CN105674920A - 电池检查装置 - Google Patents

Abstract

提供一种电池检查装置，即使是高容量的堆叠式的电池也能够检查电极板的位置偏移。具有：X射线管(放射线源)；定位单元；移动单元，使电池沿电极板的层叠方向移动；X射线检测器，检测透射电池后的X射线束并作为透射像输出；摄影控制部，对于由所述定位单元定位后的电池，控制移动单元和放射线检测器，使电池沿层叠方向移动，并且在多个移动的位置分别取得对沿电极板的方向上透射后的放射线束进行检测而获得的多个透射像；以及图像合成部，使针对所取得的多个透射像分别提取相互相同的规定的区域而获得的提取透射像相互偏移与移动的位置对应的偏移量后相加，从而进行合成处理并获得合成图像。

Description

电池检查装置

技术领域

本发明涉及对在容器内层状地将正极板(正极的电极板)和负极板(负极的电极板)交替地配置而成的堆叠式的电池的正极板与负极板的位置偏移进行检查的电池检查装置。

背景技术

近年来，因为便携电话等的设备的发达及电动汽车的实用化，锂离子电池、镍氢电池等二次电池的需要扩大。

尤其是，使电解液成为凝胶状的锂离子聚合物电池不易漏液，此外因为能量密度高、能够薄型等的理由而开始普及。锂离子聚合物电池是隔着隔板将平面状的正极板和负极板堆积了若干层而成的构造(以下堆叠式)。

在该锂离子聚合物电池中，正极板比负极板凸出时，在使用期间，有时凸出的正极板上有锂析出而短路并着火。为此，保证正极板和负极板的位置而避免产生偏移对于安全是重要的。该偏移在密封后进行放射线透视可被检查到。

作为这样的进行堆叠式电池的放射线透视的以往的电池检查装置，有专利文献1记载的装置。

图9是对以往的堆叠式电池的放射线透视的检查方法进行表示的示意图。如图9所示，首先，在沿着电池1的正极板11的长边的AA方向上放射出放射线，在X射线检测器5检测透射像。通过对该放射线透射像进行图像处理，按每层判定沿着短边的方向的正极板11与负极板12的位置是否适当。接下来，在沿着电池1的正极板11的短边的BB方向上放射出放射线，同样地，按每层判定沿着长边的方向的正极板11与负极板12的位置是否适当。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-22206号公报

近年，堆叠式的锂离子聚合物电池有高容量化的趋势。通过高容量化，电极板的大小大型化为例如一边为10cm至30cm，由正极板和负极板这一组所形成的层的厚度薄型化为例如0.15mm，层数也增大为例如50(以往为5cm，0.3mm，10层左右)。

为此，在如以往那样进行沿着电极板的一边的方向的透视时，由于一边变长，因此存在电极板的透射像重合而变得不清楚从而无法进行检查的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述课题而做出的，其目的在于，提供即使是高容量的堆叠式的电池也能够检查电极板的位置偏移的电池检查装置。

为了解决上述的问题，技术方案1记载的发明的主旨在于，是一种电池检查装置，对具有形成层的多个四边形的电极板的电池的所述电极板的位置偏移进行检查，所述电池检查装置的特征在于，具有：放射线源；定位单元，以使得所述电极板沿着从所述放射线源放射的放射线束的光轴的方式决定所述电池的位置；移动单元，使所述电池沿所述电极板的层叠方向移动；放射线检测器，检测透射所述电池后的所述放射线束并作为透射像输出；摄影控制部，对于由所述定位单元定位后的所述电池，控制所述移动单元和所述放射线检测器，使所述电池沿层叠方向移动，并且在多个移动的位置分别取得对在所述电极板沿着所述光轴的方向上透射后的放射线束进行检测而获得的多个透射像；以及图像合成部，使针对所取得的所述多个透射像分别提取相互相同的规定的区域而获得的提取透射像相互偏移与所述移动的位置对应的偏移量后相加，从而进行合成处理并获得合成图像。

为了解决上述的问题，技术方案2记载的发明的主旨在于，在所述图像合成部中，偏移与所述移动造成的所述电池在透射像上的移动量相等的所述偏移量后相加。

为了解决上述的问题，技术方案3记载的发明的主旨在于，具有检查处理部，该检查处理部根据由所述图像合成部获得的合成图像来检测所述电极板的相互的位置偏移并判定良否。

为了解决上述的问题，技术方案4记载的发明的主旨在于，具有条件设定部，该条件设定部通过接受在针对由所述定位单元定位后的电池而摄影到的透射像上的位置指定，设定所述规定的区域。

发明效果

根据本发明，即使是高容量的堆叠式的电池也能够检查电极板的位置偏移。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的电池检查装置的构成图。

图2是对电池1的构造进行表示的示意图。

图3是第一实施方式所涉及的合成处理之前的合成条件设定的流程图。

图4是对第一实施方式所涉及的透射像和ROI进行表示的示意图。

图5是对第一实施方式所涉及的透射像上的ROI与电池的位置关系进行表示的示意图。

图6是对第一实施方式所涉及的摄影位置关系进行表示的示意图。

图7是第一实施方式所涉及的摄影及合成处理的流程图。

图8是对第一实施方式所涉及的合成图像和提取透射像进行表示的示意图。

图9是对以往的堆叠式电池的放射线透视的检查方法进行表示的示意图。

图10是对变形例8所涉及的卷绕(jellyroll)式电池的检查方法进行表示的示意图。

符号说明

1···电池

2···X射线管

3···X射线束

4···定位机构，4a···保持架，4b···姿势变更机构，4c···xyz移动机构

5···X射线检测器，5a···检测器输入面

6···数据处理部，6a···显示部，6b···输入部，6c···条件设定部，6d···摄影控制部，6e···图像合成部，6f···检查处理部

7···机构控制部

F···X射线焦点，L···光轴

11···正极板，11a···正极板第一边部分，11b···正极板第二边部分

12···负极板，12a···负极板第一边部分，12b···负极板第二边部分

13···壳体

14···凝胶状电解液

15···正极引线

16···负极引线

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(第一实施方式的构成)

图1是本发明的第一实施方式的电池检查装置的构成图。

电池检查装置是检查电池1的电极板的位置偏移的装置，包括：X射线管(放射线源)2；定位机构(定位单元及移动单元)4，在从X射线管2放射后被检测到的X射线束(放射线束)3之中定位电池1；X射线检测器(放射线检测器)5，检测透射电池1后的X射线束3并作为透射像(透射数据)输出；数据处理部(图像合成部、检查处理部及条件设定部)6，在对透射像的取得合成处理后，检测电极板的位置偏移并判定良否；以及机构控制部(摄影控制部)7，用来自数据处理部的指令控制定位机构。

此外，作为其他的构成具有对X射线管2供给高电压的高压产生器、控制管电压·管电流的X射线控制器、搬送电池1并交接(对应日语：授受する)给定位机构4的电池搬送机构、将判定为不良的电池排除的排除机构、X射线视准仪、X射线切断箱等，但在图1中予以省略。

定位机构4包括：保持电池1的保持架(定位单元)4a、变更保持架4a的姿势的姿势变更机构(定位单元)4b、在使保持架4a的姿势保持不变的状态下沿正交3方向的移动轴移动的xyz移动机构(移动单元)4c。姿势变形机构4b是使保持架4a相对于垂直轴(z轴)旋转的机构。

xyz移动机构4c的z移动轴(升降轴)与X射线束3垂直地交叉。准确地说，z移动轴是与所放射出的线束中的被检测到的X射线束3的中央即X射线光轴L的方向(x轴)垂直的方向。

作为X射线管2，例如使用X射线束3的发散点即X射线焦点F的大小为1μm左右的微聚焦X射线管。

X射线检测器5以二维的分辨率检测X射线，该X射线检测器5例如包括：将X射线像转换为可见光像的X射线II(图像增强管)、摄影该可见光像并输出作为数字数据的透射像的摄像摄像机及控制X射线II和摄像摄像机的检测器控制部等。

机构控制部7用来自数据处理部6的指令控制定位机构4，并且对未图示的电池搬送机构、用于将判定为不良的电池排除的排除机构进行控制，此外还将这些机构的状态发送给数据处理部6。

数据处理部6例如是通常的计算机，包括CPU、存储器、接口、显示部6a、键盘、鼠标等输入部6b等。

数据处理部6向机构控制部7发送指令，控制定位机构4。

此外，数据处理部6对X射线检测器5发送摄影信号而使X射线检测器5进行检测，收集并存储来自X射线检测器5的透射数据，并将透射数据显示于显示部6a。

并且，数据处理部6向未图示的X射线控制部发送X射线条件、X射线照射信号。

数据处理部6具备在透射像上接受ROI(RegionofInterest)(规定的区域)的设定的条件设定部6c(接受单元)、用于连续摄影的摄影控制部6d、将连续摄影而获得的透射数据的ROI部分合成并获得图像的图像合成部6e、及检查处理部6f等，来作为读入软件后由CPU发挥功能的功能块，该检查处理部6f执行电极板的位置偏移检测和判定，按每个电池1进行良否判定，在为不良品的情况下向机构控制部7发送不良品的排除信号作为判定结果。

图2是对电池1的构造进行表示的示意图。图2(a)是俯视图，图2(b)是剖视图，图2(c)是图2(b)的局部放大图。

堆叠式的电池1例如是锂离子聚合物电池，作为电极板而交替地重叠角为直角的四边形且为约100×200mm的彼此为同一形状的正极板11和比该正极板11大数mm的彼此为同一形状的负极板12，正极板11和负极板12这一组形成的层的厚度为约0.2mm，重叠约30层，整体为约6mm的厚度。

在正极板11与负极板12之间有较薄的树脂制的隔板，但在图中予以省略。

电极板(正极板11与负极板12的总称)11、12的整体，被收纳在用铝和聚丙烯多层的层压膜形成的壳体13中，在电极板的间隙中填充有凝胶状电解液14。各正极板11上连接有正极引线15，正极引线15被捆绑成1根并被取出到外部，各负极板12上同样地连接有负极引线16，并同样地被取出到外部。

在第一实施方式中，对于包括构成电池1的电极板11、12各自的第一边(长边)11a、12a这两方的部分，摄影出在沿着该边的方向上对透射后的放射线束进行检测而得到的多个透射像，制作合成图像。并且，对于包含电极板11、12各自的第二边(短边)11b、12b这两方的部分，摄影出在沿着该边的方向上对透射后的放射线束进行检测而得到的多个透射像，制作合成图像。然后，根据合成图像，检查出每一层的电极板11、12间的沿着各边的方向的位置偏移。

(第一实施方式的作用)

参照图3至图8对作用进行说明。

第一实施方式是在

{电极板各自的大小准确，能够无视误差}，

{偏移仅为平行偏移}

的前提下检测多个电极板11、12间的相对的位置偏移。

＜第一边部分的合成条件设定＞

最初，如以下所述，对于包含第一边11a、12a的两方的部分进行图像合成条件的设定、摄影图像合成、判定。

首先，在图像合成处理前，进行图像合成条件的设定。图3是图像合成条件设定的流程图。

在步骤S1，操作者将电池1载置于保持架4a。

参照图1，定位机构用保持架4a沿着水平面(xy平面)保持平板状的电池1，以电极板11、12的面沿着X射线束3(的X射线光轴L)的方式进行定位，并且使保持架4a在水平面内旋转，以电极板11、12的第一边11a、12a沿着X射线束3(的X射线光轴L)的方式进行定位。

操作者进行xyz机构4c的操作输入，使电池1的包含第一边11a、12a的两方的部分收入到透射像视野的中央。并且，在从输入部6b输入摄影指令时，数据处理部6取得X射线检测器5的输出，存储电池1的透射像，并显示于显示部6a。

在步骤S2，如以下那样在透射像上进行ROI(RegionofInterest)(规定的区域)的设定。图4是对第一实施方式所涉及的透射像和ROI进行表示的示意图。

相应于由操作者进行的来自输入部6b的输入，条件设定部6c使矩形的ROI与透射像重叠地显示。操作者设定ROI的大小和位置，以便在透射像上仅将电极板的重叠少的部位收入到ROI内。

即，电池1的电极板的层大致平行，但X射线束3以从X射线焦点F发散的方式扩展，因此电极板不重叠的区域被限定，将该不重叠的区域(即视为X射线束3与电极板11、12的面平行的区域)设定为ROI。

条件设定部6c接受该输入并存储ROI的左上坐标(m_R，n_R)和尺寸(纵向的像素数M₀，横向的像素数N₀)。

在步骤S3，设定摄影的开始位置·结束位置。图5是对透射像上的ROI和电池的位置关系进行表示的示意图。图6是对摄影位置关系进行表示的示意图。操作者在输入部6b输入动态图像显示指令时，数据处理部6取得由X射线检测器5输出的透射像并在显示部6a进行动态图像显示。在该动态图像上重叠显示已设定的ROI。操作者通过一边观察该动态图像一边在输入部6b进行输入，从而使电池1与保持架4a一起上升或下降。此时，在动态图像显示的透射像的画面上，ROI位置不变，但电池1上下移动。操作者在输入部6c进行指定输入，从而在透射像上将与ROI的下端相比电池1的上端变成下方的z位置设定为开始位置Z_S，将与ROI的上端相比电池1的下端变成上方的z位置设定为结束位置Z_E(参照图5(a))。条件设定部6c接受该输入，并存储开始位置Z_S、结束位置Z_E。

图5(a)对在使电池1从开始位置Z_S移动到结束位置Z_E时的透射像上的电池1相对于ROI的移动进行表示。图5(b)是对相反地透射像上的ROI相对于电池的相对的移动进行表示。

在步骤S4，确保合成图像用的存储器区域。对于ROI的尺寸N₀×M₀確保的存储器区域的尺寸设为横向的像素数是N₀，纵向的像素数是M_C，

M_C＝M₀+M_R···(1)。

在此，M_R是将从电池1的开始位置Z_S到结束位置Z_E的移动量投影于检测面5a上并作为透射像上的像素数而求出的，是用式

M_R＝Int{(|Z_E―Z_S|·FDD)÷(dpm·FOD)}+1(2)

计算的。在此，Int是将小数点以下去掉作为整数而计算的，dpm是检测面5a上的z方向1像素尺寸，是常数。FOD(FocustoObjectDistance)是从X射线焦点F到电池的距离，FDD(FocustoDetectorDistance)是从X射线焦点F到检测面5a的距离(参照图6)。

＜第一边部分的摄影和合成＞

接下来，参照图7，对摄影及合成处理的作用进行说明。图7是第一实施方式的摄影及合成处理的流程图。

在步骤S5，在操作者从输入部6b输入摄影指令后，摄影控制部6d在保持(从合成条件设定时)电池1的姿势不变的状态下对z方向的移动进行控制，使电池1从开始位置Z_S到结束位置Z_E沿z方向移动，并在多个移动位置反复进行透射像的取得。通常，在等间隔的移动位置摄影透射像，但也可以不是等间隔。此时，设取得的透射像的总数为K。此外，在取得透射像时，数据处理部6从机构控制部7接收与第k个(k＝0～K－1)透射像P各自的z方向的摄影位置Z(k)，将第k个透射像P和摄影位置Z(k)一并存储。

接下来，针对每个k，实施步骤S6至步骤S8而进行合成处理。

在步骤S6，针对ROI内的全部n、m(n＝0～N0－1，m＝0～M0－1)，通过式

P_R(n，m)＝P(n+n_R，m+m_R)···(3)

从第k个透射像P提取ROI部的透射像(提取透射像)P_R。即，对于所取得的多个透射像，与k无关地提取互相相同的规定的区域(ROI)。

在此，多层的电极板11、12的各层是平行的，即使在层叠方向上移动，平行状态也与移动前没有变化，所以能够对于全部透射像(全部k)，提取电极板的重叠少的区域作为ROI。

在步骤S7，对于第k个提取透射像P_R，用式

Δm(k)＝(Z(k)－Z_S)·FDD÷dpm·FOD(4)

根据摄影位置Z(k)，计算合成图像用存储器上的偏移量Δm(k)(像素单位)。即，通过式(4)计算的偏移量Δm(k)，与由以开始位置Z_S为起点的移动产生的电池在透射像上的移动量相等。

在步骤S8，使提取透射像P_R相对于在步骤S4中确保了存储器的合成图像Q偏移Δm(k)并相加。图8是对合成图像和提取透射像进行表示的示意图。比较图5(a)和图8可知，透射像上的ROI相对于电池的移动量(图5(a))与合成图像上的偏移量(图8)一致，所以合成图像成为电池1的静止透射像。

在此，Δm(k)不是整数，所以加法如以下那样使用一次插补来进行。首先，将Δm(k)的整数部a、小数部b设为式

a＝Int(Δm(k))

b＝Δm(k)―a(5)

进行计算。使用该a、b，对于提取透射像PR的全部(n，m)(n＝0～N₀－1，m＝0～M₀－1)，通过式

Q(n，m+a)＝Q(n，m+a)+(1－b)·P_R(n，m)

Q(n，m+a+1)＝Q(n，m+a+1)+b·P_R(n，m)(6)

，与合成图像Q相加。

此时，用式

R(n，m+a)＝R(n，m+a)+(1－b)

R(n，m+a+1)＝R(n，m+a+1)+b(7)

计算各像素的权重R。

对于取得的透射像的总数K，反复进行步骤S6至S8。

在步骤S9，用式

Q’(n，m)＝Q’(n，m)÷R(n，m)(8)

根据合成图像用存储器Q的数据，计算平均图像Q’。

通过以上的合成处理的流程，针对第一边部分的z方向整体能够获得不存在电极板重叠的合成图像Q’。

＜第一边部分的判定＞

接下来，将合成图像Q’显示于显示部6a。操作者确认在显示部6a上所显示的合成图像Q’，并在输入部6b输入与第一边部分有关的良否判定信息。检查处理部6f存储与所输入的第一边部分有关的良否判定信息。

＜第二边部分的合成条件设定＞

＜第二边部分的摄影和合成＞

＜第二边部分的判定＞

接下来，将电极板的与第一边正交的第二边部分定位为X射线束3(的X射线光轴L)在沿着该边的方向上透射，关于第二边部分，进行与以上同样的条件设定、摄影、合成及判定。

＜综合判定＞

接下来，检查处理部6f确认通过“第一边部分的判定”存储的与第一边部分有关的良否判定信息及通过“第二边部分的判定”存储的与第二边部分有关的良否判定信息，在判定为其中任一个为不良的情况下，对机构控制部7发送不良品的排除信号作为判定结果。并且，机构控制部7通过排除机构将电池1排除。

(第一实施方式的效果)

根据第一实施方式，使电池1沿电极板的层叠方向移动并且在沿着边部的方向对电极板的边部进行透射像摄影，仅使用相对于所摄影到的多个透射像而言电极不重合的规定的区域(ROI)合成图像并获得层叠方向的整体的透射像，所以能够相对于电极板的边部分的整个层获得电极板不重合的清楚的沿着边的透射像，由此，即使在高容量的堆叠式的电池中电极板大且为薄层，也能够检测每层的电极板的位置偏移并进行良否判定。

(第一实施方式的变形)

另外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变形后实施。

(变形例1)

在第一实施方式中，在第一边部分和第二边部分，分别进行合成条件设定，但也可以省略“第二边部分的合成条件设定”，而使用通过“第一边部分的合成条件设定”求出的条件。

在例如长边与短边的长度不怎么变化而使保持架4a旋转了时的电极板面的倾斜足够小的情况下等能够采用该方式。

此外，在第一实施方式中，每当检查，都进行合成条件设定，但也可以是，对于一种电池，对最初的1个进行“第一边部分的合成条件设定”和“第二边部分的合成条件设定”，对以后的电池则省略，使用事先存储的针对最初的1个的各条件仅进行摄影和合成。在一种电池中，电极板11、12、壳体13等的形状的不均少且载置于保持架4a时的电极板面的倾斜状态的不均足够小的情况下等，能够采用该方式。

(变形例2)

在第一实施方式中，使电池上升并进行摄影，但未必为上升方向。

例如，将透射像上的与ROI的上端相比电池1的下端变成上方的z位置设定为开始位置Z_S，将透射像上的与ROI的下端相比电池1的上端成为下方的z位置设定为结束位置Z_E。即，xyz控制部4c摄影沿下降方向在z轴上移动的连续的透射像。

此时的偏移量Δm(k)，用式

Δm(k)＝M_C－M₀－1+(Z(k)－Z_S)·FDD÷dpm·FOD(9)

来计算。

此外，也可以根据开始位置Z_S与结束位置Z_E的大小关系，判断xyz控制部4c的z轴移动方向，并采用适当的偏移量Δm(k)。

(变形例3)

在第一实施方式中，将合成图像用的存储器Q的大小设为(M_C×N₀)，但上侧和下侧的M₀行量是不对电池1摄影的区域，所以能够省去该部分，将存储器Q的大小设为((M_C－2·M₀)×N₀)。

(变形例4)

在第一实施方式中，开始位置Z_S和结束位置Z_E也可以如下方式设定。也可以将在透射像上与ROI的上端相比电池1的上端变成下方(或电池1的上端进入到ROI内)的z位置设定为Z_S，将与ROI的下端相比电池1的下端变成上方(或电池1的上端进入到ROI内)的z位置设定为Z_E。在这样设定的基础上，在下端部，会有少许噪声增多，但从电池的上端(上层)到下端(下层)，能够得到收入了整个层的合成图像。

(变形例5)

在第一实施方式中，在将透射像P与合成图像Q相加时进行插补计算，但也可以对Δm(k)四舍五入求出偏移量，而不进行插补计算。

(变形例6)

在第一实施方式中，也可以将摄影间隔ΔZ设为

ΔZ＝dpm×FOD÷FDD·I(10)，

沿z方向从开始位置Z_S开始一直到超过结束位置Z_E为止，按每个摄影间隔ΔZ摄影透射像。在此，I是自然整数。此情况下，作为合成处理，只要一边偏移I像素量一边累计即可。即，此情况下，偏移量Δm(k)为

Δm(k)＝k·I＝(11)，

Δm(k)为整数，所以不需要插补计算。

进而，作为I，也能够采用ROI的行数M₀。此情况下，合成处理的偏移量Δm(k)是M₀的整数倍，即，

Δm(k)＝k·M₀(12)。

此情况下的合成处理，是以铺满的方式排列提取透射像的处理(平铺(tiling))，是简单的处理。

(变形例7)

在第一实施方式中，在沿着电极板的一边的方向进行摄影，但也能够应用于电池角部的倾斜透视(在沿着电极板面的方向，在角部相交的2个面的任一个面都倾斜的方向的透视)。

对于使用了倾斜透视的检查方法具有日本特开2011－39014号公报。

(变形例8)

在第一实施方式中，将具有形成层的多个四边形的电极板的电池作为摄影对象，但在将正负极板与隔板一起扁平形状地进行了卷绕而成的构造的电池(卷绕式)中，如图10那样着眼于矩形的对象区域，从而视为形成层的多个四边形的电极板，由此也能够应用于卷绕式电池。

Claims (4)

1.一种电池检查装置，对具有形成层的多个四边形的电极板的电池的所述电极板的位置偏移进行检查，所述电池检查装置的特征在于，具有：

放射线源；

定位单元，以使得所述电极板沿着从所述放射线源放射的放射线束的光轴的方式决定所述电池的位置；

移动单元，使所述电池沿所述电极板的层叠方向移动；

放射线检测器，检测透射所述电池后的所述放射线束并作为透射像输出；

摄影控制部，对于由所述定位单元定位后的所述电池，控制所述移动单元和所述放射线检测器，使所述电池沿层叠方向移动，并且在多个移动的位置分别取得对在所述电极板沿着所述光轴的方向上透射后的放射线束进行检测而获得的多个透射像；以及

图像合成部，使针对所取得的所述多个透射像分别提取相互相同的规定的区域而获得的提取透射像相互偏移与所述移动的位置对应的偏移量后相加，从而进行合成处理并获得合成图像。

2.如权利要求1所述的电池检查装置，

所述图像合成部偏移与所述移动造成的所述电池在透射像上的移动量相等的所述偏移量后相加。

3.如权利要求1或2所述的电池检查装置，

具有检查处理部，该检查处理部根据由所述图像合成部获得的合成图像来检测所述电极板的相互的位置偏移并判定良否。

4.如权利要求1至3的任一项所述的电池检查装置，

具有条件设定部，该条件设定部通过接受在针对由所述定位单元定位后的电池而摄影到的透射像上的位置指定，设定所述规定的区域。