Text_1

роскопов. Известны и другие способы исследования положения штрихов лимбов.

5.3.ОТСЧЕТНЫЕ УСТРОЙСТВА

Всовременных отечественных теодолитах применяют два типа отсчетных устройств: шкаловый микроскоп (теодолиты Т30,

Т15,Т5) и оптический микрометр (теодолиты Т2, Т1).

5.3.1.Шкаловый микроскоп

Вшкаловом микроскопе интервал между младшим штрихом и индексом определяется при помощи специальной шкалы, совпадающей с плоскостью промежуточного изображения штрихов лимбов.

Полный отсчет по лимбу и шкале микроскопа определяется по формуле

число десятых долей деления шкалы, оцениваемое на глаз.

На рис. 45,а представлено поле зрения одностороннего шкалового микроскопа теодолита Т5, где отсчет по горизонтальному кругу равен 24º06',6, а по вертикальному кругу +0º02',5.

Размер шкалы и увеличение микроскопа подбирают таким образом, чтобы длина шкалы точно равнялась делению лимба, а видимая в микроскоп величина деления шкалы составляла около 1 мм. Если видимая величина одного деления шкалы микроскопа равна q ,

а число делений - n , то размер шкалы, видимой в микроскоп, l qn .

73

10

Рис. 45. Шкаловый микроскоп теодолита Т5:

а– поле зрения микроскопа; б – оптическая схема отсчетного устройства

Сдругой стороны Г Гоб Гок . Тогда увеличение окуляра шкалового микроскопа можно рассчитать по формуле

а его фокусное расстояние

На рис. 45,б приведена оптическая схема отсчетного устройства теодолита Т5. При помощи поворотного зеркала 1 через иллюминатор 2 пучок лучей света призмой 3 с коллективом направляется на вертикальный круг 4. Промежуточное изображение штрихов вертикального круга проектируется объективом 5-6 с помощью призм 7,8 в плоскости коллектива 9, на которой нанесены отсчетные шкалы. Аналогично с помощью призм 10,11 объективом 12-13 в плоскости коллектива 9 строится промежуточное изображение штрихов горизонтального круга 14, подсвечиваемого через призму 15 и конденсатор 16. Изображения штрихов обоих лимбов и отсчетных шкал передается через призму 17 и объектив 18 в фокальную плоскость окуляра микроскопа 19.

Юстировка шкалового микроскопа осуществляется изменением расстояния между компонентами объективов 5-6, 12-13 (изменяется фокусное расстояние эквивалентной оптической системы и, следовательно, величина и четкость изображения штрихов лимбов) и поворотом коллектива 9 (для установки штрихов шкалы параллельно штрихам лимбов).

Для шкалового микроскопа проводят исследование рена, величина которого определяется разностью между длиной видимого интервала наименьшего деления угломерного круга и длиной шкалы.

5.3.2. Оптические микрометры

Принцип работы оптических микрометров основан на свойстве плоскопараллельной пластины, клиньев и линз смещать проходящие через них световые лучи. В соответствии с этим оптические микрометры могут быть: линзовые, клиньевые и с плоскопараллельными пластинами. С другой стороны, в зависимости от способа передачи изображения угломерного круга, оптические микрометры разделяют на односторонние и двухсторонние. В двухсторонних оптических микрометрах для исключения влияния эксцентриситета

75

отсчеты берут по совмещенному изображению диаметральнопротивоположных частей лимба.

Рассмотрим устройство двухстороннего оптического микрометра на примере теодолитов типа Т2. Работа отсчетной системы этих теодолитов основана на совмещении изображений диаметраль- но-противоположных штрихов лимба. Передача этих изображений в поле зрения отсчетного микроскопа осуществляется посредством оптического мостика, представленного на рис. 46 и состоящего из крышеобразной призмы 1, двухкомпонентного объектива 2 и прямоугольной призмы 3. Благодаря крышеобразной призме обеспечивается смещение обоих отсчетных участков лимба в противоположных направлениях.

3

Рис. 46. Передача изображения одного из участков лимба в плоскость диаметрально-противоположного участка

система

76

На рис. 47 посеребренные поверхности призмы и клина показаны двойными линиями. Лучи от первого отсчетного участка I отражаются от посеребренной грани клина, а лучи от диаметральнопротивоположного участка лимба отражаются от посеребренной грани призмы. Разделяющая грань в виде тонкой черты, видимая в поле зрения микроскопа, есть изображение края А серебрения призмы. Пучок лучей АБ, попадающий на посеребренную грань клина, отсекается посеребренной частью призмы и не попадает в поле зрения микроскопа.

На рис. 48 показана схема оптического микрометра теодолитов типа Т2. Микрометр состоит из двух пар одинаковых оптических клиньев: неподвижных 2, 2' и подвижных 3, 3'. Подвижные клинья имеют механическую связь с рукояткой и шкалой 4 оптического микрометра. Вращением рукоятки микрометра (на рис. 48 она

оптического микрометра

77

где - преломляющий угол клина; n - показатель преломления стекла клина. Величина линейного интервала между ближайшими штрихами лимба может быть определена по формуле

где r = 45 мм – радиус горизонтального круга; = 20' – цена деления лимба. Подставляя числовые значения в равенство (85), получим= 0.262 мм. С другой стороны величина изображения деления лимба в передней фокальной плоскости окуляра отсчетного микроскопа, которую примем равной , может быть определена по формуле

об

где Г об = 3,13* - увеличение объектива микроскопа. Подставляя чи-

словые значения в равенство (86), получим = 0.819 мм. Тогда, по формуле (84) можно подобрать нужное сочетание величин l , и n .

Для расчета длины шкалы оптического микрометра теодолитов типа Т2 воспользуемся следующими исходными данными: уве-

личение отсчетного микроскопа Г = 46*; цена деления шкалы оптического микрометра = 1"; шкала отградуирована на 10', т.е. со-

держит 600 делений; видимая величина одного деления шкалы для оценки его десятых долей на глаз – 1 мм. Тогда длина отсчетной шкалы может быть определена по формуле

78

5.4. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ОСЕВЫЕ СИСТЕМЫ

5.4.1. Общие сведения

Механические осевые системы определяют принципиальную схему прибора и в сочетании с другими механическими частями обеспечивают сохранение взаимного расположения геометрических осей в процессе измерений.

Качество изготовления осей во многом определяет точность и надежность приборов; поэтому при изготовлении деталей осевых систем к ним предъявляют более жесткие требования, чем ко всем остальным деталям и узлам геодезических приборов. Детали системы осей должны не только сохранять свое взаимное расположение, но и не деформироваться; поэтому их изготавливают из таких материалов, которые, с одной стороны обладают достаточной прочностью и, с другой стороны, обеспечивают легкое и плавное вращение прибора при значительных изменениях температуры окружающей среды (от -50º до +40ºС).

Для обеспечения достаточной стабильности системы и легкости хода оси должны быть достаточно длинными (их длина обычно в 3-4 раза больше диаметра) и должны вставляться во втулки не плотно, а с небольшим зазором, порядка 0,5 мкм.

5.4.2.Вертикальные осевые системы

Всовременных оптических теодолитах применяют две системы вертикальных осей: повторительные оси и оси с поворотным лимбом.

Повторительные оси применяются в теодолитах типа Т30 и позволяют при измерении горизонтального угла несколько раз откладывать его значение на лимбе, что снижает влияние погрешности отсчета на точность измерения. Оси с поворотным лимбом применяются в точных и высокоточных теодолитах, когда горизонтальные направления или углы измеряют несколькими приемами на разных частях лимба, смещение которого производят с помощью поворотного устройства.

79

По виду взаимного сопряжения алидады с лимбом и лимба с подставкой системы вертикальных осей подразделяются на три группы: с подвижной втулкой оси алидады (рис. 49,а); неподвижной втулкой оси алидады (рис. 49,б); неподвижной втулкой, являющейся общей осью лимба и алидады (рис. 49,в).

Рис. 49. Системы вертикальных осей

Всистеме осей первой группы ось лимба 2 вращается во втулке подставки 3 и является втулкой оси алидады 1. Эта система осей применялась в технических теодолитах повторительного типа. Ее недостатком является неразобщенность осей, что приводит к смещению лимба при вращении алидады, либо к опережению лимба иди алидады при их совместном вращении.

Система осей второй группы, которая была предложена французским механиком Борда, свободна от этого недостатка, так как поверхности осей алидады и лимба не соприкасаются. Такие системы широко распространены в точных оптических теодолитах и могут быть повторительными или с поворотным лимбом. Эта система требует высокой точности изготовления для исключения эксцентриситета.

Всистеме третьей группы центрирование осей лимба и алидады упрощается. Она проста в изготовлении и устойчива, имеет распространение в астрономических теодолитах и универсалах с поворотным лимбом.

По своей форме оси могут быть коническими и цилиндрическими. Конические оси (рис. 50) появились значительно раньше цилиндрических, так как просты в изготовлении и при несовершенных

80

81

где - цена деления уровня; l - длина оси. Для теодолитов типа Т2 при = 20" и l = 90 мм по формуле (88) получим e = 1,3 мкм. На самом деле, для обеспечения достаточно легкого хода оси между ней и втулкой вводится слой смазки толщиной около 0,5 мкм, что при длине оси 90 мм даст величину наклона оси до 1,1".

Рис. 51. Разгрузочные приспособления цилиндрических осей

Для исключения указанного недостатка необходимо поверхности трения полностью заменить поверхностями качения с использованием прецизионных и прочных подшипников. Поскольку такая полная замена технически затруднена, то в современных теодолитах используются комбинированные осевые системы (рис. 52), где шарикоподшипники служат лишь для разгрузки от массы верхней части прибора.

Рис. 52. Комбинированные осевые системы: а - теодолитов Т2, Т5; б - теодолита ОТ-02; в - теодолитов с разнесенной осевой системой

82