电芯外观视觉检测设备及其检测方法与流程

本发明涉及电芯加工领域，尤其是电芯外观视觉检测设备及其检测方法。

背景技术：

近年来，雾霾开始困扰我国多个城市，作为雾霾“中坚力量”的汽车尾气受到全社会的口诛笔伐。新能源汽车能有效解决这一问题，开始受到全社会广泛关注。发展新能源汽车已经成为包括政府、企业、民间在内的全社会共识。

新能源汽车的大力发展使得新能源电池的需求量越来越大，伴随着产量的提升，生产和使用时发生的事故也越来越多。提高新能源电池的合格率是当下生产过程中的重中之重。

在电芯的自动化生产过程中，不可避免会有小部分电芯外观会出现瑕疵，如凹坑、划痕和鼓包等，更有出现零部件漏组装。不仅影响外观，对电芯的生产使用安全也有较大影响。在电芯组装之前必须对电芯外观进行检测，保证电芯外观合格率。

以往电芯外观检测由人肉眼完成，在大批量生产时，人工效率低下影响产量，同时长时间工作后，人易产生疲劳，有可能出现误判。

而随着视觉检测技术的发展，也有越来越多的外观检测采用视觉检测技术；视觉检测就是用机器代替人眼来做测量和判断，具体是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，如cmos和ccd）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作，是用于生产、装配或包装的有价值的机制，它在检测缺陷和防止缺陷产品被配送到消费者的功能方面具有不可估量的价值。

目前的立体零件外观视觉检测设备，一般只用于工件的某一或部分面的检测，而要进行六面检测，往往需要为每个面设置一个摄像模组来进行图像采集，其中，摄像模组是视觉检测设备的主要部件且价格昂贵，其数量越多，设备的成本就越大，因此需要尽量减少摄像模组的数量来满足六个面的图像采集要求。

并且，由于要采集六个面，尤其是需要采集工件的底面图像，就必须要专门的结构来使工件的底面完全显露出来以便摄像模组能够进行图像采集。

同时，要实现流水线式的在线检测，还必须要有专用的工件输送结构来满足图像采集和工件输送的要求，且需要保持高的检测效率。

最后，由于照明是影响机器视觉系统输入的重要因素，它直接影响输入数据的质量和应用效果。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供电芯外观视觉检测设备及其检测方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

电芯外观视觉检测设备，包括

第一拍摄工位，通过一个摄像模组对电芯的底面或顶面进行图像采集；

电芯夹取输送机构，至少用于夹取至少一个电芯并驱动电芯移动经过所述第一拍摄工位的上方或下方；

第二拍摄工位，通过三个摄像模组分两次对电芯的其他五个面进行图像采集；

电芯输送旋转机构，可固定并驱动位于其上的电芯自转以及在第二拍摄工位采集图像后将电芯输送至下料工位。

优选的，所述的电芯外观视觉检测设备，其中：包括第一ccd镜头，所述第一ccd镜头固定于第一支架上，所述第一支架设置于沿y轴方向延伸的第一驱动模组上并由所述第一驱动模组驱动；所述第一支架上高度可调地设置有沿轴方向延伸的连接管，所述连接管上设置有位于所述第一ccd镜头前方的第一光源。

优选的，所述的电芯外观视觉检测设备，其中：所述电芯夹取输送机构中的夹爪具有三个存在高度差的移动位置，且当电芯夹取输送机构中的夹爪位于中间高度或最低高度时，电芯可放置于所述电芯输送旋转机构上。

优选的，所述的电芯外观视觉检测设备，其中：所述电芯夹取输送机构包括第一z轴驱动气缸，所述第一z轴驱动气缸设置于第二支架上，所述第二支架设置于驱动其沿y轴方向往复移动的第一移动机构上，所述第一移动机构架设于驱动其沿x轴方向往复移动的第二移动机构上，所述第一z轴驱动气缸的伸缩轴上设置有第二z轴驱动气缸，所述第二z轴驱动气缸的伸缩轴上设置有安装板，所述安装板上设置有至少一个由夹爪气缸驱动的夹爪。

优选的，所述的电芯外观视觉检测设备，其中：所述第二拍摄工位包括一个顶面摄像模组以及拍摄方向相向的第一侧面摄像模组、第二侧面摄像模组，它们均设置于驱动它们同步沿x轴方向运动的移动机构上，所述顶面摄像模组高于所述第一侧面摄像模组、第二侧面摄像模组且位于它们之间，所述第一侧面摄像模组及第二侧面摄像模组在一个往复运动行程中分两次对一组电芯的四个侧面进行图像采集。

优选的，所述的电芯外观视觉检测设备，其中：所述顶面摄像模组包括第二ccd镜头及位于其下方的第二光源，它们设置于第三支架上且它们之间的间隙可调，且所述第三支架设置于驱动它们沿y轴方向往复移动的移位机构上，所述移位机构设置于所述移动机构的滑动架上。

优选的，所述的电芯外观视觉检测设备，其中：所述第一侧面摄像模组包括第三ccd镜头及位于其前方的第三光源，所述第三ccd镜头及第三光源均设置于第四支架上且它们之间的间隙可调，所述第二侧面摄像模组包括第四ccd镜头及位于其前方的第四光源，所述第四ccd镜头及第四光源均设置于第五支架上且它们之间的间隙可调，所述第三ccd镜头及第四ccd镜头错位设置，且所述第四支架可滑动地设置于沿y轴方向延伸的第二导轨，所述第五支架可滑动地设置于沿y轴方向延伸的第三导轨，所述第四支架和第五支架通过气缸连接。

优选的，所述的电芯外观视觉检测设备，其中：所述电芯输送旋转机构包括一对间隙设置且沿x轴方向延伸的第一导轨及第二驱动模组，所述第一导轨及第二驱动模组上可滑动地架设有由所述第二驱动模组驱动的平台，所述平台上设置有至少一个旋转气缸，所述旋转气缸上设置有第六支架，所述第六支架的顶板上形成有两个对称的缺口且顶板上设置有用于放置电芯的载台，所述载台上设置有吸盘，所述旋转气缸上还设置有用于夹持或释放电芯且可打开180°的气动夹爪，所述气动夹爪夹止时，其卡爪位分别位于一缺口处。

优选的，所述的电芯外观视觉检测设备，其中：所述电芯输送旋转机构为两个，它们之间为互锁控制。

电芯外观视觉检测方法，包括如下步骤：

s1，电芯夹取输送机构上的夹爪抓取一组电芯，并驱动电芯从第一拍摄工位上方经过；

s2，第一ccd镜头及第一光源启动逐一采集电芯的底部图像；

s3，电芯夹取输送机构将经过第一拍摄工位的电芯放置于载台上并通过吸盘固定；

s4，第二拍摄工位中的三个摄像模组移动经过所述载台上的电芯，并逐一采集电芯的顶面图像和相对的两个侧面图像；

s5，气动夹爪启动将位于载台上电芯夹持，旋转气缸驱动位于载台上的电芯自转90°；

s6，调整第一侧面摄像模组和第二侧面摄像模组之间的间距，三个摄像模组反方向移动再次经过所述载台上的电芯，并逐一采集电芯的剩余两个侧面图像；

s7，电芯输送旋转机构驱动电芯移动到下料工位下料后复位。

优选的，所述的电芯外观视觉检测方法，其中：在s7步骤的同时，所述电芯夹取输送机构将另一组经过第一拍摄工位的电芯放置于另一电芯输送旋转机构的载台上并通过吸盘固定；所述三个摄像模组沿y轴方向移动到另一电芯输送旋转机构的对应位置；

s8，重复s4步骤-s7步骤。

优选的，所述的电芯外观视觉检测方法，其中：所述电芯夹取输送机构驱动电芯移动的速度及第二拍摄工位中三个摄像模组的移动速度均小于1875mm/s。

本发明技术方案的优点主要体现在：

1、本发明设计精巧，结构简单，采用四个摄像模组并结合电芯抓取输送机构使电芯悬空经过摄像模组上方及电芯输送旋转机构驱动电芯自转使4个侧面分两次面向两个侧面摄像模组，即可满足电芯六个面的检测要求，省去了部分摄像模组，大大的降低了设备的成本，并且在满足电芯的六面检测的同时，通过输送机构有效的满足了电芯的流水式在线检测，提高了检测效率。

2、电芯夹取输送机构具有三个z轴方向移动位置且同时能够沿x轴、y轴方向移动，充分满足电芯抓取、电芯通过第一拍摄工位上方及电芯放置于两个电芯输送旋转机构之一的要求，是实现六面视觉检测的重要条件。

3、每个摄像模组配置有光源，能够有效的保证图像的采集质量，并且

两个侧面检测模组的ccd镜头及光源错位设置，因此在采集图像时，避免了相互之间的干扰；另外各摄像模组的光源和ccd镜头的间隙可以调整，能够满足不同应用场合的需要，应用更加灵活。

4、第二拍摄工位的三个摄像模组在往复移动的过程中进行电芯的四个侧面及顶面或底面的检测，不存在空行程，因而有利于提高检测效率。

5、设置两组电芯输送旋转机构并且两者交互工作，能够在一组电芯输

送旋转机构输送电芯至下料工位下料时，充分利用下料时间，通过另一种电芯输送旋转机构进行另一组电芯的检测，从而加快了检测节拍，提高了检测效率。

6、控制电芯夹取输送机构和第二拍摄工位中三个摄像模组的移动速度，从而有效保证ccd镜头能够获取到足够数量和质量的照片，从而保证检测的准确性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的第一拍摄工位结构示意图；

图3是本发明的电芯夹取输送机构结构示意图；

图4是本发明的第二拍摄工位结构示意图；

图5、图6是本发明电芯输送旋转机构结构示意图。

具体实施方式

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

本发明揭示了电芯外观视觉检测设备，如附图1所示，包括第一拍摄工位1、电芯夹取输送机构2、第二拍摄工位3以及电芯输送旋转机构4。

其中，所述第一拍摄工位1，通过一个摄像模组对电芯的底面或顶面进

行图像采集，优选为采集电芯的底面图像；具体来说，如附图2所示，所述第一拍摄工位1包括第一ccd镜头11，所述第一ccd镜头11固定于第一支架12上，所述第一支架12架设于沿y轴方向延伸的第一驱动模组13上并由所述第一驱动模组13驱动；所述第一支架12上高度可调地设置有沿z轴方向延伸的连接管14，所述连接管沿z轴方向延伸，且其上开设有若干通孔，所述连接管14上设置有位于所述第一ccd镜头11前方的第一光源15，通过手动调整所述连接管14在所述第一支架12上的位置来调整所述第一光源15和第一ccd镜头11之间的间隙。

而所述电芯夹取输送机构2至少用于夹取至少一个电芯并驱动电芯移

动经过所述第一拍摄工位的上方或下方，并且，所述电芯夹取输送机构2中的夹爪具有三个存在高度差的移动位置，且当电芯位于中间高度或最低高度时，电芯可放置于所述电芯输送旋转机构4上。

详细来说，如附图3所示，所述电芯夹取输送机构2包括第一z轴驱动气缸21，所述第一z轴驱动气缸21设置于第二支架22上，所述第二支架22设置于驱动其沿y轴方向往复移动的第一移动机构23上，所述第一移动机构23包括沿y轴方向延伸的支撑平台231，所述支撑平台231上设置有沿y轴方向延伸的第三驱动模组232及第一导向滑轨233，所述第二支架22可滑动地设置于所述第一导向滑轨233上且通过连接件连接驱动其沿所述导向滑轨233滑动的第三驱动模组232。

所述支撑平台231架设于驱动其沿x轴方向往复移动的第二移动机构24上，所述第二移动机构24包括沿x轴方向延伸且间隙设置的第二导向滑轨241及第四驱动模组242，所述第四驱动模组242驱动所述支撑平台231沿其及所述第二导向滑轨241往复滑动，从而实现电芯的输送。

所述第一z轴驱动气缸21的伸缩轴上设置有第二z轴驱动气缸25，所述第二z轴驱动气缸25的伸缩轴上设置有安装板26，所述安装板26上设置有至少一个由夹爪气缸27驱动的夹爪28，优选所述夹爪28为四个且并排设置。

例如在一优选的实施例中，所述电芯夹取输送机构2从低位的电芯堆叠设备上抓取电芯，对应的，所述第一z轴驱动气缸21、第二z轴驱动气缸25全部伸出；

当输送电芯经过所述第一拍摄工位时，需要带动电芯移动到高位，对应的，所述第一z轴驱动气缸21、第二z轴驱动气缸25全部缩回；

当需要将电芯放置于所述电芯输送旋转机构4时，需要驱动电芯移动到中间高度位置，此时，所述第一z轴驱动气缸21或第二z轴驱动气缸25中的一个伸出，一个缩回。

而在另一优选的实施例中，当待夹取的电芯位于中间高度时，此时对应的所述第一z轴驱动气缸21或第二z轴驱动气缸25中的一个伸出，一个缩回；

当输送电芯经过所述第一拍摄工位时，需要带动电芯移动到高位，对应的，所述第一z轴驱动气缸21、第二z轴驱动气缸25全部缩回；

当需要将电芯放置于所述电芯输送旋转机构4时，需要驱动电芯移动到低位高，此时，所述第一z轴驱动气缸21或第二z轴驱动气缸25全部伸出。

进一步，所述第二拍摄工位3，通过移动三个摄像模组分两次对电芯的其他五个面进行图像采集；

具体的，如附图4所示，所述第二拍摄工位3包括一个顶面摄像模组31以及拍摄方向相向的第一侧面摄像模组32、第二侧面摄像模组33，它们均设置于驱动它们同步沿x轴方向运动的移动机构34上，且所述顶面摄像模组31高于所述第一侧面摄像模组32、第二侧面摄像模组33且位于它们之间，所述第一侧面摄像模组32及第二侧面摄像模组33在一个往复运动行程中分两次对电芯的四个侧面进行图像采集。

进一步来说，所述顶面摄像模组31包括第二ccd镜头311及位于其前方的第二光源312，它们设置于第三支架313上且它们之间的间隙可调，同时，所述第三支架313包括沿x轴方向延伸的横管3131，所述横管3131上高度可调的设置有沿z轴方向延伸的立管3132，所述立管3132的外周位置可调的设置有所述第二ccd镜头311且所述立管3132的末端设置有所述第二光源312，通过调整所述第二ccd镜头311在所述立管3132上的位置即可以调整其与所述第二光源312之间的间隙。

所述横管3131设置于驱动其沿y轴方向往复移动的移位机构314上，所述移位机构314设置于所述移动机构34的滑动架341上，具体的，所述横管3131固定于支撑板3141上，所述支撑板3141通过连接件连接一沿y轴方向伸缩的驱动气缸3142的伸缩轴上，所述驱动气缸3142设置于滑动架341上。

所述移动机构34包括沿x轴方向延伸且间隙设置的滑轨342及驱动模组343，所述滑动架341架设于所述滑轨342和驱动模组343上，并由所述驱动模组343驱动移动。

而所述第一侧面摄像模组32包括第三ccd镜头321及位于其前方的第三光源322，所述第三ccd镜头321及第三光源322均设置于第四支架323上且它们之间的间隙可调，同时，所述第四支架323包括沿z轴方向延伸的第一支管3231，所述第一支管3231上位置可调地设置有沿y轴方向延伸的第二支管3232，所述第二支管3232的一端设置有所述第三光源322，其另一端位置可调的设置有第三支管3233，所述第三支管3233的末端设置所述第三ccd镜头321，所述第一支管3231的顶部连接有第一滑块3234，所述第一滑块3234可滑动地设置于沿y轴方向延伸的第二导轨324且连接气缸35的一端。

所述第二侧面摄像模组33包括与所述第三ccd镜头321错位设置第四ccd镜头331及位于其前方的第四光源332，所述第四ccd镜头331及第四光源332均设置于第五支架333上且它们之间的间隙可调，具体的，所述第五支架333包括沿z轴方向延伸的第一长管3331，所述第一长管3331上位置可调地设置有沿x轴方向延伸的第二长管3332，所述第二长管3332上位置可调地设置有沿y轴方向延伸的第三长管3333，所述第三长管的一端设置有所述第四光源332，其另一端位置可调的地设置有第四长管3334，所述第四长管3334的末端设置有所述第四ccd镜头331；所述第一长管3331的上端连接第二滑块3335，所述第二滑块3335可滑动地设置于沿y轴方向延伸的第三导轨334，且所述第二滑块3335连接所述气缸35的另一端。

更进一步，所述电芯输送旋转机构4，可固定并驱动位于其上的电芯自转以及在第二拍摄工位3采集图像后将电芯输送至下料工位，如附图5所示，所述电芯输送旋转机构4为两个，它们之间为互锁控制，即它们不能同时移动。

详细来说，如附图5、附图6所示，每个所述电芯输送旋转机构4包括一对间隙设置且沿x轴方向延伸的第一导轨41及第二驱动模组42，所述第一导轨41及第二驱动模组42上可滑动地架设有由所述第二驱动模组42驱动的平台43，所述平台43上设置有至少一个旋转气缸44，优选为4个旋转气缸44，从而与所述电芯夹取输送机构2中的夹爪数量相匹配；每个所述旋转气缸44上设置有第六支架45，所述第六支架45的顶板上形成有两个对称的缺口且顶板上设置有用于放置电芯的载台46，所述载台46上设置有吸盘47，所述旋转气缸44上还设置有用于夹持或释放电芯且通过动力气缸49的气动夹爪48，所述气动夹爪48可打开180°，所述气动夹爪48夹止时，其卡爪位分别位于一缺口处，之所以这样设置是由于气动夹爪48在夹持电芯时，会对电芯的侧面产生遮挡，造成采集图像的不完整，影响检测精确性，因此在检测时，先通过吸盘将电芯固定后进行两个面的检测，然后再通过启动夹爪夹持电芯经过检测的两个侧面，这样即能保证电芯旋转时固定的可靠性，又能避免对测量准确性的影响。

同时，所述第一导轨41及第二驱动模组42的两端分别设置有用于限位所述平台43的2个定位缓冲器410。

使用本发明的电芯外观视觉检测设备进行电芯外观检测时，其过程如下：

s1，所述电芯夹取输送机构2上的夹爪28抓取四个电芯，并驱动电芯从第一拍摄工位1上方经过，并且，所述电芯夹取输送机构2驱动电芯移动的速度小于1875mm/s，进一步优选为小于1000mm/s,从而保证一个电芯从第一ccd镜头11经过时，第一ccd镜头11能够采集至少4张底部图像。

s2，所述第一ccd镜头11及第一光源15启动逐一采集电芯的底部图像。

s3，所述电芯夹取输送机构2将经过第一拍摄工位1的四个电芯放置于一个所述电芯输送旋转机构的四个载台46上并通过吸盘47固定，此时，每个电芯两个较大的侧面分别对准第一侧面摄像模组和第二侧面摄像模组。

s4，所述第二拍摄工位3中的三个摄像模组移动经过所述载台46上的电芯，并逐一采集电芯的顶面图像和相对的两个侧面图像，此时优选先采集电芯两个较大的侧面图像，同时，所述三个摄像模组的移动速度均小于1875mm/s，进一步优选为小于1000mm/s,从而保证每个ccd镜头能够采集至少4张图像。

s5，接着每个所述气动夹爪48启动将位于载台46上电芯夹持，所述旋转气缸44启动驱动位于载台46上的电芯自转90°，此时，电芯两个较小的侧面分别对准第一侧面摄像模组和第二侧面摄像模组。

s6，由于电芯较大的侧面之间的距离远远小于较小的两个侧面之间的距离，因此在进行两个较小的侧面检测时，就必须将第一侧面摄像模组32和第二侧面摄像模组33之间的间距调宽，随后再使三个摄像模组反方向移动再次经过所述载台46上的电芯，并逐一采集电芯的剩余两个侧面图像。

s7，电芯输送旋转机构4驱动电芯移动到下料工位下料后复位，并且，在s7步骤的同时，所述电芯夹取输送机构2将另一组经过第一拍摄工位1的电芯放置于另一电芯输送旋转机构4的载台46上并通过吸盘固定；所述三个摄像模组沿y轴方向移动到另一电芯输送旋转机构4的对应位置。

s8，重复s4步骤-s7步骤，由于下料过程中，有另一组设备仍在进行检测，因此避免了其他结构的等待，从而能够大大的提高识别效率。

本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。