職業(yè)教育論文-光學(xué)經(jīng)緯儀的檢校技術(shù)及教學(xué)措施.doc

職業(yè)教育論文-光學(xué)經(jīng)緯儀的檢校技術(shù)及教學(xué)措施摘要本文介紹工民建專(zhuān)業(yè)工程測(cè)量學(xué)課程光學(xué)經(jīng)緯儀的檢驗(yàn)和校正技術(shù)及教學(xué)措施。對(duì)光學(xué)經(jīng)緯儀檢校的必要性、水準(zhǔn)管軸垂直于豎軸、十字絲豎絲垂直于橫軸、視準(zhǔn)軸垂直于橫軸、橫軸垂直于豎軸、豎盤(pán)指標(biāo)差、光學(xué)對(duì)中器的檢驗(yàn)和校正技術(shù)以及教學(xué)措施做了論述，并結(jié)合本課程內(nèi)容的教學(xué)要求，提出了一些值得思考的問(wèn)題。關(guān)鍵詞光學(xué)經(jīng)緯儀檢校技術(shù)教學(xué)措施一、光學(xué)經(jīng)緯儀檢校的必要性光學(xué)經(jīng)緯儀是測(cè)角儀器，在使用它之前必須對(duì)它進(jìn)行檢驗(yàn)，看看它是否滿足測(cè)角儀器的基本要求，若不滿足，則必須進(jìn)行校正，使之滿足這些基本要求。使用未檢驗(yàn)校正的光學(xué)經(jīng)緯儀，是無(wú)法取得合格成果的。從測(cè)角原理可知，測(cè)角時(shí)，光學(xué)經(jīng)緯儀水平度盤(pán)必須居于水平位置，而水平度盤(pán)是否水平，是借助水準(zhǔn)管氣泡居中來(lái)實(shí)現(xiàn)的，水準(zhǔn)管氣泡居中了才能保證水準(zhǔn)管軸水平，故要求水準(zhǔn)管軸垂直于儀器豎軸（水平度盤(pán)垂直于豎軸是由儀器生產(chǎn)廠家保證的）；第二個(gè)要求是視準(zhǔn)軸要掃出一個(gè)豎直面，為了達(dá)到此目的，必須使光學(xué)經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸垂直于橫軸，橫軸垂直于豎軸，視準(zhǔn)軸就能掃出豎直面，進(jìn)行點(diǎn)的投影和讀數(shù)。光學(xué)經(jīng)緯儀是一種設(shè)計(jì)巧妙的精密儀器，可以在自身的翻轉(zhuǎn)過(guò)程中進(jìn)行基本幾何條件的檢驗(yàn)。檢驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)光學(xué)經(jīng)緯儀幾何條件是否滿足要求的過(guò)程，校正卻是解決光學(xué)經(jīng)緯儀幾何條件必須滿足要求的過(guò)程。檢驗(yàn)校正通常應(yīng)在測(cè)量工作之前進(jìn)行。二、水準(zhǔn)管軸垂直于豎軸的檢校水準(zhǔn)管軸是指過(guò)水準(zhǔn)管零點(diǎn)的切線，豎軸是儀器的旋轉(zhuǎn)軸，即水平度盤(pán)軸系的幾何中心。若水準(zhǔn)管軸垂直于儀器豎軸，當(dāng)氣泡居中（此時(shí)意味著水準(zhǔn)管軸水平）時(shí)，豎軸就豎直了，經(jīng)過(guò)互成90的兩個(gè)方向整置氣泡居中，豎軸就在空間上居于豎直位置，與豎軸垂直的水平度盤(pán)也就水平了。若水準(zhǔn)管軸不垂直于儀器豎軸，當(dāng)氣泡居中（此時(shí)水準(zhǔn)管軸仍然處于水平面上）時(shí)，豎軸卻傾斜了，其傾斜角即是水準(zhǔn)管軸和水平度盤(pán)面的夾角（設(shè)為）。當(dāng)我們將光學(xué)經(jīng)緯儀照準(zhǔn)部繞豎軸旋轉(zhuǎn)180時(shí)，豎軸的空間位置沒(méi)有改變，仍傾斜，但水準(zhǔn)管的高低兩端卻易位了，水準(zhǔn)管軸傾斜了2（即此時(shí)的水準(zhǔn)管軸與水平面的夾角為2），其中一個(gè)是豎軸傾斜引起，另一個(gè)是水準(zhǔn)管軸和水平度盤(pán)面的夾角，所以當(dāng)氣泡居中后再將照準(zhǔn)部繞豎軸旋轉(zhuǎn)180時(shí)，氣泡的法線方向偏離豎直面的夾角為2。此時(shí)可用腳螺旋整置儀器，使氣泡退回偏離值的一半（），這時(shí)豎軸就豎直了，再用校正針調(diào)整水準(zhǔn)管支架，使氣泡再退回偏離值的另一半（），此時(shí)水準(zhǔn)管氣泡居中了，豎軸也豎直了，從而達(dá)到水準(zhǔn)管軸垂直于豎軸。進(jìn)行此方法檢校時(shí)，水準(zhǔn)管要和兩腳螺旋的連線平行，且儀器經(jīng)過(guò)粗略整平，旋轉(zhuǎn)180后的位置可目估進(jìn)行，也就是仍然要和該兩腳螺旋的連線平行，邊講解邊繪圖形，使學(xué)生了解每一步操作時(shí)的軸線位置，然后可以在儀器上表演一次，使同學(xué)有感性認(rèn)識(shí)，并指出此檢校需要反復(fù)進(jìn)行幾次，逐步趨近于正確關(guān)系。接著可以提問(wèn)學(xué)生：若儀器上有互相垂直的兩個(gè)水準(zhǔn)管該如何進(jìn)行檢校？若儀器上有一圓水準(zhǔn)器和一水準(zhǔn)管又該如何檢校？檢驗(yàn)和整平有什么區(qū)別？啟發(fā)學(xué)生參與來(lái)進(jìn)行講授。在此基礎(chǔ)上可以出這樣的題目讓學(xué)生回答:某光學(xué)經(jīng)緯儀的照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管氣泡居中后,將照準(zhǔn)部繞豎軸旋轉(zhuǎn)180,發(fā)現(xiàn)該氣泡右偏2格,請(qǐng)繪出軸線間的關(guān)系。若學(xué)生對(duì)這樣的題目能回答且繪出圖形，那么此步檢校的方法就完全清楚了。在做此步校正時(shí)，有時(shí)候會(huì)遇到這樣的情況：氣泡偏離值的一半用腳螺旋調(diào)節(jié)，另一半用水準(zhǔn)管的支架調(diào)節(jié)的操作會(huì)失靈，很難校正到位。這是因?yàn)榻沁^(guò)大，轉(zhuǎn)180后，氣泡受限于水準(zhǔn)管壁，無(wú)法自由偏移，看起來(lái)的偏移格數(shù)遠(yuǎn)小于實(shí)際應(yīng)偏移的格數(shù)，故此時(shí)不應(yīng)該按表面偏移的格數(shù)來(lái)計(jì)數(shù)，而應(yīng)估計(jì)調(diào)整，待調(diào)到角較小，氣泡能夠自由偏移時(shí)再按各一半的原則操作。三、十字絲豎絲垂直于橫軸的檢校由于十字絲分劃板平面的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得十字絲豎絲不一定垂直于橫軸，其檢驗(yàn)方法是：先整平儀器，用十字絲豎絲最上端瞄準(zhǔn)一個(gè)固定點(diǎn)，鎖定照準(zhǔn)部和望遠(yuǎn)鏡的制動(dòng)螺旋；然后轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡的微動(dòng)螺旋，使望遠(yuǎn)鏡繞橫軸向上轉(zhuǎn)動(dòng)。如果固定點(diǎn)始終在十字絲豎絲上移動(dòng)，則條件滿足，否則需要校正。其校正方法是：卸下目鏡保護(hù)蓋，用螺絲刀松開(kāi)十字絲分劃板套筒的四個(gè)壓環(huán)螺絲，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)十字絲套筒，使十字絲豎絲處于鉛垂位置，然后旋緊壓環(huán)螺絲。此步檢校比起其它幾步檢校來(lái)看，重要性要差一些，故講課時(shí)可以簡(jiǎn)單講一下，不占過(guò)多時(shí)間。四、視準(zhǔn)軸垂直于橫軸的檢校望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸是十字絲中心與物鏡光心的連線，橫軸是望遠(yuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)軸，也叫水平軸。當(dāng)視準(zhǔn)軸垂直于橫軸時(shí)，視準(zhǔn)軸繞橫軸旋轉(zhuǎn)得到一個(gè)平面；當(dāng)視準(zhǔn)軸不垂直于橫軸時(shí)，視準(zhǔn)軸繞橫軸旋轉(zhuǎn)得到一個(gè)錐面。輔以簡(jiǎn)單教具示范一下，讓學(xué)生對(duì)這一結(jié)論印象深刻。接著問(wèn)學(xué)生：當(dāng)視準(zhǔn)軸不垂直于橫軸而有誤差角C時(shí)，照準(zhǔn)水平方向，其水平方向讀數(shù)誤差有多大？此問(wèn)題學(xué)生很容易回答（就是C）。又問(wèn)：當(dāng)照準(zhǔn)天頂時(shí)，其水平方向讀數(shù)誤差又有多大？此問(wèn)題學(xué)生就不容易回答，得思考一會(huì)兒了。用簡(jiǎn)單教具表演一下：光學(xué)經(jīng)緯儀不可能照準(zhǔn)到天頂，當(dāng)經(jīng)緯儀旋轉(zhuǎn)時(shí)，視準(zhǔn)軸繞天頂劃小圈，故水平方向讀數(shù)誤差為；當(dāng)目標(biāo)豎直角由0變化到90時(shí)，其水平方向讀數(shù)誤差由C變化到。當(dāng)學(xué)生把物理概念搞清楚之后，就可以講視準(zhǔn)軸垂直于橫軸的檢驗(yàn)了。正鏡照準(zhǔn)前方大約幾十米的一水平位置目標(biāo)P，且使水平度盤(pán)讀數(shù)為00000，然后倒鏡，使水平度盤(pán)讀數(shù)嚴(yán)格為1800000，若剛好照準(zhǔn)目標(biāo)P，則說(shuō)明視準(zhǔn)軸垂直于橫軸；若照準(zhǔn)P旁的P點(diǎn)，則視準(zhǔn)軸不垂直于橫軸，P和P的夾角為2C。教師可以在黑板上畫(huà)圖說(shuō)明之。接著又講：正鏡照準(zhǔn)P點(diǎn)，仍使水平度盤(pán)讀數(shù)為00000，然后倒鏡再照準(zhǔn)P點(diǎn)，若讀數(shù)為1800000，則說(shuō)明視準(zhǔn)軸垂直于橫軸；否則，有誤差角C存在，C角值為現(xiàn)讀數(shù)與1800000差值的一半。再接下來(lái)講：正鏡照準(zhǔn)P，照準(zhǔn)部不動(dòng)，倒鏡在幾十米遠(yuǎn)的水平尺上讀數(shù)（設(shè)為b），再轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，倒鏡照準(zhǔn)P，又保持照準(zhǔn)部不動(dòng)，正鏡在該尺上讀數(shù)（設(shè)為b），令b=b-b。若b=0，說(shuō)明視準(zhǔn)軸垂直于橫軸；若b0，說(shuō)明視準(zhǔn)軸不垂直于橫軸，b是由幾個(gè)C角引起的呢？學(xué)生需要思考了，思路敏捷的學(xué)生就會(huì)看出，由4個(gè)C引起的。這樣就把三種檢驗(yàn)方法有聯(lián)系的講了，教師可以加幾句說(shuō)明三種方法各自具有的優(yōu)缺點(diǎn)。視準(zhǔn)軸不垂直于橫軸的校正方法因此對(duì)應(yīng)有三：一是校正到PP的中點(diǎn)；二是退回C讀數(shù)，校正至P點(diǎn)；三是求b/4，校正至b和b間距離（b）的1/4處。在黑板上繪十字絲環(huán)圖，講校正方法，并告訴學(xué)生用校正針調(diào)節(jié)十字絲校正螺絲時(shí)，要先送一顆，再緊另一顆，這顆松多少，另一顆就緊多少，始終保持十字絲環(huán)的位置固定而不晃動(dòng)。調(diào)整時(shí)要小心謹(jǐn)慎，不宜用力過(guò)猛，防止扭斷校正螺絲。此步檢校要反復(fù)進(jìn)行。五、橫軸垂直于豎軸的檢校由于望遠(yuǎn)鏡支架兩端可能不等高，引起橫軸不垂直于豎軸，而產(chǎn)生橫軸誤差（設(shè)為i）。結(jié)合簡(jiǎn)單教具說(shuō)明：當(dāng)豎軸豎直時(shí)，若橫軸垂直于豎軸，則視準(zhǔn)軸掃出一豎直面；若橫軸不垂直于豎軸，則視準(zhǔn)軸掃出一傾斜面，它和鉛垂線的夾角也為i。因此，用帶有橫軸誤差的經(jīng)緯儀去瞄準(zhǔn)同一鉛垂面內(nèi)不同高度的目標(biāo)，水平度盤(pán)讀數(shù)將會(huì)不同，從而影響測(cè)量水平角的精度，必須加以校正。橫軸垂直于豎軸的檢驗(yàn)方法是：正鏡照準(zhǔn)幾十米外一高點(diǎn)P，向下轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡到水平位置，標(biāo)出十字絲交點(diǎn)所得位置P；倒鏡再照準(zhǔn)P，向下轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡到水平位置，同法標(biāo)出P。若P和P重合，說(shuō)明橫軸垂直于豎軸；若P和P不重合，說(shuō)明橫軸不垂直于豎軸。P和P之間的距離由2i角引起。橫軸垂直于豎軸的校正方法是：轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部微動(dòng)螺旋，照準(zhǔn)P和P的中間點(diǎn)，鎖定照準(zhǔn)部，將望遠(yuǎn)鏡向上轉(zhuǎn)至目標(biāo)P，此時(shí)照準(zhǔn)不到P了，校正望遠(yuǎn)鏡支架兩端的高低，使十字絲交點(diǎn)照準(zhǔn)P點(diǎn)。光學(xué)經(jīng)緯儀的橫軸是密封的，一般出廠時(shí)此條件已有保證，不要輕易校正。如確需檢修，要送回工廠或?qū)ｉT(mén)的維修部處理，測(cè)量人員只進(jìn)行檢驗(yàn)即可。六、豎盤(pán)指標(biāo)差的檢校由于豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管兩端支架變動(dòng)，當(dāng)視線水平、豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，豎盤(pán)讀數(shù)不是90的整倍數(shù)（盤(pán)左應(yīng)為90，盤(pán)右應(yīng)為270），其差值稱為豎盤(pán)指標(biāo)差（設(shè)為x）。豎盤(pán)指標(biāo)差對(duì)半測(cè)回豎直角有影響，因此必須加以校正。豎盤(pán)指標(biāo)差的檢驗(yàn)方法是：整平儀器，盤(pán)左瞄準(zhǔn)一高處目標(biāo)P，指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中后讀出豎盤(pán)讀數(shù)L，計(jì)算出盤(pán)左所測(cè)豎直角左=90-L；再盤(pán)右瞄準(zhǔn)P點(diǎn)，指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中后讀出豎盤(pán)讀數(shù)R，計(jì)算出盤(pán)右所測(cè)豎直角右=R-270。若左=右，說(shuō)明沒(méi)有豎盤(pán)指標(biāo)差；若其不等的差值在容許范圍之內(nèi)，不需要校正豎盤(pán)指標(biāo)差；若其不等的差值超過(guò)容許范圍，則需要校正豎盤(pán)指標(biāo)差。豎盤(pán)指標(biāo)差的校正方法是：先計(jì)算出豎盤(pán)指標(biāo)差x=（L+R-360）/2，再計(jì)算出盤(pán)右瞄準(zhǔn)目標(biāo)P時(shí)豎盤(pán)的正確讀數(shù)R=R-x。然后轉(zhuǎn)動(dòng)豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋，使豎盤(pán)讀數(shù)為正確讀數(shù)R，此時(shí)豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡不居中，撥動(dòng)豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管校正螺絲，使氣泡居中即可。由于建筑工程測(cè)量不需要測(cè)量豎直角，所以此步的檢校就沒(méi)有那么重要，故講課時(shí)可以簡(jiǎn)單講一下，不占過(guò)多時(shí)間。七、光學(xué)對(duì)中器的檢校光學(xué)對(duì)中器刻劃圈中心與對(duì)中器物鏡光心的連線叫光學(xué)對(duì)中器的視準(zhǔn)軸，光學(xué)對(duì)中器的視準(zhǔn)軸經(jīng)棱鏡折射后應(yīng)與儀器豎軸重合。當(dāng)棱鏡位置有變動(dòng)，則光學(xué)對(duì)中器的視準(zhǔn)軸與儀器豎軸不重合，從而產(chǎn)生對(duì)中誤差。光學(xué)對(duì)中器的檢驗(yàn)方法是：在平坦地面上安置經(jīng)緯儀，并盡量架高一些，在腳架中心地面鋪放一張白紙；精確整平儀器后，從對(duì)中器里將刻劃圈中心標(biāo)于白紙上，記為A點(diǎn)；轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部180，從對(duì)中器里將刻劃圈中心標(biāo)于白紙上，記為B點(diǎn)。若A點(diǎn)和B點(diǎn)重合，則光學(xué)對(duì)中器的視準(zhǔn)軸與儀器豎軸重合，否則需要校正。光學(xué)對(duì)中器的校正方法是：取A點(diǎn)和B點(diǎn)的中間位置，校正直角棱鏡或校正分劃板，使刻劃圈中心對(duì)準(zhǔn)A點(diǎn)和B點(diǎn)的中間位置為止。此項(xiàng)校正，須視各儀器具體情況而定，講課時(shí)可以簡(jiǎn)單講一下，不占過(guò)多時(shí)間。八、提出一些深入思考的問(wèn)題在上述講授的基礎(chǔ)上，可以提出一些深入思考的問(wèn)題，讓學(xué)生課后鉆研：1、檢校順序是否可以任意改變以及改變后的影響如何？2、水準(zhǔn)管軸不垂直于儀器豎軸時(shí)，能否使水平度盤(pán)水平？若能的話，應(yīng)該怎樣操作？3、檢校視準(zhǔn)軸是否垂直于橫軸時(shí)，為什么要照準(zhǔn)遠(yuǎn)處和儀器大致同高的點(diǎn)？4、檢校橫軸是否垂直于豎軸時(shí)，為什么要照準(zhǔn)高點(diǎn)？5、使用橫軸不垂直于豎軸的儀器，只用一個(gè)盤(pán)位去作鉛垂線的投測(cè)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生什么后果？若兩個(gè)盤(pán)位都用呢？6、正倒鏡觀測(cè)水平角取平均值，可以抵消哪些誤差的影響？7、光學(xué)經(jīng)緯儀的七項(xiàng)檢校中，哪些檢校最重要？九、根據(jù)學(xué)生班級(jí)水平增減某些內(nèi)容本文介紹了光學(xué)經(jīng)緯儀檢校課的大致講授方法，在講解內(nèi)容的取舍上還要根據(jù)學(xué)生班級(jí)水平來(lái)考慮，例如大專(zhuān)班和中專(zhuān)班應(yīng)有區(qū)別，工民建專(zhuān)業(yè)班和裝飾班也應(yīng)有不同。上該堂課總的原則應(yīng)該是物理概念清楚，軸線間的幾何關(guān)系明晰，采用啟發(fā)式教學(xué)法，充分激發(fā)