精密測量技術實驗室建設與應用探討

李敏

(蘇州技師學院機電工程系,江蘇蘇州 215009)

精密測量技術實驗室建設與應用探討

李敏

(蘇州技師學院機電工程系,江蘇蘇州 215009)

隨著制造業不斷朝著精密化、快速化的方向發展,對零件的檢測也提出了越來越高的要求。本文針對當前迅猛發展的精密檢測技術,遵循與企業實際緊密結合的原則,深入企業進行調研。將精密測量技術實驗室的建設與企業實際緊密結合起來,使得我們培養出來的學生畢業即可上崗,既具有很好的動手操作能力,又有一定的理論知識,能夠很好地滿足企業的需求。

精密測量 三坐標測量機 逆向工程

先進制造技術的發展日新月異，使得未來制造業發展的主要趨勢是向精密化、柔性化、智能化、集成化、全球化、網絡化、虛擬化的方向發展[1]。精密測試技術就要適應這種發展，它在機械學科中的作用是：為先進制造業服務，擔負起質量技術保證的重任。

作為專門為企業輸送高技能人才的職業院校，我院積極調研企業生產需求，新成立了精密測量技術這一專業。

2009年5月，我院以精密測量技術實驗室的建設為基礎，經過一年的實踐與研究，實驗室建設已經完成，取得了一定的成績，在總結研究成果的基礎上，我們提出如下報告。

圖1 三坐標測量機

圖3 影像儀

圖4 光學投影儀

圖5 測長儀

圖6 粗糙度儀

圖7 快速成型機

1 研究背景

2009年，我校機電工程系針對當前就業形勢及企業需求，新開設精密測量技術這一專業。根據該專業課程設置，遵循與企業緊密合作的原則，以就業為導向，建立精密測量技術實驗室。該實驗室主要承擔我院學生零件檢測及相關課程的實驗教學。使學生在掌握常用量具的前提下，學會利用各種高精密儀器(如三坐標測量機等)測量復雜零件及高精度零件的方法。同時，該實驗室還可用于本校老師及學生進行教學研究、對外高技能人才的培訓、校企合作進行企業零件的鑒定等業務。

圖8 真空注型機

圖9 逆向工程產品展示

2 研究思路

本課題的研究明確定位于高水平精密測量實驗室的建設，旨在培養適應企業需求的、具有一定設計能力的高技能人才。主要遵循以下研究思路：

(1)由學院相關領導和機電工程系領導及相關教師成立課題組開展本課題的研究；

(2)課題組成員通過調研，緊密聯系企業生產現狀，共同探討精密測量技術實驗室教學與裝備的思路與途徑，做好實驗室裝備規劃工作；

(3)采用教師培訓與實驗研究同步進行的工作模式；

(4)充分利用各種資源，建立科研、教學、培訓集成一體的實驗室。

3 研究方法

(1)信息研究法：通過參觀、調研、資料檢索等各種途徑，搜集整理兄弟院校在精密測量實驗室研究方面的成功經驗，從而使我校的實驗與研究建立在國內外先進的研究成果基礎之上；

(2)理論分析法：靈活運用教育學理論、素質教育理論、實驗教學的發展規律等基礎理論，對實驗室建設的各種現象進行科學、全面、深入地分析，保證研究遵循科學規律；

(3)對比法：比較實驗室建設前后，教師組織教學情況和學生的實際操作能力，觀察精密測量能力的提高情況。

4 研究結果及其分析

一年來，結合學院“創新、效能、品牌”的目標，我們深入相關企業、兄弟院校、科研單位進行了大量的調查與研究，課題組成員結合調研情況進行了多次探討，最終確定精密測量實驗室建設方向與具體實施方案。

通過調研我們發現目前大部分企業在測量方面有如下幾個方面的要求。

4.1 常規測量

精度要求不高，常規零件的檢測。這些零件的檢測方法通常很簡單，只需要使用游標卡尺、千分尺、高度規、粗糙度檢測樣板、角規等這些常規量具就可對工件進行檢測。也是測量人員應具備的基本技能。

4.2 影像儀、光學投影儀

影像儀、光學投影儀在企業的應用比較廣泛。它利用光學測量原理并結合非接觸測量手段，可以實現二維平面內尺寸的測量，量測對象可為塑膠五金件，PCB板，底片或其它具有2D特性的物件。它可以量測物體上圓(弧)心、半徑、線寬、夾角、距離、交點，還具有統計分析、自動對焦、自動檢測等功能。適合行業二維抄數、繪圖、工程開發、各種精密電子、模具、五金塑膠、PCB板、導電橡膠、螺絲、沖壓件、手表、手機等測量需要，測量精度可達μm級。

4.3 測長儀

測長儀是一種精密機械、光學系統和電氣部分相結合起來的長度計量儀器。本儀器除可用于對零件外形尺寸進行直接測量和比較測量之外，還可以使用儀器所附有的專用設備進行各種特殊測量工作。該儀器主要用于金屬加工工業，特別是在機器制造、軸承制造、量具制造及精密工具制造和儀器制造等企業計量室和各級專業計量部門。測量精度可達到0.1μm。

4.4 三坐標測量機

三坐標測量機主要用于機械、汽車、航空、軍工、家具、工具原型、機器等中小型配件、模具等行業中的箱體、機架、齒輪、凸輪、蝸輪、蝸桿、葉片、曲線、曲面等的測量，還可用于電子、五金、塑膠等行業中，可以對工件的尺寸、形狀和形位公差進行精密檢測，從而完成零件檢測、外形測量、過程控制等任務[2]。三坐標測量機采用接觸式與非接觸式兩種測量方法，結合相應的軟件對零件進行全尺寸檢測，并可為逆向工程技術采集數據。測量精度一般可達μm級。利用三坐標測量機進行零件的檢測是目前企業測量采用的主要手段。

4.5 粗糙度儀

加工零件時，除需要對尺寸精度、形位公差進行檢測以外，還需要檢測其表面光潔程度。除了常規的粗糙度檢測樣板以外，目前企業用到比較多的是使用粗糙度儀檢測。糙度儀是檢測工件表面粗糙度的數字化電子儀器，由于準確度高、穩定性好、便于操作等優點迅速普及開來。

4.6 特殊尺寸的檢測

長軸類零件同軸度的檢測、圓度的檢測、易變形零件的檢測等這樣一些特殊尺寸的檢測一直是精密測量領域的難題。根據企業實際要求在教學的同時引領學生參與課題的研究。

根據以上需求，遵循緊密結合企業實際的原則，我們建設并成立了精密測量技術實驗室。該實驗室主要配備了常規測量儀器、影像儀、投影儀、測長儀、粗糙度儀及三坐標測量機等。其中，為了提高效率，三坐標測量機的教學還引入了專門的教學仿真軟件。同時，為了滿足模具專業學生技能訓練的需求，我們還引進了快速成型機和真空注型機，培養學生在模具設計、制造方面的能力。

精密測量技術實驗室主要涵蓋了精密測量和逆向工程這兩個研究方向。目前，實驗室的建設已基本完成，各種儀器已全部到位，相關師資培訓也已完成。實驗室已初步投入使用。

以下為已建設完成的精密測量技術實驗室相關資料圖片：(見圖1-9)

5 創新

本課題的研究著眼于當前職業院校教學脫離于企業實際需求，畢業生掌握技能不夠尖端這一問題，實驗室規劃以企業實際使用的三坐標測量機及快速成型設備為主導，以就業為導向，與企業積極合作進行新課題的研究開發與教學。

本課題的創新之處主要有如下兩個：

(1)精密測量實驗教學。利用各種高精度儀器測量復雜零件，測量精度可達3μm；

(2)逆向設計能力教學研究。結合三坐標測量機和快速成型設備，可進行無CAD模型零件的掃描、重構、全尺寸檢測，培養學生的模具設計能力，同時進行校企合作課題的研究。培養精密測量領域與模具設計領域的高技能人才。

6 實驗室建設與應用展望

(1)理論與實際相結合。通過與多個企業溝通我們發現，很多企業品管人員在測量時對圖紙上的各種精度尺寸及形位公差沒有理解，也就無從談起準確地測量了。這也正是我們在教學中的一個弱點。同時，對我院各專業學生而言，單純的理論教學很難使學生理解各種公差的含義。所以我們可以在精密測量技術實驗的同時結合公差配合與測量這門課程進行講解，并且盡量選用企業實際零件，就使學生能深刻理解測量精度與公差的含義；

(2)國標與歐美標準的統一教學。由于我校大部分學生畢業后都要面向外企就業，而歐美企業進行產品檢測時只有歐美標準的圖紙，但學生在校學習的形位公差主要是國家標準的。因此，為了學生畢業后能盡快適應，在實訓中盡量選用典型零件測量，并結合各種形位公差標準進行講解；

(3)加強校企合作，在講授基本測量技能的同時將企業常見的產品引入教學當中，使學生能夠實際體驗企業品管部門產品檢驗環節。同時，我們還可以模擬企業產品檢測的流程制定產品檢測流程表，經過教師一定的示范與講解后，采用行為引導型教學方法，以學生為主導，引導學生嚴格遵循企業實際檢測流程進行零件的檢測。這樣，當學生進入企業工作以后，可以很順利地實現角色的轉換；

(4)貫徹“產學研”相結合的原則，積極與相關企業聯系，建立長期的合作關系。充分利用現有設備，與企業合作進行產品的檢測及研發。不僅提高教學質量，還要逐步提高教師科研能力。如特殊產品的檢測、逆向工程等都是很好的科研課題；

(5)面向社會高技能人才的培養。目前，企業對精密檢測行業高技能人才有很大的需求，但這部分人才技能的培養大都依靠傳統的師傅帶徒弟的方式，精密檢測人員的整體素質無法得到很好的提升。由于實驗室設備的配置緊密結合企業實際，作為市公共實訓基地的一部分，實驗室在承擔精密檢測相關專業教學的同時，還可以充分發揮其作用，開展面向社會的高技能人才培訓，真正實現其應用價值；

(6)與企業合作進行零件的檢測與鑒定。精密制造企業對零件的檢測都是必須的。但對于一些中小型企業而言，可能由于各種原因無法進行零件的精密檢測。我們就可以利用實驗室的優勢，與企業合作進行零件的檢測與鑒定。這樣不僅為企業提供了方便，也可以使我院相關專業學生盡可能多地接觸實際零件，有利于教學與研究。

7 結語

科學探究精密測量技術實驗室建設與應用已成為職業院校在教學中的重大改革。隨著經濟的發展，機械制造行業對生產率的要求越來越高。零件從設計、加工到檢測，既要保證精度，又要保證速度，這就使得精密而快速的測量成為必然。 應運而生的精密測量專業需要以高精度儀器的實驗教學為前提。同時，逆向工程這一新興行業在模具設計中也嶄露頭角。國內對這一課題的研究也只局限在少數高等學府中，而且只偏重于科研，教學方面操作技能的培養涉及較少。職業院校系統性地引進各種精密量具，并結合逆向工程教學科研，在我省大部分地區尚屬空白，本課題在這一領域的研究很好地填補了這一空白。

精密測量技術實驗室的建成，遵循校企合作這一原則，以培養滿足企業實際需求的高技能人才為導向，對培養模具專業及數控專業學生逆向設計、精密測量方面的專業基本能力及創新能力起到了很好地作用。

下一步我們還要充分發揮精密測量實驗室的作用，利用實驗設備進行精密測量及逆向設計領域的課題研究，解決企業實際問題，不斷提高教學及學生的專業能力。

[1]姚小群,陳統堅.展望新世紀的制造技術.東莞理工學院學報,2002年02期.

[2]張作鵬,陳學奎.淺談三坐標測量機及其應用.廣西輕工業,2009年07期.