测量工具及公差定义仿真教学平台

该教学平台包括常用测量工具的仿真及国标公差的定义与评价方法，适用于高校机械专业公差相关的教学场景，可满足疫情下的远程教学需求。

常用测量工具仿真——方便教师在仿真环境下讲授常用测量工具的使用方法，也极大方便学生掌握测量工具的使用与数据核验。

国标公差定义及其评价方法——在3D环境中解析常用公差的定义及其评价方法，为公差教学提供一个可感知的参数化的教学环境，加深学生对公差定义及意义的感性认识；该教学平台还可定义个性化数据，通过手动添加、修改或删除公差评价中的测量数据来查看或验证公差评价结果，方便并丰富了高校中的公差教学及其实验内容。

常用测量工具仿真

         常用测量工具包括：游标卡尺、千分尺、百分表、千分表，所有测量工具都是基于矢量图形绘制，不存在放大失真与读数不清晰的问题。

图 1 常用测量工具

      游标卡尺

游标卡尺仿真功能：利用矢量图形绘制，可无限放大卡尺细节，方便教学讲解。可利用滚动条控制游标卡尺的移动，也可以直接设置数值，也可选择游标卡尺的几种工作方式。

图 2 游标卡尺的几种使用方式

千分尺

         包括微动功能以真实仿真实际中的千分尺工作方式，利用矢量图形绘制，可无限放大细节，方便教学讲解。学生可通过滑块移动该测量工具，也可以手动设置数值查看该测量工具的移动位置。

图 3 千分尺仿真

百分表

         利用矢量图形绘制，可无限放大细节，方便教学讲解。包括置零功能以仿真百分表真实使用场景。学生可通过滑块移动该测量工具，也可以手动设置数值查看该测量工具的移动位

图 4 百分表仿真

千分表

         利用矢量图形绘制，可无限放大细节，方便教学讲解。包含置零功能以仿真千分表真实使用场景。学生可通过滑块移动该测量工具，也可以手动设置数值查看该测量工具的移动位置。

国标公差及其评价方法

本公差教学平台包含所有国标公差的定义及其详细评价方法，在3D环境中实现了参数化的公差演示与国标公差评价算法实现。教学情景见图 5所示，软件界面如图 6所示。

图 5 教学情景框图

图 6 软件界面

功能介绍

公差演示界面

以圆度公差举例，可以看到圆度公差带如何约束几何元素的变化范围，超差时几何形状的变化，并可以动画形式动态展示不同参数下的几何尺寸变化情况。

左侧可以设置该几何元素对应几何尺寸，公差带，是否有超差及超差数值，并可展示此参数设置下的几何元素的动态变化。

图 7 圆度公差定义及参数化动态演示界面

      公差评价界面

         此界面中主要演示如何逐步计算出该公差数值过程，当然不同的公差定义评价方法各异。

此处以圆度公差评价为例，在得到测量点后先将所有测量点向平面投影，然后利用投影后的测量点数据来拟合一个圆，再找出所有测量点距离新拟合圆的圆心最远距离与最近距离，最后将两个距离求差就可得出该圆的圆度公差。

         个性化数据验证

         使用者可以此界面中手动添加、删除或者批量导入测量点数据，方便教学中的公差验证或计算实验。

其它公差功能截图

图 8 圆度公差的演示界面

图 9 圆度公差的评价界面

图 10位置度公差的演示界面

图 11 位置度公差的评价界面

图 12 端面全跳公差演示界面

图 13 端面全跳公差评价界面