分度头是机械加工中一种常见的测量设备,主要用于提供高精度的角度基准。传统的数字分度头通过分立的数显箱实现结果显示,其系统柔性差,操作人员劳动强度大,不便与其他设备接口,难以实现自动化测量。随着技术的进步和工业的发展,对机械设备的自动化程度和系统柔性要求越来越高。特别是各种高效、快速、准确和易于接口的加工设备不断涌现,对于测量设备和方法提出更高的要求。将测量设备与计算机接口、利用虚拟仪器技术改造测量设备,以及开发功能强大的数据处理和误差分析软件,能够方便地将测量过程与加工过程相结合,实现在位测量、提高加工精度和降低生产成本,是测量设备发展的方向。因此,设计一种使用灵活、易于与计算机接口的虚拟数字分度头系统具有重要的使用价值和意义。此外,通过在分度头上加装传感器和测量附件,构成的测量系统可以用于各种形状误差的测量与评定。形状误差的测量与评定对于工业生产和制造的意义十分重要,是检测产品质量、保证加工精度的关键环节。大多数零件的几何形状都包含有圆形或圆柱形的部分,因此圆度和圆柱度是形状误差领域里两种应用最广泛的公差。然而,到目前为止圆度和圆柱度的评定仍然没有既符合标准定义又具有快速简洁特性的计算方法。本文着眼于数字分度头的虚拟仪器化设计,以及轴类零件的形状误差测量,结合对传统数字分度头的改造项目,提出了一种虚拟光栅数显系统的原理。该系统基于可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device, CPLD)和通用串行总线(Universal Serial Bus, USB)接口技术,通过USB接口实现硬件电路模块与计算机的数据传输及通讯,使用虚拟光栅数显软件系统在计算机的显示器上虚拟传统的光栅数显系统的功能,包括显示、置数、清零、格式转换和存储。分析测试表明,当光栅尺运动的速度不超过0.3m/s时,虚拟光栅数显的示值误差小于±0.432um,能够用于光栅位移传感器数据的实时采集和显示。在虚拟光栅数显系统的基础上,本文还提出了一种虚拟数字分度头系统的原理。虚拟数字分度头由床身上安装了两路光栅位移传感器的数字分度头、虚拟光栅数显系统和虚拟数字分度头软件组成。工件安装在分度头头座和尾座的顶针之间,通过安装在数字分度头上的圆零位光栅位移传感器获得被测工件的回转角度,通过两路零位长光栅位移传感器获得被测工件上被测点的升程变化量,使用虚拟光栅数显系统实现测量结果的数字显示、处理和记录,并结合虚拟数字分度头软件进行数据的进一步处理和分析。虚拟数字分度头系统可以用于圆度和圆柱度误差的测量。针对圆度、圆柱度