新工科背景下机械基础实验课程思政的融合探索

课程思政对大学生世界观、人生观、价值观的形成发挥重要作用。在新工科建设的大背景下,实验作为实践的重要环节,同样需要发挥自身的价值。分析总结当前实验课程进行思政建设存在的问题,并给出了解决策略。最后结合“机械设计实验”教学实践从多个方面分析论述了课程思政内涵点落实的要点。在建设实践中积累了一些有益经验,具有一定的参考价值。

机床线性轴多自由度运动误差在线测量方法

激光多自由度误差测量方法常被用于测量机床运动误差。半导体激光器由于体积小、成本低等优点,常被作为激光多自由度误差测量系统的光源。但是,大气扰动和测量系统的变形将导致半导体激光器的出射光束产生漂移,影响测量系统的稳定性。同时,由于半导体激光器的发光特点,其光斑常为椭圆形,从而制约了以半导体激光器为光源的激光多自由度误差测量系统的测量精度。因此,提出了基于双反射镜的光束漂移自动抑制方法,对半导体激光的光束漂移进行实时测量和补偿;同时提出了光束整形方法,在不加入其他光学元件的同时,修正半导体激光器的光斑形貌。在此基础上,设计并搭建了半导体激光多自由度运动误差测量系统。通过试验可得,测量系统水平直线度误差信号、竖直直线度误差信号、偏摆角误差信号和俯仰角误差信号的稳定性由光束漂移抑制前的6.9μm、6.7μm、5.4arcsec和4.6arcsec提高到光束漂移抑制后的5.5μm、2.5μm、1.3arcsec和1.7arcsec;直线度误差测量精度优于1.9μm,角度误差测量精度优于1.6arcsec。

线性运动平台多自由度几何运动误差测量技术

线性运动平台是精密制造和测量的基础,其定位精度直接影响着制造和测量的精度。由于制造和装配误差的影响,运动平台存在六个自由度的运动误差,将影响运动平台的定位精度。为了提高运动平台的定位精度,需要准确地测量各项运动误差。传统的测量方法只能对单一误差进行测量,并且测量仪器体积较大,无法集成在运动平台中进行实时误差测量。本文提出了一系列成本低、体积小、易集成的高精度多自由度几何运动误差同时测量技术,可以根据测量需求选择测量系统的自由度,在提高测量精度的同时,实现在线测量,为提高线性运动平台运动精度起到重要作用。

长距离激光测量中光束漂移的自动补偿

为了提高半导体激光器的光束稳定性,减少长距离测量中激光光束的漂移,本文设计了基于BP神经网络结合PID控制(BPNN-PID)的双反射镜激光器光束漂移自动补偿系统。在该系统中,将两个四象限光电探测器分别置于测量近端和测量远端,作为激光光束漂移的测量单元;用两个带有压电陶瓷致动器(PZT)的二维角度调整架作为激光光束方向的调整单元。建立了激光光束漂移量与调整单元角度变化的模型,并根据测量单元的输出,通过BPNN-PID方法反馈控制调整单元的角度,从而自动补偿激光光束漂移。实验结果表明使用该激光器光束漂移补偿方法,在15 min时间内,用于测量直线度误差和角度误差的激光测量系统的稳定性在测量距离1 m处,分别从未控制时的±9μm和±5″提高到了±3μm和±1.5″。