論干電池行業(yè)中的視覺(jué)系統(tǒng)的重要性

摘要：隨著科技的發(fā)展，制造業(yè)從最開(kāi)始的純手工，到后來(lái)采用半自動(dòng)、全自動(dòng)設(shè)備。由于生產(chǎn)速度和質(zhì)量要求的不斷提高，人在生產(chǎn)過(guò)程的作用日趨減小，越來(lái)越多的崗位趨于自動(dòng)化、智能化，各類(lèi)控制器、傳感器等電子設(shè)備發(fā)揮的作用越來(lái)越大。

對(duì)于全自動(dòng)高速干電池生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)說(shuō)，視覺(jué)系統(tǒng)就像人的大腦一樣，通過(guò)圖像的采集、圖像的處理、數(shù)據(jù)的分析來(lái)判斷所檢測(cè)的產(chǎn)品質(zhì)量;經(jīng)過(guò)判斷輸出，給可編程控制器發(fā)送信號(hào)，以采取必要的產(chǎn)品篩選措施，最終把控質(zhì)量，提升品質(zhì)，這對(duì)于一個(gè)制造型企業(yè)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。

關(guān)鍵詞：視覺(jué);圖像;特征;顏色

引言：R20干電池作為一種常見(jiàn)的日常消費(fèi)品，它的生產(chǎn)線(xiàn)逐步向著更加自動(dòng)化、更加高速化的方向發(fā)展，封口處密封膠的涂抹質(zhì)量會(huì)直接影響它的產(chǎn)品質(zhì)量，干電池的漏液現(xiàn)象是嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題之一，人工目視是傳統(tǒng)的檢測(cè)方法。

目前，我公司R20干電池生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)速度已經(jīng)從250只/分鐘，升級(jí)至高達(dá)420只/分鐘，人工的目視己經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足高生產(chǎn)效率的檢測(cè)要求。由此可見(jiàn)，研究干電池生產(chǎn)線(xiàn)上的全自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)具有重要意義。

便于更好地把控干電池質(zhì)量，筆者采用了產(chǎn)品是松下PV200 TC2，ImageChecker 圖像檢測(cè)設(shè)備，來(lái)輔助筆者檢測(cè)它的涂膠質(zhì)量。

視覺(jué)系統(tǒng)在干電池行業(yè)的作用非常巨大。自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)干電池封口膠檢測(cè)，使用CMOS圖像傳感器獲得的圖像干電池密封膠區(qū)域，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)來(lái)獲得圖像特征，并提取圖像特征的內(nèi)在和外在膠體邊緣，從而實(shí)現(xiàn)缺陷識(shí)別和膠涂層質(zhì)量評(píng)價(jià)。

在干電池圖像的采集和傳輸，由于光源亮度的變化或照射不均勻，隨機(jī)電磁和其他人為因素干擾CMOS攝像機(jī)模擬轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的量化噪聲的圖像信息，圖像獲取系統(tǒng)將不可避免地受到內(nèi)部和外部的干擾。這樣會(huì)影響拍攝圖像質(zhì)量，干擾圖形數(shù)據(jù)分析。因此，相關(guān)的灰度處理、顏色提取和特征抽出方法是實(shí)現(xiàn)干電池密封膠視覺(jué)檢測(cè)的關(guān)鍵。

廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外干電池生產(chǎn)中的一種環(huán)保、安全的電池密封工藝是封口膠密封。采用的密封膠是一種特殊配方的膠粘劑，具有在室溫下不易凝結(jié)、不易固化等特點(diǎn)。

當(dāng)干電池出現(xiàn)斷線(xiàn)、缺口、鍍層薄等質(zhì)量缺陷時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生密封不良。電池內(nèi)部的電解液容易從閉合的電池中流出，導(dǎo)致兩個(gè)重要的質(zhì)量問(wèn)題，泄漏和慢性短路。對(duì)于這兩個(gè)電池的隱性質(zhì)量缺陷問(wèn)題。常規(guī)檢測(cè)儀器和檢測(cè)方法難以在產(chǎn)品出貨前進(jìn)行檢測(cè)。在質(zhì)量事故發(fā)生的過(guò)程中，經(jīng)常給電池制造商、經(jīng)銷(xiāo)商、終端存儲(chǔ)或用戶(hù)使用和消費(fèi)者帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，其中可能導(dǎo)致大量產(chǎn)品報(bào)廢的連鎖反應(yīng)使電池泄漏在運(yùn)輸或儲(chǔ)存，造成污染和腐蝕電氣設(shè)備。

一、前期準(zhǔn)備工作

筆者采用的是松下PV200產(chǎn)品，來(lái)實(shí)現(xiàn)R20干電池封口膠涂抹質(zhì)量的自動(dòng)檢測(cè)，檢測(cè)的對(duì)象是R20干電池的碳棒黑膠和鋅筒外壁上的紅膠。運(yùn)用CMOS攝像機(jī)、compytar工業(yè)鏡頭及大LED光源組成視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于R20干電池封口區(qū)域的涂膠圖像特征進(jìn)行了分析判斷。其中，CMOS相機(jī)采用 ANPVC5030，像素?cái)?shù)為30萬(wàn)，像素大小為6.0X6.0μm，鏡頭采用compytar 25mm工業(yè)鏡頭，視場(chǎng)為36mmx24mm。實(shí)驗(yàn)獲得干電池中心碳棒周邊涂膠質(zhì)量的典型缺陷。

前期的按工作如圖1所示安裝。

從LED光源、攝像機(jī)的選擇到安裝，以及圖像采集后的參數(shù)設(shè)置，最后的信號(hào)輸出并進(jìn)行的剔除，這其中有碰到一個(gè)難點(diǎn)。

檢測(cè)時(shí)，正常涂膠的電池如圖2所示。

但是，當(dāng)彩色攝像機(jī)是正上方往下拍攝電池頂部，鋅筒外壁口的紅膠通過(guò)顏色抽出還是比較好處理的。如圖3所示，碳棒外沿由于采購(gòu)來(lái)的干電池碳粉上的隔離塑料面碗在沖壓模具工藝的缺陷，中心插碳棒的內(nèi)孔邊緣，存在一定幅度的半圓環(huán)形狀，俯視是一個(gè)圓環(huán)形狀，然后在碳棒無(wú)膠水的情況下，攝像機(jī)采集到的畫(huà)面是中心碳棒邊緣有一個(gè)圓環(huán)，從而影響了圖像處理的結(jié)果;當(dāng)在少膠的情況下，這個(gè)圓環(huán)又起到了不足膠水該有的圓環(huán)形狀，亦影響圖像處理結(jié)果。盡管采取了灰度預(yù)處理或者遮罩的追加等各種措施，誤剔比較頻繁，不能達(dá)到預(yù)期效果。

后來(lái)的研究出的方案是：側(cè)面拍攝法。如圖4、5所示：

從原本的上方檢測(cè)碳棒膠水，添加一組相機(jī)進(jìn)行側(cè)面拍攝檢測(cè)，并保留原本的攝像機(jī)用于檢測(cè)鋅筒外壁口紅膠。然而側(cè)面拍攝，單相機(jī)不管擺放的角度怎么樣都無(wú)法360度全方位的拍攝碳棒膠水，所以采用雙黑白攝像機(jī)兩側(cè)拍攝，以達(dá)到拍攝效果。

二、檢測(cè)過(guò)程

（一）鋅筒外壁口的紅膠檢測(cè)：正上方往下拍攝，拍攝如圖6所示：

干電池封口膠有一定的透光性，當(dāng)封口膠涂抹的膠水溫度過(guò)高，較低的粘稠度使涂抹量變少，膠體顏色灰度容易受到影響，碳棒黑膠的污染也會(huì)使顏色抽出更加難以有效的進(jìn)行。當(dāng)鋅筒口少膠、斷膠、無(wú)膠時(shí)系統(tǒng)出理后進(jìn)行剔除，所以適當(dāng)?shù)臏囟扔绊懲磕z質(zhì)量和檢測(cè)結(jié)果。另外一方面，鋅筒在正極粉入筒后進(jìn)行收口，如果收口處有凹陷褶皺，膠水也無(wú)法涂抹上，也會(huì)進(jìn)行剔除。在檢測(cè)鋅筒外壁口膠水的過(guò)程中，順帶連鋅筒的收口質(zhì)量的檢測(cè)也包括在內(nèi)。

（二）碳棒上黑膠的檢測(cè)：

碳棒的膠水檢測(cè)是以單位面積內(nèi)所檢測(cè)到的白色像素點(diǎn)數(shù)量為依據(jù)判斷膠水的涂抹質(zhì)量。如果當(dāng)碳棒的缺失或破損，白色像素多余設(shè)置的上限時(shí)，說(shuō)明黑膠的涂抹質(zhì)量不佳，存在少涂、漏涂，這樣就需要進(jìn)行剔除。

由于每一根碳棒的插入，都會(huì)存在一定的誤差，這些偏移會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)的錯(cuò)誤。所以我采用的方法是位置補(bǔ)正，依靠智能邊緣線(xiàn)來(lái)尋找X/Y軸，確定坐標(biāo)原點(diǎn)。然而當(dāng)拍攝中，出現(xiàn)不同于圖7的結(jié)果時(shí)，如圖8所示，當(dāng)正極粉過(guò)潮時(shí)，有黑色正極粉溢出塑料復(fù)壓面碗，這些黑色正極粉影響了攝像機(jī)尋找坐標(biāo)原點(diǎn)，當(dāng)坐標(biāo)系存在誤差時(shí)，所檢測(cè)的位置也發(fā)生了偏移，這時(shí)就存在誤檢。所以以這種檢測(cè)的方法亦可以檢測(cè)前道工序正極粉入筒的質(zhì)量。

在實(shí)際工作中會(huì)存在紅膠拉絲的情況，如圖9所示，由于拉絲情況下紅膠纖細(xì)，在白色光源的照射下，黑白攝像機(jī)拍攝的結(jié)果是白色像素線(xiàn)，經(jīng)處理后判定為黑膠涂抹質(zhì)量問(wèn)題，并進(jìn)行了剔除，這里也存在一個(gè)誤檢的情況。解決方法是在檢測(cè)工序前安裝一個(gè)吹起閥將紅膠的拉絲進(jìn)行處理。

三、綜合分析

在最后兩組檢測(cè)系統(tǒng)配合檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)光源的干擾十分嚴(yán)重，各畫(huà)面中都存在反光現(xiàn)象，如果在配置中設(shè)置遮罩追加也許能達(dá)到預(yù)期效果，但是治標(biāo)不治本，所以后來(lái)采用物理隔離的方法，在兩個(gè)光源中間安裝隔離擋板，簡(jiǎn)單有效的解決了問(wèn)題。

正常運(yùn)行中，如果發(fā)現(xiàn)的情況是剔除數(shù)量過(guò)多，那筆者需要考慮的是封口膠涂抹的質(zhì)量問(wèn)題，鋅筒的收口質(zhì)量問(wèn)題，膠水溫度影響的粘稠度問(wèn)題，碳棒的質(zhì)量問(wèn)題或者是受潮正極粉入筒問(wèn)題，在一個(gè)自動(dòng)化設(shè)備中通過(guò)反饋可以發(fā)現(xiàn)很多問(wèn)題，這是一個(gè)很好的自動(dòng)控制原理的變相運(yùn)用。

在整個(gè)過(guò)程中，需要安裝LED光源和CMOS攝像機(jī)，調(diào)節(jié)攝像機(jī)光圈及焦距，設(shè)計(jì)電氣布線(xiàn)，配置視覺(jué)系統(tǒng)的參數(shù)，編寫(xiě)PLC的程序，以及過(guò)程中遇到困難時(shí)提出自己的想法解決方案。

當(dāng)一切有效的進(jìn)行后，最終筆者達(dá)到了一個(gè)目標(biāo)是良品可以剔除，次品必須剔除，消除干擾因素，盡可能的減少良品誤剔的次數(shù)，后來(lái)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果是剔除率低于千分之一。這樣使產(chǎn)品的質(zhì)量有了保障，而且整條生產(chǎn)線(xiàn)的工作效率大大提高，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)和增收雙贏目標(biāo)。

四、結(jié)論：

綜上所述，視覺(jué)檢測(cè)在干電池制造過(guò)程中的作用舉足輕重。在檢測(cè)膠水涂抹質(zhì)量的過(guò)程中，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題是：

（1）可以篩選出鋅筒缺陷

（2）檢查正極粉入筒質(zhì)量

（3）反饋膠水溫度情況

（4）反映碳棒的質(zhì)量

這樣在主要檢測(cè)封口膠的情況下，可以反饋前面工序的產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)于生產(chǎn)型的企業(yè)來(lái)說(shuō)，質(zhì)量往往大于一切，關(guān)乎生存，論干電池行業(yè)中的視覺(jué)系統(tǒng)的重要性不言而喻。

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作者簡(jiǎn)介：

薛佳偉（1990-），男，漢族，浙江嘉興人，本科，單位：嘉興得高電源科技有限公司，研究方向：電氣工程。