Nach aktuellem Stand der Technik werden Lithium-Ionen-Batterien in naher bis mittlerer Zukunft das Arbeitspferd einer grünen Energierevolution darstellen und Strom für fast alles speichern – von Elektrofahrzeugen und eventuell Flugzeugen bis hin zu Wohn- und Geschäftsgebäuden. Trotz ihrer Bedeutung sind Lithium-Ionen-Batterien konzeptionell einfache Produkte. Sie bestehen aus abwechselnd übereinander gestapelten Kathoden- (positive Ladung) und Anoden-Elektrodenschichten (negative Ladung), wobei zwischen jeder Schicht eine Trennschicht liegt. Ein flüssiger oder fester Elektrolyt wird beigemischt, um die Energieübertragung zwischen den Kathoden- und Anodenschichten zu erleichtern.
Während die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien mit ihren Elektrodenschichten und einem Elektrolyt-Lösungsmittel konzeptionell einfach sein mag, ist der tatsächliche Prozess relativ kompliziert und sensibel. Die Dicke der Beschichtungen auf den Elektroden kann einen erheblichen Einfluss auf die Leistung oder sogar die Stabilität einer Batterie haben.
KI unterstützt bei
der Qualitätssicherung
Zeilenkameras können – gegebenenfalls mit Unterstützung von Machine-Learning-Algorithmen – dazu beitragen, die Qualitätssicherung während der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien zu automatisieren und zu rationalisieren. Zeilenkameras sind Kameras, die an einer Produktionsstraße angebracht werden können, um die Produktion von Endlosmaterialien zu überwachen, während sie den Fertigungsprozess durchlaufen. Zeilenkameras eignen sich daher gut für die Inspektion von Elektrodenschichten, da diese mit hoher Geschwindigkeit von großen Spulen durch den Beschichtungs- und Stapelprozess laufen.
Die Laserprofilerstellung mit Inspektionskameras kann den gesamten Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien abdecken. Die Kameras sind in der Lage, die Dicke der Elektroden und der Beschichtung zu messen, nach Oberflächenfehlern wie Dellen, Kratzern oder verbogenen Kanten zu suchen, die Abmessungen von Batteriegehäusen für zylindrische oder taschenförmige Batterien zu prüfen und die Qualität der Schweißnaht am externen Terminalkontakt der Batterien zu überwachen.
Die größten Herausforderungen bei vielen Elektrodenprüfaufgaben sind die Geschwindigkeit der Prozesse und die Notwendigkeit, immer kleinere Defekte zu erkennen. Die eingesetzte Kamera muss also in der Lage sein, mit der Produktionsgeschwindigkeit der Maschinen Schritt zu halten, und daher eine hohe Zeilenrate aufweisen. Gleichzeitig muss sie über eine ausreichende Empfindlichkeit verfügen, um kurze Belichtungszeiten zu ermöglichen. Daneben sollte sie genügend Pixel besitzen, um ein möglichst großes Sichtfeld abzudecken.
„Aus diesem Grund sind unsere Linea 8K- und 16K-Zeilenkameras mit Camera-Link-Schnittstelle eine beliebte Wahl in dieser Branche“, sagt Inder Kohli, Senior Product Manager bei Teledyne Dalsa. Bei langsameren Linien und Prozessen dominieren seiner Meinung nach zwar die Linea-GigE-Kameras. Doch auch die Flächenkameras Linea 4K und Genie Nano 2MP würden für verschiedene Inspektionsaufgaben bei der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt.
Technik-Kombi ermöglicht präzise Systeme
„Durch die Kombination unserer hochempfindlichen Zeilensensortechnologie in einem kompakten und industrieerprobten Gehäuse mit unseren Framegrabbern – beim Einsatz von Camera Link – und unserer Sapera Software Suite erhalten unsere Kunden hochpräzise, robuste und zuverlässige Bildverarbeitungssysteme, die für den Dauereinsatz in dieser rauen Umgebung ausgelegt sind“, so Kohli. „Die Kombination dieser Hardware und Software zu einem sehr günstigen Preis bedeutet, dass unsere Kunden einen sehr schnellen Return on Investment erzielen“
Die Hersteller müssen sich darauf vorbereiten, die kommende Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien befriedigen zu können. Der Einsatz von Zeilenkameras, Laserprofilsensoren und maschinellem Lernen wird den Herstellern dabei helfen, Qualitätssicherung und Effizienz in der Lithium-Ionen-Batterieproduktion zu optimieren.
Teledyne Dalsa
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82152 Krailling
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