Автор: Дані Хуан, доктор філософії
Генеральний директор і керівник R&D, TOB New Energy
Зв’яжіться з доктором Хуангом на LinkedIn
Резюме та основні висновки
- Нульова відсутність дефектів у виробництві літій-іонних батарей не досягається кращою перевіркою наприкінці лінії. Це досягається шляхом виявлення порожнеч у покритті з роздільною здатністю 0,1 мм, згинів язиків із 0,05 мм і пористості зварного шва з 0,01 мм — для кожного класу дефектів потрібна інша оптика, освітлення та алгоритми на іншій станції. Система контролю — це інструмент процесу, а не ворота якості.
- Порожнечі в покритті та оголена фольга: виявляються камерами лінійного сканування при мінімальному розмірі дефекту 0,1 мм, які працюють на повній швидкості полотна зі стробоскопічним освітленням.
- Згин і зміщення вкладок: виявляється з роздільною здатністю 0,05 мм за допомогою систем площинного або лінійного сканування, що запускаються датчиком положення вкладок.
- Пористість зварних швів і бризки: виявляються в масштабі 0,01 мм за допомогою коаксіального зображення з великим збільшенням, оскільки одна пора розміром 50 мкм може спричинити шлях витоку.
- Точна драбина: камери, які розрізняють усе на 0,01 мм, сповільнюють лінію; інженерне завдання полягає в тому, щоб роздільна здатність кожної станції відповідала найменшому дефекту, який там дійсно має значення.
Точкова дірка в катодному покритті — 0,2 мм у поперечнику, пляма оголеного алюмінію — досягає рулону желе непоміченим. Проходить формування. Проходить скринінг OCV. Проходить класифікацію потужності. Він сідає в транспортний засіб або контейнер, і через вісімнадцять місяців клітина, що народилася з цією діркою, виводить зграю з ладу. Нуль дефектів означає виявлення отвору на станції нанесення покриття на швидкості полотна на кожному квадратному метрі без зупинки лінії.
Контроль CCD – це дисципліна, яка усуває цю прогалину. Це також дисципліна, яка найчастіше вказується неправильно: інженери купують камеру з найвищою роздільною здатністю, яку вони можуть собі дозволити, і вважають, що проблему вирішено. Роздільна здатність без контрасту марна; контраст без правильного освітлення марний; або без логіки класифікації дефектів виробляє стільки помилкових відхилень, що лінія працює на половинній швидкості. Інженерне завдання полягає не в тому, щоб отримати найкращу камеру. Він полягає у відповідності фізики виявлення кожному класу дефекту на кожній станції.
Карта дефектів: що виявляти, де та в якому масштабі
На різних станціях народжуються різні дефекти, і кожен вимагає власного підходу до виявлення. Таблиця нижче є довідковою картою для типового літій-іонного електрода та конвеєра.
| Клас дефекту | Народився при | Розмір цілі виявлення | Станція/тригер | Фізика виявлення |
|---|---|---|---|---|
| Покриття порожнеча/гола фольга | Вихід сушарки для покриття | Більше або дорівнює 0,1 мм | Рядкове сканування повної мережі | Контраст: відбивна здатність металу проти дифузного покриття |
| Смуга товщини покриття | Фільтр для нанесення покриття | ±1% місцева варіація | Лінійне сканування повного полотна + вимір площі | Профіль у відтінках сірого + перехресна рентгенівська перевірка |
| Задирок / нависання на кромках | Розрізання | Більше або дорівнює 0,3 мм | Вихід для різання, полотно зверху + знизу | Двостороннє лінійне сканування, запуск по краю |
| Згин вкладки / пошкодження | Укладання / намотування | Більше або дорівнює 0,05 мм | Після стеку, активується вкладкою | Сканування області структурованого світла або високої роздільної здатності |
| Пористість зварного шва | Зварювання лапок | Більше або дорівнює 0,01 мм (пори) | Станція зварювальна коаксіальна | Коаксіальне зображення + підсвічування |
| Бризки/частинки зварного шва | Зварювання лапок і ковпачків | Більше або дорівнює 0,05 мм | Зварний вихід | Темнопольне підсвічування + рядкове сканування |
| Роздільна складка / розрив | Укладання / вставка | Більше або дорівнює 0,1 мм | Пост-стек | Пропускаюче освітлення |
| Дефект зварного шва кришки | Зварювання верхньої кришки | Більше або дорівнює 0,1 мм | Зварний вихід | Коаксіальний моніторинг + структуроване світло |
Шаблон: дефекти покриття діють на рівні 0,1 мм, дефекти на рівні пластини на рівні 0,05 мм, а пористість шва на рівні 0,01 мм. Сходи роздільної здатності не є довільними. З наслідків несправності випливає: пляма оголеної фольги розміром 0,1 мм є локальним сплеском щільності струму, який прискорює літієве покриття; тріщина язичка 0,05 мм переростає в розрив; пора розміром 0,01 мм у зварювальному шві стає місцем витоку, який пропускає вологу протягом багатьох років.
Станція 1: нанесення покриття та висихання – уловлювання пустот і голої фольги
Нанесення покриття – це місце, де відбувається перевірка найвищої цінності, оскільки полотно з покриттям є найбільшою інвестицією з одного матеріалу на заводі. Пропущений дефект покриття перетворює всю площу електрода на брухт або, що ще гірше, на польовий збій.
Фізика дефекту.Гола фольга – це ділянка, де покриття не прилипло або не осіло. Металева поверхня є дзеркальною та має високу відбивну здатність; покриття дифузне. На зображенні лінійного сканування з косим малокутовим освітленням оголена фольга виглядає як яскрава пляма на тлі темнішого покриття. При коаксіальному дифузному освітленні контраст змінюється або зникає. Тому вибір освітлення є першим рішенням щодо специфікації, а не роздільної здатності камери.
Вимога роздільної здатності.Практична ціль виявлення становить мінімум 0,1 мм. Електроди наносяться на ширину полотна до 1600 мм і швидкість до 80 м/хв. Камера однорядного сканування з роздільною здатністю 0,1 мм на 1600 мм потребує приблизно 16 000 пікселів на лінію; при 80 м/хв, що є швидкістю лінії близько 13 кГц. Кілька камер або датчики інтеграції з затримкою (TDI) є звичайними на цих швидкостях. Інженерна торгівля залежить від кількості камер, потужності освітлення та обчислювальної продуктивності.
Управління помилковими відхиленнями.Лінії для нанесення покриттів виробляють краєві кульки, смуги для покриття та іноді змінюють блиск від висихання. Алгоритми повинні класифікувати це як особливості процесу, а не як дефекти, інакше система перевірки відхилить половину кожного бобіна. Модель класифікації відкалібровано відповідно до конкретного складу покриття та профілю сушіння – система, навчена на NMC, не переходить на LFP без повторного навчання.
Мета 0,1 мм не є консервативною.При 0,1 мм порожнечу можна виявити на швидкості виробництва. Менші дефекти можна виявити на зупиненій лінії, але при 20–80 м/хв оптичний ланцюг, освітлення та обчислювальний ланцюжок повинні розпізнавати 2–3 пікселі на функцію дефекту, щоб надійно спрацьовувати. Нижче 0,1 мм співвідношення сигнал/шум падає нижче практичного виявлення на швидкості. Саме там рентгенівський вимірювач площі бере на себе середнє навантаження, тоді як ПЗЗ обробляє дискретні дефекти.
Станція 2: Обробка вкладок – виявлення згину та зміщення
Згини вкладок — тихі вбивці. Складена вкладка - це подвоєний шар електропровідного металу, запресований між шарами розділювача. Він може витримати укладання, вставлення та навіть формування, а потім створити локалізовану точку нагріву під час циклу. Якість зварного шва на складеному виступі ненадійна, навіть якщо сам зварний шов виглядає прийнятним.
Фізика.Складена вкладка представляє дві металеві поверхні в стопці з видимою лінією згину. Виявлення ґрунтується на двох сигналах: геометричному (вкладка здається коротшою, ніж очікувалося, або її профіль показує сходинку) і візуальному (згин виглядає як висококонтрастна лінія під спрямованим освітленням). Зображення зі структурованим світлом або зональним скануванням високої роздільної здатності фіксує тривимірні зміни; система лінійного сканування фіксує двовимірну складку.
Вимога роздільної здатності.Ціль 0,05 мм. Вкладки невеликі (зазвичай 10–40 мм завширшки), тому поле огляду камери може бути вузьким і високою роздільною здатністю без надмірної кількості камер. Тригер надходить від датчика позиції станції; камера знімає лише за наявності вкладки. Точність спрацьовування має значення: якщо камера спрацьовує на 2 мм раніше або пізніше, вкладка може взагалі не потрапити в кадр.
Типовий режим відмови.Системи бачення, які правильно вказані, але неправильно запускаються. Тригери вкладок потрібно перевіряти під час кожної зміни продукту, при цьому фактичне зображення з першої статті реєструється та переглядається. Система, яка «працювала минулого місяця», може безшумно пропускати вкладки після дрейфу приладу на кілька десятих міліметра.
Станція 3:Лазерне зварювання- Уловлювання пористості 0,01 мм на шві
Контроль зварювання вимагає найвищої роздільної здатності у всій лінії, тому що наслідком пропущеного дефекту є негерметична комірка. Головний зварний шов на призматичній комірці становить приблизно 760 мм безперервного шва; на циліндричній комірці, десятки зварних швів на комірку. Кожен без винятку повинен бути перевірений.
Фізика.Пористість зварного шва виглядає як невеликі темні ямки у відбиваючому металевому полі. Бризки виглядають як підняті або прилиплі частинки біля шва. Обидва мають низький контраст у розсіяному світлі та висококонтрастний у темному полі чи коаксіальному освітленні. Найкращі системи контролю зварних швів поєднують коаксіальне зображення зварювальної ванни з темним полем зображення готового шва після зварювання.
Вимога роздільної здатності.Мішень становить 0,01 мм-10 мкм для виявлення пористості. Це в 10 разів точніше, ніж перевірка електродів, і вимагає або оптики з великим збільшенням із вузьким полем зору, або коаксіального моніторингу зсередини зварювальної головки. При 0,01 мм система перевіряє набагато меншу площу на раму, тому перевірка зварного шва виконується під час руху зварного шва та ініціюється траєкторією зварювання, а не окремим індексом конвеєра.
Обмеження виявлення.Жодна система бачення надійно не виявляє пористість під поверхнею. Повністю закритий зварний шов може приховати внутрішні порожнечі, які можна побачити лише на рентгені або КТ. ПЗС-інспекція є першим фільтром, який швидко вловлює поверхневі та приповерхневі дефекти: рентгенівське або ультразвукове тестування пробує решту. Стратегія нульового дефекту поєднує в собі вбудовану ПЗЗ при 100% перевірці та рентгенівське або КТ на основі вибірки для перевірки процесу.
Прецизійна драбина: відповідність роздільної здатності важливому дефекту
Найпоширенішою помилкою специфікації є вибір однієї роздільної здатності для всієї лінії. Система 0,01 мм, застосована для перевірки електродів, учетверо збільшує кількість камери та обчислювальне навантаження та вдвічі зменшує швидкість лінії. Система 0,1 мм, застосована для перевірки зварних швів, пропускає кожен важливий дефект.
Правильний підхід - точна драбина:
| Станція | Наслідки дефекту | Найменший відповідний дефект | Зазначена резолюція |
|---|---|---|---|
| Покриття / сушка | Локальний сплеск струму, обшивка | 0.1 mm | 0.1 mm |
| Розрізний край | Задирок, прокол сепаратора | 0.3 mm | 0.2 mm |
| Укладання / намотування | Згин вкладки, зміщення | 0.05 mm | 0.05 mm |
| Зварювання лапок | Розрив ланцюга, дрейф опору | бризки 0,05 мм; пористість 0,01 мм | 0,01 мм в зоні зварювання |
| Зварювання ковпаків | Попадання вологи, витік | 0,01 мм пор | 0,01 мм по шву |
| Візуал остаточного складання | Косметичні та грубі дефекти | 0.1 mm | 0.1 mm |
Сходи застосовуються як інженерна кошторис. Система, яка розрізняє 0,01 мм у зварювальному шві, але 0,1 мм на станції покриття, використовує правильну камеру в потрібному місці за правильною ціною. Він також підтримує обчислювальне навантаження в реалістичних межах – система 0,01 мм при повній ширині полотна та повній швидкості генеруватиме дані швидше, ніж будь-який практичний конвеєр обробки.
A проти B: бачення на основі правил проти класифікації ШІ
У перевірці батареї домінують дві філософії алгоритмів.
Перевірка на основі правилвикористовує фіксовані пороги, крапковий аналіз і геометричні вимірювання. Він детермінований, швидкий і його легко перевірити. Він кращий там, де дефекти чітко визначені, а сигнатура дефекту стабільна: отвір — це темна ділянка певної ділянки; складка — це висококонтрастна лінія вище певної довжини. Виходить з ладу при природних варіаціях фактури покриття продукту, коливаннях освітлення, формі країв, схожих на дефекти.
Класифікація ШІвикористовує моделі глибокого навчання, навчені на позначених зображеннях хороших і дефектних регіонів. Він витончено обробляє варіації та адаптується до складних сигнатур дефектів. Він вимагає даних для навчання, продовжує потребувати перенавчання, коли процес змінюється, і є менш прозорим, коли оскаржується відхилення.
| Фактор | Бачення на основі правил | Класифікація ШІ |
|---|---|---|
| Детермінізм | Повністю детермінований | Імовірнісний |
| Перевірка | Прямий | Потрібні тестові набори |
| Найкраще підходить | Порожнечі, складки, груба геометрія | Тонка фактура, складні візерунки |
| Адаптація до нової хімії | Потрібне ручне налаштування порогу | Потрібен набір даних для перепідготовки |
| Частота помилкових відхилень у стабільному процесі | Низький | Низький |
| Частота помилкових відхилень у процесі дрейфу | Різко підвищується | Більш стабільний |
Практична відповідь є гібридною: ШІ для виявлення та класифікації, де сигнатура дефекту є змінною; правила вимірювання та відхилення, коли рішення має бути перевірено. Обидва працюють на одній платформі рядкового сканування.
Інженерна думка:
Кожна система контролю є інструментом процесу, а не воротами якості. Карта дефектів повинна передаватися на станцію, яка створила дефект: кластер порожнеч покриття відслідковує прокладку матриці або імпульс насоса; скупчення згинів язичка свідчать про зміщення напрямної стекання. Якщо дані перевірки зупиняються на «пройшов/не пройшов», дефект виявляється, але процес не виправляється. TOB New Energy об’єднує карти дефектів із параметрами станції, тож команда лінії бачить не лише «дефект на 1342 м», а й «дефект на 1342 м корелює з падінням тиску насоса на 0,2 бар 30 секундами раніше».
Відсутність дефектів – це властивість системи, а не властивість камери
Сама по собі система CCD ніколи не забезпечує нульових дефектів. Повний ланцюг складається з чотирьох частин:
- виявленняіз правильною роздільною здатністю та контрастністю для кожного класу дефектів.
- Класифікаціяякий відокремлює справжні дефекти від варіацій процесу, щоб утримувати низький рівень помилкових відхилень.
- Діяякий відхиляє уражену комірку або ділянку електрода з лінії протягом того самого циклу.
- Зворотній зв'язокякий пов’язує тенденції дефектів з параметрами попереднього процесу на контрольній діаграмі.
Відсутність будь-якої частини залишає лінію з камерами, які генерують дані, які ніхто не використовує. Інвестиції окупаються лише тоді, коли дані перевірки закривають цикл повернення до процесу.
Останнє зауваження щодо приймальних випробувань. Роздільна здатність камери та частота кадрів необхідні, але недостатні для придбання. Специфікація повинна вимагати випробування можливостей: відомі дефекти кожного класу – оголені плями фольги на 0,1 мм, згини на язику на 0,05 мм, зварні пори на 0,01 мм – посаджені у відомих місцях і показники виявлення, виміряні на швидкості виробництва. Система, яка проходить випробування, є системою, а не таблицею даних. Ця повна інспекція — станції для нанесення покриття, вкладки та зварювання на одній платформі зі спільною архітектурою даних — постачається через системи інспекції на батарейках CCD для виявлення дефектів електродів і зварювання, розроблені разом із станціями для нанесення покриття та зварювання, які вони захищають.
Поширені запитання: перевірка ПЗЗ в літій-іонних лініях
Яка роздільна здатність потрібна для перевірки електродів акумулятора?
Мінімальний розмір дефекту 0,1 мм для покриття пустот і оголеної фольги на полотні повної ширини на швидкості виробництва. Менші деталі можуть бути розпізнані на зупиненому полотні, але надійне виявлення при 20–80 м/хв вимагає практичної цілі 0,1 мм.
Чому для перевірки зварювання потрібна роздільна здатність 0,01 мм?
Оскільки пори розміром менше 0,1 мм, що розривають поверхню, у зварному зварному шві ковпачка або виступу стають шляхами витоку протягом терміну служби елемента. Пори 50 мкм не є косметичним дефектом; це ризик герметичності. Це забезпечує перевірку зварних швів на порядок точнішу, ніж перевірка електродів.
Чи може перевірка ПЗС замінити перевірку на витік гелієм?
Ні. CCD швидко вловлює пористість, бризки та дефекти швів. Повністю закриті порожнечі під поверхнею невидимі для оптичного огляду. Обидва вони доповнюють один одного: ПЗС для 100% інспекції зварювання, перевірка витоку гелієм для 100% перевірки герметичності та рентгенівське відбір проб для контролю процесу під поверхнею.
Що спричиняє найбільшу кількість хибних відхилень у системах бачення від батареї?
Нестабільність освітлення та неконтрольовані варіації процесу - зміна блиску покриття, зміщення зон сушіння та тремтіння полотна. Виправлення архітектури освітлення та стабілізація процесу зменшує помилкові відхилення ефективніше, ніж збільшення роздільної здатності камери.
Як часто потрібно перенавчати моделі перевірки?
Кожного разу, коли продукт змінюється: новий склад покриття, геометрія електрода або зварювальний пакет. Порогові значення на основі правил потребують повторної перевірки; Для моделей AI потрібні нові позначені дані. Процедура переходу, яка включає контрольну перевірку, запобігає мовчазному пропуску дефектів системи після зміни формату.
Технічна довідка, складена технологічною групою TOB New Energy на основі розгортання візуального контролю на лініях для нанесення покриттів на електроди, зварювання лапок і ліній складання елементів. Для дослідження класу виявлення дефектів на вашому конкретному електроді та геометрії зварного шва зв’яжіться з доктором Дені Хуангом на LinkedIn або надішліть зразки дефектів до лабораторії зору Сямень.
