一种用于极片的测量装置及方法与流程

1.本技术涉及用于极片的测量装置技术领域，具体而言，涉及一种用于极片的测量装置及方法。


背景技术：

2.随着新能源的不断发展，锂电池技术以其独高能量密度、无污染、长寿命等优势被广泛应用于手机、笔记本电脑、无人驾驶汽车等众多领域。在锂电池制作工艺中，极片涂布对锂电池电池的容量、一致性和安全性等方面具有重要意义。极片涂布一般是指将搅拌均匀的浆料均匀地涂覆在集流体上，并将浆料中的有机溶剂进行烘干的一种工艺。
3.在一些测量极片涂布尺寸过程的实现中，一般需要通过有经验的操作人员人工计算，人工检测效率低且精度差；另外，也可通过采用led光源光电检测极片的涂布区域，但是，涂布后的极片材料对led光源的光学特性会存在相互干扰，从而导致极片的涂布尺寸测量不准确。
4.然而，当对极片的涂布区域测量不准确时，会使极片的涂布尺寸过小或者过大，这将导致电池内部正极不能完全被负极包住，正极实际容量不能高效发挥，严重的时候，还会发生在电池内部会形成锂枝晶的现象。


技术实现要素：

5.为了解决测量极片涂布尺寸难以测量精确的问题，本技术提供了一种用于极片的测量装置及方法。
6.本技术的实施例是这样实现的：
7.本技术实施例的第一方面提供一种用于极片的测量装置，包括：
8.光源部件，用于发出第一照射光，所述第一照射光照射在极片上；
9.相机部件，用于获取包括所述极片轮廓的第一图像，可采集对应于所述第一照射光的图像；所述极片包括碳粉区域和陶瓷区域，其中，所述碳粉区域对应于极片涂布区域；
10.控制器，被配置为：
11.在所述光源部件为所述极片以背面打光的方式照明时，控制所述相机部件获取所述第一图像，所述第一图像包括显示为第一灰度值的第一区域、显示为第二灰度值的第二区域、以及显示为第三灰度值的第三区域；其中，所述第一区域对应所述极片涂布中包含的碳粉区域，所述第二区域对应所述极片的陶瓷区域，所述碳粉、及所述陶瓷对所述第一照射光具有不同的透光率；
12.基于所述第一图像中的第一区域，确定所述极片中涂布区域尺寸，所述涂布区域对应于所述极片的碳粉区域。
13.在一些实施例中，在控制所述相机部件获取第一图像的步骤中，所述控制器被配置为：
14.在短波红外光源或宽谱光源为所述极片以背面打光的方式照明时，控制红外短波
相机获取所述第一图像；所述第一图像包括显示为第一灰度值的第一区域、显示为第二灰度值的第二区域、以及显示为第三灰度值的第三区域；其中，所述第一区域对应所述极片涂布中包含的碳粉区域，所述第二区域对应所述极片的陶瓷区域，所述碳粉、及所述陶瓷对所述第一照射光具有不同的透光率；
15.基于所述第一图像中的第一区域，确定所述极片中涂布区域尺寸，所述涂布区域对应于所述极片的碳粉区域。
16.在一些实施例中，在控制所述相机部件获取第一图像的步骤中，所述控制器被配置为：
17.在位于所述极片背面一侧的所述光源部件以背面打光的方式照射所述极片时，控制位于所述极片正上方的相机部件获取第一图像，以使所述相机部件采集经过所述极片所在区域的光线，获取完整的第一图像。
18.在一些实施例中，在确定所述极片中涂布区域尺寸的步骤中，所述控制器还被配置为：
19.基于对所述光源部件的功率、所述相机部件的曝光时间和增益中至少一项的调节，设置第一图像中所述极片上所述第一区域的灰度值为0-20，所述第二区域的灰度值为100-150，所述第三区域的灰度值大于等于220。
20.在一些实施例中，在确定所述极片中涂布区域尺寸的步骤中，所述控制器还被配置为：
21.采用图像处理识别方法识别所述第一图像，获取所述第一图像中所述第一区域的像素空间表达；
22.基于所述像素空间与所述相机部件中的像素比例关系，将所述第一区域的像素空间表达转化为所述第一区域的实际物理空间的尺寸。
23.在一些实施例中，在控制所述相机部件获取第一图像的步骤中，所述相机部件采用面阵红外相机，所述控制器被配置为：
24.在所述光源部件为所述极片以背面打光的方式照明时，控制所述面阵红外相机单次获取所述第一图像；
25.基于所述第一图像，统计所述第一区域中的像素数量，并获取所述相机部件的放大率，以计算所述第一区域的尺寸，所述第一区域的尺寸对应于所述极片的碳粉涂布尺寸。
26.在一些实施例中，在计算所述第二区域尺寸的步骤中，所述控制器还被配置为：
27.基于物像关系，计算所述相机部件的放大率；
28.获取所述相机部件的物理像素尺寸；
29.计算所述第一图像中所述第一区域中像素的长和宽；
30.确定所述极片上涂布区域的实际尺寸，所述极片上涂布区域的实际尺寸的具体确定方式为：所述相机部件的放大率的平方
×
所述第一区域中像素的长
×
所述第一区域中像素的宽
×
所述相机部件的物理像素尺寸。
31.在一些实施例中，在控制所述相机部件获取第一图像的步骤中，所述相机部件采用线阵红外相机，所述控制器还被设置为：
32.在所述光源部件为所述极片以背面打光的方式照明时，控制所述线阵红外相机获取所述第一图像；
33.基于所述第一图像，统计所述线阵红外相机阵列方向上处于所述第二灰度值的像素数量，并获取所述相机部件的放大率，以计算所述极片涂布区域在所述线阵红外相机阵列方向上的尺寸；
34.基于所述相机部件的移动速度、曝光时间及所述极片在所述线阵红外相机部件运动方向上处于所述第二灰度值的像素数量，获取所述极片涂布区域在所述线阵红外相机部件运动方向上的尺寸；
35.所述极片涂布区域在所述线阵红外相机阵列方向上的尺寸和在所述运动方向上的尺寸用于计算整个所述极片待测区域的尺寸。
36.本技术实施例的第二方面提供一种用于极片的测量方法，所述方法包括：
37.在所述光源部件为所述极片以背面打光的方式照明时，控制所述相机部件获取所述第一图像，所述第一图像包括显示为第一灰度值的第一区域、显示为第二灰度值的第二区域、以及显示为第三灰度值的第三区域；其中，所述第一区域对应所述极片涂布中包含的碳粉区域，所述第二区域对应所述极片的陶瓷区域，所述碳粉、及所述陶瓷对所述第一照射光具有不同的透光率；
38.基于所述第一图像中的第一区域，确定所述极片中涂布区域尺寸，所述涂布区域对应于所述极片的碳粉区域。
39.在一些实施例中，在控制所述相机部件获取第一图像的步骤中，所述方法还包括：
40.在短波红外光源或宽谱光源为所述极片以背面打光的方式照明时，控制红外短波相机获取所述第一图像；所述第一图像包括显示为第一灰度值的第一区域、显示为第二灰度值的第二区域、以及显示为第三灰度值的第三区域；其中，所述第一区域对应所述极片涂布中包含的碳粉区域，所述第二区域对应所述极片的陶瓷区域，所述碳粉、及所述陶瓷对所述第一照射光具有不同的透光率；
41.基于所述第一图像中的第一区域，确定所述极片中涂布区域尺寸，所述涂布区域对应于所述极片的碳粉区域。
42.在一些实施例中，在控制所述相机部件获取第一图像的步骤中，所述方法还包括：
43.在位于所述极片背面一侧的所述光源部件以背面打光的方式照射所述极片时，控制位于所述极片正上方的相机部件获取第一图像，以使所述相机部件采集经过所述极片所在区域的光线，获取完整的第一图像。
44.在一些实施例中，在确定所述极片中涂布区域尺寸的步骤中，所述方法还包括：
45.基于对所述光源部件的功率、所述相机部件的曝光时间和增益中至少一项的调节，设置第一图像中所述极片上所述第一区域的灰度值为0-20，所述第二区域的灰度值为100-150，所述第三区域的灰度值大于等于220。
46.本技术的有益效果：通过利用碳粉及陶瓷对第一照射光具有不同的透光率，当第一照射光以背面打光的方式照射极片时，可实现精确测量极片涂布区域尺寸的目的；通过采用短波红外光源及短波红外相机，可有效降低特定角度下碳粉的反光引起错误识别的可能性，也能有效减少极片上不同材料之间对第一照射光产生的干扰，从而有助于提高极片涂布尺寸测量的精确性；进一步通过综合调节光源功率、相机曝光时间及相机增益，使得所述图像上极片碳粉部分、极片陶瓷部分及空白部分能够显示可明显分界的颜色，使各区域明显分界，进而有助于获取具有清晰分界的极片图像，便于后期进行准确的涂布区域尺寸
计算；进一步通过将相机部件设置在极片的上方，有助于使相机部件采集到的第一图像更加完整；进一步通过机器视觉算法检测待测极片的尺寸，可实现快速便捷地确定极片尺寸的目的。
附图说明
47.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
48.图1示出了根据本技术一个或多个实施例的用于极片的测量装置的立体结构示意图；
49.图2示出了根据本技术一个或多个实施例的用于极片的测量装置在工作过程中的流程图；
50.图3示出了根据本技术一个或多个实施例的用于极片的测量装置在工作过程中采集的第一图像示意图；
51.图4示出了根据本技术一个或多个实施例中用于极片的测量方法的流程图；
52.图5示出了根据本技术一个或多个实施例中置于支撑部件上方的待检测极片的实物图；
53.附图标记说明：
54.1-光源部件；2-相机部件；3-控制器；4-支撑部件。
具体实施方式
55.为使本技术的目的、实施方式和优点更加清楚，下面将结合本技术示例性实施例中的附图，对本技术示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
56.需要说明的是，本技术中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本技术的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
57.本技术中说明书和权利要求书及上述附图中的术语
″
第一
″
、
″
第二
″
、
″
第三
″
等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换。
58.术语
″
包括
″
和
″
具有
″
以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列部件的产品或设备不必限于清楚地列出的所有部件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它部件。
59.图1为用于极片的测量装置的立体结构示意图。
60.如图1所示，用于极片的测量装置包括光源部件1、相机部件2和控制器3，光源部件1用于发出第一照射光，第一照射光照射在涂布后极片的一侧；涂布后极片包括碳粉区域和陶瓷区域，其中，碳粉区域对应于极片的涂布区域。相机部件2位于涂布后极片远离光源部件1的另一侧，相机部件2用于获取包括极片轮廓的第一图像，且相机部件2可采集对应于第
一照射光的图像。
61.图2为用于极片的测量装置在工作过程中的流程图。
62.如图2所示，控制器3被配置为执行以下步骤：
63.在步骤110中，在光源部件1为极片以背面打光的方式照明时，控制相机部件2获取第一图像。此时由于涂布后的极片中不同区域对第一照射光表现出不同的光学特性，因此如图3所示，相机部件2获取到的第一图像包括显示为第一灰度值的第一区域、显示为第二灰度值的第二区域、以及显示为第三灰度值的第三区域。其中，第一区域对应极片涂布中包含的碳粉区域，第二区域对应极片的陶瓷区域，碳粉、及陶瓷对第一照射光具有不同的透光率，第三区域对应极片无遮挡部分，光源部件1发射的第一照射光通过极片无遮挡部分时，会以极低损耗穿过空气到达相机部件2，从而在第一图像中形成第三区域。
64.需要说明的是，透光率是指透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率，透光率可用以表示透明或半透明体透过光的效率，由于涂布后的极片包括碳粉区域和陶瓷区域，当第一入射光照射涂布后极片的一侧后，黑色碳粉区域能够将照射在其上的第一入射光全部吸收，白色陶瓷区域能够透过部分照射在其上的第一照射光，而无遮挡部分的光源表面的第一照射光将会极低损耗穿过空气达到相机部件2的探测器面，故第一图像主要显示出三个明显的区域。
65.由于不同区域的亮度可通过灰度值来表征，故第一图像显示为第一灰度值的第一区域、显示为第二灰度值的第二区域、以及显示为第三灰度值的第三区域，第一区域对应极片涂布中包含的碳粉，第二区域对应极片的陶瓷区域，第三区域对应第一照射光无遮挡区域。
66.可以理解的是，背面打光的方式是指当第一照射光照射极片表面(背面)时，透射的光线被相机部件2采集在此过程中，对于不透明材料的物体，所采集的信号是物体的轮廓图像，采用背面打光的方式能够有效减少物体如碳粉表面反射出现的干扰；而正面打光是指当第一照射光照射极片表面(正面)时，极片表面对第一入射光进行漫反射，形成漫反射光，漫反射光被相机部件2采集后形成光强信号，用以获得图像，此时，由于极片表面材料如碳粉会出现镜面反射，导致全黑的物体表现出高亮，这种高亮会严重影响后续的图像处理及尺寸计算过程。因此在测量极片涂布尺寸的过程中，采用背光打光的方式获得图像，有助于准确测量极片的涂布尺寸。
67.在步骤120中，基于第一图像中的第一区域，确定极片中涂布尺寸，涂布区域对应于极片的碳粉区域。
68.可以理解的是，由于第二图像中的三个区域边界分明，因此采用二维成像检测方式，对平面轮廓成像，并采用图像处理识别方法识别及处理第一图像的各个区域，并获取第一图像中第一区域的像素空间表达，本实施例不对具体的图像处理识别方法进行限定，在识别及处理第一图像时，可进行中值滤波、阈值分割、图像填充、canny边缘粗提取及边缘精提取中的至少一个步骤。控制器3可基于像素空间与相机部件2中的像素比例关系，通过图像坐标或者形态变换，将第一区域的像素空间表达转化为第一区域的实际物理空间的尺寸。
69.在一些实施例中，用于极片的测量装置还包括支撑部件4，支撑部件4用于承载待检测极片，支撑部件4可采用块体、长板等任意能够支撑极片的结构，本实施例中不对支撑
部件4的具体结构进行限定，但需要注意的是，由于第一图像包含极片的完整轮廓，因此支撑部件不能遮挡待检测极片的轮廓。在另一些实施方式中，为了让极片不易受到损伤，支撑部件4用于承载极片的表面设置为光滑面，光滑面与极片之间的摩擦力较小，有助于极片的轻拿轻放。
70.在一些实施例中，光源部件采用短波红外光源，相机部件采用红外短波相机。红外光源为以产生红外辐射为主要目的的非照明用电光源，红外辐射是波长大于红色光波长的一定范围的电磁辐射，短波红外光源的波长为0.76～1.5微米。相比于使用高光谱成像相机，本实施例中采用短波红外相机，成本低、成像速度块、且信噪比高，而且采集数据量小且信息较为精简，不同光谱之间图像也不易融合复杂，从而有助于极片涂布区域尺寸的精确测量。
71.在另一些实施例中，光源部件采用宽谱光源，宽谱光源包括等离子光源、高功率石英卤钨灯等谱带较宽的光源，本实施例中不对宽谱光源的具体类型进行限定。
72.当短波红外光源或者宽谱光源发射的第一照射光均匀地照射在已涂布的极片上后，能够提高第一图像的信噪比，再采用背光的方式照明极片，黑色碳粉部分的光几乎被完全吸收，白色陶瓷部分的光会透过部分光，极片无遮挡部分的第一照射光可全部到达相机部件2，红外短波相机采集对应于第一照射光的极片图像，形成第一图像。由于极片碳粉和陶瓷对短波红外光源及宽谱光源发射的第一照射光的透过率有着很大差异，可有效使红外短波相机采集到的第一图像中各区域明显分界，第一图像会表现为三种状态，几乎全黑的碳粉部分，具有一定灰度的陶瓷部分，以及全白的空白部分，各区域能够精准对应于已涂布极片中的不同区域，有助于使第一图像中第二区域的尺寸能够准确表征极片中的涂布区域的真实尺寸。而当光源部件1采用led等可见光光源时，即使采用背面打光的方式，所测量的极片涂布尺寸也会包含极片边缘的陶瓷部分，导致测量结果不准确。
73.在一些实施例中，如图1所示，相机部件2位于待检测极片的正上方，此时，相机部件2能够采集经过极片所在区域的完整光线，进而能够获取完整的第一图像，有助于后期确定的极片涂布区域尺寸更加精确。
74.可以理解的是，本实施例中用于极片的测量装置结构简单，可重复使用，当用于检测其余样品时，只需要替换光源部件1和/或相机部件2即可，便捷高效，且有助于节约成本。
75.由于可以依据相机部件2采集的图片的灰度值区分碳粉、陶瓷和空白区域，在一些实施例中，为了使第一区域、第二区域及第三区域能够明显且准确分界，控制器3能够基于对光源部件1的功率、相机部件2的曝光时间和增益中至少一项的调节，设置第一图像中极片上第一区域的灰度值为0-20，第二区域的灰度值为100-150，第三区域的灰度值为220及以上。如在一些实施例中，第一区域的灰度值为10，第二区域的灰度值为100，第三区域的灰度值为220；在另一些实施例中，第一区域的灰度值为20，第二区域的灰度值为150，第三区域的灰度值为255。
76.在一些实施例中，控制器3通过调节光源部件1的功率、相机部件2的曝光时间及相机部件2的增益的参数，使第一图像中的第一区域的灰度值为0，第二区域的灰度值为130，第三区域的灰度值为220，此时，第一区域、第二区域及第三区域能够分别精确对应极片上的碳粉区域、陶瓷区域和空白区域。
77.需要说明的是，上述光源部件1的功率、相机部件2的曝光时间及相机部件2的增益
中的各项参数都是受实际环境和样品差异的影响，需要现场调试，具体调试流程属于现有技术，本实施例中不再赘述，整个调试过程简单便捷。
78.在一些实施例中，相机部件2采用面阵红外相机，在光源部件1为极片以背面打光的方式照明时，面阵红外相机单次成像，完成第一图像的采集，之后，控制器3统计第二区域中的像素数量，并获取相机部件2的放大率，以计算第二区域的尺寸，第二区域的尺寸对应于极片的碳粉涂布尺寸。
79.其中，极片涂布尺寸的具体方式如下：
80.依据物像关系，标定或者计算相机部件2的放大率，为k；
81.获取相机部件2的物理像素尺寸，为u；
82.计算第一图像中第一区域中像素的长和宽，第一区域中像素的长为m，第一区域中像素的宽为n；
83.确定极片上涂布区域的实际尺寸，计算方式为：(k
×m×
u)
×
(k
×n×
u)。
84.在一些实施例中，相机部件2采用线阵红外相机，在光源部件1为极片以背面打光的方式照明时，控制器3控制线阵红外相机获取所述第一图像；基于第一图像，统计线阵红外相机阵列方向上处于第二灰度值的像素数量，并获取相机部件2的放大率，采用上述计算公式计算极片涂布区域在线阵红外相机阵列方向上的尺寸。控制器3获取相机部件2的移动速度、曝光时间及极片在所述线阵红外相机部件运动方向上处于第二灰度值的像素数量，并计算极片涂布区域在所述线阵红外相机部件运动方向上的尺寸。极片涂布区域在线阵红外相机阵列方向上的尺寸与极片涂布区域在线阵红外相机的运动方向上的尺寸的乘积即为整个极片待测区域的尺寸。
85.本技术通过采用让极片上不同材料有明显透光率差异的光源部件，并采用与光源部件对应的相机部件2，当光源部件1正面照射待检测极片时，相机部件2采集到的第一图像中各个区域明显分界，且各区域互不干扰，有助于精准计算碳粉区域的尺寸；进一步通过设置不同区域的灰度值，能够让第一图像中的各区域分界清晰，进而更能够准确计算碳粉区域的尺寸。
86.基于上文中对用于极片的检测设备方案及相关附图的介绍，本技术还提供了用于极片的测量方法。所述方法在用于极片的检测设备的实际使用步骤中已进行详细阐述，在此不再赘述，下文仅举一例予以说明。
87.图4为用于极片的测量方法的流程图。
88.如图4所示，用于极片的测量方法具体包括如下步骤：
89.在步骤410中，搭建支撑部件4、光源部件1及相机部件2，并调整好各部件的位置，此时，光源部件1位于支撑部件4的正下方，且采用短波红外光源；相机部件2位于支撑部件4的正上方，且采用面阵短波红外相机，此时，光源部件1与相机部件2相对安装，光源部件1的发光面正对相机部件2的镜头。其中，面阵短波红外相机与待检测极片之间的距离为面阵短波红外相机中镜头的工作距离。
90.在步骤420中，将待检测极片水平放置在支撑部件4上，此时，待检测极片处于展平状态。
91.在步骤430中，控制器3通过调节光源部件1的功率、相机部件2的曝光时间和增益，使陶瓷部分的图像的灰度值为120，而碳粉部分的图像的灰度值趋于0，空白部分的图像的
灰度值为255。
92.在步骤440中，启动光源部件1，光源部件1发射第一照射光，第一照射光以背面打光的方式照射在待检测极片上，此时，待检测极片的实物图如图5所示。
93.在步骤450中，控制器3控制相机部件2采集对应于第一照射光的图像，且获取到包括极片轮廓的第一图像，此时，第一图像显示为三个区域，且第一区域为黑色，对应于极片的碳粉涂布区域，第二区域为灰色，第三区域为白色。
94.在步骤460中，控制器3控制相机部件2将第一图像通过数据线传输至上位机进行图像处理，基于像素空间与相机部件2中的像素比例关系，将第一区域的像素空间表达转化为第一区域的实际物理空间的尺寸，即为待检测极片的碳粉涂布区域尺寸。
95.本技术通过上述测量方式能够准确测量极片涂布区域的尺寸，整个测量过程简单高效，且成本相对较低，检测速度较快。
96.本部分实施例的有益效果在于，通过选择能够使待检测极片上碳粉及陶瓷具有不同透过率的光源作为光源部件1，并采用能够采集光源部件1发出的第一照射光的相机部件2，第一照射光以背面打光的方式照射在待检测极片上，相机部件2采集到的第一图像中主要包括三个明显区域，且各区域互不干扰，可有助于精确计算待检测极片的碳粉涂布区域；进一步通过将相机部件2设置为短波红外相机，将光源部件1设置为短波红外光源，能够增强待检测极片上各材料对第一照射光的透过率差异，进而使第一图像精确分区，有助于更加精确计算待检测极片上的涂布区域尺寸；通过进一步采用面阵短波红外相机，单次成像即可进行后续的图像处理过程，有助于提高极片涂布区域的尺寸测量效率，既可降低特定角度下碳粉的反光引起错误识别情况，又可减少极片碳粉和极片陶瓷部分无法区分的问题；通过本技术中的测量方法，能够简单高效地得到精确的极片涂布尺寸，进而有助于极片后期的正常使用。
97.为了方便解释，已经结合具体的实施方式进行了上述说明。但是，上述在一些实施例中讨论不是意图穷尽或者将实施方式限定到上述公开的具体形式。根据上述的教导，可以得到多种修改和变形。上述实施方式的选择和描述是为了更好的解释原理以及实际的应用，从而使得本领域技术人员更好的使用实施方式以及适于具体使用考虑的各种不同的变形的实施方式。