2022年山東省職業(yè)院校技能大賽機器視覺系統(tǒng)應用-書簽檢測、測量及分揀

2022年山東省職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應用”賽項注意事項一、本任務書共23頁，包括附錄七項（分別為視覺硬件及參數(shù)列表，相機的接線定義，分辨率及焦距計算公式，光源控制的接線說明，光源控制器通訊協(xié)議，旋轉(zhuǎn)軸的安裝及接線說明，相機、鏡頭、光源的選型計算報告）。如出現(xiàn)缺頁、字跡不清等問題，請及時向裁判示意，進行任務書的更換。二、在完成工作任務的全過程中，嚴格遵守光學或電氣組件的相關(guān)操作要求，接線前一定要看清引腳定義和電壓要求。選手完成接線后，需先請示裁判后，經(jīng)允許方可對設備上電。三、不得擅自更改設備已有器件的位置和線路。四、競賽過程中，參賽選手認定競賽設備的器件有故障，可提出更換，更換下的器件將由裁判組進行現(xiàn)場測試。若器件經(jīng)現(xiàn)場測試是功能齊全，且沒有故障的情況下，每次扣參賽隊1分。若因人為操作損壞器件，酌情扣5-10分。五、所編的機器視覺程序必須保存到本機的“KImage\Product\場次號-賽位號”文件夾下，場次號-賽位號的命名參照：“第1場-1號賽位”，場次號和賽位號以現(xiàn)場抽簽為準。六、參賽選手在完成工作任務的過程中，不得在任何地方標注學校名稱、選手姓名等信息。七、比賽結(jié)束后，參賽選手需要將任務書以及現(xiàn)場發(fā)放的圖紙、資料、草稿紙等材料一并上交，不得帶離賽場。請按要求在4個小時內(nèi)完成以下工作任務：一、根據(jù)本任務提供的視野大小要求、視野位置要求、工作距離要求、被測物的檢測要求，從設備提供的所有機器視覺相機、鏡頭和光源中選擇型號，完成選型并在合理的位置完成安裝和接線。完成附錄七-相機、鏡頭、光源的選型計算報告。二、根據(jù)任務書要求完成器件安裝和調(diào)試。三、在開始配置測量流程前創(chuàng)建配置文件名稱：“場次號-賽位號”。四、兩位選手根據(jù)任務書中競賽任務要求，分別完成書簽檢測及分揀編程與C#二次開發(fā)編程工作。注1：本次工作任務請在機器視覺應用設備上完成，比賽前要熟悉設備使用說明書和軟件用戶手冊。操作過程中，須遵守安全操作規(guī)程和職業(yè)素養(yǎng)要求的相關(guān)規(guī)定。注2：考試過程中不允許帶入U盤或其他可儲存設備。注3：選手每完成部分編程應及時保存程序。

競賽工作任務說明書一、平臺硬件、軟件組成說明競賽任務平臺的硬軟件說明詳見平臺技術(shù)說明書及視覺軟件使用說明。完成競賽工作任務書所需的全部硬件，都包含在工作臺所提供設備內(nèi)，選手要使用的全部器件，只能在本工作臺提供的設備內(nèi)選擇。（一）工控機設備中工控機已經(jīng)提前預裝比賽所需的軟件和驅(qū)動均已經(jīng)提前預裝；另有一臺客戶端電腦，用于通訊接收數(shù)據(jù)及C#二次開發(fā)編程，其中安裝有VS2015軟件并提供了相應OpenCVSharp庫。（二）視覺硬件1、相機可選擇相機共四個，編號分別為相機A，相機B，相機C，3D相機，3D相機工作距離要求大于390mm，具體參數(shù)見附錄一。2、鏡頭可選擇的鏡頭共四個，編號分別為：12mm、25mm、35mm焦距的定焦鏡頭以及一個0.3X放大倍率的遠心鏡頭，具體參數(shù)見附錄一。3、光源可選擇光源共五個，編號分別為：小號環(huán)形光源、中號環(huán)形光源、大號環(huán)形光源、同軸光源、背光光源。注意，三個環(huán)形可以組合成AOI光源。具體參數(shù)見附錄一。4、標定板可選擇的標定板圖案有A、B兩種，其中每個圖案提供透明和漫射材質(zhì)各一面。依據(jù)相機視野范圍選擇合適尺寸的標定板，具體參數(shù)見附錄一；依據(jù)檢測需求選擇標定方式，選擇標定板；（三）線纜相機線纜（共7根）：相機線纜：2D相機USB數(shù)據(jù)線一根、3D相機數(shù)據(jù)線一根、GigE電源線（含觸發(fā)和輸出信號）一根、千兆網(wǎng)相機通訊線一根（帶鎖）、網(wǎng)絡通訊線一根（3米扁線）、光源延長線一根、一根3D相機電源線；（注意：RS232通訊線默認已經(jīng)與PC連接）。（四）運動控制硬件PLC：控制運動平臺運動，控制光源亮滅；運動平臺：X軸、Y軸、Z軸、θ軸。（注意：旋轉(zhuǎn)軸θ是擴展軸，未安裝前放在機器視覺工具箱中，其接線定義見附錄七）。氣動硬件提供三種吸嘴，規(guī)格為：SP-06、SP-08、SP-10，選手根據(jù)檢測對象正確選擇吸嘴。二、軟件功能及編程說明在視覺編程軟件中，請參賽選手采用圖形化編程軟件，需要選手根據(jù)檢測要求完成軟件流程的設計。圖形化編程首先需要根據(jù)需求完成工具的選擇，其編程方式如下圖所示，為了使編程配置相對簡潔，下圖中采用了子模塊、工具組模塊多模塊組合的配置方法，具體軟件配置方法詳見《視覺軟件使用手冊》（流程示意圖圖1僅說明視覺軟件的流程設計編程方式，與本任務書具體任務無直接關(guān)系）。圖1軟件編程配置示意圖軟件主要工具列表：編程方式圖形化界面編程/代碼編程軟件特點支持多用戶模式、工具組軟件功能有無/正反檢測、顏色/位置判斷、定位、2D尺寸測量、ID識別、字符識別定位功能模式匹配、特征匹配、圓查找、Blob、卡尺工具、邊緣查找、邊緣交點等測量工具點線測量、線圓測量、線線測量、圓擬合、直線擬合、像素統(tǒng)計、直方圖工具、組合工具等標定工具點陣標定、N點標定、棋盤標定等對位工具單相機及多相機對位，支持XYθ、XYY、UVW、SCARA等多種平臺類型圖像處理工具轉(zhuǎn)灰度圖、圖形計算、通道分離、顏色提取、顏色分離、圖像拼接、圖像預處理、形態(tài)學、閾值化等邏輯工具條件檢測、格式化、字符比較、點集、耗時統(tǒng)計等識別工具OCR、條碼識別、二維碼識別等通訊方式Modbus、TCP/IP、RS232/485、4G/5G模塊等三維工具點云處理、3D坐標轉(zhuǎn)換、3D手眼標定、表面擬合、3D坐標獲取、體積測量等三、標定說明及運動位置校準圖2標定板器件箱提供的兩種標定板如圖2所示，選手應選擇合適的標定工具，進行標定，并得出X、Y方向的像素當量。若有分揀任務，應進行手眼標定，以統(tǒng)一設備坐標系統(tǒng)與相機坐標系統(tǒng)。

競賽任務說明一、樣品說明1、蓋子8個，36mm長x26mm寬x9mm高的厚蓋4個、36mm長x26mm寬x5mm高的薄蓋4個，蓋子上均覆蓋有條碼，條碼內(nèi)容為數(shù)字；圖3蓋子2、書簽8個，尺寸為31mmx17mm（3個合格品，3個瑕疵品）；注意：書簽表面有二維碼，蓋子分揀完后，必須先讀碼后方能進行標簽的檢測、測量及分揀任務。無瑕疵書簽無瑕疵書簽瑕疵書簽圖4書簽示意圖3、治具規(guī)格：200mmx120mm；圖5治具樣式二、蓋子分揀、書簽檢測及分揀任務書簽初始位置說明：任務開始前，由參賽選手將六個書簽放置在裁判指定的任意八個位置（裁判在檢測區(qū)八個位置中隨機選擇六個）；書簽初始擺放區(qū)域書簽初始擺放區(qū)域圖6書簽初始擺放區(qū)域示意圖蓋子初始位置說明：由參賽選手將六個書簽放置在裁判指定的任意位置（裁判在檢測區(qū)八個位置中隨機選擇N個，數(shù)量少于八個時，蓋子將有堆疊狀態(tài)），如圖7所示僅為參考示意圖；圖7蓋子初始位置參考示意圖（一）蓋子分揀任務初始狀態(tài)下將有八個蓋子，蓋在書簽的上方（蓋子可能有重疊的情況，即，某個書簽上可能覆蓋有多個蓋子，如圖7所示非重疊狀態(tài)擺放僅為參考示意圖）；要求按照條碼內(nèi)容移走及擺放蓋子，條碼內(nèi)容為奇數(shù)時，分揀至1條杠指示的位置1范圍內(nèi)；條碼內(nèi)容為偶數(shù)時，分揀至2條杠指示的位置2范圍內(nèi)；分揀流程開始前和結(jié)束后，XY軸坐標系應歸零。位置位置1位置2

圖8蓋子分揀及擺放（二）書簽讀碼、測量、檢測及分揀任務要求所選用相機能識別書簽顏色，選擇鏡頭使相機成像視野為14mm*18mm（允許5%的視野范圍偏差），所選擇光源應使書簽成像具有較高對比度。1.讀碼任務要求使用二維碼識別工具對所有書簽上的二維碼進行信息讀取后方能進行后續(xù)任務，碼信息內(nèi)容為十位字符，如DH0802KM25、DH0802KM88；所有未讀碼書簽的測量、檢測及分揀流程視為無效流程。2.測量任務每個書簽的線夾角、點線距、線間距、線交點、點間距及書簽中心坐標，如圖9所示。其中A、B、C為線間距，D、E為夾角，F(xiàn)為點線間距；6個書簽的A/B/C/D/E/F各項測量結(jié)果求平均并生成數(shù)據(jù)報表并保存到：C:\山東省職業(yè)院校技能大賽\書簽測量數(shù)據(jù).csv；3.檢測及分揀任務合格品書簽要求尺寸符合標準，表面不得有瑕疵；因生產(chǎn)工藝問題，書簽表面可能出現(xiàn)孔洞、劃痕、缺口等不良瑕疵，若有瑕疵的書簽即為殘次品。要求根據(jù)分揀出書簽中的合格品和瑕疵品，合格品應放置在合格品區(qū)，瑕疵品放在瑕疵品區(qū)，合格品區(qū)及瑕疵品區(qū)的劃分如圖10所示。殘次品書簽圖片保存到“C:\山東省職業(yè)院校技能大賽\書簽殘次品”文件中，圖片名稱為其瑕疵種類，如劃痕、孔洞、缺口等。FFABCDE圖9書簽測量任務

合格品區(qū)瑕疵品區(qū)圖10書簽分揀區(qū)域示意圖（三）警示燈控制和界面顯示任務1.警示燈控制要求（1）蓋子分揀流程中紅色報警燈點亮，流程結(jié)束后紅色報警燈熄滅；（2）書簽拍照流程中綠色報警燈點亮，檢測完成后綠色報警燈熄滅；（3）書簽分揀過程中紅色報警燈點亮，分揀流程結(jié)束后紅色報警燈熄滅；2.七個界面窗口顯示要求（1）窗口一到窗口八分別其拼接完整的書簽圖片（若該拍照位存在書簽，則顯示拼接完整的書簽圖片；若該拍照位不存在書簽，則不顯示圖片），界面上顯示二維碼信息，A距離、B距離、C距離、D角度、E角度、F距離，瑕疵品顯示其瑕疵區(qū)域輪廓；合格品顯示OK，不合格品顯示NG；（2）窗口九顯示3D點云處理完成后的點云圖；圖11顯示界面示意圖（四）客戶端數(shù)據(jù)接收顯示及C#編程任務1.客戶端數(shù)據(jù)接收與顯示任務使用客戶端軟件KImageClient接收任意一個合格品書簽圖片（如圖12所示），并接收6個書簽A/B/C/D/E/F各項測量平均值并實時顯示在結(jié)果數(shù)據(jù)欄（如圖13所示）。圖12傳輸圖片圖12客戶端數(shù)據(jù)顯示2.客戶端電腦C#代碼編程任務使用MicrosoftVisualStudio2015軟件新建工程文件，調(diào)用OpenCVSharp圖像庫的算法，在新建工程文件中的函數(shù)體內(nèi)封裝書簽定位測量工具圖像處理算法，并將其封裝為KImage能調(diào)用的.dll文件，并生成到客戶端軟件所在目錄下的“ToolGroup\場次號-工位號”文件夾里，具體要求如下：（1）書簽定位測量工具名稱定義為“KBookMark”，在書簽定位測量工具中要求實現(xiàn)找線算法，該工具使用找線算法進行線定位，并求出線交點和點線距離。書簽定位測量算法的參考思路為：輸入圖像—生成三個矩形ROI—在矩形ROI內(nèi)查找線—求出兩條線的交點及線交點與第三條線的點線距離。（2）書簽定位測量工具中含有A按鈕，點擊A按鈕添加一個藍色矩形ROI，鼠標可以拖動調(diào)整矩形ROI。（3）書簽定位測量工具中含有B按鈕，點擊B按鈕添加一個藍色矩形ROI，鼠標可以拖動調(diào)整矩形ROI。（4）書簽定位測量工具中含有C按鈕，點擊C按鈕添加一個藍色矩形ROI，鼠標可以拖動調(diào)整矩形ROI。（5）書簽定位測量工具中含有Run按鈕，點擊Run按鈕在窗口顯示三個ROI區(qū)域局部閾值分割的結(jié)果圖像，在圖像中顯示在三個ROI區(qū)域查找到的三條線的綠色ROI輪廓、第一條直線和第二條直線的線交點的綠色十字ROI、線交點與第三條直線的距離線的綠色ROI輪廓，算子的找線算法執(zhí)行結(jié)果如圖13所示。圖13算法執(zhí)行顯示圖（6）點擊Run按鈕，可在“書簽定位測量工具”中的輸出參數(shù)中顯示LinePts0(第一條線線坐標)、LinePts1(第二條線線坐標)、LinePts2(第三條線線坐標)、LinePts3(線交點與第三條線的距離線的線坐標)、Dis(線交點與第三條線的點線距離)。圖14輸出參數(shù)示例圖五、附件附錄一、視覺硬件及參數(shù)列表工業(yè)相機類別編號分辨率幀率FPS顏色芯片大小像元尺寸接口2D相機相機A1280x960>90黑白>1/3”4.0umUSB3.02D相機相機B2448x2048>20黑白2/3”3.45umGigE2D相機相機C2592x1944>10彩色1/2.5”2.2umGigE3D相機3D相機1920x1080x2>10///USB3.0工業(yè)鏡頭類別編號支持分辨率（優(yōu)于）焦距/倍率最大光圈工作距離支持芯片大小工業(yè)鏡頭12mm鏡頭500萬像素12mmF2.0>100mm2/3”工業(yè)鏡頭25mm鏡頭500萬像素25mmF2.0>200mm2/3”工業(yè)鏡頭35mm鏡頭500萬像素35mmF2.0>200mm2/3”遠心鏡頭遠心鏡頭500萬像素0.3XF5.4110mm2/3”鏡頭接圈包括0.5mm、1mm、2mm、5mm、10mm、20mm、40mm一組LED光源類別編號主要參數(shù)顏色備注環(huán)形光源小號環(huán)形光源直射環(huán)形，發(fā)光面外徑80mm，內(nèi)徑40mmRGB三者可以合并成AOI光源環(huán)形光源中號環(huán)形光源45度環(huán)形，發(fā)光面外徑120mm，內(nèi)徑80mmG環(huán)形光源大號環(huán)形光源低角度環(huán)形，發(fā)光面外徑155mm，內(nèi)徑120mmB同軸光源同軸光源發(fā)光面積60x60mmRGB背光源背光源發(fā)光面積169x145mmW注：R=紅色、G=綠色、B=藍色、W=白色標定板類別外框尺寸mm圓/格間距mm外圓環(huán)直徑mm內(nèi)圓環(huán)直徑mm精度mm標定板A100x1002053±0.0150x50102.51.5±0.0120x20410.6±0.01類別外框尺寸mm方格邊長mm方格數(shù)量精度mm標定板B180x1201511x7±0.01附錄二、相機的接線定義一、USB3.0相機（注意USB3.0通過USB線供電，不要另外插電源，否則會燒相機）二、GigE相機附錄三、分辨率及焦距計算公式簡單視覺系統(tǒng)的計算，主要包括視場（FOV）、分辨率（Resolution）、工作距離（WD）和景深（DOF）等。分辨率我們通常指的是像素分辨率，（默認選用的鏡頭分辨率高于相機的分辨率）。因此分辨率就等于視野FOV/相機的像素數(shù)，假如我們FOV尺寸是16mmx12mm，選用的相機是200萬像素（1600x1200），那么像素分辨率就是16mm/1600or12mm/1200=0.01mm。下表分別是我們是的英制的芯片尺寸，真實的芯片大小和焦距的計算公式。

附錄四、光源控制的接線說明硬件觸發(fā)：用戶可以通過PLC、相機的輸出外部觸發(fā)信號來控制每一路輸出的開關(guān)。需要外部觸發(fā)功能時需將外部觸發(fā)信號線連接到“REMO”端子上。觸發(fā)信號高電平時打開，低電平時關(guān)閉。軟件觸發(fā)：用戶也可用軟件實現(xiàn)觸發(fā)功能，即使用串口對各輸出通道進行控制，使各輸出通道按照預先的設置打開或關(guān)閉其輸出。REMO端子引腳號信號名稱信號定義1TR1＋1通道觸發(fā)信號＋2TR1-1通道觸發(fā)信號－3TR2＋2通道觸發(fā)信號＋4TR2-2通道觸發(fā)信號－5TR3＋3通道觸發(fā)信號＋6TR3-3通道觸發(fā)信號－7TR4＋4通道觸發(fā)信號＋8TR4-4通道觸發(fā)信號－附錄五、光源控制器通訊協(xié)議硬件規(guī)范波特率：9600bps每幀字節(jié)數(shù)：8字節(jié)每幀數(shù)據(jù)格式1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)3字節(jié)2字節(jié)特征字指令字通道字數(shù)據(jù)異或和校驗字注:所有通訊字節(jié)都采用ASCII碼特征字＝$指令字＝1，2，3，4，分別定義為：1：打開對應通道電源2：關(guān)閉對應通道電源3：設置對應通道電源參數(shù)4：讀出對應通道電源參數(shù)當指令字為1，2，3時，如控制器接收指令成功，則返回特征字$；如控制器接收指令失敗，則返回&。當指令字為4時，如控制器接收指令成功，則返回對應通道的電源設置參數(shù)（返回格式跟發(fā)送格式相同）；如控制器接收指令失敗，則返回&。通道字＝1，2，3，4。分別代表4個通道。數(shù)據(jù)＝0XX（XX為00～FF內(nèi)的任一數(shù)值），對應通道電源的設置參數(shù)，高位在前，低位在后。異或和校驗字＝除校驗字外的字節(jié)（包括：特征字，指令字，通道字和數(shù)據(jù)）的異或校驗和，校驗和的高4位ASCII碼在前，低4位ASCII碼在后。例：將第2通道亮度設為56，則以ASCII碼向下寫“$320381E”$$320381E異或和校驗字亮度值，數(shù)據(jù)字節(jié)為038，以十六進制表示通道值指令字，3表示為亮度設置特征字異或校驗字運算過程如下：字符串ASCII碼ASCII碼以十六進制表示將高4位和低4位分別以8421碼表示特征字$362400100100指令字3513300110011通道字2503200110010數(shù)據(jù)0483000110000351330011001185623800111000異或和00011110異或校驗字1E注：打開對應通道電源、關(guān)閉對