CN116242258A - 一种用于ccd视觉测量电池尺寸的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法，其具体步骤如下：搭建CCD视觉测量系统；精确测量测试台上各基准边&基准原点之间的距离；CCD相机依次经过测试台上直角坐标系1/2/3/4的正上方，产生4个被测点直角坐标窗口；将被测电池放置在测试台上，通过基准边和基准原点建立4个直角坐标系；当直角坐标系建立起来后需要通过已知尺寸的块规来标定CCD图像上光尺的刻度，将实际尺寸与图像上单位像素所代表的尺寸建立函数关系；CCD测量系统标定直角坐标系刻度后会形成测量象限界面，CCD相机对被测电池拍照生成黑白图像，选取黑白图像上的相应测量点，并在直角坐标系上快速得到对应测量点的点位坐标，通过各测量点的点位坐标求得所需要的电池各尺寸数据。

Description

一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法

技术领域

本发明属于电池尺寸测量技术领域，具体涉及一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法。

背景技术

在锂离子软包电池生产制造工序的末端，需要使用CCD视觉测量系统来测量电池外观尺寸，包括电池的长度、宽度、极耳尺寸、角切尺寸等数据。传统的接触式传感器测量电池尺寸会造成软包电池外观不良，所以非接触式尺寸测量系统是软包电池外观尺寸检测的首选方式。CCD视觉测量就是常用的非接触式电池外观尺寸测量方式，它采用CCD相机、视觉测量软件、光源、测试平台、尺寸标准块等部件构成。

现场设备上安装的CCD视觉测量系统存在电池外观尺寸测量CMK指数＜1.67(不合格)，尺寸测量系统MSA不合格，电池尺寸测量值离散，测量值与实际值存在较大偏差的问题。这是因为CCD视觉测量系统在安装调试好后用于视觉软件上图像尺寸标定的方法不够好，过于依赖尺寸标准块的加工制作精度和电池在测试平台上放置位置，假如电池在测试台上放置位置偏离较大，CCD图像尺寸就测不准；假如尺寸标准块加工制作精度不够，用标准块标定后的CCD视觉测量误差也会增大，最终都会造成电池尺寸测量值与实际值偏差大，CMK指数不合格，MSA测量系统分析不接受的问题。

发明内容

为解决现在技术存在的上述问题，本发明提供了一种解决了传统CCD视觉测量系统过于依赖尺寸标准块加工制作精度高和电池在测试台位置定位精度高的问题，且比较节省成本的用于CCD视觉测量电池尺寸的方法。

本发明采用的技术方案是：

一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法，其具体步骤如下：

S1,搭建CCD视觉测量系统；

S2,精确测量测试台上各基准边&基准原点之间的距离；

S3,调试伺服运动程序使得CCD相机依次经过测试台上直角坐标系1/2/3/4的正上方，在测试软件上分别产生4个被测点直角坐标窗口；

S4,将被测电池放置在测试台上，通过基准边P1～P8和基准原点O1～O4在CCD测量软件上建立4个直角坐标系，通过上面点位坐标求得电池需要测量的尺寸数据，得到相应的预设公式；

S5,使用高精度的块规对CCD测量系统标定，当直角坐标系建立起来后需要通过已知尺寸的块规来标定CCD图像上光尺的刻度，将实际尺寸与图像上单位像素所代表的尺寸建立函数关系；

S6,CCD测量系统标定直角坐标系刻度后会形成测量象限界面，CCD相机对被测电池拍照生成黑白图像，CCD视觉软件捕捉图像轮廓，选取黑白图像上的相应测量点，并在直角坐标系上快速得到对应测量点的点位坐标，再将各测量点的点位坐标导入预设公式中求得所需要的电池各尺寸数据。

进一步，步骤S1中CCD视觉测量系统的硬件搭建步骤如下：

S11、带动CCD相机移动的伺服运动系统，使得CCD相机位于测试台上方；

S12、测试台由平面高透光玻璃板制成，四角有用于CCD视觉定位的测量基准边和基准原点，还有带极耳的被测电池；

S13、测试台下方设置发光源；

S14、CCD相机由数据线连接至用于保存采集到的电池尺寸数据的CCD控制器上；

S15、CCD控制器用通讯线连接到工作电脑，工作电脑装有使用高精度块规对直角坐标系进行尺寸标定和图像分析的CCD视觉测量软件。

进一步，步骤S11中的伺服运动系统包括由X轴伺服电机和X轴联轴器和X轴伺服模组构成X轴方向控制系统、由Y轴伺服电机和Y轴联轴器和Y轴伺服模组构成Y轴方向控制系统，所述X轴方向控制系统和Y轴方向控制系统共同组成平面运动控制系统。

进一步，步骤S12中基准边的颜色为黑色的。

进一步，步骤S4中还包括调试光源和CCD相机参数使得被拍照的被测电池图像清晰准确，黑白影像对比明显。

进一步，步骤S4中电池需要测量的尺寸包括：4个角切角的电池角切尺寸、电池宽度尺寸、电池不带极耳长度尺寸、电池带极耳长度尺寸。

进一步，每个角切角的电池角切尺寸通过其两端的点位坐标之间的坐标差即可获得角切切掉部分的长、宽尺寸。

进一步，电池宽度尺寸通过测量被测电池上宽度方向上两相对设置的边界上点的点位坐标，再根据Y轴上基准边之间的间距，即可计算获得电池宽度尺寸。

进一步，电池不带极耳长度尺寸、电池带极耳长度尺寸通过测量被测电池上相应长度方向上两相对设置的边界上点的点位坐标，再根据X轴上基准边之间的间距，即可计算获得相应的电池不带极耳长度尺寸、电池带极耳长度尺寸。

进一步，步骤S5中使用高精度块规反复标定坐标系刻度。

本发明的有益效果：由于将被测电池图像上测量点转换为直角坐标系的点位坐标，再通过各测量点坐标之间计算直线距离来得出电池尺寸数据，这样就排除了电池在测试台上放置位置对尺寸测量结果的影响。使用高精度块规反复标定坐标系刻度，这种方式比原来用尺寸标准块标定光尺得到的精度提高了几倍数量级，尺寸测量值会更加准确。

附图说明

图1为本发明的CCD视觉测量系统的硬件结构示意图。

图2为本发明的被测电池的需要测量的点位坐标设置结构示意图。

图3为本发明的高精度块规反复标定坐标系刻度的示意图。

图4为本发明的A角切角的测量点在直接坐标系中的点位坐标示意图。

图5为本发明的被测电池的角切角的长度实测数据示例图。

图6为本发明的被测电池的角切角的宽度实测数据示例图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”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，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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

专业术语：

CCD相机：CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号，带有这种半导体器件的相机就叫CCD相机。

CMK指数：机器能力指数，是用于评估机器对于一个特殊要求的可适用性。

MSA：测量系统分析。

块规：具有一定形状，但不同尺寸大小之量规。

测试台：一种高透光玻璃板，被测电池放置在。上面，光源在测试台下方，光线照射在测试台上，被电池遮挡的光线反射掉，没有遮挡的光线传递到CCD相机形成黑白明显的图像。

伺服模组：由伺服电机带动，将伺服电机的脉冲信号转换成位置坐标，它带动CCD相机移动。

本实施例提供了一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法，其具体步骤如下：

S1,搭建CCD视觉测量系统的硬件；

参见图1，具体步骤如下：

S11、带动CCD相机7移动的伺服运动系统，使得CCD相机7位于测试台8上方；其中伺服运动系统包括由X轴伺服电机1和X轴联轴器2和X轴伺服模组3构成X轴方向控制系统、由Y轴伺服电机4和Y轴联轴器5和Y轴伺服模组6构成Y轴方向控制系统，所述X轴方向控制系统和Y轴方向控制系统共同组成平面运动控制系统。

S12、测试台8由平面高透光玻璃板制成，四角有用于CCD视觉定位的测量基准边81和基准原点82，还有带极耳91的被测电池9；

本发明采用带测量基准边的测试台8，且基准边81颜色是便于观察的黑色，这样可用于CCD视觉测量系统建立高精度的直角坐标系；

S13、测试台8下方设置发光源10；

S14、CCD相机7由数据线11连接至用于保存采集到的电池尺寸数据的CCD控制器12上；

S15、CCD控制器12用通讯线13连接到工作电脑14，工作电脑14装有使用高精度块规对直角坐标系进行尺寸标定和图像分析的CCD视觉测量软件。

S2,精确测量测试台8上各基准边81&基准原点82之间的距离；

S3,调试伺服运动程序使得CCD相机7依次经过测试台8上直角坐标系1/2/3/4的正上方，在测试软件上分别产生4个被测点直角坐标窗口；伺服模组带动CCD相机7，依次定位在电池4个角上方拍照，获取电池4个角的坐标数据，再通过测量软件计算出电池各尺寸数据；测试台上4个直角坐标系原点之间的间距是提前高精度测量好的，测试台上各对应基准边的平行度非常高，测试台的加工制作精度非常高；

S4,将被测电池9放置在测试台8上，通过基准边P1～P8和基准原点O1～O4在CCD测量软件上建立4个直角坐标系，参见图2，通过上面点位坐标求得电池需要测量的尺寸数据，得到相应的预设公式；

其中电池需要测量的尺寸包括：4个角切角的电池角切尺寸、电池宽度尺寸、电池不带极耳长度尺寸、电池带极耳长度尺寸，还可以是其他尺寸。

1、每个角切角的电池角切尺寸通过其两端的点位坐标之间的坐标差即可获得角切切掉部分的长、宽尺寸。具体的，电池有4个角切角分别是A、B、C、D角，以A角为例通过b点和c点之间坐标差可以计算出A角角切切掉部分的长、宽尺寸；

2、电池宽度尺寸通过测量被测电池上宽度方向上两相对设置的边界上点的点位坐标，再根据Y轴上基准边之间的间距，即可计算获得电池宽度尺寸。具体的，通过测量d点和m点坐标，S4长度已知，可以方便求出电池左边宽度尺寸。同理，通过e点、l点、S2长度可以快速求得电池右边宽度尺寸。

3、电池不带极耳长度尺寸、电池带极耳长度尺寸通过测量被测电池上相应长度方向上两相对设置的边界上点的点位坐标，再根据X轴上基准边之间的间距，即可计算获得相应的电池不带极耳长度尺寸、电池带极耳长度尺寸。具体的，电池不带极耳长度尺寸通过测量a点和h点坐标，S1长度已知，可以方便求出电池长度尺寸。或者通过测量i点和q点坐标，S3长度已知，可以方便求出电池长度尺寸。电池带极耳长度尺寸通过测量u点和v点坐标，S1长度已知，可以方便求出电池长度尺寸。

步骤S4中还包括调试光源和CCD相机参数使得被拍照的被测电池图像清晰准确，黑白影像对比明显。

S5,使用高精度的块规对CCD测量系统标定，当直角坐标系建立起来后需要通过已知尺寸的块规来标定CCD图像上光尺的刻度，将实际尺寸与图像上单位像素所代表的尺寸建立函数关系；步骤S5中使用高精度块规反复标定坐标系刻度，提高测量系统的准确度。参见图3，以A角直角坐标系举例，具体操作如下：

1、当电池处在电池A的位置时，使用块规K1来标定X轴方向的刻度，使用块规K2来标定Y轴方向的刻度；

2、当电池处在电池B的位置时，使用块规K3来标定X轴方向的刻度，使用块规K4来标定Y轴方向的刻度；

3、当电池处在电池C的位置时，使用块规K5来标定X轴方向的刻度，使用块规K6来标定Y轴方向的刻度；

4、以此类推，当使用足够数量的块规反复标定后，CCD测量系统上直角坐标系刻度才会更加精确，这样测量的尺寸数值也就更接近真实值。

S6,CCD测量系统标定直角坐标系刻度后会形成测量象限界面，参见图4，以A角直角坐标系举例，CCD相机对被测电池拍照生成黑白图像，CCD视觉软件捕捉图像轮廓，选取测量点a点、b点、c点、d点，以上测量点在直角坐标系上快速得到点位坐标，再将各测量点坐标导入预设公式中求得所需要的电池各尺寸数据。

参见图5、图6，本发明获得的被测电池的角切尺寸长度、宽度的实测数据，得到CMK分别是的CMK＝2.26、2.52,均满足大于1.67的技术要求，偏移系数K＝0.0408、0.0371，标准偏差为0.0531、0.0478。可见电池外观尺寸测量CMK指数＞1.67，尺寸测量系统MSA合格，电池尺寸测量值连续，测量值与实际值存在较小偏差，大大提高测量的精准度。

本发明通过将原来的测试台更换成尺寸高精度带定位基准边的测试台，将原来的尺寸标准块替换成实验室计量常用的高精度块规，在电池的四个角建立直角坐标系，将电池CCD图像映射到坐标系中，再由CCD测量软件捕捉电池的各个测量点，通过直角坐标系快速计算出电池的各种尺寸数据。这样CCD视觉测量系统有了测试基准，再有高精度块规去标定CCD光尺，建立高精度测量坐标系，而每个坐标系之间的间距又是提前测量好的，通过软件计算出电池上各种尺寸数据，提高测量的精准度，彻底解决了传统CCD视觉测量系统过于依赖尺寸标准块加工制作精度高和电池在测试台位置上高定位精度的问题。当生产的产品尺寸变化时不用再去制作对应尺寸的标准块，而只需使用对应尺寸的块规进行标定即可，当然实验室使用的块规都是一整套的，包含各种常用尺寸规格；使用伺服模组带动CCD相机依次移动至电池四个角上空拍照来收集用于CCD视觉测量的图像，这种方式可以将原来的2个CCD相机减少到1个相机，节约了设备采购成本。通过高制作精度的测试台和定位基准边在CCD视觉测量软件上建立起直角坐标系，将电池图像的各测量点映射到坐标系中，这样电池尺寸测量就显得很直观；有了直角坐标系就能方便快速准确地收集各测量点平面坐标，可以自由增加被测点数量，电池尺寸测量也变得灵活高效。

Claims (10)

1.一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法，其具体步骤如下：

S1,搭建CCD视觉测量系统；

S2,精确测量测试台上各基准边&基准原点之间的距离；

S3,调试伺服运动程序使得CCD相机依次经过测试台上直角坐标系1/2/3/4的正上方，在测试软件上分别产生4个被测点直角坐标窗口；

S4,将被测电池放置在测试台上，通过基准边P1～P8和基准原点O1～O4在CCD测量软件上建立4个直角坐标系，通过上面点位坐标求得电池需要测量的尺寸数据，得到相应的预设公式；

S5,使用高精度的块规对CCD测量系统标定，当直角坐标系建立起来后需要通过已知尺寸的块规来标定CCD图像上光尺的刻度，将实际尺寸与图像上单位像素所代表的尺寸建立函数关系；

S6,CCD测量系统标定直角坐标系刻度后会形成测量象限界面，CCD相机对被测电池拍照生成黑白图像，CCD视觉软件捕捉图像轮廓，选取黑白图像上的相应测量点，并在直角坐标系上快速得到对应测量点的点位坐标，再将各测量点的点位坐标导入预设公式中求得所需要的电池各尺寸数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法，其特征在于：步骤S1中CCD视觉测量系统的硬件搭建步骤如下：

S11、带动CCD相机移动的伺服运动系统，使得CCD相机位于测试台上方；

S12、测试台由平面高透光玻璃板制成，四角有用于CCD视觉定位的测量基准边和基准原点，还有带极耳的被测电池；

S13、测试台下方设置发光源；

S14、CCD相机由数据线连接至用于保存采集到的电池尺寸数据的CCD控制器上；

S15、CCD控制器用通讯线连接到工作电脑，工作电脑装有使用高精度块规对直角坐标系进行尺寸标定和图像分析的CCD视觉测量软件。

3.根据权利要求2所述的一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法，其特征在于：步骤S11中的伺服运动系统包括由X轴伺服电机和X轴联轴器和X轴伺服模组构成X轴方向控制系统、由Y轴伺服电机和Y轴联轴器和Y轴伺服模组构成Y轴方向控制系统，所述X轴方向控制系统和Y轴方向控制系统共同组成平面运动控制系统。

4.根据权利要求2所述的一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法，其特征在于：步骤S12中基准边的颜色为黑色的。

5.根据权利要求1所述的一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法，其特征在于：步骤S4中还包括调试光源和CCD相机参数使得被拍照的被测电池图像清晰准确，黑白影像对比明显。

6.根据权利要求1所述的一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法，其特征在于：步骤S4中电池需要测量的尺寸包括：4个角切角的电池角切尺寸、电池宽度尺寸、电池不带极耳长度尺寸、电池带极耳长度尺寸。

7.根据权利要求6所述的一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法，其特征在于：每个角切角的电池角切尺寸通过其两端的点位坐标之间的坐标差即可获得角切切掉部分的长、宽尺寸。

8.根据权利要求6所述的一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法，其特征在于：电池宽度尺寸通过测量被测电池上宽度方向上两相对设置的边界上点的点位坐标，再根据Y轴上基准边之间的间距，即可计算获得电池宽度尺寸。

9.根据权利要求6所述的一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法，其特征在于：电池不带极耳长度尺寸、电池带极耳长度尺寸通过测量被测电池上相应长度方向上两相对设置的边界上点的点位坐标，再根据X轴上基准边之间的间距，即可计算获得相应的电池不带极耳长度尺寸、电池带极耳长度尺寸。

10.根据权利要求1所述的一种用于CCD视觉测量电池尺寸的方法，其特征在于：步骤S5中使用高精度块规反复标定坐标系刻度。

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