Муаровый эффект в растровых измерительных системах

В электронных тахеометрах и других измерительных приборах широко используется так называемый муаровый эффект. Муар возникает при наложении двух систем параллельных линий с периодом d, пересекающихся под острым (менее 30° [13]) линий (рис. 23). Чем меньше угол а между линиями растровых решеток, тем шире муаровая полоса D; при нулевом значении угла ширина полосы равна практически бесконечности, получается обтюрационное растровое сопряжение решеток.

Рис. 23. Муаровые полосы при сопряжении двух растровых решеток: d - период растровой решетки; D - ширина муаровой полосы;

а- угол между решетками

1.3.Основные законы геометрической оптики

Принцип Ферма

Это основной принцип геометрической оптики: световой поток может распространяться не только по пути, требующему наименьшего времени прохождения, но и по пути, требующему максимального времени, либо по путям с одинаковым временем прохождения. Из принципа Ферма могут быть получены основные законы геометрической оптики.

Закон прямолинейного распространения света

В однородной и изотропной среде оптическое излучение распространяется по прямой линии и представляет собой геометрический луч.

34

Закон независимого распространения света

Отдельные лучи в среде распространяются независимо друг от друга.

Закон преломления

Угол падения £ и угол преломления £' (рис. 24) связаны зависимостью:

Рис. 24. Схема хода лучей на границе двух сред

при этом углы г и е' лежат в одной плоскости с нормалью NN. При переходе луча из более плотной среды в менее плотную наступает момент, когда угол £ достигает критического значения (£'кр) - при этом наблюдается явление полного внутреннего отражения (sin £'кр = 1), совместно с принципом Ферма используемое в отражающих призмах.

Если лучи падают на отражающую грань под углом от нормали, меньшим критического значения £, то на эту грань наносят отражающее покрытие (внешнее или внутреннее).

Закон отражения

Закон отражения (рис. 25) действует, когда падающий в среде с показателем преломления п луч возвращается в ту же среду, при этом угол падения £ и угол отражения £' равны, так как п' = п, и лежат в одной плоскости с нормалью NN. Падающий и отраженный лучи обратимы.

35

1.3.1. Оптические детали и системы, часто используемые в геодезических приборах

Построение изображений положительной и отрицательной линзами

Для построения изображения любой точки предмета через линзу (рис. 26 и 27) необходимы как минимум два луча, при этом луч, падающий на линзу из точки предмета параллельно оптической оси, после линзы пройдет через задний фокус (F), луч, падающий на линзу через передний фокус (F), после линзы выйдет параллельно оптической оси, а луч, прошедший через главную точку (Н), после линзы выйдет, не изменяя своего первоначального направления.

Ход лучей в призмах полного внутреннего отражения

Призмы используют для изменения хода лучей, изменения направления линии визирования, оборачивания изображений, разделения пучков лучей, а также для компенсации поворота изображений.

По сравнению с зеркалами призмы имеют ряд преимуществ: углы между гранями призмы неизменны; потери света от граней с полным внутренним отражением практически равны нулю; упрощена конструкция прибора, значительно меньшие требования к юстировке прибора в целом.

36

Рис. 26. Схема построения изображения положительной линзой

Рис. 27. Схема построения изображения отрицательной линзой

37

Призмы обозначают двумя прописными буквами, при этом первая буква обозначает количество отражающих граней (А - одна грань, Б - две грани, В - три грани, при наличии в призме "крыши" дополнительно ставят строчную букву "к"), вторая буква обозначает конструкцию призмы (Р - равнобедренная, С - ромбическая, П - пентапризма, У - полупентапризма, М - дальномерная, А - призма Аббе). После тире показывают угол, на который призма поворачивает падающие на нее лучи.

На рис. 28-36 приведены конструкции наиболее часто встречающихся в геодезических приборах призм и ход лучей в них.

i S

Ход лучей в призмах с зеркальным покрытием

Рассмотрим схемы хода лучей в призмах с зеркальным покрытием (рис. 32-35).

38

Призмы П - 0° и А - 0° в приборах используют как оборачивающие системы.

Оборачивающие системы из нескольких призм

39

Призменными системами Порро (рис. 36-37) смещается луч, но не изменяет своего направления. Призменную систему типа сфеноид (рис. 38) используют, например, в оптической схеме контактного уровня нивелира Н-3.

Плоские и сферические зеркала

В геодезических приборах используют зеркала как с наружным, так и внутренним покрытием. В ответственных узлах при сходящихся лучах зеркала с внутренним покрытием практически не используют, так как может возникать двоение изображения. Для получения прямого изображения в системе используют четное количество плоских зеркал. В основном плоские зеркала используют в осветительных устройствах, видоискателях и т.п.

Сферические зеркала применяют для астрономических приборов, прожекторов, в зеркально-линзовом объективе (например, Д.Д. Максутова (рис. 39)) в теодолите Theo 010, при этом значительно уменьшается длина зрительной трубы при большом фокусном расстоянии объектива.

1

Рис. 39. Зеркально-линзовый объектив Д.Д. Максутова:

1 - ахроматический мениск; 2 - зеркальное покрытие; 3 - отрицательная фокусирующая линза; 4 - вогнутое зеркало; 5 - сетка нитей; 6 - окуляр

40

Рис. 40. Ход лучей в сферическом зеркале: г - радиус сферы

Примеры построения изображений в сферических зеркалах подробно рассмотрены в [15].

Сетки нитей геодезических приборов

Сетка нитей, как правило, выполнена на тонкой стеклянной пластине, толщина выгравированных штрихов порядка 1 - 2 мкм [9].

На рис. 41 показаны сетки нитей, наиболее распространенные в геодезических приборах [55].

Для предохранения штрихов сетки нитей на нее часто на-

Рис. 41. Сетки нитей геодезических приборов:

а - нивелира типа Н-ЗКЛ; б - нивелира типа Н-05; в,г - теодолитов; д,е - астрономических приборов (д - для измерения азимутов и долгот; е - для измерения зенитных расстояний и широт)

41

Типовые оптические системы Лупа

Лупа как правило работает совместно с глазом и дает бесконечно удаленное изображение предмета (рис. 42).

Глаз

Рис. 42. Схема хода лучей в лупе

Увеличением лупы называют отношение угла (3', под которым предмет виден через лупу, к углу В, под которым пред-

наилучшего видения S = 250 мм увеличение Г =

Г'

Вгеодезических приборах лупы дают увеличение порядка 5-14 крат.

Вприведенных ниже оптических системах лупа работает как окуляр.

Типовые схемы окуляров приведены в [45].

Телеобъектив

Ход лучей в телеобъективе показан на рис. 43 [74]. Фокусирующая линза 2 позволяет установить резкое изображение предмета в плоскости 3, расположенного на расстоянии от до расстояния ближнего визирования. На рис. 43 приняты следующие обозначения: f'экв - эквивалентное фокусное расстояние телеобъектива, Н' - положение главной точки телеобъектива, L - расстояние между объективом 1 и фокусирующей линзой 2.

42

Рис. 43. Ход лучей в телеобъективе: 1 - положительный объектив; 2 - отрицательная фокусирующая линза; 3 - сетка нитей

Эквивалентное фокусное расстояние телеобъектива расчи-

Если в плоскости 3 установить сетку нитей, а за ней окуляр, фокус которого расположить в плоскости сетки нитей, то получим оптическую схему зрительной трубы с внутренней фокусировкой, обеспечивающую высокую стабильность положения визирной оси (линии, соединяющей центр объектива (точка Н' на рис. 43) и перекрестие сетки нитей (точка С)). Порядок расчета зрительных труб приведен в [45].

Отсчетный микроскоп

Схема хода лучей в микроскопе представлена на рис. 44, где АД - апертурная диафрагма (обеспечивает наружную освещенность изображения, установка ее в задней фокальной плоскости объектива позволяет исключить влияние параллакса (несовпадение плоскости наведения с плоскостью шкалы) на точность измерений), ПД - полевая диафрагма (позволяет выделить нужный участок изображения).

43

Рис. 44. Схема хода лучей в отсчетном микроскопе

В отсчетном микроскопе оптический интервал Д больше фокусного расстояния объектива, поэтому изображение после объектива обратное, действительное и увеличенное. Окуляр дает прямое, мнимое и увеличенное изображение. В целом в микроскопе получается обратное, увеличенное и мнимое изображение. Видимое увеличение микроскопа

Коллиматор

Ход лучей в коллиматоре показан на рис. 45. Коллиматор состоит из осветителя, тест-шкалы и длиннофокусного объектива. Коллиматор используют для иммитации бесконечно удаленных предметов, например, звезд. Кроме того, его применяют при контроле и юстировке оптических и оптико-элек- тронных приборов. На выходе коллиматора получается параллельный пучок лучей.

Студенты, изучая сложные оптические схемы приборов, например, оптический микрометр теодолита ЗТ2КП, должны уметь различать в них простые элементы, что необходимо как для понимания принципов работы приборов, так и для их юстировки и ремонта. Более подробно теория простейших оптических элементов рассмотрена в [23, 25, 74].

44

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ НА ЭКЗАМЕНАТОРЕ

Цель работы: изучить устройство экзаменатора, исследовать цену деления х цилиндрического уровня, исследовать чувствительность g цилиндрического уровня, иметь представление о других методах исследований уровней.

Приборы и принадлежности: механический экзаменатор и исследуемые уровни.

Содержание и порядок выполнения работы

Методы исследования цены деления цилиндрического уровня

Известно несколько методов исследования цены деления уровней [24, 25, 26, 45, 79]. Наиболее часто в практике используют три из них: при помощи подъемных винтов, при помощи рейки, на экзаменаторе.

Первый метод используют в основном для выявления цены деления уровней угломерных приборов малой точности. Второй метод используют для выявления цены деления уровней нивелиров и теодолитов (рис. 46).

Рис. 46. Принципиальная схема исследования уровня по рейке

46

Оба метода подробно описаны в учебниках по геодезии и поэтому в данной работе не рассматриваются.

В настоящее время известны три типа экзаменаторов: интерференционные, электронные и механические [46]. В геодезической практике наибольшее применение нашли механические экзаменаторы.

Исследование цены деления цилиндрических уровней на механическом экзаменаторе

Схема механического экзаменатора показана на рис. 47.

Рис. 47. Принципиальная схема механического экзаменатора:

1 - Т-образная рама; 2 - подъемные винты; 3 - микрометренный винт (60 или 120, или 180 делений); 4 - отсчетный индекс; 5 - опоры для установки испытуемого уровня; 6 - подпятник; 7 - ось; 8 - установочный уровень; 9 - испытуемый уровень; 10 - головка микрометренного винта; И - ось подъемного винта

47

При исследованиях один прием включает прямой и обратный ход, при этом рекомендуют смещать пузырек не менее, чем на 2 -s- 4 деления.

Пример исследований приведен в табл. 2, где приняты следующие обозначения: JI - отсчет по левому краю пузырька уровня, П - отсчет по правому краю, а{ - отсчет по шкале экзаменатора в угловых секундах, DL = JI - П - длина пузырька уровня,

кундах. На лимбе микрометренного винта имеется 120 делений, при этом цена одного деления равна 1".

Порядок исследований: 1) по накладному уровню горизонтировать Т-образную раму в направлении подъемных винтов 2 (см. рис. 47), после чего ренным винтом 3 сместить левый край пузырька испытуемого уровня в сторону подъемных винтов рамы; 2) вращая микрометренный винт по часовой стрелке, установить левый край пузырька и отсчитать по уровню Л^ и П| и по микрометренному винту 3 щ (из-за разной прилипаемости жидкости к стенкам ампулы может возникнуть погрешность, поэтому лучше выявлять положение пузырька как

48

среднее по двум его концам [25]), в зависимости от длины ампулы уровня повторить действия, описанные в пункте 2 на всей шкале в прямом и обратном ходах, при этом в обратном ходе микрометренный винт вращать против хода часовой стрелки.

При исследовании цены деления цилиндрических уровней необходимо выполнить не менее четырех смещений пузырька уровня, при этом значения цены деления, полученные из разных серий, не должны отличаться более, чем на 10%.

Цена деления уровня = (х{ ср пр. + х{ ср,о6р)/2.

Цену деления на любом участке шкалы можно определить графически [25].

При этом по оси абсцисс необходимо отложить средние значения смещений середины пузырька уровня Ак. = Ki - KHSL4,

^ л + п

где а , = — - — , п о оси ординат - соответствующие им значения наклонов экзаменатора Д = я, - янач из прямого и обрат-

ного ходов.

В табл. 2 и на рис. 48 в качестве примера показаны результаты исследований цены деления уровня в прямом ходе.

Рис. 48. Графическое определение цены деления уровня

При исследовании цены деления уровней нивелиров необходимо измерить рулеткой расстояние S (см. рис. 46) до рейки, отсчитать по концам пузырька Я{ и П{ при отсчете по рейке В1? а также Jl2 и П2 при отсчете по рейке В2. Пример записи приведен в табл. 3.

49

Т а б л и ца 3

где р" = 206265

Исследование чувствительности цилиндрического уровня на экзаменаторе

Точность и чувствительность экзаменатора зависит от длины рычага, чем он длиннее, тем чувствительнее экзаменатор.

При исследовании чувствительности уровня на экзаменаторе измерения выполняют на различных участках ампулы уровня [24]. Пример исследований показан в табл. 4.

Порядок исследований: вращая микрометренный винт по часовой стрелке, установить круглый отсчет по лимбу экзаменатора и отсчитать по концам пузырька уровня Я{ и П{.

50

3.ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА, ВЫЯВЛЕНИЕ

ИУСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ УРОВЕННЫХ НИВЕЛИРОВ ТИПА Н-3

Цель работы: изучить устройство нивелира в целом, оптическую схему зрительной трубы и контактного уровня (рис. 49), устройство механических узлов: подъемных винтов подставки нивелира (рис. 52, 53), наводящего (рис. 54), элевационного (рис. 55) и стопорного винтов, вертикальной осевой системы (рис. 51), а также крепление и юстировку цилиндрического и круглого уровней, порядок выполнения неполной разборки и сборки прибора, правила чистки и смазки механических узлов, основные неисправности оптических и механических узлов и по заданию преподавателя выявить и устранить некоторые из неисправностей прибора.

Приборы и принадлежности: нивелир Н-3 (НИ-3), 3 отвертки (в том числе так называемые часовые отвертки) разных размеров, ключ, шпилька, вата, три деревянные палочки для чистки и смазки, спирт (50% спирта + 50% эфира), бензин, веретенное масло, ветошь, лист плотной бумаги.

Содержание и порядок выполнения работы

Разборку нивелира, как и любого точного геодезического прибора, разрешают выполнять квалифицированному специалисту. В нивелире инженер-геодезист может произвести чистку оптических деталей, чистку и смазку механических деталей и узлов, заменить пружины и штифты наводящего и элевационного винтов, заменить ампулы уровней, отрегулировать ход подъемных винтов, исправить главное условие и перекос сетки нитей, исправить несимметричное и нерезкое изображение концов пузырька контактного уровня в поле зрения зрительной трубы, а также выполнить другие профилактические

икотировочные работы.

Впроцессе разборки прибора необходимо соблюдать следующие правила: до разборки прибора или его узлов нанести метки на сопрягаемые детали; подбирать размер отвертки со-

52

размерно шлицу винтов; перед вывинчиванием винта проверить наличие стопорных винтов; располагать детали в определенном порядке, запоминая очередность разборки; для сохранения резьбы винтов и гаек целесообразно крепежные винты деталей и узлов устанавливать сразу после их снятия на свое место; перед завинчиванием винта необходимо слегка смазать его резьбу; не допускать резких рывков при затягивании винтов и гаек, а также их перетягивания или недокрепления; прочищать металлические детали бензином, оптические детали - спиртом-ректификатом; выполнять разборку в сухом помещении.

Принципиальная оптическая схема нивелира Н-3 показана на рис. 49.

Главное условие нивелира с элевационным винтом: визирная ось зрительной трубы (линия, соединяющая центр объектива и центр сетки нитей) должна быть параллельна оси цилиндрического уровня (касательной к внутренней поверхности ампулы уровня, проведенной вдоль его длины через пузырек, при нахождении пузырька в нуль - пункте) [5, 10, 51, 47, 53, 94].

Главное условие в нивелире Н-3 (НИ-3) исправляется вертикальными котировочными винтами цилиндрического уров-

Рис. 49. Оптическая схема нивелира Н-3:

1 - объектив; 2 - фокусирующая линза; 3 - сетка нитей; 4 - окуляр; 5 - ампула уровня; 6 - пузырек цилиндрического уровня; 7 - блок из двух сфеноидов типа БМ-90°; 8 - призма АР-90°; 10 - микрообъектив; 9 и 11 - ромб-призмы БС-0°

53

заглушку, расположенную в правом верхнем углу, и, ослабив два винта крепления оправы микрообъектива 10, переместить оправу за головку одного из винтов вдоль оптической оси до получения резкого изображения, после чего закрепить крепежные винты оправы микрообъектива, установить заглушку и закрыть кожух уровня. Перекос сетки нитей 3 относительно отвесной линии устранить после отделения оправы окуляра 4 (рис. 58). Для этого необходимо вывинтить три винта крепления окуляра, отделить окуляр и, ослабив верхний и нижний винты крепления сетки на полный оборот, а средний винт на четверть оборота, развернуть сетку, после чего в обратном порядке закрепить все винты.

Зрительную трубу нивелира разбирать запрещается. Однако, в случае крайней необходимости, следует: отстопорить и вывинтить объектив, отделить втулку с фокусирующей линзой,

55

ную палочку используют для нанесения одной - двух капель масла (не более).

Для летней смазки применяют масло типа ОКБ-122-16 или ОКБ-122-5, для зимней смазки - масло типа ОКБ-122-12 или ОКБ-122-7. Ось рекомендуется смазывать не чаще одного раза в сезон [49].

Ознакомимся с конструкциями подъемных винтов.

На рис. 52 показана конструкция одного из подъемных винтов, используемых в нивелире H-3KJI. На рис. 53 показана конструкция подъемного винта, используемого в нивелирах ЗН-ЗКЛ и 4Н-2КЛ (ПО "УОМЗ").

1

Рис. 52. Подъемный винт нивелира H-3KJ1:

1 - винт со сферической опорой; 2 - головка; 3 - оправа винта; 4 - шлиц оправы; 5 - разрезная втулка; 6 - зажимная гайка регулировки плавности хода подъемного винта; 7 - отверстия под шпильку

Люфт или чрезмерное усилие вращения подъемных винтов, изображенных на рис. 52, регулируют шпилькой, вывинтив винт 1 до совмещения отверстий 7 с отверстиями в головке 2 (на рис. 52 не показаны), при недостаточной устойчивости подставки у нивелиров ЗН-ЗКЛ необходимо вывинтить подъемные винты до упора и отрегулировать их ход регулировочными стопорными винтами 5 (см. рис. 53), устранив зазор между винтом 2 и цилиндрическим приливом 10.

56

Рис. 53. Подъемный винт нивелира 3H-3KJI:

1 - ограничительная гайка; 2 - винт; 3 - упор; 4 - втулка; 5 - стопорный винт; 6 - головка винта; 7 - трегер; 8 - шарик; 9 - упорная пластина;

10 - цилиндрический прилив

На рис. 54 приведена принципиальная схема наводящего

Рис. 54. Принципиальная схема наводящего винта:

1 - патрон возвратной пружины; 2 - возвратная пружина; 3 - зажимная втулка; 4 - водильце; 5 - штифт; 6 - рама крепления зрительной трубы;

7 - головка наводящего винта

При разборке наводящего винта необходимо вывинтить стопорные винты и отделить патрон возвратной пружины или головку наводящего винта от корпуса (см. рис. 57).

Элевационный винт (рис. 55) используют в нивелирах для приведения визирной оси (линии, соединяющей центр объектива и центр сетки нитей) зрительной трубы в горизонтальное положение.

Разборка элевационного винта практически не отличается от разборки наводящего винта. Сборку нивелира выполняют в обратном порядке.

57

Рис. 55. Принципиальная схема элевационного винта:

1 - оправа; 2 - конус; 3 - соединительный штифт; 4 - головка элевационного винта; 5 - упор; 6 - направляющая втулка; 7 - подъемный штифт; 8 - прилив корпуса зрительной трубы; 9 - пружина; 10 - регулируемая по высоте пята

Основные неисправности элевационного винта: при ввинчивании головки 4 окулярная часть корпуса зрительной трубы не поднимается, причины: отсутствует штифт 7 или сносилась пара штифт - конус; при вывинчивании головки 4 окулярная часть не опускается, причины: ослабла или сломалась пружина 9 (для устранения неисправностей необходимо разобрать элевационный винт и заменить неисправную деталь); при отгоризонтированном по поверенному круглому уровню приборе не работает элевационный винт, причина: изношен штифт 7 (для исправления необходимо вывинтить пяту 10).

58

4. ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА НИВЕЛИРОВ С КОМПЕНСАТОРАМИ И ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель работы: изучить конструктивные особенности компенсаторов, порядок неполной разборки и сборки нивелиров с компенсаторами, основные неисправности и их устранение; исследовать параметры компенсатора [34]: время затухания tk диапазон работы компенсатора vK, случайную погрешность компенсатора (среднюю квадратическую погрешность) mk, систематическую погрешность работы компенсатора 9К

Приборы и принадлежности: нивелир типа H-3KJI (НЙК-2), реечка с миллиметровыми делениями шкалы, секундомер, набор часовых отверток, шпилька, три деревянные палочки, вата, спирт, бензин, веретенное масло, ветошь.

Содержание и порядок выполнения работы

Главное условие нивелира с компенсатором: визирная ось в пределах работы компенсатора должна быть горизонтальна в момент визирования на рейку [79].

При наклонах зрительной трубы в пределах работы компенсатора визирная ось должна соответствовать горизонтальному положению. В настоящее время наибольшее распространение получили схемы с оптико-механическими компенсаторами [44, 79, 80].

Принцип действия оптико-механического компенсатора показан на рис. 60 [24, 45]. Здесь: при горизонтальном положении визирная ось проходит через точку П на рейке, центр объектива (главную точку Н объектива) и перекрестие сетки нитей С. Однако, во время работы с прибором зрительная труба может наклониться на угол g, поэтому отсчет П будет смещен относительно перекрестия сетки нитей и составит П1в

Компенсатор, установленный в точке К, приводит изображение точки П автоматически в перекрестие сетки нитей С^ При этом выполняется основное уравнение компенсации (23).

60

Рис. 60. Схема оптико-механического компенсатора

При расчетах схем компенсаторов, из-за малого значения углов у и (3, используют уравнение вида:

Чтобы получить необходимый для компенсации угол р при наклоне зрительной трубы на угол у, в большинстве случаев используют маятниковые системы подвески компенсаторов, в которых оптическая деталь (призма, зеркало или линза) подвешена или на тонких бериллиевых нитях, модуль нормальной упругости которых равен

31000 кг/мм2 [70], или на плоской пружине (как в нивелирах НИК-2 и НИК-2М).

В настоящее время известны схемы нитяных подвесок ком-

У

В общем случае для схем подвесок, приведенных на рис. 61, получена приближенная формула для расчета Км в зависимости от геометрических размеров подвески и положения центра тяжести [43]:

где а -АВ, с - СД, в = АД = ВС - для подвесок на параллельных нитях и виде трапеции; в = АС = ДВ - для подвесок на

61

скрешивающихся нитях; h - расстояние между основанием СД подвески и корпусом АВ,

(26)

L - расстояние от центра тяжести подвешенной части до основания СД (положительно, если центр тяжести находится ниже основания СД, отрицательно, если центр тяжести выше основания СД). Знак " + " в формуле (25) соответствует подвескам на параллельных нитях, знак " - " - подвескам на скрещивающихся нитях.

К м > 1

Рис. 61. Схемы нитяных подвесок компенсаторов:

а, в, г - обратный шарнирный четырехугольник; б, д, е - прямой шарнирный четырехугольник

62

В соответствии с уравнением (24) работает и схема с жидкостным компенсатором, приведенная на рис. 62 [25, 45, 65].

Рис. 62. Принципиальная схема работы жидкостного компенсатора:

1,3 - призмы АР-90°; 2 - кювета с жидкостью, содержащей 1,4-1,8% этилового спирта и 98,6-98,2% бензил ацетата

Преимущество схемы состоит в том, что она может стабилизировать ось в пространстве сразу по двум координатам. Жидкостной компенсатор используют в лазерных нивелирах, приборах вертикального проектирования и электронных тахеометрах.

Рассмотрим принципиальную схему с линзовым компенсатором (рис. 63) [35, 45, 65].

Компенсатор представляет собой положительную 2 и отрицательную 1 линзы. Линза 1 жестко скреплена со штангой 3, подвешенной на нитях. Линза 2 закреплена в оправе объекти-

АВ

С

Рис. 63. Принципиальная схема с линзовым компенсатором

63

ва. Линзы компенсатора имеют фокусные расстояния, отличающиеся между собой на значение зазора между ними, что позволяет не нарушать телескопичность зрительной трубы при смещении отрицательной линзы компенсатора.

Уравнение компенсации для этой схемы имеет вид:

где f - фокусное расстояние объектива; а = А В - расстояние между точками закрепления нитей к трубе; Ъ = ED - расстояние между точками закрепления к рычагу 3; / - расстояние от главной точки подвижной линзы компенсатора до середины между точками Е и Д крепления нитей к рычагу 3; К - постоянный коэффициент, зависящий от упругости нитей, нагрузки

на них и положения центра тяжести нагрузки; Км= — = 2,3 - Y

коэффициент механической компенсации.

Схема с линзовым компенсатором использована в нивелире НСМ-2А.

На рис. 64 приведена принципиальная схема нивелира Ni-007 предприятия "Карл Цейс" с компенсатором маятникового типа. Умножительная призма 5 при наклоне зрительной

Рис. 64. Принципиальная схема нивелира Ni-007:

1 - пентапризма; 2 - объектив; 3 - фокусирующая линза; 4 - призма-крыша (служит для получения прямого изображения); 5 - призма БР-1800; 6 - маятник; 7 - сетка нитей; 8 - окуляр; 9 - защитное стекло. Оптическая схема отсчитывания по лимбу не показана

64

трубы на угол g смещает визирный луч на значение А = f у, уравнение компенсации для данного компенсатора имеет вид:

где / - длина маятника.

Диапазон работы такого компенсатора порядка ±10'. Поворачиваемая пентапризма 1 служит оптическим микрометром.

На рис. 65 показаны принципиальная схема и принцип работы призменного компенсатора, подвешенного на бериллиевых нитях.

Рис. 65. Принципиальная схема (а) и схема действия (б) призменного компенсатора:

65

Эту схему используют в точных нивелирах типа НЗК [24, 45, 63, 65]. Здесь Км < -1. При наклоне зрительной трубы на угол g перекрестие сетки нитей С смещается в положение С{. Компенсатор сдвигает изображение правильного отсчета П в новое положение перекрестия сетки нитей на значение

Полагают [65], что, из-за малости угла наклона у, изменение расстояний / и S мало, и записывают уравнение компенсации в виде:

f ' y = 2 / K M y + 2 S a (Км + 1)

или

К м 2{l + S)

Задаваясь значениями f, S и /, вычисляют геометрические размеры подвески компенсатора. Для нивелира Н-ЗК значения Км = 2,62 -з- 3,143. При сборке прибора изменяют значение S до тех пор, пока погрешность компенсации не будет минимальна.

На этом принципе разработаны схемы нивелиров ЗН-ЗКЛ (рис. 66) и 4Н-2КЛ (рис. 67).

Рис. 66. Принципиальная оптико-механическая схема нивелира ЗН-ЗКЛ:

1 - объектив; 2 - фокусирующая линза; 3 - призма-компенсатор АР-60°; 4 - призма БкУ-60°; 5 - сетка нитей; 6 - окуляр; 7 - подвижные опоры; 8 - бериллиевые нити; 9,15 - магнито-индукционный демпфер (поз. 15 одновременно выполняет роль балансира); 10 - грузики;

11 - стопорный винт; 12 - маятник; 13 - винт; 14 - прокладка

66

В нивелире 4H-2KJI (см. рис. 67) световой поток через клин 1 (служит для исправления главного условия нивелира) попадает на объектив 2 и через него на плоское зеркало 3 (компенсатор), изображение предмета получают в плоскости сетки нитей, выгравированной на плоской поверхности призмы 4, призма 4 приклеена к плоской поверхности линзы объектива 2. Изображение предмета рассматривается через микроскоп с увеличением 30х, состоящий из пентапризмы 5, микрообъектива 6, полевой диафрагмы 7 и окуляра 8. Фокусировку по предмету осуществляют перемещением оправы 12 вместе с компенсатором 3. Зеркало-компенсатор подвешено на нитях, при этом коэффициент механической компенсации выбирают в соответствии со схемой, приведенной на рис. 61, в. При совмещении главной плоскости объектива 2 с плоскостью сетки нитей может быть применена схема, приведенная на рис. 61, а. Для устранения систематической погрешности компенсации предусмотрена возможность регулировки зазора L (см. рис. 67).

Рис. 67. Принципиальная оптико-механическая схема нивелира 4H-2KJI:

1 - клин; 2 - объектив; 3 - плоское зеркало-компенсатор; 4 - призма АР-90° с сеткой нитей; 5 - пентапризма; 6 - микрообъектив; 7 - полевая диафрагма; 8 - окуляр; 9 - четыре бериллиевые нити; 10 - опоры; И - демпфер;

12 - подвижная оправа

67

На рис. 68 показан функциональный блок призменного маятникового типа компенсатора нивелира H-3KJI, на рис. 69 - ход лучей в его призмах.

Рис. 68. Функциональная схема блока компенсатора нивелира H-3KJ1:

1 - призма АР-90° (расположена за призмой 2; показана на рис. 69); 2 - призма БР-1800; 3 - призма компенсатора БР-1800; 4 - призма АР-90°; 5 - маятник;

6 - четыре бериллиевые нити; 7 - балансир для регулировки чувствительности компенсатора; 8 - корпус блока компенсатора; 9 - три регулировочных винта стакана 10 демпфера; И - регулировочный винт чашки 12 демпфера; 13 - ось; ограничивающая маятник от разворотов в горизонтальной плоскости и обрыва нитей; 14 - четыре отверстия крепления блока компенсатора к корпусу трубы; 15 - кронштейн для крепления призмы 4; 16 - винт устранения систематической

погрешности работы компенсатора; 17 - гайка балансира

Расчет компенсатора выполняют согласно уравнению (28). Перемещение подвижной детали компенсатора, как в нивелире 4H-2KJ1, автоматически исключает возможное при фо-

кусировании колебание визирной оси.

В процессе измерений на нивелиры оказывают влияние вибрации почвы, ветер, перемещения наблюдателя и другие динамические нагрузки. Указанные факторы вызывают ко-

68

Рис. 69. Ход лучей в призменной системе компенсатора нивелира H-3KJ1:

1 , 4 - призмы АР-90°; 2 - призма БР-1800; 3 - призма БР-1800 (компенсатор)

лебания чувствительного элемента компенсатора и затрудняют процесс измерений.

ГОСТ 10528-76 регламентирует время затухания tK - продолжительность свободных колебаний или до полного успокоения чувствительного элемента, или до таких его амплитуд, которые не влияют на точность отсчитывания (не воспринимаются глазом наблюдателя).

Для геодезических приборов в основном используют три типа демпферов, гасящих колебания: воздушные (крыльчатые и поршневые (например, в нивелире H-3KJI)), жидкостные и магнитоиндукционные (например, в нивелире 4H-2KJ1).

В нивелире H-3KJI инженер-геодезист должен уметь проверить выполнение главного условия нивелира и при необходимости устранить неисправность, устранить разворот сетки нитей относительно отвесной линии, устранить систематическую погрешность и отрегулировать чувствительность работы компенсатора, исправить демпфер, почистить и смазать осевую систему, отрегулировать плавность хода подъемных винтов подставки, заменить пружину червячного механизма наводящего винта, заменить и отъюстировать положение ампулы круглого уровня. В процессе разборки-сборки необходимо соблюдать правила, указанные в разделе 3.

69

Ось 1 нивелира (рис. 70) с двух сторон опирается на закаленные полированные шайбы 2 и 4, плавность поворота ее во втулке 3 регулируют зажатием гайки 5. Для уменьшения силы трения во втулке 3 делают выборку 6. Доступ к осевой системе нивелира осуществляют после отделения подставки, вывинчивания стопорного винта гайки 5 и самой гайки, а также четырех винтов основания.

Рис. 70. Осевая система нивелира H-3KJI

Для регулировки выполнения главного условия и углового смещения сетки нитей необходимо снять защитный колпачок, легко обхватив его и вращая против хода часовой стрелки.

Невыполнение главного условия в нивелире H-3KJ1 исправляют смещением сетки нитей в вертикальной плоскости двумя винтами, расположенными над и под оправой окуляра (в нивелире Н-ЗК с одной стороны оправа сетки нитей подпружинена). При этом для смещения сетки нитей, например, вниз необходимо ослабить нижний винт примерно на четверть оборота, затем довернуть верхний винт примерно на столько же, одновременно наблюдая за смещением изображения рейки с горизонтальной нити до правильного отсчета, вычисленного при выполнении поверки главного условия нивелира. По окончании юстировки оба винта должны быть затянуты и повторно выполнена поверка.

Смещение сетки нитей от отвесной линии исправляют разворотом оправы окуляра после ослабления четырех винтов крепления в пределах предусмотренных для этого пазов, например, по отвесу - по вертикальной нити, или по удаленной

70

точке предмета - по смещению ее с горизонтальной нити (смещение должно быть не более, чем три толщины нити).

Для юстировки чувствительности компенсатора снимают крышку, затем, придерживая отверткой балансир 7, вращают гайку 17 (см. рис. 68).

Для ремонта компенсатора необходимо снять заштифтованную крышку вместе с окуляром, вывинтив для этого соответствующие винты крепления крышки.

Исправление систематической погрешности работы компенсатора осуществляют ввинчиванием или вывинчиванием отверткой винта 16 (см. рис. 68), тем самым изменяя расстояние S (см. рис. 60).

Корпус блока компенсатора 8 закреплен четырьмя винтами (два из них работают и как штифты - необходимо запомнить их расположение), вывинтив которые, можно снять блок компенсатора.

Натяжение бериллиевых нитей 6 исправляют, ослабив винт прокладки, при этом необходимо следить за тем, чтобы ось 13 при отвесном положении маятника 5 не касалась корпуса 8, исправляют только в мастерских.

Призмы блока компенсатора 1, 2, 4 жестко связаны с корпусом 8 (призмы 1 и 4 приклеены, призма 2 закреплена через прокладку двумя винтами), смещая призму 2, изменяют соотношение между Г и /.

Регулировку зазора между стаканом и чашкой демпфера осуществляют, ослабив регулировочный винт И.

Неисправность наводящего винта, как правило, возникает после ослабления закрепительного винта в рукоятке, что, как следствие, приводит к выталкиванию винта и смещению подпружиненной полу гайки.

Ремонт наводящего винта и горизонтального круга осуществляют, вывинтив четыре винта крепления основания нивелира.

Методика регулировки плавности хода подъемного винта аналогична описанной выше в разделе 3 (см. рис. 52).

В нивелире H-3KJI определенную сложность вызывает замена и регулировка положения круглого уровня, закрепленного через толстую прокладку тремя винтами. Регулировка может быть выполнена одновременно с исследованием диапазона работы компенсатора в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. При этом середина диапазона работы ком-

71

пенсатора должна соответствовать нулевому положению пузырька круглого уровня. Пузырек круглого уровня приводится в нулевое (верхнее) положение тремя исправительными (закрепительными) винтами.

На рис. 71 приведена оптическая схема нивелира НИК2М, разработанного на Изюмском приборостроительном заводе. Нивелир обеспечивает за счет введения оптического компонента 3 измерения на расстоянии до рейки от 0,5 м со средней квадратической погрешностью 2 мм на 1 км хода, диапазон работы компенсатора 20', систематическая погрешность компенсатора 0,3", увеличение зрительной трубы 31х.

Рис. 71. Оптическая схема нивелира НИК-2М:

1 - объектив; 2 - фокусирующий компонент; 3 - компонент, обеспечивающий минимальное расстояние при измерениях; 4,6 - призмы АР-90°;

5 - призма-крыша; 7 - сетка нитей; 8 - окуляр; 9 - выходной зрачок; 10 - бериллиевые ленты; 11 - корпус; 12 - точки закрепления бериллиевых нитей

Исследование времени затухания компенсатора

Перед началом испытаний необходимо по круглому уровню отгоризонтировать прибор, затем легким постукиванием по корпусу прибора в районе окулярной части убедиться в работоспособности компенсатора. Если при постукивании наблюдают смещение горизонтальной нити с точки предмета, а затем ее возврат, компенсатор работоспособен. Значение времени затухания tK выявляют по секундомеру из 10 измерений с погрешностью не более 0,5 с. Допускают время затухания не более 2 с.

72

Исследование диапазона работы компенсатора

В полевых условиях нивелир устанавливают на штативе на расстоянии 70 75 м от трехметровой рейки, в лабораторных условиях используют реечку с миллиметровыми делениями, установленную на расстоянии примерно 10 метров. Один из подъемных винтов подставки располагают по направлению на рейку.

Перед началом измерений определяют угол р, на который наклоняют трубу нивелира при повороте подъемного винта на один полный оборот головки 2 (см. рис. 52). Для этого подъемным винтом, установленным по направлению на рейку, наклоняют нивелир на такой угол, при котором компенсатор не работает. Отсчитывают по рейке А1? поворачивают подъемный винт в ту же сторону на один полный оборот и отсчитывают по рейке А2 . УГОЛ наклона Р визирной оси вычисляют как

где S - расстояние от прибора до рейки в мм; р' = 3438'.

73

При повороте винта на один шаг головки (выступ + впадина) прибор наклонится на угол р' = Р'/я, где п - количество

шагов.

По круглому уровню нивелир предварительно горизонтируют (i = О') и отсчитывают по рейке, затем соответствующим подъемным винтом нивелиру придают наклон каждый раз на один шаг, отсчеты по рейке записывают в табл. 5.

Изменение отсчета более, чем на 1 н- 2 мм, свидетельствует о прекращении действия компенсатора.

При исследованиях следят за положением пузырька круглого уровня.

Из табл. 5 следует, что в диапазоне углов наклона v = ± 18,6' компенсатор работает. Согласно требований [34] для нивелиров такого класса точности v > ± 15'. Более точно диапазон действия компенсатора определяют на экзаменаторе, пользуясь микрометренным винтом экзаменатора, а вместо рейки используя коллиматор с окулярным микрометром. Расширение диапазона работы компенсатора ухудшает точность ориентирования прибора относительно отвесной линии и увеличивает время затухания подвижного элемента.

Исследование случайной средней квадратической mk и систематической 0к погрешностей работы компенсатора

При исследовании случайной и систематической составляющих погрешности работы компенсатора нивелир и рейку располагают аналогично предыдущему исследованию. Результаты записывают в табл. 6.

Оценку точности выполняют по следующим формулам:

(30)

(31)

где Abj - разность отсчетов по рейке для одного и того же угла наклона в прямом и обратном ходе.

74

Av - разность средних отсчетов по рейке из прямого и обратного ходов при наклоне оси нивелира на угол v и при отсутствии наклона (v = О7), S - расстояние от нивелира до рейки, в полевых условиях выбирают [49], исходя из условия лучшей видимости наименьшего деления рейки:

— видимое значение наименьшего деления рейки. При v = 30х, t = 10 мм имеем S = 75 м.

При исследованиях по реечке с ценой деления 1 мм было

мммм

75

5. ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА ВЫСОКОТОЧНЫХ НИВЕЛИРОВ ТИПА Н-05. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОГО МИКРОМЕТРА С ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПЛАСТИНКОЙ

Цель работы: изучение устройства нивелира, выявление основных неисправностей и их устранение; исследование основных параметров оптического микрометра: цены деления на всей длине шкалы, диапазона работы, люфтов в механизме, наклоняющем плоскопараллельную пластинку.

Приборы и принадлежности: нивелир Н-05 (или Н-2) и компарированная реечка с миллиметровыми делениями.

Содержание и порядок выполнения работы

Нивелирование первого и второго классов выполняют с помощью штриховых инварных реек с ценой деления 5 мм. Штрихи, как правило, нанесены на металлической ленте, выполненной из инвара (сплава, практически не чувствительного к изменениям температуры). В настоящее время выпускают как нивелиры с контактным уровнем при зрительной трубе (например, Изюмский завод с 1979 г. выпускал нивелиры Н-05 с ценой деления уровня -10"), так и нивелиры с компенсатором (например, завод "Карл Цейс" в Йене выпускал нивелир Ni-002, в котором в качестве компенсатора было использовано качающееся зеркало, завод гарантировал при изготовлении значение угла i не более 3" [45]).

Точность отсчитывания по рейке повышают за счет использования зрительных труб с увеличением порядка (40 45)х, а также применения оптического микрометра. В качестве подвижного оптического элемента микрометра наибольшее распространение в нивелирах получила плоскопараллельная пластинка (ППП), расположенная перед объективом (нивелир НА-2 с насадкой перед объективом [24]), или за объективом

77

(нивелиры НБ-2, НБ-3 и НБ-4, где ППП установлена между объективом и фокусирующей линзой [24, 25]). Принципиальная схема устройства оптического микрометра с ППП перед объективом приведена на рис. 72 [25, 45].

1<3 6

Рис. 72. Принципиальная схема тангенциального механизма микрометра:

1 - плоскопараллельная пластинка (ППП); 2 - винт регулировки цены деления барабанчика оптического микрометра; 3 - объектив; 4 - штанга; 5 - шкала барабанчика; 6 - индекс; 7 - контргайка; 8 - шаровая опора регулировочного винта; d - толщина ППП; R - радиус вращения;

8 - угол наклона ППП

Тангенциальный механизм передачи вращения ППП в нивелире Н-05 изображен на рис. 73. На рис. 74 показано поле зрения нивелира. Порядок расчета оптического микрометра с

ППП подробно рассмотрен в учебнике [45].

Для практических расчетов значения смещения луча плоскопараллельной пластинкой при малых углах падения 8 (± 15°) достаточную точность обеспечивает формула, предложенная Г. Вильдом [25]:

h=d(n-me

п

Так как угол £ мал, то формулу (34) записывают в виде [26]:

78

1 - ППП; 2 - юстировочный винт;

3 - штанга-толкатель;

4 - закрепительный винт

Из формулы (35) видно, что при расположении ППП перпендикулярно падающему лучу (е = 0°) смещение h отсутствует. Цена деления барабанчика отсчетного микрометра равна 0,05 мм, ее регулировку осуществляют изменением длины юстировочного винта с шаровой опорой 2 (см. рис. 73).

Доступ к юстировочному винту осуществляется после снятия крышки под зрительной трубой. При регулировке сначала ослабить винт 4, после чего отверткой завинтить или вывинтить юстировочный винт 2 и снова закрепить винт 4. Количество штрихов на барабанчике должно обеспечивать измерения в пределах цены деления рейки. Конструктивно шкала барабанчика и отсчетный индекс могут быть проецированы, как у нивелира Н-05, в поле зрения зрительной трубы (см. рис. 74).

Порядок исправления установки сетки нитей нивелира Н-05 относительно отвесной линии: снять крышку со стороны окуляра, вывинтив три стопорных винта; снять окуляр, предварительно вывинтив три крепежных винта; ослабить правый и левый винты на оправе сетки нитей на целый оборот, средний винт примерно на четверть оборота; повернуть оправу сетки нитей; надеть окуляр и проверить по отвесу положение вертикального штриха сетки; закрепить сначала средний, а затем правый и левый винты; закрепить на тубусе зрительной трубы окулярное устройство; закрепить окулярную крышку винтами.

79

При неплавном вращении верхней части нивелира Н-05 необходимо в первую очередь проверить смазку вертикальной оси вращения. Для этого необходимо выполнить следующие действия: вывинтить два винта крепления вкладыша, расположенного под установочным уровнем; вывинтить до упора наводящий винт; отжать гильзу возвратной пружины и, слегка поворачивая верхнюю часть нивелира, снять ее с вертикальной оси; протереть ось и втулку салфеткой и нанести на ось 5-^6 капель масла; надеть на ось верхнюю часть, при этом следить за тем, чтобы гильза возвратной пружины попала в углубление на водильце хомутика; ввинтить наводящий винт, при этом шпилька наводящего винта должна попасть в углубление на водильце хомутика; закрепить винтами вкладыш.

Ранее выпускавшиеся нивелиры НБ-2 (ППП расположена внутри трубы) и НА-1 (ППП в виде насадки) имеют ряд одинаковых узлов (например, вертикальную и горизонтальную системы осей и одну оптическую схему контактных уровней (рис. 75) [22]. На рис. 76 приведена оптическая схема нивелира Ni-2.

б

Рис. 75. Оптическая схема контактного уровня нивелира НБ-2:

1 - блок призм-сфеноидов; 2 - призма; 3 - микрообъектив; 4 - ромб-призма; 5 - сетка нитей; 6 - окуляр

80

Рис. 76. Оптическая схема нивелира Ni-2 (фирмы "Carl Zeiss"):

1 - объектив; 2 - отрицательный мениск; 3 - фокусирующая линза;

При использовании нивелира Н-05 необходимо придерживаться следующего порядка работы на станции [34, 49, 62]:

отгоризонтировать нивелир по круглому уровню, вращая головку элевационного винта, совместить изобра-

жения концов пузырька цилиндрического уровня (см. рис. 74), вращая барабанчик микрометра, навести биссектор на

ближайший штрих рейки и отсчитать по ней (отсчет А), отсчитать по барабанчику (отсчет В), вычислить полный отсчет как (А + В - 50).

Исследование оптического микрометра с ППП в лабораторных условиях выполняют в следующем порядке:

примерно в 10 метрах от прибора на его высоте установить компарированную реечку с миллиметровыми делениями,

установить отсчет по барабанчику, близкий к нулю, выполнить измерения при наведении на 5 6 штрихов ре-

ечки в прямом (вращать барабанчик оптического микрометра по ходу часовой стрелки (на ввинчивание)) и обратном (вращать барабанчик против хода часовой стрелки (на вывинчивание)) ходе, отсчитывая по шкале микрометра с погрешностью не более 0,1 деления барабанчика, перед отсчитыванием необходимо совмещать концы пузырька контактного уровня.

Результаты измерений заносят в табл. 7, при этом колонку 4 заполняют снизу.

Если пропущен нужный штрих, то барабанчик возвращать назад, а затем выполнять совмещение изображения штриха

81

шкалы с сеткой нитей в нужном направлении. При выполнении исследований в учебных целях можно принять значение цены деления реечки а = 1,000 мм по всей ее длине.

Качество работы передаточного механизма, наклоняющего

ППП, оценивают по разностям отсчетов по шкале из прямого и обратного ходов, исходя из условия:

где п - количество наблюдаемых штрихов на реечке.

При выполнении условия (36) считают, что люфт механизма, наклоняющего ППП, отсутствует, и тогда при измерениях барабанчик можно вращать в любую сторону.

Цену деления шкалы микрометра ij на i-м интервале вы-

82

Цену деления Тср из одного приема вычисляют как:

При выполнении работы необходимо провести 2-5-3 приема, в производственных условиях согласно инструкции [34] выполняют N = 6 приемам, затем результаты измерений из шести приемов усредняют, за окончательное значение цены деления принимают:

Оценку точности результатов исследования т0 выполняют по следующим формулам [49]:

"1) ЛГ(л-1)-1

В полевых условиях цену деления барабанчика исследуют на различных расстояниях до рейки и при разной температуре [34].

Поверку главного условия нивелира Н-05 выполняют аналогично поверкам нивелира Н-3. Однако при несоблюдении главного условия его исправляют вращением клиновидного защитного стекла, находящегося перед объективом зрительной трубы, предварительно ослабив стопорный винт [86].

83

6. ЭЛЕКТРОННЫЕ НИВЕЛИРЫ: УСТРОЙСТВО, ИССЛЕДОВАНИЯ

ИМЕТОДИКА РАБОТЫ

Внастоящее время большое внимание уделяют цифровым нивелирам.

Их производством занимаются такие известные фирмы, как Trimble, Sokkia, Leica и Topcon [41].

Цифровые нивелиры позволяют свести до минимума субъективные погрешности наблюдателя, накапливать результаты полевых измерений в памяти прибора и передавать их в компьютер. Нивелиры, в обозначении которых приведена буква "Т", позволяют измерять горизонтальный угол и вычислять координаты штрих-кодовой рейки.

Устройство электронного нивелира DINI 10

Оптическая схема электронного нивелира DINI 10 приведена на рис. 77.

Изображение штрих-кодовой рейки (на рис. 77 не показана) получают с помощью объектива 1 одновременно в плоскости сетки нитей 7 и в плоскости сенсорного приемника излучения 10, куб-призма 6 служит для разделения светового потока (при юстировке прибора с помощью коллиматора добиваются одинаковой резкости изображений сетки нитей и приемника излучения), нити обратного шарнирного четырехугольника выполнены в виде тонких лент, объектив 1 закреплен стопорным винтом - его перемещение вдоль оптической оси позволяет юстировать коэффициент нитяного дальномера.

Методика нивелирования на станции цифровым нивелиром DINI 10

Согласно паспортным данным цифровые нивелиры могут быть использованы при нивелировании второго, третьего и четвертого классов точности, обеспечивая при этом высокую производительность работы и возможность хранения и записи информации на ЭВМ.

85

н н ь

Рис. 77. Оптическая схема электронного нивелира DINI 10:

10 - сенсорный приемник излучения; 11 - воздушный демпфер; 12 - корпус трубы; А, В, С, D - точки закрепления нитей

Рассмотрим методику работы на станции цифровым нивелиром DINI 10 (Trimble):

1.Горизонтировать нивелир и включить его кнопкой "ON/ OFF", на дисплее появится несколько предложений для работы.

2.Нажать кнопку "MENU", зайти в директорию "INPUT"

ив зависимости от класса нивелирования установить следующие параметры:

MAX DIST - максимальное расстояние от нивелира до рейки,

MIN HEIGHT - минимальная высота визирования на рейку, MAX DIFF - максимальная разница в превышениях, по-

лученных в двух приемах,

3.Найти в меню директорию "SET INSTR PARAM" и установить единицы измерения (метры или футы).

4.Через кнопку "INFO" просмотреть общее состояние нивелира.

5.Для начала работы нажать "LINE" и выбрать "NEW LINE"

86

6.С клавиатуры ввести номер хода.

7.Нажать кнопку "ОК".

8. Выбрать методику измерений: BFFB), B F B ( 3 n n 3 F (ЗПЗП), BBFF (ЗЗПП), BF (ЗП); для выбора необходимо нажимать кнопку "MODE", после чего "ОК".

9.Ввести высоту исходного пункта Z=

10.Ввести номер начального репера хода.

11.Ввести код репера (например, его номер в ГГС). Пункты 9-5-11 процессор запрашивает сам. После выпол-

нения п. 11 на экране дисплея будет показана высота начального репера, его номер и подсказка о том, на какую рейку необходимо визировать (например, В I 1).

Для контроля разности плеч необходимо использовать кнопку "DIST", тогда процессор не записывает результат измерений в память и не сбивает программу нивелирования.

12.Визировать на заднюю рейку и нажать кнопку "MEAS".

13.Визировать на переднюю рейку (В Т 2) и нажать кнопку "MEAS". Перед измерением процессор автоматически увеличивает номер точки на 1.

14.Изменить высоту прибора более, чем на 3 см.

15.Визировать на переднюю рейку (F Т 2) - "MEAS".

16.Визировать на заднюю рейку (В I 1) - "MEAS".

17.После контроля перейти на следующий штатив.

При несоблюдении какого-нибудь условия процессор покажет ошибку (например, 323: rod not reable - недостаточная освещенность кодовой рейки, тогда необходимо нажать кнопку "REP", осветить рейку и выполнить повторные измерения). Кроме того, целесообразно разделять номера пунктов хода (например: 1, 2, 3 и т.д.) и промежуточные точки хода (например: 501, 502, 503 и т.д.). В условиях нормального освещения время измерения занимает 2 ^ 4 секунды, при низкой освещенности время измерения увеличивается до 7 секунд. Так как приемник излучения работает в инфракрасном диапазоне спектра излучения, то при искусственном освещении рейки лучше использовать галогенные или вольфрамовые лампы, возможно использование обычного фонарика или лампы накаливания. При этом рейка должна быть равномерно освещена, не должно быть зон с максимальной освещенностью. Если лампа установлена над рейкой, то световой поток должен быть

87

7.ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА ТЕОДОЛИТОВ ТИПА Т2

Цель работы: изучить оптические схемы и отсчетную систему теодолитов Т2, 2Т2, ЗТ2КП, устройство механических узлов (вертикальной осевой системы, горизонтальной оси вращения зрительной трубы, наводящего и закрепительного винтов алидады горизонтального круга и зрительной трубы и др.), порядок неполной разборки и сборки теодолитов, отличия в разборке указанных выше приборов, основные неисправности теодолитов и методы их устранения, выявить неисправности и произвести частичную разборку и сборку, в отчете описать методику их исправления.

Приборы и принадлежности: теодолит типа Т2, отвертки, шпилька, вата, спирт, бензин, ветошь, лист плотной бумаги.

Содержание и порядок выполнения работы

Изучаемые теодолиты содержат порядка 70 оптических деталей [49] и являются сложными оптико-механическими приборами. На рис. 78 показана оптическая схема теодолита Т2 (зрительная труба - поз.36 39; отсчетная система горизонтального круга - поз. 1, 2, 26 -г- 35, 17 -н 25; отсчетная система вертикального круга - поз. 1 -ь 25; оптический центрир - поз. 41 -S- 44). На рис. 79 показана оптическая схема теодолита ЗТ2КП. Принципиально оптическая схема теодолита 2Т2 мало отличается от оптической схемы теодолита Т2: в оптическом центрире теодолита Т2 призма 42 (см. рис. 78) поворачивает направление хода лучей на 90°, у теодолита 2Т2 она заменена на пентапризму, объектив зрительной трубы теодолита Т2 состоит из двух склеенных компонентов, объектив теодолита 2Т2 состоит из двух одиночных и одной склеенной пары линз [31, 65], поле зрения теодолита 2Т2 аналогично полю зрения теодолита ЗТ2КП (см. рис. 81). Сетка нитей теодолитов Т2 и 2Т2 показана на рис. 41, в. На рис. 80 показано поле зрения отсчетного микроскопа теодолита Т2. При отсчитывании необходимо соблюдать следующий порядок: вращая барабанчик

89

Рис. 78. Оптическая схема теодолита Т2:

1 - зеркало подсветки; 2 - иллюминатор; 3, 4, 11, 14, 15, 26, 33, 42, 45, 46, 48 - призмы; 5 - вертикальный круг;

6, 9 - призмы мостика вертикального круга; 7, 8 - микрообъективы мостика вертикального круга; 10 - призма со светофильтром; 12, 13 - микрообъективы; 16 -ромб-призма; 17, 18, 19, 20 - оптические клинья; 21 - блок призм;

22 - шкала; 23 - пентапризма; 24 - объектив микроскопа; 25 - окуляр; 27 - призма с коллективом; 28 - горизонтальный круг; 29, 32 - призмы мостика

горизонтального круга; 30, 31, 34, 35 - микрообъективы; 36 и 37 - объектив зрительной трубы; 38 - фокусирующая линза; 39 - окуляр;

40 - защитное стекло; 41 - объектив центрира; 43 - сетка центрира; 44 - окуляр центрира; 47 - призма-лупа; 49 - линза

90

Рис. 79. Оптическая схема теодолита ЗТ2КП:

зрительная труба: 43 - объектив; 44 - фокусирующая линза; 45 - оборачивающая система; 46 - сетка нитей; 47 - окуляр;

вертикального круга: 1,48 - зеркала подсветки; 2 - иллюминатор; 32, 34, 38, 40, 24 - микрообъективы; 18, 31, 49 - призмы АР-90°; 37 - ППП;

29 - линза; 39 - блок призм (призма БС-0° и призма АР-90°); 41 - призма АР-90° со светофильтром; 42 - призма БС-0°; 35 - призма-компенсатор АкР-90°;

36 - призма; 26 - вертикальный круг; 20, 27 - коллективы; 28, 30 - призмы БР-1800; 23, 33 - диафрагмы; оптический центрир (рис. 82): окуляр

и длиннофокусная линза на схеме не показаны; 50 - призма; 51объектив

91

оптического микрометра, совместить изображения штрихов двух противоположных участков лимба в левом окне, слева сверху вниз направо определить отсчеты градусов, отличающиеся на 180°(на рис. 80 - 38° и 218°), по верхней шкале отсчитать градусы (38°), отсчитать количество делений, определяющих десятки минут, до противоположных градусов (20"), в правом окне напротив неподвижного индекса-нити справа отсчитать количество минут (2'), в том же окне слева отсчитать количество оцифрованных десятков секунд, от них до

Рис. 80. Поле зрения отсчетного микроскопа теодолита Т2

Рис. 81. Поле зрения теодолитов 2Т2 и ЗТ2КП

92

неподвижного индекса количество секунд и оценить долю наименьшего деления на глаз, равную количеству десятых долей секунды.

В теодолите ЗТ2КП (или 2Т2) при отсчитывании необходимо выполнить следующие действия: барабанчиком оптического микрометра совместить штрихи противоположных участков лимба в нижнем левом окне (см. рис. 81), в левом верхнем окне напротив шкалы десятков минут прочитать количество градусов (175°), спроецировав середину градусного числа на шкалу десятков минут, прочитать количество десятков (3), в правом окне напротив неводвижной нити-индекса слева прочитать количество минут (4), в правом окне справа прочитать оцифрованные десятки секунд (10), секунды (5) и оценить на глаз десятые доли секунды (0). Необходимо помнить: при отсчетах, близких к целому количеству десятков минут, может возникнуть неоднозначность, поэтому при определении десятков необходимо определить минуты и, если количество минут 1 - ^ 2 - считать десятки под градусами, если количество минут 8 -s- 9 — считать предыдущее количество десятков.

При изучении оптических схем теодолитов целесообразно разделить их на четыре составные части: зрительную трубу, отсчетный микроскоп алидады горизонтального круга, отсчетный микроскоп вертикального круга, оптический центрир (рис. 79).

В теодолите ЗТ2КП в схеме оптического центрира использована равнобедренная призма типа БкР-90°. Объектив зрительной трубы выполнен четырехлинзовым, кроме того, для получения прямого изображения в схему введена оборачивающая система-призма Аббе (поз. 45 на рис. 79).

Ход лучей в отсчетном микроскопе алидады горизонтального круга (см. рис. 79)

Ход лучей в отсчетном микроскопе алидады горизонтального круга у теодолитов типа Т2 ЗТ2КП практически одинаков.

Параллельный пучок света падает на зеркало 1(в полевых условиях наибольшее освещение дает фон неба) и от него на иллюминатор 2, иллюминатор имеет матовое покрытие, поэтому после него в поперечном сечении пучка света наблюда-

93

Рис. 82. Принципиальная оптическая схема центрира теодолитов ЗТ2КП; ЗТ2КА и ЗТ5КП:

1 - длиннофокусная линза; 2 - объектив; 3 - призма; 4 - коллектив-сетка; 5 - окуляр

ется одинаковая освещенность по полю. Далее, отразившись от зеркала 3 и призмы БР-1800 5 с коллективом 4, пучок света освещает лимб алидады горизонтального круга 6. Цена деления лимба 20', штрихи бифилярные, сплошная оцифровка градусов в пределах 360°. Промежуточное изображение штрихов и градусов образуется с помощью призм 7, 11 и микрообъективов 8, 10 в масштабе 1:1 на противоположном участке лимба. Далее полученное промежуточное изображение лимба и противоположный участок лимба с помощью микрообъективов 14 и 15 через пары неподвижных 16 и подвижных 17 клиньев и призму 18 проецируется на разделительную границу блока 1 8 - 2 0 . Пентапризма 22 и микрообъектив 24 необходимы для рассматривания изображений круга в фокальной плоскости окуляра 25.

Вид снизу теодолита ЗТ2КП приведен на рис. 84.

Ход лучей в клиньях оптического микрометра показан на рис. 83.

В оптическом микрометре подвижная пара клиньев жестко соединена со шкалой. При перемещении подвижных клиньев изображения частей круга перемещаются навстречу друг

94

Рис. 83. Схема хода лучей в клиньях оптического микрометра

другу, проходя равные расстояния, поэтому при цене деления лимба 20' достаточно диапазона шкалы 10'.

Оптический мостик (см. рис. 79, поз. 7 - 1 1 ) включает микрообъектив (поз. 8 и 10) с увеличением, равным одному

крату. Если они разъюстированы, то возникает разность ренов Л г = гв " г„-

Микрообъективы 14 и 15 отсчетного микроскопа передают изображения в масштабе, соответствующем размеру шкалы 21, в противном случае возникает средний рен.

Принцип формирования изображений от вертикального круга теодолитов Т2 и 2Т2 аналогичен рассмотренному выше для горизонтального круга.

95

4

7

8

3

Рис. 84. Теодолит ЗТ2КП (вид снизу):

1, 2, 3 - винты крепления низка к алидаде; 4 - винт; 5, 6 - регулировочные винты призмы АР-180°; 7, 8 - регулировочные винты призмы подсветки АР-180°;

9 - защитная крышка центрира; 10 - хвостовик; 11, 12 - заглушки

Переключение кругов осуществляют введением в ход лучей ромб-призмы 16 (см. рис. 53) или призмы 41 (см. рис. 54). Совмещение штрихов лимба барабанчиком оптического микрометра осуществляют после совмещения изображений концов пузырька цилиндрического уровня при вертикальном круге. В оптическую схему отсчетного микроскопа вертикального круга теодолита ЗТ2КП введен призменный компенсатор (призма с крышей АкР-90°), который обеспечивает постоянным отсчет по вертикальному кругу при визировании на одну цель при случайных наклонах оси вращения прибора. Диапазон работы компенсатора ± 4', погрешность компенсации не более 0,871'.

Наличие компенсатора повышает производительность работы, так как нет необходимости при отсчитывании по вертикальному кругу совмещать концы пузырька контактного уровня.

Кроме того, для удобства отсчитывания десятков минут в теодолите ЗТ2КП предусмотрена возможность установки начального нулевого отсчета. Для этого вращением маховика, расположенного на колонке теодолита, изначально совмещают изображения противоположных участков лимба. ППП 37 и отрицательная полулинза 29 расположены в устройстве юстировки места зенита (см. рис. 79).

96

Рассмотрим оптическую схему зрительной трубы теодолита ЗТ2КПА с автоколлимационным окуляром (рис. 85). Здесь сетка нитей нанесена на полупрозрачной грани куб-призмы 4.

Рис. 85. Зрительная труба теодолита ЗТ2КПА:

8 - выходной зрачок

Юстировка оптических систем теодолитов требует специальных навыков, поэтому разбирать теодолит исполнителю не рекомендуется. Однако, при необходимости, инженер-гео- дезист может выполнить ряд юстировок и мелкий ремонт. При этом, кроме правил, применяемых при разборке нивелира (см. раздел 3), следует соблюдать следующие условия:

не производить разборку теодолита на открытом воздухе; исключить попадание на поверхность оптических деталей

пыли, масла и песчинок; перед чисткой тщательно осмотреть вату и поверхности

оптических деталей; при снятии и установке оптических деталей исключить при-

косновение к рабочей поверхности детали или сдвиг другой оптической детали;

чистку оптических деталей производить круговыми движениями от центра детали к краям, при этом, для сохранения нанесенных покрытий, нельзя прикладывать чрезмерных усилий; строго следить за сохранностью водоотталкивающей за-

мазки, обеспечивающей герметичность прибора в целом.

97

Порядок неполной разборки теодолитов

Неполную разборку теодолитов выполняют только в случае обнаружения неисправностей и при смазке осевых систем, в сезонной смазке теодолиты не нуждаются [91], необходимость смазки выявляется только при температуре Ю....30°С. Кронштейны с оптическими деталями можно отделять, если они заштифтованы (особенно при разборке симметричных деталей), на сопряженных деталях полезно делать метки мягким карандашом или краской.

При разборке необходимо соблюдать порядок расположения деталей на монтажном столе.

На рис. 86 изображены принципиальные схемы вертикальной оси теодолитов технической точности типа ТЗО (а), вертикальной полукинематической оси теодолитов ЗТ2КП, ЗТ2КПА

(б)и ЗТ5КП (в).

Втеодолитах 2Т5К и Т2 разборку вертикальной оси необходимо производить в следующем порядке:

положить теодолит на боковую крышку с зеркалом подсветки и, поворачивая подставку, вывинтить четыре крайние, симметрично расположенные в низке теодолита, винта; придерживая корпус, поставить теодолит на подставку и, взяв-

Рис. 86. Осевые системы теодолитов:

1 - ось; 2 - втулка-бакса; 3 - шарикоподшипник

98

шись за колонку, осторожно извлечь вертикальную ось из баксы; при тяжелом ходе горизонтального круга необходимо после извлечения вертикальной оси из баксы вывинтить три винта крепления втулки, расположенные снаружи под углом 120°, и, взявшись за шестерню горизонтального круга, снять втулку с баксы,

выполнить чистку и смазку оси (не допускать излишек масла), осуществить сборку в обратном порядке.

Для смазки используют масло типа 132-08 (ГОСТ 1837573), из густых смазок - АЦ-1 или Дельта (ТУ 38.101 833-80), или ОКБ 122-7 (ГОСТ 18179-72).

На данной стадии разборки необходимо знать устройство осевой системы лимба и алидады, наводящего и закрепительного винтов, перестановки лимба, а также назначение призм полного внутреннего отражения, расположенных в низке, их юстировку, методы исследования вертикальных осей, метод крепления горизонтального круга, методы исправления эксцентриситета лимба и устройство оптического центрира, описанные в литературе [30, 31]. Схема расположения вертикальной оси теодолита ЗТ2КП показана на рис. 87.

Рис. 87. Схема расположения вертикальной оси теодолита ЗТ2КП:

1 - втулка; 2 - ось; 3 - горизонтальный круг; 4 - оправа оптического мостика; 5, 10 - призмы полного внутреннего отражения; 6, 9 - призмы АР-90°;

7, 8 - микрообъективы

99

Порядок разборки вертикальной оси теодолита ЗТ2КП:

снять трибку перестановки горизонтального круга, вывинтив три винта на ней, затем, вывинтив четыре винта, извлечь механизм поворота горизонтального круга,

сняв боковую крышку с зеркалом подсветки, отсоединить провод подсветки, положить теодолит на бок, вывинтить три винта, скрепляющие низок с колонкой,

вывинтить колпачок, ослабив предварительно стопорный винт, ослабить три стопорных винта оправы длиннофокусной линзы центрира и снять оправу вместе с крышкой с оси,

поддерживая низок, поставить теодолит на подставку, закрепить его и, вращая колонку, осторожно извлечь вертикальную ось из баксы, при этом особое внимание обратить на сохранность насыпного подшипника.

Основные неисправности теодолита ЗТ2КП и их устранение

Зеркало подсветки отсчетного микроскопа не сохраняет приданного положения. Исправить двумя регулировочными винтами, сжимая прорезь в оправе зеркала.

Разность верхнего и нижнего рена горизонтального круга выше допустимого значения. Исправить одновременно с устранением параллакса перемещением микрообъективов (поз. 8 и 10, см. рис. 79) вдоль прорези, сняв предварительно окуляр оптического центрира и ослабив винты крепления микрообъективов.

Средний рен горизонтального круга выше допустимого значения. Исправить вместе с параллаксом между изображениями штрихов лимба и шкалы микрометра перемещением линз микрообъектива (поз. 14 и 15 см. рис. 79).

Для этого необходимо снять крышку с головкой микрометра, предварительно извлечь пружинное кольцо, затем установить окуляр микрометра на резкое изображение грани, разделяющей изображения круга, и, перемещая микрообъективы, устранить параллакс и средний рен. При исправлении среднего рена обе линзы микрообъективов 14 и 15 приблизить к горизонтальному кругу, если рен положительный, и удалить, если рен отрицательный. После исправления рена его проверить по методике, описанной в разделе 10.

Исправление положения цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга. Исправление выполнить, если при

100

поверке пузырек уровня сместился более, чем на одно деление, котировочным винтом уровня, расположенным на колонке под наводящим винтом вертикального круга, возвращая пузырек на половину отклонения.

В поле зрения микроскопа наблюдается смещение изображений штрихов лимба относительно разделительной линии. Исправить, ослабив винты в низке разворотом призмы (поз. 5, см. рис. 79).

Наблюдается затемнение углов поля зрения отсчетного микроскопа. Исправить перемещением призмы 5 (см. рис. 79), предварительно ослабив винты.

Исправление коллимационной погрешности. Коллимационную погрешность порядка Г ч- 2' исправить смещением сетки нитей зрительной трубы. Для этого необходимо снять колпачок окуляра, ослабить верхний вертикальный винт, барабанчиком оптического микрометра установить правильный отсчет, наводящим винтом горизонтального круга совместить штрихи, горизонтальными винтами привести изображение предмета в перекрестие сетки нитей и закрепить вертикальный винт. При большей коллимационной погрешности исправить ее клиновым кольцом зрительной трубы специальным ключом. При этом после юстировки необходимо проверить место зенита.

Исправление места зенита. Для исправления места зенита теодолит горизонтировать, установить по шкале микрометра отсчет, равный круг лево минус место зенита, после чего совмещение штрихов выполнить специальным ключом. В небольших пределах исправление можно выполнить смещением сетки нитей. Для исправления места зенита в полевых условиях в теодолите ЗТ2КП предусмотрено специальное юстировочное устройство, регулировочный винт которого расположен на колонке под вертикальным кругом. Устройство состоит из специально подобранных длиннофокусной линзы 29 и ППП 37 (см. рис. 81), расположенных на вращающемся секторе. Линза 29 и ППП 37 расположены таким образом, что перекрывают лучи, идущие от разных частей вертикального круга. При повороте сектора юстировочным винтом изображения частей круга смещаются навстречу друг другу с одинаковой скоростью.

Юстировка коллиматорного визира. Необходимо ослабить четыре винта крепления визира, навести зрительную

101

8.ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТИ СОВМЕЩЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ

ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ ШТРИХОВ ЛИМБА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО КРУГА ТЕОДОЛИТОВ ТИПА Т2

Цель работы: практическое освоение принципов отсчитывания по горизонтальному и вертикальному кругам теодолитов Т2, 2Т2, ЗТ2КП, исследование погрешности совмещения изображений противоположных штрихов лимба горизонтального круга теодолитов типа Т2.

Приборы и принадлежности: теодолиты Т2,2Т2,ЗТ2КП.

Содержание и порядок выполнения работы

Исследование погрешности совмещения штрихов лимба теодолита ЗТ2КП

Порядок отсчитывания с помощью оптического микрометра описан в разделе 7 [26, 36, 66]. При исследованиях лимб переставлять через 15°, на каждой установке выполняя по два совмещения, при этом отсчитывать только по шкале микрометра. Результаты измерений записывать в табл. 8.

Совмещение противоположных штрихов лимба необходимо выполнять, вращая барабанчик оптического микрометра на увеличение отсчета.

103

Шсов = 0,59"

Контроль: разность отсчетов при двух совмещениях не должна превышать

Среднюю квадратическую погрешность совмещения шсов вычислить из двойных измерений по формуле:

здесь п = 24 - количество установок лимба.

Каждый наблюдатель выполняет полную программу измерений. Для теодолитов типа Т2 значение средней квадратической погрешности совмещения не должно превышать

104

9.ПОВЕРКИ, ИССЛЕДОВАНИЯ

ИЮСТИРОВКА ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ ОСНОВНЫХ ОСЕЙ

ТЕОДОЛИТОВ ТИПА Т2 И Т5

Цель работы: практическое освоение методик поверки и юстировки теодолитов.

Приборы и принадлежности: теодолиты типа Т2, Т5, набор отверток, шпилька.

Содержание и порядок выполнения работы

Поверки и юстировка расположения основных осей теодолитов

Взаимное расположение отдельных узлов теодолита должно удовлетворять соблюдению основных геометрических условий. Некоторые из поверок, согласно паспортам на приборы [90, 91], необходимо выполнять ежедневно, при этом перед выполнением поверки прибор и вспомогательное оборудование во избежание местных напряжений в оптических и механических деталях, особенно в зимнее время, необходимо вынимать из футляра не ранее, чем через 30'. Поверки подробно описаны в [31, 35, 45, 46, 47, 85].

Поверка № 1. Внешний осмотр прибора. При внешнем осмотре выявляются комплектность прибора, маркировка, наличие механических повреждений на корпусе и оптических деталях, равномерность освещения и чистота поля зрения отсчетного микроскопа, проверяется плавность и легкость вращения подъемных и наводящих винтов, работа зажимных устройств, фокусирующего устройства и барабанчика оптического микрометра, сохранность уровней, устойчивость подставки и т.д.

Оптические детали теодолита имеют просветляющие покрытия, особенно чувствительные к механическим воздействиям. При обнаружении пыли необходимо сдуть ее (можно сжатым воздухом из резинового баллончика), после чего легким

106

движением сухой салфеткой удалить пятна. Жирные пятна (например, следы пальцев) смыть влажным тампоном, смоченным спирто-эфирной смесью (50% спирта + 50% эфира или 60% спирта + 40% эфира), и протереть поверхность легкими вращательными движениями от центра к краю.

Поверка № 2. Условие: ось цилиндрического уровня при

алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна оси вращения теодолита.

Выполнение поверки: 1) уровень установить по направлению двух подъемных винтов подставки и вращением их в противоположные стороны вывести пузырек на середину, 2) повернуть алидаду на 90° и третьим винтом вернуть пузырек на середину, снова установить уровень по направлению первых двух подъемных винтов и при необходимости ими поправить положение пузырька уровня, 3) повернуть алидаду на 180°, если пузырек уровня отклонился от среднего положения, вернуть его на половину исправительным винтом и отгоризонтировать прибор, для теодолитов типа Т2 допускается отклонение пузырька не более 0,5 деления уровня, 4) поверку обязательно повторить.

Поверка № 3. Выявление устойчивости подставки.

Выполнение поверки: 1) после закрепления теодолита на кронштейне и горизонтирования его, зрительную трубу навести на марку, 2) слегка приложив к подставке крутящее усилие в горизонтальной плоскости, сместить изображение цели примерно на половину ширины биссектора сетки нитей, после снятия усилия изображение марки должно вернуться в прежнее положение, 3) повторить п.2, прикладывая усилие в противоположном направлении. При наличии остаточных смещений выполнить юстировку.

Юстировка: а) проверить закрепление трех винтов крепления пружины трегера к его основанию, б) отрегулировать ход подъемных винтов, для чего вывинтить подъемный винт до совпадения отверстий под шпильку во втулке и регулировочной гайке, вставить шпильку и поворачивать вместе с ней

гайку подъемного винта.

Поверка № 4. Условие: вертикальная нить сетки нитей

зрительной трубы в отгоризонтированном приборе должна быть параллельна вертикальной оси вращения, горизонтальная нить - ей перпендикулярна.

107

Выполнение поверки: 1) по цилиндрическому уровню привести вертикальную ось в отвесное положение, 2) выбрать удобную для наведения точку и, вращая наводящим винтом по азимуту, убедиться в том, что изображение точки не сходит с горизонтальной нити сетки более, чем на три толщины нити (при наличии отвеса поверку выполнить по вертикальной нити).

Юстировка: а) теодолит ЗТ2КП - сняв колпачок, ослабить четыре крепежных винта оправы, повернуть окуляр так, чтобы горизонтальная нить стала горизонтальной, закрепить винты и повторить поверку; б) теодолит 2Т5КП - вывинтить два стопорных винта на колпачке, вывинтить окуляр зрительной трубы вместе с колпачком, снова завинтить окуляр (без колпачка), ослабить четыре винта крепления оправы окуляра и поворотом оправы установить горизонтальную нить сетки, затем закрепить оправу окуляра и повторить поверку, затем вывинтить окуляр, поставить колпачок на место, при этом ограничитель хода на колпачке должен обеспечивать ход окуляра в обе стороны при нормальном зрении.

Поверка № 5. Исследование коллимационной погрешности. Условие: визирная ось зрительной трубы должна быть

перпендикулярна оси вращения зрительной трубы.

Выполнение поверки: 1) зрительную трубу навести на удаленную цель, расположенную примерно на уровне горизонта прибора (отклонение < 2°), 2) при круге "лево" (при этом установить отсчет, близкий к нулю) отсчитать по горизонтальному кругу - JI1? 3) перевести трубу через зенит и при наведении на ту же точку отсчитать по горизонтальному кругу - П^ Разность двух отсчетов в первом приеме должна быть равна ±(180° ± 15") [92], 4) освободить закрепительный винт подставки, повернуть алидаду на 180° и винт закрепить, 5) снова выполнить п. 2 и 3, отсчитав соответственно Jl2 и П2 - второй прием; разность значений коллимационной погрешности между приемами при выполнении поверки теодолитов типа Т2 не должна превышать 6" (не путать с 8" при полевых измерениях) [92], для теодолитов типа Т5 < 15" [91]. Если среднее значение из приемов для теодолита типа Т2 больше, чем 15", выполнить юстировку.

Для этого необходимо вычислить правильный отсчет П'= = П + С и по правилам, изложенным в разделе 6, выполнить юстировку.

108

Поверка № 6. Проверка места нуля в теодолитах типа Т5, места зенита в теодолитах типа Т2. Условие: место

нуля (место зенита) должно быть известно (равно или приведено близко к нулю (90°)).

Выполнение поверки: 1) зрительную трубу при круге "лево" навести на удаленную точку, расположенную примерно на уровне горизонта прибора, 2) в теодолитах с уровнем при вертикальном круге совместить концы пузырька контактного уровня, в теодолитах с компенсатором - проверить работоспособность компенсатора, 3) отсчитать по вертикальному кругу (в теодолитах с двухсторонней системой отсчитывания предварительно совместив штрихи противоположных участков лимба) - отсчет JI1? 4) перевести зрительную трубу через зенит, навести зрительную трубу на ту же точку, проверить совмещение концов пузырька или штрихов лимба и отсчитать значение П1? 5) место нуля вычислить по формуле: МО = (Л! + П{ + 180°) / 2, место зенита - по формуле: MZ = ^ + rij ± 180°) / 2, при этом к отсчету, меньшему 90°, следует прибавить 360° (для теодолитов 2Т5, 2Т5К, 2Т5КП место нуля вычисляется по формуле: МО = (Л + П) / 2, при этом к отсчетам, меньшим 90°, 360° прибавлять не нужно). Место нуля исследуют несколько раз и вычисляют среднее значение. Разность между значениями МО в приемах не должна превышать 15". Если же среднее значение МО (MZ) > 15", необходимо выполнить юстировку прибора. Правила юстировки описаны в разделе 7.

Поверка № 7. Поверка наклона оси вращения зрительной трубы. Условие: ось вращения зрительной трубы должна

быть перпендикулярна вертикальной оси вращения прибора.

Выполнение поверки: 1) установить теодолит на расстоянии 5 + 10 метров от стены и под углом 40 + 50° при круге "лево" визировать на хорошо видимую марку, 2) наклонить зрительную трубу примерно на уровень горизонта прибора и отметить проекцию марки, 3) навести на ту же марку при круге "право" и снова найти ее проекцию на уровне горизонта прибора, 4) расстояние между проекциями не должно быть более ширины биссектора, иначе требуется юстировка.

Юстировку выполняют только в условиях мастерской путем разворота одной из лагер горизонтальной оси, имеющей эксцентричность относительно внутреннего посадочного диаметра.

109

Поверка № 8. Поверка оптического центрира. Условие:

визирная ось оптического центрира должна совпадать с вертикальной осью вращения теодолита.

Выполнение поверки: поверку выполнить на штативе, укрепив под ним марку, при этом при вращении алидады изображение марки не должно отклоняться более, чем на половину радиуса малой окружности, иначе требуется юстировка.

Юстировку выполнять согласно правилам, изложенным в

разделе 7.

Поверка № 9. Поверка оптических визиров. Условие: ви-

зирные оси оптических визиров должны быть параллельны визирной оси зрительной трубы.

Выполнение поверки: перекрестие визира навести на удаленную цель, затем изображение визирной цели совместить с перекрестием сетки нитей. Если при двух совмещениях, как по азимуту, так и по вертикали, смещение превышает 15', то необходима юстировка (см. раздел 7).

Исследование теодолитов типа Т2

Исследование углового расстояния биссектора сетки нитей

Угловое расстояние биссектора рбис вычисляют по формуле:

где L - расстояние от объектива до горизонтально расположенной миллиметровой линейки в мм, at - отсчеты по проекциям нитей на миллиметровую линейку, р" = 206265".

Среднюю квадратическую погрешность визирования вычислить как [70]:

(49)

12 '

Исследование цены деления цилиндрического уровня

Для теодолитов типа Т2 ампула цилиндрического уровня должна иметь номинальное значение цены деления, равное 15" [30]. Изменение цены деления в соответствии с ГОСТ 2386-73 допускается в пределах 13,5" -s- 16,5". В процессе эксплуата-

110

ции прибора возможны деформации ампулы из-за температурных изменений, "старения" ампулы и др. и, как следствие, изменение радиуса кривизны ее рабочей поверхности на разных участках.

Уровни, имеющие меньшую цену деления, могут привести к неоправданным затратам времени при горизонтировании прибора, а уровни, имеющие большую цену деления, приводят к дополнительной погрешности при измерениях.

Исследование цилиндрического уровня может быть выполнено на экзаменаторе или методом наклонного лимба [70].

При исследовании цены деления методом наклонного лимба необходимо: 1) прибор установить на кронштейне и отгоризонтировать, при этом один из подъемных винтов должен располагаться в коллимационной плоскости зрительной трубы, 2) зрительную трубу навести на удаленную точку и отсчитать по вертикальному кругу Р1? 3) зрительную трубу наводящим витом наклонить на угол v = 20" + 40", при этом отсчет по вертикальному кругу будет равен Ро = Pi ~ v> 4) подъемным винтом, лежащим в коллимационной плоскости зрительной трубы, снова навести зрительную трубу на ту же точку, 5) алидаду теодолита поворачивать до тех пор, пока пузырек уровня не займет положение 1 (рис. 88), при этом отсчитать по горизонтальному кругу а1? 6) алидаду поворачивать далее до положения 2 пузырька уровня и отсчитать по горизонтальному кругу а2, 7) цену деления уровня на данном участке вычислить по формуле:

где Аа - разность отсчетов по горизонтальному кругу, п - количество делений, на которое переместится пузырек уровня (на рис. 88 п = 5).

Рис. 88. К исследованию цены деления цилиндрического уровня

111

10. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕНА ШКАЛОВОГО МИКРОСКОПА ТЕОДОЛИТОВ

2Т5К (ЗТ5КП), 4Т15П

Цель работы: изучить устройство теодолитов 2Т5К,ЗТ5КП и 4Т15П, исследовать двумя методами рен шкалового микроскопа горизонтального круга теодолитов 2Т5К или ЗТ5КП.

Приборы и принадлежности: теодолиты 2Т5К (ЗТ5КП), 4Т15П, ЗТ2КП.

Содержание и порядок выполнения работы

Оптическая схема теодолита 2Т5К

Теодолит ЗТ5КП имеет увеличение зрительной трубы 27х, у теодолита ЗТ2КП увеличение зрительной трубы 30х. Оптические схемы зрительных труб одинаковы. В теодолите 2Т5К применен шкаловой микроскоп с односторонней системой отсчитывания по кругам. Поле зрения шкалового микроскопа теодолита 2Т5К показано на рис. 89.

На рис. 90 показано поле зрения микроскопа теодолита ЗТ5КП, оптическая схема прибора приведена на рис. 91.

Здесь изображения штрихов горизонтального и вертикального кругов проецируются в поле зрения по двум независимым каналам.

Ход лучей в системе горизонтального круга: после иллюминатора 6 (см. рис. 91) лучи проходят призму 7, затем ромбпризму 8, линзу-коллектив 9 и параллельным пучком освещают горизонтальный круг 10. Изображения штрихов горизонтального круга с помощью призмы 11 и объективов 12 и 13 формируются в плоскости шкалы плоской поверхности лин- зы-коллектива 15, приклеенной к призме 14.

Вертикальный круг освещается с помощью ромб-призмы 20 и призмы 22. К блоку призм 14 приклеены светофильтр и рассеивающая линза. Изображения штрихов вертикального круга через призмы 23, 25, 26 и 14, объективы 24 и 27 также проецируются на плоскую поверхность линзы-коллектива 15.

113

Рис. 89. Поле зрения шкалового микроскопа теодолита 2Т5К.

Отсчеты: горизонтальный круг - 236° 07,5'; вертикальный круг - 4° 37,5'

Призма 26 установлена на маятнике и выполняет роль компенсатора при вертикальном круге. Половина отражающей грани призмы 14 имеет зеркальное покрытие, граница его является разделительной линией между изображениями горизонтального и вертикального кругов. Далее изображения кругов передаются через призмы 16 и 17, объектив микроскопа 18 в фокальную плоскость окуляра 19.

Теодолит 2Т5К имеет основное положение при круге "лево".

Неисправности теодолита 2Т5К и их устранение

1) Наблюдается рен горизонтального круга (несоответствие наименьшего деления лимба длине шкалы микроскопа -

114

Рис. 90. Поле зрения шкалового микроскопа теодолита ЗТ5КП.

Отсчеты: горизонтальный круг - 236° 07,5'; вертикальный круг - 4° 37,5'

разность между действительной ценой деления лимба и определенной с помощью шкалового микроскопа).

Исправлять одновременно с параллаксом, ослабив винты крепления оправ линз 12 и 13 и перемещая их вдоль оптической оси.

2)Наблюдается рен вертикального круга. Исправлять аналогично п.1, перемещая оправы линз 24 и 27.

3)Сдвинуты или перекошены штрихи горизонтального круга относительно шкалы микроскопа. Исправлять, ослабив два винта крепления кронштейна с призмой 22, наблюдая в окуляр микроскопа, поворотом призмы 22.

115

Рис. 91. Оптическая схема теодолита 2Т5К:

1 - объектив зрительной трубы; 2 - фокусирующая линза; 3 - сетка нитей; 4 - окуляр; 5 - зеркало подсветки; 6 - иллюминатор;

7, 23 - сфеноиды; 8, 20 - ромб-призмы; 9 - линза-коллектив; 10 - горизонтальный круг; 11, 22 - призмы БР-180°;

12, 13, 24, 27 - микрообъективы; 14 - блок призм; 15 - шкала; 16, 17, 25, 30 - призмы АР-900; 18 - объектив микроскопа; 19 - окуляр микроскопа; 21 - вертикальный круг;

26 - призма-компенсатор; 28 - окуляр центрира;

29 - фокусирующая линза; 31 - объектив центрира

116

4)Рен на различных участках круга различен. Имеет место эксцентриситет горизонтального (вертикального) круга. Исправлять под микроскопом.

5)Плохое изображение штрихов круга, при этом изображение шкалы хорошее. Необходимо произвести чистку оптических деталей отсчетной системы кругов.

6)Сдвинуты штрихи вертикального круга вверх или вниз. Проверить закрепление призм 22 и 25, при необходимости сдвинуть призму 25 вдоль паза.

7)Предварительно эксцентриситет кругов можно проверить, наблюдая смещение изображения штрихов относительно штрихов соответствующей шкалы.

Порядок разборки вертикальной осевой системы

Порядок разборки вертикальных осевых систем теодолитов Т5, 2Т5, 2Т5К и ЗТ5КП одинаков. Для этого необходимо вывинтить четыре винта, расположенных по краям низка, придерживая колонку, осторожно извлечь вертикальную ось из втулки, вывинтить три винта, крепящие втулку с горизонтальным кругом к низку (расположены под 120° рядом с хвостовиком), и снять втулку вместе с горизонтальным кругом.

Устройство теодолита 4Т15П

ФГУП "УОМЗ" выпускает теодолит 4Т15П [89] со шкаловым микроскопом, в нем в поле зрения микроскопов вертикального и горизонтального кругов введены биссекторы и шкала микрометра. По кругам отсчитывают после совмещения барабанчиком микрометра соответствующего биссектора с ближайшим делением градусной шкалы.

Суммарный отсчет равен отсчету по градусной шкале (градусы и десятки минут) плюс отсчет по шкале микрометра (минуты, десятки секунд и секунды). На рис. 93,а отсчет по вертикальному кругу равен 90°22'24", на рис. 93,6 отсчет по горизонтальному кругу равен 323°45'23".

Рассмотрим оптическую схему теодолита 4Т15П (рис. 92). Световой поток от зеркала подсветки 1 через матовый иллюминатор 2 попадает на лимб вертикального круга 3; штрихи вертикального круга проецируются с помощью призмы 4 и микрообъективов 6 и 7 в плоскости лимба горизонтального круга 8; изображения кругов получаются на плоской поверх-

117

Рис. 92. Оптическая схема отсчетного микроскопа теодолита 4Т15П:

1 - зеркало подсветки; 2 - матовое стекло-иллюминатор; 3 - вертикальный круг; 4 - призма АкР-90°; 15, 18 - призмы АР-90°; 5,12,20 - диафрагмы;

6, 7, 10, 11, 19 - микрообъективы; 8 - горизонтальный круг; 9 - призма БР-1800; 16 - шкала; 14 - ромб-призма; 13 - ППП; 17 - линза-коллектив с индексамибиссекторами горизонтального и вертикального кругов; 21 - окуляр

ности линзы 17, на которой нанесены два биссектора (для горизонтального и вертикального кругов).

Совмещение биссекторов со штрихами лимбов осуществлять винтом 17 (см. рис. 95), поворачивая при этом ППП 13, с которой жестко связана шкала 16 микрометра. Призма 18,

118

Рис. 93. Поле зрения микроскопа теодолита 4Т15П:

а- отчет по вертикальному кругу - 90°22/24//;

б- отчет по горизонтальному кругу - 323°45'23"

микрообъектив 19 и окуляр 21 служат для считывания горизонтальных углов и зенитных расстояний. Оптическая схема зрительной трубы теодолита 4Т15П показана на рис. 94.

Рис. 94. Оптическая схема зрительной трубы теодолита 4Т15П:

1 - объектив; 2 - фокусирующая линза; 3 - оборачивающая система; 4 - сетка нитей; 5 - окуляр

119

Причины, вызывающие погрешность совмещения.

Недостаточная разрешающая способность глаза наблюдателя.

Наклон лимба к вертикальной оси. Разъюстировка оптического мостика.

Параллакс между изображениями штрихов противоположных сторон лимба.

Неравномерный зажим винтов крепления круга.

Юстировка теодолита 4Т15П

Юстировку прибора осуществляют по правилам, описанным выше. Однако следует сказать об особенностях устранения рена и параллакса микрометра, а также юстировки положения горизонтальной оси вращения зрительной трубы прибора. Для устранения параллакса необходимо: снять боковую крышку со стороны вертикального круга и, наблю-

Рис. 95. Схема теодолита 4Т15П:

12 - закрепительный винт алидады; 13 - закрепительный винт подставки; 14 - подъемный винт; 15 - окуляр центрира; 16 - кольцо фокусирования; 17 - рукоятка микрометра; 18 - зеркало; 19 - зрительная труба; 20 - визир; 21 - колонка; 22 - окуляр микроскопа

120

дая в окуляр отсчетного микроскопа, диоптрийным кольцом получить четкое изображение индексов-бифиляров, ослабив винт 1 (рис. 96), перемещать микрообъектив 7 (см. рис. 92) до получения четкого изображения штрихов горизонтального круга; затем, ослабив винт 2 (рис. 96), перемещать микрообъектив 6 (см. рис. 92) до получения четкого изображения штрихов вертикального круга.

После устранения параллакса необходимо проверить рен, при этом сначала устранить рен горизонтального круга одновременным перемещением микрообъективов 7 (см. рис. 92), закрепленных винтами 1 (см. рис. 96), а затем рен вертикального круга перемещением микрообъективов 6 (см. рис. 92), закрепленных винтами 2 (см. рис. 96); юстировку положения горизонтальной оси вращения зрительной трубы выполнить винтами 11 (см. рис. 95), расположенными напротив друг друга на правой стороне колонки 21, вывинчивая один из винтов и завинчивая другой, каждый раз выполняя поверку (визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна оси вращения трубы).

1

Рис. 96. Схема теодолита 4Т15П:

1 - винты крепления линз горизонтального круга;

2 - винты крепления линз вертикального круга

121

Исследование рена горизонтального круга

Значение рена шкалового микроскопа вычисляют по формуле [47]:

где а - отсчет по шкале микроскопа на заданной установке лимба при совмещении штриха круга со штрихом 0 шкалы, N - номинальное значение цены деления круга, равное 60', п - количество установок лимба.

Рен проверяется на участках круга через 30 -г- 60° [31], при этом систематическая погрешность несовпадения последнего штриха шкалы со штрихом круга не должна превышать 6" (0,1 наименьшего деления шкалы микроскопа). Измерения выполняются в прямом и обратном ходе (со сдвигом установки лимба на половину шага). Известны два метода исследований рена: непосредственное сравнение интервала деления лимба со шкалой микроскопа и использование "образцового" теодолита или коллиматора.

Первый метод. Здесь на каждой установке лимба выполняются следующие действия [49]: поворотом алидады или перестановкой лимба добиться соответствующей установки лимба, приблизительно совмещая нуль шкалы лимба (60° и т.д.) с нулем шкалы микроскопа, наводящим винтом алидады горизонтального круга точно совместить нуль шкалы микроскопа с соответствующим градусным штрихом установки лимба, отсчитать а по младшему градусному штриху по шкале микроскопа.

Пример записи и обработки результатов приведен в табл. 9.

Среднее значение рена г не должно превышать 0,1 деле-

122

Второй метод. Пример установки теодолитов "образцового" типа Т2 и исследуемого типа 2Т5К показан на рис. 97.

и исследуемого теодолитов

Зрительные трубы обоих теодолитов, сфокусированные на бесконечность (видно четкое изображение удаленной точки), установлены на одной оси объективами навстречу друг другу. Перед измерениями в поле зрения зрительной трубы "образцового" теодолита должны быть видны две сетки нитей - теодолита ЗТ2КП и теодолита 2Т5К (рис. 98).

Поле зрения шкалового микроскопа с реном горизонтального круга г = - 1,5' показано на рис. 99.

На каждой установке лимба необходимо выполнить следующие действия:

винтом перестановки лимба установить соответствующий отсчет,

123

наводящим винтом алидады горизонтального круга теодолита 2Т5К совместить нуль шкалы микроскопа со штрихом установки лимба (Kj),

наводящим винтом алидады горизонтального круга теодолита ЗТ2КП ввести вертикальный штрих сетки нитей теодолита ЗТ2КП в середину биссектора сетки нитей теодолита 2Т5К,

по оптическому микрометру горизонтального круга теодолита ЗТ2КП отсчитать а ь

наводящим винтом алидады горизонтального круга теодолита 2Т5К совместить 60-е деление шкалы с младшим штрихом установки лимба Kj - 1,

выполнить пункт 3, по оптическому микрометру горизонтального круга тео-

долита ЗТ2КП отсчитать а2.

Пример исследований рена шкалового микроскопа теодолита 2Т5К № 73712 с помощью "образцового" теодолита приведен в табл. 10.

124

Рис. 99. Поле зрения шкалового микроскопа

125

Рис. 100. Оптическая схема теодолита ЗТ5КП:

126

Вывод. Рен шкалового микроскопа горизонтального круга теодолита 2Т5К № 73712 исследован двумя методами, при этом получены следующие результаты: т{ = - 12" > гдоп = 6",

г2 = - 3,1"<г д о п =6" .

Второй метод более точный, так как здесь работает принцип совмещения изображений (в первом случае долю деления оценивают на глаз), поэтому можно считать, что рен отсутствует.

Оптическая схема теодолита ЗТ5КП

Рассмотрим принцип действия и отличительные особенности оптической схемы теодолита ЗТ5КП (см. рис. 100).

Вотсчетных системах вертикального и горизонтального кругов применяется односторонний отсчет, при этом система отсчитывания двухканальная.

Вотсчетной системе микроскопа вертикального круга световой поток от зеркала подсветки через иллюминатор 2, голубой светофильтр 20, призму 21 с коллективом 22 освещает штрихи вертикального круга 11; изображение штрихов вертикального круга через призму-компенсатор 19, подвешенный на маятнике, микрообъективом 16 передается в плоскость

шкалы 12, ППП 14 служит для исправления места нуля.

В отсчетной системе микроскопа горизонтального круга световой поток через призму 4 с желтым светофильтром освещает горизонтальный круг 6, изображение штрихов через оборачивающую систему призм 7, 10 микрообъективом 9 проецируется в плоскости шкалы 12.

Изображения обоих кругов вместе с изображениями шкал через призму 23 микрообъективом 24 проецируются в фокальной плоскости окуляра 26.

6 - горизонтальный круг; 7 - призма БР-1800; 8 - длиннофокусная линза; 9, 24 - микрообъективы; 10 - разделительная призма; 12,13 - шкала

с коллективом; 18,25 - диафрагмы; 26 - окуляр; 27 - выходной зрачок;

отсчетная система шкалового микроскопа вертикального круга: зеркало подсветки (не показано); 2 - матовое стекло-иллюминатор; 20 - фильтр; 21 - призма БР-1800; 22 - коллектив; 11 - вертикальный круг; 19 - призма АкР-90° (компенсатор); 15, 16 - микрообъективы; 14 - ППП;

17, 25 - диафрагмы; 12,13 - шкала с коллективом; 23 - призма АР-900; 26 - окуляр; 27 - выходной зрачок; 33 - плоскость изображений;

оптическая система центрира не показана

127

11. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕНА ОПТИЧЕСКОГО МИКРОМЕТРА ТЕОДОЛИТА ЗТ2КП (Т2, 2Т2)

Цель работы: изучить методику исследования рена оптического микрометра, исследовать рен оптического микрометра одного из теодолитов типа Т2.

Приборы и принадлежности: теодолит типа Т2 (2Т2, ЗТ2КП).

Содержание и порядок выполнения работы

Реном оптического микрометра называют разность между ценой полуделения лимба и его значением, измеренным оптическим микрометром,

где X - цена деления лимба, ц - цена деления шкалы оптического микрометра, п - количество делений шкалы микрометра, соответствующее у ; диапазон работы микрометра равен

10' ± 3 деления.

В приборах типа Т2 различают рен верхнего гв и нижнего гн изображений лимба горизонтального и вертикального кругов и средний рен. При исследованиях вычисляют гв, гн, средний рен гср = 0,5(гв + гн) и разность ренов Аг = гв - гн.

Так как рен зависит от эксцентриситета и погрешностей нанесения делений лимба, а также от качества юстировки оптического мостика и системы отсчетного микроскопа, то его исследование выполняют на разных участках круга в прямом (например, для горизонтального круга через 45°20') и обратном (со смещением круга на 22°20/) направлениях. Эксцентриситет теодолитов типа Т2 (с двухсторонней системой отсчитывания по кругам) на отсчет практически не влияет, однако,

129

при угловом элементе эксцентриситета, большем 40" (см. раздел 12), изменяется значение рена.

В исправном приборе согласно инструкции [30, 35] разность между средними значениями на всех установках круга Дг = гвср - гнср и гср = 0,5(гв + гн) не должны превышать 1,5".

Исследование рена

Рен исследуют при получении прибора со склада или после механических воздействий на прибор, а также в тех случаях, когда состояние прибора неизвестно.

Если значение рена более допустимого, рен можно не исправлять, а учитывать поправки по формуле [92]:

_ Г срД-

1 0 ' '

где Aj - количество минут по шкале микрометра, гср - значение среднего рена со своим знаком.

Пример значений поправки при г = 3" приведен в табл. 11.

Методика исследований рена оптического микрометра отсчетной системы горизонтального круга показана на примере теодолита ЗТ2КП № 26887 (рис. 101 и табл. 12):

1. Вращением барабанчика оптического микрометра установить отсчет по шкале микрометра, равный 0' 00" с отклонением не более 1 -ь 2";

130

Рис. 101. Порядок совмещения штрихов лимба при исследовании рена оптического микрометра

131

132

2.Рукояткой перестановки горизонтального круга совместить противоположные штрихи лимба (А) и (А + 180°) на установках согласно табл.11;

3.Наводящим винтом алидады точно совместить противоположные штрихи лимба;

4.Дважды совмещая барабанчиком штрихи (А) и (А + 180°), отсчитать по микрометру (отсчет (а)), соблюдая правило знаков, показанное на рис. 101, а, измерить цену полуделения верхнего и нижнего изображений, совмещая барабанчиком штрихи (А - X) и (А + 180°) (отсчет (в) на рис. 101, б) и штрихи (А) и

в прямом (г') и обратном (г") ходе, которые характеризуют рен в прямом и обратном ходах соответственно;

7. Вычислить средние значения разностей по формулам, приведенным в п.6, из п = 8 установок круга:

8. Вычислить значения верхнего и нижнего ренов из двух ходов:

При необходимости уменьшения Аг и гср устранить разность ренов Дг, затем средний рен гср.

133

Исправление разности ренов Аг в теодолите ЗТ2КП

В теодолите ЗТ2КП рен между верхним и нижним изображениями штрихов лимбов необходимо исправлять одновременно с устранением параллакса. При этом в отсчетной системе горизонтального круга порядок юстировки следующий [92]:

1. Вывинтив два винта крепления, снять окулярное колено

3.Для устранения параллакса установить окуляр микроскопа на резкое изображение верхних штрихов лимба, затем, вставив отвертку в шлиц открепленного винта линз микрообъектива оптического мостика, сместить оправу вдоль прорези до появления резкого изображения нижних штрихов и закрепить крепежные винты,

4.Контролировать разность ренов Аг, если она больше допустимого значения, исправление выполнить последовательным перемещением обеих оправ линз микрообъектива.

Юстировка среднего рена гср

1. Извлечь пружинное кольцо барабанчика отсчетного микроскопа,

2.Снять барабанчик и боковую крышку, вывинтив винты их крепления,

3.Ослабить винты крепления оправ линз 14 и 15 микрообъектива (см. рис. 79),

4.Установить по глазу резкое изображение грани, разделяющей верхнее и нижнее изображения штрихов лимба, перемещением оправ микрообъектива устранить параллакс верхних штрихов лимба,

5.По методике, описанной выше, проверить и устранить

средний рен гср. При этом необходимо оба микрообъектива приближать к плоскости лимба при положительном значении рена, увеличивая тем самым интервал между штрихами, и удалять от лимба при отрицательном значении рена гср,

6.Закрепить винты крепления микрообъективов и повторить исследование рена.

В отсчетной системе вертикального круга разность ренов Аг исправлять смещением микрообъективов 32 и 34 (см. рис. 79),

134

12. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТОВ АЛИДАДЫ И ЛИМБА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО КРУГА ТЕОДОЛИТОВ ТИПА Т2 (НА ПРИМЕРЕ ЗТ2КП)

Цель работы: исследование углового е и линейного е элементов эксцентриситетов алидады и лимба.

Приборы и инструменты: теодолит ЗТ2КП.

Содержание и порядок выполнения работы

Эксцентриситет алидады горизонтального круга - несовпадение центра делений лимба и вертикальной оси вращения теодолита, эксцентриситет лимба - несовпадение оси вращения лимба с центром делений лимба.

При измерениях горизонтальных углов при двух положениях круга (Л и П) эксцентриситеты в теодолитах с односторонней системой отсчитывания и при одном круге в теодолитах с двусторонней системой отсчитывания типа Т2 не влияют на точность отсчета по лимбу. Однако, так как вертикальная ось опирается на шарикоподшипник и, вследствие возможной неточности диаметров шариков и зазоров между осью и втулкой, описывает коническую поверхность, то (учитывая свойство подшипника перемещаться с угловой скоростью вдвое меньшей, чем ось) для полного исключения влияния эксцентриситета при измерении горизонтальных углов необходимо выполнять четное количество приемов с соответствующей перестановкой круга [30, 92].

При исследованиях элементов эксцентриситетов алидады и лимба необходимо определить значения отсчетов Р1 2 (рис. 102), при которых эксцентриситеты оказывают максимальное влияние на изменение разности ренов на разных участках круга, значения угловых еА, eL и линейных eA, eL

136

элементов эксцентриситетов алидады и лимба, осевой системы е0:

Суммарное значение углового эксцентриситета прибора вычисляют как сумму векторов:

Из рис. 102, б и формулы (57) видно, что при разности РА - PL = 90° имеет место максимальное значение углового элемента эксцентриситета ет а х :

п*

угловой элемент эксцентриситета не влияет на отсчет по лимбу, так как:

М ^ М ^ + е и М2 = М 2 ' - е .

Их сумма Mj + М2 = Mi + М2' свободна от влияния углового эксцентриситета.

137

При смещении лимба на значение еА имеем:

Rj = 45008,7 мкм, R2 = 44991,3 мкм. Тогда в угловой мере

значение Х1-Х2 = 3,8", что больше допустимого значения разности ренов.

При исследованиях элементов эксцентриситетов алидады или лимба в теодолитах с двухсторонней системой отсчитывания достаточно на разных диаметрах круга измерить разности Vj = М', - Mj двух отсчетов (см. рис. 102, б), где М'{ - отсчет при совмещении штрихов лимба с неподвижным индексом, Mj - отсчет при совмещении штрихов противоположных участков лимба. Так как при исследованиях эксцентриситета в теодолитах типа Т2, во-первых, в качестве неподвижного индекса используют штрихи вертикального круга (что очень неудобно), организуя отсчет как бы по одному отсчетному устройству, во-вторых, при совмещениях штрихов они двигаются навстречу друг другу, то вычисленные разности V, необходимо умножить на четыре [30].

Алидаду или лимб при исследовании эксцентриситета теодолитов с двухсторонней системой отсчитывания переставляют через 30° в прямом и обратном направлениях.

138

Связь между v{ и элементами эксцентриситетов описывают выражением вида [49]:

янный угол, определяющий положение неподвижного индекса (постоянное положение зрительной трубы в вертикальной

плоскости).

При исследовании эксцентриситета алидады приборов с компенсаторами при вертикальном круге их тщательно горизонтируют.

Пример исследования эксцентриситета алидады теодолита ЗТ2КП № 27233 приведен в табл.13 и на рис. 103.

На каждой установке алидады необходимо выполнить следующие действия [49]:

1)барабанчиком оптического микрометра установить отсчет около 5'00",

2)вращением алидады установить отсчет ф1?

3)барабанчиком оптического микрометра дважды совме-

стить штрихи горизонтального круга ф1 и ф^ + 180°, при этом разность отсчетов при двух совмещениях не должна превышать 2",

4)в табл. 13 записать отсчеты Ы{ и М2,

5)переключатель кругов повернуть примерно на 45° до появления в поле зрения штрихов вертикального круга,

6)барабанчиком оптического микрометра дважды совместить штрихи горизонтального круга со штрихами вертикального круга, выбранными за неподвижный индекс (на всех установках алидады положение зрительной трубы в вертикальной плоскости должно оставаться неизменным),

7)в табл.13 записать отсчеты М'й и M'i2,

8)переключатель кругов возвратить в горизонтальное положение,

9) для каждой установки алидады вычислить разности = = 4(M'icp - Micp). При качественных наблюдениях колебания двух соседних значений не должны превышать 15% [45].

139

Обработка результатов исследований может быть выполнена как графически, так и аналитически (наиболее часто используют графический метод обработки) [24].

Графический метод обработки результатов исследований

При графическом методе строят график (см. рис. 103), при этом по оси абсцисс откладываются углы установки алидады (лимба) (фА = 0°, 30° 330°) в прямом и обратном ходе, по оси ординат - соответствующие разности v".

Для уменьшения значения постоянного угла \|/ и тем самым снижения трудоемкости при измерениях целесообразно при нулевой установке алидады или лимба наводящим винтом вертикального круга подвести неподвижный индекс ближе к штрихам горизонтального круга. Постоянный угол \|/ вычислить по формуле (см. рис. 103):

(6i)

где п = 12 - количество установок алидады (или лимба).

70

80

90

ЮС

110

12Q

13С

14С

15С

V

Рис. 103. Графическое представление элементов эксцентриситета алидады

140

Из графиков прямого и обратного ходов вычисляют среднюю между ними плавную кривую, которую аппроксимируют функцией вида:

где ет а х - амплитуда синусоиды (наибольшее влияние эксцентриситета на односторонний отсчет по лимбу).

141

Отсюда линейный элемент эксцентриситета алидады:

При исследованиях эксцентриситета лимба начальный диаметр его должен быть в том же положении, что и при начале исследований эксцентриситета алидады. Установки лимба выполнять сначала рукояткой перестановки лимба, а затем наводящим винтом алидады. По результатам исследований вычислить линейный элемент эксцентриситета е (см. рис. 102, а).

Аналитический метод обработки результатов исследований

Значения элементов эксцентриситетов необходимо вычислить по следующим формулам [24, 31, 49]:

(63)

Направление эксцентриситета относительно нуля круга

(64)

Угловой элемент эксцентриситета

1

(65)

Линейный эксцентриситет

(66)

Постоянный угол

(67)

2п

142

Аппроксимирующую синусоиду вычислить из уравнения:

Оценку точности полученных результатов исследований выполнить по формулам [49, 87]:

(69)

здесь: А{ - отклонение i-ro среднего значения v от аппроксимирующей синусоиды, п = 12.

При более строгом анализе в обоих методах может быть использован гармонический анализ средней из двух ходов кривой, например, с помощью быстрого преобразования Фурье, где первая гармоника в спектре сигнала покажет значение соответствующего эксцентриситета [18].

Исследование элементов эксцентриситета у теодолитов с

односторонней системой отсчитывания

В теодолитах с односторонней системой отсчитывания погрешность от влияния эксцентриситета сказывается на точности отсчитывания [25]. Поэтому задача исследования эксцентриситета в них имеет практическое значение.

При исследовании эксцентриситета лимба горизонтального круга необходимо навести зрительную трубу на марку и при двух положениях зрительной трубы (JI и П) отсчитать по микроскопу aj и а2.

143

Угловой элемент эксцентриситета лимба вычислить по формуле:

j '

где с - коллимационная погрешность, вычисляется как половина среднего значения разностей отсчетов при двух положениях круга на разных его установках. Измерения необходимо повторить по маркам, установленным по кругу через 22°30/, до отсчета, равного 337°30'. Из-за сложности установки марок можно измерения выполнить по одной марке, при этом после измерений при нулевом положении лимба необходимо повернуть алидаду теодолита на 22°30', закрепить ее закрепительным винтом, ослабить зажимной винт оси вращения теодолита в подставке и снова визировать на ту же марку при двух положениях круга. Вычислить Операцию повторить до отсчета, равного 337°30'.

При исследовании эксцентриситета алидады измерения производят при любом положении лимба по двум визирным маркам, расположенным на диаметрально противоположных сторонах относительно прибора, образуя как бы двусторонний отсчет по лимбу.

По полученным значениям, как и для теодолитов с двусторонней системой отсчитывания, строят синусоидальную кривую.

Центрирование лимба горизонтального круга

Центрировка круга, т.е. совмещение центра делений лимба с осью вращения, выполняется с погрешностью до 10 мкм. Известны устройства для центрировки с двумя микроскопами, расположенными над противоположными сторонами лимба [22, 27] (рис. 104).

Для этого на лимбах перед нанесением угломерной шкалы гравируют технологическую центрировочную окружность, лимб центрируют непосредственно на оси вращения алидады. Поперечными перемещениями лимба добиваются, чтобы при вращении его вокруг оси линия центрировочной окружности не смещалась относительно биссекторов на сетках микроскопов.

144

Рис. 104. Схема центрирования лимба:

1 , 2 - микроскопы; 3 - глето-глицериновый цемент; 4 - лимб; 5 - закрепительные винты

Рис. 105. Прибор для центрировки лимба:

1 - лампочка подсветки; 2 - центрируемый лимб; 3, 6 - линзы проекционной системы; 4 - пентапризма;

5 - прямоугольная призма; 7 - ППП ( компенсатор ); 8 - микроскоп; 9 - основание; 10 - рукоятка компенсатора

145

13. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ КОМПЕНСАТОРА ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОМ КРУГЕ ТЕОДОЛИТА ЗТ2КП

Цель работы: исследование характеристик компенсатора: времени затухания tK, диапазона работы vK, средней квадратической погрешности т к , систематической погрешности 8К.

Приборы и принадлежности: теодолит ЗТ2КП, визирная марка.

Содержание и порядок выполнения работы

Компенсатор при вертикальном круге заменяет цилиндрический уровень при алидаде вертикального круга, обеспечивая постоянство отсчета по вертикальному кругу при наклонах оси вращения прибора. Схема действия компенсатора теодолитов ЗТ2КП и ЗТ5КП приведена на рис. 106.

Для простоты рассуждений предположим, что при отвесном расположении оси вращения теодолита визирная марка А расположена в бесконечности на линии горизонта и место зенита MZ = 90°. В этом случае (см. рис. 106,а) при отвесном положении маятника 3 изображение верхней части круга (270о/) будет расположено на оптической оси выше ребра двугранного прямого угла призмы-крыши АкР-90° 2, являющейся компенсатором. Напротив его на расстоянии S2 = Sx от точки М (ребро прямоугольной призмы 5) (см. рис. 106,в) расположен штрих нижней части вертикального круга (90°). Sj - расстояние от промежуточного изображения верхних штрихов лимба до точки М, S2 - расстояние от нижних штрихов до точки М. Призма 5 объединяет спроецированные в поле зрения штрихи противоположных частей круга. Допустим, что прибор 4 вместе с оптической системой L{ наклонился относительно отвесной линии вправо на угол у (см. рис. 106,6) (это может быть вызвано, например, односторонним нагревом прибора или оседанием ножек штатива). В этом случае в центре сетки нитей будет спроецировано изображение точки А',

147

изображение нижней части лимба относительно ребра призмы 5 останется в прежнем положении (90о/), а изображение верхней противоположной части лимба будет смещено на угол у на грань призмы-компенсатора 2 (270о/). Призма-крыша 2 сместит изображение на угол 2у (270°"). Если теперь наводящим винтом установить зрительную трубу в горизонтальное положение (марка А), повернув ее на угол у, то штрихи про-

Рис. 106. Схема, поясняющая принцип действия компенсатора при вертикальном круге теодолитов ЗТ2КП и ЗТ5КП: