A laser weld placed on a center of a cylindrical lithium-ion battery cap is a component of a safety device called a current interrupt device (CID) that cuts off the current from the damaged battery cell. In this study, a laser ultrasonic inspection system is developed for noncontact and nondestructive inspection of laser welding conditions of the battery cap. An Nd: YAG pulse laser is used for Lamb wave generation, and the Lamb waves are measured from the front surface of the battery cap using a Laser Doppler Vibrometer. As the welding condition deteriorates, it induces the bending stiffness reduction, consequently increasing the Lamb wave amplitude. Based on this observation, an automated defect detection algorithm for welding condition inspection is developed. The proposed inspection system is potentially more attractive than X-ray methods for in-line inspection of battery caps because it can inspect them in a noncontact and nondestructive manner with high speed. Furthermore, the proposed inspection system can detect invisible weld defects on the back surface of the battery cap by inspecting its front surface. Finally, the effectiveness of the proposed inspection system is theoretically and experimentally examined using actual cylindrical battery caps, and its performance is cross-validated through conventional destructive testing.
원통형 리튬이온 배터리 캡 중앙에 배치된 레이저 용접은 손상된 배터리 셀에서 전류를 차단하는 전류 차단 장치(CID)라는 안전 장치의 구성 요소이다. 본 연구에서는 배터리 캡의 레이저 용접 상태를 비접촉 및 비파괴 검사하기 위한 레이저 초음파 검사 시스템을 개발하였다. Nd:YAG 펄스 레이저는 램파 생성에 사용되며 램파는 레이저 도플러 진동계를 사용하여 배터리 캡 전면에서 측정된다. 용접조건이 악화됨에 따라 굽힘강성 감소를 유도하여 결과적으로 램파 진폭을 증가시킨다. 이러한 관찰을 바탕으로 용접 상태 검사를 위한 자동 결함 검출 알고리즘이 개발되었다. 제안된 검사 시스템은 고속으로 비접촉 및 비파괴 방식으로 배터리 캡을 검사할 수 있기 때문에 배터리 캡의 인라인 검사를 위한 X-ray 방법보다 잠재적으로 더 매력적이다. 또한 제안된 검사 시스템은 배터리 캡 전면을 검사하여 보이지 않는 배터리 캡 후면의 용접 결함을 감지할 수 있다. 마지막으로 제안된 검사 시스템의 유효성을 실제 원통형 배터리 캡을 사용하여 이론적 및 실험적으로 검토하고 기존의 파괴 테스트를 통해 성능을 교차 검증한다.
