Text_1

Чтобы получить отчетливое изображение сетки при близорукости или дальнозоркости, окуляр обычно снабжают оправой с резьбой, что позволяет, поворачивая окуляр, немного (примерно на 1 мм) перемещать его вдоль оптической оси дальше от сетки нитей или ближе к ней. Перемещение окуляра дает возможность близоруким или дальнозорким наблюдателям при работе с приборами не пользоваться очками. Однако для людей, глаза которых обладают, кроме того, астигматизмом, пользование очками при наблюдениях обязательно.

Автоколлимационный окуляр. Некоторые теодолиты (точные типа Т2 и высокоточные типа Т1) могут быть снабжены автоколлимационным окуляром. Такие теодолиты, в обозначении которых имеется буква «А», применяют для высокоточных створных измерений автоколлимационным способом.

Принципиальная схема зрительной трубы с автоколлимационным окуляром представлена на рис. 40. В данной схеме присутствуют две разные по форме сетки нитей 3 и 6. Одна из сеток подсвечивается лампой 5 через конденсаторную линзу 4 и далее, после отражения от грани светоделительного кубика 2, объективом 1 проектируется от зеркала 8. Если зеркало 8 перпендикулярно к визирной оси зрительной трубы, то изображение сетки 3 совпадает с основной сеткой нитей 6, рассматриваемой через окуляр 7.

8

Рис. 40. Автоколлимационный окуляр

63

В автоколлимационном окуляре Монченко используется одна посеребренная сетка нитей, нанесенная на отражающей поверхности двух склеенных призм. При этом наблюдатель видит два изображения одной и той же сетки нитей, образованные лучами, отраженными от зеркала и отражающей поверхности призмы.

Оборачивающие системы. Астрономические зрительные трубы дают перевернутое изображение, т.е. обращенное сверху вниз и справа налево. Для того чтобы получить прямое изображение, между объективом и передним фокусом окуляра располагают оборачивающую систему, которая может быть выполнена в виде линз, дающих нечетное число промежуточных изображений. В этом случае длина зрительной трубы увеличивается, поэтому в настоящее время для обращения изображения обычно пользуются не линзами, а системами призм, благодаря чему удается уменьшить длину зрительной трубы.

Сетка нитей. Сетка нитей представляет собой плоскопараллельную пластину из оптического стекла, на которой нанесены штрихи, протравленные парами плавиковой кислоты и заполненные краской. Сетка монтируется в зрительной трубе так, чтобы она оказалась в передней фокальной плоскости окуляра. Пластина с сеткой вставляется в кольцевую оправу, играющую роль полевой диафрагмы. Оправа в небольших пределах может перемещаться при помощи юстировочных винтов, что позволяет изменять положение визирной оси. В точных теодолитах отечественного производства, начиная со второй модели (2Т2 и 2Т5), сетка нитей закреплена неподвижно с тем, чтобы с большей точностью совместить оптическую и визирную оси зрительной трубы.

Если сетка нитей не лежит в плоскости промежуточного изображения объекта (построенного объективом), то можно заметить, что при боковом перемещении глаза наблюдателя в пределах выходного зрачка изображения наблюдаемого предмета и сетки смещаются друг относительно друга. Это явление, называемое параллаксом, может привести к погрешности наведения визирной оси.

На рис. 41 показаны распространенные формы сеток нитей, применяющихся в трубах теодолитов и нивелиров.

Основные оси зрительной трубы. У зрительной трубы разли-

чают три основные оси: оптическую, геометрическую и визирную.

64

Оптическая ось – это прямая, проходящая через центры всех преломляющих сферических поверхностей оптической системы. При перемещении фокусирующей линзы возможно ее поперечное смещение, которое, в свою очередь, приводит к смещению изображения; поэтому оптическая система зрительной трубы должна быть хорошо центрированной, т.е. иметь одну общую оптическую ось. Геометрическая ось – это линия, совпадающая с осью симметрии оправ зрительной трубы. Визирной осью зрительной трубы называют прямую, проходящую через центральное перекрестие сетки нитей и передний фокус объектива.

Зрительную трубу собирают на специальных оптикомеханических устройствах (оптических скамьях) так, чтобы все три оси совпадали.

Рис. 41. Сетки нитей:

а– высокоточных теодолитов; б – точных и технических теодолитов;

в– теодолитов с автоколлимационным окуляром; г – маркшейдерских теодолитов;

д– высокоточных нивелиров

4.6. КОЛЛИМАТОРЫ

Коллиматор представляет собой хорошо исправленный от аберраций длиннофокусный объектив, в задней фокальной плоскости которого находится марка в виде сетки нитей или шкала (напри-

65

мер, мира), которая освещается лампочкой. Объектив коллиматора образует пучок параллельных лучей, т.е. его можно заменить бесконечно удаленным предметом.

Коллиматоры имеют фокусное расстояние от 50 до 500 мм и объективы диаметром до 50 мм. Они могут использоваться для исследования качества изображения, определения разрешающей способности оптических систем, юстировки оптических приборов и их деталей, а также для высокоточных створных измерений.

С помощью коллиматора оптические качества зрительных труб можно определить по изображению правильных геометрических фигур на белом экране, помещенном в фокальной плоскости коллиматора, при этом визирная ось зрительной трубы должна быть ориентирована с визирной осью коллиматора (рис. 42,а).

а

Рис. 42. Взаимное расположение коллиматора и зрительной трубы:

а– оси коллиматора и зрительной трубы совпадают; б – оси коллиматора

изрительной трубы не параллельны (пересекаются под углом)

Непрямолинейность протяженных объектов можно определить по смещению изображений сети нитей коллиматора и сетки нитей теодолита на некоторый угол . Такой способ створных измерений, где угловое смещение визирной оси коллиматора при его перемещении вдоль контролируемого объекта измеряют, например окулярным микрометром высокоточного теодолита, называют коллиматорным.

66

Обобщающие выводы

Оптические приборы по виду приемника лучистой энергии могут быть разделены на визуальные и невизуальные. Визуальные оптические приборы в свою очередь делят на две группы. Одни из них служат для рассматривания небольших по размеру и близко расположенных предметов или их изображений; другие – для рассматривания удаленных предметов. В первом случае используют лупу и микроскоп, а во втором – телескопические зрительные трубы.

Глаз человека является составной частью оптической системы визуальных приборов, при конструировании которых необходимо учитывать свойства глаза. К оптическим свойствам глаза, прежде всего, следует отнести его автоматическое приспособление к фокусировке изображений предметов, называемое аккомодацией. При этом на выходе из визуальных оптических систем необходимо получить пучок параллельных лучей.

Для лупы это условие может быть выполнено, если рассматриваемый предмет располагается на расстоянии наилучшего видения (250 мм), а для микроскопа – если предмет находится в промежутке между одинарным и двойным фокусным расстоянием объектива.

Для работы зрительных труб необходимо обеспечить два условия: совместить промежуточное изображение предмета с плоскостью сетки нитей и установить саму сетку нитей в передней фокальной плоскости окуляра. Первое условие может быть обеспечено перемещением сетки нитей вместе с окуляром (зрительные трубы с наружной фокусировкой), либо перемещением фокусирующей линзы телеобъектива (зрительные трубы с внутренней фокусировкой).

Коллиматор, в отличие от зрительной трубы представляет собой хорошо исправленный от аберраций длиннофокусный объектив, в задней фокальной плоскости которого находится марка в виде сетки нитей или шкала, которая освещается лампочкой. Объектив коллиматора образует пучок параллельных лучей, т.е. его можно заменить бесконечно удаленным предметом. С помощью коллиматора можно выполнять исследования геодезических приборов и определять непрямолинейность протяженных объектов.

67

Вопросы для самоконтроля

1.По какой формуле определяют увеличение лупы и микро-

скопа?

2.Какие требования должны быть обеспечены для работы микроскопа?

3.Какие органы человеческого глаза, по сути, являются положительными линзами?

4.Что представляет собой коллиматор?

5.Зрительная труба содержит три оси. Назовите их.

6.Что называют относительным отверстием объектива зрительной трубы?

7.Зачем окрашивают внутреннюю поверхность корпуса зрительной трубы?

8.Что происходит с изображением визирной цели при наличии параллакса сетки нитей?

9.Как выглядит конструкция автоколлимационного окуляра?

5.ОПТИЧЕСКИЕ ТЕОДОЛИТЫ

5.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ВРоссийской Федерации серийное производство оптических теодолитов осуществляется согласно требованиям межгосударственного стандарта ГОСТ 10529-96 (Теодолиты. Общие технические условия [7]). Указанный стандарт не распространяется на астрономические и лазерные теодолиты, т.е. действует только на геодезические и маркшейдерские приборы.

Взависимости от допускаемой погрешности измерения горизонтального угла одним приемом в лабораторных условиях теодолиты подразделяют на высокоточные с погрешностью до 1", точные – 2-5" и технические – 15 - 60". В соответствии с этим теодолиты обозначают: Т1 (высокоточный); Т2 и Т5 (точные); Т15, Т30 и Т60 (технические). Основные характеристики указанных выше теодолитов приведены в таблице 1.

68

Таблица 1 Основные технические характеристики оптических теодолитов

Технические теодолиты типа Т15 и Т30 изготавливают также в маркшейдерском исполнении, их обозначают дополнительной буквой «М» (Т15М, Т30М). Эти теодолиты приспособлены для работы в шахтах и тоннелях. Для этого они имеют электрическую подсветку отсчетного микроскопа во взрывобезопасном исполнении. Предусмотрена повышенная защита от пыли и влаги, имеются уровни для установки прибора на консолях в перевернутом положении; особый вид сетки нитей (см. раздел 4.5.2) обеспечивает возможность визирования на светящийся луч фонарика или качающуюся нить отвеса.

Теодолиты типа Т1 и Т2 могут быть с автоколлимационным окуляром, их обозначают дополнительной буквой «А». К обозначению марки теодолита с компенсатором, заменяющим цилиндрический уровень при вертикальном круге, добавляют букву К, например, Т5К, Т15К. Если оптика зрительной трубы теодолита обеспечивает прямое изображение, то к обозначению марки прибора добавляют букву «П», например, Т15КП.

При производстве усовершенствованных конструкций приборов к марке базовой модели добавляют соответствующую цифру,

69

например, 4Т30П. Новые модификации теодолитов отличаются от их предыдущих выпусков улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками (меньшей массой, более совершенной системой отсчитывания, конструкцией зрительной трубы и т.д.). Эти теодолиты имеют высокую степень унификации отдельных элементов и узлов, что повышает уровень их технологичности и взаимозаменяемости. Следует иметь в виду, что зрительные трубы точных теодолитов, начиная со второй модели, не имеют исправительных винтов сетки нитей. Это обеспечивает более стабильное положение визирной оси при перефокусировке трубы. Поскольку сетка нитей неподвижна, то исправление коллимационной погрешности осуществляется перемещением горизонтальной оси зрительной трубы с помощью специального накидного ключа.

5.2. ЛИМБЫ

Величина измеряемого угла определяется из отсчетов по лимбу и отсчетному приспособлению. Лимб является рабочим эталоном и представляет собой круговую равномерную шкалу, нанесенную на угломерном круге. В современных (оптических) теодолитах угломерный круг изготавливают из оптического стекла марки БК-10. Он представляет собой плоскопараллельную пластину толщиной 3-5 мм, непараллельность плоскостей которой не превышает 5-10".

В Российской Федерации лимбы оптических теодолитов градуируют в градусной системе через 1 (теодолиты Т30, Т15, Т5), 1/3 (теодолит Т2) или 1/6 градуса (теодолит Т1). Указанные интервалы определяют цену деления лимбов. Штрихи лимбов наносят на стекле алмазным резцом при помощи автоматической делительной машины, а цифры протравливают плавиковой кислотой на пантографе. Иногда наносят двойные (бифилярные) штрихи, например на лимбы теодолитов типа Т2, что позволяет повысить точность отсчитывания. Толщина штрихов зависит от увеличения микроскопа отсчетного устройства, технологии их нанесения на делительной машине и цены деления лимба. Расчетная толщина штрихов может быть определена по формуле

70

где d 0 = 0,10 – 0,15 мм – толщина штриха при рассматривании лимба невооруженным глазом; Г М - увеличение микроскопа отсчетного

устройства.

Для нанесения штрихов толщиной от 3 до 8 мкм заготовку лимба сначала покрывают тонким слоем воска, который прорезают на делительной машине резцом, затем травят парами плавиковой кислоты, смывают бензином воск, заполняют штрихи черным лаком, втирают порошковый графит, сушат и окончательно протирают шкалу. При этом пчелиный воск, которым покрывают стекло, подвергают длительной варке (до 120 часов) при температуре 200ºС. Для нанесения более тонких штрихов, толщиной 1-2 мкм, заготовку сначала покрывают специальным лаком, прорезают ее резцом и на полученные штрихи в вакуумной установке напыляют хром

Высокоточные и точные делительные машины устанавливают на железобетонном фундаменте, заложенном на 2-3 м ниже земной поверхности и изолированном от вышележащих слоев почвы и пола здания. Круговая делительная машина состоит из массивной чугунной литой станины, зубчатого эталонного колеса, соединенного со шкивом приводного мотора при помощи передаточного механизма, и гравировального устройства. Заготовку насаживают на зубчатое эталонное колесо диаметром от 500 до 1000 мм, которое привинчено к круглому столу делительной машины и защищено от повреждений предохранительным кольцом. Поскольку стол покоится на массивной станине, то тем самым обеспечивается плавный ход зубчатого колеса. Смещение эталонного зубчатого колеса 1 (рис. 43) на определенное число зубцов, соответствующее угловой величине интервала шкалы, может быть обеспечено при помощи червячной передачи и зубчатого сектора. Глобоидальный червяк 2 насаживают на одну ось с колесом 3, зубцы которого в определенный период времени соприкасаются с зубцами сектора 4, вращающегося на одной оси со шкивом 5 приводного мотора машины. В промежутках между этими периодами вся система останавливается и приходит в действие гравировальное устройство, прочерчивающее очередной штрих шкалы.

В настоящее время вместо зубчатого сектора применяется устройство с кулачковым механизмом и храповым колесом, позволяющее ускорить работу делительной машины.

71