立式光学计在教学实践中的应用探讨

党威武

(陕西国防工业职业技术学院 机械工程学院，陕西 西安 710300)

立式光学计在教学实践中的应用探讨

党威武

(陕西国防工业职业技术学院 机械工程学院，陕西 西安 710300)

正确使用立式光学计测量轴类零件素线直线度，是高职院校机械类专业教学中一个重要的实验项目，对提高学生计量方面的实际能力具有重要的作用。结合实际教学情况，总结学生在实验过程中出现的问题，详细分析了实验过程及数据处理等环节出现的误差较大甚至结论相反的原因，提出了应对策略，提高了学生的工程实践能力。实践证明，取得了较好的教学效果。

立式光学计；直线度；测量；误差

立式光学计作为一种精度较高、结构简单、便于测量的常用光学机械式计量仪器，被广泛应用于企业工件检验、学校教学实践等工作中[1-3]，其结构主要包括底座、立柱、支臂、直角光管、工作台等几部分。它是按照光学杠杆放大原理设计的测量仪器，光学计管主要由分划板、物镜、反射镜等组成[4]。当被测尺寸发生变化使测杆上下移动，推动反射镜绕支点转动某一很小角度α，经反射镜反射回去的光线，相对于入射光线转动2α，再经过直角棱镜使分划板上的刻度尺象发生偏移，产生位移t，即被测尺寸的变动量，其大小与测杆移动的距离s成正比。K=t/s，K为放大倍数。

实际教学过程中，采用的立式光学计分度值为0.001 mm，放大倍数为960，示值范围±0.1 mm，测量范围为0～180 mm，利用相对法进行测量。本文结合高职院校学生利用立式光学计检测轴素线直线度的实际情况，针对整个测量过程中从实验操作到数据处理，全面分析各种误差产生的原因并加以改进，以提高测量准确度。

1 实验过程误差分析及应对策略

实验过程主要包括仪器调零、误差测量及数据处理3部分，结合多年教学实践体会，简要分析这3部分的正确实验步骤及学生在实验时产生较大误差的原因。

仪器调零可简单分为3步，即粗调、细调和微调。调零之前，应根据被测工件的基本尺寸选好量块组，组合后置于立式光学计工作台中央，并保证量块下工作面与仪器工作台紧密结合，而上工作面中央与测头对准，然后进行粗调节。粗调节时使测头与量块上表面接触即可，在视场中可以清晰地看到刻度尺象，并使指示线在+60～+80格之间，粗调节过程中需防止用力过大，使测头与量块表面发生碰撞，影响实验精度；接下来细调，直至在目镜中看到刻度线与u指示线接近为止，大约位于-5～+5格之内；最后一步进行微调，使零刻度线与u指示线重合，并压下测头提升杠杆多次，使零位稳定，然后将测头抬起，取下量块。实际教学中发现，在未将刻度尺的零线与指示线调节到重合的情况下，一些学生就急于进行测量，导致实验结果误差较大；还有一些学生在调零结束后未抬起测头而直接将量块抽走，对测头以及量块表面造成磨损，影响后续实验。

在轴零件的测量实验中，按照实验要求，在轴零件不同部位进行测量，即在轴的任意3个横截面上，每个截面的两个互相垂直的径向位置上测量，每个截面测4个数据，每次测量转动90°，共12个数据，这样测得值为实际偏差。实际教学中发现，有些学生没有严格按照规定的位置进行测量，甚至随机选取不同截面在任意位置处测量；少部分学生出现读数错误，这些错误的实验操作大大降低了实验结果的准确度，甚至得出相反的实验结论。

根据实际偏差测量值，计算实际尺寸，并按照偏差值最小区域法，即“高-低-高”或者“低-高-低”法则，进行素线直线度误差作图，为两条相互平行直线，计算直线间的竖直距离或者两平行直线与Y轴交点坐标值之差的绝对值，即为每一个测量方向的直线度误差值。取4个方向误差值中的最大值，作为轴零件素线直线度误差值，然后与给定公差值进行比较，若不大于公差值，则轴直线度误差合格，反之，不合格。除此之外，还必须验证零件尺寸是否合格，将之前计算的12个实际尺寸和验收尺寸的最大、最小值进行比较，如果均在验收尺寸范围内，则轴零件尺寸合格，否则，不合格。在数据处理环节的教学过程中发现，某些学生不能完全理解最小区域法，出现作图失误；另外，一些学生作图时描点不够仔细、精确度低，作图误差大，导致实验结果及结论错误率高。

仪器调零、偏差测量及数据处理这3个环节，学生在实验过程中所出现的问题，究其原因，除与学生自身学习基础、学习能力有关外，如何教会学生做实验、进行数据处理等对解决学生出现的问题具有至关重要的作用。为此，针对实际教学中所出现的问题，采取以下策略，以最大限度地教会学生如何进行正确实验操作及数据处理。

在调零过程中，传统的教学方法是老师先讲，然后学生操作，事实证明，学生在实际操作中，难以进行完整、正确的操作。因此，将学生分组并指定组长，每组都配有实验仪器，老师先简单讲述实验原理，接下来让学生跟着自己的演示一起进行相关操作，此时，老师要重点强调每步操作中学生容易出现问题和不良操作的地方。一遍完成之后，每组组内轮流操作，尽量让每个学生都有操作的机会，同时，一人在操作时，其他人也可以监督、学习，大家共同来纠正他人操作中存在的问题，老师也进行相应辅导，使绝大部分学生能独立完成仪器调零。

测量过程的教学方法和调零过程类似，老师对轴零件的实际偏差测量进行演示、讲解，并重点指出测量时应该注意的事项，重点问题，重点演示，着重强调。同时，要求每组代表跟着自己一起操作，完成之后组内学生轮流操作，老师在巡查辅导时，及时发现问题，及时解决，努力教会学生正确进行实验操作。不能老师讲完所有实验原理、操作步骤后，学生再进行操作、测量，实践证明，这样的教学方式收效甚微。因此，在教与学的过程中，老师、学生必须同步进行，扎扎实实一步一步完成教学任务。

数据处理是对实验测得的数据进行分析、整理并最终得出实验结论的重要环节，实际教学中发现，学生对数据处理方法及所用原理的理解有一定困难，因此老师应针对实际情况，逐步验算实验数据及演示处理过程，并跟踪查看学生实验处理结果，遇到问题及时辅导；也可按组进行，组内相互讨论，纠正各自数据处理过程中存在的问题，组长将最终实验结果、结论提交给老师批阅。不推荐老师在课堂上简单讲述处理方法后让学生课后进行数据处理，这样做学生有可能课后不能按时完成作业进而出现消极抄作业现象,或者对课堂知识理解不够深刻，出现课堂上听明白课后不会做的情况，最终不了了之。对于学生数据处理结果精度低的问题，应针对不同学生的作图结果，找出导致产生较大误差的原因，如描点粗糙、取点数值误差大等等，有针对性地纠正，以使学生获得准确的实验结果。

2 结束语

立式光学计检测轴素线直线度误差是高职机械类专业《公差配合与测量技术》课程中重要的实验项目。结合近几年的实际教学情况，本文简要分析了实验过程中每个环节学生容易出现的问题，并进一步探究出现这些问题的原因及提出应对策略，以使教师在实际教学中有的放矢，提高教学针对性，提升实验教学效果，以使学生的工程实践能力在一定程度上得到提高。

[1] 梁红霞,常军.立式光学计测量误差分析方法[J].计量测试技术,2013，33(增1):53-54.

[2] 李仁娇.立式光学计测量圆柱度误差的研究[J].广西农业机械化,2012(4):29-31.

[3] 孙景斌,吴学峰.扩大立式光学计测量范围的一种方法及误差分析[J].工业计量,2003(4):38-40.

[4] 王东,张露,杨玉洁.光学计示值误差分析及调修技术研究[J].计量与测试技术,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

党威武(1985—)，男，陕西渭南人，陕西国防工业职业技术学院助教，硕士，主要研究方向为精密机械与测量等。

TB921

B

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