背景

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，鋰電池應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)需求巨大。由于環(huán)保壓力和政策激勵(lì)的多重驅(qū)動(dòng)，鋰電池占電池界的半壁江山。然而，由于電池安全問(wèn)題引發(fā)的自燃、爆炸事故比比皆是。比如震驚業(yè)界的三星電池爆炸事件，以及電池外殼變形擠壓引起的蔚來(lái)汽車(chē)自燃事件，給鋰離子電池的安全問(wèn)題再次敲響了警鐘。在這樣的背景下，鋰電池廠家或鋰電池檢測(cè)設(shè)備廠家必須建立高效的鋰電池自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，須借助工控機(jī)、PCI-9111HR數(shù)據(jù)采集卡、機(jī)器視覺(jué)及工業(yè)相機(jī)等設(shè)備，提高外觀檢測(cè)深度和效率。

　　不良品在制程中流動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)個(gè)工序的人力、材料、物力、時(shí)間等成本，鋰電池外殼的抗壓后，其厚度變形量超過(guò)允許值，會(huì)涉及到鋰電池安全隱患。之前檢測(cè)方法存在問(wèn)題：一是檢測(cè)速度慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)；二是人工檢測(cè)主觀性大，人員易疲勞；三是品質(zhì)管理難，人工操作中易造成其他不良內(nèi)容。

　　方案概述

　　抗壓強(qiáng)度是鋰電池封裝外殼最重要的質(zhì)量指標(biāo)。其測(cè)試方法與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為：對(duì)待檢測(cè)的鋰電外殼施加一定的壓力(如采用壓力執(zhí)行器對(duì)外殼產(chǎn)品施加500g壓力)，同時(shí)運(yùn)用電渦流位移傳感測(cè)試產(chǎn)品厚度方向的變形量，當(dāng)厚度變形量ΔL 超過(guò)允許值的時(shí)候，則認(rèn)為產(chǎn)品是NG 的。否則，該產(chǎn)品為OK 品。

　　主要硬件要求

　　1)測(cè)試平臺(tái)：對(duì)鋰電池外殼產(chǎn)品進(jìn)行抗壓測(cè)試的工作臺(tái);

　　2)壓力執(zhí)行器：壓力執(zhí)行器應(yīng)包含驅(qū)動(dòng)電源，當(dāng)其控制端施加0～10VDC 的模擬控制電壓時(shí)，可等比例向外部產(chǎn)生0～1000g 的驅(qū)動(dòng)壓力;

　　3) 壓力傳感器：其作用在于，實(shí)時(shí)檢測(cè)施加在產(chǎn)品的壓力，并等比轉(zhuǎn)化為0～10VDC 的電信號(hào)，以供壓力值反饋之用;

　　4)電渦流位移傳感器：檢測(cè)產(chǎn)品厚度方向的變形值，并等比轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，反饋至計(jì)算機(jī)系統(tǒng);

　　5)PCI-9111HR數(shù)據(jù)采集卡：對(duì)壓力傳感器以及電渦流傳感器輸出的測(cè)試量進(jìn)行A/D 采集，并對(duì)壓力執(zhí)行器的輸出壓力進(jìn)行D/A 控制;

　　6) 工控機(jī)：要基于 PC 架構(gòu)，自帶有串口，i5以上配置，支持二維碼和條形碼掃描的掃描槍跟 PC 相連。

　　系統(tǒng)工作流程

　　1、硬件系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下所示。

　　2、壓力執(zhí)行器輸出標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試壓力的控制方法

　　考慮到整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性以及測(cè)試的準(zhǔn)確性，壓力執(zhí)行器在向產(chǎn)品釋放壓力時(shí)，需要將漸續(xù)進(jìn)行，即：施加壓力的大小需由0 逐漸增加，并進(jìn)而達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值(500g)，而并非瞬時(shí)施加500g 的外力。因此，為保證壓力標(biāo)準(zhǔn)值的正確性和精度，同時(shí)又滿(mǎn)足過(guò)程的快速性，需要對(duì)壓力執(zhí)行器進(jìn)行正確而恰當(dāng)?shù)目刂啤?/p>

　　鑒于系統(tǒng)中具備壓力傳感器這里反饋裝置，對(duì)壓力執(zhí)行器的控制，本方案采用工業(yè)上較為常用PID 閉環(huán)反饋的控制方法。PID 控制因其算法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，性能好和可靠性高被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制。

　　第一，選擇合適的PID(比例、積分、微分)參數(shù)，壓力傳感器的施加壓力值從0 達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，其響應(yīng)速度可為幾十ms，并且根據(jù)需要，通過(guò)改變參數(shù)，將這一過(guò)程的時(shí)間延長(zhǎng)至幾秒，幾十秒……PID 參數(shù)對(duì)于控制輸出的標(biāo)準(zhǔn)壓力具備很好的響應(yīng)速度、穩(wěn)定性和無(wú)偏差性;其次，通過(guò)PID 控制方法，完全可以使壓力執(zhí)行器的壓力輸出值不會(huì)超調(diào)，即：不會(huì)出現(xiàn)壓力高于標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生破壞的情況;第三，配合ADLINK PCI-9111HR 高精度多功能采集卡，PID 算法可達(dá)到較高的精度。就本系統(tǒng)而言，因PCI-9111HR 卡A/D 分辨率高達(dá)16 位，D/A 分辨率高達(dá)12 位，壓力控制精度可達(dá)到100mg 以?xún)?nèi);最后，結(jié)合PCI-9111HR 高精度多功能采集卡，PID 控制方法在當(dāng)今各種通用的編程語(yǔ)言中都是易于實(shí)現(xiàn)和掌握的。

　　PCI-9111HR參數(shù)

　　PCI-9111HR是16 通道、100 kS/s 高性?xún)r(jià)比的多功能數(shù)據(jù)采集卡，其特點(diǎn)在于模擬輸入的靈活配置。每個(gè)A/D 輸入通道都引入了RC濾波器來(lái)衰減或過(guò)濾輸入信號(hào)。PCI-9111HR 為雙極性輸入提供了5種可編程輸入范圍的模擬輸入。

　　效益

　　? PCI-9111HR 采集卡分辨率較高，且具備16 通道。完全滿(mǎn)足對(duì)本系統(tǒng)中壓力傳感器數(shù)據(jù)以及電渦流微位移傳感器數(shù)據(jù)的高速、高精密采集;配合合適的算法，完全實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的快速的、高精度控制和測(cè)試

　　? PCI-9111HR 采集卡具備D/A 輸出功能，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力執(zhí)行器的控制輸出

　　? PCI-9111HR 采集卡同時(shí)具備多路數(shù)字IO，這在一臺(tái)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)中是不可或缺的。對(duì)檢測(cè)結(jié)果的輸出，對(duì)其它電氣設(shè)備的控制，以及與其它設(shè)備的通訊，一張卡均可實(shí)現(xiàn)，真正做到了“All in one”