一种锂离子电池极片在线检测分级装置及其方法

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一种锂离子电池极片在线检测分级装置及其方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及锂离子电池极片的检测装置和方法，具体涉及一种锂离子电池极片外观质量在线检测分级的装置与方法。\n背景技术\n[0002] 锂离子电池具有比能量高、电压高、循环寿命长、存储时间长等优点，不仅广泛的应用于手机、MP3、MP4、手提电脑等便携式电子设备上，而且也广泛应用于电动自行车、电动汽车、油电混合车、航天等大中型的电动设备上，因此对锂离子电池的性能要求也越来越高。\n[0003] 电极极片是锂离子电池的核心部件和重要组成部分，涂敷后的电极极片的质量将直接决定锂离子电池的性能。如果极片有折痕、损伤、漏印或破损等外观缺陷，就会使锂离子电池存在存储时间短、自放电高、循环寿命短、电压低等质量问题。因此，对涂敷后的电极极片的外观质量检测非常重要。\n[0004] 目前，为了保证锂离子电池极片的质量，生产厂家一般都采用人工肉眼识别的方式，这种检测方式不但劳动强度高、劳动成本大，而且受检测人员的视觉疲劳、劳动惯性、甚至技术水平的影响，从而导致漏检和误检现象的发生。另外，现有的一些锂离子电池极片检测技术，中国专利申请号为200910106121.3公开了一种名称为“锂离子电池极片CCD在线检测系统和方法”的锂离子电池极片检测系统及其方法，该系统包括用于采集锂离子电池极片图像数据的CCD摄像模块和与所述CCD摄像模块连接的处理模块，用于接收和处理所述图像数据，并至少判断锂离子电池极片的胶纸或极耳位置是否满足预先设定，但是这种检测系统只对锂电池极片上胶纸和极耳的位置进行检测，不能解决由于极片折痕、损伤、漏印或破损等外观缺陷引起的锂离子电池的质量问题。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的是提供一种锂离子电池极片在线检测分级装置，以解决现有检测装置只对锂电池极片上胶纸和极耳的位置进行检测，不能检测由于极片折痕、损伤、漏印或破损等外观缺陷引起的锂离子电池质量的问题，同时提供一种利用该在线检测分级装置进行检测的方法。\n[0006] 为实现上述目的，本发明提供的锂离子电池极片在线检测分级装置的技术方案如下：一种锂离子电池极片在线检测分级装置，包括：\n[0007] 极片传送装置，用于传送锂离子电池极片通过视觉识别装置的拍摄视野；\n[0008] 视觉识别装置，包括第一表面识别装置和第二表面识别装置，第一表面识别装置和第二表面识别装置分别位于极片翻转装置的两侧，用于极片的正、第二表面图像采集及图像数据进行处理；\n[0009] 极片翻转装置，与极片的第一表面识别装置控制连接，根据极片第一表面图像缺陷的检测与识别结果控制极片翻转装置对待测极片是否翻转；\n[0010] 极片分级装置，位于第二表面识别装置后方，并与第二表面识别装置控制连接，根据极片第二表面图像缺陷的检测与识别结果控制极片分级装置对待测极片进行合格品或不合格品的分级处理。\n[0011] 所述第一表面识别装置和第二表面识别装置均包括控制显示模块及与其控制连接的CCD摄像模块和识别接近开关，所述识别接近开关用于采集极片的位置信号，CCD摄像模块位于极片传送装置的正上方；控制显示模块包括主控箱和与其控制连接的显示器，主控箱与对应的CCD摄像模块和识别接近开关控制相连；所述CCD摄像模块包括CCD摄像机和光照箱，光照箱内设有LED面光源，用于给电极极片表面产生均匀的漫反射光。\n[0012] 所述极片翻转装置包括翻转接近开关和翻转胶梯，所述翻转胶梯位于极片传送装置的正上方；翻转接近开关用于采集极片的位置信号；所述翻转接近开关和翻转胶梯均与第一表面识别装置的主控箱控制连接。\n[0013] 所述极片分级装置包括分级接近开关、机械手臂和极片料盒，分级接近开关用于采集极片的位置信号；所述分级接近开关和机械手臂均与第二表面识别装置的主控箱控制连接；所述极片料盒包括合格品料盒和不合格品料盒，且均位于机械手臂的工作区域内。\n[0014] 所述主控箱由DSP模块、CPLD模块和ARM模块三部分组成，所述DSP模块用于视频采集和图像处理算法运算，CPLD模块进行图像及检测结果信息显示，ARM模块用于作为复杂事件的处理和控制。\n[0015] 本发明提供的锂离子电池极片在线检测分级方法的技术方案如下：一种锂离子电池极片在线检测分级装置的检测分级方法，包括如下步骤：\n[0016] （1）极片通过极片传送装置向前自动成单列输送，保证在通过视觉识别装置时极片能逐片呈现给识别装置；\n[0017] （2）待测极片到达第一表面识别装置检测区域时，第一表面识别装置对极片的第一表面进行图像采集，并对图像数据进行处理；\n[0018] （3）在极片到达翻转装置区域时，极片翻转装置根据极片第一表面图像缺陷的检测与识别结果控制极片翻转装置对待测极片是否翻转；\n[0019] （4）待测极片到达第二表面识别装置检测区域时，第二表面识别装置对极片的第二表面进行图像采集，并对图像数据进行处理；\n[0020] （5）当极片到达极片分级装置区域时，极片分级装置根据极片第二表面图像缺陷的检测与识别结果控制极片分级装置对待测极片进行合格品或不合格品的分级处理。\n[0021] 待测极片进行第一表面识别的过程：待测极片到达第一表面识别装置检测区域时，第一表面识别接近开关采集极片位置信号，并将极片位置发送给第一表面识别装置的主控箱；第一表面识别装置主控箱发出图像采集信号，安装在传送装置正上方的CCD摄像模块根据图像采集信号对每个极片的第一表面采集图像；第一表面拍摄完后，主控箱分别对所采集的第一表面极片图像进行序列图像处理，完成极片第一表面缺陷的检测与识别，并将结果送入显示器进行显示。\n[0022] 待测极片在到达翻转装置区域时，翻转接近开关采集极片位置信号，并将极片位置发送给第一表面识别装置的主控箱；主控箱的ARM模块根据极片第一表面缺陷的检测与识别结果发出是否翻转指令：若结果判断为不正常，则不发出翻转指令；若结果判断为正常，则发出翻转指令，控制翻转胶梯对极片进行翻转。\n[0023] 待测极片进行第二表面识别的过程：待测极片到达第二表面识别装置检测区域时，第二表面识别接近开关采集极片位置信号，并将极片位置发送给第二表面识别装置的主控箱；第二表面识别装置主控箱发出图像采集信号，安装在传送装置正上方的CCD摄像模块根据图像采集信号对每个极片的第二表面采集图像；第二表面拍摄完后，主控箱分别对所采集的第二表面极片图像进行序列图像处理，完成极片第一表面缺陷的检测与识别，并将结果送入显示器进行显示。\n[0024] 当待测极片到达极片分级装置区域时，分级接近开关采集极片位置信号，并将极片位置发送给第二表面识别装置主控箱，根据主控箱发出的分级信号控制机械手臂，有效地把合格品或不合格品分别放入对应料盒中。\n[0025] 本发明的锂离子电池极片在线检测分级装置通过嵌入式视觉识别装置采集锂离子电池极片的图像数据，通过对图像数据的分析处理判断极片的外观质量是否满足要求，从而控制翻转部分和分级部分的动作实现电极极片的实时在线双面检测与分级。与传统的采用人工检测方式相比，具有如下优点：（1）检测速度快。通常1秒内可以完成一个电极极片的正反两面检测，提高了生产效率，而如果人工检测，则需要花费较长时间；（2）检测精度高：采用嵌入式视觉检测技术，不但精度高而且稳定，检测结果具有高度一致性；（3）运行时间长：检测系统可以24小时不间断运行，提高了生产力，节省了人力成本；（4）可以实现在线检测，不仅实现了电极极片的在线检测，而且减少了人工过程的干扰，提高了生产率。\n附图说明\n[0026] 图1是本发明锂离子电池极片在线检测分级装置的结构示意图；\n[0027] 图2是本发明锂离子电池极片在线检测分级方法的流程图。\n具体实施方式\n[0028] 下面结合具体的实施例对本发明的锂离子电池极片在线检测分级装置和方法做进一步介绍。\n[0029] 如图1所示为本发明锂离子电池极片在线检测分级装置的结构示意图，由图可知，该装置包括极片传送装置，用于将锂离子电池极片传送通过视觉识别装置的拍摄视野；\n视觉识别装置，包括第一表面识别装置和第二表面识别装置，第一表面识别装置和第二表面识别装置分别位于极片翻转装置的两侧，分别用于极片的正、第二表面图像采集及对图像数据的处理；极片翻转装置，与极片的第一表面识别装置控制连接，根据极片第一表面图像缺陷的检测与识别结果控制极片翻转装置对待测极片是否翻转；极片分级装置，位于第二表面识别装置后方，并与第二表面识别装置控制连接，根据极片第二表面图像缺陷的检测与识别结果控制极片分级装置对待测极片进行合格或不合格的分级处理。\n[0030] 本实施例中的第一表面识别装置安装在极片传送装置输送链7前端的上方，极片翻转装置6安装在输送链7中间部位的上方，用于极片第二表面检测的第二表面识别装置安装在输送链7后端的上方，极片分级部分安装在输送部分后端的输送链侧方。输送链7主要用于将锂离子电池极片输送到嵌入式视觉识别部分CCD摄像机4和10的拍摄视野，并通过极片翻转装置的翻转胶梯6，最后到达极片分级装置的机械手臂12位置处，由机械手臂12完成极片的分级动作。\n[0031] 嵌入式视觉识别部分是本发明的核心部分，包括第一表面识别装置和第二表面识别装置，分别对锂离子电池极片的正反两面进行检测。第一表面识别装置和第二表面识别装置均包括控制显示模块及与其控制连接的CCD摄像模块和识别接近开关，识别接近开关用于采集极片极片的位置信号（本实施例中的接近开关安装于传送装置的侧方），CCD摄像模块位于极片传送装置的正上方；控制显示模块包括主控箱和与其控制连接的显示器，主控箱与对应的CCD摄像模块和识别接近开关控制相连。主控箱由DSP模块、CPLD模块和ARM模块三部分组成，所述DSP模块用于视频采集和图像处理算法运算，CPLD模块进行图像及检测结果信息显示，ARM模块用于作为复杂事件的处理和控制。\n[0032] 第一表面识别装置主要由CCD摄像机4、光照箱3，第一表面识别接近开关2、嵌入式主控箱17和工业显示器18连接而成，光照箱3安装在输送链7的上面，里面安置有LED面光源，用于给电极极片1表面产生均匀的漫反射光。CCD摄像机4安装光照箱3内，并垂直安装在输送链7的正上方，经线路与嵌入式主控箱17相连，用于拍摄电极极片的图像。第一表面识别接近开关2安装在传送装置的侧方，通过线路与嵌入式主控箱17相连，用于检测锂离子电池极片的行进位置并在其到达预定拍摄位置时通知主控箱17的DSP模块，控制CCD摄像机4和光照箱3采集图像。嵌入式主控箱17是嵌入式视觉识别的核心部分，主要由DSP模块、CPLD模块和ARM模块三部分组成，它与CCD摄像机4、翻转胶梯6、第一表面识别接近开关2和翻转接近开关5以及工业显示器18相连，用于完成图像采集、图像分析处理、各种输入输出控制及人机界面显示控制等功能。工业显示器18与主控箱17相连，用于显示系统工作状态，锂电胶片数量、良品率等相关的统计信息。\n[0033] 第二表面识别装置主要由CCD摄像机10、光照箱9、第二表面识别接近开关8、嵌入式主控箱15和工业显示器16连接而成。光照箱9安装在传送链7的上面，用于给电极极片1表面产生均匀的漫反射光。CCD摄像机10安装光照箱9内，经线路与嵌入式主控箱\n15相连，用于拍摄电极极片的图像。第二表面识别接近开关8安装在输送装置的侧方，通过线路与嵌入式主控箱15相连，用于检测锂离子电池极片的行进位置并在其到达预定拍摄位置时通知主控箱15的DSP模块，控制CCD摄像机10和光照箱9采集图像。嵌入式主控箱15与CCD摄像机10、分级部分的机械手臂12、第二表面识别接近开关8、分级接近开关11以及工业显示器16相连，用于完成图像采集、图像分析处理、各种输入输出控制及人机界面显示控制等功能。工业显示器16与主控箱15相连，用于显示系统工作状态，锂电胶片数量、良品率等相关的统计信息。\n[0034] 极片翻转装置用于将锂离子电池极片正第二表面翻面，从而保证对电极极片的正第二表面进行拍摄，包括翻转接近开关5和翻转胶梯6，翻转胶梯位于传送链7的正上方；\n翻转接近开关用于采集极片位置信号，本实施例中翻转接近开关5设于传送链7的侧方，并位于翻转胶梯6的前方，两者均通过线路与嵌入式主控箱17相连。翻转接近开关5用于检测锂离子电池极片的行进位置并在其到达预定翻转位置时通知嵌入式主控箱17，由主控箱\n17的ARM模块根据第一表面视觉识别部分结果发出控制信号，控制翻转胶梯6实现极片的翻面功能。\n[0035] 极片分级装置用于有效地把合格品或不合格品分别放入对应极片料盒中，包括分级接近开关11、机械手臂12和合格品料盒13、不合格品料盒14，极片料盒均位于机械手臂的工作区域内。分级接近开关用于采集极片位置信号，本实施例中分级接近开关11设于传送链7的侧方，用于检测锂离子电池极片的行进位置并在其到达预定分级位置时通知嵌入式主控箱15，由主控箱15的ARM模拟根据第二表面视觉识别部分结果发出控制信号，控制机械手臂12将电极极片放到相应的料盒13或14中，从而实现极片的分级功能。\n[0036] 工作时，极片1在电极极片输送部分上有序排列并随着输送链7前进，当到达第一表面识别装置区域时，触动第一表面识别装置的第一表面识别接近开关2，第一表面识别接近开关2采集极片位置信号，并将极片位置发送给的嵌入式主控箱17，主控箱17的DSP模块发出图像采集信号，安装在输送链7正上方的CCD摄像部分4根据图像采集信号对每个极片的第一表面采集图像。拍摄完后，嵌入式主控箱17的DSP模块对所采集极片图像进行序列图像处理，完成极片第一表面缺陷的检测与识别，并将结果通过嵌入式主控箱17的CPLD模块送入机界面工业显示器18进行显示，同时发出翻转指令给嵌入式主控箱17的ARM模块。在极片到达翻转部分时，翻转接近开关5将极片位置发送给嵌入式主控箱17，嵌入式主控箱17的ARM模块发出翻转指令控制翻转胶梯6对极片进行翻转。当极片到达第二表面识别装置时，触动第二表面识别接近开关8，第二表面识别接近开关8采集极片位置信号，并将极片位置发送给嵌入式主控箱15，嵌入式主控箱15的DSP模块发出图像采集信号，安装在输送链7正上方的CCD摄像部分10根据嵌入式主控箱15的DSP模块的图像采集信号对每个极片的第二表面采集图像。拍摄完后，嵌入式主控箱15的DSP模块对所采集极片图像进行序列图像处理，完成极片第二表面缺陷的检测与识别，并将结果通过嵌入式主控箱15的CPLD模块送入机界面工业显示器16进行显示，同时发出消息给嵌入式主控箱\n15的ARM模块。当极片1到达分级部分时，触动视觉识别部分的分级接近开关11，分级接近开关11采集极片位置信号，并将极片位置发送给嵌入式主控箱15，嵌入式主控箱15的ARM模块发出的分级信号控制机械手臂12，有效地把合格品及不合格品分别放入对应的料盒13或14中。\n[0037] 本发明主控箱的DSP模块由ADI公司推出的新一代的Blackfin 531数字信号处理器(DSP)为核心，用来实现视频采集及图像处理运算。CPLD模块采用Altera公司的高性能低价格MAXII系列的EPM570T144C8，负责VGA的显示驱动及检测结果显示。Blackfin \n531通过总线与CPLD相连，并把显示缓冲数据写到CPLD扩展的显示缓冲器，以达到实时显示的目的。ARM模块以LPC2136为核心，用于各种复杂事件的处理和控制。ARM通过UART接口，与Blackfin 531进行命令及数据交互，可以实现实时事件控制及检测结果统计和远程传输。\n[0038] 如图2所示为本发明锂离子电池极片在线检测分级方法的流程图，包括如下步骤：\n[0039] （1）极片通过传送装置向前自动成单列以1个/秒的速度随输送链高速输送，保证在通过嵌入式视觉识别装置时极片能逐片呈现给识别装置；\n[0040] （2）待测极片到达第一表面识别装置检测区域时，触动第一表面识别接近开关，第一表面识别接近开关采集极片位置信号，并将极片位置发送给第一表面识别装置的主控箱；\n[0041] （3）第一表面识别装置主控箱发出图像采集信号，安装在传送装置正上方的CCD摄像模块根据图像采集信号对每个极片的第一表面采集图像；\n[0042] （4）第一表面拍摄完后，主控箱分别对所采集的第一表面极片图像进行序列图像处理，完成极片第一表面缺陷的检测与识别，并将结果送入显示器进行显示；\n[0043] （5）在极片到达翻转装置区域时，翻转接近开关采集极片位置信号，并将极片位置发送给第一表面识别装置的主控箱；主控箱的ARM模块根据极片第一表面缺陷的检测与识别结果发出是否翻转指令：若结果判断为不正常，则不发出翻转指令；若结果判断为正常，则发出翻转指令，控制翻转胶梯对极片进行翻转；\n[0044] （6）待测极片到达第二表面识别装置检测区域时，触动第二表面识别接近开关，第二表面识别接近开关采集极片位置信号，并将极片位置发送给第二表面识别装置的主控箱；\n[0045] （7）第二表面识别装置主控箱发出图像采集信号，安装在传送装置正上方的CCD摄像模块根据图像采集信号对每个极片的第二表面采集图像；\n[0046] （8）第二表面拍摄完后，主控箱分别对所采集的第二表面极片图像进行序列图像处理，完成极片第二表面缺陷的检测与识别，并将结果送入显示器进行显示；\n[0047] （9）当极片到达极片分级装置区域时，触动分级接近开关，分级接近开关采集极片位置信号，并将极片位置发送给第二表面识别装置主控箱，根据主控箱发出的分级信号控制机械手臂，有效地把合格品或不合格品分别放入对应料盒中。\n[0048] 序列图像处理包括每一幅图像的获取、滤波、二值化、分割、膨胀等，并对提取的极片图像特征参数进行分析和识别，保证识别精度在99%以上。\n[0049] 另外，CCD摄像模块中光照箱的LED光源应针对不同的极片进行位置调整，选取合适的空间位置，使摄像机视场内的光照均匀一致；CCD摄像机在光照箱中的位置也应根据极片进行调整，使摄像机可以获得极片清晰、完整的图像。\n[0050] 本发明通过嵌入式视觉识别装置采集锂离子电池极片的图像数据，通过对图像数据的分析处理判断极片的外观质量是否满足要求，从而控制翻转部分和分级部分的动作实现电极极片的实时在线双面检测与分级。与传统的采用人工检测方式相比，本发明的优势主要表现在：\n[0051] （1）检测速度快。通常1秒内可以完成一个电极极片的正反两面检测，提高了生产效率。而如果人工检测，则需要花费较长时间。\n[0052] （2）检测精度高。由于受检测人员的视觉疲劳、劳动惯性、甚至技术水平的影响，人工检测产生的误差较大，从而导致漏检和误检现象的发生。本发明采用嵌入式视觉检测技术，不但精度高而且稳定，检测结果具有高度一致性。\n[0053] （3）运行时间长。检测系统可以24小时不间断运行，提高了生产力，节省了人力成本。\n[0054] （4）可以实现在线检测。目前的检测都是人工离线检测，检测过程中，可能会对电池极片造成损伤，增加不合格品率。本发明不仅实现了电极极片的在线检测，而且减少了人工过程的干扰，提高了生产率。\n[0055] 本发明的各接近开关也可以采用侧方设置的光电触发传感器；另外，实施例中各接近开关均位于极片传送装置的侧方，也可以安装于传送装置的下方，也就是说在接近开关可采集信号的区域内均可。以上所述仅为本发明的较佳实施例，是对本发明的进一步解释说明，然其并不能用以限定本发明的范围，在不脱离本发明的精神和范围内，本领域技术人员在此基础上所作的进一步的改进和变化，均落在本发明的保护范围内。