CN113513991B

CN113513991B - 一种电池极片毛刺高度检测方法及装置

Info

Publication number: CN113513991B
Application number: CN202110403481.0A
Authority: CN
Inventors: 卢志江; 李伟豪; 程学峰; 王晓城; 王建生; 万群
Original assignee: Zhuhai Bomming Vision Technology Co ltd
Current assignee: Zhuhai Bomming Vision Technology Co ltd
Priority date: 2021-04-15
Filing date: 2021-04-15
Publication date: 2023-04-11
Anticipated expiration: 2041-04-15
Also published as: CN113513991A

Abstract

本发明公开了一种电池极片毛刺高度检测装置，装置包括：设置于电池极片一侧的正面光源、设置于电池极片另一侧的背面光源、与正面光源处于同一侧的工业相机镜头；该装置包括水平方向的光学方案和垂直方向的光学方案；同时提出了一种电池极片毛刺高度检测方法，此方法首先将电池极片图像进行预处理提取电池轮廓，根据电池极片轮廓求得电池极片方向，再通过对电池极片方向处理得到电池极片平整轮廓，最后通过电池极片平整轮廓计算出基准线，最终实现对电池极片上的毛刺进行提取，本方法将极片角度和形态学处理的方法相结合来计算基准线，提高了毛刺的测量精度。

Description

一种电池极片毛刺高度检测方法及装置

技术领域

本发明涉及光学方案及检出方法技术领域，具体为一种电池极片毛刺高度检测方法及装置。

背景技术

锂电池极片在分切中时，在极片边缘处容易产生毛刺，如果毛刺过大，容易刺破正负极片之间的保护膜，造成电池内部短路，造成起火爆炸等安全隐患。传统的锂电池极片毛刺检测通过抽检的方式，将一卷极片中的首段和尾端剪裁出来，通过人工使用离线式的影像测试仪进行判断，抽检工序复杂，时间长，但人工测量劳动强度大，结果容易产生人为误判；同时由于毛刺检测精度要求达微米级别，而人工检测是通过人工画线为基准，存在一定的测量误差。目前锂电池的毛刺自动检测方法，主要通过机器视觉光源和工业相机配合，利用同轴光源来正面强化极片轮毂，弱化背景，或者通过背部光源来提取外轮毂，相机取像后通过遍历边缘点的坐标，求出最大值相对于平均值的差值作为毛刺最大高度，来判断是否存在毛刺。

该方案的缺点首先在于光学方案上仅提取极片轮毂进行检测。在极片分切过程中很容易产生粉尘等非金属毛刺，但这些粉尘并不会影响产品质量，而通过外轮毂检测的方式并不能区分金属毛刺和粉尘，因此会造成非常多的误判，从而影响产能并造成一定的浪费。另外算法上通过遍历所有外轮廓点效率较低，鲁棒性也不强，容易受到图像噪声的干扰，对图像成像质量要求较高。

基于上述问题，亟待提出一种电池极片毛刺高度检测方法及装置，利用该方法和装置可以实时快速、准确识别毛刺高度，并且同时判断是否超过工艺设定的要求，与人工检测相比，该方法和装置有效降低了工人劳动强度，提高了毛刺检测效率和检测精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池极片毛刺高度检测方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种电池极片毛刺高度检测方法，其特征在于，检测方法包括以下：

步骤S100：获取电池极片原图像，对所述电池极片图像进行预处理，得到电池极片原轮廓；

步骤S200：根据电池极片原轮廓得到电池极片方向；

步骤S300：根据电池极片方向得到电池极片方向上的平整轮廓；

步骤S400：根据电池极片方向上的平整轮廓，求出电池极片的基准线；

步骤S500：根据电池极片的基准线，对电池极片上毛刺的高度进行检测。

进一步的，步骤S100中的预处理包括以下：

步骤S110：将电池极片原图像划分为n部分电池极片图像，其中，n为自然数，取一个最小处理单位长度为m；

步骤S120：将每部分的电池极片原图像分别按照所述最小处理单位长度m进行二值化处理，其中，设置灰度值阈值，将灰度值大于阈值的取值为255，小于灰度值阈值的取值为0；

该步骤通过图像预处理后得到的极片的边缘比较准确，提高了精准性划线的精度。

进一步的，步骤S200得到电池极片方向的具体操作如下：

步骤S210：将电池极片原轮廓向一个方向平移一个像素，得到一个新轮廓，用电池极片原轮廓减去新轮廓，得到线宽为1个像素的边界线；

步骤S220：构建以所述边界线为中心，宽度为x的掩膜矩阵B，设电池极片原轮廓为A，将A与所述掩膜矩阵B进行与运算，公式如下：

得到电池极片原轮廓的ROI图像；

步骤S230：将电池极片原轮廓的ROI图像进行高斯平滑处理得到第一电池极片轮廓；

步骤S240：将电池极片轮廓1进行边缘检测得到第二电池极片轮廓；

步骤S250：提取电池极片轮廓2上的每个坐标点(x_i，y_i)，x_i为第i个横坐标，y_i为第i个纵坐标，通过最小二乘法拟合成一条直线，设目标直线函数式为y＝k₁x+b₁，根据公式：

其中，n为坐标点数，k₁为直线的斜率，得到k₁值，即可确定电池极片方向；

该步骤减少了图像噪声的干扰，所得到的图像成像质量较高。

进一步的，步骤S300得到电池极片方向上的平整轮廓的具体操作如下：

步骤S310：以步骤S200得到的斜率k₁为基准，创建一个以斜率k₁为方向的结构元素，该结构元素为一个矩形的核，矩形的核宽度方向为n，高度方向为m；

步骤S320：将结构元素对步骤S100得到的电池极片原轮廓进行开运算；

步骤S330:先腐蚀，公式如下：

再膨胀，公式如下：

得到电池极片方向上的平整轮廓。

进一步的，步骤S400求电池极片基准线的具体操作如下：

步骤S410：获取步骤S300得到的电池极片方向上的平整轮廓的一系列行列坐标，x_j为第j个横坐标，y_j为第j个纵坐标，可以得出若干组坐标点(x_j，y_j)；

步骤S420：设目标函数式为y＝k₂x+b₂；

步骤S430：根据公式：

求得目标函数式y＝k₂x+b₂为中的k₂值；

步骤S440：根据公式：

求得目标函数y＝k₂x+b₂中的b₂值。

进一步的，步骤S500中毛刺高度检测的具体操作如下：

步骤S510:以步骤S400得到的电池极片基准线为基准，对所述电池极片基准线以外的区域进行二值化处理得到电池极片处理图像；

步骤S520：在电池极片处理图像中提取灰度值大于T的区域，T<255,判断是否粘连基准线，如果粘连则判断为毛刺,对所有毛刺区域上的点对基准线做投影,投影距离即为毛刺高度。

本发明方法通过提取极片角度和形态学处理的方法结合来计算基准线，提高了毛刺的测量精度。

为实现以上方法本发明还提供了一种电池极片毛刺高度检测装置，其特征在于，所述装置包括：设置于电池极片一侧的正面光源、设置于电池极片另一侧的背面光源、与正面光源处于同一侧的工业相机镜头；所述工业相机连接检测系统，用于接收所述检测系统对其发出的定位请求，并将定位到的电池极片原图像载入所述检测系统中，所述检测系统在接收到所述工业相机载入的图像后开始对所述图像中的电池极片进行毛刺高度检测。

进一步的，电池极片毛刺高度检测装置包括水平方向的光学方案和垂直方向的光学方案；在水平方向的光学方案中，正面光源为两个高亮平行光装置；在垂直方向的光学方案中，正面光源为一个高亮环形光源装置；

本发明装置通过正面光源凸显极片铝箔，背景光源提取外轮廓相结合，有效提取出极片毛刺，提高检测效率。

进一步的，水平方向的光学方案如下：

电池极片水平放置，工业相机水平于极片安装，工业相机的镜头水平指向电池极片方向，背部光源装置垂直于电池极片安装，两个高亮度平行光装置分别安装于电池极片的上下两侧，两个高亮度平行光装置同时与电池极片呈45°角；

背部光源装置用于凸显电池极片的纵向轮廓；

两个高亮度平行光装置用于对电池极片的金属层正面打光。

进一步的，垂直方向的光学方案如下：

电池极片水平放置，工业相机垂直于电池极片安装，工业相机的镜头方向指向电池极片横向面，高亮环形光源装置位于与电池极片的金属层正面水平的方位上，高亮环形光源装置的光源光路垂直向下照射电池极片的金属层正面；

背部光源装置用于凸显电池极片的横向轮廓；

高亮环形光源装置用于对电池极片的金属层正面打光。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过正面光源凸显极片铝箔，背景光源提取外轮廓相结合，能有效区分金属毛刺和粉尘，提取出极片毛刺，减少在检测过程中的误判，提高产能利用，避免浪费，提高检测效率；本发明还通过提取极片角度和形态学处理的方法结合来计算基准线，提高了毛刺的测量精度，解决了现有技术中默认相机安装和极片运动方向完全垂直，以相机坐标系为毛刺基准线的做法所导致的误差。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种电池极片毛刺高度检测方法步骤图；

图2是本发明一种电池极片毛刺高度检测方法中得到电池极片方向的步骤图；

图3是本发明一种电池极片毛刺高度检测方法中得到电池极片方向上平整轮廓的步骤图；

图4是本发明一种电池极片毛刺高度检测方法中得到电池极片基准线的步骤图；

图5是本发明一种电池极片毛刺高度检测装置水平方向的光学方案；

图6是本发明一种电池极片毛刺高度检测装置垂直方向的光学方案。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，本发明提供技术方案：

如图1所示，毛刺高度的检测方法包括以下步骤：

步骤S200：根据电池极片原轮廓得到电池极片方向；

其中，在步骤S100中的预处理包括以下：

步骤S110：将电池极片原图像划分为3部分电池极片图像，取一个最小处理单位长度为1mm；

由于相机的检测视野为极片运动方向3mm，该步骤可提高精准性划线的精度；

步骤S120：将每部分的电池极片原图像分别按照所述最小处理单位长度1mm进行二值化处理，其中，设置灰度值阈值，将灰度值大于160的取值为255，小于160的取值为0。

如图2所示，在步骤S200中得到电池极片方向的具体操作如下：

步骤S220：构建以所述边界线为中心，宽度为20的掩膜矩阵B，设电池极片原轮廓为A，将A与所述掩膜矩阵B进行与运算，公式如下：

得到电池极片原轮廓的ROI图像；

步骤S240：将电池极片轮廓1进行边缘检测得到第二电池极片轮廓，本实施例中采用canny算法进行边缘检测，Canny边缘检测算子是John F.Canny于1986年开发出来的一个多级边缘检测算法，可以分为以下5个步骤实现：1、应用高斯滤波来平滑图像，目的是去除噪声；2、找寻图像的强度梯度；3、应用非最大抑制技术来消除边误检，是指本来不是但检测出来是的边；4、应用双阈值的方法来决定可能的或潜在的边界；5、利用滞后技术来跟踪边界；

此步骤可对电池极片轮廓1图像进行降噪，提高图像质量，从而得出比较精确的极片外轮廓。

其中，n为坐标点数，k₁为直线的斜率，得到k₁值，即可确定电池极片方向。

如图3所示，在步骤S300得到电池极片方向上的平整轮廓的具体操作如下：

步骤S330:先腐蚀，公式如下：

该步骤对图像进行腐蚀可以使目标区域范围“变小”，其实质造成图像的边界收缩，可以用来消除小且无意义的目标物；

再膨胀，公式如下：

该步骤对图像进行膨胀会使目标区域范围“变大”，将于目标区域接触的背景点合并到该目标物中，使目标边界向外部扩张。作用就是可以用来填补目标区域中某些空洞以及消除包含在目标区域中的小颗粒噪声；此步骤即可得到电池极片方向上的平整轮廓。

如图4所示，在步骤S400求电池极片基准线的具体操作如下：

步骤S420：设目标函数式为y＝k₂x+b₂；

步骤S430：根据公式：

求得目标函数式y＝k₂x+b₂为中的k₂值；

步骤S440：根据公式：

求得目标函数y＝k₂x+b₂中的b₂值。

其中，在步骤S500中毛刺高度检测的具体操作如下：

步骤S520：在电池极片处理图像中提取灰度值大于220的区域，判断是否粘连基准线，如果粘连则判断为毛刺,对所有毛刺区域上的点对基准线做投影,投影距离即为毛刺高度，根据工艺要求，将所有大于3.5um的毛刺筛选出来，完成单侧毛刺检测。若为水平方向光学方案，则需对另一侧电池极片用同样的检测方法进行检测；

该步骤通过提取了极片的角度再对极片基准线进行计算，提高了毛刺的测量精度。

如图5所示，一种电池极片毛刺高度检测装置中水平方向的光学方案如下：

背部光源装置用于凸显电池极片的纵向轮廓；

两个高亮度平行光装置用于对电池极片的金属层正面打光。

如图6所示，一种电池极片毛刺高度检测装置中垂直方向的光学方案如下：

背部光源装置用于凸显电池极片的横向轮廓；

高亮环形光源装置用于对电池极片的金属层正面打光；

该装置考虑到了极片分切的刀具有一定的角度，通过正面光源凸显极片铝箔，背景光源提取外轮廓相结合，有效提取出极片毛刺，提高检测效率。

本发明在方法上通过提取极片角度和形态学处理的方法结合来计算基准线，提高了毛刺的测量精度，减少了在毛刺检测的过程中产生的误差；本发明在装置上通过正面光源凸显极片铝箔，背景光源提取外轮廓相结合，有效提取出极片毛刺，对毛刺和粉尘的区别更加的精准，减少了误判，同样减少了浪费，提高了产能，提升了检测效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电池极片毛刺高度检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下：

步骤S200：根据电池极片原轮廓得到电池极片方向；

所述步骤S200得到电池极片方向的具体操作如下：

步骤S210：将所述电池极片原轮廓向一个方向平移一个像素，得到一个新轮廓，用所述电池极片原轮廓减去新轮廓，得到线宽为1个像素的边界线；

步骤S220：构建以所述边界线为中心，宽度为x的掩膜矩阵B，设所述电池极片原轮廓为A，将A与所述掩膜矩阵B进行与运算，公式如下：

得到电池极片原轮廓的ROI图像；

步骤S230：将所述电池极片原轮廓的ROI图像进行高斯平滑处理得到第一电池极片轮廓；

步骤S240：将所述第一电池极片轮廓进行边缘检测得到第二电池极片轮廓；

步骤S250：提取所述第二电池极片轮廓上的每个坐标点(x_i，y_i)，x_i为第i个横坐标，y_i为第i个纵坐标，通过最小二乘法拟合成一条直线，设目标直线函数式为y＝k₁x+b₁，根据公式：

其中，n为坐标点数，k₁为直线的斜率，得到k₁值，即可确定所述电池极片方向；

步骤S300：根据所述电池极片方向得到所述电池极片方向上的平整轮廓；

步骤S400：根据所述电池极片方向上的平整轮廓，求出电池极片的基准线；

步骤S500：根据所述电池极片的基准线，对电池极片上毛刺的高度进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种电池极片毛刺高度检测方法，其特征在于：所述步骤S100中的预处理包括以下：

步骤S110：将所述电池极片原图像划分为n部分电池极片图像，其中，n为自然数，取一个最小处理单位长度为m；

步骤S120：将每部分的电池极片原图像分别按照所述最小处理单位长度m进行二值化处理，其中，设置灰度值阈值，将灰度值大于阈值的取值为255，小于灰度值阈值的取值为0。

3.根据权利要求1所述的一种电池极片毛刺高度检测方法，其特征在于：所述步骤S300得到电池极片方向上的平整轮廓的具体操作如下：

步骤S310：以所述步骤S200得到的斜率k₁为基准，创建一个以所述斜率k₁为方向的结构元素，该结构元素为一个矩形的核，所述矩形的核宽度方向为n，高度方向为m；

步骤S320：将所述结构元素对所述步骤S100得到的电池极片原轮廓进行开运算；

步骤S330:先进行腐蚀，公式如下：

接着膨胀，公式如下：

得到电池极片方向上的平整轮廓。

4.根据权利要求1所述的一种电池极片毛刺高度检测方法，其特征在于：所述步骤S400求电池极片基准线的具体操作如下：

步骤S410：获取所述步骤S300得到的电池极片方向上的平整轮廓的一系列行列坐标，x_j为第j个横坐标，y_j为第j个纵坐标，可以得出若干组坐标点(x_j，y_j)；

步骤S420：设目标函数式为y＝k₂x+b₂；

步骤S430：根据公式：

求得所述目标函数式y＝k₂x+b₂为中的k₂值；

步骤S440：根据公式：

求得所述目标函数y＝k₂x+b₂中的b₂值。

5.根据权利要求1所述的一种电池极片毛刺高度检测方法，其特征在于：所述步骤S500中毛刺高度检测的具体操作如下：

步骤S510:以所述步骤S400得到的电池极片基准线为基准，对所述电池极片基准线以外的区域进行二值化处理得到电池极片处理图像；

步骤S520：在所述电池极片处理图像中提取灰度值大于T的区域，T<255,判断是否粘连基准线，如果粘连则判断为毛刺,对所有毛刺区域上的点对所述基准线做投影,投影距离即为毛刺高度。

6.一种应用于权利要求1-5中任一项的所述电池极片毛刺高度检测方法的电池极片毛刺高度检测装置，其特征在于，所述装置包括：设置于电池极片一侧的正面光源、设置于电池极片另一侧的背面光源、与正面光源处于同一侧的工业相机镜头；所述工业相机镜头连接检测系统，用于接收所述检测系统对其发出的定位请求，并将定位到的电池极片原图像载入所述检测系统中，所述检测系统在接收到所述工业相机镜头载入的图像后开始对所述图像中的电池极片进行毛刺高度检测。

7.根据权利要求6所述的电池极片毛刺高度检测装置，其特征在于：所述电池极片毛刺高度检测装置包括水平方向的光学方案和垂直方向的光学方案；在所述水平方向的光学方案中，正面光源为两个高亮平行光装置；在所述垂直方向的光学方案中，正面光源为一个高亮环形光源装置。

8.根据权利要求7所述的电池极片毛刺高度检测装置，其特征在于：所述水平方向的光学方案如下：

电池极片水平放置，工业相机水平于极片安装，所述工业相机的镜头水平指向电池极片方向，背部光源装置垂直于电池极片安装，两个高亮度平行光装置分别安装于电池极片的上下两侧，所述两个高亮度平行光装置同时与电池极片呈45°角；

所述背部光源装置用于凸显电池极片的纵向轮廓；

所述两个高亮度平行光装置用于对电池极片的金属层正面打光。

9.根据权利要求7所述的电池极片毛刺高度检测装置，其特征在于：所述垂直方向的光学方案如下：

电池极片水平放置，工业相机垂直于电池极片安装，所述工业相机的镜头方向指向电池极片横向面，高亮环形光源装置位于与电池极片的金属层正面水平的方位上，所述高亮环形光源装置的光源光路垂直向下照射电池极片的金属层正面；

背部光源装置用于凸显电池极片的横向轮廓；

所述高亮环形光源装置用于对电池极片的金属层正面打光。