一种基于机器视觉的留置针组件缺陷检测方法与流程

本发明涉及缺陷检测，尤其涉及一种基于机器视觉的留置针组件缺陷检测方法。

背景技术：

1、随着医疗器械制造行业向自动化与精密化方向的不断发展，留置针作为临床输液治疗中的关键耗材，生产质量控制标准日益严苛，留置针组件通常由透明的聚合物导管与内部的金属穿刺针构成，二者在组装过程中涉及复杂的粘接工艺，且对针尖的锋利度、导管的内壁光滑度以及粘接区的密封性均有极高的要求，为了确保产品的高良率与使用安全性，机器视觉检测技术已逐渐取代以往的人工目检，成为主流的在线检测手段，这在一定程度上实现了生产线的自动化，能够满足基本的尺寸测量和表面异物检测需求，提升了生产效率。

2、尽管如此，现有留置针组件缺陷检测方法仍存在改进之处，难以区分真实的材料缺陷与光学投影干扰，导致误报率提高，此外，缺乏对圆柱形组件进行轴向与周向展开的材料坐标映射机制，难以在组件旋转过程中对同一缺陷进行多角度的特征关联与验证，从而导致对功能性缺陷的漏检。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了一种基于机器视觉的留置针组件缺陷检测方法解决对功能性缺陷的漏检的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、本发明提供了一种基于机器视觉的留置针组件缺陷检测方法，其包括，

5、采集待检留置针组件在各转角下的背光轮廓图、反向暗场图、不同焦面图及偏振图进行配准，形成多扰动图像组；

6、从多扰动图像组中提取透明留置导管、金属穿刺针、针尖斜面及粘接过渡区的正常结构边后，拟合导管中心线和穿刺针中心线，形成组件界面基准图；

7、建立轴向—周向材料坐标，将多扰动图像组映射为材料坐标图；

8、从材料坐标图中提取偏离正常结构边的候选异常边，根据候选异常边在反向暗场图、不同焦面图及偏振图中的响应识别归属界面，形成界面归属异常边；

9、依据界面归属异常边的位置一致性和梯度反向性去除光照干扰边缘，对各转角下背光轮廓图中的穿刺针投影范围进行外扩，形成穿刺针遮挡带，根据剩余界面归属异常边在穿刺针遮挡带外的再现状态，去除投影干扰边缘，形成材料异常边；

10、将材料异常边写入组件界面基准图构建缺陷贯通拓扑，解析缺陷贯通拓扑，获取待检留置针组件的检测结果。

11、作为本发明所述基于机器视觉的留置针组件缺陷检测方法的一种优选方案，其中：所述待检留置针组件包括透明留置导管和穿设于透明留置导管内的金属穿刺针；

12、所述金属穿刺针的前端为针尖斜面；

13、所述透明留置导管设置有粘接过渡区。

14、作为本发明所述基于机器视觉的留置针组件缺陷检测方法的一种优选方案，其中：所述形成多扰动图像组，具体为：

15、将待检留置针组件沿轴向固定，控制待检留置针组件按照预设等角度间隔依次转动并在每一转角停止，开启背光照明采集背光轮廓图，关闭背光照明后从相反方向依次照明采集反向暗场图，保持背光照明并沿成像光轴依次调整焦面位置采集不同焦面图，在固定照明方向下依次设置平行偏振状态和正交偏振状态采集偏振图；

16、将背光轮廓图、反向暗场图、不同焦面图及偏振图分别写入对应的待检留置针组件编号和转角编号；

17、以同一转角下的背光轮廓图作为配准基准，从背光轮廓图中提取透明留置导管轮廓端点、金属穿刺针针尖点及粘接过渡区边界点作为配准点，并在同一转角下的反向暗场图、不同焦面图及偏振图中定位对应配准点；

18、根据对应配准点之间的位置差异计算旋转量和平移量，将反向暗场图、不同焦面图及偏振图变换至背光轮廓图的图像坐标，按照待检留置针组件编号、转角编号及图像类别进行关联，形成多扰动图像组。

19、作为本发明所述基于机器视觉的留置针组件缺陷检测方法的一种优选方案，其中：所述形成组件界面基准图，具体为：

20、按照转角编号依次读取多扰动图像组，根据背光轮廓图中的灰度突变位置提取透明留置导管外轮廓边、透明留置导管内轮廓边、金属穿刺针两侧轮廓边及针尖斜面轮廓边；

21、利用同一转角下反向暗场图、不同焦面图及偏振图在相同图像坐标处的亮度变化、清晰度变化及偏振响应变化对提取结果进行逐点核对，保留位置连续且与相邻区域形成稳定响应差异的轮廓边，并根据透明留置导管与金属穿刺针之间连续响应变化位置提取粘接过渡区边界，将透明留置导管外轮廓边、透明留置导管内轮廓边、金属穿刺针两侧轮廓边、针尖斜面轮廓边及粘接过渡区边界标记为正常结构边；

22、沿透明留置导管轴向依次计算透明留置导管两侧正常结构边之间的中点并连续拟合形成导管中心线，沿金属穿刺针轴向依次计算金属穿刺针两侧正常结构边之间的中点并连续拟合形成穿刺针中心线，按照转角编号将正常结构边、导管中心线和穿刺针中心线写入统一图像坐标，形成组件界面基准图。

23、作为本发明所述基于机器视觉的留置针组件缺陷检测方法的一种优选方案，其中：所述建立轴向—周向材料坐标，具体为：

24、以导管中心线与透明留置导管前端正常结构边的交点作为轴向起点，沿导管中心线按照图像像素间距连续设置轴向位置，将各轴向位置至轴向起点的累计距离作为轴向坐标；

25、按照转角编号读取待检留置针组件的转角，在各轴向位置识别导管中心线与透明留置导管两侧外轮廓边之间的投影位置关系，根据待映射图像位置至导管中心线的距离与导管中心线至对应侧透明留置导管外轮廓边的距离之间的比例计算待映射图像位置相对于当前转角的周向位置，将计算得到的周向位置作为对应待映射图像位置的周向坐标，建立轴向—周向材料坐标；

26、作为本发明所述基于机器视觉的留置针组件缺陷检测方法的一种优选方案，其中：所述将多扰动图像组映射为材料坐标图，具体为：

27、沿导管中心线的各轴向位置作垂线，在多扰动图像组中读取垂线与透明留置导管正常结构边之间对应位置的背光轮廓图像值、反向暗场图像值、不同焦面图像值及偏振图像值；

28、将背光轮廓图像值、反向暗场图像值、不同焦面图像值及偏振图像值按照对应的轴向坐标和周向坐标写入同一图像位置，并对相邻转角对应的重合图像位置进行平均，形成材料坐标图。

29、作为本发明所述基于机器视觉的留置针组件缺陷检测方法的一种优选方案，其中：所述从材料坐标图中提取偏离正常结构边的候选异常边，具体为：

30、按照轴向—周向材料坐标将组件界面基准图中的正常结构边对应至材料坐标图，根据材料坐标图中的背光轮廓图像值计算相邻图像位置之间的灰度梯度，连接灰度梯度局部极大位置形成连续边缘线；

31、将与正常结构边重合且延伸方向一致的连续边缘线作为正常结构边，将未与正常结构边重合以及相对于正常结构边发生位置偏离的连续边缘线作为候选异常边。

32、作为本发明所述基于机器视觉的留置针组件缺陷检测方法的一种优选方案，其中：所述形成界面归属异常边，具体为：

33、沿透明留置导管、金属穿刺针、针尖斜面及粘接过渡区的正常结构边，分别读取反向暗场图中正常结构边两侧的亮度差，计算不同焦面图中正常结构边邻域在各焦面位置对应的灰度梯度绝对值之和，并将最大灰度梯度绝对值之和与最小灰度梯度绝对值之和进行差值计算，读取偏振图中不同偏振状态下的亮度差，分别计算透明留置导管、金属穿刺针、针尖斜面及粘接过渡区对应正常结构边的反向暗场响应平均值、不同焦面响应平均值及偏振响应平均值；

34、按照候选异常边的轴向坐标和周向坐标，在反向暗场图、不同焦面图及偏振图中读取候选异常边的相同响应，分别计算候选异常边的各项响应平均值与透明留置导管、金属穿刺针、针尖斜面及粘接过渡区对应正常结构边的各项响应平均值之间的初始响应差值；

35、分别对同一响应下候选异常边相对于各正常结构边的初始响应差值进行归一化，形成归一化响应差值，根据透明留置导管、金属穿刺针、针尖斜面及粘接过渡区对应正常结构边之间的响应差异计算反向暗场响应权重、不同焦面响应权重及偏振响应权重；

36、分别将各归一化响应差值与对应响应权重乘积后求和，形成候选异常边相对于透明留置导管、金属穿刺针、针尖斜面及粘接过渡区的综合响应差值，将数值最小的综合响应差值对应的正常结构边所属界面识别为候选异常边的归属界面，按照归属界面对候选异常边进行标记，形成界面归属异常边。

37、作为本发明所述基于机器视觉的留置针组件缺陷检测方法的一种优选方案，其中：形成材料异常边，具体为：

38、依据配准过程中各配准点变换至背光轮廓图后与背光轮廓图内对应配准点之间的最大位置差计算位置允许差值；

39、按照轴向—周向材料坐标逐条读取界面归属异常边，在不同照明方向下的反向暗场图中查找与界面归属异常边对应的边缘位置，计算边缘位置的轴向坐标差和周向坐标差；

40、根据透明留置导管外径对应的像素数将周向坐标差换算为周向位置差，并计算灰度梯度方向，保留轴向坐标差和周向位置差均不大于位置允许差值且不同照明方向下灰度梯度方向相反的界面归属异常边，将轴向坐标差、周向位置差大于位置允许差值以及灰度梯度方向未发生反向变化的界面归属异常边作为光照干扰边缘去除；

41、从各转角下背光轮廓图中提取金属穿刺针两侧轮廓边，连接金属穿刺针两侧轮廓边围成穿刺针投影范围，按照位置允许差值向穿刺针投影范围外侧扩展，形成穿刺针遮挡带；

42、保留归属界面为金属穿刺针及针尖斜面的剩余界面归属异常边；

43、对归属界面为透明留置导管及粘接过渡区的剩余界面归属异常边，逐转角判断剩余界面归属异常边是否位于穿刺针遮挡带内，并按照轴向坐标和周向坐标查找剩余界面归属异常边脱离穿刺针遮挡带后的对应边缘位置；

44、保留脱离穿刺针遮挡带后在位置允许差值内再次出现的剩余界面归属异常边，将仅在穿刺针遮挡带内出现且脱离穿刺针遮挡带后未再次出现的剩余界面归属异常边确定为投影干扰边缘并予以去除，汇集保留的剩余界面归属异常边作为材料异常边。

45、作为本发明所述基于机器视觉的留置针组件缺陷检测方法的一种优选方案，其中：所述获取待检留置针组件的检测结果，具体为：

46、按照轴向—周向材料坐标，将每条材料异常边的轴向坐标、周向坐标及归属界面写入组件界面基准图，将相互相交以及端点间距离不大于位置允许差值的材料异常边依次连接，形成连续材料异常边；

47、记录连续材料异常边与透明留置导管、金属穿刺针、针尖斜面及粘接过渡区的正常结构边之间的相交、跨越、终止及闭合关系，构建缺陷贯通拓扑；

48、解析缺陷贯通拓扑，将未形成闭合区域的连续材料异常边的基础形态类型标记为线状，将形成闭合区域的连续材料异常边的基础形态类型标记为面状；

49、按照连续材料异常边的连接顺序读取连续材料异常边与正常结构边之间的跨越关系，当连续材料异常边跨越正常结构边，跨越位置前后的材料异常边保持连续连接，且跨越位置前后材料异常边记录的归属界面不同时，将连续材料异常边的跨界状态标记为跨界，否则将连续材料异常边的跨界状态标记为非跨界；

50、根据基础形态类型和跨界状态，将基础形态类型为线状且跨界状态为非跨界的连续材料异常边识别为线状缺陷，将基础形态类型为面状且跨界状态为非跨界的连续材料异常边识别为面状缺陷，将基础形态类型为线状且跨界状态为跨界的连续材料异常边识别为线状跨界缺陷，将基础形态类型为面状且跨界状态为跨界的连续材料异常边识别为面状跨界缺陷；

51、对连续材料异常边记录的归属界面进行去重，形成缺陷涉及界面集合，根据缺陷涉及界面集合识别缺陷涉及的透明留置导管、金属穿刺针、针尖斜面及粘接过渡区，根据轴向坐标和周向坐标识别缺陷位置，并根据连续材料异常边的轴向跨度、周向跨度及闭合区域面积计算缺陷尺寸，汇集缺陷类型、缺陷涉及界面、缺陷位置和缺陷尺寸，获取待检留置针组件的检测结果。

52、本发明有益效果为：通过建立个性化的组件界面基准图，一定程度上消除了产品个体差异带来的误判，通过独特的材料坐标映射机制，实现了对旋转圆柱体表面缺陷的定位与跨角度特征关联，并且利用梯度反向性验证和穿刺针遮挡带再现性逻辑，剔除了光照伪影与投影干扰，这一系列技术手段协同作用，降低了留置针组件检测过程中的误报率与漏检率，实现了对线状缺陷、面状缺陷、线状跨界缺陷及面状跨界缺陷的识别与量化分析，从而有效提升了医疗器械生产的质量控制水平与自动化检测的可靠性。