基于传送带的锂电池薄膜厚度和表面缺陷检测方法及装置与流程

本发明属于测量控制领域，特别是一种基于光学检测、机械控制、电子信息的在线传送带平台光机电一体化测控教学平台。

背景技术：

传统锂电池薄膜厚度的测量采用诸如人工测量、射线射法和超声波测量而薄膜表面缺陷检测常采用人工视目检测。由于激光传感器和ccd相机属于非接触性测量、体积小，便于集成，对安装环境要求低，不需要安全保护措施，测量精度高且可以在线实时测量，已经成为测量薄膜厚度和表面缺陷检测的主流。锂电池薄膜激光传感器测厚及ccd相机缺陷检测一体化教学平台基于激光传感器三角测量法和ccd数字图像处理原理，在测量锂电池薄膜厚度的同时也可以检测锂电池薄膜表面的缺陷(如孔洞、夹杂等)，应用于在锂电池生产中可以极大的提高行业技术和生产效率，同时也可推动和促进如钢材、布匹、太阳能电池硅片、包装和极片等相关领域的在线检测水平。

现已递交的在线测厚教学平台中也有各种缺陷，如中国发明专利申请公布号cn104655031a，申请公布日为2015年5月27日，发明专利名称为：光机电在线测控教学创新实验平台，中国发明专利申请公布号cn104658364a，申请公布日为2015年5月27日，发明专利名称为：光机电在线测控教学创新实验方法该两个申请案的测控方法，同样包括激光传感器c型扫描检测机构，但这种方法仅能测量移动平台上十字槽部分的锂电池薄膜，如需测量其他部分还需手动移动电池薄膜。该方法智能化程度低，且由于锂电池薄膜质量较轻，易被外界环境干扰，进而产生厚度偏移，影响测量精度。

近年来，随着光电研究和光电业的逐渐兴起，对于光电相关专业课程诸如信号分析与处理、工程光学、误差理论与数据处理、控制工程、传感器原理与应用、机电检测技术、计算机(3)控制技术、测控仪器技术、光电测试技术、自动检测技术、光电显示技术和机器视觉技术等理论的学习，由于理论复杂、实践性强、有限的实践时间和单一的实践平台，使学生缺乏感性认识，难以理解讲授的理论知识，不能从整体上融合上述专业知识。鉴于上述原因，结合为企业锂电池薄膜生产线所开发的测控设备，开发了基于传送带平台的激光传感器测厚及ccd相机缺陷检测一体化教学平台，用于提高教学质量和培养创新型人才。

技术实现要素：

1、发明目的。

本发明提出一种基于传送带平台的锂电池薄膜厚度和表面缺陷检测教学装置，该平台模拟工业环境下锂电池薄膜在线生产后的激光传感器测厚及工业ccd相机缺陷检测，结合光学检测、机械控制、电子信息，集智能化，机电一体化于一身，功能实现性强，成本低、模拟性、可扩展、综合性与创新性并举，教学意义大。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明公开了一种基于传送带的锂电池薄膜厚度和表面缺陷检测装置，包括框架、第一桌面、计算机、下位机、锂电池薄膜传送装置及ccd相机缺陷检测装置、c型扫描检测装置、第二桌面、坦克链、箱体内侧；第一桌面上方放置下位机、计算机、锂电池薄膜传送装置及ccd相机缺陷检测装置，第二桌面上放置c型扫描检测装置；所述c型扫描检测装置，内置激光传感器、二维微位移调节机构，外置直线滚珠丝杆导轨滑台；外置直线滚珠丝杆导轨滑台固定于第二桌面上，直线滚珠丝杆导轨滑台一端为步进电机，联轴器联接丝杆和步进电机，直线滚珠丝杆导轨滑台的另一端为滚动轴承，滚动轴承外围有支撑座，丝杆上安放滑块，滑块上端设有c型扫描检测机构，c型扫描检测机构前端内部分别安装上激光传感器和下激光传感器，上激光传感器由固定板固定在c型扫描检测机构上端内部，下激光传感器由固定板固定在二维微位移调节机构上，二维微位移调节机构固定在c型扫描检测机构下端内部。

更进一步，精确校准传感器的二维微位移调节机构沿x轴，y轴方向的微位移调节，c型扫描检测装置的上激光传感器和下激光传感器的一端数据线经c型扫描检测机构内部延伸至后端，并延伸至外围框架的箱体内侧的驱动电路板，在直线滚珠丝杆导轨滑台的滑块左侧安装第一行程开关，滑块右侧安装第二行程开关。

更进一步，锂电池薄膜传送装置包括型材构建的机架，机架外框设置一根主动轴和三根从动轴，步进电机通过辅助支架固定在机架内侧，步进电机连接主动轮，从动轮固定在主动轴上，主动轮和从动轮由皮带传动，从动轮转动带动主动轴的转动，一根主动轴和三根从动轴上都各自置有一个同步轮，共四个同步轮，同步轮之间由同步回转履带连接。

更进一步，ccd相机缺陷检测装置：含三维机械调节机构，所述三维机械调节机构分x轴、y轴和z轴方向，三组调节机构构造都为直线滚珠丝杆导轨滑台，和c型扫描检测机构的直线滚珠丝杆导轨滑台相同，x轴调节机构安装在与履带平行的机架外框，z轴调节机构的步进电机一端连接于x轴调节机构的滑块位置，y轴调节机构的步进电机一端连接于z轴调节机构的滑块位置：自动调焦ccd相机固定于y轴调节机构的滑块上，相机数据线一端接自动调焦ccd相机，另一端接电脑usb接口。

更进一步，控制部分主要由下位机和上位机组成，平台的控制柜部分，由各数据线的接口、驱动电路板一、驱动电路板二、控制盒组成。

更进一步，所述整体框架部分，是由铝型材支架和铝塑板联接而成方形框架，框架上方铺有大理石桌面。

本发明公开了一种基于传送带的锂电池薄膜厚度和表面缺陷检测方法，包括如下步骤:

步骤1、首先开启计算机装置，同时接通控制箱的电源；

步骤2、调节锂电池薄膜激光传感器扫描检测位置和校准

在锂电池薄膜激光传感器测厚及ccd相机缺陷检测一体化教学平台控制面板，选择联机则开始测量，选择停止则停止测量，设置显示背景颜色、测量数据颜色:在扫描机构传动速度控制面板，选择静态扫描步骤2.1或动态扫描步骤2.2；

步骤2.1静态扫描选设定扫描位置，c型扫描检测机构移动至该位置并开始测量，

步骤2.2动态扫描选项设定c型扫描检测机构移动速度，设定闭环锂电池薄膜的传动速度，c型扫描检测机构的移动扫描并测量；

步骤3、实时显示面板，设定测量值上下限，查看锂电池薄膜激光传感器测厚及ccd相机缺陷检测一体化教学平台中扫描机构静止或动态扫描时被测物静止或移动时检测实时数据分布和实时厚度显示数值；

步骤4、正常工作状态下，ccd相机固定在锂电池薄膜上方，且在已测厚锂电池薄膜上方，实时录下传送过来的锂电池薄膜表面状况，供后台观察，当锂电池薄膜数据出现异常时，此时的薄膜表面的画面将会被截图并提示后台，后台可借此观察锂电池薄膜表面是否有缺陷；

下位机用于控制锂电池薄膜传送机构电机的转动；上位机功能包括下位机功能，此外还包括扫描机构和测厚部分；下位机具体包括液晶显示、用于控制锂电池薄膜传送带不同速度的往返运动、ccd相机所在三维机构的xyz方向的运动；上位机，除了具有下位机功能以外，其还包括实现扫描机构不同传动速度的控制、激光传感器厚度的测量、ccd相机的实时显示、厚度测量数据的滤波、ccd对锂电池表面缺陷检测的灰度化、滤波等数字图像信号处理。

更进一步，步骤2中，c型扫描检测装置的步进电机的轴经联轴器驱动丝杆转动，滑块在丝杆带动下前后平移，当第一行程开关触碰到左侧支撑座时，步进电机和丝杆停止正转，并开始反转，当第二行程开关触碰到右侧支座时，步进电机和丝杆停止反转，并开始正转，依次，实现反复运动；此状态下可实现连续的测厚，当需要定点测厚时可通过控制盒控制滑块在特定点停止。

更进一步，步骤2中，锂电池薄膜传送装置，主动轴的转动带动主动轴上的同步轮运动，主动轴的的同步轮运动带动同步回转履带运动，进而实现从动轴上同步轮及三根从动轴的同步运动，最终实现四根轴的同步运动，四根轴带动附着在上面锂电池薄膜的传动，锂电池薄膜为闭环薄膜，借助四根轴循环传动。

更进一步，步骤3中，ccd相机缺陷检测装置正常工作状态下，ccd相机固定在锂电池薄膜上方，且在已测厚锂电池薄膜上方，实时录下传送过来的锂电池薄膜表面状况，供后台观察，当锂电池薄膜数据出现异常时，此时的薄膜表面的画面将会被截图并提示后台。

3、本发明所产生的技术效果。

(1)该平台模拟工业环境下锂电池薄膜在线生产的激光传感器测厚及ccd相机缺陷检测过程，结合光学检测、机械控制、电子信息，集智能化，机电一体化于一身，功能实现性强，成本低、模拟性、可扩展、综合性与创新性并举，教学意义大。

(2)解决了同类教学平台不能完整模拟传送带传输过程，且只能检测十字部分锂电池薄膜的缺点，完全按照实际生产检测过程实现模拟过程。

附图说明

图1为锂电池薄膜激光传感器测厚及ccd相机缺陷检测一体化教学平台的三维正视图。

图2为缺陷检测系统细节展示图。

图3为直线滚珠丝导轨滑台细节展示图。

图4为c型扫描检测机构细节展示图。

图5为锂电池薄膜激光传感器测厚及ccd相机缺陷检测一体化教学平台背面三维视图。

图中：1.框架、2.第一桌面、3.计算机、4.下位机、5.锂电池薄膜传送装置及ccd相机缺陷检测装置、6.c型扫描检测装置c型扫描检测装置、7.第二桌面、8.坦克链、9.箱体内侧、10.从动轴、11.滚动轴承、12、轴承座、13.机架、14.大幅面锂电池薄膜、15.小幅面铝膜、16.x轴调节机构(直线滚珠丝杠导轨滑台)、17.z轴调节机构(直线滚珠丝杠导轨滑台)、18.ccd相机、19.y轴调节机构(直线滚珠丝杠导轨滑台)、20.同步回转履带、21.同步轮、22.辅助支架、23.主动轴、24.从动轮、25.皮带、26.主动轮、27.步进电机、28.滑台的步进电机、29.联轴器、30-1.丝杆左支撑座、30-2.丝杆、30-3.丝杆的右支撑座、31.导轨、32.滑块、33.滑台的滚动轴承、34.二维微位移调节机构、35.下激光传感器固定板、36.下激光传感器、37.上激光传感器、38.上激光传感器固定板、39.激光传感器数据线、40.c型扫描检测机构壳体、41-1.第一行程开关、41-2.第二行程开关、42.各数据线的接口、43.驱动电路板一、44.驱动电路板二、45.控制盒、46.铝塑板、47.c型扫描检测装置(直线滚珠丝杠导轨滑台)。

具体实施方式

实施例

本发明提出的一种基于传送带平台的锂电池薄膜厚度和表面缺陷检测教学装置，包括整体框架1部分，包括c型扫描检测装置6，包括锂电池薄膜传送装置及ccd相机缺陷检测装置5，包括下位机4控制显示部分、包括平台的控制柜部分。

所述整体框架1部分，是由铝型材支架和铝塑板46联接而成方形框架1，框架1内部置有各种数据线、接口、控制盒45、驱动电路板，框架1上方铺有大理石桌面，大理石有表面更为平整，强度、硬度高，耐磨性好，不易变形，稳定性好，密度大，同等体积质量大等特点，可以增加整体结构的稳定性，增加测量精度，且成本相对较低。本装置中，较低的大理石平台为第一桌面2，第一桌面2上方放置下位机4、计算机3、锂电池薄膜传送装置及ccd相机缺陷检测装置5，较高的为第二桌面7，第二桌面7上放置c型扫描检测装置6。

所述c型扫描检测装置6，此装置内置激光传感器，二维微位移调节机构34，外置直线滚珠丝导轨31滑台。直线滚珠丝导轨31滑台固定于第二桌面7上，直线滚珠丝导轨31滑台一端为步进电机27，联轴器联接丝杆30-2和步进电机27，丝杆30-2的另一端为滚动轴承11，滚动轴承11将运转的丝杆轴与支撑座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减小摩擦损失，滚动轴承11外围有支撑座，丝杆30-2上安放滑块32，滑块32上端设有c型扫描检测机构，c型扫描检测机构前端内部分别安装上激光传感器37和下激光传感器36，上激光传感器37由固定板固定在c型扫描检测机构上端内部，下激光传感器36由固定板固定在二维微位移调节机构34上，二维微位移调节机构34固定在c型扫描检测机构下端内部。所述二维微位移调节机构34可实现沿x轴，y轴方向的微位移调节，此机构可实现上激光传感器37和下激光传感器36的精确对准，进而增加测厚精度，上激光传感器37和下激光传感器36的一端数据线经c型扫描检测机构内部延伸至后端，并延伸至外围框架1的箱体内侧9的驱动电路板，在直线滚珠丝导轨31滑台的滑块32左侧安装第一行程开关41-1，滑块32右侧安装第二行程开关41-2，步进电机27的轴经联轴器29驱动丝杆30-2转动，滑块32在丝杆30-2带动下前后平移，当第一行程开关41-1触碰到左侧支撑座时，步进电机27和丝杆30-2停止正转，并开始反转，当第二行程开关41-2触碰到右侧支座时，步进电机27和丝杆30-2停止反转，并开始正转，依次，可实现反复运动。此状态下可实现连续的测厚，当需要定点测厚时可通过控制盒45控制滑块32在特定点停止。

所述锂电池薄膜传送装置及ccd相机缺陷检测装置5分为锂电池薄膜传送装置和ccd相机缺陷检测装置两部分，具体如下：

所述锂电池薄膜传送装置，是锂电池模拟生产线的传送装置，包括型材构建的机架13，机架13外框设置一根主动轴23和三根从动轴10，步进电机27通过辅助支架22固定在机架13内侧，步进电机27连接主动轮26，从动轮24固定在主动轴23上，主动轮26和从动轮24由皮带25传动，从动轮24转动带动主动轴23的转动，一根主动轴23和三根从动轴10上都各自置有一个同步轮21，共四个同步轮21，同步轮21之间由同步回转履带20连接，主动轴23的转动带动主动轴23上的同步轮21运动，主动轴23的的同步轮21运动带动同步回转履带20运动，进而实现从动轴10上同步轮21及三根从动轴10的同步运动，最终实现四根轴的同步运动，四根轴带动附着在上面锂电池薄膜的传动，锂电池薄膜为特制闭环薄膜，松紧适当，可借助四根轴循环传动。

所述ccd相机缺陷检测装置含三维机械调节机构，所述三维机械调节机构分x轴、y轴和z轴方向，三组调节机构构造都为直线滚珠丝导轨31滑台，和c型扫描检测机构的直线滚珠丝导轨31滑台相同，x轴调节机构安装在与履带平行的机架13外框，z轴调节机构的步进电机27一端连接于x轴调节机构的滑块32位置，y轴调节机构的步进电机27一端连接于z轴调节机构的滑块32位置:自动调焦ccd相机18固定于y轴调节机构的滑块32上，相机数据线一端接自动调焦ccd相机18，另一端接电脑usb接口。正常工作状态下，ccd相机18固定在锂电池薄膜上方，且在已测厚锂电池薄膜上方，实时录下传送过来的锂电池薄膜表面状况，供后台观察，当锂电池薄膜数据出现异常时，此时的薄膜表面的画面将会被截图并提示后台。

控制部分主要由下位机4和上位机组成。下位机4用于控制锂电池薄膜传送机构电机的转动。上位机功能包括下位机4功能，此外还包括扫描机构和测厚部分。

实施例2

基于传送带平台锂电池薄膜激光传感器测厚及ccd相机缺陷检测一体化教学平台的实验方法，包括如下步骤:

①首先开启计算机3装置，同时接通控制箱的电源。

②打开人机界面，在锂电池薄膜激光传感器测厚及ccd相机18缺陷检测一体化教学平台控制面板，选择联机则开始测量，选择停止则停止测量，设置显示背景颜色、测量数据颜色:在扫描机构传动速度控制面板，选择静态或动态扫描，静态扫描选设定扫描位置，c型扫描检测机构移动至该位置并开始测量，动态扫描选项设定c型扫描检测机构移动速度，与此同时也要设定闭环锂电池薄膜的传动速度，c型扫描检测机构的移动扫描并测量。

③实时显示面板，设定测量值上下限，查看锂电池薄膜激光传感器测厚及ccd相机18缺陷检测一体化教学平台中扫描机构静止或动态扫描时被测物静止或移动时检测实时数据分布和实时厚度显示数值。

④正常工作状态下，ccd相机18固定在锂电池薄膜上方，且在已测厚锂电池薄膜上方，实时录下传送过来的锂电池薄膜表面状况，供后台观察，当锂电池薄膜数据出现异常时，此时的薄膜表面的画面将会被截图并提示后台，后台可借此观察锂电池薄膜表面是否有缺陷。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。