《机器视觉与传感技术》课程标准.docx

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《机器视觉与传感技术》课程标准

《机器视觉与传感技术》课程标准

【课程名称】机器视觉与传感技术

【课程代码】C2-2-2

【适用专业】工业机器人技术

【学时数】48

【学分数】3

【开设学期】第3学期

一、课程概述

《机器视觉与传感技术》是工业机器人技术专业学习领域里的一门核心子学习领域。

本课程的主要目的是掌握各类传感器的信号检出、转换原理和信号处理方法，掌握各类传感器的典型工程应用和机器视觉电路的组装、调试和设计。

本课程的学习领域有助于培养具有较高素养的机器视觉电路的组装、调试和设计的技术人员，让他们熟知常用传感器的工作原理及应用场合，能掌握机器视觉电路中自动检测环节常用的传感器的性能及技术指标，会根据生产工艺要求对检测环节进行参数、技术指标的测试与校正。

在学习过程中，逐步提高学生综合运用多种知识和技能解决实际问题的能力、创新能力和可持续发展能力，并使其具有良好的职业道德和诚信敬业精神，树立社会生产所需的安全、环保、成本、产品质量、团队合作等意识。

该课程根据现场典型工作任务的需要确定了“压力量、温度量的检测与处理”等6个典型的子学习领域和“酒精浓度检测仪的设计”等6个学习情境，每个学习情境的教学均采用理论实践一体化教学模式，以典型工作任务为出发点，着重于检测系统的构建，同时穿插自动检测系统的抗干扰技术与接口技术。

项目实施由易到难，从简单检测单元的组建到较复杂自动检测系统的构建逐步提高。

使学生树立全面的自动检测意识。

二、培养目标

1．方法能力目标：

（1）培养学生谦虚、好学的能力；

（2）培养学生勤于思考、做事认真的良好作风；

（3）培养学生良好的职业道德。

2．社会能力目标：

（1）培养学生的沟通能力及团队协作精神；

（2）培养学生分析问题、解决问题的能力；

（3）培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风；

（4）培养学生的质量意识、安全意识。

3．专业能力目标：

（1）熟练掌握自动检测系统的框图，传感器的定义及组成框图；

（2）熟练掌握传感器的基本特性，了解传感器信号处理电路；

（3）熟练掌握测量误差的形成及分类；

（4）熟练掌握应变式电阻传感器感器的基本原理及应用；

（5）熟练掌握酒精浓度传感器MQ3基本原理的应用；

（6）熟练掌握电感式传感器的基本原理及应用；

（7）熟练掌握霍尔传感器的基本原理及应用；

（8）熟练掌握热电式传感器器的基本原理及应用；

三、与前后课程的联系

1．与前续课程的联系

《物理学》使学生具有各种物理量的基本概念，如：

电压、电流、频率，电容、电感、电阻，位移、速度、加速度，长度、角度，质量、重量、流量，磁通量、光通量，温度、湿度、浓度，压力、拉力、压强等，同时让学生具有各种物理量的一些基本计算方法。

《电工电子技术》使学生具备了基本的电子电路原理分析，参数计算，信号处理的基本能力。

《工业机器人技术基础》使学生具备了工业机器人的基本组成、驱动和控制系统的组成等知识。

2．与后继课程的关系

为学生后续课程《工业机器人操作与编程》、《工业机器人拆装与调试》、《PLC控制与应用》、《液压与气动系统装调》、《人机界面组态与应用》等提供检测理论及相应技术支持。

四、教学内容与学时分配

根据专业培养目标及课程目标的要求，将本课程的教学内容分解为6个与现场应用紧密结合的学习项目。

表1课程项目结构与学时分配表

项目号

学习项目

项目内容

主要教学知识点

学习目标

学时

备注

01

传感器应用与信号检测技术基础

传感器应用与信号检测技术基础知识

C1-1：

测量的基本概念；

C1-2：

传感器的基本知识；

C1-3：

传感器信号处理电路；

C1-4：

测量误差及分类。

O1-1：

掌握自动检测系统的框图；

O1-2：

掌握传感器的定义及组成；

O1-3：

掌握传感器的基本特性；

O1-4：

了解传感器信号处理电路；

O1-5：

掌握测量误差及分类；

O1-6：

树立学生安全文明生产意识，培养学生组织管理能力、团队合作能力，提高学生的自学能力。

8

02

电子秤的设计

实训室提供金属箔式应变片传感器1个，相关信号处理模块、显示模块、报警装置、导线若干。

要求学生分组设计一个电子秤并调试成功。

C2-1：

应变式电阻传感器的工作原理及应用；

C2-2：

温度对变片测试系统的影响；

C2-3：

扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理及应用

C2-4：

电阻式传感器的认识与选择；

C2-5：

电子秤的构建及调试；

C2-6：

安全文明生产。

O2-1：

了解应变效应的原理，掌握应变效应的应用；

O2-2：

理解应变式电阻传感器的工作原理及种类；

O2-3：

理解应变片的类型、结构及其测量转换电路；

O2-4：

理解电阻应变片的各种应用；

O2-5：

掌握温度对变片测试系统的影响；

02-6：

掌握扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理及应用；

O2-7：

树立学生安全文明生产意识，培养学生组织管理能力、团队合作能力，提高学生的自学能力。

8

根据实际情况，学生可在实验台上完成作品设计与调试，也可上交自己设计的作品。

03

酒精浓度检测仪的设计

实训室提供MQ3型酒精气体浓度传感器1个，相关信号处理模块、显示模块、报警装置、导线若干。

要求学生分组设计一个酒精浓度检测仪并调试成功。

C3-1：

气敏电阻传感器的工作原理及应用；

C3-2：

湿敏电阻传感器的工作原理及应用；

C3-3：

气敏电阻式传感器的认识与选择；

C3-4：

湿敏电阻式传感器的认识与选择

C3-5：

酒精浓度检测仪的构建及调试；

C3-6：

安全文明生产。

O3-1：

理解气敏电阻传感器的转化原理；

O3-2：

理解湿度、相对湿度等的概念，了解大气的温度与露点的概念；

O3-3：

理解湿敏电阻传感器的转化原理；

O3-4：

掌握湿敏电阻传感器的类型、构成和应用；

O3-5：

掌握气敏电阻传感器的类型、构成和应用；

O3-6：

树立学生安全文明生产意识，培养学生组织管理能力、团队合作能力，提高学生的自学能力。

8

根据实际情况，学生可在实验台上完成作品设计与调试，也可上交自己设计的作品。

04

金属探测器的设计

实训室提供电涡流式传感器1个，相关信号处理模块、显示模块、报警装置、导线若干。

要求学生分组设计一个金属探测器并调试成功。

C4-1：

变磁阻式传感器的工作原理及应用；

C4-2：

差动变压器式传感器的工作原理及应用；

C4-3：

电涡流式传感器的工作原理及应用；

C4-4：

电感式传感器的认识与选择；

C4-5：

金属探测器的构建及调试；

C4-6：

安全文明生产。

O4-1：

理解电感式传感器的转化原理；

O4-2：

掌握金属探测器的应用；

O4-3：

掌握电感式传感器的基本原理；

O4-4：

理解电涡流式传感器的工作原理；

O4-5：

理解电感式传感器的类型、结构及其测量转换电路；

O4-6：

了解电感式传感器的各种应用；

O4-7：

了解位移测量电感式传感器的测量原理、使用方法及应用；

O4-8：

树立学生安全文明生产意识，培养学生组织管理能力、团队合作能力，提高学生的自学能力。

8

根据实际情况，学生可在实验台上完成作品设计与调试，也可上交自己设计的作品。

05

转速检测仪的设计

实训室提供霍尔传感器1个，相关信号处理模块、显示模块、报警装置、导线若干。

要求学生分组设计并制作转速检测仪并调试成功。

C5-1：

霍尔传感器的工作原理及结构形式；

C5-2：

霍尔传感器的误差及其补偿；

C5-3：

霍尔集成电路；

C5-4：

霍尔传感器的应用；

C5-5：

霍尔传感器的认知与选择；

C5-6：

转速检测仪的构建及调试；

C4-7：

安全文明生产。

O5-1：

理解霍尔传感器的工作原理；

O5-2：

理解霍尔传感器的设计要点；

O5-3：

了解霍尔传感器的结构；

O5-4：

掌握霍尔传感器的测量电路；

O5-5：

掌握霍尔传感器的主要特性；

O5-6：

掌握霍尔传感器的误差补偿；

O5-7：

了解霍尔集成电路；

O5-8：

理解霍尔传感器的各种应用；

O5-9：

树立学生安全文明生产意识，培养学生组织管理能力、团队合作能力，提高学生的自学能力。

8

根据实际情况，学生可在实验台上完成作品设计与调试，也可上交自己设计的作品。

06

温度检测电路的设计

实训室提供温度检测传感器1个，相关信号处理模块、显示模块、报警装置、导线若干。

要求学生分组设计一个温度检测电路。

C6-1：

温度测量的基本概念；

C6-2：

热电偶传感器的工作原理及实用电路；

C6-3：

金属热电阻传感器的工作原理及实用电路；

C6-4：

热敏电阻传感器的工作原理及实用电路；

C6-5：

热电式传感器认知与选择；

C6-6：

温度检测电路的构建及调试；

C6-7：

安全文明生产。

O6-1：

了解温度的基本概念，以及各种温标；

O6-2：

掌握热电式传感器的工作原理；

O6-3：

掌握热电偶的热电效应和热电势的组成；

O6-4：

理解并掌握热电偶测量温度过程中的基本定律；

O6-5：

了解国际通用热电偶的类型、结构及其各自的使用特点；

O6-6：

掌握热电偶的冷端延长和延长导线的类型，以及温度补偿的方法；

O6-7：

了解金属热电阻的工作原理，掌握铜热电阻和铂热电阻的性能特点与应用；

O6-8：

了解热敏电阻传感器的类型、构成和应用；

O6-9：

树立学生安全文明生产意识，培养学生组织管理能力、团队合作能力，提高学生的自学能力。

8

根据实际情况，学生可在实验台上完成作品设计与调试，也可上交自己设计的作品。

机动

0

合计

48

五、教材的选用

1．教材选取的原则

1）上述教学内容要占教材篇幅的80％以上；

2）涉及的概念讲解深入浅出，并配有大量实例，以帮助学生对概念的理解；

3）尽量选取带有与教学内容配套的实验实训指导教材，能够指导学生循序渐进地掌握常用检测器件及传感器的基本工作原理、特性、结构以及小型检测系统的构建。

2．推荐教材

《传感器电路制作与调试项目教程》（第2版）.王迪.电子工业出版社

《传感器技术基础与应用实训》.徐军、冯辉.电子工业出版社

3．参考的教学资料

1）《自动检测与转换技术》及实验指导.梁森，王侃夫，黄杭美.机械工业出版社.

2）《自动检测技术》及实验指导.宋文绪，杨帆.高等教育出版社.

3）《传感器原理及应用》.杨少春.电子工业出版社.

六、教师要求

1．具有系统的检测技术、传感器理论知识；

2．具备检测系统构建能力和小型电子产品的运行、设计和维护能力；

3．课内实践部分指导教师必须具备现场从事相关检测实际工作经历5年以上；

4．具备设计基于工作过程的教学法的设计应用能力。

七、学习场地、设施要求

该课程要求在理论实践一体化机房完成，以实现教、学、做、考合一。

机房拥有生均一台计算机，教师机一台（兼服务器），联网并确保畅通，安装投影设备。

实训室的布置要方便成立学习小组，实现课堂讨论、实践和课外的拓展学习，还要方便下发教学任务和收集学生课堂实践任务。

八、考核方式与标准

表2考核方式与内容

序号

考核方式

考核内容

成绩比例

1

项目考核

属于过程考核，在每个项目教学过程中实施，具体考核学生组织纪律性，团队合作能力，项目实现资讯、计划、决策、实施、检查与评估。

考核标准详见表3。

60%

2

笔试

具体考核学生检测技术基础知识的掌握、应用和分析问题的能力。

考核内容详见表5。

40%

合计

100分

表3项目考核评价标准

序号

考核点

分值

评价标准

优

良

及格

1

项目资讯

5分

能正确做答每道试题。

能正确做答大部份试题，个别试题不是很完整，

能正确做答60%试题。

项目计划

5分

小组成员合理分工，制定了详细的作业计划。

小组成员合理分工，制定了转详细的作业计划。

小组成员合理分工，制定了作业计划。

项目决策

10

小组讨论并确定了项目的框图和可实施原理图。

小组讨论并确定了项目的框图和转合理原理图。

小组讨论并确定了项目的框图和原理图。

项目实施

30分

能成功完成项目的组装和调试。

能成功完成项目的组装，项目调试步骤正确。

能完成项目的组装。

项目检查

15分

工艺符合标准，功能指标完全符合要求，能分析测试数据，能分析排除故障。

工艺符合标准，功能指标完全符合要求。

工艺基本格符合标准，功能指标基本符合要求。

项目评估

10分

能根据自己任务完成的情况，对自己的工作自我评价全面，并提出了很好的改进意见。

能根据自己任务完成的情况，对自己的工作自我评价全面，并提出了意见。

根据自己任务完成的情况，对自己的工作进行了自我评价。

2

项目公共考核点

25分

见表4项目公共考核评价标准

合计

100分

备注：

本课程6个学习情境均按上表进行考核，不同学年根据教学需求可以选择不同的学习情境进行教学。

如果条件允许，也可以全部选择。

项目考核的成绩取所有学习情境的平均值。

表4项目公共考核评价标准

项目公共

考核点

分值

评价标准

优

良

及格

1．工作与职业操守

7分

安全、文明工作、具有良好的职业操守

安全、文明工作、职业操守较好

没有出现违纪违规现象

2．学习态度

8分

学习积极性高，虚心好学

学习积极性较高

没有厌学现象

3．团队合作精神

6分

具有良好的团队合作精神，热心帮助小组其他成员

具有较好的团队合作精神，能帮助小组其他成员

能配合小组其他成员完成项目任务

4．组织协调能力

4分

能根据工作任务对资源进行合理分配，同时正确控制、激励和协调小组活动过程

能根据工作任务对资源进行较为合理分配，同时较正确地控制、激励和协调小组活动过程

能根据工作任务对资源进行分配，同时控制、激励和协调小组活动过程，无重大失误

表5笔试考核内容

知识点

编号

知识点

分值

C1-1

C1-2

C1-3

C1-4

测量的基本概念

传感器的基本知识

传感器信号处理电路

测量误差及分类

10分

C2-1

C2-2

C2-3

C2-4

应变式电阻传感器的工作原理及应用

应变片的类型、结构及其测量转换电路

温度对变片测试系统的影响

扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理及应用

15分

C3-1

C3-2

C3-3

C3-4

气敏电阻传感器的工作原理及应用

湿敏电阻传感器的工作原理及应用

气敏电阻式传感器的选择

湿敏电阻式传感器的选择

20分

C4-1

C4-2

C4-3

电感式传感器的工作原理及应用

差动变压器式传感器的工作原理及应用

电涡流式传感器的工作原理及应用

20分

C5-1

C5-2

C5-3

C5-4

霍尔传感器的工作原理及结构形式

霍尔传感器的误差及其补偿

霍尔集成电路

霍尔传感器的应用

20分

C6-1

C6-2

C6-3

C6-4

温度测量的基本概念

热电偶传感器的工作原理及实用电路

金属热电阻传感器的原理及实用电路

热敏电阻传感器的工作原理及实用电路

20分

合计

100分

九、学习情境设计

学习情境1的设计---传感器应用与信号检测技术基础

学习子领域1绪论

总课时：

48

学习情境1传感器应用与信号检测技术基础

课时：

8

学习目标：

1、掌握传感器的定义、作用、基本组成；

2、熟悉自动检测系统的构成环节及各环节作用；

3、掌握传感器的基本特性；

4、了解传感器信号处理电路；

5、掌握测量误差及分类；

6、树立学生安全文明生产意识，培养学生组织管理能力、团队合作能力，提高学生的自学能力。

主要内容

教学方法建议

1、测量的基本概念

2、传感器的基本知识

3、传感器信号处理电路

4、测量误差的分析

5、测量误差的分类

宏观教学方法：

Ø引导文法

Ø开放式教学法

微观教学方法：

Ø讲述法

Ø任务教学法

Ø小组讨论法

教学材料

使用工具

学生知识与能力准备

教师知识与能力要求

考核与评价

备注

Ø项目任务书

Ø引导文

Ø指导作业文件

Ø演示视频文件

Ø检查单

Ø评价表

Ø文件理解能力

Ø仪器仪表使用

Ø电子技术

Ø计算机操作技能

Ø能分析传感器应用与信号检测技术基础任务书

Ø熟悉自动检测系统

Ø熟悉传感器的基本特性

Ø熟悉传感器信号处理电路

评价内容：

Ø基本知识技能水平评价

Ø任务完成情况评价

Ø团队合作能力评价

Ø工作态度评价

Ø项目完成情况演示评价

评价方式：

Ø小组成员互评

Ø自我评价

Ø教师评价

Ø本任务旨在该学习领域培养学生团队合作能力、沟通能力等

Ø老师需合理引导学生完成小组讨论，确定工作方案。

学习情境2的设计---电子秤的设计

学习子领域2应变式电阻传感器

总课时：

48

学习情境2电子秤的设计

课时：

8

学习目标：

1、掌握电阻应变式传感器的工作原理；

2、理解应变效应的原理，掌握应变效应的应用；

3、理解应变片的类型、结构及其测量转换电路；

4、理解电阻应变片的各种应用；

5、掌握温度对变片测试系统的影响；

6、理解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理及应用；

7、学生安全文明生产意识，培养学生组织管理能力、团队合作能力，提高学生的自学能力。

主要内容

教学方法建议

1、应变式电阻传感器的工作原理及应用

2、温度对变片测试系统的影响

3、扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理及应用

4、应变式电阻传感器的认知与选择

5、电子秤的设计的构建及调试

宏观教学方法：

Ø项目驱动法

Ø引导文法

Ø开放式教学法

微观教学方法：

Ø讲述法

Ø任务教学法

Ø小组讨论法

Ø实践操作法

教学材料

使用工具

学生知识与能力准备

教师知识与能力要求

考核与评价

备注

Ø项目任务书

Ø安装工艺文件

Ø引导文

Ø指导作业文件

Ø演示视频文件

Ø实训设备

Ø检查单

Ø评价表

Ø电工工具

Ø仪器仪表

Ø计算机

Ø实训设备

Ø信号处理模块

Ø导线

Ø电阻应变式传感器的工作原理

Ø温度对变片测试系统的影响

Ø检测系统构建基础

Ø故障分析能力

Ø工艺文件理解能力

Ø仪器仪表使用

Ø电子技术

Ø计算机操作技能

Ø能分析电子秤的设计任务书

Ø熟悉应变式电阻传感器的机理及参数

Ø熟悉检测系统的调试方法

Ø熟悉自动检测系统常见故障的处理方法

评价内容：

Ø基本知识技能水平评价

Ø方案设计能力评价

Ø任务完成情况评价

Ø团队合作能力评价

Ø工作态度评价

Ø项目完成情况演示评价

评价方式：

Ø小组成员互评

Ø自我评价

Ø教师评价

Ø本任务旨在该学习领域培养学生团队合作能力、沟通能力、故障处理能力等

Ø老师需合理引导学生完成小组讨论，确定工作方案

Ø本任务是电子秤的设计，引导文应设计全面，详细引导学生掌握各工作过程

学习情境3设计---酒精浓度检测仪的设计

学习子领域3气敏式传感器

总课时：

48

学习情境3酒精浓度检测仪的设计

课时：

8

学习目标：

1、掌握气敏电阻传感器的转化原理；

2、理解湿度、相对湿度等的概念，

3、理解大气的温度与露点的概念；

4、掌握湿敏电阻传感器的转化原理；

5、掌握湿敏电阻传感器的类型、构成和应用；

5、掌握气敏电阻传感器的类型、构成和应用；

7、理解温度对气敏式传感器的影响

8、学生安全文明生产意识，培养学生组织管理能力、团队合作能力，提高学生的自学能力

主要内容

教学方法建议

1、气敏电阻传感器的工作原理及应用

2、温度对气敏式传感器的影响

3、湿敏电阻传感器的工作原理及应用

4、气敏式电阻传感器的认知与选择

5、酒精浓度检测仪的构建及调试

宏观教学方法：

Ø项目驱动法

Ø引导文法

Ø开放式教学法

微观教学方法：

Ø讲述法

Ø任务教学法

Ø小组讨论法

Ø实践操作法

教学材料

使用工具

学生知识与能力准备

教师知识与能力要求

考核与评价

备注

Ø项目任务书

Ø安装工艺文件

Ø引导文

Ø指导作业文件

Ø演示视频文件

Ø实训设备

Ø检查单

Ø评价表

Ø电工工具

Ø仪器仪表

Ø计算机

Ø实训设备

Ø信号处理模块

Ø导线

Ø气敏电阻传感器的工作原理

Ø湿敏电阻传感器的工作原理

Ø检测系统构建基础

Ø故障分析能力

Ø工艺文件理解能力

Ø仪器仪表使用

Ø电子技术

Ø计算机操作技能

Ø能分析酒精浓度检测仪的设计任务书

Ø熟悉酒精浓度传感器MQ3的机理及参数

Ø熟悉检测系统的调试方法

Ø熟悉自动检测系统常见故障的处理方法

评价内容：

Ø基本知识技能水平评价

Ø方案设计能力评价

Ø任务完成情况评价

Ø团队合作能力评价

Ø工作态度评价

Ø项目完成情况演示评价

评价方式：

Ø小组成员互评

Ø自我评价

Ø教师评价

Ø本任务旨在该学习领域培养学生团队合作能力、沟通能力、故障处理能力等

Ø老师需合理引导学生完成小组讨论，确定工作方案

Ø本任务是酒精浓度检测仪的设计，引导文应设计全面，详细引导学生掌握各工作过程

学习情境4的设计---金属探测器的设计

学习子领域4电感式传感器

总课时：

48

学习情境4金属探测器的设计

课时：

8

学习目标：

1、理解电感式传感器的转化原理；

2、掌握金属探测器的应用；

3、掌握电感式传感器的基本原理；

4、理解电涡流式传感器的工作原理；

5、理解电感式传感器的类型、结构及其测量转换电路；

6、了解电感式传感器的各种应用；

7、了解位移测量电感式传感器的测量原理、使用方法及应用；

8、树立学生安全文明生产意识，培养学生组织管理能力、团队合作能力，提高学生的自学能力。

主要内容

教学方法建议

1、变磁阻式传感器的工作原理及应用

2、差动变压器式传感器的工作原理及应用

3、电涡流式传感器的工作原理及应用

4、电感式传感器的认知与选择

5、金属探测器的构建及调试

宏观教学方法：

Ø项目驱动法

Ø引导文法

Ø开放式教学法

微观教学方法：

Ø讲述法

Ø任务教学法

Ø小组讨论法

Ø实践操作法

教学材料

使用工具

学生知识与能力准备

教师知识