張小勤 劉紹靜
摘要:立式光學(xué)計(jì)測(cè)量工件尺寸誤差,是各院校機(jī)械類(lèi)專業(yè)《互換性與測(cè)量技術(shù)》這門(mén)課實(shí)驗(yàn)中一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,對(duì)提高學(xué)生測(cè)量方面的實(shí)際能力具有重要的作用。結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況,總結(jié)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,分析了實(shí)驗(yàn)過(guò)程等環(huán)節(jié)出現(xiàn)誤差的原因,提出了應(yīng)對(duì)策略,提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>
關(guān)鍵詞:立式光學(xué)計(jì);測(cè)量;誤差
中圖分類(lèi)號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2016)18-0262-03
一、立式光學(xué)計(jì)結(jié)構(gòu)及工作原理[1]
立式光學(xué)計(jì)是一種精度較高而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的常用光學(xué)測(cè)量?jī)x。用量塊作為長(zhǎng)度基準(zhǔn),按比較測(cè)量法來(lái)測(cè)量各種工件的外尺寸。圖1為立式光學(xué)計(jì)外形圖。它由底座1、立柱5、支臂3、直角光管6和工作臺(tái)11等幾部分組成。光學(xué)計(jì)是利用光學(xué)杠桿放大原理進(jìn)行測(cè)量的儀器,其光學(xué)系統(tǒng)如圖2(b)所示。照明光線經(jīng)反射鏡1照射到刻度尺8上,再經(jīng)直角棱鏡2、物鏡3、照射到反射鏡4上,由于刻度尺8位于物鏡3的焦平面上,故從刻度尺8上發(fā)出的光線經(jīng)物鏡3后成為平行光束。若反射鏡4經(jīng)物鏡3之間相互平行,則反射光線折回到焦平面,刻度尺像7與刻度尺8對(duì)稱。若被測(cè)尺寸變動(dòng)使測(cè)桿5推動(dòng)反射鏡4繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)某一角度α圖2(a),則反射光線相對(duì)于入射光線偏轉(zhuǎn)2α角度,從而使刻度尺像7產(chǎn)生位移t圖2
由此說(shuō)明,當(dāng)測(cè)桿移動(dòng)0.001mm時(shí),在目鏡中可見(jiàn)到0.96mm的位移量。
二、實(shí)驗(yàn)測(cè)量步驟及實(shí)驗(yàn)過(guò)程誤差分析[2]
結(jié)合學(xué)生利用立式光學(xué)計(jì)測(cè)量工件的實(shí)際情況,針對(duì)整個(gè)測(cè)量過(guò)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(cè)量準(zhǔn)確度。
(一)實(shí)驗(yàn)測(cè)量步驟
實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要包括儀器調(diào)零、誤差測(cè)量及數(shù)據(jù)處理3部分。
1.根據(jù)被測(cè)工件的基本尺寸組合量塊。
2.測(cè)頭的選擇:測(cè)頭有球形、平面形和刀口形三種,根據(jù)被測(cè)工件表面的幾何形狀來(lái)選擇,使測(cè)頭與被測(cè)表面盡量滿足點(diǎn)接觸。所以,測(cè)量平面或圓柱面工件時(shí),選用球形測(cè)頭。測(cè)量球面工件時(shí),選用平面形測(cè)頭。測(cè)量小于10mm的圓柱面工件時(shí),選用刀口形測(cè)頭。
3.調(diào)整儀器零位。
(1)參看實(shí)驗(yàn)圖1,選好量塊組后,將測(cè)量面置于工作臺(tái)11的中央,并使測(cè)頭10對(duì)準(zhǔn)上測(cè)量面中央。
(2)粗調(diào)節(jié):松開(kāi)支臂緊固螺釘4,轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺母2,使支臂3緩慢下降,直到測(cè)頭與量塊上測(cè)量面輕微接觸。并能在視場(chǎng)中看到刻度尺影像時(shí),將螺釘4鎖緊。
(3)細(xì)調(diào)節(jié):松開(kāi)緊固螺釘8,轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)凸輪7。直至在目鏡中觀察到刻度尺影像與μ指示線接近為止[實(shí)驗(yàn)圖3(a)]。然后擰緊螺釘8。
(4)微調(diào)節(jié):轉(zhuǎn)動(dòng)刻度尺微調(diào)螺釘6[實(shí)驗(yàn)圖2(b)],使刻度尺的零線影像與μ指示線重合[實(shí)驗(yàn)圖3(b)],然后壓下測(cè)頭提升杠桿數(shù)次,檢查零位穩(wěn)定性。
(5)將測(cè)頭抬起,取下量塊。
4.測(cè)量工件:將被測(cè)工件放在工作臺(tái)上,按實(shí)驗(yàn)規(guī)定的部位(在三個(gè)橫截面上的兩個(gè)相互垂直的徑向位置上)進(jìn)行測(cè)量,把測(cè)量結(jié)果填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
5.判斷工件的適用性。
(二)實(shí)驗(yàn)過(guò)程誤差分析[3][4]
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(cè)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(cè)頭而直接將量塊抽走,對(duì)測(cè)頭以及量塊表面造成磨損,影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)。儀器調(diào)零、偏差測(cè)量及數(shù)據(jù)處理這3個(gè)環(huán)節(jié),學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所出現(xiàn)的問(wèn)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(huì)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等對(duì)解決學(xué)生出現(xiàn)的問(wèn)題具有至關(guān)重要的作用。為此,針對(duì)實(shí)際教學(xué)中所出現(xiàn)的問(wèn)題,采取以下策略,以最大限度地教會(huì)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(guò)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(zhǎng),每組都配有實(shí)驗(yàn)儀器,老師先簡(jiǎn)單講述實(shí)驗(yàn)原理,接下來(lái)讓學(xué)生跟著自己的演示一起進(jìn)行相關(guān)操作,此時(shí),老師要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)每步操作中學(xué)生容易出現(xiàn)問(wèn)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(gè)學(xué)生都有操作的機(jī)會(huì),同時(shí),一人在操作時(shí),其他人也可以監(jiān)督、學(xué)習(xí),大家共同來(lái)糾正他人操作中存在的問(wèn)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(cè)量過(guò)程的教學(xué)方法和調(diào)零過(guò)程類(lèi)似,老師對(duì)工件的實(shí)際偏差測(cè)量進(jìn)行演示、講解,并重點(diǎn)指出測(cè)量時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng),重點(diǎn)問(wèn)題,重點(diǎn)演示,著重強(qiáng)調(diào)。同時(shí),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(shí),及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,及時(shí)解決,努力教會(huì)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(cè)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(guò)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(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(duì)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(duì)實(shí)際情況,逐步驗(yàn)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及演示處理過(guò)程,并跟蹤查看學(xué)生實(shí)驗(yàn)處理結(jié)果,遇到問(wèn)題及時(shí)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(guò)程中存在的問(wèn)題,組長(zhǎng)將最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果、結(jié)論提交給老師批閱。對(duì)于學(xué)生數(shù)據(jù)處理結(jié)果精度低的問(wèn)題,應(yīng)針對(duì)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(duì)性地糾正,以使學(xué)生獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
三、結(jié)束語(yǔ)
應(yīng)用立式光學(xué)計(jì)測(cè)量尺寸誤差是機(jī)械類(lèi)專業(yè)《互換性與測(cè)量技術(shù)》課程中重要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況,本文介紹實(shí)驗(yàn)測(cè)量步驟并簡(jiǎn)要分析了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每個(gè)環(huán)節(jié)學(xué)生容易出現(xiàn)的問(wèn)題,并進(jìn)一步探究出現(xiàn)這些問(wèn)題的原因及提出應(yīng)對(duì)策略,提高教學(xué)針對(duì)性,提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,以使學(xué)生的實(shí)踐能力在一定程度上得到提高。
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