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1、河北省2022年职业院校“机器视觉系统应用”（高职组）技能大赛暨国赛选拔赛机械零件平面尺寸综合测量（总时间：240分钟）工作任务书场次号：.赛位号:“测量数据1. csv、“测量数据2. csv、“测量数据3. csv、“测量数据A4. csv o（二）测量结果处理对测量数据进行分析统计并生成数据报表，报表文件保存到：c：河 北技能大赛场次号-赛位号测量数据.csv,需要保存的数据为四个机械 零件的大圆直径平均值、大圆直径方差、大圆-中圆圆心距平均值、大圆- 中圆圆心距方差、小圆-小圆圆心距平均值、小圆-小圆圆心距方差、点线 距离平均值、点线距离方差、线边距离平均值、线边距离方差、线夹角平 均
2、值和线夹角方差。依据二维码信息中标准尺寸数据判断被测件是良品还是不良品五、竞赛任务工作要求1、硬件选型安装接线完成相机、镜头、光源的选型，输出选型计算报告。将相机、镜头、光源、治具等在合理位置安装（注意工作距离），保证安装稳固，镜头与相机连接螺纹圈须拧紧；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、整洁、牢固；物理接口选择正确。2、视觉软件的PLC控制工具运行测试控制X,Y.Z轴移动料盘，设置合适的检测区拍照位置；控制X,Y.Z轴移动料盘，示教摆放区机械零件摆放位置，需要示教四 个位置；输出I
3、/O电信号正常。3、光源控制工具运行测试连接光源控制器正常，能控制多个光源亮灭；能设置各个光源不同的亮度值；实现光源频闪功能正常。4、相机工具运行测试相机能正常连接，能正常采集图像；图像对焦清晰（机械零件边缘清晰，正面颜色清晰可见），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（包括曝光, 增益等参数）。5、相机标定工具运行测试把标定板放置到合适位置，设置合适的标定参数，完成相机标定；保存标定数据结果到配置文件；6、模板匹配工具运行测试设置合适的参数创立模板并保存模板；设置合适的参数查找模板。7、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
4、两点距离；设置距离工具参数并正确计算两点距离；四个零件测量结果分别存放C： 河北技能大赛场次号-赛位号下，命 名分别为“测量数据1. csv、“测量数据2. csv、“测量数据3. csv、“测 量数据4. csv”。8、数据分析工具运行测试设置数据分析工具参数，并生成数据分析结果。9、数据处理运行测试设置数据表格工具参数，并生机械零件综合测量报表；对测量数据进行分析统计并生成数据报表，报表文件保存到：C：河 北技能大赛场次号-赛位号测量数据.csv,需要保存的数据为四个机械 零件的大圆直径平均值、大圆直径方差、大圆-中圆圆心距平均值、大圆- 中圆圆心距方差、小圆-小圆圆心距平均值、小圆-小圆
5、圆心距方差、点线 距离平均值、点线距离方差、线边距离平均值、线边距离方差、线夹角平 均值和线夹角方差。10、界面布局及数据显示设计测量结果及分析界面主窗口，参考如下列图5,需显示当前相机采 集图像；测量标记标线和结果显示到图像上；测试数据在界面左侧显示； 依据二维码信息中标准尺寸数据判断被测件是良品还是不良品，并以“OK”、 “NG”在图中显示。ieA-0ieA-0ineA-0畿夹角城火角测量大!8直径的.659大眼图心史:EJ7. 78大圉用心跳:SS7.799小幽圆心巧：716. 022小倒贪心葬.716.022点绶距理：185,917MJEV：185.917ineA-0妓透邪离：441.
6、81线边对禹441. 81线夹角”2 33纹夹角:也337neA-O大寄IH心距:887799小谡圆心毛715.99（X4 而,1独丫 小.75”也?5S.G25&255KZooma21 醐】R7KMMW|KMZQ”28242XZobM21 （X： 45&18.伊2041。;2跖623216X200183） Info:6M Wf.分，*仑。/88pneA-0L 距高：185.9175a。/lneA-0186.15：jo /图5测量结果及分析界面参考六、工作流程参考1、编写视觉程序流程前主要准备工作相机镜头已安装调试完成，相机可在正常采集到图像，工作距离符合要求、相机视野合适，视野范围覆盖检测区
7、内的1个机械零件；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，拍照检测区位置示教合理；相机标定，手眼标定已完成。2、机械零件综合测量流程在主要准备工作完成后，开始机械零件综合测量流程，主要流程如下:1）选手把机械零件随机放置到检测区，每块机械零件不重叠、不超出 检测区的范围；2） X,Y平台运动到拍照位1,触发上方环形光源点亮，同时触发相机 拍照，识别读取二维码信息；3）触发背光光源点亮，同时触发相机拍照，完成尺寸综合测量；4）测量数据分析比拟，生成测量数据报表；5）控制X,Y平台运动到拍照位2,重复步骤2、步骤3、步骤4中工作内容，直到4
8、个机械零件检测完毕；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接口2D相机相机A1280x96090全局黑白1/2”USB3. 02D相机相机B2500x194410滚动黑白1/2. 5GigE2D相机相机C2448x204820全局彩色2/3”GigE3D相机3D相机1920x1080x210滚动彩色2/3”USB3. 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. 0100mm1/1.8工业镜头25mm镜头500万像素25mmF2. 0200mn)2/3”工业镜头35mm镜头500
9、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. 5mmImm、2mm、5mm、10mm、20mm40nnn 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环形光源中号环形光源45度环形，发光面外径120,内径80mmG三者可以合并环形光源大号环形光源低角度环形，发光面外径160,内径120mmB成AOI光源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
10、外圆环直径mm内圆环直径mm精度mm标定板A100x10020530.0150x50102.51.50.0120x20410.60.01类别外框尺寸mm方格边长mm方格数量精度mm标定板B180x1201511x70.01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，否那么会烧相机）I/O接口军*I/O接口军*I/O Interface Instruction引脚描述功能1Line3GPIO （非隔离软件可配更输入/输出）2Linel光耦隔离输入3Line2GF1O （非隔离软件可配比输入/输出）4LineO光耦隔离输出5Opto I/O Grou
11、nd光箱隔离信号地（1SO_G、D）6GP1O GroundGPIO信号地(GXD)二、GigE相机I/O接口说聊I/O接口说聊I/O Interface Instruction网络接口6pin电源及17O 口软紧缘孔指示灯管脚信号说明1Power用V、26Y汽流电源2Linel光幡隔离输入3Line2可配置10输入/坳出口4LineO光耦隔离输出510 GND光料隔离地6GSD直流电源培附录三、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(D0F)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
12、辨率)。 因此分辨率就等于视野F0V/相机的像素数，假如我们F0V尺寸是16nlmxl2mm,选用的 相机是200万像素(1600x1200 ),那么像素分辨率就是16mm/1600 or 12mm/1200=0. 01mmo下表分别表示的是英制的芯片尺寸，真实的芯片大小和焦距的计算公式。1/r水平x影像大小每一款监控摄像机CCD的能面大小不同，但通常使用的CCD摄像机的 规格均为4:3(H:V).号CCD尺寸HB像尺寸(mm)水平：H: V对京：DC1-12.89.616.0H. A2/3-8.86.611.0D.S1/2-6.44.88.0Y.T1/3-4.8X66.001/4-3.6Z7
13、4.535mm羯相机镜头7 参考)35mmK936.024.043.3视野计算接口种类在物距确定的情况下,视野便能通过下述方程式计算出来.丫=丫*例如：到物体的重寓为5m时，用1/2”焦距为12.5mm的镜头和 1/2”摄像机,监视H上所显示的尺寸为：cnCSMIQBSE (mm)17326 12.5 s直径(mm)1-32UNF互换传Y ：物体尺寸L ：物距r:图像尺寸f：焦更Y 645000L : 5000Y=6.4X-T =2560mmf ： 12.512e5-1 长c接口播像机CS接口像机CK 口锁头Fcs桂口真,X2在Cflt口储头与CS罐口的4l配合签用的下.需使MCCSH0配环(
14、5mmu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。触发信号高电平时翻开，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 按照预先的设置翻开或关闭其输出。REMO端子引脚号信号名称信号定义1TR1 +1通道触发信号+2TR1-1通道触发信号一3TR2 +2通道触发信号+4TR2-2通道触发信号一5TR3 +3通道触发信号+6TR3-3通道触发信号一7TR4 +4通道触发信号+8TR4-4通道触发信号一附录五、光源控制器通讯协
15、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ASCH码令 特征字=$令 指令字=1, 2, 3, 4,分别定义为：1：翻开对应通道电源2：关闭对应通道电源3：设置对应通道电源参数4：读出对应通道电源参数当指令字为1, 2, 3时，如控制器接收指令成功，那么返回特征字$;如控制器接收指令失败, 那么返回&。当指令字为4时，如控制器接收指令成功，那么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，那么返回 令 通道字=1, 2, 3, 4o分别代表4个通道。 数据
16、=OXX （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ASCH码在前，低4位ASCH码在后。考前须知一、本任务书共21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、在完成工作任务的全过程中，严格遵守光
17、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。四、不得擅自更改设备已有器件位置和线路。五、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。假设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。假设因人为操作损坏器件，酌 情扣5-10分。六、所编的机器视觉程序必须保存到本机的“C：河北技能大赛 KImageProduct场次号-赛位号”文件夹下，场次号与赛位号以现场抽 签为准。七、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。八、比赛结束后，参赛选手需要将任务书以及现场发放的图纸、
18、资料、 草稿纸等材料一并上交，不得带离赛场。请按要求在4个小时内完成以下工作任务：一、根据本任务提供的视野大小要求、工作距离要求、被测物的检测例：将第2通道亮度设为56,那么以ASCH码向下写“$320381E”$ 3 2 0381EL异或和校验字1 亮度值，数据字节为038,以十六进制表示1通道值指令字，3表示为亮度设置特征字 异或校验字运算过程如下: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250320011 0010数据048300011 0000351330011 00118
19、562380011 1000异或和0001 1110异或校验字1 E注：翻开对应通道电源、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OXX （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：S220381F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数据048300011 0000351330011 0011856380011 1000异或和0001 11
20、11异或校验字1 f翻开2通道：S120381C字符串ASCII码ASCH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$36240010 0100指令字149310011 0001通道字250320011 0010数据048300011 0000351330011 0011856380011 1000异或和0001 1100异或校验字1 C读取2通道电源参数：$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附录六、旋转轴的安装及接线说明R轴如上图所示，共有四根线需要接入控制面板。接线分别为A+ A- B+
21、 B-,将对应接线端子接入到控制面板上。FBRBaaii相机、镜头、光源的选型计算报告场次号 赛位号要求，从设备提供的一组机器视觉相机、镜头和光源中选择型号，完成选 型并在合理的位置完成安装和接线。完成选型设计报告，并记载安装结果。二、根据机械件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。三、在开始配置测量流程前，创立配置文件名称：“场次号-赛位号”。四、通过标定板，完成单幅视野的标定，并保存标定结果。五、完成PLC控制运动平台运动，示教相机的四个拍照位置，并保存 位置信息到配置文件。六、选择合适的视觉工具，并配置测量流程，并完成测量参数的设置。七、本次配置程序必须包含模板定位及建
22、立坐标仿射跟随功能。八、测量内容：提供4个同类型的产品，每个产品有二维码，数据与 编号对应，测量指定的数据：包含直径、角度、线间距、点到线距离、圆 心距。九、求每个数据的平均值和方差，并根据设定的标准值和上下限（该 值在任务书里给出），找出产品中有问题的尺寸数据。十、完成数据分析生成测试数据报表。注L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，须遵守平安操作规程和职业素养 要求的相关规定。注2：考试过程中不允许带入U盘或其他可储存设备。注3：程序复杂的情况下每完成局部编程需要记得先保存配置。竞赛工作任务说明书一、平台硬件、软件组成说明竞赛任务
23、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，型号分别为相机A （131万像素黑白相机），相机 B （500万像素黑白相机），相机C （500万像素彩色相机），3D相机（3D相 机），3D相机工作距离要求大于350mm,具体参数见附录一。依据各拍照位的要求（在四、竞赛任务中给出）选择好相机。2、镜头可选择镜头共四个，型号分别为：12mm镜头、25nmi镜头、3
24、5mni镜头、 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，型号分别为：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A0I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，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
25、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，并可指定I/O输出点位，完成相机触发拍 照光源频闪；运动平台：X轴、Y轴、Z轴、。轴。（注意：旋转轴。是扩展轴，初 始状态放在下层的收纳柜中，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在视觉编程软件中，请参赛选手采用图形
26、化编程软件，需要选手根据 检测要求完成软件流程的设计。图形化编程首先需要根据需求完成工具的选择，基本的流程如下列图所 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）ocBta国 28要图1流程小意图主要的工具列表: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
27、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、通道别离工具、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2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图2图像标定板选择合适的标定工具，使用多点标定方式，对相机进行标定，把图像坐标转成世界坐标，并得出X、Y方向的像素当量;
28、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、竞赛任务描述机械零件平面尺寸综合测量本次竞赛完成机械零件平面尺寸综合测量，机械零件4个，料盘数量1套，机械零件规格：大小：70mm x 50mm；平台料盘总尺寸长：200mm,宽：120mm,视野要求80mm x 60mm （视野范围允许一定正向偏差，最大不得超过lOmni),工作距离200mni,但不得超过250nlm,使用黑白相机并要 求单个像素精度0. 05mn)/pix,示教4个拍照位置，4个机械零件分别测 量一次，具体如下列图3：图3四个机械零件摆放参考图(一)测量任务机械零件初始位置随机放置在治具内检测区；检测区机械零件的
29、放置 规那么：互相不能重叠，不超出检测区域范围。检测任务为：1 .圆直径、角度、线间距、点到线距离、圆心距等多组测量工程，机械零件测量说明见图4。b图4机械零件测量说明大圆直径：如标记f （公差0.5毫米）；大圆-中圆圆心距：如标记a （公差0.5毫米）；小圆-小圆圆心距：如标记e （公差0.5毫米）；点线距离：如标记b （公差0.5毫米）；线边距离：如标记c （公差0.5毫米）；角度：标记d （公差0.5度）；|2 .在被测件正面贴有二维码，二维码的信息包括各类测量尺寸的标 准数值。第一个数据代表大圆直径f标准值；第二个数据代表大圆-中圆圆心距a标准值；第三个数据代表小圆-小圆圆心距e标准值；第四个数据代表点线距离b标准值；第五个数据代表线边距离c标准值；第六个数据代表角度d标准值；四个零件分别存放C： 河北技能大赛场次号-赛位号下，命名分别为