CN101539533B - 电池内部缺陷自动检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池内部缺陷自动检测装置及方法，该装置包括控制电脑、射线控制***和电池自动传送***，所述控制电脑设有缺陷智能识别***，所述射线控制***与电池自动传送***、缺陷智能识别***分别连接；所述射线控制***和电池自动传送***设置在射线屏蔽室内。种由上述装置实现的方法，射线源发射射线，穿过被测电池；射线转换屏接收射线，经反射器和光学镜头，传送到CCD摄像机；所成图像通过远程线缆传输到控制电脑；缺陷智能识别***进行图像识别，并检测与评判图像；发送相应信号到控制电路以控制传送装置进行合格品与非合格品的产品分流。本发明可以对电池内部缺陷进行自动检测，实现远程控制、安全、准确、可靠，检测效率高。

Description

电池内部缺陷自动检测装置及方法

技术领域

本发明涉及自动检测技术，特别涉及一种自动识别电池内部缺陷的X射线或γ射线检测装置及其检测方法。

背景技术

电池的用途非常广泛，涉及日常用品如手机、手提电脑、自行车以及汽车等许许多多电器设备，还用于工业、农业、军事和医疗等多种行业的各种各样电器设备，几乎无处不在，多数电池的使用寿命只有一至三年，其作为消耗品使用数量巨大。由于电池能量是通过化学能转换过程获取的，存在着像***这样的安全隐患，所以电池的质量检查和出厂审验非常重要。尽管多个电参数方面的检测保证着电池的工作性能和使用效率，但电池经过封装以后，其内部的结构形式和各部件所处的最终位置是否符合设计和工艺要求，则需要通过不影响产品性能和不损坏产品结构的技术手段来进行检测。X射线技术是工业无损探伤方法中可以用图像显示工件内部存在的缺陷的截面形状以及通过多角度显示缺陷内部位置。射线检测利用X射线对材料具有一定的穿透能力，及其在穿透过程中对不同物资和不同物体厚度衰减程度的不同，使缺陷可以在照相软片以及模拟信号的电视监视器上成像，近年来更多通过模数转换方法在计算机上直接形成数字图像，这样可以通过数字图像处理判断工件内部的结构情况和质量水平。

现有技术是电池缺陷通过X射线机检测，但没有计算机图像智能识别***，需要技术工人监视屏幕，发现缺陷，手动将不合格产品剔除，这样的质量检测状况存在以下几方面问题：(1)由于电池生产量大，操作者工作在持续不断的生产线上，长时间用眼造成视觉疲劳，使质量保证***受到人为的主观干扰；(2)由人的视觉形成的标准是一个非量化的、非恒定的尺度，因而造成质量标准波动，直接导致产品质量控制不稳定；(3)人眼判断速度不及计算机对图像的处理运算速度快，使得检测效率低因而增加产品生产成本；(4)X射线是一种对人体组织有害的辐射物质，长期工作在X射线的辐射范围内易使操作者得职业病，而计算机自动识别***可在远程进行操作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种操作简单、使用方便安全，能够通过计算机图像缺陷智能识别***对多种电池内部缺陷进行检测并机械分流的电池内部缺陷自动检测装置。

本发明的另一目的在于提供一种由上述装置实现的电池内部缺陷自动检测方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种电池内部缺陷自动检测装置，包括控制电脑、射线控制***和电池自动传送***，所述控制电脑设有缺陷智能识别***，所述射线控制***与电池自动传送***、缺陷智能识别***分别连接；所述射线控制***和电池自动传送***设置在射线屏蔽室内。

所述射线控制***包括控制电路、射线源、射线转换屏、反射器、光学镜头、CCD摄像机，所述射线源与控制电路连接，射线源、电池、射线转换屏、反射器、光学镜头、CCD摄像机按射线路径依次设置，所述控制电脑与CCD摄像机、控制电路分别连接。

所述缺陷智能识别***包括图像输入模块、图像预处理模块、射线源自动调整模块、缺陷定位模块和缺陷识别模块，所述图像输入模块与CCD摄像机相连接，所述射线源自动调整模块、缺陷定位模块、缺陷识别模块分别与控制电路相连接；

所述射线源自动调整模块包括原始直方图计算模块、直方图拉伸模块、对比度参数预设模块、直方图平移模块、亮度参数预设模块、直方图差异计算模块和射线源调整模块，所述原始直方图计算模块、直方图拉伸模块、直方图平移模块、直方图差异计算模块和射线源调整模块依次相连接，所述对比度参数预设模块和直方图拉伸模块相连接，所述亮度参数预设模块和直方图平移模块相连接，所述原始直方图计算模块与图像预处理模块相连接，所述射线源调整模块与控制电路相连接；

所述缺陷定位模块包括位置检测模块和尺寸测量模块，所述缺陷识别模块包括比较模块和识别模块，位置检测模块、尺寸测量模块、比较模块和识别模块依次相连接，图像预处理模块与位置检测模块相连接，识别模块与控制电路相连接。

所述控制电脑通过远程线缆与所述CCD摄像机、控制电路分别连接。

所述电池自动传送***包括传送装置和分流机械，所述传送装置与分流机械相连接，且所述传送装置、分流机械与控制电路分别连接。

所述控制电脑设置在一控制室内，所述射线为X射线或γ射线。

一种由上述电池内部缺陷自动检测装置实现的电池内部缺陷自动检测方法，包括下述步骤：

(1)射线源发射射线，穿过被测电池；射线转换屏接收射线，经反射器和光学镜头，传送到CCD摄像机；

(2)所成图像通过远程线缆传输到控制电脑；

(3)缺陷智能识别***工作，进行图像识别、射线源自动调整，并检测与评判图像；

(4)缺陷智能识别***发送相应信号到控制电路以控制传送装置、分流机械进行合格品与非合格品的产品分流，并控制射线源进行自动调整。

所述步骤(3)中的缺陷智能识别***工作包括下述步骤：

(3-1)图像输入模块接收CCD摄像机传输过来的图像；

(3-2)图像预处理模块进行去噪预处理步骤，并进行图像识别；

(3-3)射线源自动调整模块进行射线源自动调整，并输出相应的射线调整信号；

(3-4)通过缺陷定位模块和缺陷识别模块进行缺陷图像检测与评判，并输出被测电池是否合格的相应信号。

所述步骤(3-3)的射线源自动调整模块包括以下步骤：

(3-3-1)原始直方图计算模块根据所述步骤(3-2)图像预处理模块输入的图像计算出原始直方图；

(3-3-2)直方图拉伸模块根据对比度参数预设模块中预设的对比度参数对上述原始直方图进行拉伸调整；直方图平移模块根据亮度参数预设模块中预设的亮度参数对上述原始直方图进行平移调整，从而得到新的直方图；

(3-3-3)直方图差异计算模块计算新直方图与原始直方图的差异；

(3-3-4)射线源调整模块根据差异生成相应的射线源调整信号输出给控制电路；

所述步骤(3-4)的缺陷定位模块和缺陷识别模块检测与评判包括以下步骤：

(3-4-1)位置检测模块根据图像预处理模块的输入的图像检测电池外壳、正极、负极的位置；

(3-4-2)尺寸测量模块测定从管内壁至各正负极间选定位置的尺寸，以及各负极之间的端头位置与相邻正极选定位置之间的尺寸；

(3-4-3)比较模块比较测定值与预先设定的基准位置；

(3-4-4)识别模块评判合格品和不合格品，并输出相应信号给控制电路。

所述步骤(3)中的缺陷智能识别***检测包括自动模式、半自动模式和人工模式三种检测模式；

所述自动模式操作步骤包括：选择电池类型；选择自动模式；进入程序执行状态，确认对应电池型号参数；显示电池外尺寸、电池图像，在图像上标识所检位置，并进行尺寸测量和评判；实时显示评判结果，并显示最终结果；

所述人工模式操作步骤包括：选择电池类型；选择人工模式；进入程序执行状态，将被测电池移至检测工位；显示电池图像，调整评判基准，电脑进行尺寸测量和评判，并由操作员做最终评判；

所述尺寸测量的设置方法包括下述步骤：

(a)设定感兴趣区域ROI的个数；

(b)对每个感兴趣区域设置坐标范围和评判阈值，并依次编号评判区域；

(c)设定测量数，测量编号和所测量两点的编号，设定测量方向和合格品评判范围；

步骤(3)所述图像识别包括下述步骤：

(A)设置图像边缘的搜索方向；

(B)在射线图像所形成的半影区域中，人工设置一阈值，作为图像边缘的定位点。

本发明的作用原理是：本发明缺陷智能识别***的核心内容在于射线源自动调整模块、缺陷定位模块和缺陷识别模块。射线源自动调整模块通过计算出原始原始直方图，并拉伸、平移图像，计算新直方图和原始直方图的差异，从而输出射线源相应调整信号给控制电路，通过控制电路来达到控制射线源自动调整的目的；缺陷定位模块和缺陷识另模块包括下述算法：管壁与负极的间隔，管壁与正极的间隔，正极与负极之间间隔，负极与负极之间间隔，连接片位置检测以及尺寸测量。当X光图像传送至控制电脑后，缺陷智能识别***检测电池外壳、正极、负极的位置，测定从管内壁至各正负极间选定位置的尺寸，以及各负极之间的端头位置与相邻正极选定位置之间的尺寸。以此测定值与操作人员预先设定的基准位置做比较，自动进行合格品和不合格品评判，将每个电池的评判结果在显示器上显示出来，对于不合格品输出信号到控制电路，控制传送***将不合格电池送至不合格品处。本发明缺陷智能识别***包括三种检测模式；自动模式、半自动模式和人工模式。自动模式是根据计算机自动识别***的自动评判结果，检测***自动进行合格品和不合格品的判别；半自动模式是在自动模式的基础上增加人工干预功能，使之可随时设置断点而处于暂停状态，可以随时手动停止自动识别程序的运行，而进行人工缺陷识别和评判，此时电池传送机构可以正常运行也可以暂停在某一个检测状态；人工模式是完全停止运行自动检测程序，同时手动控制电池传送，传送机构的运动由手动进行控制，电池的缺陷也由操作者识别和评判。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明可以对电池内部缺陷进行自动检测，实现远程控制、安全、准确、可靠，检测效率高。

(2)本发明具有三种检测模式，可根据实际需要选择检测的模式检测。

(3)本发明通过计算机自动识别***可在远程进行操作，可降低X射线对人体组织有害程度，降低长期工作在X射线的辐射范围内的操作者得职业病的可能性。

附图说明

图1是本发明检测装置的结构示意图。

图中：1、射线转换屏 2、反射器 3、光学镜头 4、控制室 5、控制电脑 6、传送装置 7、射线屏蔽室。

图2是本发明缺陷智能识别***的功能模块图。

图3是图2所示射线自动调整模块的流程图。

图4是图2所示缺陷定位模块和缺陷识别模块的流程图。

图5是对电池内部缺陷自动模式评判的流程图。

图6是对电池内部缺陷人工模式评判的流程图。

图7是尺寸测量的设置方法的流程图。

图8是图像识别的原理图，图中箭头所示为搜索方向。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

图1示出了本发明装置的具体结构，由图1可见，本电池内部缺陷自动检测装置包括控制电脑5、射线控制***和电池自动传送***，所述控制电脑5设有缺陷智能识别***，所述射线控制***与电池自动传送***、缺陷智能识别***分别连接；所述射线控制***和电池自动传送***设置在射线屏蔽室7内。所述射线为X射线。

所述射线控制***包括射线源、射线转换屏1、反射器2、光学镜头3、CCD摄像机和控制电路，所述射线源与控制电路相连接，射线源、电池、射线转换屏1、反射器2、光学镜头3、CCD摄像机按射线路径依次设置，所述控制电脑与CCD摄像机、控制电路分别连接。所述电池自动传送***包括传送装置6和分流机械，所述传送装置6与分流机械相连接，所述传送装置、分流机械分别与控制电路相连接。

如图2所示，所述缺陷智能识别***包括图像输入模块、图像预处理模块、射线源自动调整模块、缺陷定位模块和缺陷识别模块，所述图像输入模块与CCD摄像机相连接，所述射线源自动调整模块、缺陷定位模块、缺陷识别模块分别与控制电路相连接。

所述控制电脑5设置在一控制室4内，控制电脑5通过远程线缆与CCD摄像机、控制电路分别连接。控制电路不仅可以控制传送装置6，还可以控制射线源做相应调整。

如图3所示，所述射线源自动调整模块包括原始直方图计算模块、直方图拉伸模块、对比度参数预设模块、直方图平移模块、亮度参数预设模块、直方图差异计算模块和射线源调整模块，原始直方图计算模块、直方图拉伸模块、直方图平移模块、直方图差异计算模块和射线源调整模块依次相连接，对比度参数预设模块和直方图拉伸模块相连接，亮度参数预设模块和直方图平移模块相连接，原始直方图计算模块与图像预处理模块相连接，射线源调整模块与控制电路相连接。

如图4所示，所述缺陷定位模块包括位置检测模块和尺寸测量模块，所述缺陷识别模块包括比较模块和识别模块，位置检测模块、尺寸测量模块、比较模块和识别模块依次相连接，图像预处理模块与位置检测模块相连接，识别模块与控制电路相连接。

射线源发射射线，穿过放在传送装置6上的被测电池后，被射线转换屏1接收，然后经过反射器2和光学镜头3，传送到CCD摄像机，所成图像通过远程线缆传输到控制电脑5，经过缺陷智能识别***进行图像识别、射线源自动调整，并检测与评判图像，发送相应信号到控制电路以控制传动装置、分流机械进行合格品与非合格品的产品分流，并控制射线源进行自动调整。

如图2所示，缺陷图像智能识别***工作的功能模块图的流程如下：图像输入模块负责接收CCD摄像机传输过来的图像，图像预处理模块进行去噪预处理步骤，并进行图像识别，然后分成两路，并分别输出信号给控制电路。该两路可以描述为：一路是射线源自动调整模块，用于调整射线源的位置，并输出相应的射线调整信号；一路是缺陷定位模块和缺陷识别模块，用于检测并评判电池是否合格，并输出相应信号。

如图3所示，射线源自动调整模块包括下述步骤：

(3-3-1)原始直方图计算模块根据所述步骤(3-2)图像预处理模块输入的图像计算出原始直方图；

(3-3-2)直方图拉伸模块根据对比度参数预设模块中预设的对比度参数对上述原始直方图进行拉伸调整；直方图平移模块根据亮度参数预设模块中预设的亮度参数对上述原始直方图进行平移调整，从而得到新的直方图；

(3-3-3)直方图差异计算模块计算新直方图与原始直方图的差异；

(3-3-4)射线源调整模块根据差异生成相应的射线源调整信号输出给控制电路。

如图4所示，缺陷定位模块和缺陷识别模块进行检测时，包括以下步骤：

(3-4-1)位置检测模块根据图像预处理模块的输入的图像检测电池外壳、正极、负极的位置；

(3-4-2)尺寸测量模块测定从管内壁至各正负极间选定位置的尺寸，以及各负极之间的端头位置与相邻正极选定位置之间的尺寸；

(3-4-3)比较模块比较测定值与预先设定的基准位置；

(3-4-4)识别模块评判合格品和不合格品，并输出相应信号给控制电路。

如图5所示，采用自动模式检测评判的操作过程如下：***在经过开机自检以后，由操作界面输入待检测的电池型号或品种，点击“自动模式”按钮，界面上“评判结果”按钮转为高亮状态，即检测完成后自动显示检测结果。按“开始”按钮进入程序执行状态，并在界面确认已读到对应电池型号的设置参数。在界面的图像显示区内显示所拍摄的电池X射线图像，在图像上标识所检尺寸的位置，并进行尺寸测量和评判，并图示评判过程。评判结果显示区不仅实时显示具体的分项数据与结果，也显示最终的评判结果。

如图6所示，采用人工模式检测评判的操作过程如下：***在经过开机自检以后，由操作界面输入待检测的电池型号或品种，点击“人工模式”按钮，界面上“评判结果”按钮转为不可用状态，即检测完成后不会自动显示检测结果。按“开始”按钮进入程序执行状态，并在界面确认已读到对应电池型号的设置参数。将被测电池移至检测工位。在界面的图像显示区内显示所拍摄的电池X射线图像，如果需要手动调整图像，则可以在软件界面手动调整到满意。通过鼠标手动设置定位栏，并可以用键盘精确输入坐标进行微调。可以手动调整评判基准，然后保存以上所有的参数变更。电脑进行尺寸测量和评判，将数据显示在评判结果区，但不进行最终的评判，而需要操作员做评判。保存评判结果。

如图8所示，所述图像识别包括下述步骤：(A)设置图像边缘的搜索方向；(B)在射线图像所形成的半影区域中，人工设置一阈值，作为图像边缘的定位点。图像识别的原理图可以解释为，首先需要设置边缘的搜索方向，示意图中是从右向左搜索。由于X光源并非理想的点光源，虽然物理尺寸可以做到很小，但仍然会对所成图像的边缘造成模糊，形成半影区，在这个区域中，图像的灰度值会逐渐变化，如示意图所示从100％降低到0％。需要人工设置一个阈值，如取其一半，即50％处为边缘的定位点，如示意图中的黑点所示。

如图7所示，在尺寸测量设置过程中，首先设定ROI(即感兴趣区域)的个数，在我们的算法中限制其最大为10。然后对每个ROI区域手动设置坐标范围和评判阈值，并对每个ROI区域依次编号为1，2，3等。设定测量数，在我们的算法中限制其最大为10，在测量数这么多的点中，可以选择两两一对的点，并进行评判区域编码，设定测量方向与合格品评判范围。结束尺寸测量设置。

实施例2

本实施例除下述特征同实施例1：所述射线为γ射线。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池内部缺陷自动检测装置，其特征在于：包括控制电脑、射线控制***和电池自动传送***，所述控制电脑设有缺陷智能识别***，所述射线控制***与电池自动传送***、缺陷智能识别***分别连接；所述射线控制***和电池自动传送***设置在射线屏蔽室内；所述射线控制***包括控制电路、射线源、射线转换屏、反射器、光学镜头、CCD摄像机，所述射线源与控制电路连接，射线源、电池、射线转换屏、反射器、光学镜头、CCD摄像机按射线路径依次设置，所述控制电脑与CCD摄像机、控制电路分别连接；所述缺陷智能识别***包括图像输入模块、图像预处理模块、射线源自动调整模块、缺陷定位模块和缺陷识别模块，所述图像输入模块与CCD摄像机相连接，所述射线源自动调整模块、缺陷定位模块、缺陷识别模块分别与控制电路相连接；

所述射线源自动调整模块包括原始直方图计算模块、直方图拉伸模块、对比度参数预设模块、直方图平移模块、亮度参数预设模块、直方图差异计算模块和射线源调整模块，所述原始直方图计算模块、直方图拉伸模块、直方图平移模块、直方图差异计算模块和射线源调整模块依次相连接，所述对比度参数预设模块和直方图拉伸模块相连接，所述亮度参数预设模块和直方图平移模块相连接，所述原始直方图计算模块与图像预处理模块相连接，所述射线源调整模块与控制电路相连接；

所述缺陷定位模块包括位置检测模块和尺寸测量模块，所述缺陷识别模块包括比较模块和识别模块，位置检测模块、尺寸测量模块、比较模块和识别模块依次相连接，图像预处理模块与位置检测模块相连接，识别模块与控制电路相连接。

2.根据权利要求1所述的电池内部缺陷自动检测装置，其特征在于：所述控制电脑通过远程线缆与所述CCD摄像机、控制电路分别连接。

3.根据权利要求2所述的电池内部缺陷自动检测装置，其特征在于：所述电池自动传送***包括传送装置和分流机械，所述传送装置与分流机械相连接，且所述传送装置、分流机械与控制电路分别连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电池内部缺陷自动检测装置，其特征在于：所述控制电脑设置在一控制室内，所述射线为X射线或γ射线。

5.一种由权利要求3所述电池内部缺陷自动检测装置实现的电池内部缺陷自动检测方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)射线源发射射线，穿过被测电池；射线转换屏接收射线，经反射器和光学镜头，传送到CCD摄像机；

(2)所成图像通过远程线缆传输到控制电脑；

(3)缺陷智能识别***工作，进行图像识别、射线源自动调整，并检测与评判图像；

(4)缺陷智能识别***发送相应信号到控制电路以控制传送装置、分流机械进行合格品与非合格品的产品分流，并控制射线源进行自动调整。

6.根据权利要求5所述的电池内部缺陷自动检测方法，其特征在于所述步骤(3)中的缺陷智能识别***工作包括下述步骤：

(3-1)图像输入模块接收CCD摄像机传输过来的图像；

(3-2)图像预处理模块进行去噪预处理步骤，并进行图像识别；

(3-3)射线源自动调整模块进行射线源自动调整，并输出相应的射线调整信号；

(3-4)通过缺陷定位模块和缺陷识别模块进行缺陷图像检测与评判，并输出被测电池是否合格的相应信号。

7.根据权利要求6所述的电池内部缺陷自动检测方法，其特征在于：

所述步骤(3-3)的射线源自动调整模块包括以下步骤：

(3-3-1)原始直方图计算模块根据所述步骤(3-2)图像预处理模块输入的图像计算出原始直方图；

(3-3-2)直方图拉伸模块根据对比度参数预设模块中预设的对比度参数对上述原始直方图进行拉伸调整；直方图平移模块根据亮度参数预设模块中预设的亮度参数对上述原始直方图进行平移调整，从而得到新的直方图；

(3-3-3)直方图差异计算模块计算新直方图与原始直方图的差异；

(3-3-4)射线源调整模块根据差异生成相应的射线源调整信号输出给控制电路；

所述步骤(3-4)的缺陷定位模块和缺陷识别模块检测与评判包括以下步骤：

(3-4-1)位置检测模块根据图像预处理模块的输入的图像检测电池外壳、正极、负极的位置；

(3-4-2)尺寸测量模块测定从管内壁至各正负极间选定位置的尺寸，以及各负极之间的端头位置与相邻正极选定位置之间的尺寸；

(3-4-3)比较模块比较测定值与预先设定的基准位置；

(3-4-4)识别模块评判合格品和不合格品，并输出相应信号给控制电路。

8.根据权利要求5所述的电池内部缺陷自动检测方法，其特征在于：所述步骤(3)中的缺陷智能识别***检测包括自动模式、半自动模式和人工模式三种检测模式；

所述自动模式操作步骤包括：选择电池类型；选择自动模式；进入程序执行状态，确认对应电池型号参数；显示电池外尺寸、电池图像，在图像上标识所检位置，并进行尺寸测量和评判；实时显示评判结果，并显示最终结果；

所述人工模式操作步骤包括：选择电池类型；选择人工模式；进入程序执行状态，将被测电池移至检测工位；显示电池图像，调整评判基准，电脑进行尺寸测量和评判，并由操作员做最终评判；

所述尺寸测量的设置方法包括下述步骤：

(a)设定感兴趣区域ROI的个数；

(b)对每个感兴趣区域设置坐标范围和评判阈值，并依次编号评判区域；

(c)设定测量数，测量编号和所测量两点的编号，设定测量方向和合格品评判范围；

步骤(3)所述图像识别包括下述步骤：

(A)设置图像边缘的搜索方向；

(B)在射线图像所形成的半影区域中，人工设置一阈值，作为图像边缘的定位点。

Images