ली-आयन लाइनों में सीसीडी निरीक्षण प्रणाली: शून्य दोष प्राप्त करना

लेखक: डैनी हुआंग, पीएच.डी.

सीईओ एवं अनुसंधान एवं विकास नेता, टीओबी न्यू एनर्जी

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कार्यकारी सारांश और मुख्य बातें

• लिथियम-आयन विनिर्माण में शून्य दोष पंक्ति के अंत में बेहतर निरीक्षण द्वारा प्राप्त नहीं किया जा सकता है। यह 0.1 मिमी रिज़ॉल्यूशन पर कोटिंग रिक्तियों, 0.05 मिमी पर टैब फोल्ड और 0.01 मिमी पर वेल्ड पोरसिटी का पता लगाकर प्राप्त किया जाता है - प्रत्येक दोष वर्ग एक अलग स्टेशन पर अलग-अलग प्रकाशिकी, प्रकाश व्यवस्था और एल्गोरिदम की मांग करता है। निरीक्षण प्रणाली एक प्रक्रिया उपकरण है, गुणवत्ता द्वार नहीं।
• कोटिंग रिक्तियां और नंगे फ़ॉइल: 0.1 मिमी न्यूनतम दोष आकार पर लाइन-स्कैन कैमरों द्वारा पता लगाया गया, स्ट्रोब्ड रोशनी के साथ पूर्ण वेब गति पर चल रहा है।
• टैब मोड़ और गलत संरेखण: टैब स्थिति सेंसर द्वारा ट्रिगर किए गए क्षेत्र या लाइन-स्कैन सिस्टम के साथ 0.05 मिमी रिज़ॉल्यूशन पर पता लगाया गया।
• वेल्ड सरंध्रता और छींटे: उच्च-आवर्धन समाक्षीय इमेजिंग के माध्यम से 0.01 मिमी पैमाने पर पता लगाया गया, क्योंकि एक 50 µm छिद्र एक रिसाव पथ को जन्म दे सकता है।
• परिशुद्धता सीढ़ी: कैमरे जो 0.01 मिमी पर सब कुछ हल करते हैं, रेखा को धीमा करते हैं; इंजीनियरिंग कार्य प्रत्येक स्टेशन के रिज़ॉल्यूशन को सबसे छोटे दोष से मेल कर रहा है जो वास्तव में वहां मायने रखता है।

कैथोड कोटिंग में एक पिनहोल-0.2 मिमी चौड़ा, नंगे एल्यूमीनियम का एक धब्बा-जेली रोल तक बिना पता चले पहुंच जाता है। यह गठन से गुजरता है। यह OCV स्क्रीनिंग पास कर लेता है। यह क्षमता ग्रेडिंग पास करता है। यह किसी वाहन या कंटेनर पर चढ़ जाता है, और अठारह महीने बाद, उस छेद के साथ पैदा हुई कोशिका पैक को सेवा से बाहर कर देती है। शून्य दोष का अर्थ है कोटिंग स्टेशन पर, वेब स्पीड पर, प्रत्येक वर्ग मीटर पर, लाइन को रोके बिना, उस छेद को पकड़ना।

सीसीडी निरीक्षण वह अनुशासन है जो उस अंतर को पाटता है। यह वह अनुशासन भी है जिसे सबसे अधिक बार गलत निर्दिष्ट किया जाता है: इंजीनियर उच्चतम-रिज़ॉल्यूशन वाला कैमरा खरीदते हैं जो वे खरीद सकते हैं और मान लेते हैं कि समस्या हल हो गई है। विरोधाभास के बिना संकल्प बेकार है; सही रोशनी के बिना कंट्रास्ट बेकार है; और या तो बिना किसी दोष के वर्गीकरण तर्क इतने सारे झूठे अस्वीकार पैदा करता है कि लाइन आधी गति से चलती है। इंजीनियरिंग का कार्य "सर्वोत्तम कैमरा प्राप्त करना" नहीं है। यह प्रत्येक स्टेशन पर प्रत्येक दोष वर्ग के लिए पहचान भौतिकी का मिलान करना है।

दोष मानचित्र: क्या, कहां और किस पैमाने पर पता लगाना है

अलग-अलग स्टेशनों पर अलग-अलग दोष पैदा होते हैं, और प्रत्येक को अपने स्वयं के पता लगाने के दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। नीचे दी गई तालिका एक विशिष्ट लिथियम-आयन इलेक्ट्रोड और असेंबली लाइन के लिए एक संदर्भ मानचित्र है।

पैटर्न: कोटिंग दोष 0.1 मिमी, टैब-स्तर दोष 0.05 मिमी और वेल्ड सरंध्रता 0.01 मिमी पर संचालित होते हैं। संकल्प सीढ़ी मनमानी नहीं है. विफलता के परिणाम से यह पता चलता है: 0.1 मिमी नंगे-फ़ॉइल स्पॉट एक स्थानीय वर्तमान घनत्व स्पाइक है जो लिथियम चढ़ाना को तेज करता है; 0.05 मिमी टैब दरार एक खुले सर्किट में बढ़ती है; कैप वेल्ड में 0.01 मिमी का छिद्र एक रिसाव पथ बन जाता है जो वर्षों तक नमी को स्वीकार करता है।

स्टेशन 1: कोटिंग और सुखाना-कैचिंग शून्य और नंगे पन्नी

कोटिंग वह जगह है जहां उच्चतम मूल्य का निरीक्षण होता है, क्योंकि लेपित वेब कारखाने में सबसे बड़ा एकल-सामग्री निवेश है। एक चूक कोटिंग दोष पूरे इलेक्ट्रोड क्षेत्र को स्क्रैप में या इससे भी बदतर, फ़ील्ड विफलता में परिवर्तित कर देता है।

दोष का भौतिकी.नंगी पन्नी वह क्षेत्र है जहां कोटिंग चिपकती नहीं है या जमा नहीं होती है। धातु की सतह स्पेक्युलर और अत्यधिक परावर्तक है; कोटिंग फैली हुई है. तिरछी निम्न-कोण रोशनी के साथ एक लाइन-स्कैन छवि में, नंगी पन्नी गहरे रंग की कोटिंग के खिलाफ एक उज्ज्वल स्थान के रूप में दिखाई देती है। समाक्षीय विसरित प्रकाश के तहत, कंट्रास्ट पलट जाता है या गायब हो जाता है। प्रकाश चयन इसलिए पहला विनिर्देश निर्णय है-कैमरा रिज़ॉल्यूशन नहीं।

संकल्प की आवश्यकता.व्यावहारिक पता लगाने का लक्ष्य न्यूनतम 0.1 मिमी है। इलेक्ट्रोड को 1,600 मिमी तक की वेब चौड़ाई और 80 मीटर/मिनट तक की गति पर लेपित किया जाता है। 1,600 मिमी में 0.1 मिमी रिज़ॉल्यूशन पर एक सिंगल लाइन-स्कैन कैमरे को प्रति पंक्ति लगभग 16,000 पिक्सेल की आवश्यकता होती है; 80 मीटर/मिनट पर यह 13 किलोहर्ट्ज़ के करीब एक लाइन दर है। एकाधिक कैमरे या समय-विलंब-एकीकरण (टीडीआई) सेंसर इन गति पर आम हैं। इंजीनियरिंग व्यापार कैमरा गिनती, प्रकाश शक्ति और कंप्यूटिंग थ्रूपुट के बीच है।

गलत-अस्वीकार प्रबंधन.कोटिंग लाइनें किनारे के मोती, कोट-वजन वाली धारियां और सूखने से कभी-कभी चमक भिन्नता उत्पन्न करती हैं। एल्गोरिदम को इन्हें प्रक्रिया सुविधाओं के रूप में वर्गीकृत करना चाहिए न कि दोषों के रूप में, अन्यथा निरीक्षण प्रणाली प्रत्येक रील के आधे हिस्से को अस्वीकार कर देगी। वर्गीकरण मॉडल को उस विशिष्ट कोटिंग फॉर्मूलेशन और सुखाने वाली प्रोफ़ाइल पर कैलिब्रेट किया जाता है - एनएमसी पर प्रशिक्षित प्रणाली बिना पुनः प्रशिक्षण के एलएफपी में स्थानांतरित नहीं होती है।

0.1 मिमी लक्ष्य रूढ़िवादी नहीं है.0.1 मिमी पर, उत्पादन गति पर एक शून्य का पता लगाया जा सकता है। रुकी हुई लाइन पर छोटे दोषों का पता लगाया जा सकता है, लेकिन 20-80 मीटर/मिनट पर, ऑप्टिकल, रोशनी और गणना श्रृंखला को विश्वसनीय रूप से ट्रिगर करने के लिए प्रति दोष सुविधा 2-3 पिक्सेल का समाधान करना होगा। 0.1 मिमी से नीचे, सिग्नल-टू-शोर गति पर व्यावहारिक पहचान से नीचे आता है। यही वह जगह है जहां एक्स-रे एरिया गेज औसत लोडिंग के लिए काम करता है, जबकि सीसीडी अलग-अलग दोषों को संभालता है।

स्टेशन 2: टैब हैंडलिंग-फोल्ड और मिसलिग्न्मेंट को पकड़ना

टैब फोल्ड मूक हत्यारे हैं। एक मुड़ा हुआ टैब विभाजक परतों के बीच दबाई गई प्रवाहकीय धातु की एक दोहरी परत है। यह स्टैकिंग, सम्मिलन और यहां तक ​​कि गठन से बच सकता है, फिर साइकिल चलाने के दौरान एक स्थानीय ताप बिंदु बना सकता है। मुड़े हुए टैब पर वेल्ड की गुणवत्ता अविश्वसनीय होती है, भले ही वेल्ड स्वयं स्वीकार्य दिखता हो।

भौतिक विज्ञान।एक मुड़ा हुआ टैब एक दृश्यमान क्रीज़ लाइन के साथ दो धातु सतहों को एक स्टैक में प्रस्तुत करता है। पहचान दो संकेतों पर निर्भर करती है: ज्यामितीय (टैब अपेक्षा से छोटा लगता है, या इसकी प्रोफ़ाइल एक कदम दिखाती है) और दृश्य (दिशात्मक रोशनी के तहत क्रीज एक उच्च-विपरीत रेखा के रूप में दिखाई देती है)। संरचित-प्रकाश या उच्च-रिज़ॉल्यूशन क्षेत्र-स्कैन इमेजिंग 3डी परिवर्तन को कैप्चर करती है; एक लाइन-स्कैन प्रणाली 2डी क्रीज़ को कैप्चर करती है।

संकल्प की आवश्यकता.लक्ष्य 0.05 मिमी है. टैब छोटे होते हैं (आमतौर पर 10-40 मिमी चौड़े) इसलिए कैमरे का दृश्य क्षेत्र संकीर्ण हो सकता है और कैमरे की अत्यधिक गिनती के बिना रिज़ॉल्यूशन उच्च हो सकता है। ट्रिगर स्टेशन के टैब-पोजीशन सेंसर से आता है; कैमरा तभी कैप्चर करता है जब टैब मौजूद हो। ट्रिगर सटीकता मायने रखती है: यदि कैमरा 2 मिमी जल्दी या देर से फायर करता है, तो टैब बिल्कुल भी फ्रेम में नहीं हो सकता है।

सामान्य विफलता मोड.विज़न प्रणालियाँ जो सही ढंग से निर्दिष्ट हैं लेकिन गलत तरीके से ट्रिगर की गई हैं। टैब ट्रिगर्स को प्रत्येक उत्पाद परिवर्तन पर सत्यापित किया जाना चाहिए, जिसमें पहले लेख की वास्तविक छवि लॉग और समीक्षा की गई हो। एक प्रणाली जो "पिछले महीने काम करती थी" एक मिलीमीटर के कुछ दसवें हिस्से के फिक्स्चर बहाव के बाद चुपचाप टैब मिस कर सकती है।

स्टेशन 3:लेसर वेल्डिंग-सीम पर 0.01 मिमी सरंध्रता को पकड़ना

वेल्डिंग निरीक्षण के लिए पूरी लाइन में उच्चतम रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता होती है, क्योंकि छूटे हुए दोष का परिणाम एक गैर-हर्मेटिक सेल होता है। प्रिज्मीय सेल पर एक कैप वेल्ड लगभग 760 मिमी निरंतर सीम का होता है; एक बेलनाकार सेल पर, प्रति सेल दर्जनों टैब वेल्ड होते हैं। बिना किसी अपवाद के प्रत्येक का निरीक्षण किया जाना चाहिए।

भौतिक विज्ञान।वेल्ड सरंध्रता परावर्तक धातु क्षेत्र में छोटे अंधेरे गड्ढों के रूप में दिखाई देती है। छींटे सीवन के पास उभरे हुए या चिपके हुए कणों के रूप में दिखाई देते हैं। दोनों विसरित प्रकाश में कम-विपरीत और अंधेरे-क्षेत्र या समाक्षीय रोशनी में उच्च-विपरीत हैं। सर्वोत्तम वेल्ड निरीक्षण प्रणालियाँ वेल्ड पूल की समाक्षीय इमेजिंग को तैयार सीम की पोस्ट-वेल्ड डार्क-फील्ड इमेजिंग के साथ जोड़ती हैं।

संकल्प की आवश्यकता.सरंध्रता का पता लगाने के लिए लक्ष्य 0.01 मिमी-10 µm-है। यह इलेक्ट्रोड निरीक्षण से 10× अधिक महीन है और इसके लिए संकीर्ण दृश्य क्षेत्र के साथ उच्च-आवर्धन प्रकाशिकी या वेल्ड हेड के भीतर से समाक्षीय निगरानी की आवश्यकता होती है। 0.01 मिमी पर, सिस्टम प्रति फ्रेम बहुत छोटे क्षेत्र का निरीक्षण करता है, यही कारण है कि वेल्ड निरीक्षण तब चलता है जब वेल्ड चलता है और वेल्ड पथ द्वारा ट्रिगर होता है-एक अलग कन्वेयर इंडेक्स द्वारा नहीं।

पता लगाने की सीमाएँ।कोई भी दृष्टि प्रणाली विश्वसनीय रूप से उप-सतह सरंध्रता का पता नहीं लगाती है। एक पूरी तरह से बंद वेल्ड सीम आंतरिक रिक्तियों को छिपा सकता है जिसे केवल एक्स-रे या सीटी ही देख सकता है। सीसीडी निरीक्षण पहला फिल्टर है, जो सतह के टूटने और निकट-सतह के दोषों को गति से पकड़ता है: एक्स-रे या अल्ट्रासोनिक परीक्षण बाकी नमूनों का परीक्षण करता है। शून्य-दोष रणनीति 100% निरीक्षण पर इनलाइन सीसीडी और प्रक्रिया सत्यापन के लिए नमूना आधार पर एक्स-रे या सीटी दोनों को जोड़ती है।

परिशुद्धता सीढ़ी: उस दोष का मिलान समाधान जो मायने रखता है

सबसे आम विनिर्देश त्रुटि पूरी लाइन के लिए एक रिज़ॉल्यूशन चुनना है। इलेक्ट्रोड निरीक्षण के लिए लागू 0.01 मिमी प्रणाली कैमरा गिनती और कंप्यूटिंग लोड को चौगुना कर देती है और लाइन की गति को आधा कर देती है। वेल्ड निरीक्षण के लिए लागू 0.1 मिमी प्रणाली हर महत्वपूर्ण दोष को दूर कर देती है।

सही दृष्टिकोण एक सटीक सीढ़ी है:

सीढ़ी को इंजीनियरिंग बजट के रूप में लागू किया जाता है। एक प्रणाली जो वेल्ड सीम पर 0.01 मिमी लेकिन कोटिंग स्टेशन पर 0.1 मिमी का समाधान करती है, सही कीमत पर सही जगह पर सही कैमरे का उपयोग करती है। यह कंप्यूटिंग लोड को यथार्थवादी सीमा के भीतर भी रखता है - पूर्ण वेब चौड़ाई और पूर्ण गति पर 0.01 मिमी प्रणाली किसी भी व्यावहारिक प्रसंस्करण पाइपलाइन की तुलना में तेजी से डेटा उत्पन्न करेगी।

ए बनाम बी: नियम-आधारित दृष्टि बनाम एआई वर्गीकरण

बैटरी निरीक्षण पर दो एल्गोरिथम दर्शन हावी हैं।

नियम आधारित निरीक्षणनिश्चित सीमाएँ, ब्लॉब विश्लेषण और ज्यामितीय माप का उपयोग करता है। यह नियतिवादी, तेज़ और सत्यापित करने में आसान है। यह उत्कृष्ट है जहां दोष अच्छी तरह से परिभाषित हैं और दोष हस्ताक्षर स्थिर है: एक छेद एक निश्चित क्षेत्र का एक अंधेरा क्षेत्र है; फ़ोल्ड एक निश्चित लंबाई के ऊपर एक उच्च-विपरीत रेखा है। यह तब विफल हो जाता है जब उत्पाद-कोटिंग बनावट में प्राकृतिक भिन्नता, प्रकाश में उतार-चढ़ाव, किनारे के आकार-सदृश दोष होते हैं।

एआई वर्गीकरणअच्छे और दोषपूर्ण क्षेत्रों की लेबल वाली छवियों पर प्रशिक्षित गहन शिक्षण मॉडल का उपयोग करता है। यह विविधता को खूबसूरती से संभालता है और जटिल दोष हस्ताक्षरों को अपनाता है। इसके लिए प्रशिक्षण डेटा की आवश्यकता होती है, प्रक्रिया में बदलाव होने पर पुनः प्रशिक्षण की आवश्यकता बनी रहती है, और जब अस्वीकार को चुनौती दी जाती है तो यह कम पारदर्शी होता है।

व्यावहारिक उत्तर हाइब्रिड है: पता लगाने और वर्गीकरण के लिए एआई जहां दोष हस्ताक्षर परिवर्तनशील है; माप और अस्वीकृति के नियम जहां निर्णय ऑडिट योग्य होना चाहिए। दोनों एक ही लाइन-स्कैन प्लेटफॉर्म पर चलते हैं।

जीरो डिफेक्ट एक सिस्टम प्रॉपर्टी है, कैमरा प्रॉपर्टी नहीं

एक सीसीडी प्रणाली अकेले कभी भी शून्य दोष उत्पन्न नहीं करती है। पूरी श्रृंखला में चार भाग हैं:

1. खोजप्रत्येक दोष वर्ग के लिए सही रिज़ॉल्यूशन और कंट्रास्ट पर।
2. वर्गीकरणजो गलत अस्वीकारों को कम रखने के लिए प्रक्रिया भिन्नता से वास्तविक दोषों को अलग करता है।
3. कार्रवाईजो प्रभावित सेल या इलेक्ट्रोड अनुभाग को उसी चक्र के भीतर लाइन से अस्वीकार कर देता है।
4. प्रतिक्रियाजो एक नियंत्रण चार्ट पर दोष प्रवृत्तियों को अपस्ट्रीम प्रक्रिया मापदंडों से जोड़ता है।

किसी भी एक भाग के गायब होने से उन कैमरों की लाइन छूट जाती है जो डेटा उत्पन्न करते हैं जिनका कोई उपयोग नहीं करता है। निवेश तभी भुगतान करता है जब निरीक्षण डेटा प्रक्रिया में लूप को बंद कर देता है।

स्वीकृति परीक्षण पर एक अंतिम नोट। कैमरा रिज़ॉल्यूशन और फ़्रेम दर आवश्यक हैं लेकिन खरीद के लिए पर्याप्त नहीं हैं। विनिर्देश के लिए एक क्षमता परीक्षण की आवश्यकता होनी चाहिए: प्रत्येक वर्ग के ज्ञात दोष - 0.1 मिमी पर नंगे फ़ॉइल स्पॉट, 0.05 मिमी पर टैब फोल्ड, 0.01 मिमी पर वेल्ड छिद्र - ज्ञात स्थानों पर लगाए गए और उत्पादन गति पर मापी गई पहचान दर। एक प्रणाली जो परीक्षण में उत्तीर्ण होती है वह एक प्रणाली है, डेटाशीट नहीं। साझा डेटा आर्किटेक्चर के साथ एक मंच पर यह पूर्ण निरीक्षण स्कोप-कोटिंग, टैब और वेल्ड स्टेशन-इलेक्ट्रोड और वेल्ड दोष का पता लगाने के लिए बैटरी सीसीडी निरीक्षण प्रणालियों के माध्यम से आपूर्ति की जाती है, जो कोटिंग और वेल्डिंग स्टेशनों के साथ-साथ संरक्षित होते हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न: ली-आयन लाइन्स में सीसीडी निरीक्षण

बैटरी इलेक्ट्रोड निरीक्षण के लिए किस रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता है?
उत्पादन गति पर पूर्ण-चौड़ाई वाले वेब पर रिक्त स्थान और नंगे फ़ॉइल को कोटिंग करने के लिए 0.1 मिमी न्यूनतम दोष आकार। रुके हुए वेब पर छोटी सुविधाओं को हल किया जा सकता है, लेकिन 20-80 मीटर/मिनट पर विश्वसनीय पहचान के लिए व्यावहारिक लक्ष्य के रूप में 0.1 मिमी की आवश्यकता होती है।

वेल्ड निरीक्षण को 0.01 मिमी रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता क्यों है?
क्योंकि कैप या टैब वेल्ड में उप-0.1 मिमी सतह-तोड़ने वाले छिद्र कोशिका के जीवन पर रिसाव पथ बन जाते हैं। 50 µm का छिद्र कोई कॉस्मेटिक दोष नहीं है; यह एक भलीभांति जोखिम है। यह वेल्ड निरीक्षण को इलेक्ट्रोड निरीक्षण की तुलना में बेहतर परिमाण के क्रम में संचालित करता है।

क्या सीसीडी निरीक्षण हीलियम रिसाव परीक्षण की जगह ले सकता है?
नहीं, सीसीडी सतह तोड़ने वाली सरंध्रता, छींटे और सीम दोषों को तेजी से पकड़ता है। पूरी तरह से बंद उप-सतह रिक्तियां ऑप्टिकल निरीक्षण के लिए अदृश्य हैं। दोनों पूरक हैं: 100% इनलाइन वेल्डिंग निरीक्षण के लिए सीसीडी, 100% हर्मेटिकिटी सत्यापन के लिए हीलियम रिसाव परीक्षण, और उप-सतह प्रक्रिया नियंत्रण के लिए एक्स-रे नमूनाकरण।

बैटरी विज़न सिस्टम में सबसे अधिक गलत रिजेक्ट का क्या कारण है?
प्रकाश की अस्थिरता और अनियंत्रित प्रक्रिया भिन्नता-कोटिंग चमक में परिवर्तन, सुखाने वाले क्षेत्र में बदलाव, और वेब स्पंदन। रोशनी आर्किटेक्चर को ठीक करने और प्रक्रिया को स्थिर करने से कैमरे के रिज़ॉल्यूशन को बढ़ाने की तुलना में अधिक प्रभावी ढंग से गलत अस्वीकृति को कम किया जा सकता है।

निरीक्षण मॉडलों को कितनी बार पुनः प्रशिक्षित किया जाना चाहिए?
जब भी उत्पाद बदलता है: एक नया कोटिंग फॉर्मूलेशन, इलेक्ट्रोड ज्यामिति, या वेल्ड स्टैक। नियम-आधारित सीमाओं के पुनर्वैधीकरण की आवश्यकता है; एआई मॉडल को नए लेबल वाले डेटा की आवश्यकता होती है। एक परिवर्तन प्रक्रिया जिसमें निरीक्षण सत्यापन शामिल है, प्रारूप परिवर्तन के बाद सिस्टम को चुपचाप गायब होने से रोकती है।

इलेक्ट्रोड कोटिंग, टैब वेल्डिंग और सेल असेंबली लाइनों पर दृष्टि निरीक्षण तैनाती से टीओबी न्यू एनर्जी प्रोसेस इंजीनियरिंग समूह द्वारा संकलित तकनीकी संदर्भ। अपने विशिष्ट इलेक्ट्रोड और वेल्ड ज्यामिति पर दोष-वर्ग का पता लगाने के अध्ययन के लिए, लिंक्डइन पर डॉ. डैनी हुआंग से जुड़ें या ज़ियामेन दृष्टि प्रयोगशाला में नमूना दोष जमा करें।