導(dǎo)讀

為新能源鋰電行業(yè)賦能第二站：FPGA高精度圖像采集與處理解決方案！薄如蟬翼的鋰電池薄膜材料通常是在高速產(chǎn)線上生產(chǎn)而成，實(shí)時(shí)檢測(cè)并精準(zhǔn)分析其質(zhì)量，依托于友思特FPGA圖像采集與處理設(shè)備的高速、高精度、長距離傳輸穩(wěn)定性與嵌入式邊緣部署的特征。

應(yīng)用背景：鋰電薄膜檢測(cè)系統(tǒng)

在鋰電制造檢測(cè)流程中，質(zhì)量檢測(cè)是保障鋰電池品質(zhì)、優(yōu)化生產(chǎn)效率的核心步驟。鋰電池制造中的薄膜材料，諸如隔膜、絕緣膜等，廣泛運(yùn)用于電芯卷繞、封裝等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)電池的性能與安全性至關(guān)重要。這些薄膜在生產(chǎn)線上需精確控制其厚度的一致性、材料的均勻度以及表面微缺陷等關(guān)鍵指標(biāo)。

為此，生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)了專門針對(duì)鋰電制造的薄膜檢測(cè)系統(tǒng)。其中，高速圖像采集卡作為該檢測(cè)系統(tǒng)不可或缺的關(guān)鍵組件，扮演著極其關(guān)鍵的角色，能夠確保檢測(cè)數(shù)據(jù)高速、高精度的采集與傳輸。

鋰電薄膜高速產(chǎn)線檢測(cè)的難點(diǎn)

高速生產(chǎn)線的挑戰(zhàn)不僅僅在于產(chǎn)品數(shù)量的增加，更在于如何在快速的生產(chǎn)節(jié)奏中保持檢測(cè)的準(zhǔn)確性和效率。

1.高速數(shù)據(jù)傳輸與高精度檢測(cè)

隨著鋰電生產(chǎn)線的速度不斷提升，對(duì)圖像采集和處理的速度要求也相應(yīng)提高。高速信號(hào)傳輸過程中，可能會(huì)遇到信號(hào)完整性和時(shí)鐘抖動(dòng)等問題，影響圖像質(zhì)量。傳統(tǒng)的圖像傳輸接口往往難以滿足這一要求。

再比如在電池電極覆膜過程中，由于工藝原因，施用漿料和涂布時(shí)可能會(huì)造成諸多缺陷，缺陷種類復(fù)雜，如何通過優(yōu)化圖像處理算法，提升檢測(cè)精度和速度，減少數(shù)據(jù)傳輸和處理的延遲，成為鋰電生產(chǎn)中主要挑戰(zhàn)。

鋰電薄膜生產(chǎn)過程中的各種缺陷 [1]

2.龐大數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)需求

鋰電池檢測(cè)通常涉及高分辨率的圖像采集，數(shù)據(jù)量龐大，數(shù)據(jù)量與帶寬瓶頸的沖突引起的數(shù)據(jù)丟失，因?yàn)閬G幀引起的數(shù)據(jù)不完整，會(huì)直接影響應(yīng)用的穩(wěn)定性。

3.多相機(jī)同步的復(fù)雜性

在鋰電外觀缺陷檢測(cè)中，有時(shí)需要同時(shí)連接多個(gè)相機(jī)進(jìn)行同步檢測(cè)。這就要求檢測(cè)系統(tǒng)具備強(qiáng)大的接口擴(kuò)展性和同步控制能力。

友思特方案在鋰電制造中的優(yōu)勢(shì)

友思特基于 Intel Altera Airra 10 系列芯片，為鋰電池生產(chǎn)制造提供基于FPGA 的高精度圖像采集與處理解決方案。用戶可以自定義板載 ISP，極大地降低后端處理速度，提升檢測(cè)精度。

1. 高速數(shù)據(jù)傳輸

在高速檢測(cè)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性至關(guān)重要。其中 CoaXPress 協(xié)議采集卡以其高達(dá)12.5 Gbps（CXP-12）的數(shù)據(jù)傳輸速率和低延遲特性，確保了相機(jī)捕獲的圖像數(shù)據(jù)能夠迅速、準(zhǔn)確地傳輸?shù)教幚韱卧M(jìn)行分析，大大提高了檢測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和檢測(cè)精度。

帶寬與最大線纜長度[2]

2. 高精度的FPGA圖像處理能力

HawkEye CXP-12 采集卡還集成了 Altera Airra 10 FPGA 圖像處理芯片，高分辨率和高精度的處理能力使得檢測(cè)系統(tǒng)能夠捕捉到薄膜表面的微小缺陷和變化，如劃痕、氣泡、厚度不均等，在硬件層面實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的圖像處理算法（如常見圖像 ROI 提取、圖像壓縮等）。這不僅減輕了主機(jī) CPU 的負(fù)擔(dān)，還提高了圖像處理的效率和準(zhǔn)確性。在電極涂布等檢測(cè)應(yīng)用中，這種能力有助于快速識(shí)別和提取圖像中的缺陷信息。

3. 嵌入式邊緣部署

在電芯的化成、分容以及電池模組組裝等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為滿足快速響應(yīng)、即使決策、適應(yīng)多樣化生產(chǎn)環(huán)境的需要，友思特 Fanto Vision 邊緣計(jì)算設(shè)備，將 CoaXPress FPGA 采集卡與 NVIDIA Jetson 模組相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)大小僅 134 × 90× 60mm3 的高速邊緣AI的采集與部署。

4. 長距離穩(wěn)定傳輸

在大型鋰電制造生產(chǎn)線中，檢測(cè)相機(jī)與數(shù)據(jù)處理單元之間往往需要跨越較長的距離。傳統(tǒng)的圖像傳輸接口在長距離傳輸時(shí)容易受到電磁干擾和信號(hào)衰減的影響。而 CoaXPress 采集卡采用同軸電纜作為傳輸媒介，具有出色的抗電磁干擾能力和長距離傳輸穩(wěn)定性，確保了檢測(cè)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的完整性和準(zhǔn)確性。

圖片參考資料：

[1]SchooA,MoschnerR,HülsmannJ,KwadeA.CoatingDefectsofLithium-IonBatteryElectrodes(...).Batteries.2023;9(2):111.https://doi.org/10.3390/batteries9020111.

[2]https://www.adimec.com/5-10-and-25-gige-advances-in-camera-interface-technology-compared-to-coaxpress-1-1-and-2-0/.

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審核編輯 黃宇