CN114894821A - 一种X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种X‑Ray过程监督反馈调节闭环控制方法及***，方法包括：获取电芯的阴极与阳极的检测图像；基于检测图像识别并提取每一层的阴极与阳极并筛选出电极特征线；定位最外层电极特征线的阳极端点与阴极端点，并通过阳极端点与阴极端点计算灰度最小值与灰度极差；判断灰度极差是否在预设的规格范围内；若灰度极差在规格范围内则计算Overhang的值，并将Overhang的值与预设规格进行比对，合格则输出为良品，不合适则输出为不良品；若灰度极差不在规格范围内则进行反馈，调节X射线的参数，并重新执行上述所有步骤。通过灰度极差判断X‑Ray过程中端点定位的精准度，通过灰度极差能够进行对X射线的参数调整，精准的测量电芯的Overhang情况。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池检测技术领域，尤其涉及一种X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法及***。
背景技术
锂离子电池作为目前3C类、动力类电池的消费主流，伴随着5G和新能源汽车的兴起，出现新的一个发展潮流，是当前最具有竞争力的二次电池。
锂离子电池的电芯极组在生产过程时，以叠片工艺为例，在电池检测工艺中，需要检测电芯极组中各极片的状态是否符合工艺标准，针对电芯安全模块阴阳极的Overhang、极片的翻折角度的检测尤为重要，是锂离子电池生产的关键工序之一。
目前，对极片采用的X-Ray工艺检测，在电芯封装后对其进行X-Ray检测(即在不损坏电芯的前提下利用X光的透射原理，穿透电芯，根据电芯中的各材料对X光吸收程度的不同，获取电芯清晰的内部结构图像，从而快速检测出电芯内部的瑕疵，以判断电芯是否符合要求)，但是，现有技术中，电芯生产商在此工艺中，都会先利用自动X-ray检测机器进行初步检测，并把未合格的电芯再通过手动调节X-Ray检测机器的X射线的参数进行人工测量和判断，最后再通过目检确认是否为合格，这样的过程存在较多弊端：
(1)X射线的参数调整更多的是依据转型技师的个人经验，导致不同机台甚至同机台不同光管均存在差异；
(2)无法进行实时监控调节，如过程变异后出现过杀误杀(“过杀”指的是在判定一个产品好坏时，判定数据处在临界点，为了保证本工序输出都是好的产品，就把那些既像是好的又像是坏的产品判定为不良品，“误杀”指的是在判定一个产品好坏时，将好的产品判定为不良品)情况无法第一时间介入调整；
(3)无法实现自动闭环功能，容易受不同机台、光管衰减度、电芯涂层等外部因素影响，使检测的可靠性、追溯功能、调试标准等备受争议。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法及***，通过反馈的灰度极差值，能够进行X射线的参数调整，以达到不同机台统一标准的目的，同时设备具备的监督、反馈、调节的闭环控制，可对生产制程过程进行实时监控，如过程产生变异第一时间介入调整。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本申请公开了一种X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法，包括：
获取电芯的阴极与阳极的检测图像；
基于所述检测图像识别并提取每一层的所述阴极与所述阳极；
根据识别并提取出的每一层的所述阴极与所述阳极筛选出电极特征线，其中，所述电极特征线为所述阳极多出所述阴极之外的部分；
定位最外层所述电极特征线的阳极端点与阴极端点，并通过所述阳极端点与所述阴极端点计算灰度最小值与灰度极差；
判断所述灰度极差是否在预设的规格范围内；
若所述灰度极差在所述规格范围内，则计算Overhang的值，并将所述Overhang的值与预设规格进行比对，合格则输出为良品，不合适则输出为不良品；
若所述灰度极差不在所述规格范围内，则进行反馈，调节X射线的参数，并重新执行上述所有步骤。
可选的，获取所述检测图像的具体方式包括：使用所述X射线照射所述阴极与所述阳极，所述阴极与所述阳极吸收所述X射线；经过所述阴极与所述阳极吸收衰减后的所述X射线被所述图形增强器吸收转化为可见光，通过相机得到每一层的所述阴极与所述阳极的所述检测图像。
可选的，使用图像语义分割和识别技术分割所述检测图像中的所述阴极与所述阳极，并对分割后的每一层所述阴极与每一层所述阳极进行识别提取，然后筛选出需要测量的所述电极特征线，最后对所述电极特征线的所述阴极端点与所述阳极端点定位进行测量。
可选的，使用卷积神经网络为所述检测图像中每个像素分配一个初始类别标签，卷积层有效地捕捉所述检测图像中的局部特征后，实现所述阴极与所述阳极分割和识别提取。
可选的，所述灰度最小值的取值距离为在最外层的所述电极特征线上的所述阴极端点到所述阳极端点的距离减去灰度取值避空距离，其中，所述灰度取值避空距离为在最外层的所述电极特征线上所述阴极端点往所述阳极端点方向的一段距离。
可选的，所述灰度取值避空距离为0.2mm。
可选的，所述灰度极差为灰度最大值减去所述灰度最小值；
其中，计算所有层的所述电极特征线上的所述阴极端点到所述阳极端点的距离减去所述灰度取值避空距离得到多个灰度取值距离，将多个灰度取值距离对比，得到最大的灰度取值距离即为所述灰度最大值。
可选的，所述X射线的参数包括管电流、管电压与光管衰减度，通过调节所述管电流、所述管电压与所述光管衰减度控制所述X射线的强度。
第二方面，本申请还公开了一种X-Ray过程监督反馈调节闭环控制***，包括：
图像获取模块，被配置为向电芯发射X射线，获取所述电芯的阴极与阳极的检测图像；
信息提取模块，被配置为分割识别提取所述检测图像中每一层的电极特征线，其中，所述电极特征线为所述阳极多出所述阴极之外的部分；
端点确认模块，被配置为基于所述电极特征线，提取所述电极特征线上的阴极端点与阳极端点；
第一计算模块，被配置为通过所述阴极端点与所述阳极端点计算灰度最小值与灰度极差值；
第一判断模块，被配置为判断所述灰度极差是否在规格范围内，若在，则输出至第二计算模块，若不在，则反馈至所述图像获取模块；
第二计算模块，被配置为通过所述灰度极差值计算Overhang与翻折角度的值；
第二判断模块，被配置为比对所述Overhang与所述翻折角度的值是否在规格范围内，若在，则输出为良品，若不在，则输出为不良品。
可选的，所述图像获取模块包括：
X射线发射模块，被配置为向所述电芯发射X射线；
图像采集模块，被配置对穿过所述电芯的所述X射线投影进行实时采集。
本发明的至少具有如下有益效果：
本申请通过定位最外层电极特征线的阳极端点与阴极端点，并通过阳极端点与阴极端点提取灰度最小值并计算灰度极差，通过灰度极差判断X-Ray过程中定位端点位置的精准度，如果灰度极差不在预设范围内，可以将灰度极差进行反馈，工作人员可以通过反馈的灰度极差数值精准的调节X射线的参数，进而再次对同一电芯进行检测，使不同机台达到统一标准，避免了受不同机台、光管衰减度、电芯涂层等外部因素影响检测的可靠性、追溯功能、调试标准。同时由于通过灰度极差精准的调节X射线的参数，再次进行对同一电芯进行判断，避免了过杀误杀情况的发生。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的X-Ray过程监督反馈调节闭环控制***的结构示意图。
图2为本发明实施例的X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法的步骤流程图。
图3为本发明实施例的X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法的流程示意图。
图4为本发明实施例的电芯在不同管电流与管电压的X射线照射下的灰度极差分布。
图5为本发明实施例的电芯的检测图像。
图6为本发明实施例的阴极与阳极分割的图像。
图7为本发明实施例的阴极与阳极识别提取的图像。
图8为本发明实施例的筛选出的电极特征线的图像。
图9为本发明实施例的端点图像。
图10为本发明实施例的端点定位测量的图像。
图中标记：1-电极特征线；11-阳极端点；12-阴极端点；A-灰度取值避空距离；B-灰度最小值的取值距离。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本申请实施例的X-Ray过程监督反馈调节闭环控制***，包括：
图像获取模块，被配置为向电芯发射X射线，获取电芯的阴极与阳极的检测图像；
信息提取模块，被配置为分割识别提取检测图像中每一层的电极特征线，其中，电极特征线为阳极多出阴极之外的部分；
端点确认模块，被配置为基于电极特征线，提取电极特征线上的阴极端点与阳极端点；
第一计算模块，被配置为通过阴极端点与阳极端点计算灰度最小值与灰度极差值；
第一判断模块，被配置为比对灰度极差是否在规格范围内，若在则输出至第二计算模块，若不在则反馈至图像获取模块；
第二计算模块，被配置为通过灰度极差值计算Overhang与翻折角度的值；
第二判断模块，被配置为比对Overhang与翻折角度的值是否在规格范围内，若在，则输出为良品，若不在，则输出为不良品。
在本申请可选的实施例中，图像获取模块包括：
X射线发射模块，被配置为向电芯发射X射线；
图像采集模块，被配置对穿过电芯的X射线投影进行实时采集。
具体的，X射线发射模块可以选用X射线装置，X射线装置包括X射线管、高压发生器和控制器，通过控制器控制高压发生器进而控制由X射线管发出的X射线强度，其中，控制器为计算机。图像采集模块可以选用X射线像增强器与相机，通过X射线像增强器将X射线转化为可见光，并通过相机将拍照成检测图像。其中、信息提取模块、端点确认模块、第一计算模块、第一判断模块、第二计算模块、第二判断模块均属于计算机。
如图2至图10所示，本实施例的X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法，包括：
获取电芯的阴极与阳极的检测图像；
基于检测图像识别并提取每一层的阴极与阳极；
根据识别并提取出的每一层的阴极与阳极筛选出电极特征线1，其中，电极特征线1为阳极多出阴极之外的部分；
定位最外层电极特征线1的阳极端点11与阴极端点12，并通过阳极端点11与阴极端点12计算灰度最小值与灰度极差；
判断灰度极差是否在预设的规格范围内；
若灰度极差在规格范围内，则计算Overhang的值，并将Overhang的值与预设规格进行比对，合格则输出为良品，不合适则输出为不良品；
若灰度极差不在规格范围内，则进行反馈，调节X射线的参数，并重新执行上述所有步骤。
本申请通过定位最外层电极特征线1的阳极端点11与阴极端点12，并通过阳极端点11与阴极端点12提取灰度最小值并计算灰度极差，通过灰度极差判断X-Ray过程中定位端点位置的精准度，如果灰度极差不在预设范围内，可以将灰度极差进行反馈，工作人员可以通过反馈的灰度极差数值精准的调节X射线的参数，进而再次对同一电芯进行检测，使不同机台达到统一标准，避免了受不同机台、光管衰减度、电芯涂层等外部因素影响检测的可靠性、追溯功能、调试标准。同时由于通过灰度极差精准的调节X射线的参数，再次进行对同一电芯进行判断，避免了过杀误杀情况的发生。
在本申请可选的实施例中，获取检测图像的具体方式包括：使用X射线照射阴极与阳极，阴极与阳极吸收X射线；经过阴极与阳极吸收衰减后的X射线被图形增强器吸收转化为可见光，通过相机得到每一层的阴极与阳极的检测图像。
在上述实施中，由于阳极与阴极的材料不同，因此对X射线管发出的X射线的吸收也不相同，使得到的检测图形中因为阴极的X射线投透量较多，灰度较低，阳极的X射线投透量较少，灰度较高。图形增强器可以选用X射线像增强器，X射线像增强器工作时，由X射线管产生的X射线通过被检测的电芯后打上X射线像增强器的CsI·Na屏上，使屏发出微弱光亮，由于阳极与阴极吸收X射线的能量不同，在CsI·Na屏上就出现与此相应的强度分布不等的微弱光图像。此图像照射到与其紧贴的光电阴极上，激发光电阴极产生密度分布与该图像亮度分布对应的光电子，光电子被聚焦、加速后打到输出屏上，就得到尺寸缩小而亮度增强的可见光图像，可供人眼直接观看或与摄像管耦合。通过使用相机将可见光图像拍摄成检测图像，在使用相机时可以调节相机的曝光度、Gama值与增益度等获得清晰的检测图像。
在本申请可选的实施例中，使用图像语义分割和识别技术分割检测图像中的阴极与阳极，并对分割后的每一层阴极与每一层阳极进行识别提取，然后筛选出需要测量的电极特征线1，最后对电极特征线1的阴极端点12与阳极端点11定位进行测量。
在上述实施例中，通过使用图像语义分割和识别技术，能够准确地将检测图像中的阴极与阳极进行区分，通过对分割后的每一层的阴极与阳极进行识别，并将每一层的阴极与阳极提取出来，进而可以得到阴极的特征线与阳极的特征线，其中阳极特征线超过阴极特征线之外的部分为电极特征线1，将电极特征线1筛选出来，即电极特征线1的一端为阴极端点12，电极特征线1的另一端为阳极端点11，对阴极端点12与阳极端点11的定位与测量阳极端点11与阴极端点12之间的距离。
在本申请可选的实施例中，使用卷积神经网络为检测图像中每个像素分配一个初始类别标签，卷积层有效地捕捉检测图像中的局部特征后，实现阴极与阳极分割和识别提取。
上述实施例中，由于阳极与阴极的材料不同，因此对X射线的吸收也不相同，阴极的X射线投透量较多，灰度较低，阳极的X射线投透量较少，灰度较高；通过对检测图像的灰度分析，可准确判定阳极与阴极的位置，将灰度较高的像素与灰度较低的像素分别分配为阳极与阴极的类别标签，对卷积神经网络经过多次训练后，卷积层有效地捕捉检测图像中的局部特征后，实现阴极与阳极分割和识别提取。通过使用卷积神经网络大幅提高了阴极与阳极的辨识度以及分割细节的精细度。
在本申请可选的实施例中，灰度最小值的取值距离B为在最外层的电极特征线1上的阴极端点12到阳极端点11的距离减去灰度取值避空距离，其中，灰度取值避空距离A为在最外层的电极特征线1上阴极端点12往阳极端点11方向的一段距离。
在上述实施例中，通过在最外层的电极特征线1上阴极端点12往阳极端点11方向取一段灰度取值避空距离A，能够使得Overhang在不超过灰度取值避空距离A时不会影响安全性能，但是会影响电芯的能量密度。
可选的，灰度取值避空距离为0.2mm。在灰度取值避空距离为0.2mm时能够保证电芯的安全不受影响
在本申请可选的实施例中，灰度极差为灰度最大值减去灰度最小值；
其中，计算所有层的电极特征线上的阴极端点到阳极端点的距离减去灰度取值避空距离得到多个灰度取值距离，将多个灰度取值距离对比，得到最大的灰度取值距离即为灰度最大值。
具体的，通过计算灰度极差能够得到本申请中Overhang的离散分布，进而可以通过判断灰度极差得知在X-Ray过程中定位端点位置的精准度，如果灰度极差过大，说明X-Ray过程中定位端点位置精准度底，需要重新调整X射线的参数，重新获取检测图像；如果灰度极差较小，说明X-Ray过程中定位端点位置的精准度高。其中，Overhang的值即为上述各层电极特征线上的阴极端点到阳极端点的距离。
在本申请可选的实施例中，X射线的参数包括管电流、管电压与光管衰减度，通过调节管电流、管电压与光管衰减度控制X射线的强度。相对于现有的参数调整更多的是依据转型技师的个人经验，导致不同机台甚至同机台不同光管均存在差异，本申请能够依据反馈的灰度极差能够精准地调试设备，通过进行数理量化管控以达到不同机台统一标准的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法，其特征在于，包括：
获取电芯的阴极与阳极的检测图像；
基于所述检测图像识别并提取每一层的所述阴极与所述阳极；
根据识别并提取出的每一层的所述阴极与所述阳极筛选出电极特征线，其中，所述电极特征线为所述阳极多出所述阴极之外的部分；
定位最外层所述电极特征线的阳极端点与阴极端点，并通过所述阳极端点与所述阴极端点计算灰度最小值与灰度极差；
判断所述灰度极差是否在预设的规格范围内；
若所述灰度极差在所述规格范围内，则计算Overhang的值，并将所述Overhang的值与预设规格进行比对，合格则输出为良品，不合适则输出为不良品；
若所述灰度极差不在所述规格范围内，则进行反馈，调节X射线的参数，并重新执行上述所有步骤。
2.根据权利要求1所述的X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法，其特征在于，获取所述检测图像的具体方式包括：使用所述X射线照射所述阴极与所述阳极，所述阴极与所述阳极吸收所述X射线；经过所述阴极与所述阳极吸收衰减后的所述X射线被所述图形增强器吸收转化为可见光，通过相机得到每一层的所述阴极与所述阳极的所述检测图像。
3.根据权利要求2所述的X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法，其特征在于，使用图像语义分割和识别技术分割所述检测图像中的所述阴极与所述阳极，并对分割后的每一层所述阴极与每一层所述阳极进行识别提取，然后筛选出需要测量的所述电极特征线，最后对所述电极特征线的所述阴极端点与所述阳极端点定位进行测量。
4.根据权利要求3所述的X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法，其特征在于，使用卷积神经网络为所述检测图像中每个像素分配一个初始类别标签，卷积层有效地捕捉所述检测图像中的局部特征后，实现所述阴极与所述阳极分割和识别提取。
5.根据权利要求4所述的X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法，其特征在于，所述灰度最小值的取值距离为在最外层的所述电极特征线上的所述阴极端点到所述阳极端点的距离减去灰度取值避空距离，其中，所述灰度取值避空距离为在最外层的所述电极特征线上所述阴极端点往所述阳极端点方向的一段距离。
6.根据权利要求5所述的X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法，其特征在于，所述灰度取值避空距离为0.2mm。
7.根据权利要求5所述的X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法，其特征在于，所述灰度极差为灰度最大值减去灰度最小值；
其中，计算所有层的所述电极特征线上的所述阴极端点到所述阳极端点的距离减去所述灰度取值避空距离得到多个灰度取值距离，将多个灰度取值距离对比，得到最大的灰度取值距离即为所述灰度最大值。
8.根据权利要求1所述的X-Ray过程监督反馈调节闭环控制方法，其特征在于，所述X射线的参数包括管电流、管电压与光管衰减度，通过调节所述管电流、所述管电压与所述光管衰减度控制所述X射线的强度。
9.一种X-Ray过程监督反馈调节闭环控制***，其特征在于，包括：
图像获取模块，被配置为向电芯发射X射线，获取所述电芯的阴极与阳极的检测图像；
信息提取模块，被配置为分割识别提取所述检测图像中每一层的电极特征线，其中，所述电极特征线为所述阳极多出所述阴极之外的部分；
端点确认模块，被配置为基于所述电极特征线，提取所述电极特征线上的阴极端点与阳极端点；
第一计算模块，被配置为通过所述阴极端点与所述阳极端点计算灰度最小值与灰度极差值；
第一判断模块，被配置为判断所述灰度极差是否在规格范围内，若在，则输出至第二计算模块，若不在，则反馈至所述图像获取模块；
第二计算模块，被配置为通过所述灰度极差值计算Overhang与翻折角度的值；
第二判断模块，被配置为比对所述Overhang与所述翻折角度的值是否在规格范围内，若在，则输出为良品，若不在，则输出为不良品。
10.根据权利要求9所述的X-Ray过程监督反馈调节闭环控制***，其特征在于，所述图像获取模块包括：
X射线发射模块，被配置为向所述电芯发射X射线；
图像采集模块，被配置对穿过所述电芯的所述X射线投影进行实时采集。
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