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        測(cè)量?jī)x器快速整平對(duì)中原理及方法研究

        2020-12-02 05:47:38陳文生
        工程技術(shù)研究 2020年19期
        關(guān)鍵詞:腳架整平三腳架

        陳文生

        (鄭州鐵路科技發(fā)展有限公司,河南 鄭州 450000)

        各種工程對(duì)測(cè)量的精度要求越來(lái)越高,儀器高的量取是測(cè)繪外業(yè)中的首要程序,儀器高的精度決定了測(cè)量外業(yè)的整體精度。儀器高,是指儀器度盤(pán)中心到測(cè)站點(diǎn)的鉛垂距離。目前量取儀器高的通用方法是鋼尺量距法,其理論精度約為2~3mm[1],實(shí)際操作中在各種因素的影響下其精度會(huì)更低,這在精密工程測(cè)量中是一個(gè)不能回避的問(wèn)題,如何設(shè)法提高儀器高的量取精度是一個(gè)很重要的基礎(chǔ)問(wèn)題[2]。整平和對(duì)中是測(cè)量中的基礎(chǔ)工作,整平是使儀器豎軸為鉛垂線狀態(tài),使其水平度盤(pán)為水平狀態(tài);對(duì)中是使儀器中心與對(duì)中點(diǎn)在同一鉛垂線上[3]。在工程測(cè)量中,由于不清楚整平和對(duì)中的原理,導(dǎo)致在實(shí)際操作中盲目而又不得法,浪費(fèi)了大量的時(shí)間精力。通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),先使儀器中心與對(duì)中點(diǎn)重合,在儀器大致水平的情況下,通過(guò)調(diào)節(jié)三腳架進(jìn)行整平時(shí)儀器中心與對(duì)中點(diǎn)并沒(méi)有明顯分離,有人稱(chēng)之為三腳架的指心現(xiàn)象[4-6]。文章對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行研究,總結(jié)出一套實(shí)用的儀器快速整平對(duì)中方法,為相關(guān)工作人員提供實(shí)際的工作參考。

        1 快速整平對(duì)中方法

        1.1 精對(duì)中粗整平

        安置儀器后,移動(dòng)三腳架,并注意觀察以光學(xué)對(duì)中器或?qū)χ屑す恻c(diǎn)為代表的儀器中心,通過(guò)移動(dòng)使儀器中心與對(duì)中點(diǎn)重合,在這個(gè)過(guò)程中保證儀器大致水平。

        1.2 精整平

        根據(jù)水準(zhǔn)氣泡位置,調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的腳架,操作方法為沿腳架中心線在地面上的投影線上前后移動(dòng)腳架或選擇伸縮腳架。在堅(jiān)硬地面選擇直接移動(dòng)腳架較快捷,在松軟地面將腳架踩實(shí)后進(jìn)行伸縮較快捷,也可以二者同時(shí)進(jìn)行,直至水準(zhǔn)氣泡居中。

        1.3 精對(duì)中精整平

        基于三腳架的指心現(xiàn)象,此時(shí)儀器中心與對(duì)中點(diǎn)并沒(méi)有明顯的偏移,但由于操作上的誤差等原因可能導(dǎo)致一定范圍內(nèi)的偏移。此時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)儀器微動(dòng)螺旋使其水平,并通過(guò)移動(dòng)儀器使其精確對(duì)中即可。

        2 三腳架指心現(xiàn)象的證明

        2.1 腳架操作

        對(duì)腳架的操作主要包括兩種:(1)腳架在地面點(diǎn)位置不變,伸縮某一腳架;(2)沿腳架在地面的投影線方向移動(dòng)某一腳架。

        2.2 腳架體分析

        腳架體由三個(gè)腳架及上平面組成,三腳架實(shí)物圖見(jiàn)圖1??梢詫⒛_架簡(jiǎn)化為A、B、C三條線段,見(jiàn)圖2(a),固定腳架A、B,只研究腳架C活動(dòng)時(shí)的影響,此時(shí)AB為一個(gè)整體,將其簡(jiǎn)化,見(jiàn)圖2(b)。實(shí)踐發(fā)現(xiàn),當(dāng)活動(dòng)其中一個(gè)腳架時(shí),腳架上平面和另外兩個(gè)腳架組成的架構(gòu)是不變的。

        圖1 三腳架實(shí)物圖

        2.3 腳架整平及對(duì)中模型研究

        腳架整平及對(duì)中的實(shí)質(zhì)可以認(rèn)為是腳架上平面的幾何中心O處垂線的延長(zhǎng)線與對(duì)中點(diǎn)P相交,見(jiàn)圖3(a)。在腳架C方向進(jìn)行整平,其他方向本質(zhì)與此相同,由于腳架操作法的限制條件,腳架移動(dòng)時(shí),AB-O總是一起活動(dòng),又根據(jù)AB-O在腳架活動(dòng)過(guò)程中是不變形的,因此腳架整平可以看作以AB與地面的交點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)直至上平面水平為止,此時(shí)水準(zhǔn)氣泡居中。假設(shè)在理想情況下腳架上平面達(dá)到水平位置,見(jiàn)圖3(b),需要研究在這個(gè)過(guò)程中儀器中心偏離對(duì)中點(diǎn)的程度。

        進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)圖3(b)狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)組成平面四邊形,見(jiàn)圖4(a),操作過(guò)程相當(dāng)于以腳架旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為中心的幾何旋轉(zhuǎn)。圖4(a)中α為固定角度,ε為腳架上平面不平行引起的夾角,此時(shí)對(duì)中垂線與地面的交點(diǎn)設(shè)為P′,見(jiàn)圖4(b),P′偏移對(duì)中點(diǎn)P的距離設(shè)為R,腳架旋轉(zhuǎn)點(diǎn)到對(duì)中點(diǎn)P的距離設(shè)為L(zhǎng)。由圖4(a)得知R=L-L×cosε,在實(shí)際情況下,腳架距對(duì)中點(diǎn)的距離L≤0.5m。在儀器粗平的情況下,ε一般小于10°,由此進(jìn)行計(jì)算得R≤7mm。而在一般情況下,R遠(yuǎn)小于這個(gè)數(shù)值,可以認(rèn)為在腳架整平過(guò)程中,儀器中心在對(duì)中點(diǎn)的投影幾乎沒(méi)有偏移,這就證明了三腳架的指心現(xiàn)象。

        圖2 腳架體分析圖

        圖3 腳架活動(dòng)示意圖

        圖4 整平對(duì)中結(jié)構(gòu)分析圖

        3 結(jié)束語(yǔ)

        在實(shí)際的操作中發(fā)現(xiàn),當(dāng)移動(dòng)腳架C時(shí)全站儀對(duì)中點(diǎn)處的激光會(huì)在其周?chē)》秶苿?dòng),其原因是在實(shí)際操作中,不可能精確保證AB-O在同一平面活動(dòng),從而導(dǎo)致儀器中心的偏移,所以本方法的要點(diǎn)就在于操作時(shí)要注意腳架的正確移動(dòng)。文章用幾何方法證明了三腳架指心現(xiàn)象,進(jìn)一步說(shuō)明了儀器整平對(duì)中是可以分開(kāi)進(jìn)行的事實(shí),提出的整平對(duì)中方法也能快速地應(yīng)用于實(shí)際工作中。

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