工程训练实训中机械测量实践教学方法探索

大学工程师。研究方向：机械测量技术教学研究；鲍永杰，男，工学博士，大理工大学国家级工程训练示范中心工程师。研究方向：工程训练实训教学研究；姜英，女，大连理工大学工程师。研究方向：机械制造实践教学研究。

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2015）29-0060-02

随着科学技术的发展和制造水平的提高，机械测量技术随之迅猛发展起来。在“建立适应时代发展要求的一流工程实践教学基地，培养创新型人才”的指导方针下，工程训练的教学实践应与当前工业主流技术相衔接。伴随着众多制造业，如汽车、航空航天、机床、模具及电子工业大规模的生产需要，要求零部件具有高度的互换性，对尺寸、位置及形状有严格的公差要求。正确合理地选择测量仪器设备，准确无误地测量出被检验零件的真实尺寸并判定其是否合格，是机械测量的基本工作，是机械制造中实现互换性的重要保证之一。机械测量技术与机械设计、机械制造、质量控制、生产组织管理等多个领域密切相关，在先进制造技术中具有举足轻重的地位，对实现零件互换性、提高产品可靠性和质量起到至关重要的作用，因此，机械测量模块是工程训练教学体系中重要组成部分，对学生掌握完整的工业工程理念起着至关重要的作用。

一、教学设备及特点

近年来，大连理工大学工程训练中心建立了先进的机械测量教学平台，拥有便携式关节臂测量机、桥式三坐标测量机及数字式投影仪等精密测量设备，组成了从小尺寸到大型复杂曲面精密测量的完整体系，实现了 “理论与实践有机融合，内容与技术发展紧密衔接”的教育理念。

1.数字式测量投影仪

DC-3000数字式测量投影仪（见图1）是一种光、机、电、计算机一体化的精密高效光学计量仪器。能高效率地检测各种形状复杂工件的轮廓尺寸和表面形状，如样板、冲压件、凸轮、螺纹、齿轮、成形铣刀以及丝攻等各种工具、刀具和零件。广泛应用于机械、仪表、钟表、电子、轻工等行业。

2.桥式三坐标测量机

CIOTA 0101D型三坐标测量机（见图1）是桥式结构的三座标测量机，是高效率、高精度、数字化的精密测量设备。能够高效地进行手动和自动测量。并能运用软件程序对测量机的21项运动误差进行可靠的补偿和修整，进一步减少测量机的系统误差，提高测量精度。空间测量精度达到4+ 4L/1000μm。可以完成各种精密模具、发动机箱体及自由曲面等多种复杂几何形状的测量。

3.便携式关节臂测量机INFINITE-Scan

INFINITE-Scan（见图1）是一台可移动的七轴关节臂三坐标测量机，七轴系统在检测过程中具备高度的灵活性，其集合了三坐标测量机的对物体特征量（如边界、孔位、位置度等）的测量能力，还具备了激光扫描的对复杂曲面的快速、非接触的测量能力，激光扫描测量速度快——每秒采集23000点，采样密度高——平均点到点分辨率0.057mm。这种将特征测量和曲面扫描测量有机结合的测量方式在逆向设计方面具有非常突出的优势。

机械测量的实践教学内容，对各种测量机的特点及测量范围有全面的展示，既有横向的比较又有纵向的深入。使学生了解数字式投影仪测量的尺寸小而精，认识桥式三坐标测量的高精度，了解便携式关节臂测量机在复杂曲面数据采集中快速、高效的特点，建立逆向工程的概念，了解从实物到CAD模型的快速曲面重建的全过程。机械测量实践教学对学生工程综合能力的培养有着重要的作用。

二、教学模式

机械测量教学体系已逐渐形成了多层次的教学模式：

1.认知型工程训练

对于非机械类的学生，考虑到他们的专业方向及知识结构，以介绍各种测量机的特点及应用为主，使学生获得感性认识，建立精度、质量的概念。重在拓展学生的知识面，开阔学生的视野。对于机械类的学生，重在介绍测量机的原理、测量方法，从讲解到演示，突出各种测量机的特点，比较各种测量机的不同之处。了解相应测量软件的作用，如软件Geomagic Studio可完成从点云到CAD模型的快速曲面重建，可以使学生建立逆向工程的概念，激发学习兴趣。

2.开放式的网上教学

网上教学资料对实践教学有着重要的辅助作用。网上教学资料比教学内容丰富、详细。如桥式三坐标测量软件的使用方法、便携式关节臂测量机其快速曲面重建的软件Geomagic Studio及数模的比对软件Geomagic Qualify的使用流程，都有详细的介绍。不仅方便学生预习，更便于学生课后的深入了解，能起到与实践教学互补的目的。

3.高层次的实践教学

适应于本科生毕业设计课题的开展。应用与研究各种测量机，要求学生熟练掌握测量机的测量方法及测量软件。如学习使用从点云到CAD模型的快速曲面重建的软件Geomagic Studio，完成实体零件的CAD数字建模。使用数模比对软件Geomagic Qualify，进行数模比对、分析等，与当前先进的测量技术紧密衔接，实用性强。使学生获得了宝贵的实践经验，提高了学生的综合能力，为工作或进一步深造打下坚实的基础。

三、教学方法

机械测量教学模块安排在学生完成电火花精密加工实践教学后进行，精密加工中学生对自己加工的型模使用游标卡尺进行尺寸的测量，初步建立了精度的概念，在实际测量中产生了很多问题，如型模较浅用游标卡尺进行测量，重复测量精度不高，型模的深度使用游标卡尺测量也不准确等，而这些实际问题在机械测量教学中可以得到完善的解决。

1.由浅入深的对比式教学方式

DC-3000数字式测量投影仪是一台光学影像测量仪，可以清晰地在投影屏上看到放大的零件影像，其测量原理简单易懂，测量方式直观易学，是很好的切入点。这种投影仪只能完成二维的尺寸测量，而三维的尺寸测量只能使用坐标测量机。坐标测量机的原理与测量方式比较复杂，教学时主要讲解其突出的特点：桥式三坐标测量机其特点是高精度，便携式关节臂测量机其特点是扫描测量取点量多、速度快、测量范围大。特点突出，便于学生理解性记忆。讲解测量机原理后，分别演示测量过程。测量机的测量方法各不相同，边演示边讲解，有助于学生了解各测量机使用范围的不同、测量方法的差异，有比较的记忆，教学效果好。

2.案例教学，有助于理解

学生没有接触过测量机，对零件的测量过程完全不了解。测量方法的介绍比较抽象，使用案例教学，学生比较好理解。桥式三坐标测量机以凸轮定位孔的位置测量为例，讲解几何尺寸的测量，简单易懂。以凸轮的轮廓测量为例，演示曲线的扫描测量方式。便携式关节臂测量机以汽车模型的曲面测量为例（图2），演示激光扫描零件曲面的测量过程，测量时激光束在汽车模型表面以每秒23000点的速度扫描采点，几分钟就可获得汽车模型的点云图，扫描测量速度快，采集点量多。

3.多媒体课件，有效的补充

“逆向工程”是机械测量的新课题，是机械测量教学中比较复杂的内容，综合性强。机械测量教学时间短，借助多媒体课件可以在较短的时间内展示给学生更大的信息量。逆向过程中数字模型的后续处理过程较为复杂，Geomagic Studio和Geomagic Qualify是数模处理常用的软件，为了便于学生全面了解数模处理的全过程，而采用了多媒体课件的教学形式。以多媒体课件的形式展示了Geomagic Studio软件从点云数据到三角面片的编辑、曲面片边界的画分、参数化分片处理、最后栅格化并拟合成CAD模型的过程（图3、4）及使用Geomagic Qualify软件进行数模比对、分析（图5）的全过程。教学过程变得直观而形象，很好地吸引了学生的注意力，激发了学生的学习兴趣，拓展了学生的视野，获得很好的教学效果。

现在的大学生学习能力特别强，只要感兴趣都愿意学习。在工程训练教学中不仅要传授知识，更重要是激发起学生的学习兴趣。通过几年机械测量的实践教学，特别是便携式关节臂测量机的实践教学，其扫描测量采集点速度快，在短时间内可获得零件的数字模型，给学生耳目一新的感觉，学生对这种高科技的测量技术表现出浓厚的学习兴趣。通过机械测量的实践教学，不仅深化了对理论知识的理解，还提高了学生对专业知识的学习兴趣，对培养综合素质的工程技术人才具有重要作用。

参考文献：

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（编辑：郝婵）

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