2.1.4. Поверки и юстировки теодолитов

Принципы измерения углов справедливы для теодолита, реальная конструкция которого точно воспроизводит теоретическую схему построения. В этом случае для получения точного значения горизонтального или вертикального угла достаточно снять отсчеты по соответствующим кругам при наведении зрительной трубы на наблюдаемые предметы.

В действительности конструкция теодолита отличается от теоретической схемы построения. Это отличие может быть вызвано двумя причинами:

- неточностью изготовления и сборки теодолитов и их частей;

- неправильным взаимным расположением отдельных частей и осей прибора, вызывающих несоответствие геометрической схемы теодолитов.

Поэтому всем угловым измерениям в реальных условиях присущи погрешности.

Конструктивными погрешностями теодолитов являются такие, как неточность нанесения штрихов на лимбе, отклонение формы внутренней поверхности ампулы уровня от сферической, недостаточное качество изготовления оптики зрительной трубы, несовпадение центров лимба и алидады, плохая работа зажимных и наводящих винтов и т.д.

Помимо конструктивных погрешностей теодолитов на точность угловых измерений влияют и другие факторы, такие как условия внешней среды, несовершенство человеческого глаза и т.д. Исходя из этого, измерения строят таким образом, чтобы уничтожить или свести к минимуму влияние всевозможных погрешностей на точность угловых измерений.

Достигается это двумя путями. Во-первых, выполнением поверок и, при необходимости, юстировок теодолитов. А во-вторых, применением соответствующей методики угловых измерений.

Поверкой называют действия, связанные с проверкой инструмента на предмет соответствия предъявленным требованиям.

Юстировкой называют действия, связанные с исправлением обнаруженных нарушений геометрических условий.

Для оценки качества теодолитов на различных этапах их выпуска и эксплуатации устанавливаются следующие виды испытаний и поверок:

- государственные приемочные испытания;

- государственные контрольные испытания;

- типовые периодические испытания предприятия-изготовителя;

- поверки при выпуске из производства или после ремонта;

- поверки в эксплуатации.

Кроме того, проводятся испытания и поверки, являющиеся составной частью технологического процесса топографо-геодезического производства.

Ниже будут рассмотрены поверки, которые вытекают из принципиальной схемы измерения углов.

Геометрические условия теодолита

Основные геометрические условия, которые должны быть соблюдены в теодолите, обусловлены принципиальной схемой измерения горизонтального угла и заключаются в следующем (рисунок 2.10):

-- вертикальная ось инструмента JJ₁ должна быть отвесна;

-- ось вращения зрительной трубы НН₁ должна быть горизонтальна;

-- коллимационная плоскость, образуемая визирной осью зрительной трубы VV₁ , должна совпадать с вертикальной осью прибора JJ₁ и быть перпендикулярной к оси вращения трубы НН₁ .

Поверки и юстировки теодолита

Для соблюдения геометрических условий в теодолите выполняют следующие полевые поверки.

Поверка № 1 – поверка цилиндрического уровня.

Условие поверки: Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к вертикальной оси теодолита.

Е сли это требование не выполнено, то после приведения оси цилиндрического уровня U₁U₁ в горизонтальное положение с помощью подъемных винтов теодолита ось вращения прибора JJ₁ будет располагаться наклонно (рисунок 2.11).

После поворота алидады на 180⁰ ось уровня займет новое положение U₂U₂, которое составит с начальным положением угол, равный 2. Чтобы установить ось уровня в положение, перпендикулярное к оси вращения теодолита, надо изменить наклон оси уровня из положения U₂U₂ на угол , т.е. привести ось в положение U₀U₀. Величина измерения наклона оценивается перемещением пузырька уровня.

Следовательно, для регулировки необходимо исправительными винтами уровня изменить наклон оси уровня на половину отклонения пузырька от нуль-пункта. На вторую половину дуги отклонения пузырек уровня перемещают при помощи подъемных винтов, по направлению которых он стоит. Эти действия повторяются до тех пор, пока пузырек уровня при повороте алидады на 180⁰ не отклонится от середины на величину не более 0,5 деления уровня.

В отвесное положение вертикальную ось теодолита приводят следующим образом:

• установить уровень по направлению двух подъемных винтов и, воздействуя на них, привести пузырек в нуль-пункт;

• повернуть алидаду на 90⁰ и с помощью третьего подъемного винта снова привести пузырек в нуль-пункт. Такие действия повторяют до тех пор, пока пузырек не уйдет от середины не более, чем на одно деление.

Поверка № 2 – поверка коллимационной погрешности.

Условие поверки: Визирная ось зрительной трубы (прямая, соединяющая оптический центр объектива с центром сетки нитей) должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси вращения трубы (поверка коллимационной погрешности).

Если данное требование нарушено, то между визирной и горизонтальной осями зрительной трубы образуется угол С, называемый коллимационной погрешностью (рисунок 2.12).

Для поверки данного условия наводят трубу на удаленную точку М, находящуюся примерно на уровне с трубой, и производят отсчет КЛ при «круге лево», при этом визирная ось займет положение V₁V₁. После перевода трубы через зенит и наведения ее на ту же точку визирная ось займет новое положение V₂V₂ , производят отсчет КП при «круге право». Разность полученных отсчетов дает коллимационную погрешность

КЛ – КП  180⁰ = 2С. (2.8)

Из рисунка 2.12 видно, что правильный отсчет N соответственно при «круге лево» и «круге право», соответствующий перпендикулярному положению визирной оси трубы будет равен

N = КП + С , (2.9)

N = КЛ - С + 180⁰ . (2.10)

Из сравнения выражений (2.9) и (2.10) следует, что коллимационная погрешность влияет на отсчеты по лимбу горизонтального круга при разных положениях вертикального крута с различными знаками. Следовательно, правильный отсчет N будет равен

, (2.11)

т.е. среднее из отсчетов свободно от влияния коллимационной погрешности.

В соответствии с формулами (1.2) и (1.3) величина коллимационной погрешности выразится

. (2.12)

Если величина С превышает установленный допуск, то необходимо произвести юстировку, порядок выполнения которой следующий:

• вычислить правильный отсчет N по одной из формул (2.9) или (2.10);

• установить на лимбе горизонтального круга вычисленный отсчет N, при этом центр сетки нитей сместится с наблюдаемой точки;

• воздействуя на горизонтальные исправительные винты сетки нитей, передвинуть ее до совмещения центра сетки с изображением точки.

Поверку следует повторять до тех пор, пока коллимационная погрешность не станет меньше допустимой. Величина коллимационной погрешности зависит от наклона v визирной линии к горизонту и составляет С/cos v.

Методика выполнения данной поверки относится к теодолитам, у которых отсчет выполняется по диаметрально противоположным штрихам лимба. У теодолитов с односторонней системой отсчета поверка выполняется дважды с перестановкой лимба на 180⁰.

Поверка № 3 – поверка неравенства подставок.

Условие поверки: Горизонтальная ось вращения трубы должна быть перпендикулярна к вертикальной оси инструмента.

Теодолит устанавливают в 30-40 м от стены какого-либо здания и, приведя лимб в горизонтальное положение, центр сетки нитей наводят на некоторую высоко расположенную точку М стены (рисунок 2.13).

П ри закрепленной алидаде наклоняют трубу до примерно горизонтального положения ее визирной оси и отмечают карандашом на стене точку m₁, в которую проецируется центр сетки нитей. Далее переводят трубу через зенит, открепляют алидаду и при втором положении трубы снова наводят центр сетки нитей на точку М и далее аналогично намечают точку m₂.

При совпадении точек m₁ и m₂ условие поверки выполнено. В противном случае ось вращения трубы не перпендикулярна к основной оси инструмента и образует угол i. Эта погрешность называется неравенством подставок, на которых располагается зрительная труба.

Угол i в радианной мере можно вычислить по формуле

, (2.13)

где m₁m₂ – отрезок, измеряемый миллиметровой линейкой, мм;

Мm – расстояние, измеряемое приблизительно, либо рулеткой, рейкой.

Если m₁m₂ = 1 мм, Мm = 3,6 м, то угол i в градусной мере не будет превышать 0,5. Среднее из отсчетов по лимбу, взятых после наведения на точку М при двух положениях трубы (КП и КЛ), свободно от влияния данной погрешности. В современных конструкциях инструментов подставки трубы не имеют исправительных винтов, поэтому погрешность может быть устранена только в заводских условиях или в мастерских. При наличии исправительных винтов при подставках погрешность устраняется с помощью этих винтов.

Поверка № 4 – поверка сетки нитей.

Условие поверки: Сетка нитей должна быть установлена без перекоса, т.е. горизонтальная нить сетки должна быть строго горизонтальной, а вертикальная нить - вертикальной.

Поверку можно выполнить двумя способами – по отвесу или наведением на точку.

При использовании отвеса работают с вертикальной нитью сетки зрительной трубы. Для этого в защищенном от ветра месте на тонком шнуре подвешивают отвес. В 25-30 м от отвеса устанавливают теодолит в рабочее положение и совмещают один из концов вертикальной нити со шнуром отвеса. Если другой конец нити совпадает со шнуром отвеса или отходит не более 0,5 мм, то условие считается выполненным. В противном случае требуется юстировка.

При наведении на точку работают с горизонтальной нитью сетки зрительной трубы. После установки теодолита наводят левый или правый конец горизонтальной нити на какую-либо неподвижную точку, например шляпку гвоздя, расположенную на расстоянии 25-30 м от прибора. Затем плавно поворачивают прибор вокруг своей оси, т.е. перемещают нить в горизонтальной плоскости – точка скользит по горизонтальной нити. Условие выполнено, если нить не сходит с изображения точки. В противном случае требуется юстировка.

Порядок юстировки следующий:

• снять защитный колпачок в окулярной части зрительной трубы;

• ослабить четыре торцевых винта сетки нитей и повернуть ее вокруг визирной оси, добиваясь выполнения условия;

• зажать торцевые винты и надеть защитный колпачок.

После выполнения этой поверки необходимо повторить поверку перпендикулярности визирной и горизонтальной осей зрительной трубы (поверку № 2).