CN116105613A - 一种基于双线扫相机测量电池封边厚度的方法 - Google Patents

一种基于双线扫相机测量电池封边厚度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池检测技术领域，且公开了一种基于双线扫相机测量电池封边厚度的方法，包括以下步骤：用户选择到测电池型号，并将电池摆放在载物台上，随着载物台的移动，触发线扫相机同步扫描待测封边，获取上下相机深度数据，通过以下算法得出封边厚度。本发明提出的测量电池封边厚度方案结构简单，操作方便，只需做一次系统标定即可测量多种不同型号的电池；且基于线扫相机扫描电池封边，测量结果精确可靠稳定。另外，本发明设备机构简单，操作方便；非接触式测量，不会对电池造成形变破坏；测量效率高，一次测量可以同时检测多个测量点；测量精度重复可靠。

Description

一种基于双线扫相机测量电池封边厚度的方法
技术领域
本发明涉及电池检测技术领域，具体为一种基于双线扫相机测量电池封边厚度的方法。
背景技术
软包电池通常有三个封印边，其密封效果直接影响电池的安全性和寿命，一旦过封和欠封都容易引起品质不良，因此保证软包电池的封印焊接质量是做好软包电池的先决条件之一。
目前针对软包电池封边厚度的测量大多采用手动测量的方式，即使用千分尺对封边厚度进行测量。这种方式属于接触式测量，一次只能测单个点，且测量结果受人为因素干扰大，无法精确测指定测量点的厚度，对电池封边造成挤压变形。目前市面上新出现基于2D方式非接触式测量封边厚度的方法。此测量方法效率较低，设备结构复杂，成本较高。
因此，本发明提供一种基于双线扫相机测量电池封边厚度的方法，通过该方法可以解决人工测量一次只能测量一个点，且测量结果不精确的情况；同时可以解决基于2D方式非接触式测量封边厚度的方法的测量效率低、设备结构复杂，导致操作困难，且测量成本较高的问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于双线扫相机测量电池封边厚度的方法，解决了上述背景技术中所存在的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于双线扫相机测量电池封边厚度的方法，包括以下步骤：用户选择到测电池型号，并将电池摆放在载物台上，随着载物台的移动，触发线扫相机同步扫描待测封边，获取上下相机深度数据，通过以下算法得出封边厚度。
安装固定好相机位置后，则上下相机之间的距离确定，若待测封边厚度为h，则有
H1+H2+h＝C (1)
其中，H1，H2分别表示待测物体表面到上下相机的距离，C为上下相机之间的距离常量，若h已知，则可以标定出距离常量；
为了标定出测量系统的距离常量C，使用一个厚度已知的标定块，上下相机同步扫描得到深度数据，根据公式(1)即可标定出距离常量，则电池封边厚度可以表示为：
h＝C-H1-H2 (2)
公式(1)隐式要求载物台和相机之间要相互垂直，并且上下相机对齐，实际上相机和载物台不完全垂直，它们之间存在三维旋转关系，理想情况下，没标定块表面任意一点到相机的距离都是相等的，实际上标定块到相机的距离不是完全相同的，实际上载物台运动轴不能完全平行于相机，且不同位置有轻微的凸起，标定块到相机的距离呈线性关系，表明载物台和相机之间有一定的夹角；
分别计算出标定块相对于相机的x轴和y轴的旋转角度，则三维旋转矩阵可以分别表示为：
Figure BDA0004120224100000021
Figure BDA0004120224100000022
使用公式(5)对倾斜标定面进行平面校正：
R＝Rx*Ry (5)
将图像校平后，为了测量封边厚度，还需要标定上下关于z轴的旋转角度，确保上下相机图像对齐；分别找到标定块在上下相机成像的水平和竖直边缘，并计算角点；计算图像中水平边缘的角度：
α＝atan(k) (5)
其中，k为直线斜率，则上下相机关于z轴的旋转角度差为：
δα＝αd-αu (6)
其中，αd，αu分别表示标定块水平边缘在下、上相机中的角度；
标定块校平后，理想情况下，标定块表面高度分布应该是水平的，但实际上运动轴不是严格平行于相机，不同位置到相机的距离是不一样的，为了进一步提高测量精度，采用分区标定，即把标定块网格化，计算出每个网格内的局部补偿值，实际测量时，基于查表双线性插值的方式计算得到每个像素点的厚度；
系统标定完后，将标定参数写入配置文件中，这样不同每次测量都做一次标定；实际测量时，按照公式(5)～(7)把上下相机深度图校平对齐，基于阈值二值化技术定位出电池封边位置，使用直线查找技术分别找到电池封边水平和竖直边缘，以电池封边水平和竖直边缘为基准，等间距选择N个测量点，使用公式(2)评估电池封边厚度。
优选的，在对电池的封边厚度进行测量之前，预先设定每种型号电池封边厚度的正常范围值，并将其设置为阈值范围；在对电池的封边厚度测量的时候，当等间距选择N个测量点，使用公式(2)评估电池封边厚度，得到N个测量点的数据后，将N个数据利用分析算法得到最优的参数；然后根据测量电池的型号匹配到其相应的阈值范围，并将得到的最优参数与阈值方位进行比对，判断最优参数是否落在阈值范围中，若处于阈值范围中，则判断该被测电池的封边正常，反之，则判断被测电池的封边异常。
在检测线中，若判断被测电池封边异常后，则通过剔除机构将封边异常的电池从检测线上剔除，并记录下该电池的型号，同时反馈给控制终端，便于管理人员了解检测线上，每种型号电池的不良品率。
优选的，在得到被测电池上的N个测量点数据后，会同时将N各测量点数据与对应的阈值范围进行比对，若发现其中有一个或者几个测量点的数据与阈值范围的离散程度过大，则不进行后续操作，同时将离散程度过大的测量点数据及其位置记录下来。
便于管理人员根据记录下来的被测电池的信号及其离散程度较大的测量点数据和位置来对电池的封边工艺或者设备的问题进行寻找。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于双线扫相机测量电池封边厚度的方法，具备以下
有益效果：
本发明提出的测量电池封边厚度方案结构简单，操作方便，只需做一次系统标定即可测量多种不同型号的电池；且基于线扫相机扫描电池封边，测量结果精确可靠稳定。另外，本发明设备机构简单，操作方便；非接触式测量，不会对电池造成形变破坏；测量效率高，一次测量可以同时检测多个测量点；测量精度重复可靠。
在对每种型号的电池进行测量的时候，得到每个被测电池N个测量点的最优参数数据，然后将得到的最优参数数据与其对应的阈值范围进行比对，若最优参数数据落在其对应的阈值范围中，则判断电池封边正常，反之，则判断电池封边异常，在对电池封边厚度进行测量的过程中，能够同时判断不同型号电池的封边是否正常。
附图说明
图1为测量过程示意图；
图2为测量原理示意图；
图3为标定块深度趋势示意图；
图4为校平后标定块表面高度分布示意图。
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。
如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种基于双线扫相机测量电池封边厚度的方法，包括以下步骤：用户选择到测电池型号，并将电池摆放在载物台上，随着载物台的移动，触发线扫相机同步扫描待测封边，获取上下相机深度数据，通过以下算法得出封边厚度。
如图2所示，安装固定好相机位置后，则上下相机之间的距离确定，若待测封边厚度为h，则有
H1+H2+h＝C (1)
其中，H1，H2分别表示待测物体表面到上下相机的距离，C为上下相机之间的距离常量，若h已知，则可以标定出距离常量；
为了标定出测量系统的距离常量C，使用一个厚度已知的标定块，上下相机同步扫描得到深度数据，根据公式(1)即可标定出距离常量，则电池封边厚度可以表示为：
h＝C-H1-H2 (2)
公式(1)隐式要求载物台和相机之间要相互垂直，并且上下相机对齐，实际上相机和载物台不完全垂直，它们之间存在三维旋转关系，理想情况下，没标定块表面任意一点到相机的距离都是相等的，实际上标定块到相机的距离不是完全相同的，实际上载物台运动轴不能完全平行于相机，且不同位置有轻微的凸起，如图3所示，标定块到相机的距离呈线性关系，表明载物台和相机之间有一定的夹角；
分别计算出标定块相对于相机的x轴和y轴的旋转角度，则三维旋转矩阵可以分别表示为：
Figure BDA0004120224100000061
Figure BDA0004120224100000062
使用公式(5)对倾斜标定面进行平面校正：
R＝Rx*Ry (5)
将图像校平后，为了测量封边厚度，还需要标定上下关于z轴的旋转角度，确保上下相机图像对齐；分别找到标定块在上下相机成像的水平和竖直边缘，并计算角点；计算图像中水平边缘的角度：
α＝atan(k) (5)
其中，k为直线斜率，则上下相机关于z轴的旋转角度差为：
δα＝αd-αu (6)
其中，αd，αu分别表示标定块水平边缘在下、上相机中的角度；
标定块校平后，标定块表面高度分布如图4所示，理想情况下，标定块表面高度分布应该是水平的，但图4表明实际上运动轴不是严格平行于相机，不同位置到相机的距离是不一样的，为了进一步提高测量精度，本发明提出分区标定，即把标定块网格化，计算出每个网格内的局部补偿值，实际测量时，基于查表双线性插值的方式计算得到每个像素点的厚度；
系统标定完后，将标定参数写入配置文件中，这样不同每次测量都做一次标定；实际测量时，按照公式(5)～(7)把上下相机深度图校平对齐，基于阈值二值化技术定位出电池封边位置，使用直线查找技术分别找到电池封边水平和竖直边缘，以电池封边水平和竖直边缘为基准，等间距选择N个测量点，使用公式(2)评估电池封边厚度。
在对电池的封边厚度进行测量之前，预先设定每种型号电池封边厚度的正常范围值，并将其设置为阈值范围；在对电池的封边厚度测量的时候，当等间距选择N个测量点，使用公式(2)评估电池封边厚度，得到N个测量点的数据后，将N个数据利用分析算法得到最优的参数；然后根据测量电池的型号匹配到其相应的阈值范围，并将得到的最优参数与阈值方位进行比对，判断最优参数是否落在阈值范围中，若处于阈值范围中，则判断该被测电池的封边正常，反之，则判断被测电池的封边异常。
在得到被测电池上的N个测量点数据后，会同时将N各测量点数据与对应的阈值范围进行比对，若发现其中有一个或者几个测量点的数据与阈值范围的离散程度过大，则不进行后续操作，同时将离散程度过大的测量点数据及其位置记录下来。
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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于双线扫相机测量电池封边厚度的方法，其特征在于，包括以下步骤：用户选择到测电池型号，并将电池摆放在载物台上，随着载物台的移动，触发线扫相机同步扫描待测封边，获取上下相机深度数据，后台算法得出封边厚度。
2.根据权利要求1所述的一种基于双线扫相机测量电池封边厚度的方法，其特征在于：所述后台算法具体设置为：安装固定好相机位置后，则上下相机之间的距离确定，若待测封边厚度为h，则有
H1+H2+h＝C    (1)
其中，H1，H2分别表示待测物体表面到上下相机的距离，C为上下相机之间的距离常量，若h已知，则可以标定出距离常量；
为了标定出测量系统的距离常量C，使用一个厚度已知的标定块，上下相机同步扫描得到深度数据，根据公式(1)即可标定出距离常量，则电池封边厚度可以表示为：
h＝C-H1-H2    (2)
公式(1)隐式要求载物台和相机之间要相互垂直，并且上下相机对齐，实际上相机和载物台不完全垂直，它们之间存在三维旋转关系，理想情况下，没标定块表面任意一点到相机的距离都是相等的，实际上标定块到相机的距离不是完全相同的，实际上载物台运动轴不能完全平行于相机，且不同位置有轻微的凸起，标定块到相机的距离呈线性关系，表明载物台和相机之间有一定的夹角；
分别计算出标定块相对于相机的x轴和y轴的旋转角度，则三维旋转矩阵可以分别表示为：
Figure FDA0004120224090000011
Figure FDA0004120224090000021
使用公式(5)对倾斜标定面进行平面校正：
R＝Rx*Ry    (5)
将图像校平后，为了测量封边厚度，还需要标定上下关于z轴的旋转角度，确保上下相机图像对齐；分别找到标定块在上下相机成像的水平和竖直边缘，并计算角点；计算图像中水平边缘的角度：
α＝atan(k)    (5)
其中，k为直线斜率，则上下相机关于z轴的旋转角度差为：
δα＝αd-αu (6)
其中，αd，αu分别表示标定块水平边缘在下、上相机中的角度；
标定块校平后，理想情况下，标定块表面高度分布应该是水平的，但实际上运动轴不是严格平行于相机，不同位置到相机的距离是不一样的，为了进一步提高测量精度，采用分区标定，即把标定块网格化，计算出每个网格内的局部补偿值，实际测量时，基于查表双线性插值的方式计算得到每个像素点的厚度；
系统标定完后，将标定参数写入配置文件中，这样不同每次测量都做一次标定；实际测量时，按照公式(5)～(7)把上下相机深度图校平对齐，基于阈值二值化技术定位出电池封边位置，使用直线查找技术分别找到电池封边水平和竖直边缘，以电池封边水平和竖直边缘为基准，等间距选择N个测量点，使用公式(2)评估电池封边厚度。
3.根据权利要求2所述的一种基于双线扫相机测量电池封边厚度的方法，其特征在于：在对电池的封边厚度进行测量之前，预先设定每种型号电池封边厚度的正常范围值，并将其设置为阈值范围；在对电池的封边厚度测量的时候，当等间距选择N个测量点，使用公式(2)评估电池封边厚度，得到N个测量点的数据后，将N个数据利用分析算法得到最优的参数；然后根据测量电池的型号匹配到其相应的阈值范围，并将得到的最优参数与阈值方位进行比对，判断最优参数是否落在阈值范围中，若处于阈值范围中，则判断该被测电池的封边正常，反之，则判断被测电池的封边异常。
4.根据权利要求3所述的一种基于双线扫相机测量电池封边厚度的方法，其特征在于：在得到被测电池上的N个测量点数据后，会同时将N各测量点数据与对应的阈值范围进行比对，若发现其中有一个或者几个测量点的数据与阈值范围的离散程度过大，则不进行后续操作，同时将离散程度过大的测量点数据及其位置记录下来。
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