一種快速校準激光隧道斷面檢測儀誤差的方法探討

劉彤+倪穎倩

【摘 要】激光隧道斷面檢測儀廣泛應用于建筑領域內，封閉空間斷面、限界的三維輪廓曲線精確測量，本文就一種快速校準其誤差的方法進行探討。

【關鍵詞】斷面儀；快速；誤差

0 引言

激光隧道斷面檢測儀（以下簡稱“斷面儀”），是一種采用無合作目標激光測距技術和精密測角技術，將極坐標系測量法與計算機技術緊密結合，配合專業圖形處理軟件，可快速獲得隧道等封閉空間內部的工程測量儀器。可實時顯示超欠挖值（距離、面積），又可對收斂情況、開挖土石方量進行測量，具有指示炮眼功能，無需后處理可快速給出檢測結果及報告，是一款實用性很強的測量儀器。

主要用于公路、鐵路的隧道，水利工程涵洞的斷面和限界測量，也可用于大跨度橋梁的橋形測量及靜撓度的測量。早期隧道施工檢測主要采用皮尺人工測量，精度低，效率低且勞動強度大，斷面儀的問世使施工監測、竣工驗收、質量控制等工作環節中，能快速便捷的獲得測量數據，在隧道設計建設和施工安全監控方面具有劃時代的意義

1 概述

以激光隧道斷面檢測儀作為被測對象，以合格的Ⅱ級及以上全站型電子速測儀（或DJ2級光學經緯儀）、標準基線場作為標準器進行校準，斷面儀的誤差校準指標分為角度誤差和測距誤差兩部分。怎樣才能對斷面儀進行快速誤差校準，可采用下面這一種簡單可行的方法：

2 角度誤差校準

角度誤差校準中一般按照測繪儀器檢測的行業習慣將水平角度盤面稱為橫盤，豎直角度盤面稱為豎盤。斷面儀的角度測量范圍為豎盤（30～330）°（儀器測頭鉛垂向下為0°），橫盤（0～360）°。角度誤差校準可以在環境條件相對穩定，具有一定防塵、防震條件的室內進行，最好能將溫度控制在（20±5）℃，濕度控制在40%～80%范圍以內。具體校準項目及方法如下：

2.1 垂直歸零點校準

首先將斷面儀整平，儀器水平回轉中心下方安裝一個分度值為0.5mm的網格狀標靶。然后，操作使得斷面儀垂直歸零，水平方向沿順時針或逆時針轉動斷面儀一周，從旋轉起始至結束位置，每隔90度讀取激光點中心位置變化量，其中心變化量應小于0.5mm。

2.2 橫盤與豎盤的角度誤差校準

主要依靠經檢定合格且在檢定周期范圍內的Ⅱ級及以上全站型電子速測儀（以下簡稱“全站儀”）來完成。因為斷面儀的角度分辨力為0.1°，極少數高精度的斷面儀分辨力能達到0.01°，而Ⅱ級全站儀的角度分辨力為1″，Ⅱ級全站儀標準差范圍為1.0″

首先將斷面儀對中整平，準確記錄其對中位置、豎盤回轉中心到對中位置的垂直高度。在其角度測量范圍內均勻選擇8～12個校準點，（橫盤推薦選擇10～12個校準點，豎盤推薦選擇8～10個校準點），操作斷面儀將各點位置準確的標記于試驗區域墻上，同時記錄下斷面儀豎盤或橫盤角度示值（注意：校準豎盤時需將橫盤鎖定，校準橫盤時豎盤也需鎖定）。

豎盤、橫盤角度誤差校準選點示意圖

然后，移開斷面儀，在其對中位置架設全站儀，同時使其豎盤回轉中心高度與之前記錄的斷面儀豎盤回轉中心高度保持一致，使用全站儀分別將斷面儀標記的點一一測量。各點的角度示值誤差按Δ=α-Α公式計算，

各點計算結果中，Δ取最大的示值誤差作為被測斷面儀的示值誤差。

另外，如果沒有全站儀時，可使用合格的DJ2級及以上光學經緯儀代替。

3 測距誤差校準

斷面儀的距離測量半徑一般為60m，標稱的檢測精度為±1mm。所以可使用標準基線進行測量，其主要校準項目及方法如下：

3.1 測量重復性

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。斷面儀照準反射板以單次測量方式測距10次，并讀取讀數Di，測量重復性按以下公式計算：

3.2 示值誤差

可選取距離在80m～100m的標準基線，標準基線任一標志點相對于基線首尾標致點連線的橫向偏離小于60mm。任一標致點間的水平距離其不確定度UD≤0.4mm+1.0×10-6D（式中D為基線的長度，單位為“m”）。

首先在標準基線兩端以強制對中方式分別安置斷面儀和標準反射板，安置誤差應小于0.2mm。然后調整基座使斷面儀激光光軸正對標準反射板，并與基線軸線大致平行，接著以單次測量模式進行測量。可選取5m～10m 、40m～50m、80m～100m距離內的3個點作為標準點，各校準點的觀測值均為一次照準后單次測量取5個讀數，求其平均值為測量值，測量值與基線值之差為校準點的示值誤差。

4 結語

激光隧道斷面檢測儀的誤差校準問題一直困擾著業界人員，以上是筆者結合自身的工作經驗就斷面儀的主要技術指標快速校準的方法提出一些淺見，與大家一起討論，希望能夠起到拋磚引玉的效果，讓更多的人參與進來推動該類儀器檢測校準的發展。

【參考文獻】

[1]JJF 1214-2008《長度基線場》.

[2]JJG 966-2010《手持式激光測距儀》.