双光源模式全站仪测距同轴性的检查和校准

钟朝辉

(贵州省测绘仪器计量检定站，贵州 550004)

0　引言

早期的全站仪一般只有棱镜目标的红外测距功能，随着工业测量的需要，全站仪增加了对反射片目标的测距能力。上世纪90年代末，在有合作目标(棱镜和反射片)测距功能的基础上，全站仪再度集成了无合作目标(无棱镜)测距功能，分别由红外发光管和激光发光管为有合作目标测距和无合作目标测距提供双光源，使全站仪的望远镜一次瞄准目标即可实现同时测定目标的水平角、竖直角和斜距等全部基本测量要素的功能。因此，这就是要求全站仪三轴(望远镜照准轴、测距发射轴与接收轴)要同轴的原因。但全站仪在野外使用的过程中， 由于长期工作和运输中的震动、碰撞，全站仪三轴关系常常发生变化,从而导致全站仪在近距离时能测距，而远距离则不能测距的现象，如果偏差太大时，甚至近距离也无法测距；另一方面也大大降低仪器的测程，并且也会影响测距精度。笔者根据多年工作经验和仪器的不同结构总结了上述三轴不同轴的检查和校准方法，与同行们进行交流。

1　双光源模式全站仪望远镜结构

在全站仪的望远镜中的测距部分，安装有两个光路同轴的发射管(红外发光管和激光发光管)，测距外光路系统的红外发光管发射的调制红外光经物镜射向反光棱镜、反射片与激光发光管发射的可见红色激光束经物镜射向自然表面反射后，经同一光路反射回来，再经分色棱镜使回光信号被光电二极管接收(如图1所示)。

图1　双光源全站仪测距结构图

2　全站仪三轴关系的检查与校准

2.1　红外光测距光轴与望远镜视准轴、接收轴同轴的检查

首先应按JJG 100—2003《全站仪电子速测仪检定规程》中的望远镜视准轴对横轴的垂直度和竖盘指标差两项目要求进行相应的检查和校准，当其符合要求后再进行下述检查。

红外光测距光轴与望远镜视准轴、接收轴同轴的标志就是当全站仪的望远镜十字丝中心照准反射棱镜中心位置，进行测距时回光信号应最大。因此，检查的基本思路就是通过全站仪的望远镜照准反射棱镜，进行测距观测其返回信号的强度。左右旋转水平微动手轮，上下旋转垂直微动手轮，观察返回信号强度的变化，找出返回信号最大的位置(即通常所说的电照准)，进而确定该位置与反射棱镜中心位置在水平方向和垂直方向的角值是否满足技术要求。

将全站仪架在脚架上，距它300～500m处架一带有觇板的单棱镜，整平后开机，在仪器键盘上操作选择测量目标为棱镜，用望远镜照准反射棱镜，通过菜单选择EDM信号检测模式(由于各种全站仪的菜单各不相同，进入信号检测的菜单方式也有各异，具体的进入方式参见相应仪器使用说明书)，返回信号强弱一般由图2所示的计量条表示，计量条中的黑色部分越长表示信号越强。然后左右旋转仪器的水平微动手轮，上下旋转垂直微动手轮，观察返回信号强度的变化，找出返回信号最大的位置，返回测角模式读取水平盘和竖盘度数H、V，用微动螺旋使望远镜十字丝中心与棱镜中心重合，记下读数H中，V中并计算

图2　EDM信号检测

|H-H中|≤30″

(1)

|V-V中|≤30″

(2)

式中，H为返回信号最大位置时的水平盘读数；V为返回信号最大位置时的竖盘读数；H中为望远镜十字丝中心与棱镜中心重合时的水平盘读数；V中为望远镜十字丝中心与棱镜中心重合时的竖盘读数。

若式(1)、(2)符合要求，说明红外光束的发射轴、接收轴与望远镜视准轴已同轴，否则进行三轴之间的校准。

2.2　红外光束测距光轴发射轴、接收轴与望远镜视准轴的校准

校准前首先应判断检查发射轴与接收轴是哪个与望远镜视准轴不同轴或两个均与之不同轴。

2.2.1发射光轴的检查步骤

1)先把待检查的全站仪放在平行光管处调至无穷远直到看清平行光管远点的十字丝为止；

2)再把一台经纬仪(光经、电经均可)也调至无穷远直到看清平行光管远点的十字丝为止；

3)然后把两台仪器的望远物镜相对，如图3所示，打开被检查的全站仪，通过仪器的键盘操作选择有棱镜测距或选择信号检测功能，使全站仪不断发出红外光束，并用全站仪或经纬仪进行微调，直到看清待检查的全站仪的十字丝、红色的光斑为止；

图3　经纬仪、全站仪望远物镜相对放置

4)从经纬仪目镜一端观察待检查的全站仪十字丝与光斑是否重合，通过观察如图4(a)所示，则表明其发射轴与视准轴同轴；若观察到如图4(b)所示则表明发射轴与视准轴不同轴,需要进行调整。

图4　十字丝与光斑位置

2.2.2接收光轴的检查步骤

接收光轴的检查步骤与发射光轴的检查基本相同，只是需要在接收光纤头加一外光源即可。

2.2.3发射轴与望远镜视准轴不同轴的校准步骤

发射光轴的调整，以科力达KTS-440/550全站仪为例：

1)通过仪器的键盘操作选择有棱镜测距或选择信号检测功能，使全站仪不断发出红外光束；

2)拧松发射光纤头固定螺钉1(如图5)，上下移动光纤头，使光斑最清晰，然后将螺钉1拧紧；

3)拧松发射光纤座固定螺钉2，上下左右调整发射管支架，使光斑中心与全站仪十字丝分划板中心同心。然后将螺钉紧固。

2.2.4接收光轴与望远镜视准轴不同轴的校准步骤

1)给接收光纤接一外光源；

2)拧松螺钉3(如图5)，上下移动光纤头。在视场内找到光斑，上下调整光纤头在光纤座中的位置，使光斑最清晰，然后将螺钉3拧紧；3)拧松螺钉4，上下左右调整接收管支架使光斑中心位于全站仪望远镜十字丝分划板中心，将螺钉紧固并将调整过的螺钉、钉丝点上清漆。

图5　发射光轴、接收光轴调校结构

2.3　激光管发射可见红色激光束与望远镜视准轴同轴的检查

该项检查应在上述检查校准完毕后再进行。

一般的有免棱镜测距的全站仪即提供可见激光束的无反射棱镜方式，而该可见激光束又可以作为方向指示器使用，还可根据光斑的位置确定测量位置。因此，根据望远镜中的十字丝中心照准的目标与激光光斑所处位置是否一致这一现象进行检查。

1)室外架设好待检的全站仪，在其旁边另架设一台经纬仪(光经、电经均可)，它的作用就是观察目标和激光发光管发射激光光斑，因为，在全站仪的望远镜中装有滤光器，人眼通过全站仪的望远镜是看不见激光光斑的，然后在距仪器50m左右的墙体上贴一张带有十字标记的白纸(距离稍远可提高检查和校准的准确性)；

2)同时将全站仪和经纬仪各自望远镜中的十字丝准确照准墙上的十字标记，然后通过仪器的键盘操作选择无棱镜测距或激光指示功能，使全站仪不断发出激光光束，通过经纬仪就可观察，如图6(a)所示则表明其发射轴与望远镜视准轴同轴；若如图6(b)所示则表明发射轴与视准轴不同轴。

图6　十字标记与激光光斑位置

由于红外光测距光轴和激光发光管发射的可见红色激光束的接收管是共用的，因此，在上述检查和校准后它是与望远镜视准轴同轴的。

2.4　激光管发射的可见红色激光束与望远镜视准轴同轴的校准

激光发光管发射的可见红色激光束的校准根据其仪器提供的调校结构大致分为两种：

2.4.1对于仪器提供有调校孔的按其说明书进行调校

调整红色激光束的方向，以TC402R全站仪为例，如图7所示，取出望远镜顶部的二个调整孔的孔塞。激光束垂直上下调整，把内六角板手插入靠后面的一个调整孔中，顺时针旋转(激光点上移)，再逆时针旋转(激光点下移)；激光束水平左右调整，把内六角扳手插入靠前面的调整孔中，顺时针旋转(激光点向右移动)，再逆时针旋转(激光点向左移动)。

图7　激光束调整孔

2.4.2利用内部结构的调校位置进行校准

对于仪器没有提供有调校孔的可根据内部结构的调校位置进行校准，以科力达KTS-440R/550R全站仪为例。打开望远镜上测距头护盖后其结构如图8所示，如果光斑不在十字丝中心，通过松紧底板下方的两个螺丝1，2可左 右移动光斑，(注意最后要保持这两颗螺丝是紧的状态，然后点上螺丝固定胶)，松动反光镜固定螺丝3，用校正针插入反光镜调整孔4上下拨动反光镜，可见激光光斑上下移动，一边调整一边观察，使光斑移动到十字丝中心，然后拧紧反光镜固定螺丝，再检测一下光斑是否在十字丝中心，最后点上螺丝固定胶。

图8　测距头内部结构的调校位置

3　结束语

笔者已按上述方法做过多台双光源模式全站仪的检查和校准，经校准后，全站仪的三轴均能恢复同轴，测程也能满足要求。由于全站仪是光、机、电、算一体化产品，其结构复杂、装配精度高、相关性强，如果没有进行过相关专业培训和具备全面综合的维修检测技能，不要贸然进行操作和校准，以避免误操作对仪器造成不可逆转的破坏。经过上述校准以后，如果仪器仍然存在文中开头提及的现象，对不同厂家的仪器建议到相应厂家有维修资质的地点进行维修。

[1]国家质量监督检验检疫总局.JJG 703—2003光电测距检定规程[S].北京：中国计量出版社，2003

[2]杨德麟.红外测距仪原理及检测.北京：测绘出版社，1990

[3]Leica，TCR402用户手册

[4]李本国，等.全站仪的野外检查与校正，计量技术,2011(10)