CN117589781A - 一种极片毛刺在线检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种极片毛刺在线检测系统及检测方法，检测系统包括视觉系统和工控机，所述视觉系统对应于极片的端面设置并分布于极片所在水平面的上下两侧，所述视觉系统配置有多倍率远心镜头，镜头拍摄轴线相对于极片的端面倾斜设置，且上下两侧视觉系统的镜头拍摄端相对于极片端面的距离不同；所述工控机接收视觉系统采集的图片，进行图片处理和存储。检测方法包括处理图片，检测毛刺，确定毛刺类型并统计毛刺数量。本发明能够更清晰准确地辨别毛刺，降低了检测误检率和漏检率；更准确的统计毛刺的真实数量，更准确的评估切刀的状态，有效避免了人工抽检时无法定位毛刺位置造成的整卷极片材料的浪费。
Description
技术领域
本发明属于机器视觉领域，更具体地，涉及一种极片毛刺在线检测系统及检测方法。
背景技术
新能源电池生产过程中极片上会带有少量的毛刺，毛刺超出涂层会刺穿隔膜，导致正极和负极接触造成短路，不光影响电池的性能，更可能引发火灾等安全事故。目前极片毛刺的检出仍然依靠人工抽检少量长度的极片到影像仪下查看，依靠抽检结果对该卷极片做出报废或者降档等处理。人工抽检效率低下，准确率低，无法定位毛刺的准确位置。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足，提供一种极片毛刺在线检测系统及检测方法，能够更准确的统计毛刺的真实数量，更准确的评估切刀的状态，有效的避免了人工抽检时无法定位毛刺位置，造成的整卷极片材料的浪费。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种极片毛刺在线检测系统，包括视觉系统和工控机；
所述视觉系统对应于极片的端面设置并分布于极片所在水平面的上下两侧，所述视觉系统配置有多倍率远心镜头，镜头拍摄轴线相对于极片的端面倾斜设置，且上下两侧视觉系统的镜头拍摄端相对于极片端面的距离不同；
所述工控机接收视觉系统采集的图片，进行图片处理和存储。
本发明所述检测系统可以用于检测辊压分切设备上的极片，极片通过设备上的滚轴移动。
进一步的，本发明所述视觉系统优选为2D视觉系统，所述多倍率远心镜头优选为2倍率远心镜头。
进一步的，所述视觉系统包括相机和条形光源，所述条形光源布置于镜头拍摄轴线的两侧。优选采用高分辨率高帧率相机，相机上配置的2倍率远心镜头可以将毛刺放大，方便人工复检NG图片；由于视觉系统斜着拍摄极片，两个条形光源打光的角度不一样，靠近极片端面中心的条形光源角度与镜头轴线所成的夹角稍大些，光源需要将远离相机一侧的极片端面边缘处打亮。
进一步的，所述视觉系统安装于支撑架上，所述支撑架包括支撑板，所述支撑板上设有壳体，所述条形光源固定于壳体上，所述壳体内设有调节板，所述调节板连接相机，用于调节其工作端与极片端面的距离。由于极片在运行过程中会存在一定的偏斜，例如，假设极片偏斜处于±0.4mm，则其中一套2D视觉系统负责采集极片处于0～+0.4mm的范围内时的图片，另一套2D视觉系统负责采集极片处于-0.4～0mm的范围内时的图片。所述壳体可以采用钣金外壳，起到防尘作用。
进一步的，所述系统还包括编码器，用于采集极片运行速度并调节视觉系统采集极片图片的频率。
进一步的，所述编码器安装于极片下方的滚轴上，通过滚轴的转动速度计算出极片的运行速度，通过调节采集卡触发视觉系统采集图片的频率。
具体设置为，所述编码器采用压贴的形式安装在滚轴的一侧，编码器的电源线和信号线连接到采集卡上，相机通过网线和采集卡连接，采集卡通过USB线与工控机连接，编码器给采集卡发信号，采集卡触发相机进行拍照，然后将图片通过采集卡传到工控机上进行处理和存储。由于相机采集的视野长度为定值，即两次触发信号过程极片前进的位移为定值，编码器通过采集滚轴的转动速度，可以间接计算出极片运行速度，再通过调节采集卡触发相机的频率，即调节两次触发之间的时间保证极片位移为定值。所述工控机上装有图像处理软件，可以进行处理分析得到毛刺的尺寸和类型。
本发明还提供了一种极片毛刺在线检测方法，基用上述极片毛刺在线检测系统，包括：
获取视觉系统采集的极片端面图片，选取其中最清晰的图片作为待处理图片；
检测待处理图片中毛刺和毛刺所在的位置，将检出毛刺所在区域分割出来；
识别出毛刺所在区域的箔材的上下边缘和涂层的上下边缘坐标信息；
根据检出的毛刺位置的坐标计算毛刺与箔材上下边缘和涂层上下边缘的距离；
根据毛刺是否与箔材接触和是否超出涂层区域划分毛刺的类型。
进一步的，所述根据毛刺是否与箔材接触和是否超出涂层区域划分毛刺的类型，包括：
确定毛刺是否与箔材接触、是否超出涂层区域预设厚度；
如果毛刺为根部与箔材接触且超出涂层边缘预设厚度，则该毛刺为A类毛刺；
如果毛刺为根部与箔材接触且纵向高度高于涂层厚度的40％且未超过涂层边缘预设厚度，则该毛刺为B类毛刺。
进一步的，所述预设厚度一般为隔膜厚度的一半，本申请优选设置为7μm。
进一步的，所述方法还包括毛刺数量的统计，所述统计方法包括：
第一张图片检出完后统计检出的所有毛刺数量；
从第二张图片开始，使用降重算法统计检出图片的毛刺数量。
进一步的，所述从第二张图片开始，使用降重算法统计已经检出的所有图片的毛刺数量，包括：
从第二张图片开始，先对图片进行全检，统计该图片的A类和B类毛刺数量；
分割该图片与上一张图片的重合区域ROI；
检测ROI内是否有毛刺；
如果ROI内检出毛刺，则用该图片的毛刺对应类型的数量减去ROI区域检测的对应类型的毛刺数量；
如果ROI里没有毛刺，根据非毛刺与ROI左右边界的交点进一步判断，判断方法包括：
如果交点个数小于2，毛刺数量统计无影响；
如果交点个数大于等于2，需要两张图片拼接进行全检，根据A类毛刺的数量是否增加N判断，如果A类毛刺的数量增加N，则B类毛刺数量需要减去N；如果A类毛刺的数量不变，则B类毛刺数量不变。
进一步的，所述待处理图片采用目标检测算法yolov4检出毛刺和毛刺所在的位置；
采用实例分割算法maskRCNN识别出箔材的上下边缘和涂层的上下边缘坐标信息。
统计毛刺的数量对评估辊压分切刀的状态有一定的指导意义，毛刺数量较多时，可能是切刀有磨损了，需要换刀，检测统计结果可以提醒工人换刀，避免接下来的料再产生多的毛刺，导致被切掉的极片多，造成极片材料的浪费。采用降重统计方法，能够更准确的统计毛刺的真实数量，更准确的评估切刀的状态。
进一步的，所述方法还包括：
检测出毛刺时，检测系统把毛刺的位置信息发送给打标机，打标机通过打标记录毛刺的位置，供后续切除工序识别，即当整卷分切后的极片送到切卷机后，会被相关的检测系统检测到贴标位置然后切掉贴标附近区域，即把极片上的毛刺切掉。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明所述极片毛刺在线检测系统，通过在极片上下两侧设置视觉系统配合使用，结合多倍率远心镜头，在保证图像成像高精度的情况下，两套相机的景深还可以兼顾极片的偏斜范围，既不需要太高的配置成本，又不用使用额外的调焦机构，使得整个采集过程图片都处于景深范围内，成像始终清晰不会失焦，降低了检测误检率和漏检率；
本发明所述极片毛刺在线检测方法能够更清晰准确地辨别毛刺，降低了检测误检率和漏检率；结合后续统计方法能够更准确的统计毛刺的真实数量，更准确的评估切刀的状态；结合后续打标定位方法，有效避免了人工抽检时无法定位毛刺位置，造成的整卷极片材料的浪费。
附图说明
图1为本发明实施例1所提供的一种极片毛刺在线检测系统的结构示意图；
图2为实施例1所述极片毛刺在线检测系统的应用场景示意图；
图3为实施例2提供的一种极片毛刺在线检测方法的流程图；
图4为实施例2所述的毛刺统计降重算法流程图；
图5为实施例2所述的采图重叠区域ROI中毛刺/非毛刺出现的部分情况示意图；
图6为本发明实施例2所述的A类、B类毛刺实物和毛刺检出效果图。
图中：1、2D视觉系统；11、相机；12、2倍率远心镜头；13、条形光源；2、支撑架；21、支撑板；22、调节板；23、壳体；3、极片；4、辊压分切设备；41、滚轴；5、编码器。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例更详细地描述本发明的优选实施方式。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种极片毛刺在线检测系统，由两套2D视觉系统1、支撑架2、编码器5和工控机(图中未示出)组成。本实施例所述检测系统用于检测辊压分切设备4上的极片3，如图2所示，极片3通过滚轴41移动，所述支撑架2设置于面对极片3侧边端面的一侧。
如图1所示，本实施例中，所述的2D视觉系统1由高分辨率高帧率的相机11、2倍率远心镜头12、条形光源13组成，所述条形光源13布置于镜头拍摄轴线的两侧。所述的两套2D视觉系统1配置一样，在极片3的上下各分布一套，镜头拍摄轴线与极片3的端面成一定的倾斜角度，两套安装的位置与极片端面的距离不同。使用2倍远心镜头可以将毛刺放大，方便人工复检NG图片。由于2D视觉系统1的2倍率远心镜头12斜着拍摄极片，两个条形光源13打光的角度不一样，靠近极片3端面中心的条形光源13角度与镜头轴线缩成的夹角稍大些，光源需要将远离相机11一侧的极片端面边缘处打亮。
本实施例中，所述支撑架2包括支撑板21，所述支撑板21上设有钣金壳体23，所述条形光源13固定于壳体23上，所述壳体23内设有调节板22，所述调节板22连接2D视觉系统1的高分辨率高帧率相机11，用于调节其工作端与极片1端面的距离。由于极片3在运行过程中会存在一定的偏斜，如目前偏斜处于±0.4mm，其中一套2D视觉系统1负责采集极片3处于0～+0.4mm的范围内时的图片，另一套2D视觉系统1负责采集极片3处于-0.4～0mm的范围内时的图片。
本实施例中，所述编码器5采用压贴的形式安装在滚轴41的一侧，编码器5的电源线和信号线连接到采集卡(图中未示出)上，相机11通过网线和采集卡连接，采集卡通过USB线与工控机连接，编码器5给采集卡发信号，采集卡触发相机11进行拍照，然后将图片通过采集卡传到工控机上进行处理和存储。由于相机11采集的视野长度为定值，即两次触发信号过程极片3前进的位移为定值，编码器5通过采集滚轴41的转动速度，可以间接计算出极片3运行速度，再通过调节采集卡触发相机11的频率，即调节两次触发之间的时间保证极片3位移为定值。所述工控机上装有图像处理软件，可以进行处理分析得到毛刺的尺寸和类型。
实施例2
本发明还提供了一种极片毛刺在线检测方法，基用实施例1所述极片毛刺在线检测系统，该方法的流程如图3所示，具体包括以下步骤：
S1：当极片3运行过程中，编码器5采集极片3速度实时调整触发相机11的采集图片频率，两个相机11同时被触发，工控机在采集的图片中根据图像质量评估算法挑选出最清晰的图片，然后进行图像处理；
S2：被选出的最清晰的图片首先使用目标检测算法yolov4检出毛刺和毛刺所在的位置，然后将检出毛刺所在相关区域(含上下涂层边缘)分割出来；
S3：使用实例分割算法maskRCNN识别出箔材的上下边缘和涂层的上下边缘坐标信息；
S4：根据检出的毛刺位置坐标计算与箔材上下边缘和涂层上下边缘的距离，确定毛刺是否与箔材接触、是否超出涂层区域7μm，最后根据检测标准确定毛刺的类型，其中A类毛刺为根部与箔材接触且超出涂层边缘7μm，B类毛刺为根部与箔材接触且纵向高度高于涂层厚度的40％且未超过涂层边缘7μm；如图6所示；
S5：第一张图片检出完后进行检出毛刺数量的统计，从第二张图片开始，使用降重算法统计已经检出的所有图片的毛刺数量。
降重算法统计的流程如图4所示，具体做法如下：
从第二张图片开始，先对图片进行全检，统计该图片的A类和B类毛刺数量；然后分割该图片与上一张图片的重合区域ROI；如图5所示，通过检测ROI区域内是否有毛刺进行判断，如果ROI内检出毛刺，此时用该图片统计的毛刺对应类型的数量减去ROI区域检测的对应类型的毛刺数量；如果ROI里没有毛刺(没有A类和B类)，需要根据非毛刺与ROI左右边界的交点进一步判断，判断方法包括：如果交点个数小于2，毛刺数量统计无影响，如果交点个数大于等于2，需要两张图片拼接进行全检，根据A类毛刺的数量是否增加N判断，如果A类毛刺的数量增加N，则B类毛刺数量需要减去N，如果A类毛刺的数量不变，则B类毛刺数量不变。
统计毛刺的数量对评估辊压分切刀的状态有一定的指导意义，毛刺数量较多时，可能是切刀有磨损了，需要换刀，检测统计结果可以提醒工人换刀，避免接下来的料再产生多的毛刺，需要被切掉的极片多，造成极片材料的浪费。
在上述检测过程中，检测出毛刺时，检测系统把毛刺的位置信息发送给打标机，打标机通过打标记录毛刺的位置。当整卷分切完的极片送到切卷机工位后，会被相关的检测系统检测到贴标位置然后切掉贴标附近区域，即把极片上的毛刺切掉。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和技术原理的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的，这些修改和变更也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种极片毛刺在线检测系统，其特征在于，包括视觉系统和工控机；
所述视觉系统对应于极片的端面设置并分布于极片所在水平面的上下两侧，所述视觉系统配置有多倍率远心镜头，镜头拍摄轴线相对于极片的端面倾斜设置，且上下两侧视觉系统的镜头拍摄端相对于极片端面的距离不同；
所述工控机接收视觉系统采集的图片，进行图片处理和存储。
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，所述视觉系统包括相机和条形光源，所述条形光源布置于镜头拍摄轴线的两侧。
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，所述视觉系统安装于支撑架上，所述支撑架包括支撑板，所述支撑板上设有壳体，所述条形光源固定于壳体上，所述壳体内设有调节板，所述调节板连接相机，用于调节其工作端与极片端面的距离。
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，所述系统还包括编码器，用于采集极片运行速度并调节视觉系统采集极片图片的频率。
5.根据权利要求4所述的极片毛刺在线检测系统，其特征在于，所述编码器安装于极片下方的滚轴上，通过滚轴的转动速度计算极片的运行速度，通过调节采集卡触发视觉系统采集图片的频率。
6.一种极片毛刺在线检测方法，基用权利要求1-5任意一项所述的极片毛刺在线检测系统，其特征在于，包括：
获取视觉系统采集的极片端面图片，选取其中最清晰的图片作为待处理图片；
检测待处理图片中毛刺和毛刺所在的位置，将检出毛刺所在区域分割出来；
识别出毛刺所在区域的箔材的上下边缘和涂层的上下边缘坐标信息；
根据检出的毛刺位置的坐标计算毛刺与箔材上下边缘和涂层上下边缘的距离；
根据毛刺是否与箔材接触和是否超出涂层区域划分毛刺的类型。
7.根据权利要求6所述的极片毛刺在线检测方法，其特征在于，所述根据毛刺是否与箔材接触和是否超出涂层区域划分毛刺的类型，包括：
如果毛刺为根部与箔材接触且超出涂层边缘预设厚度，则该毛刺为A类毛刺；
如果毛刺为根部与箔材接触且纵向高度高于涂层厚度的40％且未超过涂层边缘预设厚度，则该毛刺为B类毛刺。
8.根据权利要求6所述的极片毛刺在线检测方法，其特征在于，所述方法还包括毛刺数量的统计，所述统计方法包括：
第一张图片检出完后统计检出的所有毛刺数量；
从第二张图片开始，使用降重算法统计检出图片的毛刺数量。
9.根据权利要8所述的极片毛刺在线检测方法，其特征在于，所述从第二张图片开始，使用降重算法统计已经检出的所有图片的毛刺数量，包括：
从第二张图片开始，先对图片进行全检，统计该图片的A类和B类毛刺数量；
分割该图片与上一张图片的重合区域ROI；
检测ROI内是否有毛刺；
如果ROI内检出毛刺，则用该图片的毛刺对应类型的数量减去ROI区域检测的对应类型的毛刺数量；
如果ROI里没有毛刺，根据非毛刺与ROI左右边界的交点进一步判断，判断方法包括：
如果交点个数小于2，毛刺数量统计无影响；
如果交点个数大于等于2，需要两张图片拼接进行全检，根据A类毛刺的数量是否增加N判断，如果A类毛刺的数量增加N，则B类毛刺数量需要减去N；如果A类毛刺的数量不变，则B类毛刺数量不变。
10.根据权利要求6所述的极片毛刺在线检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测出毛刺时，检测系统把毛刺的位置信息发送给打标机，打标机通过打标记录毛刺的位置，供后续切除工序识别。
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|---|---|
| CN (1) | CN117589781A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117849058A (zh) * | 2024-03-06 | 2024-04-09 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 用于极片的检测系统和检测方法 |
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2023
- 2023-11-22 CN CN202311562199.2A patent/CN117589781A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117849058A (zh) * | 2024-03-06 | 2024-04-09 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 用于极片的检测系统和检测方法 |
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