TWI487895B - 隔離膜的針孔瑕疵檢測系統及其檢測方法 - Google Patents

隔離膜的針孔瑕疵檢測系統及其檢測方法 Download PDF

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Description

隔離膜的針孔瑕疵檢測系統及其檢測方法
本發明是關於一種自動光學檢測(Automated Optical Inspection，AOI)系統及檢測方法，特別是用於隔離膜上的針孔瑕疵檢測。
隔離膜是一種高分子薄膜，應用於鋰電池，主要功能為隔離電池中的正極與負極，以防止正負極直接接觸而產生短路。然而，隔離膜需具備多微孔的特性，使電解液中的離子可自由流通以產生電流，因此需利用製程技術使隔離膜產生多微孔。
目前在市場上，隔離膜的製法可分為濕式製程及乾式製程。濕式製程主要將低分子量石蠟加入聚丙烯及聚乙烯中，以模頭壓出凝膠膜片，再經雙軸延伸成薄膜。最後再將石蠟萃取出來，形成微孔。乾式製程先將塑膠粒子融化後，壓出成薄膜狀。接著於低溫下拉伸使其產生細縫，然後再進一步於高溫下拉伸得到多微孔性薄膜。
無論是濕式製程或乾式製程，隔離膜於製程中可能 會出現膠粒、拉伸痕及產生針孔(pinhole)等瑕疵。一旦隔離膜產生針孔瑕疵，則電池內的正負極可能因互相接觸而引起短路，導致電池爆炸。
傳統隔離膜的檢測裝置100僅由光源11及光學顯微鏡12所組成，且待檢測隔離膜13係位於光源11及光學顯微鏡12之間，如第1圖所示。但利用此穿透式檢測方式所得到的針孔、膠粒及拉伸痕的瑕疵影像皆很相似，故以傳統的隔離膜檢測裝置並無法有效地檢測出隔離膜上的針孔瑕疵。且一旦將針孔瑕疵誤判為膠粒瑕疵或拉伸痕瑕疵，將會嚴重影響隔離膜的出貨品質。
有鑒於此，本發明之目的，即在提供即在提供一種用於檢測隔離膜的針孔瑕疵檢測系統。
本發明揭露用於檢測隔離膜的針孔瑕疵檢測系統，其包括：光學攝像裝置、光源、第一偏光元件、第二偏光元件、以及控制膜組。光學攝像裝置用以於包含待測點的待檢測隔離膜上擷取對應於待測點之檢測影像。光源係用以提供朝向光學攝像裝置行進之光線。第一偏光元件位於光源所提供之光線所形成的光路徑上，且設置於光源與光學攝像裝置兩者之間。第二偏光元件位於該光路徑上，且設置於第一偏光元件與光學攝像裝置之間。控制模組耦接於光學攝像裝置，用於處理檢測影像。其中，待檢測隔離膜係設置於第一偏光元件與第二偏光元件之間，且 第一偏光元件之第一光軸與第二偏光元件之第二光軸的夾角呈90度，以擷取檢測影像。
上述控制模組包括：接收單元，用以接收光學攝像裝置所擷取之檢測影像；灰階值計算單元，耦接於接收單元，用以計算待檢測影像的平均灰階值；以及比對單元，耦接於灰階值計算單元，用以將檢測影像的平均灰階值與門檻值進行比對，藉由比對結果以判斷待檢測隔離膜上的待測點是否為針孔瑕疵。當上述檢測系統中的第一偏光元件之第一光軸與第二偏光元件之第二光軸的夾角呈90度時，根據所檢測的瑕疵類型不同，由光學攝像裝置所擷取到的待檢測影像亮度也有明顯差異。
當光源發出的光線經過第一偏光元件時，光線轉變為具有第一光軸方向的偏振光，當偏振光穿透具有膠粒瑕疵或拉伸痕瑕疵的待檢測隔離膜時，因隔離膜折射率特性而使偏振光的偏振方向改變，因此部分偏振光可穿透與第一偏光元件之第一光軸呈垂直狀態的第二偏光元件，使得光學攝像裝置所擷取到的待檢測影像呈現亮態。
反之，若隔離膜具有針孔瑕疵時，則穿透第一偏光元件的偏振光將直接穿過針孔，因為其偏振方向與第二偏光元件不同，因此完全無法穿透第二偏光元件，故光學攝像裝置所擷取到的待檢測影像呈現暗態。
本發明之另一目的在於提供一種用於產生比對隔離膜的針孔瑕疵之門檻值的檢測系統，其包括：光學攝像裝置；光源；第一偏光元件；第二偏光元件；以及控制模 組。光學攝像裝置係用以於包含待測點的待檢測隔離膜上擷取對應待測點之檢測影像。光源用以提供朝向光學攝像裝置行進之光線。第一偏光元件位於光源所提供之光線所形成的一光路徑上，且設置於光源與光學攝像裝置兩者之間。第二偏光元件位於光路徑上，且設置於第一偏光元件與光學攝像裝置之間。控制模組耦接於光學攝像裝置，用於處理檢測影像。其中，待檢測隔離膜係設置於第一偏光元件與第二偏光元件之間，且第一偏光元件之第一光軸與第二偏光元件之第二光軸的夾角呈90度，以擷取檢測影像。
上述控制模組包括：接收單元，用以接收光學攝像裝置所擷取之檢測影像；灰階值計算單元，耦接於接收單元，用以計算檢測影像的平均灰階值；檢視單元，耦接於接收單元及灰階值計算單元，用以檢視是否所有檢測影像皆產生對應於檢測影像的平均灰階值；以及選取單元，耦接於檢視單元，並從諸平均灰階值中選取一門檻值。
本發明之另一目的在於提供一種隔離膜的針孔瑕疵檢測方法，包括下列步驟：(A)於包含一待測點的待檢測隔離膜上擷取對應於待測點之檢測影像；(B)計算檢測影像的平均灰階值；及(C)將檢測影像的平均灰階值與門檻值相比對，藉由比對結果以判斷待檢測隔離膜上的待測點是否為針孔瑕疵。
本發明之另一目的在於提供一種用於比對隔離膜的針孔瑕疵之門檻值的產生方法，包含以下步驟：(A)於包含待測點的待檢測隔離膜上擷取對應於待測點之檢測區域 的檢測影像；(B)計算待檢測影像的平均灰階值；(C)重覆執行步驟(A)及(B)，直至產生所有對應於待測點之檢測影像的平均灰階值；及(D)從平均灰階值中選取一門檻值。
本發明之發明功效，在於能有效地檢測出隔離膜上的針孔瑕疵，以減少誤檢機率及避免造成電池短路引起爆炸。
11、21‧‧‧光源
12‧‧‧光學顯微鏡
25‧‧‧光學攝像裝置
26、36、46‧‧‧控制模組
13、23‧‧‧待檢測隔離膜
21‧‧‧光源
22‧‧‧第一偏光元件
24‧‧‧第二偏光元件
100、200‧‧‧檢測裝置
361、461‧‧‧接收單元
362、462‧‧‧灰階值計算單元
363‧‧‧比對單元
463‧‧‧檢視單元
464‧‧‧選取單元
S51~S53、S61~S64‧‧‧步驟
第1圖係為傳統檢測隔離膜的針孔瑕疵的檢測裝置100。
第2圖係根據本發明之一實施例所繪示的隔離膜之針孔瑕疵檢測系統200之示意圖。
第3圖係根據本發明之一實施例所繪示的隔離膜之針孔瑕疵檢測系統之控制模組36之示意圖。
第4圖係根據本發明之一實施例所繪示的產生門檻值之控制模組46之示意圖。
第5圖係根據本發明之一實施例所繪示之隔離膜的針孔瑕疵檢測流程圖。
第6圖係根據本發明之一實施例所繪示之產生門檻值的流程圖。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式知較佳實施例的詳細說明中，將可清 楚的呈現。
請參考第2圖，本發明之用於檢測隔離膜的針孔瑕疵檢測系統200之一實施例。檢測系統200包含光源21、第一偏光元件22、第二偏光元件24、光學攝像裝置25及控制模組26。其中，待檢測隔離膜23係設置於第一偏光元件22與第二偏光元件24之間。在此實施例中，第一偏光元件22之第一光軸與第二偏光元件24之第二光軸的夾角呈90度，以擷取待檢測隔離膜23的檢測影像。
光源21提供朝向光學攝像裝置行進之光線。第一偏光元件22可為一偏光板或一金屬光柵，其位於光源21所提供之光線所形成的一光路徑上，且設置於光源21與光學攝像裝置25之間。第二偏光元件24可為一偏光板或一金屬光柵，位於光路徑上，且設置於第一偏光元件22與光學攝像裝置25之間。
請參考第3圖，係為本發明之隔離膜的針孔瑕疵檢測系統之控制模組36之一實施例。控制模組36包含接收單元361、灰階值計算單元362以及比對單元363。接收單元361接收光學攝像裝置所擷取之檢測影像。灰階值計算單元362耦接於接收單元，用以計算檢測影像的平均灰階值。比對單元363耦接於灰階值計算單元362，用以將檢測影像的平均灰階值與一門檻值進行比對。由比對結果判斷待檢測隔離膜上的待檢測點是否為針孔瑕疵。
在此實施例中，比對單元363之門檻值可由預先儲存於比對單元363內的內建記憶體(圖未繪示)提供。門檻值 產生方法可以根據下述內容之方法產生，也可以是檢測人員根據經驗而設定，並不以任一特定方法為限。
在本發明之一實施例中，用於產生比對隔離膜的針孔瑕疵之門檻值的檢測系統包含：光源；第一偏光元件；第二偏光元件；光學攝像裝置；以及控制模組。其中，待檢測隔離膜係設置於第一偏光元件與第二偏光元件之間，且第一偏光元件之第一光軸與第二偏光元件之第二光軸的夾角呈90度，以擷取待檢測隔離膜的檢測影像。
用於產生比對隔離膜的針孔瑕疵之門檻值的檢測系統係相同於第2圖之檢測系統200的光源21、第一偏光元件22、第二偏光元件24及光學攝像裝置25，故不多加贅述。惟二者之差異在於控制模組，以下將詳細說明。
請參考第4圖，係說明用於產生門檻值之檢測系統的控制模組46之一實施例。控制模組46包括：接收單元461用以接收光學攝像裝置所擷取之檢測影像；灰階值計算單元462耦接於接收單元461，用以計算檢測影像的平均灰階值；檢視單元463耦接於接收單元461及灰階值計算單元462，用以檢視是否所有檢測影像皆產生對應於檢測影像的平均灰階值；以及選取單元464耦接於檢視單元463，並從諸平均灰階值中選取門檻值。
接著，請參閱第2圖、第3圖及第5圖，進一步說明隔離膜瑕疵的檢測方法。
步驟S51中，光學攝像裝置25從於包含一待測點的待檢測隔離膜23上擷取對應待測點之檢測區域的檢測影 像。在本發明之一實施例中，檢測區域的大小例如可為100像素×100像素的正方形，即檢測區域具有10,000個畫素。接著，由控制模組26處理影像。
步驟S52中，控制模組中的接收單元361將接收自光學攝像裝置所擷取到的檢測影像，接著藉由灰階值計算單元362計算檢測影像的平均灰階值。也就是將檢測影像中的每一像素的灰階值作平均值運算。
步驟S53中，比對單元363與預存之門檻值進行相比對，當檢測影像的平均灰階值小於該門檻值下限，則判定待檢測隔離膜上的待測點為針孔瑕疵。反之，當檢測影像平均灰階值大於門檻值上限，則判定待檢測隔離膜上的待測點為膠粒瑕疵或拉伸痕瑕疵。若是檢測影像平均灰階值位於門檻值範圍內，則表示待檢測隔離膜上無瑕疵存在。
如此一來，本發明所提出的隔離膜瑕疵的檢測系統及檢測方法即可準確地檢測出隔離膜上的待測點是否為針孔瑕疵，避免因誤檢而造成電池短路及爆炸。
以下請參考第4圖及第6圖，將詳細說明如何產生比對隔離膜的針孔瑕疵之一門檻值的方法。
首先，於步驟S61，光學攝像裝置(圖未繪示)由包含一待測點的待檢測隔離膜上擷取對應該待測點之檢測區域的檢測影像。
步驟S62中，控制模組46中的接收單元461將接收自光學攝像裝置所擷取到的檢測影像，接著藉由灰階值計算單元462計算檢測影像的平均灰階值。
步驟S63中，控制模組46中的檢視單元463將檢視是否所有檢測影像皆產生對應於檢測影像的平均灰階值。
步驟S64中，控制模組46中的選取單元464，將從平均灰階值中選取門檻值。門檻值可以用來比對隔離膜上所擷取之檢測影像的平均灰階值，且判斷隔離膜上的待測點是否為針孔瑕疵。
根據本發明之一較佳實施例，門檻值設定為80至150，當對應待測點之檢測區域的檢測影像的平均灰階值小於80，則判定待檢測隔離膜上的待測點為針孔瑕疵。當檢測影像之平均灰階值大於150，則判定待檢測隔離膜上的待測點為拉伸痕瑕疵或膠粒瑕疵。若檢測影像之平均灰階值位於80至150之間，則表示待檢測隔離膜上無瑕疵存在。
透過實驗佐證，本發明利用上述隔離膜瑕疵的檢測方法及檢測系統所檢測出含有針孔瑕疵的隔離膜進行高壓電測試。實驗結果如表一所示。
此實驗所使用的隔離膜為單層隔離膜，厚度為20μm。電壓範圍設定為800V至1,110V之間。表一為10組含針孔瑕疵的測試樣品，經過高壓電壓擊穿後，針孔瑕疵的孔徑會變大。
若隔離膜上的瑕疵類型為膠粒瑕疵或拉伸痕瑕疵，經高壓電測試後，該些瑕疵並不會被高壓電擊穿，故瑕疵大小也不會因而改變。
利用上述的高壓電擊穿試驗證明，本發明提出的隔離膜瑕疵的檢測系統及檢測方法確實能有效地檢測出隔離膜上的針孔瑕疵，以防止電池發生短路及爆炸。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
21‧‧‧光源
22‧‧‧第一偏光元件
23‧‧‧待檢測隔離膜
24‧‧‧第二偏光元件
25‧‧‧光學攝像裝置
26‧‧‧控制模組
200‧‧‧檢測系統

Claims (8)

  1. 一種用於檢測隔離膜的針孔瑕疵檢測系統，包括：一光學攝像裝置，用以於包含一待測點的一待檢測隔離膜上擷取對應該待測點之一檢測區域的一檢測影像；一光源，用以提供朝向該光學攝像裝置行進之光線；一第一偏光元件，具有一第一光軸，且該第一偏光元件位於該光源所提供之光線所形成的一光路徑上，且設置於該光源與該光學攝像裝置之間；一第二偏光元件，具有一第二光軸，且該第二偏光元件位於該光路徑上，並設置於該第一偏光元件與該光學攝像裝置之間，其中待檢測隔離膜係設置於該第一偏光元件與該第二偏光元件之間，且該第一偏光元件之該第一光軸與該第二偏光元件之該第二光軸的一夾角呈90度，以擷取該檢測影像；以及一控制模組，耦接於該光學攝像裝置，用於處理該檢測影像，包括：一接收單元，用以接收該光學攝像裝置所擷取之該檢測影像；一灰階值計算單元，耦接於該接收單元，用以計算該待檢測影像的平均灰階值；以及 一比對單元，耦接於該灰階值計算單元，用以將該待檢測影像的平均灰階值與一門檻值進行比對，由一比對結果判斷該待檢測隔離膜上的該待測點是否為針孔瑕疵。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之針孔瑕疵檢測系統，其中該第一偏光元件及該第二偏光元件為一偏光板或一金屬光柵。
  3. 一種用於產生比對隔離膜的針孔瑕疵之一門檻值的檢測系統，包括：一光學攝像裝置，用以於包含一待測點的一待檢測隔離膜上擷取對應該待測點之一檢測區域的一檢測影像；一光源，用以提供朝向該光學攝像裝置行進之光線；一第一偏光元件，具有一第一光軸，且該第一偏光元件位於該光源所提供之光線所形成的一光路徑上，且設置於該光源與該光學攝像裝置之間；一第二偏光元件，具有一第二光軸，且該第二偏光元件位於該光路徑上，並設置於該第一偏光元件與該光學攝像裝置之間，其中該待檢測隔離膜係設置於該第一偏光元件與該第二偏光元件之間，且該第一偏光元件之該第一光軸與該第二偏光元件之該第二光軸的一 夾角呈90度，以擷取該待檢測影像；以及一控制模組，耦接於該光學攝像裝置，用於處理該檢測影像，其包括：一接收單元，用以接收該光學攝像裝置所擷取之該檢測影像；一灰階值計算單元，耦接於該接收單元，用以計算該檢測影像的平均灰階值；以及一檢視單元，耦接於該接收單元及該灰階值計算單元，用以檢視是否所有該檢測影像皆產生對應於該檢測影像的複數個平均灰階值；以及一選取單元，耦接於該檢視單元，並從該些平均灰階值中選取出一門檻值。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之檢測系統，其中該第一偏光元件及該第二偏光元件為一偏光板或一金屬光柵。
  5. 一種隔離膜的針孔瑕疵檢測方法，包括下列步驟：(A)於包含一待測點的一待檢測隔離膜上擷取對應該待測點之一檢測區域的一檢測影像；(B)計算該檢測影像的一平均灰階值；及(C)將該檢測影像的該平均灰階值與一門檻值相比對，由比對結果判斷該待檢測隔離膜之該待測點是否為 針孔瑕疵。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之針孔瑕疵檢測方法，其中，該步驟(C)當該檢測影像的該平均灰階值小於該門檻值下限時，該待測點為針孔瑕疵。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之針孔瑕疵檢測方法，其中，該步驟(C)當該檢測影像的該平均灰階值大於該門檻值上限時，該待測點為拉伸痕瑕疵或膠粒瑕疵。
  8. 一種用於比對隔離膜的針孔瑕疵之一門檻值的產生方法，該門檻值的產生方法包括：(A)於包含一待測點的一待檢測隔離膜上擷取對應於該待測點之一檢測區域的一檢測影像；(B)計算該檢測影像的一平均灰階值；(C)重覆執行該步驟(A)及(B)，直至產生所有對應該待測點之該檢測區域的該檢測影像之複數個平均灰階值；及(D)由該些平均灰階值中選取一門檻值。
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