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垂乐投体育准仪使用和校核

2020-05-22 热度:

  垂准仪使用和校核_建筑/土木_工程科技_专业资料。垂准仪使用和校核详细说明

  垂准仪使用和校核 垂准仪使用和校核 垂准仪是以重力线为基准,给出铅垂直线的光学仪器。可用来测 量相对铅垂线的微小水平偏差、进行铅垂线的点位转递、物体垂直轮 廓的测量以及方位的垂直传递。它主要用于高层建筑施工、高塔、烟 囱、高塔的施工、发射阱、架、大型柱形机械设备的安装,大坝的水 平位移测量,工程监理和变形观测等场合。 垂准仪的使用渗透到国民经济建设和军工制造领域的方方面 面,近年来,随着国民经济的快速发展,对垂准仪的需求越来越大, 对垂准仪的精度要求也越来越高,出厂和使用过程中的垂准仪都需要 校准和调校,只有这样才能给施工建设提供一个可靠的标准,否则, 使用一台误差过大或已经损坏的垂准仪将对建筑、工程产生非常致命 的打击。 垂准仪是一个新型仪器,2002 年国家质量监督检验检疫总局出 台了一份校准规范 《JJF1081-2002 垂准仪校准规范》 以下简称规范。 笔者发现在垂准仪校准过程中还存在若干问题值得进一步探讨。 从垂准仪的定义可知,垂准仪是给出铅垂基准的仪器,它的性能 优劣、质量好坏直接取决于它所指示的这个铅垂光线的铅垂度。如果 与理想的铅垂线相差太大(指示了一根很歪的垂线)就不能达到工程 精度的要求,这样的垂准仪就不能再使用了。所以垂准仪的出厂和使 用中应当校准其指示光线的铅垂度。 但是现在国内外垂准仪产品的出厂指标和规范中校准指标中并 没有关于铅垂度的相关内容。而且一些人将垂准仪“机械轴与激光轴 的同轴度”和“一测回垂准测量标准偏差”误认为是铅垂度的体现,认为 只要这两个指标合格的话就能够保证仪器的铅垂度。这些问题都需要 细致的分析垂准仪的原理和结构才能判断。 一、 机械轴与光轴的同轴度 如图 1 所示,为长水泡型垂准仪的机构原理图。图中所示的垂准 仪同时具有光学视准轴和激光光轴(以下统称光轴),它们共用同一 套光路。当分划板和激光器正好安置到理论位置的时候,此时光轴与 仪器的机械轴同轴,实际中因为安置误差的存在,就使得仪器的光轴 与机械轴不同轴,这就是机械轴与光轴的同轴度问题。如图 2 所示, 机械轴与光轴轴成 a 角度,在转动机械轴的过程中,垂准仪光轴的扫 过的轨迹成一个以机械轴延长线a 为顶角的圆锥,同轴 度越好即 a 角越小这个圆锥就小,当 a=0? 时,机械轴与光轴同轴, 此时圆锥也缩为一根直线,这是理想状态。 垂准仪正是通过水泡或补偿器将竖轴确定为“铅垂”然后通过光轴 指示的,但是不论是水泡型还是补偿器型垂准仪,其设计原理就存在 误差,这就使得其竖轴不可能为完全铅垂。 以长水泡型垂准仪为例,来说明这个问题。长水泡的置平精度较 低,而且置平过程中人为因素影响较大,按一般经验水泡左右相差半 格就算是达到置平要求。所以竖轴不可能被定位到标准的铅垂线,它 总与标准铅垂线有一定的夹角。即使通过旋转的方法得到光轴的中心 线的办法来提高垂准仪的指示铅垂的精度,但是从图 3 中可以看到, 这根中心线在最理想的情况下就是垂准仪的机械轴的延长线,所以通 过旋转和改善同轴度方法并不能保证仪器的铅垂度。 总上,由于垂准仪置平精度的原因,机械轴与标准铅垂线始终有 一定的夹角,这个夹角表征了垂准仪机械轴的铅垂度,这只由仪器的 置平精度来决定,而不受机械轴与光轴的同轴度大小的影响。 二、一测回垂准测量标准偏差 在规范中测量一测回垂准测量标准偏差的方法是:将垂准仪按对 径 180? 测量其十字丝所在的位置,然后取两次值的平均,这样就得 到这根对径线的中心位置 (从上面的讨论可知这个中心对应的是机械 轴延长线的位置),这是一个测回。然后每旋转垂准仪 45?,重复以 上操作,共测四个测回,这样就得到了四个中心点,这四个中心点表 示的是垂准仪的机械轴相对于基座在不同位置时机械轴延长线的位 置。如果垂准仪的机械轴系十分理想的话,从上面的讨论可知,光轴 将绕机械轴画标准的圆锥(因机械轴与光轴不同轴),其横截面是规 则的圆。如图 4(a)所示,四根对径线的中心重合在一点,乐投体育这是最 理想的状态。实际中的轴系总存在一定的加工误差和间隙,而且旋转 过程中总免不了震动,所以在转动竖轴的过程中,这个横截面将不再 是标准的圆,将呈现如图(b)所示的状态,这样四根对径线的中心 将不再重合。 规范中对测得的对径中心点计算标准偏差得到了一测回垂准测 量标准偏差。所以可知一测回垂准测量标准偏差反映的是垂准仪机械 轴或补偿器的稳定程度。当轴系配合较差,轴系加工精度较粗糙的情 况下,就有会出现较大的标准偏差。即使是如图 4(a)所示的理想 状态,仍然不会对竖轴和光轴的铅垂度有任何的贡献。 总上,垂准仪的机械轴与光轴的同轴度和一测回垂准测量标准偏 差这两个指标都不能体现仪器的铅垂度。对垂准仪这个最根本的技术 要求必须要有一个特定的指标来表征。 三、仪器的铅垂度――铅垂 i 角 与水准仪的水平 i 角类似,我们定义表征垂准仪的铅垂度的指标 为“铅垂 i 角”。如图 5 所示。垂准仪指示的“铅垂线”与标准铅垂线的夹 角定义为垂准仪的铅垂 i 角。 因为存在轴系误差和机械轴与同轴度的问题,在旋转垂准仪过程 中,仪器的光轴是不断变化的,所以关于“垂准仪指示的‘铅垂线’”可以 有以下几种不同的理解。 1. 垂准仪安置完毕后,随机的一根视准轴或激光轴。因为有 的垂准仪在使用过程中因为场地的原因不能旋转或仪器本身没有旋 转轴,这样的垂准仪只能用安置完毕后当前状态的一根视准轴或激光 轴做指示标准。 2. 垂准仪安置完毕后,机械轴的延长线。因为一般在场地允 许的测量情况下,为了减小和消除机械轴与光轴的同轴度的影响,通 常会通过旋转仪器得到光轴的旋转轴作为指示标准,而从上面的分析 可知,这个旋转轴对应的正是机械轴的延长线. 因为垂准仪调焦运行误差的存在,垂准仪光轴会随着调焦 的变化而改变。所以铅垂 i 角必定也会收到调焦运行误差的影响。 综合考虑仪器的校准的易操作性和结果的可靠性两方面因素,再 结合水准仪水平 i 角的定义,笔者认为铅垂 i 角的定义应为(如图 2 所示):垂准仪在安置完毕并调焦到∞时,绕竖轴旋转一周过程中视 准轴或激光轴与标准铅垂线的最大夹角。在这个定义上对铅垂 i 角取 一个合理的限差,就可以很方便的对各型垂准仪进行精度分级和校 准。

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