扫平仪扫平误差校准方法探讨及其不确定度分析

李海英，王 萍（广州计量检测技术研究院，广东广州，510000）



扫平仪扫平误差校准方法探讨及其不确定度分析

李海英，王 萍
（广州计量检测技术研究院，广东广州，510000）

摘要：国家校准规范JJF 1166-2007《激光扫平仪》中“扫平误差”的校准方法有室内和室外两种方法，其中室内方法（方法一）较简单，数据量小，但是需要购置专门的检测装置，室外方法（方法二）较为繁琐，数据量大，处理公式复杂，且易受外界环境影响，本文利用日常长度检测实验室常备的标准器，对扫平误差进行测量，避免了购置专门的扫平仪检测器具，大大减少了工作量，有较好的实践意义。

关键词：激光扫平仪；扫平误差；不确定度分析

激光扫平仪是一种以旋转扫描激光束方式建立一个标准水平平面的测量仪器，广泛应用于大地测量、工程测量以及广场地面的平整施工、门窗、玻璃幕墙等建筑结构的安装等工程中。JJF 1166-2007《激光扫平仪》中扫平仪最重要的校准项目是扫平误差，本文在规范中方法一的基础上，采用了一种较为简单，更易操作的校准方法，并分析了其测量结果的不确定度，论证了其实用性。

激光扫平仪的仪器扫平误差是指在激光扫平面上任意点与激光出射点的连线相对水平面的最大夹角，根据规范中对扫平误差校准方法的介绍，需要测量出仪器扫平面在0、90、180、270四个位置相对于标准水平面的偏差值，利用公式1计算扫平仪扫平误差。

图1 扫平误差测量示意图

如图1所示，在基线导轨的一端安置可调平微倾旋转工作台，用框式水平仪将其调平，上面安置激光扫平仪，在激光导轨上相距30m的两个位置安置两把高度尺，启动扫平仪，读取激光扫平仪激光束在两个高度尺上的读数，。在两尺中间安置NI002水准仪，在A、B两尺上的读数分别为、，则激光扫平仪的扫平面相对于标准水平面的偏差可用公式2计算

1 新方法测量扫平误差结果的不确定度分析

1.1数学模型

式中： e——仪器扫平误差，（″）；

D——两标尺间距，mm。

1.2方差和灵敏系数

由式（1），（2）得：

1.3各标准不确定度分量

将一台型号为PRE3的HILTI激光扫平仪安置在检验台上，距离30m处安置一把直角尺将仪器开机，发射出水平激光束，在高度尺使用探测器读取，分别读取10次，记录如下表1：

1.3.2由直角尺的示值误差导致扫平仪在尺上的读数误差引入的不确定度分量：

在测量中，所用的直角尺的最大允许误差为±0.30mm，为矩形分布，则：

经过长时间的重复试验，50激光线以及NI002水准仪的稳定性和重复性都非常好，水准仪对两把尺的读数变化极小，所以水准仪在直角尺上读数的不确定度主要由直尺的示值误差引入，符合矩形分布，所以：

1.4标准不确定度一览表（如表2）

对某扫平仪进行校准测量，得其扫平误差e=32.0"， D=30m，则

1.5合成标准不确定度

2 总结

本文在研究了JJF1166-2007《激光扫平仪校准规范》中两种方法的基础上，利用长度计量实验室常备标准器，实现对扫平仪扫平误差的检测，现在将本方法和规范中的两种方法对比总结如下：

表1

表2

1.方法一：要求有平行光管，成像传感器等专用检测装置，扫平仪是市场拥有量较少的仪器，送检量小，购置专用检测装置从经济效益上讲不划算。本方法对标准器要求大大降低，只需要两把普通高度尺，一台水准仪即可进行，场地要求长约30m大致平坦的区域，很多长度实验室室内都可满足这一条件，避免了室外的环境因素的影响。

2.方法二：要求有两把测量范围为0～3m，分度值为1mm，（0～2）m内示值误差≤2mm的标尺，所需要的标尺长，分度值小，配备和操作起来较困难；仪器、标尺安置的位置都需要用钢卷尺或手持测距仪精确确定；为野外作业，受外界天气，折光影响较大；检测过程中数据量较大，计算公式较繁琐，容易导致测量和数据处理过程出现错漏。

综上，本方法标准器要求低，检测精度有保证，操作过程更便捷，在日常的检测工作中有很好的实践意义。

参考文献

［1］胡国元，何平安，郧建平，王宝龙，激光扫平仪的误差分析与智能检测，［J］，光学与光电技术，2005（8），58-60

［2］何平安，唐务浩，余长明，杨晋陵，激光扫平仪光束水平误差的检定，［J］，武汉测绘科技大学学报，1998（6），180-182

［3］徐逢秋，许贤泽，乐意，李忠兵，快速自动安平激光扫平仪设计及误差分析，［J］，华中科技大学学报（自然科学版），2012 （10），34-38

［4］全国几何量角度计量技术委员会. JJF1166-2007 ［S］. 北京，中国计量出版社，2007.

［5］全国法制计量管理计量技术委员会.测量不确定度评定与表示［S］北京，中国计量出版社，2012.

中图分类号：TH744.5

作者简介

李海英（1986-），女，汉族，山东菏泽人，工程师，硕士研究生，现在广州计量检测技术研究院从事测绘仪器计量检定工作。

The calibration method exploration of rotating error and uncertainty analysis

Li Haiying，Wang Ping
（1.Guangzhou institute of measurement and testing technology，Guangdong Guangzhou，510000）

Abstract：According to national calibration standard JJF 1166-2007 the Rotating lasers，there are two methods to calibrate the rotating error ，indoor and outdoor method.The indoor method required highly on standard device， the outdoor method produces large amount of data，processes complex formulas and subject to external environmental impact， this text used the daily length detection lab standard devices，calibrated the rotating error in room， avoided the purchase of specialized calibration apparatus，also greatly reduced the workload.

Keywords：Rotating lasers；rotating error；uncertainty analysis