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龙图腾网获悉太原科技大学;海安太原科大高端装备及轨道交通技术研发中心申请的专利一种管棒材几何尺寸及表面缺陷检测系统及方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN121323508B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-24发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202511883446.8，技术领域涉及：G01B11/08；该发明授权一种管棒材几何尺寸及表面缺陷检测系统及方法是由马立峰;姚黎进;马自勇;马立东;杭嘉濠;牛健设计研发完成，并于2025-12-15向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种管棒材几何尺寸及表面缺陷检测系统及方法在说明书摘要公布了：本发明属于测量设备技术领域，公开了一种管棒材几何尺寸及表面缺陷检测系统及方法，系统包括激光测径仪、CCD线阵相机等核心组件。检测时，激光测径仪采集管棒材的圆心坐标及正交直径，取双径均值作为截面直径；基于椭圆截面模型引入修正参数M计算真实椭圆度；结合优化三点法计算管棒材的不同位置直线度。同时，由CCD相机采集周向图像，经多步骤处理定位缺陷区域、提取特征，用级联模型分类缺陷。该系统实现管棒材的几何尺寸与表面缺陷的同步在线检测，突破功能单一、抗扰性差、效率低下等难题，满足高端制造业对管棒材品质的严苛标准。

本发明授权一种管棒材几何尺寸及表面缺陷检测系统及方法在权利要求书中公布了：1.一种管棒材几何尺寸及表面缺陷检测系统，其特征在于，所述系统包括：三组激光测径仪、三组CCD线阵相机、计算机与显示器、声光报警器、两组抑振装置、环形同轴光源、控制柜、电机、V形辊道、两组环形机架及三组支架； 所述计算机与显示器，用于处理计算和显示管棒材的形面特征及表面缺陷； 所述声光报警器，用于在管棒材的直线度、椭圆度、直径及识别的缺陷等级任一参数超过设定阈值时触发报警； 所述控制柜，用于控制电机的启停及转速； 所述电机，用于驱动所述V形辊道转动，进而输送管棒材； 所述环形机架，用于固定安装所述CCD线阵相机和所述环形同轴光源； 所述支架，用于固定安装所述激光测径仪； 所述抑振装置，用于消除机械振动； 所述环形同轴光源，采用漫射照明方式，其照射方向与管棒材的轴线方向一致，用于使管棒材的表面获得均匀亮度分布； 所述激光测径仪，用于采集管棒材的圆心坐标及正交直径，取正交直径均值作为管棒材的截面直径；基于椭圆截面模型引入修正参数M计算管棒材的真实椭圆度；结合优化三点法计算管棒材的不同位置直线度； 所述CCD线阵相机，用于采集管棒材的周向图像，通过多级处理，定位管棒材的缺陷区域、提取管棒材的特征、用级联模型分类缺陷； 一种管棒材几何尺寸及表面缺陷检测方法，所述方法包括： 采集管棒材的圆心坐标及正交直径，取正交直径均值作为管棒材的截面直径；基于椭圆截面模型引入修正参数M计算管棒材的真实椭圆度；结合优化三点法计算管棒材的不同位置直线度； 采集管棒材的周向图像，通过多级处理，定位管棒材的缺陷区域、提取管棒材的特征、用级联模型分类缺陷； 采集管棒材的周向图像，通过多级处理，定位管棒材的缺陷区域、提取管棒材的特征、用级联模型分类缺陷的方法包括： 步骤一：对三组CCD线阵相机采集的管棒材的周向图像进行非下采样剪切波变换NSST分解，获得低频子带与高频子带；对所述低频子带执行高斯滤波，抑制光照不均噪声；对所述高频子带执行各向异性扩散去噪并保留边缘，辅以伽马校正增强弱缺陷对比度；将处理后的低频子带与高频子带经NSST逆变换重构； 步骤二：对重构图像进行形态学优化：采用开运算消除白噪声，闭运算填充孔洞；结构元素尺寸为13×13像素； 步骤三：基于优化后的重构图像，通过Sobel算子提取边缘梯度；采用霍夫变换识别管棒材的端面标记区域并排除；基于Otsu自适应阈值分割结合连通域分析，定位候选缺陷区域； 步骤四：对候选缺陷施加闭运算连接断裂区域；提取骨架分析细长型缺陷；计算几何特征、纹理特征及基于3D点云重建的深度特征，其中，几何特征包括：面积、长宽比及圆形度，纹理特征包括：局部二值模式LBP、灰度共生矩阵GLCM； 步骤五：加载离线训练的MobileNetV3-RF级联分类模型；对缺陷区域实时分类并输出类型与位置信息； MobileNetV3-RF级联分类模型结构包括：前端特征提取层即MobileNetV3、后端分类决策层即随机森林RF； 其中，前端特征提取层：前端轻量化特征提取：采用MobileNetV3作为骨干网络，输入尺寸调整为512×512×3，通过深度可分离卷积与Squeeze-and-Excitation模块，在保证实时性的同时提取深度语义特征，输出：最后一层全局平均池化GAP后的128维特征向量Fcnn用于表示图像中提取的深度语义信息；将MobileNetV3提取的Fcnn与提取的多模态手工特征拼接：手工特征向量：Fhandcrafted=[A,AR,C,FlpbT,E,Con,Ent,D3d]T用于描述图像中缺陷区域的几何、纹理和三维形态特征，其中，A为面积，AR是长宽比，C是圆形度，FlpbT是局部二值模式直方图特征向量，E、Con、Ent分别是灰度共生矩阵特征的能量、对比度、熵，D3d为缺陷凹凸度，维度构成：几何3+LBP59+GLCM3+深度1=66维；混合特征向量：Ffused=[FcnnT，FhandcraftedT]T，维度构成：MobileNetV3特征128+手工特征66=194维，拼接操作：Fcnn与Fhandcrafted沿列向量方向拼接； 后端分类决策层：输入：混合特征Ffused；参数设计：树数量：设随机森林中决策树的数量为Ntrees=200，以平衡分类精度与推理速度；最大深度：采用动态调整策略，根据特征重要性进行剪枝，设第t棵树的最大深度为Dt，其满足：，其中Dmin为最小深度阈值，It为第t棵树的特征重要性加权和，为缩放因子；分裂准则：采用Gini不纯度最小化原则；对于节点q处的特征子集Sq，选择特征j和分裂阈值v以最小化Gini不纯度：，其中，为在节点q处的特征子集Sq选择特征j和分裂阈值v时的Gini不纯度总和，用于评估分裂效果；SL和SR分别为分裂后的左右子集；、分别为分裂后的左右子集的Gini不纯度；，S为样本集合，pn为类别n在集合S中的比例；特征重要性加权：设特征重要性权重向量W∈R194，其中前128维对应Fcnn的权重设为Wdeep1，后66维对应的权重设为Whandcrafted=1，在实际分裂时，特征j的加权重要性为：，其中Ij为传统特征重要性得分，Wj为对应特征的权重； 结合优化三点法计算管棒材的不同位置直线度的方法包括： 三组激光测径仪分别采集管棒材的三个不同轴向位置圆心坐标O1a，b,O2c，d,，当管棒材完全进入测量区域时，基于传统的三点法计算管棒材的直线度，管棒材的主体部分的直线度计算公式如下： ； ； ； 其中，δx是管棒材的主体在X方向的直线度，δy是管棒材的主体在Y方向的直线度，δ是管棒材的主体总直线度； 头部与尾部直线度的计算方法： 设棒材长度为L，并沿设定方向运动： 头部直线度计算：当管棒材的头部完全进入激光测径仪三时，启动管头直线度计算，基于激光测径仪一和激光测径仪二采集的圆心坐标拟合直线，计算激光测径仪三圆心坐标到此直线的垂直距离即为管头直线度；该过程于管棒材的头部完全通过激光测径仪三后移动L2距离期间完成； 管棒材的头部的直线度计算公式如下： ； ； ； 其中，L2是激光测径仪安装间距，δx1是管棒材的头部在X方向的直线度，δy1是管棒材的头部在Y方向的直线度，δ1是管棒材的头部总直线度，L是棒材长度，在管棒材启动尾部直线度计算需要用到； 尾部直线度计算：当管棒材的头部完全通过激光测径仪三后并继续移动距离L—3L2时，启动管尾直线度计算，基于激光测径仪二和激光测径仪三采集的圆心坐标拟合直线，计算激光测径仪一圆心坐标到此直线的垂直距离即为管尾直线度；该计算与管棒材的尾部完全移出激光测径仪一同步完成； 管棒材的尾部的直线度计算公式如下： ； ； ； 其中，δx2是管棒材的尾部在X方向直线度，δy2是管棒材的尾部在Y方向直线度，δ2是管棒材的尾部总直线度。

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