機器視覺技術(shù)或成為鋰電池新的增長點

2019年我國提出新能源替代傳統(tǒng)能源是大勢所趨，大力發(fā)展新能源是實現(xiàn)雙碳目標的必經(jīng)之路。

2020年提出到2030年要實現(xiàn)碳達峰，2060年實現(xiàn)碳中和，實現(xiàn)雙碳目標，發(fā)展新能源已經(jīng)成為全球的共識。

隨著新能源汽車市場的大爆發(fā)，特別是在“雙碳”戰(zhàn)略目標的牽引下，動力電池的市場規(guī)模正在以肉眼可見的速度擴張。

據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)計數(shù)據(jù)：2021年，中國動力鋰電池進入爆發(fā)年，市場化提速明顯。我國新能源汽車銷量達352.1萬輛，同比增長157.6%，連續(xù)7年居世界首位。預計2-3年后，全球動力電池出貨量達到1100GWh，意味著動力電池市場將進入TWh時代。

據(jù)不完全統(tǒng)計，2021年鋰電擴產(chǎn)投資額超6000億元。

市場的轟轟烈烈，不僅體現(xiàn)在新能源汽車行業(yè)的高速增長，更帶動了整個鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的增長，鋰電生產(chǎn)線的自動化、智能化程度將直接決定鋰電企業(yè)的未來競爭力，在鋰電的生產(chǎn)、質(zhì)檢、運輸、應用等眾多領(lǐng)域中，新的增長點開始出現(xiàn)——誰具備高端自動化裝備生產(chǎn)能力，誰就將率先獲益。

但鋰離子電池的制作工藝復雜，涉及的工藝眾多，不同工序需要不同的機器視覺檢測系統(tǒng)。

來源：高工機器人

在電池的制作過程中，根據(jù)先后順序，可以分為前段、中段、后段三個環(huán)節(jié)。

前段是正負極生產(chǎn)的過程，包含攪拌、涂布、輥壓、分切、制片、模切等六道工序。

中段就是電池制作的過程，包含疊片/卷繞、入殼、焊接、干燥、注液等五道工序。

后段是檢測組裝的環(huán)節(jié)，包含化成、分容檢測、Pack成組等三道工序。

如此復雜的生產(chǎn)工藝，讓鋰電池在生產(chǎn)過程中難免會遇到一些問題，影響生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

如何快速對鋰電池的各段生產(chǎn)工序進行層層的質(zhì)檢，成為了鋰電高效生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

對此，機器視覺以極高的檢測效率、檢測精度和超強穩(wěn)定性，改變了鋰電池的生產(chǎn)方式，已成為鋰電池生產(chǎn)裝配中的標準配置。

以鋰電池生產(chǎn)裝配階段為例，疊片工位的正負極片放置在隔離膜中的位置，對于電池的性能有較大影響，這種錯位會減少極片的有效反應面積，甚至會造成電池內(nèi)部短路。這主要是因為隔離膜在分隔正負極片后，膜兩端會長出極片 2mm~ 5mm，如果位置不合適，就會對下工序頂、側(cè)封環(huán)節(jié)精準定位極片實際邊緣尺寸產(chǎn)生影響，只有定位準確才能有效完成自動封裝作業(yè)。

機器視覺可以有效取得極片實際邊緣，得到理想的極片輪廓的準確圖像信息，再將圖像信息反饋給 PLC，控制后面的設(shè)備動作。消除因為定位不準而給疊片封裝等環(huán)節(jié)造成安全風險。

目前，針對鋰電生產(chǎn)過程中的隔膜、涂布、輥壓、分切、模切、卷繞、疊片等工序，各大機器視覺供應商也分別給到了尺寸檢測、對齊度檢測、外觀缺陷檢測、位置歸正和糾偏閉環(huán)控制等解決方案。

No.1

蹲封-蓋帽角度矯正

檢測要求：

檢測蓋帽，引導馬達旋轉(zhuǎn)的角度

檢測結(jié)果：

通過查找蓋帽上的特征點來確定蓋帽旋轉(zhuǎn)角度及方向，檢測精度約為0.04mm。

No.2底殼焊工位檢測

檢測要求：

①中心孔定位 ②中心孔檢測 ③電池角度矯正 ④正極絕緣片檢測

產(chǎn)品實測示意圖

檢測過程：

檢測結(jié)果：能穩(wěn)定檢測中心孔大小、糾正電池角度以及白色絕緣片的有無。

No.3電池端面檢測

檢測要求：

①電池正極端面套管質(zhì)量檢測 ②電池負極端面套管質(zhì)量檢測

檢測過程：

檢測結(jié)果：

可以檢測正極有無墊片，套管上有無缺陷，電池端面有無凹坑、劃傷；檢測負極端面套管質(zhì)量以及電池端面上有無凹坑、劃傷等。

機器視覺的檢測系統(tǒng)克服人工檢測的缺點，如電池檢測結(jié)果受檢測人員主觀意愿、情緒、視覺疲勞等人為因素的影響，從而使檢測結(jié)果標準、可量化，提高整個生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化程度。既節(jié)約了人力成本，也避免人為統(tǒng)計數(shù)據(jù)所帶來的錯誤。

另外值得一提的是，隨著電芯、模組、PACK測量要求的提高及細化，被測物體條件愈發(fā)復雜，單攝像頭的2D機器視覺無法獲得物體的空間坐標信息，因此不支持與形狀相關(guān)的測量，如：物體平面度、表面角度、體積或者對相同顏色的物體之間特征進行區(qū)分。

且2D視覺測量物體的對比度過于依賴光源和顏色/灰度變化，測量精度易受設(shè)備、光源、算法、檢測環(huán)境等因素影響。

對此，部分企業(yè)已引入3D機器視覺，以解決傳統(tǒng)2D視覺無法精準檢測高度特征的缺陷。

例如，方形鋁殼電池在組裝過程中，需要大量應用到激光焊接工藝，其中頂蓋焊封口上的焊縫是方形鋁殼電池中尺寸最長、耗時最久的焊縫。

焊縫過程中受應力、拘束力、剛性、化學成分等因素影響，可能產(chǎn)生各種各樣的缺陷，如爆點、斷焊、凸起、凹坑、焊偏等類型均會發(fā)生在頂蓋焊縫中。因此，采用高精度的3D視覺檢測是必不可少的重要環(huán)節(jié)。

1. 電池蓋板極柱圓直徑、圓半徑、內(nèi)圓圓心距檢測

電池蓋板極柱3D熱力點云圖

2. 電池蓋板正負極柱平面度及平行度檢測

電池蓋板正負極柱到底面的高度差檢測

電池蓋板3D熱力點云圖

3. 電池焊接質(zhì)量檢測

電池蓋板焊縫3D熱力點云圖

4. 電池極柱焊點孔洞檢測

電池極柱3D熱力點云圖

5. 電池密封釘焊后檢測

電池密封釘3D熱力點云圖

3D機器視覺測量方案也為鋰電池制造商帶來了更多選擇，預計未來幾年，3D視覺領(lǐng)域?qū)⒀永m(xù)高熱度。國內(nèi)外廠商之間的競爭將更加直接，國產(chǎn)化進程有望加速。

當然，3D機器視覺的崛起并不意味著傳統(tǒng)機器視覺在鋰電池檢測的應用中失去地位。相反，老牌機器視覺供應商不斷推出更高精度、更高分辨率、更快響應速度的2D解決方案。在鋰電膜面缺陷識別、極片材料的高清采集等應用上，仍具有一定的性價比優(yōu)勢。

鋰電市場的爆發(fā)只是中國制造業(yè)發(fā)展中的一朵浪花。當下一個行業(yè)崛起之時，機器視覺又將以哪些新技術(shù)、新產(chǎn)品來突破應用局限，推進中國制造業(yè)智能化、數(shù)字化發(fā)展之路呢？

來源 | 《智能制造縱橫》10月刊、Smart Energy Expo