复合极片在线检测系统和方法与流程

1.本发明涉及复合极片缺陷检测技术领域，具体而言，涉及一种复合极片在线检测系统和方法。


背景技术：

2.在锂电池的生产工艺中，电池内部的质量对于电芯产品的质量至关重要，因此通常需要对电池内部极片等进行缺陷检测，以提高产品良率。目前，在锂电池生产的叠片工艺过程中，由于复合极片的叠片工艺为隔膜-阳极片-隔膜-阴极片的叠片顺序，其中阳极片和隔膜被遮挡无法直接检测和观察，因此需要x射线等透视检测设备等对被遮挡的部分进行透视检查。
3.现有工艺中，大多采用在叠片完成后，再将部分电芯整体移动到透视检测设备中去检测，由于整体电芯内部的叠片层数较多，导致不易看清每张极片的细节缺陷，缺陷漏检率高；若检测出电芯内部存在缺陷，需要将整个电芯产品报废，浪费材料，生产成本高。


技术实现要素：

4.本发明的目的包括，例如，提供了一种复合极片在线检测系统和方法，其能够对单张复合极片进行缺陷检测，检测效率高，可以实现对所有复合极片的检测，且能够将有缺陷的复合极片单独剔除，节约材料，提高产品良率。
5.本发明的实施例可以这样实现：
6.第一方面，本发明提供一种复合极片在线检测系统，包括传送装置、x射线成像装置、控制装置、工控机、传感器和编码器，所述传送装置用于输送复合极片，所述x射线成像装置用于拍摄复合极片的图像；
7.所述传感器和所述编码器分别与所述控制装置连接，所述控制装置用于接收所述传感器的第一信号和所述编码器的第二信号；所述控制装置与所述x射线成像装置连接，所述控制装置用于在接收到所述第一信号和所述第二信号后触发所述x射线成像装置，以使所述x射线成像装置获取复合极片的图像信息；所述x射线成像装置与所述工控机连接，用于将所述图像信息传递至所述工控机，所述工控机用于接收上述图像信息，并根据所述图像信息判定所述复合极片是否存在缺陷。
8.在可选的实施方式中，所述x射线成像装置包括射线发生单元和影像单元，所述射线发生单元与所述影像单元连接，所述影像单元用于获取所述复合极片的图像信息。
9.在可选的实施方式中，所述射线发生单元和所述影像单元的数量包括多个，一个所述射线发生单元和一个所述影像单元组成一个拍摄模块，多个所述拍摄模块沿所述复合极片的宽度方向设置。
10.在可选的实施方式中，所述x射线成像装置还包括防护罩，所述防护罩用于封闭所述射线发生单元和所述影像单元，防止x射线外露。
11.在可选的实施方式中，所述传送装置包括多个传动辊，所述传动辊用于输送所述
复合极片，至少一个所述传动辊上设有所述编码器。
12.在可选的实施方式中，还包括显示装置，所述显示装置与所述工控机连接，所述显示装置用于显示所述复合极片的检测结果。
13.在可选的实施方式中，还包括剔除装置，所述剔除装置与所述工控机连接，所述工控机将检测结果发送至所述剔除装置，若所述检测结果不合格，所述剔除装置用于将不合格的复合极片剔除。
14.第二方面，本发明提供一种复合极片在线检测方法，所述方法包括：
15.获取传感器的第一信号，获取编码器的第二信号；
16.根据所述第一信号和所述第二信号触发x射线成像装置拍照，以获取复合极片的图像信息；
17.根据所述图像信息判定所述复合极片是否存在缺陷。
18.在可选的实施方式中，所述根据所述第一信号和所述第二信号触发x射线成像装置拍照的步骤包括：
19.获取所述第一信号后，判断系统是否复位，若系统复位，则所述编码器锁定当前脉冲数值，并计算所述复合极片距离拍照位置的预设脉冲数；若所述编码器的脉冲数值达到预设脉冲数，生成所述第二信号；再根据所述第一信号和所述第二信号触发x射线成像装置拍照。
20.在可选的实施方式中，所述根据所述第一信号和所述第二信号触发x射线成像装置拍照的步骤包括：
21.在获取所述第二信号后，根据所述第二信号计算复合极片的位置信息，并对复合极片进行连续拍照。
22.本发明实施例的有益效果包括，例如：
23.本发明实施例提供的复合极片在线检测系统，传感器用于检测复合极片的进料，编码器用于检测复合极片的具体位置，x射线成像装置用于抓取复合极片的图像信息并将图像信息传递至工控机，工控机用于根据图像信息判定复合极片是否存在缺陷，该检测系统可以实现对所有复合极片的在线检测，检测效率高，检测精度高，且能够将有缺陷的复合极片单独剔除，节约材料，提高产品良率。
24.本发明实施例提供的复合极片在线检测方法，通过传感器和编码器获取复合极片的位置信息，并触发x射线成像装置拍照，以抓取复合极片的图像信息，再根据图像信息判定复合极片是否存在缺陷，检测效率高，检测精度高，检测更加全面，可实现对单张复合极片的检测，且能够将有缺陷的复合极片单独剔除，节约材料，提高产品良率。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1为本发明实施例提供的复合极片在线检测系统的组成框图示意图；
27.图2为本发明实施例提供的复合极片在线检测系统的应用场景示意图；
28.图3为本发明实施例提供的复合极片在线检测方法的步骤框图示意图。
29.图标：100-复合极片在线检测系统；101-复合极片；103-传动辊；110-传感器；120-编码器；130-控制装置；140-x射线成像装置；150-工控机。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
36.随着新能源汽车的发展和普及，电池行业也得以迅速发展，其产能和供能都呈高速增长态势。锂电池由于具有能量密度高、使用寿命长、高低温适应能力强以及绿色环保等优点，成为电池中使用最为广泛的一种。
37.但锂电池安全性差，其主要是原因就是隔膜刺穿引起正负极直接接触。引起隔膜刺穿的主要原因，一方面是制造过程，电极表面毛刺刺穿隔膜导致正负极短路；另一方面是在使用过程中电池过热或隔膜融化以及枝晶刺穿隔膜造成短路。其中枝晶是指锂电池在循环使用过程中，由于负极材料储锂能力较低或者锂离子从正极挣脱出速度过快等原因，在负极表面游离过多锂离子，久而久之，便形成树枝状的结晶，待枝晶长到一定长度，很容易刺穿隔膜，造成电池短路，而隔膜褶皱是造成枝晶产生的主要原因。
38.在叠片工艺锂电池生产过程中，其复合极片的工艺为“隔膜-阳极-隔膜-阴极”的叠片顺序，因此阳极和“阳极-隔膜-阴极”中的隔膜被遮住无法观察，这个时候就需要x射线成像这种透视设备进行复合极片的内部极片和隔膜的检测，对有缺陷的极片和有褶皱的隔膜进行检测并剔除。
39.现有工艺中，大部分锂电池产品内部缺陷检测只能在电芯叠完后再转移到x射线成像设备进行电芯整体检测，无法进行单片检测。这样容易导致多层极片中，无法清楚看到每张极片的细节的缺陷，缺陷漏检率高。并且，检测出电芯内部缺陷后，无法对极片进行剔废处理，只能将整个电芯报废处理，浪费材料。此外，整个电芯x射线成像检测效率低，目前
只适用于部分电芯的抽检，无法对所有电芯进行检测。
40.为了克服现有技术中的至少一个缺陷，本实施例中提出了一种复合极片在线检测系统100和方法，其能够对单张复合极片101进行缺陷检测，检测效率高，可以实现对所有复合极片101的检测，且能够将有缺陷的复合极片101单独剔除，节约材料，提高产品良率和锂电池的安全性。
41.第一实施例
42.请参考图1至图3，本实施例提供了一种复合极片在线检测系统100，包括传送装置、x射线成像装置140、控制装置130、工控机150、传感器110和编码器120，传送装置用于输送复合极片101，x射线成像装置140用于拍摄复合极片101的图像；传感器110和编码器120分别与控制装置130连接，控制装置130用于接收传感器110的第一信号和编码器120的第二信号；控制装置130与x射线成像装置140连接，控制装置130用于在接收到第一信号和第二信号后触发x射线成像装置140，以使x射线成像装置140获取复合极片101的图像信息；x射线成像装置140与工控机150连接，用于将图像信息传递至工控机150，工控机150用于接收上述图像信息，并根据图像信息判定复合极片101是否存在缺陷。该检测系统检测效率高，可以对单张复合极片101进行检测，检测精度更高，不容易漏掉细节缺陷，同时，可以在检测出有缺陷时及时将单张复合极片101单独剔除，不会导致整个电芯的报废，大大增加材料的利用率，节约材料，节约生产成本。此外，该检测系统采用在线检测方式，可以实现对所有复合极片101的缺陷检测，检出率高，有利于提高电池产品的合格率和安全性。
43.可选地，x射线成像装置140包括射线发生单元和影像单元，射线发生单元与影像单元连接，影像单元用于获取复合极片101的图像信息。采用射线发生单元可以产生出x射线，在影像单元获取复合极片101图像时，能够穿透复合极片101的表层，检测到被遮挡部分的复合极片101，有助于被遮挡部分成像，成像更加清晰，再对影像单元获取到的复合极片101的图像信息进行分析判断，可以全面、精确地检测出复合极片101的缺陷。需要说明的是，检测的缺陷包括但不限于正极极片褶皱、正极极片破损、正极极片划伤、正极极片凹印、负极极片褶皱、负极极片破损、负极极片划伤、负极极片凹印、隔膜破损、隔膜褶皱和大颗粒金属异物等。
44.本实施例中，射线发生单元和影像单元的数量包括多个，一个射线发生单元和一个影像单元组成一个拍摄模块，多个拍摄模块沿复合极片101的宽度方向设置。通过多个拍摄模块的灵活组合和自由搭配，可以适应不同宽度的复合极片101的检测，适用范围更广。而且，多个拍摄模块获取的图像可以覆盖整个复合极片101，防止漏检。
45.可选地，x射线成像装置140还包括防护罩，防护罩用于封闭射线发生单元和影像单元，防止x射线外露。防护罩具有防辐射作用，避免x射线外露的风险。防护罩将所有射线发生单元和影像单元进行全方位封闭后，设置在复合极片101的正上方或正下方，只要能拍摄到复合极片101的完整图像即可，本实施例中，x射线成像装置140设置在复合极片101的正上方。需要说明的是，防护罩进行全方位的封闭设置是指在确保x射线能穿过复合极片101的前提下，防止x射线外露而设计的，其全方位的封闭设置不会影响对复合极片101的透视和成像功能。
46.可选的，传送装置包括多个传动辊103，传动辊103用于输送复合极片101，至少一个传动辊103上设有编码器120。本实施例中，多个传动辊103间隔设置，复合极片101设置在
传动辊103上。可以理解，若传动辊103采用主动辊，则主动辊转动带动复合极片101移动，实现对复合极片101的输送；若传动辊103采用从动辊，则复合极片101在输送过程中带动从动辊转动；无论传动辊103是主动辊还是从动辊，传动辊103转动会带动编码器120一起转动，编码器120转动会产生脉冲数值，编码器120可以对脉冲数值进行计数。传感器110可以设置在靠近x射线成像装置140、传动辊103或编码器120的任意位置，只要能检测到复合极片101的起始位置即可。本实施例中，传感器110设置在传动辊103旁边。
47.可以理解，传感器110在检测到复合极片101的起始位置时，编码器120锁定当前脉冲数值，并计算复合极片101距离拍照位置的预设脉冲数，当编码器120计数的脉冲数值达到预设脉冲数，表明复合极片101已经到达预设拍照位，此时触发x射线成像装置140对复合极片101进行拍照，以获取复合极片101的完整图像信息。图像信息由x射线成像装置140发送至工控机150，工控机150内设有图像处理软件，图像处理软件能够对图像信息进行分析和处理，从而判断复合极片101是否存在缺陷。本实施例中，控制装置130收到第二信号后，触发x射线成像装置140中的多个拍摄模块同时拍照成像，并将图像独立且同步传输到工控机150的图像处理软件中，随后图像处理软件开始进行图像数据的分析和处理，并依据图像数据反馈缺陷检测结果。
48.可选地，该复合极片在线检测系统100还包括显示装置和剔除装置，显示装置与工控机150连接，工控机150能够将对复合极片101的检测结果发送至显示装置，显示装置用于显示复合极片101的检测结果，以便于操作人员能够直观地看出复合极片101的缺陷情况。剔除装置与工控机150连接，工控机150将检测结果发送至剔除装置，若检测结果不合格，剔除装置用于将不合格的复合极片101及时剔除，防止不合格的复合极片101流入下一道工序中。该复合极片在线检测系统100可以及时将单张不合格的复合极片101剔除，防止整个电芯由于内部极片的缺陷而整体报废。
49.本实施例中，控制装置130与x射线成像装置140可以采用硬件触发线连接，实现数据传输；x射线成像装置140与工控机150可以采用数据线连接，控制装置130与工控机150可以采用io控制总线连接。当然，并不仅限于此，也可以采用其他通信方式，比如蓝牙、局域网、无线网络等，这里不作具体限定。
50.第二实施例
51.本发明实施例提供一种复合极片101在线检测方法，方法包括：
52.获取传感器110的第一信号，获取编码器120的第二信号；
53.根据第一信号和第二信号触发x射线成像装置140拍照，以获取复合极片101的图像信息；
54.根据图像信息判定复合极片101是否存在缺陷。
55.该在线检测方法能够实现对单张复合极片101的在线检测，适用于对所有复合极片101进行检测，能够及时发现有缺陷的复合极片101并将单张复合极片101剔除，大大提高材料的利用率，节约材料。并且检测效率高、检测精度高，检测结果更加全面可靠。
56.可选地，根据第一信号和第二信号触发x射线成像装置140拍照的步骤包括：
57.获取第一信号后，判断系统是否复位，若系统复位，则编码器120锁定当前脉冲数值，并计算复合极片101距离拍照位置的预设脉冲数；若编码器120计数的脉冲数值达到预设脉冲数，生成第二信号；再根据第一信号和第二信号触发x射线成像装置140拍照。容易理
解，传感器110检测到复合极片101的起始位置时，向控制装置130发出第一信号。控制装置130可采用io运动控制卡，控制装置130在获取第一信号时，编码器120锁定当前脉冲数值，并计算复合极片101距离拍照位置的预设脉冲数，若编码器120计数的脉冲数值达到预设脉冲数，表明复合极片101已移动至预设的拍照位置，此时编码器120向控制装置130发出第二信号。在控制装置130获取第二信号后，触发x射线成像装置140对复合极片101进行拍照。可选地，控制装置130根据第二信号计算复合极片101的位置信息，并对复合极片101进行连续拍照，以实现对复合极片101的在线检测。
58.本实施例的复合极片在线检测系统100，其工作原理如下：
59.工作工程中，复合极片101移动并带动编码器120转动，编码器120产生编码器120脉冲，复合极片101移动过程中，传感器110先感应到复合极片101的起始位置，传感器110感应到起始位置后，控制装置130判断系统是否复位，如果复位，则编码器120锁定当前脉冲数值，并依据x射线成像装置140的拍照位置，计算复合极片101距离拍照位置的预设脉冲数，通过编码器120的脉冲计数计算复合极片101的移动距离，从而可以判断复合极片101是否到达预设的拍照位置。若编码器120的脉冲数值达到预设脉冲数，则表明复合极片101已到达预设的拍照位置。如果控制装置130检测到系统没有复位，则不响应。控制装置130分别读取传感器110的信号和编码器120的信号，综合计算出x射线成像装置140的拍照位置，并判断是否满足x射线成像装置140的触发拍照条件，即依据编码器120的脉冲信号判断复合极片101是否到达预设拍照位置；当满足触发条件时，控制装置130就会发送电信号到x射线成像装置140进行拍照响应；x射线成像装置140拍照完成后，会将图像数据传递给工控机150中的图像处理软件，由图像处理软件进行图像分析和处理；工控机150根据图像处理软件处理完成的数据，得出复合极片101的缺陷检测结果，并将检测结果返回到后端的显示装置以及剔除装置中，显示装置用于显示检测结果，剔除装置用于在收到不合格的检测结果(即判定复合极片101具有缺陷)的状态下，将单张不合格的复合极片101剔除。可以理解，在图像处理和剔除不良产品期间，控制装置130会通过编码器120的脉冲信号一直循环计算传送装置上单张移动的复合极片101的位置，并在满足条件的情况下触发x射线成像装置140进行连续拍照检测，从而达到实时检测的效果，不会漏检。
60.可选地，工控机150还可以实现对复合极片101的图像信息以及检测结果进行保存和记录，便于统一查看，其中，图像信息包括图像处理软件处理前的信息以及处理后的信息。
61.本实施例中未提及的其它部分内容，与第一实施例中描述的内容相似，这里不再赘述。
62.为了验证本实施例中的复合极片在线检测系统100和方法的检测效果，进行了以下的试验验证，在传送装置控制的料带速度为0～50m/min的工况下，试验结果如表一所示：
63.表一
[0064][0065]
由此可以看出，在x射线成像装置140设定电压为54～60kv、电流为48～52ua，相机对比度为1的条件下，可以有效的检测出的缺陷包括正极极片≥0.1mm的褶皱、≥1mm2的破损、≥0.1mm的划伤和≥1mm2的凹印等缺陷。
[0066]
在x射线成像装置140设定电压为54～60kv、电流为48～52ua，相机对比度为0的条件下，可以有效的检测出的缺陷包括负极极片≥0.1mm的褶皱、≥1mm2的破损、≥0.1mm的划伤和≥1mm2的凹印等缺陷，以及复合极片101内部≥2mm2的金属颗粒异物。
[0067]
在x射线成像装置140设定电压为38～45kv、电流为28～32ua，相机对比度为2的条件下，可以有效检测出≥2mm2的隔膜破损和≥1.5mm的隔膜褶皱等。
[0068]
综上所述，本发明实施例提供的复合极片在线检测系统100和方法，具有以下几个方面的有益效果：
[0069]
本发明实施例提供的复合极片在线检测系统100，传感器110用于检测复合极片101的进料，编码器120用于检测复合极片101的具体位置，x射线成像装置140用于抓取复合极片101的图像信息并将图像信息传递至工控机150，工控机150用于根据图像信息判定复合极片101是否存在缺陷。该检测系统中，多组拍摄模块自由组合进行复合极片101全覆盖运动的飞拍检测，实现在线检测的目的，并且通过x射线成像装置140可对单张复合极片101的隔膜褶皱和复合极片101内部褶皱、裂纹、破损、大颗粒异物、崩边等缺陷进行检测。并且通过试验验证了在部分硬件的配套参数下可以锂电池正负极极片进行有效的成像并检测，检测快捷高效，检测结果精度高。该检测系统可以实现对所有复合极片101的在线检测，进行单张复合极片101全扫描检测时，成像效果好，检出率高，且能够将有缺陷的复合极片101单独剔除，节约材料，不会浪费整个电芯，相对于现有的离线检测设备，更节约设备空间，同时还能提高产品良率。
[0070]
本发明实施例提供的复合极片101在线检测方法，通过传感器110和编码器120获取复合极片101的位置信息，并触发x射线成像装置140拍照，以抓取复合极片101的图像信
息，再根据图像信息判定复合极片101是否存在缺陷，检测效率高，检测精度高，检测更加全面，可实现对单张复合极片101的检测，且能够将有缺陷的复合极片101单独剔除，节约材料，提高产品良率。
[0071]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。