機器視覺系統(tǒng)應用賽項正式賽題與評分標準-IC芯片綜合檢測與分揀-賽題

2022年全國職業(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37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

的選型計算報告答卷）。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、在比賽前需對競賽平臺和視覺編程軟件平臺熟悉，掌握C#

軟件編程及OpenCV庫的調(diào)用。

三、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

關操作要求，接線前一定要看清引腳定義和電壓要求。

四、不得擅自更改設備已有器件位置和線路。

五、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。

六、所編的機器視覺程序必須保存到本機的“C:\全國技能大賽

\KImage\Product\場次號-賽位號”文件夾下。

七、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；違反規(guī)定者取消比賽成績。

八、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。

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請按要求在8個小時內(nèi)完成以下工作任務：

一、根據(jù)本任務書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

選型設計報告，并記載安裝結(jié)果。

二、根據(jù)IC芯片的尺寸和檢測區(qū)域要求完成視野調(diào)焦和鏡頭對

焦。

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、通過標定板，完成3D手眼標定、2D手眼標定、XY標定，

并保存在配置文件中。

五、完成PLC控制運動平臺運動測試，示教IC芯片的拍照位

置，并保存位置信息到配置文件。

六、選擇合適的視覺工具，并配置分揀、測量和組裝流程，并完

成測量參數(shù)的設置。

七、本次配置的程序必須包含模板定位及建立坐標仿射跟隨功能。

八、在客戶端完成讀碼及數(shù)據(jù)發(fā)送任務、測量數(shù)據(jù)接受與顯示任

務以及客戶端電腦C#代碼編程任務。

九、在機臺中完成盒蓋移除任務、IC芯片測量與組裝任務以及

顯示與保存任務。

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

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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：程序復雜的情況下每完成部分編程需要記得先保存配置。

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說明書，視覺軟件詳見視覺

軟件使用手冊。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

1、工控機

設備中已經(jīng)包含一臺工控機，比賽中還提供一臺用于接收通訊數(shù)

據(jù)、客戶端編程通用計算機，比賽所需的軟件和驅(qū)動均已經(jīng)提前預裝。

2、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，具體參數(shù)見附錄一。

依據(jù)競賽任務的要求選擇好相機

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。

依據(jù)被測物尺寸、相機安裝位置，在滿足工作距離，視野范圍，

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分辨率的要求選擇合適鏡頭。

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。

依據(jù)任務書的需要，在安裝方式和安裝空間位置允許的情況下，

可根據(jù)實際需要，選擇多個光源同時組合使用。

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；

為滿足檢測要求，可以選擇多種標定方式和標定板組合使用，完

成系統(tǒng)的標定要求。

3、線纜

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、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相機光源電源線（注意：RS232通訊線默認已經(jīng)與PC連

接）；

4、運動控制硬件

PLC：控制運動平臺運動，控制光源亮滅；

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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，需要選手按附錄六：旋轉(zhuǎn)軸的

安裝及接線說明完成平臺的搭建）

5、氣動硬件

提供三種吸嘴，規(guī)格為：SP-06、SP-08、SP-10，根據(jù)需求正確

選擇吸嘴。

二、軟件功能及編程說明

在視覺編程軟件中，采用圖形化編程軟件，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，基本的流程如下

圖所示，為了使配置的流程相對簡潔采用了子模塊、工具組模塊多模

塊組合的配置方法，具體流程配置方法詳見《視覺軟件使用手冊》（說

明：本流程示意圖圖1僅說明視覺軟件的流程設計編程方式，與本任

務書描述的具體任務無直接關系）

圖1流程示意圖

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主要的工具列表：

類型工具

服務器客戶端通訊工具、串口工具、讀寫工具、機

系統(tǒng)類PLC

器人控制工具、信號源工具

圖像源類圖像源工具、相機工具、保存圖片工具、圖形顯示工具

仿射變換工具、斑點分析工具、找圓工具、找線工具、邊

定位類

緣點查找工具、形狀匹配工具、灰度匹配工具

圓卡尺工具、夾角工具、邊緣卡尺工具、線交點工具、線

測量類間距工具、點間距工具、矩形卡尺工具、點線距離工具、

坐標轉(zhuǎn)換工具、標定工具

圖像轉(zhuǎn)換工具、通道分離工具、顏色提取工具、圖像剪切

圖像處理類

工具、圖像處理工具、閾值化工具、輪廓提取工具

二維碼工具、字符識別工具、條碼檢測工具、缺陷檢測工

識別類

具

對位類位移計算工具、坐標計算工具、對位平臺工具

累加工具、分類工具、保存表格工具、格式轉(zhuǎn)換工具、列

數(shù)據(jù)處理類

表工具、邏輯運算工具、字符串截取工具、用戶變量工具

客戶端電腦上提供以下編程工具和圖像處理庫：

1、MicrosoftVisualStudio2015編程軟件，使用C#編程；

2、基于C#的OpenCV圖像處理庫OpenCvSharp；

3、客戶端軟件及《KImage工具二次開發(fā)說明》文件，文件

中提供部分二次開發(fā)工程框構(gòu)示例。工程框構(gòu)示例中已做好二次開

發(fā)和OpenCVSharp的編譯環(huán)境配置及相關功能函數(shù)聲明，可供參

考。

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圖2C#代碼編程界面參考

三、標定說明及運動位置校準

圖3兩種標定板

選擇合適的標定工具，使用多點標定方式，對相機進行標定，把

圖像坐標轉(zhuǎn)成設備坐標系統(tǒng)，并得出X、Y像素當量；

選擇合適的手眼標定工具，統(tǒng)一設備坐標系統(tǒng)與相機坐標系統(tǒng)。

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四、樣品說明

提供：盒蓋4個，分為7mm高度的2個和14mm高度的2個；

IC芯片12個，按照型號分為“5K26”、“5N26”、“5M26”三種，

每種有3個合格品，1個不合格品。

盒蓋的規(guī)格分為兩種：（1）大?。?8mmx42mm，高度為：

7mm±0.2mm；（2）大?。?8mmx42mm，高度為：14mm±0.2mm。

IC芯片的規(guī)格：大小：19.5mmx9mm。

測試時，12個IC芯片隨機放置到檢測區(qū)中，如圖8所示，然后

將4個盒蓋隨機放置在檢測區(qū)的凹槽上，如圖7所示。

料盤規(guī)格：透明亞克力，大小：236mmx225.5mm，厚度為5mm。

盒蓋放置區(qū)

合格區(qū)擺放順序殘次區(qū)擺放順序

合格區(qū)殘次區(qū)

訂

放置位一單

訂安

單裝

區(qū)順

檢測區(qū)序

圖4料盤區(qū)域說明圖

二維碼圖片：數(shù)量10張，每張二維碼存儲不同訂單的IC芯片擺

放順序，存放在客戶端編程通用計算機中，存放位置：“C:\全國職

業(yè)技能大賽\二維碼訂單”。測試時，由裁判隨機指定一張訂單內(nèi)容，

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由客戶端計算機上的視覺軟件識別出指定訂單圖片的二維碼內(nèi)容。

圖5二維碼示例圖

零件圖片：數(shù)量5張，存放在客戶端編程通用計算機中，存放位

置：“C:\全國職業(yè)技能大賽\零件圖片”，測試時，由裁判指定一張

零件圖片加載至“圖像工具”。按要求使用“尺寸測量工具”對該圖

片進行檢測。

圖6零件示意圖

五、競賽任務-----IC芯片綜合檢測與分揀

本次競賽完成IC芯片的綜合檢測與分揀以及客戶端電腦C#代碼

編程，需要完成的任務如下：

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（一）硬件選型及安裝要求

1、根據(jù)本任務書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

選型設計報告，并記載安裝結(jié)果，見附件中的附錄七。

2、根據(jù)IC芯片的尺寸和檢測區(qū)域要求完成視野調(diào)焦和鏡頭對焦。

3、每個IC芯片測量單個視野要求滿足覆蓋一個IC芯片的規(guī)格

尺寸，遵循測量精度最高原則。要求使用遠心鏡頭，可以不使用上光

源。

4、盒蓋移除必須使用3D相機測量盒蓋的高度和定位盒蓋的位置

信息。

（二）客戶端讀碼及數(shù)據(jù)發(fā)送任務

1、在客戶端編程通用計算機上打開客戶端軟件建立與機臺電腦

的TCP/IP通訊連接。

2、要求在客戶端編程通用計算機上編程實現(xiàn)對二維碼圖片樣品

進行讀取識別，獲得訂單信息。

3、將訂單信息傳輸至機臺工控機中視覺編程軟件，并觸發(fā)工控

機上編寫的程序按訂單信息運行，開始執(zhí)行盒蓋移除任務、IC芯片

測量與組裝任務、顯示和保存任務。

（三）盒蓋移除任務

1、完成3D手眼標定；

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2、提供2個7mm高度的盒蓋和2個14mm高度的盒蓋，4個盒

蓋隨機放置在檢測區(qū)的凹槽上，初始狀態(tài)如圖7所示（僅為示意圖，

不代表最終結(jié)果）。

圖7初始狀態(tài)參考圖

3、要求使用3D相機測量盒蓋的高度、定位盒蓋的位置，引導吸

嘴自動分揀4個盒蓋，分揀要求：將4個盒蓋從左往右、從低到高依

次分揀至盒蓋放置區(qū)，盒蓋表面箭頭指向機臺左側(cè)，且不影響后續(xù)的

測量和搬運。

圖8盒蓋移除結(jié)果參考圖

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（四）IC芯片測量與組裝任務

1、完成2D手眼標定；完成XY標定；

2、測量開始前隨機將12個IC芯片隨機放入檢測區(qū)的16個放置

位中，檢測區(qū)內(nèi)的4個放置位為空；示教每個放置位的拍照位，對

IC芯片進行字符識別，區(qū)分IC芯片型號。IC芯片的型號如圖9所示。

圖9IC芯片型號

3、在IC芯片字符識別相同的拍照位置，對IC芯片進行尺寸測

量，尺寸測量的內(nèi)容為每個IC芯片的引腳間距以及表面圖案黃色部

分（不含黑色邊框）的面積，通過視覺軟件計算每個IC芯片的引腳

間距平均值，記錄每個IC的引腳間距平均值和圖案面積。

引腳間距示意圖圖案面積示意圖

圖10測量內(nèi)容示意圖

4、將每個IC芯片測量得到的引腳間距平均值數(shù)據(jù)與任務書中

給定的標準值并結(jié)合允許的誤差進行數(shù)據(jù)比較，并以此為依據(jù)判斷

IC芯片是否合格，并在窗口中對應位置顯示OK或NG。

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芯片引腳測量尺寸的標準值與允許誤差如下：

引腳間距允許誤差：1.3±0.1mm。

芯片標識圖案面積允許誤差如下：

圖案面積允許誤差：±0.15㎜2。

5、按照客戶端傳輸?shù)挠唵沃蠭C芯片放置順序?qū)⒑细馡C芯片順

序放置至訂單區(qū)，要求放置順序為從機臺內(nèi)部至機臺外部，IC芯片

的放置從機臺外部看文字呈現(xiàn)正向放置。例如放置順序為“5N26，

5K26,5N26,5M26,5K26,5N26”，將合格IC芯片的型號“5N26”、

型號“5K26”、型號“5N26”、型號“5M26”、型號“5K26”、型

號“5N26”從機臺內(nèi)部往機臺外部順序放置至訂單區(qū)，如圖11所示。

圖11訂單區(qū)分揀結(jié)果示意圖

6、將剩余的合格IC芯片分揀至合格品區(qū)，合格區(qū)擺放方向從機

臺左側(cè)看文字呈現(xiàn)正向放置，如圖11所示，不合格IC芯片分揀至殘

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次品區(qū)，殘次區(qū)擺放方向從機臺左側(cè)看文字呈現(xiàn)正向放置，如圖11

所示。

7、遵循模塊化編程要求，程序可讀性強。所有的模塊、工具組

都需要根據(jù)它的作用重命名，離線標定模塊要求放在最外層，標定模

塊里面可以包含多個標定工具組。

8、運動到位每個拍照位后，在相機拍照前需要點亮光源，相機

拍照后需要熄滅光源。

注：以上盒蓋移除、IC芯片測量與組裝任務要求均可復

現(xiàn)。

（五）顯示和保存任務

（1）分揀期間指示燈顯示要求

1）分揀合格IC芯片品期間，指示燈亮綠燈直到分揀下一個IC

芯片。

2）分揀不合格IC芯片期間，指示燈亮紅燈直到分揀下一個IC

芯片。

3）分揀完成后，控制運動平臺回到原點，熄滅指示燈。

（2）窗口顯示要求

第一個窗口顯示檢測區(qū)第一個拍照位的圖像，要求顯示芯片標識

圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量數(shù)據(jù)

為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

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第二個窗口顯示檢測區(qū)第二個拍照位的圖像，要求顯示芯片標識

圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量數(shù)據(jù)

為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

第三個窗口顯示檢測區(qū)第三個拍照位的圖像，要求顯示芯片標識

圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量數(shù)據(jù)

為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

第四個窗口顯示檢測區(qū)第四個拍照位的圖像，要求顯示芯片標識

圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量數(shù)據(jù)

為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

第五個窗口顯示檢測區(qū)第五個拍照位的圖像，要求顯示芯片標識

圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量數(shù)據(jù)

為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

第六個窗口顯示檢測區(qū)第六個拍照位的圖像，要求顯示芯片標識

圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量數(shù)據(jù)

為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

第七個窗口顯示檢測區(qū)第七個拍照位的圖像，要求顯示芯片標識

圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量數(shù)據(jù)

為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

第八個窗口顯示檢測區(qū)第八個拍照位的圖像，要求顯示芯片標識

圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量數(shù)據(jù)

為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

第九個窗口顯示檢測區(qū)第九個拍照位的圖像，要求顯示芯片標識

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圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量數(shù)據(jù)

為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

第十個窗口顯示檢測區(qū)第十個拍照位的圖像，要求顯示芯片標識

圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量數(shù)據(jù)

為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

第十一個窗口顯示檢測區(qū)第十一個拍照位的圖像，要求顯示芯片

標識圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量

數(shù)據(jù)為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

第十二個窗口顯示檢測區(qū)第十二個拍照位的圖像，要求顯示芯片

標識圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量

數(shù)據(jù)為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

第十三個窗口顯示檢測區(qū)第十三個拍照位的圖像，要求顯示芯片

標識圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量

數(shù)據(jù)為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

第十四個窗口顯示檢測區(qū)第十四個拍照位的圖像，要求顯示芯片

標識圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量

數(shù)據(jù)為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

第十五個窗口顯示檢測區(qū)第十五個拍照位的圖像，要求顯示芯片

標識圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量

數(shù)據(jù)為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

第十六個窗口顯示檢測區(qū)第十六個拍照位的圖像，要求顯示芯片

標識圖案的輪廓、引腳間距的標記線、測量數(shù)據(jù)，芯片引腳合格測量

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數(shù)據(jù)為綠色字體，顯示OK；不合格測量數(shù)據(jù)為紅色字體，顯示NG。

圖12界面顯示參考圖

芯片標識

圖案輪廓

引腳間距

的標記線

圖13單個窗口顯示示例

（3）數(shù)據(jù)保存以及發(fā)送要求

計算16個放置位中IC芯片的圖案面積、引腳間距平均值，按照

放置位將IC芯片測量數(shù)據(jù)保存，例如“放置位一”欄中含有兩個數(shù)

據(jù)：“數(shù)據(jù)一”為芯片標識圖案面積；“數(shù)據(jù)二”為芯片引腳間距平

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均值。保存要求：文件名：“測量數(shù)據(jù)”；文件保存路徑：“C:\全

國職業(yè)技能大賽\日期-賽位號\測量數(shù)據(jù).csv”。將16個放置位的芯

片引腳間距平均值發(fā)送至客戶端編程通用計算機上。

（六）客戶端測量數(shù)據(jù)接收與顯示

客戶端編程通用計算機的視覺編程軟件（KImageClient.exe）通

過網(wǎng)口通訊接收IC芯片測量數(shù)據(jù)，并實時顯示在結(jié)果數(shù)據(jù)欄，客戶

端配置的名稱為“數(shù)據(jù)接收”。

客戶端編程通用計算機中視覺編程軟件接收的數(shù)據(jù)包括測量數(shù)據(jù)：

16個放置位中IC芯片的引腳間距的平均值；圖片數(shù)據(jù)包括：“放置

位一”IC引腳檢測圖。如圖14所示。

圖14紅框標識處為放置位一

客戶端數(shù)據(jù)顯示在軟件界面的下方的結(jié)果數(shù)據(jù)欄中，如圖15所示。

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圖15客戶端數(shù)據(jù)顯示

（七）客戶端電腦C#代碼編程任務

1、客戶端與機臺電腦實現(xiàn)控制指令、圖像及數(shù)據(jù)的傳輸功能。

2、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)實現(xiàn)以

下圖像處理算法，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，

要求如下：

（1）IC芯片定位測量工具

a.IC芯片定位測量工具名稱定義為”KChipDetection”，在IC芯

片定位測量工具中要求實現(xiàn)模板匹配、矩形卡尺算法，該工具使用模

板匹配算法對IC芯片定位，并使用矩形卡尺算法對其塑基長度進行

檢測。IC芯片定位測量算法的參考思路為：輸入圖像—創(chuàng)建模板圖

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像（當創(chuàng)建模板圖像成功后，保存該模板圖像）—執(zhí)行搜索。在輸入

圖像中搜索與模板圖像匹配的圖像區(qū)域—顯示匹配結(jié)果，并根據(jù)目標

坐標生成矩形卡尺ROI—在矩形卡尺ROI的上邊線和下邊線之間，

按相同的間隔生成10組點對—沿著點對連線方向?qū)ふ掖郎y物邊緣點

對—計算檢測出的10組邊緣點對之間的直線距離、平均距離、最大

距離、最小距離。

b.IC芯片定位測量工具中含有A按鈕，點擊A按鈕，實現(xiàn)輸

入圖像切換至模板圖像視圖，并添加一個藍色矩形ROI，鼠標可以拖

動調(diào)整藍色矩形ROI，矩形ROI區(qū)域內(nèi)圖片作為模板圖像。

c.IC芯片定位測量工具中含有B按鈕，點擊B按鈕將ROI區(qū)域

內(nèi)的圖像保存為模板圖像。

d.IC芯片定位測量工具中含有Run按鈕，點擊Run按鈕會在圖

像中的目標上顯示一個綠色的十字，并在圖像中顯示矩形卡尺算法的

邊緣點對擬合出的線段，矩形卡尺算法執(zhí)行結(jié)果如圖16所示。

ROI上邊線

ROI下邊線

圖16矩形卡尺算法執(zhí)行結(jié)果圖

e.點擊Run按鈕，可在“IC芯片定位測量工具”中的輸出參

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數(shù)中顯示center(模板匹配中心坐標)、distance(10組邊緣點對之間的

距離)、mindistance(邊緣點對之間的直線距離最小值)、

maxdistance(邊緣點對之間的直線距離最大值)、Avedistance(邊緣點

對之間的直線距離平均值)。

圖17IC芯片定位測量工具示例圖

（2）尺寸測量工具

a．尺寸測量工具名稱定義為”KCenterDistance”，在

KCenterDistance工具中實現(xiàn)找圓算法，該工具用于圓檢測和測量圓

心距。尺寸測量工具的參考流程為：輸入圖像—根據(jù)視覺軟件中“形

狀匹配工具”的仿射矩陣變換ROI—根據(jù)變換后的ROI分割出三張

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找圓圖像—對找圓圖進行邊緣檢測，得到包含邊緣輪廓的圖像—從邊

緣輪廓圖像中進行霍夫圓檢測，得到包含所有圓輪廓點的點集—利用

仿射矩陣變換后的ROI對圓輪廓點集進行篩選，只獲取坐標在仿射

矩陣變換后的ROI范圍內(nèi)的點，得到新的點集—利用最小二乘法對

新點集進行圓擬合—得到三個圓的圓心坐標、直徑—計算出圓1和圓

2圓心距并將兩個圓心擬合成一條線—計算出圓3圓心到該線的垂距。

b.測量的內(nèi)容如圖18所示：

圖18零件檢測內(nèi)容圖

c.尺寸測量工具中含有C按鈕，點擊C按鈕，實現(xiàn)輸入圖像切

換至模板圖像視圖，并添加三個圓形ROI，鼠標可以拖動調(diào)整藍色圓

形ROI，拖動圓形ROI區(qū)域?qū)⑿枰獧z測的三個圓形分別進行框選。

d.尺寸測量工具中含有“D”按鈕，點擊D按鈕將三個ROI區(qū)

域進行裁剪，并分別顯示至三個Windows窗口上，窗口名稱分別為

“圓1裁剪”、“圓2裁剪”、“圓3裁剪”。

e.尺寸測量工具中含有“Run”按鈕，點擊Run按鈕，實現(xiàn)找圓

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算法，將三個找圓結(jié)果ROI、圓心1和圓心2間距ROI、圓心3到

圓心1圓心2擬合直線間距ROI以及原圖顯示至Kimage窗口，如

圖18中綠色線條所示。在“尺寸測量工具”的輸出參數(shù)中顯示檢測

結(jié)果：Center1(圓心1坐標)、Diameter1(圓1直徑)、Center2(圓心

2坐標)、Diameter2(圓2直徑)、Pointspacing(圓1和圓2圓心之間

的距離)、Center2(圓心3坐標)、Diameter3(圓3直徑)以及

PLinedistance(圓心3到圓心1圓心2擬合直線的垂距)。

圖19IC芯片定位測量工具示例圖

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（3）IC芯片定位測量工具、尺寸測量工具功能測試

按照以下要求，在客戶端編程通用計算機的KimageClient上編程，

對制作好的工具進行功能測試：

1）使用KimageClient自帶“圖像工具”，讀取機臺視覺軟件傳

輸?shù)娇蛻舳说膱D片，使用“IC芯片定位檢測工具”對圖像中的IC芯

片進行定位檢測。工具組的名稱為“IC芯片定位測量工具功能測試”。

注意：不能使用視覺軟件中的“定位工具”進行定位。

2）使用KimageClient自帶“圖像工具”，讀取“C:\全國職業(yè)技

能大賽\零件圖片”中一張零件圖片，使用KimageClient自帶“形狀

匹配工具”定位零件圖片中零件的位置，使用“尺寸測量工具”進行

檢測。工具組的名稱為“尺寸測量工具功能測試”。

六、工作流程要點

（一）編寫視覺程序流程前主要準備工作

相機鏡頭安裝調(diào)試完成，相機可以正常采集到圖像，工作距離符

合要求，相機視野合適；圖像清晰，曝光設置合理；

光源安裝調(diào)試完成，光源開關，亮度調(diào)好；

X,Y,Z各軸可正?？刂?，速度合理，示教好各點位；

相機標定，手眼標定完成。

（二）客戶端讀碼流程

1、使用“圖像工具”讀取二維碼圖片。

2、使用“二維碼識別工具”讀取二維碼內(nèi)容，獲取訂單信息。

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3、通過網(wǎng)口通訊將訂單信息發(fā)給機臺工控機中視覺編程軟件，

并觸發(fā)工控機上編寫的程序按訂單信息運行，開始執(zhí)行盒蓋移除任務、

IC芯片測量與組裝任務、顯示與保存任務。

（三）盒蓋移除主要流程

1）初始在原點位置，檢測前將4個盒蓋和12個IC芯片隨機放

入檢測區(qū)凹槽內(nèi)；

2）開始運動到3D相機的拍照位，定位測量出4個盒蓋的高度和

位置，并按要求進行分揀。

（四）IC檢測以及組裝的主要流程

1）運動到第一個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC芯片，

測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否合格、

是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝到訂單

區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

2）運動到第二個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC芯片，

測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否合格、

是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝到訂單

區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

3）運動到第三個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC芯片，

測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否合格、

是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝到訂單

區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

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4）運動到第四個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC芯片，

測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否合格、

是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝到訂單

區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

5）運動到第五個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC芯片，

測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否合格、

是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝到訂單

區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

6）運動到第六個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC芯片，

測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否合格、

是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝到訂單

區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

7）運動到第七個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC芯片，

測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否合格、

是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝到訂單

區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

8）運動到第八個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC芯片，

測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否合格、

是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝到訂單

區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

9）運動到第九個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC芯片，

測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否合格、

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是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝到訂單

區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

10）運動到第十個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC芯

片，測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否合

格、是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝到

訂單區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

11）運動到第十一個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC

芯片，測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否

合格、是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝

到訂單區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

12）運動到第十二個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC

芯片，測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否

合格、是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝

到訂單區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

13）運動到第十三個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC

芯片，測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否

合格、是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝

到訂單區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

14）運動到第十四個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC

芯片，測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否

合格、是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝

到訂單區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

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15）運動到第十五個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC

芯片，測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否

合格、是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝

到訂單區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)；

16）運動到第十六個放置位的拍照位，檢測該位置是否存在IC

芯片，測量相關尺寸，識別芯片型號，比較數(shù)據(jù)，判斷IC芯片是否

合格、是否屬于訂單內(nèi)產(chǎn)品，屬于訂單內(nèi)的合格品按照組裝順序組裝

到訂單區(qū)，剩余合格品放置于合格品區(qū)，殘次品放置于殘次品區(qū)。

（五）數(shù)據(jù)保存與界面顯示

根據(jù)要求保存數(shù)據(jù)，根據(jù)要求進行界面顯示。

（六）回原點

運動平臺移動到原點位置。

（七）數(shù)據(jù)傳輸及客戶端顯示

按要求將數(shù)據(jù)發(fā)送至客戶端并顯示在指定位置。

按要求將“放置位一”的IC芯片圖片發(fā)送至客戶端。

（八）客戶端編程任務

按任務書第五部分“（七）客戶端電腦C#代碼編程任務”要求

完成。

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七、附件

附錄一、視覺硬件及參數(shù)列表

工業(yè)相機

類別型號分辨率幀率曝光模顏色芯片大小接口

FPS式

2D相機MV-A5131MU0011280x960>90全局黑白1/2”USB3.0

2D相機MV-A7500MG202448x2048>20全局黑白2/3”GigE

2D相機MV-A3504CG1002592x1944>10滾動彩色1/2.5”GigE

3D相機ZM3D-RS4151920x1080>10滾動彩色2/3”USB3.0

x2

工業(yè)鏡頭

類別型號支持分辨率焦距/最大光工作距離支持芯片大小

（優(yōu)于）倍率圈

工業(yè)鏡頭HN-P-1228-6M-C2/3500萬像素12mmF2.0>100mm2/3”

工業(yè)鏡頭HN-P-2528-6M-C2/3500萬像素25mmF2.0>200mm2/3”

工業(yè)鏡頭HN-P-3528-6M-C2/3500萬像素35mmF2.0>200mm2/3”

遠心鏡頭WWK03-110-230500萬像素0.3XF5.4110m2/3”

鏡頭接圈0.5mm、1mm、2mm、5mm、10mm、20mm、40mm一組

LED光源

類別型號主要參數(shù)顏色備注

環(huán)形光源RI8000-RGB直射環(huán)形，發(fā)光面外徑80，內(nèi)徑40mmRGB

三者可以合并

環(huán)形光源RI12045-G45度環(huán)形，發(fā)光面外徑120，內(nèi)徑80mmG

成AOI光源

環(huán)形光源RI15520-B低角度環(huán)形，發(fā)光面外徑160，內(nèi)徑120mmB

同軸光源CO60-RGB發(fā)光面積60x60mmRGB

背光源FL198154-W發(fā)光面積169x145mmW

注：R=紅色、G=綠色、B=藍色、W=白色

標定板

類別暫命名外框尺寸圖案尺寸點間距mm點直徑精度

mmmmmm

標定板標定板A100x10080x80105±0.01mm

標定板標定板B50x5040x4052.5±0.01mm

標定板標定板C25x2520x202.51.25±0.01mm

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

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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（ResolutI/On）、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/1600or

12mm/1200=0.01mm。

下表分別表示的是英制的芯片尺寸，真

實的芯片大小和焦距的計算公式。

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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。

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閉其輸出。

REMO端子

信號名稱信號定義

引腳號

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＋

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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ASCIASCII碼以十將高4位和低4位分

I碼六進制表示別以8421碼表示

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特征字$362400100100

指令字3513300110011

通道字2503200110010

數(shù)據(jù)0483000110000

3513300110011

85623800111000

異或和00011110

異或校驗字1E

注：打開對應通道電源、關閉對應通道電源和讀出對應通道電源參數(shù)3個功能的異或校驗

字的運算過程中，數(shù)據(jù)的3個字節(jié)的值對異或結(jié)果無影響，保證格式為0XX（XX=00～FF

內(nèi)的任一數(shù)值）即可。

以下為幾組指令數(shù)據(jù)

關閉2通道：$220381F

字符串ASCIASCII碼以將高半字節(jié)和低半字

I碼十六進制表節(jié)分別以8421碼表

示示

特征字$362400100100

指令字2503200110010

通道字2503200110010

數(shù)據(jù)0483000110000

3513300110011

8563800111000

異或和00011111

異或校驗字1f

打開2通道：$120381C

字符ASCIIASCII碼以將高半字節(jié)和低半字節(jié)

串碼十六進制表分別以8421碼表示

示

特征字$362400100100

指令字1493100110001

通道字2503200110010

數(shù)據(jù)0483000110000

3513300110011

8563800111000

異或和00011100

異或校驗字1C

讀取2通道電源參數(shù)：$4200012

字符串ASCIIASCII碼以十將高半字節(jié)和低半字節(jié)

碼六進制表示分別以8421碼表示

特征字$362400100100

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附錄六、旋轉(zhuǎn)軸的安裝及接線說明

R軸如上圖所示，共有四根線需要接入控制面板。

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