摘要：文章通過充分探討，彌補機械裝調實訓中系統(tǒng)性機械測量技術的弱項，對各項實訓項目進行充分整合，設計制作系統(tǒng)化的跨崗位的機械基礎知識驗證分析平臺，使各專業(yè)學生從“機械基礎”“互換性與測量技術”“機械零部件測繪實訓”等課程的學習中全面進行實踐鍛煉，進一步提高學生的學習興趣和學習效果，為后續(xù)學習打好基礎，最大限度地滿足人才培養(yǎng)需求。

關鍵詞：測量研究；實踐教學；教具研發(fā)

中圖法分類號：TG659 文獻標識碼：A

１ 面臨的困難與發(fā)展情況

人們經(jīng)常提起的機械工程檢測技術，看似很平常的一個項目，卻是機械制造行業(yè)中的一個非常重要的核心技術，對于提升產(chǎn)品質量以及實現(xiàn)零部件交換性有著舉足輕重的意義。它就是機械制造的“眼睛”，我們必須通過測量技術，才能準確判斷產(chǎn)品的工藝是否達到設計要求［１］ 。否則會“失之毫厘，謬以千里”。

高職院校在機械相關專業(yè)中，一直比較重視機械測量技術教學，但在其他工科和人文社科專業(yè)等，要么沒有相關實訓，要么簡單應付。但是，如果在各專業(yè)都進行一定的機械測量技術培訓，并按專業(yè)相關度進行“分層”實施，將會對各專業(yè)學生的后續(xù)學習和發(fā)展提供一定幫助。其中，機械測量技術涉及體積檢測、幾何誤差測量、表面粗糙度檢測、錐度和角檢測、螺紋檢測和齒輪檢測等。

由于測量技術實訓需求較大，且涵蓋基礎訓練、素質訓練、綜合訓練、高端訓練、創(chuàng)新訓練等不同的階段要求，因此在不同的院校，學生的實訓效果也存在較大區(qū)別，主要問題如表１ 所列。

對于高職層次的測量技術教學，相關的研究多數(shù)在機械專業(yè)的教學設備、教學方法、課程改革上。而對于跨專業(yè)綜合性的測量技術教學，則基本沒有研究［２］ 。本項目研究擬在擴大測量技術課程開課規(guī)模，幫助各類專業(yè)學生學習與專業(yè)相適宜的基本測量技能實踐課程。

２ 機械裝調實訓裝置的設計思路

２．１ 測量項目的選取

通過對學生專業(yè)分類教學需求的分析，從人文社科、非機械工科、機械專業(yè)３ 個層次進行綜合考慮。

（１）人文社科類專業(yè)以工程認知實踐為核心。

測量技術隨著制造業(yè)的出現(xiàn)和技術演變，一直存在于整個制造業(yè)進程中。在職業(yè)教育培訓中，測量技能應作為一個必須掌握的基本技能。但因為課時限制，且測量技術理論與應用的知識特別多，合理的教學計劃設置特別重要，在限定的課程時間內，有些測量方面的知識點可以通過講座、參觀、簡單作業(yè)或初步的練習來進行掌握或者簡單了解。因為不少職業(yè)院校對歷史人文社科類的專業(yè)方面的認識仍停留在固化的理論學習領域，其檢測設備較少或者缺乏，而日常生活的研究學習中，各種簡單或復雜的檢測任務經(jīng)常存在，使得他們了解測量技術方面的工程實施、測量器材的使用方法等機會相對減少，工科素養(yǎng)差，測量技術基礎理論欠乏，基本技能缺失，導致其人文素養(yǎng)如“跛鴨”。

基于此，非常有必要強化人文社科類學生機械測量或者綜合檢測技能的培養(yǎng)，重點要求他們熟悉新產(chǎn)品概念及研發(fā)工作過程，了解一些代表性企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)流程，培養(yǎng)企業(yè)環(huán)境、安全、產(chǎn)品工藝、產(chǎn)品質量等方面工程素質，要求他們掌握產(chǎn)品實踐中比較常用的產(chǎn)品檢測設備的主要操作技能和一般讀數(shù)方式，了解各類量具的基本檢測工作原理。以被測工件的幾何長度和幾何角度為主要檢測對象，了解幾種常見的測量方法。

該類學生主要以游標式檢測設備和螺旋副式檢測設備作為主要測量設備，以所測工件的長度和角度為主要檢測目標，并重點檢測工件的基本參數(shù)。

（２）非機械工科學生除要求具有基本工程技術素質，還必須掌握基本加工方法、基本質量保證能力（質量體系、檢測檢驗）等。

要求學生會使用基本檢測設備，并熟悉其工作原理。除要求具有基本工程素養(yǎng)，還必須掌握基本制造技術、基本質量保證能力（質量體系、檢測檢驗）、基本項目管理技能、基本施工技能等。因此，將角度、長度、表面粗糙度、形位誤差的平行度和垂直度選作測量參數(shù)。另外，針對一些無法直接測量的特殊幾何參數(shù)，要求學生掌握相應間接測量技術的實際應用。

（３）機械類工科學生在進行測量技術實訓以前，已經(jīng)掌握了部分工程技術基本理論，對工程圖紙、機械設計、機械加工、質量管理等有一定的了解。所以，需要該類學生擁有科學成套的測量工程技術知識和技能，能夠熟練地應用各種基本量具，也能夠靈活地應用各種常規(guī)、現(xiàn)代的最新測量設備，并根據(jù)自己的創(chuàng)意設想，實現(xiàn)從設計到加工、測量的過程操作。

該類學生在校內測量技術實踐課中，除常用游標式和微動螺旋副式測量設備，還需要熟悉如粗糙度儀、內徑百分表、影像測量設備等儀器的應用方式。

檢測對象主要以三維數(shù)據(jù)關系為主，需要學生針對被測目標的三維特征，獨立制定檢測方案，并選取正確的檢測儀器，從而選擇多種不同的測量方法并將其相結合，來完成實踐活動［３］ 。

綜合三類學生對不同學科的專業(yè)學習要求，本研究力求實現(xiàn)從普通了解到專業(yè)學習的分層化教學，以及先易后難、智能和自動化并重的測量目標，選取長度、角度、粗糙度、齒輪的公法線長度、直線度誤差、垂直度誤差、平面度誤差等參數(shù)為主，進行教學教具的初步設計，并據(jù)此改進。

２．２擬采取的測量技術

２．２．１ 激光器測量技術激光技術具有測量范圍更廣、測量時限更短、精度高、有非接觸式的優(yōu)異特性，特別適用于測量長度、速度、位移、振動等，將它作為檢測光源和適當?shù)墓怆娖骷浜贤瓿上嚓P參數(shù)的測量。它極大提高了機械測量的量程，以及線性度等參數(shù)的測量精確度。

（１）激光測距。

激光測距（長度）的基本原理是：測定激光由被測目標返回的時間（或調制信號的相位），由此得到激光發(fā)射器與被測目標間的距離（長度）。

較簡便的一種計算方法是，把光速為ｃ 的激光射向被測對象，并測定其來回所花的總時間ｔ，從而得到激光器與被測對象間的距離ｓ，即：

式中，ｔ 為激光發(fā)出與接收到返回信息之間的總時間。

可以看出，短脈沖激光測距的精度主要依賴于時間的測量精度。要進一步提高精度，需要激光脈沖頻率更高，并且激光接收器件的響應速度要更快。因此，遠距離測量激光源常使用輸出大功率激光器，而近距離測量激光源主要使用小型半導體激光器。

（２）激光測長。

用不同的激光作為光源測量，其測量距離可以達到幾十公里。一般測長范圍不超過１０ ｍ，其測量精度可保證在０．１ μｍ 以內。

（３）三維激光掃描。

１） 激光雷達（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ，簡稱ＬＩＤＡＲ）原理是應用激光測距的原理，測定目標空間位置參數(shù)的一類新型測量設備，利用激光逐點跟蹤測定激光器到被測目標點間的直線距離，以及相對空間偏移來獲得目標點的三維空間定位。據(jù)此，通過激光器對物體表面的三維高速、逐點掃描，便可獲得物體的完整三維表面模型。而三維激光全息掃描測量技術的主要測量內容即為精確檢測目標物體的三維立體構造形態(tài)及三維空間立體特征，從而能夠重構目標模型，同時能夠實現(xiàn)更全面的后期幾何結構處理、解析結構特征，如各種基本參數(shù)以及結構位移及變化關系，并可以分析各種結構特征等，從而為各種基于三維模型的工程技術應用而服務［４］ 。

傳統(tǒng)三維測量技術一般僅用于測量目標的一個或多個不連續(xù)定位點的空間位置、定位數(shù)據(jù)等特征。

僅用于測量各種定位點數(shù)據(jù)以及相互之間的基本幾何尺寸，如長度、間距、位置變化、點的位移等。

２）三維激光掃描技術的數(shù)據(jù)處理使用三維激光掃描儀在構建復雜實體三維幾何模型時，必須收集大量的復雜的點云數(shù)據(jù)，而根據(jù)不同數(shù)據(jù)類型的應用范圍、不同點云數(shù)據(jù)的特性，數(shù)據(jù)采集、處理的過程和實現(xiàn)方式也不盡相同。概括地說，三維立體掃描的基礎數(shù)據(jù)處理流程包括數(shù)據(jù)信息采集、預處理、幾何建模重構和模型可視化、模型再應用等，主要是模型重建。

數(shù)據(jù)采集是模型重構的前提條件，主要涉及傳感器的應用；數(shù)據(jù)預處理為模型重構提供可靠的數(shù)據(jù)，提高模型重構的精度和速度，降低模型重構的復雜性，包含數(shù)據(jù)的各種處理等；模型重構階段包含的內容有三維建模的重構與整形、對特殊信息數(shù)據(jù)的處理等。在具體應用時，要針對三維激光掃描數(shù)據(jù)的差異和建模的需求，選擇適當?shù)奶幚矸椒ㄅc手段。

本研究擬采用高速單片機配置高精度激光測距傳感器，并采用相位測試法進行長度和距離測試。

２．２．２ ３Ｄ?ＭＥＭＳ 技術

微機電（ＭＥＭＳ） 本質上是一種把微型機械零組件（如傳感器等）和電子控制電路整合到同一塊半導體上的技術， 利用了芯片的機、電２ 種特性。３Ｄ?ＭＥＭＳ 是把硅片制造為成三維立體的結構，具有極高的精度、微功耗和微尺寸，更易于集成生產(chǎn)。利用該技術的傳感器僅由微小硅片就能制成，并且可以檢測空間各向加速度。還能夠為特殊場合使用時提供理想的機械阻尼。而功率消耗極少，這使得它在采用自帶電源驅動時具有更好的優(yōu)勢。

電容式３Ｄ?ＭＥＭＳ 的作用機理是在該傳感器芯片中，三維空間方向各向的移動或傾斜會導致活動硅部分的少量位移，從而使得活動器件與靜止元件之間的動態(tài)電容改變。通過對同一封裝上的接口器件的數(shù)據(jù)處理與變換，將其較微弱的電容波動轉換為與運動強度相關的動態(tài)模擬電壓。而一般模擬量采樣的方式主要有２ 種，即壓電電阻式與靜電電容式，其中靜電電容式功耗更低［５］ 。

本研究擬采用高精度電容式ＭＥＭＳ 傳感器，并采用電路進行校準和角度測試。

３ 結束語

本研究根據(jù)職業(yè)院校各專業(yè)的特點，分析了各專業(yè)對機械測量技術的３ 個層次的不同需求，以及不同職業(yè)院校中的相關設備的欠缺、教學活動的不足，闡述了常用的現(xiàn)代機械測量技術原理和方法，以此為基礎設置了統(tǒng)一的機械測量技術訓練器具和項目，并引入了數(shù)字智能測試的概念與方法，與高職實踐教學及檢測技術實踐緊密結合，也可根據(jù)需要進行系統(tǒng)化的升級，使各專業(yè)學生在學習不同專業(yè)的同時，掌握應知應會的工科基礎測量技術，對其在專業(yè)領域的學習和研究提供更有效的幫助，能夠提高學生的學習興趣，對學生的其他課程學習都能起到一定的幫助作用。

參考文獻：

［１］ 段秋亞．高職院校工程測量技術專業(yè)課程教學與考核方式探究［Ｊ］．居舍，２０２０（７）：１８０．

［２］ 楊麗艷．檢測技術在自動化機械制造系統(tǒng)中的實際運用［Ｊ］．現(xiàn)代國企研究，２０１８（２４）：１５４．

［３］ 盧曉智，陳俊超，高祖宇．檢測技術在機械自動化制造系統(tǒng)中的應用［Ｊ］．科學技術創(chuàng)新，２０１８（１０）：１７４?１７５．

［４］ 趙晶晶，王明路．檢測技術在自動化機械制造系統(tǒng)中的應用探討［Ｊ］．中國設備工程，２０１８（５）：８９?９０．

［５］ 裘祖榮，石照耀，李巖．機械制造領域測量技術的發(fā)展研究［Ｊ］．機械工程學報，２０１０，４６（１４）：１?１１．

作者簡介：龔安順（１９７５—），本科，副教授，研究方向：智能控制、新能源汽車關鍵技術。