友思特方案 精析“蝉翼”：FPGA图像处理方案助力锂电池高速产线检测新升级

导读

为新能源锂电行业赋能第二站：FPGA高精度图像采集与处理解决方案！薄如蝉翼的锂电池薄膜材料通常是在高速产线上生产而成，实时检测并精准分析其质量，依托于友思特FPGA图像采集与处理设备的高速、高精度、长距离传输稳定性与嵌入式边缘部署的特征。

应用背景：锂电薄膜检测系统

在锂电制造检测流程中，质量检测是保障锂电池品质、优化生产效率的核心步骤。锂电池制造中的薄膜材料，诸如隔膜、绝缘膜等，广泛运用于电芯卷绕、封装等关键环节，对电池的性能与安全性至关重要。这些薄膜在生产线上需精确控制其厚度的一致性、材料的均匀度以及表面微缺陷等关键指标。

为此，生产企业开发了专门针对锂电制造的薄膜检测系统。其中，高速图像采集卡作为该检测系统不可或缺的关键组件，扮演着极其关键的角色，能够确保检测数据高速、高精度的采集与传输。

锂电薄膜高速产线检测的难点

高速生产线的挑战不仅仅在于产品数量的增加，更在于如何在快速的生产节奏中保持检测的准确性和效率。

1.高速数据传输与高精度检测

随着锂电生产线的速度不断提升，对图像采集和处理的速度要求也相应提高。高速信号传输过程中，可能会遇到信号完整性和时钟抖动等问题，影响图像质量。传统的图像传输接口往往难以满足这一要求。

再比如在电池电极覆膜过程中，由于工艺原因，施用浆料和涂布时可能会造成诸多缺陷，缺陷种类复杂，如何通过优化图像处理算法，提升检测精度和速度，减少数据传输和处理的延迟，成为锂电生产中主要挑战。

锂电薄膜生产过程中的各种缺陷 [1]

2.庞大数据量存储需求

锂电池检测通常涉及高分辨率的图像采集，数据量庞大，数据量与带宽瓶颈的冲突引起的数据丢失，因为丢帧引起的数据不完整，会直接影响应用的稳定性。

3.多相机同步的复杂性

在锂电外观缺陷检测中，有时需要同时连接多个相机进行同步检测。这就要求检测系统具备强大的接口扩展性和同步控制能力。

友思特方案在锂电制造中的优势

友思特基于 Intel Altera Airra 10 系列芯片，为锂电池生产制造提供基于FPGA 的高精度图像采集与处理解决方案。用户可以自定义板载 ISP，极大地降低后端处理速度，提升检测精度。

1. 高速数据传输

在高速检测应用中，数据采集的实时性和准确性至关重要。其中 CoaXPress 协议采集卡以其高达12.5 Gbps（CXP-12）的数据传输速率和低延迟特性，确保了相机捕获的图像数据能够迅速、准确地传输到处理单元进行分析，大大提高了检测系统的响应速度和检测精度。

带宽与最大线缆长度[2]

2. 高精度的FPGA图像处理能力

HawkEye CXP-12 采集卡还集成了 Altera Airra 10 FPGA 图像处理芯片，高分辨率和高精度的处理能力使得检测系统能够捕捉到薄膜表面的微小缺陷和变化，如划痕、气泡、厚度不均等，在硬件层面实现复杂的图像处理算法（如常见图像 ROI 提取、图像压缩等）。这不仅减轻了主机 CPU 的负担，还提高了图像处理的效率和准确性。在电极涂布等检测应用中，这种能力有助于快速识别和提取图像中的缺陷信息。

3. 嵌入式边缘部署

在电芯的化成、分容以及电池模组组装等各个生产环节，为满足快速响应、即使决策、适应多样化生产环境的需要，友思特 Fanto Vision 边缘计算设备，将 CoaXPress FPGA 采集卡与 NVIDIA Jetson 模组相结合，实现大小仅 134 × 90× 60mm³ 的高速边缘AI的采集与部署。

4. 长距离稳定传输

在大型锂电制造生产线中，检测相机与数据处理单元之间往往需要跨越较长的距离。传统的图像传输接口在长距离传输时容易受到电磁干扰和信号衰减的影响。而 CoaXPress 采集卡采用同轴电缆作为传输媒介，具有出色的抗电磁干扰能力和长距离传输稳定性，确保了检测数据在传输过程中的完整性和准确性。

图片参考资料：

[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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审核编辑 黄宇