友思特方案 精析“蟬翼”：FPGA圖像處理方案助力鋰電池高速產(chǎn)線檢測新升級

導(dǎo)讀

為新能源鋰電行業(yè)賦能第二站：FPGA高精度圖像采集與處理解決方案！薄如蟬翼的鋰電池薄膜材料通常是在高速產(chǎn)線上生產(chǎn)而成，實時檢測并精準分析其質(zhì)量，依托于友思特FPGA圖像采集與處理設(shè)備的高速、高精度、長距離傳輸穩(wěn)定性與嵌入式邊緣部署的特征。

應(yīng)用背景：鋰電薄膜檢測系統(tǒng)

在鋰電制造檢測流程中，質(zhì)量檢測是保障鋰電池品質(zhì)、優(yōu)化生產(chǎn)效率的核心步驟。鋰電池制造中的薄膜材料，諸如隔膜、絕緣膜等，廣泛運用于電芯卷繞、封裝等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對電池的性能與安全性至關(guān)重要。這些薄膜在生產(chǎn)線上需精確控制其厚度的一致性、材料的均勻度以及表面微缺陷等關(guān)鍵指標。

為此，生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)了專門針對鋰電制造的薄膜檢測系統(tǒng)。其中，高速圖像采集卡作為該檢測系統(tǒng)不可或缺的關(guān)鍵組件，扮演著極其關(guān)鍵的角色，能夠確保檢測數(shù)據(jù)高速、高精度的采集與傳輸。

鋰電薄膜高速產(chǎn)線檢測的難點

高速生產(chǎn)線的挑戰(zhàn)不僅僅在于產(chǎn)品數(shù)量的增加，更在于如何在快速的生產(chǎn)節(jié)奏中保持檢測的準確性和效率。

1.高速數(shù)據(jù)傳輸與高精度檢測

隨著鋰電生產(chǎn)線的速度不斷提升，對圖像采集和處理的速度要求也相應(yīng)提高。高速信號傳輸過程中，可能會遇到信號完整性和時鐘抖動等問題，影響圖像質(zhì)量。傳統(tǒng)的圖像傳輸接口往往難以滿足這一要求。

再比如在電池電極覆膜過程中，由于工藝原因，施用漿料和涂布時可能會造成諸多缺陷，缺陷種類復(fù)雜，如何通過優(yōu)化圖像處理算法，提升檢測精度和速度，減少數(shù)據(jù)傳輸和處理的延遲，成為鋰電生產(chǎn)中主要挑戰(zhàn)。

鋰電薄膜生產(chǎn)過程中的各種缺陷 [1]

2.龐大數(shù)據(jù)量存儲需求

鋰電池檢測通常涉及高分辨率的圖像采集，數(shù)據(jù)量龐大，數(shù)據(jù)量與帶寬瓶頸的沖突引起的數(shù)據(jù)丟失，因為丟幀引起的數(shù)據(jù)不完整，會直接影響應(yīng)用的穩(wěn)定性。

3.多相機同步的復(fù)雜性

在鋰電外觀缺陷檢測中，有時需要同時連接多個相機進行同步檢測。這就要求檢測系統(tǒng)具備強大的接口擴展性和同步控制能力。

友思特方案在鋰電制造中的優(yōu)勢

友思特基于 Intel Altera Airra 10 系列芯片，為鋰電池生產(chǎn)制造提供基于FPGA 的高精度圖像采集與處理解決方案。用戶可以自定義板載 ISP，極大地降低后端處理速度，提升檢測精度。

1. 高速數(shù)據(jù)傳輸

在高速檢測應(yīng)用中，數(shù)據(jù)采集的實時性和準確性至關(guān)重要。其中 CoaXPress 協(xié)議采集卡以其高達12.5 Gbps（CXP-12）的數(shù)據(jù)傳輸速率和低延遲特性，確保了相機捕獲的圖像數(shù)據(jù)能夠迅速、準確地傳輸?shù)教幚韱卧M行分析，大大提高了檢測系統(tǒng)的響應(yīng)速度和檢測精度。

帶寬與最大線纜長度[2]

2. 高精度的FPGA圖像處理能力

HawkEye CXP-12 采集卡還集成了 Altera Airra 10 FPGA 圖像處理芯片，高分辨率和高精度的處理能力使得檢測系統(tǒng)能夠捕捉到薄膜表面的微小缺陷和變化，如劃痕、氣泡、厚度不均等，在硬件層面實現(xiàn)復(fù)雜的圖像處理算法（如常見圖像 ROI 提取、圖像壓縮等）。這不僅減輕了主機 CPU 的負擔，還提高了圖像處理的效率和準確性。在電極涂布等檢測應(yīng)用中，這種能力有助于快速識別和提取圖像中的缺陷信息。

3. 嵌入式邊緣部署

在電芯的化成、分容以及電池模組組裝等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為滿足快速響應(yīng)、即使決策、適應(yīng)多樣化生產(chǎn)環(huán)境的需要，友思特 Fanto Vision 邊緣計算設(shè)備，將 CoaXPress FPGA 采集卡與 NVIDIA Jetson 模組相結(jié)合，實現(xiàn)大小僅 134 × 90× 60mm3 的高速邊緣AI的采集與部署。

4. 長距離穩(wěn)定傳輸

在大型鋰電制造生產(chǎn)線中，檢測相機與數(shù)據(jù)處理單元之間往往需要跨越較長的距離。傳統(tǒng)的圖像傳輸接口在長距離傳輸時容易受到電磁干擾和信號衰減的影響。而 CoaXPress 采集卡采用同軸電纜作為傳輸媒介，具有出色的抗電磁干擾能力和長距離傳輸穩(wěn)定性，確保了檢測數(shù)據(jù)在傳輸過程中的完整性和準確性。

圖片參考資料：

[1]SchooA,MoschnerR,HülsmannJ,KwadeA.CoatingDefectsofLithium-IonBatteryElectrodes(...).Batteries.2023;9(2):111.https://doi.org/10.3390/batteries9020111.

[2]https://www.adimec.com/5-10-and-25-gige-advances-in-camera-interface-technology-compared-to-coaxpress-1-1-and-2-0/.

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歡迎關(guān)注12月12日周四下午14:00“見微知著 喚醒視覺——為新能源電池行業(yè)聚能的視覺與光電方案”網(wǎng)絡(luò)研討會：為新能源電池行業(yè)聚能的視覺與光電方案 - 新能源鋰電檢測 | 高精度圖像處理 | 多類型缺陷檢測 | 友思特科技 (viewsitec.com)

審核編輯 黃宇