2021的鋰電池市場(chǎng)太熱了。根據(jù)工業(yè)和信息化部2021年度上半年電池行業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況，截至六月，全國(guó)電池制造業(yè)的鋰離子電池產(chǎn)量為106億9000萬(wàn)，同比增長(zhǎng)44.1%。僅6月份，全國(guó)鋰離子電池產(chǎn)量就達(dá)到20.3億塊，同比增長(zhǎng)21.2%。2021上半年，規(guī)模以上電池制造企業(yè)的營(yíng)業(yè)收入為4908億6000萬(wàn)元，同比增長(zhǎng)53.9%，利潤(rùn)總額259億6000萬(wàn)元，同比增長(zhǎng)108.2%，增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁，加快了企業(yè)布局。9月13日，寧德時(shí)報(bào)宣布將投資約135億元，在宜春新建寧德時(shí)報(bào)鋰電池生產(chǎn)基地項(xiàng)目。16日，廈門鎢新能宣布將投資不低于100億元建設(shè)鋰離子正極材料項(xiàng)目。同日，富能科技表示，將增加12gwh動(dòng)力電池的年產(chǎn)能，但不超過(guò)52億元。
市場(chǎng)的活力不僅體現(xiàn)在新能源汽車行業(yè)的快速增長(zhǎng)上，還推動(dòng)了整個(gè)鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的增長(zhǎng)。在鋰電池生產(chǎn)、質(zhì)檢、運(yùn)輸、應(yīng)用等領(lǐng)域，新的增長(zhǎng)點(diǎn)開(kāi)始出現(xiàn)。
基于機(jī)器視覺(jué)的鋰電池制造
在結(jié)構(gòu)上，鋰電池的制造非常簡(jiǎn)單-電池的陰極（帶正電）和陽(yáng)極（帶負(fù)電）電極片交替堆疊，每層由隔膜隔開(kāi)，在電極片之間可注入液體或固體電解質(zhì)。
但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜和敏感。電極的鍍層厚度對(duì)電池的性能乃至穩(wěn)定性有很大的影響。特別是在大規(guī)模生產(chǎn)模式下，電池材料、電池芯和包裝中的任何劃痕、暴露箔、氣泡、褶皺、黑點(diǎn)、亮點(diǎn)、落料等缺陷都將嚴(yán)重影響鋰電池產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。如何快速地對(duì)鋰電池的各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行逐層質(zhì)量檢測(cè)，已成為鋰電池高效生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在這方面，機(jī)器視覺(jué)改變了鋰電池的生產(chǎn)模式，檢測(cè)效率高、檢測(cè)精度高、超穩(wěn)定性好，成為鋰電池生產(chǎn)和組裝的標(biāo)準(zhǔn)配置。
目前，對(duì)于鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中的隔膜、涂層、軋制、分切、模切、纏繞、層壓等工序，主要機(jī)器視覺(jué)供應(yīng)商提供了尺寸檢測(cè)、對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)、外觀缺陷檢測(cè)等解決方案，位置校正和偏差校正閉環(huán)控制。不同的是，在每個(gè)檢測(cè)環(huán)節(jié)，有的企業(yè)采用新技術(shù)，有的采用最新算法。每一種都有其獨(dú)特的差異，但歸根結(jié)底，它離不開(kāi)機(jī)器視覺(jué)的四個(gè)核心——識(shí)別、測(cè)量、定位和檢測(cè)。
例如，在極片涂覆后和烘烤前，在線實(shí)時(shí)檢測(cè)涂層寬度，及時(shí)提供測(cè)量數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)校正涂層寬度；切割前，檢查極片外觀是否有缺陷。切片后在線檢測(cè)尺寸；模切后，機(jī)器視覺(jué)將識(shí)別桿件的外觀和尺寸進(jìn)行檢查，并及時(shí)消除不合格品；在繞線過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)檢測(cè)陽(yáng)極片和陰極片之間、at9和同一圓內(nèi)的上下隔膜之間以及裸芯相鄰圓之間的邊緣對(duì)齊情況，在線計(jì)算極片、隔膜和參考位置之間的偏差，并反饋糾偏信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)給位置的閉環(huán)糾偏控制。
三維視覺(jué)技術(shù)突破了傳統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)
的局限性，因?yàn)閭鹘y(tǒng)機(jī)器視覺(jué)在拍攝圖像并通過(guò)算法識(shí)別后測(cè)量相應(yīng)的數(shù)據(jù)。單臺(tái)攝像機(jī)的2D機(jī)器視覺(jué)無(wú)法獲得物體的空間坐標(biāo)信息，因此不支持形狀相關(guān)的測(cè)量，例如物體平面度、表面角度、體積或相同顏色物體之間的區(qū)別特征。此外，二維視覺(jué)測(cè)量對(duì)象的對(duì)比度過(guò)于依賴于光源和顏色/灰度變化，測(cè)量精度容易受到設(shè)備、光源、算法、檢測(cè)環(huán)境等因素的影響。為此，一些企業(yè)引入了三維機(jī)器視覺(jué)，拓寬了機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用領(lǐng)域和測(cè)量精度。目前，市場(chǎng)上有四種主流三維視覺(jué)技術(shù)：雙目視覺(jué)、TOF、三維結(jié)構(gòu)光和激光三角測(cè)量。
雙目視覺(jué)：目前是一個(gè)相對(duì)廣泛的三維視覺(jué)系統(tǒng)。兩臺(tái)以上攝像機(jī)同時(shí)工作，從不同角度獲取感知圖像，并通過(guò)三角測(cè)量原理計(jì)算圖像的視差，獲得場(chǎng)景的三維信息。它具有響應(yīng)速度快、軟件簡(jiǎn)單、識(shí)別距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，不需要獲取和分析灰度圖像，不受外部光源表面特性的影響。雙目技術(shù)原理簡(jiǎn)單，不需要使用特殊的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，具有實(shí)現(xiàn)靈活、成本低等優(yōu)點(diǎn)。適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的在線、產(chǎn)品檢測(cè)和質(zhì)量控制。然而，雙目技術(shù)的缺點(diǎn)是算法復(fù)雜，計(jì)算量大，不適合在光線惡劣的環(huán)境中使用。
TOF飛行時(shí)間成像技術(shù)：其原理是連續(xù)向目標(biāo)發(fā)送光脈沖，通過(guò)傳感器接收目標(biāo)返回的光，并計(jì)算光脈沖的飛行時(shí)間以獲得目標(biāo)距離。由于TOF直接根據(jù)公式輸出深度信息，具有響應(yīng)速度快、軟件簡(jiǎn)單、識(shí)別距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，不需要獲取和分析灰度圖像，因此不受外部光源表面特性的影響。然而，TOF技術(shù)也存在著分辨率低、成像精度低、成本高等缺點(diǎn)。
3D結(jié)構(gòu)光：使用光源投射一束結(jié)構(gòu)光（具有特定結(jié)構(gòu)的光，如黑白）。被測(cè)物體表面的條紋、斑點(diǎn)和形狀會(huì)對(duì)不同的光譜產(chǎn)生不同的反射效果。通過(guò)該算法，可以計(jì)算出物體的距離、形狀、大小等信息，得到物體的三維圖像。三維結(jié)構(gòu)光技術(shù)不需要以非常精確的時(shí)間延遲進(jìn)行測(cè)量，而且解決了雙目視覺(jué)中的匹配計(jì)算，該方法具有計(jì)算簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。弱光環(huán)境下，無(wú)明顯紋理和形狀變化的表面也可精確測(cè)量。
激光三角測(cè)量：與三維結(jié)構(gòu)光技術(shù)類似，不同之處在于通常使用激光作為光源，使用CCD（電荷耦合器件）相機(jī)作為探測(cè)器具有精度高、速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于激光的聚束效應(yīng)，激光三角測(cè)量更適合于近距離測(cè)量。
技術(shù)集成使機(jī)器視覺(jué)“識(shí)別更準(zhǔn)確”
獨(dú)特的3D機(jī)器視覺(jué)測(cè)量方案也為鋰電池制造商帶來(lái)了更多選擇。例如，在傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中，在鋰電池的涂裝、軋制、分切、模切等過(guò)程中，經(jīng)常使用線陣攝像機(jī)檢測(cè)正負(fù)極板/膜片的表面缺陷，對(duì)生產(chǎn)線速度有一定的要求，檢測(cè)精度和系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。除了升級(jí)到4K攝像機(jī)以提高檢測(cè)精度外，3D結(jié)構(gòu)光和激光三角測(cè)量的加入提供了一種新的高速高精度檢測(cè)方案。
以鋰電池焊接缺陷檢測(cè)為例。激光束經(jīng)過(guò)一組透鏡放大和拉伸，形成一條激光線，投射到被測(cè)物體的表面上。光學(xué)系統(tǒng)利用沙姆定律將激光線的漫反射投影到傳感器上，然后根據(jù)不同的投影位置和三角測(cè)量原理計(jì)算出物體輪廓面的長(zhǎng)度、寬度和高度。通過(guò)處理三維等高線圖，檢測(cè)焊縫缺陷、缺陷尺寸和深度。