靈西機(jī)器人雷宇：視覺檢測(cè)技術(shù)在鋰電表面檢測(cè)領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用
雷宇：大家好，下面由我為大家介紹一下杭州靈西在鋰電行業(yè)視覺應(yīng)用的一些探索，主要還是在3D視覺這一塊，杭州靈西是一家以3D視覺技術(shù)產(chǎn)品和解決方案為主開展業(yè)務(wù)的公司。
為了更好為鋰電行業(yè)在視覺方面提供價(jià)值，我們首先要做的事情是充分貼合行業(yè)，我們要去了解學(xué)習(xí)行業(yè)的視覺需求這一塊的現(xiàn)狀，以及未來的發(fā)展趨勢(shì)。
我們就以鋰電工藝設(shè)備這一塊顆粒度來展開，簡單描述一下視覺在鋰電行業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)狀和機(jī)會(huì)點(diǎn)。主要分為兩塊：電芯、模組和PACK，以電芯這一塊做一個(gè)簡單介紹。
電芯的生產(chǎn)上分三段，第一段是正負(fù)極材料，第二段是裝配，第三段是化成分容。
第一段整個(gè)在粉料系統(tǒng)到膜切，整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化工藝水平很高。第二個(gè)從視覺的角度，視覺的應(yīng)用主要是檢測(cè)和測(cè)量，以2D視覺為主，而且滲透率已經(jīng)很高。中段和前段比有什么樣的差別?主要體現(xiàn)在3D視覺應(yīng)用的開始發(fā)生，比如說焊接，因?yàn)橛许斏w焊，焊縫的檢測(cè)2D來講有一定的局限性，3D視覺檢測(cè)在焊縫這一塊的應(yīng)用就凸顯出來。還有疊片，疊片的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生毛刺，絕緣隔膜厚度在10微米，一旦刺穿之后對(duì)電芯的質(zhì)量有很大的影響，所以在這一塊產(chǎn)生了一個(gè)需求，跟3D相關(guān)，怎么樣能夠非常高精度檢出10微米，這是一個(gè)精度要求。第二個(gè)是速度，疊片機(jī)非常快，在那么短的時(shí)間內(nèi)要去拍攝，通過算法的處理檢出，一個(gè)是精度，一個(gè)是速度，提出了很高的要求。
視覺檢測(cè)技術(shù)在鋰電表面檢測(cè)領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，后段這一塊主要是化成分容，視覺檢測(cè)的需求主要是表面檢測(cè)，視覺檢測(cè)這一塊目前絕大多數(shù)還是人工目檢，在必要檢測(cè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化水平和滲透率并不高。從需求的技術(shù)角度來講這一塊不僅僅是2D、3D，更多要融合所有的視覺檢測(cè)硬件和軟件的技術(shù)，而且它體現(xiàn)出專機(jī)形態(tài)，在前道和中道的時(shí)候以視覺模塊集成在工藝設(shè)備，第三段是完全為視覺服務(wù)的表面檢測(cè)，同時(shí)在最后組盤的時(shí)候會(huì)用到一些人工。
總體來看結(jié)合電芯生產(chǎn)的工藝環(huán)節(jié)，自動(dòng)化水平、視覺滲透率的情況，包括現(xiàn)在視覺解決方案的成熟度是否能夠很好滿足檢測(cè)需求，再結(jié)合杭州靈西自身的特點(diǎn)，我們相對(duì)來說專注在電芯的后段化成分容的檢測(cè)以及部分的定位引導(dǎo)。
第一個(gè)產(chǎn)品電芯的藍(lán)膜檢測(cè)，在包藍(lán)膜機(jī)之后，分檔機(jī)之前，核心目的是做外觀檢，一般來講幾個(gè)核心的指標(biāo)，過殺、漏殺和節(jié)拍，對(duì)于方殼電池來講，關(guān)鍵是漏殺率，為了把最核心的兩個(gè)檢測(cè)指標(biāo)做到，我們要做很重要的工作，第一個(gè)要知道缺陷的類型，在缺陷上要進(jìn)行徹底的研究和了解，第一個(gè)是缺陷的完備性和獨(dú)立性，有哪些缺陷，是一個(gè)全集，而且每一個(gè)要相對(duì)獨(dú)立，為了做這個(gè)事情要根據(jù)缺陷所產(chǎn)生的位置，對(duì)于方殼電芯有6個(gè)面12個(gè)棱，不同的區(qū)域有不同的缺陷類型，有的是通用，有的是個(gè)性化存在的。第三個(gè)要結(jié)合缺陷產(chǎn)生的原因所謂的歸因以及后處理，這一塊不同的缺陷處理方式跟容忍度是不一樣的，主要是兩個(gè)方面。
第一個(gè)是從外觀賣相看起來是不是非常好，沒有瑕疵，這一塊相對(duì)來講還是有一定的容忍度。第二個(gè)方面很重要是安全，如果有一些缺陷直接影響安全，導(dǎo)致安全隱患，是絕對(duì)不能允許的。通過這些維度，我們把缺陷進(jìn)行詳實(shí)的分類。
我們也在產(chǎn)線采了一些樣，實(shí)際發(fā)生不同缺陷的頻率，不是所有的缺陷發(fā)生的頻率都是一樣的，從這一塊我們可以看到，發(fā)生比較多的氣泡、褶皺等等，還有發(fā)現(xiàn)頻率比較小的，膜內(nèi)的異物等等，通過這樣的一個(gè)實(shí)際的采樣我們知道解決的方向第一個(gè)是大量出現(xiàn)的瑕疵要解決掉，否則良率要求達(dá)不到，另外是非常剛性的影響到產(chǎn)品安全性的缺陷是不能放過的，這是我們接下來在視覺方向解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
簡單看一下缺陷的例子，在不同的部位、不同的呈現(xiàn)方式，左邊這邊是方殼電池上有一個(gè)防爆閥防爆閥上面有一個(gè)PP膜，缺陷到底是在防爆閥上還是在PP膜這個(gè)要靠視覺的硬件和算法解決，包括中間莫膜不平整是氣泡還是顆粒，還有包藍(lán)膜的時(shí)候本身有一些工藝有折痕怎么把正常的折痕替掉，同時(shí)又不把區(qū)域一塊產(chǎn)生的瑕疵屏蔽掉。
針對(duì)缺陷的特點(diǎn)我們?cè)谶@個(gè)案例上核心的技術(shù)還是用2.5D，是自研的，好處是將自研的硬件和自身的軟件結(jié)合在一起，更能結(jié)合實(shí)際生活中的缺陷項(xiàng)進(jìn)行相應(yīng)的攻克和解決，我們剛開始做這個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候藍(lán)膜的缺陷項(xiàng)可能30多項(xiàng)，到現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)去做這個(gè)事情的時(shí)候后面通過新增和細(xì)分有50多項(xiàng)，通過資源的技術(shù)的融合能夠比較好的解決。這個(gè)是包藍(lán)膜之前注液之后在注液孔一個(gè)殼身會(huì)有電解液，它的瑕疵的重點(diǎn)和藍(lán)膜就發(fā)生了變化。另外裸殼本身是比較薄的，這個(gè)時(shí)候劃傷劃痕的深度對(duì)安全性顯得異常重要，在這個(gè)裸殼的外觀檢測(cè)上我們不僅用2.5D也引入3D判斷距離的關(guān)系，高度的關(guān)系，更好去對(duì)它特有的瑕疵進(jìn)行識(shí)別。
還有一個(gè)例子，小圓柱1821，核心也是檢測(cè)缺陷項(xiàng)，相對(duì)來說集成度要求、速度要求比較高，200PPM，不光要檢，還要從分選盒里面把電池弄出來，還要去檢測(cè)、掃碼、綁定、裝盒，相對(duì)來設(shè)備的集成度比較高。200PPM要0.5秒檢測(cè)一個(gè)電池，整體的集成化程度包括機(jī)械、電器、視覺系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的要求會(huì)上升很多。
從缺陷角度來講也有一些特點(diǎn)，因?yàn)樗皇卿X殼可能會(huì)生銹，生銹分幾個(gè)階段，第一、第二、第三階段，第三階段就是人眼可見非常明顯的銹斑，第二階段是明顯的放緩，第一階段很難分別是非常淺的泛黃的顏色，如果電池生銹在第一階段往往會(huì)在2-3個(gè)月之后往第二階段、第三階段演進(jìn)，當(dāng)我們出貨的時(shí)候人工目檢覺得還可以，真的到客戶那里，當(dāng)客戶2、3個(gè)月開始用的時(shí)候產(chǎn)生了很明顯的銹斑，這個(gè)事情是很難接受的，所以挑戰(zhàn)就變成怎么在第一階段把生銹這個(gè)事情檢測(cè)出來。我們也是將3D、2D、2.5D進(jìn)行融合加上深度學(xué)習(xí)的算法解決一系列的相應(yīng)檢測(cè)項(xiàng)的要求。
還有一些是在載具上，鋰電池在裝配之后做成成品電芯要放在料框里面，它為了換型可能自身里面會(huì)有一些電片，也包括料框作為載具長時(shí)間使用的情況下它的尺寸會(huì)發(fā)生變化對(duì)機(jī)械臂放這個(gè)東西會(huì)產(chǎn)生磕碰的影響，對(duì)于載具的尺寸和附件的有無要進(jìn)行檢測(cè)。
最后裝盒，不是所有的鋰電池廠都是通過自動(dòng)化設(shè)備，很多還是人在往里面放，這一塊不是檢測(cè)，是3D視覺定位引導(dǎo)的作用，拍到泡沫箱尺寸給到引導(dǎo)機(jī)械臂進(jìn)行裝。
之所以在電芯的后道靈西能做嘗試，我們是以3D視覺的技術(shù)產(chǎn)品和解決方案主線展開的，剛才的解決方案之所以能夠去探索，還是來自于核心的技術(shù)和產(chǎn)品，產(chǎn)品這一塊硬件主要是自研的一系列2D產(chǎn)品、2.5D、3D，左邊兩個(gè)主要適用于檢測(cè)，后面三個(gè)適用定位引導(dǎo)用的，DLP激光的3D顯示。
另外一塊是軟件，光有硬件到應(yīng)用的時(shí)候其實(shí)是會(huì)涉及到算法、控制等一系列的問題，所以我們自研的軟件平臺(tái)主要分四大部分，第一個(gè)是算法，第二個(gè)是深度學(xué)習(xí)，第三個(gè)是機(jī)器人控制，第四個(gè)是檢測(cè)平臺(tái)，結(jié)合剛才四塊的軟件產(chǎn)品結(jié)合之前的硬件系列組成了底層以產(chǎn)品包括技術(shù)的靈西自身的競(jìng)爭力。
這個(gè)是檢測(cè)平臺(tái)的一個(gè)小例子，左邊是檢測(cè)效果和瑕疵的一個(gè)展示，里面可以做很多的切換，中間是對(duì)檢測(cè)缺陷分類統(tǒng)計(jì)以及閉環(huán)將這些數(shù)據(jù)反饋到生產(chǎn)人員，幫助我們?nèi)タ茨扯螘r(shí)間某類下次產(chǎn)生，去對(duì)前序產(chǎn)生瑕疵的工藝設(shè)備進(jìn)行提示。
第三塊是配置頁面，不同的鋰電廠商對(duì)缺陷類型的要求不同，而且同一缺陷能接受的程度范圍不同，我們可以自己配置配方，加或者減缺陷項(xiàng)以及每個(gè)缺陷項(xiàng)高度、面積、長度數(shù)量的配置和定義，相對(duì)來說會(huì)比較方便用于維護(hù)。
關(guān)于視覺集成這一塊主要是在五方面做標(biāo)準(zhǔn)化的工作，本身的設(shè)備根據(jù)產(chǎn)線的情況做一些不同類型，只通型、側(cè)裝型、離線型，第二個(gè)根據(jù)生產(chǎn)使用的方便做友好的設(shè)計(jì)，整個(gè)操作流程更加友好。柔性，包括電芯換型包括缺陷項(xiàng)目本身進(jìn)行重新的配方調(diào)試，同一鋰電廠對(duì)不同的客戶也不一樣，最后是做模塊化標(biāo)準(zhǔn)化的事情，包括交付層面的安裝、調(diào)試，包括更細(xì)的各個(gè)功能塊，核心是為了能夠更方便迭代，更好去快速交付。
在檢測(cè)設(shè)備這一塊，我們還是堅(jiān)持三個(gè)方向持續(xù)工作，第一個(gè)是視覺本身檢出的效果，這一塊會(huì)繼續(xù)打磨，包括硬件系列的迭代，軟件平臺(tái)算法的深化，第二塊做數(shù)據(jù)上的積累和數(shù)據(jù)價(jià)值的挖掘，給到廠商更好去提供一些為前序工藝賦能的洞見。第三塊數(shù)智化將檢出和處理這個(gè)事情融在一起，作很多的檢出之后要做處理，如果檢出加上后處理一塊能解決掉，這個(gè)事情真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)化水平和一致性要求提升很有幫助，我們會(huì)結(jié)合自身力控的技術(shù)做一些后處理，包括電解液擦試包括撕藍(lán)膜的嘗試。
最后介紹一下公司，是一個(gè)創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)，2007年在杭州成立，主要的核心團(tuán)隊(duì)是北大的一幫同學(xué)，有搞技術(shù)、市場(chǎng)、運(yùn)營，主要是這么一幫同學(xué)。作為視覺廠商我們?cè)阡囯娦袠I(yè)有很大的應(yīng)用的空間，提供價(jià)值的機(jī)會(huì)，核心的底層還是把硬件、軟件、通用平臺(tái)做好，去適配更多的行業(yè)。這是融資的一些情況，這個(gè)是我們做過的一些客戶，終端業(yè)主和一些集成商，謝謝大家!
以上為演講速記，內(nèi)容未經(jīng)演講者審閱。
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