CN107344173B - 一种锂离子电池极片缺陷检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂离子电池极片检测技术领域，特别涉及一种锂离子电池极片缺陷检测系统及其检测方法，该锂离子电池极片缺陷检测系统，包括上料装置、第一输送装置、第一视觉检测装置、第二输送装置、第二视觉检测装置、收料装置、主控单元和吸附装置。采用本发明锂离子电池极片缺陷检测系统和基于该检测系统的检测方法对极片进行检测时，检测过程中不需要对极片进行翻转操作，即可实现对极片正反面缺陷进行检测，具有系统结构简单、检测精度高、通用性好的特点。

Description

一种锂离子电池极片缺陷检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池极片检测技术领域，特别涉及一种锂离子电池极片缺陷检测系统及其检测方法。

背景技术

锂离子电池以其零污染、零排放、能量密度高、体积小和循环使用寿命长等优点，广泛应用于便携式电子产品、电动交通工具、大型动力电源和二次充电及储能等领域，已成为国内外电池发展和应用的主体，因此锂离子电池的品质问题尤为重要。

锂离子电池的极片是由基材和涂层两部分组成。基材为10微米左右的铜箔或25微米左右的铝箔，涂层为活性物质。其生产流程为，先将活性物质涂覆在基材上，再经干燥、压实和分切，制成极片。在将活性物质涂覆在基材上和压实过程中，任何一个环节都可能导致极片产生缺陷，如极片表面涂覆区漏箔、颗粒、气泡、极片弯曲、折痕褶皱、压痕、干裂等缺陷。缺陷极片会造成电池容量一致性差，自放电高，容量衰减等现象，严重影响电池的质量，甚至还会造成电池鼓胀、冒烟和爆炸。

目前，国内外对锂离子电池极片表面缺陷检测进行了研究，其方法可以分为两类：传统检测法和自动检测法。传统检测法主要依靠人工肉眼完成，此法检测精度低、效率低、成本高、对人体伤害大。自动检测法主要基于机器视觉的CCD图像检测技术，在极片压实工序，安装视觉CCD检测装置和贴标签机，当检测出极片不良时，贴标签机将在极片边沿贴上标签，在极片分切工序时，设备将贴标签不良极片和合格极片分拣出来，此检测系统工序复杂且成本高。

中国发明专利201110108839.3公开了“一种锂离子电池极片在线检测分级装置及其方法”，此系统通过极片输送装置、极片识别检测部分、极片主控单元、极片翻转装置、极片分拣装置及人机界面部分实现了锂电池极片的在线自动检测。该系统在对极片进行检测时，在对极片正面进行检测后，需要采用翻转装置进行翻转后对极片反面进行检测；导致系统结构复杂，并且锂电池极片在翻转时容易对极片造成二次损伤。

发明内容

本发明的目的在于解决现有锂离子电池极片检测系统所存在的上述技术问题，提供一种锂离子电池极片缺陷检测系统和基于该检测系统的检测方法，检测过程中不需要对极片进行翻转操作，即可实现对极片正反面缺陷进行检测，系统结构简单、检测精度高、通用性好。

为解决上述技术问题，本发明采用了一种锂离子电池极片缺陷检测系统，包括：

第一输送装置，输送极片至第一视觉检测装置进行检测；

第一视觉检测装置，对极片的正面图像进行实时的采集、分析和处理，并将处理结果送至主控单元，所述第一视觉检测装置设置在第一输送装置上方；

第二输送装置，设置在第一输送装置上方并与第一输送装置部分重合，在与第一输送装置的重合部位相互贴合，用于将极片输送至第二视觉检测装置进行检测；

第二视觉检测装置，对极片的反面图像进行实时的采集、分析和处理，并将处理结果送至主控单元，所述第二视觉检测装置设置在第二输送装置下方；

收料输送装置，设置在第二输送装置下方并与第二输送装置部分重合，在与第二输送装置的重合部位相互贴合，用于将极片输送至收料装置；

收料装置，对经第二视觉检测装置检测后的极片进行分拣操作，将合格的极片分拣出来；

主控单元，用于控制第一输送装置、第二输送装置和收料输送装置，接收第一视觉检测装置和第二视觉检测装置的处理结果，对处理结果进行分析并控制收料装置进行分拣操作；

吸附装置，设置在第一输送装置上、第二输送装置上和收料输送装置上，用于将极片吸附在所述第一输送装置、第二输送装置和收料输送装置上。

上述技术方案中，进一步地，所述第一视觉检测装置和第二视觉检测装置之间设置有极片NG品分拣装置，所述极片NG品分拣装置在主控单元的控制下，对经过第一视觉检测装置检测后的极片进行分拣操作，将不合格的极片分拣出来。

上述技术方案中，更进一步地，所述第二视觉检测装置右侧设置有极片NG品分拣装置，所述极片NG品分拣装置在主控单元的控制下，对经过第二视觉检测装置检测后的极片进行分拣操作，将不合格的极片分拣出来。

上述技术方案中，更进一步地，所述极片NG品分拣装置包括设置在第二输送装置上的分段真空装置和设置在第二输送装置下方的极片NG品料盒，所述分段真空装置包括真空装置、真空控制阀、压缩空气装置和压缩空气控制阀，所述真空控制阀控制真空装置的启动和关闭，压缩空气控制阀控制压缩空气装置的启动和关闭，主控单元控制真空控制阀和压缩空气控制阀，压缩空气装置释放压缩空气将检测不合格的极片吹入极片NG品料盒。

上述技术方案中，进一步地，所述第一输送装置前端设置有上料装置，所述上料装置包括上料盒和机械手，所述机械手在主控单元的控制下将上料盒中的极片取出放置在第一传送装置上。

上述技术方案中，进一步地，所述吸附装置包括抽真空装置和分别设置在第一传输装置、第二传输装置和下料传输装置上的吸孔。

上述技术方案中，进一步地，所述第一视觉检测装置和第二视觉检测装置均包括CCD相机、LED灯组、显示屏和视觉控制器，所述LED灯组包括分别设置在CCD相机两侧的两个LED灯。

本发明还采用了一种基于锂离子电池极片缺陷检测系统的检测方法，包括以下步骤：

1)上料装置以设定的速度将极片放置在第一输送装置上；

2)第一输送装置将极片输送至第一视觉检测装置进行检测；

3)第一视觉检测装置对极片的正面图像进行采集、分析和处理，并将处理结果送至主控单元，主控单元判断极片正面是否合格；

4)第二输送装置在与第一输送装置的重合部位将极片吸附到第二输送装置上；

5)第二输送装置将极片输送至第二视觉检测装置进行检测；

6)第二视觉检测装置对极片的反面图像进行采集、分析和处理，并将处理结果送至主控单元，主控单元判断极片反面是否合格；

7)第二输送装置在与收料输送装置的重合部位将极片送入收料输送装置；

8)收料装置将正面和反面均检测合格的极片分拣出来。

进一步地，在步骤4)和步骤5)之间还有将正面检测不合格的极片分拣出来的步骤，具体为：极片NG品分拣装置将正面检测不合格的极片分拣出来。

更进一步地，在步骤6)和步骤7)之间还有将反面检测不合格的极片分拣出来的步骤，具体为：极片NG品分拣装置将反面检测不合格的极片分拣出来。

与现有锂离子电池极片缺陷检测系统和检测方法相比，本发明所具有的有益效果：

1)系统结构设置简单，检测过程中极片不需要翻转，即可实现对极片的正面和反面进行检测，减低了在检测过程中对极片造成损坏的风险，降低了设备投入成本；

2)极片检测速度快，相比于传统人工检测，提高了检测效率和检测质量；

3)检测精度高，系统采用视觉检测技术可达到漏检率为0，误检率小于2％的高精度；

4)系统自动化、一体化程度高，极片上料、正面检测、反面检测和极片分拣一体化集成控制，避免了检测过程中对极片造成的二次损伤；

5)系统通用性好，针对不同尺寸的极片只需对系统经简单调整即可对极片进行检测。

附图说明

图1是本发明锂离子电池极片缺陷检测系统立体结构示意图。

图2是本发明锂离子电池极片缺陷检测系统结构主视图。

图3是本发明锂离子电池极片缺陷检测系统结构俯视图。

图4是本发明锂离子电池极片缺陷检测方法流程图。

图中：1、上料盒，2、机械手，3、第一输送装置，4、LED灯，5、CCD相机，6、第二输送装置，7、极片NG品料盒，11、收料输送装置，12、收料盒。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体结构、特点做进一步说明。

如图1至3，为一种锂离子电池极片缺陷检测系统，包括：

上料装置，上料装置设置在第一输送装置前端，上料装置包括上料盒1和机械手2，所述机械手2在主控单元的控制下将上料盒1中的极片取出放置在第一传送装置3上。

第一输送装置3，输送极片至第一视觉检测装置进行检测；

第一视觉检测装置，对极片的正面图像进行实时的采集、分析和处理，并将处理结果送至主控单元，所述第一视觉检测装置设置在第一输送装置3上方；

第二输送装置6，设置在第一输送装置3上方并与第一输送装置3部分重合，在与第一输送装置3的重合部位相互贴合，用于将极片输送至第二视觉检测装置进行检测；

第二视觉检测装置，对极片的反面图像进行实时的采集、分析和处理，并将处理结果送至主控单元，所述第二视觉检测装置设置在第二输送装置下方；

收料输送装置11，设置在第二输送装置6下方并与第二输送装置部分重合，在与第二输送装置的重合部位相互贴合，用于将极片输送至收料装置；

收料装置，对经第二视觉检测装置检测后的极片进行分拣操作，将合格的极片分拣出来；

主控单元，用于控制第一输送装置3、第二输送装置6和收料输送装置11，接收第一视觉检测装置和第二视觉检测装置的处理结果，对处理结果进行分析并控制收料装置进行分拣操作；

吸附装置，设置在第一输送装置上3、第二输送装置6上和收料输送装置11上，用于将极片吸附在所述第一输送装置、第二输送装置和收料输送装置上。

此时，收料装置在收料输送装置11右端将合格的极片分拣出来，主控单元在接收第一视觉检测装置和第二视觉检测装置检测结果的同时，对检测的结果进行存储和分析，并对检测出的不合格极片进行记忆，在完成对极片正、反两面的检测后，由主控单元控制收料装置识别出检测不合格的极片，并从中分拣出合格的极片。

这里所述的吸附装置包括抽真空装置和分别设置在第一传输装置、第二传输装置和下料传输装置上的吸孔。

其中所述收料装置包括收料盒12和机械手2，所述机械手2主控单元的控制下从第二输送装置6上取出合格极片送入收料盒12。

作为优选，所述第二输送装置上，在第一视觉检测装置和第二视觉检测装置之间设置有极片NG品分拣装置，所述极片NG品分拣装置在主控单元的控制下，对经过第一视觉检测装置检测后的极片进行分拣操作，将正面检测不合格的极片分拣出来。

同时，所述第二输送装置上，在第二视觉检测装置右侧设置有极片NG品分拣装置，所述极片NG品分拣装置在主控单元的控制下，对经过第二视觉检测装置检测后的极片进行分拣操作，将反面检测不合格的极片分拣出来。

通过设置上述两个极片NG品分拣装置，分别分拣出正面和反面检测不合格的极片，这样到达收料输送装置的极片均为正面和反面检测合格的极片，即为检测合格的极片，此时收料装置只需将收料输送装置11上的极片取下放置到收料盒中。

所述极片NG品分拣装置包括设置在第二输送装置6上的分段真空装置和设置在第二输送装置6下方的极片NG品料盒7，所述分段真空装置包括真空装置、真空控制阀、压缩空气装置和压缩空气控制阀，所述真空控制阀控制真空装置的启动和关闭，压缩空气控制阀控制压缩空气装置的启动和关闭，主控单元控制真空控制阀和压缩空气控制阀，压缩空气装置释放压缩空气将检测不合格的极片吹入极片NG品料盒11。为了方便说明，我们将设置在第一视觉检测装置和第二视觉检测装置之间的极片NG品分拣装置称为第一极片NG品分拣装置，相应地第一极片NG品分拣装置包括第一分段真空装置和第一极片NG品料盒；将设置在第二视觉检测装置右侧的极片NG品分拣装置称为第二极片NG品分拣装置，相应地第二极片NG品分拣装置包括第二分段真空装置和第二极片NG品料盒。第一分段真空装置和第二分段真空装置均设置在第二传输装置上，第一分段真空装置设置在第一极片NG品料盒上方，第二分段真空装置设置在第二极片NG品料盒上方。当极片通过第一视觉检测装置进行检测，第一视觉检测装置将检测结果传输至主控单元，若极片检测不合格，主控单元控制第一分段真空装置，第一分段真空装置关闭真空，并通过压缩空气将检测不合格的极片吹到第一极片NG品料盒中；若极片检测合格，第一分段真空装置保持真空，极片被吸附在第二输送装置上被送至第二视觉检测装置进行检测。当极片通过第二视觉检测装置进行检测，第二视觉检测装置将检测结果传输至主控单元，若极片检测不合格，主控单元控制第二分段真空装置，第二分段真空装置关闭真空，并通过压缩空气将检测不合格的极片吹到第二极片NG品料盒中；若极片检测合格，第二分段真空装置保持真空，极片被吸附在第二输送装置上被送至收料传输装置。

具体地，所述分段真空装置设置在第二输送装置上，并将第二输送装置分成五个部分；其中第一部分：控制真空控制阀开启真空装置，通过第二输送装置上的吸孔吸附极片，将极片吸附在第二输送装置上，使极片被送至第一极片NG品料盒正上方处；第二部分：位于第一极片NG品料盒正上方，在主控单元的控制下，当极片为NG品时，控制真空控制阀关闭真空装置，同时压缩空气控制阀开启压缩空气装置，释放压缩空气，压缩空气将第一视觉检测装置判定为NG品的极片释放到第一NG品料盒内；第三部分：位于第一极片NG品料盒和第二NG品料盒之间，真空控制阀开启真空装置，保持真空，将极片吸附在第二输送装置的传送带上，使极片被送至第二视觉检测装置处；第四部分：位于第二极片NG品料盒正上方，在主控单元的控制下，当极片为NG品时，控制真空控制阀关闭真空装置，同时压缩空气控制阀开启压缩控制装置，释放压缩空气，压缩空气将第二视觉检测装置判定为NG品的极片释放到第二NG品料盒内；第五部分：真空控制阀开启真空装置，保持真空，将极片吸附在第二输送装置上，将极片送至与收料装置重合处，使正反面均检测合格的极片被送至收料输送装置。

所述主控单元采用PLC控制系统。

所述第一视觉检测装置和第二视觉检测装置均包括CCD相机5、LED灯组、显示屏和视觉控制器，所述LED灯组包括分别设置在CCD相机5两侧的两个LED灯4。为保证对极片图像的检测质量，所述CCD相机、LED灯组和极片需要满足一定的相对安装位置。检测时，第一输送装置和第二输送装置的极片被平整的吸附在传送带上，设置在CCD相机5两侧的LED灯4将极片照亮，CCD相机5对极片进行拍照并传输给视觉控制器，视觉控制器对所采集的图像进行分析和处理，最后将经处理的图像显示在显示屏上，同时将极片检测结果送至设备PLC控制系统。本发明中第一、第二视觉检测装置的检测原理为将检测区域分割成任意尺寸、大小的段之后测量平均浓度，并向指定方向移动，根据浓度变化检测缺陷，这样可不受背景、照明变化的影响，稳定的检测出缺陷。瑕疵模式不是只显示缺陷部分的波形，而是将检测对象整体的缺陷强度和范围可视化，以组为单位检测瑕疵，可以根据捕抓到的个数、每个的大小、面积等各种结果进行判定，是一种能在实际现场中优先实现稳定检测和运用的算法。采用这种检测方法可达到漏检率为0，误检率小于2％的高精度。

采用上述锂离子电池极片缺陷检测系统对极片进行检测的检测方法，包括以下步骤：

1)上料装置以设定的速度将极片放置在第一输送装置上；

2)第一输送装置将极片输送至第一视觉检测装置进行检测；

3)第一视觉检测装置对极片的正面图像进行采集、分析和处理，并将处理结果送至主控单元，主控单元判断极片正面是否合格；

4)第二输送装置在与第一输送装置的重合部位将极片吸附到第二输送装置上；

5)第二输送装置将极片输送至第二视觉检测装置进行检测；

6)第二视觉检测装置对极片的反面图像进行采集、分析和处理，并将处理结果送至主控单元，主控单元判断极片反面是否合格；

7)第二输送装置在与收料输送装置的重合部位将极片送入收料输送装置；

8)收料装置将正面和反面均检测合格的极片分拣出来。

在步骤4)和步骤5)之间还有将正面检测不合格的极片分拣出来的步骤，具体为：极片NG品分拣装置将正面检测不合格的极片分拣出来。

在步骤6)和步骤7)之间还有将反面检测不合格的极片分拣出来的步骤，具体为：极片NG品分拣装置将反面检测不合格的极片分拣出来。

如图4，采用本发明锂离子电池极片表面缺陷检测系统对极片进行检测的流程为：上料装置的机械手从上料盒中取出极片并将极片放到第一输送装置上，第一输送装置将极片送至第一视觉检测装置的检测区域，第一视觉检测装置对极片正面拍照和处理，并将处理结果传输给PLC控制系统，极片通过第一输送装置和第二输送装置的重合部分，第二输送装置的吸附装置将极片吸附在第二输送装置的下端端面，此时极片的正面与第二输送装置的传送带贴合，极片的反面暴露出来，供第二视觉检测装置对极片的反面进行检测；在极片通过第一极片NG品分拣装置时，PLC控制系统根据检测结果控制第一极片NG品分拣装置，正面检测不合格的极片被第一极片NG品分拣装置分拣出来，从而完成极片正面不合格品和合格品的分拣操作；正面检测合格的极片经第二输送装置被送至第二视觉检测装置的检测区域，第二视觉检测装置对极片反面拍照和处理，并将处理结果传输给PLC控制系统，在极片通过第二极片NG品分拣装置时，PLC控制系统根据检测结果控制第二极片NG品分拣装置，将反面检测不合格的极片分拣出来，从而完成极片反面不合格品与合格品的分拣操作；最后，正面和反面检测均合格的极片经第二输送装置与收料输送装置的重合部分，进入收料输送装置，被送至收料装置，收料装置通过机械手将检测合格的极片放置到收料盒中，从而完成对极片的检测。

与现有锂离子电池极片缺陷检测系统和检测方法相比，本发明所具有的有益效果：

1)系统结构设置简单，检测过程中极片不需要翻转，即可实现对极片的正面和反面进行检测，减低了在检测过程中对极片造成损坏的风险，降低了设备投入成本；

2)极片检测速度快，相比于传统人工检测，提高了检测效率和检测质量；

3)检测精度高，系统采用视觉检测技术可达到漏检率为0，误检率小于2％的高精度；

4)系统自动化、一体化程度高，极片上料、正面检测、反面检测和极片分拣一体化集成，避免多步骤对极片造成二次损伤；

5)系统通用性好，针对不同尺寸的极片只需对系统经简单调整即可对极片进行检测。

本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池极片缺陷检测系统，其特征在于：包括

第一输送装置，输送极片至第一视觉检测装置进行检测；

第一视觉检测装置，对极片的正面图像进行实时的采集、分析和处理，并将处理结果送至主控单元，所述第一视觉检测装置设置在第一输送装置上方；

第二输送装置，设置在第一输送装置上方并与第一输送装置部分重合，在与第一输送装置的重合部位相互贴合，用于将极片输送至第二视觉检测装置进行检测；

第二视觉检测装置，对极片的反面图像进行实时的采集、分析和处理，并将处理结果送至主控单元，所述第二视觉检测装置设置在第二输送装置下方；

收料输送装置，设置在第二输送装置下方并与第二输送装置部分重合，在与第二输送装置的重合部位相互贴合，用于将极片输送至收料装置；

收料装置，对经第二视觉检测装置检测后的极片进行分拣操作，将合格的极片分拣出来；

主控单元，用于控制第一输送装置、第二输送装置和收料输送装置，接收第一视觉检测装置和第二视觉检测装置的处理结果，对处理结果进行分析并控制收料装置进行分拣操作；

吸附装置，设置在第一输送装置上、第二输送装置上和收料输送装置上，用于将极片吸附在所述第一输送装置、第二输送装置和收料输送装置上；

所述第一视觉检测装置和第二视觉检测装置之间设置有极片NG品分拣装置，所述极片NG品分拣装置在主控单元的控制下，对经过第一视觉检测装置检测后的极片进行分拣操作，将不合格的极片分拣出来；

所述第二视觉检测装置右侧设置有极片NG品分拣装置，所述极片NG品分拣装置在主控单元的控制下，对经过第二视觉检测装置检测后的极片进行分拣操作，将不合格的极片分拣出来；

所述极片NG品分拣装置包括设置在第二输送装置上的分段真空装置和设置在第二输送装置下方的极片NG品料盒，所述分段真空装置包括真空装置、真空控制阀、压缩空气装置和压缩空气控制阀，所述真空控制阀控制真空装置的启动和关闭，压缩空气控制阀控制压缩空气装置的启动和关闭，主控单元控制真空控制阀和压缩空气控制阀，压缩空气装置释放压缩空气将检测不合格的极片吹入极片NG品料盒。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池极片缺陷检测系统，其特征在于：所述第一输送装置前端设置有上料装置，所述上料装置包括上料盒和机械手，所述机械手在主控单元的控制下将上料盒中的极片取出放置在第一传送装置上。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池极片缺陷检测系统，其特征在于：所述吸附装置包括抽真空装置和分别设置在第一传输装置、第二传输装置和下料传输装置上的吸孔。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池极片缺陷检测系统，其特征在于：所述第一视觉检测装置和第二视觉检测装置均包括CCD相机、LED灯组、显示屏和视觉控制器，所述LED灯组包括分别设置在CCD相机两侧的两个LED灯。

5.上述权利要求1所述锂离子电池极片缺陷检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)上料装置以设定的速度将极片放置在第一输送装置上；

2)第一输送装置将极片输送至第一视觉检测装置进行检测；

3)第一视觉检测装置对极片的正面图像进行采集、分析和处理，并将处理结果送至主控单元，主控单元判断极片正面是否合格；

4)第二输送装置在与第一输送装置的重合部位将极片吸附到第二输送装置上；

5)第二输送装置将极片输送至第二视觉检测装置进行检测；

6)第二视觉检测装置对极片的反面图像进行采集、分析和处理，并将处理结果送至主控单元，主控单元判断极片反面是否合格；

7)第二输送装置在与收料输送装置的重合部位将极片送入收料输送装置；

8)收料装置将正面和反面均检测合格的极片分拣出来。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：在步骤4)和步骤5)之间还有将正面检测不合格的极片分拣出来的步骤，具体为：极片NG品分拣装置将正面检测不合格的极片分拣出来。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于：在步骤6)和步骤7)之间还有将反面检测不合格的极片分拣出来的步骤，具体为：极片NG品分拣装置将反面检测不合格的极片分拣出来。