CCD tikrinimo sistemos ličio jonų linijose: pasiekti nulio defektų

Autorius: Dany Huang, Ph.D.

„TOB New Energy“ generalinis direktorius ir tyrimų ir plėtros vadovas

Susisiekite su Dr. Huang „LinkedIn“.

Santrauka ir pagrindiniai dalykai

• Nulinių ličio jonų gamybos defektų nepasiekiama geriau tikrinant linijos pabaigoje. Tai pasiekiama aptinkant dangos tuštumas 0,1 mm skiriamąja geba, 0,05 mm skirtukų raukšles ir 0,01 mm suvirinimo poringumą – kiekviena defektų klasė reikalauja skirtingos optikos, apšvietimo ir algoritmų skirtingoje stotyje. Patikrinimo sistema yra proceso įrankis, o ne kokybės vartai.
• Dangos tuštumos ir plika folija: aptiktos linijinio skenavimo kameromis, kurių minimalus defekto dydis yra 0,1 mm, veikiantis visu tinklo greičiu su blykstiniu apšvietimu.
• Skirtuko lankstymas ir nesutapimas: aptikta esant 0,05 mm skyrai, kai srities arba linijos nuskaitymo sistemos suaktyvina skirtuko padėties jutiklį.
• Suvirinimo poringumas ir purslai: aptikta 0,01 mm skalėje naudojant didelio padidinimo koaksialinį vaizdą, nes viena 50 µm pora gali prasiskverbti į nuotėkio kelią.
• Tikslios kopėčios: kameros, kurios viską išsprendžia 0,01 mm, sulėtina liniją; Inžinerinė užduotis yra suderinti kiekvienos stoties skiriamąją gebą su mažiausiu defektu, kuris iš tikrųjų ten svarbus.

Katodinėje dangoje esanti 0,2 mm skersmens skylutė, pliko aliuminio dėmė nepastebimai pasiekia želė ritinį. Jis praeina formavimąsi. Jis praeina OCV patikrinimą. Jis praeina pajėgumų įvertinimą. Jis įlipa į transporto priemonę arba konteinerį, o po aštuoniolikos mėnesių ląstelė, kuri gimė su ta skyle, išsiunčia pakuotę nenaudojant. Nulinis defektas reiškia, kad skylė dengimo stotyje, rulono greičiu, kiekviename kvadratiniame metre, nestabdant linijos.

CCD patikrinimas yra ta disciplina, kuri užpildo šią spragą. Tai taip pat dažniausiai klaidingai nurodyta disciplina: inžinieriai perka aukščiausios raiškos fotoaparatą, kurį gali sau leisti, ir mano, kad problema išspręsta. Rezoliucija be kontrasto yra nenaudinga; kontrastas be tinkamo apšvietimo yra nenaudingas; ir be defektų klasifikavimo logika sukuria tiek klaidingų atmetimų, kad linija važiuoja puse greičiu. Inžinerijos užduotis nėra „gauti geriausią fotoaparatą“. Ji turi suderinti aptikimo fiziką su kiekviena defektų klase kiekvienoje stotyje.

Defektų žemėlapis: ką aptikti, kur ir kokiu mastu

Skirtingose ​​stotyse gimsta skirtingi defektai, ir kiekvienai reikia savo aptikimo metodo. Žemiau esančioje lentelėje pateikiamas tipinio ličio jonų elektrodo ir surinkimo linijos atskaitos žemėlapis.

Raštas: dangos defektai veikia esant 0,1 mm, skirtuko lygio defektai - 0,05 mm, o suvirinimo akytumas - 0,01 mm. Rezoliucijos kopėčios nėra savavališkos. Iš gedimo pasekmės išplaukia: 0,1 mm plikos folijos taškas yra vietinis srovės tankio šuolis, pagreitinantis ličio dengimą; 0,05 mm skirtuko plyšys išauga į atvirą grandinę; 0,01 mm poros dangtelio suvirinimo siūlėje tampa nuotėkio keliu, kuris bėgant metams įleidžia drėgmę.

1 stotis: dengimas ir džiovinimas – tuštumos ir plika folija gaudoma

Dengimas yra ta vieta, kur atliekama didžiausios vertės patikra, nes padengtas ruožas yra didžiausia investicija į gamyklą iš vienos medžiagos. Praleistas dangos defektas paverčia visą elektrodo plotą laužu arba, dar blogiau, į lauko gedimą.

Defekto fizika.Plika folija yra sritis, kurioje danga neprilipo arba nenusėdo. Metalinis paviršius yra veidrodinis ir labai atspindintis; danga yra difuzinė. Linijinio nuskaitymo vaizde su įstrižu žemo kampo apšvietimu plika folija atrodo kaip šviesi dėmė prieš tamsesnę dangą. Esant bendraašiam difuziniam apšvietimui, kontrastas pasikeičia arba išnyksta. Todėl apšvietimo pasirinkimas yra pirmasis sprendimas dėl specifikacijos, o ne fotoaparato skiriamoji geba.

Rezoliucijos reikalavimas.Praktinis aptikimo taikinys yra mažiausiai 0,1 mm. Elektrodai dengiami, kai juostos plotis iki 1600 mm ir greitis iki 80 m/min. Vienos linijos nuskaitymo kamerai, kurios skiriamoji geba yra 0,1 mm per 1 600 mm, reikia maždaug 16 000 pikselių vienoje eilutėje; esant 80 m/min greičiui, tai yra beveik 13 kHz linijos dažnis. Esant tokiam greičiui, įprasta naudoti kelias kameras arba laiko delsos integravimo (TDI) jutiklius. Inžinerijos prekyba yra tarp kamerų skaičiaus, apšvietimo galios ir skaičiavimo pralaidumo.

Klaidingo atmetimo valdymas.Dengimo linijos sukuria kraštų rutuliukus, sluoksnio svorio juosteles ir kartais dėl džiūvimo keičiasi blizgesys. Algoritmai turi juos klasifikuoti kaip proceso ypatybes, o ne kaip defektus, kitaip tikrinimo sistema atmes pusę kiekvienos ritės. Klasifikavimo modelis kalibruojamas pagal tą konkrečią dangos formulę ir džiovinimo profilį – sistema, apmokyta pagal NMC, neperduodama į LFP be pakartotinio mokymo.

0,1 mm taikinys nėra konservatyvus.Esant 0,1 mm, gamybos greičiu aptinkama tuštuma. Mažesni defektai gali būti aptikti sustabdytoje linijoje, tačiau esant 20–80 m/min greičiui, optinė, apšvietimo ir skaičiavimo grandinė turi išspręsti 2–3 pikselius kiekvienai defekto funkcijai, kad ji būtų patikimai suaktyvinta. Žemiau 0,1 mm signalo ir triukšmo santykis yra mažesnis nei praktiškai aptinkamas greičiu. Čia rentgeno spindulių ploto matuoklis perima vidutinę apkrovą, o CCD tvarko atskirus defektus.

2 stotis: skirtukų tvarkymas – užlenkimo ir nesutapimo užfiksavimas

Skirtukų raukšlės yra tylūs žudikai. Sulenktas skirtukas yra dvigubas laidžiojo metalo sluoksnis, įspaustas tarp separatoriaus sluoksnių. Jis gali atlaikyti krovimą, įdėjimą ir net formavimą, o tada važiuojant dviračiu sukuria vietinį šildymo tašką. Suvirinimo kokybė ant sulankstyto skirtuko yra nepatikima, net jei pati suvirinimo siūlė atrodo priimtina.

Fizika.Sulenktame skirtuke yra du metaliniai paviršiai krūvoje su matoma raukšlių linija. Aptikimas priklauso nuo dviejų signalų: geometrinio (skirtukas atrodo trumpesnis, nei tikėtasi, arba jo profilis rodo žingsnį) ir vaizdinį (raukšlė atrodo kaip didelio kontrasto linija, esant kryptiniam apšvietimui). Struktūrinės šviesos arba didelės skiriamosios gebos srities nuskaitymas fiksuoja 3D pokyčius; linijos nuskaitymo sistema užfiksuoja 2D raukšles.

Rezoliucijos reikalavimas.Tikslas yra 0,05 mm. Skirtukai yra maži (paprastai 10–40 mm pločio), todėl fotoaparato matymo laukas gali būti siauras, o skiriamoji geba didelė, be pernelyg didelio kamerų skaičiaus. Trigeris ateina iš stoties skirtuko padėties jutiklio; fotoaparatas fiksuoja tik tada, kai yra skirtukas. Trigerio tikslumas yra svarbus: jei fotoaparatas suveikia 2 mm anksčiau arba vėlai, skirtukas gali išvis nebūti kadre.

Įprastas gedimo režimas.Regėjimo sistemos, kurios yra teisingai nurodytos, bet neteisingai suaktyvintos. Skirtukų aktyvikliai turi būti patvirtinti kiekvieną kartą keičiant produktą, o tikrasis vaizdas iš pirmojo straipsnio registruojamas ir peržiūrimas. Sistema, kuri „veikė praėjusį mėnesį“, gali tyliai praleisti skirtukus po kelių dešimtųjų milimetro dalių nukrypimo.

3 stotis:Lazerinis suvirinimas- Sulaiko 0,01 mm poringumą ties siūle

Suvirinimo patikra reikalauja didžiausios raiškos visoje linijoje, nes praleisto defekto pasekmė – nehermetiška ląstelė. Prizminio elemento gaubtelio suvirinimas yra maždaug 760 mm ištisinės siūlės; ant cilindrinės ląstelės, dešimtys svirtinimo siūlių vienoje ląstelėje. Kiekvienas turi būti patikrintas be išimties.

Fizika.Suvirinimo poringumas atspindinčiame metalo lauke atrodo kaip mažos tamsios duobutės. Purslai atrodo kaip iškilusios arba prilipusios dalelės prie siūlės. Abi yra mažo kontrasto esant išsklaidytai šviesai ir didelio kontrasto tamsaus lauko arba bendraašiam apšvietimui. Geriausios suvirinimo tikrinimo sistemos sujungia koaksialinį suvirinimo baseino vaizdavimą ir baigtos siūlės tamsaus lauko vaizdą po suvirinimo.

Rezoliucijos reikalavimas.Tikslas yra 0,01 mm–10 µm – poringumui aptikti. Tai yra 10 kartų smulkesnė už elektrodų tikrinimą ir reikalauja didelio didinimo optikos su siauru matymo lauku arba bendraašiu stebėjimu iš suvirinimo galvutės. Esant 0,01 mm, sistema apžiūri daug mažesnį plotą vienam rėmui, todėl suvirinimo siūlės tikrinimas vyksta, kol suvirinimo siūlė juda, ir ją suaktyvina suvirinimo kelias, o ne atskiras konvejerio indeksas.

Aptikimo apribojimai.Jokia regėjimo sistema patikimai neaptinka požeminio poringumo. Visiškai uždara suvirinimo siūlė gali paslėpti vidines tuštumas, kurias mato tik rentgeno ar KT. CCD tikrinimas yra pirmasis filtras, greitai užfiksuojantis paviršių lūžtančius ir arti paviršiaus defektus: likusieji paimami rentgeno arba ultragarsu. Nulinio defekto strategija apjungia tiek integruotą CCD esant 100% patikrinimui, tiek rentgeno arba CT mėginių ėmimo pagrindu proceso patikrinimui.

Tikslios kopėčios: raiškos suderinimas su svarbiu defektu

Dažniausia specifikacijos klaida yra vienos raiškos pasirinkimas visai linijai. 0,01 mm sistema, taikoma tikrinant elektrodus, keturis kartus padidina kameros skaičių ir skaičiavimo apkrovą bei sumažina linijos greitį perpus. 0,1 mm sistema, taikoma suvirinimo siūlių tikrinimui, praleidžia visus svarbius defektus.

Teisingas požiūris yra tikslios kopėčios:

Kopėčios taikomos kaip inžinerinis biudžetas. Sistema, kuri išskiria 0,01 mm ties suvirinimo siūle, bet 0,1 mm dengimo stotyje, naudoja tinkamą kamerą tinkamoje vietoje už tinkamą kainą. Be to, skaičiavimo apkrova neviršija realių ribų – 0,01 mm sistema visu tinklo pločiu ir visu greičiu generuotų duomenis greičiau, nei bet kuris praktinis apdorojimo vamzdynas gali juos sunaudoti.

A prieš B: taisyklėmis pagrįsta vizija ir dirbtinio intelekto klasifikacija

Apžiūrint akumuliatorių, dominuoja dvi algoritminės filosofijos.

Taisyklėmis pagrįstas patikrinimasnaudoja fiksuotus slenksčius, dėmių analizę ir geometrinį matavimą. Jis yra deterministinis, greitas ir lengvai patvirtinamas. Jis puikiai tinka ten, kur defektai yra aiškiai apibrėžti, o defekto parašas yra stabilus: skylė yra tamsus tam tikros srities regionas; lenkimas yra didelio kontrasto linija, viršijanti tam tikrą ilgį. Tai nepavyksta, kai natūralus gaminio dangos tekstūros kitimas, apšvietimo svyravimai, krašto forma primena defektus.

AI klasifikacijanaudoja giluminio mokymosi modelius, parengtus remiantis paženklintais gerų ir trūkumų turinčių regionų vaizdais. Jis grakščiai susidoroja su variacijomis ir prisitaiko prie sudėtingų defektų ženklų. Tam reikalingi mokymo duomenys, ir toliau reikia perkvalifikuoti, kai procesas pasikeičia, ir yra mažiau skaidrus, kai užginčijamas atmetimas.

Praktinis atsakymas yra hibridinis: AI aptikimui ir klasifikavimui, kai defekto parašas yra kintamas; matavimo ir atmetimo taisyklės, kai sprendimas turi būti audituojamas. Abu veikia toje pačioje linijos nuskaitymo platformoje.

Nulis defektų yra sistemos, o ne fotoaparato nuosavybė

Vien tik CCD sistema niekada nesukelia jokių defektų. Visą grandinę sudaro keturios dalys:

1. Aptikimastinkama skiriamoji geba ir kontrastas kiekvienai defektų klasei.
2. Klasifikacijakuris atskiria tikruosius defektus nuo proceso variacijų, kad klaidingų atmetimų skaičius būtų mažas.
3. Veiksmaskuris per tą patį ciklą atmeta paveiktą ląstelės ar elektrodo dalį iš linijos.
4. Atsiliepimaikuris sujungia defektų tendencijas su ankstesnio proceso parametrais valdymo diagramoje.

Trūkstant kurios nors dalies, lieka kamera, kuri generuoja duomenis, kurių niekas nenaudoja. Investicijos atsiperka tik tada, kai tikrinimo duomenys uždaro kilpą atgal į procesą.

Paskutinė pastaba apie priėmimo testą. Fotoaparato skiriamoji geba ir kadrų dažnis yra būtini, bet nepakankami pirkimui. Specifikacijoje turėtų būti reikalaujama išbandyti pajėgumus: žinomi kiekvienos klasės plikos folijos dėmių defektai 0,1 mm, ąselės raukšlės 0,05 mm, suvirinimo poros 0,01 mm, įterptos žinomose vietose ir aptikimo greitis, išmatuotas gamybos greičiu. Sistema, kuri išlaiko bandymą, yra sistema, o ne duomenų lapas. Šios visos tikrinimo apimties – padengimo, stulpelio ir suvirinimo stotys vienoje platformoje su bendra duomenų architektūra – tiekiamos per akumuliatoriaus CCD tikrinimo sistemas, skirtas elektrodų ir suvirinimo defektų aptikimui, sukurtas kartu su jų apsaugotomis padengimo ir suvirinimo stotimis.

DUK: CCD patikra ličio jonų linijose

Kokios raiškos reikia norint patikrinti akumuliatoriaus elektrodą?
Mažiausias defekto dydis 0,1 mm, kai dengiamas tuštumas ir plika folija ant viso pločio juostos gamybos greičiu. Mažesnes funkcijas galima išspręsti sustabdytame tinkle, tačiau norint patikimai aptikti esant 20–80 m/min., reikia 0,1 mm kaip praktinio tikslo.

Kodėl suvirinimo tikrinimui reikalinga 0,01 mm skiriamoji geba?
Nes mažiau nei 0,1 mm paviršių lūžtančios poros dangtelio ar sijos suvirinimo siūlėje tampa nuotėkio keliais per visą ląstelės eksploatavimo laiką. 50 µm poros nėra kosmetinis defektas; tai yra hermetiškumo rizika. Dėl to suvirinimo siūlės patikrinimas yra daug tikslesnis nei elektrodų patikrinimas.

Ar CCD patikrinimas gali pakeisti helio nuotėkio bandymą?
Nr. CCD greitai užfiksuoja paviršių lūžtančius poringumus, purslus ir siūlių defektus. Visiškai uždaros požeminės tuštumos yra nematomos optiniam patikrinimui. Jie du papildo vienas kitą: CCD 100 % vidinio suvirinimo patikrinimui, helio nuotėkio bandymas 100 % hermetiškumui patikrinti ir rentgeno mėginių ėmimas požeminiam procesui valdyti.

Kas sukelia daugiausia klaidingų atmetimų akumuliatoriaus regėjimo sistemose?
Apšvietimo nestabilumas ir nekontroliuojami proceso kitimai – dangos blizgesio pokyčiai, džiovinimo zonų poslinkiai ir juostos plazdėjimas. Apšvietimo architektūros taisymas ir proceso stabilizavimas sumažina klaidingų atmetimų skaičių veiksmingiau nei padidinus fotoaparato skiriamąją gebą.

Kaip dažnai reikia permokyti tikrinimo modelius?
Kai produktas keičiasi: nauja dangos formulė, elektrodo geometrija arba suvirinimo siūlių krūva. Taisyklėmis pagrįstus slenksčius reikia patvirtinti iš naujo; AI modeliams reikalingi nauji pažymėti duomenys. Pakeitimo procedūra, apimanti patikros patvirtinimą, neleidžia sistemai tyliai prarasti defektų pakeitus formatą.

Techninė nuoroda, kurią parengė TOB New Energy procesų inžinerijos grupė iš vizualinio patikrinimo panaudojimo elektrodų dengimo, stulpelių suvirinimo ir elementų surinkimo linijose. Norėdami atlikti savo specifinių elektrodų ir suvirinimo siūlių geometrijų defektų klasės aptikimo tyrimą, susisiekite su Dr. Dany Huang „LinkedIn“ arba pateikite defektų mėginius Siameno regėjimo laboratorijai.