浅析光学经纬仪竖盘指标差产生的原因及调整

罗路明

邵阳市计量测试检定所，湖南 邵阳 422000

浅析光学经纬仪竖盘指标差产生的原因及调整

罗路明

邵阳市计量测试检定所，湖南 邵阳 422000

竖盘指标差（简称指标差）是体现经纬仪测量准确度的一个极其重要的技术指标，它直接影响到经纬仪垂直角的测量进而影响到其能否正常使用，是经纬仪的“灵魂”。因而，不管是首次检定、使用中检定还是修理后检定，其都是一个必检项目。

光学经纬仪 ；指标差；产生原因；调整方法

经纬仪是一种广泛使用在地形测量、工程测量及矿山测量中的精密计量仪器。其种类较多，目前使用的主要有光学经纬仪和电子经纬仪两种。二者在工作原理上稍有不同，光学经纬仪主要根据物理光学的放大、反射、折射等原理进行度盘读数，是当今较为常见的一种计量设备；而电子经纬仪则在物理光学的基础上加入了电子学和光电转换等原理显示度盘读数，是现代高科技高度集成的产品。由于光学经纬仪的性价比较高、适应环境能力较强、维修成本较低、使用寿命较长，所以现阶段在一般测量时使用最为广泛的仍然以光学经纬仪为主。

光学经纬仪的竖盘指标差，即平分竖直度盘的偏差，是光学经纬仪在使用中非常容易出现超差的一个误差指标。因其产生原因的多样化，产生频率的经常化，故指标超差也是检定人员在检定调修过程中经常遇到的最为头疼的一种故障。

出厂前，经纬仪的垂直读数系统都经过了仔细的调整，将垂直盘指标差调整到了允许范围之内。但因使用不当、运输途中的振动、固定螺钉应力改变等因素，可能会导致光路细微的改变而出现超差的现象。因此，为保证测量的准确度必须及时进行调整，下面就其原因与调整方法进行进一步的阐述：

1 指标差产生的原因

指标差产生的理论原因是望远镜视准轴不水平或竖轴不铅垂。也就是说当望远镜视准轴水平及竖轴铅垂时，垂直度盘的90°或270°刻线应与指标线重合，此时在读数窗中的读数应为90°或270°，当有一个条件不满足时便产生了误差，即指标差。其产生原因主要有以下几种情况：

（1）竖轴不铅垂；

（2）望远镜视准轴不水平；

（3）垂直度盘固定位置不对或松动导致较大偏心；

（4）运输或使用中的强烈振动而引起的竖直度盘或其他光学零件的位移；

（5）固定光学零件的部件老化或螺钉应力变形而引起的光路漂移；

（6）测微器行差过大也对指标差的判断有一定的影响；

（7）照准部旋转正确性(不带自动补偿器的仪器影响较大)不合格或仪器水准器不准确；

（8）自动补偿器失灵、偏摆或补偿误差过大等。

2 指标差的调整方法

调整指标差通常有三种方法：（1）是调整指标水准器(不带自动补偿器的J6及以下系列)。通过正倒镜的反复调整可使误差很容易达到合格范围内，且调整幅度较大。（2）是调整望远镜分划板的横丝。但这种方法调整幅度极小，仅有十几秒的范围，并只适用于在水平与垂直方向用四个螺钉顶住目镜的仪器，且调整时还会影响望远镜的调焦运行误差。因此，采用此法调整之后还必须检定望远镜的调焦运行误差，使二者处于一个最佳的兼顾状态。（3）是利用专门设置的调整机构进行调整。自动安平的TDJ6和TDJ2光学经纬仪就是在垂直光路中设置了专用的指标差调整机构。其工作原理就是在垂直光路中加装了一块小平板，转动小平板就可以移动垂直度盘的刻划线像，实现指标差的调整。这种方法方便简单，唯一缺点是调整范围有限，只有±2′。但在实际送检的仪器中大部分远远超过这一范围，针对超差过大的指标差主要采取以下两个步骤：

（1）在检定中，如果发现指标差超差达到十几分，甚至上度，这时首先应排除是不是竖盘的固定位置发生了改变或松动。这种可能可以通过读数窗里面的竖盘读数来进行判断。当上下大幅度转动望远镜而竖盘度数值相对上下的位置无明显的改变(波动范围未超过数字高度的一半左右)时则可否定这种可能，反之则进一步求证竖盘移动与否，确是竖盘偏心改变的，把其修正后即可调整过来。

如不是竖盘偏心问题，则应当考虑是不是竖轴不铅垂或自动补偿机构失灵。如果在仪器精确整平的情况下，望远镜瞄准自准直平行光管的分划板横丝后，竖盘读数不是90°或270°(最多上下相差几秒)则进一步检查竖轴的铅垂度(这项检查需在两个相对的自准直平行光管之间进行)以及自动补偿机构是否正常工作(通过轻敲仪器外壳或专门设置的检测按钮来观测)。

（2）如果上述的可能排除后仍无好转则是光路已经改变，很有可能是垂直光路中的光线在进入读数系统前的路径投影不在同一平面内而引起了成像位移。这时一般打开测微器侧的盖板，检查右棱镜（垂直光路中将光轴折转90°方向的棱镜，位置靠近水平盘）整固螺钉是否松动或漆封痕迹是否改变，做好初始标记后用小改锤拧松顶固小螺钉，然后用中号改锤对该棱镜的位置小心进行调整。调整时眼睛要一直盯住读数窗，随时注意读数的变化(注意根据指标差的正负往相反方向调节一半，千万不能调反)。经过反复几次的正倒镜调整即可粗略调整合格，然后利用专门的指标差调整机构进行精确调整。这项矫正光学零件的工作比较烦琐而且有一定的风险，一旦搞错有可能适得其反，所以我们在调整时一定要动作轻柔，做好初始标记，无预期效果时应立即停止进行并恢复原始状态，以免产生其他误差。

另外，竖盘指标差的检定只是整个仪器检定过程中的一个环节，只有严格按照检定规程的步骤进行到此项目时才可进行调修，这样才能排除其他因素对其的影响。

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[1] 国家计量检定规程.《光学经纬仪》JJG414-2011[M].北京：中国质检出版社，2012.

[2] 《中国计量》杂志社. 计量器具使用与调修经验集锦[M].北京：中国计量出版社，2008.

[3] 唐务浩，陈敬芬.大地测量仪器学[M].武汉：测绘出版社，1985.

本文从光学经纬仪的结构原理入手，结合近二十年的实践经验，深入分析了光学经纬仪指标差产生的多种原因及相应的调整方法，希望能达到抛砖引玉的效果。