CN114413931A - 一种水平准线陪检器i角测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水平准线陪检器i角测量方法，包括S1：在工作台上放置两台自准直仪，使两台自准直仪相对且间隔设置；S2：两自准直仪的检测部分别对准被测陪检器的摆镜，同步测量分别记录两台自准直仪分别测量得到的第一示值；S3：保持两台自准直仪不动，将被测陪检器移出两台自准直仪之间，由各自准直仪分别照准另一台自准直仪所在方向，分别记录两台自准直仪测量得到的第二示值；S4：将两台自准直仪绕着各自的中心轴线旋转180°，再次将被测陪检器放置在两台自准直仪之间，重复步骤S2和S3，分别记录两台自准直仪分别测量得到的第三示值；S5：根据上述测量获得的各组垂直向示值，计算陪检器的i角。
Description
技术领域
本发明涉及校准仪器的检定设备技术领域，尤其涉及一种水平准线陪检器i角测量方法。
背景技术
水平准线陪检器，简称陪检器，是水准仪检定测量装置量值溯源的上一级计量标准器具，利用高平行度的双面补偿平面镜提供关于水平面对称的两条准线，以其平均位置作为标准水平准线，通过自准直仪与被检水准仪检定装置水平准线进行比较测量，以测得被检装置的水平准线误差。陪检器的i角即为陪检器的水平准线误差，是陪检器所提供水平准线方向与水平面夹角，陪检器精确整平的情况下，该误差由双面平面镜的楔角觉得，i角等于垂直方向楔角的一半。
当前陪检器i角测量有三种方法：1、采用水准仪与两平行光管互调，认为互调后的平行光管的光轴水平，然后采用高斯目镜与平行光管对陪检器进行自准直测量，通过平行光管分划板格值对陪检器i角进行测量，但是测量结果受到水准仪调节精度和平行光管分划板的分辨率的影响；2、采用自然液面与精密五棱镜，自然液面法向经过五棱镜90°偏转，被认为是标准水平准线，采用自准直仪对陪检器的水平准线与该标准水平准线进行比较测量，从而测得陪检器的i角，该方法受五棱镜的加工精度限制，可能会引入额外误差，对测量平台也有较高要求；3、将陪检器通过两台自准直仪与另一双面反射平面镜进行比较测量，将双面反射镜旋转180°，获取双面反射镜的楔角，通过对称性形成两个虚拟反射面，保持自准直仪位置和姿态不变，再将陪检器与自准直仪进行比较测量，得到陪检器的楔角，计算获取陪检器的i角，但是这种双面反射镜需要定制，加工难度较高。
综上所述，现有陪检器的i角测量方法对测试平台、辅助测量器件的加工要求精度极高，还容易引入新的误差，导致现有陪检器i角测量精度不够理想。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种可信度高、测量精度高的水平准线陪检器i角测量方法。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种水平准线陪检器i角测量方法，包括如下步骤：
S1：在工作台上放置两台自准直仪A和B，使两台自准直仪相对且间隔设置，将被测陪检器放置在两台自准直仪之间，使两台自准直仪的中心与被测陪检器的摆镜中心等高并共线设置，在两台自准直仪A和B的物镜中心处分别固定设置光阑；
S2：将被测陪检器移开，使各自准直仪所发出的平行光分别在对向设置的另一台只准直仪中成像，待两自准直仪示值稳定后，同步测量并分别记录两台自准直仪的第一示值；
S3：保持两台自准直仪不动，将被测陪检器移出两台自准直仪之间，调节被测陪检器的摆镜，使摆镜中心与两台自准直仪光轴目测共线，待两台自准直仪的示指稳定后，分别记录两台自准直仪测量得到的第二示值；
S4：将两台自准直仪绕着各自的中心轴线旋转180°，再次将被测陪检器移出两台自准直仪之间，重复步骤S2，分别记录两台自准直仪分别测量得到的第三示值；然后将被测陪检器放入两自准直仪之间，重复步骤S3，分别记录两台自准直仪测量得到的第四示值；
S5：根据上述测量获得的各组垂直向示值，计算被测陪检器的i角。
在以上技术方案的基础上，优选的，第一示值、第二示值、第三示值与第四示值分别为两台自准直仪同步测量十次后获得的示值求取的平均值。
优选的，计算陪检器的i角的方法为：令两台自准直仪测量得到的第一示值分别为yA1和yB1；第二示值分别为yA2和yB2；第三示值分别为y'A1和y'B1；第四示值分别为y'A2和y'B2；则被测陪检器的i角计算公式为
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤S4中所述被测陪检器的放置位置与步骤S1中所述被测陪检器放置可以不同。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括水平准线陪检器水平偏差测量不确定度的评定步骤，即使用两台自准直仪A和B对被测陪检器的水平准线偏差进行校准，建立测量模型
其中i为步骤S5获取的被测陪检器的i角；θ0为被测陪检器摆镜中心楔角；Δη与Δη'表示自准直仪初始位置、旋转180°后的测量过程中相对姿态角变化量；βy为被测陪检器楔角的垂直变化梯度；hp与h'p为被测陪检器的摆镜中心相对于自准直仪A初始位置的光轴及旋转180°后的光轴的高度；Δθx与Δθ'x是由于被测陪检器摆镜楔角不均匀且被测陪检器水平安装误差导致的两自准直仪在初始位置以及旋转180°后的楔角测量误差；γ为被测陪检器摆镜朝向自准直仪B一面的法线方向垂直梯度；hAB和h'AB为两自准直仪在初始位置以及旋转180°后的自准直仪B的光轴相对于自准直仪A的光轴的高度；αA为自准直仪A光束不平行误差变化率；δC1、δC2、δ'C1与δ'C2分别为测量第一示值、第二示值、第三示值与第四示值时两自准直仪角度测量引入的误差；ρA、ρB、ρ'A和ρ'B分别为两自准直仪在初始位置以及旋转180°后的各自准直仪的水平轴x的不水平误差；ΔxA与ΔxB为自准直仪A和B在初始位置测量第一示值与第二示值过程中的水平轴x的示值变化量；Δx'A与Δx'B为自准直仪A和B旋转180°后测量第三示值与第四示值过程中的水平轴x的示值变化量；由以上变量合成标准不确定度uc：
其中u()为用概率分布的标准差指示的不确定度的标识，sqrt为求平方根运算。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括陪检器的i角一致性误差检测步骤：完成步骤S5以后，维持两台自准直仪A与B对向且中心共线设置不变，将被测陪检器放置在两台自准直仪中间，调节被测陪检器的位置，使被测陪检器的摆镜中心与两台自准直仪光轴目测共线，两台自准直仪A与B分别同步测量十次，获取两台自准直仪在y方向的测量平均值之和C0，自准直仪的y方向指的是摆镜的俯仰姿态变化方向；将被测陪检器在自准直仪的光轴的水平径向方向分别向左或者向右偏移5mm，在该两处位置由两台自准直仪再次进行同步测量十次，分别获取被测陪检器在该两处位置两台自准直仪在y方向的测量平均值之和C左和C右；将被测陪检器在自准直仪的光轴的竖直径向方向分别向上或者向下偏移5mm，同样的，在该两处位置由两台自准直仪再次进行同步测量十次，分别获取被测陪检器在该两处位置两台自准直仪在y方向的测量平均值之和C上和C下；根据以下公式计算被测陪检器在偏移两台自准直仪光轴的位置的i角的一致性误差：
Cp即为上述C左、C右、C上或者C下。
优选的，被测陪检器在自准直仪的光轴的水平径向方向分别向左或者向右偏移5mm时，被测陪检器的一致性误差不超过0.1＂；被测陪检器在自准直仪的光轴的水平径向方向分别向上或者向下偏移5mm时，被测陪检器的一致性误差不超过0.2＂，则认定被测陪检器的i角一致性误差正常。
本发明提供的一种水平准线陪检器i角测量方法，相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本方案利用两台自准直仪对射互测对方发出平行光的方向，获取两自准直仪的相对姿态角，然后将待测陪检器放置在两台自准直仪中，分别测量待测陪检器的摆镜镜面的法线方向，将测得的结果与之前的相对姿态角进行比较，从而便于计算陪检器的楔角；
(2)在一次测量以后，分别将两台自准直仪绕各自光轴旋转180°，重复测量，并与前次测量结果取平均，通过对称性消除自准直仪互测产生的***误差；由于光轴共线，提高了参考精度的标准，使陪检器的i角测量精度提升至0.2＂以内；
(3)方案还对水平准线陪检器水平偏差测量不确定度的评定以及对陪检器的i角一致性误差检测步骤，进一步对i角测量的可靠性进行评价。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种水平准线陪检器i角测量方法的设备布置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种水平准线陪检器i角测量方法，包括如下步骤：
S1：在工作台上放置两台自准直仪A和B，使两台自准直仪相对且间隔设置，将被测陪检器放置在两台自准直仪之间，使两台自准直仪的中心与被测陪检器的摆镜中心等高并共线设置，在两台自准直仪A和B的物镜中心处分别固定设置光阑；
S2：将被测陪检器移开，使各自准直仪所发出的平行光分别在对向设置的另一台只准直仪中成像，待两自准直仪示值稳定后，同步测量并分别记录两台自准直仪的第一示值；
S3：保持两台自准直仪不动，将被测陪检器移出两台自准直仪之间，调节被测陪检器的摆镜，使摆镜中心与两台自准直仪光轴目测共线，待两台自准直仪的示指稳定后，分别记录两台自准直仪测量得到的第二示值；
S4：将两台自准直仪绕着各自的中心轴线旋转180°，再次将被测陪检器移出两台自准直仪之间，重复步骤S2，分别记录两台自准直仪分别测量得到的第三示值；然后将被测陪检器放入两自准直仪之间，重复步骤S3，分别记录两台自准直仪测量得到的第四示值；上述方案中，第一示值、第二示值、第三示值与第四示值分别为两台自准直仪同步测量十次后获得的示值求取的平均值；
S5：根据上述测量获得的各组垂直向示值，计算被测陪检器的i角；令两台自准直仪测量得到的第一示值分别为yA1和yB1；第二示值分别为yA2和yB2；第三示值分别为y'A1和y'B1；第四示值分别为y'A2和y'B2；则被测陪检器的i角计算公式为
作为优选的，在步骤S4中所述被测陪检器的放置位置与步骤S1中所述被测陪检器放置可以不同，即两次放置被测陪检器时，可以不要求严格相同的放置位置，容许存在一定的水平偏差。
本方案还包括水平准线陪检器水平偏差测量不确定度的评定步骤，即使用两台自准直仪A和B对被测陪检器的水平准线偏差进行校准，建立测量模型
其中i为步骤S5获取的被测陪检器的i角；θ0为被测陪检器摆镜中心楔角；Δη与Δη'表示自准直仪初始位置、旋转180°后的测量过程中相对姿态角变化量；βy为被测陪检器楔角的垂直变化梯度；hp与h'p为被测陪检器的摆镜中心相对于自准直仪A初始位置的光轴及旋转180°后的光轴的高度；Δθx与Δθ'x是由于被测陪检器摆镜楔角不均匀且被测陪检器水平安装误差导致的两自准直仪在初始位置以及旋转180°后的楔角测量误差；γ为被测陪检器摆镜朝向自准直仪B一面的法线方向垂直梯度；hAB和h'AB为两自准直仪在初始位置以及旋转180°后的自准直仪B的光轴相对于自准直仪A的光轴的高度；αA为自准直仪A光束不平行误差变化率；δC1、δC2、δ'C1与δ'C2分别为测量第一示值、第二示值、第三示值与第四示值时两自准直仪角度测量引入的误差；ρA、ρB、ρ'A和ρ'B分别为两自准直仪在初始位置以及旋转180°后的各自准直仪的水平轴x的不水平误差；ΔxA与ΔxB为自准直仪A和B在初始位置测量第一示值与第二示值过程中的水平轴x的示值变化量；Δx'A与Δx'B为自准直仪A和B旋转180°后测量第三示值与第四示值过程中的水平轴x的示值变化量；由以上变量合成标准不确定度uc：
其中u()为用概率分布的标准差指示的不确定度的标识，sqrt为求平方根运算。
测量不确定度是真值所处量值范围的平行指标，测量不确定度是一个估计值，用它来表征被测量真值所处的量值范围，换言之，它表示测量结果附近的一个范围或者区间，而被测量真值以一定概率落入其中，是对测量结果质量优劣的一种评定，测量结果越接近真值，测量质量越高，则测量不确定度越小，反之，测量结果越远离真值，测量质量越低，测量不确定度越大。从计量的观点来看，一切测量的结果不但要有计量单位，还必须附有测量不确定度，才能使测量更加完整。没有单位的测量结果不能衡量被测量的大小，没有不确定度的测量结果不能判断测定技术的水平和测量结果的质量的可靠性。
为了对被测陪检器的i角一致性误差进行评价，本方案还包括陪检器的i角一致性误差检测步骤：在完成步骤S5以后，维持两台自准直仪A与B对向且中心共线设置不变，将被测陪检器放置在两台自准直仪中间，调节被测陪检器的位置，使被测陪检器的摆镜中心与两台自准直仪光轴目测共线，两台自准直仪A与B分别同步测量十次，获取两台自准直仪在y方向的测量平均值之和C0，自准直仪的y方向指的是摆镜的俯仰姿态变化方向；将被测陪检器在自准直仪的光轴的水平径向方向分别向左或者向右偏移5mm，在该两处位置由两台自准直仪再次进行同步测量十次，分别获取被测陪检器在该两处位置两台自准直仪在y方向的测量平均值之和C左和C右；将被测陪检器在自准直仪的光轴的竖直径向方向分别向上或者向下偏移5mm，同样的，在该两处位置由两台自准直仪再次进行同步测量十次，分别获取被测陪检器在该两处位置两台自准直仪在y方向的测量平均值之和C上和C下；根据以下公式计算被测陪检器在偏移两台自准直仪光轴的位置的i角的一致性误差：
Cp即为上述C左、C右、C上或者C下。
作为评价i角的一致性误差的内容，可设定被测陪检器在自准直仪的光轴的水平径向方向分别向左或者向右偏移5mm时，被测陪检器的一致性误差不超过0.1＂；被测陪检器在自准直仪的光轴的水平径向方向分别向上或者向下偏移5mm时，被测陪检器的一致性误差不超过0.2＂，则认定被测陪检器的i角一致性误差正常。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种水平准线陪检器i角测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：在工作台上放置两台自准直仪A和B，使两台自准直仪相对且间隔设置，将被测陪检器放置在两台自准直仪之间，使两台自准直仪的中心与被测陪检器的摆镜中心等高并共线设置，在两台自准直仪A和B的物镜中心处分别固定设置光阑；
S2：将被测陪检器移开，使各自准直仪所发出的平行光分别在对向设置的另一台只准直仪中成像，待两自准直仪示值稳定后，同步测量并分别记录两台自准直仪的第一示值；
S3：保持两台自准直仪不动，将被测陪检器移出两台自准直仪之间，调节被测陪检器的摆镜，使摆镜中心与两台自准直仪光轴目测共线，待两台自准直仪的示指稳定后，分别记录两台自准直仪测量得到的第二示值；
S4：将两台自准直仪绕着各自的中心轴线旋转180°，再次将被测陪检器移出两台自准直仪之间，重复步骤S2，分别记录两台自准直仪分别测量得到的第三示值；然后将被测陪检器放入两自准直仪之间，重复步骤S3，分别记录两台自准直仪测量得到的第四示值；
S5：根据上述测量获得的各组垂直向示值，计算被测陪检器的i角。
2.根据权利要求1所述的一种水平准线陪检器i角测量方法，其特征在于：第一示值、第二示值、第三示值与第四示值分别为两台自准直仪同步测量十次后获得的示值求取的平均值。
3.根据权利要求2所述的一种水平准线陪检器i角测量方法，其特征在于：计算陪检器的i角的方法为：令两台自准直仪测量得到的第一示值分别为yA1和yB1；第二示值分别为yA2和yB2；第三示值分别为y′A1和y′B1；第四示值分别为y′A2和y′B2；则被测陪检器的i角计算公式为
4.根据权利要求1所述的一种水平准线陪检器i角测量方法，其特征在于：步骤S4中所述被测陪检器的放置位置与步骤S1中所述被测陪检器放置可以不同。
5.根据权利要求1所述的一种水平准线陪检器i角测量方法，其特征在于：还包括水平准线陪检器水平偏差测量不确定度的评定步骤，即使用两台自准直仪A和B对被测陪检器的水平准线偏差进行校准，建立测量模型
其中i为步骤S5获取的被测陪检器的i角；θ0为被测陪检器摆镜中心楔角；Δη与Δη′表示自准直仪初始位置、旋转180°后的测量过程中相对姿态角变化量；βy为被测陪检器楔角的垂直变化梯度；hp与h′p为被测陪检器的摆镜中心相对于自准直仪A初始位置的光轴及旋转180°后的光轴的高度；Δθx与Δθ′x是由于被测陪检器摆镜楔角不均匀且被测陪检器水平安装误差导致的两自准直仪在初始位置以及旋转180°后的楔角测量误差；γ为被测陪检器摆镜朝向自准直仪B一面的法线方向垂直梯度；hAB和h′AB为两自准直仪在初始位置以及旋转180°后的自准直仪B的光轴相对于自准直仪A的光轴的高度；αA为自准直仪A光束不平行误差变化率；δC1、δC2、δ′C1与δ′C2分别为测量第一示值、第二示值、第三示值与第四示值时两自准直仪角度测量引入的误差；ρA、ρB、ρ′A和ρ′B分别为两自准直仪在初始位置以及旋转180°后的各自准直仪的水平轴x的不水平误差；ΔxA与ΔxB为自准直仪A和B在初始位置测量第一示值与第二示值过程中的水平轴x的示值变化量；Δx′A与Δx′B为自准直仪A和B旋转180°后测量第三示值与第四示值过程中的水平轴x的示值变化量；由以上变量合成标准不确定度uc：
其中u()为用概率分布的标准差指示的不确定度的标识，sqrt为求平方根运算。
6.根据权利要求1所述的一种水平准线陪检器i角测量方法，其特征在于：还包括陪检器的i角一致性误差检测步骤：完成步骤S5以后，维持两台自准直仪A与B对向且中心共线设置不变，将被测陪检器放置在两台自准直仪中间，调节被测陪检器的位置，使被测陪检器的摆镜中心与两台自准直仪光轴目测共线，两台自准直仪A与B分别同步测量十次，获取两台自准直仪在y方向的测量平均值之和C0，自准直仪的y方向指的是摆镜的俯仰姿态变化方向；将被测陪检器在自准直仪的光轴的水平径向方向分别向左或者向右偏移5mm，在该两处位置由两台自准直仪再次进行同步测量十次，分别获取被测陪检器在该两处位置两台自准直仪在y方向的测量平均值之和C左和C右；将被测陪检器在自准直仪的光轴的竖直径向方向分别向上或者向下偏移5mm，同样的，在该两处位置由两台自准直仪再次进行同步测量十次，分别获取被测陪检器在该两处位置两台自准直仪在y方向的测量平均值之和C上和C下；根据以下公式计算被测陪检器在偏移两台自准直仪光轴的位置的i角的一致性误差：
Cp即为上述C左、C右、C上或者C下。
7.根据权利要求6所述的一种水平准线陪检器i角测量方法，其特征在于：被测陪检器在自准直仪的光轴的水平径向方向分别向左或者向右偏移5mm时，被测陪检器的一致性误差不超过0.1＂；被测陪检器在自准直仪的光轴的水平径向方向分别向上或者向下偏移5mm时，被测陪检器的一致性误差不超过0.2＂，则认定被测陪检器的i角一致性误差正常。
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| CN114413931B (zh) | 2023-12-22 |
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