(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210593514.7 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 申请人 广东德镒盟新材 料有限公司 (72)发明人 李勇　韩皓阳　刘苑喆　李乐　 王慧攀　唐新开　唐永霞　 (74)专利代理 机构 四川省方圆智云知识产权代 理事务所(普通 合伙) 51368 专利代理师 王悦 (51)Int.Cl. G01N 21/88(2006.01) G01N 21/01(2006.01) B25H 1/08(2006.01) (54)发明名称 基于机器视觉的热管管口缺陷检测装置及 其方法 (57)摘要 本发明涉及热管视觉检测技术领域， 提供一 种基于机器视觉的热管管口缺陷检测装置及其 方法， 包括计算机系统、 工作台、 管口视觉检测机 构和热管水平定位机构。 其中计算机系统包括图 像预处理、 特征提取和缺陷检测步骤， 管口视觉 检测机构包含视觉处理模块： 相机、 镜头、 光源； 热管水平定位机构用于使热管与相机同轴并水 平固定。 本发明针对热管自动穿网和缩径工艺， 检测来料管口是否存在毛刺或失圆缺陷， 提高产 品加工良率， 克服了人工目测法的主观干扰， 快 速、 准确地检出管口存在的缺陷， 提高了产品的 工艺效率和检测精度。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 114894808 A 2022.08.12 CN 114894808 A 1.基于机器视觉的热管管口缺陷检测装置， 其特 征在于： 包括计算机系统和视 觉装置； 所述的视觉装置用于水平检测铜管前端的管口缺陷， 包括工作台(1)、 管口视觉检测机 构(2)和热管水平定位机构(3)， 所述管口视觉检测机构(2)和热管水平定位机构(3)均安装 在工作台(1)上， 热 管水平定位机构(3)设置在管口视 觉检测机构(2)前侧； 热管水平定位机构(3)用于水平固定不同外径和长度的热管， 保持热管与管口视觉检 测机构(2)的镜头处于同一直线上， 管口视觉检测 机构(2)采集管口图像信息， 并传递给计 算机系统； 所述的计算机系统， 用于对管口图像进行处理和缺陷识别， 包括图像预处理、 特征提取 和缺陷检测三个模块。 2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的热管管口缺陷检测装置， 其特征在于： 所述的 管口视觉检测机构(2)包括图像采集系统与视觉仪器装置； 图像采集系统安装在视觉仪器 装置上； 图像采集系统包括相机(2 ‑5)、 镜头(2‑6)、 光源(2 ‑7)和光源 控制器； 视觉仪器装置包括视觉支撑板(2 ‑1)、 微调滑台安装板(2 ‑2)、 微调滑台(2 ‑3)、 相机安 装板(2‑4)、 光源固定块(2 ‑8)、 光源固定座(2 ‑9)、 光源滑动板(2 ‑1)(0)； 镜头(2‑6)安装在相机(2 ‑5)上， 相机(2 ‑5)设置在相机安装板(2 ‑4)上， 并连接计算机 系统， 相机安装板(2 ‑4)固定在微调滑台(2 ‑3)上， 微调滑台(2 ‑3)通过微调滑台安装板(2 ‑ 2)安装在视 觉支撑板(2‑1)上， 视觉支撑板(2‑1)固定在工作台(1)上； 光源(2‑7)通过光源固定块(2 ‑8)安装在 光源滑动块(2 ‑1)(0)上， 光源滑动块(2 ‑1)(0) 滑动安装在光源 固定座(2 ‑9)上， 并且光源滑动块(2 ‑1)(0)安装在视觉支撑板(2 ‑1)内侧， 光源固定座(2 ‑9)和光源固定块(2 ‑8)底部设置在工作台(1)上。 3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的热管管口缺陷检测装置， 其特征在于： 所述的 热管水平定位机构(3)包括定位底座(3 ‑1)、 热管(3 ‑2)、 热管固定器(3 ‑3)、 后定位块(3 ‑4)、 定位螺丝(3 ‑5)； 定位底座(3 ‑1)通过平键和螺丝固定在工作台(1)上， 热管固定器(3 ‑3)与 后定位块(3 ‑4)设置在定位底座(3 ‑1)上方开设的槽孔内， 热管(3 ‑2)放置在热管固定器(3 ‑ 3)上的V型槽上， 后定位块(3 ‑4)对热管(3 ‑2)后端口进行定位， 热管固定器(3 ‑3)和后定位 块(3‑4)通过定位螺 丝(3‑5)固定在底座(3 ‑1)上； 所述的相机(2 ‑5)、 镜头(2‑6)、 光源(2 ‑7)与热管(3‑2)保持在同一 直线上。 4.基于机器视觉的热管管口缺陷检测方法， 其特征在于： 采用权利要求1到3任一项所 述的基于 机器视觉的热管管口缺陷检测装置， 包括以下步骤： 步骤一： 图像预处理模块包括图像采集、 图像裁剪和轮廓检测部分； 管口视觉检测机构 (2)中的相机(2 ‑5)所采集的图片传 入计算机系统中， 运用灰度重心法裁剪出含有管口特征 的感兴趣区域， 通过 形态学处 理获得管口端面的形状区域和内外轮廓； 步骤二： 特征提取模块包括目标定位、 目标展平、 骨架提取部分； 利用最小二乘圆拟合 法计算内外轮廓的拟合圆， 结合均值合并法完成管 口的质心位置定位与圆环大小检测， 将 目标区域进 行极坐标变换， 得到管口展平图像， 通过细化算法与 平滑处理， 提取管口中心骨 架； 步骤三： 缺陷检测模块包括毛刺缺陷检测与失圆缺陷检测两部分； 采用 骨架梯度方向 边缘搜索算法， 获取不同位置的管口宽度测量值， 设置宽度容差值判别毛刺缺陷； 分析骨架权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114894808 A 2线波动特征， 设置位置容差值判别失圆缺陷， 以上检出任一种缺陷， 则判断管口质量不合 格。 5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的热管管口缺陷检测方法， 其特征在于： 所述步 骤一中， 对采集到的管 口图像进行快速全局阈值分割处理， 筛选合适外接圆半径范围的圆 环区域， 再对 该区域进 行灰度重心计算， 设置圆形ROI略大于圆环区域， 缩减原始图像， 去除 图像非ROI区域的干扰源， 针对不同外径的铜管 可自动进行裁 剪去噪和放大显示； 采用中值滤波和均值滤波对灰度图像预处理， 选择OTSU阈值分割法对处理后的管口图 像进行二值分割， 通过欧拉数特征判断所提取 的形状区域是否为管 口端面， 若目标区域提 取无误， 则得到管口内外轮廓边 缘， 并计算内外轮廓的圆度。 6.根据权利要求4所述的基于机器视觉的热管管口缺陷检测方法， 其特征在于： 所述步 骤二中， 运用基于Tukey算法的最小二乘圆拟合法， 分别对管口的内轮廓点与外轮廓点进 行 圆拟合， 同时计算外轮廓的最小外接圆和内轮廓的最大内接圆， 采用均值合并的方法对内 外拟合圆的圆心坐标进行合并定位， 确定唯一的管口质心位置 定位和圆环半径大小。 7.根据权利要求4所述的基于机器视觉的热管管口缺陷检测方法， 其特征在于： 所述步 骤二中， 管 口目标区域从笛卡尔坐标系转换为极坐标系， 通过获取 的最小外接圆和 最大内 接圆， 计算出管口极坐标变换所需的内外边界范围， 自动适应不同管径的热管， 将管口端面 的圆环特 征展平为 直线特征， 若管口有失圆缺陷， 则展平后为非直线特 征。 8.根据权利要求4所述的基于机器视觉的热管管口缺陷检测方法， 其特征在于： 所述步 骤二中， 利用高斯滤波器对膨胀处理后的目标特征进 行边缘平滑， 通过Rosenfeld细化算法 提取展平管 口区域的中心骨架， 采用端点删除剪枝法保留唯一骨架特征线， 选择双侧均值 滤波器对骨架线 进行光顺平滑， 获取骨架线的点 坐标与梯度角。 9.根据权利要求4所述的基于机器视觉的热管管口缺陷检测方法， 其特征在于： 所述步 骤三中， 根据得到的骨架线和轮廓边缘， 基于梯度方向边缘搜索的宽度检测算法， 获取骨架 线每个位置对应的宽度测量点对， 通过欧式距离计算点对的宽度值， 设置宽度容差值判别 毛刺缺陷， 若连续 一定长度的测量 值大于宽度容差值， 则判定管口端面有 毛刺缺陷。 10.根据权利要求4所述的基于机器视觉的热管管口缺陷检测方法， 其特征在于： 所述 步骤三中， 根据得到的骨架线和管口平均宽度， 设置位置容差值判别失圆缺陷， 建立内外两 条平行的位置容差线， 分析骨架波动的褶皱程度， 若骨架线与位置容差线相交， 则判定管口 端面有失圆缺陷， 以上检出任一种缺陷， 则判断管口质量 不合格。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114894808 A 3