1、垂準儀使用和校核垂準儀是以重力線為基準，給出鉛垂直線的光學儀器。可用來測 量相對鉛垂線的微小水平偏差、進行鉛垂線的點位轉(zhuǎn)遞、物體垂直輪 廓的測量以及方位的垂直傳遞。它主要用于高層建筑施工、高塔、煙 囪、高塔的施工、發(fā)射阱、架、大型柱形機械設備的安裝，大壩的水 平位移測量，工程監(jiān)理和變形觀測等場合。垂準儀的使用滲透到國民經(jīng)濟建設和軍工制造領(lǐng)域的方方面 面，近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，對垂準儀的需求越來越大， 對垂準儀的精度要求也越來越高，出廠和使用過程中的垂準儀都需要 校準和調(diào)校，只有這樣才能給施工建設提供一個可靠的標準，否則， 使用一臺誤差過大或已經(jīng)損壞的垂準儀將對建筑 、工程產(chǎn)生非常致命

2、 的打擊。垂準儀是一個新型儀器，2002年國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局出 臺了一份校準規(guī)范JJF1081-2002垂準儀校準規(guī)范以下簡稱規(guī)范。筆者發(fā)現(xiàn)在垂準儀校準過程中還存在若干問題值得進一步探討。從垂準儀的定義可知，垂準儀是給出鉛垂基準的儀器，它的性能 優(yōu)劣、質(zhì)量好壞直接取決于它所指示的這個鉛垂光線的鉛垂度。如果 與理想的鉛垂線相差太大（指示了一根很歪的垂線）就不能達到工程 精度的要求，這樣的垂準儀就不能再使用了。所以垂準儀的出廠和使 用中應當校準其指示光線的鉛垂度。但是現(xiàn)在國內(nèi)外垂準儀產(chǎn)品的出廠指標和規(guī)范中校準指標中并 沒有關(guān)于鉛垂度的相關(guān)內(nèi)容。而且一些人將垂準儀 機械軸與激光軸 的同軸度”和

3、土測回垂準測量標準偏差”誤認為是鉛垂度的體現(xiàn)，認為 只要這兩個指標合格的話就能夠保證儀器的鉛垂度 。這些問題都需要 細致的分析垂準儀的原理和結(jié)構(gòu)才能判斷。一、機械軸與光軸的同軸度如圖1所示，為長水泡型垂準儀的機構(gòu)原理圖。圖中所示的垂準 儀同時具有光學視準軸和激光光軸（以下統(tǒng)稱光軸），它們共用同一套光路。當分劃板和激光器正好安置到理論位置的時候，此時光軸與 儀器的機械軸同軸，實際中因為安置誤差的存在，就使得儀器的光軸 與機械軸不同軸，這就是機械軸與光軸的同軸度問題。如圖2所示，機械軸與光軸軸成a角度，在轉(zhuǎn)動機械軸的過程中，垂準儀光軸的掃 過的軌跡成一個以機械軸延長線為軸線，以 2a為頂角的圓錐，

4、同軸 度越好即a角越小這個圓錐就小，當a= 0o時，機械軸與光軸同軸， 此時圓錐也縮為一根直線，這是理想狀態(tài)。垂準儀正是通過水泡或補償器將豎軸確定為鉛垂”然后通過光軸指示的，但是不論是水泡型還是補償器型垂準儀，其設計原理就存在 誤差，這就使得其豎軸不可能為完全鉛垂。以長水泡型垂準儀為例，來說明這個問題。長水泡的置平精度較 低，而且置平過程中人為因素影響較大，按一般經(jīng)驗水泡左右相差半格就算是達到置平要求。所以豎軸不可能被定位到標準的鉛垂線，它總與標準鉛垂線有一定的夾角。即使通過旋轉(zhuǎn)的方法得到光軸的中心線的辦法來提高垂準儀的指示鉛垂的精度，但是從圖 3中可以看到， 這根中心線在最理想的情況下就是垂

5、準儀的機械軸的延長線，所以通過旋轉(zhuǎn)和改善同軸度方法并不能保證儀器的鉛垂度。總上，由于垂準儀置平精度的原因，機械軸與標準鉛垂線始終有 一定的夾角，這個夾角表征了垂準儀機械軸的鉛垂度，這只由儀器的 置平精度來決定，而不受機械軸與光軸的同軸度大小的影響。二、一測回垂準測量標準偏差在規(guī)范中測量一測回垂準測量標準偏差的方法是：將垂準儀按對 徑180。測量其十字絲所在的位置，然后取兩次值的平均，這樣就得到這根對徑線的中心位置（從上面的討論可知這個中心對應的是機械 軸延長線的位置），這是一個測回。然后每旋轉(zhuǎn)垂準儀 45o,重復以 上操作，共測四個測回，這樣就得到了四個中心點，這四個中心點表 示的是垂準儀的機

6、械軸相對于基座在不同位置時機械軸延長線的位 置。如果垂準儀的機械軸系十分理想的話，從上面的討論可知，光軸 將繞機械軸畫標準的圓錐（因機械軸與光軸不同軸），其橫截面是規(guī)則的圓。如圖4 （a）所示，四根對徑線的中心重合在一點，這是最 理想的狀態(tài)。實際中的軸系總存在一定的加工誤差和間隙，而且旋轉(zhuǎn) 過程中總免不了震動，所以在轉(zhuǎn)動豎軸的過程中，這個橫截面將不再 是標準的圓，將呈現(xiàn)如圖（b）所示的狀態(tài)，這樣四根對徑線的中心 將不再重合。規(guī)范中對測得的對徑中心點計算標準偏差得到了一測回垂準測 量標準偏差。所以可知一測回垂準測量標準偏差反映的是垂準儀機械 軸或補償器的穩(wěn)定程度。當軸系配合較差，軸系加工精度較粗

7、糙的情 況下，就有會出現(xiàn)較大的標準偏差。即使是如圖4 （a）所示的理想 狀態(tài)，仍然不會對豎軸和光軸的鉛垂度有任何的貢獻。總上，垂準儀的機械軸與光軸的同軸度和一測回垂準測量標準偏 差這兩個指標都不能體現(xiàn)儀器的鉛垂度。對垂準儀這個最根本的技術(shù) 要求必須要有一個特定的指標來表征。三、儀器的鉛垂度一一鉛垂i角與水準儀的水平i角類似，我們定義表征垂準儀的鉛垂度的指標 為 鉛垂i角”。如圖5所示。垂準儀指示的 鉛垂線”與標準鉛垂線的夾 角定義為垂準儀的鉛垂i角。因為存在軸系誤差和機械軸與同軸度的問題，在旋轉(zhuǎn)垂準儀過程 中，儀器的光軸是不斷變化的，所以關(guān)于 垂準儀指示的，鉛垂線？可8 有以下幾種不同的理解。1. 垂準儀安置完畢后，隨機的一根視準軸或激光軸。因為有 的垂準儀在使用過程中因為場地的原因不能旋轉(zhuǎn)或儀器本身沒有旋 轉(zhuǎn)軸，這樣的垂準儀只能用安置完畢后當前狀態(tài)的一根視準軸或激光 軸做指示標準。2. 垂準儀安置完畢后，機械軸的延長線。因為一般在場地允 許的測量情況下，為了減小和消除機械軸與光軸的同軸度的影響，通常會通過旋轉(zhuǎn)儀器得到光軸的旋轉(zhuǎn)軸作為指示標準，而從上面的分析 可知，這個旋轉(zhuǎn)軸對應的正是機械軸的延長線。3. 因為垂準儀調(diào)焦運行誤差的存在，垂準儀光軸會隨著調(diào)焦的變化而改變。所以鉛垂i角必定也會收到調(diào)焦運行誤差的影響。綜合考慮儀器的校準的易操作性和結(jié)果的可靠性兩方面因素