一种管内壁缺陷检测方法、装置、设备及存储介质与流程

本技术涉及机器视觉无损检测与自动化控制，具体涉及一种管内壁缺陷检测方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、目前，在管材缺陷检测领域中，通常采用普通光源结合线阵相机成像，并利用常规卷积神经网络对采集的灰度图像或彩色图像进行缺陷识别。然而，实际工业环境中的管壁常伴有水渍和污垢，水渍和污垢等表面附着物会改变表面反射率并形成类似裂纹的图像特征，而裂纹具有深度和边缘凹陷等几何形貌变化，常规基于反射率差异的视觉检测方法难以区分两者，极易造成误检。同时，将管内壁展开为平面图像后，跨越环向边界的裂纹会在展开边界处发生断裂，常规矩形卷积核因感受野受限，无法关联断裂区域，导致跨边界缺陷漏检。因此，急需一种能够降低伪缺陷干扰并保持跨边界缺陷连续识别的管内壁缺陷检测方案。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的表面附着物易造成误检以及环向展开导致跨边界缺陷漏检的问题，本技术通过管内壁缺陷检测方法、装置、设备及存储介质，实现从物理几何形貌层面抑制反射率伪影，并恢复管内壁环向连续性以提高缺陷识别准确率的目的。

2、为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是：提供一种管内壁缺陷检测方法，包括：获取管内壁的表面形貌梯度数据，表面形貌梯度数据表征管内壁表面几何形貌变化；基于表面形貌梯度数据，确定沿管内壁环向分布的检测数据；在检测数据的首尾边界处形成闭环拓扑关系，闭环拓扑关系用于保持跨越首尾边界的缺陷特征连续；基于闭环拓扑关系对检测数据执行缺陷特征聚合，输出缺陷识别结果。

3、在一些实施例中，获取管内壁的表面形貌梯度数据包括：向管内壁投射结构化光条纹；采集受管内壁表面形貌调制的变形条纹；基于变形条纹的相位变化，解算管内壁的表面法向梯度数据，以得到表面形貌梯度数据；其中，表面形貌梯度数据基于管内壁表面几何形貌变化生成，用于抑制仅由表面反射率变化形成的伪缺陷干扰。

4、在一些实施例中，向管内壁投射结构化光条纹包括：沿管内壁的轴向方向依次投射具有不同预设相移量的多幅条纹图案，多幅条纹图案在管内壁的环向方向上具有相同的条纹周期；采集受管内壁表面形貌调制的变形条纹包括：通过中心锥面镜将管内壁的内壁面反射的条纹光路折转至线阵相机，使线阵相机的成像视场覆盖管内壁的一整圈环向区域；在管内壁与线阵相机相对移动的过程中，基于编码器触发信号控制线阵相机按行采集多幅变形条纹图像，使每幅变形条纹图像对应管内壁的同一环向位置在不同相移图案下的反射强度；基于变形条纹的相位变化，解算管内壁的表面法向梯度数据包括：对同一环向位置和同一轴向位置对应的多幅变形条纹图像的灰度值执行相位解算，得到包裹相位；对包裹相位执行相位解包，得到连续相位；基于连续相位与标定得到的相位梯度映射关系，确定管内壁表面的法向梯度分量；将法向梯度分量按轴向位置和环向位置排列，生成表面形貌梯度数据。

5、在一些实施例中，在检测数据的首尾边界处形成闭环拓扑关系包括：将沿管内壁环向展开得到的检测数据确定为首边界数据和尾边界数据；在首边界数据和尾边界数据之间建立邻接关系，使位于首边界数据一侧的缺陷特征与位于尾边界数据一侧的缺陷特征能够通过邻接关系相互聚合；基于邻接关系形成闭环拓扑关系。

6、在一些实施例中，基于闭环拓扑关系对检测数据执行缺陷特征聚合，输出缺陷识别结果包括：将检测数据划分为多个特征节点，多个特征节点沿管内壁的环向方向和轴向方向排列，每个特征节点对应检测数据中的一个局部区域，局部区域包括表面形貌梯度数据中的梯度幅值特征和梯度方向特征；根据相邻特征节点之间的空间邻接关系构建节点邻接关系，并在对应首边界数据的边界节点与对应尾边界数据的边界节点之间设置跨边界连接关系，使环向角度最大端的边界节点与环向角度最小端的边界节点互为邻接节点；基于节点邻接关系和跨边界连接关系，对每个特征节点执行多轮特征传递，使每个特征节点根据邻接节点的特征更新自身特征；在多轮特征传递完成后，将具有相同缺陷响应的特征节点确定为一个缺陷连通域；当缺陷连通域同时包含首边界数据一侧的节点和尾边界数据一侧的节点时，输出跨越首尾边界的完整缺陷分割区域，并将完整缺陷分割区域作为缺陷识别结果。

7、在一些实施例中，方法还包括：基于表面形貌梯度数据，确定缺陷区域的深度参数、长度参数和面积参数中的至少两项；基于深度参数、长度参数和面积参数中的至少两项，确定缺陷区域对应的缺陷等级；缺陷识别结果包括缺陷区域的位置信息和缺陷等级。

8、在一些实施例中，方法还包括：基于缺陷区域的位置信息和缺陷等级，生成柔性转移控制指令，柔性转移控制指令包括抓取姿态指令和放置姿态指令；获取被检管材在输送路径上的位姿数据和输送速度，位姿数据包括被检管材的偏航角、俯仰角和滚动角；基于位姿数据和输送速度，预测被检管材到达目标转移工位的目标空间位置；根据目标空间位置控制执行机构以与被检管材相对静止或速度差小于预设速度差的状态接近被检管材；根据缺陷区域的位置信息确定执行机构的抓取接触区域，并控制执行机构以抓取接触区域避开缺陷区域的姿态抓取被检管材；当缺陷等级表征可修复缺陷时，根据缺陷区域的位置信息调整被检管材的放置姿态，使缺陷区域朝向预设避让方向；当缺陷等级表征不可修复缺陷时，将被检管材转移至废品承载位。

9、为解决上述技术问题，本技术采用的另一个技术方案是：提供一种管内壁缺陷检测装置，包括：数据获取模块，用于获取管内壁的表面形貌梯度数据，表面形貌梯度数据表征管内壁表面几何形貌变化；检测模块，用于基于表面形貌梯度数据，确定沿管内壁环向分布的检测数据；闭环拓扑模块，用于在检测数据的首尾边界处形成闭环拓扑关系，闭环拓扑关系用于保持跨越首尾边界的缺陷特征连续；缺陷识别模块，用于基于闭环拓扑关系对检测数据执行缺陷特征聚合，输出缺陷识别结果。

10、此外，本技术还提供了一种管内壁检测设备，包括：输送机构，配置为承载被检管材沿检测路径移动；成像组件，设置于检测路径上的检测工位，配置为获取被检管材的管内壁的表面形貌梯度数据；处理器，配置为基于表面形貌梯度数据确定沿管内壁环向分布的检测数据，在检测数据的首尾边界处形成闭环拓扑关系，基于闭环拓扑关系对检测数据执行缺陷特征聚合，并输出缺陷识别结果，缺陷识别结果包括缺陷位置和缺陷等级；柔性转移机构，配置为基于缺陷识别结果控制抓取接触区域避开缺陷位置，并以对应缺陷等级的姿态转移被检管材。

11、此外，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述方案所述的管内壁缺陷检测方法。

12、本技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本技术公开了一种管内壁缺陷检测方法、装置、设备及存储介质，通过获取表征管内壁表面几何形貌变化的表面形貌梯度数据作为缺陷识别的输入，由于水渍和污垢等附着物主要改变表面反射率而不显著改变微观几何形貌，而裂纹具有深度和边缘凹陷，因此基于几何形貌变化进行识别能够从物理层面直接抑制仅由反射率变化形成的伪缺陷干扰，降低误检率。同时，通过在环向分布的检测数据的首尾边界处形成闭环拓扑关系，恢复了管内壁在环向上的连续性，使位于首尾边界两侧的缺陷特征能够相互聚合，从而保持跨越首尾边界的缺陷特征连续，减少了相关技术中展开图像边界处缺陷断裂导致的漏检，提高了缺陷识别的完整性和准确率。在此基础上，通过结合柔性转移控制，根据缺陷位置调整抓取姿态以避开缺陷区域，减少了被检管材在分拣过程中的二次损伤。