激光参数对尺带刻划精度的影响及优化分析

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1、l绪论1绪论1．1引言水准测量又被称为“几何水准测量”，是采用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。水准仪主要2种：光学水准仪和数字水准仪“1。光学水准仪需要人眼进行观测，而数字水准仪用光电传感器(CCD线阵等)代替人眼，这两种水准仪分别与其对应的水准尺配合使用¨1。在地面两点间安置水准仪，观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。水准测量原理如图1-1所示：图卜1水准测量原理Fig．1-1Levelingprinciple数字水准仪铟瓦水准标尺组成的测量系统是目前精度最高的空间高程坐标测量装置“1。数字水准仪的测量系统原理图如图卜2所示，水准尺的影像由分光镜分解成红外

2、光部分和可见光部分，红外光传给行阵探测器作为图像处理光源，可见光则穿过十字丝分划板到达目镜供观测者观察。图像处理光源投射到CCD传感器上，经过光电转换、A／D转换后，通过内置微处理器进行解码，并与仪器内存的参考信号进行比较，从而获得照准高度n1。l望远镜I广夯煺卜一分划镜H目镜IlCCD驱动电路加蔫姜}=j微处理器H显示器l，'I⋯．1操作键盘条码标尺水准仪图卜2数字水准仪测量系统原理图Fig．1-2Diagramofdigitallevelmeasurementsystem西安理工大学硕士学位论文水准标尺是指用于大地水准测量以及精密工程测量的标尺，它是水准测量的重要工具之一，所以其质量

3、的好坏将直接影响水准测量结果的精度Ⅲ。水准标尺广泛应用于地震水准测量、大型机械安装的精密水平基准测量以及大型桥梁的施工测量工作中，并且也广泛应用在土建工程中，它的发展过程如下：早期采用的水准标尺属于线纹式的水准标尺，如图卜3所示。这种标尺按精度可以分为：精密水准标尺和普通水准标尺；按制造的材料可以分为：铟瓦合金水准标尺和木质普通水准标尺‘31。铟瓦合金水准标尺主要应用于一、二等精密水准测量中，而木质普通水准标尺应用于三、四等及以下低等水准测量中。等宽线纹和等宽间隔是线纹式水准标尺的主要特点。采用线纹式水准标尺进行几何水准测量的主要缺点是：需要人工目视进行瞄准，工作量大，效率低，所以不利于

4、实现测量的自动化¨¨¨。3000U

5、高精度模具，该模具分划线宽有1．0mm、1．5mm和3．0mm等3种，模具长度一般有0．5m、1．Om和3．Om三种不同规格ltq。加工水准尺时，首先将预先喷涂白色底漆的尺带水平放置在工作台上，再将模具放置在尺子上，两侧使用夹子使尺带与模具贴紧，然后喷涂黑漆，制造出具有黑白分划条纹的水准尺。受模板本身精度的限制、模板受力变形以及起模时模板漆层与尺带漆膜分离导致撕裂等因素影响，此法很难获得高质量的分划边缘和高精度的分划位置。模板喷涂法生产的铟瓦尺带分划标准差一般都大于7朋，分划线边缘的不规则性误差可达到20朋。30g翥。瑙．30-一l“．．-，”．·rIIIoIllIII．Bill-一“．

6、●．-I·---．．。·-，。．．·-。，I-．．．．-·，l一长度／m2·0图卜5模板喷涂法生产的铟瓦水准尺的鉴定结果Fig．1—5Detectingresultofinvarlevelingrodmanufacturedbytemplatesprayfinishing需要指出的是，过大的分划标准差和分划线边缘的不规则性误差，可能导致水准尺不同位置的每米真长数不一致，这样在实际中使用时，会引起较大误差，并且这种制造方法西安理工大学硕士学位论文制作周期漫长，合格率低。图卜5为采用模板喷涂法制造的一副长度为3m水准尺的检定数据。该副水准尺是上世纪八十年代的产品。(2)铣刻法这种方法是利用一

7、台精密铣床实现分划线刻划"1。首先在铟瓦带外层喷白色漆，底层喷黑色漆，按规律铣去上层漆后会露出下层黑色漆。由于一般铣床的行程较短，多为1m，所以在拼接处也会产生不连续的问题“1。图I-6为采用铣刻法制造的一副3m长水准尺的检定数据，这是KERN公司的早期产品¨¨引。0．01．0长度／m2．03．0图卜6铣刻法生产的铟瓦水准尺检定结果Fig．1·6Detectingresultofinvarlevelingrodmanufacture