光度立體法在密封釘焊接檢測中的應(yīng)用

摘要

光度立體技術(shù)指基于二維紋理信息提取出相應(yīng)的三維模型，是一種利用2D機器視覺處理傳統(tǒng)3D場景檢測需求的多光解決方案。借助光度立體技術(shù)，廣大電池及設(shè)備廠商能夠在可控的成本范圍內(nèi)享受更高層級的視覺檢測服務(wù)。

當下，磷酸錳鐵鋰、硅基負極、高鎳三元等新材料不斷推出；大圓柱電池、CTC、刀片電池等新工藝應(yīng)用提速。

然而，新材料、新工藝必然帶來新的缺陷。原材料和生產(chǎn)工藝迭代使得鋰電視覺檢測場景愈加復(fù)雜和精細化，要求視覺檢測企業(yè)對各種復(fù)雜應(yīng)用場景、生產(chǎn)工序工藝、客戶關(guān)注點有深刻的理解和快速響應(yīng)。

動力電池視覺檢測的新需求對傳統(tǒng)算法提出巨大挑戰(zhàn)，基于AI、深度學(xué)習的檢測技術(shù)成為機器視覺企業(yè)的競爭核心之一。

傳統(tǒng)檢測算法的底層邏輯在于，在指定區(qū)域找亮度、顏色差異，并據(jù)此來判斷異物的大小或形狀等。顯然傳統(tǒng)算法無法解決焊接環(huán)節(jié)的檢測痛點，無法滿足該領(lǐng)域的檢測需求。

目前，深度學(xué)習技術(shù)已逐漸應(yīng)用到鋰電機器視覺檢測應(yīng)用當中，相比于傳統(tǒng)算法，AI視覺檢測系統(tǒng)可以自動學(xué)習和提取缺陷特征，提升檢出率。深度學(xué)習具有準確率高、魯棒性強、避免繁瑣特征設(shè)計等優(yōu)勢。

以密封釘焊接檢測為例，密封釘焊接缺陷形態(tài)豐富，難以界定其形態(tài)邊緣；檢測區(qū)移動頻繁，缺陷位置具有隨機性；部分小缺陷混雜于焊灰或清洗圈中等，對機器視覺檢測提出了不小的挑戰(zhàn)。

華漢偉業(yè)基于光度立體技術(shù)的核心邏輯，將2D圖像的紋理信息與3D圖像的形貌信息進行異源數(shù)據(jù)融合，結(jié)合深度學(xué)習技術(shù)，完成表面焊接質(zhì)量檢測。檢測效果達到掃描速度50mm/s，漏殺率為0% ，過殺率<1%，很好地解決了上述焊接檢測痛點。

光度立體法在密封釘焊接檢測中的應(yīng)用

一句話概括，光度立體技術(shù)即基于二維紋理信息提取出相應(yīng)的三維模型，是一種利用2D機器視覺處理傳統(tǒng)3D場景檢測需求的多光解決方案。

具體而言，當相機、光源和目標物體相對位置固定不變時，使用不同方向的光源照射同一目標物體，可拍攝到多張目標物體帶有不同明暗分布的圖像；繼而通過求解基于朗伯反射原理的反射方程組，得到物體表面的法向量、梯度、高度等信息。

也就是說，一張圖片中的每個像素都與一個相對高度相關(guān)聯(lián)。對局部梯度信息進行計算，可整合得出對應(yīng)的3D高度信息圖。

由于光度立體技術(shù)依托于對光度信息的評估，即圖像中的灰度值，因此圖像質(zhì)量的好壞至關(guān)重要。為了保證良好的照明與最終的圖像質(zhì)量，華漢偉業(yè)采購國際頂尖光源與相機設(shè)備，并且獨家開發(fā)了基于灰度圖像引導(dǎo)的高度圖像增強技術(shù)。

為了提升檢測的準確率，降低高度圖像中孔洞、無效像素對于檢測的影響，華漢偉業(yè)技術(shù)團隊利用灰度圖像對高度圖像進行無效像素填充；將灰度圖像、高度圖像輸入到卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，完成多尺度的特征抽取，并利用編碼器-解碼器結(jié)構(gòu)進行特征融合，最終得到重建圖像數(shù)據(jù)。

在密封釘焊接檢測的具體場景中，針對爆點、焊坑、孔洞、 斷焊等缺陷，融合3D的高度信息和2D的紋理信息，分別輸入到卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行特征提取，然后對3D的高度特征圖和2D紋理特征圖進行異源數(shù)據(jù)融合，經(jīng)過多尺度高級特征融合后，輸出缺陷的分割和類別信息。檢測針孔的極限控制在0.2mm以內(nèi)。

根據(jù)不同的缺陷類型，各自對應(yīng)的檢測流程分別如下：

針孔&爆點

將密封釘圓環(huán)狀焊道展開，采用傳統(tǒng)的缺陷檢測工具對高度圖進行自由曲面擬合，再根據(jù)缺陷的深度/高度和面積進行聚類篩選。

斷焊&焊道偏移&漏焊

將密封釘圓環(huán)狀焊道展開，采用深度學(xué)習滑窗的方式進行分類。

反釘&翹釘

測量密封釘中心凸臺和頂蓋面之間的高度差，進行尺寸管控。

檢測效果圖

自研算法解決“卡脖子”難題

視覺控制系統(tǒng)及底層的機器視覺算法是工業(yè)機器視覺的靈魂。相比于起跑甚早的日本企業(yè)，國內(nèi)大部分機器視覺公司在硬件方面已有較大進步，但僅有少數(shù)擁有自己獨立的底層算法庫。

華漢偉業(yè)產(chǎn)品負責人向高工鋰電分享到，出于“讓專業(yè)的人做專業(yè)的事”的企業(yè)理念，華漢偉業(yè)一直沒有分散精力去布局邊緣賽道，而是深耕自研算法，在底層算法庫與軟件系統(tǒng)方面建立堅固的“護城河”。

如今，華漢偉業(yè)的3D視覺檢測系統(tǒng)在華南地區(qū)已成為標桿王牌產(chǎn)品，其自研的MVDevelop 開發(fā)者視覺算法平臺對標全球一流算法平臺，解決卡脖子問題，打破了國外視覺算法技術(shù)壟斷的壁壘。

而且，華漢偉業(yè)技術(shù)團隊可以深層次為客戶進行靈活定制化和針對特定場景的開發(fā)。光度立體技術(shù)密封釘焊接檢測中的應(yīng)用便是在這種需求下，特別推出的兼具成本與檢測成效優(yōu)勢的非標解決方案，企業(yè)可根據(jù)自身預(yù)算與實際檢測場景，靈活選擇2D、3D、AI的定制搭配組合。

目前，光度立體技術(shù)尚未在國內(nèi)機器視覺行業(yè)得到大規(guī)模商用。華漢偉業(yè)的率先布局，也體現(xiàn)了其對市場新興檢測場景及實際檢測訴求的靈敏嗅覺。

基于7年來深入鋰電行業(yè)的研發(fā)、交付和技術(shù)迭代，以及對鋰電制造工藝的理解，華漢偉業(yè)以先進的自研3D+AI檢測算法為抓手，為國內(nèi)多家鋰電頭部企業(yè)提供整體解決方案。在多個維度持續(xù)不斷實現(xiàn)著技術(shù)迭代和know-how積累，已經(jīng)形成了鋰電生產(chǎn)全工序的底層視覺服務(wù)能力。

借助光度立體法等前沿應(yīng)用創(chuàng)新，華漢偉業(yè)的目標是以更普惠的形式，將3D級別的高水平檢測服務(wù)提供給廣大電池及設(shè)備企業(yè)，助力新能源行業(yè)降本增效。

審核編輯 ：李倩