關于度盤的定義及其誤差詳細分解

一、度盤及其誤差

度盤是在圓形零件的刻劃面上以等分或不等分刻劃來作為角度標準器的一種元件。根據(jù) 刻劃面的形狀，可以分為錐面度盤、柱面度盤和平面度盤三類。如果按照材料分，同樣是分 為金屬度盤和玻璃度盤兩類。低精度度盤也有采用工程塑料制成的。柱面金屬度盤多用于低 精度儀器上，高精度金屬度盤則多采用錐面形式。用玻璃制成的度盤叫光學度盤，它有透射 式和反射式兩種工作方式，如圖7-、b所示

度盤的誤差主要是刻劃誤差和偏心誤差。

1.刻劃誤差

度盤的刻劃誤差是指度盤上實際刻線位置偏離理想位置的 角度量，如圖7-6所示，刻劃誤差知

產(chǎn)生刻劃誤差的主要原因有刻劃機的誤差、刻劃機調(diào)整不 良、度盤的安裝誤差以及外界條件影響等刻劃誤差可以用角 量表示，也可以用線量（切向誤差）表示。目前zui精密的刻劃 機在的工作條件下仍存在0. 5um左右的切向誤差，它與刻 劃直徑無關，因此度盤的直徑越大，刻劃角度誤差越小。

度盤刻劃誤差的衡量指標因使用場合不同而異。在單面讀數(shù)工作條件下，以“刻線位 置誤差”來衡量；在雙面讀數(shù)條件下，則用“直徑誤差”來表示。

1)刻線位置誤差V（ψ） :度盤刻線位置誤差是指度盤上任意一刻線偏離理想位置的角 度量。顯然刻線位置誤差與刻線的位置有關，是刻線位置的函數(shù)。此時它與刻劃誤差的關 系為

                 (7-1）

式中，ψ代表刻線位置。

2)直徑誤差Z(ψ):高精度測角儀器都采用對徑讀數(shù)法，這時用“直徑誤差”來評定 讀盤的刻劃誤差直徑誤差是對徑兩刻線位置誤差的綜合量，數(shù)值上用對徑兩刻線位置誤差 的平均值來表示，即

與第三章例3-12類似，采用對徑讀數(shù)法也可以消除度盤刻線誤差中的所有奇次諧波分 量。這也是高精度測角儀器采用對徑讀數(shù)的原因之一。

2.偏心誤差

由于度盤的安裝不正確，使得度盤的刻劃中心與旋轉(zhuǎn)中心不重合，引起的讀數(shù)誤差成為 偏心誤差。采用對徑讀數(shù)可以消除偏心誤差。具體的分析在第三章的例3-3和例3-12中有 說明。

二、度盤參數(shù)的選擇 ，

度盤的參數(shù)包括直徑D、分劃值Ψ和刻線寬度b等，其決定原則有以下幾方面。

1.分劃值的選擇

度盤上相鄰兩刻線對中心的張角稱為分劃值，用符號必表示。測角儀器的度盤大部分都采 用360°、六十分制。一般分劃值應從如下數(shù)列中選取：（1/2)。，（1/3)。，（1/6)。，（1/10)。， (1/12)。，（1/15)。，（1/30)。等。

度盤的分劃值由儀器的zui小讀數(shù)值和讀數(shù)測微裝置的細分能力決定。設zui小讀數(shù)值為 T，測微器細分數(shù)為n，則分劃值Ψ為

式中，n和T應根據(jù)實際情況選定。一般來說，當T—定時，n取大值，Ψ也大，這對度盤 的刻劃是有利的，但會使測微器復雜；反之，n小則Ψ也小，測微器可簡單些，但將增大度 盤的刻劃時間。通常金屬度盤的分劃值可取10'、20'、30'和1。等值；而光學度盤則有4'、 5'、10'、20'等幾種取值。

2. 直徑的選擇 

度盤直徑的選擇應該綜合考慮以下幾個因素，然后參考經(jīng)驗值來確定：

1) 度盤直徑與刻線位置誤差有關：刻劃直徑越大，刻線位置誤差V（ψ）越小。

2) 度盤直徑要與讀數(shù)（測微）裝置相適應：度盤刻劃直徑與目視讀數(shù)系統(tǒng)放大倍數(shù)的 關系為

式中，Ψ為度盤分劃值；T為光學系統(tǒng)放太倍數(shù)；A為相鄰兩分劃線的視見寬度，通常A=

1?2mm。

3)度盤直徑受儀器尺寸限制：從提高儀器精度來考慮，度盤直徑取較大值是有利的， 但受到儀器結構尺寸的限制。

根據(jù)對現(xiàn)有儀器的統(tǒng)計，金屬度盤直徑一般的取值范圍是170 ~300mm;而光學度盤則為80~250mm，具體尺寸由設計者綜合考慮決定。

3.刻線寬度的選擇 刻線寬度由下式計算：

式中，T為讀數(shù)系統(tǒng)的放大倍數(shù)；B為刻劃線本身的視見寬度，其實際取值與瞄準方式有 關，關于瞄準方式與瞄準精度的關系在第二章人機工程部分有詳細說明，此處通常取值 如下：

•單實線重合貓準時：B=0. 1 ~0. 15mm;

•單實線線端對準時：B=0. 15 ~ 0.2mm;

•雙線對稱跨單線瞄準時：B=0.3~0.4mm。

另外，刻線寬度也可由下式計算：

即刻線本身的寬度是刻線間隔的1/10 ~ 1/8。

標尺和度盤是基礎而常用的長度、角度標準器。從兩種標準器的參數(shù)選擇及使用方法可 以看出，計量類光電儀器的精度分析是進行儀器設計的基礎，而充分利用各種誤差補償原理 和提高精度的設計原則是保證儀器精度的有效手段。對于目視觀測的場合，根據(jù)人機工程的 原理選擇適當?shù)臉藴势骰騼x器參數(shù)也是保證儀器功能的前提。因此，儀器總體設計的諸多方 法是在單元設計中時時體現(xiàn)的，優(yōu)化儀器整體性能的思路應該貫穿儀器設計全過程。