无反射棱镜电子全站仪的应用

李 鹏

新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院，新疆 乌鲁木齐 830011

电子全站仪把无反射棱镜测距功能融入了传统全站仪，无反射棱镜全站仪可以实现无反射棱镜测距，且精度都较高，给测量工作带来了很大方便。

一、测距原理和测距结构

光照射到物体表面自然会发生漫反射，无反射棱镜全站仪测距就是利用这一原理，变测量距离为测量时间。如果光以速度v在空气中传播，在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列式子表示：

式中：D—测站点A、B两点间距离；

v—光在大气中传播的速度；

t—光往返A、B一次所需的时间。

由上式可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t，根据测量时间方法的不同，激光测距通常可分为脉冲式和相位式两种。

二、无反射棱镜电子全站仪的特点

1.降低劳动强度，使用效率高

使用无反射棱镜全站仪最大的优势在于不需要接触被测点，就可获得被测点的三维坐标，作业强度和危险性大大降低。此外，还提供了可见激光的无反射棱镜方式。可见激光光束可以作为指向器使用，即可根据光斑的位置确定测量位置。利用这一特性，就可以节约测量时间，降低劳动强度。

2.测距速度快，测程较远

无反射棱镜电子全站仪的激光返回并示值的时间一般在2～3s，远比现有的掌上型激光测距仪要快，减轻了检验人员的工作强度，提高了工作效率。

不同颜色的目标对全站仪的最大测程有影响但不大，无棱镜模式下测量，最大斜距测程可以满足对起重机械检测的测量要求，不受距离限制。如SOKKIA SET1130R电子全站仪最大斜距测程可达599.999m。

图1 桥门式起重机主梁上拱度测定

三、无反射棱镜电子全站仪在起重机械检测中应用

1.在桥门式起重机主梁上拱度及静刚度检测中的应用

通常在起重机主梁检测上拱度的方法有钢丝检测法、水准仪检测法等。其中利用钢丝检测法测量拱度，两名操作人员在起重机上高空配合作业。水准仪检测法也需要两个人配合作业并且人为误差较大。测量静刚度时，一名人员爬上起重机利用磁铁固定卷尺一端，倒挂钢卷尺，吊载时利用水准仪观察记录刻度变化值，即为静刚度值。

利用无棱镜电子全站仪对桥门式起重机主梁上拱度及静刚度进行检测，可降低检验人员高空检验作业的危险性，同时还可避免测量基准点变化时测量数据如何处理的问题，检测方法快捷，提高工作效率。

图1为桥门式起重机主梁上拱度测量现场示意图，在主梁上各测量点安置电子全站仪，依次测定P1，P2，P3，P4，P5点的三维坐标，其Z坐标值的变化即反映梁的上拱度。记录Z1，Z2，Z3，Z4，Z5值，通过Z坐标各点的相对变化量可算出主梁的拱度值。

测量静刚度时，吊钩行至主梁中间位置，起吊额定载荷重物。电子全站仪测量主梁中间点吊载前后Z坐标值的变化量，即可记录静刚度试验数据。

现场对跨度为22.5m的通用桥式起重机一主梁进行拱度测量时，对传统的钢丝检测法和电子全站仪检测法进行比对试验。采用钢丝检测法时，两端使用100mm的垫块，中间取三点测量钢丝到上盖板的垂直距离，计算拱度值时，应考虑钢丝自重修正值6mm；采用电子全站仪检测法时以此测量对应点的下盖板标高，测量数值见表1。从拱度计算值看，两种方法检测结果差值符合测量要求。

表1 拱度测量点数值 /mm

2.在塔式起重机垂直度测量中的应用

通常塔式起重机垂直度测量的常用方法是经纬仪垂直投影法，该方法一测站只能观测出塔式起重机在一个方向的倾斜量，要想观测塔式起重机在另外一个方向的倾斜量，还必须再搬动仪器重新定点观测。利用无反射棱镜电子全站仪尝试一种塔式起重机垂直度测量的方法，它能在一个测站上同时观察并测算两个方向的倾斜量。

在观测视野开阔处安置电子全站仪，首先建立独立的大地坐标系（测站仪器的纵轴—铅垂线方向为Z轴方向），并使X轴方向大致与塔身的一个侧面相平行，分别测定塔身两侧面交线的最上（A）和最下（B）两点的三维大地坐标。然后，将坐标轴进行平移和旋转，将坐标原点移至交线B点，旋转轴使与塔身正对的侧面平行，称之为独立坐标系。这样，独立坐标系中A、B两点的三维坐标即可测出。

当塔机大臂正下方投影移至全站仪正对的面时A、B两点的Y坐标值即反映塔式起重机正对面的垂直度；当塔机大臂正下方投影移至另外一对面时A、B两点的X坐标值即反映塔式起重机另一面的垂直度。实际测量中，与经纬仪垂直投影法比对，测量结果基本吻 合。

四、应用的注意事项

无反射棱镜测量目标表面的理想状态是颜色应为白色或棕色，起重机械工作环境较复杂，为保证测量精度，测量时应注意几点问题。

（1）若目标与其背景之间的反差很小，当反射信号很弱时，测量误差会增大。

（2）目标附近的其他物体表面会影响测量结果的真实性。

（3）在视准线附近不应有其他带色的光或反射物（不管在目标的前方还是后方）。

（4）测量光亮或潮湿的表面或是表面的边缘、拐角要注意考虑到激光点的尺寸、瞄准位置、瞄准角度等因素。

（5）测量光束与反射表面的角度也是影响测量结果的重要因素之一，如同测距仪棱镜，当棱镜正对仪器时，返回的信号最大，测量结果也就最准确；当反射表面与测量光束有一定的入射角时，返回的信号会有损失，测量结果会受影响，此入射角大于某个界限（对TCR仪器来说这个界限是85°）时，仪器就不能测距。

五、结语

电子全站仪功能强大，无棱镜测距方式是全站仪发展的方向，文中探索了电子全站仪在起重机械上拱度及静刚度检测、塔式起重机垂直度检验中的使用方法，为进一步提高测量精度、改善起重机械检验质量，还可在流动式起重机箱型起重臂直线度、门式起重机支腿安装精度、悬臂翘度等方面利用电子全站仪进行测量，也可借助全站仪进一步开发起重机械检验专用模块。

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