精品毕业论文设计轮廓仪测量表面粗糙度实验教学平台.docx
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精品毕业论文设计轮廓仪测量表面粗糙度实验教学平台
江苏科技大学
本科毕业设计（论文）
学院机械工程学院
专业机械电子工程
学生姓名杨武俊
指导教师沈泽洪
二零一二年六月
江苏科技大学本科毕业论文
轮廓仪测量表面粗糙度实验教学平台
Virtualexperimentplatformofsurfaceroughnessmeasuredbyprofilometer
江苏科技大学
毕业设计（论文）任务书
学院名称：
机械工程学院专业：
机械电子工程
指导教师：
沈泽洪职称：
高工
毕业设计（论文）题目：
轮廓仪测量表面粗糙度实验教学平台
一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）
为了提高学生轮廓仪的操作技能及教学效果，轮廓仪测量表面粗糙度计算机辅助教学软件需要一个连续开发的过程.本毕业设计涉及如下内容和要求:
1.轮廓仪测量表面粗糙度实验课的作用及现状分析;
2.运用计算机技术,提高轮廓仪测量表面粗糙度虚拟实验平台实验教学的可行性分析;
3.计算机辅助实验教学系统的开发:
（1）开发思想
（2）系统的组成
（3）典型实验课的辅助教学程序设计及实验;
4.进一步扩展设计功能.途径与思路,并为后续开发留下接口
二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）
1.毕业设计报告
（1）系统开发及使用说明书;
（2）程序设计框图及清单;
（3）要求的外文资料翻译;
2.总结报告.
三、完成日期及进度
1.1到3周调研,开题报告;
2.4到9周虚拟实验平台制作;
3.10到11周编写说明书和翻译;
4.12周答辩．
四、同组设计者（若无则留空）：
四、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:
［1］景旭文.互换性与测量技术基础.北京：
中国标准出版社，2002.12
［2］董敬知.正确理解应用表面粗糙度.机电技术.北京：
机电技术出版社，2010
［3］高晓康.几何精度设计与检测.上海：
上海交通大学出版社，2002
［4］陈隆德，赵福令.机械精度设计与检测技术.北京：
机械工业出版社，2000
［5］赵永彪，毛雅丽.表面粗糙度的测量分析.上海：
制造业自动化，2011
［6］李富荣，刘晓悦.Authorware7实用教程.北京：
清华大学出版社，2006
［7］卫东，郝用兴.Pro/Engineer5.0实用教程.北京：
北京大学出版社，2011
［8］二代龙震工作室.Pro/Engineer5.0进阶提高.北京：
人民邮电出版社，2010
系（教研室）主任：
（签章）年月日
学院主管领导：
（签章）年月日
摘要
表面粗糙度是指零件表面上具有较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征。
机械加工过程中形成，直接影响零件的配合性质，表面的耐磨性，抗腐蚀性，疲劳强度，密封性，导热性及使用寿命。
根据粗糙度的几何定义，使用轮廓仪可以对测量出被侧面的Ra，Ry等参数。
本次毕业设计使用了三维设计软件Pro/E、视频制作软件电影魔方、音效处理软件Goldwave、图像处理软件isee和多媒体动画制作软件Authorware。
引用多媒体技术，从而使实验教学更具有互动性和趣味性，增进了学生对轮廓仪的了解和对于实验原理的掌握理解。
关键词：
粗糙度；轮廓仪；Authorware；
Abstract
Thesurfaceroughnessreferstothepartsonthesurfacewithsmallspacingandtinypeakandvalleyofgeometricshapemicrocharacteristics.Itdevelopsintheprocessofmechanicalprocessing,directlyaffectingthepartswithnature,thesurfaceofthewearresistance,corrosionresistance,fatiguestrength,sealing,thermalconductivityandservicelife.Accordingtotheroughnessofthegeometryofthedefinition,wecanmeasuretheRa,Ryparametersbyprofilometer.
3DdesignsoftwarePro/E,videoproductionsoftwaremovierubik'scube,soundprocessingsoftwareGoldwave,imageprocessingsoftwareIseeandmultimediaanimationAuthorwaresoftware.Quotingthemultimediatechnology,theexperimentteachingbecomesmoreinteractiveandinterestingmeanwhileenhancingstudentstomastertheexperimentalprincipleandgetmuchmoreabouttheprincipleofprofilometer.
Keywords:
surfaceroughness;Authorware;profilometer
第一章绪论1
1.1概述1
1.2研究现状及存在的问题1
第二章计算机辅助教学技术概述3
2.1计算机辅助教学的概念及意义3
2.2多媒体程序的开发过程4
2.2.1需求分析4
2.2.2教学设计5
2.2.3编写脚本5
2.2.4素材的准备6
2.2.5程序的生成、测试与打包6
2.2.6多媒体程序制作需要注意的问题6
第三章设计思路7
3.1总体设计7
3.2多媒体程序的设计7
3.2.1文字的设计7
3.2.2声音的设计8
3.2.3图形、图像、动画、视频的设计8
3.2.4按钮、热字及热键的设计9
3.2.5颜色的设计9
第四章软件学习10
4.1概述10
4.2Authorware10
4.3Pro/E13
4.4电影魔方15
4.5Goldwave和Isee15
第五章素材制作16
5.1Pro/E三维建模16
5.1.1零件建模16
5.1.2组件22
5.1.3动画23
5.2Isee图片制作和Goldwave声音处理24
5.3电影魔方视频制作24
第六章多媒体程序编写26
6.1程序流程图26
6.2脚本编写29
6.3声音文件的引入29
6.4图片引入30
6.5视频文件引入30
6.6特效及交互的实现31
6.7多媒体程序调试打包32
6.8多媒体程序使用说明的编写33
第七章程序运行过程说明34
第八章实验原理说明37
8.1测量原理37
8.2轮廓仪的使用38
结论40
致谢41
参考文献42
第一章绪论
1.1概述
由于学校实验教学教学资金有限，实验教学仪器相对落后，导致了实验教学内容陈旧，互换性测量实验、实训设备价格昂贵，资金投入大。
多媒体虚拟实验平台的制作与使用，能极大地降低验室建设成本，缓解由于财政压力给实验实训教学环节带来的不利影响，有利于学生实践操作能力的培养。
本次毕业设计主要使用的编程软件为Authorware软件，这是一款强大的多媒体程序制作软件，其制作的多媒体程序有很强的交互性，趣味性和实用性。
表面粗糙度是零件表面的微观几何特征，是影响零件的配合性质，导热性质，摩擦性质等的重要参数，也是评定零件质量的重要指标。
实验使用的是JB1—C型轮廓粗糙度测量仪，具有使用方便，测量准确等优点。
1.2研究现状及存在的问题
随着计算机多媒体技术的迅速发展，信息时代的学习、生活方式都发生了重大变革。
作为计算机辅助教学重要分支的虚拟实验教学技术也在蓬勃发展。
这也促成了作为培养和提高学生动手实践能力、观察能力、分析问题和解决问题能力等方面有着先天优势的高校进行实验教学改革。
目前，我国传统实验教学环节不足、实验资源不均衡，实验教学多采取教师讲授，学生模仿实践，导致了学生创新能力不足，缺乏交互性。
虚拟实验教学环境的研究与建设有利于解决当前实验教学中存在的问题。
在虚拟实验平台中，学生既可以在虚拟实验台上动手操作，又可自主实验，有利于培养的操作能力、分析诊断能力、设计能力和创新意识。
学生更易获得相关的知识，科学的指导和敏捷的反馈。
虚拟实验平台是未来实验室建设的发展方向。
随着虚拟实验技术的成熟，人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作,在实验教学方面也具有如利用率高，易维护等诸多优点。
近年来，,国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟实验室。
我国是制造业大国，在生产领域，质量检验是重要的一环，作为零件质量指标之一的表面粗糙度检测尤为重要。
目前的测量方法主要有轮廓仪测量法，样板比较法，光切测量法，干涉显微镜测量法等，各测量方法都能测量一定范围的粗糙度值，已被广泛用于产品表面质量检测，但高校学生特别是机械、材料专业学生对粗糙度测量方法知之甚少。
第二章计算机辅助教学技术概述
2.1计算机辅助教学的概念及意义
随着现代科学技术的发展，计算机在教育领域得到了空前的发展。
计算机不仅是一门学科，而且正逐渐成为有效的教学媒体和教育管理的重要工具。
计算机辅助教学（Computer—AssistedInstruction,简称CAI）。
计算机辅助教学的重要分支——多媒体教学的应用给课堂教学带来了无限的生机与活力，它使当今的教学手段、教学方法、教学观念、教学形式、教学结构，以致教育思想与教学理论都发生了变革。
多媒体教学的优越性
（1）多媒体教学改变了传统教学手段。
它以巧妙的构思、生动的画面、形象的演示，引领课堂教学进入一个全新的境界。
计算机辅助教学不仅能替代许多传统教学的手段，而且能实现传统教学手段无法达到的教学效果。
利用计算机的动态画面展示事物发展或推理的全过程、利用它的图画特性将抽象的、理论的东西形象化、将空间的、难以想象的内容具体化
（2）多媒体教学除了能表现传统教学无法实现的一些生动的效果外，还可以增加课堂容量，提高学生感知新知识的速度，加深学生对知识的理解程度。
由于利用计算机辅助教学手段，使讲解更直观、更清晰、更具吸引力，更容易建立新旧知识之间的联系，学生学得更快且印象更深。
因此不论从理解或记忆的角度来看，计算机辅助教学都能达到良好的教学效果，它能使课堂容量大大提高，这是传统教学所无法比拟的。
（3）多媒体教学能在学生和教师之间自由调整和控制学习进程。
计算机具有很强的交互性，信息反馈速度很快，能够及时在教与学之间作出反映、作出调整，教师对学生的学习状况能够充分把握，甚至对每一个学生的掌握程度都可以及时测试、单独指导，因此，在因材施教方面也有计算机辅助教学（这里更倾向于计算机网络辅助教学）独到的一面。
对我们进行分层次教学提供了实施的可能性与理论依据。
（4）多媒体教学以计算机为载体，具有极强的传播性，能让更多的教者与学者从中受到启发，能够反复多次使用，容易被修改和移植。
它利用计算机的海量储存功能储存大量的信息，可以随时调用各时期、各阶段、各方面的资料，是信息的收集和传播方式的一次大变革，它还可以记忆学生所有的学习情况，以便学生及时更正思维方式思想方法，学生复习更是方便快捷。
同时，好的教学软件，还能推动教学改革的发展，好的教学方法也可随着软件迅速推广全国各地，这就促进了教学方法的更新。
因此，计算机辅助教学，作为信息化工程的一部分，也展现了它独特的魅力。
目前，主要使用的多媒体程序制作程序为Microsoft公司的powerpoit软件，Adobe公司的AUthorware软件。
前者主要用于演示文稿的创建，即幻灯片的制作。
可有效帮助演讲、教学，产品演示等。
后者是一种解释型、基于流程的图形编程语言。
Authorware重要用于创建互动的程序，其中整合了声音、文本、图形、简单动画，以及数字电影。
编制的程序具有强大的交互功能,可任意控制程序流程，在人机对话中，它提供了按键,按鼠标,限时等多种应答方式，它还提供了许多系统变量和函数以根据用户响应的情况,执行特定功能，编制的软件除了能在其集成环境下运行外，还可以编译成扩展名为.EXE的文件，在Windows系统下脱离Authorware制作环境运行。
2.2多媒体程序的开发过程
多媒体程序的制作开发是多媒体辅助教学的重要环节。
工欲善其事必先利其器，有了丰富多样，功能强大的多媒体程序，才能保证多媒体辅助教学收到预期的效果。
其制作过程可分为需求分析、教学设计、脚本编写、准备素材、程序编写调试与打包。
2.2.1需求分析
在开发多媒体程序以前，必须要明确以下几个问题：
（1）使用多媒体程序要达到的目的。
即要通过深入细致的分析，明确以下三个问题：
①教学内容的重点和难点是什么②哪些问题使用传统的教学方法不能解决③如何利用多媒体辅助手段突破教学难点
（2）采用何种教学模式。
即要根据课程内容和特点，确定本节课是以教师的讲解、演示为主还是以学生的自学、练习为主。
教学模式对多媒体程序的风格和表现形式起着决定性的作用。
（3）多媒体程序的内容。
并非所有的教学内容都适合或有必要使用多媒体来表现。
多媒体程序的内容既要根据教学需要来决定，还应注意充分发挥计算机的优点，克服传统教学中的不足。
具体到教学中，有些实际操作困难、仪器十分贵重或有危险性的实验，如：
物理学中的帕斯卡实验、化学中的接触法制硫酸、催化氧化法制硝酸等，通过视频剪辑或动画模拟，学生很容易看清变化的过程和原理；又如一些散文和小说，通过录音、影视剪辑创设情境，能促进学生对人物、情节和主题思想的理解，是传统教学所无法比拟的。
可见，利用多媒体程序的直观、形象、生动的特点可以帮助学生理解那些枯燥、抽象的知识点。
（4）教学对象。
不同年龄段的学生认知结构差别很大，多媒体程序的设计必须与学生的认知特征相适应。
中学生已经逐渐开始由直觉思维向抽象思维过渡，此时，应通过多媒体程序引导学生学习抽象概念，学习用语言符号去解释事物的内在规律，以逐步发展其逻辑思维能力。
其它因素，如程序的运行环境、设备的配置、素材的获取等问题也应该认真考虑，做到心中有数。
2.2.2教学设计
这是多媒体程序开发过程中最重要的一环，应按如下步骤进行：
（1）对所选教学内容进行深入细致的分析，了解大纲的要求，分析重点、难点，明确在教学过程中使用传统教学方法难以解决的地方在哪儿。
（2）教学需求分析，明确应用多媒体程序要达到的目标及与之相对应的教学模式（课堂教学型、课外自学型、练习辅导型），并以此为依据大体规划所需的媒体表现形式。
（3）更深入地规划所涵盖的教学内容，明确多媒体程序由哪些板块组成，并确定各板块所涉及的内容，明确整个教学过程在程序各部分中的表现形式。
2.2.3编写脚本
脚本设计是多媒体程序制作过程中的又一重要环节，它将多媒体程序的设计和制作紧密地联系在一起，是多媒体程序制作最直接的依据。
脚本的设计要按照教学设计的要求，并结合所用软件的特点来进行，要对制作过程进行全面、细致的划分，并以书面形式详细地写出来。
即将多媒体程序内容进一步细化，具体到每一屏的显示内容、画面设计、表现形式以及按钮的操控等都要一一罗列清楚，使其成为程序制作的精确的"图纸"。
为增强多媒体程序的感染力和表现力，在编写脚本时，还应注意艺术设计，如：
界面色彩的搭配、背景音乐的选择、图文的排版、文本字体字号、图形、图片的过渡效果、视频、动画的显示位置等。
整体风格的确定和对素材的艺术化处理，会对教学过程产生潜移默化的作用。
2.2.4素材的准备
恰当地选择多媒体程序的素材，能使程序的表现力更加丰富，有利于最大限度地调动学生的学习积极性，能引发学生的学习兴趣，能帮助学生更好地理解有关内容。
素材的准备工作一般是指文字的录入、图形、图像、音乐的获取和编辑、视频的截取和动画的制作等，这一阶段涉及面广，除了需要一定外部设备的支持以外，有时还需要相关技术人员的帮助。
2.2.5程序的生成、测试与打包
在多媒体开发工具的支持下，按照设计脚本的思路，将准备好的素材有机的组合起来，一个多媒体程序便生成了。
为保证程序的正常使用，还需要多次测试，以便能够发现程序在运行当中存在的问题，及时修改。
测试完毕后，通常还要将制作好的源文件打包，使之生成为可执行文件。
至此，整个多媒体程序的制作才算大功告成。
2.2.6多媒体程序制作需要注意的问题
多媒体教学由于集文字、声音、图像和动画于一体，直观生动，信息量大，不仅能都改善教学环境，还能够优化教学结构，是现代化教学技术的发展趋势。
但是，其也存在很多弊端，在多媒体程序的制作中需要注意。
（1）要充分重视学生在计算机辅助教学中的能动作用在多媒体教学中，教师仍起主导作用，学生仍处于主体地位，多媒体教学中，电脑只是一个中介，切不可喧宾夺主―以电脑为中心组织教学。
（2）因教适用不要过多地、盲目地使用多媒体手段，并非所有的内容都适合或有必要使用多媒体来表现，多媒体技术作为一种辅助教学手段，应该为促进教学而使用，而不应该为"哗众取宠"而使用。
（3）多媒体程序的要求在制作多媒体程序时，还应注意知识的科学性、准确性，防止产生误导，同时，在教学中应该充分利程序的多样性、趣味性和可交互性挖掘学生的创造能力、创新思维。
第三章设计思路
3.1总体设计
本次毕业设计的主要内容，是使用Authorware软件编写轮廓测试仪测量表面粗糙度实验多媒体程序。
实验目的是通过本次实验，是学生能够了解粗糙度各相关参数的定义和测量方法，同时，能够较为深入地了解轮廓测量仪的测量原理，增强动手实践能力和思考能力。
基于实验目的，多媒体程序注重于实验原理的分析介绍和测量过程的展示，对于一些扩展知识，有的放矢的进行讲解。
多媒体程序基于实际实验流程，以演示实验教学内容为主。
通过多媒体程序，图文并茂地解释粗糙度的定义，主要测量方法，并着重解释取样长度λc，评定长度Ln，算术平均粗糙度Ra，轮廓最大高度Ry，轮廓围观不平度的平均间距除的十点高度RzISO以及一些对实验教学作用不大的参数不做详细介绍。
在测量原理的介绍中，结合国内外测量技术的现状，有层次，有重点地介绍触针式平面粗糙度测量方法。
对于表面粗糙的光学测量方法，对比测量方法只做简要的介绍。
在测量仪器原理的介绍学习方面，将重点介绍JB-1C型粗糙度测量仪的传感测量原理，测量系统组成，仪器使用方法以及测量仪器装配的动画展示。
测量仪器的测量仿真及装配过程将选择Pro/E5.0版本完成，声音数据的处理使用Goldwave软件处理，图像使用isee软件处理，视频文件通过电影魔方处理。
在多媒体程序中，着重与实验教学内容的丰富性和趣味性，同时加强实验教学的交互性。
3.2多媒体程序的设计
多媒体制作软件Authorware把所有内容有机的集成在一起，整个集成过程使用了交互结构，放置不同的交互热区，使用热区以及菜单栏进行导航，界面的使用很友好、便捷，根据按钮图标即可进入相应的内容，在学习的过程中可以随时根据需要跳转到需呀的页面，更加便于学习者的学习。
3.2.1文字的设计
程序中包含了大量的文字信息，关系到能否达到实验教学效果。
设计时要做到：
（1）文字内容要简洁、突出重点。
根据对画面形象进行概括和提高以及表现教学内容的要求，文字内容应尽量简明扼要，以提纲式为主。
（2）要采用合适的字体形象。
字体形象是指字体的风格、字体的大小、字体的修饰、字的位置等。
（3）文字内容要逐步引入。
对于一屏文字资料，应该随着讲课过程逐步显示，这样有利于学生抓住重点。
（4）文字和背景的颜色搭配要合理。
文字和背景颜色搭配的原则一是醒目、二是易读，三是长时间看了不累。
3.2.2声音的设计
CAI程序中的声音主要包括人声、音乐和音响效果等。
人声主要用于解说、范读、范唱，在CAI程序中应用较少。
多媒体程序中，合理地加入一些音乐和音响效果，可以更好地渲染气氛、烘托环境，更好地表达教学内容，同时吸引学生们的注意力，增加其学习兴趣。
音乐和音响效果的设计应注意：
（1）音乐的节奏要与教学内容相符。
重点内容处要选择舒缓、节奏较慢的音乐，以增加感染力，过渡性内容选择轻快的音乐。
（2）音乐和音响效果不能用得过多，用得过度则成为干扰信息，效果适得其反。
（3）音乐和音响宜选用学生不熟悉的乐曲，这样有利于集中学生的注意力。
（4）背景音乐要舒缓，不能过分地激昂，否则会喧宾夺主。
音量不能太大，否则会造成学生去“听”音乐，而不是“感受”音乐。
要设定背景音乐的开关按钮或菜单，便于教师控制，需要背景音乐就开，不需要就关。
3.2.3图形、图像、动画、视频的设计
CAI程序中，图形、图像、动画等视频图像占较大比重，设计得好，可以起到事半功倍的教学效果。
反之，也会起到负作用。
（1）图的内容要便于观察。
图形、图像等画面设计要尽可能大，图的主要内容处在屏幕的视觉中心，便于学生观察。
（2）复杂图像要逐步显示。
对于较复杂的图，如果一下子显示全貌，会导致学生抓不住重点，也不便于教师讲解。
应随着教师讲解，分步显示图形，直到最后显示出全图。
（3）对于动画和视频图像，应具有重复演示功能。
对于动画和视频图像，学生可能一次没有看清，最好设计重复播放按钮，教师可以根据教学实际，重复播放。
（4）图形、图像分为静态和动态两种。
运用静态图像表达信息主要应考虑位置、大小、色彩等；动态图像的使用除考虑这一问题外，还要注意画面的组接技巧，即让屏幕画面之自然地过渡，中间没有明显跳跃感。
屏幕画面间的连接一般遵循“动接动、静接静”原则，力求自然、流畅，保持相邻画面在构图、色彩、亮度上的顺畅与协调。
3.2.4按钮、热字及热键的设计
按钮、热字及热键是多媒体程序中常用的交互方式，它们共同构成了多媒体程序生动友好的界面，对按钮、热字及热键的恰当运用与合理设计，对调动学生的非智力因素具有重要作用。
按钮是多媒体程序中最常用的实现人机交互的方式之一，它的外观式样如同真实设备的按钮，常被设计得多样，按钮在界面上的呈现是向上凸起的，有一定的立体感，按钮上面应有文字说明或能表达其功能的模拟图示。
热字或热键也是多媒体程序中最常用的实现人机交互的方式。
热字与热键设计主要是在信息群中突出它的存在。
如：
与其所在的背景构成反差，与文字群中的其它文字构成反差等。
此外也可有加下划线、反白及闪烁等方式来突出它。
3.2.5颜色的设计
多媒体程序中色彩的合理使用是激发和保持学生学习兴趣的重要因素。
在程序设计时，应从心理的、视觉的、美学的、教育的多角度出发，综合考虑程序中颜色的运用。
多媒体程序中颜色的设计要考虑全屏幕颜色和字体颜色，通常，全屏幕颜色不宜用饱和度较高、亮度较亮的颜色，因为这样容易引起视觉疲劳，而应使用稍暗的、柔和的色调。
文本是程序中的重要信息，文本中文字的颜色要与背景或全屏幕颜色有一定反差，以突出文字。
第四章软件学习
4.1概述
本次毕业设计使用三维设计软件Pro/E进行轮廓测量仪的建模和测量过程的动画仿真，利用其绘图模块，绘制实验需要使用到的被测表面轮廓图像，使用Isee对多媒体程序需要使用到的背景图片
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