CCD системи за проверка в литиево-йонни линии: Постигане на нулеви дефекти

Автор: Dany Huang, Ph.D.

Изпълнителен директор и ръководител на научноизследователска и развойна дейност, TOB New Energy

Свържете се с д-р Хуанг в LinkedIn

Резюме и ключови изводи

• Нулевите дефекти при производството на литиево-йонни не се постигат чрез по-добра инспекция в края на линията. Постига се чрез откриване на кухини в покритието при разделителна способност 0,1 mm, гънки на раздели при 0,05 mm и порьозност на заваръчния шев при 0,01 mm - всеки клас дефект изисква различна оптика, осветление и алгоритми на различна станция. Системата за проверка е инструмент за процес, а не порта за качество.
• Празнини в покритието и голо фолио: открити от камери за линейно сканиране при минимален размер на дефекта от 0,1 mm, работещи на пълна скорост на лентата със стробиращо осветление.
• Прегъване и неподравняване на езичетата: открива се при разделителна способност от 0,05 mm със системи за площно или линейно сканиране, задействани от сензора за позиция на езичета.
• Порьозност на заваръчния шев и разпръскване: открива се при мащаб от 0,01 mm чрез коаксиално изображение с голямо увеличение, тъй като една пора от 50 µm може да създаде път на теч.
• Прецизната стълба: камери, които разрешават всичко на 0,01 mm, забавят линията; инженерната задача е да съпоставим разделителната способност на всяка станция с най-малкия дефект, който всъщност има значение там.

Точкова дупка в катодно покритие - 0,2 мм в диаметър, петно ​​от гол алуминий - достига незабелязано до желето. Преминава образуването. Преминава OCV скрининг. Преминава оценка на капацитета. Той се качва на превозно средство или контейнер и осемнадесет месеца по-късно клетката, която се е родила с тази дупка, изпраща пакета извън експлоатация. Нула дефекти означава улавяне на тази дупка в станцията за нанасяне на покритие, със скорост на лентата, на всеки квадратен метър, без спиране на линията.

CCD инспекцията е дисциплината, която затваря тази празнина. Това е и дисциплината, която най-често се посочва грешно: инженерите купуват камерата с най-висока разделителна способност, която могат да си позволят, и приемат, че проблемът е решен. Разделителната способност без контраст е безполезна; контрастът без правилното осветление е безполезен; и или без логиката за класифициране на дефекти произвежда толкова много фалшиви отхвърляния, че линията работи на половин скорост. Инженерната задача не е „вземете най-добрата камера“. Това е да съпостави физиката на откриване с всеки клас дефект на всяка станция.

Карта на дефектите: какво да се открие, къде и в какъв мащаб

Различни дефекти се раждат на различни станции и всеки изисква свой собствен подход за откриване. Таблицата по-долу е референтна карта за типичен литиево-йонен електрод и поточна линия.

Схемата: дефектите на покритието работят при 0,1 mm, дефектите на ниво раздели при 0,05 mm и порьозността на заваръчния шев при 0,01 mm. Стълбата на разделителната способност не е произволна. Следва от последствието от повреда: петно ​​от голо фолио от 0,1 mm е локален скок на плътност на тока, който ускорява литиево покритие; пукнатина от 0,05 mm прераства в отворена верига; пора от 0,01 mm в заваръчен шев на капачка се превръща в път за теч, който пропуска влага с години.

Станция 1: Нанасяне на покритие и сушене за улавяне на празно и голо фолио

Покритието е мястото, където се извършва проверката с най-висока стойност, тъй като платното с покритие е най-голямата инвестиция от един материал във фабриката. Пропуснат дефект на покритието превръща цяла електродна площ в скрап или, още по-лошо, в повреда на полето.

Физика на дефекта.Голото фолио е област, където покритието не е залепнало или не се е отложило. Металната повърхност е огледална и силно отразяваща; покритието е дифузно. В изображение с линейно сканиране с наклонено осветяване под малък ъгъл голото фолио се появява като светло петно ​​на фона на по-тъмното покритие. При коаксиално дифузно осветление контрастът се обръща или изчезва. Следователно изборът на осветление е първото решение относно спецификацията, а не резолюцията на камерата.

Изискване за резолюция.Практическата цел за откриване е минимум 0,1 mm. Електродите се покриват при ширина на лентата до 1600 mm и скорости до 80 m/min. Камера за едноредово сканиране с разделителна способност 0,1 mm през 1600 mm се нуждае от приблизително 16 000 пиксела на линия; при 80 m/min, което е линейна скорост близо до 13 kHz. Множество камери или сензори за интегриране на времезакъснение (TDI) са често срещани при тези скорости. Инженерната търговия е между броя на камерите, мощността на осветлението и изчислителната производителност.

Управление на фалшиво отхвърляне.Линиите за нанасяне на покритие произвеждат перли по ръбовете, ивици с тежест на покритието и случайни промени в блясъка от изсъхване. Алгоритмите трябва да ги класифицират като характеристики на процеса, а не като дефекти, или системата за проверка ще отхвърли половината от всяка макара. Класификационният модел е калибриран върху тази конкретна формула на покритие и профил на сушене - система, обучена на NMC, не се прехвърля към LFP без повторно обучение.

Целта от 0,1 mm не е консервативна.При 0,1 mm се открива кухина при производствена скорост. По-малки дефекти могат да бъдат открити на спряна линия, но при 20–80 m/min оптичната, осветителната и изчислителната верига трябва да разрешават 2–3 пиксела на функция за дефект, за да се задействат надеждно. Под 0,1 mm съотношението сигнал/шум пада под практическото откриване при скорост. Това е мястото, където рентгеновият ареален габарит поема средното натоварване, докато CCD се справя с дискретни дефекти.

Станция 2: Боравене с раздели - Улавяне на сгъването и несъответствието

Сгъванията на разделите са тихи убийци. Сгънатият етикет е удвоен слой проводящ метал, пресован между разделителните слоеве. Може да оцелее при подреждане, поставяне и дори формиране, след което да създаде локализирана точка на нагряване по време на циклиране. Качеството на заваръчния шев на сгънатия ушит е ненадеждно, дори ако самият шев изглежда приемливо.

Физика.Сгънатият раздел представя две метални повърхности в купчина с видима линия на гънка. Откриването разчита на два сигнала: геометричен (разделът изглежда по-къс от очакваното или профилът му показва стъпка) и визуален (гънката се появява като линия с висок контраст при насочено осветление). Сканиране на изображения със структурирана светлина или с висока разделителна способност улавя 3D промяната; система за линейно сканиране улавя 2D гънките.

Изискване за резолюция.Целта е 0,05 мм. Разделите са малки (обикновено 10–40 mm широки), така че зрителното поле на камерата може да бъде тясно и разделителната способност висока без прекомерен брой камери. Задействането идва от сензора за позиция на езичето на станцията; камерата заснема само когато разделът е наличен. Точността на задействане има значение: ако камерата задейства 2 mm по-рано или късно, езикът може изобщо да не е в кадър.

Често срещан режим на повреда.Визуални системи, които са правилно определени, но неправилно задействани. Задействанията на раздели трябва да се проверяват при всяка промяна на продукта, като действителното изображение от първата статия се записва и преглежда. Система, която „работеше миналия месец“, може тихо да пропусне раздели след дрейф на приспособлението от няколко десети от милиметъра.

Станция 3:Лазерно заваряване-Улавяне на порьозност от 0,01 mm на шева

Проверката на заваряване изисква най-високата разделителна способност в цялата линия, тъй като следствието от пропуснат дефект е нехерметична клетка. Заваръчен шев на призматична клетка е приблизително 760 mm непрекъснат шев; на цилиндрична клетка, десетки заваръчни шевове на клетка. Всеки трябва да бъде инспектиран без изключение.

Физика.Порьозността на заваръчния шев се появява като малки тъмни вдлъбнатини в отразяващо метално поле. Пръските се появяват като повдигнати или полепнали частици близо до шева. И двата са с нисък контраст при дифузна светлина и висок контраст при тъмно поле или коаксиално осветление. Най-добрите системи за проверка на заваръчните шевове комбинират коаксиално изображение на заваръчната вана с изображение в тъмно поле след заваряване на готовия шев.

Изискване за резолюция.Целта е 0,01 mm-10 µm-за откриване на порьозност. Това е 10 пъти по-фино от проверката на електрода и изисква или оптика с голямо увеличение с тясно зрително поле, или коаксиално наблюдение от вътрешността на заваръчната глава. При 0,01 mm системата инспектира много по-малка площ на рамка, поради което проверката на заваръчния шев работи, докато заваръчният шев се движи и се задейства от пътя на заваръчния шев, а не от отделен индекс на конвейера.

Ограничения за откриване.Нито една система за зрение не открива надеждно порьозността под повърхността. Напълно затвореният заваръчен шев може да скрие вътрешни кухини, които могат да се видят само с рентген или компютърна томография. CCD инспекцията е първият филтър, улавящ повърхностни счупвания и близки до повърхността дефекти със скорост: рентгенови или ултразвукови тестове пробват останалите. Стратегията за нулеви дефекти съчетава вграден CCD при 100% инспекция и рентгенови лъчи или CT на базата на вземане на проби за проверка на процеса.

Прецизната стълба: Съвпадение на разделителната способност на дефекта, който има значение

Най-често срещаната грешка в спецификацията е изборът на една резолюция за цялата линия. Система от 0,01 mm, приложена за проверка на електроди, учетворява броя на камерите и изчислителното натоварване и намалява наполовина скоростта на линията. Система от 0,1 mm, приложена за проверка на заваръчните шевове, пропуска всеки дефект, който има значение.

Правилният подход е прецизна стълба:

Стълбата се прилага като инженерен бюджет. Система, която разделя 0,01 mm в заваръчния шев, но 0,1 mm в станцията за нанасяне на покритие, използва правилната камера на точното място на точната цена. Той също така поддържа изчислителното натоварване в реалистични граници - система от 0,01 mm при пълна ширина на мрежата и пълна скорост би генерирала данни по-бързо, отколкото всеки практически конвейер за обработка може да ги консумира.

A срещу B: Базирана на правила визия срещу AI класификация

Две алгоритмични философии доминират при проверката на батерията.

Проверка по правилаизползва фиксирани прагове, анализ на петна и геометрични измервания. Той е детерминистичен, бърз и лесен за валидиране. Той се отличава там, където дефектите са добре дефинирани и сигнатурата на дефекта е стабилна: дупката е тъмен участък от определена област; гънката е линия с висок контраст над определена дължина. Той се проваля, когато естествените вариации в текстурата на покритието на продукта, колебанията в осветлението, формата на ръба наподобяват дефекти.

AI класификацияизползва модели за дълбоко обучение, обучени върху етикетирани изображения на добри и дефектни региони. Той се справя грациозно с вариациите и се адаптира към сложни сигнатури на дефекти. Той изисква данни за обучение, продължава да се нуждае от преквалификация, когато процесът се промени, и е по-малко прозрачен, когато се оспори отказ.

Практическият отговор е хибриден: AI за откриване и класификация, където сигнатурата на дефекта е променлива; правила за измерване и отхвърляне, когато решението трябва да подлежи на проверка. И двете работят на една и съща платформа за линейно сканиране.

Нулевите дефекти са свойство на системата, а не свойство на камерата

Една CCD система сама по себе си никога не осигурява нулеви дефекти. Цялата верига има четири части:

1. Откриванес правилната разделителна способност и контраст за всеки клас дефект.
2. Класификациякойто разделя истинските дефекти от вариациите на процеса, за да поддържа ниски фалшиви отхвърляния.
3. Действиекойто отхвърля засегнатата клетка или електродна секция от линията в рамките на същия цикъл.
4. Обратна връзкакойто свързва тенденциите на дефектите с параметрите на процеса нагоре по веригата на контролна диаграма.

Липсата на която и да е част напуска линията с камери, които генерират данни, които никой не използва. Инвестицията се изплаща само когато данните от проверката затворят цикъла обратно към процеса.

Последна бележка относно изпитването за приемане. Разделителната способност на камерата и кадровата честота са необходими, но не са достатъчни за доставка. Спецификацията трябва да изисква тестване на възможностите: известни дефекти на всеки клас - оголени петна от фолио при 0,1 mm, гънки на езичета при 0,05 mm, заварени пори при 0,01 mm - поставени на известни позиции и нива на откриване, измерени при производствена скорост. Система, която преминава теста, е система, а не лист с данни. Този пълен обхват на инспекция - станции за покритие, лепенка и заваряване на една платформа със споделена архитектура на данни - се доставя чрез батерийни CCD системи за инспекция за откриване на дефекти на електроди и заварки, проектирани заедно със станциите за покритие и заваряване, които защитават.

ЧЗВ: CCD инспекция в литиево-йонни линии

Каква резолюция е необходима за проверка на електродите на батерията?
0,1 mm минимален размер на дефекта за покриване на кухини и голо фолио върху лента с пълна ширина при производствена скорост. По-малките елементи могат да бъдат разрешени на спряла мрежа, но надеждното откриване при 20–80 m/min изисква 0,1 mm като практическа цел.

Защо проверката на заваръчните шевове се нуждае от разделителна способност от 0,01 mm?
Тъй като повърхностните пори под 0,1 mm в заваръчния шев на капачката или тапата се превръщат в пътеки за изтичане през целия живот на клетката. Порите от 50 µm не са козметичен дефект; това е риск от херметичност. Това кара инспекцията на заваръчните шевове с порядък по-фина от инспекцията на електродите.

Може ли CCD проверката да замени проверката за течове с хелий?
Не. CCD улавя бързо порьозност, разпръскване и дефекти по шевовете. Напълно затворените кухини под повърхността са невидими за оптична инспекция. Двете се допълват: CCD за 100% вградена инспекция на заваряване, тест за течове с хелий за 100% проверка на херметичността и рентгеново вземане на проби за контрол на процеса под повърхността.

Какво причинява най-много фалшиви откази в системите за батерийно зрение?
Нестабилност на осветлението и неконтролирани промени в процеса - промени в блясъка на покритието, изместване на зоните на сушене и трептене на лентата. Коригирането на архитектурата на осветяването и стабилизирането на процеса намалява фалшивите отхвърляния по-ефективно, отколкото увеличаването на разделителната способност на камерата.

Колко често трябва да се преквалифицират моделите за проверка?
Всеки път, когато продуктът се промени: нова формула на покритие, геометрия на електрода или заваръчен пакет. Базираните на правила прагове изискват повторно валидиране; AI моделите изискват нови етикетирани данни. Процедура за смяна, която включва валидиране на инспекция, предпазва системата от тихо пропускане на дефекти след промяна на формата.

Техническа справка, съставена от групата за инженеринг на процесите на TOB New Energy от внедряване на визуална инспекция на покритие на електроди, заваряване на пластини и линии за сглобяване на клетки. За проучване за откриване на клас дефекти на вашия специфичен електрод и геометрия на заваръчния шев, свържете се с д-р Дани Хуанг в LinkedIn или изпратете примерни дефекти в лабораторията за зрение на Xiamen.