CN113313711A - 一种用于锂电池极片宽度检测的相机、系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于锂电池极片宽度检测的相机、系统及检测方法，装置包括图像传感器、MCU模块、FPGA模块、通信模块以及CameraLink接口模块；图像传感器采集极片的图像数据并发送至FPGA模块，FPGA模块用于将图像数据进行处理并通过CameraLink接口模块将图像数据发送至上位机；FPGA模块对图像数据进行处理，并进行边缘检测，获得边缘位置信息，根据边缘位置信息，计算极片的宽度信息；通信模块将计算获得的极片的宽度信息发送至上位机；该方案能够根据采集的图像数据进行边缘检测和宽度计算，并将计算的宽度信息发送至上位机，有效减少计算机CPU的负荷，保证宽度检测的实时性。

Description

一种用于锂电池极片宽度检测的相机、系统及检测方法

技术领域

本发明涉及锂电池的极片检测技术领域，尤其涉及一种用于锂电池极片宽度检测的相机、系统及检测方法。

背景技术

锂电池极片涂布检测工艺中，不仅需要对极片涂布的缺陷进行检测，同时还需要检测正极或负极涂布和绝缘涂层两面的敷料宽度、极耳留白宽度以及集流体整体宽度。例如，专利文献CN111397517A公开了一种极片尺寸检测方法和极片尺寸检测系统，通过获取待测极片的图像信息，计算待测极片两侧边缘和相机视野中心之间的距离，再根据待测极片两侧边缘到相机视野中心之间距离和运动距离，计算待测极片的宽度。

然而，目前市面上的相机只能提供原始图像信号，测宽功能都是通过计算机CPU进行处理，即相机采集图像信号后发送至远端的上位机进行缺陷检测和宽度测量，而一套锂电池涂布缺陷检测+测宽功能的系统需要多道检测机架，每道机架有多个相机，这样就导致多计算机协同处理及高CPU负荷，不仅占空间，安装复杂，增加了整个生产系统的复杂程度，同时还存在高能耗、高成本、维护困难等问题。

发明内容

本发明提供了一种用于锂电池极片宽度检测的相机、系统及检测方法，能够有效减少计算机CPU的负荷。

一种用于锂电池极片宽度检测的相机，包括图像传感器、MCU模块、FPGA模块、通信模块以及CameraLink接口模块；

所述MCU模块用于向所述FPGA模块发送配置参数，所述FPGA模块用于根据所述配置参数对所述图像传感器进行相应的配置；

所述图像传感器用于采集极片的图像数据并发送至所述FPGA模块，所述FPGA模块用于将所述图像数据进行处理并通过所述CameraLink接口模块将所述图像数据发送至上位机；

所述FPGA模块还用于对所述图像数据进行处理，并进行边缘检测，获得边缘位置信息，根据边缘位置信息，计算极片的宽度信息；所述通信模块用于将计算获得的极片的宽度信息发送至上位机。

进一步地，所述FPGA模块包括采样控制模块和CameraLink编码模块；所述采样控制模块用于控制所述图像传感器的采样参数获取图像数据；所述CameraLink编码模块用于将所述图像数据进行编码后发送至所述CameraLink接口模块。

进一步地，所述FPGA模块还包括边缘检测模块，用于对图像数据进行滤波处理，将滤波处理后的图像与横向边缘算子进行平面卷积处理，获得图像中每个像素位置的横向边缘强度，根据边缘位置周边区域的像素灰度，将灰度值在预设范围之外的像素位置的横向边缘强度置0，将预设行数的每一行像素的每个像素位置的横向边缘强度进行累计叠加，并获取边缘区域内横向边缘强度的最大值的像素位置，获取所述最大值的像素位置周围像素的横向边缘强度，采用质心算法计算获得亚像素的质心位置坐标，作为边缘位置坐标。

进一步地，所述FPGA模块还包括数据预处理模块和数据解码模块，所述数据预处理模块用于在对所述图像数据进行滤波处理之前，对所述图像数据进行预处理；所述数据解码模块用于对预处理后的图像数据进行解码。

进一步地，所述FPGA模块还包括宽度计算模块，用于根据预先建立的像素坐标与米制坐标的映射关系，计算所述边缘位置坐标对应的米制数值坐标，根据米制数值坐标，计算相应的宽度。

一种用于锂电池极片宽度检测的系统，包括至少一个机架，每个机架上设置有至少一个上述的相机，每个相机检测的宽度信息为绝缘涂层敷料宽度、极耳留白宽度、极片涂布区域宽度、集流体整体宽度中的一种。

进一步地，所述相机的数量为至少两个，所述相机的FPGA模块还包括同步模块，将其中一个相机作为主同步相机，所述主同步相机的同步模块用于生成同步信号并发送至其他相机的同步模块，各相机根据所述同步信号采集图像数据、执行边缘检测以及宽度信息的计算。

一种采用上述系统的宽度检测方法，其特征在于，包括：

FPGA模块接收MCU模块发送的配置参数，并根据所述配置参数对所述图像传感器进行相应的配置；

FPGA模块接收图像传感器采集的图像数据，将所述图像数据进行处理并通过所述CameraLink接口模块将所述图像数据发送至上位机；

FPGA模块对所述图像数据进行处理，并进行边缘检测，获得边缘位置信息，根据边缘位置信息，计算极片的宽度信息；

通过通信模块将计算获得的极片的宽度信息发送至上位机。

进一步地，FPGA模块对所述图像数据进行处理，并进行边缘检测，获得边缘位置信息，包括：

对图像数据进行滤波处理；

将滤波处理后的图像与横向边缘算子进行平面卷积处理，获得图像中每个像素位置的横向边缘强度；

根据边缘位置周边区域的像素灰度，将灰度值在预设范围之外的像素位置的横向边缘强度置0；

将预设行数的每一行像素的每个像素位置的横向边缘强度进行累计叠加，并获取边缘区域内横向边缘强度的最大值的像素位置；

获取所述最大值的像素位置周围像素的横向边缘强度，采用质心算法计算获得亚像素的质心位置坐标，作为边缘位置坐标。

进一步地，所述方法还包括：根据边缘位置信息，计算极片的宽度信息，包括：

根据预先建立的像素坐标与米制坐标的映射关系，计算所述边缘位置坐标对应的米制数值坐标；

根据米制数值坐标，计算相应的宽度。

本发明提供的用于锂电池极片宽度检测的相机、系统及检测方法，至少包括如下有益效果：

（1）能够根据采集的图像数据进行边缘检测和宽度计算，并将计算的宽度信息发送至上位机，有效减少计算机CPU的负荷，保证宽度检测的实时性，还能够通过CameraLink接口模块将图像数据直接发送至上位机，进一步进行缺陷检测，采用两种接口模块，互不干扰；

（2）将灰度值在预设范围之外的像素位置的横向边缘强度置0之后再进行多行累加，有效避免边缘的误识别，对每个像素位置的横向边缘强度进行多行累加，能够排除单行引起的误差，提高边缘检测的准确性；

（3）能够实现多个相机图像数据的同步采集和测宽结果纵向位置准确同步。

附图说明

图1为本发明提供的用于锂电池极片宽度检测的相机一种实施例的结构示意图。

图2为本发明提供的用于锂电池极片宽度检测的相机中FPGA模块一种实施例的结构示意图。

图3为本发明提供的用于锂电池极片宽度检测的系统一种实施例的结构示意图。

图4为正极极片一种实施例的结构示意图。

图5为负极极片一种实施例的结构示意图。

图6为本发明提供的用于锂电池极片宽度检测的系统中FPGA模块一种实施例的结构示意图。

图7为本发明提供的用于锂电池极片宽度检测的系统中结果输出位置同步的示意图。

图8为本发明提供的检测方法一种实施例的流程图。

图9为本发明提供的检测方法中边缘检测一种实施例的流程图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

参考图1，在一些实施例中，提供一种用于锂电池极片宽度检测的相机，包括图像传感器1、MCU模块2、FPGA模块3、通信模块4以及CameraLink接口模块5；

MCU模块2用于向FPGA模块3发送配置参数，FPGA模块3用于根据所述配置参数对图像传感器1进行相应的配置；

图像传感器1用于采集极片的图像数据并发送至FPGA模块3，FPGA模块3用于将所述图像数据进行处理并通过CameraLink接口模块5将所述图像数据发送至上位机；

FPGA模块3还用于对所述图像数据进行处理，并进行边缘检测，获得边缘位置信息，根据边缘位置信息，计算极片的宽度信息；通信模块4用于将计算获得的极片的宽度信息发送至上位机。

锂电池极片检测工艺中，除了需要对极片宽度进行检测，还需要进行缺陷检测，本实施例提供的相机，一方面，能够根据采集的图像数据进行边缘检测和宽度计算，并将计算的宽度信息发送至上位机，另一方面，还能够通过CameraLink接口模块将图像数据直接发送至上位机，进一步进行缺陷检测，采用两种接口模块，互不干扰。

具体地，MCU模块2与FPGA模块3连接，图像传感器1、通信模块4以及CameraLink接口模块5均与FPGA模块3连接。通信模块4优选为以太网通信模块。

MCU模块2通过串行通信接口与FPGA模块3连接，用于向FPGA模块发送配置参数，图像传感器1与FPGA模块3连接，FPGA模块3根据该配置参数对图像传感器1进行相应的设置。

系统上电后，MCU模块2和FPGA模块3内部模块初始化，等到1-2秒后，二者初始化完成，MCU模块2主动向FPGA模块3通过串行接口发送配置参数，对图像传感器1进行相应的配置。

进一步地，参考图2，FPGA模块3包括采样控制模块31和CameraLink编码模块32；采样控制模块31用于控制图像传感器1的采样参数获取图像数据，采样参数包括采样频率、采样周期、曝光时间等。CameraLink编码模块32用于将所述图像数据进行编码后发送至CameraLink接口模块5。

FPGA模块3接收到的图像数据，一方面经过CameraLink编码模块32进行编码处理后通过CameraLink接口模块5发送至上位机，另一方面将图像数据进行处理并进行边缘检测和宽度计算。

具体地，FPGA模块3还包括数据预处理模块33和数据解码模块34，数据预处理模块33用于对所述图像数据进行预处理；数据解码模块34用于对预处理后的图像数据进行解码。

其中，数据预处理模块33对图像数据进行的预处理，包括但不限于平衡校正、暗像素校正、增益校正、偏移校正、奇偶点校正等，最大限度的减少噪声和干扰。数据解码模块34解码出连续的或者交叉的、4Tap或者8Tap的图像数据。

进一步地，FPGA模块3还包括边缘检测模块35，用于对图像数据进行滤波处理，以过滤噪声和干扰点，将滤波处理后的图像与横向边缘算子进行平面卷积处理，获得图像中每个像素位置的横向边缘强度，根据边缘位置周边区域的像素灰度，将灰度值在预设范围之外的像素位置的横向边缘强度置0，将预设行数的每一行像素的每个像素位置的横向边缘强度进行累计叠加，并获取边缘区域内横向边缘强度的最大值的像素位置，获取所述最大值的像素位置周围像素的横向边缘强度，采用质心算法计算获得亚像素的质心位置坐标，作为边缘位置坐标。

其中，边缘强度，即边缘点梯度的幅值。对每个像素位置的横向边缘强度进行多行累加，能够排除单行引起的误差，多行像素的横向边缘强度累加后获得的最大值所在的位置，即边缘位置。此外，由于极片相邻边缘的灰度差异很大，将灰度值在预设范围之外的像素位置的横向边缘强度置0之后再进行多行累加，有效避免边缘的误识别。

亚像素的边缘位置是一种基于像素点的坐标体系，因此，还需将其转换为米制数值的坐标系。

进一步地，FPGA模块3还包括宽度计算模块36，用于根据预先建立的像素坐标与米制坐标的映射关系，计算所述边缘位置坐标对应的米制数值坐标，根据米制数值坐标，计算相应的宽度。

具体地，获得两个边缘的米制数值坐标之后，将两个数值相减，即可获得相应的宽度。

进一步地，在一些实施例中，FPGA模块3还包括读行图像模块和缩略图数据模块；读行图像模块用于接收到上位机发送的读取行图像命令时将所述图像数据的行数据通过CameraLink接口模块发送至上位机；缩略图数据模块用于接收到上位机发送的读取缩略图命令时将图像数据进行处理生成缩略图，并将缩略图通过数据CameraLink接口模块发送至上位机。

上述实施例提供的相机，至少包括如下有益效果：

（1）能够根据采集的图像数据进行边缘检测和宽度计算，并将计算的宽度信息发送至上位机，有效减少计算机CPU的负荷，保证宽度检测的实时性，还能够通过CameraLink接口模块将图像数据直接发送至上位机，进一步进行缺陷检测，采用两种接口模块，互不干扰；

（2）将灰度值在预设范围之外的像素位置的横向边缘强度置0之后再进行多行累加，有效避免边缘的误识别，对每个像素位置的横向边缘强度进行多行累加，能够排除单行引起的误差，提高边缘检测的准确性。

参考图3，在一些实施例中，还提供一种用于锂电池极片宽度检测的系统，包括至少一个机架200，每个机架200上设置有至少一个上述的相机100，每个相机100检测的宽度信息为绝缘涂层敷料宽度、极耳留白宽度、极片涂布区域宽度、集流体整体宽度中的一种。

具体地，参考图4和图5，正极极片如图4所示，A区域为极耳留白区域，B区域为绝缘涂层敷料区域，C区域为涂布区域，D区域为集流体整体区域；负极极片如图5所示，A区域为极耳留白区域，C区域为涂布区域，D区域为集流体整体区域。

进一步地，在一些实施例中，参考图6，相机的数量为至少两个，所述相机的FPGA模块3还包括同步模块37，将其中一个相机作为主同步相机，所述主同步相机的同步模块37用于生成同步信号并发送至其他相机的同步模块，各相机根据所述同步信号采集图像数据、执行边缘检测以及宽度信息的计算。

具体地，各相机根据所述同步信号，进行同步采集图像数据以及同步执行边缘检测以及宽度信息的计算。所述同步信号包括采集同步信号，主相机的同步模块按照预设频率生成采集同步信号并发送至其他相机的同步模块，主相机和其他相机根据所述采集同步信号采集图像数据，这样使得不同物理位置的相机获得的图像数据的间隔行数保持不变。

进一步地，所述同步信号还包括计算同步信号，主相机的同步模块生成计算同步信号并发送至其他相机的同步模块，其他相机的同步模块根据该计算同步信号以及极片的走带速度，延时相应时长后执行边缘检测以及宽度信息的计算并输出结果，保证输出结果在极片纵向位置的一致性。参考图7，相机1延时一定时长之后进行边缘检测以及宽度信息的计算并输出结果，相机2延时一定时长后进行边缘检测以及宽度信息的计算并输出结果，则相机1输出计算结果的位置和相机2输出计算结果的位置在极片的纵向位置上是一致的。

通过同步信号，保证所有的相机采集的图像数据都是在同一的信号驱动下进行的，从而保证不同相机的数据的纵向边缘的稳定性。

上述实施例提供的系统，能够实现多个相机图像数据的同步采集和测宽结果纵向准确同步。

参考图8，在一些实施例中，还提供一种采用上述系统的宽度检测方法，包括：

S1、FPGA模块接收MCU模块发送的配置参数，并根据所述配置参数对所述图像传感器进行相应的配置；

S2、FPGA模块接收图像传感器采集的图像数据，将所述图像数据进行处理并通过所述CameraLink接口模块将所述图像数据发送至上位机；

S3、FPGA模块对所述图像数据进行处理，并进行边缘检测，获得边缘位置信息，根据边缘位置信息，计算极片的宽度信息；

S4、通过通信模块将计算获得的极片的宽度信息发送至上位机。

具体地，步骤S1中，MCU模块通过串行通信接口与FPGA模块连接，用于向FPGA模块发送配置参数，图像传感器与FPGA模块连接，FPGA模块根据该配置参数对图像传感器进行相应的设置。

进一步地，步骤S2中，通过CameraLink编码模块将图像数据进行编码后发送至CameraLink接口模块。

进一步地，参考图9，步骤S3中，FPGA模块对所述图像数据进行处理，并进行边缘检测，获得边缘位置信息，包括：

S31、对图像数据进行滤波处理；

S32、将滤波处理后的图像与横向边缘算子进行平面卷积处理，获得图像中每个像素位置的横向边缘强度；

S33、根据边缘位置周边区域的像素灰度，将不符合要求的位置的横向边缘强度置0；

S34、将预设行数的每一行像素的每个像素位置的横向边缘强度进行累计叠加，并获取边缘区域内横向边缘强度的最大值的像素位置；

S35、获取所述最大值的像素位置周围像素的边缘强度，采用质心算法计算获得亚像素的质心位置坐标，作为边缘位置坐标。

进一步地，在一些实施例中，步骤S31之前，还包括对于图像数据的预处理和解码，对图像数据进行的预处理，包括但不限于平衡校正、暗像素校正、增益校正、偏移校正、奇偶点校正等，最大限度的减少噪声和干扰。对图像数据的解码，包括解码出连续的或者交叉的、4Tap或者8Tap的图像数据。

其中，边缘强度，即边缘点梯度的幅值。对每个像素位置的横向边缘强度进行多行累加，能够排除单行引起的误差，多行像素的横向边缘强度累加后获得的最大值所在的位置，即边缘位置。

亚像素的边缘位置是一种基于像素点的坐标体系，因此，还需将其转换为米制数值的坐标系。

进一步地，步骤S3中，根据边缘位置信息，计算极片的宽度信息，包括：

根据预先建立的像素坐标与米制坐标的映射关系，计算所述边缘位置坐标对应的米制数值坐标；

根据米制数值坐标，计算相应的宽度。

具体地，获得两个边缘的米制数值坐标之后，将两个数值相减，即可获得相应的宽度。

在一些实施例中，所述方法还包括：

检测是否接收到上位机发送的读取行图像命令，如果是，则将所述图像数据的行数据通过CameraLink接口模块发送至上位机；

检测是否接收到上位机发送的读取缩略图命令，如果是，则将图像数据进行处理生成缩略图，并将缩略图通过数据CameraLink接口模块发送至上位机。

在一些实施例中，所述相机的FPGA模块还包括同步模块，所述方法还包括：

将其中一个相机作为主同步相机；

主同步相机的同步模块生成同步信号并发送至其他相机的同步模块，各相机根据所述同步信号采集图像数据、执行边缘检测以及宽度信息的计算。

具体地，所述同步信号包括采集同步信号，主相机的同步模块按照预设频率生成采集同步信号并发送至其他相机的同步模块，主相机和其他相机根据所述采集同步信号采集图像数据，这样使得不同物理位置的相机获得的图像数据的间隔行数保持不变。

进一步地，所述同步信号还包括计算同步信号，主相机的同步模块生成计算同步信号并发送至其他相机的同步模块，其他相机的同步模块根据该计算同步信号以及极片的走带速度，延时相应时长后执行边缘检测以及宽度信息的计算并输出结果，保证输出结果在极片纵向位置的一致性。

上述实施例提供的方法，至少包括如下有益效果：

（1）能够根据采集的图像数据进行边缘检测和宽度计算，并将计算的宽度信息发送至上位机，有效减少计算机CPU的负荷，保证宽度检测的实时性，还能够通过CameraLink接口模块将图像数据直接发送至上位机，进一步进行缺陷检测，采用两种接口模块，互不干扰；

（2）将灰度值在预设范围之外的像素位置的横向边缘强度置0之后再进行多行累加，有效避免边缘的误识别，对每个像素位置的横向边缘强度进行多行累加，能够排除单行引起的误差，提高边缘检测的准确性；

（3）能够实现多个相机图像数据的同步采集和测宽结果纵向准确同步。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于锂电池极片宽度检测的相机，其特征在于，包括图像传感器、MCU模块、FPGA模块、通信模块以及CameraLink接口模块；

所述MCU模块用于向所述FPGA模块发送配置参数，所述FPGA模块用于根据所述配置参数对所述图像传感器进行相应的配置；

所述图像传感器用于采集极片的图像数据并发送至所述FPGA模块，所述FPGA模块用于将所述图像数据进行处理并通过所述CameraLink接口模块将所述图像数据发送至上位机；

所述FPGA模块还用于对所述图像数据进行处理，并进行边缘检测，获得边缘位置信息，根据边缘位置信息，计算极片的宽度信息；所述通信模块用于将计算获得的极片的宽度信息发送至上位机。

2.根据权利要求1所述的相机，其特征在于，所述FPGA模块包括采样控制模块和CameraLink编码模块；所述采样控制模块用于控制所述图像传感器的采样参数获取图像数据；所述CameraLink编码模块用于将所述图像数据进行编码后发送至所述CameraLink接口模块。

3.根据权利要求1所述的相机，其特征在于，所述FPGA模块还包括边缘检测模块，用于对图像数据进行滤波处理，将滤波处理后的图像与横向边缘算子进行平面卷积处理，获得图像中每个像素位置的横向边缘强度，根据边缘位置周边区域的像素灰度，将灰度值在预设范围之外的像素位置的横向边缘强度置0，将预设行数的每一行像素的每个像素位置的横向边缘强度进行累计叠加，并获取边缘区域内横向边缘强度的最大值的像素位置，获取所述最大值的像素位置周围像素的横向边缘强度，采用质心算法计算获得亚像素的质心位置坐标，作为边缘位置坐标。

4.根据权利要求3所述的相机，其特征在于，所述FPGA模块还包括数据预处理模块和数据解码模块，所述数据预处理模块用于在对所述图像数据进行滤波处理之前，对所述图像数据进行预处理；所述数据解码模块用于对预处理后的图像数据进行解码。

5.根据权利要求3所述的相机，其特征在于，所述FPGA模块还包括宽度计算模块，用于根据预先建立的像素坐标与米制坐标的映射关系，计算所述边缘位置坐标对应的米制数值坐标，根据米制数值坐标，计算相应的宽度。

6.一种用于锂电池极片宽度检测的系统，其特征在于，包括至少一个机架，每个机架上设置有至少一个如权利要求1-5任一所述的相机，每个相机检测的宽度信息为绝缘涂层敷料宽度、极耳留白宽度、极片涂布区域宽度、集流体整体宽度中的一种。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述相机的数量为至少两个，所述相机的FPGA模块还包括同步模块，将其中一个相机作为主同步相机，所述主同步相机的同步模块用于生成同步信号并发送至其他相机的同步模块，各相机根据所述同步信号采集图像数据、执行边缘检测以及宽度信息的计算。

8.一种采用如权利要求6所述系统的宽度检测方法，其特征在于，包括：

FPGA模块接收MCU模块发送的配置参数，并根据所述配置参数对所述图像传感器进行相应的配置；

FPGA模块接收图像传感器采集的图像数据，将所述图像数据进行处理并通过所述CameraLink接口模块将所述图像数据发送至上位机；

FPGA模块对所述图像数据进行处理，并进行边缘检测，获得边缘位置信息，根据边缘位置信息，计算极片的宽度信息；

通过通信模块将计算获得的极片的宽度信息发送至上位机。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，FPGA模块对所述图像数据进行处理，并进行边缘检测，获得边缘位置信息，包括：

对图像数据进行滤波处理；

将滤波处理后的图像与横向边缘算子进行平面卷积处理，获得图像中每个像素位置的横向边缘强度；

根据边缘位置周边区域的像素灰度，将灰度值在预设范围之外的像素位置的横向边缘强度置0；

将预设行数的每一行像素的每个像素位置的横向边缘强度进行累计叠加，并获取边缘区域内横向边缘强度的最大值的像素位置；

获取所述最大值的像素位置周围像素的横向边缘强度，采用质心算法计算获得亚像素的质心位置坐标，作为边缘位置坐标。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据边缘位置信息，计算极片的宽度信息，包括：

根据预先建立的像素坐标与米制坐标的映射关系，计算所述边缘位置坐标对应的米制数值坐标；

根据米制数值坐标，计算相应的宽度。

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