2023年高职机器视觉系统应用任务书5-大豆分选(赛项赛题).docx

2023 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项2023 年全国职业院校技能大赛机器视觉系统应用大豆计数及色选分拣总时间：480 分钟工作任务书场次号：工位号：留意事项一、本任务书共 19 页，另附机器视觉组件清单、样品清单和工具清单、接线定义和下位机协议。如消灭缺页、字迹不清等问题，请准时向裁判示意，进展任务书的更换。二、在竞赛前务必对各机器视觉组件和图形化编程软件平台生疏， 竞赛的娴熟程度都将计入评分标准。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，接线前肯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，假设现场设备安装调试有疑问，须经设计人员赛场裁判同意前方可修改。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，器件经现场裁判测定完好属参赛选手误判时，每次扣参赛队 1分；假设因人为操作损坏器件，酌情扣 5-10 分；后果严峻者如导致相机、光源、PLC 等烧坏，本次竞赛成绩计 0 分。六、所编的机器视觉程序必需保存到本机的“D: 场次号-工位号”文件夹下，场次号和工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、竞赛完毕后，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，同时元器件要按最开头的摆放要求复原。请按要求在 8 个小时内完成以下工作任务：一、依据本任务供给的相机区分率默认为检测精度要求，从设备供给的一组机器视觉相机、镜头和光源中选择适宜的型号，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、依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的选择对焦方式可以选择调整镜头的对焦环，也可以掌握Z 轴完成整体工作距离的调整。三、在开头配置摆拼流程前创立配置文件名称：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。注意：前期假设规划视野没有考虑标定板的尺寸，可能前期的视野设置不合理需要重调整视野大小。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， 本保存在配置文件中。五、依据任务书工程要求翻译成程序语言，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。六、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，由机械手分别将大豆和异物分拣出来，并放置在指定的物料盒。七、需要测量出以下数据：大豆平均单粒面积、大豆平均单粒周长、大豆平均单粒最大包络直径具体见任务书要求。注 1：本次工作任务请在机器视觉应用设备上完成，竞赛前要娴熟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：程序简单的状况下每完成局部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。这里的硬件只包含了为完本钱工作任务所需要的硬件，全部硬件都包含在工作台设备内。为完本钱次工作任务，全部涉及到硬件都在本工作台设备内选择。一工控机设备供给一台工控机，竞赛所需的软件和驱动均已经提前预装， 用于通讯接收的电脑由赛会供给。二视觉硬件1、相机相机规格有：130 万和 500 万像素的彩色、黑白相机共 3 个，具体参数见附录一。依据被测件的实际大小、测量精度要求选择适宜区分率的相机。相机有连续拍摄、软件触发和硬件触发模式，依据测试流程要求需要设置相机为触发模式。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、相机安装的位置协作，在满足工作距离， 视野，区分率等要求下选择适合的镜头。3、光源光源型号规格有：背光，环形光三个环形可以组合成 AOI 光源，同轴光等光源，具体参数见附录一。依要求分别选择最适宜的光源，选择标准是可满足色选、测量、定位精度要求。依据大豆/异物色选、检测，定位的需要，在安装方式和安装空间位置允许的状况下可以多个光源同时组使用。4、标定板依据相机工作距离和视野选择适宜尺寸的标定板，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；为满足检测要滶，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。三线缆相机线缆：分别有数据线、电源线和信号掌握线是同一根线； 光源线缆、触发线；RS232 通讯线默认已经与 PC 连接； 网络通讯线缆；留意：各类型线缆在设备上都有专用的接口，需要提前安排好对应的物理接口。四运动掌握硬件PLC：掌握运动平台运动，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、 轴。留意：本任务所需的旋转轴 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二、软件功能及编程说明在视觉编程软件中，请参赛选手承受图形化编程软件，需要学员依据检测要求完成软件流程的设计。图形化编程首先需要依据需求完成成工具的选择，根本的流程如以下图所示，留意为了主程序的流程相对简洁，以下图的 3、4、5 工具均是承受工具组模式，里面包含了多个工具。假设打包工具组参考软件使用手册。主要的工具列表：支持多用户模式、工具组有无/正反检测、颜色/位置推断、定位、2D 尺寸测量、ID 识别、字符识别2023 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项模式匹配、特征匹配、圆查找、Blob、卡尺工具、边缘查找、边缘交点等点线测量、线圆测量、线线测量、圆拟合、直线拟合、像素统计、直方图工具、组合工具等点阵标定、N 点标定、棋盘标定等支持单相机及多相机对位，支持 XY、XYY、UVW、SCARA 等多种平台类型转灰度图、图形计算、通道分别、颜色提取、颜色分别、图像融合、图像预处理、形态学、阈值化等条件检测、格式化、字符比较、点集、耗时统计等OCR、条码识别、二维码识别等支持 Modbus、TCP/IP、RS232/485、4G/5G 模块等三、标定说明及运动位置校准标定板选择适宜的标定工具，使用 N 点标定方式，对相机进展标定， 把图像坐标转成设备坐标系统，并得出像素当量；选择适宜的手眼标定工具，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：2023 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项彩色，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:18cm，宽： 18cm，具体如以下图：异物放置盒大豆放置盒大豆异物混合样本盒一检测及测量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. 测量大豆平均单粒面积、大豆平均单粒周长、大豆平均单粒最大包络直径。3. 计算出大豆/异物坐标。二测量任务编写视觉和运动掌握程序，掌握运动吸嘴将大豆/异物从样品盒2023 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项吸起，依据指布局图放置到对应放置区；要求不得错放，不得漏放。五、竞赛任务流程步骤参考一主要步骤1、硬件选型安装接线相机、镜头、光源安装位置适宜，安装稳固；镜尖对焦环，光圈环顶丝锁紧不松动，无错装漏装现象；走线正确标准、干净、结实；物理接口选择正确。输出选型计算报告，绘制系统原理图和接线图，记录参数设置、安装结果。2、视觉软件的 PLC 掌握工具运行测试掌握 X,Y.Z 轴移动料盘，设置适宜的拍照位置； 输出 I/O 电信号正常。3、光源掌握工具运行测试连接光源掌握器正常，能掌握多个光源亮灭； 能设置各个光源不同的亮度值；协作 PLC 工具，实现光源频闪功能正常。4、相机工具运行测试测试相机能正常连接，协作 PLC 工具切换软件触、外部 I/O 触发模式能正常采集图像；图像对焦清楚大豆/异物边缘清楚，正面颜色清楚可见，视野大小适宜；与光源掌握工具配置，设置适宜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适宜位置，设置适宜的标定参数，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适宜的参数创立模板并保存模板； 设置适宜的参数查找模板。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、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/异物外形，并作区分。9、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。10、数据处理类运行测试设置数据表格工具参数，并生测量报表；保存大豆平均单粒面积、大豆平均单粒周长、大豆平均单粒最大包络直径测量报表文件到： D:场次号 -工位号大豆计数及色选分拣.csv。2023 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项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。二视觉程序主要流程说明1、编写视觉程序流程前主要预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、相机视野适宜可掩盖检测区内的混合物样本；图像清楚，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 各轴可正常掌握，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。2023 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项2、大豆/异物色选测量流程在主要预备工作完成后，开头检测流程，主要流程如下：1） 将混合物样本盒，大豆放置盒，异物放置盒，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） PLC 发送拍照信号，触发上光源点亮，同时触发相机拍照；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/异物的准确位置，并测量大豆平均单粒面积、大豆平均单粒周长、大豆平均单粒最大包络直径；8） 显示测量结果，并生成数据报表大豆平均单粒面积、大豆平均单粒周长、大豆平均单粒最大包络直径；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；11分拣完成，查看分拣结果。六、附件附录一、视觉硬件及参数列表镜头接圈0.5mm、1mm、2mm、5mm、10mm、20mm、40mm 一组工业相机类别暂命名区分率帧率 FPS曝光模式颜色芯片大小接口2D 相机相机A1280x960>90全局黑白1/2”USB3.02D 相机相机B2500x1944>10滚动黑白1/2.5”GigE2D 相机相机C2448x2048>20全局彩色2/3”GigE3D 相机3D 相机1920x1080x2>10滚动彩色2/3”USB3.0工业镜头类别暂命名支持区分率优于焦距/倍率最大光圈工作距离支持芯片大小工业镜头镜头A500 万像素12mmF2.0>100mm1/1.8”工业镜头镜头B500 万像素25mmF2.0>200mm2/3”工业镜头镜头C500 万像素35mmF2.0>200mm2/3”远心镜头远心镜头500 万像素0.3XF5.4110m2/3”LED 光源类别暂命名主要参数颜色环形光源环形光源A直射环形，发光面外径 80，内径 40mmRGB环形光源环形光源B45 度环形，发光面外径 120，内径 80mmG环形光源环形光源C低角度环形，发光面外径 160，内径 120mmB同轴光源同轴光源发光面积 60x60mmRGB背光源背光源发光面积 169x145mmW备注三者可以合并成 AOI 光源注：R=红色、G=绿色、B=蓝色、W=白色标定板类别暂命名外框尺寸mm图案尺寸mm点间距 mm点直径mm精度标定板标定板A100x10080x80105±0.01mm标定板标定板B50x5040x4052.5±0.01mm标定板标定板C25x2520x202.51.25±0.01mm附录二、相机的接线定义一、USB3.0 相机 留意 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2023 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项附录三、区分率及焦距计算公式简洁视觉系统的计算，主要包括视场FOV、区分率 ResolutI/On、工作距离WD和景深DOF等。区分率我们通常指的是像素区分率，默认选用的镜头区分率高于相机的区分率。因此区分率就等于视野 FOV/相机的像素数， 假设我们 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/1600or 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。2023 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项附录四、光源掌握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掌握每一路输出的开关。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。触发信号高电寻常翻开， 低电寻常关闭。REMO 端子信号名称信号定义软件触发：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展掌握，使各输出通道依据预先的设置翻开或关闭其输出。引脚号1TR11 通道触发信号2TR1-1 通道触发信号3TR22 通道触发信号4TR2-2 通道触发信号5TR33 通道触发信号6TR3-3 通道触发信号7TR44 通道触发信号8TR4-4 通道触发信号2023 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项附录五、光源掌握器通讯协议硬件标准1 字节特征字1 字节1 字节指令字 通道字3 字节数据2 字节异或和校验字波特率：9600 bps 每帧字节数：8 字节每帧数据格式注: 全部通讯字节都承受 ASCII 码² 特征字 $² 指令字 1，2，3，4，分别定义为： 1：翻开对应通道电源 2：关闭对应通道电源 3：设置对应通道电源参数 4：读出对应通道电源参数当指令字为 1，2，3 时，如掌握器接收指令成功，则返回特征字$；如掌握器接收指令失败，则返回&。当指令字为 4 时，如掌握器接收指令成功，则返回对应通道的电源设置参数返回格式跟发送格式一样；如掌握器接收指令失败，则返回&。² 通道字 1，2，3，4。分别代表 4 个通道。² 数据 0XXXX 为 00FF 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。² 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ASCIASCII 码以十将高 4 位和低 4 位分I 码六进制表示别以 8421 码表示特征字$36240010 0100指令字351330011 0011通道字250320011 0010数据048300011 0000351330011 00118562380011 10002023 年全国职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项异或和0001 1110异或校验字1E注：翻开对应通道电源、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 0XXXX=00FF 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十六进示码 以制表将高半字节和低半字节分别以 8421 码表示特征字$36240010 0100指令字250320011 0010通道字250320011 0010数据048300011 0000351330011 0011856380011 1000异或和异或校验字0001 11111f异或校验字1C翻开 2 通道：$120381C字符串ASCII码ASCII十六进示码 以制表将高半字节和低半字节分别以 8421 码表示特征字$36240010 0100指令字149310011 0001通道字250320011 0010数据048300011 0000351330011 0011856380011 1000异或和0001 1100读取 2 通道电源参数：$4202312字符串特征字$ASCII码36ASCII 码以十 将高半字节和低半字节六进制表示分别以 8421 码表示240010 0100