胡 穎 楊 希

(湖北省測繪質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，武漢 430071)

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基于全站儀常見橫軸故障的檢校方法

胡 穎 楊 希

(湖北省測繪質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，武漢 430071)

闡述了全站儀橫軸誤差的意義，分析如何在使用全站儀的過程中排查儀器橫軸出現(xiàn)的問題，介紹了國家檢定規(guī)程對橫軸誤差的限制范圍及檢定方法，并針對橫軸誤差超差范圍的不同給出了檢校方法。

全站儀；橫軸；橫軸誤差

0 引言

全站儀安裝使用方便，測量準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好，具有自動(dòng)存儲(chǔ)、分析數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，兼具經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、部分高級(jí)別全站儀的功能，甚至具有GPS接收機(jī)的特點(diǎn)。作為一種具有長遠(yuǎn)發(fā)展前景的測繪儀器，全站儀在建筑施工、工程監(jiān)理、大型設(shè)備的安裝等場合，其受關(guān)注程度和使用范圍正在日益擴(kuò)大。

作者通過實(shí)踐總結(jié)出對全站儀橫軸誤差(即i角)的校正維修經(jīng)驗(yàn),并給出了祥細(xì)的調(diào)整方法及準(zhǔn)確的位置結(jié)構(gòu)圖。

1 排查橫軸故障的方法

在理想情況下，全站儀置平時(shí)，橫軸的中心線應(yīng)在水平位置上。如果不在水平位置，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡繞橫軸轉(zhuǎn)一圈，其視準(zhǔn)軸經(jīng)過的軌跡就不是一個(gè)垂直面，而是一個(gè)傾斜的平面。如圖1所示[1]，HHi表示水平軸水平時(shí)的位置，平面OZP為望遠(yuǎn)鏡繞一圈的軌跡平面，是一個(gè)垂直面。當(dāng)水平軸傾斜一個(gè)小角i時(shí)，橫軸的位置為H′Hi′，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡繞一圈的軌跡平面為OZ′P。一般規(guī)定橫軸靠豎盤一端低于另一端時(shí)，i角為正；橫軸靠豎盤一端高于另一端時(shí)，i角為負(fù)。i角就是橫軸誤差。

圖1 橫軸示意圖

如圖1所示，在橫軸水平時(shí)，照準(zhǔn)目標(biāo)Q，則照準(zhǔn)面為OZQP′，水平讀數(shù)為P′。當(dāng)橫軸誤差為i，望遠(yuǎn)鏡處于天頂位置讀數(shù)時(shí)，視準(zhǔn)軸與橫軸正交，視準(zhǔn)軸的方向?yàn)镺Z′，照準(zhǔn)目標(biāo)Q的照準(zhǔn)面為OZ′QP，此時(shí)水平讀數(shù)為P。由此可見，橫軸傾斜會(huì)對水平讀數(shù)造成影響。當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)Q順弧面QP方向，越靠近水平面，水平誤差越??；越遠(yuǎn)離水平面，誤差越大。雖然目前全站儀中普遍引入了補(bǔ)償器，大大降低了允許范圍內(nèi)i角誤差對測量結(jié)果的影響，但對超過標(biāo)準(zhǔn)范圍的i角誤差其影響仍不能忽視。

在實(shí)際測量中，如果碰到豎直角誤差小，水平角誤差隨垂直角的增大而增加的情況，例如測得的Z坐標(biāo)值與給定的水準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)值不符，或者打標(biāo)高發(fā)現(xiàn)測量不準(zhǔn)的時(shí)候，就應(yīng)該考慮是不是儀器橫軸出現(xiàn)問題，誤差是否超限。

如出現(xiàn)上述兩種情況，我們首先需要排除儀器2C的影響。盤左、盤右瞄準(zhǔn)無窮遠(yuǎn)處的同一個(gè)點(diǎn)，兩次水平盤讀數(shù)之差減去180°就是2C值。對應(yīng)Ⅱ級(jí)儀器如2C超過16″，就需要先校正2C，流程可參見圖2。排除2C的影響后重新測量水準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)或者打標(biāo)高。若校正后不符合給定坐標(biāo)值，那基本可以斷定是橫軸出現(xiàn)了問題，需送相關(guān)單位校正修理。

圖2 橫軸故障排查流程圖

2 實(shí)驗(yàn)室橫軸誤差的檢測

在儀器檢定實(shí)驗(yàn)室檢校臺(tái)上測量橫軸誤差的步驟如下：

將儀器固定在升降臺(tái)上，調(diào)整升降臺(tái)高度，使儀器視準(zhǔn)軸與平行光管在同一水平線上，整平儀器。水平平行光管的上方及下方各有一傾斜平行光管，作為高點(diǎn)和低點(diǎn)，其傾角約為±30°[2]。

盤左位置瞄準(zhǔn)高點(diǎn)平行光管的十字線分劃板中心，讀水平讀數(shù)L高；向下轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，照準(zhǔn)低點(diǎn)平行光管的十字線分劃板中心，得到水平讀數(shù)L低。

轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部180°并翻轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡。盤右位置瞄準(zhǔn)高點(diǎn)平行光管的十字線分劃板中心，讀水平讀數(shù)R高；向下旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，照準(zhǔn)低點(diǎn)平行光管的十字線分劃板中心，得到水平讀數(shù)R低。

以上讀數(shù)也可以采取讀格值的方法進(jìn)行估讀。因光管中一小格一般為20″或者30″，估讀讀數(shù)誤差較大，一般在初步修理時(shí)采用估讀讀數(shù)。

橫軸誤差i：

式中，a高為低點(diǎn)與水平點(diǎn)的夾角；a低為高點(diǎn)與水平點(diǎn)的夾角。

重復(fù)測量多次，取平均值作為最后的檢定結(jié)果。

JJG 100—2003《全站型電子速測儀檢定規(guī)程》對全站儀橫軸誤差的限制范圍見表1。

表1 橫軸誤差規(guī)定

3 常見橫軸故障的檢校方法

橫軸誤差超限時(shí)，需要進(jìn)行檢校。

1)當(dāng)誤差在90″以內(nèi)時(shí)，一般采用調(diào)整豎軸固定螺絲的方法。撬開位于望遠(yuǎn)鏡正下方的3個(gè)(部分型號(hào)為4個(gè))橡皮封圈，可以看到豎軸固定螺絲，如圖3所示。松其中一顆螺絲半個(gè)絲到一個(gè)絲，重新測量橫軸誤差，如誤差變小則表示螺絲旋轉(zhuǎn)方向正確，繼續(xù)調(diào)整其它螺絲；如誤差變大則擰緊后松其它螺絲。把握一松兩緊，或兩松一緊的原則，使十字絲豎絲處于正確位置，且三顆螺絲最后都處于擰緊的狀態(tài)。重新測量橫軸誤差，如此反復(fù)幾次，使橫軸誤差達(dá)到允許誤差范圍內(nèi)最小值。

圖3 豎軸固定螺絲實(shí)物圖

2)當(dāng)誤差在90″～300″時(shí)，需要調(diào)整橫軸一端的高低。取下電池，擰下護(hù)蓋螺絲后取下護(hù)蓋，可看到橫軸的一端，如圖4所示。裝上電池,此時(shí)電池掛在儀器的一端，這樣做是為了使儀器橫軸兩端的重量與實(shí)際使用時(shí)一樣。松動(dòng)圖3中的四個(gè)橫軸固定螺絲半個(gè)絲到一個(gè)絲，用一只手向上頂或向下?lián)苋鐖D中所指示的位置，使橫軸誤差在正確位置后，另一只手?jǐn)Q緊螺絲，重新測量橫軸誤差，如此反復(fù)，使橫軸誤差達(dá)到最小值。

圖4 橫軸一端實(shí)物圖

圖5 刮儀器主體位置實(shí)物圖

3)當(dāng)誤差在300″以上，采用“刮儀器主體”的方法。取下儀器豎盤、鍵盤、電池以及照準(zhǔn)部底部的蓋板、護(hù)蓋，輕輕提起儀器，取出儀器主體，其底部結(jié)構(gòu)如圖5。用扁平物體輕刮橫軸高的一端，刮的軌跡為左半圓或右半圓，裝好儀器重新測量橫軸誤差，如此反復(fù)多次，直到橫軸誤差達(dá)到一合理范圍，再采用前述的兩種方法調(diào)橫軸。有時(shí)也用錫紙“墊儀器主體”的方法，即用錫紙墊高橫軸低的一端。因墊的錫紙可能在長時(shí)間的使用后產(chǎn)生偏位，因此不推薦。

以上3種檢校方法在卸載螺絲時(shí)要注意分類、做好標(biāo)記，以免在組裝時(shí)弄混淆?？筛鶕?jù)實(shí)際情況配合使用。

4 結(jié)語

全站儀屬于高精度儀器，如技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)不足在校正維修時(shí)最好不要輕易拆開，避免最后無法復(fù)原而造成經(jīng)濟(jì)損失。測量人員對全站儀定期檢定、維護(hù)、保養(yǎng)，在使用時(shí)規(guī)范操作，認(rèn)真觀察儀器狀態(tài)，積極對每個(gè)數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行判斷，就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和避免設(shè)備出現(xiàn)問題，將全站儀的優(yōu)勢發(fā)揮到最大。

[1] 劉勝林.經(jīng)緯儀橫軸與豎軸垂直度的檢定[J].計(jì)量技術(shù)，2000(6)：39

[2] JJG 100—2003.中華人民共和國國家計(jì)量檢定規(guī)程[S]

[3] 張良琚，陳一飛.電子經(jīng)緯儀檢驗(yàn)方法[M].北京.解放軍出版社，1991：20

[4] 周聞青，周維虎.經(jīng)緯儀橫軸與豎軸垂直度誤差分析與檢定[J].測量與校準(zhǔn)，2005，25(6):56

[5] 魏娜，苗艷妮，孫宏飛.TCA2003全站儀監(jiān)測數(shù)據(jù)處理新方法[J].地理空間信息，2008，6(4):138-140

[6] 姜建波，楊愛芬.經(jīng)緯儀橫軸系統(tǒng)的維修[J].計(jì)量技術(shù)，2007(3):78-79

[7] 謝鳴.淺析經(jīng)緯儀橫軸與豎軸垂直度的調(diào)校[J].計(jì)量技術(shù)，2002(3):55-56

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.07.20