76职业院校技能大赛高职组《机器视觉系统应用》赛项样题3套全部.docx

1、工 作 任 务 书2023 年广西职业院校技能大赛高职组机器视觉系统应用赛项样题 3（总时间： 210 分钟）场次号： 工位号： 2023 年广西职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项注意事项一、本任务书共 23 页，包括附录七项（分别为视觉硬件及参数 列表， 相机的接线定义， 分辨率及焦距计算公式， 光源控制的接线说 明，光源控制器通讯协议， 旋转轴的安装及接线说明，相机、镜头、 光源的选型计算报告）。如出现缺页、字迹不清等问题， 请及时向裁判示意， 进行任务书的更换。二、在比赛前务必对各机器视觉组件和图形化编程软件平台熟悉。三、本次工作任务请在机器视觉应用设备上完成， 比赛前要熟悉

2、 设备使用说明书和软件用户手册。操作过程中， 须遵守安全操作规程和 职业素养要求的相关规定。四、在完成工作任务的全过程中， 严格遵守光学或电气组件的相关操作要求，接线前一定要看清引脚定义和电压要求。五、不得擅自更改设备已有器件位置和线路。六、为了防止发生碰撞， 当吸盘距离物料 1cm 时， 请将运动轴的速度调整至 20。七、竞赛过程中，参赛选手认定竞赛设备的器件有故障，可提出 更换， 更换下的器件将由裁判组进行现场测试。若器件经现场测试是 功能齐全，且没有故障的情况下， 每次扣参赛队 1 分。若因人为操作损坏器件，酌情扣 5-10 分，严重的经裁判组商议，中止选手比赛。八、完成的机器视觉项目必

3、须保存到本机的“C:广西职业院校 技能大赛KImageProduct日期-场次号-赛位号（例： 20230328-1-1） ”文件夹下。场次号、赛位号以现场抽签为准。2 / 232023 年广西职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项九、任务完成后选手请自行将视觉项目文件拷贝至 U 盘的“广西职业院校技能大赛视觉项目日期-场次号-赛位号（例：20230328-1-1） ”文件夹下。请将生成的数据文件保存至 U 盘的“广西职业院校技能大赛日期-场次-赛位号检测数据.csv”。请将相机配置标定的截图保存至 U 盘的“广西职业院校技能大赛日期-场次-赛位号配置标定.docx”。以上文件详细要求

4、请参照竞赛任务工作要求。十、考试过程中不允许自带 U 盘或其他可储存设备， 赛场统一配备 U 盘。十一、参赛选手需及时保存相关程序及数据， 竞赛过程中因设备 死机和意外情况需要重启而造成未保存数据丢失的， 由选手自行承担。 大赛补时只补从关电到操作系统重启完成时间（不包括应用软件）。参赛选手在程序复杂的情况下每完成部分编程需要记得先保存配置。十二、参赛选手在完成工作任务的过程中， 不得在任何地方标注学校名称、选手姓名等信息，违反规定者取消比赛成绩。十三、比赛结束后，参赛选手需要将任务书以及现场发放的图纸、资料、草稿纸、 U 盘等材料一并上交，不得带离赛场。3 / 232023 年广西职业院校技

5、能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项竞赛工作任务说明书一、平台硬件、软件组成说明竞赛任务平台的硬、软件说明详见平台技术说明书及视觉软件使 用手册。完成竞赛工作任务书所需的全部硬件， 都包含在工作台所提 供设备内， 选手要使用的全部器件， 只能在本工作台提供的设备内选择。（一）、工控机设备中包含一台工控机，比赛所需的软件和驱动均已经提前预装。（二） 、视觉硬件1、相机可选择相机共四个， 编号分别为相机 A，相机 B，相机 C， 3D 相 机，具体参数见附录一。 依据检测区域的实际大小、测量精度要求（在竞赛任务描述中给出） 选择好相机。2、镜头可选择镜头共四个， 分别为： 定焦 12mm 镜头，

6、定焦 25mm 镜头, 定焦 35mm 镜头，放大倍率为 0.3 倍的远心镜头， 具体参数见附录一。 依据被测物尺寸、相机安装位置， 在满足工作距离， 视野范围， 分辨率的要求下选择镜头。3、光源可选择光源共五个，编号分别为：小号环形光源、中号环形光源、 大号环形光源、同轴光源、背光光源。注意，三个环形可以组合成 AOI光源。具体参数见附录一。 依据任务书的需要，在安装方式和安装4 / 232023 年广西职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项空间位置允许的情况下， 可根据实际需要， 选择多个光源同时组合使用。4、标定板依据相机视野范围选择合适尺寸的标定板，具体参数见附录一； 依据检测

7、需求选择标定方式，选择标定板； 为满足检测要求， 可以选择多种标定方式和标定板组合使用，完成系统的标定要求。（三） 、线缆相机线缆： 2D 相机 USB 数据线一根、 3D 相机数据线一根、 GigE 电源线（含触发和输出信号） 一根、千兆网相机通讯线一根（带锁） 、 网络通讯线一根（3 米扁线） 、光源延长线一根； （注意：RS232 通讯线默认已经与 PC 连接）。（四） 、运动控制硬件PLC：控制运动平台运动，控制光源亮灭；运动平台： X 轴、Y 轴、Z 轴、 轴。（注意： 旋转轴 是扩展 轴， 放置在机器视觉工具箱中， 需要选手按附录六： 旋转轴的安装及接线说明完成平台的搭建） 。（五

8、） 、气动硬件提供三种吸嘴，规格为： SP-06、SP-08、SP-10，根据实验需求正确选择吸嘴。5 / 232023 年广西职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项二、软件功能及编程说明参赛选手将使用图形化编程软件，需根据检测要求， 需提前完成软件流程设计。图形化编程首先需要根据需求完成工具的选择，基本的流程如下 图所示， 为了使配置的流程相对简洁采用了子模块、工具组模块多模 块组合的配置方法，具体流程配置方法详见视觉软件使用手册（说 明： 本流程示意图图 1 仅说明视觉软件的流程设计编程方式， 与本任务书描述的具体任务无直接关系） 。图 1 程序流程示意图6 / 23主要的工具列表

9、：类型工具系统类服务器客户端通讯工具、串口工具、 PLC 读写工具、机 器人控 制工具、信号源工具图像源类图像源工具、相机工具、保存图片工具定位类仿射变换工具、斑点分析工具、找圆工具、找线工具、边缘点 查找工具、形状匹配工具、灰度匹配工具；测量类圆卡尺工具、夹角工具、边缘卡尺工具、线交点工具、线间距 工具、点间距工具、矩形卡尺工具、点线距离工具、 坐标转换 工具、标定工具；图像处理 类图像转换工具、通道分离工具、颜色提取工具、图像剪切 工 具、图像处理工具、阈值化工具、轮廓提取工具；识别类二维码工具、字符识别工具、条码检测工具、缺陷检测工具；对位类位移计算工具、坐标计算工具、对位平台工具；数据

10、处理 类累加工具、分类工具、保存表格工具、格式转换工具、列表工 具、逻辑运算工具、字符串截取工具、用户变量工具；三、标定说明及运动位置校准图 2 两类图像标定板选择合适的标定工具， 利用图像标定板使用多点标定方式， 对 相机进行标定， 把图像坐标转成设备坐标系统，并得出像素当量；选择合适的手眼标定工具， 统一设备坐标系统与相机坐标系统。7 / 23四、 样品说明1、3D 零件 2 个，大小形状如图 3 所示。2、小圆块 6 个：3 个绿色， 3 个红色，直径 10mm，高度为5mm。3、样品物料放置规则： 评分时裁判应保证小圆块、 3D 零件的 放置不能重叠， 放置范围不超出检测区域范围，并确

11、保每个物料之间有 2mm 以上的距离。图 3 样品样例8 / 23五、 模块化编程要求程序可读性强。所有的模块、工具组都需要根据它的作用重命 名，离线标定模块要求放在最外层，标定模块里面可以包含多个标定工具组。六、竞赛任务工作要求（一）各个拍照位的硬件选型要求1、3D 零件的分拣必须使用 3D 相机，要求测量零件的高度和定位零件的位置信息，3D 相机工作距离要求满足 350mm 以上；2、2D 相机视野要求：65mm x 50mm（视野范围允许一定正向偏差，最大不得超过 5mm），工作距离要求： 110mm10mm。（二） 显示的要求1、PCBA 检测期间报警灯的显示要求：XY 平台从原点开始

12、运动， 按任务要求进行订单分拣， 每个订单 分拣完成后，如订单满足二维码分拣要求则报警灯亮绿灯， 订单不满足二维码分拣要求报警灯亮红灯；2、界面分 3 个窗口显示：窗口 1：显示订单分拣后订单 1 放置区域图像及订单二维码数据，订单满足二维码分拣要求图像上显示 OK，反之显示 NG；窗口 2：显示订单分拣后订单 2 放置区域图像及订单二维码数据，订单满足二维码分拣要求图像上显示 OK，反之显示 NG；窗口 3：显示订单分拣后订单 3 放置区域图像及订单二维码数9 / 23据，订单满足二维码分拣要求图像上显示 OK，反之显示 NG；七、根据上述要求完成以下考核任务工作任务 1选型计算报告根据竞赛

13、任务提供的视野大小要求、工作距离要求、被测物的 检测要求，从设备提供的一组机器视觉相机、镜头和光源中选择型号， 完成相机、镜头、光源的选型计算报告（附录 7）。工作任务 2硬件及线路安装相机、镜头、光源、治具等在合理位置安装， 保证安装稳固，3D 相机要求在轴外安装，镜头与相机连接螺纹须拧紧；镜头调试好之后，用顶丝锁紧对焦环及光圈环。完成相机、光源、旋转轴、通讯网络等电路接线，完成气路的连接，走线正确、规范、牢固，物理接口选择正确。设备电气接线要求：相机、光源接线要使用绑扎整齐合理，要 求扎带间距 60mm5mm，间隔均匀， 剪切后扎带长度1mm，接线端 子压接要求稳固不松动，气管、相机电源线

14、、千兆网线、光源延长线走拖链。设备上电前需完成电气检测并向裁判请求上电，经裁判同意后 可进行设备上电，设备上电后不带电进行设备电路调整（进行电路调整时需按下设备急停使设备断电）。工作任务 3项目配置及标定10 / 23根据待检测样品的尺寸和初始状态的区域要求完成视野调焦和 镜头对焦（对焦方式可以选择调节镜头的对焦环，也可以控制 Z 轴完成整体工作距离的调节） 。在开始配置流程前，将创建的项目文件保存到本机的“C:广西职业院校技能大赛KImageProduct日期-场次号-赛位号（例：20230328-1-1） ”文件夹下。通过标定板， 完成 3D 手眼标定、2D 手眼标定、图像坐标与世 界坐标

15、的标定， 完成图像坐标与运动坐标的统一，并保存在配置文 件中（注意：前期如果规划视野没有考虑标定板的尺寸，可能前期的视野设置不合理需要重新调整视野大小） 。请将项目配置标定的截图（保存至 U 盘的“广西职业院校技能大赛日期-场次-赛位号配置标定.docx”。项目配置标定截图包括以下内容， 如图 4、5、6 所示，不限截图数量（截图数据仅供参考）：（1）项目配置名称；（2）2D、3D 标定模块名称；（3）3D 手眼标定模块的输出；（4）2D 手眼标定像素当量；（5）XY 标定像素当量；注：保存在 U 盘当中的数据将作为评分判定的依据。11 / 232023 年广西职业院校技能大赛高职组“机器视觉

16、系统应用”赛项图 4图 512 / 232023 年广西职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项图 6工作任务 4订单分拣任务完成 PLC 控制运动平台运动测试， 将任务书实验要求用程序实 现，通过图像化编程软件完成流程配置并对每个工具合理化设置参数。本次配置的程序必须包含模板定位及建立坐标仿射跟随功能。（1）扫描订单上方二维码，了解每个订单所需包裹种类及数 量。订单二维码数据包含 3 位数， 每位数字代表每种包裹所需数 量。例如订单上方的二维码数据“1,2,3”代表订单需要 1 个 A 包裹， 2 个 B 包裹，3 个 C 包裹。（2）在包裹分拣区搜索相关订单包裹， 检测包裹高度后，

17、将包裹放入对应的订单放置区。13 / 23注 1：开始分拣前， 包裹任意摆放在包裹分拣区域中（标签面朝上） 。注 2：包裹上标注字母为 A 则包裹为 A 包裹。注 3：要求订单放置区的包裹堆放整齐，在分拣过程中包裹无掉落现象。工作任务 5小圆块分拣订单分拣完成后，如满足订单二维码分拣要求，则在订单上方 位置放置上绿色小圆块， 反之则放上红色小圆块。要求小圆块居中 放置在标出的圆形位置内， 小圆块上表面的箭头统一朝向，如图 7所示。14 / 23图 7工作任务 6数据保存请将订单中每个包裹的高度数据生成报表（高度单位为厘米 cm），注：csv 文件中数值必须由软件直接测量后生成，不得手动改写数据

18、。15 / 232023 年广西职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项附录一、视觉硬件及参数列表工业相机类别编号分辨率帧率 FPS曝光模式颜色芯片大小像元尺寸接口2D 相机相机 A1280x96090全局黑白1/2”4.0mUSB3.02D 相机相机 B2448x204820全局黑白2/3”3.45mGigE2D 相机相机 C2592x194410滚动彩色1/2.5”2.2mGigE3D 相机3D 相机1920x1080x210滚动彩色2/3”1.4mUSB3.0工业镜头类别编号支持分辨率（优于）焦距/倍率最大光圈工作距离支持芯片大小工业镜头12mm 镜头500 万像素12mmF2.0

19、100mm1/1.8”工业镜头25mm 镜头500 万像素25mmF2.0200mm2/3”工业镜头35mm 镜头500 万像素35mmF2.0200mm2/3”远心镜头远心镜头500 万像素0.3XF5.4110m2/3”镜头接圈0.5mm、1mm、2mm、5mm、10mm、20mm、40mm一组LED 光源类别编号主要参数颜色备注环形光源小号环形光源直射环形， 发光面外径 80，内径 40mmRGB三者可以合并成 AOI 光源环形光源中号环形光源45 度环形，发光面外径 120，内径 80mmG环形光源大号环形光源低角度环形，发光面外径 160，内径 120mmB同轴光源同轴光源发光面积

20、60x60mmRGB背光源背光源发光面积 169x145mmW注： R=红色、 G=绿色、 B=蓝色、 W=白色标定板类别外框尺寸mm圆/格间距mm外圆环直径mm内圆环直径mm精度 mm标定板 A （透明漫射）100x10020530.0150x50102.51.50.0120x20410.60.01类别外框尺寸 mm方格边长mm方格数量精度 mm标定板 B （透明漫射）180x1201511x70.0116 / 232023 年广西职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项附录二、相机的接线定义一、USB3.0 相机（注意 USB3.0 通过 USB 线供电，不要另外插电源，否则会烧 相

21、机）二、 GigE 相机附录三、分辨率及焦距计算公式简单视觉系统的计算，主要包括视场（FOV）、分辨率（Resolution）、工 作距离（WD）和景深（DOF）等。分辨率我们通常指的是像素分辨率，（默认选用的镜头分辨率高于相机的 分辨率）。因此分辨率就等于视野 FOV/相机的像素数。17 / 23附录四、光源控制的接线说明硬件触发：用户可以通过 PLC、相机的输出外部触发信号来控制每一路输 出的开关。需要外部触发功能时需将外部触发信号线连接到“REMO”端子上。 触发信号高电平时打开，低电平时关闭。软件触发：用户也可用软件实现触发功能，即使用串口对各输出通道进行 控制，使各输出通道按照预先的

22、设置打开或关闭其输出18 / 23附录五、光源控制器通讯协议硬件规范波特率： 9600 bps每帧字节数： 8 字节每帧数据格式1 字节1 字节1 字节3 字节2 字节特征字指令字通道字数据异或和校验字注: 所有通讯字节都采用 ASCII 码 特征字 $ 指令字 1，2，3，4，分别定义为：1：打开对应通道电源2：关闭对应通道电源3：设置对应通道电源参数4：读出对应通道电源参数当指令字为 1，2，3 时，如控制器接收指令成功，则返回特征字$；如控 制器接收指令失败，则返回&。当指令字为 4 时，如控制器接收指令成功，则返回对应通道的电源设置参 数（返回格式跟发送格式相同）；如控制器接收指令失败

23、，则返回&。 通道字 1，2，3，4。分别代表 4 个通道。 数据 0XX（XX 为 00FF 内的任一数值），对应通道电源的设置参 数，高位在前， 低位在后。 异或和校验字 除校验字外的字节（包括：特征字，指令字，通道字和 数据）的异或校验和，校验和的高 4 位 ASCII 码在前，低 4 位 ASCII 码在后。例：将第 2 通道亮度设为 56，则以 ASCII 码向下写 “$320381E”异或校验字运算过程如下：19 / 23字符串ASCII 码ASCII码以十 六进制表示将高4位和低4位分别 以8421码表示特征字$36240010 0100指令字351330011 0011通道字2

24、50320011 0010数据048300011 0000351330011 00118562380011 1000异或和0001 1110异或校验字1 E注：打开对应通道电源、关闭对应通道电源和读出对应通道电源参数 3 个 功能的异或校验字的运算过程中，数据的 3 个字节的值对异或结果无影响，保 证格式为 0XX（XX=00FF 内的任一数值）即可。以下为几组指令数据：关闭 2 通道： $220381F字符串ASCII 码ASCII码以十 六进制表示将高半字节和低半字 节分别以8421码表示特征字$36240010 0100指令字250320011 0010通道字250320011 0010

25、数据048300011 0000351330011 0011856380011 1000异或和0001 1111异或校验字1 f打开 2 通道： $120381C字符串ASCII字符串ASCII特征字$36240010 0100指令字149310011 0001通道字250320011 0010数据048300011 0000351330011 0011856380011 1000异或和0001 1100异或校验字1 C20 / 23读取 2 通道电源参数： $4200012字符串ASCII码ASCII 码以十 六进制表示将高半字节和低半字节 分别以 8421 码表示特征字$36240010

26、0100附录六、旋转轴的安装及接线说明轴如上图所示，共有四根线需要接入控制面板。21 / 23接线分别为A+ A- B+ B- ，将对应接线端子接入到控制面板上。22 / 23附录七相机、镜头、光源的选型计算报告场次号 赛位号 序 号内容选择理由得分1相机 选型1.所选相机编号： ;2.选择理由如下（请描述选择每种型号的原因）：样例如下：选择相机编号 A 的原因为： ；2镜头 选型1.所选镜头编号： ;2.选择理由如下（请描述选择每种型号的原因,并根据附件内容写出计算过 程）：样例如下：选择镜头编号 A 的原因为： ；计算过程如下： ；3光源 选型1.所选光源编号： ;2.选择理由如下（请描述选择每种型号的原因）：样例如下：选择光源编号 A 的原因为： ；得分小计工 作 任 务 书2023 年广西职业院校技能大赛高职组机器视觉系统应用赛项样题 1（总时间：210 分钟）场次号： 工位号： 2023 年广西职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项注意事项一、本任务书共 30 页，包括附录七项（分别为视觉硬件及参数 列表， 相机的接线定义， 分辨率及焦距计算公式， 光源控制的接线说 明，光源控制器通讯协议， 旋转轴的安装及接线说明，相机、镜头、 光源的选型计算报告）。如出现缺页、字迹不清等问题， 请及时向裁判示意， 进行任务书