[發明專利]高速高精度鋰離子電池極片的毛刺檢測方法及檢測系統

有效

• 申請號: 202010531721.0
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111650210B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 周華民;劉家歡;黃天侖;楊志明;張云;黃志高
• 申請（專利權）人: 深圳市信宇人科技股份有限公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01N21/01
• 代理公司: 深圳市金筆知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 44297
• 代理人: 胡清方;彭友華

一種高速高精度鋰離子電池極片的毛刺檢測方法及檢測系統，其中，方法包括S1、上電，初始化檢測系統；S2、檢測開始時，高速線掃描相機極片進行高頻率采樣；S31、檢測系統間隔預定時間從內存中讀取線掃描相機采集的圖像；S32、在檢測系統讀取掃描圖像并檢測的同時，線掃描相機同時并行地對極片進行圖像采集并存儲到內存中，等待下一次讀取；S4、根據極片收卷線速度v和算法檢測ta耗時計算出極片缺陷后處理緩沖區的長度，算法檢測出毛刺缺陷后，按照要求進行暫停收卷或者標記處理；S5、重復S31至S4步驟，直至所有極片檢測完成。本發明在高速分切并且毛刺尺寸很小的情況下，都可以滿足生產的要求。

技術領域

本發明屬于視覺檢測技術領域，具體的涉及一種針對鋰離子電池極片分切工藝中的毛刺檢測方法及其配套的檢測系統。

背景技術

鋰離子電池由于容量大，能效比高，目前是世界上應用最為廣泛的電源。由于鋰離子電池的性能需求越來越高，對電池制造各工序的精度要求也隨之變高。鋰離子電池的極片生產工藝作為關鍵環節，質量把控十分嚴格。鋰電池極片在分切的過程中，會在極片的集流體上產生毛刺等缺陷。毛刺在電池組裝時會刺破電池隔膜，導致電池短路報廢，甚至還會產生安全問題。因此，鋰離子電池極片的毛刺缺陷檢測至關重要。

現有的毛刺檢測方法簡單地采用工業相機拍攝極片的圖像，然后由檢測算法進行毛刺檢測。但是由于工業相機的幀率和采樣精度的限制，無法滿足高速高精度的毛刺檢測要求。在高速分切并且毛刺尺寸很小的情況下，現有的檢測技術無法滿足生產要求。這是需要一種良好布置的光源結構對極片打光，然后設計合適的圖像采集系統和圖像處理系統來完成高速高精度的極片毛刺檢測需求。

發明內容

針對上述所描述的難題，本發明提供了一種其于人字型結構光源和高速線掃描相機組成的模塊化的圖像采集系統的高速高精度鋰離子電池極片的毛刺檢測方法及檢測系統；具有在高速分切并且毛刺尺寸很小的情況下，都可以滿足生產的要求的特點。

本發明的人字型結構光源為與本發明使用的相機配套的定制光源，由兩個類似條形光源的普通面光源一端接觸形成人字型結構，該光源與相機組成一個模塊化的圖像采集模組。此外，這種人字型結構的夾角可以調節以適應不同的拍攝場景。進一步地，為了提高圖像采集質量，鋰電池極片兩側邊緣部分的下部與人字型光源對立地放置一個平面背光源，用于提高極片的反差。本發明中的圖像采集裝置是高速線掃描相機，安裝方向與極片的運動方向垂直。利用線掃描相機的高速掃描來匹配極片收卷過程中的高速運動。同時由于一般線掃描相機的行幀分辨率最高可達16384pixel，可以滿足高精度毛刺檢測要求。

本發明提出的基于深度學習的缺陷檢測算法是利用卷積神經網絡（Convolutional Neural Network ，簡稱CNN）處理輸入圖像，提取圖像特征，對缺陷區域進行分類和定位。

為了實現上述的目的，本發明還提出了一種高速高精度鋰離子電池極片毛刺視覺檢測系統，其包括相機、光源、工控機以及相應光源控制器等機械結構以及配套的檢測算法，其中：

所述的相機為高速線掃描相機，需要根據具體使用場景選用行幀分辨率。例如，本發明涉及的電池極片在分切工藝之后的寬度約為10-20cm，毛刺的尺寸約為5μm，為了保證檢測精度，缺陷區域應該有3-5個像素來描述，因此相機的像素分辨率應該達到1pixel/μm。為了節約成本和提高效率，本系統采用兩個上述的相機和光源模組，分別檢測極片兩側邊緣測毛刺缺陷。本系統選用相機的可視范圍（FOV）為10mm。因此，本系統中選用行幀分辨率為12K的線掃描相機。極片在收卷時的速度約為1m/s，因此相機的采樣頻率應該達到10⁶行/秒，本系統選用垂直分辨率為4像素，采樣頻率為300KHz的掃描相機。因此本系統采用的線掃描相機為分辨率12K×4像素，頻率為300KHz，以滿足高速高精度的檢測需求。

所述的相機配備普通的光學鏡頭，在本系統中采用與相機工作距離配套的鏡頭；