CN103149212B - 纽扣电池在线质量检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于产品质量检测领域，特别涉及纽扣电池的在线质量检测系统。目的是提供一种精度好、而且效率高的纽扣电池在线质量检测系统。一种纽扣电池在线质量检测系统，所述检测系统包括下位机系统和上位机系统，上、下位机系统之间通过系统集成模块通信连接；上述下位机系统包括电流电压检测模块和机器视觉检测模块，电流电压检测模块包括用于连接待测试纽扣电池的金属探针模块、中央处理器模块和附属感应模块；上述机器视觉检测模块包括图像采集模块和图像处理模块，图像采集模块由光源、工业相机和镜头组成；图像处理模块实现对采集的图像进行分析、处理、小波分析、特征提取、模板匹配、缺陷检测等操作。

Description

纽扣电池在线质量检测系统

技术领域

本发明属于产品质量检测领域，特别涉及纽扣电池的在线质量检测系统。

背景技术

纽扣电池也称扣式电池，是指外形尺寸像一颗小纽扣的电池，一般来说直径较大，厚度较薄(相对于柱状电池如市场上的5号AA等电池)。纽扣电池是从外形上来区分，同等对应的电池分类有柱状电池，方形电池，异形电池。纽扣电池一般来说常见的有充电的和不充电的两种，比较常见的纽扣电池有用于玩具和礼品上的AG3、AG10、AG13电池，电脑主机板上的CMOS电池等。

纽扣电池因体形较小，故在各种微型电子产品中得到了广泛的应用，它的外表为不锈钢材料，并作为正极，其负极为不锈钢的圆形盖，正极与负极间有密封环绝缘，密封环用尼龙制成，密封环除起绝缘作用外，还能阻止电解液泄漏。

纽扣电池的使用场合决定了其质量检测要求更高，目前人工检测方法已逐渐不能满足现代制造业的效率要求。基于机器视觉的检测正成为当前机器视觉领域的研究热点，以便克服传统的人工检测方法带来的检测速度慢、精度不统一、劳动量大等问题。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供一种精度好、而且效率高的纽扣电池在线质量检测系统。

本发明质量检测系统具体包括：

一种纽扣电池在线质量检测系统，所述检测系统包括下位机系统和上位机系统，上、下位机系统之间通过系统集成模块通信连接；

上述下位机系统包括电流电压检测模块和机器视觉检测模块，电流电压检测模块包括用于连接待测试纽扣电池的金属探针模块、中央处理器模块和附属感应模块，中央处理器模块包括MCU处理器、并行式AD转换器、电流电压采样处理电路和并行接口电路，附属感应模块包括待测电池进行电流电压测试时对所用探针板之间行程进行控制的可调限位开关；上述机器视觉检测模块包括图像采集模块和图像处理模块，图像采集模块由光源、工业相机和镜头组成；图像处理模块实现对采集的图像进行分析、处理、小波分析、特征提取、模板匹配、缺陷检测等操作。

上述上位机系统包括用于系统启动、初始化的测试模块、通讯处理模块、对所采集的图像进行选择、匹配等操作的图像处理模块和界面显示模块，上述通讯处理模块用于上位机系统与下位机系统相互之间的通信控制，并存储和处理电流电压检测模块和机器视觉检测模块采集的数据。

上述上位机系统通过RS485通信协议与下位机系统连接。

上述电流电压检测模块包括如下检测参数：①电压检测点：3.28V；电压公差模式：上下偏差；公差范围：0％-10％；②电流检测点：300MA；电流检测模式：上下偏差；公差范围：0％-30％；③检测阵列：根据检测电池系列决定，一般有三种规格：4行5列、5行6列、5行8列；④电压测试负载：不带负载测试；⑤自动测试下压延时：0ms默认；⑥同时检测纽扣电池的电流与电压模式。

上位机系统的图像处理模块是基于Windows编程平台开发软件系统，实现对采集的图像进行分析、处理、小波分析、特征提取、模板匹配等操作。

所述的纽扣电池在线质量检测系统，具有如下工作模式：

系统初始化并自检，进入睡眠模式；

当有任务时，进入工作模式，各模块进入就绪状态；

判断任务类型，根据任务类型转入相应的处理模块：

任务若是检测，启动电流电压检测模块采集数据，经处理器处理后，判断是否需要向监控中心发送数据，若需要，则转入发送任务，否则进入睡眠模式；

任务若是发送，则启动收发装置发送数据，发送完成后进入睡眠模式；

任务若是接收，则启动收发装置接收数据，接收完成后进入睡眠模式。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

其一，本发明的纽扣电池在线质量检测系统与方法，包括相互连接的电流电压检测模块和机器视觉检测模块；电流电压检测数据通过AD传感器连接的接口电路与上位机系统的处理通讯模块相连接，并且实现同时测量纽扣电池的电流电压量，而且所用结果为数字量输出，抗干扰能力强，易于处理。

其二，本发明的机器视觉检测实现了纽扣电池表面的缺陷检测，不但节约了人力资源成本，而且提高了检测效率及其检测精度，可以通过统计分析自动识别纽扣电池表面潜在的缺陷，然后根据对比度、纹理或几何形状等方面的相似性对缺陷进行分类。用户只需调整系统的缺陷检测灵敏度并为各缺陷分配名称或阈值，以此识别不同类型的缺陷。在生产过程中，系统会根据用户定义的类别自动对缺陷进行分类。

其三，本发明设计的用于纽扣电池在线质量检测系统各模块的设计，采用了低功耗措施：①选用了低功耗、集成度高的元器件；②采用了单电源、低电压的供电方式；③对电流电压检测、机器视觉检测都采用了分区、分时供电技术，只有当该模块工作时才供电，不工作的模块不供电；④各检测模块通常处于睡眠模式，只在有任务时才进入工作模式，任务完成后，立即进入睡眠模式；⑤通信模块采用尽可能高的波特率，发送接收都采用中断模式，通信结束马上进入低功耗状态。

附图说明

图1是本发明系统框图。

图2是电流电压检测模块工作流程示意图。

图3是机器视觉检测模块工作流程示意图。

图4是本发明检测系统工作模式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案、工作原理作进一步解释说明。

见图1，本发明纽扣电池在线质量检测系统，包括下位机系统和上位机系统，上、下位机系统之间通过系统集成模块通信连接；下位机系统包括电流电压检测模块和机器视觉检测模块。

电流电压检测模块包括硬件设计模块和软件实现模块，其中，硬件设计模块、软件实现模块与系统集成模块相连接通讯，且通过所述系统集成模块传递信息，硬件模块由金属探针模块、中央处理器模块和附属感应模块组成，硬件设计模块的金属探针模块用于前端测试元件，用来连接电池正负极至检验电路中，以串并联混合电路连接方式相互连接。

硬件设计模块的中央处理器模块包括MCU处理器、并行式AD转换器、电流电压采样处理电路和并行接口。MCU采用高速1T单片机，以提高数据处理速度；并行式AD转换器，提高采样速度；电压电流采样处理电路，对电池进行瞬间电流电压采集，并将处理好的数据传输给AD模块；并行接口用于与上位机进行并行通讯，将统计不合格的电池坐标数据及个数传递给上位机，采用并行接口提高数据传输速度。

硬件设计模块的附属感应模块包括可调限位开关、红外传感器1和红外传感2。其中，可调限位开关用于上下探针板之间，保证上下探针板之间的行程限位；红外传感器1用于避免探针板运动过程中有工人手伸入探板导致工伤(可选用)。红外传感器2位于定位开关，当一板待测电池随流水线运行至测试区时，检测系统开始工作。

电流电压检测的软件实现模块是根据电流电压检测工作流程，执行上位机发送的任务过程，驱动硬件设备执行相应的命令完成纽扣电池的电流电压检测，并发送其检测结果到上位机系统。

机器视觉检测模块包括机器视觉检测的图像采集模块和图像处理模块。图像采集由光源、相机和镜头组成。用于纽扣电池的图像采集，采集的图像通过1394接口传送到上位机系统。图像处理模块基于Windows编程平台开发软件系统，对采集的图像进行数字化处理、图像预处理、图像分割、特征选择与特征提取、模板匹配、分类识别等算法操作。机器视觉检测模块用于纽扣电池表面的缺陷检测，纽扣电池表面的缺陷包括正负极面划痕、凹坑、污点、锈斑、商标不全、光板、错装等缺陷种类。

系统集成模块包括下位机系统与上位机系统及其之间的通信、发送命令、执行命令、反馈命令的执行过程。下位机系统包括电流电压检测模块、机器视觉检测模块。上位机系统包括测试系统模块、通讯处理系统模块、图像采集及其图像处理系统模块、界面显示系统模块。上位机系统通过RS485通信协议与下位机系统相连接；上位机系统对下位机系统发送命令，并监控下位机系统的任务执行状态。

下位机系统通过PLC控制系统控制上料、下料、传输及检测过程。PLC控制系统与上位机系统通信，接受上位机的命令，控制下位机系统执行任务。PLC将执行任务的完成消息反馈给上位机系统。上位机系统根据PLC反馈信息情况，作出执行状态判断，并发送执行下一步命令。

上位机系统的测试系统模块用于系统启动、初始化过程监测，完成系统初始化工作；通讯处理系统模块，用于上位机系统与下位机系统相互之间的通信过程，实现上位机系统与下位机系统的连接，控制下位机系统的操作，存储和处理电流电压检测模块和机器视觉检测模块采集的数据以及其它模块发来的数据，并与其它模块进行通讯交换信息。

上位机系统的用户界面显示模块包括测试系统模块显示、电压电流检测系统显示模块、机器视觉检测系统显示模块，并将其各显示模块的检测结果显示；机器视觉检测测试效果显示及其检测实时显示。界面显示模块还包括实时监测状态过程的故障报警显示状态、停止维修状态；产品检测数据的历史查询及其打印功能。

作为对相应技术的进一步改进：

电流电压检测的设计特征实现了纽扣电池的电流、电压同时检测；并且兼容各种规格纽扣电池的电流电压检测；电压测试不带负载测试；自动测试下压延时0ms默认；电池摆放方向不限制。上述电流电压检测模块包括如下检测参数：①电压检测点：3.28V；电压公差模式：上下偏差；公差范围：0％-10％；②电流检测点：300MA；电流检测模式：上下偏差；公差范围：0％-30％；③检测阵列：根据检测电池系列决定，一般有三种规格：4行5列、5行6列、5行8列；④电压测试负载：不带负载测试；⑤自动测试下压延时：0ms默认；⑥同时检测纽扣电池的电流与电压模式。

机器视觉检测的设计实现了自动化批量检测代替人工目视检测；实现了在线动态高速检测；提高了检测效率和检测精度；检测标准实现了标准量化；同时实现了自动检测分类功能。

图2是电流电压检测模块工作流程图。在电流电压检测设计过程，其中电检测的系统硬件模块通过控制模块与系统集成模块相连接，且通过所述系统集成模块传递信息执行电检测，最终实现纽扣电池电流、电压检测。首先是检测开始，判断放置纽扣电池的履带没有障碍即暂停运行进行电压电流检测，检测由检测盘进行，并将检测数据进行判断是否异常，异常的话需要报警，正常就让履带继续运行。

图3是视觉检测模块工作流程示意图。机器视觉检测模块包括机器视觉检测的图像采集模块和图像处理软件算法实现模块。图像采集由专业光源、相机和镜头组成；用于纽扣电池的图像采集，采集图像通过数据线传送到上位机系统。图像处理模块对采集的图像进行图像预处理、图像分割、特征选择与特征提取、模板匹配、分类识别等算法实现。视觉检测模块用于纽扣电池表面缺陷检测，表面缺陷检测缺陷包括划痕、锈斑、漏液、光板、错装等。将取得的图像进行处理后与模板对比，判断其缺陷是否在正常范围之内，不管比较结果是否合格，都要通过图像显示出来。

图4是纽扣电池在线质量检测系统工作模式示意图。其工作方法流程是：启动上电开始后(步骤100)，下位机系统及上位机系统各模块初始化并自检(步骤110)，接着各模块进入睡眠模式(步骤120)；然后，在步骤130中判断是否有任务要节点完成？如果没有，则继续处在睡眠状态(返回步骤120)；如果有任务，则下位机系统各子模块进入工作模式，各模块处在就绪状态(步骤140)，接着在步骤150中判断任务的类型是发送或是接收或是检测。

如果任务是接收，则启动控制模块接收数据，然后进入睡眠状态(步骤170)；如果任务是发送，则下位机系统对应的子模块的收发模块发送数据，然后进入睡眠状态(步骤190)；如果任务是检测，则启动下位机系统对应的检测模块采集数据(步骤160)，并由上位机系统的嵌入式微处理器处理采集到的数据(步骤180)，然后再在步骤200中判断是否需要发送采集处理后的数据，若需要，则进入步骤190，否则，控制模块进入睡眠模式。这种工作模式大大节省了系统用电。

显然，本发明的上述实施方式仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以容易的做出其它形式上的变化或者替代，而这些改变或者替代也将包含在本发明确定的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种纽扣电池在线质量检测系统，其特征在于：所述检测系统包括下位机系统和上位机系统，上、下位机系统之间通过系统集成模块通信连接；

上述下位机系统包括电流电压检测模块和机器视觉检测模块，电流电压检测模块包括用于连接待测试纽扣电池的金属探针模块、中央处理器模块和附属感应模块，中央处理器模块包括MCU处理器、并行式AD转换器、电流电压采样处理电路和并行接口电路，附属感应模块包括待测电池进行电流电压测试时对所用探针板之间行程进行控制的可调限位开关；上述机器视觉检测模块包括图像采集模块和图像处理模块，图像采集模块由光源、工业相机和镜头组成；图像处理模块实现对采集的图像进行小波分析、特征提取、模板匹配、缺陷检测操作；

上述上位机系统包括用于系统启动、初始化的测试模块，通讯处理模块，对所采集的图像进行选择、匹配操作的图像处理模块和界面显示模块，上述通讯处理模块用于上位机系统与下位机系统相互之间的通信控制，并存储和处理电流电压检测模块和机器视觉检测模块采集的数据；

上述电流电压检测模块包括如下检测参数：①电压检测点：3.28V；电压公差模式：上下偏差；公差范围：0％—10％；②电流检测点：300MA；电流检测模式：上下偏差；公差范围：0％—30％；③检测阵列：根据检测电池系列决定，有三种规格：4行5列、5行6列、5行8列；④电压测试负载：不带负载测试；⑤自动测试下压延时：0ms默认；⑥同时检测纽扣电池的电流与电压模式。

2.根据权利要求1所述的纽扣电池在线质量检测系统，其特征在于：上述上位机系统通过RS485通信协议与下位机系统连接。

3.根据权利要求1所述的纽扣电池在线质量检测系统，其特征在于：上述上位机系统的图像处理模块是基于Windows编程平台开发软件系统，实现对采集的图像进行小波分析、特征提取、模板匹配操作。

4.根据权利要求1所述的纽扣电池在线质量检测系统，其具有如下工作模式：

系统初始化并自检，进入睡眠模式；

当有任务时，进入工作模式，各模块进入就绪状态；

判断任务类型，根据任务类型转入相应的处理模块：

任务若是检测，启动电流电压检测模块采集数据，经处理器处理后，判断是否需要向监控中心发送数据，若需要，则转入发送任务，否则进入睡眠模式；

任务若是发送，则启动收发装置发送数据，发送完成后进入睡眠模式；

任务若是接收，则启动收发装置接收数据，接收完成后进入睡眠模式。