[发明专利]一种基于电池温度场以及可见光图像的锂电池缺陷检测装置

权利要求书

1.一种基于电池温度场以及可见光图像的锂电池缺陷检测装置，其特征在于：包括可视信息传感器、缺陷感知计算机、缺陷作动装置；可视信息传感器用于获取锂电池可见光波段、短波红外波段的图像；缺陷感知计算机通过锂电池温度计算机视觉技术提取锂电池缺陷信息；发现有缺陷锂电池时向缺陷作动装置发出推出信号；

可视信息传感器由3至4个工业级高清像素可见光摄像头、3至4个短波红外摄像头、LED光源组成，其中两种摄像头安装位置可以交叉，尽量使其能够形成统一的视场，每一类在输送面顶部串行安装两台，保持20％视场区域重叠，在输送带两侧各安装一台，LED光源根据生产流水线的照明环境，选择合适形状的光源与安装位置，使锂电池输送区域可以被均匀照明；

缺陷感知计算机通过计算机视觉技术从可见光图像提取待检测锂电池的全向图像；应用外观特征提取模块提取锂电池外观缺陷信息；从红外图像提取目标及周围环境温度场数据，并融合这两类数据，基于锂电池不同行为阶段的温度-时间响应关系，锂电池温度与背景环境关系，检测发现可能存在的缺陷部位，对缺陷目标作融合，以降低漏检率，同时提高缺陷检测的准确率，当检测发现有缺陷锂电池时向缺陷作动装置发出推出信号；

缺陷作动装置由驱动电机，凸轮，推杆组成，在收到推出信号时，驱动电机开始工作，带动凸轮转动，推动推杆将目标位置的带缺陷锂电池推出输送带，推杆复位后切断驱动电机工作。

2.根据权利要求1所述的一种基于电池温度场以及可见光图像的锂电池缺陷检测装置，其特征在于：利用可见光波段、短波红外波段双波段图像信息相结合进行锂电池缺陷检测；

第一步基于图像的缺陷提取，依据原理在实际测量中，锂电池总是处于一定的环境中，锂电池除了本身发出的热辐射外，还要与周围环境进行热交换即吸收和反射周围环境向目标所发出的辐射热能，

W_{图像辐射通量密度}＝W_{锂电池辐射通量密度}+W_{锂电池反射环境辐射通量密度}

充分利用了可见光图像的高分辨率优势，可以高精度实现对锂电池外观轮廓、生产环境识别；从而建立锂电池外观辐射特征模型，

W_{锂电池反射环境辐射通量密度}＝(1–ελ)(H_{Δ生产车间环境}+H_{Δ生产线工序环境}+H_{Δ各种系统背景})

其中ελ为锂电池辐射系数，通过对比红外图像提供的高灵敏度温度场信息，探测并识别出目标缺陷；

第二步基于材料热特征的缺陷提取，依据不同阶段(充电、放电)时的温度-时间特征响应曲线，而含有缺陷的锂电池其热像轮廓与亮度差异和正常锂电池相比存在不同分布；

由于热辐射传热速率正比于温度的4次方，而锂电池在生产环节的充电阶段和放电阶段，其温度响应有较大变化率，从而通过提升数据的信噪比，可以获得较好的缺陷检测结果；

锂电池的不同区域，由于其材料或工作机制的不同，以及外观形状的不同，其红外辐射特征也存在差异；如锂电池顶盖区域和锂电池底端区域的热特性有明显的差别，这是由于电池正负极材料不同所造成的；在加上顶盖的几何形状有一个突出部分，而底盖没有，同样也会影响其热特征；

利用高分辨率图像的高精度定位信息，可以准确确定锂电池上异常温度区域，探测并识别目标缺陷；

第三步融合前两步按照不同原理分别检测得出的缺陷信息，得到统一的缺陷特征信息描述框架；扩展了单种检测手段和数据数据说进行的缺陷检测的不足，相对更加全面客观地描述了锂电池缺陷机理。

3.根据权利要求1所述的一种基于电池温度场以及可见光图像的锂电池缺陷检测装置，其特征在于：以材料热特性检测与形态检测相结合的缺陷检测之上形成统一的缺陷特征描述框架，在此之上，基于历史检测数据的交叉验证方法，提高缺陷检测算法的自适应能力；

为了适应具体的不同生产环境、各类不相同不同的锂电池外观形态、各类不相同的锂电池材料的热特性等诸多不一致的限制因素，难以使用统一的缺陷特征和静态的特征描述来适应所有情况。