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(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(shí)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(jī)的誤差、刻劃機(jī)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(jī)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(guān)，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(biāo)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(guān)，是刻線位置的函數(shù)。此時(shí)它與刻劃誤差的關(guān) 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(shí)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(yīng)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(xì)分能力決定。設(shè)zui小讀數(shù)值為 T，測微器細(xì)分?jǐn)?shù)為n，則分劃值Ψ為

式中，n和T應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選定。一般來說，當(dāng)T—定時(shí)，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(fù)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(shí)間。通常金屬度盤的分劃值可取10'、20'、30'和1。等值；而光學(xué)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(yīng)該綜合考慮以下幾個(gè)因素，然后參考經(jīng)驗(yàn)值來確定：

1) 度盤直徑與刻線位置誤差有關(guān)：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(yīng)：度盤刻劃直徑與目視讀數(shù)系統(tǒng)放大倍數(shù)的 關(guān)系為

式中，Ψ為度盤分劃值；T為光學(xué)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(jié)構(gòu)尺寸的限制。

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

3.刻線寬度的選擇 刻線寬度由下式計(jì)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(shí)際取值與瞄準(zhǔn)方式有 關(guān)，關(guān)于瞄準(zhǔn)方式與瞄準(zhǔn)精度的關(guān)系在第二章人機(jī)工程部分有詳細(xì)說明，此處通常取值 如下：

•單實(shí)線重合貓準(zhǔn)時(shí)：B=0. 1 ~0. 15mm;

•單實(shí)線線端對準(zhǔn)時(shí)：B=0. 15 ~ 0.2mm;

•雙線對稱跨單線瞄準(zhǔn)時(shí)：B=0.3~0.4mm。

另外，刻線寬度也可由下式計(jì)算：

即刻線本身的寬度是刻線間隔的1/10 ~ 1/8。

標(biāo)尺和度盤是基礎(chǔ)而常用的長度、角度標(biāo)準(zhǔn)器。從兩種標(biāo)準(zhǔn)器的參數(shù)選擇及使用方法可 以看出，計(jì)量類光電儀器的精度分析是進(jìn)行儀器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而充分利用各種誤差補(bǔ)償原理 和提高精度的設(shè)計(jì)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(jī)工程的 原理選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)器或儀器參數(shù)也是保證儀器功能的前提。因此，儀器總體設(shè)計(jì)的諸多方 法是在單元設(shè)計(jì)中時(shí)時(shí)體現(xiàn)的，優(yōu)化儀器整體性能的思路應(yīng)該貫穿儀器設(shè)計(jì)全過程。