本日は、無錫日環センサー科技有限公司が、リチウム電池業界におけるレーザー位移センサーの活用方法についてご紹介します。具体的には、極板厚さ、巻き取り径、位置決めの3つの主要な応用分野を紹介します。
リチウム電池の製造工程は合計50以上の工程からなり、その中核となる工程には原材料のペースト調製、塗布、ロール圧延、巻き取り、組立、検査、封止などが含まれます。この精密な生産プロセスにおいて、レーザー位移センサーは非接触測定、高速サンプリング、高精度出力といった利点により、極板厚さの検査、セパレーター（隔膜）の巻き取り径監視、電池セルの組立位置決めなど、重要な工程で欠かせない測定ツールとなっています。
一、極板厚さの検査：塗布とロール圧延のマイクロメートル級「品質管理担当者」
核心検査要件
極板は電池セルの中心部構成要素であり、銅箔／アルミ箔集流体と正負極活性物質のコーティングを複合して作られます。集流体の厚さは通常8～20μm、コーティング層の厚さは50～150μm程度です。業界では極板全体の厚さ公差が±1μmにまで許容されています。極板の厚さの均一性は、電池の容量、重量、エネルギー密度などの性能指標を直接左右します。塗布およびロール圧延工程では、厚さが不均一な極板が破損する可能性もあります。わずかな厚さのばらつきでも、電池容量の低下や内部抵抗の増加を引き起こす恐れがあります。
選定時のポイント
レーザー位移センサーは通常、上下対射式の設置方式を採用しています。上部プローブは装置の上方に固定され、下部プローブは下方に固定されます。上下のセンサー間の距離を測定し、一定の間隔で厚さを算出します。センサーは横方向に直線運動するC型フレーム構造の上下アーム内に設置され、極板の幅方向に沿って往復走査することで、全面での検査が可能です。
選定時に特に注目すべきパラメータ：
繰り返し精度：リチウム電池極板の厚さ検査では、センサーの繰り返し精度がマイクロメートルレベル、あるいはサブマイクロメートルレベルに達することが求められます。一部の高精度モデルでは、繰り返し精度が0.25μm、さらには0.01μmに達することもあります。
サンプリング周波数：塗布・ロール圧延工程では、ライン速度が3～5m/s、さらに高い場合もあり、センサーによる連続的リアルタイム測定が要求されます。高周波サンプリングタイプは50kHz、最大160kHzに達することもあります。
測定範囲：極板厚さの変動や取り付け余裕に対応できるように設計が必要です。典型的な参考距離は30mm、測定範囲は±5mmです。
設置上の注意事項
同軸度の管理：上下対射式設置では、両センサーの光軸が厳密に同軸になることが必須です。通常、U字形の大理石製スタンドを使用して同軸度を確保します。
振動遮断：C型フレームの動きによる振動が測定誤差を引き起こすため、走査戦略の最適化やフィルタ処理によって振動影響を低減する必要があります。
較正：標準試料を使用した厚さ較正モジュールを採用し、2つのセンサーの同軸度や測定傾斜角による誤差を除去します。
表面反射処理：銅箔やアルミ箔は高反射材料であるため、設置前に現場で実際の測定を行い、センサーが異なる角度や距離で測定する際の安定性を確認することが推奨されます。高反射材料の場合、設置角度を調整したり、偏光フィルターを使用したりすることができます。
二、巻き取り径の測定：セパレーターと極板の巻き取りにおける「リアルタイム監視装置」
核心検査要件
極板やセパレーターなどの材料の巻き取り工程は、電池セルの成形品質を決定する最も重要な工程です。巻き取り径の均一性と安定性は、電池セルの容量出力の安定性や内部応力分布のバランスに大きく影響し、最終製品の安全性とも密接に関係しています。積層機または巻き取り機の作業中に、装置は常にセパレーターの残材状態をリアルタイムで確認し、材料不足時には作業員に新しい巻き取りを交換するよう通知する必要があります。
従来の方法では、サーボモーターの回転回数を数えて巻き取り状況を把握していましたが、セパレーターの巻き取り厚さにはばらつきがあるため、測定精度に限界がありました。
選定時のポイント
レーザー位移センサーは、放巻装置の上方に設置され、セパレーターの巻き取り面に合わせて配置されます。レーザー三角反射の原理を利用し、巻き取りの厚さ変化をリアルタイムで捕捉します。センサーは高周波サンプリングにより距離データを出力し、アルゴリズムを通じてリアルタイムで余剰材厚を換算します。
選定の重要なパラメータ：
検出範囲：異なる規格のロールに適応可能。典型的なモデルでは有効測定範囲が200～600mm、場合によっては400mmまで対応でき、小径の実験用ロールから大規模生産用ロールまで幅広くカバー可能です。
繰り返し精度：検出距離が200～400mmの範囲では、繰り返し精度が0.15mmに達し、従来の超音波センサー（1～2mm精度）と比べて約10倍の精度向上を実現します。
サンプリング周波数：ロール径の動的変化がある環境下でも、1kHzの高周波サンプリングによりロール厚の変化をリアルタイムで追跡でき、余剰材厚データはミリ秒単位で更新されます。
設置時の注意事項
設置位置：センサーはロール放送装置の上部に設置し、ロール表面に対して正確に合わせて、レーザー光斑が有効測定領域内にあることを確認する必要があります。
環境適応性：生産現場には振動や温度変化などの干渉要因が存在するため、優れた耐干渉性とIP67保護等級を備えた製品を選択すべきです。
コンパクト設計：リチウム電池機器の設置スペースが限られているため、コンパクト設計のセンサー（例：44.4×25×20mm）を優先的に採用し、既存の生産ラインレイアウトに影響を与えないようにする必要があります。
三、位置決め検査：バッテリーホルダーと蓋板の高さにおける「精密なスケール」
コア検査要件
リチウム電池セルの組立ラインにおいて、トップカバーの圧着後の高さが公差範囲内かどうか、またシェル口周辺に明らかな段差がないかは、セルのシール性および完成品品質を決定する重要な指標です。トップカバーの平面度が不足すると、シールが失敗する可能性があります。また、溶接工程では、高さのリアルタイムフィードバックを得て、溶接装置のZ軸補正を行うことで、溶接異常を防止する必要があります。
従来の接触式プローブは高速生産ラインで摩耗、反発、ワークのわずかな揺れによる数値変動が問題となります。一方、レーザー位移センサーは非接触測定方式を採用し、距離変化を直接読み取るため、高速組立ラインに適しています。
選定のポイント
測定ロジック：この工程で本当に必要なのは連続的な距離量であり、単なるオン/オフ信号ではありません。センサーは全体の高さと局部の段差を同時に判断できる必要があります。
出力方式：ON/OFF判定とアナログ出力を同時サポートしており、PLC、制御PC、データ収集モジュールへの接続が容易であることが望ましい。
測定範囲の選定：コンパクトな工程では、中心間距離が約50mm程度の規格を選ぶこと。測定範囲は適切であればよく、まず信号の安定性を確保することを優先してください。
設置時の注意事項
角度制御：センサーの設置時に被測定物に対して垂直な角度は±5°以内に保ち、レーザー光斑の歪みを防ぐ必要があります。反射率の高い端部の場合は、出射角を調整し、より安定した基準領域に測定ポイントを配置する必要があります。
基準設定：指導モードで上下の上限・下限ウィンドウを設定し、基準面と判定ウィンドウを明確に設定することで、同一工程で全体の高さだけでなく、圧着後の局部的な隆起や不均一性も識別できます。
複数センサーの連携：リチウム電池蓋板の平面度を測定する際には、複数のレーザー位移センサーの測定値を総合的に評価して、トップカバーの平坦性を判断する必要があります。
表面状態の評価：測定計画を決定する前に、以下の3点を確認してください。測定対象の表面状態、設置距離、そして必要な出力形式（オン/オフデータか連続変位データか）です。
選定のまとめ
アプリケーション場面 コア検査要件 主要選定パラメータ 設置上のポイント
極片厚さ マイクロメートルレベルの厚さ公差 繰り返し精度≤1μm、サンプリング周波数≥10kHz 上下対射、同軸設置、振動遮断
ロール径測定 リアルタイムの余剰材監視 検出範囲≥200mm、繰り返し精度≤0.2mm 放巻装置上方に設置、高周波サンプリング
位置決め検査 高さ／段差／平面度 中心間距離約50mm、アナログ出力 垂直角度≤±5°、複数センサー連携レーザー位移センサーがリチウム電池業界において果たす価値は、単に高精度を追求するのではなく、高いリズムで小型化された複雑な表面条件下でも、より安定性が高くシステムへの接続が容易なデータ型検出手段を提供することにある。極板の厚さ公差はマイクロメートル単位で測定され、巻き取り直径は電池セルの安全性に直接影響し、組立精度は完成品の良率を左右する——こうした重要な指標はすべて、オンライン・リアルタイム・非接触での精密測定を実現するためにレーザー位移センサーに依存している。
日環センシングは、リチウム電池業界向けの高精度レーザー位移センサー製品シリーズを提供しており、極板厚みの検出、巻き取り径の監視、電池ケースや蓋板の位置決めなど多様な応用シーンに対応しています。三角法やスペクトル共焦点測定など、さまざまな測定原理をサポートしています。製品は高速サンプリング、マイクロメートル級の繰り返し精度、産業レベルのノイズ耐性を備えており、専門的なリチウム電池業界向け測定ソリューションをご提供します。ぜひ日環センシングをフォローしていただき、ご自身のニーズに合った測定ソリューションをお求めください。
