CN115015277A - 极片毛刺在线检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种极片毛刺在线检测系统和方法，涉及电芯生产技术领域。该极片毛刺在线检测系统包括传送装置、拍摄装置、光源装置、传感器、控制卡和工控机；光源装置和拍摄装置分别设于光学玻璃板的两侧，传送带用于传输极片，传感器与控制卡连接，传感器用于检测极片的位置并在极片到达光学玻璃板的状态下，向控制卡发送第一信号；控制卡与拍摄装置连接，控制卡用于根据第一信号触发拍摄装置拍照；拍摄装置与工控机连接，拍摄装置用于获取极片的图像信息，并将图像信息传递至工控机，工控机用于根据图像信息计算极片的毛刺检测结果。检测效率高，可及时发现有毛刺的极片，避免流入下一道工序，提高产品质量。

Description

极片毛刺在线检测系统和方法

技术领域

本发明涉及电芯制造技术领域，具体而言，涉及一种极片毛刺在线检测系统和方法。

背景技术

目前市面上大部分锂电池的毛刺检测都是在离线状态下检测的，即人工在显微镜下进行极片检测，检测效率低，无法进行实时检测。并且该检测方式只能进行抽检，无法对所有极片进行检测。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种极片毛刺在线检测系统和方法，其能够实现极片的在线检测，检测效率高，可实现对所有极片的检测，检测更加全面。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种极片毛刺在线检测系统，包括传送装置、拍摄装置、光源装置、传感器、控制卡和工控机；

所述传送装置包括传送带和光学玻璃板，所述光源装置和所述拍摄装置分别设于所述光学玻璃板的两侧，所述传送带用于传输极片以使所述极片从所述拍摄装置和所述光学玻璃板之间通过；

所述传感器与所述光学玻璃板对应设置，所述传感器与所述控制卡连接，所述传感器用于检测所述极片的位置并在所述极片到达所述光学玻璃板的状态下，向所述控制卡发送第一信号；

所述控制卡与所述拍摄装置连接，所述控制卡用于根据所述第一信号触发所述拍摄装置拍照；

所述拍摄装置与所述工控机连接，所述拍摄装置用于获取极片的图像信息，并将所述图像信息传递至所述工控机，所述工控机用于根据所述图像信息计算所述极片的毛刺检测结果。

在可选的实施方式中，所述拍摄装置包括多个相机，多个所述相机并排设置在所述光学玻璃板远离所述光源装置的一侧，且沿所述极片的长度方向设置。

在可选的实施方式中，所述相机采用1200万面阵相机源，所述相机在第一方向的拍照视野为10mm至15mm，像素为4500pix至6000pix，单次拍摄时间间隔为7ms至10ms。

在可选的实施方式中，所述光源装置采用点光平行照射的频闪光源，其频闪发光时间小于或等于1ms，最小曝光时间1.5625ms。

在可选的实施方式中，还包括显示装置，所述显示装置与所述工控机连接，所述工控机将所述极片的毛刺检测结果传输至所述显示装置，所述显示装置用于显示极片的毛刺检测结果。

在可选的实施方式中，还包括剔除装置，所述工控机与所述剔除装置连接，若所述极片的毛刺检测结果不合格，所述工控机控制所述剔除装置将不合格的极片剔除。

第二方面，本发明提供一种极片毛刺在线检测方法，包括：

判断极片是否到达检测位置；

若所述极片到达所述检测位置，生成第一信号；

依据所述第一信号获取极片的图像信息；

分析所述图像信息并得出极片的毛刺检测结果。

在可选的实施方式中，所述生成第一信号的步骤包括：

获取传感器的检测信息，若所述传感器检测到极片处于光学玻璃板上，则生成所述第一信号。

在可选的实施方式中，所述依据所述第一信号获取极片的图像信息的步骤包括：

传感器向控制卡发出第一信号，所述控制卡向拍摄装置发出第二信号，所述拍摄装置用于依据所述第二信号拍照，以获取极片的图像信息。

在可选的实施方式中，所述分析所述图像信息并得出极片的毛刺检测结果的步骤包括：

依据所述图像信息采用滤波算子提取极片边缘的轮廓点；

采用最小二乘法对所述轮廓点进行直线拟合，得出拟合后的直线轮廓；

计算所述直线轮廓与提取的轮廓点之间的距离，若所述距离大于预设值，则判定极片具有毛刺边缘，若所述距离小于或等于所述预设值，则判定极片没有毛刺边缘。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明实施例提供的极片毛刺在线检测系统，传送装置实现对极片的输送，使得极片从光学玻璃板上通过，在极片达到光学玻璃板后，拍摄装置对极片进行拍摄，获取极片的图像，并将图像信息发送至工控机，工控机用于对极片的图像进行分析计算，判断极片的边缘是否存在毛刺，从而判定极片是否合格，实现对极片毛刺的检测目的。该检测系统可以实现极片的在线检测，检测效率高，并且可以实现对所有极片的检测，检测更全面。通过在线检测能够及时发现有毛刺的极片，便于及时剔除，避免有毛刺的极片流入下一道工序中，有利于提高电芯产品质量。

本发明实施例提供的极片毛刺在线检测方法，检测效率高，检测更加全面，可实现所有极片的在线检测，降低工人劳动强度，提高检测精度，检测结果更加精确可靠。同时便于及时将有毛刺的极片剔除，增加材料利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。

图1为本发明具体实施例提供的极片毛刺在线检测系统的组成框图；

图2为本发明具体实施例提供的极片毛刺在线检测系统的结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的极片毛刺在线检测系统的各部件在竖直方向的分布关系示意图。

图标：100-极片毛刺在线检测系统；101-极片；110-传感器；120-控制卡；130-拍摄装置；131-相机；140-工控机；150-光学玻璃板；160-光源装置；170-传送带。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

随着新能源汽车的发展和普及，电池行业也得以迅速发展，其产能和供能都呈高速增长态势。锂电池由于具有能量密度高、使用寿命长、高低温适应能力强以及绿色环保等优点，成为电池中使用最为广泛的一种。但锂电池安全性差，其主要原因就是隔膜容易被刺穿而引起电池的正负极片直接接触。而引起隔膜刺穿的主要原因之一是在制造过程中产生的极片表面毛刺，该表面毛刺容易刺穿隔膜导致正负极接触短路。

经发明人长期研究发现，在锂电池生产过程中，需要对连续的阳极片和阴极片进行裁切，由切刀裁切后的极片边缘是极片毛刺的主要产生因素，因此对裁切后的极片进行极片边缘毛刺的检测，可以有效防止毛刺刺穿隔膜，进而提高锂电池的安全性和使用寿命。现有技术中，极片的毛刺检测主要为人工抽检，检测效率低，且检测需要在离线状态下进行，比如设备停机后再对极片进行检测，且无法实现所有极片的检测，工人劳动强度大。

第一实施例

请参考图1至图3，本实施例提供了一种极片毛刺在线检测系统100，包括传送装置、拍摄装置130、光源装置160、传感器110、控制卡120和工控机140。其中，拍摄装置130与工控机140连接，包括但不限于采用数据线连接或以无线通信方式连接；工控机140与控制卡120连接，比如可采用IO控制总线连接；控制卡120与传感器110连接，包括但不限于采用数据线或信号线等连接；控制卡120与拍摄装置130连接，包括但不限于采用触发线连接。

本实施例中，传送装置包括传送带170和光学玻璃板150，传送带170用于输送极片101，带动极片101移动。可选地，传送带170采用一根或多根皮带，本实施例中，皮带的数量为两个，两个皮带间隔设置，用于承载极片101并带动极片101移动，光学玻璃板150设置在两个皮带之间，以便于拍摄装置130能够获取更清晰的极片101的图像信息。

光源装置160和拍摄装置130分别设于光学玻璃板150的两侧，传送带170用于传输极片101以使极片101从拍摄装置130和光学玻璃板150之间通过。可选的，光源装置160设置在光学玻璃板150的下方，拍摄装置130设置在光学玻璃板150的上方，极片101在传送带170上移动时，会到达光学玻璃板150上，且位于拍摄装置130的正下方，以便于拍摄装置130能够获取更清晰的极片101的图像信息。

传感器110与光学玻璃板150对应设置，本实施例中，传感器110设于光学玻璃板150的下方，即设于光学玻璃板150远离拍摄装置130的一侧，这样，当极片101移动至光学玻璃板150的上方，传感器110能检测到极片101。当然，在其它可选的实施方式中，传感器110也可以设置在光学玻璃板150的上方，即光学玻璃板150靠近拍摄装置130的一侧，或者设置在光学玻璃板150的旁侧，只要能检测出极片101的位置即可，这里不作具体限定。

传感器110与控制卡120连接，传感器110用于检测极片101的位置并在极片101到达光学玻璃板150的状态下，向控制卡120发送第一信号；控制卡120与拍摄装置130连接，控制卡120用于根据第一信号触发拍摄装置130拍照；拍摄装置130与工控机140连接，拍摄装置130用于获取极片101的图像信息，并将图像信息传递至工控机140，工控机140用于根据图像信息计算极片101的毛刺检测结果。该检测系统可以在线检测极片101的毛刺，检测效率高，能够在裁切极片101后及时发现有毛刺的极片101，并将不良极片101(裁切边缘有毛刺的极片101)提前剔除，大大增加材料的利用率；可以精准地对所有极片101进行检测，有利于提高极片101合格率，进而提高电池产品的合格率，降低产品报废率，节约材料和成本；并且可以提升电池的安全性，延长使用寿命。

可以理解，现有技术中，无法实现全部极片101的毛刺检测，难以保证产品的合格率，漏检率高；人工检测效率低，检测精度低，工人劳动强度大，易疲倦，容易导致检测结果误判，人为主观因素影响大。而本实施例中提出的极片毛刺在线检测系统100，可以有效解决上述的缺陷，提高产品质量和安全性。

可选地，控制卡120采用IO控制卡120，用于接收传感器110的检测信号后触发拍摄装置130拍照。传感器110可以采用接近开关、光敏传感器110或其它传感器110等，只要能检测到极片101到达光学玻璃板150即可，这里不作具体限定。

拍摄装置130包括多个相机131，多个相机131并排设置在光学玻璃板150远离光源装置160的一侧，且沿极片101的长度方向设置。根据极片101的尺寸大小，相机131的数量可以灵活选择进行组合搭配，这里不作具体限定。图2中示出了4个相机131，4个相机131沿极片101的长度方向布置，其检测范围可以覆盖整个极片101的长边，防止漏检。

本实施例中，先设计了检测方案，即检测精度需要满足能够检测到的最小极片101边缘毛刺为0.012mm，且满足设备以70m/min～100m/min的料线输送速度的状态下在线检测，根据市面普遍的极片101片宽最小为80mm，极片101片长则可以通过多个相机131组合进行视野扩展，可以用于任意片长的极片101，则相机131的最小拍照间隔为50ms，根据当前相机131分辨率精度0.0025mm/pixel，最小曝光时间为0.0025mm/100m/min≈1.5625ms。根据以上检测要求，通过实验测试，本实施中设计了如下的视觉硬件及配套算法：

相机131采用1200万高速面阵相机131源，相机131在第一方向的拍照视野为10mm至15mm，像素为4500pix至6000pix，单次拍摄时间间隔为7ms至10ms。可选地，相机131在第一方向的拍照视野为12.7mm，像素为5014pix，相机131的分辨率为：12.7mm/5104pix≈0.0025mm，即2.5um，满足对0.012mm的毛刺进行检测需求，且为了达到50ms的检测要求，相机131对成像的第二方向进行裁剪，单次拍摄时间间隔为7ms至10ms，可以满足50ms的检测要求。其中，第一方向是指极片101的片宽方向，第二方向是指极片101的片长方向。

可选地，该相机131中，镜头选用了1英寸C口CA-LMHE0510的远心镜头，其景深可以达到1.3mm，这样可以消除在运动过程极片101轻微震动带来的检测精度影响。

光源装置160采用点光平行照射的频闪光源，其频闪发光时间小于或等于1ms，最小曝光时间1.5625ms。可选的，光源装置160选用了日进电子的点光平行照射的频闪光源，光源装置160的频闪发光时间可以控制在1ms内，满足最小曝光时间1.5625ms，且光源装置160的超亮的频闪发光可以减少镜头的光圈，从而使相机131景深更大，成像效果越稳定，成像效果更好。

结合以上硬件配套，本实施例中提供的极片毛刺在线检测系统100，对极片101图像进行分析处理的具体算法如下：

根据相机131最小拍照间隔50ms，且相机131拍照时间最大为10ms，则用于极片101图像进行分析处理算法的最长检测耗时为40ms。可选地，极片101图像进行分析处理的算法采用高效的边缘轮廓检测算法，检测基本原理为：通过滤波算子对极片101边缘图像进行轮廓边缘点提取，然后根据最小二乘法对轮廓边缘点进行直线拟合，拟合后的直线结果再对齐提取的轮廓边缘点进行距离计算，当其轮廓边缘点距离拟合后的直线大于0.012mm，则判断为极片101毛刺，若轮廓边缘点距离拟合后的直线小于或等于0.012mm，则判断为极片101没有毛刺；其检测时间通过算法优化可以有效控制在30ms以内，满足算法检测的40ms。

可选地，本实施例中还包括显示装置和剔除装置，显示装置与工控机140连接，工控机140将极片101的毛刺检测结果传输至显示装置，显示装置用于显示极片101的毛刺检测结果，便于操作人员及时、直观地掌握极片101的检测情况。

工控机140与剔除装置连接，若极片101的毛刺检测结果不合格，工控机140控制剔除装置将不合格的极片101剔除，防止不合格的极片101流入下一道工序中，大大增加材料的利用率，提高产品合格率，提升锂电池产品的质量和安全性。

第二实施例

本发明提供一种极片101毛刺在线检测方法，包括：

S100：判断极片101是否到达检测位置；若极片101到达检测位置，生成第一信号。

S200：依据第一信号获取极片101的图像信息。

S300：分析图像信息并得出极片101的毛刺检测结果。

其中，S100中，通过传感器110检测极片101的位置，裁切后的极片101通过传送带170输送，若传感器110检测到极片101到达光学玻璃板150上，则生成第一信号，并将第一信号传递至控制卡120。可选地，裁切后的极片101到达光学玻璃板150，会触发传感器110生成第一信号；控制卡120获取传感器110的检测信息，若传感器110检测到极片101处于光学玻璃板150上，则生成第一信号，即控制卡120获取到第一信号。

S200中，依据第一信号获取极片101的图像信息的步骤包括：

传感器110向控制卡120发出第一信号，控制卡120在获取到第一信号后，控制卡120向拍摄装置130发出第二信号，拍摄装置130用于依据第二信号拍照，以获取极片101的图像信息。容易理解，该图像信息包括极片101的边缘轮廓信息。根据多个相机131的组合，可以采集到极片101的全部边缘轮廓信息，以便于对极片101的所有边缘进行毛刺检测。如图2中所示，极片101若为矩形，则毛刺检测包括对极片101的四条边缘进行毛刺检测。需要说明的是，控制卡120在获取到第一信号后，分别触发各个相机131，使得多个相机131同步拍照。

S300中，分析图像信息并得出极片101的毛刺检测结果的步骤包括：

依据图像信息采用滤波算子提取极片101边缘的轮廓点；采用最小二乘法对轮廓点进行直线拟合，得出拟合后的直线轮廓；计算直线轮廓与提取的轮廓点之间的距离，若距离大于预设值，则判定极片101具有毛刺边缘，若距离小于或等于预设值，则判定极片101没有毛刺边缘。可选地，该预设值为0.012mm，若边缘轮廓点距离拟合后的直线大于0.012mm，则判断为极片101毛刺，若边缘轮廓点距离拟合后的直线小于或等于0.012mm，则判断为极片101没有毛刺；其检测时间通过算法优化可以有效控制在30ms以内，检测效率高，满足在线检测的需求。

本实施例中未提及的其它部分内容，与第一实施例中描述的内容相似，这里不再赘述。

本实施例中提供的极片毛刺在线检测系统100和方法，其工作原理如下：

裁切后的极片101由传送装置两侧的传送带170进行传动输送，传送带170将极片101传送至光学玻璃板150时，会触发光学玻璃板150下面的传感器110，传送带170停止传动，同时传感器110将第一信号发送到控制卡120，第一信号可以是电信号；控制卡120接收到传感器110的第一信号后，通过硬件触发线触发多个相机131同时拍照，即控制卡120向相机131发送第二信号，第二信号为拍照信号；相机131接收到拍照信号后进行图像采集，实时抓取极片101的轮廓边缘信息，相机131采集极片101图像完成后，立即通过数据线将极片101的图像数据传递到工控机140；工控机140将图像数据发送到安装在工控机140里面的图像处理软件进行图像处理；图像处理完成后，极片101的毛刺检测结果显示在显示装置上，并发送检测结果到后端设备；然后传送带170继续带动极片101移动，开始对下一张极片101进行检测。可以理解，后端设备可以包括但不限于是剔除装置，图像处理软件可以安装在工控机140里，也可以是独立的图像处理装置，这里不作具体限定。

本实施例中的光源装置160使用定制的高亮平行白色背光源，光学玻璃板150采用高均匀性透光光学玻璃，相机131采用高分辨率相机131，可对极片101毛刺进行在线高精度测量，经过试验验证，其检测精度可以达到0.0025mm，可检测最小0.012mm的毛刺，检测效率高，检测精度高。可进行单张极片101的边缘全扫描检测，成像效果好，检出率高；实时在线检测极片101毛刺，并可实时反馈检测结果进行不合格极片101剔废处理，提高材料利用率，避免材料浪费，节约生产成本。

综上所述，本发明实施例提供的极片毛刺在线检测系统100和方法，具有以下几个方面的有益效果：

本发明实施例提供的极片毛刺在线检测系统100，传送装置实现对极片101的输送，使得极片101从光学玻璃板150上通过，在极片101达到光学玻璃板150后，拍摄装置130对极片101进行拍摄，获取极片101的图像，并将图像信息发送至工控机140，工控机140用于对极片101的图像进行分析计算，判断极片101的边缘是否存在毛刺，从而判定极片101是否合格，实现对极片101毛刺的检测目的。该检测系统可以实现极片101的在线检测，检测效率高，并且可以实现对所有极片101的检测，检测更全面。通过在线检测能够及时发现有毛刺的极片101，便于及时剔除，避免有毛刺的极片101流入下一道工序中，有利于提高电芯产品质量。

本发明实施例提供的极片101毛刺在线检测方法，检测效率高，检测更加全面，可实现所有极片101的在线检测，降低工人劳动强度，提高检测精度，检测结果更加精确可靠。同时便于及时将有毛刺的极片101剔除，增加材料利用率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种极片毛刺在线检测系统，其特征在于，包括传送装置、拍摄装置、光源装置、传感器、控制卡和工控机；

所述传送装置包括传送带和光学玻璃板，所述光源装置和所述拍摄装置分别设于所述光学玻璃板的两侧，所述传送带用于传输极片以使所述极片从所述拍摄装置和所述光学玻璃板之间通过；

所述传感器与所述光学玻璃板对应设置，所述传感器与所述控制卡连接，所述传感器用于检测所述极片的位置并在所述极片到达所述光学玻璃板的状态下，向所述控制卡发送第一信号；

所述控制卡与所述拍摄装置连接，所述控制卡用于根据所述第一信号触发所述拍摄装置拍照；

所述拍摄装置与所述工控机连接，所述拍摄装置用于获取极片的图像信息，并将所述图像信息传递至所述工控机，所述工控机用于根据所述图像信息计算所述极片的毛刺检测结果。

2.根据权利要求1所述的极片毛刺在线检测系统，其特征在于，所述拍摄装置包括多个相机，多个所述相机并排设置在所述光学玻璃板远离所述光源装置的一侧，且沿所述极片的长度方向设置。

3.根据权利要求2所述的极片毛刺在线检测系统，其特征在于，所述相机采用1200万面阵相机源，所述相机在第一方向的拍照视野为10mm至15mm，像素为4500pix至6000pix，单次拍摄时间间隔为7ms至10ms。

4.根据权利要求1所述的极片毛刺在线检测系统，其特征在于，所述光源装置采用点光平行照射的频闪光源，其频闪发光时间小于或等于1ms，最小曝光时间1.5625ms。

5.根据权利要求1所述的极片毛刺在线检测系统，其特征在于，还包括显示装置，所述显示装置与所述工控机连接，所述工控机将所述极片的毛刺检测结果传输至所述显示装置，所述显示装置用于显示极片的毛刺检测结果。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的极片毛刺在线检测系统，其特征在于，还包括剔除装置，所述工控机与所述剔除装置连接，若所述极片的毛刺检测结果不合格，所述工控机控制所述剔除装置将不合格的极片剔除。

7.一种极片毛刺在线检测方法，其特征在于，包括：

判断极片是否到达检测位置；

若所述极片到达所述检测位置，生成第一信号；

依据所述第一信号获取极片的图像信息；

分析所述图像信息并得出极片的毛刺检测结果。

8.根据权利要求7所述的极片毛刺在线检测方法，其特征在于，所述生成第一信号的步骤包括：

获取传感器的检测信息，若所述传感器检测到极片处于光学玻璃板上，则生成所述第一信号。

9.根据权利要求7所述的极片毛刺在线检测方法，其特征在于，所述依据所述第一信号获取极片的图像信息的步骤包括：

传感器向控制卡发出第一信号，所述控制卡向拍摄装置发出第二信号，所述拍摄装置用于依据所述第二信号拍照，以获取极片的图像信息。

10.根据权利要求7所述的极片毛刺在线检测方法，其特征在于，所述分析所述图像信息并得出极片的毛刺检测结果的步骤包括：

依据所述图像信息采用滤波算子提取极片边缘的轮廓点；

采用最小二乘法对所述轮廓点进行直线拟合，得出拟合后的直线轮廓；

计算所述直线轮廓与提取的轮廓点之间的距离，若所述距离大于预设值，则判定极片具有毛刺边缘，若所述距离小于或等于所述预设值，则判定极片没有毛刺边缘。

Images