羅路明

邵陽市計(jì)量測試檢定所，湖南 邵陽 422000

淺析光學(xué)經(jīng)緯儀豎盤指標(biāo)差產(chǎn)生的原因及調(diào)整

羅路明

邵陽市計(jì)量測試檢定所，湖南 邵陽 422000

豎盤指標(biāo)差（簡稱指標(biāo)差）是體現(xiàn)經(jīng)緯儀測量準(zhǔn)確度的一個極其重要的技術(shù)指標(biāo)，它直接影響到經(jīng)緯儀垂直角的測量進(jìn)而影響到其能否正常使用，是經(jīng)緯儀的“靈魂”。因而，不管是首次檢定、使用中檢定還是修理后檢定，其都是一個必檢項(xiàng)目。

光學(xué)經(jīng)緯儀 ；指標(biāo)差；產(chǎn)生原因；調(diào)整方法

經(jīng)緯儀是一種廣泛使用在地形測量、工程測量及礦山測量中的精密計(jì)量儀器。其種類較多，目前使用的主要有光學(xué)經(jīng)緯儀和電子經(jīng)緯儀兩種。二者在工作原理上稍有不同，光學(xué)經(jīng)緯儀主要根據(jù)物理光學(xué)的放大、反射、折射等原理進(jìn)行度盤讀數(shù)，是當(dāng)今較為常見的一種計(jì)量設(shè)備；而電子經(jīng)緯儀則在物理光學(xué)的基礎(chǔ)上加入了電子學(xué)和光電轉(zhuǎn)換等原理顯示度盤讀數(shù)，是現(xiàn)代高科技高度集成的產(chǎn)品。由于光學(xué)經(jīng)緯儀的性價比較高、適應(yīng)環(huán)境能力較強(qiáng)、維修成本較低、使用壽命較長，所以現(xiàn)階段在一般測量時使用最為廣泛的仍然以光學(xué)經(jīng)緯儀為主。

光學(xué)經(jīng)緯儀的豎盤指標(biāo)差，即平分豎直度盤的偏差，是光學(xué)經(jīng)緯儀在使用中非常容易出現(xiàn)超差的一個誤差指標(biāo)。因其產(chǎn)生原因的多樣化，產(chǎn)生頻率的經(jīng)?；手笜?biāo)超差也是檢定人員在檢定調(diào)修過程中經(jīng)常遇到的最為頭疼的一種故障。

出廠前，經(jīng)緯儀的垂直讀數(shù)系統(tǒng)都經(jīng)過了仔細(xì)的調(diào)整，將垂直盤指標(biāo)差調(diào)整到了允許范圍之內(nèi)。但因使用不當(dāng)、運(yùn)輸途中的振動、固定螺釘應(yīng)力改變等因素，可能會導(dǎo)致光路細(xì)微的改變而出現(xiàn)超差的現(xiàn)象。因此，為保證測量的準(zhǔn)確度必須及時進(jìn)行調(diào)整，下面就其原因與調(diào)整方法進(jìn)行進(jìn)一步的闡述：

1 指標(biāo)差產(chǎn)生的原因

指標(biāo)差產(chǎn)生的理論原因是望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸不水平或豎軸不鉛垂。也就是說當(dāng)望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸水平及豎軸鉛垂時，垂直度盤的90°或270°刻線應(yīng)與指標(biāo)線重合，此時在讀數(shù)窗中的讀數(shù)應(yīng)為90°或270°，當(dāng)有一個條件不滿足時便產(chǎn)生了誤差，即指標(biāo)差。其產(chǎn)生原因主要有以下幾種情況：

（1）豎軸不鉛垂；

（2）望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸不水平；

（3）垂直度盤固定位置不對或松動導(dǎo)致較大偏心；

（4）運(yùn)輸或使用中的強(qiáng)烈振動而引起的豎直度盤或其他光學(xué)零件的位移；

（5）固定光學(xué)零件的部件老化或螺釘應(yīng)力變形而引起的光路漂移；

（6）測微器行差過大也對指標(biāo)差的判斷有一定的影響；

（7）照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)正確性(不帶自動補(bǔ)償器的儀器影響較大)不合格或儀器水準(zhǔn)器不準(zhǔn)確；

（8）自動補(bǔ)償器失靈、偏擺或補(bǔ)償誤差過大等。

2 指標(biāo)差的調(diào)整方法

調(diào)整指標(biāo)差通常有三種方法：（1）是調(diào)整指標(biāo)水準(zhǔn)器(不帶自動補(bǔ)償器的J6及以下系列)。通過正倒鏡的反復(fù)調(diào)整可使誤差很容易達(dá)到合格范圍內(nèi)，且調(diào)整幅度較大。（2）是調(diào)整望遠(yuǎn)鏡分劃板的橫絲。但這種方法調(diào)整幅度極小，僅有十幾秒的范圍，并只適用于在水平與垂直方向用四個螺釘頂住目鏡的儀器，且調(diào)整時還會影響望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦運(yùn)行誤差。因此，采用此法調(diào)整之后還必須檢定望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦運(yùn)行誤差，使二者處于一個最佳的兼顧狀態(tài)。（3）是利用專門設(shè)置的調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。自動安平的TDJ6和TDJ2光學(xué)經(jīng)緯儀就是在垂直光路中設(shè)置了專用的指標(biāo)差調(diào)整機(jī)構(gòu)。其工作原理就是在垂直光路中加裝了一塊小平板，轉(zhuǎn)動小平板就可以移動垂直度盤的刻劃線像，實(shí)現(xiàn)指標(biāo)差的調(diào)整。這種方法方便簡單，唯一缺點(diǎn)是調(diào)整范圍有限，只有±2′。但在實(shí)際送檢的儀器中大部分遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這一范圍，針對超差過大的指標(biāo)差主要采取以下兩個步驟：

（1）在檢定中，如果發(fā)現(xiàn)指標(biāo)差超差達(dá)到十幾分，甚至上度，這時首先應(yīng)排除是不是豎盤的固定位置發(fā)生了改變或松動。這種可能可以通過讀數(shù)窗里面的豎盤讀數(shù)來進(jìn)行判斷。當(dāng)上下大幅度轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡而豎盤度數(shù)值相對上下的位置無明顯的改變(波動范圍未超過數(shù)字高度的一半左右)時則可否定這種可能，反之則進(jìn)一步求證豎盤移動與否，確是豎盤偏心改變的，把其修正后即可調(diào)整過來。

如不是豎盤偏心問題，則應(yīng)當(dāng)考慮是不是豎軸不鉛垂或自動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)失靈。如果在儀器精確整平的情況下，望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)自準(zhǔn)直平行光管的分劃板橫絲后，豎盤讀數(shù)不是90°或270°(最多上下相差幾秒)則進(jìn)一步檢查豎軸的鉛垂度(這項(xiàng)檢查需在兩個相對的自準(zhǔn)直平行光管之間進(jìn)行)以及自動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)是否正常工作(通過輕敲儀器外殼或?qū)ｉT設(shè)置的檢測按鈕來觀測)。

（2）如果上述的可能排除后仍無好轉(zhuǎn)則是光路已經(jīng)改變，很有可能是垂直光路中的光線在進(jìn)入讀數(shù)系統(tǒng)前的路徑投影不在同一平面內(nèi)而引起了成像位移。這時一般打開測微器側(cè)的蓋板，檢查右棱鏡（垂直光路中將光軸折轉(zhuǎn)90°方向的棱鏡，位置靠近水平盤）整固螺釘是否松動或漆封痕跡是否改變，做好初始標(biāo)記后用小改錘擰松頂固小螺釘，然后用中號改錘對該棱鏡的位置小心進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整時眼睛要一直盯住讀數(shù)窗，隨時注意讀數(shù)的變化(注意根據(jù)指標(biāo)差的正負(fù)往相反方向調(diào)節(jié)一半，千萬不能調(diào)反)。經(jīng)過反復(fù)幾次的正倒鏡調(diào)整即可粗略調(diào)整合格，然后利用專門的指標(biāo)差調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確調(diào)整。這項(xiàng)矯正光學(xué)零件的工作比較煩瑣而且有一定的風(fēng)險，一旦搞錯有可能適得其反，所以我們在調(diào)整時一定要動作輕柔，做好初始標(biāo)記，無預(yù)期效果時應(yīng)立即停止進(jìn)行并恢復(fù)原始狀態(tài)，以免產(chǎn)生其他誤差。

另外，豎盤指標(biāo)差的檢定只是整個儀器檢定過程中的一個環(huán)節(jié)，只有嚴(yán)格按照檢定規(guī)程的步驟進(jìn)行到此項(xiàng)目時才可進(jìn)行調(diào)修，這樣才能排除其他因素對其的影響。

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[1] 國家計(jì)量檢定規(guī)程.《光學(xué)經(jīng)緯儀》JJG414-2011[M].北京：中國質(zhì)檢出版社，2012.

[2] 《中國計(jì)量》雜志社. 計(jì)量器具使用與調(diào)修經(jīng)驗(yàn)集錦[M].北京：中國計(jì)量出版社，2008.

[3] 唐務(wù)浩，陳敬芬.大地測量儀器學(xué)[M].武漢：測繪出版社，1985.

本文從光學(xué)經(jīng)緯儀的結(jié)構(gòu)原理入手，結(jié)合近二十年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，深入分析了光學(xué)經(jīng)緯儀指標(biāo)差產(chǎn)生的多種原因及相應(yīng)的調(diào)整方法，希望能達(dá)到拋磚引玉的效果。