CN114308709A - 一种电芯极片叠片对位检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电芯极片叠片对位检测方法，采用五台相机联合标定形成CCD系统检测极片本身的尺寸情况、极片极耳的平整情况、极片坐标偏移量情况，并根据检测结果剔除不合格的极片。本发明采用蓝色无影光源对极耳处打光，能够得到的极耳处优秀的图像成像效果；并通过改进极耳处成像效果和明细极耳坐标的检测能够及时检测出异常极片，避免生产报废损失。针对原对位流程在生产中因为各种原因存在误判现象，做出新的运算检测流程，在对极片坐标和水平偏移检测纠偏复检使极片叠片整齐。

Description

一种电芯极片叠片对位检测方法

技术领域

本发明涉及电芯制造技术领域，尤其涉及一种电芯极片叠片对位检测方法。

背景技术

锂电池极片装配制造有两种工艺分为叠片和卷绕，由于早期3C消费电子产品在圆柱电池的应用，圆柱电池的生产工艺及生产体系已经相当成熟，圆柱电池则是采用的卷绕的工艺。随着对能量密度更高需求的提出，方壳电芯和软包电芯的运用也更加广泛，高速叠片对如今锂电制造变得更加重要。叠片工艺可以在结构及能量密度做到更高，目前工艺也比较成熟，较为先进的单片叠片节拍能达到0.4s，国外进口叠片机节拍甚至更低。在叠片过程中，对位对于整个环节至关重要，对位不齐会影响电池制造性能甚至导致短路。早期叠片是通过机械方法对齐，而近些年机器视觉的兴起带动工业自动化的检测进一步发展，采用CCD相机的叠片机使得叠出的电芯极组中正负极片与隔膜位置的误差更低，效率更高。CCD系统包括硬件及软件，硬件部分为工控机、相机、相机支架结构、光源及光源电源包括配套电路，软件部分则为调用相机并对图像处理运算的程序，目前主流编程软件如halcon等具有大量可以调用的算子和工具。

在生产过程中如果采用机械对齐，叠出的电芯极组精度差且一致性不能得到保证。而CCD检测对位系统中，由于原料以及载具质量参差不齐，有时会造成误判，导致生产效果并不理想，此外在极耳皱缩检测也不尽人意，在有时常常未能检测到极耳皱缩、折叠或缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种电芯极片叠片对位检测方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种电芯极片叠片对位检测方法，包含以下步骤：

步骤1），采用五台相机联合标定形成CCD系统检测极片，其中四台相机检测极片的四角，另外一台相机检测极片的极耳；

步骤2），检测极片的尺寸情况：

步骤2.1），通过CCD系统拍摄的极片四角处的图像提取出极片四个角的坐标，所述极片四个角的坐标均以其圆角两侧直线交点处的坐标为坐标；

步骤2.2），根据极片四个角的坐标计算处极片四条边的长度，并将其和预设的极片四条边的目标长度阈值一一对应比较，若存在长度和其对应目标长度阈值之间差值的绝对值大于预设的第一误差阈值的边，则判定该极片不合格并将其剔除；

步骤3），检测极耳的平整情况：

步骤3.1），采用蓝色无影光源对极耳处打光，通过CCD系统拍摄的极耳处的照片提取出极耳四个角的坐标，极耳圆角处的坐标以其圆角两侧直线交点处的坐标为坐标，极耳直角处的坐标以其本身坐标为坐标；并根据极耳四个角的坐标计算出极耳的长和宽；

步骤3.2），将极耳的长、宽分别和预设的极耳长、宽的目标长度阈值一一对应比较，若存在长度和其对应目标长度阈值之间差值的绝对值大于预设的第二误差阈值的长或宽，则判定该极片不合格并将其剔除；

步骤4），检测极片坐标偏移量情况：

步骤4.1），根据极片四个角的坐标计算出极片中心的坐标，并将其和预设的极片中心目标坐标进行比较，得出极片在X轴方向的偏移量ΔX和在Y轴方向的偏移量ΔY；

步骤4.2），将ΔX、ΔY的绝对值和预设的纠偏阈值进行比较，如果ΔX的绝对值大于预设的纠偏阈值或ΔY的绝对值大于预设纠偏阈值：

步骤4.2.1），根据极片四个角的坐标或者极耳四个角的坐标计算出极片的水平偏移量和偏移角度，并判断偏移角度是否大于预设的偏移角度阈值；

步骤4.2.1.1），如果断偏移角度大于预设的偏移角度阈值，判定该极片不合格并将其剔除；

步骤4.2.1.2），如果断偏移角度小于等于预设的偏移角度阈值：

步骤4.2.1.2.1），若该极片未进行过纠偏，则根据偏移量和偏移角度对极片进行纠偏，并跳转执行步骤4.1）；

步骤4.2.1.2.2），若该极片已经进行过纠偏，判定该极片不合格并将其剔除。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明通过改进极耳处成像效果和明细极耳坐标的检测能够及时检测出异常极片，避免生产报废损失。针对原对位流程在生产中因为各种原因存在误判现象，做出新的运算检测流程，在对极片坐标和水平偏移检测纠偏复检使极片叠片整齐。

附图说明

图1为本发明中极片极耳处检测；

图2为本发明中极片一个圆角处的检测图片示意图；

图3为本发明中CCD系统中五个相机联合标定的示意图；

图4为本发明中计算偏移角度的示意图；

图5为本发明中进行检测纠偏的系统连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

本发明公开了一种电芯极片叠片对位检测方法，包含以下步骤：

步骤1），采用五台相机联合标定形成CCD系统检测极片，其中四台相机检测极片的四角，另外一台相机检测极片的极耳；

叠片检测有尺寸外观检测和对位检测，这些由视觉系统即CCD系统检测。CCD系统采用多相机联合标定检测，共选用5台相机，选择GIGE接口，其作为千兆网接口，可以实现大流量数据的传输，传输距离最高达到上百米，此类型相机在工业视觉系统中应用颇为广泛。相机连接工控机扩展接口后连接主机网口，在给配置IP地址后，在工业视觉软件上加载配置相机调用资源，如图5所示。五台相机拍照位置分别为极片的四角以及极耳处。

步骤2），检测极片的尺寸情况：

步骤2.1），通过CCD系统拍摄的极片四角处的图像提取出极片四个角的坐标，所述极片四个角的坐标均以其圆角两侧直线交点处的坐标为坐标；

极片四角处为圆角，根据视觉软件直线检测命令提取圆角两侧直线的交点作为其在CCD系统中的坐标，如图2所示。CCD系统是将各个相机在其独立的坐标系结合起来得到一个检测区域整体的坐标系，由标准定位板确定其每个像素点对应的实际距离；依此类推就可以得到四个边角处拟合坐标，坐标连线为矩形。如图3所示，极片可以表示为由（X1,Y1）（X2,Y2）（X3,Y3）（X4,Y4）构成的矩形；

步骤2.2），根据极片四个角的坐标计算处极片四条边的长度，并将其和预设的极片四条边的目标长度阈值一一对应比较，若存在长度和其对应目标长度阈值之间差值的绝对值大于预设的第一误差阈值的边，则判定该极片不合格并将其剔除；

步骤3），检测极耳的平整情况：

步骤3.1），采用蓝色无影光源对极耳处打光，通过CCD系统拍摄的极耳处的照片提取出极耳四个角的坐标，极耳圆角处的坐标以其圆角两侧直线交点处的坐标为坐标，极耳直角处的坐标以其本身坐标为坐标；并根据极耳四个角的坐标计算出极耳的长和宽；

如图1所示，在极耳边缘处的两角以及极耳与极片相交圆角处添加ROI，点线为ROI--region of interest检测感兴趣区域，点画线为延伸出的直线及其交点，实线矩形为相机拍摄区域。通过直线检测和直线相交坐标工具得到极耳的长宽尺寸，其极耳长为(Xe1,Ye1)与（Xe2,Ye2）两点间距离，宽为(Xe1,Ye1)与（Xe3,Ye3）两点间距离；

步骤3.2），将极耳的长、宽分别和预设的极耳长、宽的目标长度阈值一一对应比较，若存在长度和其对应目标长度阈值之间差值的绝对值大于预设的第二误差阈值的长或宽，则判定该极片不合格并将其剔除；

如果极耳处缺陷折叠或皱缩则生成极耳的长宽和其实际尺寸误差较大，这种极片不合格；

步骤4），检测极片坐标偏移量情况：

步骤4.1），根据极片四个角的坐标计算出极片中心的坐标，并将其和预设的极片中心目标坐标进行比较，得出极片在X轴方向的偏移量ΔX和在Y轴方向的偏移量ΔY；

步骤4.2），将ΔX、ΔY的绝对值和预设的纠偏阈值进行比较，如果ΔX的绝对值大于预设的纠偏阈值或ΔY的绝对值大于预设纠偏阈值：

步骤4.2.1），根据极片四个角的坐标或者极耳四个角的坐标计算出极片的水平偏移量和偏移角度，并判断偏移角度是否大于预设的偏移角度阈值；

计算水平偏移量和偏移角度时，可以如图4所示,通过提取坐标（Xr1,Yr1）（Xr2,Yr2）计算偏移角度为arctan[(Yr1-Yr2) /(Xr1-Xr2)]，当然也可以选择四条直线的其他三条中任意一个来计算水平偏移量和偏移角度；

步骤4.2.1.1），如果断偏移角度大于预设的偏移角度阈值，判定该极片不合格并将其剔除；

步骤4.2.1.2），如果断偏移角度小于等于预设的偏移角度阈值：

步骤4.2.1.2.1），若该极片未进行过纠偏，则根据偏移量和偏移角度对极片进行纠偏，并跳转执行步骤4.1）；

步骤4.2.1.2.2），若该极片已经进行过纠偏，判定该极片不合格并将其剔除。

进行纠偏时，CCD系统将水平偏移量、偏移角度发送给控制器，机电系统（在这里可选择三轴纠偏系统，在平面上对XYR三个方向调节。也可选择机器人，如选择机器人，其控制器与工控机连接）根据CCD传输的三个调节量进行运动纠偏。

在CCD系统中，通过调试得到了极片合适放置位置， 系统最终目的就是把原来的极片放到预设调试好的位置。如果纠偏范围过大，会影响叠片精度、一致性以及生产节拍。所以在视觉程序中会把检测XYR任意数值超出的极片剔除。

在对极耳处检测时，由于极片尤其是负极片极耳的铜箔很薄很软，极耳处往往并不平正，其成像效果通常是极耳中间是光亮，边缘处为昏暗的。在取料堆叠的过程中有时极耳发生皱缩折叠，检测纠偏系统不能检测出问题极片，叠出的极组直接影响下一道工序。在目前叠片系统采用的解决方法是在极耳处检测相机对极耳边缘处检测，若极耳面积超过设定值则为OK。这种方法精度不佳，现采用蓝色无影光源对极耳处打光，能够得到的极耳处优秀的图像成像效果。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电芯极片叠片对位检测方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1），采用五台相机联合标定形成CCD系统检测极片，其中四台相机检测极片的四角，另外一台相机检测极片的极耳；

步骤2），检测极片的尺寸情况：

步骤2.1），通过CCD系统拍摄的极片四角处的图像提取出极片四个角的坐标，所述极片四个角的坐标均以其圆角两侧直线交点处的坐标为坐标；

步骤2.2），根据极片四个角的坐标计算处极片四条边的长度，并将其和预设的极片四条边的目标长度阈值一一对应比较，若存在长度和其对应目标长度阈值之间差值的绝对值大于预设的第一误差阈值的边，则判定该极片不合格并将其剔除；

步骤3），检测极耳的平整情况：

步骤3.1），采用蓝色无影光源对极耳处打光，通过CCD系统拍摄的极耳处的照片提取出极耳四个角的坐标，极耳圆角处的坐标以其圆角两侧直线交点处的坐标为坐标，极耳直角处的坐标以其本身坐标为坐标；并根据极耳四个角的坐标计算出极耳的长和宽；

步骤3.2），将极耳的长、宽分别和预设的极耳长、宽的目标长度阈值一一对应比较，若存在长度和其对应目标长度阈值之间差值的绝对值大于预设的第二误差阈值的长或宽，则判定该极片不合格并将其剔除；

步骤4），检测极片坐标偏移量情况：

步骤4.1），根据极片四个角的坐标计算出极片中心的坐标，并将其和预设的极片中心目标坐标进行比较，得出极片在X轴方向的偏移量ΔX和在Y轴方向的偏移量ΔY；

步骤4.2），将ΔX、ΔY的绝对值和预设的纠偏阈值进行比较，如果ΔX的绝对值大于预设的纠偏阈值或ΔY的绝对值大于预设纠偏阈值：

步骤4.2.1），根据极片四个角的坐标或者极耳四个角的坐标计算出极片的水平偏移量和偏移角度，并判断偏移角度是否大于预设的偏移角度阈值；

步骤4.2.1.1），如果断偏移角度大于预设的偏移角度阈值，判定该极片不合格并将其剔除；

步骤4.2.1.2），如果断偏移角度小于等于预设的偏移角度阈值：

步骤4.2.1.2.1），若该极片未进行过纠偏，则根据偏移量和偏移角度对极片进行纠偏，并跳转执行步骤4.1）；

步骤4.2.1.2.2），若该极片已经进行过纠偏，判定该极片不合格并将其剔除。

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