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关于度盘的定义及其误差详细分解

更新时间:2014-11-10      浏览次数:6860

一、度盘及其误差

度盘是在圆形零件的刻划面上以等分或不等分刻划来作为角度标准器的一种元件。根据 刻划面的形状,可以分为锥面度盘、柱面度盘和平面度盘三类。如果按照材料分,同样是分 为金属度盘和玻璃度盘两类。低精度度盘也有采用工程塑料制成的。柱面金属度盘多用于低 精度仪器上,高精度金属度盘则多采用锥面形式。用玻璃制成的度盘叫光学度盘,它有透射 式和反射式两种工作方式,如图7-、b所示

度盘的误差主要是刻划误差和偏心误差。

1.刻划误差

度盘的刻划误差是指度盘上实际刻线位置偏离理想位置的 角度量,如图7-6所示,刻划误差知

 

 

产生刻划误差的主要原因有刻划机的误差、刻划机调整不 良、度盘的安装误差以及外界条件影响等刻划误差可以用角 量表示,也可以用线量(切向误差)表示。目前zui精密的刻划 机在的工作条件下仍存在0. 5um左右的切向误差,它与刻 划直径无关,因此度盘的直径越大,刻划角度误差越小。

度盘刻划误差的衡量指标因使用场合不同而异。在单面读数工作条件下,以“刻线位 置误差”来衡量;在双面读数条件下,则用“直径误差”来表示。

1)刻线位置误差V(ψ) :度盘刻线位置误差是指度盘上任意一刻线偏离理想位置的角 度量。显然刻线位置误差与刻线的位置有关,是刻线位置的函数。此时它与刻划误差的关 系为

                 (7-1)

式中,ψ代表刻线位置。

2)直径误差Z(ψ):高精度测角仪器都采用对径读数法,这时用“直径误差”来评定 读盘的刻划误差直径误差是对径两刻线位置误差的综合量,数值上用对径两刻线位置误差 的平均值来表示,即

与第三章例3-12类似,采用对径读数法也可以消除度盘刻线误差中的所有奇次谐波分 量。这也是高精度测角仪器采用对径读数的原因之一。

2.偏心误差

由于度盘的安装不正确,使得度盘的刻划中心与旋转中心不重合,引起的读数误差成为 偏心误差。采用对径读数可以消除偏心误差。具体的分析在第三章的例3-3和例3-12中有 说明。

二、度盘参数的选择 ,

度盘的参数包括直径D、分划值Ψ和刻线宽度b等,其决定原则有以下几方面。

1.分划值的选择

度盘上相邻两刻线对中心的张角称为分划值,用符号必表示。测角仪器的度盘大部分都采 用360°、六十分制。一般分划值应从如下数列中选取:(1/2)。,(1/3)。,(1/6)。,(1/10)。, (1/12)。,(1/15)。,(1/30)。等。

度盘的分划值由仪器的zui小读数值和读数测微装置的细分能力决定。设zui小读数值为 T,测微器细分数为n,则分划值Ψ为

式中,n和T应根据实际情况选定。一般来说,当T—定时,n取大值,Ψ也大,这对度盘 的刻划是有利的,但会使测微器复杂;反之,n小则Ψ也小,测微器可简单些,但将增大度 盘的刻划时间。通常金属度盘的分划值可取10'、20'、30'和1。等值;而光学度盘则有4'、 5'、10'、20'等几种取值。

2. 直径的选择 

度盘直径的选择应该综合考虑以下几个因素,然后参考经验值来确定:

1) 度盘直径与刻线位置误差有关:刻划直径越大,刻线位置误差V(ψ)越小。

2) 度盘直径要与读数(测微)装置相适应:度盘刻划直径与目视读数系统放大倍数的 关系为

式中,Ψ为度盘分划值;T为光学系统放太倍数;A为相邻两分划线的视见宽度,通常A=

1〜2mm。

3)度盘直径受仪器尺寸限制:从提高仪器精度来考虑,度盘直径取较大值是有利的, 但受到仪器结构尺寸的限制。

根据对现有仪器的统计,金属度盘直径一般的取值范围是170 ~300mm;而光学度盘则为80~250mm,具体尺寸由设计者综合考虑决定。

3.刻线宽度的选择 刻线宽度由下式计算:

式中,T为读数系统的放大倍数;B为刻划线本身的视见宽度,其实际取值与瞄准方式有 关,关于瞄准方式与瞄准精度的关系在第二章人机工程部分有详细说明,此处通常取值 如下:

•单实线重合猫准时:B=0. 1 ~0. 15mm;

•单实线线端对准时:B=0. 15 ~ 0.2mm;

•双线对称跨单线瞄准时:B=0.3~0.4mm。

另外,刻线宽度也可由下式计算:

即刻线本身的宽度是刻线间隔的1/10 ~ 1/8。

标尺和度盘是基础而常用的长度、角度标准器。从两种标准器的参数选择及使用方法可 以看出,计量类光电仪器的精度分析是进行仪器设计的基础,而充分利用各种误差补偿原理 和提高精度的设计原则是保证仪器精度的有效手段。对于目视观测的场合,根据人机工程的 原理选择适当的标准器或仪器参数也是保证仪器功能的前提。因此,仪器总体设计的诸多方 法是在单元设计中时时体现的,优化仪器整体性能的思路应该贯穿仪器设计全过程。

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