专利名称：建立光学水平准线的自平反向二点互调法的制作方法
技术领域：
本发明涉及角计量领域，具体地说，涉及一种建立光学水平准线的互调法。
在测绘，建筑，工程等领域中水准仪是一种广泛应用的测量仪器。在水准仪生产，维修和周期检定、校准中，都要依据光学水平准线对水准仪光轴的水平性进行标定。
建立水平准线的技术基础有二第一是需要一台“基准自准直光管”，这种光管应具有以下特性(1)出射光轴方向可以在铅垂面内连续精密微调；(2)调整后能保持出射光轴在铅垂面内高度稳定。第二是有一种将基准自准直光管的出射光轴线调整为水平的方法。
中国专利“精密水准仪综合检验仪”(专利号92102435·5)提出的“自平自准直光管”是一种适宜于作为基准自准直光管的方案(1)利用光楔折射实现出射光轴在铅垂面内的微调，使调整平滑稳定。光线经过光楔将发生折射偏转。当绕光管轴线转动光楔时，出射光束的偏向角将随之转动。这样，就改变了出射光轴在铅垂面内的方向δ=icosα式中δ为光线在铅垂面内的折射角；i为光楔折射偏转角；α代表光楔方向与铅垂方向的夹角。由于这种光管的“自动安平”特性，可以保持出射光在铅垂面内的方向高度稳定。即如果整个光管体微量倾斜，悬吊机构会补偿这个倾斜，保持出射光轴的铅垂面内的方向不变。但是，因为(1)自平自准直光管只能保持吊摆组件的重心与悬吊机构转动中心的连线严格铅垂，而由于反射镜两面不平行，以及吊摆组件加工和材料的不均匀，悬吊机构不能保证反射镜反射面严格铅重；(2)分划板十字线中心不能与准直透镜组的后主心绝对重合，因此，自平自准直光管仅仅为建立水平准线提供了一种可供选择的基准光管，而不能保证其出射光轴水平。所述“精密水准仪综合检验仪”专利为其自平自准直光管设计了折射光楔用于调整出射光方向，这本身就说明专利申请人已经认识到该光管出射光轴并不水平，需要调整。事实上，人们仍然使用传统的“三点互调法”调整自平自准直光管出射光轴的水平性，以建立水平准线。
传统“三点互调法”的实施例由“基准自准直光管+精密水准仪+精密准直光管”或“基准自准直光管+自平悬吊反射镜+精密自准直光管”三台仪器组成，其中精密水准仪或自平悬吊反射镜作为调整的中间参考。使用三点互调法不仅要在三台仪器之间互调，而且每轮互调都需要将水准仪或自平悬吊反射镜移入移出和重新整平，使调整费时费事(参见计量检定规程<水准仪>JJG425-94p10中国计量出版社1994)。
本发明的目的是提出一种快速，准确，经济地建立光学水平准线的方法。
本发明的建立光学水准线的自平反向二点互调法，其调整系统仅由“基准自准直光管”和“自平悬吊平行平面反射镜”二台仪器组成。在互调中“自平悬吊平行平面反射镜”作为中间参考，按下列步骤建立光学水平准线第一步将基准自准直光管和自平悬吊平行平面反射镜放在平台上相对安置，仔细整平自平悬吊平行平面反射镜；第二步从基准自准直光管观测其分划板被自平悬吊平行平面反射镜反射回到基准自准直光管视场的象，调整基准自准直光管出射光方向，使分划板十字刻线与其反射象重合(即自准直)；第三步使自平悬吊平行平面反射镜绕竖直轴转180°，在基准自准直光管视场中读取从自平悬吊平行平面反射镜反射回的十字线象在铅垂方向的倾斜角θ；第四步调整自平悬吊平行平面反射镜吊摆的重心偏置机构，使反射回基准自准直光管的十字线象的倾斜角等于θ/2；第五步调整基准自准直光管出射光方向，使其与自平悬吊平行平面反射镜自准直；最后重复上述第三步至第五步，直到自平悬吊平行平面反射镜转动180°前后均与基准自准直光管自准直(即θ=0)。此时，自平悬吊平行平面反射镜镜面铅直，基准自准直光管出射光水平。移出自平悬吊平行平面反射镜，基准自准直光管出射光轴即形成光学水平准线。
本发明的所述二点互调法，在制造所述平行平面反射镜时放宽平行性指标，然后测量标记反射镜正反两面楔角方位(即最大不平行方位)，以楔角方位成水平将反射镜安装到自平悬吊平行平面反射镜上，以改善两反射面在铅垂方向的不平行性。
本发明公布的自平反向二点互调法具有以下优点(1)建立水平准线的方法简单，调整方便，只需基准自准直光管和自平悬吊平行平面反射镜两台仪器互调，且仪器一次安装，不需移入移出和反复整平；(2)由于只用两台仪器，占用实验室面积比三点互调法小一半；(3)投资少，只需三点互调法投资的三分之二；(4)使用同等精度的仪器，建立光学水平准线的不确定度比三点互调法高。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
图1为本发明建立光学水平准线的自平反向二点互调法实施例的仪器安置示意图；图2为图1中作为基准光管的“自平自准直光管”的原理示意图；图3为图1中“自平悬吊平行平面反射镜”的结构示意图；图4a和图4b为本发明建立光学水平准线的自平反向二点互调法的原理图；图5a至图5d为本发明建立光学水平准线二点互调法的调整步骤简图。
从图1中可以看出，本发明实施例的仪器由基准自直光管1和自平悬吊平行平面反射镜2组成。从图2中看出，自平自准直光管的光源10通过分光镜9照明分划板8，分划板十字线中心与准直透镜组11的后主心重合，反射镜6安装在十字丝悬吊机构7上，整个悬吊系统可以沿精密导轨13移动实现基准自准直光管1的调焦，分划板被反射镜6成的虚象作为准直透镜11的“物”，如果反射镜6的反射面处于准直透镜11的1/2焦距位置，则分划板8被准直透镜11准直成平行光，经过光楔12偏转，从基准自准直光管1的出射孔射出。参见图3，在自平悬吊平行平面反射镜2中，包括有精密十字丝悬吊机构4；重心偏置调整机构5；吊摆组件15；安装在吊摆上的平行平面反射镜3；及绕竖轴转动机构14。整个吊摆组件(包括反射镜)可以等效为一个一维摆。由于地心引力作用，在这个吊摆组件的自由转动方向内，摆的重心与十字悬丝转动中心的连线严格铅垂(忽略微小残余效应)。因此自平悬吊平行平面反射镜2的反射镜面“自动安平”如果整个仪器微量倾斜，悬吊机构会补偿这个倾斜，保持反射镜6在铅垂面内的方向不变。在此基础上，要求反射镜6具有严格的平面性和两平面平行性。从图4中可以看出，在调整前自平悬吊平行平面反射镜2的反射面a和b的法线分别与水平面成α角和-α角，将反射镜6绕竖直轴回转180°，由于其自平性和该反射镜两平面平行性，b和a面的法线与水平面夹角-α和α不变。显然，旋转前a面法线和旋转后b面法线的夹角的角平分线即为水平线。
下面结合
用本发明的二点互调法建立光学水平准线的具体实施方法，其步骤如下(1)将基准自准直光管1和自平悬吊平行平面反射镜2放在平台上相对安置，仔细整平自平悬吊平行平面反射镜2，见图1和图5a；(2)从基准自准直光管1观测其分划板8被自平悬吊平行平面反射镜2反射回到基准自准直光管1视场的象，调整基准自准直光管1出射光方向，使分划板8十字刻线与其反射象重合(即自准直)，见图2和图5a；(3)使自平悬吊平行平面反射镜2绕竖直轴转180°，在基准自准直光管1视场中读取从自平悬吊平行平面反射镜2反射回的十字线象在铅垂方向的倾斜角θ，图5b；(4)调整自平悬吊平行平面反射镜2吊摆的重心偏置机构5，使反射回基准自准直光管1的十字线象的倾斜角等于θ/2，见图3和图5c；(5)调整基准自准直光管1出射光方向，使其与自平悬吊平行平面反射镜2自准直，见图5d；(6)重复上述第三步至第五步，直到自平悬吊平行平面反射镜2转动180°前后均与基准自准直光管1自准直(即θ=0)。此时，自平悬吊平行平面反射镜2镜面铅直，基准自准直光管出射光水平。移出自平悬吊平行平面反射镜2，基准自准直光管1出射光轴即形成光学水平准线。
如前所述，常规的自平悬吊反射镜没有要求其反射镜正反两面平行。显然，按上述二点法互调，只能达到反射镜的几何对称面铅直。为了实现反射镜镜面铅直，必须要求反射镜两反射面在铅垂方向严格平行。目前的光学加工工艺水平难以实现对反射镜正反两面同时提出平面性和两面平行性的苛刻要求。但是，二点法仅要求反射镜沿铅垂方向的两面平行性，水平方向的不平行无影响。两面不平行的反射镜可以用前文光楔的公式(1)描述δ=icosα(1)只是此时式中符号的意义为i--楔角；δ--楔角在铅垂方向的投影；α代表光楔方位与铅垂方向的夹角。由上式，当α=90°，即光楔方位水平，楔角在铅垂方向的投影δ=0。本发明提出以经济工艺制造平行平面反射镜，即在加工时严格要求平面性，放宽对两面平行性的指标，然后通过测量标记正反两面的楔角方位(即最大不平行方位)，以楔角方位处于水平将反射镜安装到自平悬吊平行平面反射镜上，从而大大减小反射镜两平面的沿铅垂方向的不平行性。这种措施用较经济的加工工艺满足了自平悬吊平行平面反射镜对反射镜平面性和平行性的严格要求，使二点互调法得以实际实施。
权利要求
1.一种建立光学水平准线的自平反向二点互调法，其特征为调整系统仅由“基准自准直光管”和“自平悬吊平行平面反射镜”二台仪器组成，在互调中“自平悬吊平行平面反射镜作为中间参考，按下列步骤建立光学水平准线(1)将基准自准直光管(1)和自平悬吊平行平面反射镜(2)放在平台上相对，仔细整平自平悬吊平行平面反射镜(2)；(2)从基准自准直光管(1)观测其分划板(8)被自平悬吊平行平面反射镜(2)反射回到基准自准直光管(1)视场的象，调整基准自准直光管(1)出射光方向，使分划板(8)十字刻线与其反射象重合(即自准直)；(3)使自平悬吊平行平面反射镜(2)绕竖直轴转180°，在基准自准直光管(1)视场中读取从自平悬吊平行平面反射镜(2)反射回的十字线象在铅垂方向的倾斜角θ；(4)调整自平悬吊平行平面反射镜(2)吊摆的重心偏置机构(5)，使反射回基准自准直光管(1)的十字线象的倾斜角等于θ/2；(5)调整基准自准直光管(1)出射光方向，使其与自平悬吊平行平面反射镜(2)自准直；(6)重复上述第三步至第五步，直到自平悬吊平行平面反射镜(2)转动180°前后均与基准自准直光管(1)自准直。此时，自平悬吊平行平面反射镜(2)镜面铅直，基准自准直光管出射光水平。移出自平悬吊平行平面反射镜(2)，基准自准直光管(1)出射光轴即形成光学水平准线。
全文摘要
本发明在角度计量领域公开了一种建立光学水平准线的互调法,在互调中自平悬吊平行平面反射镜作为中间参考,从基准自准直光管观测,自平悬吊平行平面反射镜在绕竖直轴旋转180°前后,其两个反射面法线夹角的角平分线即为水平线,用基准自准直光管和自平悬吊平行平面反射镜反复互调逼近,直到自平悬吊平行平面反射镜转动180°前后均使基准自准直光管自准直,此时基准自准直光管出射光轴即为水平准线。
文档编号G01C25/00GK1224150SQ9810007
公开日1999年7月28日 申请日期1998年1月22日 优先权日1998年1月22日
发明者李天初 申请人:中国计量科学研究院