2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組《機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用》賽項樣題3

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽

高職組《機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用》賽項

樣題3

（總時間：210分鐘）

工

作

任

務(wù)

書

場次號：__________工位號：________

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

注意事項

一、本任務(wù)書共23頁，包括附錄七項（分別為視覺硬件及參數(shù)

列表，相機的接線定義，分辨率及焦距計算公式，光源控制的接線說

明，光源控制器通訊協(xié)議，旋轉(zhuǎn)軸的安裝及接線說明，相機、鏡頭、

光源的選型計算報告）。如出現(xiàn)缺頁、字跡不清等問題，請及時向裁

判示意，進行任務(wù)書的更換。

二、在比賽前務(wù)必對各機器視覺組件和圖形化編程軟件平臺熟悉。

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

設(shè)備使用說明書和軟件用戶手冊。操作過程中，須遵守安全操作規(guī)程

和職業(yè)素養(yǎng)要求的相關(guān)規(guī)定。

四、在完成工作任務(wù)的全過程中，嚴格遵守光學或電氣組件的相

關(guān)操作要求，接線前一定要看清引腳定義和電壓要求。

五、不得擅自更改設(shè)備已有器件位置和線路。

六、為了防止發(fā)生碰撞，當吸盤距離物料1cm時，請將運動軸的

速度調(diào)整至20。

七、競賽過程中，參賽選手認定競賽設(shè)備的器件有故障，可提出

更換，更換下的器件將由裁判組進行現(xiàn)場測試。若器件經(jīng)現(xiàn)場測試是

功能齊全，且沒有故障的情況下，每次扣參賽隊1分。若因人為操作

損壞器件，酌情扣5-10分，嚴重的經(jīng)裁判組商議，中止選手比賽。

八、完成的機器視覺項目必須保存到本機的“C:\廣西職業(yè)院校

技能大賽\KImage\Product\日期-場次號-賽位號（例：20230328-1-

1）”文件夾下。場次號、賽位號以現(xiàn)場抽簽為準。

2/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

九、任務(wù)完成后選手請自行將視覺項目文件拷貝至U盤的“\廣

西職業(yè)院校技能大賽\視覺項目\日期-場次號-賽位號（例：

20230328-1-1）”文件夾下。

請將生成的數(shù)據(jù)文件保存至U盤的“\廣西職業(yè)院校技能大賽\

日期-場次-賽位號\檢測數(shù)據(jù).csv”。

請將相機配置標定的截圖保存至U盤的“\廣西職業(yè)院校技能大

賽\日期-場次-賽位號\配置標定.docx”。

以上文件詳細要求請參照競賽任務(wù)工作要求。

十、考試過程中不允許自帶U盤或其他可儲存設(shè)備，賽場統(tǒng)一配

備U盤。

十一、參賽選手需及時保存相關(guān)程序及數(shù)據(jù)，競賽過程中因設(shè)備

死機和意外情況需要重啟而造成未保存數(shù)據(jù)丟失的，由選手自行承擔。

大賽補時只補從關(guān)電到操作系統(tǒng)重啟完成時間（不包括應(yīng)用軟件）。

參賽選手在程序復雜的情況下每完成部分編程需要記得先保存配置。

十二、參賽選手在完成工作任務(wù)的過程中，不得在任何地方標注

學校名稱、選手姓名等信息，違反規(guī)定者取消比賽成績。

十三、比賽結(jié)束后，參賽選手需要將任務(wù)書以及現(xiàn)場發(fā)放的圖紙、

資料、草稿紙、U盤等材料一并上交，不得帶離賽場。

3/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

競賽工作任務(wù)說明書

一、平臺硬件、軟件組成說明

競賽任務(wù)平臺的硬、軟件說明詳見平臺技術(shù)說明書及視覺軟件使

用手冊。完成競賽工作任務(wù)書所需的全部硬件，都包含在工作臺所提

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

擇。

（一）、工控機

設(shè)備中包含一臺工控機，比賽所需的軟件和驅(qū)動均已經(jīng)提前預裝。

（二）、視覺硬件

1、相機

可選擇相機共四個，編號分別為相機A，相機B，相機C，3D相

機，具體參數(shù)見附錄一。依據(jù)檢測區(qū)域的實際大小、測量精度要求

（在競賽任務(wù)描述中給出）選擇好相機。

2、鏡頭

可選擇鏡頭共四個，分別為：定焦12mm鏡頭，定焦25mm鏡頭,

定焦35mm鏡頭，放大倍率為0.3倍的遠心鏡頭，具體參數(shù)見附錄一。

依據(jù)被測物尺寸、相機安裝位置，在滿足工作距離，視野范圍，分辨

率的要求下選擇鏡頭。

3、光源

可選擇光源共五個，編號分別為：小號環(huán)形光源、中號環(huán)形光源、

大號環(huán)形光源、同軸光源、背光光源。注意，三個環(huán)形可以組合成AOI

光源。具體參數(shù)見附錄一。依據(jù)任務(wù)書的需要，在安裝方式和安裝

4/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

空間位置允許的情況下，可根據(jù)實際需要，選擇多個光源同時組合使

用。

4、標定板

依據(jù)相機視野范圍選擇合適尺寸的標定板，具體參數(shù)見附錄一；

依據(jù)檢測需求選擇標定方式，選擇標定板；為滿足檢測要求，可以選

擇多種標定方式和標定板組合使用，完成系統(tǒng)的標定要求。

（三）、線纜

相機線纜：2D相機USB數(shù)據(jù)線一根、3D相機數(shù)據(jù)線一根、GigE

電源線（含觸發(fā)和輸出信號）一根、千兆網(wǎng)相機通訊線一根（帶鎖）、

網(wǎng)絡(luò)通訊線一根（3米扁線）、光源延長線一根；（注意：RS232通

訊線默認已經(jīng)與PC連接）。

（四）、運動控制硬件

PLC：控制運動平臺運動，控制光源亮滅；

運動平臺：X軸、Y軸、Z軸、θ軸。（注意：旋轉(zhuǎn)軸θ是擴展

軸，放置在機器視覺工具箱中，需要選手按附錄六：旋轉(zhuǎn)軸的安裝及

接線說明完成平臺的搭建）。

（五）、氣動硬件

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

確選擇吸嘴。

5/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

二、軟件功能及編程說明

參賽選手將使用圖形化編程軟件，需根據(jù)檢測要求，需提前完成

軟件流程設(shè)計。

圖形化編程首先需要根據(jù)需求完成工具的選擇，基本的流程如下

圖所示，為了使配置的流程相對簡潔采用了子模塊、工具組模塊多模

塊組合的配置方法，具體流程配置方法詳見《視覺軟件使用手冊》（說

明：本流程示意圖圖1僅說明視覺軟件的流程設(shè)計編程方式，與本任

務(wù)書描述的具體任務(wù)無直接關(guān)系）。

圖1程序流程示意圖

6/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

主要的工具列表：

類型工具

系統(tǒng)類服務(wù)器客戶端通訊工具、串口工具、PLC讀寫工具、機器人控

制工具、信號源工具

圖像源類圖像源工具、相機工具、保存圖片工具

定位類仿射變換工具、斑點分析工具、找圓工具、找線工具、邊緣點

查找工具、形狀匹配工具、灰度匹配工具；

測量類圓卡尺工具、夾角工具、邊緣卡尺工具、線交點工具、線間距

工具、點間距工具、矩形卡尺工具、點線距離工具、坐標轉(zhuǎn)換

工具、標定工具；

圖像處理圖像轉(zhuǎn)換工具、通道分離工具、顏色提取工具、圖像剪切工

類具、圖像處理工具、閾值化工具、輪廓提取工具；

識別類二維碼工具、字符識別工具、條碼檢測工具、缺陷檢測工具；

對位類位移計算工具、坐標計算工具、對位平臺工具；

數(shù)據(jù)處理累加工具、分類工具、保存表格工具、格式轉(zhuǎn)換工具、列表工

類具、邏輯運算工具、字符串截取工具、用戶變量工具；

三、標定說明及運動位置校準

圖2兩類圖像標定板

選擇合適的標定工具，利用圖像標定板使用多點標定方式，對

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

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

7/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

四、樣品說明

1、3D零件2個，大小形狀如圖3所示。

2、小圓塊6個：3個綠色，3個紅色，直徑10mm，高度為

5mm。

3、樣品物料放置規(guī)則：評分時裁判應(yīng)保證小圓塊、3D零件的

放置不能重疊，放置范圍不超出檢測區(qū)域范圍，并確保每個物料之

間有2mm以上的距離。

圖3樣品樣例

8/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

五、模塊化編程要求

程序可讀性強。所有的模塊、工具組都需要根據(jù)它的作用重命

名，離線標定模塊要求放在最外層，標定模塊里面可以包含多個標

定工具組。

六、競賽任務(wù)工作要求

（一）各個拍照位的硬件選型要求

1、3D零件的分揀必須使用3D相機，要求測量零件的高度和定

位零件的位置信息，3D相機工作距離要求滿足350mm以上；

2、2D相機視野要求：65mmx50mm（視野范圍允許一定正向偏

差，最大不得超過5mm），工作距離要求：110mm±10mm。

（二）顯示的要求

1、PCBA檢測期間報警燈的顯示要求：

XY平臺從原點開始運動，按任務(wù)要求進行訂單分揀，每個訂單

分揀完成后，如訂單滿足二維碼分揀要求則報警燈亮綠燈，訂單不

滿足二維碼分揀要求報警燈亮紅燈；

2、界面分3個窗口顯示：

窗口1：顯示訂單分揀后訂單1放置區(qū)域圖像及訂單二維碼數(shù)

據(jù)，訂單滿足二維碼分揀要求圖像上顯示OK，反之顯示NG；

窗口2：顯示訂單分揀后訂單2放置區(qū)域圖像及訂單二維碼數(shù)

據(jù)，訂單滿足二維碼分揀要求圖像上顯示OK，反之顯示NG；

窗口3：顯示訂單分揀后訂單3放置區(qū)域圖像及訂單二維碼數(shù)

9/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

據(jù)，訂單滿足二維碼分揀要求圖像上顯示OK，反之顯示NG；

七、根據(jù)上述要求完成以下考核任務(wù)

工作任務(wù)1—選型計算報告

根據(jù)競賽任務(wù)提供的視野大小要求、工作距離要求、被測物的

檢測要求，從設(shè)備提供的一組機器視覺相機、鏡頭和光源中選擇型

號，完成相機、鏡頭、光源的選型計算報告（附錄7）。

工作任務(wù)2—硬件及線路安裝

相機、鏡頭、光源、治具等在合理位置安裝，保證安裝穩(wěn)固，

3D相機要求在軸外安裝，鏡頭與相機連接螺紋須擰緊；鏡頭調(diào)試好

之后，用頂絲鎖緊對焦環(huán)及光圈環(huán)。

完成相機、光源、旋轉(zhuǎn)軸、通訊網(wǎng)絡(luò)等電路接線，完成氣路的

連接，走線正確、規(guī)范、牢固，物理接口選擇正確。

設(shè)備電氣接線要求：相機、光源接線要使用綁扎整齊合理，要

求扎帶間距60mm±5mm，間隔均勻，剪切后扎帶長度≤1mm，接線端

子壓接要求穩(wěn)固不松動，氣管、相機電源線、千兆網(wǎng)線、光源延長

線走拖鏈。

設(shè)備上電前需完成電氣檢測并向裁判請求上電，經(jīng)裁判同意后

可進行設(shè)備上電，設(shè)備上電后不帶電進行設(shè)備電路調(diào)整（進行電路

調(diào)整時需按下設(shè)備急停使設(shè)備斷電）。

工作任務(wù)3—項目配置及標定

10/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

根據(jù)待檢測樣品的尺寸和初始狀態(tài)的區(qū)域要求完成視野調(diào)焦和

鏡頭對焦（對焦方式可以選擇調(diào)節(jié)鏡頭的對焦環(huán)，也可以控制Z軸

完成整體工作距離的調(diào)節(jié)）。

在開始配置流程前，將創(chuàng)建的項目文件保存到本機的“C:\廣西

職業(yè)院校技能大賽\KImage\Product\日期-場次號-賽位號（例：

20230328-1-1）”文件夾下。

通過標定板，完成3D手眼標定、2D手眼標定、圖像坐標與世

界坐標的標定，完成圖像坐標與運動坐標的統(tǒng)一，并保存在配置文

件中（注意：前期如果規(guī)劃視野沒有考慮標定板的尺寸，可能前期

的視野設(shè)置不合理需要重新調(diào)整視野大?。?。

請將項目配置標定的截圖（保存至U盤的“\廣西職業(yè)院校技能

大賽\日期-場次-賽位號\配置標定.docx”。

項目配置標定截圖包括以下內(nèi)容，如圖4、5、6所示，不限截

圖數(shù)量（截圖數(shù)據(jù)僅供參考）：

（1）項目配置名稱；

（2）2D、3D標定模塊名稱；

（3）3D手眼標定模塊的輸出；

（4）2D手眼標定像素當量；

（5）XY標定像素當量；

注：保存在U盤當中的數(shù)據(jù)將作為評分判定的依據(jù)。

11/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

圖4

圖5

12/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

圖6

工作任務(wù)4—訂單分揀任務(wù)

完成PLC控制運動平臺運動測試，將任務(wù)書實驗要求用程序?qū)?/p>

現(xiàn)，通過圖像化編程軟件完成流程配置并對每個工具合理化設(shè)置參

數(shù)。

本次配置的程序必須包含模板定位及建立坐標仿射跟隨功能。

（1）掃描訂單上方二維碼，了解每個訂單所需包裹種類及數(shù)

量。訂單二維碼數(shù)據(jù)包含3位數(shù)，每位數(shù)字代表每種包裹所需數(shù)

量。例如訂單上方的二維碼數(shù)據(jù)“1,2,3”代表訂單需要1個A包

裹，2個B包裹，3個C包裹。

（2）在包裹分揀區(qū)搜索相關(guān)訂單包裹，檢測包裹高度后，將包

裹放入對應(yīng)的訂單放置區(qū)。

13/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

注1：開始分揀前，包裹任意擺放在包裹分揀區(qū)域中（標簽

面朝上）。

注2：包裹上標注字母為A則包裹為A包裹。

注3：要求訂單放置區(qū)的包裹堆放整齊，在分揀過程中包裹

無掉落現(xiàn)象。

工作任務(wù)5—小圓塊分揀

訂單分揀完成后，如滿足訂單二維碼分揀要求，則在訂單上方

位置放置上綠色小圓塊，反之則放上紅色小圓塊。要求小圓塊居中

放置在標出的圓形位置內(nèi)，小圓塊上表面的箭頭統(tǒng)一朝向，如圖7

所示。

14/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

圖7

工作任務(wù)6—數(shù)據(jù)保存

請將訂單中每個包裹的高度數(shù)據(jù)生成報表（高度單位為厘米

cm），注：csv文件中數(shù)值必須由軟件直接測量后生成，不得手動

改寫數(shù)據(jù)。

15/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

附錄一、視覺硬件及參數(shù)列表

工業(yè)相機

類別編號分辨率幀率FPS曝光模式顏色芯片大小像元尺寸接口

2D相機相機A1280x960>90全局黑白1/2”4.0μmUSB3.0

2D相機相機B2448x2048>20全局黑白2/3”3.45μmGigE

2D相機相機C2592x1944>10滾動彩色1/2.5”2.2μmGigE

3D相機3D相機1920x1080x2>10滾動彩色2/3”1.4μmUSB3.0

工業(yè)鏡頭

類別編號支持分辨率（優(yōu)于）焦距/倍率最大光圈工作距離支持芯片大小

工業(yè)鏡頭12mm鏡頭500萬像素12mmF2.0>100mm1/1.8”

工業(yè)鏡頭25mm鏡頭500萬像素25mmF2.0>200mm2/3”

工業(yè)鏡頭35mm鏡頭500萬像素35mmF2.0>200mm2/3”

遠心鏡頭遠心鏡頭500萬像素0.3XF5.4110m2/3”

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

LED光源

類別編號主要參數(shù)顏色備注

環(huán)形光源小號環(huán)形光源直射環(huán)形，發(fā)光面外徑80，內(nèi)徑40mmRGB三者可以合并成

環(huán)形光源中號環(huán)形光源45度環(huán)形，發(fā)光面外徑120，內(nèi)徑80mmGAOI光源

環(huán)形光源大號環(huán)形光源低角度環(huán)形，發(fā)光面外徑160，內(nèi)徑120mmB

同軸光源同軸光源發(fā)光面積60x60mmRGB

背光源背光源發(fā)光面積169x145mmW

注：R=紅色、G=綠色、B=藍色、W=白色

標定板

類別外框尺寸mm圓/格間距mm外圓環(huán)直徑mm內(nèi)圓環(huán)直徑mm精度mm

標定板A100x1002053±0.01

（透明漫射）50x50102.51.5±0.01

20x20410.6±0.01

類別外框尺寸mm方格邊長mm方格數(shù)量精度mm

標定板B180x1201511x7±0.01

（透明漫射）

16/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

附錄二、相機的接線定義

一、USB3.0相機（注意USB3.0通過USB線供電，不要另外插電源，否則會燒

相機）

二、GigE相機

附錄三、分辨率及焦距計算公式

簡單視覺系統(tǒng)的計算，主要包括視場（FOV）、分辨率（Resolution）、工

作距離（WD）和景深（DOF）等。

分辨率我們通常指的是像素分辨率，（默認選用的鏡頭分辨率高于相機的

分辨率）。因此分辨率就等于視野FOV/相機的像素數(shù)。

17/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

附錄四、光源控制的接線說明

硬件觸發(fā)：用戶可以通過PLC、相機的輸出外部觸發(fā)信號來控制每一路輸

出的開關(guān)。需要外部觸發(fā)功能時需將外部觸發(fā)信號線連接到“REMO”端子上。

觸發(fā)信號高電平時打開，低電平時關(guān)閉。

軟件觸發(fā)：用戶也可用軟件實現(xiàn)觸發(fā)功能，即使用串口對各輸出通道進行

控制，使各輸出通道按照預先的設(shè)置打開或關(guān)閉其輸出

18/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

附錄五、光源控制器通訊協(xié)議

硬件規(guī)范

波特率：9600bps

每幀字節(jié)數(shù)：8字節(jié)

每幀數(shù)據(jù)格式

1字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)3字節(jié)2字節(jié)

特征字指令字通道字數(shù)據(jù)異或和校驗字

注:所有通訊字節(jié)都采用ASCII碼

特征字＝$

指令字＝1，2，3，4，分別定義為：

1：打開對應(yīng)通道電源

2：關(guān)閉對應(yīng)通道電源

3：設(shè)置對應(yīng)通道電源參數(shù)

4：讀出對應(yīng)通道電源參數(shù)

當指令字為1，2，3時，如控制器接收指令成功，則返回特征字$；如控

制器接收指令失敗，則返回&。

當指令字為4時，如控制器接收指令成功，則返回對應(yīng)通道的電源設(shè)置參

數(shù)（返回格式跟發(fā)送格式相同）；如控制器接收指令失敗，則返回&。

通道字＝1，2，3，4。分別代表4個通道。

數(shù)據(jù)＝0XX（XX為00～FF內(nèi)的任一數(shù)值），對應(yīng)通道電源的設(shè)置參

數(shù)，高位在前，低位在后。

異或和校驗字＝除校驗字外的字節(jié)（包括：特征字，指令字，通道字和

數(shù)據(jù)）的異或校驗和，校驗和的高4位ASCII碼在前，低4位ASCII

碼在后。

例：將第2通道亮度設(shè)為56，則以ASCII碼向下寫“$320381E”

異或校驗字運算過程如下：

19/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

字符串ASCIIASCII碼以十將高4位和低4位分別

碼六進制表示以8421碼表示

特征字$362400100100

指令字3513300110011

通道字2503200110010

數(shù)據(jù)0483000110000

3513300110011

85623800111000

異或和00011110

異或校驗字1E

注：打開對應(yīng)通道電源、關(guān)閉對應(yīng)通道電源和讀出對應(yīng)通道電源參數(shù)3個

功能的異或校驗字的運算過程中，數(shù)據(jù)的3個字節(jié)的值對異或結(jié)果無影響，保

證格式為0XX（XX=00～FF內(nèi)的任一數(shù)值）即可。

以下為幾組指令數(shù)據(jù)：

關(guān)閉2通道：$220381F

字符串ASCIIASCII碼以十將高半字節(jié)和低半字

碼六進制表示節(jié)分別以8421碼表示

特征字$362400100100

指令字2503200110010

通道字2503200110010

數(shù)據(jù)0483000110000

3513300110011

8563800111000

異或和00011111

異或校驗字1f

打開2通道：$120381C

字符ASCII字符串ASCII

串

特征字$362400100100

指令字1493100110001

通道字2503200110010

數(shù)據(jù)0483000110000

3513300110011

8563800111000

異或和00011100

異或校驗字1C

20/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組“機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用”賽項

讀取2通道電源參數(shù)：$4200012

字符串ASCIIASCII碼以十將高半字節(jié)和低半字節(jié)

碼六進制表示分別以8421碼表示

特征字$362400100100

附錄六、旋轉(zhuǎn)軸的安裝及接線說明

θ軸如上圖所示，共有四根線需要接入控制面板。

21/23

2023年廣西職業(yè)院校技能大賽高職組