動力電池は新エネルギー車の「心臓」として、その安全性能は車両全体の信頼性の高い運転に直結する。電池の各構成部品は安全防護の任務を協調して遂行しなければならず、その中でも電池セパレータは特に重要な役割を担っている。
電池セパレータは正極と負極の間に位置し、その絶縁性能によって両極を隔離し、短絡を防止する。セパレータという高分子材料はナノメートル級の微細孔を備えている必要があり、リチウムイオンの通過を許容する一方で活物質を遮断し、電池の充放電反応を完遂させる。
セパレータの品質の良し悪しは、電池の内部抵抗、容量、サイクル寿命などの電気化学的性能に直接影響を与えると同時に、電池の熱安定性と安全性にも密接に関係している。セパレータにわずかな欠陥があった場合でも、危険な電池短絡、熱暴走、さらには火災・爆発を引き起こす可能性がある。そのため、セパレータに対して厳格な検査と管理を行うことが、電池安全を保証する第一の重要任務である。
Wayzimは、先見的な視点でマシンビジョンという最先端のスマートテクノロジー分野を深く洞察し、ディープラーニングアルゴリズムなどの先進的な機械学習アルゴリズムをマシンビジョン分野に継続的に導入し、リチウム電池セパレータ欠陥検査装置を全力で開発した。この装置は高速で走行するリチウム電池セパレータに対してリアルタイムの欠陥検査を実行でき、新エネルギー産業の安全を守る。
ソリューション
一、ソリューション概要
Wayzimのリチウム電池セパレータ検査システムが検出できる欠陥タイプには、ピンホール、異物、傷、油染み、輝点、フィッシュアイ、黒点、塗布漏れ、虫、吹付漏れ、吹付不足、吹付過多、液滴などが含まれる。重要欠陥であるピンホールについては、顧客の厳しい実験環境下で100%の検出率を達成した。さらに、本システムはリチウム電池セパレータの欠陥検査だけでなく、光学フィルム、アルミラミネートフィルム、複合フィルム、PEフィルムなどの欠陥検査にも応用できる。
▲ 事例応用
二、検査フロー
▲ 検査フロー
Wayzimのリチウム電池セパレータ検査フローは以下の各段階に細分化できる：
● カメラ画像をリアルタイムに収集する。システムソリューションではマルチカメラ間の同期処理が必要であり、各カメラがそれぞれの視野内のセパレータ画像を独立して担当し、カメラ間に重複領域を設けて欠陥の完全性を保証する。
● 取得した画像データに対して一連の前処理操作を実行し、後続処理の効率と正確性を向上させる。前処理にはコントラスト・明るさ調整、ノイズ除去、フィルタリングなどが含まれ、エッジ検出アルゴリズムによりセパレータ領域を抽出する。
● 欠陥候補領域の抽出。前段階で得られた画像データに基づき、欠陥が存在する可能性のある領域の識別と抽出を試みる。
● 欠陥の初期分類。ディープニューラルネットワークを用いて欠陥を分類し、これらの領域が実際に欠陥を表しているかどうか、およびその可能性のあるタイプやカテゴリを判定する。
● 欠陥の精密セグメンテーション段階。初期分類で欠陥と判定された領域について、本段階ではより精密なセグメンテーションを試みる。ディープラーニングに基づく欠陥セグメンテーション技術により、欠陥の具体的な形状とサイズを精密に切り出し、欠陥特徴情報を統計する。本段階にはより複雑な画像処理または機械学習アルゴリズムの応用が含まれる。
● マルチカメラ画像の欠陥集約と分類ステップ。この段階では、すべての欠陥情報を集約し、可能な限りさらなる特徴抽出と欠陥分類を行い、その後の分析や意思決定に用いる。例えば、各種欠陥の数量・分布などの統計情報を計算する。
三、製品構成
検査フロー全体において、Wayzimのリチウム電池セパレータ欠陥検査フローはコンピュータビジョンと機械学習の技術を応用してリチウム電池セパレータの欠陥を自動検出しており、検査効率と分類正確率の向上に寄与し、それにより人による検査のコストと誤判定リスクを低減する。これらの成果の達成は、中科微至のハードウェアとソフトウェア両面における確かな実力の支えによるものである。中科微至のリチウム電池セパレータ検査装置は異なる膜厚のセパレータに自動適応できるため、レシピの数を減らすことができ、顧客の使用を大幅に簡便化し、業界の課題を解決している。
▲ ハードウェア製品マトリックス
ハードウェア面では、Wayzimのリチウム電池セパレータ検査装置は自社開発のビジョンカメラハードウェアを採用し、強力なカメラアルゴリズムを搭載するとともに、完全な関連設備を備えており、工業用マシンビジョンの認識・位置決め・測定・検査など多様なニーズを実現する。カメラ構造はコンパクトで安定・信頼性が高く、IP65工業防護等級を備え、さまざまな過酷な視覚検査環境に適応する。
さらに特筆すべきは、自社開発の8Kラインスキャンイメージセンサーに基づく高速ビジョン検査システムを搭載していることである。本システムは高精細・高速・高い適応性という特徴を備え、さまざまな複雑な生産ラインの視覚検査タスクに幅広く応用できる。このシステムの応用により、欠陥検査の正確性と効率が確実に向上し、生産ラインの高効率な運用に強力な技術的サポートを提供している。
▲ システムソフトウェアメイン画面
ソフトウェアのメイン画面は上図のとおりで、機能は以下のとおり：
● ソフトウェア上部エリアには顧客の製造指示情報が表示される
● 左中央エリアはシステムの起動・停止・ロール交換などの機能操作ボタンであり、設備全体とリアルタイムに連動する。
● 左下エリアは欠陥マップのリアルタイム表示で、欠陥タイプごとに異なる色やパターンを設定して表示できる。
● 右下エリアは欠陥画像のリアルタイム表示で、画像をダブルクリックすると欠陥の詳細情報を確認できる。
ソフトウェア面では、Wayzimのリチウム電池セパレータ検査システムは自社開発の分散アーキテクチャを採用しており、顧客のリチウム電池セパレータ検査ニーズに応じてサーバーの計算能力を柔軟に拡張し、高性能・高信頼性・24時間体制のリアルタイム高性能検査を実現する。
さらに、ソフトウェア全体は高性能モジュール式フレームワーク設計を採用し、独立したデカップリングを実現しており、拡張性・保守性・柔軟性に優れ、ユーザーのカスタマイズニーズに迅速に対応できる。操作面では、Wayzimのリチウム電池セパレータ検査システムはインターフェースが使いやすく、操作が簡単で、オペレーターはごく短時間の研修ですぐに使いこなすことができる。
▲ システムソフトウェア欠陥レポート
四、ソリューションの特徴
他の同類製品と比較して、Wayzimのリチウム電池セパレータ欠陥検査装置は独自の技術的特徴を備えている。システムはカメラ時分割ストロボまたは光源時分割ストロボの2種類のソリューションを採用しており、顧客の現場ニーズに適応できる。
高精度エンコーダにより光源のパルス周波数とカメラ撮影タイミングの同期を精密に制御することで、カメラはストロボ条件下でも高速撮影で安定した画像を得ることができる。同一時刻に同一領域で複数組の異なる照明方式の画像データを収集してアルゴリズム融合検査を行い、欠陥検出率と分類正確率を向上させている。さらに、検査システムは専門的な照明ソリューションを採用し、同一の欠陥が異なる照明条件下で異なる特徴を示すようにしている。
このストロボと照明の組み合わせ方式は、外観が類似した欠陥の区別に役立ち、分類効果を高める。顧客の検査ライン速度に影響を与えることなく、ストロボ+専門照明の組み合わせソリューションは、同一照明下で効果が類似する欠陥の分類検出効果を顕著に向上させる。これにより検査の正確性を保証するだけでなく、誤判定や見逃しのリスクも低減する。
▲ 光源時分割ストロボソリューション
リチウム電池セパレータ検査業界において、Wayzimのリチウム電池セパレータ欠陥検査装置は市場で顕著なコア優位性を持つ。その中核的優位性の一つは、異なるセパレータ材料の特性に対して、自社開発ライン光源+自社開発8K工業用カメラを用いて顧客にカスタマイズした照明ソリューションを提供することである。ハードウェアの基礎結像システムと自社開発ソフトウェアの画像アルゴリズムシステムの組み合わせにより、各種欠陥を正確に検出でき、さまざまなセパレータ材料によりよく適応し、検査の正確性と安定性を向上させる。これにより中科微至はリチウム電池セパレータ検査業界においてより高い競争力を持ち、顧客により高品質で高効率なソリューションを提供している。
まとめ
業界をリードするマシンビジョン企業として、Wayzimは常に自社の企業使命を堅持している。それは「科学技術イノベーション・匠の品質」であり、完璧なスマートビジョン・工業センサー・スマート物流の総合ソリューションを提供し、顧客と共により良い未来を創造することである。この使命を実現するため、Wayzimはマシンビジョン分野への研究開発投資を絶えず拡大し、リチウム電池セパレータ検査分野のコア技術の突破に注力し、先進的な検査手段を通じて動力電池の安全性能を確保し、中国の新エネルギー車産業の急速な発展に強固な保障を提供している。
