導讀

為新能源鋰電行業賦能第二站：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線上生產而成，實時檢測并精準分析其質量，依托于友思特FPGA圖像采集與處理設備的高速、高精度、長距離傳輸穩定性與嵌入式邊緣部署的特征。

應用背景：鋰電薄膜檢測系統

在鋰電制造檢測流程中，質量檢測是保障鋰電池品質、優化生產效率的核心步驟。鋰電池制造中的薄膜材料，諸如隔膜、絕緣膜等，廣泛運用于電芯卷繞、封裝等關鍵環節，對電池的性能與安全性至關重要。這些薄膜在生產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鍵指標。

為此，生產企業開發了專門針對鋰電制造的薄膜檢測系統。其中，高速圖像采集卡作為該檢測系統不可或缺的關鍵組件，扮演著極其關鍵的角色，能夠確保檢測數據高速、高精度的采集與傳輸。

鋰電薄膜高速產線檢測的難點

高速生產線的挑戰不僅僅在于產品數量的增加，更在于如何在快速的生產節奏中保持檢測的準確性和效率。

1.高速數據傳輸與高精度檢測

隨著鋰電生產線的速度不斷提升，對圖像采集和處理的速度要求也相應提高。高速信號傳輸過程中，可能會遇到信號完整性和時鐘抖動等問題，影響圖像質量。傳統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，施用漿料和涂布時可能會造成諸多缺陷，缺陷種類復雜，如何通過優化圖像處理算法，提升檢測精度和速度，減少數據傳輸和處理的延遲，成為鋰電生產中主要挑戰。

鋰電薄膜生產過程中的各種缺陷 [1]

2.龐大數據量存儲需求

鋰電池檢測通常涉及高分辨率的圖像采集，數據量龐大，數據量與帶寬瓶頸的沖突引起的數據丟失，因為丟幀引起的數據不完整，會直接影響應用的穩定性。

3.多相機同步的復雜性

在鋰電外觀缺陷檢測中，有時需要同時連接多個相機進行同步檢測。這就要求檢測系統具備強大的接口擴展性和同步控制能力。

友思特方案在鋰電制造中的優勢

友思特基于 Intel Altera Airra 10 系列芯片，為鋰電池生產制造提供基于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，提升檢測精度。

1. 高速數據傳輸

在高速檢測應用中，數據采集的實時性和準確性至關重要。其中 CoaXPress 協議采集卡以其高達12.5 Gbps（CXP-12）的數據傳輸速率和低延遲特性，確保了相機捕獲的圖像數據能夠迅速、準確地傳輸到處理單元進行分析，大大提高了檢測系統的響應速度和檢測精度。

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系統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，在硬件層面實現復雜的圖像處理算法（如常見圖像 ROI 提取、圖像壓縮等）。這不僅減輕了主機 CPU 的負擔，還提高了圖像處理的效率和準確性。在電極涂布等檢測應用中，這種能力有助于快速識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生產環節，為滿足快速響應、即使決策、適應多樣化生產環境的需要，友思特 Fanto Vision 邊緣計算設備，將 CoaXPress FPGA 采集卡與 NVIDIA Jetson 模組相結合，實現大小僅 134 × 90× 60mm3 的高速邊緣AI的采集與部署。

4. 長距離穩定傳輸

在大型鋰電制造生產線中，檢測相機與數據處理單元之間往往需要跨越較長的距離。傳統的圖像傳輸接口在長距離傳輸時容易受到電磁干擾和信號衰減的影響。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定性，確保了檢測數據在傳輸過程中的完整性和準確性。

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