 시리즈가 측정하는 대상도 흠집이나 오염과 같은 일반 적인 외관 불량이 아니라 평탄도, 본딩 높이, 최대 돌출 높이다. 따라서 이 적용은 2D 영상검사보다는 배터리 부품의 3차원 치수를 정량적으로 확인하는 3D 계측 애플리케이션에 가깝다.
특히 배터리 탑 커버처럼 한 부품 안에서 여러 높이 정보를 확인 해야 하는 경우, 표면 전체를 스캔해 얻은 3D 데이터를 이용하면 필요한 위치의 높이와 전체 형상을 함께 분석할 수 있다.
SinceVision은 SRI8000 시리즈를 이용해 이러한 탑 커버 형상 측정을 자동화하고, 고속 생산라인에서 수작업 검사 대신 사용할수 있는 방식으로 제시하고 있다. 최대 67kHz의 스캔 속도와 0.4 μm의 Z축 반복정밀도를 기반으로 평탄도·본딩 높이·최대 돌출 높이를 하나의 3D 측정 시스템에서 확인하는 것이 이번 애플리케 이션의 핵심이다.
자료제공: SinceVision (www.sincevision.com)
