一種快速校準(zhǔn)激光隧道斷面檢測(cè)儀誤差的方法探討

劉彤+倪穎倩

【摘 要】激光隧道斷面檢測(cè)儀廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域內(nèi)，封閉空間斷面、限界的三維輪廓曲線精確測(cè)量，本文就一種快速校準(zhǔn)其誤差的方法進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】斷面儀；快速；誤差

0 引言

激光隧道斷面檢測(cè)儀（以下簡(jiǎn)稱“斷面儀”），是一種采用無(wú)合作目標(biāo)激光測(cè)距技術(shù)和精密測(cè)角技術(shù)，將極坐標(biāo)系測(cè)量法與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合，配合專業(yè)圖形處理軟件，可快速獲得隧道等封閉空間內(nèi)部的工程測(cè)量?jī)x器?？蓪?shí)時(shí)顯示超欠挖值（距離、面積），又可對(duì)收斂情況、開(kāi)挖土石方量進(jìn)行測(cè)量，具有指示炮眼功能，無(wú)需后處理可快速給出檢測(cè)結(jié)果及報(bào)告，是一款實(shí)用性很強(qiáng)的測(cè)量?jī)x器。

主要用于公路、鐵路的隧道，水利工程涵洞的斷面和限界測(cè)量，也可用于大跨度橋梁的橋形測(cè)量及靜撓度的測(cè)量。早期隧道施工檢測(cè)主要采用皮尺人工測(cè)量，精度低，效率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大，斷面儀的問(wèn)世使施工監(jiān)測(cè)、竣工驗(yàn)收、質(zhì)量控制等工作環(huán)節(jié)中，能快速便捷的獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，在隧道設(shè)計(jì)建設(shè)和施工安全監(jiān)控方面具有劃時(shí)代的意義

1 概述

以激光隧道斷面檢測(cè)儀作為被測(cè)對(duì)象，以合格的Ⅱ級(jí)及以上全站型電子速測(cè)儀（或DJ2級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀）、標(biāo)準(zhǔn)基線場(chǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行校準(zhǔn)，斷面儀的誤差校準(zhǔn)指標(biāo)分為角度誤差和測(cè)距誤差兩部分。怎樣才能對(duì)斷面儀進(jìn)行快速誤差校準(zhǔn)，可采用下面這一種簡(jiǎn)單可行的方法：

2 角度誤差校準(zhǔn)

角度誤差校準(zhǔn)中一般按照測(cè)繪儀器檢測(cè)的行業(yè)習(xí)慣將水平角度盤面稱為橫盤，豎直角度盤面稱為豎盤。斷面儀的角度測(cè)量范圍為豎盤（30～330）°（儀器測(cè)頭鉛垂向下為0°），橫盤（0～360）°。角度誤差校準(zhǔn)可以在環(huán)境條件相對(duì)穩(wěn)定，具有一定防塵、防震條件的室內(nèi)進(jìn)行，最好能將溫度控制在（20±5）℃，濕度控制在40%～80%范圍以內(nèi)。具體校準(zhǔn)項(xiàng)目及方法如下：

2.1 垂直歸零點(diǎn)校準(zhǔn)

首先將斷面儀整平，儀器水平回轉(zhuǎn)中心下方安裝一個(gè)分度值為0.5mm的網(wǎng)格狀標(biāo)靶。然后，操作使得斷面儀垂直歸零，水平方向沿順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)斷面儀一周，從旋轉(zhuǎn)起始至結(jié)束位置，每隔90度讀取激光點(diǎn)中心位置變化量，其中心變化量應(yīng)小于0.5mm。

2.2 橫盤與豎盤的角度誤差校準(zhǔn)

主要依靠經(jīng)檢定合格且在檢定周期范圍內(nèi)的Ⅱ級(jí)及以上全站型電子速測(cè)儀（以下簡(jiǎn)稱“全站儀”）來(lái)完成。因?yàn)閿嗝鎯x的角度分辨力為0.1°，極少數(shù)高精度的斷面儀分辨力能達(dá)到0.01°，而Ⅱ級(jí)全站儀的角度分辨力為1″，Ⅱ級(jí)全站儀標(biāo)準(zhǔn)差范圍為1.0″

首先將斷面儀對(duì)中整平，準(zhǔn)確記錄其對(duì)中位置、豎盤回轉(zhuǎn)中心到對(duì)中位置的垂直高度。在其角度測(cè)量范圍內(nèi)均勻選擇8～12個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，（橫盤推薦選擇10～12個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，豎盤推薦選擇8～10個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)），操作斷面儀將各點(diǎn)位置準(zhǔn)確的標(biāo)記于試驗(yàn)區(qū)域墻上，同時(shí)記錄下斷面儀豎盤或橫盤角度示值（注意：校準(zhǔn)豎盤時(shí)需將橫盤鎖定，校準(zhǔn)橫盤時(shí)豎盤也需鎖定）。

豎盤、橫盤角度誤差校準(zhǔn)選點(diǎn)示意圖

然后，移開(kāi)斷面儀，在其對(duì)中位置架設(shè)全站儀，同時(shí)使其豎盤回轉(zhuǎn)中心高度與之前記錄的斷面儀豎盤回轉(zhuǎn)中心高度保持一致，使用全站儀分別將斷面儀標(biāo)記的點(diǎn)一一測(cè)量。各點(diǎn)的角度示值誤差按Δ=α-Α公式計(jì)算，

各點(diǎn)計(jì)算結(jié)果中，Δ取最大的示值誤差作為被測(cè)斷面儀的示值誤差。

另外，如果沒(méi)有全站儀時(shí)，可使用合格的DJ2級(jí)及以上光學(xué)經(jīng)緯儀代替。

3 測(cè)距誤差校準(zhǔn)

斷面儀的距離測(cè)量半徑一般為60m，標(biāo)稱的檢測(cè)精度為±1mm。所以可使用標(biāo)準(zhǔn)基線進(jìn)行測(cè)量，其主要校準(zhǔn)項(xiàng)目及方法如下：

3.1 測(cè)量重復(fù)性

使用面積不小于150mm×110mm，反光率≤18%，平面度≤0.2mm的反射板。相隔10m～20m距離兩端分別安置好斷面儀，固定好反射板。斷面儀照準(zhǔn)反射板以單次測(cè)量方式測(cè)距10次，并讀取讀數(shù)Di，測(cè)量重復(fù)性按以下公式計(jì)算：

3.2 示值誤差

可選取距離在80m～100m的標(biāo)準(zhǔn)基線，標(biāo)準(zhǔn)基線任一標(biāo)志點(diǎn)相對(duì)于基線首尾標(biāo)致點(diǎn)連線的橫向偏離小于60mm。任一標(biāo)致點(diǎn)間的水平距離其不確定度UD≤0.4mm+1.0×10-6D（式中D為基線的長(zhǎng)度，單位為“m”）。

首先在標(biāo)準(zhǔn)基線兩端以強(qiáng)制對(duì)中方式分別安置斷面儀和標(biāo)準(zhǔn)反射板，安置誤差應(yīng)小于0.2mm。然后調(diào)整基座使斷面儀激光光軸正對(duì)標(biāo)準(zhǔn)反射板，并與基線軸線大致平行，接著以單次測(cè)量模式進(jìn)行測(cè)量。可選取5m～10m 、40m～50m、80m～100m距離內(nèi)的3個(gè)點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，各校準(zhǔn)點(diǎn)的觀測(cè)值均為一次照準(zhǔn)后單次測(cè)量取5個(gè)讀數(shù)，求其平均值為測(cè)量值，測(cè)量值與基線值之差為校準(zhǔn)點(diǎn)的示值誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

激光隧道斷面檢測(cè)儀的誤差校準(zhǔn)問(wèn)題一直困擾著業(yè)界人員，以上是筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)就斷面儀的主要技術(shù)指標(biāo)快速校準(zhǔn)的方法提出一些淺見(jiàn)，與大家一起討論，希望能夠起到拋磚引玉的效果，讓更多的人參與進(jìn)來(lái)推動(dòng)該類儀器檢測(cè)校準(zhǔn)的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]JJF 1214-2008《長(zhǎng)度基線場(chǎng)》.

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