特許 7380560 電池の検査装置および電池の検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-07

(45)【発行日】2023-11-15

(54)【発明の名称】電池の検査装置および電池の検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/04 20180101AFI20231108BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20231108BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALI20231108BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20231108BHJP

【ＦＩ】

G01N23/04

H01M10/48 A

H01M10/0585

H01M10/04 Z

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020530397

(86)(22)【出願日】2020-05-12

(86)【国際出願番号】 JP2020018924

(87)【国際公開番号】W WO2020250609

(87)【国際公開日】2020-12-17

【審査請求日】2023-04-03

(31)【優先権主張番号】P 2019107730

(32)【優先日】2019-06-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003159

【氏名又は名称】東レ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】村井 尚宏

【審査官】小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０８５６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０３９０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００９６９００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１０９６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２２８５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８７７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／０１６６８０２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２３／００ － Ｇ０１Ｎ ２３／２２７６

Ｈ０１Ｍ １０／００ － Ｈ０１Ｍ １０／４８

Ｇ０１Ｂ １５／００ － Ｇ０１Ｂ １５／０８

Ｇ０６Ｔ １／００ － Ｇ０６Ｔ ９／４０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池内部に略平行に複数格納された板状の電極を有する電池の前記電極の位置ずれを検査する電池の検査装置であって、Ｘ線源、該Ｘ線源からのＸ線を受光する受光器、および、前記電池と前記Ｘ線源との相対位置を前記電極が延在する方向に対して垂直な方向に変位させる変位手段、前記受光器の画像情報および前記変位手段の位置情報を取得し、該画像情報と位置情報に基づいて前記電極の位置を演算することで良否を判定する判断手段を具備し、前記の受光器は、下式を充たす撮像頻度で受光が可能なものであり、前記画像情報と位置情報に基づく演算は、板状の電極の各々について、撮像された画像の中から最も投影幅が小さい画像を選択し、該選択画像データから電極の位置ずれを検出することを特徴とする電池の検査装置。
Ｃｔ≧Ｍ×ｖｔ／Ｐ （式）
（ここで、Ｃｔは撮像頻度（１／秒）、Ｍは撮像における拡大率（ＦＯＤ／ＦＤＤ）、ｖｔは相対変位速度（ｍｍ／秒）、Ｐは受光器のピクセルサイズ（ｍｍ）である。）

【請求項2】

Ｘ線源、該Ｘ線源からのＸ線を受光可能な受光器、および、電池内部に略平行に複数格納された板状の電極を含む電池と前記Ｘ線源との相対位置を該板状の電極が延在する方向に対して垂直な方向に変位させる変位手段、前記受光器からの画像情報および前記変位手段の位置情報を取得するとともに、該画像情報と位置情報に基づいて演算を行い、電池の良否を判定する判断手段を少なくとも具備した電池の検査装置であって、前記の受光器は、下式を充たす撮像頻度で受光が可能なものであり、前記の画像情報と位置情報に基づく演算は、板状の電極の各々について、撮像された画像の中から最も投影幅が小さい画像を選択するステップと、該選択された画像のデータから電極の位置を演算するステップを含んでいる、電池の検査装置。
Ｃｔ≧Ｍ×ｖｔ／Ｐ （式）
（ここで、Ｃｔは撮像頻度（１／秒）、Ｍは撮像における拡大率（ＦＯＤ／ＦＤＤ）、ｖｔは相対変位速度（ｍｍ／秒）、Ｐは受光器のピクセルサイズ（ｍｍ）である。）

【請求項7】

電池内部に略平行に複数格納された板状の電極の位置を検査する電池の検査方法であって、
１）該板状の電極が延在する方向に対してＸ線を照射可能に配置されたＸ線源および該Ｘ線源からのＸ線を受光する受光器、ならびに該Ｘ線源と電極との相対位置を該板状の電極が延在する方向に対して垂直な方向に変位可能な手段を用いて、Ｘ線源と電極との相対位置を該板状の電極が延在する方向に対して垂直な方向に変位させながら前記複数格納された電極の全てに対して下式を充たす撮像頻度で撮像する工程、
Ｃｔ≧Ｍ×ｖｔ／Ｐ （式）
（ここで、Ｃｔは撮像頻度（１／秒）、Ｍは撮像における拡大率（ＦＯＤ／ＦＤＤ）、ｖｔは相対変位速度（ｍｍ／秒）、Ｐは受光器のピクセルサイズ（ｍｍ）である。）
２）撮像された電極の各々について、前記工程１）で撮像された画像の中から、最も投影幅が小さい画像を選択する工程、
３）該選択された画像の画像データに基づき電池内部における電極の位置を各電極について演算する工程、および、
４）該演算した結果に基づき電池の良否を判断する工程、を含む、
電池の検査方法。

【請求項12】

前記間接変換方式のＸ線検出器は、セル方式シンチレータを備える、請求項１１記載の電池の検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｘ線を用いて電池内部を検査する検査装置および検査方法に関して、特に電池容器内に層状に正極と負極とが交互に配置されてなるスタック型電池の検査において好適である電池の検査装置および検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、携帯電話などの機器の発達や電気自動車の実用化でリチウムイオン電池などの二次電池の需要が拡大している。リチウムイオン電池の正極板と負極板は平板状であり、負極板にリチウムの吸蔵および放出が可能な炭素質材料等が用いられるとともに、正極板にはＬｉＣｏＯ_２等の遷移金属とリチウムとの複合酸化物が用いられている。そして両電極の間にセパレータを介在させて幾層にも積み上げる積層構造（以下、「スタック型」ということがある）とした状態で電解液と共にケースに収納されている。

【0003】

このリチウムイオン電池において、正極板の位置がズレ、正極板の側端縁が負極板の側端縁より外側に出ていると、電池を使用しているうちに、外側に出ている正極板に金属リチウムが析出し、電極間がショートして発火することがある。そのため、常に正極板の側端縁が負極板の側端縁より内側に入った位置関係を保つことが安全上重要である。そこで、万一で電池の製造工程において電極の位置ズレが生じることを想定して、電極が容器内に封入されたあとにおいて、電極の位置ズレが発生していないかＸ線透視による検査がされている。

【0004】

Ｘ線を用いての電極の位置ズレを計測する検査としては、特許文献１及び２に記載の様に、電池のコーナー部にＸ線を電極と並行に照射して検査する方法が提案されている。しかしながらＸ線は線源の一点から放射状に照射されるために、電極の一枚ごとにＸ線の放射軸と電極とが平行となるよう電池を位置決めする必要がある。そのため、検査に非常に時間を要することとなる。また、例えば電池の製造工程における不具合で、電極を容器に収納するときに電極の先端部分が容器に接触するなどして、電極の先端が大きく曲がった場合、先端部分の位置（座標）を計測するときに先端部分が想定していた観察領域から外れてしまい、この観察領域から外れた位置で電極の先端座標として検出されることになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－１０９６５４号公報

【文献】特開２０１２－１６４６２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は上記の問題点に鑑み、電極の位置ズレを正確に短時間で検査できる、電池の検査装置及び電池の検査方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決する本発明の電池の検査装置は、電池内部に略平行に複数格納された板状の電極を有する電池の前記電極の位置ずれを検査する電池の検査装置であって、Ｘ線源、該Ｘ線源からのＸ線を受光する受光器、および、前記電池と前記Ｘ線源との相対位置を前記電極が延在する方向に対して垂直な方向に変位させる変位手段、前記受光器の画像情報および前記変位手段の位置情報を取得し、該画像情報と位置情報に基づいて前記電極の位置を演算することで良否を判定する判断手段を具備し、前記画像情報と位置情報に基づく演算は、板状の電極の各々について、撮像された画像の中から最も投影幅が小さい画像を選択し、該選択画像データから電極の位置ずれを検出することを特徴とした電池の検査装置である。

【0008】

すなわち、Ｘ線源、該Ｘ線源からのＸ線を実質的に連続的に受光可能な受光器、および、電池内部に略平行に複数格納された板状の電極を含む電池と前記Ｘ線源との相対位置を該板状の電極が延在する方向に対して垂直な方向に変位させる変位手段、前記受光器からの画像情報および前記変位手段の位置情報を取得するとともに、該画像情報と位置情報に基づいて演算を行い、電池の良否を判定する判断手段を少なくとも具備した電池の検査装置であって、前記の画像情報と位置情報に基づく演算は、板状の電極の各々について、撮像された画像の中から最も投影幅が小さい画像を選択するステップと、該選択された画像のデータから電極の位置を演算するステップを含んでいる、電池の検査装置、である。

【0009】

また、上記課題を解決する本発明の電池の検査方法は、電池内部に略平行に複数格納された板状の電極の位置を検査する電池の検査方法であって、
１）該板状の電極が延在する方向に対してＸ線を照射可能に配置されたＸ線源および該Ｘ線源からのＸ線を受光する受光器、ならびに該Ｘ線源と電極との相対位置を該板状の電極が延在する方向に対して垂直な方向に変位可能な手段を用いて、Ｘ線源と電極との相対位置を該板状の電極が延在する方向に対して垂直な方向に変位させながら前記複数格納された電極の全てに対して実質的に連続的に撮像する工程、
２）撮像された電極の各々について、前記実質的に連続的に撮像された画像の中から、最も投影幅が小さい画像を選択する工程、
３）該選択された画像の画像データに基づき電池内部における電極の位置を各電極について演算する工程、および、
４）該演算した結果に基づき電池の良否を判断する工程、を含む、
電池の検査方法、である。

【0010】

また、種々の改良された態様を提案する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、短時間で電極の位置ズレを検査することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態に係る電池検査装置の構成を示す模式図。

【図1a】Ｘ線照射器１（ａ）内部で行われる測定形態の例を表した模式図。

【図1b】Ｘ線照射器１（ａ）～１（ｈ）における電池角部に対するＸ線の照射方向の例を示す模式図。

【図2】スタック型リチウムイオン電池の基本的な構成の概念図。

【図3】照射領域内における電極の位置と、輝度ピークとの関係を表す模式図。

【図4】電池の良品・不良品判定工程の例を示すフローチャート図。

【図5】負極板末端の輝度プロファイルの模式図。

【図6】負極板末端の輝度ヒストグラムの模式図。

【図7】負極板がＸ線と平行となる画像を選択するステップの説明のための模式図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明について、スタック型リチウムイオン電池の電極位置の検査に適用した場合を例にとって、図面を参照しながら説明する。但し、以下で説明される具体的な例は本発明の一実施形態について例示し、説明するものであって、本発明は係る具体的な例に限定して解釈されるものではない。もちろん、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、以下で説明される具体的な例を改変して実施することは可能である。

【0014】

最初に、スタック型リチウムイオン電池の基本的な構成について説明する。図２はリチウムイオン電池（以下、単に「電池」ということがある）の要部を抽出した概念図を示す。図２（ａ）は、電池を側面から見た側面図であり、図２（ｂ）は、電池のＡ－Ａ’断面図である。また、図２（ｃ）は、Ａ－Ａ’断面図の一部を拡大した拡大断面図である。図２（ａ）～２（ｃ）に示すように、電池は、例えば、約１４０×８５ｍｍの正極板１４と、この正極板より縦横それぞれ数ｍｍ大きい負極板１５とが交互に層重ねられており、１層が約０．３ｍｍ、全体は約３ｍｍの厚みを有する電池であることができる。正極板１４と負極板１５の間には、薄い樹脂製のセパレータ（図示せず）が挟み込まれており、電極（正極板１４と負極板１５の総称とする。）の全体は、アルミケースなどの電池ケース１３に収納され、正極板と負極板（電極）の間隙は電解液（図示せず）で充填されている。また、各正極板には、正極リード１６が接続され、正極リード１６は１本に束ねられて外部に取り出されている。負極板１５も同様に、各負極板に負極リード１７が接続され、この負極リード１７は１本に束ねられて外部に取り出されている。

【0015】

このようなリチウムイオン電池において、正極板１４が負極板１５よりもその縁が外側に存在していると、充放電を繰り返して使用しているうちに、負極板１５よりも外側に存在する正極板１４の部分に金属リチウムが析出して電極間がショートし、発火することがある。そのため、正極板１４と負極板１５の位置関係を保ってズレが生じないようにすることが安全のため重要である。しかしながら完成した電池は、通常金属が用いられたケースの内部に電極が封入されることとなるので、電極が封入された後では、目視による電極位置の確認ができない。このため、電極の封入後に放射線で透視を行っての電極の位置ズレの検査が行われることとなる。

【0016】

本発明は、前記したスタック型リチウムイオン電池のような、電池内部に略平行に複数格納された板状の電極を検査する電池の検査方法である。ここで、略平行とは板状の電極が厳密に平行に格納されている必要が必ずしも無いことを意味し、平行に近い場合及び平行である場合を意味する。後述するとおり、本発明の検査方法は板状の電極が厳密に平行に格納されていなくとも効果的に検査を行うことが可能であるが、板状の電極は平行に格納されていることが充放電に伴っての化学反応の発生場所の偏りを無くす上では好ましい。また、板状の電極は平板状であることが生産性や電池の体積効率の点で好ましい。また、図２（ａ）にみられるように、該板状の電極は側面から投影した形状として矩形（好ましく、長方形または正方形）であることが電池として使用したときの体積効率を高める上で好ましい。

【0017】

本発明の電池の検査方法においては、Ｘ線源と該Ｘ線源からのＸ線を受光する受光器を用いる。用いることができるＸ線源としては特に制限は無い。また、公知のＸ線源を用いることが可能である。例を挙げると、Ｘ線源としては、Ｘ線ビームの発散点であるＸ線焦点の大きさが５０μｍ以下のマイクロフォーカスＸ線管を用いることが好ましい。Ｘ線管の管電圧には特に制限は無いが、スタック型のリチウムイオン電池は厚みが大きいことが多いので、Ｘ線を透過させるには管電圧が高い方が良く、１００ｋＶ以上のものを用いることが好ましい。

【0018】

また、受光器としては、時間的な意味で実質的に連続的に撮像可能なものであれば特に制限は無い。ここで、実質的に連続的に撮像可能の意味は、後述するとおり、個々の電極とＸ線源とは相対位置が変位されて撮像がなされるところ、相対位置の変位速度に比較して撮像（すなわち、画像データの取得）の頻度が十分に大きいことを意味する。すなわち、受光器のピクセルサイズをＰ（ｍｍ）、撮像における拡大率（ＦＯＤ/ＦＤＤ。図１（ａ）参照）をＭ、相対変位速度をｖｔ（ｍｍ／秒）としたとき、撮像頻度Ｃｔ（１／秒）との関係が、少なくとも、 Ｃｔ≧Ｍ×ｖｔ／Ｐ の関係を充たし、好ましくは、 Ｃｔ≧２×Ｍ×ｖｔ／Ｐ 、更に好ましくは、 Ｃｔ≧３×Ｍ×ｖｔ／Ｐ、特に好ましくは、
Ｃｔ≧５×Ｍ×ｖｔ／Ｐ の関係を充たす。 Ｃｔ／（Ｍ×ｖｔ／Ｐ）は大きいほど好ましいが、あまりに大きすぎても得られる測定精度に較べて演算処理が重くなるだけなので、その上限としては１０程度とすることが実用的である。

【0019】

更に、電極の投影像が実質的に連続的に変化し撮像可能なものであってもよい。投影像が実質的に連続的に変化するとは、個々の電極とＸ線源の焦点との相対位置が変位されて撮像されるところ、相対位置を正接とする角度が十分小さいことを意味する。つまり、電極の投影像の変位量をδｘ（ｍｍ）、変位点へのＸ線照射角度をθとし、Ｘ線管焦点とＸ線受光器表面との間の距離をＦＤＤ（Ｆｏｃｕｓ ｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）すると、正接tanθ=δｘ/ＦＤＤの撮影ごとのθ間隔が５度以下であれば十分である。撮影頻度Ｃｔとの関係としては、Ｃｔ≧Ｍ×ｖｔ／δｘである。

【0020】

受光器としては、汎用の２次元のＸ線検出器で構わないが、工業用途に利用するためには高い信頼性が実現できて、検出器の外周部でも精度良く検出する精度の面も考慮すると間接変換方式のＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を使用するのが好ましい。間接変換方式のＦＰＤは、直接変換方式の検出器と比べて、使用可能温度等の制約がなく、機械的強度も優れている。そのため、間接変換方式のＸ線検出器は、取扱性に優れる。さらに、間接変換方式のＦＰＤは、セル方式シンチレータを備えることが好ましい。間接変換方式のＦＰＤにおいては、放射線を可視光に変換するために、シンチレータパネルが使用される。シンチレータパネルは、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）等のＸ線蛍光体を含み、放射されたＸ線に応じて、Ｘ線蛍光体が可視光を発光し、その発光をＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）で電気信号に変換することにより、Ｘ線の情報をデジタル画像情報に変換する。しかしながら、間接変換方式のＦＰＤは、Ｘ線蛍光体が発光する際に、蛍光体自体によって、可視光が散乱してしまう等の原因により、画像の鮮鋭性が低くなりやすい。一方、セル方式シンチレータが採用されたＦＰＤは、隔壁で仕切られたセル内に蛍光体が充填されているため、可視光の散乱の影響を抑えることが可能となる。その結果、セル方式シンチレータを具備するＦＰＤは、鮮鋭度が高く、リチウムイオン電池の電極の末端位置や欠陥位置を高精度に検出し得る。大面積かつ高鮮鋭なセル方式シンチレータを容易に形成し得る点から、ガラス粉末を含有する感光性ペーストを用いて、ガラスを主成分とする隔壁をフォトリソグラフィーにより加工して作製されたセル方式シンチレータであることがより好ましい。

【0021】

Ｘ線検出器の光受光素子のピクセルサイズは特に限定されないが、一辺が２０～３００μｍであることが好ましく、５０～１５０μｍが最も好ましい。ピクセルサイズが２０μｍ未満である場合、電極の変形や欠陥に寄与しない微小な不純物まで検出し良品を不良品と誤って判断する可能性がある。また、このようなピクセルサイズでは、画像データが膨大となり、信号読み出し、画像処理に要する時間が長くなる傾向がある。一方、ピクセルサイズが３００μｍを超える場合、電極の位置を充分に検出できない可能性がある。

【0022】

Ｘ線検出器は、搬送面を挟んでＸ線源に対向した位置に、Ｘ線ビームの中心軸と検出器中央が一致するよう、また照射軸が検出器面に垂直になるよう設置することが一般的であり、なおかつ好ましい態様である。なお、Ｘ線管焦点とＸ線検出器表面との間の距離ＦＤＤ（Ｆｏｃｕｓ ｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）と、Ｘ線管焦点とリチウムイオン電池との距離ＦＯＤ (Ｆｏｃｕｓ ｔｏ Ｏｂｊｅｃｔ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）との比である拡大率Ｍ（ＦＯＤ/ＦＤＤ）は、３倍以上が好ましい。また、Ｘ線管とＸ線検出器とは、ＦＤＤは一定間隔を保つように配置することが好ましい。

【0023】

また、本発明の検査方法においては、Ｘ線源と電極との相対位置を該板状の電極が延在する方向に対して垂直な方向に変位可能な手段を用いる。すなわち、一方から一方をみたときの変位ベクトルにおいて板状の電極が延在する方向（すなわち、板状の電極の最も広い面が拡がっている方向）に対して垂直な方向にベクトルを持つ変位をさせてゆけば、全ての板状の電極を側方あるいは上方または下方から観測することができる。最も典型的な変位は、各板状の電極は最も広い面を他の電極に向かい合わせて配列して格納されている（従って、電池内部において該面が略平行な状態で格納されている）ところ、該面に対する法線方向への変位である。

【0024】

ここで、変位させる手段としては特に制限は無いが、電池を移動させるコンベアなどの搬送手段、架台などに取り付けられたＸ線源および受光器を移動させる移動手段、あるいはその両方を用いることが挙げられる。

【0025】

次に、最も典型的な例として、コンベアにて電池を搬送しつつ、電池の上方からＸ線を照射し、電池を検査する方法を挙げて図を参照しながら本発明を説明する。なおここで、説明を簡単なものとするため、電池の搬送方向と電池に略平行に格納された板状の電極の最も広い面の法線方向とは一致しており、Ｘ線源と受光器の距離（ＦＤＤ）は測定期間中を通じて一定である場合を取り上げて説明する。なお、電池の搬送方向と電池に略平行に格納された板状の電極の最も広い面の法線方向とが多少ずれていてもその方向が判っていれば演算処理において補正が可能であることは容易に理解できるであろう。Ｘ線源と受光器間の距離についても然りである。

【0026】

図１に掲げた例おいて、Ｘ線検査装置１は、筐体２を備えている。筐体２は、電池を搬送するための一軸方向に移動する移動機構を備えた搬送装置７に組み込まれている。搬送装置７は、電池の生産設備の一部とすることができ、その場合、Ｘ線検査装置１の一部でもあり、載置された電池８を所定の移動方向に搬送する搬送面を備えた搬送機構である。なお、搬送装置が透過Ｘ線画像に写らないよう、搬送装置の搬送面の短辺（言い換えると、搬送面の幅）の長さは、電池８の搬送面との接触面の当該幅方向の長さよりも短い搬送装置を用いることが好ましい。筐体２には、電池８が搬入される搬入口３と、電池８が搬出される搬出口部４が備わっている。搬送装置７は、搬入口３、搬出口４を通って筐体２を貫通している。作業者の安全のため、筐体２、搬入口３、搬出口４は、内壁に鉛、ステンレス等のＸ線を遮蔽可能な金属からなる遮蔽壁を備えており、搬入口３、搬出口４の開口部には外部へのＸ線の漏洩を防止する、ゴム製の遮蔽カバーを備えていることが通常である。搬送装置７の上方にはガイド部材６が設けられており、ガイド部材６は、電池８を搬送装置７上の幅方向の中央の位置で搬送されるように案内している。ガイド部材６は、電池８を幅方向で挟むように、左右で一対、合計４本設けられている。ガイド部材６は、Ｘ線透過率の高い材質であり、搬送路と同様に開口部３から開口部４まで貫通するように連続して設けられている。搬搬送装置７には、電池８が搬送中に転倒しないよう、固定ガイド５が設けられており、電極が搬送方向に対して直角になるように電池８を搬送機構の所定の位置に載置する。

【0027】

図１ａは、図１に示すＸ線検出器１（ａ）の内部を模式的に示した図である。図は斜め上から見たものである。筐体２内に搬送された電池８とＸ線ビームを照射するＸ線管（Ｘ線源９）と、検査対象の電池を透過したＸ線を透過画像として２次元で検出するＸ線検出器１２（受光器）との位置関係を説明する図である。なお、Ｘ線管に高電圧の電力を供給する高圧発生器や、管電圧・管電流を制御するＸ線制御器などの付帯設備は図示していない。通常Ｘ線ビームは放射状に照射されるため、Ｘ線が照射された空間は通常円錐状となる。放射状に照射がされるために、Ｘ線管に近い物質はＸ線検出器１２において大きな像として撮像され、遠い物質はＸ線検出器１２において小さい像として撮像される。従って、被測定物が同じ形状をしているのであれば、像の大きさから被測定物の測定がされたカ所とＸ線源との距離を知ることができる。また、Ｘ線検出器１２から出力された信号（画像情報）は、信号を処理する画像処理装置に送られ、データ処理部（図示せず）によって処理され、良否判定がなされる。信号処理部やデータ処理部は筐体２の内部に収納することができる。

【0028】

また、図１ａに示すように、Ｘ線の照射領域を板状の電極の群の角部を照射するようにＸ線源を配置すれば、板状の電極のそれぞれは先が細い像として撮像され、撮像された画像の先端が電極の角を示すこととなる。撮像された像における角の位置で以て電池内における角の位置を知ることができる。Ｘ線の照射領域の中心軸１０と電極の上辺となす角度α（なお、通常、電極の上辺と電池の上面はほぼ平行なので、便宜上、Ｘ線の照射領域の中心軸１１と電池の上面となす角度でもって代用できる）は、良好な測定精度を得やすいことから１０～６０°であることが好ましい（図１ａ参照）。また、１つの角部だけでなく、電池８の４つの角部Ｃｒ１～Ｃｒ４をさらに照射、また更に好ましく同角部に対して反対方向から照射（図１ａの例にあっては、下側から上側に向かって照射）することで、電極の寸法情報が予め判っていれば、各電極の電池内の存在位置についての情報（電池内における絶対的な位置情報あるいは板状の電極の相互の位置関係情報）を得ることができる。図１ｂは、電池８を側面からみて、Ｘ線検出器１（ａ）～１（ｈ）において、Ｘ線が照射される角部と照射方向（図１ｂ中、ａ～ｈ）の例を示している。なお、測定精度の観点からは搬送装置や電池端子の部分が撮像されないようにＸ線源９とＸ線検出器１２は配置されるべきである。１つの角に対して、２方向からＸ線の照射を行うことで高い精度で位置情報を得ることができる。

【0029】

撮像は、電池に複数格納された電極の全てに対して実質的に連続的に行われる。電池８が搬送装置７によって搬送されてゆくことで、板状の電極の全てがＸ線の照射領域を通過することなり、また、撮像を実質的に連続的に行うことで、画像解析に十分な情報を得ることができる。

【0030】

次に、撮像された画像の処理および演算の工程および電池の良否の判断の工程について説明する。画像処理や演算は、電子計算機を用いて行われる。この電子計算機は搬送装置７やＸ線源９の制御装置を兼ねていても構わない。

【0031】

前記のとおり、板状の電極の群は搬送装置７によって搬送されることでＸ線源９からのＸ線の照射領域に入る。このとき、最初に入った電極は最初に観測される像として認識される。電池の搬送に伴って像の位置は移動するが、搬送速度が判っていれば、像と電極との対応関係は追跡可能である。また、電池内の電極の数をｎとすると、最初の電極がＸ線の照射領域に入り、最後の電極がＸ線の照射領域から出るまでの間で、ｎ枚の電極の各々について、Ｘ線の照射領域（正確には、Ｘ線検出器１２で検知・撮像が可能な範囲）に入り、また、出るまでの画像情報を得ることができることとなる。

【0032】

続いて、各撮像された電極において、撮像された画像の中から最も投影幅が小さい画像を選択することについて説明する。Ｘ線は線源から放射状に照射されるために、照射領域に入って直ぐの状態では電極の最も広い面に多くのＸ線が照射されることとなる。このため、当該電極の像の幅は係る面への総照射量が多いほど大きくなる。撮像される画像としては、電極の角部に対応する像の位置からの広がりが大きな像となる（図３、１９－ａ）。電極の移動に伴い、照射領域の中央部に近づくにつれて、電極の最も広い面への総照射量は減ってゆくので、像の広がりは次第に小さくなってゆき、電極を照らすＸ線と電極の最も広い面とが平行になったとき、理想的にＸ線は板状の電極の端面しか照射しないこととなるので、電極の角部に対応する像の位置からの広がりが最も小さな像、つまり最も投影幅が小さい画像として得られる（図３、１９－ｂ）。

【0033】

複数の板状の電極は理想的には最も広い面が平行に格納されているが、実際はやや平行からずれた状態で格納されることもあるので、全ての電極においてＸ線検出器１２の同じ位置で撮像された画像が、最も投影幅が小さいものとなるとは限らない。そこで、各電極について撮像された画像の中から最も投影幅が小さい画像を選び出すことに拠って、電極を照らすＸ線と電極の最も広い面とが最も平行に近い状態になったときの画像として抽出することができる。最も投影幅が小さいことは、例えば、画像先端部の角度あるいは画像先端部から一定距離離れた場所での画像の幅で知ることができる。なお、実質的に連続的に撮像がなされているので、確実にｎ枚の電極の各々について、画像の抽出を行うことが可能である。また、撮像の頻度が多ければ多いほど電極を照らすＸ線と電極の最も広い面との平行度が高い画像を抽出することができ、測定の精度は高くなる。

【0034】

抽出された画像において、板状の電極の厚みが既知であれば、画像の幅はＸ線源からの距離を表すこととなるので、撮像された時点の情報と合わせて演算すれば、電極の端面の位置を特定することが可能である。また、電極群の角部に対してＸ線の照射を行った場合にあっては、画像の先端位置が電極の角の位置を与えることとなり、画像の幅が電極端面に関する位置情報を与えることとなる。また、隣接する電極から得られるデータを参照することで、各電極の位置関係を把握することができる。なおここで、角部への照射は板状の電極の角部に対して角を構成する二辺を透過する方向に行うことが望ましい（図１ａ参照）。

【0035】

そして、判断工程では、得られた電極の位置に関する情報と規格（合否基準）とを参照して、合否判定を行い、結果を表示装置および／または制御装置系に出力する。

【0036】

以下、この例を更に詳しく説明する。

【0037】

図４は、測定フローの一例を示すフローチャートである。ステップＳ０１において搬送装置によって電池をＸ線検査装置に搬入されると、ステップＳ０２において、測定対象の電池がＸ線の照射領域に進入し、照射領域から出て行くまでの間で、全ての電極（電極枚数をｎとする）に対して複数枚（Ｎ枚）のＸ線透過画像を取得する。ここで、メモリーに格納されたＮ枚の透過Ｘ線画像は撮像順にＩ（ｋ）（ｋ＝１,２,・・・,Ｎ）とする。Ｘ線透過画像は、Ｘ線検出器１３でＸ線の透過強度を、輝度値として二次元で出力した画像である。Ｘ線の透過強度が強い箇所は輝度値が高く（明るく）、反対に弱い箇所は輝度値が低く（暗く）検出される。

【0038】

ステップＳ０３で、保存したＸ線透過画像Ｉ（ｋ）を番号ごとに読み出し、読み込んだＸ線透過画像から負極板の輝度プロファイルを取得する。図５には、電極がＸ線の照射領域に入ったある時点での、Ｘ線透過画像、及び、負極板の末端近傍の輝度プロファイルを示している。輝度プロファイルは、負極板末端近傍の輝度を電極の整列方向に対して取得し、縦軸に輝度値、横軸に電極の整列方向としたグラフとして表すと、極大、極小を複数持った、波形のような形２０として得られる。極小値の位置が負極板の位置を示している。先述のとおり、電池が移動することで輝度ピークの位置は変化してゆくが、電池の移動速度は既知であるから、各透過画像における輝度ピークの各電極への帰属は可能である。全てのＸ線透過画像について輝度プロファイルを取得し、ステップＳ０４では、取得した負極板の輝度プロファイルから負極板に対応した極小値の個数（Ｌ）を求める。ステップＳ０５では、ステップＳ０４で求めた極小値の個数（Ｌ）と電極の枚数ｎとを比較し、Ｌとｎが一致しているか、すなわち極小値の個数（Ｌ）と負極板の枚数が同数であるか、を比較し、一致しない場合は電極が見かけ上は不足又は過剰となるような状態、例えば、電極が一体化した状態あるいは剥離した状態、であるため不良品と判定する。一致する場合は次のステップに進む。

【0039】

ステップＳ０６～１１は電極各々について着眼し、各電極について、Ｘ線と平行（あるいは略平行）となっている画像を選択するステップである。図５に示されるように一枚の電極について着眼すると、Ｘ線透過画像はＸ線の照射領域に入ってから出るまでにピークの形状は変化してゆくが、まずステップＳ０６では各画像から抽出されたその電極のＸ線透過画像において、末端部分（ピークの先端の領域）にＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）を設定し、該部分における輝度のヒストグラムを得る。このＲＯＩは、隣接する電極に由来するピークを含まないように高さ及び幅（図６および図７に示された長方形を参照）を決定する。ＲＯＩの面積は演算に支障が出ない限り任意である。なお、ピークの像は演算対象とする画像が映っている撮像画像の枚数分得られるが、ＲＯＩの高さと幅は演算対象とする電極にあっては同じであることが、演算が簡便となるので望ましい。一方で、撮像された画像における隣接する電極の像との重複関係なども考慮して演算対象とする電極毎には変えることができる。また、ピークの頂点のＲＯＩ中における位置は同じ位置（図７を参照して説明すると、輝度ピークの頂点を、ＲＯＩを示す長方形の上辺の中点下に位置させるとともに、上辺からの距離を一定とする）となるように設定するべきである。ここで、輝度のヒストグラムとは、輝度値を横軸に、その輝度値を示したピクセルの数を縦軸にとった図である。図６に輝度のヒストグラムの例を示す。電極とＸ線が平行でない場合には、図６の左図に示すように輝度の低い、すなわち電極でＸ線が減衰されて検出器に到達した、ピクセル数が多くなり、輝度の高い、すなわちＸ線が電極に殆ど遮られることなく検出器に到達した、ピクセルの数が少なくなる。電極とＸ線とが平行な状態に近づくにつれ、輝度の低いピクセルの数は小さくなり（図６の左図から中央図）、平行あるいは平行に近い状態（図６の右図）では輝度の低いピクセルの数は最小となり、一方で輝度の高いピクセルの数は最も多くなる。ステップＳ０７では輝度のヒストグラムから平均輝度Ｍ_ｋＬ、輝度の標準偏差σ_ｋＬ、輝度の中心値Ｃ_ｋＬ（（最大輝度値＋最小輝度値）÷２）、輝度分布における歪度の絶対値｜Ｓ_ｋＬ｜を算出する。図６の輝度のヒストグラムに、平均輝度、標準偏差、輝度の中心値を図示している。ステップＳ０８で、標準偏差σ_ｋＬ、輝度の中心Ｃ_ｋＬ、を平均輝度にて規格化したσ’_ｋＬ(=σ_ｋＬ/Ｍ_ｋＬ)、規格化中心値Ｃ’_ｋＬ(=Ｃ_ｋＬ/Ｍ_ｋＬ)を求め、ステップＳ０９ではＰ_ｋＬ＝｜Ｓ_ｋＬ｜×Ｃ’_ｋＬ /（σ’_ｋＬ）^４で定義した平行度を算出する。

【0040】

ステップ１０では、対象とする負極板が撮像された画像から求められた平行度Ｐ_ｋＬを比較し、最も高い平行度Ｐ_ｋＬを示すＸ線透過画像が対象とする負極板とＸ線とが最も平行に近い状態にある画像（Ｉ_{Ｌ”-ｐａｒａ}）となる。例えば、ある負極板が撮像されているＸ線透過画像が１４枚であった場合、Ｘ線透過画像（Ｉ（１）～Ｉ（１４））の平行度Ｐ_ｋＬの値とＸ線透過画像の関係は図７のようになる。この場合、Ｉ（８）がその負極板とＸ線とが最も平行に近い状態にある画像（Ｉ_{Ｌ”-ｐａｒａ}）である。

【0041】

これを全ての負極板について行い、各々の負極板に対応したＩ_{Ｌ”-ｐａｒａ}が求められる。

【0042】

続いて、各負極板に対応して抽出された画像Ｉ_{Ｌ”-ｐａｒａ}を用いて負極板と正極板の位置関係を求める。

【0043】

ステップＳ１２では、画像Ｉ_{Ｌ”-ｐａｒａ}を適切な輝度で二値化処理し、パターン認識により正極板１４の輪郭線、負極板１５の輪郭線を抽出する。得られた輪郭線の末端部分、末端部分は電極の角部に対応している、の座標（ちなみに、輝度プロファイルでは極小値、極大値に対応する部分となる）を、正極板では（Ｘ_ＣＬ”、Ｙ_ＣＬ”）として、負極板では（Ｘ_ＡＬ”、Ｙ_ＡＬ”）として求める。このとき、Ｘを電極が整列する方向とし、Ｙは電極が整列する向きとは垂直の方向で電極末端が大きな数値となるよう画像を座標変換しておくことが簡便である。これを各電極について求めた画像Ｉ_{Ｌ”－ｐａｒａ}について行い（ステップＳ１２～Ｓ１３）、全ての電極について終了した場合はステップＳ１４に進む。

【0044】

ステップＳ１４では、隣接する正負極板の末端座標間の距離ＤＸ_０Ｌ’’＝｜Ｘ_{ＡＬ’ ’}－Ｘ_ＣＬ’’｜，ＤＸ_１Ｌ”＝｜Ｘ_{Ａ(Ｌ”＋１)}－Ｘ_ＣＬ”｜、ＤＹ_０Ｌ”＝Ｙ_ＡＬ”－Ｙ_ＣＬ”，ＤＹ_１Ｌ”＝Ｙ_{Ａ(Ｌ”＋１)}－Ｙ_ＣＬ”を求める。ステップＳ１５では、電極ごとの良否判定を、Ｘ方向、Ｙ方向のずれの許容量をそれぞれΔＸ、ΔＹ（ΔＸとΔＹは正の実数）として、０＜ＤＸ_０Ｌ”＜ΔＸ，かつ ０＜ＤＸ_１Ｌ”＜ΔＸ、かつ、０＜ＤＹ_０Ｌ”＜ΔＹ，かつ ０＜ＤＹ_１Ｌ”＜ΔＹのとき負極板Ｌ”、及び隣接する正極板について、良品とし、他の場合を不良品とする。不良品判定がでなかったとき、測定対象とした１つの電池の角部に対して良品と判定する。他の３カ所の角部についても同様にして求め、４つの角部の全てが良品判定されたとき、総合で良品として判定する。

【0045】

（産業上の利用可能性）
本発明によれば、電池を積層面に垂直な方向に移動しながらＸ線透過画像を取得するので、様々なＸ線照射角度で撮影した電極のＸ線画像を複数取得することができ、また、電極各々についてＸ線と平行となる画像を、取得した複数の画像から演算によって求めることで、たとえ電極の先端が多少曲がっている場合においても、電極一枚ずつがＸ線と平行となるよう位置決めする必要がなく、短時間で高容量スタック型電池の電極の位置ズレを検査することができる。

【符号の説明】

【0046】

１、１（ａ）～１（ｈ） Ｘ線検査装置
２ 筐体
３ 搬入口
４ 搬出口
５ 固定ガイド
６ ガイド部材
７ 搬送装置
８ 電池
９ Ｘ線源
１０ Ｘ線光軸
１１ Ｘ線
１２ Ｘ線検出器
１３ 電池ケース
１４ 正極板
１５ 負極板
１６ 正極端子のリード
１７ 負極端子のリード
１８、１８－ａ、１８－ｂ、１８－ｃ 電極
１９、１９－ａ、１９－ｂ、１９－ｃ Ｘ線透過像
２０ 電極末端部の輝度プロファイル
２１－ａ、２１－ｂ 負極板に由来するＸ線透過像
２２－ａ 正極板に由来するＸ線透過像
ａ～ｈ Ｘ線の照射方向

【図1】

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】