CN108188043A - 锂电池电芯的外观检测设备及外观检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子器件外观检测领域，旨在解决锂电池电芯外观人工质检带来的较大波动性和不确定性。为此，本发明提供了一种锂电池电芯的外观检测设备及外观检测方法，该外观设备包括：输送装置、照射装置、图像采集装置和分拣装置。该外观检测方法包括步骤：照射待检测电芯上表面和下表面；采集待检测电芯上表面和下表面的外观信息；基于所述外观信息，判断电芯是否合格。通过本发明的锂电池电芯外观检测设备和外观检测方法，提高了电芯品质检测的工作效率，使检测结果更加稳定可靠，避免了电芯外观质检的波动性和不确定性。
Description
技术领域
本发明属于电子器件外观检测技术领域，具体提供一种锂电池电芯的外观检测设备及外观检测方法。
背景技术
目前，锂离子电池的应用越来越广泛，例如手机、笔记本、电动汽车等，形成了一个巨大的产业群。其中，基于叠片工艺的软包锂电池约占到总产量的1/3，但是从整个产业的发展趋势来看，软包电池以其出色的成本优势和生产效率优势，正越来越趋近于整个市场份额的50％，相信在不久的未来软包锂电池会成长为锂电池市场的主流产品。软包电芯是多种形态锂电池的中间产品，通过pack工序可以组装成不同规格的电池，例如电动自行车用锂电池、电动轿车用锂电池等。
由于软包电芯的外壳是一种质地较软的复合材料，电芯生产出来后，好多品质问题在电芯的外观上有体现，所以在电芯的生产工艺中，最后对电芯的外观检测是控制电芯品质的一个重要手段。目前该检测工序全部是采用人工检测，由于人工检测是主观性的活动，比如检测人员个体差异、检测环境的差异等，常常给电芯的外观质检带来波动和较大的不确定性。
软包电芯的表面光滑平整，有类似镜面的效果，表面的缺陷和瑕疵，例如划痕、凹坑、凸点、鼓包、褶皱等，用普通的直射或斜射打光很难将缺陷成像清晰，或者较难把整个电芯表面上所有位置的缺陷都清晰的成像在相机里。划痕相对于相机有方向性，更增加了取像的困难。
因此，本领域需要一种新的锂电池电芯外观检测设备及其外观图像采集方法来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决锂电池电芯表面的缺陷比较难获得对比清晰的图像的问题，本发明提供了一种锂电池电芯的外观检测设备，该检测设备包括：输送装置，用于将待检测电芯送至检测位置以及将完成检测的电芯送离所述检测设备；照射装置，其包括设置于所述输送装置上方的两个第一照射单元和设置于所述输送装置下方的两个第二照射单元，所述两个第一照射单元能够在待检测电芯的上表面形成接近垂直布置的投影，所述两个第二照射单元能够在待检测电芯的下表面形成接近垂直布置的投影；图像采集装置，其包括设置于所述输送装置上方的第一图像采集单元和设置于所述输送装置下方的第二图像采集单元，所述第一图像采集单元能够采集待检测电芯上表面的外观信息，所述第二图像采集单元能够采集待检测电芯下表面的外观信息；分拣装置，用于分拣不合格的电芯、辅助所述照射装置对待检测电芯进行照射以及辅助所述图像采集装置对待检测电芯进行图像采集。
在上述外观检测设备的优选技术方案中，所述两个第一照射单元沿所述输送装置的输送方向错开设置，所述两个第二照射单元沿所述输送装置的输送方向错开设置。
在上述外观检测设备的优选技术方案中，所述外观检测设备还包括设置于所述输送装置上的定位机构，所述定位机构设置在所述检测位置之前，用于使待检测电芯处于对正位置，以便所述照射装置对待检测电芯进行照射以及所述图像采集装置对待检测电芯进行图像采集。
在上述外观检测设备的优选技术方案中，所述定位机构包括第一夹板、第二夹板以及驱动所述第一夹板和所述第二夹板移动的驱动机构，所述驱动机构能够驱动所述第一夹板和所述第二夹板相向移动以使待检测电芯处于所述对正位置。
在上述外观检测设备的优选技术方案中，所述输送装置包括沿输送方向设置的第一输送单元和第二输送单元，所述分拣装置设置于所述第一输送单元和所述第二输送单元之间，用于将合格的电芯由所述第一输送单元分拣至所述第二输送单元以及将不合格的电芯由所述第一输送单元分拣至不合格投放区域。
在上述外观检测设备的优选技术方案中，所述第二图像采集装置和所述两个第二照射单元均设置于所述第一输送单元和所述第二输送单元之间，所述分拣装置包括机械臂和设置在所述机械臂上的吸盘，所述吸盘用于吸附电芯，所述机械臂用于将电芯分拣至所述第二输送单元或者所述不合格投放区域，并且，在所述机械臂对电芯分拣的过程中，所述两个第二照射单元能够对电芯的下表面进行照射，所述第二图像采集装置能够对电芯的下表面进行图像采集。
在上述外观检测设备的优选技术方案中，所述外观检测设备还包括底座和设置在所述底座上的光学室外罩，所述光学室外罩形成封闭空间，所述输送装置设置在所述底座上并能够将待检测电芯在所述封闭空间内进行输送。
在另一方面，本发明还提供了一种锂电池电芯的外观检测方法，所述外观检测方法包括以下步骤：照射待检测电芯上表面和下表面；采集待检测电芯上表面和下表面的外观信息；基于所述外观信息，判断电芯是否合格。
在上述外观检测方法的优选技术方案中，“照射待检测电芯上表面和下表面”的步骤具体包括：在待检测电芯的上表面和下表面分别形成接近垂直布置的投影。
在上述外观检测设备的优选技术方案中，在“照射待检测电芯上表面和下表面”的步骤之前，所述外观检测方法还包括：将待检测电芯移动至检测位置。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过照射装置在被检测电芯的表面形成接近垂直分布的投影照射电芯表面，在电芯的运动过程中，图像采集装置采集电芯表面的图像信息，并对图像信息进行处理分析，能够避免电芯表面上某些特殊方向的划痕类缺陷不能形成清晰的对比图像的问题，避免了电芯外观质检的波动性和不确定性。
进一步地，通过将第一照射单元和第二照射单元在锂电池电芯运动方向上前后错开的设置，并且第一照射单元和第二照射单元形成的光以较大的入射角(光线入射方向与电芯表面夹角较小)照射电芯的表面，能够形成对比强烈的缺陷图像，有利于图像采集装置对电芯表面的图像信息进行采集，有效地解决了电芯表面缺陷成像对比不强烈、不清晰等问题。相较于人工检测，提高了电芯品质检测的工作效率，使检测结果更加稳定可靠。
附图说明
图1是本发明中外观检测设备的整体结构示意图；
图2是本发明中分拣装置的结构示意图；
图3是本发明中定位机构的结构示意图；
图4是本发明中锂电池电芯上表面图像采集示意图；
图5是本发明中锂电池电芯下表面图像采集示意图；
图6是本发明中外观检测方法的流程图。
图中：
10、输送装置； 11、第一输送单元；
12、第二输送单元； 20、定位机构；
21、第一夹板； 22、第二夹板；
23、驱动机构； 30、光学室外罩；
40、电芯； 50、图像采集装置；
51、第一图像采集单元； 52、第二图像采集单元；
60、照射装置； 61、第一照射单元；
62、第二照射单元； 70、分拣装置；
71、机械臂； 72、吸盘；
80、底座； 90、不合格电芯容器。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
基于软包锂电池电芯的外壳是一种质地较软的复合材料，在电芯生产出来后，其外观会有较多的品质问题。在电芯的生产工艺中，对电芯的外观检测是控制电芯品质的重要手段，目前该检测工序全部采用人工检测，由于人工检测的主观性和检测环境的差异性，常常给电芯的外观质检带来较大的波动和不确定性。为此，本发明提供了一种锂电池电芯的外观检测设备，旨在解决上述问题。
具体地，参见图1，该检测装置主要包括：
输送装置10，用于将待检测电芯送至检测位置以及将完成检测的电芯送离检测设备。
照射装置60，包括设置于输送装置10上方的两个第一照射单元61和设置于输送装置10下方的两个第二照射单元62，两个第一照射单元61能够在待检测电芯的上表面形成接近垂直布置的投影，两个第二照射单元能够在待检测电芯的下表面形成接近垂直分布的投影。
图像采集装置50，包括设置于输送装置10上方的第一图像采集单元51和设置于输送装置10下方的第二图像采集单元52，第一图像采集单元51和第二图像采集单元52能够分别采集待检测电芯上表面和下表面的外观信息。
优选地，图像采集装置50为检测相机，第一图像采集单元51包括一个检测相机；第二图像采集单元52包括一个检测相机。两个图像采集单元(51,52)分别布置在待测电芯40的上侧和下侧，分别负责电芯40的上表面和下表面的图像采集。电芯40经过其上方的第一图像采集单元51，被分拣装置70抓起，如果上表面检测有严重瑕疵，则分拣装置70直接将电芯40输送至不合格投放区域内的不合格电芯容器90，如果电芯上表面外观检测合格，则分拣装置70带着电芯40继续前行，在这个过程中，电芯40下方的第二图像采集单元52对电芯40下表面的外观检测，同样不合格的电芯40被输送至不合格投放区域，合格的电芯40则由输送装置10送离检测设备。
分拣装置70，用于分拣不合格的电芯、辅助照射装置60对待检测电芯进行照射以及辅助图像采集装置50对待检测电芯进行图像采集。
分拣装置70包括机械臂71，在机械臂71上连接有吸盘72。在整个检测过程中，分拣装置70既是电芯40的分选执行机构，将不合格的电芯剔除到不合格电芯容器90中，还起到辅助检测电芯40下侧面的功能，在搬动电芯沿直线运动过程中完成电芯下表面的图像采集工作。
如图2所示，输送装置10包括第一输送单元11和第二输送单元12，分拣装置70设置于第一输送单元11和所述第二输送单元12之间，用于将合格的电芯40由第一输送单元11分拣至第二输送单元12以及将不合格的电芯40由第一输送单元11分拣至不合格电芯容器90。
在一优选实施例中，分拣装置70为三自由度运动模组，可提供X、Y、Z三个方向的直线位移运动，机械臂71的末端配置有吸盘72，方便抓取电芯。机械臂71沿Y方向运动，把吸盘72移动到电芯上面，Z方向运动使吸盘72贴近电芯，电磁阀触发吸盘组抓取电芯，Z方向运动把电芯搬离第一输送单元11。如果电芯上表面检测合格，则机械臂71沿Y方向运动，运动过程中布置在电芯下方的第二图像采集单元52完成电芯下表面的外观检测，若电芯下表面外观检测合格，则运动模组直接把电芯搬运到第二输送单元12上，如果电芯外观检测不合格，则直接移动到不合格电芯容器90中。
如图3所示，定位机构20包括第一夹板21、第二夹板22以及驱动第一夹板21和第二夹板22移动的驱动机构23，其中，第一夹板21和第二夹板22固定在驱动机构23上。在驱动机构23的驱动下第一夹板21和第二夹板22以相对柔和(不损伤电芯)的力相向而行，夹持电芯，实现电芯的对中定位，使电芯处于对正位置。
在一优选实施例中，该外观检测设备还包括底座80，在底座80上设置有输送装置10，在输送装置10的上方设置有光学室外罩30，其中，光学室外罩30形成一个相对封闭的空间，保证电芯40的拍摄环境稳定，不受外界环境光线变化的影响。输送装置10把电芯40输送至光学室外罩30内，通过设置在输送装置10上的定位机构20进行定位，然后通过设置在光学外罩30内的图像采集装置50对电芯40进行外观图像的采集或者视频信息的拍摄，把外观达标的电芯40输送出光学室外罩30。其中，定位机构20对电芯40进行定位操作，保证后续的图像采集装置50、照射装置60与电芯40的相对位置一致。
在一优选实施例中，如图4所示，优选地，两个第一照射单元61为两个条形光源。两个第一照射单元61产生两条方向性较好的窄条光，以较大的入射角(光线入射方向与电芯表面夹角较小，成锐角)照射电芯的上表面，形成对比强烈的缺陷图像。第一条形光源在电芯上表面照射形成一条带状有效成像区域A，第二条形光源在电芯上表面照射形成一条带状有效成像区域B。在电芯运动的过程中，成像区域A和成像区域B分别独立扫过电芯的整个上侧面，第一图像采集单元51则记录下这个过程。第一条形光源与第二条形光源在电芯的运动方向上前后错开，导致其形成的成像区域A和成像区域B也前后错开，避免了相互之间的打光干扰。第一条形光源和第二条形光源发出的光的入射方向在电芯表面的投影呈接近垂直布置，这保证了电芯表面划痕类缺陷无论方向如何，总能在成像区域A或成像区域B上有显著分量，避免了某些特殊方向划痕类缺陷不能形成清晰对比图像的问题。
如图5所示，其检测电芯下表面的方法与上述方法类似，其中，电芯的移动由分拣装置70执行。优选地，两个第二照射单元62也为两条条形光源，第三条形光源和第四条形光源产生两条方向性较好的窄条光，以较大的入射角(光线入射方向与电芯表面夹角较小，成锐角)照射电芯的下表面，形成对比强烈的缺陷图像。第三条形光源在电芯下表面照射形成一条带状成像区域C，第四条形光源在电芯下表面照射形成一条带状成像区域D。在电芯运动的过程中，第二图像采集单元52记录下整个电芯下侧面的有效成像。第三条形光源与第四条形光源在电芯的运动方向上前后错开，避免了相互之间的打光干扰。两个条形光源发出的光的入射方向在电芯表面的投影呈接近垂直布置，保证了各种方向划痕类缺陷都能形成清晰对比图像。这保证了电芯表面划痕类缺陷无论方向如何，总能在成像区域C或成像区域D上有显著分量，避免了某些特殊方向划痕类缺陷不能形成清晰对比图像的问题。
由于电芯的尺寸较大，第一条形光源在电芯上表面的照射形成一条带状成像区域A，第二条形光源在电芯上表面的照射形成另一条带状成像区域B，如图4所示，电芯在第一输送单元11的驱动下沿直线往前运动，运动过程中成像区域A和成像区域B分别独立扫过电芯的整个上表面，相应的图像信息被第一图像采集单元51拍摄下来。通过对相应图像信息的处理和分析，可以检测电芯上侧面的外观质量。
第一条形光源与第二条形光源在电芯的运动方向上前后错开，形成的成像区域A和成像区域B也前后错开，避免了相互之间的打光干扰。两条光线的入射方向在电芯表面的投影呈接近垂直布置，这保证了电芯表面划痕类缺陷无论方向如何，总能在成像区域A或成像区域B上有显著分量，避免了某些特殊方向划痕类缺陷(划痕与打光方向平行)不能形成清晰对比图像的问题。电芯下表面图像采集的实现原理与上侧面相同，电芯的移动则是由分拣装置70执行。
底座80内部设置有电控柜，通过该电控柜对图像采集装置50采集到的图像信息进行分析处理，并控制输送装置10和分拣装置70的动作。上述的电控柜可以选择现有技术中能够实现该功能的任意装置。
在一优选的实施例中，如图6所示，该外观检测方法的步骤为：
在步骤s1中，照射待检测电芯上表面和下表面。
其中，在执行步骤s1之前，需要将待检测电芯移动至检测位置。
在步骤s2中，采集待检测电芯上表面和下表面的外观信息。
其中，外观信息包括以下至少一项：电芯表面缺陷、瑕疵、划痕、凹坑、凸点、鼓包、褶皱。
在步骤s3中，基于外观信息，判断电芯是否合格。
需要说明的是，如果电芯外表面出现上述的外观信息至少一项，则电芯不合格。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种锂电池电芯的外观检测设备，其特征在于，所述外观检测设备包括：
输送装置，用于将待检测电芯送至检测位置以及将完成检测的电芯送离所述检测设备；
照射装置，其包括设置于所述输送装置上方的两个第一照射单元和设置于所述输送装置下方的两个第二照射单元，所述两个第一照射单元能够在待检测电芯的上表面形成接近垂直布置的投影，所述两个第二照射单元能够在待检测电芯的下表面形成接近垂直布置的投影；
图像采集装置，其包括设置于所述输送装置上方的第一图像采集单元和设置于所述输送装置下方的第二图像采集单元，所述第一图像采集单元能够采集待检测电芯上表面的外观信息，所述第二图像采集单元能够采集待检测电芯下表面的外观信息；
分拣装置，用于分拣不合格的电芯、辅助所述照射装置对待检测电芯进行照射以及辅助所述图像采集装置对待检测电芯进行图像采集。
2.根据权利要求1所述的外观检测设备，其特征在于，所述两个第一照射单元沿所述输送装置的输送方向错开设置，所述两个第二照射单元沿所述输送装置的输送方向错开设置。
3.根据权利要求1所述的外观检测设备，其特征在于，所述外观检测设备还包括设置于所述输送装置上的定位机构，所述定位机构设置在所述检测位置之前，用于使待检测电芯处于对正位置，以便所述照射装置对待检测电芯进行照射以及所述图像采集装置对待检测电芯进行图像采集。
4.根据权利要求3所述的外观检测设备，其特征在于，所述定位机构包括第一夹板、第二夹板以及驱动所述第一夹板和所述第二夹板移动的驱动机构，所述驱动机构能够驱动所述第一夹板和所述第二夹板相向移动以使待检测电芯处于所述对正位置。
5.根据权利要求1所述的外观检测设备，其特征在于，所述输送装置包括沿输送方向设置的第一输送单元和第二输送单元，所述分拣装置设置于所述第一输送单元和所述第二输送单元之间，用于将合格的电芯由所述第一输送单元分拣至所述第二输送单元以及将不合格的电芯由所述第一输送单元分拣至不合格投放区域。
6.根据权利要求5所述的外观检测设备，其特征在于，所述第二图像采集装置和所述两个第二照射单元均设置于所述第一输送单元和所述第二输送单元之间，所述分拣装置包括机械臂和设置在所述机械臂上的吸盘，所述吸盘用于吸附电芯，所述机械臂用于将电芯分拣至所述第二输送单元或者所述不合格投放区域，并且，在所述机械臂对电芯分拣的过程中，所述两个第二照射单元能够对电芯的下表面进行照射，所述第二图像采集装置能够对电芯的下表面进行图像采集。
7.根据权利要求6所述的外观检测设备，其特征在于，所述外观检测设备还包括底座和设置在所述底座上的光学室外罩，所述光学室外罩形成封闭空间，所述输送装置设置在所述底座上并能够将待检测电芯在所述封闭空间内进行输送。
8.一种锂电池电芯的外观检测方法，其特征在于，所述外观检测方法包括以下步骤：
照射待检测电芯上表面和下表面；
采集待检测电芯上表面和下表面的外观信息；
基于所述外观信息，判断电芯是否合格。
9.根据权利要求8所述的外观检测方法，其特征在于，“照射待检测电芯上表面和下表面”的步骤具体包括：
在待检测电芯的上表面和下表面分别形成接近垂直布置的投影。
10.根据权利要求8所述的外观检测方法，其特征在于，在“照射待检测电芯上表面和下表面”的步骤之前，所述外观检测方法还包括：
将待检测电芯移动至检测位置。
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