黨威武

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710300)

立式光學(xué)計(jì)在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用探討

黨威武

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710300)

正確使用立式光學(xué)計(jì)測量軸類零件素線直線度，是高職院校機(jī)械類專業(yè)教學(xué)中一個重要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對提高學(xué)生計(jì)量方面的實(shí)際能力具有重要的作用。結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況，總結(jié)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，詳細(xì)分析了實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)出現(xiàn)的誤差較大甚至結(jié)論相反的原因，提出了應(yīng)對策略，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。實(shí)踐證明，取得了較好的教學(xué)效果。

立式光學(xué)計(jì)；直線度；測量；誤差

立式光學(xué)計(jì)作為一種精度較高、結(jié)構(gòu)簡單、便于測量的常用光學(xué)機(jī)械式計(jì)量儀器，被廣泛應(yīng)用于企業(yè)工件檢驗(yàn)、學(xué)校教學(xué)實(shí)踐等工作中[1-3]，其結(jié)構(gòu)主要包括底座、立柱、支臂、直角光管、工作臺等幾部分。它是按照光學(xué)杠桿放大原理設(shè)計(jì)的測量儀器，光學(xué)計(jì)管主要由分劃板、物鏡、反射鏡等組成[4]。當(dāng)被測尺寸發(fā)生變化使測桿上下移動，推動反射鏡繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動某一很小角度α，經(jīng)反射鏡反射回去的光線，相對于入射光線轉(zhuǎn)動2α，再經(jīng)過直角棱鏡使分劃板上的刻度尺象發(fā)生偏移，產(chǎn)生位移t，即被測尺寸的變動量，其大小與測桿移動的距離s成正比。K=t/s，K為放大倍數(shù)。

實(shí)際教學(xué)過程中，采用的立式光學(xué)計(jì)分度值為0.001 mm，放大倍數(shù)為960，示值范圍±0.1 mm，測量范圍為0～180 mm，利用相對法進(jìn)行測量。本文結(jié)合高職院校學(xué)生利用立式光學(xué)計(jì)檢測軸素線直線度的實(shí)際情況，針對整個測量過程中從實(shí)驗(yàn)操作到數(shù)據(jù)處理，全面分析各種誤差產(chǎn)生的原因并加以改進(jìn)，以提高測量準(zhǔn)確度。

1 實(shí)驗(yàn)過程誤差分析及應(yīng)對策略

實(shí)驗(yàn)過程主要包括儀器調(diào)零、誤差測量及數(shù)據(jù)處理3部分，結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐體會，簡要分析這3部分的正確實(shí)驗(yàn)步驟及學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時產(chǎn)生較大誤差的原因。

儀器調(diào)零可簡單分為3步，即粗調(diào)、細(xì)調(diào)和微調(diào)。調(diào)零之前，應(yīng)根據(jù)被測工件的基本尺寸選好量塊組，組合后置于立式光學(xué)計(jì)工作臺中央，并保證量塊下工作面與儀器工作臺緊密結(jié)合，而上工作面中央與測頭對準(zhǔn)，然后進(jìn)行粗調(diào)節(jié)。粗調(diào)節(jié)時使測頭與量塊上表面接觸即可，在視場中可以清晰地看到刻度尺象，并使指示線在+60～+80格之間，粗調(diào)節(jié)過程中需防止用力過大，使測頭與量塊表面發(fā)生碰撞，影響實(shí)驗(yàn)精度；接下來細(xì)調(diào)，直至在目鏡中看到刻度線與u指示線接近為止，大約位于-5～+5格之內(nèi)；最后一步進(jìn)行微調(diào)，使零刻度線與u指示線重合，并壓下測頭提升杠桿多次，使零位穩(wěn)定，然后將測頭抬起，取下量塊。實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，在未將刻度尺的零線與指示線調(diào)節(jié)到重合的情況下，一些學(xué)生就急于進(jìn)行測量，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大；還有一些學(xué)生在調(diào)零結(jié)束后未抬起測頭而直接將量塊抽走，對測頭以及量塊表面造成磨損，影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

在軸零件的測量實(shí)驗(yàn)中，按照實(shí)驗(yàn)要求，在軸零件不同部位進(jìn)行測量，即在軸的任意3個橫截面上，每個截面的兩個互相垂直的徑向位置上測量，每個截面測4個數(shù)據(jù)，每次測量轉(zhuǎn)動90°，共12個數(shù)據(jù)，這樣測得值為實(shí)際偏差。實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，有些學(xué)生沒有嚴(yán)格按照規(guī)定的位置進(jìn)行測量，甚至隨機(jī)選取不同截面在任意位置處測量；少部分學(xué)生出現(xiàn)讀數(shù)錯誤，這些錯誤的實(shí)驗(yàn)操作大大降低了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，甚至得出相反的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

根據(jù)實(shí)際偏差測量值，計(jì)算實(shí)際尺寸，并按照偏差值最小區(qū)域法，即“高-低-高”或者“低-高-低”法則，進(jìn)行素線直線度誤差作圖，為兩條相互平行直線，計(jì)算直線間的豎直距離或者兩平行直線與Y軸交點(diǎn)坐標(biāo)值之差的絕對值，即為每一個測量方向的直線度誤差值。取4個方向誤差值中的最大值，作為軸零件素線直線度誤差值，然后與給定公差值進(jìn)行比較，若不大于公差值，則軸直線度誤差合格，反之，不合格。除此之外，還必須驗(yàn)證零件尺寸是否合格，將之前計(jì)算的12個實(shí)際尺寸和驗(yàn)收尺寸的最大、最小值進(jìn)行比較，如果均在驗(yàn)收尺寸范圍內(nèi)，則軸零件尺寸合格，否則，不合格。在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，某些學(xué)生不能完全理解最小區(qū)域法，出現(xiàn)作圖失誤；另外，一些學(xué)生作圖時描點(diǎn)不夠仔細(xì)、精確度低，作圖誤差大，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論錯誤率高。

儀器調(diào)零、偏差測量及數(shù)據(jù)處理這3個環(huán)節(jié)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中所出現(xiàn)的問題，究其原因，除與學(xué)生自身學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力有關(guān)外，如何教會學(xué)生做實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等對解決學(xué)生出現(xiàn)的問題具有至關(guān)重要的作用。為此，針對實(shí)際教學(xué)中所出現(xiàn)的問題，采取以下策略，以最大限度地教會學(xué)生如何進(jìn)行正確實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)處理。

在調(diào)零過程中，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是老師先講，然后學(xué)生操作，事實(shí)證明，學(xué)生在實(shí)際操作中，難以進(jìn)行完整、正確的操作。因此，將學(xué)生分組并指定組長，每組都配有實(shí)驗(yàn)儀器，老師先簡單講述實(shí)驗(yàn)原理，接下來讓學(xué)生跟著自己的演示一起進(jìn)行相關(guān)操作，此時，老師要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)每步操作中學(xué)生容易出現(xiàn)問題和不良操作的地方。一遍完成之后，每組組內(nèi)輪流操作，盡量讓每個學(xué)生都有操作的機(jī)會，同時，一人在操作時，其他人也可以監(jiān)督、學(xué)習(xí)，大家共同來糾正他人操作中存在的問題，老師也進(jìn)行相應(yīng)輔導(dǎo)，使絕大部分學(xué)生能獨(dú)立完成儀器調(diào)零。

測量過程的教學(xué)方法和調(diào)零過程類似，老師對軸零件的實(shí)際偏差測量進(jìn)行演示、講解，并重點(diǎn)指出測量時應(yīng)該注意的事項(xiàng)，重點(diǎn)問題，重點(diǎn)演示，著重強(qiáng)調(diào)。同時，要求每組代表跟著自己一起操作，完成之后組內(nèi)學(xué)生輪流操作，老師在巡查輔導(dǎo)時，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時解決，努力教會學(xué)生正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。不能老師講完所有實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟后，學(xué)生再進(jìn)行操作、測量，實(shí)踐證明，這樣的教學(xué)方式收效甚微。因此，在教與學(xué)的過程中，老師、學(xué)生必須同步進(jìn)行，扎扎實(shí)實(shí)一步一步完成教學(xué)任務(wù)。

數(shù)據(jù)處理是對實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理并最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的重要環(huán)節(jié)，實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對數(shù)據(jù)處理方法及所用原理的理解有一定困難，因此老師應(yīng)針對實(shí)際情況，逐步驗(yàn)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及演示處理過程，并跟蹤查看學(xué)生實(shí)驗(yàn)處理結(jié)果，遇到問題及時輔導(dǎo)；也可按組進(jìn)行，組內(nèi)相互討論，糾正各自數(shù)據(jù)處理過程中存在的問題，組長將最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果、結(jié)論提交給老師批閱。不推薦老師在課堂上簡單講述處理方法后讓學(xué)生課后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這樣做學(xué)生有可能課后不能按時完成作業(yè)進(jìn)而出現(xiàn)消極抄作業(yè)現(xiàn)象,或者對課堂知識理解不夠深刻，出現(xiàn)課堂上聽明白課后不會做的情況，最終不了了之。對于學(xué)生數(shù)據(jù)處理結(jié)果精度低的問題，應(yīng)針對不同學(xué)生的作圖結(jié)果，找出導(dǎo)致產(chǎn)生較大誤差的原因，如描點(diǎn)粗糙、取點(diǎn)數(shù)值誤差大等等，有針對性地糾正，以使學(xué)生獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2 結(jié)束語

立式光學(xué)計(jì)檢測軸素線直線度誤差是高職機(jī)械類專業(yè)《公差配合與測量技術(shù)》課程中重要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。結(jié)合近幾年的實(shí)際教學(xué)情況，本文簡要分析了實(shí)驗(yàn)過程中每個環(huán)節(jié)學(xué)生容易出現(xiàn)的問題，并進(jìn)一步探究出現(xiàn)這些問題的原因及提出應(yīng)對策略，以使教師在實(shí)際教學(xué)中有的放矢，提高教學(xué)針對性，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，以使學(xué)生的工程實(shí)踐能力在一定程度上得到提高。

[1] 梁紅霞,常軍.立式光學(xué)計(jì)測量誤差分析方法[J].計(jì)量測試技術(shù),2013，33(增1):53-54.

[2] 李仁嬌.立式光學(xué)計(jì)測量圓柱度誤差的研究[J].廣西農(nóng)業(yè)機(jī)械化,2012(4):29-31.

[3] 孫景斌,吳學(xué)峰.擴(kuò)大立式光學(xué)計(jì)測量范圍的一種方法及誤差分析[J].工業(yè)計(jì)量,2003(4):38-40.

[4] 王東,張露,楊玉潔.光學(xué)計(jì)示值誤差分析及調(diào)修技術(shù)研究[J].計(jì)量與測試技術(shù),2011,38(12):35-38.

Theerroranalysisandsolvingstrategiesforverticalopticalmetertestingstraightness

DANG Weiwu

(Shaanxi Institute of Defense Industry Technology, Shaanxi Xi'an, 710300, China)

Vertical optical meter for measuring the straightness of shaft parts is an important experimental project of mechanical specialty teaching in vocational colleges. It plays an important role in improving student's ability of application engineering capability in the aspect of metrology. Combining with the actual teaching situation, it summarizes the existing problems in the process of students experimenting, analyzes the causes of appearing larger errors or even contrary conclusions in detail for the experimental process and data processing etc., puts forward the countermeasures in order to teaching furthest students and practicing engineering exercise ability of students. The practice proves that the teaching obtains good effect.

vertical optical meter; straightness; measure; error

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.10.018

2014-09-18

黨威武(1985—)，男，陜西渭南人，陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，碩士，主要研究方向?yàn)榫軝C(jī)械與測量等。

TB921

B

2095-509X(2014)10-0078-03