淺析光學經緯儀豎盤指標差產生的原因及調整

羅路明

邵陽市計量測試檢定所，湖南 邵陽 422000

淺析光學經緯儀豎盤指標差產生的原因及調整

羅路明

邵陽市計量測試檢定所，湖南 邵陽 422000

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

光學經緯儀 ；指標差；產生原因；調整方法

經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量儀器。其種類較多，目前使用的主要有光學經緯儀和電子經緯儀兩種。二者在工作原理上稍有不同，光學經緯儀主要根據物理光學的放大、反射、折射等原理進行度盤讀數，是當今較為常見的一種計量設備；而電子經緯儀則在物理光學的基礎上加入了電子學和光電轉換等原理顯示度盤讀數，是現代高科技高度集成的產品。由于光學經緯儀的性價比較高、適應環境能力較強、維修成本較低、使用壽命較長，所以現階段在一般測量時使用最為廣泛的仍然以光學經緯儀為主。

光學經緯儀的豎盤指標差，即平分豎直度盤的偏差，是光學經緯儀在使用中非常容易出現超差的一個誤差指標。因其產生原因的多樣化，產生頻率的經常化，故指標超差也是檢定人員在檢定調修過程中經常遇到的最為頭疼的一種故障。

出廠前，經緯儀的垂直讀數系統都經過了仔細的調整，將垂直盤指標差調整到了允許范圍之內。但因使用不當、運輸途中的振動、固定螺釘應力改變等因素，可能會導致光路細微的改變而出現超差的現象。因此，為保證測量的準確度必須及時進行調整，下面就其原因與調整方法進行進一步的闡述：

1 指標差產生的原因

指標差產生的理論原因是望遠鏡視準軸不水平或豎軸不鉛垂。也就是說當望遠鏡視準軸水平及豎軸鉛垂時，垂直度盤的90°或270°刻線應與指標線重合，此時在讀數窗中的讀數應為90°或270°，當有一個條件不滿足時便產生了誤差，即指標差。其產生原因主要有以下幾種情況：

（1）豎軸不鉛垂；

（2）望遠鏡視準軸不水平；

（3）垂直度盤固定位置不對或松動導致較大偏心；

（4）運輸或使用中的強烈振動而引起的豎直度盤或其他光學零件的位移；

（5）固定光學零件的部件老化或螺釘應力變形而引起的光路漂移；

（6）測微器行差過大也對指標差的判斷有一定的影響；

（7）照準部旋轉正確性(不帶自動補償器的儀器影響較大)不合格或儀器水準器不準確；

（8）自動補償器失靈、偏擺或補償誤差過大等。

2 指標差的調整方法

調整指標差通常有三種方法：（1）是調整指標水準器(不帶自動補償器的J6及以下系列)。通過正倒鏡的反復調整可使誤差很容易達到合格范圍內，且調整幅度較大。（2）是調整望遠鏡分劃板的橫絲。但這種方法調整幅度極小，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，且調整時還會影響望遠鏡的調焦運行誤差。因此，采用此法調整之后還必須檢定望遠鏡的調焦運行誤差，使二者處于一個最佳的兼顧狀態。（3）是利用專門設置的調整機構進行調整。自動安平的TDJ6和TDJ2光學經緯儀就是在垂直光路中設置了專用的指標差調整機構。其工作原理就是在垂直光路中加裝了一塊小平板，轉動小平板就可以移動垂直度盤的刻劃線像，實現指標差的調整。這種方法方便簡單，唯一缺點是調整范圍有限，只有±2′。但在實際送檢的儀器中大部分遠遠超過這一范圍，針對超差過大的指標差主要采取以下兩個步驟：

（1）在檢定中，如果發現指標差超差達到十幾分，甚至上度，這時首先應排除是不是豎盤的固定位置發生了改變或松動。這種可能可以通過讀數窗里面的豎盤讀數來進行判斷。當上下大幅度轉動望遠鏡而豎盤度數值相對上下的位置無明顯的改變(波動范圍未超過數字高度的一半左右)時則可否定這種可能，反之則進一步求證豎盤移動與否，確是豎盤偏心改變的，把其修正后即可調整過來。

如不是豎盤偏心問題，則應當考慮是不是豎軸不鉛垂或自動補償機構失靈。如果在儀器精確整平的情況下，望遠鏡瞄準自準直平行光管的分劃板橫絲后，豎盤讀數不是90°或270°(最多上下相差幾秒)則進一步檢查豎軸的鉛垂度(這項檢查需在兩個相對的自準直平行光管之間進行)以及自動補償機構是否正常工作(通過輕敲儀器外殼或專門設置的檢測按鈕來觀測)。

（2）如果上述的可能排除后仍無好轉則是光路已經改變，很有可能是垂直光路中的光線在進入讀數系統前的路徑投影不在同一平面內而引起了成像位移。這時一般打開測微器側的蓋板，檢查右棱鏡（垂直光路中將光軸折轉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行調整。調整時眼睛要一直盯住讀數窗，隨時注意讀數的變化(注意根據指標差的正負往相反方向調節一半，千萬不能調反)。經過反復幾次的正倒鏡調整即可粗略調整合格，然后利用專門的指標差調整機構進行精確調整。這項矯正光學零件的工作比較煩瑣而且有一定的風險，一旦搞錯有可能適得其反，所以我們在調整時一定要動作輕柔，做好初始標記，無預期效果時應立即停止進行并恢復原始狀態，以免產生其他誤差。

另外，豎盤指標差的檢定只是整個儀器檢定過程中的一個環節，只有嚴格按照檢定規程的步驟進行到此項目時才可進行調修，這樣才能排除其他因素對其的影響。

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[1] 國家計量檢定規程.《光學經緯儀》JJG414-2011[M].北京：中國質檢出版社，2012.

[2] 《中國計量》雜志社. 計量器具使用與調修經驗集錦[M].北京：中國計量出版社，2008.

[3] 唐務浩，陳敬芬.大地測量儀器學[M].武漢：測繪出版社，1985.

本文從光學經緯儀的結構原理入手，結合近二十年的實踐經驗，深入分析了光學經緯儀指標差產生的多種原因及相應的調整方法，希望能達到拋磚引玉的效果。