CN111627022A - 一种叠片裸电芯离线AC Overhang测量机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种尤其适合叠片电芯测试环境的叠片裸电芯离线AC Overhang测量机，其包括移载模块、剥离模块和测量模块；其中：所述移载模块被设置用于将所述裸电芯移载至测量位置和剥离位置;所述测量模块被设置成利用不同光源同时获取所述裸电芯的多个图像，以及基于所述多个图像确定所述裸电芯的AC Overhang信息；所述剥离模块被设置成当所述裸电芯位于所述剥离位置时，将所述裸电芯的最上层电极剥离。

Description

一种叠片裸电芯离线AC Overhang测量机

技术领域

本发明涉及电池领域，更具体地涉及叠片裸电芯离线AC Overhang测量机。

背景技术

叠片裸电芯需要离线测量AC Overhang（阴极极片长度和宽度方向多出阳极极片之外的部分），A/A(阳极/阳极)，C/C（阴极/阴极）对齐度等数据。

在现有技术中，通常会采用将叠片裸电芯横截面切开，再用OMM测量截面位置的ACOverhang、A/A、C/C对齐度的方式。然而，这种测量方式仅适用于不同尺寸的矩形裸电芯，圆弧形或其它异形的叠片裸电芯由于每个点位差异大，不能采用横切测试的方法。因此，需要一种适合采用各种形状的叠片的叠片裸电芯AC Overhang的测量方案。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种尤其适合叠片裸电芯测试环境的叠片裸电芯离线AC Overhang测量机，其包括移载模块、剥离模块和测量模块；其中：所述移载模块被设置用于将所述裸电芯移载至测量位置和剥离位置;所述测量模块被设置成利用不同光源同时获取所述裸电芯的多个图像，以及基于多个所述图像确定所述裸电芯的ACOverhang信息；所述剥离模块被设置成当所述裸电芯位于所述剥离位置时，将所述裸电芯的最上层电极剥离。

进一步地，所述测量模块包括自动对焦单元、成像单元和数据处理单元；

所述自动对焦单元包括红外激光器、光栏片、分光镜、第一透镜、第二透镜及位置调节组件、滤光片、CCD相机、以及控制组件；

所述成像单元同时获取所述裸电芯的可见光图像和红外光图像，将所述可见光图像和所述红外光图像进行融合以获得所述裸电芯的融合图像，并基于所述融合图像确定所述裸电芯中电极的边缘轮廓；

所述数据处理单元基于所述边缘轮廓确定所述AC Overhang信息。

更进一步地，所述自动对焦单元被设置成使形成于所述CCD相机上的光斑的对称轴与水平或垂直方向平行；

所述控制组件包括图像优化部和对焦计算部；

所述图像优化部借助原始图像平滑处理步骤、二值化步骤、边缘检测步骤和光斑还原步骤，将所述CCD相机输出的原始图像恢复为还原图像，所述还原图像具有完整半圆形的光斑图像；

所述对焦计算部被设置成：确定所述还原图像中半圆形光斑图像的质心G，基于所述质心G和所述半圆形光斑图像的圆心O确定所述质心G与所述圆心O之间的距离OG=4R/3π，根据所述距离OG确定离焦量，并根据所述离焦量实现自动对焦，其中，R为所述还原图像中半圆形光斑图像的半径。

更进一步地，在所述平滑处理步骤中，计算像素周围8个方向上的梯度值▽I_i(i=1,…,8)，并计算像素值I=I₀+λ*∑⁸ _i=1[c(|▽I_i|)*▽I_i]；

其中，c(▽I)为扩散函数，且在▽I大于（∑⁸ _i=1▽I_i）/8时，c(▽I)=α*cos²(0.5*π*e^{-(|▽I|/k)* (|▽I|/k)})，否则c(▽I)=β*sin²(0.5*π*e^{-(|▽I|/k)* (|▽I|/k)})；k为常数；α为关于8个方向定义的常数，其大小与四个相邻像素之间的距离的倒数和倾斜方向成相反关系；β为关于8个方向定义的常数，其大小关于倾斜方向相反地变化；λ为常数；I₀为像素的原始值；

在所述二值化步骤中，利用阈值法对经所述平滑处理步骤处理的图像进行二值化处理和形态学闭运算，以将所述图像分为感兴趣区域和背景区域；

在所述边缘检测步骤中，基于二维小波变换实现所述感兴趣区域的边缘的检测；

在所述光斑还原步骤中，利用N条垂直切割线对所述图像进行切割以与所述感兴趣区域的边缘形成N对交点，相邻所述垂直切割线的间隔相同，其中，所述垂直切割线中的第i条与所述边缘的交点为A_i和A_N+i，所述点A_i的坐标为（X_i,Y_i），所述点A_N+i的坐标为（X_i,Y_N+i），X和Y轴分别为水平和垂直方向；

基于所述N对交点计算所述感兴趣区域的圆心O（X₀,Y₀）的纵坐标

；

利用所述N对交点中垂直距离最大的一对交点A_N和A_2N确定参考点C（X_c,Y_c），X_c=X_N，Y_c=(Y_N+Y_2N)/2；

以所述点C为参考点，基于等角θ分割的方式利用M条角分割线对所述图像进行分割，以在所述感兴趣区域的边缘上产生M个交点B_j，j为1至M，M=(1+180/θ)；

利用勾股定理根据所述交点B_j中的每一个确定其所在圆周对应的圆心O(X₀,Y₀)的横坐标X₀(j)，根据所述M个横坐标X₀(j)确定所述感兴趣区域的圆心O（X₀,Y₀）的横坐标X₀，即，X₀=

；

将平行于水平方向的角分割线与所述感兴趣区域的边缘的交点B_P的纵坐标Y_BP确定为圆心O（X₀,Y₀）的纵坐标Y₀；

基于所述圆心O(X₀,Y₀)，根据所述交点B_j中的每一个计算获得M个半径R_j，并由此确定所述感兴趣区域的半径R，即R=

；

根据所述圆心O（X₀,Y₀）和所述半径R确定所述感兴趣区域的还原图像，其具有完整半圆形的光斑图像。

进一步地，所述成像单元被设置成：

获取所述裸电芯的可见光图像I_VI和红外光图像I_IR；

利用LatLRR算法分别将所述可见光图像I_VI和所述红外光图像I_IR进行分解，获得所述可见光图像的低阶子图像I_{VI_1}和所述红外光图像的低阶子图像I_{IR_1}，以及所述可见光图像的显著子图像I_{VI_2}和所述红外光图像的显著子图像I_{IR_2}；

获得低阶子图像的融合图像F₁=[I_{VI_1}(i,j)+I_{IR_1}(i,j)]/2；

利用平均梯度策略获得显著子图像的融合图像F₂；

获得所述裸电芯的融合图像F=F₁+F₂；

其中，在显著子图像融合中执行以下步骤：

基于显著子图像的梯度值生成梯度函数

，其中，G_x和G_y分别为水平和垂直方向上的梯度值，M和N分别为水平和垂直方向上的像素数；

计算原始权重因子P_{VI_2}=G_{VI_2}/(G_{VI_2}+G_{IR_2})，P_{IR_2}=1-P_{IR_2}；

利用引导滤波器处理所述原始权重因子以生成权重因子Ω，其中，Ω_{VI_2}=G(I_{VI_2}，P_{VI_2})，Ω_{IR_2}=G(I_{IR_2}，P_{IR_2})；

生成显著子图像的融合图像F₂=Ω_{VI_2}*I_{VI_2}(i,j)+Ω_{IR_2} * I_{IR_2}(i,j)，其中(i,j)表示像素坐标。

进一步地，所述剥离模块包括裸电芯夹持单元、极耳剥离单元、极片剥离单元、位置检测单元和控制单元；

所述位置检测单元被设置用于检测所述裸电芯是否处于所述剥离位置；

所述裸电芯夹持单元被设置用于在所述剥离位置上，夹持所述裸电芯上除待剥离电极之外的部分；

所述极耳剥离单元被设置用于在所述剥离位置上，夹持所述待剥离电极的极耳并使其运动；

所述极片剥离单元被设置用于在所述剥离位置上，吸附所述待剥离电极并使其运动。

更进一步地，所述裸电芯夹持单元包括：

主体，其具有中空结构且上下开口；

形成于所述主体内壁上的多个近似正方形的弹性气囊，其通过所述主体内的气道与外部气源连接，所述多个弹性气囊沿竖直方向分多层进行排列布置，位于同一分层上的多个弹性气囊等间隔设置，相邻两个分层上的弹性气囊交错排列且仅在竖直方向上伸入相邻分层的两个相邻弹性气囊之间，并且所述弹性气囊被布置成避开所述极耳；

用于检测所述弹性气囊内压力的压力传感器；

用于测量关于所述弹性气囊的充气速度的流量计；

形成于所述主体内壁上的限位板，其被布置成紧挨垂直方向上最高的弹性气囊的上表面，且允许所述电极和极耳通过；

所述位置检测单元包括设于所述限位板上方第一距离处的红外探测组件，其在首次检测到所述电极通过所述限位板时生成第一检测信号，其中，所述第一距离小于所述裸电芯中相邻同类电极的极耳在竖直方向上的间距的1/2；

所述极耳剥离单元包括夹具和第一驱动组件，所述夹具用于夹紧或松开所述极耳，所述第一驱动组件用于驱动所述夹具作三维运动；

所述极片剥离单元包括相互平行的多排吸盘和第二驱动组件，所述吸盘用于吸附所述电极，所述第二驱动组件被设置成独立促动多排所述吸盘中的每一排作竖直运动。

更进一步的，所述控制单元被设置成：

基于所述第一检测信号生成命令以使所述移载模块停止运动，以及控制开始向所述弹性气囊充气；

基于所述压力传感器在所述弹性气囊中压力达到预设值时的输出，控制停止向所述弹性气囊充气；

以及，在停止向所述弹性气囊充气时：

控制所述夹具夹紧最上层所述电极的极耳；

控制所述第一驱动组件使所述夹具朝上作圆弧运动，所述圆弧的圆心位于所述极耳与所述电极的中心之间；

控制使多排所述吸盘中的每一排垂直于所述极耳与所述电极中心的连线，并吸附所述电极；

控制所述第二驱动组件，使得随着所述圆弧运动的圆弧角增大，根据各排吸盘与所述极耳的距离从小到大地依次启动所述吸盘的竖直运动。

优选地，所述弹性气囊具有粗糙外表面。例如，所述粗糙外表面形成有凹凸结构。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图来获得其他的附图。

图1示意性地示出了本发明的裸电芯夹持单元的弹性气囊的布局。

具体实施方式

在下文中，本发明的示例性实施例将参照附图来详细描述。下面的实施例以举例的方式提供，以便充分传达本发明的精神给本发明所属领域的技术人员。因此，本发明不限于本文公开的实施例。

部分参见图1，本发明的AC Overhang测量机包括移载模块、剥离模块和测量模块。

移载模块用于承载和移动裸电芯，例如，将裸电芯从物料区取出，将裸电芯移动至剥离位置，将裸电芯移动至待测量位置等。

移载模块可以包括三维驱动单元和托盘，其中，托盘可以在三维驱动单元的作用下进行三维运动。托盘可以包括真空吸盘，其用于将裸电芯吸附于托盘上，以便随托盘移动至期望位置。

测量模块用于获取叠片裸电芯上的电极的图像，以及基于电极图像得到叠片裸电芯的AC Overhang信息。

在测量时，叠片裸电芯由于电极剥离会导致其厚度减小，因此，在本发明中提供了用于成像系统的自动对焦功能。因此，测量模块可以包括自动对焦单元、成像单元和数据处理单元。

激光三角法是一种已知的用于实现光学自动对焦的技术。基于激光三角法的自动对焦系统通常包括激光器、聚焦透镜、反射镜、光栏片、分光镜及光检测单元等。当激光束沿投影光轴投射到物体表面时，在另一个方向上，在光检测单元上呈现激光光斑，在不同离焦的情况下，光斑中心位置不同，通过测出光斑的中心位置可以判断出离焦量，从而能够调节对焦轴以实现自动对焦。

然而，叠片裸电芯的生产环境往往会存在复杂的光场条件，尤其是裸电芯电极表面的强反光性，这导致在自动对焦过程中难以在例如CCD相机上获得完整或符合要求的激光光斑，使得自动对焦精确不足。

考虑到这些问题，本发明在利用激光三角法实现自动对焦功能的过程中，优化了自动对焦算法，以便能够在工业环境下获取合适的激光光斑，进而提供快速且精确的自动对焦。

具体而言，自动对焦单元可以主要包括红外激光器、光栏片、分光镜、第一透镜、第二透镜及其位置调节组件、滤光片、CCD相机、以及控制组件。其中，红外激光器发出的光束的上半部被光栏片拦截掉，光束的下半部经分光镜和第一透镜形成准直平行光，准直平行光经第二透镜照射到裸电芯电极表面上；由裸电芯电极表面反射的光再返回至CCD相机。出于方便处理的目的，自动对焦单元中的光路可以被设计成使得形成于CCD相机上的半圆形光斑的对称轴与水平方向或者垂直方向平行。下面将以该对称轴与水平方向平行为例展开描述。

为消除形成于CCD相机上的光斑上存在的瑕疵，控制组件可以包括图像优化部和对焦计算部。

图像优化部用于对光斑的原始图像进行优化处理，以便消除其中存在的缺陷或者瑕疵。

具体而言，在图像优化部中将执行以下优化处理步骤。

（1）原始图像平滑处理步骤

高斯滤波和中值滤波等算法都是现有技术中常见的平滑处理方法，然而，经本发明人研究发现，这些平滑处理算法并不能很好地在本发明的应用场景下实现图像的平滑处理。因此，在本发明中，将在各向异性扩散算法的基础上并对其进行改进来实现平滑处理步骤。

具体而言，在该平滑处理步骤中，首先计算像素周围8个方向上的梯度值▽I_i(i=1,…,8)，而非如传统方式那样在4个方向上取值。

然后，将扩散函数c(▽I)定义成：

如果▽I大于（∑⁸ _i=1▽I_i）/8，则将扩散函数c(▽I)定义为c(▽I)=α*cos²(0.5*π*e^{-(|▽I|/k)* (|▽I|/k)})；

否则，c(▽I)=β*sin²(0.5*π*e^{-(|▽I|/k)* (|▽I|/k)})。

其中，系数k是根据经验设定的常数，用于调节梯度函数|▽I |；α为关于8个方向定义的常数，其大小与四个相邻像素之间的距离的倒数和倾斜方向成相反关系；β同样为关于8个方向定义的常数，其大小关于倾斜方向相反地变化。

随后，计算像素值I=I₀+λ*∑⁸ _i=1[c(|▽I_i|)*▽I_i]。

其中，λ是根据经验设定的常数，其用于调节扩散速度；I=I₀+λ*∑⁸ _i=1[c(|▽I_i|)*▽I_i]为像素的原始值。

借助上述计算，可以消除图像边缘上的离散像素，同时保持图像边缘的清晰度。

（2）二值化步骤

在二值化步骤中，利用阈值法对图像进行二值化处理和形态学闭运算，从而将图像分为感兴趣区域和背景区域。

（3）边缘检测步骤

在边缘检测步骤中，基于二维小波变换实现图像边缘的检测。

（4）光斑还原步骤

由于成像缺陷，此时的光斑图像（下称“中间图像”）通常呈现为存在缺失部分的半圆，因此，图像优化部还执行光斑还原步骤，以获取所需要的光斑，。

在光斑还原步骤中，首先利用N条垂直切割线对中间图像进行切割，与中间图像的边缘形成N对交点（共2N个交点），其中，相邻切割线的间隔是相同的。第i条切割线（i=1,…,N）与中间图像边缘产生的一对交点分别记为A_i和A_N+i，点Ai的坐标为（X_i,Y_i），点A_N+i的坐标为（X_i, Y_N+i），X和Y轴分别为水平和垂直方向。

基于这2N个交点计算半圆形光斑的圆心O（X₀,Y₀）的纵坐标Y₀，即Y₀=

。

再利用N对交点中具有最大垂直距离的一对交点A_N和A_2N确定参考点C（X_c,Y_c），X_c=X_N，Y_c=(Y_N+Y_2N)/2。

然后，以点C为参考点，基于等角分割的方式对中间图像进行分割。假设分割角为θ，则从参考点C发出的相邻的角分割线之间的夹角为θ，分割线总数M=（1+180/θ），这些角分割线将在中间图像边缘上产生M个交点B_j，j为1至M。

接着，利用勾股定理，根据各个交点B_j确定其所在圆周对应的圆心O(X₀,Y₀)的横坐标X₀(j)。

此时，可以根据上述M个横坐标X₀(j)，确定半圆形光斑的圆心O（X₀,Y₀）的横坐标X₀，即，X₀=

。同时，可以将与水平方向平行的角分割线与中间图像边缘的交点B_P的纵坐标Y_BP确定为圆心O（X₀,Y₀）的纵坐标Y₀。

随后，基于圆心O(X₀,Y₀)，根据各个交点B_j计算获得M个半径R_j，并由此确定半圆形光斑的半径R，即R=

。

最后，根据圆心O（X₀,Y₀）和半径R还原出光斑图像的完整半圆形（下称“还原图像”）。

对焦计算部由此可以基于还原图像执行自动对焦步骤。

在自动对焦步骤中，首先根据还原图像的质心G计算圆心O与质心G之间的距离OG=4R/3π；然后，根据距离OG确定离焦量，并根据离焦量调节透镜（例如第二透镜）的位置，从而实现自动对焦。

在完成对焦之后，成像单元对处于待测量位置的叠片裸电芯进行成像以获取其表面图像，并基于该表面图像确定极片的边缘轮廓。

本发明人通过研究发现，对于叠片裸电芯（例如考虑其材质及物理结构）而言，极片表面的某些特征在红外光下更为显著，这对于极片表面形状的重构是非常有利的。因此，为了消除工业环境中杂散光的影响（其通常主要涉及可见光的成像），在成像单元中同时采用可见光光源和红外光源对裸电芯表面进行成像，通过可见光图像和红外图像的融合来获得清晰准确的极片轮廓图像。

具体而言，本发明的成像单元将在潜在低秩表示（LatLRR）算法的基础上针对本发明的应用场景进行改进，提出了一种能够高效且高精确地实现裸电芯极片可见光和红外光图像融合的新的算法。

具体而言，在本发明提出的融合算法中，对于针对同一目标获取的可见光图像I_VI和红外光图像I_IR，首先利用LatLRR算法分别对可见光图像I_VI和红外光图像I_IR进行分解，获得各自的低阶子图像（I_{VI_1}和I_{IR_1}）和显著子图像（I_{VI_2}和I_{IR_2}）。

然后，基于平均权重策略将低阶子图像进行融合，即：

F₁= [I_{VI_1}（i,j）+I_{IR_1}（i,j）]/2

并且，基于平均梯度策略将显著子图像进行融合。

在显著子图像融合过程中，先基于显著子图像的梯度值来构建梯度函数G=

，其中，G_x和G_y分别为水平和垂直方向上的梯度值，M和N分别为水平和垂直方向上的像素数。

接着计算原始权重因子P_{VI_2}=G_{VI_2}/( G_{VI_2}+ G_{IR_2})，P_{IR_2}=1- P_{IR_2}。为了消除由于空间不连续等造成的误差，还需要利用引导滤波器G(I,P)对原始权重因子进行处理，从而获得最终的权重因子Ω：

Ω_{VI_2}=G（I_{VI_2}，P_{VI_2}），

Ω_{IR_2}=G（I_{IR_2}，P_{IR_2}）

再将显著子图像进行融合，从而得到融合的显著子图像F₂:

F₂=Ω_{VI_2}* I_{VI_2}（i,j）+Ω_{IR_2}* I_{IR_2}（i,j）

其中，（i,j）表示图像中的像素坐标。

最终，通过简单地将F₁和F₂相加来获得最终的融合图像F：

F=F₁+F₂

由此，成像单元可以利用融合图像F获取裸电芯上极片的边缘轮廓。

在获得极片的边缘轮廓之后，数据处理单元将相邻极片的边缘轮廓进行比较，从而获得相应的OverHang数据。

前面已经提及，为实现对叠片裸电芯的测量，需要执行极片剥离操作。

在现有技术中，一般是由人工操作来剥离叠片裸电芯上的电极极片。显然，这会严重地降低裸电芯检测的整体效率。为提高测量机的工作效率，剥离模块被设计成与移载模块配合作用，以自动的方式精准地实现电极极片与叠片裸电芯的分离。

为更好地理解本发明，下面将以圆形电极极片为例来描述本发明的剥离模块的结构及工作原理。

剥离模块包括裸电芯夹持单元、极耳剥离单元、极片剥离单元、位置检测单元和控制单元。

裸电芯夹持单元用于在执行剥离操作时，从侧面为叠片裸电芯上除待剥离电极极片之外的其他电极极片提供夹持作用，以方便将最上层电极极片从叠片裸电芯上剥离。

由于叠片裸电芯上阳极极片和阴极极片间隔叠置，彼此具有不同的尺寸，且厚度相对较薄，常见的夹持结构难以在保证极片不变形的情况下为叠片裸电芯提供稳定的夹持作用。为此，在本发明的裸电芯夹持单元中设置有主体，其具有中空结构且上下开口，从而允许将裸电芯例如从主体下方开口送入主体空腔内。

裸电芯夹持单元还包括形成于主体内壁上的多个近似正方形的弹性气囊，其通过主体内的气道与外部气源连接。多个弹性气囊沿竖直方向分多层进行排列布置，其中：位于同一分层上的多个弹性气囊等间隔设置；相邻两个分层上的弹性气囊交错排列，且仅在竖直方向上伸入相邻分层的两个相邻弹性气囊之间，参见图1；并且，弹性气囊被布置成避开阳极和阴极的极耳区域。此外，弹性气囊还被设计具有粗糙外表面，其例如可以通过在外表面上形成微小的凹凸结构来实现。

当叠片裸电芯借助移载模块被移至裸电芯夹持单元的中空主体内的预设位置（其例如通过位置检测单元来进行检测）时，控制单元控制使外部气源开始向弹性气囊进行充气，使弹性气囊向内发生膨胀。本领域技术人员此时容易理解，由于弹性气囊采用对称形状，因此其膨胀形状是可以预期或控制的。并且，通过控制充气的压强和速度，可以使弹性气囊逐渐填充叠片裸电芯的各个电极之间的空隙，而不会对裸电芯内部结构产生强烈的冲击作用。此时，相对突出的电极的暴露表面均弹性气囊包裹，通过控制弹性气囊中的气体压力，可以确保电极通过其暴露表面受到均匀且大小可控的夹持力，且不会因受力不均而发生弯折变形。由此可见，借助本发明的裸电芯夹持单元，可以为叠片裸电芯提供可靠且可控的夹持作用，同时不会造成裸电芯（电极）形状的变化。进一步地，借助在相邻分层的弹性气囊交错排列且仅竖直方向存在部分重叠的布置方式，可以在提供弹性气囊膨胀空间的同时，为需夹持的所有电极均提供可控的夹持作用，这对于电极剥离是非常有利的。

为控制弹性气囊的充气速度和压强，裸电芯夹持单元还可以包括用于检测弹性气囊压力的压力传感器和用于测量充气速度的流量计。进一步地，控制单元还可以被设置成在弹性气囊中的气压达到预设值时，控制停止向弹性气囊充气，以避免弹性气囊中的压力过大而对极片造成不必要的损伤。本领域技术人员通过阅读上述内容，容易根据叠片裸电芯的具体参数（例如极片尺寸及材质）确定充气速度和压强，因此本文中将不再对此进行赘述。

裸电芯夹持单元还包括形成于主体内壁上的限位板，其被布置成紧挨最高处弹性气囊的上表面以限制其向上膨胀，且允许电极和极耳部分通过。借助限位板结构，限制弹性气囊对位于限位板上方的电极和极耳形成包裹，从而允许将该电极和极耳从叠片裸电芯上剥离。

位置检测单元用于检测是否有电极自下而上地通过限位板。作为一种实施方式，位置检测单元可以包括设于限位板上方的第一距离处的红外探测组件，其中，第一距离可以根据叠片裸电芯中相邻的同类电极的极耳在竖直方向上的间距来设置。作为示例，第一距离可以被设置成小于该间距的1/2。

在借助移载模块将叠片裸电芯从剥离模块的主体下方开口进入主体内并向上移动的过程中，当红外探测组件首次感测到有电极通过限位板时，控制单元根据红外探测组件的输出，生成命令以使移载模块停止运动。此时，将只有位于叠片裸电芯最上方的电极（即待剥离的电极）位于限位板上方。此时，控制单元可以控制向弹性气囊充气，以借助弹性气囊将叠片裸电芯中的其他部分包裹夹持固定。

极耳剥离单元包括夹具和第一驱动组件。夹具用于在控制单元的控制下夹紧或松开电极的极耳，第一驱动组件用于驱动夹具在三维空间上运动。当控制单元停止向弹性气囊进行充气时，控制单元可以控制第一驱动组件和夹具，使夹具夹紧最上层电极的极耳，并且控制第一驱动组件使夹具在竖直方向上朝上作圆弧运动，其中，圆弧的圆心落在极耳与电极中心之间的某个位置上。

极片剥离单元包括彼此平行设置的多排吸盘和第二驱动组件。第二驱动组件被设置用于移动吸盘并独立地为各排吸盘提供竖直运动。在剥离操作中，控制单元使各排吸盘关于极耳与电极中心的连线垂直地与电极表面形成吸附作用，并且控制第二驱动组件，使得随着夹具运动圆弧的圆弧角的逐渐增大，按照与极耳的距离从小到大地依次启动各排吸盘的竖直运动。

借助极耳剥离单元和极片剥离单元的配合作用，可以以轻柔的方式实现电极与叠片裸电芯的分离，不会对叠片裸电芯其他部分产生大的作用力，这显然能够降低裸电芯夹持单元的夹持力要求，避免剥离过程对裸电芯结构的不利影响。

基于前面的描述可知，本发明通过对测量模块的自动对焦单元和成像单元进行优化设计，能够在叠片裸电芯复杂生产环境下高效且高精确地实现成像系统的光学对焦和裸电芯图像的准确获取，使得叠片裸电芯的AC Overhang的精确测量成为可能；同时，通过独创性地提出一种自动电极剥离结构，使得能够以非常简单的机械结构和控制实现叠片裸电芯上电极的逐片分离，从而提供一种全自动的测量机结构。

尽管前面结合附图通过具体实施例对本发明进行了说明，但是，本领域技术人员容易认识到，上述实施例仅仅是示例性的，用于说明本发明的原理，其并不会对本发明的范围造成限制，本领域技术人员可以对上述实施例进行各种组合、修改和等同替换，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种叠片裸电芯离线AC Overhang测量机，其包括移载模块、剥离模块和测量模块,其特征在于：

所述移载模块被设置用于将所述裸电芯移载至测量位置和剥离位置；

所述测量模块被设置成利用不同光源同时获取所述裸电芯的多个图像，以及基于多个所述图像确定所述裸电芯的AC Overhang信息；

所述剥离模块被设置成当所述裸电芯位于所述剥离位置时，将所述裸电芯的最上层电极剥离。

2.如权利要求1所述的测量机，其特征在于：所述测量模块包括自动对焦单元、成像单元和数据处理单元；

所述自动对焦单元包括红外激光器、光栏片、分光镜、第一透镜、第二透镜及位置调节组件、滤光片、CCD相机、以及控制组件；

所述成像单元同时获取所述裸电芯的可见光图像和红外光图像，将所述可见光图像和所述红外光图像进行融合以获得所述裸电芯的融合图像，并基于所述融合图像确定所述裸电芯中电极的边缘轮廓；

所述数据处理单元基于所述边缘轮廓确定所述AC Overhang信息。

3.如权利要求2所述的测量机，其特征在于：所述自动对焦单元被设置成使形成于所述CCD 相机上的光斑的对称轴与水平或垂直方向平行；

所述控制组件包括图像优化部和对焦计算部；

所述图像优化部借助原始图像平滑处理步骤、二值化步骤、边缘检测步骤和光斑还原步骤，将所述CCD相机输出的原始图像恢复为还原图像，所述还原图像具有完整半圆形的光斑图像；

所述对焦计算部被设置成：确定所述还原图像中半圆形光斑图像的质心G，基于所述质心 G 和所述半圆形光斑图像的圆心O确定所述质心G与所述圆心O之间的距离OG=4R/3π，根据所述距离OG确定离焦量，并根据所述离焦量实现自动对焦，其中，R为所述还原图像中半圆形光斑图像的半径。

4.如权利要求3所述的测量机，其特征在于：

在所述平滑处理步骤中，计算像素周围 8 个方向上的梯度值▽I_i (i=1,…,8)，并计算像素值 I= I₀ +λ*∑ ⁸ _i=1[c(|▽I_i |)*▽I_i ]

其中，c(▽I)为扩散函数，且在▽I 大于（∑⁸ _i=1▽I_i）/8时， c(▽I)=α*cos²(0.5*π*e^{-(|▽I|/k)* (|▽I|/k)}) ， 否则c(▽I)=β*sin²(0.5*π*e^{-(|▽I|/k)* (|▽I|/k)}) ；k 为常数；α 为关于8个方向定义的常数，其大小与四个相邻像素之间的距离的倒数和倾斜方向成相反关系；β为关于8个方向定义的常数，其大小关于倾斜方向相反地变化；λ为常数；I₀为像素的原始值；

在所述二值化步骤中，利用阈值法对经所述平滑处理步骤处理的图像进行二值化处理和形态学闭运算，以将所述图像分为感兴趣区域和背景区域；

在所述边缘检测步骤中，基于二维小波变换实现所述感兴趣区域的边缘的检测；

在所述光斑还原步骤中，利用 N 条垂直切割线对所述图像进行切割以与所述感兴趣区域的边缘形成N对交点，相邻所述垂直切割线的间隔相同，其中，所述垂直切割线中的第i条与所述边缘的交点为 A_i 和A_N+i，所述点A_i的坐标为（X_i,Y_i），所述点A_N+i的坐标为（X_i,Y_N+i），X和Y轴分别为水平和垂直方向；

基于所述N对交点计算所述感兴趣区域的圆心

的纵坐标

；

利用所述N对交点中垂直距离最大的一对交点

和

确定参考点C（X_c,Y_c），X_c=

；

以所述点C为参考点，基于等角θ分割的方式利用M条角分割线对所述图像进行分割，以在所述感兴趣区域的边缘上产生M个交点B_j，j为1至 M，M=(1+180/θ)；

利用勾股定理根据所述交点B_j中的每一个确定其所在圆周对应的圆心

的横坐标

，根据所述M个横坐标

确定所述感兴趣区域的圆心

的横坐标

，即，

；

将平行于水平方向的角分割线与所述感兴趣区域的边缘的交点

的纵坐标

确定为圆心

的纵坐标

；

基于所述圆心

，根据所述交点 B_j 中的每一个计算获得M 个半径 R_j，并由此确定所述感兴趣区域的半径 R，即 R=

；

根据所述圆心

和所述半径 R 确定所述感兴趣区域的还原图像，其具有完整半圆形的光斑图像。

5.如权利要求 2 所述的测量机，其特征在于：所述成像单元被设置成，

获取所述裸电芯的可见光图像I_VI和红外光图像I_IR；

利用 LatLRR 算法分别将所述可见光图像I_VI和所述红外光图像I_IR 进行分解，获得所述可见光图像的低阶子图像I_{VI_1}和所述红外光图像的低阶子图像I_{IR_1}，以及所述可见光图像的显著子图像I_{VI_2}和所述红外光图像的显著子图像I_{IR_2}；

获得低阶子图像的融合图像F₁=[I_{VI_1}(i,j)+I_{IR_1}(i,j)]/2；

利用平均梯度策略获得显著子图像的融合图像F₂； 获得所述裸电芯的融合图像 F=F₁+F₂；

其中，在显著子图像融合中执行以下步骤： 基于显著子图像的梯度值生成梯度函数 G=

，其中，G_x 和 G_y 分别为水平和垂直方向上的梯度值，M 和 N分别为水平和垂直方向上的像素数；

计算原始权重因子P_{VI_2}=G_{VI_2}/(G_{VI_2}+G_{IR_2})，P_{IR_2}=1-P_{IR_2}；

利用引导滤波器处理所述原始权重因子以生成权重因子Ω，其中，Ω_{VI_2}=G(I_{VI_2}，P_{VI_2})，Ω_{IR_2}=G(I_{IR_2}，P_{IR_2})；

生成显著子图像的融合图像F₂=Ω_{VI_2}*I_{VI_2}(i,j)+Ω_{IR_2} * I_{IR_2}(i,j)，其中(i,j)表示像素坐标。

6.如权利要求1所述的测量机，其特征在于：所述剥离模块包括裸电芯夹持单元、极耳剥离单元、极片剥离单元、位置检测单元和控制单元；

所述位置检测单元被设置用于检测所述裸电芯是否处于所述剥离位置；

所述裸电芯夹持单元被设置用于在所述剥离位置上，夹持所述裸电芯上除待剥离电极之外的部分；

所述极耳剥离单元被设置用于在所述剥离位置上，夹持所述待剥离电极的极耳并使其运动；

所述极片剥离单元被设置用于在所述剥离位置上，吸附所述待剥离电极并使其运动。

7.如权利要求 6 所述的测量机，其特征在于：

所述裸电芯夹持单元包括：

主体，其具有中空结构且上下开口；

形成于所述主体内壁上的多个近似正方形的弹性气囊，其通过所述主体内的气道与外部气源连接，所述多个弹性气囊沿竖直方向分多层进行排列布置，位于同一分层上的多个弹性气囊等间隔设置，相邻两个分层上的弹性气囊交错排列且仅在竖直方向上伸入相邻分层的两个相邻弹性气囊之间，并且所述弹性气囊被布置成避开所述极耳；

用于检测所述弹性气囊内压力的压力传感器；

用于测量关于所述弹性气囊的充气速度的流量计；

形成于所述主体内壁上的限位板，其被布置成紧挨垂直方向上最高的弹性气囊的上表面，且允许所述电极和极耳通过；

所述位置检测单元包括设于所述限位板上方第一距离处的红外探测组件，其在首次检测到所述电极通过所述限位板时生成第一检测信号，其中，所述第一距离小于所述裸电芯中相邻同类电极的极耳在竖直方向上的间距的 1/2；

所述极耳剥离单元包括夹具和第一驱动组件，所述夹具用于夹紧或松开所述极耳，所述第一驱动组件用于驱动所述夹具作三维运动；

所述极片剥离单元包括相互平行的多排吸盘和第二驱动组件，所述吸盘用于吸附所述电极，所述第二驱动组件被设置成独立促动多排所述吸盘中的每一排作竖直运动。

8. 如权利要求 7 所述的测量机，其特征在于：所述控制单元被设置成：

基于所述第一检测信号生成命令以使所述移载模块停止运动，以及控制开始向所述弹性气囊充气；

基于所述压力传感器在所述弹性气囊中压力达到预设值时的输出，控制停止向所述弹性气囊充气；

以及，在停止向所述弹性气囊充气时：

控制所述夹具夹紧最上层所述电极的极耳；

控制所述第一驱动组件使所述夹具朝上作圆弧运动，所述圆弧的圆心位于所述极耳与所述电极的中心之间；

控制使多排所述吸盘中的每一排垂直于所述极耳与所述电极中心的连线，并吸附所述电极；

控制所述第二驱动组件，使得随着所述圆弧运动的圆弧角增大，

根据各排吸盘与所述极耳的距离从小到大地依次启动所述吸盘的竖直运动。

9.如权利要求 8 所述的测量机，其特征在于：所述弹性气囊具有粗糙外表面。

10.如权利要求 9 所述的测量机，其特征在于：所述粗糙外表面形成有凹凸结构。

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