资源简介

2022 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
2022 年全国职业院校技能大赛
机器视觉系统应用
——PCBA AOI检测
（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OpenCV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\Product\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PCBA尺寸和初始状态的区域要求完成镜头对焦的调试
三、在开始配置检测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、拍图所需视野比较小，需要多次拍照才能拍全整个PCBA，通过视觉工具识别出每次拍图视野内的AOI缺陷。
八、通过视觉软件识别每个产品上的二维码及针脚的角度、距离的测量。
九、规划检测路径，整个过程可以实现自动化检测，利用XY平台将待检测产品移动到检测区域，再将检测后的产品用软件定位分类为良品和不良品。
十、生成检测报告，报告内容包含：产品的二维码信息、是否为良品、若为不良品还需输出AOI缺陷的位置信息及针脚的角度、距离结果信息。
十一、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。
十二、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PCB的大小、测量精度（在4、竞赛任务描述中给出）要求选择合适分辨率的相机。
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，可能需要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、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、Y轴、Z轴、θ轴。（注意：旋转轴θ是扩展轴，初始状态放在下层的收纳柜中，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）。
5、气动硬件
提供三种吸嘴，规格为：SP-06、SP-08、SP-10，根据实验需求正确选择吸嘴。
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。
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。
图2 C#代码编程界面
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，统一设备坐标系统与相机坐标系统。
四、竞赛任务描述------PCBA AOI缺陷检测
本次竞赛完成PCBA全面 AOI缺陷检测及针脚的角度、距离测量。
（一）PCBA的 AOI缺陷检测及针脚的角度、距离测量
PCBA及料盘数量1套，规格：彩色，大小：55mm x 35mm（单个）；料盘总尺寸长:15cm，宽：18cm，视野大小为：35mm x35mm（视野范围允许一定正向偏差，最大不得超过5mm），工作距离要求：90mm（视野范围允许一定正向偏差，最大不得超过10mm）具体如下图：
图4 整体摆放示意图
AOI 缺陷种类例图如下图所示：
（1）连焊 （2）漏焊
（3）缺焊 （4）少焊
图5 缺陷例图
PCBA初始位置由参赛选手放置在自己设计的检测区；检测任务为：
图6 检测任务示意
1）圆形针脚焊锡检测：位置如图中黄框区域所示；
2）矩形针脚焊锡检测：位置如图中红框区域所示；
3）字符检测：如蓝框区域内的字符是否完整及元件是否焊反；
4）针脚测量：如红色虚线框区域所示，测量每两个针脚距离算平均值，右侧还需测每个针脚角度判断是否有歪
5）灯泡检测：如绿色框区域内所示，进行颜色的识别。
6）数据的保存：将AOI缺陷位置坐标、测量的数据（角度判断结果）、字符识别结果保存到：“C:\全国技能大赛\场次号\PCBA检测数据.csv。”文件中。
7）将保存数据的信息通过网口通讯发送给另一台客户端电脑，
（二）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 Visual 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
相机、镜头、光源在合理位置安装（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；
走线正确规范、整洁、牢固；物理接口选择正确。
输出选型计算过程，记录参数设置、安装结果。
2、视觉软件的PLC控制工具运行测试
控制XYZ轴移动料盘，设置检测拍照位置；
控制X,Y.Z轴移动料盘，示教PCBA的摆放位置和拍照点位，拍照点位可能需要示教多个位置；
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；
确定图像对焦清晰（AOI缺陷清晰可见），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、检测类工具运行测试
设置AOI检测工具参数，能准确识别出AOI缺陷及位置。
8、测量工具运行测试
测量工具的参数，进行针脚距离及角度的测量。
9、颜色提取工具运行测试
设置颜色检测工具参数，区分同形状不同颜色的小板。
10、数据处理类运行测试
设置数据表格工具参数，并生成PCBA检测结果报表；
保存PCBA检测结果报表文件到：“C:\全国技能大赛\场次号-赛位号\PCBA检测数据.csv。”文件中
11、界面布局及数据显示
界面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；
检测数据在界面左侧显示。
（注：当前只显示了一个PCBA图，如下图所示）
图7 界面及结果显示
12、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8 客户端参考显示图
2）点击界面上的“Function1”按钮，弹出如下窗口，窗口顶部可以看到“HighThr”和“LowThr”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，工具处理效果如图9所示意。
图9 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“Function2”按钮，弹出如下窗口，显示直方图统计图表，工具处理效果如图10所示。
图10 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七巧板；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、AOI缺陷检测流程
在主要准备工作完成后，开始PCBA的AOI缺陷检测流程，主要流程如下：
1）选手把PCBA放置到检测区；
2）移动平台到第一个检测位置；
3）光源触发点亮，同时触发相机拍照，关闭光源；
4）检测局部PCBA上是否有缺陷，记录检测结果，并输出缺陷位置；同时在该图片上进行相关的字符识别及测量，并保存结果；
5）移动平台到下一个检测位置；
6）依次进行检测，直到整个PCBA检测完毕；
7）完成所有PCBA的检测，将结果输出。
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A 1280x960 >90 全局 黑白 1/2” USB3.0
2D相机 相机B 2448x2048 >20 全局 黑白 2/3” GigE
2D相机 相机C 2592x1944 >10 滚动 彩色 1/2.5” GigE
3D相机 3D相机 1920x1080x2 >10 滚动 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 12mm F2.0 >100mm 1/1.8”
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 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80，内径40mm RGB 三者可以合并成AOI光源
环形光源 中号环形光源 45度环形，发光面外径120，内径80mm G
环形光源 大号环形光源 低角度环形，发光面外径160，内径120mm B
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
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A 100x100 20 5 3 ±0.01
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 180x120 15 11x7 ±0.01
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，假如我们FOV尺寸是16mmx12mm，选用的相机是200万像素（1600x1200），那么像素分辨率就是16mm/1600 or 12mm/1200=0.01mm。
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。
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 引脚号 信号名称 信号定义
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＋
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”
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 3 51 33 0011 0011
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 2 50 32 0011 0010
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 1 49 31 0011 0001
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
3 51 33 0011 0011
8 56 38 0011 1000
异或和 0001 1100
异或校验字 1 C
读取2通道电源参数：$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 $ 36 24 0010 0100
附录六、旋转轴的安装及接线说明
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。
附录七
相机、镜头、光源的选型计算报告
场次号 赛位号______________
32022 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
2022年全国职业院校技能大赛
机器视觉系统应用
——七巧板创意造型摆拼
（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软件平台熟悉，掌握C#软件编程及OpenCV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，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\Product\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、根据七巧板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、七巧板（由七块小板组合成）初始状态为无序杂乱状态，通过视觉工具识别并定位每个小板的形状，并分别计算出不同形状小板的位置坐标及角度，引导吸嘴吸起各个小板并摆拼成指定图案。
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。
依据七巧板拼图实际大小、测量精度要求（在四、竞赛任务描述中给出）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。
3、线缆
相机线缆：2D相机USB数据线一根、3D相机数据线一根、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、Y轴、Z轴、θ轴。（注意：旋转轴θ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）。
5、气动硬件
提供三种吸嘴，规格为：SP-06、SP-08、SP-10，根据实验需求正确选择吸嘴。
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）。
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。
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。
图2 C#代码编程界面
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，统一设备坐标系统与相机坐标系统。
四、竞赛任务描述------七巧板创意拼图
本次竞赛完成七巧板的创意拼图，七巧板及料盘数量1套，规格：彩色，大小：83mm x 83mm；平台料盘分为两个区域分别为检测区和拼图区，料盘总尺寸长:260mm，宽：220mm，视野大小要求：195mm*135mm（视野范围允许一定正向偏差，最大不得超过20mm），工作距离要求：370mm（视野范围允许一定正向偏差，最大不得超过25mm），必须采用彩色相机，检测区必须在光源范围内，创意拼图如下图4所示：
图4 七巧板及创意拼图
（一）检测任务
七巧板初始位置由参赛选手随意放置在检测区；检测区七巧板初始位置放置规则：小板位置随机不重叠，不超出检测区域范围。检测任务为：
1） 识别七巧板每个小板的形状、位置及颜色；并记载形状、位置及颜色信息。摆拼两个形状，摆拼每个形状的时，定位到每个小板的坐标保存到各自的CSV文件中，比如摆拼正方形，每个小板的坐标保存到：“C:\全国技能大赛\场次号-赛位号\摆拼正方形位置数据.csv。”文件中。
（二）创意拼图
图5 创意拼图式样
编写视觉和运动控制程序，控制运动吸嘴将七巧板从检测区吸起，按照图案放置到拼图区；要求分2次将检测区七巧板按创意拼图如图5所示的样式，拼出2种不同的图案。
（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 Visual 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和图像直方图统计算法。
五、竞赛任务流程步骤参考
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PLC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，示教摆放区七巧板摆放位置，示教位置与七巧板的摆放图案相关；
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；
确定图像对焦清楚（七巧板边缘清晰，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、七巧板外形检测工具运行测试
设置七巧板外形板检测工具参数，识别七巧板的形状及位置，配置2种七巧板图案摆放配置；
8、颜色检测工具运行测试
设置颜色检测工具参数，区分同形状不同颜色的小板。
9、数据处理类运行测试
设置数据表格工具参数，并生成七巧板每个小板位置报表；
摆拼两个形状，摆拼每个形状时，需将此形状中每一块小板的坐标保存到此形状的CSV文件中，比如摆拼正方形的组合图案（见4-2创意拼图的图案）时，将该形状中各小板的坐标保存到：C:\全国技能大赛\场次号-赛位号\摆拼正方形位置数据.csv。”文件中。
10、界面布局及数据显示
界面主窗口显示当前相机采集图像；
定位结果显示到图像上；
测试数据在界面左侧显示。
图6 界面及结果显示
11、客户端界面显示
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7 客户端参考显示图
2）点击界面上的“Function1”按钮，弹出窗口，窗口顶部可以看到“HighThr”和“LowThr”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，图像处理效果如图8所示。
图8 客户端C#代码编程-----图像边缘检测算法示意图
3）点击界面上的“Function2”按钮，弹出窗口，显示直方图统计图表，其效果如图9所示。
图9 客户端C#代码编程-----图像直方图统计算法
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、编写视觉程序流程前主要准备工作
相机镜头已安装调试完成，相机可正常采集到图像，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七巧板；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、图案摆放流程
在主要准备工作完成后，开始七巧板的摆放流程，主要流程如下：
1）选手把七巧板放置到检测区，七巧板各小板的位置随机、不重叠；
2）调用正方形图案配置；
3）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）标注检测区内随机摆放的七巧板各小板的颜色，并在软件图形显示区显示；
6）获取检测区内七巧板各小板的精确坐标位置及角度，并在软件图形显示区显示；
7）依据正方形图案配置，摆拼每个形状的时候，需将此形状中每一块小板的坐标保存到此形状的CSV文件中，比如摆拼正方形图案时，将该形状中各小板的坐标保存到：“C:\全国技能大赛\场次号-赛位号\摆拼正方形位置数据.csv。”文件中；
8）控制运动机构，依坐标位置开始摆放正方形图案；
9）正方形图案摆放完成，重复第1步开始下一个图案的摆放，保存各图案的坐标数据到各自的csv文件中，直到2个图案摆放完成。
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A 1280x960 >90 全局 黑白 1/2” USB3.0
2D相机 相机B 2448x2048 >20 全局 黑白 2/3” GigE
2D相机 相机C 2592x1944 >10 滚动 彩色 1/2.5” GigE
3D相机 3D相机 1920x1080x2 >10 滚动 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 12mm F2.0 >100mm 1/1.8”
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 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80，内径40mm RGB 三者可以合并成AOI光源
环形光源 中号环形光源 45度环形，发光面外径120，内径80mm G
环形光源 大号环形光源 低角度环形，发光面外径160，内径120mm B
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
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A 100x100 20 5 3 ±0.01
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 180x120 15 11x7 ±0.01
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，假如我们FOV尺寸是16mmx12mm，选用的相机是200万像素（1600x1200），那么像素分辨率就是16mm/1600 or 12mm/1200=0.01mm。
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。
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 引脚号 信号名称 信号定义
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＋
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”
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 3 51 33 0011 0011
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 2 50 32 0011 0010
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 1 49 31 0011 0001
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
3 51 33 0011 0011
8 56 38 0011 1000
异或和 0001 1100
异或校验字 1 C
读取2通道电源参数：$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 $ 36 24 0010 0100
附录六、旋转轴的安装及接线说明
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。
附录七
相机、镜头、光源的选型计算报告
场次号 赛位号______________
82022 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
2022 年全国职业院校技能大赛
机器视觉系统应用
——印刷综合检测
（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 25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软件平台熟悉，掌握C#软件编程及OpenCV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，扣 5分。
六、所编的机器视觉程序必须保存到本机的“C:\全国职业院校技能大赛\ Product\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、完成PLC控制运动平台运动，示教相机的六个拍照位置，并保存位置信息到配置文件。
六、选择合适的视觉工具，并配置测量流程，并完成测量参数的设置。
七、流程化的配置程序必须包含模板定位及建立坐标仿射跟随功能。
八、检测内容：提供一张包含6个类似检测区的样品，第一个检测区的印刷所有内容是正确的，检测区内包含：二维码、颜色图案、字母、文字、数字。检测内容：识别二维码、判断文字重影、判断印刷背景污渍、判断印刷缺失、判断印刷内容错误、判断印刷少墨、判断印刷偏位、判断图案颜色、判断印刷黑点。
九、完成识别的二维码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。
十、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PCB的大小、测量精度（在4、竞赛任务描述中给出）要求选择合适分辨率的相机。
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。
3、线缆
相机线缆：2D相机USB数据线一根、3D相机数据线一根、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、Y轴、Z轴、θ轴。（注意：旋转轴θ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）。
5、气动硬件
提供三种吸嘴，规格为：SP-06、SP-08、SP-10，根据实验需求正确选择吸嘴。
二、软件功能及编程说明
参在视觉编程软件中，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）。
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。
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。
图2 C#代码编程界面
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，统一设备坐标系统与相机坐标系统。
四、竞赛任务描述------印刷综合检测
（一）印刷综合检测任务
本次竞赛完成印刷样品的综合检测，印刷样品及料盘数量1套，印刷样品尺寸规格：180mm x 100mm；单个检测区的尺寸规格：43mm x 45mm，具体如下图，分六次拍照检测，单个视野要求：65mm x 50mm，工作距离：250mm+10mm，同时遵循畸变最小、检测精度最高、印刷内容对比度最高的原则进行硬件选型。
图4 被测印刷品样品
印刷样品提供时已经粘贴在治具上，选手需要示教6个拍照位进行检测。检测任务为：
1） 编写视觉和运动控制程序，移动运动平台到达第一个拍照位，点亮光源，拍第一张图片，熄灭光源；移动运动平台到达第二个拍照位，点亮光源，拍第二张图片，熄灭光源；移动运动平台到达第三个拍照位，点亮光源，拍第三张图片，熄灭光源；移动运动平台到达第四个拍照位，点亮光源，拍第四张图片，熄灭光源；移动运动平台到达第五个拍照位，点亮光源，拍第五张图片，熄灭光源；移动运动平台到达第六个拍照位，点亮光源，拍第六张图片，熄灭光源；
2）使用印刷检测组合工具，检测印刷内容，检测内容：识别二维码、判断文字重影、判断印刷背景污渍、判断印刷缺失、判断印刷内容错误、判断印刷少墨、判断印刷偏位、判断图案颜色、判断印刷黑点。
图5 印刷缺陷示例
3）数据统计及分析
对识别二维码的内容进行分析统计并生成数据报表，报表文件保存到：C:\全国职业院校技能大赛\场次号-赛位号\识别数据.csv，
把识别的数据通过网络通讯工具发送到客户端，并显示在指定的窗口位置上。
（二）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 Visual 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PLC控制工具运行测试
控制X,Y.Z轴移动料盘，设置合适的检测区拍照位置；
控制X,Y.Z轴移动料盘，示教六个拍照位置；
输出I/O电信号正常。
3、光源控制工具运行测试
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
相机能正常连接，能正常采集图像；
图像对焦清晰，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
把标定板放置到合适位置，设置合适的标定参数，完成相机标定；
保存标定数据结果到配置文件；
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、检测、识别工具运行测试
设置缺陷检测工具参数，并生成检测结果；
设置二维码识别工具参数，并生成识别结果。
8、数据处理类运行测试
设置数据表格工具参数，并生成二维码识别报表；
保存识别数据报表文件到：C:\全国职业院校技能大赛\场次号-赛位号\识别数据.csv。
9、界面布局及数据显示
a.主界面主窗口显示六次拍照的图像和检测结果；
图6 界面及结果显示
b. 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7 客户端参考显示图
2）点击界面上的“Function1”按钮，弹出如下窗口，窗口顶部可以看到“HighThr”和“LowThr”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8所示意。
图8 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“Function2”按钮，弹出如下窗口，显示直方图统计图表，其效果如图9所示意。
图9 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、编写视觉程序流程前主要准备工作
相机镜头已安装调试完成，相机可在正常采集到图像，工作距离符合要求、相机视野合适，单个视野范围覆盖一个检测区；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；
相机标定已完成。
2、检测流程
在主要准备工作完成后，开始印刷样品的检测流程，主要流程如下：
1）选手把粘贴好的印刷样品放到治具区，平台移动-拍图-平台移动-拍图-平台移动-拍图-平台移动-拍图-平台移动-拍图-平台移动-拍图；
2）检测六个检测区内的印刷内容，判断检测结果；
3) 识别每个检测区二维码的内容，并生成数据报表，报表文件保存到：C:\全国职业院校技能大赛\场次号-赛位号\识别数据.csv.
4) 把测量数据通过网络通讯工具发送到客户端，并在客户端指定位置显示。
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A 1280x960 >90 全局 黑白 1/2” USB3.0
2D相机 相机B 2448x2048 >20 全局 黑白 2/3” GigE
2D相机 相机C 2592x1944 >10 滚动 彩色 1/2.5” GigE
3D相机 3D相机 1920x1080x2 >10 滚动 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 12mm F2.0 >100mm 1/1.8”
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 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80，内径40mm RGB 三者可以合并成AOI光源
环形光源 中号环形光源 45度环形，发光面外径120，内径80mm G
环形光源 大号环形光源 低角度环形，发光面外径160，内径120mm B
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
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A 100x100 20 5 3 ±0.01
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 180x120 15 11x7 ±0.01
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，假如我们FOV尺寸是16mmx12mm，选用的相机是200万像素（1600x1200），那么像素分辨率就是16mm/1600 or 12mm/1200=0.01mm。
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。
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 引脚号 信号名称 信号定义
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＋
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”
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 3 51 33 0011 0011
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 2 50 32 0011 0010
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 1 49 31 0011 0001
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
3 51 33 0011 0011
8 56 38 0011 1000
异或和 0001 1100
异或校验字 1 C
读取2通道电源参数：$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 $ 36 24 0010 0100
附录六、旋转轴的安装及接线说明
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。
附录七
相机、镜头、光源的选型计算报告
场次号 赛位号______________2022 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
2022 年全国职业院校技能大赛
机器视觉系统应用
——胶水识别与测量
（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 25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软件平台熟悉，掌握C#软件编程及OpenCV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，扣 5 分。
六、所编的机器视觉程序必须保存到本机的“C:\全国职业院校技能大赛\Product\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、根据样品的尺寸和检测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：“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、完成PLC控制运动平台运动，示教相机的六个拍照位置，并保存位置信息到配置文件。
六、选择合适的视觉工具，配置测量流程，并完成测量参数的设置。
七、本次配置程序必须包含模板定位及建立坐标仿射跟随功能。
八、胶水识别：提供1个样品，分多次拍照；提取胶水的轨迹。
九、胶水测量：根据识别出来的胶水轨迹，测量出胶水轨迹的平均宽度、检测出不良的轨迹。
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。
十一、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PCB的大小、测量精度（在4、竞赛任务描述中给出）要求选择合适分辨率的相机。
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。
3、线缆
相机线缆：2D相机USB数据线一根、3D相机数据线一根、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，并可指定I/O输出点位，完成相机触发拍照光源频闪；
运动平台：X轴、Y轴、Z轴、θ轴。（注意：旋转轴θ是扩展轴，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）。
5、气动硬件
提供三种吸嘴，规格为：SP-06、SP-08、SP-10，根据实验需求正确选择吸嘴。
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）。
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。
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。
图2 C#代码编程界面
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，统一设备坐标系统与相机坐标系统。
四、竞赛任务描述------胶水识别与测量
本次竞赛完成胶水识别与测量，胶水轨迹材料及料盘数量1套，胶水轨迹材料规格：大小：180mm x 100mm，料盘规格: 大小：200mm x 120mm，具体如下图。要求分六次拍照检测，单个视野要求：70mm x 60mm，工作距离：230mm+20mm，光源距离产品表面安装不得超过110mm，同时遵循畸变最小、测量精度最高、胶水轨迹对比度最高的原则进行硬件选型。
（一）胶水轨迹提取任务
本任务主要完成提取胶水的真实轨迹，要求单视野内胶水轨迹的点集数量不少于100个。
图4 涂胶零件样品
（二）胶水轨迹测量任务
对胶水轨迹的宽度进行测量，要求不少于100个测量点，求取每个视野内胶水轨迹宽度的平均值，判断出每个视野内的胶水轨迹的好坏。
（三）数据统计及分析
对每个视野内胶水轨迹宽度的平均值的测量数据进行分析统计并生成数据报表，报表文件保存到：C:\全国职业院校技能大赛\场次号-赛位号\胶水测量数据.csv
（四）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 Visual 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。
4、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PLC控制工具运行测试
控制X,Y.Z轴移动料盘，设置合适的检测区拍照位置；
控制X,Y.Z轴移动料盘，示教摆放区胶水轨迹摆放位置，需要示教六个位置；
输出I/O电信号正常。
3、光源控制工具运行测试
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
相机能正常连接，能正常采集图像；
图像对焦清晰，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
把标定板放置到合适位置，设置合适的标定参数，完成相机标定；
保存标定数据结果到配置文件；
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、轮廓提取工具运行测试
选择合适的轮廓提取方法
设置合适的提取算法参数
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。
设置距离工具参数并正确计算两点距离。
设置点线工具参数并正确计算点到直线距离。
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
设置数据表格工具参数，并生胶水测量报表；
保存报表文件到：C:\全国职业院校技能大赛\场次号-赛位号\胶水测量数据.csv。
11、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
12、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“Function1”按钮，弹出如下窗口，窗口顶部可以看到“HighThr”和“LowThr”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所示意。
图7 客户端C#代码编程-----图像边缘检测算法效果图示意
3）点击界面上的“Function2”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，6个视野范围可完全覆盖整个胶水样品；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；
相机标定已完成。
2、胶水轨迹识别与测量流程
在主要准备工作完成后，开始胶水轨迹识别与测量流程，主要流程如下：
1）选手把胶水样品放置到治具内，正反摆放可由选手指定，但样品必须放入治具内，不得超出治具；
2）移动平台到示教的检测区的拍照位置；
3）PLC发送拍照信号，触发上光源点亮，同时触发相机拍照；
4）识别出胶水轨迹，测量胶水轨迹的宽度并求得宽度的平均值，再把平均值生成数据报表；
5）依次完成6个示教位置的识别与测量；
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A 1280x960 >90 全局 黑白 1/2” USB3.0
2D相机 相机B 2448x2048 >20 全局 黑白 2/3” GigE
2D相机 相机C 2592x1944 >10 滚动 彩色 1/2.5” GigE
3D相机 3D相机 1920x1080x2 >10 滚动 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 12mm F2.0 >100mm 1/1.8”
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 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80，内径40mm RGB 三者可以合并成AOI光源
环形光源 中号环形光源 45度环形，发光面外径120，内径80mm G
环形光源 大号环形光源 低角度环形，发光面外径160，内径120mm B
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
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A 100x100 20 5 3 ±0.01
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 180x120 15 11x7 ±0.01
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，假如我们FOV尺寸是16mmx12mm，选用的相机是200万像素（1600x1200），那么像素分辨率就是16mm/1600 or 12mm/1200=0.01mm。
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。
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 引脚号 信号名称 信号定义
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＋
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”
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 3 51 33 0011 0011
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 2 50 32 0011 0010
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 1 49 31 0011 0001
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
3 51 33 0011 0011
8 56 38 0011 1000
异或和 0001 1100
异或校验字 1 C
读取2通道电源参数：$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 $ 36 24 0010 0100
附录六、旋转轴的安装及接线说明
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。
附录七
相机、镜头、光源的选型计算报告
场次号 赛位号______________2022 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
2022 年全国职业院校技能大赛
机器视觉系统应用
——物流包裹测量及分拣
（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 25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软件平台熟悉，掌握C#软件编程及OpenCV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，扣 5分。
六、所编的机器视觉程序必须保存到本机的“C:\全国职业院校技能大赛\Product\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、根据现场环境调整3D相机的曝光和增益。根据条码的尺寸和检测区域要求完成视野调焦和镜头对焦。
三、在开始配置定位抓取及测量流程前创建配置文件名称：场次号-赛位号
四、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。
五、选择合适的视觉工具配置流程，并完成相关工具的参数设置。
六、物流包裹初始状态为无序杂乱状态，并定位物流包裹的3D坐标位置，测量包裹的尺寸数据。
七、测量内容：提供的产品有二维码，数据与编号对应，测量指定的数据：包含边长、高度、面积、体积。
八、根据包裹的3D位置，根据之前调试的2D相机的工作距离，移动2D相机到该包裹上方合适的拍照距离，拍照读取二维码信息。
九、根据二维码信息，将该物流包裹放置到相应的位置。
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重新生成测试数据报表。
十一、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PCB的大小、测量精度（在4、竞赛任务描述中给出）要求选择合适分辨率的相机。
2）镜头
镜头型号规格有：焦距12cm，25cm,35cm的定焦镜头和0.3X的远心镜头，具体参数见附录一。
依据被测件实际尺寸、相机安装的位置配合，在满足工作距离，视野，分辨率等要求下选择适合的镜头。
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，可能需要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、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、Y轴、Z轴、θ轴。（注意：旋转轴θ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
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）。
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。
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。
图2 C#代码编程界面
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，统一设备坐标系统与相机坐标系统。
四、竞赛任务描述------物流包裹测量与分拣
本次竞赛任务为，测量物流包裹的高度，并定位，根据其高度进行分拣。
（一）物流包裹分拣任务
尺寸大小不一的包裹5个，尺寸：20mm x 20mm左右；摆放方式：平台料盘分为两个区域分别为检测区和摆放区，在被测件正面，贴有条码，码的信息包括该包裹类型，具体如下图：
图4 分拣包裹样品
包裹初始位置由选手随意放置在定位区，检测区包裹的放置规则：位置随机不重叠不超出检测区域范围，尽量要求不要并排放置，检测任务为：
1）定位包裹的3D位置；
2）测量包裹的长、宽、高，并计算面积、体积；
3）识别包裹上的二维码；
4）根据读取的二维码信息，将包裹分类放置到相应的区域。
（二）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 Visual 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PLC控制工具运行测试
控制X,Y.Z轴移动料盘，设置合适的3D定位、检测区拍照位置；
控制X,Y.Z轴移动相机，设置合适的2D条码读取高度；
输出I/O电信号正常。
3、光源控制工具运行测试
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；
配合PLC工具，实现光源频闪功能正常。
4、相机工具运行测试
测试3D相机，能正常连接、正常采集图像；
设置3D相机合适的曝光、增益参数；
测试2D相机能正常连接，配合PLC工具切换软件触、外部I/O触发模式能正常采集图像；
图像对焦清晰（条码清晰可见，视野大小合适）；
与光源控制工具配置，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（离线工具）
调节曝光和增益，采集理想的3D点云数据；
如果灰度图像不理想，单独调节曝光和增益，采集理想的灰度图像；
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、点云数据处理工具运行测试
根据包裹的视野、包裹的高度信息，设置合适的参数，筛选需要的点云数据。
7、基准平面拟合工具运行测试（离线工具）
画ROI选取合适的区域作为备选需拟合的基准面；
设置合适的参数拟合基准平面。
8、包裹区域提取工具运行测试
设置合适的筛选包裹上表面矩形区域，提取中心点行列坐标。
9、包裹三维位置定位工具运行测试
引用包裹区域中心行列坐标；
设置合适的定位参数，计算包裹的3维坐标。
10、包裹尺寸检测工具运行测试
引用基准面拟合工具拟合的基准平面；
设置合适的参数提取包裹区域拟合矩形，计算矩形各点3维坐标；
设置合适的参数计算矩形长、宽、高、面积、体积。
11、条码读取工具运行测试
设置合适的参数进行条码数据读取。
12、数据处理类运行测试
设置数据表格工具参数，并生包裹尺寸数据测量报表；
保存边长测量报表文件到：C:\场次号-赛位号\物流包裹测量.csv。
13、界面布局及数据显示
界面主窗口显示当前相机采集图像；
测试数据在界面上空旷区显示。
图5 界面及结果显示
14、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“Function1”按钮，弹出如下窗口，窗口顶部可以看到“HighThr”和“LowThr”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“Function2”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。
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、编写视觉程序流程前主要准备工作
相机镜头已安装调试完成，相机可在外触发模式下正常采集到图像，工作距离合理、相机视野合适可覆盖检测区内的包裹；图像清晰，曝光设置合理；
组合光源安装调试完成，光源开关，亮度可调；
X,Y,Z各轴可正常控制，速度合理，拍照检测区位置试教合理；
相机标定，手眼标定已完成。
2、包裹定位抓取流程
在主要准备工作完成后，开始包裹测量及分拣流程，主要流程如下：
1）选手把物流包裹放置到检测区，物流包裹放置的位置随机、不重叠，不超出检测区的视野范围；
2）移动平台到检测区拍照位置；
3）PLC发送拍照信号，触发3D相机拍照；
4）定位包裹的3维位置坐标；
5）提取包裹区域，测量包裹的各项数据；
6）根据包裹3D位置，计算2D相机合适的读码拍照位置，依次将相机移动到各包裹上拍照；
7） 根据各包裹的条码信息，将包裹归类分拣到相应的放置区域；
8）将包裹的条码、尺寸信息生成数据报表；
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A 1280x960 >90 全局 黑白 1/2” USB3.0
2D相机 相机B 2448x2048 >20 全局 黑白 2/3” GigE
2D相机 相机C 2592x1944 >10 滚动 彩色 1/2.5” GigE
3D相机 3D相机 1920x1080x2 >10 滚动 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 12mm F2.0 >100mm 1/1.8”
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 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80，内径40mm RGB 三者可以合并成AOI光源
环形光源 中号环形光源 45度环形，发光面外径120，内径80mm G
环形光源 大号环形光源 低角度环形，发光面外径160，内径120mm B
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
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A 100x100 20 5 3 ±0.01
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 180x120 15 11x7 ±0.01
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，假如我们FOV尺寸是16mmx12mm，选用的相机是200万像素（1600x1200），那么像素分辨率就是16mm/1600 or 12mm/1200=0.01mm。
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。
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 引脚号 信号名称 信号定义
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＋
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”
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 3 51 33 0011 0011
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 2 50 32 0011 0010
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 1 49 31 0011 0001
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
3 51 33 0011 0011
8 56 38 0011 1000
异或和 0001 1100
异或校验字 1 C
读取2通道电源参数：$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 $ 36 24 0010 0100
附录六、旋转轴的安装及接线说明
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。
附录七
相机、镜头、光源的选型计算报告
场次号 赛位号______________2022 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
2022 年全国职业院校技能大赛
机器视觉系统应用
——体液试管识别及分拣
（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OpenCV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:\全国职业院校技能大赛\Product\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、根据试管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、在开始配置检测流程前，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、流程化配置的定位程序必须包含模板定位及建立坐标放射跟随功能。
八、定位内容：上相机拍摄试管，定位试管位置，以及根据试管上的Mark点确定旋转角度。
九、识别内容：提供的产品有条码，包含体液检测的标准信息。
十、检测内容：使用相机拍照采图，进行试管液体的有无装满的检测，试管管子的颜色差异检测，挑出试管液体不满及不同颜色盖子的不合格产品。
十一、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。
十二、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PCB的大小、测量精度（在4、竞赛任务描述中给出）要求选择合适分辨率的相机。
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、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、Y轴、Z轴、θ轴。（注意：旋转轴θ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）。
5、气动硬件
提供三种吸嘴，规格为：SP-06、SP-08、SP-10，根据实验需求正确选择吸嘴。
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，提前完成软件流程设计。
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）。
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，如图2所示。
2、基于C#的OpenCV图像处理库OpenCvSharp。
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。
图2 C#代码编程界面
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，统一设备坐标系统与相机坐标系统。
四、竞赛任务------体液试管识别及分拣
本次竞赛任务中，首先完成体液试管识别，之后根据识别结果与定位坐标，对试管按要求进行分拣.
（一）体液试管识别与分拣
体液试管及料盘数量1套，规格：大小：70mm x 13mm（单根，共计6根）；料盘总尺寸长：200mm，宽：120mm，视野大小要求：200mm x 150mm（视野范围允许一定正向偏差，最大不得超过20mm），工作距离要求：405mm（视野范围允许一定正向偏差，最大不得超过10mm），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 体液试管识别及分拣示意
1、识别任务
试管初始位置由参赛选手放置在选手自己设计的定位区内；定位区的视野要求：保证料盘的所有试管在视野内，试管条码朝上。
识别任务为：
1.编写视觉和运动控制程序，移动运动平台到达定位拍照位，点亮上光源，相机拍图片，熄灭光源；
2.使用扫码工具，进行试管上的条码识别，将结果进行输出、显示。
2、定位任务
1.点亮下光源，相机拍摄图像，熄灭光源；
2.使用定位工具进行试管的定位，输出的位置为试管在机构坐标内的当前位置，输出缺陷试管坐标点；
3、检测任务
1）检测试管液体有无装满。
图5 体液试管液位检测示意
2）检测试管盖子颜色。
图6 体液试管瓶盖检测示意
3）数据统计及分析
对检测结果数据进行分析统计并生成数据报表，报表文件保存到：“C:\全国职业院校技能大赛\场次号-赛位号\试管检测数据.csv。”文件中。
盖子颜色不良品依据比赛实际情况，颜色数量为1的为不良品。
把检测的试管NG个数、NG坐标点、扫码数据通过网络通讯发送给另一台客户端电脑。
4、分拣任务
根据检测结果，不合格品放到不合格区，朝向一致。
（二）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 Visual 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PLC控制工具运行测试
控制X,Y.Z轴移动料盘，设置合适的检测区拍照位置；
控制X,Y.Z轴移动料盘，示教摆放区PCB摆放位置，需要示教三个位置；
输出I/O电信号正常。
3、光源控制工具运行测试
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（七巧板边缘清晰，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、颜色提取工具运行测试
选用合适的提取参数
7、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。
8、码类识别工具运行测试
设置条码检测工具参数，正确识别条码信息。
9、数据处理类运行测试
设置数据表格工具参数，并生成试管数据报表；
保存边长测量报表文件到：“C:\全国职业院校技能大赛\场次号-赛位号\试管检测数据.csv”。
10、界面布局及数据显示
界面主窗口显示当前相机采集图像；
检测结果显示到图像上；
测试数据在界面左侧显示。
图7 界面及结果显示
11、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8 客户端参考显示图
2）点击界面上的“Function1”按钮，弹出如下窗口，窗口顶部可以看到“HighThr”和“LowThr”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9所示。
图9 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“Function2”按钮，弹出如下窗口，显示直方图统计图表，其效果如图10所示意。
图10 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、编写视觉程序流程前主要准备工作
相机镜头已安装调试完成，相机可正常采集到图像，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试管；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、定位、识别、检测流程
在主要准备工作完成后，开始试管的定位、识别、检测流程，主要流程如下：
1）选手把料盘移动到拍照位，点亮上光源，相机拍图；
2）使用读码工具进行读码识别；
3）点亮下光源，相机拍图；
4）进行NG颜色试管的提取、定位；
5）进行OK颜色试管的提取、定位；
6）进行试管液体有无装满检测；
7）NG数量，NG点位，扫码结果生成CSV保存到：“C:\全国职业院校技能大赛\场次号-赛位号\试管检测数据.csv”文件中；
8）依据试管液体有无装满判断被测件是合格品还是不合格品；
9）依据盖子颜色判断被测件是合格品还是不合格品；
10) 将不合格品放到不合格区。
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A 1280x960 >90 全局 黑白 1/2” USB3.0
2D相机 相机B 2448x2048 >20 全局 黑白 2/3” GigE
2D相机 相机C 2592x1944 >10 滚动 彩色 1/2.5” GigE
3D相机 3D相机 1920x1080x2 >10 滚动 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 12mm F2.0 >100mm 1/1.8”
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 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80，内径40mm RGB 三者可以合并成AOI光源
环形光源 中号环形光源 45度环形，发光面外径120，内径80mm G
环形光源 大号环形光源 低角度环形，发光面外径160，内径120mm B
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
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A 100x100 20 5 3 ±0.01
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 180x120 15 11x7 ±0.01
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，假如我们FOV尺寸是16mmx12mm，选用的相机是200万像素（1600x1200），那么像素分辨率就是16mm/1600 or 12mm/1200=0.01mm。
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。
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 引脚号 信号名称 信号定义
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＋
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”
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 3 51 33 0011 0011
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 2 50 32 0011 0010
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 1 49 31 0011 0001
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
3 51 33 0011 0011
8 56 38 0011 1000
异或和 0001 1100
异或校验字 1 C
读取2通道电源参数：$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 $ 36 24 0010 0100
附录六、旋转轴的安装及接线说明
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。
附录七
相机、镜头、光源的选型计算报告
场次号 赛位号______________2022 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
2022 年全国职业院校技能大赛
机器视觉系统应用
——PCB图像拼接及尺寸测量
（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 27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软件平台熟悉，掌握C#软件编程及OpenCV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，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\Product\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PCB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、完成PLC控制运动平台运动，示教相机的三个拍照位置，并保存位置信息到配置文件。
六、选择合适的视觉工具，并配置测量流程，并完成测量参数的设置。
七、流程化的配置程序必须包含模板定位及建立坐标仿射跟随功能。
八、拼接内容：分三次拼接，示教三个相机拍照位置，拼接成一张完整的PCB图像。
九、测量内容：包含直径、角度、线间距、点到线距离、圆心距。
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。
十一、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PCB的大小、测量精度（在四、竞赛任务描述中给出）要求选择合适分辨率的相机。
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。
3、线缆
相机线缆：2D相机USB数据线一根、3D相机数据线一根、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、Y轴、Z轴、θ轴。（注意：旋转轴θ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）。
5、气动硬件
提供三种吸嘴，规格为：SP-06、SP-08、SP-10，根据实验需求正确选择吸嘴。
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）。
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。
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。
图2 C#代码编程界面
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，统一设备坐标系统与相机坐标系统。
四、竞赛任务描述------PCB图像拼接与尺寸测量
本次竞赛完成PCB图像拼接与尺寸测量以及客户端电脑C#代码编程，需要完成的任务如下：
（一）PCB图像拼接与尺寸测量任务
提供PCB及料盘数量1套，PCB尺寸规格：116mm x 44mm；具体如下图3，分三次拍照拼接，单个视野要求：65mm x 50mm，工作距离：200mm+10mm，光源距离产品表面安装不得超过80mm，同时遵循畸变最小、测量精度最高、PCB特征对比度最高的原则进行硬件选型。
图4 PCB图像
1、拼接任务
PCB初始位置由参赛选手放置在治具内，三次拍照可以完全拍完PCB，相邻拍摄的PCB重叠区大于2mm。拼接任务为：
1） 编写视觉和运动控制程序，移动运动平台到达第一个拍照位，点亮光源，拍第一张图片，熄灭光源；移动运动平台到达第二个拍照位，点亮光源，拍第二张图片，熄灭光源；移动运动平台到达第三个拍照位，点亮光源，拍第三张图片，熄灭光源；
2） 使用图像拼接工具，选择合适的拼接算法，设置合适拼接参数，拼接出一张完整的PCB图片，拼接效果通过测量任务评判。
图像1
(
拼接图像
)图像2
图像3
2、测量任务
1）测量任务为：圆直径、线边距离、点线距离、圆心距、线夹角测量项目，具体有：
圆直径：四个大圆的直径;
小圆圆心距：内部两个小圆的圆心距;
点线距离：外围四个小圆到长边的距离；
线边距离：整个PCB的长与宽；
角度：PCB的四个角的夹角；
2）计算四个大圆直径的平均值、计算外围四个小圆到长边的距离的平均值、计算PCB的四个角的夹角的平均值。
图5 PCB测量示意
数据统计及分析
对测量数据进行分析统计并生成数据报表，报表文件保存到：C:\全国技能大赛\场次号-赛位号\测量数据.csv，需要保存的数据有四个大圆直径的平均值、小圆圆心距、外围四个小圆到长边的距离的平均值、整个PCB的长与宽、PCB的四个角的夹角的平均值。
把测量的数据通过网络通讯工具发送到客户端，并显示在指定的窗口位置上，数据包括四个大圆直径的平均值、小圆圆心距、外围四个小圆到长边的距离的平均值、整个PCB的长与宽、PCB的四个角的夹角的平均值。
（二）客户端电脑C#代码编程任务
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 Visual 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，完成该工具的参数配置，并实现图像边缘检测算法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PLC控制工具运行测试
控制X,Y.Z轴移动料盘，设置合适的检测区拍照位置；
控制X,Y.Z轴移动料盘，示教摆放区PCB摆放位置，需要示教三个位置；
输出I/O电信号正常。
3、光源控制工具运行测试
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
相机能正常连接，能正常采集图像；
图像对焦清晰（PCB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
把标定板放置到合适位置，设置合适的标定参数，完成相机标定；
保存标定数据结果到配置文件；
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、图像拼接工具运行测试
选用合适的拼接方式
设置合适的拼接参数进行图像拼接
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；
设置找圆工具参数并正确找到圆；
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。
设置线夹角工具参数并正确计算角度。
9、数据处理类运行测试
设置数据表格工具参数，并生成PCB测量报表；
保存边长测量报表文件到：C:\全国技能大赛\Product\场次号-赛位号。
10、界面布局及数据显示
（1）主界面显示要求：
首先在界面主窗口显示三次拍照的图像和拼接图像，并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，如提下图5所示。
图5 界面及结果显示
（2）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”工具和生成好的新工具。做好参数配置。
图6 客户端参考显示图
2）点击界面上的“Function1”按钮，弹出窗口，窗口顶部可以看到“HighThr”和“LowThr”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，算法效果参考图7。
图7 客户端C#代码编程-----图像边缘检测算法效果图示
3）点击界面上的“Function2”按钮，弹出窗口，显示直方图统计图表，效果如图8所示。
图8 客户端C#代码编程-----图像直方图统计算法图示
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、编写视觉程序流程前主要准备工作
相机镜头已安装调试完成，相机可在正常采集到图像，工作距离符合要求、相机视野合适，三次拍照可覆盖整个PCB；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；
相机标定已完成。
2、拼接、测量流程
在主要准备工作完成后，开始PCB的拼接与测量流程，主要流程如下：
1）选手把PCB放置到治具区，平台移动-拍图-平台移动-拍图-平台移动-拍图；
2）拼接PCB图像；
3）尺寸测量，显示测量数据、测量结果，并生成数据报表，报表文件保存到：C:\全国技能大赛\Product\场次号-赛位号\测量数据.csv.
4）把测量数据通过网络通讯工具发送到客户端，并在客户端指定位置显示。
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A 1280x960 >90 全局 黑白 1/2” USB3.0
2D相机 相机B 2448x2048 >20 全局 黑白 2/3” GigE
2D相机 相机C 2592x1944 >10 滚动 彩色 1/2.5” GigE
3D相机 3D相机 1920x1080x2 >10 滚动 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 12mm F2.0 >100mm 1/1.8”
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 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80，内径40mm RGB 三者可以合并成AOI光源
环形光源 中号环形光源 45度环形，发光面外径120，内径80mm G
环形光源 大号环形光源 低角度环形，发光面外径160，内径120mm B
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
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A 100x100 20 5 3 ±0.01
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 180x120 15 11x7 ±0.01
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，假如我们FOV尺寸是16mmx12mm，选用的相机是200万像素（1600x1200），那么像素分辨率就是16mm/1600 or 12mm/1200=0.01mm。
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。
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 引脚号 信号名称 信号定义
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＋
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：
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 3 51 33 0011 0011
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 2 50 32 0011 0010
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 1 49 31 0011 0001
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
3 51 33 0011 0011
8 56 38 0011 1000
异或和 0001 1100
异或校验字 1 C
读取2通道电源参数：$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 $ 36 24 0010 0100
附录六、旋转轴的安装及接线说明
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。
附录七
相机、镜头、光源的选型计算报告
场次号 赛位号______________
72022年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
2022年全国职业院校技能大赛
机器视觉系统应用
——智能仓库
（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（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软件平台熟悉，掌握C#软件编程及OpenCV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，扣 5分。
六、所编的机器视觉程序必须保存到本机的“C:\全国职业院校技能大赛\ Product\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。完成附录七-相机、镜头、光源的选型计算报告。
二、根据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，完成相机标定，并保存在配置文件中。
五、完成PLC控制运动平台运动，2D和3D相机要求装在非执行机构上（非Z轴），示教物块的摆放位置，并保存位置信息到配置文件。
六、选择合适的视觉工具，并完成相关参数的设置，按照任务要求描述，完成物料分拣入库。
七、本次配置程序必须包含模板定位及建立坐标仿射跟随功能。
九、完成指定数据表格，数据显示在指定位置。
十、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，另有一台由承办单位提供，用于接收通讯数据和视觉算法代码编程的客户端计算机，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，3D相机工作距离要求大于350mm，具体参数见附录一。
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
可选择的标定板共两个，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
相机线缆（共7根）：相机线缆：2D相机USB数据线一根、3D相机数据线一根、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、一根3D相机电源线；（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，根据实验需求正确选择吸嘴。
二、软件功能及编程说明
在视觉编程软件中，采用图形化编程软件，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）
图1 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，编程界面如图2所示；
2、基于C#的OpenCV图像处理库OpenCvSharp；
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；
图2 C#代码编程界面示意
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，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------智能仓库
（一）样品规格说明
仓库及物料说明：提供的待搬运物料有三种规格，分别为5个小型物料（尺寸为：20mmx10mmx3mm），2个中型物料（尺寸为：20mmx10mmx9mm），2个大型物料（尺寸为：20mmx10mmx18mm），中型与大型物料侧面箭头方向指向上方，如下图所示。其中，小型物料表面贴有字符及数字信息标签，中型和大型物料上表面没有贴标，侧面贴有指示箭头（指示信息是为告知物料摆放姿态，不要求做识别）。
图4 待分拣物料规格与样式
仓库的布局如下图所示，分为A、B、C三个区，A区有1-5号物料仓位，用于放置小型物料；B区有B1和B2两个物料仓位，用于放置中型物料，C区有C1和C2两个物料仓位，用于放置大型物料，每种类型的物料必须搬运进入对应区域的物料放置仓位。
图5 智能仓库物料位布局
（二）智能仓库任务
仓库的初始状态为：5个小型物料、2个中型物料、以及2个大型物料随机摆放在检测区。通过程序识别、定位和判断后，5个小型物料分别放入A区物料仓位中（摆放顺序无要求，物料与物料之间互相不得堆叠，堆叠则判定堆叠区所有物料分拣任务失败），2个中型物料分别放入B区物料仓位B1和B2中，2个大型物料分别放入C区物料仓位C1和C2中。
（三）各个拍照位的硬件选型要求
1、要求用3D测量模块，测量出中型、大型物料的高度信息；
2、2D相机要求像素精度为0.1mm，视野大小要求：230mm*192mm，工作距离要求：370mm（工作距离范围允许一定偏差，最大不得超过+/-25mm），检测区必须在光源范围内；
（四）警示、显示和保存的要求
1、要求在搬运A、B、C型物料的过程中，点亮红色报警灯，搬运流程完成后，熄灭红色报警灯；
2、界面分三个窗口显示：
第一个窗口显示2D相机的初始拍照位图像（物料搬运前）；
第二个窗口显示初始状态（搬运前）检测区中所有所有A型物料的中心坐标，B型和C型物料的高度值、中心坐标；
第三个窗口显示物料分拣完成后的仓库2D图像。
3、数据保存：识别出A型物料的标签信息、B型物料的高度信息、C型物料的高度信息，并将信息保存到文件：“物料信息.csv”中；文件保存路径：“C:\全国职业院校技能大赛\场次号-赛位号\物料信息.csv”。
（五）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 Visual 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，选型计算报告的答案请写在附录七。
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PLC控制工具运行测试
控制X,Y.Z轴移动料盘，设置拍照位；
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、检测工具运行测试
设置检测工具参数，识别小型物料标签信息。
7、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。
8、OCR工具运行测试
设置ORC工具并测试是否能识别到字母及数字信息。
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，生成报表；
11、界面布局及数据显示
设置好三个窗口，软件界面各窗口分别显示以下信息：窗口一显示2D相机的初始拍照位图像（物料搬运前）；窗口二显示初始状态（搬运前）检测区中所有所有A型物料的中心坐标，B型和C型物料的高度值、中心坐标；窗口三显示物料分拣完成后的仓库2D图像。
12、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“Function1”按钮，弹出如下窗口，窗口顶部可以看到“HighThr”和“LowThr”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“Function2”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。
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、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，选型计算报告的答案请写在附录七。
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圈须拧紧；镜头调试好之后，用顶丝锁紧对焦环及光圈环。
完成相机、光源、旋转轴、客户端等电路接线，完成气路的连接，要求走线正确规范、整洁、牢固。
2、PLC控制工具设置
全轴应从零位开始运动，设置好拍照位，并根据任务描述，完成运动控制以及警报灯控制，完成搬运入库任务后，应将全轴回零。
3、光源控制工具设置
合理设置光源亮度，拍照前点亮光源，完成拍照后熄灭。
4、相机工具设置
合理设置相机参数，确定拍照位的图像对焦清楚，视野大小合适。
5、相机标定
根据需要选择标定板，并安装好，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。
6、数据保存
按照任务要求，保存识别及测量出的数据信息。
7、界面布局及数据显示
设置好窗口个数，软件界面各窗口显示各相机采集的图像；根据要求把结果、数据显示到各窗口上；
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A 1280x960 >90 全局 黑白 >1/3” USB3.0
2D相机 相机B 2448x2048 >20 全局 黑白 2/3” GigE
2D相机 相机C 2592x1944 >10 滚动 彩色 1/2.5” GigE
3D相机 3D相机 1920x1080x2 >10 滚动 / 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 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 三者可以合并成AOI光源
环形光源 中号环形光源 45度环形，发光面外径120mm，内径80mm G
环形光源 大号环形光源 低角度环形，发光面外径155mm，内径120mm B
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
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A 100x100 20 5 3 ±0.01
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 180x120 15 11x7 ±0.01
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，
假如我们FOV尺寸是16mmx12mm，选用的相机是200万像素（1600x1200），那么像素分辨率就是16mm/1600 or 12mm/1200=0.01mm。
下表分别是我们是的英制的芯片尺寸，真实的芯片大小和焦距的计算公式。
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 引脚号 信号名称 信号定义
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＋
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”
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 3 51 33 0011 0011
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 2 50 32 0011 0010
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 1 49 31 0011 0001
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
3 51 33 0011 0011
8 56 38 0011 1000
异或和 0001 1100
异或校验字 1 C
读取2通道电源参数：$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 $ 36 24 0010 0100
附录六、旋转轴的安装及接线说明
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。
附录七
相机、镜头、光源的选型计算报告
场次号 赛位号______________2022 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
2022 年全国职业院校技能大赛
机器视觉系统应用
——机械件平面尺寸综合测量
（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 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）。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，掌握C#软件编程及OpenCV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，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\Product\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：“场次号-工位号” 。
四、通过标定板，完成单幅视野的标定，并保存标定结果。
五、完成PLC控制运动平台运动，示教相机的四个拍照位置，并保存位置信息到配置文件。
六、选择合适的视觉工具，配置测量流程，并完成测量参数的设置。
七、本次配置程序必须包含模板定位及建立坐标仿射跟随功能。
八、测量内容：提供4个同类型的产品，每个产品有二维码，数据与编号对应，测量指定的数据：包含直径、角度、线间距、点到线距离、圆心距。
九、求每个数据的平均值和方差，并根据设定的标准值和上下限（该值在任务书里给出），找出产品中有问题的尺寸数据。
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。
十一、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，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。
（二）视觉硬件
1、相机
可选择的相机共四个，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镜头、25mm镜头、35mm镜头和远心镜头。定焦镜头焦距分别是12、25和35mm。远心镜头放大倍率为0.3X，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
可选择的光源共五个，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，三个环形光源可以组合成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
可选择的标定板共两个，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
相机线缆（共6根）：2D相机USB数据线一根、3D相机数据线一根、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）；
（四）运动控制硬件
PLC：控制运动平台运动，并可指定I/O输出点位，完成相机触发拍照光源频闪；
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，根据实验需求正确选择吸嘴。
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）。
图1 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。
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。
图2 C#代码编程界面
三、标定说明及运动位置校准
图3 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------机械零件平面尺寸综合测量
本次竞赛完成机械零件平面尺寸综合测量，机械零件4个，料盘数量1套，机械零件规格：大小：70mm x 50mm；平台料盘总尺寸长：200mm，宽：120mm，视野要求80mm x 60mm（视野范围允许一定正向偏差，最大不得超过10mm），工作距离＞200mm，但不得超过250mm，使用黑白相机并要求单个像素精度＜0.05mm/pix，示教4个拍照位置，4个机械零件分别测量一次，具体如下图：
图4 被测机械零件样品
（一）测量任务
机械零件初始位置由参赛选手随机放置在检测区；检测区机械零件的放置规则：互相不能重叠，不超出检测区域范围。检测任务为：
1）圆直径、角度、线间距、点到线距离、圆心距等多组测量项目。
大圆直径：如标记f（公差±0.5毫米）;
大圆-中圆圆心距：如标记a（公差±0.5毫米）;
小圆-小圆圆心距：如标记e（公差±0.5毫米）;
点线距离：如标记b（公差±0.5毫米）;
线边距离：如标记c（公差±0.5毫米）;
角度：标记d（公差±0.5度）;
图5 测量尺寸标准示意
2） 在被测件正面贴有二维码，二维码的信息包括各类测量尺寸的标准数值。
第一个数据代表大圆直径f标准值；
第二个数据代表大圆-中圆圆心距a标准值；
第三个数据代表小圆-小圆圆心距e标准值；
第四个数据代表点线距离b标准值；
第五个数据代表线边距离c标准值；
第六个数据代表角度d标准值；
（二）测量任务
对测量数据进行分析统计并生成数据报表，报表文件保存到：C:\全国技能大赛\场次号-工位号\测量数据.csv，需要保存的数据为大圆直径平均值、大圆直径方差、大圆-中圆圆心距平均值、大圆-中圆圆心距方差、小圆-小圆圆心距平均值、小圆-小圆圆心距方差、点线距离平均值、点线距离方差、线边距离平均值、线边距离方差、线夹角平均值和线夹角方差。
依据二维码信息中标准尺寸数据判断被测件是良品还是不良品。
把测量的数据通过网络通讯工具发送到客户端，并显示在指定的窗口位置上，数据包括大圆直径平均值、大圆直径方差、大圆-中圆圆心距平均值、大圆-中圆圆心距方差、小圆-小圆圆心距平均值、小圆-小圆圆心距方差、点线距离平均值、点线距离方差、线边距离平均值、线边距离方差、线夹角平均值和线夹角方差。
（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 Visual 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和图像直方图统计算法。
五、竞赛任务流程步骤参考
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PLC控制工具运行测试
控制X,Y.Z轴移动料盘，设置合适的检测区拍照位置；
控制X,Y.Z轴移动料盘，示教摆放区机械零件摆放位置，需要示教四个位置；
输出I/O电信号正常。
3、光源控制工具运行测试
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
相机能正常连接，能正常采集图像；
图像对焦清晰（机械零件边缘清晰，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
把标定板放置到合适位置，设置合适的标定参数，完成相机标定；
保存标定数据结果到配置文件；
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、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。
8、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。
9、数据处理类运行测试
设置数据表格工具参数，并生机械零件综合测量报表；
保存报表文件到：C:\全国技能大赛\场次号-工位号\测量数据.csv。
10、界面布局及数据显示
（1）主界面显示要求：
在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6 界面及结果显示
（2）客户端显示要求：
a.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7 客户端参考显示图
b.点击界面上的“Function1”按钮，弹出窗口，窗口顶部可以看到“HighThr”和“LowThr”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，其效果图，如图8所示。
图8 客户端C#代码编程-----图像边缘检测算法
c.点击界面上的“Function2”按钮，弹出窗口，显示直方图统计图表，其效果图如图9所示。
图9 客户端C#代码编程-----图像直方图统计算法
d.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”。发送给客户端的数据包括：大圆直径平均值、大圆直径方差、大圆-中圆圆心距平均值、大圆-中圆圆心距方差、小圆-小圆圆心距平均值、小圆-小圆圆心距方差、点线距离平均值、点线距离方差、线边距离平均值、线边距离方差、线夹角平均值和线夹角方差。客户端数据显示在软件界面的下方的结果数据栏中。
图10 客户端参考显示图
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1个机械零件；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、机械零件综合测量流程
在主要准备工作完成后，开始机械零件综合测量流程，主要流程如下：
1）选手把机械零件随机放置到检测区，每块机械零件不重叠、不超出检测区的范围；
2）X,Y平台运动到拍照位1，触发上方环形光源点亮，同时触发相机拍照，识别读取二维码信息；
3）触发背光光源点亮，同时触发相机拍照，完成尺寸综合测量；
4）测量数据分析比较，生成测量数据报表，发送测量数据到客户端；
5）控制X,Y平台运动到拍照位2，重复步骤2、步骤3、步骤4中工作内容，直到4个机械零件检测完毕；
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A 1280x960 >90 全局 黑白 1/2” USB3.0
2D相机 相机B 2448x2048 >20 全局 黑白 2/3” GigE
2D相机 相机C 2592x1944 >10 滚动 彩色 1/2.5” GigE
3D相机 3D相机 1920x1080x2 >10 滚动 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 12mm F2.0 >100mm 1/1.8”
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 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80，内径40mm RGB 三者可以合并成AOI光源
环形光源 中号环形光源 45度环形，发光面外径120，内径80mm G
环形光源 大号环形光源 低角度环形，发光面外径160，内径120mm B
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
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A 100x100 20 5 3 ±0.01
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 180x120 15 11x7 ±0.01
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，假如我们FOV尺寸是16mmx12mm，选用的相机是200万像素（1600x1200），那么像素分辨率就是16mm/1600 or 12mm/1200=0.01mm。
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。
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 引脚号 信号名称 信号定义
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＋
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”
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 3 51 33 0011 0011
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 2 50 32 0011 0010
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 1 49 31 0011 0001
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
3 51 33 0011 0011
8 56 38 0011 1000
异或和 0001 1100
异或校验字 1 C
读取2通道电源参数：$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 $ 36 24 0010 0100
附录六、旋转轴的安装及接线说明
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。
附录七
相机、镜头、光源的选型计算报告
场次号 赛位号______________
232022 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
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OpenCV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\Product\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、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、Y轴、Z轴、θ轴。（注意：旋转轴θ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。
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，统一设备坐标系统与相机坐标系统。
四、竞赛任务描述------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.csv。”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 Visual 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PLC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.csv。
10、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
11、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“Function1”按钮，弹出如下窗口，窗口顶部可以看到“HighThr”和“LowThr”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“Function2”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，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A 1280x960 >90 全局 黑白 1/2” USB3.0
2D相机 相机B 2448x2048 >20 全局 黑白 2/3” GigE
2D相机 相机C 2592x1944 >10 滚动 彩色 1/2.5” GigE
3D相机 3D相机 1920x1080x2 >10 滚动 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 12mm F2.0 >100mm 1/1.8”
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 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80，内径40mm RGB 三者可以合并成AOI光源
环形光源 中号环形光源 45度环形，发光面外径120，内径80mm G
环形光源 大号环形光源 低角度环形，发光面外径160，内径120mm B
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
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A 100x100 20 5 3 ±0.01
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 180x120 15 11x7 ±0.01
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，假如我们FOV尺寸是16mmx12mm，选用的相机是200万像素（1600x1200），那么像素分辨率就是16mm/1600 or 12mm/1200=0.01mm。
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。
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 引脚号 信号名称 信号定义
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＋
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”
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 3 51 33 0011 0011
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 2 50 32 0011 0010
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 1 49 31 0011 0001
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
3 51 33 0011 0011
8 56 38 0011 1000
异或和 0001 1100
异或校验字 1 C
读取2通道电源参数：$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 $ 36 24 0010 0100
附录六、旋转轴的安装及接线说明
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。
附录七
相机、镜头、光源的选型计算报告
场次号 赛位号______________
222022 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项
2022 年全国职业院校技能大赛
机器视觉系统应用
——IC和连接器引脚测量
（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 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）。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，掌握C#软件编程及OpenCV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，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\Product\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、本任务指定使用远心镜头，根据远心镜头的参数完成安装。
三、在开始配置测量流程前创建配置文件名称：“场次号-赛位号”。
四、选择合适的标定板，完成单视野的图像标定，并保存标定结果。
五、配置PLC通讯参数，进行运动平台与图像坐标的位置关联。
六、本任务提供的样品为两种，A样品为SOP封装的IC芯片，远心镜头单次成像可以全视野覆盖，B样品是长度较大的连接器，需要多次成像才能完成全部测量（允许不用拼图）。
七、分两个任务把检测任务用图像化程序语言表述，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。由于远心镜头的视野较小，所有样品通过提供的夹具固定，检测位置通过选手示教获得。
八、A样品数量为6个，针对其引脚测量的流程化程序必须包含模板定位及建立坐标仿射跟随功能。测量内容包含引脚间距和首尾四个引脚的垂直度，需要记录每个样品的平均引脚间距和首尾四个引脚的平均垂直度数据，并分析出OK/NG样品。
九、B样品数量为2个，本任务主要测量第一排两个引脚的中点到最后一排两个引脚的中点的距离。
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重新生成测试数据报表。
十一、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说明。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PCB的大小、测量精度（在4、竞赛任务描述中给出）要求选择合适分辨率的相机。
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。
3、线缆
相机线缆：2D相机USB数据线一根、3D相机数据线一根、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、Y轴、Z轴、θ轴。（注意：旋转轴θ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）。
5、气动硬件
提供三种吸嘴，规格为：SP-06、SP-08、SP-10，根据实验需求正确选择吸嘴。
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，需要学员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）。
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。
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。
图2 C#代码编程界面
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，统一设备坐标系统与相机坐标系统。
四、竞赛任务描述------IC和连接器引脚测量
（一）IC芯片引脚测量任务
本次竞赛任务完成IC芯片（样品A）的测量，IC芯片规格：大小18mm x 10mm，数量6个；料盘总尺寸长:200mm，宽：120mm，要求使用远心镜头，遵循测量精度最高原则进行硬件选型，所选硬件要求A、B样品测量两种通用，具体如下图：
图4 被测芯片样品
IC芯片初始位置由参赛选手放置在指定的检测区内；检测区的视野要求：一次拍照可以拍全完整单个IC芯片。
1）编写视觉和运动控制程序，示教六个IC芯片的拍照位置。
2）移动运动平台依次到达六个拍照位置，每到一个拍照位点亮光源，拍图片，熄灭光源，完成六个IC芯片图片的拍摄。
3）使用模板匹配工具，分别对每个IC芯片图片进行识别定位。
使用测量工具，分别计算每个IC芯片的所有引脚针间距d和首尾4个引脚的垂直度P，依据这些测量数据判断是否为不良品，并记录每个IC的引脚间距平均值和角度平均值，6个IC有6个引脚间距平均值和6个角度平均值，生成数据报表，报表文件保存到：C:\全国技能大赛\场次号-赛位号\IC测量数据.csv。
图5 测量尺寸标准示意
（二）连接器测量任务
本次竞赛任务完成连接器（样品B）的测量，连接器规格：大小70mm x10mm，数量2个；两个连接器平行摆放，宽度为23mm，具体如下图：
图6 被测连接器样品
初始位置由参赛选手放置在指定的检测区内；检测区的视野要求：分两组四次拍照，一组两次拍照，拍连接器两端，两组四次拍照，可把两个连接器的四端拍完。任务为：
1）编写视觉和运动控制程序，首先开始第一组的拍照;接着进行第二组的拍照。
2）使用模板匹配工具，分别对各个连接器首尾最末端一排的两个引脚进行识别定位。
使用测量工具，分别计算第一排两个引脚的中点到最后一排两个引脚的中点的距离，可以借助运动平台进行计算，并记录左右两个连接器第一排两个引脚的中点到最后一排两个引脚的中点的距离，标准值为62mm，公差±1mm，依据标准值和公差判定测量出来的尺寸是否合格；2个连接器有2个距离值，这2个距离值生成数据报表，报表文件保存到：C:\全国技能大赛\场次号-赛位号\连接器测量数据.csv。
图6 测量尺寸标准示意
（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 Visual 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PLC控制工具运行测试
控制X,Y.Z轴移动料盘，示教IC芯片测量任务中六个检测拍照位置；
控制X,Y.Z轴移动料盘，示教连接器测量任务中二组共四个检测拍照位置。
输出I/O电信号正常。
3、光源控制工具运行测试
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
相机能正常连接，能正常采集图像；
图像对焦清晰（IC芯片和连接器边缘清晰），视野大小合适；
与光源控制工具配置，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
把标定板放置到合适位置，设置合适的标定参数，完成相机标定；
保存标定数据结果到配置文件；
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、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。
8、数据处理类运行测试
设置数据表格工具参数，并生IC芯片和连接器的测量报表；
保存IC芯片的测量报表：C:\全国技能大赛\场次号-赛位号\IC测量数据.csv。
保存连接器的测量报表：C:\全国技能大赛\场次号-赛位号\连接器测量数据.csv。
9、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；
测试数据在界面显示。
图7 界面及结果显示
10、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8 客户端参考显示图
2）点击界面上的“Function1”按钮，弹出如下窗口，窗口顶部可以看到“HighThr”和“LowThr”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，其效果如如9所示意。
图9 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“Function2”按钮，弹出如下窗口，显示直方图统计图表，其效果如图10所示意。
图10 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、编写视觉程序流程前主要准备工作
相机镜头已安装调试完成，相机可正常采集到图像，工作距离合理、相机视野合适；图像清晰，曝光设置合理；
组合光源安装调试完成，光源开关，亮度可调；
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；
相机标定已完成。
2、IC芯片的测量
在主要准备工作完成后，开始IC芯片的测量，主要流程如下：
1，选手把六个IC芯片放置到检测区，重复进行六次：平台移动---点亮光源—-拍照---熄灭光源；
2，进行IC芯片各类尺寸测量，判断是否为不良品，显示测量数据，并生成数据报表，报表文件保存到：C:\全国技能大赛\场次号-赛位号\IC测量数据.csv。
3、连接器的测量流程
在主要准备工作完成后，开始连接器的拼接与测量流程，主要流程如下：
1）选手把两个连接器放置到检测区，分别进行二组两次拍照，重复进行两次：平台移动---点亮光源---拍图---熄灭光源；
2）定位测量每组连接器两末端一排引脚中点之间的距离
3）生成数据报表，报表文件保存到：C:\全国技能大赛\场次号-赛位号\连接器测量数据.csv。
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A 1280x960 >90 全局 黑白 1/2” USB3.0
2D相机 相机B 2448x2048 >20 全局 黑白 2/3” GigE
2D相机 相机C 2592x1944 >10 滚动 彩色 1/2.5” GigE
3D相机 3D相机 1920x1080x2 >10 滚动 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 12mm F2.0 >100mm 1/1.8”
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 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80，内径40mm RGB 三者可以合并成AOI光源
环形光源 中号环形光源 45度环形，发光面外径120，内径80mm G
环形光源 大号环形光源 低角度环形，发光面外径160，内径120mm B
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
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A 100x100 20 5 3 ±0.01
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 180x120 15 11x7 ±0.01
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，假如我们FOV尺寸是16mmx12mm，选用的相机是200万像素（1600x1200），那么像素分辨率就是16mm/1600 or 12mm/1200=0.01mm。
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。
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 引脚号 信号名称 信号定义
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＋
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”
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 3 51 33 0011 0011
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 2 50 32 0011 0010
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
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
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 $ 36 24 0010 0100
指令字 1 49 31 0011 0001
通道字 2 50 32 0011 0010
数据 0 48 30 0011 0000
3 51 33 0011 0011
8 56 38 0011 1000
异或和 0001 1100
异或校验字 1 C
读取2通道电源参数：$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 $ 36 24 0010 0100
附录六、旋转轴的安装及接线说明
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。
附录七
相机、镜头、光源的选型计算报告
场次号 赛位号______________
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