SMR棱镜常数测定
42 装备园地 测绘技术装备 季刊 第6卷 2004年第1期
SMR 棱镜常数测定
杨胜利 满开第 蔡国柱 郭艺珍
（中国科学院兰州近代物理研究所 甘肃兰州 ７３００００）
摘 要：本文主要介绍了激光跟踪仪的光学反射镜ＳＭＲ相对于ＬｅｉｃａＴＣＡ２００３型全站仪棱镜常数的测定以及其应用，为全站仪自定义棱镜的常数测定，以及激光跟踪仪和全站仪的配合使用提供了一条途径。 关键词：ＣＳＲ ＳＭＲ 棱镜常数
１ 引言
兰州重离子加速器冷却储存环工程（ＨＩＲＦｌ－ＣＳＲ）是国家的“九五”重大科学工程项目之一，是兰州重离子加速器（ＨＩＲＦＬ）的扩建工程。ＣＳＲ是一个集加速、累积、冷却储存、内靶实验及高分辨率测量于一体的多功能实验装置，具有独特的双环结构。其束线上的所有电磁和真空组件都必须按照一定的公差要求定位，使各个组件之间保持正确的位置关系。安装定位过程中准直测量系统的精度将直接的影响加速器的能量常数和束流的强度。其安装精度要求极高，见表１：
表１
Ｏｂｊｉｅｃｔ Ｄｉｐｏｌｅ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｓｅｘｔｕｐｏｌｅ Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ
∆Ｕ／ｍｍ ∆Ｖ／ｍｍ ∆Ｗ／ｍｍ ∆Ｗ′／ｒｏｌｌ（ｍｒ） ０．５ ０．１５ １．５ １．０
０．５ ０．１５ ０．５ ０．１
２．０ ０．５ ０．５ １．０
０．５ ０．５ ／ ２．０
０．０，而ＳＭＸ４５００型激光跟踪仪所采用的光学反射镜为ＳＭＲ，它对于徕卡全站仪的棱镜常数是未知的。另外，Ｌｅｉｃａ圆棱镜因为其体积较大、底座每次观测都必须调平、以及轴系的加工精度等因素，在使用过程中带来极大的不便，因此，求出ＳＭＲ相对于Ｌｅｉｃａ全站仪的棱镜常数，对我们的安装工程来说有着重大的现实意义。此外，Ｌｅｉｃａ仪器也提供了可以采用其它非原装棱镜的功能。 ２ 测定的基本原理
采用三架联测法，参考全站仪仪器加常数的六段法测定过程，在不同的测量距离中将ＳＭＲ和Ｌｅｉｃａ圆棱镜进行对比测量，用统计的方法对其结果进行处理，从而求出ＳＭＲ的棱镜常数。 ３ 测定过程中需要解决的几个问题
①、因全站仪的圆棱镜用的是其原装的精密支架，所以首先要做一个适配件，使其既适合圆棱镜的使用，也要适合ＳＭＲ的使用，为此，我们设计加工了一个对应的适配件，其中心孔和徕卡圆棱镜的精密支架轴相配套，上面为和ＳＭＲ的点接触，其加工精度为０．０５ｍｍ。
②、为了减小测定过程中仪器受外界的环境影响，我们在实验大厅中实验，将外界环境对测定的影响减少到最底限度。同时，在架设仪器时不用原来的木制三脚架，采用美制Ｋ－Ｅ ＣＵＢＩＣ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ专用工业测量支架，增加其稳定性。
③、为了使圆棱镜和ＳＭＲ在相同的条件下测量，不考虑测量时的气象改正，尽量的缩短测量的时间，使仪器在温度几乎稳定的状态下测量，也不考虑仪器本身的加常数和乘常数，也就是说，在测量过程中尽量保持仪器的各种参数不变。 ４ 实验步骤
⑴）将整个测定的距离段约８４米分为６段，使每段的距离大致相等。如图所示：
用传统的测量方法和一般的光学测量仪器很难达到其安装要求，我们采用
了用激光跟踪仪ＳＭＸ４５００（一种便携式的三维坐标测量仪，其径向干涉分辨率为０．１６微米，角度编码器的分辨率可达到０．２５角秒，主要应用于航天、船舶制造，精密机械加工等高精度的安装和测量）与Ｌｅｉｃａ高精度全站仪ＴＣＡ２００３（０．５″，１ｍｍ＋１ｐｐｍ，具有遥控测量和自动识别目标的功能，主要用于高精度的工业测量中）的配合使用，建立其安装的测量控制基准和对其安装进行精确的定位。在建立测量ＣＳＲ主环和实验环的基准控制网的时候，采用激光跟踪仪。在ＨＩＲＦＬ到ＣＳＲ的网与网之间的连接上，由于受工作场地和环境等其它因素的影响，必须用全站仪做其连接段的控制测量和基准的建立。为了提高整个控制网的精度，使激光跟踪仪和全站仪达到很好的配合使用，就要使用同样的观测目标，但ＬｅｉｃａＴＣＡ２００３型全站仪提供的棱镜是高精度的圆棱镜，其棱镜常数为
⑵）在０点架设全站仪测量，在架设过程中，尽
测绘技术装备 季刊 第6卷 2004年第 1期 装备园地 43 量使仪器和棱镜处在同一高度，（用Ｌｅｉｃａ圆棱镜先测量０－１的距离 （分别用板面Ⅰ和Ⅱ各做１２次观
测），换ＳＭＲ作为棱镜，同样观测０－１的距离（同样用板面Ⅰ和Ⅱ各观测１２次），然后用同样的方法依次观测０－２、０－３、……０－６的距离。
⑶）在１点架设全站仪用步骤２的方法依次观测１－２、１－３、……１－６段。
⑷）依次在２、３、４、５点架设仪器，用上述的方法依次观测２－３、２－４……５－６段。 ５ 实验数据处理
⑴）观测的过程中，因为仪器本身可能出现的“跳数”现象，所以对同一观测量采用多次重复的观测，然后对其数值进行比较，剔除个别偏差大的观测值，再取均值为此观测量的最终测量值。
⑵）整理出不同距离段的测量值（包括Ｌｅｉｃａ圆棱镜和ＳＭＲ）， 然后求出其偏差值ｄ，见表２：
表２
Leica 圆棱镜SMR(mm) d(mm) 0-4 0-5 0-6 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 2-3 2-4 2-5 2-6 3-4 3-5 3-6 4-5 4-6 5-6
55882.6611 69872.7173 83872.8915 14564.1100 27861.3791 41859.7383 55849.9546 69849.9800 13297.7811 27296.2178 41286.2033 55286.1200 13998.9500 27988.9300 41988.9800 13990.2300 27990.4425 14000.7269
34.831134.731034.911534.730034.697734.8769
34.797335.000034.774434.671134.654734.666434.970035.012534.716735.100034.932536.4069段号Leica 圆棱镜SMR(mm) d(mm) 0-1 0-2 0-3
14023.3783 28587.0800 41884.5111
13988.492534.885828552.255834.824241849.650034.8611
⑶）做偏差值的数据曲线分析，见下图表：
从以上折线图可以看到：所求的偏差值绝大多数分布在３４．５到３５．０之间，有个别的离散度很大，在求解的过程中，删除离散度过大的第２１点，最后求其均值，所得结果Δｄ＝３４．８３２２ｍｍ。 ６ 实验结果及验证
从以上的实验中，我们求得了ＳＭＲ相对ＬｅｉｃａＴＣＡ２００３型全站仪的棱镜常数。
因为，ＬｅｉｃａＴＣＡ２００３型全站仪在仪器加载控制程序中所提供的棱镜常数只能精确到０．１ｍｍ，所以，我们根据实验结果，将ＳＭＲ的棱镜常数确定为３４．８ｍｍ，并在Ｐｒｉｓｍ类型的设制中将其设制为自定
义棱镜，常数为３４．８ｍｍ。这样就可以用ＳＭＲ作为全站仪的棱镜目标进行测量。
以下是我们对加速器实验大厅中几块偏转磁铁上定位中心标志用Ｌｅｉｃａ圆棱镜和ＳＭＲ分别测量的结果对比数据，见表３：
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表３
点 号
Leica 圆棱镜测量
0.52568 0.52560 0.07801 0.07796
SMR 测量 4.84136 4.84127 5.45840 5.45841
RB02-2 4.84126 RB02-2 4.84118 RB02-3 5.45846 RB02-3 5.45847
0.52577 -0.00010 -0.00009 0.52575 -0.00009 -0.00015
0.07785 0.07782
0.00006 0.00016 0.00006 0.00014
RB02-4 4.02233 -0.60376 4.02243 -0.60375 -0.00010 -0.00001 RB02-4 4.02233 -0.60382 4.02234 -0.60379 -0.00001 -0.00003 RB03-1 -0.15181-2.58864 -0.15172 -2.58861 -0.00009 -0.00003 RB03-1 -0.15183-2.58865 -0.15171 -2.58862 -0.00012 -0.00003 RB03-3 -1.79040-4.84712 -1.79035 -4.84697 -0.00005 -0.00015 RB03-3 -1.79036-4.84704 -1.79036 -4.84697 0.00000 -0.00007 2B08-1 -2.29939-0.99790 -2.29955 -0.99779 0.00016 -0.00011 2B08-1 -2.29933-0.99783 -2.29947 -0.99774 0.00014 -0.00009
将两种不同棱镜的测量结果进行对比，求出其差值，然后进行曲线分析，见下图：
从上图可以看出，各个磁元件的坐标测量值偏差均在±０．２０ｍｍ范围内，考虑仪器本身“跳数”现象，此验证只是进行了单次测量，所以，以上的结论是完全可以满足我们在工程安装过程中的需要，为以后的安装工作提供了一条方便的途径，也保证了测量安装精度，同时，为激光跟踪仪和全站仪的配合使用解决了一道难题。在测量过程中，我们可
参考文献
夏佳文，詹文龙等．兰州重离子冷却储存环．原子核物理评论，２００１，１８（１）：３５－３６
以运用两种仪器同时测量，进行对比，保证测量的精度和数据采集的准确性，同时，也可以用激光跟踪仪所提供的功能强大的图形处理软件ＳＭＸＩｎｓｉｇｈｔ，对全站仪采集的数据进行处理，为工作带来了极大的方便，在ＣＳＲ重大科学工程安装中起到了非常重要的作用。