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

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）

工

作

任

务

书

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

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须保存到本机的“C:\广西职业院校

技能大赛\KImage\Product\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。

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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。

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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，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

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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。

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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

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主要的工具列表：

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；

图像处理图像转换工具、通道分离工具、颜色提取工具、图像剪切工

类具、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；

数据处理累加工具、分类工具、保存表格工具、格式转换工具、列表工

类具、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。

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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，并确保每个物料之

间有2mm以上的距离。

图3样品样例

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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：65mmx50mm（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±10mm。

（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

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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，气管、相机电源线、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

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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\KImage\Product\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。

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图4

图5

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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，将包

裹放入对应的订单放置区。

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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。

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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。

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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A1280x960>90全局黑白1/2”4.0μmUSB3.0

2D相机相机B2448x2048>20全局黑白2/3”3.45μmGigE

2D相机相机C2592x1944>10滚动彩色1/2.5”2.2μmGigE

3D相机3D相机1920x1080x2>10滚动彩色2/3”1.4μmUSB3.0

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>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

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

环形光源中号环形光源45度环形，发光面外径120，内径80mmGAOI光源

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

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A100x1002053±0.01

（透明漫射）50x50102.51.5±0.01

20x20410.6±0.01

类别外框尺寸mm方格边长mm方格数量精度mm

标定板B180x1201511x7±0.01

（透明漫射）

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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。

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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

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附录五、光源控制器通讯协议

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

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，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：

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字符串ASCIIASCII码以十将高4位和低4位分别

码六进制表示以8421码表示

特征字$362400100100

指令字3513300110011

通道字2503200110010

数据0483000110000

3513300110011

85623800111000

异或和00011110

异或校验字1E

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

字符串ASCIIASCII码以十将高半字节和低半字

码六进制表示节分别以8421码表示

特征字$362400100100

指令字2503200110010

通道字2503200110010

数据0483000110000

3513300110011

8563800111000

异或和00011111

异或校验字1f

打开2通道：$120381C

字符ASCII字符串ASCII

串

特征字$362400100100

指令字1493100110001

通道字2503200110010

数据0483000110000

3513300110011

8563800111000

异或和00011100

异或校验字1C

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读取2通道电源参数：$4200012

字符串ASCIIASCII码以十将高半字节和低半字节

码六进制表示分别以8421码表示

特征字$362400100100

附录六、旋转轴的安装及接线说明

θ轴如上图所示，共有四根线需要接入控制面板。

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