三坐标测量实践教学设计论文
摘要：三坐标测量机是一种高效率、高精度的测量设备，在现代工业中得到了广泛的应用。在3+1教学模式下所设计的三坐标测量课程有着重要的意义。课程的设立，便于学生掌握现代测量技术，提高学生的工程实践能力，有利于学生的就业。实践证明，三坐标测量机开设实践教学，有利于学生巩固公差、测量等理论知识，增强学生的创新能力，拓宽学生的就业方向。
关键词：三坐标测量；实践教学；测量技术
三坐标测量是20世纪60年代逐渐兴起的一个产业，随着人们对于产品加工能力的进步，对于测量技术也有进一步的要求。三坐标测量机是一种以精密机械为基础，集光、机、电、计算机综合为一体的现代精密测量设备。将三坐标测量机作为学生的实践教学内容之一，有利于学生巩固测量技术的理论知识，同时能掌握先进的测量技术。便于拓展学生的知识结构，提高他们的工程实践能力，为学生的就业打下良好基础。
1教学设计
课程设计采用西安爱德华测量有限公司生产的Dasiy686的三坐标测量机。测量系统所配备的软件AC-DMIS是一种基于DMIS语言的交互式测量软件，既能检测规则的特征元素，也能检测自由曲面。在实践教学环节分为手动测量和自动测量。手动测量是用手操器控制测头系统进行测量。自动测量是在CNC模式下，运行预先借助CAD编制好的程序，来控制机器实现自动测量。课程中将被测件的CAD模型导入测量软件中，由学生根据教学要求在数模上直接编程，再自动模式下检测工件，最后输出测量报告并打印。为提高学生学习积极性，将被测零件定为他们在数控铣床上自主加工的零件。通过对该零件的检测使学生对于产品质量检测有进一步的认识，并了解自己在数控加工方面的欠缺。
2教学内容
课程内容共分为七个方面，分别为：开机、测头选择、基本几何元素的测量、相关功能的使用、工件坐标系的建立、借助CAD编程和结果输出。（1）开机。开机操作中主要注意两点：一回零，即回到测量机的机械初始状态。二是检查气源供压力能否实现此气浮导轨形式的三坐标测量机的运动。（2）测头选择。本课程采用的是雷尼绍的PH10T测头系统，基本组成是测头座、连接器本体、模块选项、测针。此外可根据测量需要可添加测头加长杆或测针加长杆。其中对于测针的选用，要注意：一在满足测量要求的情形下，尽量选用短测针，以便减少由测针弯曲带来的偏移；二要尽量减少连接点，因为加长杆的接入会额外引入新的弯曲和变形点，从而降低测量精度。（3）基本几何元素的测量。三坐标测量包含十二个基本几何元素，分别是点、圆、圆弧、椭圆、球、方槽、圆槽、圆环、直线、平面、圆柱和圆锥。它们是由测量点通过最小二乘法、最大内切法或最小外接法计算得出的。前八个是点元素，它表达元素的尺寸和空间位置。后四个是矢量元素，它既要表达元素的空间方向，同时也可能表达元素的尺寸和空间位置。此外，还有组合元素，它主要是针对点元素之间的组合。比如两个圆可以通过两个圆心的组合得到一条组合直线。（4）相关功能。三坐标测量的相关功能分别是：相交、角度、距离、垂直、对称、镜像、圆锥、投影以及平面相交点的计算。通过相关功能的应用使学生对基本几何元素有进一步的认识理解。（5）工件坐标系的建立。三坐标测量机的坐标系有：原始坐标系、机械坐标系、工件坐标系以及模型坐标系。原始坐标系，是开机时的坐标系；机械坐标系，是回零后的坐标系，它是唯一的；工件坐标系，是根据零件的基准建立的坐标系，也就是测量基准，可以根据测量需要建立若干个；模型坐标系，是三维模型的基准。建立工件坐标系意义在于：一是找正零件，当零件放置位置与机械坐标系不平行时，可通过建立坐标系来实现找正，从而避免误差；二是指出零件放置位置，实现程序的自动运行；三是使零件与模型坐标系一致，以便编程。建立工件坐标的方法有很多种，其中最常用的是工件位置找正法，即3-2-1法则。具体如下：①3个点确定基准平面。基准平面的目的是空间找正，其法线就作为Z轴。②2个点确定基准直线。基准直线的目的是轴向摆正，它是围绕第一轴旋转而产生的第二轴。③1个点确定坐标零点。根据右手直角笛卡尔坐标系，确定了两个轴，第三轴也就固定了。再用前面学过的相关功能之类的运算求得坐标零点。按照X=0，Y=0以及Z=0进行同时偏置即可得到坐标原点。（6）借助CAD编程。三坐标测量的编程方式有三种：一是自学习编程；二是脱机编程，即高级语言编程；三是借助CAD编程，是此课程的重点，它是一种数模比对测量的编程方法，必须有CAD模型，将其导入测量软件中，在模型上进行编程，可实现高效无图化生产。编程的步骤分别为：①建立工件坐标系，来找正零件位置；②建立安全平面，避免自动运行程序时出现撞针现象；③在自动模式下，打开CAD系统中的特征测量直接在模型上拾取被测元素，如用线拾取要测量的圆，面拾取要测量的圆柱等；④查看所有节点路径，确定路径无碰撞，再运行程序。首次运行程序注意减慢速度，防止撞针；⑤保存程序文件。（7）结果输出。测量结束后，软件可输出多种形式的检测报告。根据图纸的加工要求选择需要的测量结果，显示在检测报告中，将其保存并打印出来。
3结语
三坐标测量课程的引入，填补了学生在先进测量技术上的空缺，可以激发学生的学习热情，提高学习的主观能动性。同时通过检测自主设计生产的被测件，使学生对于设计、生产和测量有更直观、更深刻的认识，从而提高他们的综合创新设计能力以及解决复杂问题的能力，对于他们今后的就业有一定的指导意义。
作者:张竹青
肖龙雪
刘建鹏
花国然
单位:南通大学
参考文献
［1］张晓东，王保平，汪菊英.应用型机械类本科“3+1”人才培养模式的改革思路［J］.装备制造技术，2010，（2）：198-200.［2］李大鹏，崔洋.三坐标测量机在逆向工程的应用［J］.机械设计与制造，2007，（7）：72-74
点击咨询