全站儀常見故障排除與維護(hù)保養(yǎng)

劉 帥

（中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司，遼寧沈陽 110136）

0 引言

作為一種常見的高技術(shù)測量儀器，全站儀集光、機(jī)、電為一體，在水平角、垂直角、距離、高差測量中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，并且測量過程操作簡單、高效、結(jié)果準(zhǔn)確。但在實(shí)際應(yīng)用中，受設(shè)備使用環(huán)境、操作方法等因素的影響，全站儀容易發(fā)生故障，影響工程測量精度?；诖?，在測繪工程設(shè)備管理中，應(yīng)重點(diǎn)突出全站儀的故障排除和維修保養(yǎng)管理。

1 全站儀結(jié)構(gòu)組成與特點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

全站儀在測繪工程應(yīng)用中，通過一次儀器安裝就可完成該測站的全部測量工作，測量過程靈活且所測精度較高。光學(xué)部分、機(jī)械部分、電子部分和補(bǔ)償部分是全站儀的4 個基本組成部分[1]。光學(xué)部分主要指全站儀光學(xué)視鏡部分；機(jī)械部分包含設(shè)備的水平和垂直制動控制部分；電子部分細(xì)部結(jié)構(gòu)較多，包括設(shè)計(jì)主板、存儲卡、馬達(dá)板等多要素的協(xié)調(diào)應(yīng)用。其中，主板控制是整個系統(tǒng)的核心，主板部分的完好程度直接關(guān)系著工程角度、距離及高差測量精度。馬達(dá)板能確保輸入、輸出部分正常運(yùn)作。擺式補(bǔ)償器和液體補(bǔ)償器是常用的兩種補(bǔ)償方式，目前，測繪工程中使用的全站儀補(bǔ)償器多為液體補(bǔ)償器。

1.2 基本特點(diǎn)

作為一種高效率、高精度的測量儀器，全站儀在工程測繪中的應(yīng)用不斷深入。從應(yīng)用過程來看，工程項(xiàng)目中常用的全站儀有以下特點(diǎn)：①工程上常用的全站儀具備多語種切換功能，能實(shí)現(xiàn)多個語種的切換和顯示，無須重裝操作系統(tǒng)；②隨著人們對工程測繪效率和質(zhì)量要求的提升，全站儀能進(jìn)行實(shí)時操作，且操作過程簡單可靠；③通過對全站儀性能的不斷優(yōu)化，使其在測量過程中具有較強(qiáng)的抗干擾能力，所測結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)、可靠；④根據(jù)實(shí)際需要，為全站儀配置智能化裝置，使全站儀具有超級搜索功能，保證了儀器的目標(biāo)識別和追蹤功能。

2 全站儀常見故障及排除方法

全站儀在工程項(xiàng)目使用中出現(xiàn)故障可分為測角故障、測距故障和其他故障三種類型。

2.1 測角故障

2.1.1 軸系誤差超限

（1）誤差類型。軸系誤差超限是全站儀測角誤差中最常見的故障類型，不僅包含視準(zhǔn)差超差、垂直指標(biāo)差超差，而且涉及橫軸誤差超差、雙軸補(bǔ)償縱橫向指標(biāo)差超限。視準(zhǔn)差超差多是由于安裝和調(diào)整不當(dāng)引起，譬如，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡十字絲中心偏離正確位置，會導(dǎo)致視準(zhǔn)軸與水平軸不正交，引起測量誤差。若以C表示視準(zhǔn)差超差，其計(jì)算過程可表示為：C=。式中，L、R 分別表示盤左讀數(shù)和盤右讀數(shù)[2]。

垂直指標(biāo)差同樣是因?yàn)榘惭b不達(dá)標(biāo)而引起的，當(dāng)視準(zhǔn)線保持水平時，垂直度盤的讀數(shù)應(yīng)保持在90°，如果安裝不規(guī)范，設(shè)備垂直度盤讀數(shù)達(dá)不到該標(biāo)準(zhǔn)時，容易造成垂直指標(biāo)差超差。工程測繪中，垂直指標(biāo)差通過i 表示（圖1）。

圖1 垂直指標(biāo)差i 角原理

對于橫軸α 誤差而言，工程上習(xí)慣將其稱為水平軸傾斜誤差或橫軸誤差。實(shí)際測量中，全站儀安裝調(diào)整不完善時，會導(dǎo)致支撐水平軸的二支架不等高，由此引發(fā)橫軸誤差。需注意的是，水平軸兩端直徑不相同時，也會引發(fā)這一問題。而水平軸兩端直徑誤差多是因?yàn)橹圃觳痪珳?zhǔn)引起的，這些誤差最終會對水平方向的觀測造成影響，使測量過程產(chǎn)生觀測誤差。

雙軸補(bǔ)償縱橫向指標(biāo)差大多是視準(zhǔn)線方向偏差和平行軸方向誤差綜合影響引起的。

（2）誤差調(diào)整。從誤差特性分析，全站儀軸系誤差超限本質(zhì)上都屬于機(jī)械誤差，這些誤差的產(chǎn)生多是由于長途運(yùn)輸、環(huán)境溫度變化引起的，此外，受長期存放、儀器老化等因素影響強(qiáng)烈，調(diào)整時應(yīng)關(guān)注現(xiàn)場調(diào)整和機(jī)械調(diào)校等方法的嚴(yán)格把控。現(xiàn)場調(diào)整主要是在設(shè)備主菜單的工具欄中，選擇校準(zhǔn)/組合校準(zhǔn)等方式，對設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整的方法。在實(shí)際調(diào)整中，應(yīng)注重測量過程設(shè)備有限范圍的準(zhǔn)確把控，若經(jīng)調(diào)整后，設(shè)備各項(xiàng)誤差仍然超限，則需將其送回設(shè)備維修中心，然后通過專用維修軟件進(jìn)行調(diào)整。機(jī)械調(diào)校時，應(yīng)做好全站儀軸系誤差的電子調(diào)整。譬如，針對C 的調(diào)整，應(yīng)關(guān)注設(shè)備十字絲應(yīng)用的準(zhǔn)確性，而在i 調(diào)整時，需合理使用維修軟件和平行管設(shè)備，此外，針對α 的機(jī)械調(diào)校，一旦軟件調(diào)整結(jié)果超過35 cc，則需要橫軸機(jī)械調(diào)校的基礎(chǔ)上，通過維修軟件、平行光管配合調(diào)整。

2.1.2 其他測角故障

在測角故障排除中，還應(yīng)關(guān)注沒有角度顯示、電子氣泡不顯示、歸零誤差大等故障的排除。沒有角度顯示與儀器受潮、度盤污染、軟件丟失和主觀故障等因素具有較大關(guān)系，故障排數(shù)時，應(yīng)先對軟件進(jìn)行初始化，然后考慮更換度盤、垂直主板管等單元的調(diào)整，并對其參數(shù)重新校正。電子氣泡不顯示多和設(shè)備受潮、摔碰、儀器受損有關(guān)；排除此類故障時，若水平、垂直角編碼可以初始化，則對補(bǔ)償器的參數(shù)進(jìn)行重置；而當(dāng)補(bǔ)償器無法識別時，更換補(bǔ)償器。設(shè)備基座松動、水平微動旋鈕松動，會造成全站儀歸零誤差，實(shí)際校正中，應(yīng)先通過Cleanness 進(jìn)行初始化處理，然后對各個軸線的誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。

2.2 測距故障

全站儀常見測距故障有兩種：一是整機(jī)無法測距，二是近處可測距、遠(yuǎn)處無法測距。

2.2.1 整機(jī)無法測距

全站儀使用過過程中，EDM（Electronic Distance Measuring Device，全站式電子速測儀）發(fā)出并接收返回的光波，通過光速、往返時間等參數(shù)的劑量，即可測量兩測點(diǎn)之間的實(shí)際距離。在使用過程中，當(dāng)設(shè)備開機(jī)出錯或機(jī)內(nèi)常數(shù)丟失時，容易出現(xiàn)無法測距問題。此外，該故障可能與設(shè)備光學(xué)系統(tǒng)發(fā)霉、污損，內(nèi)光路信號電平不穩(wěn)定有關(guān)。針對設(shè)備誤差測距故障，應(yīng)調(diào)整EDM 參數(shù)，同時通過調(diào)整光電同軸、更換EDM 板等方法進(jìn)行排除。

2.2.2 近處可測距、遠(yuǎn)處無法測距

引起全站儀近處可測距、遠(yuǎn)處無法測距的原因：①發(fā)光二極管老化；②系統(tǒng)測距過程中，發(fā)射軸、接收軸和照準(zhǔn)軸之間存在較大偏差；③全站的光學(xué)系統(tǒng)損壞，常見損壞類型有系統(tǒng)發(fā)霉、污損、物理分光鏡鍍膜損壞等。

排除此類故障時，首先應(yīng)在專用光電同軸調(diào)試設(shè)備的支撐下，對測距系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測量，測量校準(zhǔn)內(nèi)容包含發(fā)射二極管、接受二極管、視準(zhǔn)軸等。其次，若系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)存在發(fā)霉或污損問題，使用專用設(shè)備進(jìn)行清洗，污損嚴(yán)重時，需進(jìn)行更換處理。最后，調(diào)整全站儀光電同軸各軸系之間的誤差。

2.3 其他故障

工程測量中，全站儀的使用還存在其他故障，如無法開機(jī)、開機(jī)不能進(jìn)入測量界面、制動軸機(jī)械故障、鍵盤失靈等。

（1）開機(jī)故障多與電池電量不足、電源連接不良、顯示器/主板故障等因素有關(guān)，排除檢查時，應(yīng)針對具體的故障類型更換或檢修電池、電纜線、顯示器和主板，完成故障單元處理后，還應(yīng)對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行重新調(diào)整和設(shè)置，確保全站儀測量的精準(zhǔn)性。

（2）制動軸故障。先考慮其水平或垂直方向上的微動旋鈕是否松脫、空轉(zhuǎn)或不起作用，此外，檢測望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動效果，避免存在轉(zhuǎn)動過緊或卡死問題。需注意的是，這些故障多和設(shè)備碰撞、缺少潤滑有關(guān)。在制動軸故障排除中，應(yīng)先用刀片、六角套筒板等工具處理固定裝置，然后用手轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動軸，判斷是否正常，隨后調(diào)整垂直齒輪彈簧，并調(diào)整各軸系誤差。當(dāng)上述排除方法仍不能使制動軸恢復(fù)正常時，應(yīng)更換全站儀制動軸；制動軸使用時應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行潤滑處理，嚴(yán)禁設(shè)備碰撞。

（3）內(nèi)部進(jìn)入灰塵、連接件脫落、硬件損壞是鍵盤失靈的主要原因，在實(shí)際處理中，先檢查內(nèi)部連線情況，然后使用乙醇溶液清潔鍵盤，在清潔鍵盤過程中，檢查鍵盤硬件，發(fā)現(xiàn)問題及時更換。

3 全站儀維護(hù)保養(yǎng)要點(diǎn)

3.1 正確把控維護(hù)保養(yǎng)內(nèi)容

全站儀的維護(hù)保養(yǎng)直接應(yīng)影響全站儀的測量效率和進(jìn)度。在日常維護(hù)保養(yǎng)中，首先應(yīng)關(guān)注儀器維護(hù)保養(yǎng)內(nèi)容。全站儀需要保護(hù)的構(gòu)件包含鍵盤、物鏡、目鏡、微動螺旋等單元，同時需要對圓水泡、粗瞄器、激光軸進(jìn)行有效保養(yǎng)。在實(shí)際保養(yǎng)中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注望遠(yuǎn)鏡鏡片的維護(hù)保養(yǎng)，因?yàn)槠鋵Τ上窬群托Ч休^大影響。同時，應(yīng)關(guān)注目鏡的保養(yǎng)，實(shí)際維護(hù)保養(yǎng)時，應(yīng)采用專用的鏡頭紙，從中間開始，按螺旋的方式擦拭鏡片，擦拭過程中合理控制擦拭力度，避免鏡片受損。此外，應(yīng)做好機(jī)身支架連接部位的清理，避免設(shè)備轉(zhuǎn)動困難。

3.2 使用過程檢查調(diào)整

要進(jìn)一步提升全站儀的使用效果，應(yīng)關(guān)注全站儀使用階段的檢查和調(diào)整。一方面，使用前應(yīng)校正垂直指標(biāo)、視準(zhǔn)差和軸線差，為實(shí)際測量奠定良好基礎(chǔ)。另一方面，應(yīng)做好電池等輔助單元的檢查，確保全站儀開機(jī)作業(yè)正常。此外，在使用或日常管理中，應(yīng)做好全站儀的安全管理。即移動全站儀時，要一手提把，一手拖著基座，輕拿輕放，避免全站儀與其他物體碰撞。及時清理鏡頭、棱鏡及其他構(gòu)件上的灰塵，并進(jìn)行設(shè)備潤滑處理。此外，嚴(yán)禁隨意調(diào)整設(shè)備參數(shù)，對于參數(shù)調(diào)整或軟件系統(tǒng)優(yōu)化，應(yīng)由專業(yè)技術(shù)人員在維修中心操作，確保程序應(yīng)用的規(guī)范性、有效性。全站儀作業(yè)溫度保持在-20～50 ℃，而保存溫度應(yīng)控制在-40～70 ℃[3]。

4 結(jié)語

全站儀在工程測量中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，全站儀發(fā)生故障，會對工程測量的精度造成嚴(yán)重影響。測量工作人員只有充分了解全站儀的結(jié)構(gòu)組成，并在使用過程中做好全站儀故障排除和保養(yǎng)管理，才能提升全站儀的使用水平，保證工程項(xiàng)目測量精度。