电池尺寸光学测量方法及其系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种电池尺寸光学测量方法和系统，该方法包括下列步骤：提供一个测量背景和点光源，使待测电池平行地位于测量背景和点光源之间及其主表面面对点光源，测定点光源与测量背景的距离S0以及点光源与面对的待测电池主表面的距离S1；控制点光源照射待测电池，使待测电池在测量背景形成第一投影影像，测定该影像尺寸；根据距离S0、S1及第一投影影像的尺寸计算出电池的尺寸。该测量系统包括点光源、测量背景和投影尺寸测量元件。该方法和系统利用光学投影成像，确定影像尺寸即可算出电池尺寸，操作简便快捷高效，精度高，排除人为因素干扰，减少误判率。而且测量结果准确可靠，数据可查、可追溯，便于监控和分析制程，提升企业竞争力。
【专利说明】电池尺寸光学测量方法及其系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电池【技术领域】，具体涉及一种电池尺寸光学测量方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 随着电子产品不断的开发，锂离子电池得到广泛应用，而现在的电子产品在不断 的更新换代，同时对锂离子电池产品的要求也越来越高。目前在整个电池行业中，各个电池 厂家的产品质量不一，90 %的厂家都处于中低端水平状态，在对一些高要求的电子产品上， 电池性能不能满足要求，例如：在早期主要是以蓝牙为主，对电池的性能要求不是很高，只 要有一定资金的企业都能投入到锂离子电池行业来，而从目前的市场来看，主要的电子产 品为数码、平板电脑、超薄手机，电子产品都是触摸屏显示，该类产品因受到体积的限制，要 求电池越薄越好。
[0003] 由于市场产品的尺寸越来越薄，对电池的尺寸从mm级变成现有的0. 1mm级，对生 产领域提升生产效率、节省人工带来压力，而且容易导致生产误判，导致所研制的设备费用 较高。尤其是尺寸要求越来越薄，使得尺寸测量难度越来越大，对测量设备要求越来越高。 然而现有的测量设备通常是游标卡尺等治夹具，通过人工测量，记录数据，人工分析，这些 都是由手工操作，容易误测和错测，误差较大，数据容易丢失，分析数据较迟缓。另一方面， 尤其对于软包电池外包装体为软质材料，更不适合于采用这些测量设备，测量结果易受人 为因素影响，而且这种传统的测量设备效率低下，耗费人力，且误操作机率多。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，提供一种利用光学成像投影技术测量尺寸、方便快速高效的电池尺寸 光学测量方法及其测量系统，以排除人为因素干扰，提升测量结果精度和可靠性。
[0005] -种电池尺寸光学测量方法，待测电池具有上下主表面及多个侧面，包括下列步 骤： 提供一个测量背景和点光源，使待测电池平行地位于测量背景和点光源之间及其主表 面面对点光源，测定点光源与测量背景的距离&以及点光源与面对的待测电池主表面的距 离Si ; 控制点光源照射待测电池，使待测电池在测量背景形成第一投影影像，测定第一投影 影像的尺寸； 根据距离Si及第一投影影像的尺寸计算出电池的尺寸。
[0006] 以及，一种电池尺寸光学测量系统，其根据上述电池尺寸光学测量方法测量测量 待测电池的尺寸，该测量系统包括点光源、测量背景和投影尺寸测量元件，所述点光源和测 量背景间隔预定距离，所述投影尺寸测量元件用于测量待测电池在点光源照射下于测量背 景形成的投影影像的尺寸。
[0007] 上述电池尺寸光学测量方法和系统利用光学投影成像，将待测电池放大投影到测 量背景形成影像，再测量影像尺寸，测量操作简便快捷高效，提高测量精度，排除人为因素 干扰，减少人为的误判率，提高生产效率，降低成本，且适合于批量化生产。另外，测量方法 和系统机械化程序较高，可多次重复操作，使测量结果更准确可靠，数据可查、可追溯，便于 工程品质监控和分析制程异常，提升企业生产竞争力。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1为本发明实施例的电池尺寸光学测量系统。
[0009] 图2为图1的电池尺寸光学测量系统变换电池朝向时的另一组二维尺寸的测量示 意图。
【具体实施方式】
[0010] 以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。
[0011] 请参阅图1，显示本发明实施例的电池尺寸光学测量系统10,待测电池20具有上 主表面201、下主表面202及多个侧面204,该测量系统10包括点光源11、测量背景12和投 影尺寸测量元件，点光源11和测量背景12间隔预定距离，投影尺寸测量元件用于测量待测 电池20在测量背景12形成的投影影像的尺寸。
[0012] 其中，主表面是指主要测量尺寸所限定的面，即需要测量尺寸相关的表面，例如需 要测量长度和宽度，那么以具有长宽的表面为主表面，如果主测量长度和厚度，那么体现厚 度的侧面也可以为主表面，本实施例以测量长度、宽度和高度为例，那么分两次测量，具体 如后面描述。
[0013] 具体地，该系统10还包括用于固持及变换待测电池20位置的夹具，图中示意出夹 具直接作用于电池20的夹持端13。夹具的夹持端13可以任意方向移动和转动电池20,以 满足测量需求。夹具的夹持端13固持于待测电池20的一个侧面204,例如，夹持端13可以 是但不限于一个夹子。夹持端方面13可以旋转，一方面可以转动电池以调换被测量面，另 一方面通过旋转微调整待测电池20的摆放位置，使电池20的上主表面201平行于测量背 景12。
[0014] 点光源11优选为LED点光源，点光源11在测量背景12的投影优选为大致居中位 置，优选为正对测量背景12的中心。测量背景12可以是一个足够大的屏幕或幕墙或者测 量载盘等。本实施例为一个载盘。测量背景12预先有刻度，投影尺寸测量元件为设于投影 区域的感光器，用于感触投影影像并自动读取影像尺寸数据，进一步避免人为因素干扰，提 高效率和产品品质。感光器可以是但不限于CCD感光器等。更优选地，刻度精度为0.1_。 一旦待测电池20在投影区域形成影像，感光器将感测到投影影像位置以及尺寸大小，读取 尺寸数据，即得投影影像尺寸。刻度可以是肉眼可见的刻度形式或者光学可读取的形式。
[0015] 尺寸光学测量系统10还包括控制装置和数据处理装置，所述控制装置用于控制 点光源11发出光以及控制夹具的旋转和固持操作，所述数据处理装置用于存储数据以及 根据测量数据计算出结果以得到各尺寸数据，并判定当前被测量电池20是否合格。系统1 还进一步具有一个用于监控待测电池20进入预定测量位置和状态的来料监测装置，来料 监测装置例如可以是但不限于光电检测装置，用于检测电池20是否到位，以及判断电池20 是否处于与测量背景12平行或垂直的位置。电池20可以是但不限于锂离子电池，更优选 为软包电池。
[0016] 本发明还提供一种电池尺寸光学测量方法，包括以下步骤： P01，提供测量背景12和点光源11，使待测电池20平行地位于测量背景12和点光源 11之间及其主表面面对点光源11，测定点光源11与测量背景12的距离\以及点光源12 与面对的待测电池20主表面的距离Si ; P02,控制点光源11照射待测电池20,使待测电池20在测量背景12形成第一投影影 像，测定第一投影影像的尺寸； P03,根据距离Si及第一投影影像的尺寸计算出电池20的尺寸。
[0017] 在步骤P01中，测量背景12和点光源11的结构及其设置如上所述。点光源11和 测量背景12间隔的距离根据需要设定，根据投影比例关系可知，的比值越大，待测电 池20在测量背景12上得到的投影影像就被放大越高倍数。点光源11和测量背景12间隔 的距离固定，待测电池20和点光源11之间的距离可以根据需要放大的倍数来设定，例如， 需要放大10倍时，SJ SplO,需要放大100倍时，SJ SflOO。如前所述，通过采用一个夹 具来调整待测电池20位置，以调整待测电池20和点光源11之间的距离，具体为待投影面 如主表面与点光源11之间的距离，或者通过夹具旋转待测电池20,控制待测电池20侧面与 点光源11之间的距离。
[0018] 在步骤P02中，如前所述，通过一个控制装置来控制点光源11发出光，照射到电池 20上，以在测量背景12形成第一投影影像。
[0019] 在步骤P03中，第一投影影像的尺寸为第一组二维影像尺寸1^1和1(11，根据等比公 式（1)分别计算出待测电池20对应的第一组二维实测尺寸U和A : Si / S0= Li / L01 = A / W〇i (1)。
[0020] 本实施例中，第一组二维影像尺寸U和^为电池20上主表面201的尺寸，例如 为长度和宽度尺寸。第一投影影像为电池20主表面201在测量背景12上的放大投影影像。
[0021] 进一步地，在测量待测电池20的第一组二维尺寸后，再将待测电池20旋转至与测 量背景12垂直的位置使其一个侧面204 (ABEF)面对点光源11，如图2所示，测定点光源 11与该侧面204的距离S2，控制点光源11二次照射待测电池20,使待测电池20在测量背 景12形成第二投影影像，测定第二投影影像的尺寸，获得第二投影影像的第二组二维影像 尺寸1^ 2和1(12，根据距离及第二组二维影像尺寸1^2和1(12，结合等比公式（2)分别计 算出待测电池20对应的第二组二维实测尺寸L 2和W2 : S2/S〇= L2/L02=ff2/ff02 (2)。
[0022] 如前所述，待测电池20通过夹具转换到侧面204面对点光源11，调节好点光源11 与该侧面204的距离，再控制点光源11发光照射电池20测量背景12形成第二投影影像。 第二组二维影像尺寸U 2和是一个侧面204的二维尺寸，因此，第二组二维影像尺寸LQ2 和和第二组二维影像尺寸U和中有一个尺寸是同一尺寸。如图2所示的方位测量 时，长度为两次都测量到的尺寸。
[0023] 电池20通常具有电极极耳206,更优选地，进一步旋转电池20,使有电极极耳206 的一侧面朝测量背景12,而由宽度和厚度限定的侧面面对点光源11，这样，形成第三投影 影像，测量得到第三组二维影像尺寸，根据上述同样的道理，即可测出电池20厚度和宽度 方向的尺寸。这样，通过三次投影，三次测量过程，得到电池20长度、厚度和宽度三维尺寸 各两次的测量结果，通过平均可以得到相应尺寸，简单易行，提高测量效率和精度。
[0024] 上述测定第一和第二投影影像的尺寸的方法步骤为：预先定义测量背景的投影区 域的刻度，在待测电池于投影区域形成投影影像后，读取刻度，获得投影影像尺寸。刻度读 取可以是人工读取，优选地，投影区域设有感光器用于感触投影影像并自动读取影像尺寸 数据，进一步避免人为因素干扰，提高效率和产品品质，更优选地，所述刻度精度为〇. 1mm 到1mm。一旦待测电池20在投影区域形成影像，感光器将感测到投影影像位置以及尺寸大 小，读取尺寸数据，即得投影影像尺寸。
[0025] 例如，如图所示，假定AB边为长度，BC边为宽度，当夹具使电池绕着AB边旋转时， 此时第二组二维影像尺寸U 2和为长度和厚度尺寸。第二次测量的长度为重复测量，第 二组二维影像尺寸主要在于获得厚度尺寸。为得到合适的放大倍数，提高测量精度，本实施 例中，所述等比公式（1)的等比比值小于或等于？，所述等比公式（1)和（2)的等比比值范 围均为ΚΓ100,所述测量方法的精度为微米级。
[0026] 这样通过上述步骤，可以测得待测电池20的三维尺寸。为进一步提高精度和提升 产品质量，本实施例的方法还包括变换点光源11的位置或者待测电池20的位置，即相对点 光源11上移或下移，改变相对于点光源11的距离值，每改变一次重复前述步骤，获得待测 电池20的多个第一组二维实测尺寸和多个第二组二维实测尺寸，甚至还可以获得第三组 二维实测尺寸，并按照平均计算方式，计算出待测电池20的平均长度、平均宽度和平均厚 度。
[0027] 另外，在计算出电池20的每一组二维实测尺寸后，进一步判定电池20是否合格， 判定步骤为： 设定合格电池20三维尺寸的上限或下限； 将计算出的待测电池20的任一维度尺寸与合格电池20对应维度尺寸的上限或下限作 比较； 判断计算出的待测电池20的任一维度尺寸在上限或下限允许范围内，则判定电池20 为合格，判断计算出的待测电池20的任一维度尺寸超出上限或下限允许范围，则判定电池 20为不合格。另外，还可以对待测电池20任一边上取多个点，例如在ΑΒ边等间距均匀取五 个点，同样对应于⑶边上也取对应的五点，根据影像结合比值换算测量及计算出这五对点 每一对点之间的距离，即为各点间长度，判断每一对点的距离是否在对应维度尺寸的上限 或下限允许范围内，如果任一点不在允许范围内，则判断电池为不合格。通过这样来严格筛 选电池尺寸，对电池的尺寸进行严格的控制，以符合预定需要。
[0028] 对于其他边，即宽度及厚度方向尺寸也可以多点取样，与ΑΒ边、⑶边同样来测量 判断电池对应的尺寸是否合格。
[0029] 现有电子产品都要求厚度薄，通常对厚度要求较高，例如一个电池20厚度为5mm 级别，上限为5 mm，厚度通常采用负公差，即不能超出上限，只要是任意点位置算出的厚度 大于5 mm，那么判定该电池20不合格。而长度和宽度可以用正公差，只要是任意点位置算 出的L和W的公差超出0. 5mm，则判定电池20为不合格。应当理解，以上数据只为举例，实 际情况根据需要而定。这些计算和判定操作都可通过数据处理装置中的相应功能模块来实 现。具体地，数据处理装置还连接一个显示装置，以便显示数据及测量状态，不合格的电池 20可设定为报警方式，并可进一步进行计数，以算出不合格率。因此，测量系统还可设置一 个报警装置如报警器，以及计算器等。
[0030] 上述电池尺寸光学测量方法和系统利用光学投影成像，将待测电池20放大投影 到测量背景12形成影像，再测量影像尺寸，测量操作简便快捷高效，提高测量精度，排除人 为因素干扰，减少人为的误判率，提高生产效率，降低成本，且适合于批量化生产。另外，测 量方法和系统机械化程序较高，可多次重复操作，使测量结果更准确可靠，数据可查、可追 溯，便于工程品质监控和分析制程异常，提升企业生产竞争力。
[0031] 需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域 技术人员还可以做出其他变化，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发 明所要求保护的范围之内。
【权利要求】
1. 一种电池尺寸光学测量方法，待测电池具有上下主表面及多个侧面，包括下列步 骤： 提供一个测量背景和点光源，使待测电池平行地位于测量背景和点光源之间及其主表 面面对点光源，测定点光源与测量背景的距离&以及点光源与面对的待测电池主表面的距 离Si ; 控制点光源照射待测电池，使待测电池在测量背景形成第一投影影像，测定第一投影 影像的尺寸； 根据距离Si及第一投影影像的尺寸计算出电池的尺寸。
2. 如权利要求1所述的电池尺寸光学测量方法，其特征在于，所述第一投影影像的尺 寸为第一组二维影像尺寸1^1和1 (11，根据等比公式（1)分别计算出待测电池对应的第一组 二维实测尺寸U和A : Si / S0= Li / L01 = A / W〇i (1)。
3. 如权利要求2所述的电池尺寸光学测量方法，其特征在于，在测量待测电池的第一 组二维尺寸后，进一步将待测电池旋转至与测量背景垂直的位置使其一个侧面面对点光 源，测定点光源与该侧面的距离&，控制点光源二次照射待测电池，使待测电池在测量背景 形成第二投影影像，测定第二投影影像的尺寸，获得第二投影影像的第二组二维影像尺寸 '和^，根据距离V S2及第二组二维影像尺寸、和^，结合等比公式⑵分别计算出 待测电池对应的第二组二维实测尺寸L2和W 2 : S2/S〇= L2/L02=ff2/ff02 (2)。
4. 如权利要求3所述的电池尺寸光学测量方法，其特征在于，所述等比公式（1)的等比 比值范围为ΚΓ100,所述等比公式（2)的等比比值范围为ΚΓ100,所述测量方法的精度为 微米级。
5. 如权利要求3所述的电池尺寸光学测量方法，其特征在于，还包括变换所述点光源 的位置或者待测电池的位置，重复前述步骤，获得待测电池的多个第一组二维实测尺寸和 多个第二组二维实测尺寸，并按照平均计算方式，计算出待测电池的平均长度、平均宽度和 平均厚度。
6. 如权利要求3所述的电池尺寸光学测量方法，其特征在于，所述测定第一、第二投影 影像的尺寸的方法为：预先定义测量背景的投影区域的刻度，在待测电池于投影区域形成 投影影像后，读取刻度，获得投影影像尺寸，优选地，所述投影区域设有感光器用于感触投 影影像并自动读取影像尺寸数据，更优选地，所述刻度精度为〇. 1_。
7. 如权利要求1至6任一项所述的电池尺寸光学测量方法，其特征在于，在计算出电池 的每一组二维实测尺寸后，进一步判定电池是否合格，判定步骤为： 设定合格电池三维尺寸的上限或下限； 将计算出的待测电池的任一维度尺寸与合格电池对应维度尺寸的上限或下限作比 较； 判断计算出的待测电池的任一维度尺寸在上限或下限允许范围内，则判定电池为合 格，判断计算出的待测电池的任一维度尺寸超出上限或下限允许范围，则判定电池为不合 格。
8. -种电池尺寸光学测量系统，其根据权利要求1-7任一项所述的电池尺寸光学测量 方法测量待测电池的尺寸，该测量系统包括点光源、测量背景和投影尺寸测量元件，所述点 光源和测量背景间隔预定距离，所述投影尺寸测量元件用于测量待测电池在点光源照射下 于测量背景形成的投影影像的尺寸。
9. 如权利要求8所述的电池尺寸光学测量系统，其特征在于，还包括用于固持及变换 待测电池位置的夹具，所述投影尺寸测量元件为设于投影区域的感光器。
10. 如权利要求8所述的电池尺寸光学测量系统，其特征在于，还包括控制装置和数据 处理装置，所述控制装置用于根据待测电池位置和状态控制点光源发出光以及控制夹具的 旋转和固持操作，所述数据处理装置用于存储数据以及根据测量数据计算出结果以得到各 尺寸数据，并判定当前被测量电池是否合格。
【文档编号】G01B11/00GK104048604SQ201410283213
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】杨小东, 刘维达 申请人:深圳市巨兆数码有限公司