MATLAB在测量技术教学中的应用_沈宝国

《装备制造技术》２０１４年第１２期

ＭＡＴＬＡＢ在测量技术教学中的应用

沈宝国，梁佩佩

江苏（江苏省联合职业技术学院镇江分院，

摘

镇江２１２０１６）

要：“测量技术”是中等职业学校机械加工专业的主干课程，而测量工具的使用是其中重要的一部分，是中职学生必

须掌握的一种操作技能。MATLAB是一套高性能的数值计算和可视化软件，含有图像获取、图像处理的工具箱。本文以角度测量工具（万能角度尺）的学习与使用为例，针对传统课堂教学模式中反馈不及时的问题，利用机器视觉技术，在MATLAB环境下，自主研发“工件角度测量自主学习软件”，构建新型课堂教学模式。它实现了对学生一对一指导，丰富了理实一体化教学的内涵，提高了教师的工作效率，起到了助学助教功能。关键词：MATLAB；测量技术；教学；应用中图分类号：Ｇ６４２

文献标识码：Ｂ

文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１４）１２－０２４３－０２

“测量技术”是中等职业学校数控专业的主干课程，是理论和实践联系比较强的一门基础课。机械制

造业中测量技术的对象主要有：长度、角度、表面粗糙

在教学过程中，度和形位误差［１］。学生需要掌握游标卡尺、千分尺及万能角度尺等常用量具的使用方法。ＭＡＴＬＡＢ是由ＭａｔｈＷｏｒｋｓ公司推出的一套高性

能的数值计算和可视化软件，其优点是集数值分析、矩阵运算和图形显示于一体。ＭＡＴＬＡＢ带有一系列的工具箱，包括图像获取、图像处理、神经网络、遗传算法等，可以最大限度地满足科学实验数据分析处理的需要［２］。

本文以角度测量工具（万能角度尺）的学习与使用为例，针对传统课堂教学模式，在ＭＡＴＬＡＢ环境下，利用机器视觉技术，构建新型课堂教学模式。

组练习，教师巡回指导。由于教师不能同时对所有学

生进行指导，所以当测量完一个角度后，学生无法及时得知自己测量数值正确与否。

（２）为满足一对一指导的要求，曾提议在每个工件上标记其角度。首先，标记角度无疑增大工作量；同时，经实践发现在测量有标记角度的工件时，正确的角度对学生有心理暗示作用，这样就会产生先入为主的思想，从而无法获取学生测量结果的真实情况。

２新型课堂教学模式

１传统课堂教学模式

理论学习：在理论课堂上，教师讲解游标万能角

度尺的分度值、结构、读数方法、注意事项、使用方法及适用场合等内容。

实践操作：一般由读数练习和工件角度测量两部分组成。前者可在课堂上完成，而后者在实训室中完成。在实训室里，通常教师把游标万能角度尺和工件分发到各个学生手中，让学生练习并快速掌握其使用技巧。

在这个教学过程中存在两个问题：（１）无法实现一对一指导。在实训课上，学生按

在总结当前角度测量教学中存在的问题和了解

到机器视觉技术的发展基础上，构建新型课堂教学模式。该课堂教学模式由硬件和软件两部分组成。硬件主要有：光源部分、ＵＳＢ接口的摄像头、计算机、编有序号的三角形工件，如图１所示。为了保证从图像中测量的角度反映工件的真实角度，须使摄像头光轴垂直于被测工件的平面。

图１

系统组成

新型课堂教学模式的创新之处在于自主开发的“工件角度测量自主学习软件”，在ＭＡＴＬＡＢＲ２００７ａ环境下编制，其初始界面如图２所示。功能按键有理

收稿日期：２０１４－０９－１６

基金项目：“青蓝工程”资助作者简介：沈宝国（１９８１－），男，山东枣庄人，讲师，主要从事视觉检测与定位研究。

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论学习、打开视频、测量处理、关闭视频和数据查询；功能输入键（在按下打开视频后显示）有姓名、工件号、角度值及疑难问题反馈等内容的输入；功能输出键有信息反馈和结果显示。

进行简单提醒。

图５

数据查询

点击关闭视频功能键将返回到初始状态，如图２所示。

图２

初始界面

事先把理论学习的视频资料存储到平台的数据库中，这样学生只需点击理论学习功能键，就可以播放视频进行理论学习。

点击打开视频功能键，可以获取摄像头下方的景象，并显示所需要输入的内容，包括姓名、工件号及其角度值（按照从小到大的顺序输入），如图３所示。

３新型课堂教学模式的课堂调控

课堂时间为４０分钟，理论学习和实践操作各占

１５分钟，最后１０分钟，如图６所示。

理论学习打开视频测量处理关闭视频数据查询

教师了解学生的实际操作情况或查看提交的

疑难问题，有针对性地辅导，做到有的放矢。教师重点讲评约１０分钟

在视频资料的协助下，学生自主学习万能角度尺的分度值、结构、读数方法、使用方法、适用场合及注意事项等内容。１．学生用万能角度尺测量工件并获取三个角度值；

２．按界面要求填写相关数据。根据判断结果，有针对性再次练习，直至测量正确为止。

实践操作约１５分钟

图３

信息填写

图６课堂时间分配

首先学生用游标万能角度尺测量工件，获取三个角度值，然后将该工件放在摄像头下方并输入相关信息，最后点击测量处理功能键即可获取处理结果，如图４所示。最后将从图４中获取的角度值与学生本人测量的角度值进行比较，从而及时得知自己测量数值正确与否。

４结论

利用日臻成熟的机器视觉技术，打破传统课堂教学模式，在ＭＡＴＬＡＢ环境下构建了新型课堂教学模式。它实现了对学生一对一指导，丰富了理实一体化教学的内涵，提高了学生的学习效率，提升了教师的教学质量。

参考文献：

［１］沈学勤，李世维．极限配合与技术测量［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００２．８．

［２］张德丰．ＭＡＴＬＡＢ模糊系统设计［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００９．４．［３］鲁昌华，韩［４］刘［５］储［６］王

静，刘

春．基于ｈｏｕｇｈ变换的角度检测和特娜．大型工件角度的视觉测量方法［Ｊ］．君，等．基于图像的角度检测系统研究

征识别［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２００５，１９（５）：４５￣４９．

珍，包晓艳，赛珺，姚晓春，缪

电子测量技术，２００８，３１（８）：１０６￣１０８，１２２．［Ｊ］．光电技术应用，２００９，３０（６）：９４０￣９４２，９４６．

植，贺赛先，一种基于Ｃａｎｎｙ理论的自适应边缘检测方法［Ｊ］．中国图象图形学报，２００４，９（８）：９５７￣９６２．

图４

数值对比

点击数据查询功能键即可浏览各个学生的测量

信息，如图５所示。其中第一列显示姓名，第二列显示工件号，第三列显示测量结果。比如，第二行数据为王刚０８ＴＴＷ；代表的含义是指王刚同学在测量工件号为０８的工件时，前两个角度测量是正确的，最后一个角度测量是错误的。

通过数据查询功能，教师可以了解到各个学生实际操作情况，做到有的放矢，或进行详细指导，或

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系列评价结果表明，学生基本上适应并主动投

入任务的开展中，在规定时间内有效完成每一个课程任务，技能考查也说明学生对相关技能的掌握情况达到预期效果。课程教学改革的具体实践措施将会在以后的教学中进一步的完善与推广。

引导，结果评价；学生作为任务的执行者，务所驱，消化知识，技能获取。教学改革实践中，教师专注负责的力与求，极大地提升自己的业务能力与专业水准；学生主动参与的学与做，根本上改变对已有知识收储的惰性氛围，这对优秀专业情感的形成，无疑是一大促进。换句话说，任务驱动课程教学模式，在高职高专学生专业基础素质培养过程中，教学相长，相得益彰。

参考文献：

［１］国办发【２０１４】１９号．国务院关于加快发展现代职业教育的决定，２０１４．

［２］戴士弘．职业教育课程教学改革［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００７．

４结束语

教师将一门课程设计成一个个可靠易操作的任

务，本身就是一次艰苦的学习经历，这是任务驱动教

学的大前提。每一单元，每一任务的顺利完成，自然就是一次技能熏陶与获取的过程。这种教与学的过程，其中教师扮演着不同的角色，总体设计者，进程

“ＨｙｄｒａｕｌｉｃａｎｄＨｙｄｒａｕｌｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”ＣｏｕｒｓｅＴｅａｃｈｉｎｇＲｅｆｏｒｍＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＴａｓｋＤｒｉｖｅｎ

ＺＨＵＪｉｅ－ｈｏｎｇ，ＬＯＮＧＹｏｕ－ｑｉａｎｇ，

（ＢｅｉｈａｉＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＢｅｉｈａｉＧｕａｎｇｘｉ５３６０００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｒａｉｎｉｎｇｓｋｉｌｌｅｄｐｅｒｓｏｎｎｅｌ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｐｐｌｉｃａ－ｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｒａｐｉｄｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ，ｔａｓｋｄｒｉｖｅｎｔｅａｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ，ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｍａｉｎｌｙｏｎｔｈｅ＂ｏｖｅｒａｌｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃａｎｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ＂ｏｆｃｏｕｒｓｅｃｏｎｔｅｎｔ，ｔｅａｃｈｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅａｎｄｃｕｒｒｉｃｕｌｕｍｅｖａｌｕａｔｉｏｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔ，ｅｘｐｏｕｎｄｓｔｈｅｃｏｕｒｓｅｐｒａｃｔｉｃｅｔｅａｃｈｉｎｇｉｎｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔａｓｋｄｒｉｖｅｎ．Ｂｅｃａｕｓｅｔｅａｃｈｉｎｇｉｓｔａｒｇｅｔｅｄ，ｔｈｅｐａｒｔｉｃｉｐａｔｉｏｎｏｆｓｔｕｄｅｎｔｓｉｍｐｒｏｖｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ｐｒｏｍｏｔｅｓｔｕ－ｄｅｎｔｓｔｏｆｏｒｍｇｏｏｄｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｅｔｈｉｃｓ，ｓｏａｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇｑｕａｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｎｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｒａｎｓ－ｍｉｓｓｉｏｎ；ｔｅａｃｈｉｎｇｒｅｆｏｒｍ；ｔａｓｋｄｒｉｖｅｎＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｎｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｔｅａｃｈｉｎｇｒｅｆｏｒｍ；ｔａｓｋｄｒｉｖｅｎ

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

）（上接第２４４页

ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭＡＴＬＡＢｉｎＭｅａｓｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＴｅａｃｈｉｎｇ

ＳＨＥＮＢａｏ－ｇｕｏ，ＬＩＡＮＧＰｅｉ－ｐｅｉ

（ＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＺｈｅｎｊｉａｎｇＢｒａｎｃｈｏｆＣａｒｅｅｒＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＺｈｅｎｊｉａｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１２０１６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：＂ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＂ｉｓｏｆｍｅｄｉｕｍｏｃｃｕｐａｔｉｏｎｓｃｈｏｏｌｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｂａｃｋｂｏｎｅｃｏｕｒｓｅｓ，ｔｈｅｕｓｅｏｆａｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｏｏｌｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔ，ｉｓａｖｏｃａｔｉｏｎａｌｓｃｈｏｏｌｓｔｕｄｅｎｔｓｍｕｓｔｍａｓｔｅｒｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｋｉｌｌｓ．ＭＡＴＬＡＢｉｓａｓｅｔｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｍｐｕｔｉｎｇａｎｄｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ，ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｔｈｅｉｍａｇｅａｃ－ｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｏｏｌｂｏｘ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｔａｋｅｓｔｈｅａｎｇｌｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｏｏｌｓ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌａｎｇｌｅｒｕｌｅｒ）ｌｅａｒｎｉｎｇａｎｄｕｓｉｎｇａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｆｏｒｎｏｔｔｉｍｅｌｙｆｅｅｄｂａｃｋｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｌａｓｓｒｏｏｍｔｅａｃｈｉｎｇｍｏｄｅ，ｕｓｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｖｉｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅＭＡＴＬＡＢｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ＂ｗｏｒｋｐｉｅｃｅａｎｇｌｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｅｌｆ－ｒｅｇｕｌａｔｅｄｌｅａｒｎｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅ＂，ｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔａｎｅｗｃｌａｓｓｒｏｏｍｔｅａｃｈｉｎｇｍｏｄｅ．Ｉｔｒｅａｌｉｚｅｄｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｓｏｎｅｏｎｏｎｅｉｎ－ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｅｎｒｉｃｈｔｈｅｃｏｎｎｏｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｙａｎｄｐｒａｃｔｉｃｅｏｆｔｅａｃｈｉｎｇ，ｔｅａｃｈｅｒｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｗｏｒｋｅｆｆｉ－ｃｉｅｎｃｙ，ｐｌａｙｅｄａｓｔｕｄｅｎｔａｓｓｉｓｔａｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＡＴＬＡＢ；ｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ；ｔｅａｃｈｉｎｇ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

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