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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
2021 年全国职业院校技能大赛
机器视觉系统应用
——机械零件测量与组装
（总时间：480 分钟）
任 务 书
日期： 赛位号：
1
2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
注意事项
一、本任务书共 28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答卷）。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。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，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:\全国技能大赛
\KImage\Product\日期-赛位号”文件夹下，日期为比赛当天的年月日，
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；违反规定者取消比赛成绩。
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。
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请按要求在 8 个小时内完成以下工作任务：
一、根据本任务书提供的视野大小要求、视野位置要求、工作距
离要求、被测物的检测要求，从设备提供的所有机器视觉相机、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，创建配置文件名称：“日期-赛位
号”。
四、通过标定板，完成 3D手眼标定、2D手眼标定、图像坐标
与世界坐标的标定，并保存在配置文件中。
五、完成 PLC控制运动平台运动测试，2D和 3D相机要求在轴
外安装，示教 3D零件的摆放位置、机械零件测量的拍照位置和小圆
块的拍照位置，并保存位置信息到配置文件。
六、选择合适的视觉工具，并配置分拣、测量和组装流程，并完
成相关参数的设置。
七、本次配置的程序必须包含模板定位及建立坐标仿射跟随功能。
八、分拣、测量和组装内容：提供 4个两两高度相同的 3D零件
样品；4个同类型机械零件的样品；4个小圆块样品。4个 3D零件
按要求分拣；测量 4个机械零件尺寸，4个机械零件样品上表面有二
维码，二维码内容是测量尺寸的标准值；4个小圆块样品分 2个绿色
和 2个红色，小圆块的上表面均贴有数字“1”，用于确定小圆块的
角度。测量的数据：包含直径、角度、线间距、点到线距离、圆心距。
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九、求 4个同类型机械零件数据的平均值和方差，并根据设定的
标准值和允许的公差（公差在任务书中给出），找出产品中有问题的
尺寸数据。测量结果 OK的机械零件的大圆孔上按要求组装上绿色小
圆块，测量结果 NG的机械零件的大圆孔上按要求组装上红色小圆块。
十、完成数据分析生成测试数据报表，并通过网络通讯工具发送
给客户端，客户端收到测试数据后在窗口指定位置显示。
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，视觉软件详见
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
设备中已经包含一台工控机，比赛中还提供一台用于接收通讯数
据的客户端计算机，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，编号分别为相机 A，相机 B，相机 C，3D
相机，具体参数见附录一。
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依据竞赛任务的要求选择好相机。
2、镜头
可选择的镜头共四个，编号分别为：12mm、25mm、35mm焦
距的定焦镜头以及一个 0.3X放大倍率的远心镜头，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，
分辨率的要求选择合适镜头。
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
可选择的标定板图案有 A、B两种，其中每个图案提供透明和漫
射材质各一面。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
线缆（共 6根）：相机线缆：2D相机 USB数据线一根、3D相
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机数据线一根、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，控制光源亮灭；
运动平台：X轴、Y轴、Z轴、θ轴。（注意：旋转轴θ是扩展
轴，未安装前放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）
（五）气动硬件
提供三种吸嘴，规格为：SP-06、SP-08、SP-10，根据需求正
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
图所示，为了使配置的流程相对简洁，采用了子模块、工具组模块等
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）。
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图 1 流程示意图
主要的工具列表：
类 型 工 具
服务器客户端通讯工具、串口工具、PLC读写工具、机
系统类
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
仿射变换工具、斑点分析工具、找圆工具、找线工具、边
定位类
缘点查找工具、形状匹配工具、灰度匹配工具
圆卡尺工具、夹角工具、边缘卡尺工具、线交点工具、线
测量类 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
图像转换工具、通道分离工具、颜色提取工具、图像剪切
图像处理类
工具、图像处理工具、阈值化工具、轮廓提取工具
二维码工具、字符识别工具、条码检测工具、缺陷检测工
识别类
具
对位类 位移计算工具、坐标计算工具、对位平台工具
累加工具、分类工具、保存表格工具、格式转换工具、列
数据处理类
表工具、逻辑运算工具、字符串截取工具、用户变量工具
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三、标定说明及运动位置校准
图 2 两类标定板
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；
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------3D零件分拣和机械零件测量与组装
本次竞赛完成 3D零件分拣和机械零件测量与组装，需要完成的
任务如下：
（一）3D 零件分拣任务
1、完成 3D手眼标定；
2、提供 2个 9mm高度的 3D零件和 2个 18mm高度的 3D零
件，随机放入机械零件的凹槽内，如下图 3所示；
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图 3 4个 3D零件摆放参考图
3、要求使用 3D相机测量 3D零件的高度、定位各个 3D零件的
位置，引导吸嘴自动分拣 4个 3D零件，分拣的要求是高度 18mm的
两个 3D零件分拣在左侧，高度 9mm的两个 3D零件分拣在右侧，
且不影响后续的测量与组装任务，如下图 4所示。
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图 4 4个 3D零件分拣结果参考图
（二）机械零件测量与小圆块组装任务
1、完成 2D手眼标定；完成图像坐标系与世界坐标系的标定；
2、示教小圆块的拍照位，定位 4个小圆块的位置、角度信息并
识别各个小圆块的颜色；
3、示教四个机械零件的拍照位，进行尺寸测量，尺寸测量的内
容包括每个机械零件的圆直径、角度、线间距、点到线距离、圆心距，
具体如图 5所示；
大圆直径：如标记 f;
大圆-中圆圆心距：如标记 a;
小圆-小圆圆心距：如标记 e;
点线距离：如标记 b;
线边距离：如标记 c;
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角度：如标记 d;
图 5 机械零件测量说明
4、在四个机械零件测量相同的拍照位置，拍照识别机械零件上
表面的二维码，二维码识别要求使用设备配备的正面光，二维码的内
容包含各类测量尺寸的标准数值，具体如下：
第一个数据代表大圆直径 f的标准值，允许的公差为±0.8毫米；
第二个数据代表大圆-中圆圆心距 a的标准值，允许的公差为±
0.8毫米；
第三个数据代表小圆-小圆圆心距 e的标准值，允许的公差为±
0.8毫米；
第四个数据代表点线距离 b的标准值，允许的公差为±0.8毫米；
第五个数据代表线边距离 c的标准值，允许的公差为±0.8毫米；
第六个数据代表角度 d的标准值，允许的公差为±2度；
5、每个机械零件测量得到的数据，与该机械零件表面的二维码
识别的标准值并结合允许的公差进行数据比较，判断机械零件的尺寸
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是否合格，只要有一个数据不合格就判定该机械零件为不合格。
6、通过吸嘴将小圆块组装在机械零件的大圆孔内。测量结果 OK
的机械零件的大圆孔上组装上绿色小圆块，测量结果 NG的机械零件
的大圆孔上组装上红色小圆块；要求小圆块居中组装在大圆孔内，小
圆块上表面的“1”统一朝向大圆孔的缺口内；如下图 6所示。
图 6 组装结果参考说明
7、数据处理：通过视觉软件计算 4个机械零件的大圆直径的平
均值和方差、大圆-中圆圆心距的平均值和方差、小圆-小圆圆心距的
平均值和方差、点线距离的平均值和方差、线边距离的平均值和方差、
线夹角的平均值和方差。
8、遵循模块化编程要求，程序可读性强。所有的模块、工具组
都需要根据它的作用重命名，离线标定模块要求放在最外层，标定模
块里面可以包含多个标定工具组。
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9、运动到位每个拍照位后，在相机拍照前需要点亮光源，相机
拍照后需要熄灭光源。
以上 3D零件分拣、机械零件测量与组装任务要求均可随机复现。
（三）样品说明
提供：3D零件 4个，分为 9mm高度的 2个和 18mm高度的 2
个；机械零件 4个，分为 2个尺寸合格的，2个尺寸不合格的；小圆
块 4个，分为 2个绿色，2个红色；
机械零件的规格：大小：69mm x 45mm，高度为：2mm±0.2mm；
小圆块的规格：直径：φ12mm，高度为：4.5mm±0.2mm；
料盘规格：透明亚克力，大小：202mm x121mm，高度为 6mm，
下沉深度：3mm。
（四）各个拍照位的硬件选型要求
1、3D零件分拣必须使用 3D相机测量 3D零件的高度和定位 3D
零件的位置信息；
2、机械零件测量和二维码识别的拍照位，单个视野要求满足覆
盖一个机械零件的规格尺寸，同时遵循测量精度最高的原则，工作距
离要求满足：350mm-380mm。
（五）显示和保存的要求
1、测量期间报警灯的显示要求：
1）XY平台从原点开始运动，运动到 3D相机拍照位，测量定位
分拣；
2）运动到第一个机械零件的测量拍照位，测量数据判断合格报
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警灯亮绿灯，测量数据不合格亮红灯，期间报警灯颜色不变直到下一
个机械零件测量；
3）运动到第二个机械零件的测量拍照位，测量数据判断合格报
警灯亮绿灯，测量数据不合格亮红灯，期间报警灯颜色不变直到下一
个机械零件测量；
4）运动到第三个机械零件的测量拍照位，测量数据判断合格报
警灯亮绿灯，测量数据不合格亮红灯，期间报警灯颜色不变直到下一
个机械零件测量；
5）运动到第四个机械零件的测量拍照位，测量数据判断合格报
警灯亮绿灯，测量数据不合格亮红灯；
6）最后回到原点，熄灭报警灯。
2、界面分 4个窗口显示：
第一个窗口显示第一个机械零件测量的图像，要求显示测量项的
轮廓，显示距离和角度的标记线，大圆直径的标记线可以不显示，数
据显示二维码结果和 6个要求测量的数据结果，测量数据结果判断合
格显示 OK，测量数据结果判断不合格显示 NG，图 7为界面参考显
示图；
第二个窗口显示第二个机械零件测量的图像，要求显示测量项的
轮廓，显示距离和角度的标记线，大圆直径的标记线可以不显示，数
据显示二维码结果和 6个要求测量的数据结果，测量数据结果判断合
格显示 OK，测量数据结果判断不合格显示 NG；
第三个窗口显示第三个机械零件测量的图像，要求显示测量项的
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轮廓，显示距离和角度的标记线，大圆直径的标记线可以不显示，数
据显示二维码结果和 6个要求测量的数据结果，测量数据结果判断合
格显示 OK，测量数据结果判断不合格显示 NG；
第四个窗口显示第四个机械零件测量的图像，要求显示测量项的
轮廓，显示距离和角度的标记线，大圆直径的标记线可以不显示，数
据显示二维码结果和 6个要求测量的数据结果，测量数据结果判断合
格显示 OK，测量数据结果判断不合格显示 NG；
图 7 界面参考显示图
3、数据保存：计算 4个机械零件的大圆直径的平均值和方差、
大圆-中圆圆心距的平均值和方差、小圆-小圆圆心距的平均值和方差、
点线距离的平均值和方差、线边距离的平均值和方差、线夹角的平均
值和方差，把这 12个数据按要求保存，保存要求：文件名：“测量
数据”；文件保存路径：“C:\全国技能大赛\日期-赛位号\测量数据.csv。
五、客户端接收与显示
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数据通过网口通讯发送给另一台客户端电脑，客户端
（KImageClient.exe）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”。
发送给客户端的数据包括：4个机械零件的大圆直径的平均值和
方差、大圆-中圆圆心距的平均值和方差、小圆-小圆圆心距的平均值
和方差、点线距离的平均值和方差、线边距离的平均值和方差、线夹
角的平均值和方差。
客户端数据显示在软件界面的下方的结果数据栏中，如下图 8所
示。
图 8 客户端参考显示图
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，见附录七。
将相机、镜头、光源、治具等在合理位置安装，保证安装稳固，
镜头与相机连接螺纹须拧紧；镜头调试好之后，用顶丝锁紧对焦环及
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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、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轴移动料盘，设置各个拍照位；
输出 I/O电信号正常。
3、光源控制工具运行测试
光源与其控制器正常，能控制所有光源亮灭，且能设置各光源亮
度值；
4、相机工具运行测试
测试相机，保证相机正常工作；
确定各个拍照位的图像对焦清楚，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。
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、颜色检测工具运行测试
设置颜色检测工具参数，区分不同颜色的小圆块。
7、模板匹配工具运行测试
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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。
8、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两点距离；
设置距离工具参数并正确计算两点距离。
9、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。
10、数据处理类运行测试
设置数据保存表格工具参数，设置文件名、保存路径；
添加需要保存的数据，生成“测量数据”报表；
11、界面布局及数据显示
设置好窗口个数，按要求显示图像；
根据要求把结果、数据显示到各窗口上；
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；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，示教好各点位；
相机标定，手眼标定完成。
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2、3D零件分拣主要流程
1）在原点位置，测试前随机将 4个机械零件二维码朝上，方向
正反随机放入机械零件的治具内，4个小圆块贴有数字“1”这一面
朝上，随机放入小圆块的治具内，4个 3D零件随机放入机械零件凹
槽内；
2）开始运动到 3D相机的拍照位，定位测量出 4个 3D零件的
高度和位置，并按要求进行分拣。
3、机械零件平面尺寸测量的主要流程
1）运动到第一个机械零件的拍照位，测量相关尺寸，识别二维
码，比较数据，判断机械零件是否合格；
2）运动到第二个机械零件的拍照位，测量相关尺寸，识别二维
码，比较数据，判断机械零件是否合格；
3）运动到第三个机械零件的拍照位，测量相关尺寸，识别二维
码，比较数据，判断机械零件是否合格；
4）运动到第四个机械零件的拍照位，测量相关尺寸，识别二维
码，比较数据，判断机械零件是否合格。
4、小圆块的组装流程
按要求小圆块组装在机械零件的大圆孔内。测量结果 OK的机械
零件的大圆孔上组装上绿色小圆块，测量结果 NG的机械零件的大圆
孔上组装上红色小圆块；要求小圆块居中组装在大圆孔内，小圆块上
表面的“1”统一朝向大圆孔的缺口内。
5、数据保存与界面显示
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根据要求保存数据，根据要求进行界面显示。
6、回原点
运动平台回到原点位置。
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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 像元尺寸 接口
2D相机 相机 A 1280x960 >90 全局 黑白 >1/3" 4.0μm USB3.0
2D相机 相机 B 2448x2048 >20 全局 黑白 2/3" 3.45μm GigE
2D相机 相机 C 2592x1944 >10 滚动 彩色 1/2.5" 2.2μm GigE
3D相机 3D相机 1920x1080x2 >10 滚动 / 1/4.9" 1.4μm USB3.0
工业镜头
支持分辨率 焦距/ 最大
类别 编号 工作距离 支持芯片大小
（优于） 倍率 光圈
工业镜头 12mm镜头 500万像素 12mm F2.0 >100mm 2/3”
工业镜头 25mm镜头 500万像素 25mm F2.0 >200mm 2/3”
工业镜头 35mm镜头 500万像素 35mm F2.0 >200mm 2/3”
远心镜头 远心镜头 500万像素 0.3X F5.4 110m 2/3”
镜头接圈 包括 0.5mm、1mm、2mm、5mm、10mm、20mm、40mm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 80mm，内径 40mm RGB
环形光源 中号环形光源 45度环形，发光面外径 120mm，内径 G
三者可以合并
80mm
成 AOI光源
环形光源 大号环形光源 低角度环形，发光面外径 155mm，内径 B
120mm
同轴光源 同轴光源 发光面积 60x60mm RGB
背光源 背光源 发光面积 169x145mm W
注：R=红色、G=绿色、B=蓝色、W=白色
标定板
外框尺寸 圆/格间距 外圆环直径 内圆环直径 精 度
类别
mm mm mm mm mm
100x100 20 5 3 ±0.01
标定板 A 透明\漫射 50x50 10 2.5 1.5 ±0.01
20x20 4 1 0.6 ±0.01
类别 外框尺寸mm 方格边长mm 方格数量 精度 mm
标定板 B 透明\漫射 180x120 15 11x7 ±0.01
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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，否则会
烧相机）
二、GigE相机
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（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。
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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
信号名称 信号定义
引脚号
1 TR1＋ 1通道触发信号＋
2 TR1- 1通道触发信号－
3 TR2＋ 2通道触发信号＋
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4 TR2- 2通道触发信号－
5 TR3＋ 3通道触发信号＋
6 TR3- 3通道触发信号－
7 TR4＋ 4通道触发信号＋
8 TR4- 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
特征字 ＝ $
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&。
通道字 ＝ 1，2，3，4。分别代表 4个通道。
数据 ＝ 0XX（XX为 00～FF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 ASCII码在前，低 4位 ASCII码在
后。
例：将第2通道亮度设为56，则以ASCII码向下写“$320381E”
$ 3 2 0381E
异或和校验字
亮度值，数据字节为 038，以十六进制表示
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：
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字符串 ASCII ASCII 码以十 将高 4位和低 4位分码
六进制表示 别以 8421码表示
特征字 $ 36 24 0010 0100
指令字 3 51 33 0011 0011
通道字 2 50 32 0011 0010
0 48 30 0011 0000
数据 3 51 33 0011 0011
8 562 38 0011 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
0XX（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：$220381F
ASCII 将高半字节和低半码以十
字符串 ASCII码 字节分别以 8421 码
六进制表示
表示
特征字 $ 36 24 0010 0100
指令字 2 50 32 0011 0010
通道字 2 50 32 0011 0010
0 48 30 0011 0000
数据 3 51 33 0011 0011
8 56 38 0011 1000
异或和 0001 1111
异或校验字 1 f
打开 2通道：$120381C
将高半字节和低半
字符串 ASCII ASCII 码以十码 字节分别以 8421 码
六进制表示
表示
特征字 $ 36 24 0010 0100
指令字 1 49 31 0011 0001
通道字 2 50 32 0011 0010
0 48 30 0011 0000
数据 3 51 33 0011 0011
8 56 38 0011 1000
异或和 0001 1100
异或校验字 1 C
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
读取 2通道电源参数：$4200012
ASCII ASCII码以十六 将高半字节和低半字节字符串 码
进制表示 分别以 8421码表示
特征字 $ 36 24 0010 0100
附录六、旋转轴的安装及接线说明
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
θ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。
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
附录七
相机、镜头、光源的选型计算报告
赛位号_____________
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
2021 年全国职业院校技能大赛
机器视觉系统应用
——机械零件测量与组装
评分标准
日期： 赛位号：
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
评分标准
一、相机、镜头、光源的选型计算报告（答案见任务书附录七）（共计 6分）
1相机的选型（2分）
答：因为 2D 相机要识别小圆块的颜色，提供的相机中只有一个彩色相机，
所以 2D 相机的编号是相机 C，得 1分；同时需要 3D 相机识别３D零件的高度进
行分拣，所以３D相机的编号是３D相机，得 1分。
2镜头的选型计算（2分）
答：根据相机C的芯片尺寸大约是5.7024mm*4.2768mm，工作距离为350mm-380mm，
视野要求 75mm*55mm 计算，长边：X1/350 =5.7024/75 得出镜头焦距 X1=27,短边：
X2/350=4.2768/55 得出镜头焦距 X2=27，所以所选镜头的编号是 25mm 镜头。
3光源的选型（2分）
答：因为背光源在测量、定位的实验中效果比较好，背光源还可以稳定的识别出
小圆块的颜色；同时需要识别二维码，需要正面打光，结合安装的限制，只能使
用小号环形光源，所以所选光源的编号是背光源和小号环形光源。
二、硬件安装（共计 10分）
相机安装位置
镜头安装位置 镜头顶丝位置
图 1 相机、镜头安装图
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
1 相机安装（2分）
在正确工作距离（不安装在执行机构上，工作距离指的是镜头前端到机械零
件的垂直距离，该值应为 350mm-380mm 之间），方向正确，稳固不松动（参考标
准如上图 1），得 2分；（工作距离不在此范围内扣 0.5 分；相机安装件丝松动
扣 0.5 分）
2 镜头安装（2分）
镜头安装在相机上拧紧，稳固不松动（参考标准如上图 1），得 1分；镜头
光圈及聚焦环顶丝拧紧，稳固不松动（参考标准如上图 1），得 1分；（镜头安
装在相机上没有拧紧、松动扣 0.5 分；镜头光圈及聚焦环顶丝没有拧紧、松动扣
0.5 分）
3 光源安装（2分）
小号环形光源直接旋紧在镜头前端得 1分；背光源卡紧在直接内得 1分，如
图 2所示。（光源固定螺丝没有拧紧、松动扣 0.5 分）
图 2 光源安装示意图
4旋转轴安装（2分）
旋转轴安装牢固，接线正确，可 360 度旋转得 2分。（旋转轴机械安装松动
扣 0.5 分）
5走线与气管（2分）
相机电源线、千兆网线、光源延长线、气管走拖链得 2分；（走线不规范，
不走拖链者扣 1分）
三、配置及标定（共计 7分）
1 配置名称（1分）
在设备电脑中的视觉软件平台中创建任务配置，配置名称为“日期-赛位号”
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
得 1分，日期-赛位号与当天比赛时间和选手实际的赛位号对应，否则不得分；
一共得 1分。（如：20210619-赛位号）
图 3 配置名称
2 标定（6分）
在配置最外层包括一个标定模块，标定模块里面包含：3D 手眼标定工具组、
2D 手眼标定工具组和图像坐标与世界坐标标定工具组，注：2D 手眼标定工具组
可以是一个也可以是多个；
完成 3D 手眼标定得 2 分；完成 2D 手眼标定得 2 分，X、Y 方向像素当量不
对扣 1分，数据允许±0.01 的差别；完成图像坐标与世界坐标标定得 2分，X、
Y 方向像素当量不对扣 1 分，数据允许±0.01 的差别完成两类标定，一共得
2+2+2=6 分。
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
图 4 标定参考图
四、3D 零件分拣任务（共计 12 分）
1 4个 3D零件分拣（12分）
正确按任务书要求分拣一个 3D 零件得 3分，4个 3D 零件都按任务书要求分
拣好，一共得 4*3=12 分；（搬运过程中碰撞其它零件一次扣 1分，每掉落一个
零件扣 3分）
五、第一个机械零件平面尺寸读码和测量任务（共计 7分）
1 二维码识别（1分）
第一个机械零件测量与二维码识别拍照位，相机采图前上光源点亮，相机采
图后上光源熄灭，得 0.5 分，二维码识别成功得 0.5 分，一共得 0.5+0.5=1 分；
2 测量与数据比较（4分）
第一个机械零件测量与二维码识别拍照位，相机采图前背光源点亮，相机采
图后背光源熄灭，得 0.5 分，测量 6个尺寸，正确测量出 1个尺寸得 0.5 分，6
个尺寸得 3分，根据比较结果有对应的亮灯得 0.5 分，一共得 0.5+0.5*6+0.5=4
分；
测量项 标准值 公差 最小值 最大值
大圆直径 f 14.81 ±0.8 14.01 15.61
大圆-中圆圆心距 a 28.13 ±0.8 27.33 28.93
小圆-小圆圆心距 e 22.64 ±0.8 21.84 23.44
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
点线距离 b 5.92 ±0.8 5.12 6.72
线边距离 c 13.96 ±0.8 13.16 14.76
角度 d 72.33 ±2 70.33 74.33
表 1 测量值与范围
3 界面显示（2分）
第一个窗口：正确显示第一个机械零件测量图像得 0.5 分，正确显示要求显
示的数据得 0.5 分，正确显示 OK/NG 结果得 1 分，显示 OK/NG 结果错误得 0.5
分，一共得 0.5+0.5+1=2 分；
图 5 机械零件测量与显示参考图
六、第二个机械零件平面尺寸读码和测量任务（共计 7分）
1 二维码识别（1分）
第二个机械零件测量与二维码识别拍照位，相机采图前上光源点亮，相机采
图后上光源熄灭，得 0.5 分，二维码识别成功得 0.5 分，一共得 0.5+0.5=1 分；
2 测量与数据比较（4分）
第二个机械零件测量与二维码识别拍照位，相机采图前背光源点亮，相机采
图后背光源熄灭，得 0.5 分，测量 6个尺寸，正确测量出 1个尺寸得 0.5 分，6
个尺寸得 3分，根据比较结果有对应的亮灯得 0.5 分，一共得 0.5+0.5*6+0.5=4
分；
测量项 标准值 公差 最小值 最大值
大圆直径 f 14.81 ±0.8 14.01 15.61
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
大圆-中圆圆心距 a 28.13 ±0.8 27.33 28.93
小圆-小圆圆心距 e 22.64 ±0.8 21.84 23.44
点线距离 b 5.92 ±0.8 5.12 6.72
线边距离 c 13.96 ±0.8 13.16 14.76
角度 d 72.33 ±2 70.33 74.33
表 2 测量值与范围
3 界面显示（2分）
第二个窗口：正确显示第二个机械零件测量图像得 0.5 分，正确显示要求显
示的数据得 0.5 分，正确显示 OK/NG 结果得 1 分，显示 OK/NG 结果错误得 0.5
分，一共得 0.5+0.5+1=2 分；
图 6 机械零件测量与显示参考图
七、第三个机械零件平面尺寸读码和测量任务（共计 7分）
1 二维码识别（1分）
第三个机械零件测量与二维码识别拍照位，相机采图前上光源点亮，相机采
图后上光源熄灭，得 0.5 分，二维码识别成功得 0.5 分，一共得 0.5+0.5=1 分；
2 测量与数据比较（4分）
第三个机械零件测量与二维码识别拍照位，相机采图前背光源点亮，相机采
图后背光源熄灭，得 0.5 分，测量 6个尺寸，正确测量出 1个尺寸得 0.5 分，6
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
个尺寸得 3分，根据比较结果有对应的亮灯得 0.5 分，一共得 0.5+0.5*6+0.5=4
分；
测量项 标准值 公差 最小值 最大值
大圆直径 f 14.81 ±0.8 14.01 15.61
大圆-中圆圆心距 a 28.13 ±0.8 27.33 28.93
小圆-小圆圆心距 e 22.64 ±0.8 21.84 23.44
点线距离 b 5.92 ±0.8 5.12 6.72
线边距离 c 13.96 ±0.8 13.16 14.76
角度 d 72.33 ±2 70.33 74.33
表 3 测量值与范围
3 界面显示（2分）
第三个窗口：正确显示第二个机械零件测量图像得 0.5 分，正确显示要求显
示的数据得 0.5 分，正确显示 OK/NG 结果得 1 分，显示 OK/NG 结果错误得 0.5
分，一共得 0.5+0.5+1=2 分；
图 7 机械零件测量与显示参考图
八、第四个机械零件平面尺寸读码和测量任务（共计 7分）
1 二维码识别（1分）
第四个机械零件测量与二维码识别拍照位，相机采图前上光源点亮，相机采
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
图后上光源熄灭，得 0.5 分，二维码识别成功得 0.5 分，一共得 0.5+0.5=1 分；
2 测量与数据比较（4分）
第四个机械零件测量与二维码识别拍照位，相机采图前背光源点亮，相机采
图后背光源熄灭，得 0.5 分，测量 6个尺寸，正确测量出 1个尺寸得 0.5 分，6
个尺寸得 3分，根据比较结果有对应的亮灯得 0.5 分，一共得 0.5+0.5*6+0.5=4
分；
测量项 标准值 公差 最小值 最大值
大圆直径 f 14.81 ±0.8 14.01 15.61
大圆-中圆圆心距 a 28.13 ±0.8 27.33 28.93
小圆-小圆圆心距 e 22.64 ±0.8 21.84 23.44
点线距离 b 5.92 ±0.8 5.12 6.72
线边距离 c 13.96 ±0.8 13.16 14.76
角度 d 72.33 ±2 70.33 74.33
表 4 测量值与范围
3 界面显示（2分）
第四个窗口：正确显示第四个机械零件测量图像得 0.5 分，正确显示要求显
示的数据得 0.5 分，正确显示 OK/NG 结果得 1 分，显示 OK/NG 结果错误得 0.5
分，一共得 0.5+0.5+1=2 分；
图 8 机械零件测量与显示参考图
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
九、 机械零件与小圆块组装任务（共计 14分）
1 机械零件组装的小圆块颜色要求（10分）
尺寸合格的机械零件组装上绿色小圆块，尺寸不合格的机械零件组装上红色
小圆块，组装一个颜色小圆块得 2.5 分，4个机械零件得 10 分，一共得 4*2.5=10
分；
2 机械零件组装的小圆块位置、角度要求（4分）
小圆块居中组装在大圆孔内且小圆块上表面的“1”统一朝向大圆孔的缺口
内得 1分；4个机械零件得 4分，一共得 4*1=4 分；
十、 数据保存（共计 2 分）
1 数据保存（2分）
数据保存在指定路径并且文件名称正确得 1 分，数据符合要求完整保存 1
分，一共得 1+1=2 分；
十一、起始位与回原点（共计 2分）
1 检测起始位（1分）
从原点启动 XY 平台进行检测得 1分，一共得 1分；
2 回原点（1分）
测量组装完成后，平台回到原点得 0.8 分，熄灭报警灯得 0.2 分，一共得
0.8+0.2=1 分。
十二、流程完整性与效率（共计 4 分）
1 完整性（2分）
整个流程包括 3D 分拣流程、测量流程、组装流程可以一次性完整跑下来得
2分，一共得 2分；
2 效率（2分）
整个流程跑下来在 4分钟以内得 2分，在 4-5 分钟之间得 1分，超过 5分不
得效率分，一共得 2分；
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
十三、客户端（共计 5 分）
1 配置名称（2分）
客户端正确打开并且配置名称为“数据接收”得 2分，一共得 2分；
2 数据接收与显示（3分）
客户端数据正确接收并在指定位置显示全部数据得 3 分（每个数据为 0.25
分），一共得 3分；
图 9 客户端显示参考图
注：显示的数据有 12 个，分别是：四个机械零件的大圆直径的平均值和方
差、大圆-中圆圆心距的平均值和方差、小圆-小圆圆心距的平均值和方差、点线
距离的平均值和方差、线边距离的平均值和方差、线夹角的平均值和方差。
十四、 职业素养与安全意识 （共计 10 分）
1 现场操作安全保护符合安全操作规程、穿戴符合职业岗位要求（4分）；
安全操作规程，着装整齐，凡穿拖鞋、漏脚趾凉鞋和短裤者扣 2分，女选手
穿裙子或者长头发未扎起者扣 2分，未按规定佩戴比赛号牌者扣 1分。
2工具比赛过程中和赛后未摆放整齐（2分）；
比赛过程中，凡有工具遗漏在运动平台内，开机运行移动平台者扣 2分，比
赛完毕后工具未按要求收纳或者遗失工具一件扣 1 分，丢失两件及以上者扣 2
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2021 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
分。
3 爱惜赛场的设备和器材，保持赛位的整洁。团队有分工有合作，遵守竞赛纪
律,尊重裁判员、工作人员等（2分）；
比赛完毕，赛位有垃圾未清理者或者不整洁摆放比赛器材者扣 1 分；不遵
守竞赛纪律、不尊重裁判员者扣 2分；
4节约使用耗材（2分）；
比赛中样品损坏与丢失一件扣 1分，损坏与丢失两件及以上者扣 2分。
40

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