Cấu tạo máy toàn đạc: Các bộ phận và chức năng chi tiết

Tùy thiết kế, máy toàn đạc được chia thành nhiều dòng, trong đó phổ biến là máy toàn đạc điện tử thông thường và máy toàn đạc tự động có khả năng tìm kiếm, bắt và bám theo gương. Hai loại có cấu tạo nền tảng tương tự nhau nhưng khác biệt về hệ thống điều khiển, khả năng tự động hóa và phương thức vận hành. Vì vậy, khi tìm hiểu cấu tạo máy toàn đạc, cần phân biệt rõ từng loại thay vì áp dụng chung một mô tả cho mọi model.

Bạn có thể tham khảo các dòng máy toàn đạc điện tử để đối chiếu thiết kế và tính năng của từng thiết bị. Ngoài ra, iGeo Store cung cấp nhiều thiết bị trắc địa phục vụ khảo sát và thi công thực tế.

1. Phân biệt máy toàn đạc điện tử và máy toàn đạc tự động

1.1. Máy toàn đạc điện tử thông thường

Máy toàn đạc điện tử thông thường, thuộc nhóm manual total station, yêu cầu người vận hành trực tiếp điều khiển hướng ngắm đến mục tiêu. Người đo quay máy, ngắm gương, thực hiện phép đo và lưu kết quả thông qua bàn phím hoặc giao diện điều khiển.

Các bộ phận chính của loại máy này gồm:

• Ống kính thiên văn: Giúp quan sát và ngắm chính xác gương hoặc mục tiêu cần đo.
• Hệ thống đo góc: Xác định góc ngang và góc đứng theo hướng ngắm.
• Hệ thống EDM: Đo khoảng cách đến gương hoặc bề mặt mục tiêu nếu máy hỗ trợ đo không gương.
• Bộ phận cân bằng và định tâm: Giúp đặt máy đúng vị trí và đưa thiết bị về trạng thái làm việc phù hợp.
• Màn hình, bàn phím và bộ xử lý: Hỗ trợ thiết lập thông số, tính toán tọa độ và quản lý dữ liệu.
• Hệ thống nguồn và kết nối: Cấp điện cho máy và hỗ trợ truyền dữ liệu theo cấu hình của từng model.

Tham khảo: Sokkia IM-65 , Sokkia IM-62 , Sokkia IM-103 và Sokkia IM105

1.2. Máy toàn đạc tự động

Máy toàn đạc tự động, được gọi là robotic total station khi có khả năng vận hành robot, được phát triển để giảm thao tác điều khiển trực tiếp của người đo. Ngoài hệ thống đo góc và đo khoảng cách cơ bản, loại máy này có thể được trang bị các cơ cấu và cảm biến giúp tìm kiếm, bắt và bám theo gương.

Tùy model, các bộ phận bổ sung có thể gồm:

• Hệ thống tìm kiếm gương: Hỗ trợ xác định hướng có gương trong phạm vi hoạt động của thiết bị.
• Hệ thống bắt gương: Giúp máy nhận diện và hướng đến gương mục tiêu sau khi tìm kiếm.
• Hệ thống bám gương: Duy trì hướng ngắm theo gương khi gương di chuyển trong phạm vi và điều kiện cho phép.
• Động cơ điều khiển chuyển động: Tự động quay máy theo hướng cần thiết thay cho việc người vận hành phải liên tục xoay máy bằng tay.
• Bộ điều khiển từ xa hoặc thiết bị điều khiển ngoài: Trên các hệ thống tương thích, cho phép người đo thao tác ở vị trí gần gương.

Tham khảo: Sokkia iX1201 , Sokkia Net05AX II  

Điểm cần phân biệt: Máy toàn đạc điện tử yêu cầu người dùng trực tiếp ngắm mục tiêu. Máy robotic có thêm cơ chế tự động điều khiển hướng ngắm và theo dõi gương theo thiết kế.

2. Cấu tạo chung của máy toàn đạc điện tử

Máy toàn đạc điện tử được cấu thành từ các hệ thống quang học, cơ khí, điện tử và phần mềm. Mỗi hệ thống đảm nhiệm một chức năng khác nhau trong quá trình đo góc, đo khoảng cách và xác định tọa độ.

2.1. Ống kính thiên văn

Ống kính thiên văn là bộ phận dùng để quan sát và ngắm mục tiêu. Đây là thành phần quan trọng khi đo đến gương phản xạ hoặc xác định vị trí của một điểm cần đo.

Các bộ phận quang học thường có chức năng như sau:

• Vật kính: Thu nhận ánh sáng từ mục tiêu và tạo ảnh quang học trong hệ thống kính.
• Thị kính: Giúp người vận hành quan sát ảnh mục tiêu và dây chữ thập.
• Núm lấy nét: Điều chỉnh tiêu cự để nhìn rõ mục tiêu ở khoảng cách cần đo.
• Dây chữ thập: Cung cấp dấu chuẩn để xác định chính xác vị trí ngắm.

Khi vận hành, người đo cần điều chỉnh thị kính và lấy nét mục tiêu phù hợp để hạn chế thị sai. Chất lượng quang học, độ phóng đại và khoảng cách lấy nét tối thiểu tùy thuộc vào model.

2.2. Hệ thống đo góc

Hệ thống đo góc xác định hướng ngắm của ống kính theo phương ngang và phương đứng. Trong máy toàn đạc điện tử, các giá trị góc được đọc bằng hệ thống mã hóa và cảm biến điện tử, sau đó chuyển thành dữ liệu số.

Hệ thống này thực hiện các chức năng chính:

• Đo góc ngang: Xác định góc giữa các hướng ngắm trong mặt phẳng ngang.
• Đo góc đứng: Xác định góc theo phương đứng hoặc góc thiên đỉnh tùy cách thiết lập.
• Gửi dữ liệu cho bộ xử lý: Cung cấp giá trị góc để kết hợp với khoảng cách và thông tin định hướng.
• Hỗ trợ xác định tọa độ: Là một trong các dữ liệu đầu vào để tính vị trí điểm cần đo.

Độ chính xác đo góc là thông số quan trọng khi lựa chọn máy. Chẳng hạn, trong dòng Sokkia IM-100 Series, các model IM-101, IM-102, IM-103 và IM-105 có cấp chính xác góc khác nhau. Người dùng cần đối chiếu thông số của đúng model.

2.3. Hệ thống đo khoảng cách EDM

EDM là viết tắt của Electronic Distance Measurement, nghĩa là đo khoảng cách điện tử. Hệ thống này sử dụng tín hiệu đo để xác định khoảng cách giữa máy và mục tiêu.

Tùy thiết kế, thiết bị có thể đo bằng gương phản xạ hoặc đo không gương đến bề mặt phù hợp.

• Đo có gương: Tín hiệu đo được phản xạ từ gương để xác định khoảng cách đến mục tiêu.
• Đo không gương: Trên model có hỗ trợ, máy đo đến một số bề mặt mà không cần bố trí gương tại điểm cần đo.
• Đo khoảng cách nghiêng: Xác định khoảng cách theo đường ngắm giữa máy và mục tiêu.
• Cung cấp dữ liệu tính toán: Kết quả khoảng cách được kết hợp với góc và thông tin định hướng để xác định tọa độ.

Phạm vi đo và độ chính xác EDM thay đổi theo model, loại gương, đặc tính bề mặt, điều kiện môi trường và chế độ đo. 

2.4. Bộ phận cân bằng

Bộ phận cân bằng giúp đưa máy về trạng thái làm việc phù hợp trước khi đo. Hệ thống có thể gồm bọt thủy tròn, bọt thủy điện tử, các ốc cân bằng và cảm biến bù nghiêng tùy cấu hình.

• Bọt thủy tròn: Hỗ trợ cân bằng sơ bộ khi lắp đặt thiết bị.
• Bọt thủy điện tử: Hiển thị trạng thái nghiêng trên màn hình ở model được trang bị.
• Ốc cân bằng: Cho phép điều chỉnh độ nghiêng của đế máy.
• Cảm biến bù nghiêng: Ghi nhận độ nghiêng và hỗ trợ hiệu chỉnh một số thành phần góc trong phạm vi thiết kế.

Không phải mọi máy đều có cùng loại bọt thủy hoặc hệ thống bù nghiêng. Cảm biến bù nghiêng cũng không thay thế hoàn toàn việc cân bằng và định tâm chính xác.

2.5. Bộ phận định tâm

Bộ phận định tâm giúp đưa trục đứng của máy trùng với điểm đặt trên mặt đất hoặc mốc khống chế. Đây là yêu cầu quan trọng trong đo nối lưới, đo góc và bố trí công trình.

Tùy model, máy có thể sử dụng:

• Dọi tâm quang học: Quan sát điểm đặt thông qua hệ thống kính.
• Dọi tâm laser: Chiếu điểm laser xuống vị trí đặt máy khi thiết bị có trang bị.
• Đế máy: Liên kết thân máy với bộ đế và chân máy theo thiết kế.

Định tâm sai có thể gây sai số vị trí điểm đo dù phép đo góc và khoảng cách được thực hiện bình thường. Vì vậy, cần kiểm tra định tâm trước khi bắt đầu công việc và sau khi có tác động làm thay đổi vị trí chân máy.

2.6. Màn hình và bàn phím điều khiển

Màn hình và bàn phím là giao diện để người vận hành thiết lập thông số, lựa chọn chương trình đo và theo dõi kết quả. Tùy model, máy có thể sử dụng bàn phím số, phím chức năng, màn hình đồ họa hoặc màn hình cảm ứng.

Các chức năng chính gồm:

• Nhập thông số đo: Khai báo số hiệu điểm, chiều cao máy, chiều cao gương và dữ liệu liên quan.
• Chọn chương trình: Truy cập các chức năng như đo chi tiết, bố trí điểm, giao hội hoặc tính toán khác được tích hợp.
• Theo dõi kết quả: Hiển thị góc, khoảng cách, tọa độ và trạng thái thiết bị.
• Quản lý dữ liệu: Tạo tệp công việc, lưu điểm đo và truy xuất dữ liệu.

Bố cục bàn phím và cách truy cập phần mềm có thể khác nhau giữa các dòng máy. Người dùng nên thao tác theo tài liệu hướng dẫn đúng model để tránh nhầm lẫn khi cài đặt.

2.7. Bộ xử lý và bộ nhớ

Bộ xử lý tiếp nhận dữ liệu từ hệ thống đo, thực hiện phép tính và điều khiển các chức năng của thiết bị. Bộ nhớ lưu các điểm đo và tệp công việc phục vụ xử lý nội nghiệp.

Các chức năng chính gồm:

• Tính toán tọa độ: Kết hợp góc, khoảng cách, tọa độ điểm đặt máy và hướng định hướng để xác định tọa độ điểm.
• Thực hiện chương trình đo: Xử lý các phép tính được tích hợp trong phần mềm.
• Lưu dữ liệu: Ghi lại số hiệu điểm, tọa độ và các thuộc tính liên quan theo cấu hình máy.
• Xuất dữ liệu: Chuyển tệp sang máy tính hoặc thiết bị tương thích bằng phương thức được hỗ trợ.

Để tránh mất dữ liệu, nên sao lưu tệp đo sau mỗi buổi làm việc và giữ lại bản dữ liệu gốc trước khi chỉnh sửa.

2.8. Pin và hệ thống kết nối

Pin cung cấp nguồn điện cho hệ thống đo, màn hình và bộ xử lý. Các cổng giao tiếp hoặc kết nối không dây hỗ trợ trao đổi dữ liệu với thiết bị ngoài khi model có trang bị.

• Pin: Cấp nguồn cho thiết bị trong quá trình làm việc.
• Bộ sạc: Nạp điện cho pin theo thông số của nhà sản xuất.
• Cổng USB hoặc giao tiếp chuyên dụng: Hỗ trợ truyền dữ liệu hoặc kết nối theo chức năng được thiết kế.
• Bluetooth: Trên model tương thích, hỗ trợ truyền dữ liệu không dây.
• Phụ kiện kết nối: Có thể gồm cáp, bộ điều khiển hoặc thiết bị ngoại vi phù hợp với từng dòng máy.

Các phương thức kết nối không giống nhau trên mọi model. Khi lựa chọn thiết bị, cần kiểm tra giao diện truyền dữ liệu và khả năng tương thích với phần mềm đang sử dụng.

3. Nguyên lý phối hợp giữa các bộ phận khi đo tọa độ

Dù là máy toàn đạc điện tử thông thường hay máy toàn đạc tự động, việc xác định tọa độ vẫn dựa trên dữ liệu đo góc, đo khoảng cách và thông tin định hướng đã thiết lập. Điểm khác biệt nằm ở cách điều khiển hướng ngắm và duy trì mục tiêu.

Quá trình đo cơ bản gồm:

• Bước 1. Định tâm và cân bằng: Đặt máy trên chân máy, đưa trục đứng về đúng vị trí điểm đặt và cân bằng theo yêu cầu.
• Bước 2. Thiết lập điểm đặt máy: Nhập tọa độ điểm đặt máy, chiều cao máy và các thông số cần thiết.
• Bước 3. Định hướng: Ngắm điểm định hướng và khai báo thông tin để xác lập phương hướng đo.
• Bước 4. Ngắm mục tiêu: Với máy thông thường, người vận hành trực tiếp quay máy đến gương. Với máy robotic, hệ thống có thể hỗ trợ tìm kiếm, bắt và bám gương theo chức năng được trang bị.
• Bước 5. Đo góc và khoảng cách: Hệ thống đo góc và EDM thu thập dữ liệu cần thiết để xác định vị trí điểm.
• Bước 6. Tính toán và lưu dữ liệu: Bộ xử lý tính tọa độ, hiển thị kết quả và lưu điểm theo thao tác hoặc chế độ đã thiết lập.

Độ chính xác cuối cùng không chỉ phụ thuộc vào bản thân máy. Việc định tâm, cân bằng, nhập chiều cao gương, thiết lập tọa độ điểm đặt máy và định hướng đều ảnh hưởng đến kết quả. Với máy tự động, khả năng bắt gương tốt cũng không thay thế được yêu cầu thiết lập đúng thông số đo.

4. Cách bảo quản các bộ phận máy toàn đạc

Máy toàn đạc là thiết bị đo lường có các bộ phận quang học, cơ khí và điện tử cần được bảo quản đúng cách. Quy trình bảo quản nên phù hợp với hướng dẫn của nhà sản xuất và điều kiện làm việc thực tế.

• Ống kính: Dùng dụng cụ vệ sinh quang học phù hợp, tránh chà xát bằng vật liệu thô hoặc để bề mặt kính tiếp xúc với hóa chất không được khuyến nghị.
• Cơ cấu quay và khóa: Thao tác nhẹ nhàng, không cố xoay khi cơ cấu đang khóa và không tự tháo các bộ phận cơ khí.
• Đế máy và chân máy: Kiểm tra độ chắc chắn của các khóa, ốc liên kết và vị trí gá máy trước khi đo.
• Pin và đầu tiếp xúc: Sử dụng bộ sạc tương thích, giữ đầu tiếp xúc sạch và bảo quản pin theo hướng dẫn.
• Màn hình và bàn phím: Hạn chế va đập, nước và bụi xâm nhập vượt giới hạn bảo vệ của thiết bị.
• Hệ thống tự động của máy robotic: Bảo vệ các cảm biến và bộ phận theo dõi mục tiêu, kiểm tra phụ kiện tương thích và tuân thủ quy trình bảo trì của nhà sản xuất.
• Dữ liệu đo: Sao lưu tệp công việc sau khi đo và giữ lại bản dữ liệu gốc để thuận tiện kiểm tra.

Nếu máy bị va đập mạnh, có dấu hiệu sai số bất thường hoặc hệ thống tự động không bắt được gương ổn định, nên ngừng sử dụng để kiểm tra trước khi tiếp tục các công việc đòi hỏi độ chính xác cao.

Cấu tạo máy toàn đạc gồm các hệ thống quang học, đo góc, EDM, cân bằng, định tâm, xử lý dữ liệu và cấp nguồn. Ngoài sự khác nhau giữa hai nhóm máy toàn đạc, từng model cũng có thể khác về độ chính xác, chức năng đo và cấu hình phụ kiện. Khi lựa chọn thiết bị, người dùng nên đối chiếu thông số kỹ thuật của đúng model và cân nhắc phương thức vận hành phù hợp với công việc thực tế.

Bạn có thể xem thêm máy toàn đạc , tham khảo các model Sokkia IM-65 , IM-62 , IM-103 , IM105 và iX1201 để đối chiếu tính năng và lựa chọn dòng máy phù hợp

FAQ - Câu hỏi thường gặp

Máy toàn đạc nào cũng có chức năng đo không gương?

Không. Chức năng đo không gương phụ thuộc vào cấu hình của từng model. Khi chọn máy, cần kiểm tra thông số EDM và phạm vi đo không gương do nhà sản xuất công bố.

Máy toàn đạc tự động có thể làm việc mà không cần người đứng cạnh máy không?

Một số hệ thống robotic cho phép người vận hành điều khiển công việc từ vị trí gương thông qua bộ điều khiển tương thích. Tuy nhiên, khả năng làm việc với một người phụ thuộc vào cấu hình máy, phụ kiện, điều kiện hiện trường và quy trình đo. Không nên mặc định mọi máy có chức năng tự động đều hỗ trợ đầy đủ phương thức vận hành này.

Khi chọn máy toàn đạc cần chú ý những bộ phận nào?

Cần ưu tiên hệ thống đo góc, EDM, khả năng bù nghiêng, phương thức định tâm, giao diện điều khiển và khả năng lưu trữ dữ liệu. Nếu cần máy tự động, cần đánh giá thêm hệ thống tìm kiếm, bắt gương, bám gương và bộ điều khiển tương thích. Việc lựa chọn nên dựa trên nhiệm vụ đo thực tế thay vì chỉ so sánh số lượng tính năng.