[00145045]锂电池行业用全自动化X光检查设备的关键技术研发及产业化

1、课题来源与背景：本项目为公司内部自主研发项目。近年,国家重点培育新能源、新能源汽车成为国民经济的先导产业和支柱产业,推动锂电池产业迅猛发展,动力电池应用需求急剧增长。根据IIT统计数据,全球锂电需求量急剧增长,从2005年的8.2GWH增长到2015年95.29GWH,2016年增长为115.38GWH,预计2030年全球锂电池总需求量将达到3000GWH。然而电池产品,尤其是锂电池和锂离子电池,其内部短路和断路、断裂,焊接不良,腐蚀等问题成为产品报废的主要因素,而产品质量往往是客户投诉的主要原因。为了保证和提高产品的品质,满足批量生产的要求,更好的检测零件的内部情况,检测结果就必须做到及时、准确。为此,采用X射线实时检测装置愈发重要,我国对X光检测设备的技术和数量需求将迅速提高,市场前景极为广阔。 2、研究目的与意义：一是实现在线全自动检测,提高生产效率;二是精准检测电池内部问题,提升产品良率,降低安全隐患,满足了市场需求,拥有良好的市场发展前景。 3、主要论点与论据： （1）采用X光透射原理,穿透电池内部,对电池极耳内部结构和正负极片的覆盖进行直观地图像显示。 （2）在输入的电池X光图像中进行边界检测与定位,并根据需要进行电池校正,准确提取电池边界; （3）以边界为基础和前提,通过图像统计特征拐点检测跟踪技术对阳极进行定位; （4）利用分界点分类模型进行阴极检测; （5）通过图像处理系统获取阴阳极准确描点画线并进行计算; （6）根据预先设定的阴阳极规格及电池检测数据进行电池良品、不良品自动判断,实现良品、不良品电池的自动筛选。 4、创见与创新： （1）X光图像的高速采集及处理技术 采用高效的多帧图像分析、处理技术,包括图像的融合、降噪、对比度、增益等方面的分析与处理技术,对X光在线检测动力电池的图像采集进行优化,并结合电池X光图像的自身特点进行算法改进,提高检测效率与可靠性。 （2）电池X光图像数学建模 对电池X光图像数据中的弱边界线对比度分布使用特征提取和机器学习方法建立对比的数学模型,采用最大似然估计（MLE）、最大后验概率（MAP）、贝叶斯曲线拟合等方法提高系统检测的稳定性。使用基于特征空间分布的模式分类方法,基于分界点对比度分布、上下文信息、位置、灰度等差异特征,拟挑选合适的监督学习算法来设计基于差异特征的分界点分类器,运用随机场方法训练出电池阴阳极图像检测模型。 （3）精准运动控制。高效测试中的运动控制技术,包括高效率的测试算法、运动控制以及测试与运动控制的融合技术。 （4）远程管理的设备互联技术。应用MES系统软件平台,采集电池检测数据,经MES网络远程上传至数据采集服务中心,写入数据库,管理者在办公室就能了解仪器设备的运行状况、产线的生产测试情况、各工序生产品质状况及提前预警等。 （5）智能判断分拣。通过智能化图像处理和分界区域灰度对比模型的阴阳极检测,实现电池极片对位不良的判定和智能分选。 （6）安全的X光防护设计。整个设备安全互锁,三重防护功能,机身表面任何部件均满足欧美国家安全辐射标准。 5、经济效益：本项目成功研制出全自动X光检查设备,并依靠其国际领先的自动检测、自动判断、自动分拣技术,完善的售后技术服务和较高的性价比优势,可有效替代传统的X光检查设备。 截至到2017年11月底,我公司自主研发、生产的全自动X光检查机已销售263台,均已开发票,累计实现销售收入约15201万元。已签订的销售合同书21台,预计可实现销售收入1146万元。 社会效益： （1）本项目的成功研发,推动锂电行业的在线全检,有利于提高电池产品良率,为锂电池安全生产保驾护航,提升国内锂电池生产商的产品市场竞争力。 （2）通过研究锂电池检测用的X光检测设备,产品质量指标达到及超越国外公司的技术标准,既拓宽了国内X光技术的应用领域,填补国内X射线产业在锂电领域的空白,促进国内X光技术行业发展,又有效替代韩国Innometry公司的X-Ray自动电池检测设备等进口产品,提升国内X光行业的综合竞争力。 （3）本项目产品成功研发后,推动行业新增工作岗位超100多个,解决100多个就业人口,减轻社会压力。 存在的问题：目前,公司全自动X光检查设备处于快速发展中,在产品稳定性和标准化方面有些薄弱,是今后重点改进之一。 同时,持续提升X光应用技术,满足不断提高的市场需求。随着对电池容量密度比要求增高,卷绕层数不断增加,X光透视成像能力、算法判定难度也不断加大,需要持续开展X光应用技术的深入研究。 此外,在面对新客户的个性化需求,要求更快速响应。不同的客户对设备的功能及指标要求不同,给公司的技术带来了很大的挑战,我们一定要深入推行模块化开发方案,不断提高技术能力和研发效率,让该设备满足日益高精度化、可靠稳定化的产品需求。 6、历年获奖情况：2011年荣获广东省科技进步三等奖,2016年荣获东莞市科技进步奖三等奖。 7、成果简介：已受理专利7件,授权专利8件,发表软件著作权1项。