提高锂离子电池焊接在线检测效果的方法及系统与流程

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种提高锂离子电池焊接在线检测效果的方法及系统。

背景技术：

1、锂离子电池因其高能量密度、优良的倍率性能和较长的循环寿命，被广泛应用于3c数码产品、电动汽车及储能系统等领域。在电池制造过程中，极耳与连接片的超声波焊接质量直接影响电池的内阻、倍率性能和安全性，是电芯生产的关键工序之一。

2、目前，对焊接效果最可靠的评估方式是离线拉力测试或剖面显微检测。然而，这些方法属于破坏性检验，通常只能进行抽样检测，存在不良品流出的风险。因此，实现无损、在线的100%全检是该领域持续追求的目标。

3、现有技术中，已发展出多种在线检测方案。

4、一种主流的技术路线是监测焊接设备自身的工艺参数。例如，公开号为cn114813841a的中国专利公开了“一种锂离子电池焊接异常检测方法”，通过采集焊接过程中的峰值功率或焊接时间等电参数，并将其与合格区间比对来判断焊接是否异常。该类方法的本质是监控设备的输出状态。

5、但是，该方法存在固有的间接性缺陷。焊接质量直接取决于焊接区域产生的实际热效应及金属间的原子扩散程度。当焊头磨损、工件表面污染或装夹状态出现微小变化时，设备可能仍显示电参数在合格范围内，但实际传导至焊接界面的有效热量已不足以形成良好结合，从而产生“电参数合格、焊接实际不良”的虚焊风险。

6、另一种技术路线是在线检测方法基于机器视觉系统。例如，公开号为cn102735611b的中国专利公开了一种“锂离子电池电阻焊接强度的检测方法和装置”。该方案通过白色同轴光源照射焊点，采集焊点图像，利用图像处理软件分析焊点区域的灰度值及面积参量，并与预设阈值比较，以判断焊接强度。该类方法的本质是直接拍摄并分析焊接区域本身的外观形貌。

7、然而，在实际应用中，尤其是在采用同种材质互熔的超声波焊接工艺中，焊印区域的塑性变形与基体材料的颜色基本一致，导致二者之间的灰度对比度极低。这使得基于静态灰度阈值的图像分割和特征提取变得非常困难，经常出现漏判或误判，导致该视觉检测方案在实际产线中的推广受到很大限制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种能够将焊接热量转化为可量化视觉信号、实现在线无损全检且检测精度与可靠性高的锂离子电池焊接在线检测效果的方法及系统。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种提高锂离子电池焊接在线检测效果的方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：在焊接工装的表面，至少于焊接作用区域或其热量传导路径上，设置可逆热敏变色材料涂层；

5、步骤s2：焊接前，利用在线视觉检测系统采集所述可逆热敏变色材料涂层的初始图像，并记录初始灰度数据i0；

6、步骤s3：将待焊接极耳与连接片置于所述焊接工装上，启动焊接设备进行焊接，焊接产生的热量传导至所述可逆热敏变色材料涂层，使其发生颜色变化；

7、步骤s4：焊接完成后，利用所述在线视觉检测系统再次采集所述可逆热敏变色材料涂层的图像，并记录显色后灰度数据i1；

8、步骤s5：通过图像处理软件计算灰度差值δg = i1- i0，并将所述灰度差值δg与预设的合格阈值范围进行比较，根据比较结果判定焊接质量。

9、优选地，所述可逆热敏变色材料涂层采用v-bi体系无机可逆热敏变色材料，其变色性能为：当温度≥120℃时，涂层颜色由黄色变为橙色；当温度≥200℃时，涂层颜色由橙色变为红色；当降温至常温≤25℃时，涂层颜色恢复为黄色；变色响应时间、恢复时间均≤1秒，循环稳定性≥1000次。

10、优选地，所述步骤s5中根据比较结果判定焊接质量具体为：

11、若δg位于预设合格阈值范围内，判定为焊接合格；

12、若δg低于预设合格阈值下限，判定为焊接热量不足，即虚焊；

13、若δg高于预设合格阈值上限，判定为焊接热量过高，即过焊。

14、优选地，所述步骤s1中，在焊接工装的表面设置可逆热敏变色材料涂层的具体方法包括：

15、采用聚酰亚胺胶带掩蔽焊接工装的齿形工作面，暴露出齿形根部或侧面观察区域；

16、在暴露区域通过喷涂方式涂覆无机可逆热敏变色材料湿膜；

17、揭除掩蔽胶带，经室温表干及阶梯升温固化，形成干膜涂层，且齿形工作面保持裸金属状态。

18、优选地，所述可逆热敏变色材料层为v-bi体系无机可逆热敏变色材料涂层，其通过包括以下步骤的方法制备：

19、将v2o5、bi2o3和添加剂按照摩尔比1:（0.8-1.2）:（0.01-0.5）混合，经压片、煅烧、粉碎、分级后得到热敏变色粉末；

20、将所述热敏变色粉末、基料、无机填料按质量比（30%-40%）:（30%-40%）:（20%-30%）和稀释溶剂（二甲苯、正丁醇按照体积1:1混合）混合分散，制备成涂层浆料；

21、将所述涂层浆料喷涂于焊接工装表面，经固化后形成所述可逆热敏变色材料层。

22、本发明还公开了一种用于实现所述方法的锂离子电池焊接在线检测系统，包括：

23、焊接工装，其表面至少于焊接作用区域或其热量传导路径上设置有可逆热敏变色材料涂层；

24、焊接设备，用于对置于焊接工装上的待焊接工件进行超声波焊接；

25、在线视觉检测系统，包括工业相机、光源和图像处理软件，用于在焊接前后分别采集所述可逆热敏变色材料涂层的图像及灰度数据，并计算灰度差值δg；

26、判定模块，用于将灰度差值δg与预设合格阈值范围进行比较，输出焊接质量判定结果。

27、优选地，所述可逆热敏变色材料涂层的干膜厚度为0.15mm～0.2mm，变色阈值温度为120℃和200℃，循环稳定性≥1000次。

28、优选地，所述工业相机分辨率≥800万像素，镜头畸变＜0.1%；所述光源为白色环形光源，亮度≥5000lux；所述图像处理软件具备灰度提取和差值计算功能。

29、优选地，所述焊接设备为超声波焊接机，工作频率20khz，额定功率5.5kw。

30、优选地，还包括冷却装置，所述冷却装置为压缩空气喷嘴，用于在焊接检测完成后对焊接工装（的焊接作用区域进行强制冷却，使可逆热敏变色材料涂层恢复初始颜色。

31、本发明的有益效果是：本发明通过在焊接工装表面设置可逆热敏变色材料层，将不可视的焊接热过程转化为高对比度的颜色变化信号，并基于焊前与焊后图像的灰度差值进行量化判定，实现了对锂离子电池焊接质量的在线、无损、全检。相较于直接分析焊点外观的传统视觉检测方法，该方法有效克服了同种材质焊接后焊印与基体灰度对比度低、难以准确识别的技术缺陷，显著降低了误判率；相较于监测焊接设备电参数的间接检测方法，该方法直接感知焊接区域的实际热效应，能够准确识别电参数合格但实际热量不足的隐性虚焊缺陷，检测结果更为可靠。同时，所采用的可逆热敏变色材料响应迅速、循环稳定性良好，焊接工装可长期重复使用，检测效率高，能够满足工业化连续生产对检测精度、可靠性和生产效率的综合要求。