鐘朝輝

(貴州省測繪儀器計量檢定站，貴州 550004)

0　引言

早期的全站儀一般只有棱鏡目標的紅外測距功能，隨著工業(yè)測量的需要，全站儀增加了對反射片目標的測距能力。上世紀90年代末，在有合作目標(棱鏡和反射片)測距功能的基礎上，全站儀再度集成了無合作目標(無棱鏡)測距功能，分別由紅外發(fā)光管和激光發(fā)光管為有合作目標測距和無合作目標測距提供雙光源，使全站儀的望遠鏡一次瞄準目標即可實現(xiàn)同時測定目標的水平角、豎直角和斜距等全部基本測量要素的功能。因此，這就是要求全站儀三軸(望遠鏡照準軸、測距發(fā)射軸與接收軸)要同軸的原因。但全站儀在野外使用的過程中， 由于長期工作和運輸中的震動、碰撞，全站儀三軸關系常常發(fā)生變化,從而導致全站儀在近距離時能測距，而遠距離則不能測距的現(xiàn)象，如果偏差太大時，甚至近距離也無法測距；另一方面也大大降低儀器的測程，并且也會影響測距精度。筆者根據(jù)多年工作經(jīng)驗和儀器的不同結(jié)構(gòu)總結(jié)了上述三軸不同軸的檢查和校準方法，與同行們進行交流。

1　雙光源模式全站儀望遠鏡結(jié)構(gòu)

在全站儀的望遠鏡中的測距部分，安裝有兩個光路同軸的發(fā)射管(紅外發(fā)光管和激光發(fā)光管)，測距外光路系統(tǒng)的紅外發(fā)光管發(fā)射的調(diào)制紅外光經(jīng)物鏡射向反光棱鏡、反射片與激光發(fā)光管發(fā)射的可見紅色激光束經(jīng)物鏡射向自然表面反射后，經(jīng)同一光路反射回來，再經(jīng)分色棱鏡使回光信號被光電二極管接收(如圖1所示)。

圖1　雙光源全站儀測距結(jié)構(gòu)圖

2　全站儀三軸關系的檢查與校準

2.1　紅外光測距光軸與望遠鏡視準軸、接收軸同軸的檢查

首先應按JJG 100—2003《全站儀電子速測儀檢定規(guī)程》中的望遠鏡視準軸對橫軸的垂直度和豎盤指標差兩項目要求進行相應的檢查和校準，當其符合要求后再進行下述檢查。

紅外光測距光軸與望遠鏡視準軸、接收軸同軸的標志就是當全站儀的望遠鏡十字絲中心照準反射棱鏡中心位置，進行測距時回光信號應最大。因此，檢查的基本思路就是通過全站儀的望遠鏡照準反射棱鏡，進行測距觀測其返回信號的強度。左右旋轉(zhuǎn)水平微動手輪，上下旋轉(zhuǎn)垂直微動手輪，觀察返回信號強度的變化，找出返回信號最大的位置(即通常所說的電照準)，進而確定該位置與反射棱鏡中心位置在水平方向和垂直方向的角值是否滿足技術要求。

將全站儀架在腳架上，距它300～500m處架一帶有覘板的單棱鏡，整平后開機，在儀器鍵盤上操作選擇測量目標為棱鏡，用望遠鏡照準反射棱鏡，通過菜單選擇EDM信號檢測模式(由于各種全站儀的菜單各不相同，進入信號檢測的菜單方式也有各異，具體的進入方式參見相應儀器使用說明書)，返回信號強弱一般由圖2所示的計量條表示，計量條中的黑色部分越長表示信號越強。然后左右旋轉(zhuǎn)儀器的水平微動手輪，上下旋轉(zhuǎn)垂直微動手輪，觀察返回信號強度的變化，找出返回信號最大的位置，返回測角模式讀取水平盤和豎盤度數(shù)H、V，用微動螺旋使望遠鏡十字絲中心與棱鏡中心重合，記下讀數(shù)H中，V中并計算

圖2　EDM信號檢測

|H-H中|≤30″

(1)

|V-V中|≤30″

(2)

式中，H為返回信號最大位置時的水平盤讀數(shù)；V為返回信號最大位置時的豎盤讀數(shù)；H中為望遠鏡十字絲中心與棱鏡中心重合時的水平盤讀數(shù)；V中為望遠鏡十字絲中心與棱鏡中心重合時的豎盤讀數(shù)。

若式(1)、(2)符合要求，說明紅外光束的發(fā)射軸、接收軸與望遠鏡視準軸已同軸，否則進行三軸之間的校準。

2.2　紅外光束測距光軸發(fā)射軸、接收軸與望遠鏡視準軸的校準

校準前首先應判斷檢查發(fā)射軸與接收軸是哪個與望遠鏡視準軸不同軸或兩個均與之不同軸。

2.2.1發(fā)射光軸的檢查步驟

1)先把待檢查的全站儀放在平行光管處調(diào)至無窮遠直到看清平行光管遠點的十字絲為止；

2)再把一臺經(jīng)緯儀(光經(jīng)、電經(jīng)均可)也調(diào)至無窮遠直到看清平行光管遠點的十字絲為止；

3)然后把兩臺儀器的望遠物鏡相對，如圖3所示，打開被檢查的全站儀，通過儀器的鍵盤操作選擇有棱鏡測距或選擇信號檢測功能，使全站儀不斷發(fā)出紅外光束，并用全站儀或經(jīng)緯儀進行微調(diào)，直到看清待檢查的全站儀的十字絲、紅色的光斑為止；

圖3　經(jīng)緯儀、全站儀望遠物鏡相對放置

4)從經(jīng)緯儀目鏡一端觀察待檢查的全站儀十字絲與光斑是否重合，通過觀察如圖4(a)所示，則表明其發(fā)射軸與視準軸同軸；若觀察到如圖4(b)所示則表明發(fā)射軸與視準軸不同軸,需要進行調(diào)整。

圖4　十字絲與光斑位置

2.2.2接收光軸的檢查步驟

接收光軸的檢查步驟與發(fā)射光軸的檢查基本相同，只是需要在接收光纖頭加一外光源即可。

2.2.3發(fā)射軸與望遠鏡視準軸不同軸的校準步驟

發(fā)射光軸的調(diào)整，以科力達KTS-440/550全站儀為例：

1)通過儀器的鍵盤操作選擇有棱鏡測距或選擇信號檢測功能，使全站儀不斷發(fā)出紅外光束；

2)擰松發(fā)射光纖頭固定螺釘1(如圖5)，上下移動光纖頭，使光斑最清晰，然后將螺釘1擰緊；

3)擰松發(fā)射光纖座固定螺釘2，上下左右調(diào)整發(fā)射管支架，使光斑中心與全站儀十字絲分劃板中心同心。然后將螺釘緊固。

2.2.4接收光軸與望遠鏡視準軸不同軸的校準步驟

1)給接收光纖接一外光源；

2)擰松螺釘3(如圖5)，上下移動光纖頭。在視場內(nèi)找到光斑，上下調(diào)整光纖頭在光纖座中的位置，使光斑最清晰，然后將螺釘3擰緊；3)擰松螺釘4，上下左右調(diào)整接收管支架使光斑中心位于全站儀望遠鏡十字絲分劃板中心，將螺釘緊固并將調(diào)整過的螺釘、釘絲點上清漆。

圖5　發(fā)射光軸、接收光軸調(diào)校結(jié)構(gòu)

2.3　激光管發(fā)射可見紅色激光束與望遠鏡視準軸同軸的檢查

該項檢查應在上述檢查校準完畢后再進行。

一般的有免棱鏡測距的全站儀即提供可見激光束的無反射棱鏡方式，而該可見激光束又可以作為方向指示器使用，還可根據(jù)光斑的位置確定測量位置。因此，根據(jù)望遠鏡中的十字絲中心照準的目標與激光光斑所處位置是否一致這一現(xiàn)象進行檢查。

1)室外架設好待檢的全站儀，在其旁邊另架設一臺經(jīng)緯儀(光經(jīng)、電經(jīng)均可)，它的作用就是觀察目標和激光發(fā)光管發(fā)射激光光斑，因為，在全站儀的望遠鏡中裝有濾光器，人眼通過全站儀的望遠鏡是看不見激光光斑的，然后在距儀器50m左右的墻體上貼一張帶有十字標記的白紙(距離稍遠可提高檢查和校準的準確性)；

2)同時將全站儀和經(jīng)緯儀各自望遠鏡中的十字絲準確照準墻上的十字標記，然后通過儀器的鍵盤操作選擇無棱鏡測距或激光指示功能，使全站儀不斷發(fā)出激光光束，通過經(jīng)緯儀就可觀察，如圖6(a)所示則表明其發(fā)射軸與望遠鏡視準軸同軸；若如圖6(b)所示則表明發(fā)射軸與視準軸不同軸。

圖6　十字標記與激光光斑位置

由于紅外光測距光軸和激光發(fā)光管發(fā)射的可見紅色激光束的接收管是共用的，因此，在上述檢查和校準后它是與望遠鏡視準軸同軸的。

2.4　激光管發(fā)射的可見紅色激光束與望遠鏡視準軸同軸的校準

激光發(fā)光管發(fā)射的可見紅色激光束的校準根據(jù)其儀器提供的調(diào)校結(jié)構(gòu)大致分為兩種：

2.4.1對于儀器提供有調(diào)?？椎陌雌湔f明書進行調(diào)校

調(diào)整紅色激光束的方向，以TC402R全站儀為例，如圖7所示，取出望遠鏡頂部的二個調(diào)整孔的孔塞。激光束垂直上下調(diào)整，把內(nèi)六角板手插入靠后面的一個調(diào)整孔中，順時針旋轉(zhuǎn)(激光點上移)，再逆時針旋轉(zhuǎn)(激光點下移)；激光束水平左右調(diào)整，把內(nèi)六角扳手插入靠前面的調(diào)整孔中，順時針旋轉(zhuǎn)(激光點向右移動)，再逆時針旋轉(zhuǎn)(激光點向左移動)。

圖7　激光束調(diào)整孔

2.4.2利用內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)校位置進行校準

對于儀器沒有提供有調(diào)?？椎目筛鶕?jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)校位置進行校準，以科力達KTS-440R/550R全站儀為例。打開望遠鏡上測距頭護蓋后其結(jié)構(gòu)如圖8所示，如果光斑不在十字絲中心，通過松緊底板下方的兩個螺絲1，2可左 右移動光斑，(注意最后要保持這兩顆螺絲是緊的狀態(tài)，然后點上螺絲固定膠)，松動反光鏡固定螺絲3，用校正針插入反光鏡調(diào)整孔4上下?lián)軇臃垂忡R，可見激光光斑上下移動，一邊調(diào)整一邊觀察，使光斑移動到十字絲中心，然后擰緊反光鏡固定螺絲，再檢測一下光斑是否在十字絲中心，最后點上螺絲固定膠。

圖8　測距頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)校位置

3　結(jié)束語

筆者已按上述方法做過多臺雙光源模式全站儀的檢查和校準，經(jīng)校準后，全站儀的三軸均能恢復同軸，測程也能滿足要求。由于全站儀是光、機、電、算一體化產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)復雜、裝配精度高、相關性強，如果沒有進行過相關專業(yè)培訓和具備全面綜合的維修檢測技能，不要貿(mào)然進行操作和校準，以避免誤操作對儀器造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。經(jīng)過上述校準以后，如果儀器仍然存在文中開頭提及的現(xiàn)象，對不同廠家的儀器建議到相應廠家有維修資質(zhì)的地點進行維修。

[1]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.JJG 703—2003光電測距檢定規(guī)程[S].北京：中國計量出版社，2003

[2]楊德麟.紅外測距儀原理及檢測.北京：測繪出版社，1990

[3]Leica，TCR402用戶手冊

[4]李本國，等.全站儀的野外檢查與校正，計量技術,2011(10)