1、工 作 任 务 书2022 年广西职业院校技能大赛 高职组机器视觉系统应用赛项（总时间： 210 分钟）场次号： 工位号： 1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 前要熟悉设备使用说明书和软件用户手册。操作过程中
2、，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、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。七、完成的机器视觉项目必须保存到本机的“C:广西职 业院校技能大赛KImageProduct日期-场次号-赛位号（例：20220328
3、-1-1）”文件夹下。场次号、赛位号以现场抽签为2准。七、任务完成后选手请自行将视觉项目文件拷贝至 U 盘 的“E:广西职业院校技能大赛视觉项目日期-场次号-赛位号（例： 20220328-1-1）”文件夹下。请将生成的数据文件保存至 U 盘的“E: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“E:广西职业院校技能大赛日期-场次-赛位号配置标定.docx”。以上文件详细要求请参照竞赛任务描述。八、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。九、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
4、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、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。十一、 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
5、能在本工作台提供的设备内选择。(-) 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， 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
6、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， 在安装方式和安装空间位置允许的情况下，4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） 、
7、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) 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。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
8、配置的流程相对简洁采用了子模块、5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） 。主要的工具列表：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
9、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6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。四、样品说明提供： 3D 零件
10、4 个： 2 个高度分别为 9mm、18mm 的 正方形与 2 个高度分别为 9mm 、 18mm 的三角形； PCBA共 2 个， 大小为 55mmx35mm；小圆块 4 个： 2 绿色， 2 个红色； 直径： 10mm， 高度 为：4.5mm0.2mm;料盘规格： 白色亚克力，大小：202mmx121mm， 高度为 6mm， 下沉深度： 3mm。PCBA 初始位置由裁判随机放置在检测区。检测区放置规则： PCBA 需放置料盘固定位置上（ 如图 3），小圆块与 3D 零件的放置不能重叠，不超出检测区域范围， 确保每个物料之间有 2mm 以上的距离。7图 3 料盘布局图五、模块化编程要求程序可
11、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(-) 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： 50mmx30mm（ 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：110mm（视野范围允许一定正向偏差， 最大不得超过 10mm） 。(二) 显示的要求。1.测量期间报警灯的显示要求：（1）XY 平台从原点开始运动，运动到 3D 相机拍照位，测量
12、定位分拣；（2） 运动到第一个 PCBA 的测量拍照位， 缺陷检测判8断合格报警灯亮绿灯 ，缺陷检测不合格亮红灯， 期间报警灯颜色不变直到下一个 PCBA 测量；（3） 运动到第二个 PCBA 的测量拍照位， 缺陷检测判 断合格报警灯亮绿灯 ，缺陷检测不合格亮红灯， 期间报警灯颜色不变直到下一个 PCBA 测量；（4） 最后回到原点， 熄灭报警灯。2.界面分 2 个窗口显示：第一个窗口显示第一个 PCBA 测量的图像，要求显示显 示焊锡缺陷轮廓、字符是否完整及元件是否焊反、针脚间距 平均值、针脚角度平均值， 检测结果判断合格显示 OK， 检测结果判断不合格显示 NG。界面参考显示图见后面图 4
13、；第二个窗口显示第二个 PCBA 测量的图像，要求显示显 示焊锡缺陷轮廓、字符是否完整及元件是否焊反、针脚间距 平均值、针脚角度平均值， 检测结果判断合格显示 OK， 检测结果判断不合格显示 NG， 图 4 为界面参考显示图；图 4 界面显示图(三) 硬件选型安装接线。完成相机、镜头、光源的选型，并将相机、镜头、光源、 治具等在合理位置安装 ，保证安装稳固 ，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；记录硬件的安装参数等结果。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。(四) 视觉软件的 PLC控制工
14、具运行测试。9控制 X,Y 轴移动料盘， 设置各个拍照位；输出 I/O 电信号正常。(五) 光源控制工具运行测试。光源与其控制器正常， 能控制所有光源亮灭， 且能设置各光源亮度值；(六) 相机工具运行测试。测试相机， 保证相机正常工作；确定各个拍照位的图像对焦清楚， 视野大小合适；协同光源控制器的光源调节功能 ，设置合适的相机参数。(七) 相机标定工具运行测试。放置标定板， 在图像中观察标定板大小位置是否合理， 确定合理后， 设置标定参数， 完成相机标定； 保存标定数 据结果到配置文件； 正确移动及摆放标定板， 完成手眼标定过程， 保存标定数据到配置文件。(八) 颜色检测工具运行测试。设置颜色
15、检测工具参数， 区分不同颜色的小圆块。(九) 模板匹配工具运行测试。设置合适的参数创建模板并保存模板；设置合适的参数查找模板。(十) 测量类工具运行测试。设置找线工具参数并正确找到直线；设置线交点工具参数并正确计算两点距离；设置距离工具参数并正确计算两点距离。(十一) 数据分析工具运行测试。10设置数据分析工具参数， 并生成数据分析结果。(十二) 数据处理类运行测试。设置数据保存表格工具参数， 设置文件名、保存路径；添加需要保存的数据， 生成“测量数据”报表；(十三) 界面布局及数据显示。设置好窗口个数， 按要求显示图像；根据要求把结果、数据显示到各窗口上；(十四) 工作流程要求。1.编写视觉
16、程序流程前主要准备工作相机镜头安装调试完成 ，相机可以正常采集到图像， 工作距离符合要求，相机视野合适；图像清晰，曝光设置合理；光源安装调试完成， 光源开关， 亮度调好； X,Y,Z 各轴 可正常控制， 速度合理， 示教好各点位； 相机标定， 手眼标定完成。2.PCBA 平面尺寸测量的主要流程（1） 运动到第一个 PCBA 的拍照位， 测量相关数据，判断 PCBA 是否合格；（2） 运动到第二个 PCBA 的拍照位， 测量相关数据，判断 PCBA 是否合格；3.零件分拣主要流程（1） 在原点位置， 测试前随机将 2 个 PCBA 放入白色 料盘（ 治具）内，4 个小圆块贴有数字“1”这一面朝上
17、 ，随机放入小圆块的治具内， 4 个 3D 零件随机放入指定凹槽内；（2） 开始运动到小圆块分拣的拍照位， 定位测量出 411个小圆块的颜色、角度和位置， 并按要求进行分拣。（3） 开始运动到 3D 相机的拍照位， 定位测量出 4 个3D 零件的形状、高度、角度和位置， 并按要求进行分拣。4.数据保存与界面显示根据要求保存数据 ，根据要求进行界面显示。5.回原点运动平台回到原点位置。6.数据备份根据要求将数据保存至 C 盘与 U 盘相应位置。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
18、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-硬件及线路安装完成选型并在合理的位置完成安装和接线。设备上电前 需完成电气检测并向裁判请求上电 ，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） 。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， 相机电源线、千兆网线、光源延长线走拖链。12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
19、后， 用顶丝锁紧对焦环及光圈环。工作任务3-项目配置及标定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， 创建配置文件名称保存到本机的 “C:广西职业院校技能大赛KImageProduct日期-场次号-赛位号（例： 20220328-1-1）”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
20、小） 。相机配置标定完成后 ，请将相机配置标定的截图保存至 U 盘的“E: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（ 不限截图数量） 包括以下内容：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；13工作任务4-PCBA缺陷检测完成 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。检测任务包括以下项目：1.圆形针脚焊锡检测： 要求显示焊锡缺陷轮廓， 位
21、置如图 5 中黄框区域所示； 有焊接缺陷的检测结果为 NG。2.矩形针脚焊锡检测： 要求显示焊锡缺陷轮廓， 位置如图 5 中红框区域所示； 有焊接缺陷的检测结果为 NG。3.字符检测： 如图 5 蓝框区域内的字符是否完整及元件是否焊反； 字符不完整或元件焊反的检测结果为 NG；4.针脚测量： 如图 5 红色虚线框区域所示， 测量每两个 针脚距离算平均值 ，右侧还需测每个针脚角度判断是否有歪 斜； 针脚距离超过 2mm 的或者针脚角度有歪斜的（ 超过 2度）检测结果为 NG；5.灯泡检测： 如图 5 绿色框区域内所示， 进行颜色的识 别， 要求灯泡的颜色必须包含红绿蓝三种颜色， 否则检测结果为
22、NG。14图 5 PCBA检测任务示意AOI 缺陷种类例图如下图所示：图 6 缺陷例图工作任务5-小圆块组装注：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。154 个小圆块样品分 2 个绿色和 2 个红色， 小圆块的上表面均贴有数字“1”， 用于确定小圆块的角度。PCBA 缺陷检测完成后， 测量结果 OK 的 PCBA 旁边的 大圆孔组装上绿色小圆块 ，测量结果 NG 的 PCBA 旁边的大 圆孔组装上红色小圆块； 要求小圆块居中组装在大圆孔内，小圆块上表面的“1”统一朝向， 如图 7 所示。任务要求通过吸嘴将小圆块组装在 PCBA 旁边的大圆孔内。图 7 小圆
23、块组装朝向工作任务 6-3D 零件分拣任务注：为了防止发生碰撞，当吸盘距离物料 2cm 时，请将运动轴的速度调整至 20。要求使用 3D 相机测量 3D 零件的形状、高度、角度，定位各个 3D 零件的位置，引导吸嘴自动分拣 4 个 3D 零件。1.完成 3D 手眼标定；2.将 4 个 3D 零件随机放入分拣区域（红色虚线框）内 3.16要求使用 3D 相机测量 3D 零件的形状、高度、角度， 定位 各个 3D 零件的位置，引导吸嘴自动分拣 4 个 3D 零件，分 拣的要求是高度 18mm 的正方形放在左上角， 9mm 的三角 形放在右上角， 18mm 的三角形放在右下角， 9mm 的正方形放在
24、左下角。图 8 3D 分拣区域示意工作任务 7-数据保存请按照任务要求完成数据分析生成数据报表。1.生成圆形针脚焊锡与矩形针脚焊锡缺陷数量、缺陷坐标的数据；2.生成芯片是否焊反、芯片字符是否完整的数据；3.生成针脚间距平均值、针脚角度平均值的数据；数据报表格式格式如图 9 所示（ 报表数据仅供参考）17图 9请把要求保存的数据按要求保要求文件保存路径：“C:广西职业院校技能大赛日期-场次-赛位号检测数据.csv”。任务完成后选手请自行将视觉项目文件拷贝至 U 盘的 “ E:广西职业院校技能大赛视觉项目日期-场次号-赛位号（例： 20220328-1-1）”文件夹下。请将生成的数据文件保存至 U
25、 盘的“E:广西职业院校技能大赛日期-场次-赛位号检测数据.csv”。请将项目配置标定的截图（保存至 U 盘的“E: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 9、10、11 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。18图 10图 1119图 1220工业相机2D 相机相机 A1280x96090全局黑白1/2 ”4.0mUSB3.02D 相机相
26、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1920x1080x 210滚动彩色2/3 ”1.4mUSB3.0工业镜头工业镜头12mm 镜 头500 万像素12mmF2.0100mm1/1.8 ”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、40m
27、m一组LED 光源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 60x60mmRGB背光源背光源发光面积 169x145mmW注： R=红色、G=绿色、 B=蓝色、W= 白色标定板标定板 A（透明漫 射）100x10020530.0150x50102.51.50.0120x20410.60.0121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）
28、180x1201511x70.01附录二 、相机的接线定义USB3.0 相机（ 注意 USB3.0 通过 USB 线供电， 不要另外插电源， 否则会烧相机）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。22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
29、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设置打开或关闭其输出23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24返回特征字$
30、； 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， 则返回&。 通道字 1， 2， 3， 4 。分别代表 4 个通道。 数据 0XX（XX 为 00 FF 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
31、验字运算过程如下：特征字$36240010 0100指令字351330011 0011通道字250320011 0010数据048300011 0000351330011 00118562380011 1000异或和0001 1110异或校验字1 E25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=00 FF 内的任一数值） 即可。以下为几组指令数据：关闭 2 通道： $220381F特征字$36240010 0100指令字250320011 0010通道字250320
32、011 0010数据048300011 0000351330011 0011856380011 1000异或和0001 1111异或校验字1 f打开 2 通道： $120381C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 C读取 2 通道电源参数： $4200012特征字$36240010 010026轴如上图所示， 共有四根线需要接入控制面板。27接线分别为A+ A- B+ B- ，将对应接线端子接入到控制面板上。28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29
