73职业院校技能大赛高职组《机器视觉系统应用》赛项样卷(001).docx

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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）1 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，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：2 20220328-1-1）”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4 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）、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、θ轴。（注意：旋转轴θ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。5 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、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；6 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：4.5mm±0.2mm;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，测量定位分拣；8 （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；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。9 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；10 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，随机11 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）。12 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60mm±5mm，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；13 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NG。14 图5PCBA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。15 4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；16 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的正方形放在左下角。图83D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A1280x960>90全局黑白1/2”4.0μmUSB3.02D相机相机B2448x2048>20全局黑白2/3”3.45μmGigE2D相机相机C2592x1944>10滚动彩色1/2.5”2.2μmGigE3D相机3D相机1920x1080x2>10滚动彩色2/3”1.4μmUSB3.0工业镜头工业镜头12mm镜头500万像素12mmF2.0>100mm1/1.8”工业镜头25mm镜头500万像素25mmF2.0>200mm2/3”工业镜头35mm镜头500万像素35mmF2.0>200mm2/3”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21 标定板标定板A（透明漫射）100x1002053±0.0150x50102.51.5±0.0120x20410.6±0.0121 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）180x1201511x7±0.01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/22 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：9600bps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＝$指令字＝1，2，3，4，分别定义为：1：打开对应通道电源2：关闭对应通道电源3：设置对应通道电源参数24 4：读出对应通道电源参数当指令字为1，2，3时，如控制器接收指令成功，则24 返回特征字$；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”异或校验字运算过程如下：特征字$362400100100指令字3513300110011通道字2503200110010048300011000025 数据351330011001185623800111000异或和00011110异或校验字1E25 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$362400100100指令字2503200110010通道字2503200110010数据048300011000035133001100118563800111000异或和00011111异或校验字1f打开2通道：$120381C特征字$362400100100指令字1493100110001通道字2503200110010数据048300011000035133001100118563800111000异或和0001110026 异或校验字1C读取2通道电源参数：$4200012特征字$36240010010026 θ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：……；29 得分小计29