SICK 視覺在新能源動力 電池品質管控中的應用

文:德國西克 SICK2022年第二期

  新能源電動汽車在時代的潮流中需求愈加旺盛,而動力電池就是其中的關鍵。西克視覺多年來也一直在助力汽 摘 要 車電池的品質管控,本文為大家介紹了典型的動力電池視覺檢測應用:模組全尺寸測量以及電芯表面缺陷檢測。

  1 SICK視覺助力電池模組全尺寸測量實現超快速度

  在動力電池工廠的生產流程中,對模組進行全尺寸測量是模組在下線前的最后一道關鍵工序。一臺全尺寸測量設備主要包含2D相機、3D相機、伺服運動機構及配套電控系統、檢測軟件。所有單機設備及分布式系統通過調度系統統一與 MES 進行數據交互,實現設備和上下游系統的集成,實現生產能力的匹配,滿足生產線生產工藝要求。

  通用的模組全尺寸測量設備動作流程如圖1所示。

  測量項目包括但不限于:四個安裝孔寬度方向尺寸、四個安裝孔長度方向尺寸、模組總長、模組總寬、模組總高、底部平面度、四角平面度、安裝孔平面到對側端板高度差、安裝孔尺寸、側板安裝孔位置度等。

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圖 1 動力電池模組全尺寸測量設備動作流程

  2 SICK相機選型及方案優勢

  在本案例中,主要采用了SICK開發生產的2D相機:SVM系列10M像素工業相機;以及3D相機:一體式定制化相機RulerXR 300/Ruler3020。其技術優勢包括:

  ? RulerXR 300/ Ruler3020相機最大幀率46kHz,實際檢測速度可達400-700mm/s;

  ? SICK可提供視覺整套解決方案,功能強大的硬件搭配EasyRanger軟件包,支持客戶快速實施;

  ? SICK可以根據客戶特定的模組類型和尺寸,合理優化激光、鏡頭等,提供定制化3D相機方案。

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圖 2 一體式定制化相機 RulerXR 70(上圖)/Ruler3020(下圖)

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圖 3 方形電芯外形

  3 SICK 3D相機助力電芯表面缺陷檢測

  動力電池電芯是指單個含有正、負極的電化學電芯,一般不直接使用。目前主流的動力電池電芯封裝分為圓柱電芯、方形電芯(又叫鋁殼電芯)、軟包電芯(又稱聚合物電芯)三種。方形電芯是汽車動力電池中常用的封裝類型,其外形如圖3所示。

  隨著新能源汽車的大力發展,我國新能源汽車的保有量得到了大幅度的提高,隨之而來也出現了許多安全問題,電動汽車爆炸事件時有發生,給人們的生命財產安全帶來巨大隱患,因此需要從源頭把控質量關,電芯作為動力電池的基礎單元必須要做好質量檢測和品質把控。

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表 1 RulerX 70 型號 3D 相機和 RulerXR 200 型號 3D 相機技術參數基表比較

  為了保證動力電池的安全性,方形電芯鋁殼各個表面都需要進行嚴格的檢測,各種凹坑、劃痕等缺陷都會對電池的使用造成嚴重的隱患。電芯表面缺陷在包藍膜的前后工藝均需要進行檢測。

  4 SICK 3D相機選型

  電芯有多種規格尺寸,方形電池電芯的規格尺寸,SICK也提供了多種相機型號以滿足不同的檢測視野需求。

  為了兼容上圖中電芯的尺寸范圍,SICK推薦頂面和窄側面使用RulerX 70 型號的3D相機,寬側面使用RulerXR 200 型號的3D相機,這兩款相機的主要參數如表1所示。

  如需要檢測其他尺寸的電芯, SICK 也提供了不同視野的相機型號以供選擇。

  5 3D視覺檢測步驟

  一般來講,動力電池電芯表面3D視覺檢測的基本步驟

  如下:

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圖 4 SICK 3D 相機電芯表面缺陷檢測

  (1)采集圖像

  運動機臺攜帶相機進行掃描,為了保證圖像正常,可選擇勻速運動或者編碼器觸發模式,安裝示意圖如下圖所示。用戶可以根據實際工藝要求選擇相機數量和安裝布局。

  SICK 3D相機支持多種圖像讀取方式,包括標準SDK、西克視覺處理平臺軟件EasyRanger和第三方平臺軟件,如Halcon、LabView等。

  SICK 3D相機可同時輸出高度(Range)圖像、Reflectance圖、Scatter圖,有助于實現更多的檢測需求。

  (2)圖像處理

  SICK 視覺處理平臺EasyRanger提供強大的算法庫可以實現多種檢測需求,利用圖像高度信息對電芯表面凹坑和劃痕等外觀缺陷進行檢測;同時,SICK 3D相機也具有非常高的分辨率,有助于細微的缺陷獲得較好的檢測效果,下圖是EasyRanger開發界面以及電芯表面凹坑的檢測效果。

  西克RulerX系列相機同時支持第三方算法平臺如Halcon等,給客戶更多開發選擇。

  此外,SICK上海研發團隊正在研究深度學習算法檢測電芯外觀缺陷,以期給用戶帶來更好的開發體驗。

  (3)外部交互

  用戶可以根據自己的需求,開發多樣化的界面,包括顯示結果、數據統計、參數設置,與其他設備進行交互等等。

  6 SICK優勢

  ? 具有先進的3D相機,可以實現較高的掃描速度,最高可達46kHz;

  ? 可以提供完整的3D視覺檢測方案,配合強大的EasyRanger軟件可以快速實現客戶要求;

  ? 可提供定制化的3D相機,合理地設計結構、選擇激光,滿足不同視野和材質的檢測需求;

  SICK深耕動力電池行業,具有豐富的現場實施經驗,可幫助用戶縮短開發和實施時間。

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