近年来,随着我国新能源汽车市场的爆发,动力电池需求不断增长。在电池预焊、周边焊、密封钉焊接、顶盖焊接等环节,焊缝容易出现炸焊、断焊、爆点、针孔、偏光等缺陷。这些缺陷严重影响动力电池的品质,产生安全隐患,焊接过程中缺陷的检测和预防变得越来越重要。锂电池性能和品质的提升,不仅需要在材料和设计上不断突破,也需要在生产制造的工艺及设备上持续创新和改进。
机器视觉作为自动化设备的“眼睛”和“大脑”,将视觉检测引入到检测设备中已经成为主流趋势。图像处理系统的引入,将推动自动化设备向智能化方向转型,推进动力电池向高容量、高安全性、高品质以及低成本方向发展。面对当前市场环境,果博在软件、硬件和算法方面不断进行技术研发和产品优化,以为锂电行业客户提供更好的产品和服务。
(一)算法创新
(1)异源数据融合的缺陷检测方案
3D相机在图像采集过程中,不仅可以获得2D灰度图像信息,也可以获得3D高度图像信息。如何将两者结合起来,解决焊接过程中的缺陷检测和分类,果博一直进行算法探索和测试。由于3D图像具有无效像素、不同产品和视角拍摄的高度范围差异很大等特点,将3D高度图像输入到深度学习检测网络中,训练过程很难收敛。果博采用自研的异源数据融合算法,将灰度图像和深度图像进行融合,有效地提升了焊缝检测漏检率和误检率。
(2)基于自由曲面的图像差分检测方案
电池表面并不是规则的平面,如果使用平面作为基准,很容易出现误检的现象。果博自研的自由曲面算法,将高度图像进行局部插值采样处理,可以获得电池表面的局部范围近似基准图像,然后基于图像差分方法,可以获得缺陷检测信息。
(3)基于深度学习的无效像素填充算法
深度学习在图像识别、目标分类等方面均有较好的应用,成为各个领域的一个研究热点,但是基于深度神经网络在深度图像中的应用和探索并不多。果博为了解决高度图像中的点云无效像素缺失的问题,基于卷积神经网络设计了无效像素填充算法,很好地修补了点云模型表面残缺的孔洞区域,算法基于CUDA进行并行算法优化,提升了焊缝检测的效率和准确率。
(二)软件平台创新
采用图形化编程,让用户在可视化的环境下,进行参数配置,快速实现项目部署,缩短项目部署的周期。融合图像采集、图像分析、通信等功能于一体,为客户提供端到端的视觉解决方案。图像分析模块涵盖测量、形位公差检测(平面度、高度差、轮廓度、粗糙度等)、表面质量分析、识别(二维码、条形码、字符)以及3D视觉引导等。
视觉在线检测系统作为可同时实现高度轮廓、三维点云数据采集和三维数据在线测量的3D应用系统,已经大批量应用于高精度、高速、在线3D定位、测量、缺陷检测场景。自研算法和傻瓜式的操作使得非常适合各种非接触式测量场景,功能、性能及稳定性已在苹果产线使用验证,得到客户的高度认同。
将传统图像处理与深度学习处理相结合,为客户提供综合解决方案。利用卷积神经网络自动提取图像特征,从而实现产品瑕疵检测、分类等功能。深度学习工具操作简单,零代码开发,用户只需要手动标注目标,利用标注信息自动完成模型训练和学习,有效地解决了传统算法难以解决的复杂问题。在锂电行业应用中,深度学习结合传统图像处理算法缺陷的正确检出率可达99.9%以上,缺陷等级和缺陷类别分类由传统的40%提升到98%以上。
(三)3D视觉和深度学习在锂电行业中的创新案例
1、顶盖焊后检测
2、密封钉检测