《2022高职 机器视觉系统应用 任务书5-大豆分选（赛项赛题）.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022高职 机器视觉系统应用 任务书5-大豆分选（赛项赛题）.pdf（26页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、2022年全国职业院校技能大赛机器视觉系统应用大豆分选（总时间：480分钟）工作任务书场次号：赛位号:注意事项一、本任务书共26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平台软件熟悉,掌握C#软件编程及O p e n C V 库的调用。三、在完成工作任务的全过程中，严格遵守光学或电气组件相关的操作要求，接线前一定要看清楚相机的引脚定义和电压要求。四、不
2、得擅自更改设备固定位置的器件和线路。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。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，扣 5 分。六、所编的机器视觉程序必须保存到本机的 C:全国技能大赛 P ro d uc t 场次号-赛位号”文件夹下，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、资料、草稿纸等材料一并上交，不得带离赛场。请按要求在8个小时内完成以下工作任务：一、根据本任务提供的
3、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、根据大豆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、在开始配置摆拼流程前，创建配置文件名称：“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、选择合理的手眼标定工具，完成图像坐标与运动坐标的统一，并保存在配置文件中。六、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。七、大豆和异物为混合在一起的无序状态，要求分别识别出大豆和异物，分别统计数量，并
4、找出它们的坐标，由机械手将异物分拣出来，并放置在指定的物料盒。八、通过网口通讯，把每个小板定位出来的位置信息发送到客户端（另一台电脑），并在软件指定的位置进行显示。九、在客户端完成C#代码编程，实现图像边缘检测算法和图像直方图统计算法，并显示结果图像。注1：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。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部分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平台的硬软件说明详见平台技术说明书及视觉软件使用
5、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。1、工控机设备中包含一台工控机，另有一台用于接收通讯数据和视觉算法代码编程的客户端计算机由承办单位提供，比赛所需的软件和驱动均已经提前预装。2、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（3D相机工作距离要求大于350mm）,具体参数见附录一。依据被测件的实际大小、测量精度要求（在4、竞赛任务中给出）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
6、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）标定板依据相机工作距离和视野大小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。3、线缆相机线缆：2D相 机USB数据线一根、3D相机数据线一根、
7、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）。4、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、丫轴、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）。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
8、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
9、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、用户变量工具客户端电脑上提供以下编程工具和图像处理库：1、Microsoft Visual Studio 2015 编程软件，使用 C#编程。2、基 于C#的OpenCV图像处理库OpenCvSharp。I寸金浏览器 KOpenCVHelper.cs KChinaSkillsTool KCalibPlaneTool KLineFinderl.iKChinaSkillsTool.KiCh
10、inaSkillsToolstatic double sinFunlPara=2;E III，功能：实现Canny墩 检 刑 算 子，并开旅参数手动调试，袋寸反馈结果图像。/swnmaxy)|/param naae=】nMat”输入图像,11/lI I Iparam nae=inFunlParain2数2lor(inMat,inMat,ColorConversiottCodes.BGR2GRAY);)Mat cannyMat=new Mat 0 :Cv2.Canny inMat.cannyMat.inFunlParaal.inFxmlParax2:Cv2.NaaedWindow(*Fuct i
11、onl”,VmdovMode.Norxal)：Cv2.ImShow(*Fuctionl*,cannyMat):CvTrackbar cvTrackbarHighThr=ne CvTrackbar(*HighThr*Fuctionl 0.1000,HighThrTrack.inMat);CvTrackbar cvTrackbarLovThr=new CvTrackbar(*LowThr*,*Fuctionl*,0,1000,LowThrTrack inMat);sinFunl?araxl=inFunlParasl:sinFunlParaml=inFunlParam2.)/功能：图像直方图统计算法
12、实现，显示直方肆克计图表/par am nase=xnMat;输入图像 I I Iparam naAe=inFun2Parasl 参数/param)/public void Function2(Mat inMat,double inFun2Paraal,double inFun2Paras2)(选手在此处添加代码Mat lena=inMat:/Cv2.IaRead(*lena.jpg*):if (inMat.Channels 0 =1)(Cv2.CColor(lena,lena,ColorConversionCodes.GRAY2BGR):)Mat xats=Cv2.Split(lena);张
13、图片，将!en 拆分成3个图片装进satMat oatsO=new Mat口 mat s0;/BMat o&tsl=new Mat口 oatsLlJ);/GMat j zats2=new Mat mat s 2j)：RMat口 h ist=n”Mat口 (new M at0;new M at01 new ylat0 ：-4，骷 有 直 旗,记 得 全int U channels=new int j 0 -J 个通道.航始化为通道。int I histsiz=new int Z 256:初始正为256箱子R a n g e f range=new Rangefl：/一个通道，范困range；0=
14、new Rangef(0,256):从0刑 自(含)，到25稀束(不含)Mat mask=new Mat 0 ；，不做推码Cv2.CalcHist(natsO,channels,=ask,h is t；0,1,histsize,rang)：/；对被拆分的图片螭虫进行计算dcH；+c h o r d.卜；*l1 1 v*an*ti-图2 C#代码编程界面3、客户端软件及二次开发工程框构，详细说明见 二次开发说明文件。三、标定说明及运动位置校准图3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
15、备坐标系统与相机坐标系统。四、竞赛任务描述一大豆计数及色选分拣本次竞赛完成大豆计数及色选分拣，大豆样本数量1套，规格:彩色，大小：8cm x 8cm；平台料盘一个，平台料盘上有三个区域,分别是样品区，大豆放置区，异物放置区，料盘总尺寸长:12cm,宽：20cm；视野大小100mm x 130mm。（视野范围允许一定正向偏差，最大不得超过10mm）；工作距离：275mm（视野范围允许一定正向偏差，最大不得超过20mm）,必须采用彩色相机，检测区必须在光源范围内，具体如下图：图4大豆检测示意（一）检测任务大豆及异物为无序混合状态。检测任务为：1）识别出大豆-异物，并分别统计各自的数量。2）计算出大
16、豆-异物坐标，将大豆与异物得坐标保存在CSV文件中，保存到C:全国技能大赛 场次号-赛位号 大豆-异物位置数据.c sv。”文件中。3）识别出大豆-异物的位置信息通过网口通讯发送给另一台客户端电脑，并在软件指定区域位置显示，客户端电脑上的软件配置名称为“数据接收”。（二）分拣任务编写视觉和运动控制程序，控制运动吸嘴将大豆-异物从样品盒吸起，按照指布局图放置到对应放置区进行依次摆放；要求不得错放,不得漏放。(三)客户端电脑C#代码编程1、在客户端电脑上打开客户端软件建立与主控电脑的TCP/IP通讯连接。2、客户端与主控电脑实现控制指令、数据、图像传输功能。3、使 用Microsoft Visua
17、l Studio 2015软件打开对应工程文件，利 用OpenCVSharp图像库的算法，在指定文件中的现有声明函数体内实现如下图像处理算法，具体需求如下：(1)、在Function1()函数体内实现图像边缘检测算法，开放边缘检测的参数，可手动实时调试参数；显示边缘检测结果图像，结果图像可随调试参数的变化而实时动态变化。(2)、在Function2()函数体内实现图像直方图统计算法，显示直方图图表。4、工程编译成功后，系统生成新的测试工具，把生成的动态链接库文件拷贝到客户端软件所在目录的ToolGroup文件夹下面。5、打开客户端软件，添加指定工具到流程图中，完成参数配置，实现图像边缘检测算法
18、和图像直方图统计算法。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P L C 控制工具运行测试控制X,Y 轴移动料盘，设置检测区的拍照位置；控 制 X,Y 轴移动料盘，示教摆放区大豆-异物摆放位置，示教位置与大豆-异物摆放相关；输出 I/O 电信号正常。3、光源控制工具运
19、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、相机工具运行测试测试相机，保证相机正常工作；确定图像对焦清楚（大豆边缘清晰，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。6、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。7、大豆-异物外形检测工具运行
20、测试设置外形检测工具参数，检测大豆-异物形状，并作区分。8、颜色检测工具运行测试设置颜色检测工具参数，识别大豆-异物的颜色，并作区分。9、数据处理类运行测试设置数据表格工具参数，并生成测量报表；保存大豆-异物的坐标点报表文件到：C:全国技能大赛 场次号-赛位号 大豆-异物位置数量数据.c sv。1 0、界面布局及数据显示界面主窗口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。图5界面及结果显示1 1、客户端显示要求1）打客户端软件，与主控电脑建立通讯连接，添加“主控电脑取图”工具和指定工具。并做好参数配置设置。图6客户端参考显示图2）点击界面上的“F un c
21、ti o n l”按钮，弹出如下窗口，窗口顶部可以看到“H i g h T h r”和“L o w T h r”两个参数设置滑块，滑动滑块可设置对应参数，图像也会动态变化，其效果如图7所示。图7客户端C#代码编程-图像边缘检测算法效果示意图3）点击界面上的“F un c ti o n 2”按钮，弹出如下窗口，显示直方图统计图表，其效果如图8所示意。图8客户端C#代码编程-图像直方图统计算法效果示意图4）数据通过网口通讯发送给另一台客户端电脑，客户端软件接收服务器发送的数据并实时显示，客户端配置的名称为“数据接收”。客户端数据显示在软件界面的下方的结果数据栏中。六、工作流程参考1、编写视觉程序流
22、程前主要准备工作相机镜头已安装调试完成，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，视野范围覆盖检测区内的大豆-异物；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、大豆-异物色选测量流程在主要准备工作完成后，开始检测流程，主要流程如下：1）将混合物样本、大豆放置、异物放置在料盘的分拣区内，料盘放置在相机视野范围内；2）移动平台到检测区拍照位置；4）光源触发点亮，同时触发相机拍照，关闭光源；5）识别检测区内大豆-异物颜色，分别统计数量，找出各个大豆-异物坐标位置；6）背光源点亮
23、，相机拍照、背光源关闭；7）识别检测区内大豆-异物的精确位置；8）显示数量结果，并生成数据报表（黄豆数量、绿豆数量、异物数量、黄豆坐标点、绿豆坐标点、异物坐标点）；9）依据大豆-异物坐标，用机械手分拣大豆-异物，放置到各自的放置盒中；10）分拣完成，查看分拣结果。七、附件附录一、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A1280 x96090全局黑白1/2”USB3.02D 相机相机B2448x204820全局黑白2/3”GigE2D 相机相机C2592x194410滚动彩色1/2.5GigE3D 相机3D 相机1920 x1080 x210滚动
24、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25mmF2.0200mm2/3”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L E D 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8 0,内径40mmRGB三者可以合并成 AO I光源环形光源中号环形光源45度环形，
25、发光面外径1 2 0,内径80mmG环形光源大号环形光源低角度环形，发光面外径1 6 0,内径120mmB同轴光源同轴光源发光面积60 x60mmRGB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A100 x10020530.0150 x50102.51.50.0120 x20410.60.01类别外框尺寸mm方格边长mm方格数量精度mm标定板B180 x1201511x70.01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
26、会烧相机）I/O接口说少I/O Interface Instruction状态折示灯ROD引脚描述功能1Line3GPIO（除陶勒软件可I t置 输 入 出）2L inel光根隔离辎入3Line2GPIO（非限离软件可配置输入/输出）4LincO光隔离给出5Opto I/O Ground尼耦隔离信号地（ISO.GND）6GP1O GroundGPKM3 号地（GM二、GigE相机I/O接口说明I/O Interface Instruction网络接口6pinWW/OD微震螺孔密示灯附录三、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
27、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，假如我们FOV尺寸是16mmx12mm,选用的相机是200万 像 素（1600 x1200）,那么像素分辨率就是16mm/1600 or12mm/1200=0.01 mm。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。每一款监控摄像机CCD的能面大小不同.但通常使用的CCD舞像机的规格均为4:3(H:V).CCD尺寸用像尺寸(mm)水 平：H :V对京：DCV12.89.616.0H.A2/3-8.86.611.0D.S1/
28、2-6.44.88.0Y.T1/34.8X66.001/4-3.62.74.535mm段相机银头(参考)35E G I皎卷36.024.043.3视野计算接口种类在相距定的情况下,视野便能通过下述方程式计算出来.通常的依控-，机修头育*口宓CS接口商A 丫=丫 十Y：物体尺寸 L：相更V：图像尺寸 f：焦电例 如：到物体的能离力5m 时,用 1/2焦史为12.5mm的馈头和1/2被像机.监视H 上所显示的尺寸力：震 幅C!taCSD后运(mm)17526-126 sI S (mm)1-32UNFY：6.4L：5000f：12.5Y=6.4X 瑞 警=2560mm,1 2在C 口,只与CS口的停
29、机配合要用的况下.离使MC-CS0口 配环(SmmuC接口播机CS接口需像机C舞口铁头cO*CS接口倍头X附录四、光源控制的接线说明硬件触发：用户可以通过P L C.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。REMO端子弓 1脚号信号名称信号定义1TR1+1 通道触发信号十2TR1-1
30、 通道触发信号-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-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码令 特 征 字=$令 指 令 字=1,2,3,4,分别定义为：1：打开对应通道电源2：关闭对应通道电源3：设置对应通道电源参数4：读出对应通道电源参数当指令字为1,2,3 时，如控制器接收指令成功，则返回特征字$；如控
31、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&。令 通 道 字=1,2,3,4。分别代表4 个通道。令 数 据=0XXCXX为0 0-F F 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。令 异或和校验字=除校脸字外的字节（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5 6,贝|以ASCII码向下写“$320381E”$3 20381EL异或和校验字L 1-亮度值，数据字节为0 3
32、 8,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 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OXX（XX=OO FF内的任一数值）即可。以下
33、为几组指令数据关闭2 通道：$220381F字符串ASCII 码A S C II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 1111异或校验字1 f打开2 通遒：$1203810字符串ASCII码A S C II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 通遒电源参数：$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 0100附录六、旋转轴的安装及接线说明6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+B-,将对应接线端子接入到控制面板上。附录七相机、镜头、光源的选型计算报告场次号 赛位号