SICK 视觉在新能源动力 电池品质管控中的应用

文:德国西克 SICK2022年第二期

  新能源电动汽车在时代的潮流中需求愈加旺盛,而动力电池就是其中的关键。西克视觉多年来也一直在助力汽 摘 要 车电池的品质管控,本文为大家介绍了典型的动力电池视觉检测应用:模组全尺寸测量以及电芯表面缺陷检测。

  1 SICK视觉助力电池模组全尺寸测量实现超快速度

  在动力电池工厂的生产流程中,对模组进行全尺寸测量是模组在下线前的最后一道关键工序。一台全尺寸测量设备主要包含2D相机、3D相机、伺服运动机构及配套电控系统、检测软件。所有单机设备及分布式系统通过调度系统统一与 MES 进行数据交互,实现设备和上下游系统的集成,实现生产能力的匹配,满足生产线生产工艺要求。

  通用的模组全尺寸测量设备动作流程如图1所示。

  测量项目包括但不限于:四个安装孔宽度方向尺寸、四个安装孔长度方向尺寸、模组总长、模组总宽、模组总高、底部平面度、四角平面度、安装孔平面到对侧端板高度差、安装孔尺寸、侧板安装孔位置度等。

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图 1 动力电池模组全尺寸测量设备动作流程

  2 SICK相机选型及方案优势

  在本案例中,主要采用了SICK开发生产的2D相机:SVM系列10M像素工业相机;以及3D相机:一体式定制化相机RulerXR 300/Ruler3020。其技术优势包括:

  • RulerXR 300/ Ruler3020相机最大帧率46kHz,实际检测速度可达400-700mm/s;

  • SICK可提供视觉整套解决方案,功能强大的硬件搭配EasyRanger软件包,支持客户快速实施;

  • SICK可以根据客户特定的模组类型和尺寸,合理优化激光、镜头等,提供定制化3D相机方案。

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图 2 一体式定制化相机 RulerXR 70(上图)/Ruler3020(下图)

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图 3 方形电芯外形

  3 SICK 3D相机助力电芯表面缺陷检测

  动力电池电芯是指单个含有正、负极的电化学电芯,一般不直接使用。目前主流的动力电池电芯封装分为圆柱电芯、方形电芯(又叫铝壳电芯)、软包电芯(又称聚合物电芯)三种。方形电芯是汽车动力电池中常用的封装类型,其外形如图3所示。

  随着新能源汽车的大力发展,我国新能源汽车的保有量得到了大幅度的提高,随之而来也出现了许多安全问题,电动汽车爆炸事件时有发生,给人们的生命财产安全带来巨大隐患,因此需要从源头把控质量关,电芯作为动力电池的基础单元必须要做好质量检测和品质把控。

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表 1 RulerX 70 型号 3D 相机和 RulerXR 200 型号 3D 相机技术参数基表比较

  为了保证动力电池的安全性,方形电芯铝壳各个表面都需要进行严格的检测,各种凹坑、划痕等缺陷都会对电池的使用造成严重的隐患。电芯表面缺陷在包蓝膜的前后工艺均需要进行检测。

  4 SICK 3D相机选型

  电芯有多种规格尺寸,方形电池电芯的规格尺寸,SICK也提供了多种相机型号以满足不同的检测视野需求。

  为了兼容上图中电芯的尺寸范围,SICK推荐顶面和窄侧面使用RulerX 70 型号的3D相机,宽侧面使用RulerXR 200 型号的3D相机,这两款相机的主要参数如表1所示。

  如需要检测其他尺寸的电芯, SICK 也提供了不同视野的相机型号以供选择。

  5 3D视觉检测步骤

  一般来讲,动力电池电芯表面3D视觉检测的基本步骤

  如下:

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图 4 SICK 3D 相机电芯表面缺陷检测

  (1)采集图像

  运动机台携带相机进行扫描,为了保证图像正常,可选择匀速运动或者编码器触发模式,安装示意图如下图所示。用户可以根据实际工艺要求选择相机数量和安装布局。

  SICK 3D相机支持多种图像读取方式,包括标准SDK、西克视觉处理平台软件EasyRanger和第三方平台软件,如Halcon、LabView等。

  SICK 3D相机可同时输出高度(Range)图像、Reflectance图、Scatter图,有助于实现更多的检测需求。

  (2)图像处理

  SICK 视觉处理平台EasyRanger提供强大的算法库可以实现多种检测需求,利用图像高度信息对电芯表面凹坑和划痕等外观缺陷进行检测;同时,SICK 3D相机也具有非常高的分辨率,有助于细微的缺陷获得较好的检测效果,下图是EasyRanger开发界面以及电芯表面凹坑的检测效果。

  西克RulerX系列相机同时支持第三方算法平台如Halcon等,给客户更多开发选择。

  此外,SICK上海研发团队正在研究深度学习算法检测电芯外观缺陷,以期给用户带来更好的开发体验。

  (3)外部交互

  用户可以根据自己的需求,开发多样化的界面,包括显示结果、数据统计、参数设置,与其他设备进行交互等等。

  6 SICK优势

  • 具有先进的3D相机,可以实现较高的扫描速度,最高可达46kHz;

  • 可以提供完整的3D视觉检测方案,配合强大的EasyRanger软件可以快速实现客户要求;

  • 可提供定制化的3D相机,合理地设计结构、选择激光,满足不同视野和材质的检测需求;

  SICK深耕动力电池行业,具有丰富的现场实施经验,可帮助用户缩短开发和实施时间。

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