CN117506553A - 一种基于视觉的隔膜分切圆刀在线缺损检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于视觉的隔膜分切圆刀在线缺损检测系统，包括计算单元和摄制单元，其中摄制单元获取分切圆刀的刀口图像并发送至计算单元，计算单元先将所获取的图像按时间顺序拼接，之后对拼接图上的刀口做正弦拟合，最后测量刀口各部位实际成像坐标与拟合出的正弦曲线之间的偏差，当某处偏差超出阈值时，则判定该处存在缺损。本发明分切圆刀在线缺损检测系统，通过设置在线拍摄分切圆刀的刀口图像，进而基于所得刀口图像判断识别出是否存在刀口缺损。其中通过所拼接的连续刀口图像拟合出刀口起伏的正弦曲线，并基于此修正由分切圆刀转轴偏心误差所引起的刀口成像起伏，剔除转轴偏心导致的误差影响。
Description
技术领域
本发明属于在线检测技术领域，具体涉及一种基于视觉的隔膜分切圆刀在线缺损检测系统。
背景技术
隔膜是锂电池的四大组成材料之一，约占锂电池材料成本的4％。隔膜分切机则是隔膜生产过程中的关键设备，通过其上分切刀片将一定宽度的卷材隔膜切成数条窄条状。当前高精密隔膜分切机一般采用旋转圆刀的技术方案，可实现10～100μm厚度的隔膜分切。
由于隔膜分切圆刀长期处于高速切削状态，刀口容易发生各类微型缺损。此类缺损将直接导致隔膜裁切边缘的质量降低，严重时甚至会进一步影响到锂电池的性能品质。为保证隔膜切割质量，在工程实践中需要做到有效检测出20μm级别的刀口缺损。
现行惯常的分切圆刀检测方法主要包括两种，其一是人眼直接通过显微镜观测刀口缺损情况；其二是通过高分辨率工业相机拍摄刀片图像，进而利用相应图像检测技术检测刀口缺损情况。然而上述两种主流检测方式，均需要将分切圆刀从隔膜分切机上拆卸下，并且相关检测工作需要由专人负责操作。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于视觉的隔膜分切圆刀在线缺损检测系统，用以解决隔膜分切圆刀的在线缺损检测问题。
本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。
一种基于视觉的隔膜分切圆刀在线缺损检测系统，包括计算单元和摄制单元，其中摄制单元获取分切圆刀的刀口图像并发送至计算单元，计算单元先将所获取的图像按时间顺序拼接，之后对拼接图上的刀口做正弦拟合，最后测量刀口各部位实际成像坐标与拟合出的正弦曲线之间的偏差，当某处偏差超出阈值时，则判定该处存在缺损。
进一步地，所述摄制单元包括线阵相机和显微镜头，其中线阵相机曝光时间与分切圆刀转速之间，要求能够使线阵相机成像结果拼接为连续的刀口图像。
进一步地，还包括用于为刀口补光的光源。
进一步地，所述光源为平行点光源。
进一步地，所述摄制单元和光源分别设置在分切圆刀两侧，分别在摄制单元和光源相对的位置处设有反射棱镜，所述摄制单元经反射棱镜拍摄刀口图像，所述光源经反射棱镜为刀口补光。
进一步地，所述显微镜头放大倍数为2.5-5.0倍。
进一步地，所述计算单元为X86工控机。
进一步地，所述线阵相机曝光时间为5μs，所述分切圆刀转速为90°/s。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种基于视觉的隔膜分切圆刀在线缺损检测系统，通过设置线阵相机在线持续拍摄获取分切圆刀的刀口图像，进而由计算单元基于所得刀口图像判断识别出是否存在刀口缺损。其中通过所拼接的连续刀口图像拟合出刀口起伏的正弦曲线，并基于此修正由分切圆刀转轴偏心误差所引起的刀口成像起伏，剔除转轴偏心导致的误差影响。
附图说明
图1为本发明隔膜分切圆刀在线缺损检测系统示意图；
图2为基于本发明所得刀口拼接图像；
图3为刀口拼接图像中拟合出的正弦曲线直观示意图。
附图标记：
1-计算单元； 2-摄制单元； 3-一号反射镜； 4-二号反射镜；
5-光源； 6-分切圆刀。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所示实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相通或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示为本发明隔膜分切圆刀在线缺损检测系统，包括计算单元1、摄制单元2、两块反射棱镜和光源5。其中计算单元1可以采用常规个人计算机或有类似数据处理能力的单片机、PLC等。摄制单元2包括工业线阵相机以及与之配套的显微镜头，用于摄制隔膜分切圆刀6的刀口图像。光源5为LED平行点光源，用于对分切圆刀6的刀口处进行补光，保证线阵相机在低曝光时间下成像场景下具有充足的亮度。上述各元器件具体设置如下：
摄制单元2和光源5分别设置在分切圆刀6两侧，且摄制单元2的镜头方向和光源5的照射方向均平行于分切圆刀6表面。在与摄制单元2和光源5相对的位置处分别设置有两块反射棱镜；为便于表述，称其中与摄制单元2相对的为一号反射镜3，称其中与光源5相对的为二号反射镜4。分别通过调节二号反射镜4使光源5能够照亮分切圆刀6刀口，调节一号反射镜3使摄制单元2能够清洗完整地拍摄到刀口图像。上述空间布局设计是出于结构紧凑考虑，通过设置反射棱镜减少本系统在分切圆片6轴向上的空间占用，同时通过旋转反射棱镜也容易做到调节拍摄角度和照明；当然根据实际需要，也可以不设置反射棱镜或采取其他光学器件。计算单元1则一方面控制摄制单元2捕获刀口图像，另一方面对所获取的刀口图像进行处理，检测出是否出现刀口缺损。
摄制单元2中线阵相机单次曝光结果为一行图像；综合调节分切圆刀的旋转速度与线阵相机的曝光时间，使成像结果能够拼接为刀口的连续图像。进而基于摄制单元2所获取的一系列图像，计算单元1内部进行以下操作：
步骤1，将一段时间内采集到的单行图像按时间顺序拼接(所述一段时间的具体时长可自行把控)。
步骤2，由于隔膜分切机上的分切圆刀转轴存在偏心误差，所以分切圆刀在旋转的过程中，刀口成像会存在正弦波状的起伏。故当刀口不存在任何缺损的情况下，所拼接的刀口图像理论上为一条正弦曲线。因此对拼接图像中刀口成像的正弦波进行拟合，得到相应正弦曲线参数(包括振幅、角速度、初相、偏距等)。
步骤3，将实际刀口拼接图像与上述正弦拟合结果进行比较，测量刀口各部位实际成像坐标与对应位置处所拟合的正弦曲线坐标之间的偏差。当某处偏差超出阈值时，则判定该处存在缺损。
测试：
选取常见的直径130mm的隔膜分切圆刀进行测试。摄制单元2中选用海康威视MV-CL042-91GM工业线阵相机并配合LW-FF 25mm 2.5-5.0X显微镜头；调节光路使其工作在5.0倍放大倍率模式；此时相机成像中单一像素对应实际物体尺寸为1.4μm。上述工业线阵相机的极限行频为80KHz(曝光时间为5μs)，为满足相机能够获取刀口连续清晰的图像，调节分切圆刀的转速为90°/s。计算单元1采用标准的X86工控机。
图2所示为基于一段时间内相机拍摄的图像所做出的刀口拼接图，图中可见刀口近似为一条正弦曲线。
图3所示中高亮的曲线为拟合出的正弦曲线，图中圈出位置存在缺损，该处刀口实际成像坐标与拟合的正弦曲线坐标之间的偏差较大。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变形均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于视觉的隔膜分切圆刀在线缺损检测系统，其特征在于：包括计算单元(1)和摄制单元(2)，其中摄制单元(2)获取分切圆刀的刀口图像并发送至计算单元(1)，计算单元(1)先将所获取的图像按时间顺序拼接，之后对拼接图上的刀口做正弦拟合，最后测量刀口各部位实际成像坐标与拟合出的正弦曲线之间的偏差，当某处偏差超出阈值时，则判定该处存在缺损。
2.根据权利要求1所述的基于视觉的隔膜分切圆刀在线缺损检测系统，其特征在于：所述摄制单元(2)包括线阵相机和显微镜头，其中线阵相机曝光时间与分切圆刀转速之间，要求能够使线阵相机成像结果拼接为连续的刀口图像。
3.根据权利要求1所述的基于视觉的隔膜分切圆刀在线缺损检测系统，其特征在于：还包括用于为刀口补光的光源(5)。
4.根据权利要求3所述的基于视觉的隔膜分切圆刀在线缺损检测系统，其特征在于：所述光源(5)为平行点光源。
5.根据权利要求3所述的基于视觉的隔膜分切圆刀在线缺损检测系统，其特征在于：所述摄制单元(2)和光源(5)分别设置在分切圆刀两侧，分别在摄制单元(2)和光源(5)相对的位置处设有反射棱镜，所述摄制单元(2)经反射棱镜拍摄刀口图像，所述光源(5)经反射棱镜为刀口补光。
6.根据权利要求2所述的基于视觉的隔膜分切圆刀在线缺损检测系统，其特征在于：所述显微镜头放大倍数为2.5-5.0倍。
7.根据权利要求1所述的基于视觉的隔膜分切圆刀在线缺损检测系统，其特征在于：所述计算单元(1)为X86工控机。
8.根据权利要求2所述的基于视觉的隔膜分切圆刀在线缺损检测系统，其特征在于：所述线阵相机曝光时间为5μs，所述分切圆刀转速为90°/s。
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