基于全站仪常见横轴故障的检校方法

胡 颖 杨 希

(湖北省测绘质量监督检验站，武汉 430071)



基于全站仪常见横轴故障的检校方法

胡 颖 杨 希

(湖北省测绘质量监督检验站，武汉 430071)

阐述了全站仪横轴误差的意义，分析如何在使用全站仪的过程中排查仪器横轴出现的问题，介绍了国家检定规程对横轴误差的限制范围及检定方法，并针对横轴误差超差范围的不同给出了检校方法。

全站仪；横轴；横轴误差

0 引言

全站仪安装使用方便，测量准确度高、稳定性好，具有自动存储、分析数据的特点，兼具经纬仪、水准仪、部分高级别全站仪的功能，甚至具有GPS接收机的特点。作为一种具有长远发展前景的测绘仪器，全站仪在建筑施工、工程监理、大型设备的安装等场合，其受关注程度和使用范围正在日益扩大。

作者通过实践总结出对全站仪横轴误差(即i角)的校正维修经验,并给出了祥细的调整方法及准确的位置结构图。

1 排查横轴故障的方法

在理想情况下，全站仪置平时，横轴的中心线应在水平位置上。如果不在水平位置，当望远镜绕横轴转一圈，其视准轴经过的轨迹就不是一个垂直面，而是一个倾斜的平面。如图1所示[1]，HHi表示水平轴水平时的位置，平面OZP为望远镜绕一圈的轨迹平面，是一个垂直面。当水平轴倾斜一个小角i时，横轴的位置为H′Hi′，此时望远镜绕一圈的轨迹平面为OZ′P。一般规定横轴靠竖盘一端低于另一端时，i角为正；横轴靠竖盘一端高于另一端时，i角为负。i角就是横轴误差。

图1 横轴示意图

如图1所示，在横轴水平时，照准目标Q，则照准面为OZQP′，水平读数为P′。当横轴误差为i，望远镜处于天顶位置读数时，视准轴与横轴正交，视准轴的方向为OZ′，照准目标Q的照准面为OZ′QP，此时水平读数为P。由此可见，横轴倾斜会对水平读数造成影响。当目标点Q顺弧面QP方向，越靠近水平面，水平误差越小；越远离水平面，误差越大。虽然目前全站仪中普遍引入了补偿器，大大降低了允许范围内i角误差对测量结果的影响，但对超过标准范围的i角误差其影响仍不能忽视。

在实际测量中，如果碰到竖直角误差小，水平角误差随垂直角的增大而增加的情况，例如测得的Z坐标值与给定的水准点坐标值不符，或者打标高发现测量不准的时候，就应该考虑是不是仪器横轴出现问题，误差是否超限。

如出现上述两种情况，我们首先需要排除仪器2C的影响。盘左、盘右瞄准无穷远处的同一个点，两次水平盘读数之差减去180°就是2C值。对应Ⅱ级仪器如2C超过16″，就需要先校正2C，流程可参见图2。排除2C的影响后重新测量水准点坐标或者打标高。若校正后不符合给定坐标值，那基本可以断定是横轴出现了问题，需送相关单位校正修理。

图2 横轴故障排查流程图

2 实验室横轴误差的检测

在仪器检定实验室检校台上测量横轴误差的步骤如下：

将仪器固定在升降台上，调整升降台高度，使仪器视准轴与平行光管在同一水平线上，整平仪器。水平平行光管的上方及下方各有一倾斜平行光管，作为高点和低点，其倾角约为±30°[2]。

盘左位置瞄准高点平行光管的十字线分划板中心，读水平读数L高；向下转动望远镜，照准低点平行光管的十字线分划板中心，得到水平读数L低。

转动照准部180°并翻转望远镜。盘右位置瞄准高点平行光管的十字线分划板中心，读水平读数R高；向下旋转望远镜，照准低点平行光管的十字线分划板中心，得到水平读数R低。

以上读数也可以采取读格值的方法进行估读。因光管中一小格一般为20″或者30″，估读读数误差较大，一般在初步修理时采用估读读数。

横轴误差i：

式中，a高为低点与水平点的夹角；a低为高点与水平点的夹角。

重复测量多次，取平均值作为最后的检定结果。

JJG 100—2003《全站型电子速测仪检定规程》对全站仪横轴误差的限制范围见表1。

表1 横轴误差规定

3 常见横轴故障的检校方法

横轴误差超限时，需要进行检校。

1)当误差在90″以内时，一般采用调整竖轴固定螺丝的方法。撬开位于望远镜正下方的3个(部分型号为4个)橡皮封圈，可以看到竖轴固定螺丝，如图3所示。松其中一颗螺丝半个丝到一个丝，重新测量横轴误差，如误差变小则表示螺丝旋转方向正确，继续调整其它螺丝；如误差变大则拧紧后松其它螺丝。把握一松两紧，或两松一紧的原则，使十字丝竖丝处于正确位置，且三颗螺丝最后都处于拧紧的状态。重新测量横轴误差，如此反复几次，使横轴误差达到允许误差范围内最小值。

图3 竖轴固定螺丝实物图

2)当误差在90″～300″时，需要调整横轴一端的高低。取下电池，拧下护盖螺丝后取下护盖，可看到横轴的一端，如图4所示。装上电池,此时电池挂在仪器的一端，这样做是为了使仪器横轴两端的重量与实际使用时一样。松动图3中的四个横轴固定螺丝半个丝到一个丝，用一只手向上顶或向下拨如图中所指示的位置，使横轴误差在正确位置后，另一只手拧紧螺丝，重新测量横轴误差，如此反复，使横轴误差达到最小值。

图4 横轴一端实物图

图5 刮仪器主体位置实物图

3)当误差在300″以上，采用“刮仪器主体”的方法。取下仪器竖盘、键盘、电池以及照准部底部的盖板、护盖，轻轻提起仪器，取出仪器主体，其底部结构如图5。用扁平物体轻刮横轴高的一端，刮的轨迹为左半圆或右半圆，装好仪器重新测量横轴误差，如此反复多次，直到横轴误差达到一合理范围，再采用前述的两种方法调横轴。有时也用锡纸“垫仪器主体”的方法，即用锡纸垫高横轴低的一端。因垫的锡纸可能在长时间的使用后产生偏位，因此不推荐。

以上3种检校方法在卸载螺丝时要注意分类、做好标记，以免在组装时弄混淆。可根据实际情况配合使用。

4 结语

全站仪属于高精度仪器，如技术人员经验不足在校正维修时最好不要轻易拆开，避免最后无法复原而造成经济损失。测量人员对全站仪定期检定、维护、保养，在使用时规范操作，认真观察仪器状态，积极对每个数据的合理性进行判断，就能及时发现和避免设备出现问题，将全站仪的优势发挥到最大。

[1] 刘胜林.经纬仪横轴与竖轴垂直度的检定[J].计量技术，2000(6)：39

[2] JJG 100—2003.中华人民共和国国家计量检定规程[S]

[3] 张良琚，陈一飞.电子经纬仪检验方法[M].北京.解放军出版社，1991：20

[4] 周闻青，周维虎.经纬仪横轴与竖轴垂直度误差分析与检定[J].测量与校准，2005，25(6):56

[5] 魏娜，苗艳妮，孙宏飞.TCA2003全站仪监测数据处理新方法[J].地理空间信息，2008，6(4):138-140

[6] 姜建波，杨爱芬.经纬仪横轴系统的维修[J].计量技术，2007(3):78-79

[7] 谢鸣.浅析经纬仪横轴与竖轴垂直度的调校[J].计量技术，2002(3):55-56

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.07.20