CCD kontrollisüsteemid liitiumioonliinides: nulli defektide saavutamine

Autor: Dany Huang, Ph.D.

TOB New Energy tegevjuht ning teadus- ja arendustegevuse juht

Võtke LinkedInis ühendust dr Huangiga

Kokkuvõte ja peamised väljavõtted

• Nulldefekte liitiumioontootmises ei saavutata parema kontrolliga rea ​​lõpus. See saavutatakse, tuvastades katte tühimikud eraldusvõimega 0,1 mm, sakkide volte 0,05 mm ja keevisõmbluse poorsust 0,01 mm juures – iga defektiklass nõuab erinevat optikat, valgustust ja algoritme erinevas jaamas. Kontrollisüsteem on protsessi tööriist, mitte kvaliteedivärav.
• Katte tühimikud ja tühi foolium: tuvastavad joonskaneerimise kaamerad minimaalse defekti suurusega 0,1 mm, töötavad täiskiirusel strobeeritud valgustusega.
• Tabeli voltimine ja joondamine: tuvastati 0,05 mm eraldusvõimega ala- või jooneskaneerimissüsteemidega, mille käivitab saki positsiooniandur.
• Keevisõmbluse poorsus ja pritsmed: tuvastatakse 0,01 mm skaalal suure suurendusega koaksiaalkujutise abil, sest üksainus 50 µm poor võib tekitada lekketee.
• Täppisredel: kaamerad, mis lahendavad kõik 0,01 mm kaugusel, aeglustavad joont; inseneriülesanne on sobitada iga jaama eraldusvõime väikseima defektiga, mis seal tegelikult oluline on.

Katoodkattes olev 0,2 mm läbimõõduga auk, palja alumiiniumi täpp jõuab märkamatult tarretisrullini. See läbib moodustumist. See läbib OCV-sõeluuringu. See läbib võimsuse klassifikatsiooni. See läheb sõidukisse või konteinerisse ja kaheksateist kuud hiljem saadab selle auguga sündinud rakk paki kasutusest välja. Nulldefektid tähendab selle augu püüdmist katmisjaamas, lindi kiirusel, igal ruutmeetril, ilma liini peatamata.

CCD kontroll on distsipliin, mis selle lünga sulgeb. See on ka distsipliin, mis on kõige sagedamini vale: insenerid ostavad kõrgeima eraldusvõimega kaamera, mida nad saavad endale lubada, ja eeldavad, et probleem on lahendatud. Eraldusvõime ilma kontrastita on kasutu; kontrast ilma õige valgustuseta on kasutu; ja kas ilma defektita klassifitseerimise loogika toodab nii palju valesid tagasilükkamisi, et liin jookseb poole kiirusega. Inseneriülesanne ei ole "saada parim kaamera". Selle eesmärk on sobitada tuvastamise füüsika iga jaama iga defektiklassiga.

Defektide kaart: mida, kus ja millises ulatuses tuvastada

Erinevates jaamades sünnivad erinevad vead ja igaüks nõuab oma tuvastamisviisi. Allolev tabel on tüüpilise liitiumioonelektroodi ja koosteliini võrdluskaart.

Muster: katte defektid töötavad 0,1 mm juures, sakitasandi defektid 0,05 mm ja keevisõmbluse poorsus 0,01 mm. Lahutusredel ei ole meelevaldne. Rikke tagajärjest tuleneb: 0,1 mm paljas fooliumilaik on lokaalne voolutiheduse tipp, mis kiirendab liitiumiga katmist; 0,05 mm sakipragu kasvab avatud vooluringiks; 0,01 mm pooridest korkkeevis muutub aastate jooksul niiskust sisselaskvaks teeks.

1. jaam: katmine ja kuivatamine – tühimiku ja palja fooliumi püüdmine

Pinnastamine on koht, kus toimub kõige väärtuslikum kontroll, sest kaetud lint on tehase suurim ühest materjalist investeering. Puudulik kattedefekt muudab kogu elektroodi ala praagiks või, mis veelgi hullem, väljatõrkeks.

Defekti füüsika.Paljas foolium on piirkond, kus kate ei kleepunud või ei ladestunud. Metallpind on peegeldav ja hästi peegeldav; kattekiht on hajus. Kaldse madala nurgavalgustusega joonskaneerimisega pildil paistab paljas foolium heleda kohana tumedama katte taustal. Koaksiaalse hajutatud valgustuse korral kontrast pöördub või kaob. Seetõttu on valgustuse valik esimene spetsifikatsiooniotsus, mitte kaamera eraldusvõime.

Lahutusvõime nõue.Praktiline tuvastamise sihtmärk on minimaalselt 0,1 mm. Elektroodid on kaetud kuni 1600 mm laiuse ja kiirusega kuni 80 m/min. Üks joonskannimise kaamera 0,1 mm eraldusvõimega 1600 mm ulatuses vajab ligikaudu 16 000 pikslit rea kohta; kiirusel 80 m/min, mis on 13 kHz lähedal. Nendel kiirustel on tavalised mitmed kaamerad või TDI (time-delay-integration) andurid. Insenerikaubandus on kaamerate arvu, valgustusvõimsuse ja andmetöötluse läbilaskevõime vahel.

Vale tagasilükkamise juhtimine.Katteliinid tekitavad servahelmeid, kattekihi triipe ja aeg-ajalt kuivamisest tingitud läike muutumist. Algoritmid peavad need liigitama protsessi tunnusteks, mitte defektideks, vastasel juhul lükkab kontrollsüsteem tagasi poole igast rullist. Klassifitseerimismudel on kalibreeritud selle konkreetse kattekoostise ja kuivatusprofiiliga – NMC-ga koolitatud süsteem ei kandu LFP-le ilma ümberõppeta.

0,1 mm sihtmärk ei ole konservatiivne.0,1 mm juures on tootmiskiirusel tuvastatav tühimik. Väiksemaid defekte saab tuvastada peatatud liinil, kuid kiirusel 20–80 m/min peab optiline, valgustus- ja arvutusahel iga defektifunktsiooni usaldusväärseks käivitamiseks lahendama 2–3 pikslit. Alla 0,1 mm jääb signaal-müra kiirus alla praktilise tuvastamise. Siin võtab keskmise koormuse puhul üle röntgeni pindalamõõtur, samas kui CCD käsitleb diskreetseid defekte.

Jaam 2: sakkide käsitsemine – voltimise ja vale joondamise püüdmine

Vahelehe voldid on vaiksed tapjad. Volditud sakk on kahekordne kiht juhtivat metalli, mis on pressitud eralduskihtide vahele. See võib üle elada virnastamise, sisestamise ja isegi moodustamise ning seejärel luua jalgrattasõidu ajal lokaalse kuumutuspunkti. Volditud saki keevisõmbluse kvaliteet on ebausaldusväärne isegi siis, kui keevisõmblus tundub vastuvõetav.

Füüsika.Volditud sakil on kaks metallpinda virnas, millel on nähtav kortsujoon. Tuvastamine põhineb kahel signaalil: geomeetriline (vahekaart näib oodatust lühem või selle profiil näitab sammu) ja visuaalne (korts kuvatakse suunavalgustuse korral suure kontrastsusega joonena). Struktureeritud valgusega või kõrge eraldusvõimega ala-skannimine pildistab 3D muutusi; joonskaneerimise süsteem fikseerib 2D kortsu.

Lahutusvõime nõue.Eesmärk on 0,05 mm. Vahelehed on väikesed (tavaliselt 10–40 mm laiad), nii et kaamera vaateväli võib olla kitsas ja eraldusvõime kõrge ilma liigse kaameraarvuta. Päästik pärineb jaama saki asendiandurilt; kaamera jäädvustab ainult siis, kui sakk on olemas. Päästiku täpsus on oluline: kui kaamera käivitub 2 mm varem või hilja, ei pruugi vahekaart üldse kaadris olla.

Tavaline rikkerežiim.Nägemissüsteemid, mis on õigesti määratud, kuid valesti käivitatud. Vahekaardi käivitajad tuleb kontrollida iga toote muutmise korral ning esimese artikli tegelik pilt logitakse ja vaadatakse üle. Süsteem, mis "töötas eelmisel kuul", võib pärast mõne kümnendiku millimeetrist nihkumist vaikselt vaheleheid vahele jätta.

Jaam 3:Laserkeevitus- Püüdab õmbluse juurest 0,01 mm poorsust

Keevituskontroll nõuab kogu liini kõrgeimat lahutusvõimet, sest puuduva defekti tagajärjeks on mittehermeetiline rakk. Prismaatilise raku korkkeevis on ligikaudu 760 mm pidevõmblus; silindrilisel lahtril kümneid sakikeeviseid lahtri kohta. Igaüht tuleb eranditult kontrollida.

Füüsika.Keevisõmbluse poorsus ilmneb peegeldaval metalliväljal väikeste tumedate lohkudena. Pritsmed ilmuvad õmbluse lähedale kerkinud või kleepunud osakestena. Mõlemad on madala kontrastsusega hajutatud valguses ja suure kontrastsusega tumedas väljas või koaksiaalvalgustuses. Parimad keevisõmbluse kontrollisüsteemid ühendavad keevisvanni koaksiaalse pildistamise ja valmis õmbluse keevitusjärgse pimevälja kujutisega.

Lahutusvõime nõue.Sihtmärk on 0,01–10 µm poorsuse tuvastamiseks. See on 10 korda peenem kui elektroodide kontroll ja nõuab kas suure suurendusega kitsa vaateväljaga optikat või koaksiaalset jälgimist keevispea seest. 0,01 mm juures kontrollib süsteem palju väiksemat ala raami kohta, mistõttu keevisõmbluse kontroll toimub keevisõmbluse liikumise ajal ja selle käivitab keevisõmbluse tee, mitte eraldi konveieri indeks.

Tuvastamise piirangud.Ükski nägemissüsteem ei tuvasta usaldusväärselt pinnaalust poorsust. Täielikult suletud keevisõmblus võib varjata sisemisi tühimikke, mida näeb ainult röntgen- või CT-kiirgus. CCD-kontroll on esimene filter, mis püüab kiiresti kinni pinnamurdvad ja pinnalähedased defektid: ülejäänud proovid võetakse röntgeni- või ultraheliuuringuga. Nulldefekti strateegia ühendab protsessi kontrollimiseks nii sisemise CCD 100% kontrolliga kui ka röntgen- või CT proovivõtu alusel.

Täppisredel: lahutusvõime sobitamine olulise veaga

Kõige tavalisem spetsifikatsiooniviga on ühe eraldusvõime valimine kogu rea jaoks. Elektroodide kontrollimiseks rakendatud 0,01 mm süsteem neljakordistab kaamerate arvu ja arvutuskoormust ning vähendab liini kiirust poole võrra. Keevisõmbluse kontrollimiseks rakendatav 0,1 mm süsteem jätab tähelepanuta kõik olulised defektid.

Õige lähenemine on täppisredel:

Redelit rakendatakse insenerieelarvena. Süsteem, mis lahendab keevisõmbluses 0,01 mm, kuid pindamisjaamas 0,1 mm, kasutab õiget kaamerat õiges kohas õige hinnaga. Samuti hoiab see arvutuskoormust realistlikes piirides – 0,01 mm süsteem kogu veebilaiuses ja täiskiirusel genereeriks andmeid kiiremini, kui ükski praktiline töötlemiskonveier neid tarbida suudab.

A vs B: reeglipõhine nägemus vs. AI klassifikatsioon

Aku kontrollimisel domineerivad kaks algoritmilist filosoofiat.

Reeglipõhine kontrollkasutab fikseeritud lävesid, blob analüüsi ja geomeetrilist mõõtmist. See on deterministlik, kiire ja hõlpsasti kinnitatav. See sobib suurepäraselt seal, kus defektid on täpselt määratletud ja defekti signatuur on stabiilne: auk on teatud piirkonna tume piirkond; voltimine on teatud pikkusest kõrgema kontrastsusega joon. See ebaõnnestub, kui toote katte tekstuuri loomulik kõikumine, valgustuse kõikumine, serva kuju meenutavad defekte.

AI klassifikatsioonkasutab süvaõppe mudeleid, mis on koolitatud heade ja puudulike piirkondade sildistatud kujutiste põhjal. See käsitleb variatsioone graatsiliselt ja kohandub keeruliste defektide allkirjadega. See nõuab koolitusandmeid, vajab jätkuvalt ümberõpet, kui protsess muutub, ja on vähem läbipaistev, kui tagasilükkamine vaidlustatakse.

Praktiline vastus on hübriidne: AI tuvastamiseks ja klassifitseerimiseks, kui defekti signatuur on muutuv; mõõtmise ja tagasilükkamise reeglid, mille puhul otsus peab olema auditeeritav. Mõlemad töötavad samal line-scan platvormil.

Null defekte on süsteemi, mitte kaamera omand

CCD-süsteem üksi ei anna kunagi ühtegi defekti. Kogu kett koosneb neljast osast:

1. Tuvastamineiga defektiklassi jaoks õige eraldusvõime ja kontrastiga.
2. Klassifikatsioonmis eraldab tõelised defektid protsessi variatsioonidest, et hoida valede tagasilükkamiste arv madalal.
3. Tegevusmis lükkab mõjutatud raku või elektroodi osa sama tsükli jooksul liinist välja.
4. Tagasisidemis ühendab defektide trendid kontrolldiagrammil ülesvoolu protsessi parameetritega.

Kui mõni osa puudub, jääb rida kaameraid, mis genereerivad andmeid, mida keegi ei kasuta. Investeering tasub end ära ainult siis, kui kontrolliandmed sulgevad protsessi tagasi.

Viimane märkus vastuvõtutesti kohta. Kaamera eraldusvõime ja kaadrisagedus on hanke jaoks vajalikud, kuid mitte piisavad. Spetsifikatsioon peaks nõudma võimekuse katsetamist: teadaolevad defektid iga klassi tühja fooliumi laigud 0,1 mm juures, sakivoldid 0,05 mm juures, keevispoorid 0,01 mm kaugusel teadaolevates kohtades ja tootmiskiirusel mõõdetud tuvastamissagedus. Süsteem, mis läbib prooviversiooni, on süsteem, mitte andmeleht. See täielik kontrollmõõdik – katmine, sakk ja keevitusjaamad ühel platvormil koos jagatud andmearhitektuuriga – tarnitakse aku CCD kontrollisüsteemide kaudu elektroodide ja keevisõmbluste defektide tuvastamiseks, mis on konstrueeritud koos nende kaitstud katmis- ja keevitusjaamadega.

KKK: CCD ülevaatus liitiumioonliinides

Millist eraldusvõimet on vaja aku elektroodide kontrollimiseks?
Minimaalne defekti suurus 0,1 mm tühimike ja palja fooliumi katmiseks täislaiusel linal tootmiskiirusel. Väiksemaid funktsioone saab peatatud veebis lahendada, kuid usaldusväärne tuvastamine kiirusel 20–80 m/min nõuab praktilise sihtmärgina 0,1 mm.

Miks on keevisõmbluse kontrollimiseks vaja 0,01 mm eraldusvõimet?
Kuna alla 0,1 mm pinda purustavad poorid korgi või saki keevisõmbluses muutuvad raku eluea jooksul lekketeedeks. 50 µm poorid ei ole kosmeetiline defekt; see on hermeetilisuse oht. See muudab keevisõmbluse kontrolli suurusjärgu võrra peenemaks kui elektroodide kontroll.

Kas CCD kontroll võib asendada heeliumi lekke testimist?
Ei. CCD püüab kiiresti kinni pinda murdva poorsuse, pritsmed ja õmblusdefektid. Täielikult suletud pinnaalused tühimikud on optilise kontrolli jaoks nähtamatud. Need kaks täiendavad üksteist: CCD 100% sisemise keevitamise kontrollimiseks, heeliumi lekke testimine 100% hermeetilisuse kontrollimiseks ja röntgenikiirte proovide võtmine maa-aluse protsessi juhtimiseks.

Mis põhjustab aku nägemissüsteemides kõige rohkem valesid tagasilükkamisi?
Valgustuse ebastabiilsus ja protsesside kontrollimatu kõikumine – katte läike muutused, kuivamistsooni nihked ja kihi laperdus. Valgustusarhitektuuri parandamine ja protsessi stabiliseerimine vähendab valede tagasilükkamist tõhusamalt kui kaamera eraldusvõime suurendamine.

Kui tihti tuleb ülevaatusmudeleid ümber koolitada?
Kui toode muutub: uus katte koostis, elektroodide geomeetria või keevisõmblus. Reeglipõhised künnised nõuavad uuesti kinnitamist; AI mudelid nõuavad uusi märgistatud andmeid. Ülevaatuse valideerimist sisaldav ümberlülitusprotseduur takistab süsteemil pärast vormingu muutmist vaikselt defekte kaduma.

Tehniline viide, mille on koostanud TOB New Energy protsessiinseneri töörühm nägemiskontrolli kasutuselevõtu kohta elektroodide katmisel, lipikeevitamisel ja elementide montaažiliinidel. Konkreetse elektroodi ja keevisõmbluse geomeetria defektiklassi tuvastamise uuringu jaoks võtke ühendust Dr Dany Huangiga LinkedInis või esitage defektide näidis Xiameni nägemislaborisse.