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機器視覺技術或成為鋰電池新的增長點

日期:2022-06-06 來源:《智能製造縱橫》

2019年我國提出新能源替代傳統能源是大勢所趨,大力發展新能源是實現雙碳目標的必經之路。

2020年提出到2030年要實現碳達峰,2060年實現碳中和,實現雙碳目標,發展新能源已經成為全球的共識。

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

據中汽協統計數據:2021年,中國動力鋰電池進入爆發年,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7年居世界首位。預計2-3年後,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。

據不完全統計,2021年鋰電擴產投資額超6000億元。

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

但鋰離子電池的製作工藝複雜,涉及的工藝眾多,不同工序需要不同的機器視覺檢測係統。

機器視覺技術或成為鋰電池新的增長點_uomiss.com

來源:高工機器人

在電池的製作過程中,根據先後順序,可以分為前段、中段、後段三個環節。

前段是正負極生產的過程,包含攪拌、塗布、輥壓、分切、製片、模切等六道工序。

中段就是電池製作的過程,包含疊片/卷繞、入殼、焊接、幹燥、注液等五道工序。

後段是檢測組裝的環節,包含化成、分容檢測、Pack成組等三道工序。

如此複雜的生產工藝,讓鋰電池在生產過程中難免會遇到一些問題,影響生產質量與效率。

如何快速對鋰電池的各段生產工序進行層層的質檢,成為了鋰電高效生產的關鍵環節。

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

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

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,控製後麵的設備動作。消除因為定位不準而給疊片封裝等環節造成安全風險。

目前,針對鋰電生產過程中的隔膜、塗布、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控製等解決方案。

No.1

蹲封-蓋帽角度矯正

檢測要求:

檢測蓋帽,引導馬達旋轉的角度

機器視覺技術或成為鋰電池新的增長點_uomiss.com

檢測結果:

通過查找蓋帽上的特征點來確定蓋帽旋轉角度及方向,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

機器視覺技術或成為鋰電池新的增長點_uomiss.com

產品實測示意圖

檢測結果:能穩定檢測中心孔大小、糾正電池角度以及白色絕緣片的有無。

No.3電池端麵檢測

檢測要求:

①電池正極端麵套管質量檢測 ②電池負極端麵套管質量檢測

檢測結果:

可以檢測正極有無墊片,套管上有無缺陷,電池端麵有無凹坑、劃傷;檢測負極端麵套管質量以及電池端麵上有無凹坑、劃傷等。

機器視覺的檢測係統克服人工檢測的缺點,如電池檢測結果受檢測人員主觀意願、情緒、視覺疲勞等人為因素的影響,從而使檢測結果標準、可量化,提高整個生產係統的自動化程度。既節約了人力成本,也避免人為統計數據所帶來的錯誤。

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,被測物體條件愈發複雜,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的測量,如:物體平麵度、表麵角度、體積或者對相同顏色的物體之間特征進行區分。

且2D視覺測量物體的對比度過於依賴光源和顏色/灰度變化,測量精度易受設備、光源、算法、檢測環境等因素影響。

對此,部分企業已引入3D機器視覺,以解決傳統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節。

1. 電池蓋板極柱圓直徑、圓半徑、內圓圓心距檢測

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電池蓋板極柱3D熱力點雲圖

2. 電池蓋板正負極柱平麵度及平行度檢測

電池蓋板正負極柱到底麵的高度差檢測

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電池蓋板3D熱力點雲圖

3. 電池焊接質量檢測

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電池蓋板焊縫3D熱力點雲圖

4. 電池極柱焊點孔洞檢測

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電池極柱3D熱力點雲圖

5. 電池密封釘焊後檢測

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電池密封釘3D熱力點雲圖

3D機器視覺測量方案也為鋰電池製造商帶來了更多選擇,預計未來幾年,3D視覺領域將延續高熱度。國內外廠商之間的競爭將更加直接,國產化進程有望加速。

當然,3D機器視覺的崛起並不意味著傳統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。在鋰電膜麵缺陷識別、極片材料的高清采集等應用上,仍具有一定的性價比優勢。

鋰電市場的爆發隻是中國製造業發展中的一朵浪花。當下一個行業崛起之時,機器視覺又將以哪些新技術、新產品來突破應用局限,推進中國製造業智能化、數字化發展之路呢?

來源 | 《智能製造縱橫》10月刊、Smart Energy Expo


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