DE102017124978A1 - Automatic battery foil testing system - Google Patents
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Abstract
Ein automatisches Batteriefolienprüfsystem 2 weist einer Speicherstation 4 zur Speicherung von zu prüfender Batteriefolie 6 sowie Transportmittel zum Transport der Batteriefolie 16 von der Speicherstation 4 zu einer Prüfstation 12 in einer Transportrichtung 18 auf, wobei die Prüfstation 12 Prüfmittel 20 aufweist, die für eine Ermittlung der dreidimensionalen Topographie der Oberfläche der Batteriefolie 16 in einem Prüfbereich 36 derart ausgebildet und eingerichtet sind, dass die dreidimensionale Topographie der zu prüfenden Batteriefolie 16 durch Gewinnung von Oberflächentiefeninformation der Oberfläche der Batteriefolie 16 ermittelbar ist oder ermittelt wird, wobei die Prüfstation 12 eine mit den Prüfmitteln 20 in Datenübertragungsverbindung stehende Auswertungseinrichtung 24 aufweist, die für einen Vergleich der in einem durch die Prüfmittel 20 erfassten Abschnitt der Batteriefolie 16 ermittelten Ist-Topographie mit einer Soll-Topographie anhand von durch die Prüfmittel 20 zu der Auswertungseinrichtung 24 übertragenen Prüfdaten ausgebildet und programmiert ist. Es sind ferner wenigstensAn automatic battery film inspection system 2 has a storage station 4 for storing battery film 6 to be tested, as well as transport means for transporting the battery film 16 from the storage station 4 to a test station 12 in a transport direction 18, wherein the test station 12 has inspection means 20 which are used to determine the three-dimensional Topography of the surface of the battery sheet 16 are formed and set up in a test area 36 such that the three-dimensional topography of the battery sheet 16 to be tested can be determined or determined by obtaining surface depth information of the surface of the battery sheet 16, the test station 12 having a test means 20 in FIG Data transfer connection standing evaluation device 24, which for comparing the determined in a detected by the test means 20 portion of the battery sheet 16 actual topography with a target topography based on by the Prüfmit tel 20 is formed and programmed to the evaluation device 24 transmitted test data. It is also at least
Description
Die Erfindung betrifft ein automatisches Batteriefolienprüfsystem.The invention relates to an automatic battery foil testing system.
Im Zuge eines Ausbaus der Elektromobilität kommt einer Erhöhung der Reichweite von Elektrofahrzeugen eine wesentliche Bedeutung zu. Wesentlich bestimmend für die Reichweite eines Elektrofahrzeugs ist dabei die Kapazität der verwendeten Batterie.In the course of expanding electric mobility, increasing the range of electric vehicles is of major importance. Essential for the range of an electric vehicle is the capacity of the battery used.
Es ist bekannt, für die Herstellung einer Batterie für ein Elektrofahrzeug Standardzellen zu verwenden, die auch in Notebooks oder anderen tragbaren Geräten verwendet werden. Insbesondere werden hierzu Rundzellen mit einem Durchmesser von 18 mm und einer Länge von 65 mm verwendet. Jede dieser Rundzellen weist ein metallisches Gehäuse auf, in dem die für die Stromabgabe benötigten galvanischen Zellen aufgenommen sind. Zur Herstellung einer Fahrzeugbatterie wird eine Vielzahl entsprechender Rundzellen miteinander mechanisch verbunden und verschaltet , wobei die so gebildete Batterieanordnung mit weiteren Komponenten, insbesondere Sensoren, Schutzschaltungen sowie einem Batteriemanagementsystem und einem Kühlsystem, versehen wird.It is known to use standard cells for the manufacture of a battery for an electric vehicle, which are also used in notebooks or other portable devices. In particular, round cells with a diameter of 18 mm and a length of 65 mm are used for this purpose. Each of these round cells has a metallic housing in which the galvanic cells required for the current output are accommodated. To produce a vehicle battery, a large number of corresponding round cells are mechanically connected to one another and interconnected, the battery arrangement thus formed being provided with further components, in particular sensors, protective circuits, as well as a battery management system and a cooling system.
Ein Nachteil der bekannten Batterien besteht darin, dass ihre Herstellung aufgrund ihrer Zusammensetzung aus einer Vielzahl von Hunderten oder sogar Tausenden einzelne Batteriezellen aufwendig und damit teuer ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass Gehäuse und Kontaktierung der einzelnen Batteriezellen erheblichen Raum beanspruchen, weil sie nicht beliebig dicht aneinander gepackt werden können. Dies führt dazu, dass Gehäuse und Kontaktierung der einzelnen Batteriezellen in einer fertigen Batterie für ein Elektroauto mehr als die Hälfte des Raumes einnehmen können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass an den Kontakten der einzelnen Batteriezellen elektrische Widerstände entstehen, die die Leistung reduzieren.A disadvantage of the known batteries is that their production is complicated and thus expensive due to their composition of a plurality of hundreds or even thousands of individual battery cells. Another disadvantage is that housing and contacting the individual battery cells take up considerable space, because they can not be packed arbitrarily close to each other. As a result, the housing and contacting of the individual battery cells in a finished battery for an electric car can occupy more than half of the space. A further disadvantage is that electrical resistances develop at the contacts of the individual battery cells, which reduce the power.
Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist es bekannt, das von der Brennstoffzelle her bekannte Bipolar-Prinzip auf Lithium-Batterien zu übertragen. Hierbei sind einzelne Batteriezellen nicht nebeneinander aufgereiht, sondern vielmehr großflächig direkt übereinander gestapelt. Wegen dieser Bauweise werden Bipolar-Batterien auch als „Sandwich-Batterien“ bezeichnet.To avoid this disadvantage, it is known to transfer the bipolar principle known from the fuel cell to lithium batteries. Here, individual battery cells are not lined up next to each other, but rather over a large area directly stacked. Because of this design, bipolar batteries are also referred to as "sandwich batteries".
Ein Vorteil dieser Bipolar-Batterien besteht darin, dass der Raumbedarf für einzelne Gehäuse und Kontaktierung wegfällt und sich eine Batterie gleicher Kapazität im Vergleich zu Batterien, die aus einer Vielzahl von einzelnen Batteriezellen mit jeweils eigenem Gehäuse bestehen, damit wesentlich raumsparender realisieren lässt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aufgrund der direkten Verbindung der einzelnen Batteriezellen in dem Stapel, der die Bipolar-Batterie bildet, der Strom über die gesamte Fläche fließt. Dies reduziert den elektrischen Widerstand erheblich.An advantage of these bipolar batteries is that the space required for individual housing and contact eliminates and thus a battery of the same capacity compared to batteries, which consist of a plurality of individual battery cells, each with its own housing, thus realize much less space. Another advantage is that due to the direct connection of the individual battery cells in the stack, which forms the bipolar battery, the current flows over the entire surface. This considerably reduces the electrical resistance.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Prüfung der für die Herstellung von Bipolar-Batterien verwendeten Batteriefolien zu ermöglichen.The invention has for its object to enable automatic testing of the battery foils used for the production of bipolar batteries.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.This object is achieved by the invention defined in claim 1.
Die Erfindung stellt ein automatisches Batteriefolienprüfsystem bereit, das eine Speicherstation zur Speicherung von zu prüfender Batteriefolie und Transportmittel zum Transport der Batteriefolie von der Speicherstation zu einer Prüfstation in einer Transportrichtung aufweist.The invention provides an automatic battery foil inspection system having a storage station for storing battery foil to be tested and transport means for transporting the battery foil from the storage station to a test station in a transport direction.
Die Prüfstation weist Prüfmittel auf, die für eine Ermittlung der dreidimensionalen Topographie der Oberfläche der Batteriefolie in einem Prüfbereich derart ausgebildet und eingerichtet sind, dass die dreidimensionale - Topographie der zu prüfenden Batteriefolie durch Gewinnung von Oberflächentiefeninformationen der Oberfläche der Batteriefolie ermittelbar ist oder ermittelt wird.The test station has test means which are designed and arranged for determining the three-dimensional topography of the surface of the battery foil in a test area such that the three-dimensional topography of the battery foil to be tested can be determined or determined by obtaining surface depth information of the surface of the battery foil.
Die Prüfstation weist eine mit den Prüfmitteln in Datenübertragungsverbindung stehende Auswertungseinrichtung auf, die für einen Vergleich der in einem durch die Prüfmittel erfassten räumlichen Bereich der Batteriefolie ermittelten Ist-Topographie mit einer Soll-Topographie anhand von durch die Prüfmittel zu der Auswertungseinrichtung übertragenen Prüfdaten ausgebildet und programmiert ist.The test station has an evaluation device in data transmission connection with the test means, which is designed and programmed for comparing the actual topography determined in a spatial region of the battery film detected by the test means with a desired topography on the basis of test data transmitted to the evaluation device by the test means is.
Es ist wenigstens eine der Prüfstation nachgeordnete Weiterverarbeitungsstation zur Weiterverarbeitung von in der Prüfstation geprüfter Batteriefolie vorgesehen. Ferner ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die für eine automatische Ansteuerung der Stationen des Batteriefolienprüfsystems ausgebildet und programmiert ist.At least one further processing station downstream of the inspection station is provided for the further processing of battery foil tested in the testing station. Furthermore, a control device is provided, which is designed and programmed for automatic control of the stations of the battery foil test system.
Die Erfindung ermöglicht damit eine vollautomatische Prüfung von für die Herstellung von Bipolar-Batterien benötigter Batteriefolie.The invention thus enables fully automatic testing of battery foil required for the production of bipolar batteries.
In der Speicherstation kann zu prüfende Batteriefolie, beispielsweise aufgerollt auf Rollen oder Spulen, gespeichert und bereitgestellt werden. Die in der Speicherstation gespeicherte Batteriefolie wird durch die Transportmittel von der Speicherstation zu einer Prüfstation in einer Transportrichtung transportiert. Bei dem Transport kann es sich beispielsweise und insbesondere um einen kontinuierlichen, quasi-kontinuierlichen oder getakteten Vorschub der Batteriefolie zu der Prüfstation handeln.In the storage station to be tested battery sheet, for example, rolled up on rolls or coils, stored and provided. The battery foil stored in the storage station is transported by the transport means from the storage station to a test station in a transport direction. For example, transport may be a continuous, quasi-automatic continuous or clocked advance of the battery sheet to the test station act.
In der Prüfstation wird erfindungsgemäß die dreidimensionale Topographie der Oberfläche der Batteriefolie ermittelt. Durch Vergleich der ermittelten Ist-Topographie mit einer Soll-Topographie kann festgestellt werden, ob die Batteriefolie vorbestimmten Anforderungen genügt. Insbesondere können mit Hilfe der Prüfmittel Defekte in der Batteriefolie nicht nur erkannt, sondern auch klassifiziert werden. Bei den Defekten kann es sich beispielsweise und insbesondere um Erhebungen, Vertiefungen oder Löcher in der Batteriefolie handeln, die bei Weiterverarbeitung der Batteriefolie zu einer Bipolar-Batterie zu unerwünschten Effekten führen könnten. Entsprechende Defekte können insbesondere eine Erhöhung des lokalen elektrischen Widerstandes zur Folge haben, was bei Betrieb der Batterie zu einer Erwärmung und demzufolge zu einer weiteren Erhöhung des elektrischen Widerstandes führen kann.In the test station, the three-dimensional topography of the surface of the battery foil is determined according to the invention. By comparing the determined actual topography with a target topography, it can be determined whether the battery film meets predetermined requirements. In particular, defects in the battery foil can not only be recognized but also classified with the aid of the test equipment. The defects may be, for example and in particular, elevations, depressions or holes in the battery foil, which could lead to undesirable effects during further processing of the battery foil to form a bipolar battery. Corresponding defects can in particular result in an increase in the local electrical resistance, which can lead to heating during operation of the battery and, consequently, to a further increase in the electrical resistance.
Da entsprechende Defekte in der Batteriefolie im Ergebnis zu einer lokalen oder sogar vollständigen Fehlfunktion oder Beschädigung der Bipolar-Batterie führen könnten, leistet die Erfindung durch Detektion von Defekten einen wesentlichen Beitrag zur wirtschaftlichen Herstellung von Bipolar-Batterien.As a result, corresponding defects in the battery sheet could result in local or even complete malfunction or damage to the bipolar battery, the invention by detection of defects makes a significant contribution to the economic production of bipolar batteries.
Dadurch, dass erfindungsgemäß die dreidimensionale Topographie der Oberfläche der Batteriefolie ermittelt wird, können Defekte nicht nur detektiert, sondern auch dahingehend klassifiziert werden, ob es sich um eine Erhebung oder eine Vertiefung handelt. Durch die Ermittlung bzw. Vermessung der dreidimensionalen Topographie der Oberfläche der Batteriefolie ist es ferner möglich, die lokale Ausdehnung entsprechender Defekte genau festzustellen.As a result of the invention determining the three-dimensional topography of the surface of the battery foil, defects can not only be detected, but also classified as to whether it is an elevation or a depression. By determining or measuring the three-dimensional topography of the surface of the battery foil, it is also possible to determine the local extent of corresponding defects accurately.
In der Auswertungseinrichtung kann dann festgestellt werden, ob angesichts detektierter und klassifizierter Defekte ein geprüfter Bereich der Batteriefolie für den geplanten Verwendungszweck geeignet ist und somit als „in Ordnung“ klassifiziert und damit für die Herstellung einer Bipolar-Batterie weiterverwendet werden kann oder ob dieser Bereich als „nicht in Ordnung“ klassifiziert und aussortiert werden muss.In the evaluation device can then be determined whether in view of detected and classified defects a tested area of the battery sheet is suitable for the intended use and thus classified as "in order" and thus can be used for the production of a bipolar battery or whether this area as "Not in order" must be classified and sorted out.
Durch Verwendung von beispielsweise und insbesondere optischen Prüfmitteln kann die Prüfung nicht nur mit hoher Genauigkeit, sondern auch mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden. Beispielsweise und insbesondere kann die Prüfung während eines kontinuierlichen Vorschubes der Batteriefolie erfolgen, so dass die Prüfung der Batteriefolie in einem quasi-kontinuierlichen Verfahren abläuft.By using, for example, and especially optical inspection means, the inspection can be carried out not only with high accuracy but also with high speed. For example, and in particular, the test can be carried out during a continuous advancement of the battery film, so that the examination of the battery film proceeds in a quasi-continuous process.
In der Weiterverarbeitungsstation kann geprüfte Batteriefolie weiterverarbeitet, beispielsweise zugeschnitten, werden.Tested battery foil can be further processed, for example cut to size, in the further processing station.
Das erfindungsgemäße Prüfsystem ist sowohl zur Prüfung einer Trägerfolie der Batterie vor deren Beschichtung als auch zur Prüfung der bereits beschichteten Trägerfolie geeignet.The test system according to the invention is suitable both for testing a carrier foil of the battery before its coating and for testing the already coated carrier foil.
Im Sinne einer möglichst hohen Systemintegration ist es vorteilhaft, wenn die Prüfmittel in der Prüfstation fest installiert und steuerungstechnisch in die Steuerungseinrichtung der Prüfstation eingebunden sind, wie dies eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsieht.In terms of the highest possible system integration, it is advantageous if the test means are permanently installed in the test station and integrated into the control device of the test station in terms of control technology, as provided for by an advantageous development of the invention.
Die Prüfmittel können nach einem beliebigen geeigneten Funktionsprinzip bzw. Messprinzip arbeiten. Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass die Prüfmittel optische Mittel aufweisen, die derart ausgebildet und eingerichtet sind, dass die Topographie der Oberfläche der Batteriefolie durch Gewinnung von Oberflächentiefeninformation ermittelbar ist oder ermittelt wird. Ein besonderer Vorteil optischer Prüfmittel besteht darin, dass sie eine berührungslose Messung mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit ermöglichen.The test equipment can work according to any suitable operating principle or measuring principle. An extraordinarily advantageous development of the invention provides insofar as the test means have optical means which are designed and arranged such that the topography of the surface of the battery foil can be determined or determined by obtaining surface depth information. A particular advantage of optical test equipment is that they enable non-contact measurement with high accuracy and high speed.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Prüfmittel zur Vermessung der Oberfläche der Batteriefolie ausgebildet und eingerichtet sind und wenigstens eine 3D-messfähige Messvorrichtung aufweisen.Another advantageous embodiment of the invention provides that the test means are designed and set up for measuring the surface of the battery foil and have at least one 3D-measuring measuring device.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass die Messvorrichtung als optische Messvorrichtung ausgebildet ist oder eine optische Messvorrichtung aufweist.An advantageous development of the aforementioned embodiment provides that the measuring device is designed as an optical measuring device or has an optical measuring device.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die optische Messvorrichtung eine optische Sensoreinheit mit wenigstens einem optischen Sensor aufweist, wobei die Sensoreinheit mit der Auswertungseinrichtung in Datenübertragungsverbindung steht und derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass aus den Ausgangssignalen der Sensoreinheit mittels eines 3D-Rekonstruktionsverfahrens die dreidimensionale Topographie der Oberfläche der Batteriefolie rekonstruierbar ist oder rekonstruiert wird. Entsprechende optische Sensoreinheiten sind kommerziell erhältlich und ermöglichen eine hohe Messgenauigkeit und -Geschwindigkeit.Another advantageous development of the invention provides that the optical measuring device has an optical sensor unit with at least one optical sensor, wherein the sensor unit is in data transmission connection with the evaluation device and is configured and arranged such that from the output signals of the sensor unit by means of a 3D reconstruction method the three-dimensional topography of the surface of the battery foil is reconstructed or reconstructed. Corresponding optical sensor units are commercially available and allow a high measurement accuracy and speed.
Insbesondere dann, wenn eine flächige Prüfung der Batteriefolie erforderlich oder gewünscht ist, ist es vorteilhaft, wenn die optische Sensoreinheit für eine Abtastung der Oberfläche der Batteriefolie ausgebildet ist, wie dies eine vorteilhafte Weiterbildung vorsieht.In particular, when a flat examination of the battery sheet is required or desired, it is advantageous if the optical sensor unit is designed for scanning the surface of the battery sheet, as provided by an advantageous development.
Eine für eine Abtastung erforderliche Relativbewegung zwischen der Batteriefolie und der Sensoreinheit kann bei feststehender Sensoreinheit dadurch erzielt werden, dass die Batteriefolie relativ zu der Sensoreinheit bewegt wird, beispielsweise im Verlauf eines kontinuierlichen oder quasi-kontinuierlichen Vorschubs der Batteriefolie. Es ist jedoch auch möglich, bei in einem Prüfbereich ortsfest angeordneter Batteriefolie die optische Sensoreinheit relativ zu der Batteriefolie zu bewegen. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht insoweit vor, dass die optische Sensoreinheit an einem relativ zu der Oberfläche der Batteriefolie beweglichen Träger angeordnet ist. A relative movement between the battery foil and the sensor unit required for a scan can be achieved with a stationary sensor unit by moving the battery foil relative to the sensor unit, for example in the course of a continuous or quasi-continuous advance of the battery foil. However, it is also possible to move the optical sensor unit relative to the battery foil in a test area fixedly arranged battery foil. An advantageous development provides insofar as the optical sensor unit is arranged on a carrier that is movable relative to the surface of the battery foil.
Eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass der Träger relativ zu einem Prüfbereich, in dem die Batteriefolie geprüft wird, linear beweglich ist.A development of the aforementioned embodiment provides that the carrier is linearly movable relative to a test area in which the battery foil is tested.
In den Prüfmitteln der Prüfstation können beliebige geeignete optische Sensoren verwendet werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass wenigstens ein optischer Sensor als Zeilensensor ausgebildet ist und eine zeilenförmige Anordnung von Sensorelementen aufweist. Entsprechende Zeilensensoren stehen als relativ einfache und kostengünstige Standardbauteile zur Verfügung und ermöglichen eine Prüfung bzw. Messung mit hoher Genauigkeit.Any suitable optical sensors may be used in the test equipment of the test station. An advantageous development of the invention provides insofar as at least one optical sensor is designed as a line sensor and has a row-shaped arrangement of sensor elements. Corresponding line sensors are available as relatively simple and inexpensive standard components and allow a test or measurement with high accuracy.
Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein optischer Sensor ein Bildsensor ist. Bei dieser Ausführungsform wird die Oberfläche der Batteriefolie bei der Prüfung abgebildet. Die Auswertung der Bilder kann mit bekannten Verfahren der Bildverarbeitung und Mustererkennung sowie der Rekonstruktion der dreidimensionalen Topographie von Oberflächen erfolgen.An extraordinarily advantageous development of the invention provides that at least one optical sensor is an image sensor. In this embodiment, the surface of the battery sheet is imaged during the test. The evaluation of the images can be done with known methods of image processing and pattern recognition as well as the reconstruction of the three-dimensional topography of surfaces.
Um die Prüfung der Batteriefolie weiter zu verbessern, sieht eine andere vorteilhafte Weiterbildung eine Beleuchtungseinheit mit wenigstens einer Lichtquelle zur Beleuchtung der Oberfläche der Batteriefolie wenigstens in dem von den Prüfmitteln erfassten Prüfbereich vor. Auf diese Weise ist die Genauigkeit bei der Prüfung bzw. Vermessung der dreidimensionalen Topographie der Oberfläche der Batteriefolie verbessert.In order to further improve the examination of the battery foil, another advantageous development provides for a lighting unit with at least one light source for illuminating the surface of the battery foil at least in the test area covered by the test means. In this way, the accuracy in the inspection or measurement of the three-dimensional topography of the surface of the battery sheet is improved.
Eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass wenigstens eine Lichtquelle eine LED-basierte Lichtquelle ist. Entsprechende LED-Lichtquellen stehen als relativ einfache und kostengünstige Standardbauteile zur Verfügung.A development of the aforementioned embodiment provides that at least one light source is an LED-based light source. Corresponding LED light sources are available as relatively simple and inexpensive standard components.
Die Auswertung der von den Prüfmitteln als Ergebnis der Prüfung ausgegebenen Prüfdaten kann auf beliebige geeignete Weise erfolgen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass die Beleuchtungseinheit für eine Beleuchtung der Oberfläche der Batteriefolie unter unterschiedlichen Beleuchtungswinkeln ausgebildet und eingerichtet ist und dass die Auswertungseinrichtung für eine Auswertung von bei Beleuchtung unter unterschiedlichen Beleuchtungswinkeln erhaltenen Ausgangssignalen der optischen Sensoreinheit nach einem Schattenbildverfahren ausgebildet und programmiert ist. Eine Auswertung von entsprechend erzeugten Schattenbildern ist mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit möglich.The evaluation of the test data output by the test equipment as a result of the test can be carried out in any suitable manner. An advantageous development of the invention provides that the lighting unit is designed and set up for illuminating the surface of the battery film at different illumination angles and that the evaluation device is designed and programmed for evaluating output signals of the optical sensor unit obtained under illumination angles at different illumination angles is. An evaluation of corresponding generated shadows is possible with high speed and accuracy.
Eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass die Auswertungseinrichtung für eine Auswertung von Schattenbildern nach dem Shape-from-Shading-Verfahren ausgebildet und programmiert ist. Entsprechende Algorithmen zur Durchführung des Shape-from-Shading-Verfahrens sind allgemein bekannt und ermöglichen eine Prüfung mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit.A development of the aforementioned embodiment provides that the evaluation device is designed and programmed for evaluating shadow images according to the shape-from-shading method. Corresponding algorithms for performing the shape-from-shading method are well known and allow high-speed and accurate testing.
Eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine optische Sensoreinheit für eine Beobachtung einer Prüfstelle an der Oberfläche der Batteriefolie unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln ausgebildet und eingerichtet ist. Eine entsprechende Anordnung ermöglicht eine dreidimensionale Rekonstruktion der Oberfläche der Batteriefolie mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit.An extraordinarily advantageous development of the invention provides that at least one optical sensor unit is designed and set up for observation of a test point on the surface of the battery foil at different observation angles. A corresponding arrangement allows a three-dimensional reconstruction of the surface of the battery sheet with high speed and accuracy.
In diesem Kontext sieht eine außerordentlich vorteilhafte Weiterbildung vor, dass die Auswertungseinrichtung für eine Auswertung von Ausgangssignalen der optischen Sensoreinheit nach dem Stereo-Triangulationsverfahren ausgebildet und eingerichtet ist. Das Stereo-Triangulationsverfahren ermöglicht eine Vermessung der Oberfläche der Batteriefolie mit besonders hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit.In this context, provides an extremely advantageous development that the evaluation device is designed and set up for an evaluation of output signals of the optical sensor unit according to the stereo triangulation method. The stereo triangulation method enables a measurement of the surface of the battery foil with particularly high accuracy and speed.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein optischer Sensor als punktförmig messender Abstandssensor ausgebildet ist und die Topographie der Oberfläche der Batteriefolie durch Ermittlung des Abstandes zwischen dem Sensor und der Oberfläche der an der jeweiligen von dem Sensor erfassten Prüfstelle ermittelt wird.Another development of the invention provides that at least one optical sensor is designed as a point-measuring distance sensor and the topography of the surface of the battery sheet is determined by determining the distance between the sensor and the surface of the respective detected by the sensor test site.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass wenigstens eine optische Sensoreinheit mit wenigstens einer Beleuchtungseinheit zu einer Sensor/Beleuchtungseinheit integriert ist. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders kompakter und platzsparender Aufbau.Another advantageous development provides that at least one optical sensor unit is integrated with at least one illumination unit to form a sensor / illumination unit. This results in a particularly compact and space-saving design.
Eine Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform in Kombination mit dem beweglichen Träger sieht vor, dass die Sensor/Beleuchtungseinheit an dem Träger angeordnet ist.A development of the aforementioned embodiment in combination with the movable carrier provides that the sensor / illumination unit is arranged on the carrier.
Eine andere besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Sensor ein nach Art eines CIS (Contact Image Sensor) aufgebauter Sensor ist. Entsprechende Sensoren stehen als relativ einfache und kostengünstige Standardbauteile zur Verfügung und ermöglichen eine Prüfung mit hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit. Another particularly advantageous embodiment of the invention provides that at least one sensor is a sensor constructed in the manner of a CIS (contact image sensor). Corresponding sensors are available as relatively simple and inexpensive standard components and allow a test with high accuracy and speed.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass der nach Art eines CIS aufgebaute Sensor eine zeilenförmige Anordnung von Sensorelementen aufweist, der ein Array von Linsenelementen zugeordnet ist. Bei dem Array von Linsenelementen kann es sich beispielsweise und insbesondere um ein GRIN-Linsenarray handeln.An advantageous development of the aforementioned embodiment provides that the sensor constructed in the manner of a CIS has a row-shaped arrangement of sensor elements, to which an array of lens elements is assigned. For example, the array of lens elements may be a GRIN lens array.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Ausführungsform mit dem CIS sieht vor, dass die optische >Messvorrichtung wenigstens ein Paar von nach Art eines CIS aufgebauten Sensoren aufweist, die derart relativ zueinander und zu dem Prüfbereich angeordnet sind, dass die Oberfläche der Batteriefolie bezogen auf die Flächennormale unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln abgebildet wird zur Ermittlung der dreidimensionalen Topographie der Oberfläche der Batteriefolie aus den Ausgangssignalen des Sensormodules.Another advantageous embodiment of the embodiment with the CIS provides that the optical measuring device has at least one pair of sensors constructed in the manner of a CIS, which are arranged relative to one another and to the test area such that the surface of the battery film is below the surface normal different observation angles is mapped to determine the three-dimensional topography of the surface of the battery sheet from the output signals of the sensor module.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, dass die Prüfstation wenigstens ein Sensormodul aufweist, in dem ein Paar von nach Art eines CIS aufgebauten Sensoren angeordnet sind. Ein entsprechendes Sensormodul ist an die spezielle Messaufgabe, nämlich die Prüfung bzw. Vermessung der Oberfläche der Batteriefolie durch Ermittlung der dreidimensionalen Topographie der Batteriefolie angepasst.An advantageous development of the aforementioned embodiment provides that the test station has at least one sensor module in which a pair of sensors constructed in the manner of a CIS are arranged. A corresponding sensor module is adapted to the specific measuring task, namely the test or measurement of the surface of the battery foil by determining the three-dimensional topography of the battery foil.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass jeder Sensor des Paares von Sensoren in einem separaten Sensormodul aufgenommen ist, wobei die Sensormodule derart relativ zueinander und zu dem Prüfbereich angeordnet sind, dass die Oberfläche der Batteriefolie bezogen auf die Flächennormale) unter unterschiedlichen Beobachtungswinkeln abgebildet wird zur Ermittlung der dreidimensionalen Topographie der Oberfläche der Batteriefolie aus den Ausgangssignalen der Sensormodule. Bei dieser Ausführungsform können kostensparend kommerziell erhältliche Sensormodule verwendet werden, die einen einzelnen Sensor aufweisen. Entsprechend der Messaufgabe werden für eine Erfassung der dreidimensionalen Topographie der Batteriefolie wenigstens zwei Sensormodule verwendet.Another advantageous development provides that each sensor of the pair of sensors is accommodated in a separate sensor module, the sensor modules being arranged relative to one another and to the test area such that the surface of the battery film is imaged at different observation angles relative to the surface normal Determination of the three-dimensional topography of the surface of the battery foil from the output signals of the sensor modules. In this embodiment, cost-saving commercially available sensor modules can be used, which have a single sensor. According to the measuring task, at least two sensor modules are used to detect the three-dimensional topography of the battery foil.
Zweckmäßigerweise ist bei den vorgenannten Ausführungsformen in wenigstens ein Sensormodul wenigstens eine Lichtquelle integriert.Conveniently, at least one light source is integrated in at least one sensor module in the aforementioned embodiments.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Prüfbereich durch eine Planfläche definiert ist, an der die zu prüfende Batteriefolie in Prüfposition anliegt. Auf diese Weise ist die Prüf- bzw. Messgenauigkeit erhöht. Die plane Anlage der Batteriefolie an der Planfläche kann erforderlichenfalls durch zusätzliche Mittel verbessert werden, beispielsweise durch eine Ansaugvorrichtung.Another advantageous development of the invention provides that the test area is defined by a plane surface against which the battery foil to be tested rests in the test position. In this way, the test or measurement accuracy is increased. The planar installation of the battery foil on the plane surface can, if necessary, be improved by additional means, for example by a suction device.
Der Transport von zu prüfender Batteriefolie von der Speicherstation zu der Transportfunktion kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen auf beliebige geeignete Weise erfolgen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass die Transportmittel eine Vorschubeinrichtung aufweisen, die für einen kontinuierlichen, quasi-kontinuierlichen oder getakteten Vorschub die Batteriefolie ausgebildet ist.The transport of battery foil to be tested from the storage station to the transport function can be carried out in any suitable manner according to the respective requirements. An advantageous development of the invention provides insofar as the transport means have a feed device which is designed for a continuous, quasi-continuous or clocked feed the battery foil.
Erfindungsgemäß kann die Batteriefolie im Stillstand geprüft werden. In diesem Sinne sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Prüfstation für eine Prüfung bei stillstehender Batteriefolie ausgebildet und programmiert ist.According to the invention, the battery sheet can be tested at standstill. In this sense, an advantageous development of the invention provides that the test station is designed and programmed for a test when the battery foil is stationary.
Im Sinne einer Beschleunigung der Prüfung kann die Batteriefolie jedoch auch in Bewegung geprüft werden. Hierzu sieht eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Prüfstation für eine Prüfung während des Vorschubs der Batteriefolie ausgebildet und programmiert ist.However, in order to speed up the test, the battery sheet can also be tested in motion. For this purpose, a particularly advantageous development of the invention provides that the test station is designed and programmed for a test during the advance of the battery foil.
Erfindungsgemäß ist es grundsätzlich ausreichend, die Batteriefolie durch Ermittlung ihrer dreidimensionalen Topographie zu prüfen. Um die Prüfung der Batteriefolie zu erweitern, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Prüfstation wenigstens eine Vorrichtung aufweist, die für eine punktuelle oder flächige Messung bzw. Ermittlung wenigstens einer physikalischen Größe bzw. wenigstens eines physikalischen Parameters der Batteriefolie, beispielsweise der elektrischen Leitfähigkeit oder der Dicke, ausgebildet ist.In accordance with the invention, it is basically sufficient to check the battery foil by determining its three-dimensional topography. In order to expand the examination of the battery foil, an advantageous development of the invention provides that the test station has at least one device which is suitable for a punctual or areal measurement or determination of at least one physical quantity or at least one physical parameter of the battery foil, for example the electrical Conductivity or the thickness is formed.
Um eine Speicherung der Batteriefolie und eine Zuführung zu der Prüfstation zu erleichtern, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die zu prüfende Batteriefolie auf wenigstens einer Rolle aufgerollt in der Speicherstation gespeichert ist, wobei das System eine Vorrichtung zum automatischen Abrollen der Batteriefolie von der Rolle aufweist.In order to facilitate storage of the battery foil and a supply to the test station, an advantageous development of the invention provides that the battery foil to be tested is stored rolled up on at least one roll in the storage station, wherein the system comprises a device for automatically unrolling the battery foil from the Role has.
Um die Automatisierung weiter zu erhöhen, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform vor, dass die Speicherstation eine Vorrichtung zum automatischen Austausch einer leeren Rolle gegen eine volle Rolle mit Batteriefolie aufweist.In order to further increase the automation, an advantageous development of the aforementioned embodiment provides that the storage station has a device for the automatic replacement of an empty roll against a full roll with battery foil.
Die Weiterverarbeitung der geprüften Batteriefolie in der Weiterverarbeitungsstation kann auf beliebige geeignete bzw. erforderliche Weise erfolgen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht insoweit vor, dass die Weiterverarbeitungsstation eine automatische Schneidstation zum Zuschneiden geprüfter Batteriefolie aufweist. Bei dieser Ausführungsform wird die Batteriefolie nach erfolgter Prüfung zugeschnitten. Unter Heranziehung der Prüfergebnisse ist es dabei insbesondere möglich, mit Defekten behaftete Teile oder Bereiche der Batteriefolie herauszuschneiden und zu entsorgen oder einer anderen Verwendung zuzuführen, bei der detektierte Defekte nicht stören. The further processing of the tested battery foil in the further processing station can take place in any suitable or required manner. An advantageous development of the invention provides insofar as the further processing station has an automatic cutting station for cutting tested battery foil. In this embodiment, the battery sheet is cut after the test. Using the test results, it is possible, in particular, to cut out and dispose of defective parts or areas of the battery foil or to supply them to another use in which detected defects do not interfere.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Auswertungseinrichtung für eine Zuordnung von durch die Prüfmittel ausgegebenen Prüfdaten zu einer zugehörigen Oberflächenstelle oder einem zugehörigen Oberflächenbereich der Batteriefolie ausgebildet und programmiert ist, derart, dass die jeweiligen Prüfdaten der zugehörigen Oberflächenstelle bzw. dem zugehörigen Oberflächenbereich der Batteriefolie zugeordnet werden oder werden können.Another advantageous development of the invention provides that the evaluation device is designed and programmed for an assignment of test data output by the test equipment to an associated surface location or an associated surface area of the battery film such that the respective test data of the associated surface location or the associated surface area be assigned to the battery foil or can be.
Insbesondere dann, wenn nur eine stichprobenartige Prüfung der Batteriefolie gewünscht oder erforderlich ist, ist es zweckmäßig, wenn die Prüfstation für eine punktuelle Prüfung der zu prüfenden Batteriefolie ausgebildet und programmiert ist, wie dies eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsieht.In particular, when only a random test of the battery sheet is desired or required, it is useful if the test station is designed and programmed for a selective test of the battery sheet to be tested, as provided by an advantageous development of the invention.
Um die Zuverlässigkeit des Prüfergebnisses zu verbessern, sieht eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Prüfstation für eine vollflächige Prüfung der zu prüfenden Batteriefolie ausgebildet und programmiert ist. Auf diese Weise wird die Batteriefolie vollflächig geprüft, so dass Defekte mit hoher Zuverlässigkeit detektiert werden.In order to improve the reliability of the test result, a particularly advantageous development of the invention provides that the test station is designed and programmed for a full-area test of the battery foil to be tested. In this way, the battery film is tested over the entire surface, so that defects are detected with high reliability.
Zum Gegenstand und Offenbarungsgehalt der Erfindung gehören auch Unterkombinationen der Ansprüche, bei denen wenigstens ein Merkmal des jeweiligen Anspruchs weggelassen bzw. durch ein anderes Merkmal ersetzt ist.The subject matter and the disclosure of the invention also include sub-combinations of the claims, in which at least one feature of the respective claim is omitted or replaced by another feature.
Wenn auch die Funktionalität des Batteriefolienprüfsystems in seiner Gesamtheit mit allen Stationen (Speicherstation/Prüfstation/Weiterverarbeitungsstation) besonders vorteilhaft gestaltet ist, kann bzw. können entsprechend den jeweiligen Anforderungen auch einzelne Stationen oder Komponenten des Batteriefolienprüfsystems, das nachfolgend auch als System bezeichnet wird, weggelassen werden, insbesondere die Speicherstation und/oder die Weiterverarbeitungsstation.Although the functionality of the battery foil test system in its entirety with all stations (storage station / test station / further processing station) is designed particularly advantageous, individual stations or components of the battery foil test system, which is also referred to as a system, can or may be omitted according to the respective requirements , in particular the storage station and / or the further processing station.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten, stark schematisierten Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriefolienprüfsystems dargestellt ist, Dabei bilden alle beschriebenen, in der Zeichnung dargestellten und in den Patentansprüchen beanspruchten Merkmale den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbezügen sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.The invention will be explained in more detail with reference to the attached, highly diagrammatic drawing in which an embodiment of a Batteriefolienprüfsystems invention is shown, all described, shown in the drawings and claimed in the claims features the subject of the invention, regardless of their summary in the Claims and their back references and regardless of their description or representation in the drawing.
Es zeigt:
-
1 Ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Batteriefolienprüfsystems, -
2 eine schematische Seitenansicht des Batteriefolienprüfsystems gemäß1 , -
3 eine Draufsicht auf das Batteriefolienprüfsystem gemäß1 , -
4 eine schematische Prinzipdarstellung eines Sensormodules des Batteriefolienprüfsystems gemäß1 und -
5 eine alternative Ausführungsform eines Sensormoduls.
-
1 A block diagram of an embodiment of a battery film inspection system according to the invention, -
2 a schematic side view of the Batteriefolienprüfsystems according to1 . -
3 a plan view of the battery film inspection system according to1 . -
4 a schematic diagram of a sensor module of the battery film in accordance with1 and -
5 an alternative embodiment of a sensor module.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die
In
Das Prüfsystem
Das Prüfsystem
Die Prüfstation
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Prüfbereich durch eine Prüffläche
Die Prüfstation
Der Prüfstation
Eine mit der Auswertungseinrichtung
Die Speicherstation
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Prüfmittel
Die optische Messvorrichtung
Die Prüfung der Batteriefolie
Die optische Sensoreinheit
Zur Beleuchtung der Oberfläche der Batteriefolie
Nachfolgend wird anhand von
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in dem Gehäuse
Der Sensor
Das Paar von Sensoren
Zur Beleuchtung des Prüfbereiches ist in das Sensormodul
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Prüfstation
Falls entsprechend den jeweiligen Anforderungen erforderlich oder gewünscht, kann die Prüfstation
Die Funktionsweise des Prüfsystems
Zur Prüfung der Batteriefolie
Hierbei wird die Oberfläche der Batteriefolie
Anhand der durch das Sensormodul
Die Erfassung der Oberfläche der Batteriefolie
Anhand der Prüfdaten kann dann der jeweils erfasste bzw. vermessene Abschnitt der Batteriefolie
In der Weiterverarbeitungsstation
Sämtliche Vorgänge in dem Prüfsystem
Die Erfindung ermöglicht damit eine vollautomatische Prüfung von Batteriefolie.The invention thus enables a fully automatic testing of battery foil.
In
Um bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Unter einer Batterie wird erfindungsgemäß ein wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis verstanden.A battery according to the invention is understood to mean a rechargeable storage for electrical energy on an electrochemical basis.
Claims (37)
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