基于X射线图像的锂电池负极冗余部位缺陷检测方法研究

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极片是锂电池的关键组成部分,极片的质量状况不仅会影响锂电池的使用性能,还会影响到锂电池的安全性能。在卷绕式锂电池的制作中,涂布、卷绕等工艺过程容易引起极片末梢褶皱变形和正负极片错位等问题的发生,这些缺陷可能会导致电池容量降低,电池内部短路,甚至会引发严重的爆炸事故。X射线检测是工业中常用的无损检测方式,它能帮助获取电池电芯的内部影像,对电池极片的缺陷检测提供了一个有效的手段。本文以方形卷绕式锂电池为研究对象,对极片的X射线图像进行检测分析,研究了一种锂电池负极冗余部位缺陷检测方法,检测电池各层负极相较于正极的冗余量,通过长度与角度的检验,判断极片质量是否合格。本文根据锂电池的作用机理和制备过程,分析极片Overhang(负极冗余部位)区域的缺陷类型及其产生的原因,利用机器视觉技术,设计一个基于X射线图像的锂电池负极冗余部位缺陷检测系统。具体研究内容如下:(1)对系统进行总体设计,按照设计进行硬件设备的选型,包括光源、影像增强器和相机等,并进行系统软件部分的设计。(2)利用图像处理技术实现锂电池负极冗余量检测算法,通过负极冗余量的提取实现对Overhang区域缺陷的检测。算法使用Butterworth低通滤波器对图像进行频域去噪,利用Laplacian边缘检测、形态学操作、轮廓提取等技术将正负极片分离,最后通过空域滤波与LSD(快速直线检测)获取负极冗余量。经实验结果可知,算法的准确率达98.5%,算法平均检测时长为721ms,满足实际生产线上实时检测的要求。(3)选用SVM(支持向量机)作为分类器,依据Overhang区域的缺陷特性提取了5种几何特征和6种灰度特征,选用“一对一”多类分类方式进行分类实验,得到理想的分类效果。(4)对系统的软件部分进行具体的界面设计与功能设计,并对系统进行了功能检验,结果表明具有一定的实用性。
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