機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用賽項正式賽題與評分標準-印刷綜合檢測與分揀-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(yīng)用”賽項

注意事項

一、本任務(wù)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(wù)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(wù)的全過程中，嚴格遵守光學(xué)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。

四、不得擅自更改設(shè)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(shè)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:\全國職業(yè)院校技

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(wù)的過程中，不得在任何地方標注學(xué)

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(wù)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(wù)：

一、根據(jù)本任務(wù)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(shè)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(shè)計報告，并記載安裝結(jié)果。

二、根據(jù)印刷樣品的尺寸和初始狀態(tài)的區(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，示教印刷品的檢測區(qū)擺

放位置、印刷品的拍照位置、合格印刷品放置位置、殘次印刷品放置

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(shè)置。

七、在客戶端完成讀碼任務(wù)、數(shù)據(jù)接收與顯示任務(wù)以及客戶端電

腦C#代碼編程任務(wù)。

八、在機臺中完成3D拆垛任務(wù)、印刷品檢測與測量任務(wù)以及顯

示與保存任務(wù)。

注1：本次工作任務(wù)請在機器視覺應(yīng)用設(shè)備上完成，比賽前要熟悉設(shè)

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。

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注2：考試過程中不允許帶入U盤或其他可儲存設(shè)備。

注3：程序復(fù)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(wù)說明書

一、平臺硬件、軟件組成說明

競賽任務(wù)平臺的硬軟件說明詳見平臺技術(shù)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(wù)書所需的全部硬件，都包含在

工作臺所提供設(shè)備內(nèi)，選手要使用的全部器件，只能在本工作臺提供

的設(shè)備內(nèi)選擇

1、工控機

設(shè)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)的客戶端計算機，比賽所需的軟件和驅(qū)動均已經(jīng)提前預(yù)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(wù)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，

分辨率的要求選擇合適鏡頭。

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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(wù)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

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(luò)通訊線一根（3米扁線）、光源延

長線一根、3D相機光源電源線一根；（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；

運動平臺：X軸、Y軸、Z軸、θ軸。（注意：旋轉(zhuǎn)軸θ是擴展

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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，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設(shè)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(shè)計編程方式，與本任

務(wù)書描述的具體任務(wù)無直接關(guān)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(wù)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(guān)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3兩類標定板

選擇合適的標定工具，利用圖像標定板使用多點標定方式，對相

機進行標定，把圖像坐標轉(zhuǎn)成設(shè)備坐標系統(tǒng)，并得出像素當量；選擇

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

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四、樣品說明

印刷樣品及料盤1套，印刷樣品分為A類印刷品（Topic1）和B

類印刷品（Topic2），每種印刷品包含3個合格品和3個殘次品。印

刷樣品尺寸規(guī)格：38mmx32mm；兩類印刷品如圖4所示。

A類印刷品B類印刷品

檢測區(qū)

圖4樣品說明圖

測試時，待檢測印刷品由2種印刷品中各3個合格品以及裁判指

定3個殘次品組成，共9個印刷品。9個印刷品隨機數(shù)量堆疊在放置

區(qū)1和放置區(qū)2，單個放置區(qū)最多可放6個印刷品，如放置區(qū)1堆疊

3個，放置區(qū)2就需要堆疊6個。如圖5所示（僅為示意圖，不代表

最終結(jié)果）。

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圖5初始狀態(tài)參考圖

二維碼圖片：數(shù)量10張，每張二維碼存儲不同訂單所需的A類

印刷品數(shù)量與B類印刷品數(shù)量，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

指定一張訂單內(nèi)容，客戶端編程通用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6二維碼示例圖

螺母圖片：螺母圖片共五張，螺母圖片存放在客戶端編程通用計

算機，存放位置：C:\全國職業(yè)院校技能大賽\螺母。如圖7所示。測

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試時，由裁判指定一張螺母圖片加載至“圖像工具”。按要求使用螺

母檢測工具對該圖片進行定位檢測。

圖7螺母圖

五、競賽任務(wù)------印刷綜合檢測與分揀

本次競賽完成印刷樣品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(wù)如下：

（一）硬件選型要求

1、檢測區(qū)分揀必須使用3D相機測量印刷品的高度和定位印刷品

的位置信息；

2、印刷品測量檢測的拍照位，單個視野要求滿足覆蓋一個印刷品

的規(guī)格尺寸，同時遵循測量精度最高的原則，工作距離要求滿足：

200mm-260mm。

3、根據(jù)本任務(wù)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(shè)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

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型設(shè)計報告，并記載安裝結(jié)果，見附件中的附錄七。

（二）客戶端讀碼任務(wù)

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，獲取訂單信息。

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3D拆垛任務(wù)、印刷品檢

測與測量任務(wù)、印刷品分揀任務(wù)與顯示和保存任務(wù)。

（三）3D拆垛任務(wù)

1、完成3D手眼標定；

2、程序運行時首先完成自動回零；

3、使用3D相機定位2個放置區(qū)中印刷品碼垛的位置與高度，引

導(dǎo)吸嘴按要求自動拆垛，拆垛要求：首先將放置區(qū)1里堆疊起來的印

刷品依次分揀至檢測區(qū)，然后將放置區(qū)2里堆疊起來的印刷品依次分

揀至檢測區(qū)（例如，放置區(qū)1里有3個堆疊起來的印刷品，放置區(qū)2

里有6個堆疊起來的印刷品，拆垛順序為：將放置區(qū)1第一塊印刷品

分揀至檢測區(qū)的第一個拍照位；將放置區(qū)1第二塊印刷品分揀至檢測

區(qū)的第二個拍照位；將放置區(qū)1第三塊印刷品分揀至檢測區(qū)的第三個

拍照位；將放置區(qū)2第一塊印刷品分揀至檢測區(qū)的第四個拍照位；以

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此類推），且不影響后續(xù)的檢測與測量任務(wù)。拆垛結(jié)果如圖8所示。

圖8拆垛結(jié)果參考圖

（四）印刷品檢測與測量任務(wù)

1、完成XY標定；

2、對印刷品中單詞部分進行字符識別，獲得識別結(jié)果。如圖9

紅色方框所示。

A類印刷品B類印刷品

圖9字符識別圖

2、示教9個檢測區(qū)的拍照位，對印刷品的文字部分進行缺陷檢

測，對零件圖案部分進行偏色檢測，缺陷種類為臟版、印刷缺失以及

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偏色（偏色可不使用缺陷檢測工具進行檢測）。缺陷檢測的內(nèi)容如圖

10所示。

臟版印刷缺失偏色

圖10缺陷檢測內(nèi)容示意圖

3、對印刷品中零件圖案進行尺寸測量，尺寸測量的內(nèi)容包括圓

直徑、圓心距、兩線距離、兩線夾角；

Topic1測量的內(nèi)容包括零件圖案的圓直徑、圓心距、角度，具體如

圖11所示；

圓直徑：如標記a，標準值及誤差：3.2mm±0.1mm；

圓心距：如標記b，標準值及誤差：5.35mm±0.1mm;

角度：如標記c，標準值及誤差：89°±1°;

Topic2測量的內(nèi)容包括零件圖案的圓直徑、圓心距、線間距，具體

如圖11所示；

圓直徑：如標記d，標準值及誤差：2.95mm±0.1mm;

圓心距：如標記e，標準值及誤差：12.9mm±0.1mm;

線間距：如標記f，標準值及誤差：3.6mm±0.1mm;

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b

cf

ed

a

圖11測量示意圖

4、每個印刷品測量得到的數(shù)據(jù)，與任務(wù)書中給定的標準值結(jié)合

允許誤差進行比較，判斷印刷品的尺寸是否合格，只要有一個數(shù)據(jù)不

合格就判定該印刷品為殘次品。

（五）印刷品分揀任務(wù)

1、完成2D手眼標定；

2、通過吸嘴將印刷品分揀至訂單區(qū)、A類合格區(qū)、B類合格區(qū)以

及殘次品區(qū)。訂單區(qū)放置根據(jù)二維碼內(nèi)合格印刷品的指定種類、數(shù)量

要求擺放，二維碼中第一個數(shù)據(jù)表示A類合格印刷品的數(shù)量，第二個

數(shù)據(jù)表示B類合格印刷品的數(shù)量。例如二維碼內(nèi)容為“1，2”，那

么應(yīng)將1個A類合格印刷品、2個B類合格印刷品堆疊放置在訂單區(qū)；

A類合格區(qū)放置訂單需求外的A類合格印刷品；B類合格區(qū)放置訂單

需求外的B類合格印刷品；殘次品區(qū)放置兩種印刷品的殘次品（尺寸

測量與缺陷檢測的內(nèi)容出現(xiàn)任一數(shù)據(jù)不合格，該印刷品即判定為殘次

品），將所有殘次品堆疊放置于殘次品區(qū)。如圖12所示。

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殘次

品區(qū)

訂單

區(qū)

A類

合格

品區(qū)

B類

合格

品區(qū)

圖12印刷品擺放示意圖

8、分揀完成后，控制運動平臺回到原點。

9、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。

10、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3D拆垛、印刷品檢測與測量、印刷品分揀任務(wù)要

求均可隨機復(fù)現(xiàn)。

（六）顯示和保存任務(wù)

1、分揀期間指示燈顯示要求

1）分揀合格印刷品期間，指示燈亮綠燈直到分揀下一個印刷品。

2）分揀殘次印刷品期間，指示燈亮紅燈直到分揀下一個印刷品。

3）分揀完成后，控制運動平臺回到原點，熄滅指示燈。

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2、窗口顯示要求

第一個窗口顯示第一個拍照位的圖像，要求顯示缺陷檢測工具的

結(jié)果輪廓、字符識別結(jié)果、測量項的輪廓、測量數(shù)據(jù)結(jié)果。測量數(shù)據(jù)

顯示要求僅顯示當前拍照位中印刷品的測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)結(jié)果與缺

陷檢測結(jié)果都判斷為合格顯示OK，測量數(shù)據(jù)結(jié)果或缺陷檢測結(jié)果任

一判斷為不合格則顯示NG；

第二個窗口顯示第二個拍照位的圖像，要求顯示缺陷檢測工具的

結(jié)果輪廓、字符識別結(jié)果、測量項的輪廓、測量數(shù)據(jù)結(jié)果。測量數(shù)據(jù)

顯示要求僅顯示當前拍照位中印刷品的測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)結(jié)果與缺

陷檢測結(jié)果都判斷為合格顯示OK，測量數(shù)據(jù)結(jié)果或缺陷檢測結(jié)果任

一判斷為不合格則顯示NG；

第三個窗口顯示第三個拍照位的圖像，要求顯示缺陷檢測工具的

結(jié)果輪廓、字符識別結(jié)果、測量項的輪廓、測量數(shù)據(jù)結(jié)果。測量數(shù)據(jù)

顯示要求僅顯示當前拍照位中印刷品的測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)結(jié)果與缺

陷檢測結(jié)果都判斷為合格顯示OK，測量數(shù)據(jù)結(jié)果或缺陷檢測結(jié)果任

一判斷為不合格則顯示NG；

第四個窗口顯示第四個拍照位的圖像，要求顯示缺陷檢測工具的

結(jié)果輪廓、字符識別結(jié)果、測量項的輪廓、測量數(shù)據(jù)結(jié)果。測量數(shù)據(jù)

顯示要求僅顯示當前拍照位中印刷品的測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)結(jié)果與缺

陷檢測結(jié)果都判斷為合格顯示OK，測量數(shù)據(jù)結(jié)果或缺陷檢測結(jié)果任

一判斷為不合格則顯示NG；

第五個窗口顯示第五個拍照位的圖像，要求顯示缺陷檢測工具的

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結(jié)果輪廓、字符識別結(jié)果、測量項的輪廓、測量數(shù)據(jù)結(jié)果。測量數(shù)據(jù)

顯示要求僅顯示當前拍照位中印刷品的測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)結(jié)果與缺

陷檢測結(jié)果都判斷為合格顯示OK，測量數(shù)據(jù)結(jié)果或缺陷檢測結(jié)果任

一判斷為不合格則顯示NG；

第六個窗口顯示第六個拍照位的圖像，要求顯示缺陷檢測工具的

結(jié)果輪廓、字符識別結(jié)果、測量項的輪廓、測量數(shù)據(jù)結(jié)果。測量數(shù)據(jù)

顯示要求僅顯示當前拍照位中印刷品的測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)結(jié)果與缺

陷檢測結(jié)果都判斷為合格顯示OK，測量數(shù)據(jù)結(jié)果或缺陷檢測結(jié)果任

一判斷為不合格則顯示NG；

第七個窗口顯示第七個拍照位的圖像，要求顯示缺陷檢測工具的

結(jié)果輪廓、字符識別結(jié)果、測量項的輪廓、測量數(shù)據(jù)結(jié)果。測量數(shù)據(jù)

顯示要求僅顯示當前拍照位中印刷品的測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)結(jié)果與缺

陷檢測結(jié)果都判斷為合格顯示OK，測量數(shù)據(jù)結(jié)果或缺陷檢測結(jié)果任

一判斷為不合格則顯示NG；

第八個窗口顯示第八個拍照位的圖像，要求顯示缺陷檢測工具的

結(jié)果輪廓、字符識別結(jié)果、測量項的輪廓、測量數(shù)據(jù)結(jié)果。測量數(shù)據(jù)

顯示要求僅顯示當前拍照位中印刷品的測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)結(jié)果與缺

陷檢測結(jié)果都判斷為合格顯示OK，測量數(shù)據(jù)結(jié)果或缺陷檢測結(jié)果任

一判斷為不合格則顯示NG；

第九個窗口顯示第九個拍照位的圖像，要求顯示缺陷檢測工具的

結(jié)果輪廓、字符識別結(jié)果、測量項的輪廓、測量數(shù)據(jù)結(jié)果。測量數(shù)據(jù)

顯示要求僅顯示當前拍照位中印刷品的測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)結(jié)果與缺

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陷檢測結(jié)果都判斷為合格顯示OK，測量數(shù)據(jù)結(jié)果或缺陷檢測結(jié)果任

一判斷為不合格則顯示NG；

窗口顯示內(nèi)容如圖13所示。

Topic2測量

數(shù)據(jù)結(jié)果Topic1測量

數(shù)據(jù)結(jié)果

測量項

的輪廓

缺陷檢

測的結(jié)

果輪廓

檢測結(jié)

字符識別

果

結(jié)果

A）Topic1印刷品顯示內(nèi)容B）Topic2印刷品顯示內(nèi)容

圖13窗口顯示內(nèi)容參考圖

3、數(shù)據(jù)處理與保存要求

通過視覺軟件對印刷品檢測結(jié)果進行統(tǒng)計、計算，并生成數(shù)據(jù)報

表：統(tǒng)計A類印刷品的合格品總數(shù)、尺寸缺陷的殘次品數(shù)量、印刷缺

失的殘次品數(shù)量、臟版的殘次品數(shù)量、偏色的殘次品數(shù)量，并生成數(shù)

據(jù)報表“A類印刷品數(shù)量統(tǒng)計.csv”；文件保存路徑：C:\全國職業(yè)

院校技能大賽\場次號-賽位號；統(tǒng)計B類印刷品的合格品總數(shù)、尺寸

缺陷的殘次品數(shù)量、印刷缺失的殘次品數(shù)量、臟版的殘次品數(shù)量、偏

色的殘次品數(shù)量，并生成數(shù)據(jù)報表“B類印刷品數(shù)量統(tǒng)計.csv”；文

件保存路徑：C:\全國職業(yè)院校技能大賽\場次號-賽位號。

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并將A類印刷品的合格品總數(shù)、尺寸缺陷的殘次品數(shù)量、印刷缺

失的殘次品數(shù)量、臟版的殘次品數(shù)量、偏色的殘次品數(shù)量，B類印刷

品的合格品總數(shù)、尺寸缺陷的殘次品數(shù)量、印刷缺失的殘次品數(shù)量、

臟版的殘次品數(shù)量、偏色的殘次品數(shù)量發(fā)送至客戶端編程通用計算機

上。

（七）客戶端接收與顯示

客戶端編程通用計算機的視覺編程軟件（KImageClient.exe）通

過網(wǎng)口通訊接收印刷品檢測數(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)包括檢測數(shù)

據(jù)：A類印刷品的合格品總數(shù)、尺寸缺陷的殘次品數(shù)量、印刷缺失的

殘次品數(shù)量、臟版的殘次品數(shù)量、偏色的殘次品數(shù)量，B類印刷品的

合格品總數(shù)、尺寸缺陷的殘次品數(shù)量、印刷缺失的殘次品數(shù)量、臟版

的殘次品數(shù)量、偏色的殘次品數(shù)量。圖像數(shù)據(jù)：“拍照位一”印刷品

圖片，如圖14所示。

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圖14拍照位一圖

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。

圖15客戶端數(shù)據(jù)顯示

（八）客戶端電腦C#代碼編程任務(wù)

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

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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，.dll文件

拷貝到客戶端軟件所在目錄的ToolGroup文件夾下面的“場次號-工

位號”文件夾里，要求如下：

（1）零件測量工具

a.零件測量工具名稱定義為”KPartInspection”，在

KPartInspection工具中實現(xiàn)找圓、找線算法，該工具用于對印刷品

中零件圖案檢測。零件檢測工具的參考思路：輸入圖像—根據(jù)“形狀

匹配工具”的仿射矩陣進行找圓ROI與找線ROI變換—根據(jù)變換后

的ROI分割出零件圖案中的圓與線—對找圓圖像進行邊緣檢測，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—利用模板ROI對直線點集進行篩選，只獲

取坐標在模板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，畫出找圓結(jié)果ROI—對找線圖像進行找線算法，

得到線坐標，畫出找線結(jié)果ROI—依據(jù)點斜式公式計算出圓心到直線

的垂距并畫出結(jié)果ROI

b.零件測量工具中含有“A”按鈕，點擊A按鈕，實現(xiàn)切換值

模板圖像視圖，并添加兩個矩形ROI，鼠標可以拖動調(diào)整矩形ROI，

拖動矩形ROI區(qū)域?qū)⑿枰獧z測的圓和線分別進行框選。

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c.零件測量工具中含有“B”按鈕，點擊“B”按鈕將ROI區(qū)域

內(nèi)的圖像剪切并顯示至windows窗口，窗口名分別為“圓剪切圖”、

“線剪切圖”。

d.零件測量工具中含有“Run”按鈕，點擊Run按鈕實現(xiàn)零件

圖案定位檢測，將找圓結(jié)果ROI、找線結(jié)果ROI、圓心到直線結(jié)果

ROI以及原圖顯示至Kimage窗口，如圖15與圖16中綠色線條所示。

“零件測量工具”的輸出參數(shù)中輸出line（直線坐標）、angle（直

線角度）、center（圓心坐標）、radius（圓半徑）、diameter（圓

直徑）、plinedistance圓心到直線垂距。

圖16零件測量工具示例圖

e.Topic1測量的內(nèi)容如圖17所示：

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圖17Topic1測量內(nèi)容圖

Topic2測量的內(nèi)容如圖18所示：

圖18Topic2測量內(nèi)容圖

（2）螺母檢測工具

a.工具名稱定義為”KNutDetection”，在KNutDetection工具中實

現(xiàn)找圓、找線、數(shù)學(xué)計算算法，該工具用于檢測螺母中圓的尺寸以及

圓心到螺母頂角的距離。螺母檢測工具的參考思路為：輸入圖像—根

據(jù)“形狀匹配工具”仿射矩陣變換ROI—根據(jù)變換后的ROI分割出1

張找圓圖像以及螺母輪廓中相鄰的找線圖像—對找圓圖像進行邊緣

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—利用模板ROI對直線點集進行篩選，

只獲取坐標在模板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—得到圓的圓心、直徑—對兩張找線圖像進行

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找線算法，得到兩條線坐標—根據(jù)兩條線坐標計算出兩條線交點—根

據(jù)交點坐標以及圓心坐標計算出兩點之間的距離。

b.測量內(nèi)容如圖19所示：

圖19螺母測量示例圖

c.螺母檢測工具中含有“C”按鈕，C按鈕實現(xiàn)添加一個圓形ROI

和兩個矩形ROI，調(diào)整ROI，使用ROI將需要檢測的圓形以及線分

別進行框選。

d．螺母檢測工具中含有“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，窗口名稱為“圓裁

剪”、“線1裁剪”、“線2裁剪”

e.螺母檢測工具中含有“Run”按鈕，點擊Run按鈕實現(xiàn)找圓、

找線算法，顯示找圓結(jié)果ROI、兩個找線ROI、圓心到頂點的ROI

以及原圖至Kimage窗口，在螺母檢測工具得輸出參數(shù)中顯示檢測結(jié)

果：center（圓心坐標）、diameter（圓直徑）、line1（線段1坐標）、

line2（線段2坐標）、point（頂點坐標）、pdistance(圓心到頂點距

離)。

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圖20螺母檢測工具示例圖

（3）零件測量工具、螺母檢測工具功能測試

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KimageClient自帶“形狀匹配工具”定位

印刷品中零件圖案位置以及判斷零件圖案類型，根據(jù)不同零件圖案類

型使用“零件圖案檢測工具”進行檢測，工具組名稱為“零件測量工

具功能測試”。

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

能大賽\螺母圖片”中一張螺母圖片，使用KimageClient自帶“形狀

匹配工具”定位圖片中螺母圖案位置，使用“螺母檢測工具”對圖像

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中的螺母圖案進行檢測，工具組名稱為“螺母檢測工具功能測試”。

六、工作流程參考

（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(shè)置合理；

光源安裝調(diào)試完成，光源開關(guān)，亮度調(diào)好；

X,Y,Z各軸可正常控制，速度合理，示教好各點位；

相機標定，手眼標定完成。

（二）客戶端數(shù)據(jù)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。

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3D拆垛、印

刷品檢測與測量任務(wù)、印刷品分揀任務(wù)、顯示與保存任務(wù)。

（三）3D拆垛主要流程

1）測試前由裁判指定9個印刷品，將其隨機數(shù)量分為兩組，分

別堆疊至放置區(qū)1和放置區(qū)2，每個放置區(qū)最多6塊。例如，放置區(qū)

1堆疊5個、放置區(qū)2堆疊4個，此處舉例僅為參考，最終堆疊結(jié)果

以實際為準。

2）開始時回到原點位置，然后運動到3D相機的拍照位，對放

置區(qū)1和放置區(qū)2內(nèi)的印刷品進行測量定位，并按要求進行拆垛。

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（四）印刷檢測以及測量的主要流程

1）運動到第一個印刷品的拍照位，檢測缺陷，測量相關(guān)尺寸，

比較數(shù)據(jù)，判斷印刷品是否合格；

2）運動到第二個印刷品的拍照位，檢測缺陷，測量相關(guān)尺寸，

比較數(shù)據(jù)，判斷印刷品是否合格；

3）運動到第三個印刷品的拍照位，檢測缺陷，測量相關(guān)尺寸，

比較數(shù)據(jù)，判斷印刷品是否合格；

4）運動到第四個印刷品的拍照位，檢測缺陷，測量相關(guān)尺寸，

比較數(shù)據(jù)，判斷印刷品是否合格；

5）運動到第五個印刷品的拍照位，檢測缺陷，測量相關(guān)尺寸，

比較數(shù)據(jù)，判斷印刷品是否合格；

6）運動到第六個印刷品的拍照位，檢測缺陷，測量相關(guān)尺寸，

比較數(shù)據(jù)，判斷印刷品是否合格；

7）運動到第七個印刷品的拍照位，檢測缺陷，測量相關(guān)尺寸，

比較數(shù)據(jù)，判斷印刷品是否合格；

8）運動到第八個印刷品的拍照位，檢測缺陷，測量相關(guān)尺寸，

比較數(shù)據(jù)，判斷印刷品是否合格；

9）運動到第九個印刷品的拍照位，檢測缺陷，測量相關(guān)尺寸，

比較數(shù)據(jù)，判斷印刷品是否合格；

（五）印刷品分揀任務(wù)

1）按照訂單內(nèi)容分揀印刷品至訂單區(qū)。

2）將剩余合格印刷品A分揀至A類合格區(qū)，將剩余合格印刷品

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B分揀至B類合格區(qū)，殘次印刷品分揀至殘次品區(qū)。

（六）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。

（七）回原點

任務(wù)完成后控制運動平臺回到原點。

（八）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“拍照位一”的印刷品圖片發(fā)送至客戶端。

（九）客戶端編程任務(wù)

按任務(wù)書第五部分“（八）客戶端電腦C#代碼編程任務(wù)”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(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(yù)先的設(shè)置打開或關(guān)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－

2022年全國職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

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(yīng)通道電源

2：關(guān)閉對應(yīng)通道電源

3：設(shè)置對應(yīng)通道電源參數(shù)

4：讀出對應(yīng)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(yīng)通道的電源設(shè)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(yīng)通道電源的設(shè)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(shè)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(shè)置

特征字

異或校驗字運算過程如下：

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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

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(yīng)通道電源、關(guān)閉對應(yīng)通道電源和讀出對應(yīng)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(guān)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

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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

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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接線分別為A+A-B+B-，將對應(yīng)接線端子接入到控制面板上。

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