Испытания, поверки и исследования точных оптических теодолитов

У теодолитов ежедневной проверке подлежат механико-технологические и геометрические условия.

После внешнего осмотра проверяются следующие механические условия:

1. Ход подъемных винтов подставки должен быть плавным, размеренным, без качек и заеданий.

Регулирование хода каждого винта выполняют вращением его регулирующей гайки с помощью шпильки в ту или другую сторону до тех пор, пока не будет достигнут равномерный ход.

2. При вращении алидады горизонтального круга должна быть обеспечена стойкость штатива и подставки.

Для проверки стойкости штатива необходимо установить на нем в рабочем положении теодолит и, наведя пересечение сетки нитей зрительной трубы на отдаленную точку, взявшись руками за головку штатива, слегка нажимать его сначала в одну, а потом в противоположную сторону. После прекращения действия изображение точки должно оставаться на пересечении сетки нитей. В противном случае следует туже затянуть винты ножек штатива.

Стойкость подставки проверяется легким поворотом корпуса подставки сначала в одну, а потом в противоположную сторону. Если после каждого поворота изображение возвращается на предыдущее место, т.е. имеет место упругость деформации, то подставка имеет достаточную стойкость. При смещении точки с пересечения сетки нитей следует подтянуть винты регулирования хода подъемных винтов (не применяя значительных усилий при их зажатии).

Дальше подлежат проверке следующие геометрические условия, которым должно отвечать взаимное расположение частей теодолита.

Поверки и юстировка точных оптических теодолитов

Перед выполнением поверок нужно изучить расположение зажимных и наводящих винтов и научиться пользоваться ими по назначению.

Прежде всего, нужно установить теодолит на штативе в защищённом от прямых солнечных лучей месте и выполнить горизонтирование теодолита, то есть привести ось вращения алидады в вертикальное положение; для этого нужно выполнить следующие операции:

• вращая алидаду, установить уровень при алидаде горизонтального круга параллельно линии, соединяющей два подъёмных винта, и, вращая эти два винта в противоположные стороны, привести пузырёк уровня в нульпункт;

• повернуть алидаду на 90^о, то есть, установить уровень по направлению третьего подъёмного винта; вращая этот винт, привести пузырёк уровня в нульпункт.

При наведении зрительной трубы на визирную цель (например, на марку) следует, вращая алидаду и трубу, навести на марку белый крест в окуляре визира и, придерживая одной рукой алидаду, осторожно завернуть её зажимной винт. Затем, придерживая одной рукой зрительную трубу, другой рукой завернуть зажимной винт трубы. После этого, глядя в окуляр трубы, нужно отфокусировать изображение марки и, вращая наводящие винты алидады и трубы, установить изображение марки в центре сетки нитей (рис.1).

1. Поверка уровня. Ось уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна оси вращения алидады. Эта поверка включает следующие операции:

• вращая алидаду, установить уровень параллельно линии, соединяющей два подъёмных винта; вращая эти винты в противоположные стороны, привести пузырёк в нульпункт;

• повернуть алидаду точно на 180^о; сосчитать количество делений n, на которые пузырёк уровня отклонился от нульпункта;

• вращая эти же два подъёмных винта, сместить пузырёк уровня в сторону нульпункта на n/2 делений;

• вращая исправительные винты уровня, привести пузырёк в нульпункт.

• Если после поворота алидады на 180^о пузырёк уровня уходит за пределы шкалы, то отклонение пузырька следует измерять в оборотах подъёмных винтов и исправлять уровень методом последовательных приближений.

После исправления уровня нужно заново привести ось вращения алидады в вертикальное положение (выполнить горизонтирование теодолита).

2. Поверка коллимационной ошибки. Визирная ось трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения трубы.

Проверка этого условия проводится многократно при визировании на равноудаленные от теодолита цели с тем, чтобы не только выявить величину коллимационной ошибки, но и колебание ее значений вследствие неправильного движения фокусирующей линзы зрительной трубы и внецентренности визирной цели. Наблюдения при этом производятся на цели, расположенные приблизительно в одном створе (с отклонением не большим ±3˚) и на одном горизонте (в пределах ±0,5˚), удаленные от теодолита на расстоянии s_min, s_∞, s_i. Для теодолита Т2 согласно стандарту эти расстояния соответственно равны:

s_min = 2м; s_i = 10м; s_∞ = 250м.

За визирные цели при определении С используют визирные марки.

При исследовании проводятся две серии наблюдений. Измерения в одной серии наблюдений состоят из:

а) при КЛ наводят трубу последовательно на цели, начиная с первой. Установка трубы по предмету (резкое изображение) выполняется движением маховика фокусирующей линзы по ходу часовой стрелки. Производятся отсчеты по горизонтальному кругу Л_1i .

б) при КЛ наводят трубу на цели в обратном порядке (начиная с последней). Установка трубы по предмету выполняется движением маховика фокусирующей линзы против хода часовой стрелки. Производятся отсчёты по горизонтальному кругу Л_2i .

в) перевести трубу через зенит и при КП повторить действия, указанные в пункте б. Производятся отсчёты по горизонтальному кругу П_2i.

г) при КП повторяют действия, указанные в пункте а. Производят отсчёты по горизонтальному кругу П_1i .

Наблюдения считаются качественными, если расхождения отдельных значений С в разных сериях, которые относятся к одним и тем же расстояниям, не превышают 2,5″.

Величину коллимационной ошибки вычисляют по формуле:

С = (Л - П ± 180) / 2

Эта ошибка не должна превышать 20″. Если ошибка превышает указанную величину, проводят ее юстировку в таком порядке:

• Устанавливают по горизонтальному кругу отсчет, который равняется Л - С или П + С вращением головки микрометра, устанавливая отсчет минут и секунд, а винтом для наведения алидады горизонтального круга совмещают изображение штрихов.

• Возвращают изображение точки к предыдущему положению, для чего надо снять колпачок, который закрывает юстировочные винты сетки нитей, и шпилькой при слегка отпущенных вертикальных юстировочных винтах перемещают оправу сетки с помощью боковых исправительных винтов к совмещению с изображением точки наблюдений. После юстировки проверку обязательно повторяют.

3. Поверка сетки нитей. Вертикальная нить сетки нитей должна быть параллельна оси вращения алидады. Для выполнения поверки нужно выполнить следующие операции:

Наводят трубу на четко видимую удаленную точку. Если изображение точки при наклоне трубы, пройдя вдоль вертикального штриха, будет находиться посередине между штрихами биссектора, то сетка установлена правильно. Если будет замечено смещение изображения точки более чем на три толщины штриха для теодолитов типа Т1, Т2, Т5 и на треть ширины биссектора для Т15 и Т30, то сетку необходимо развернуть.

При выполнении проверки допускается также наводить на выбранную точку горизонтальный штрих сетки, смещая затем изображение точки в поле зрения наводящим винтом алидады.

Вертикальность биссектора (вертикального штриха) сетки можно проверить, совмещая его с изображением нити отвеса, опущенного в ведро с маслом (машинным, трансформаторным) или с водой, смешанной с опилками.

4. Поверка места нуля. Место нуля МО или место зенита МZ вертикального круга должно быть постоянным и близким к нулю.

Поскольку величина М0 или МZ также, как и величина коллимационной ошибки, может изменяться в зависимости от неправильного хода фокусирующей линзы и внецентренности визирной оси, проверку постоянности М0 или МZ надо провести вместе с проверкой постоянности коллимационной ошибки, добавляя к программе наблюдений отсчеты по вертикальному кругу при совмещенных концах пузырька контактного уровня при вертикальном круге. Для выполнения поверки места нуля выполняют следующие операции:

• навести зрительную трубу на точку при КЛ;

• с помощью микрометренного винта алидады вертикального круга привести пузырёк уровня при вертикальном круге в нульпункт, взять отсчёт по вертикальному кругу;

• перевести трубу через зенит и навести трубу на эту же точку при КП;

• привести пузырёк уровня в нульпункт, взять отсчёт по вертикальному кругу;

Величину места нуля или места зенита для каждого расстояния вычисляют по формуле:

М0 (МZ) = КЛ + КП - 180˚

Расхождение отдельных значений М0 или МZ в разных сериях, которые относятся к одним и тем же расстояниям, не должны превышать величин, указанных для С.

Место нуля вертикального круга можно не исправлять, но нужно регулярно его определять и следить за тем, чтобы в течение дня значение места нуля было примерно постоянным.

5. Поверка оптического центрира. Визирная ось центрира должна совпадать с осью вращения теодолита.

Для этого нужно сначала установить штатив примерно над центром пункта так, чтобы площадка головки штатива была горизонтальна. Затем следует тщательно привести ось вращения алидады в вертикальное положение и, глядя в окуляр оптического центрира и смещая теодолит по площадке, ввести центр пункта в малый круг поля зрения центрира. После этого повернуть алидаду точно на 180^о и посмотреть в окуляр оптического центрира, не вышел ли центр пункта из малого круга. Если смещение центра пункта большое (за пределы малого круга), то теодолит следует сдать в ремонт или попытаться отъюстировать оптический центрир в присутствии преподавателя.

6. Поверка равенства подставок. Ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита.

При наведении на горизонтально расположенную цель добиваются того, чтобы у поверяемого теодолита С=0. Затем теодолит тщательно горизонтируют, наводят зрительную трубу на четкую точку, расположенную под углом не менее 15° к горизонту. Берут отсчеты КП и КЛ по горизонтальному кругу. Значение неперпендикулярности осей р вычисляют по формуле

р=1/2 (КЛ – КП ± 180°) ctg ν,

где ν – угол наклона линии визирования.

Исследования точных оптических теодолитов

Теодолиты для измерения углов полигонометрии должны обязательно исследоваться. Полные исследования теодолитов проводятся в лабораторных условиях по программе, предусмотренной стандартом, а результаты вносятся в паспорт прибора. Перед полевыми роботами проводятся неполные исследования согласно действующей инструкции. При этом исследуются:

1. правильность работы оптического микрометра и его ошибки;

2. рен оптического микрометра;

3. эксцентриситет алидады горизонтального круга;

4. эксцентриситет горизонтального круга.

1. Исследование правильности работы и ошибок оптического микрометра проводят в два этапа: исследование систематических ошибок оптического микрометра и определение ошибок совмещения штрихов (по горизонтальному и вертикальному кругам).

Исследование систематических ошибок оптического микрометра

Поворот шкалы оптического микрометра на n делений должен всегда соответствовать вполне определенному перемещению изображению штрихов лимба. Несоблюдение этой закономерности вызывает систематические ошибки оптического микрометра. Об этих ошибках судят по уклонениям v от среднего значения малого угла β, укладывающегося целое число раз в длине шкалы микрометра. Угол β для теодолита Т2 принимают обычно равным 2′ и измеряют его пятью приемами при установках шкалы микрометра, соответствующих приведенным в таблице 3.

Таблица 3

Номер установки	Левое направление	Правое направление
1	0′	2′
2	2	4
3	4	6
4	6	8
5	8	10

Визирную марку для измерения угла изготавливают в виде двух параллельных штрихов толщиной 0,2-0,3 мм, нанесенных тушью на листы чертежной бумаги. Расстояние между штрихами е рассчитывается по формуле: е = β*s / ρ, где s – расстояние от теодолита до марки. Марку укрепляют на стене на высоте теодолита на расстоянии 10-15м от него.

На каждой установке измерения угла выполняют дважды. Первое измерение проводят при наведении зрительной трубы сначала на левое, потом на правое направление, а второе - в обратной последовательности. Для уменьшения ошибки визирования между первым и вторым измерением, наводящим винтом алидады несколько смещают биссектор нитей сетки и снова наводят его на правый штрих марки. Во всех приемах совмещают изображения одних и тех же выбранных штрихов лимба.

После завершения измерений в прямом ходе выполняют измерения в обратном ходе, которые производят по той же программе, только установки шкалы микрометра от приёма к приёму изменяют в обратной последовательности.

Полная программа исследований предусматривает два прямых и два обратных хода.

Величина уклонений v от среднего значения угла β, полученного из всех измерений, для теодолита Т2 не должна превышать 1,5″. В противном случае прибор следует направить в мастерскую.

Определение средней квадратичной ошибки совмещения концов изображений штрихов горизонтального и вертикального кругов.

Перед каждым отсчетом по шкале оптического микрометра проводится совмещение изображений штрихов шкал лимба. От точности совмещения этих штрихов зависит и точность отсчета по шкале микрометра. Погрешности совмещения штрихов будут зависеть в какой-то мере и от личных погрешностей наблюдателя, поскольку изображение штрихов совмещаются на глаз.

Средняя квадратичная погрешность одного совмещения штрихов горизонтального или вертикального круга определяется по формуле:

,

где d - разности отсчетов при двух совмещениях штрихов круга, n – число установок.

Для проведения исследований при произвольной установке лимба (например, через 15⁰) проводят по два совмещения изображений штрихов и при каждом берут отсчёты по шкале микрометра. При этом рекомендуется заканчивать совмещения концов штрихов верхнего и нижнего изображений вращением головки микрометра только за часовой стрелкой.

При определении средней квадратичной погрешности совмещения штрихов вертикального круга наблюдения рекомендуется проводить в секторе круга от 60⁰ до 120⁰ через каждые 5⁰.

Средняя квадратичная погрешность одного совмещения у теодолита Т2 не должна превышать 0,5″ для микрометра горизонтального круга и 0,6″ для микрометра вертикального круга.

При наличии в разностях d систематического влияния (если |[d]| ≤0.25[|d|]) величину средней квадратичной погрешности определяют по формуле:

2. Определение рена отсчетной системы

Реном отсчетной системы называется несоответствие шкалы, которая изображается оптической системой в фокальной плоскости микроскопа, изображению наименьшего интервала лимба. Рен для теодолитов с оптическим микрометром (Т2) и теодолитов со шкаловым микроскопом (Т5) определяется по-разному.

Определение рена оптического микрометра. (Т2)

Рен оптического микрометра горизонтального или вертикального круга определяют сравнением длины шкалы оптической шкалы с полуделением круга, которая изображается в фокальной плоскости отсчетного микроскопа. На разных частях круга рен может быть разным из-за влияния эксцентриситета и погрешностей делений круга. Величина рена зависит также от юстировки отсчетной системы.

Рен верхнего и нижнего изображений лимба в поле зрения отсчетного микроскопа может быть не одинаковым вследствие того, что лучи от диаметрально противоположных штрихов лимба достигают микрометра разными оптическими путями.

Рены верхнего r_в и нижнего r_н изображений в секундах вычисляют по формулам:

r_в = (А₁ – А₂) μ_ш + μ_л / 2,

r_н = (А₁ – А₃) μ_ш + μ_л / 2,

где А₁, А₂, А₃ –отсчёты по шкале микрометра при измерениях верхнего и нижнего полуделения лимба;

μ_ш – цена деления шкалы оптического микрометра; μ_л – цена деления лимба, которая равняется 20′.

Среднее значение рена равняется:

r = (r_в + r_н) / 2

Для определения рена выполняют измерения полуделений лимба верхнего и нижнего изображений на разных частях лимба, переставляя его через 45° 20′. Наблюдения проводят дважды в прямом и обратном ходах в таком порядке на каждой установке:

вращением головки оптического микрометра устанавливают отсчет на его шкале близкий к нулю;

вращением рукоятки перестановки лимба совмещают диаметрально противоположные штрихи φ и (φ + 180°) верхнего и нижнего изображений круга, где φ – установка лимба, который равняется последовательно 0° 00′, 45° 20′, 90° 40′ и т.д.;

вращением винта для наведения алидады горизонтального круга точно совмещают штрихи круга;

производят отсчёты по шкале микрометра при трех точных совмещениях штрихов:

А₁ – при совмещении штрихов φ и (φ + 180 φ)

А₂ - при совмещении штрихов (φ - μ_л) и (φ + 180°)

А₃ - при совмещении штрихов φ и (φ + 180° - μ_л)

Совмещения каждого штриха выполняют дважды.

Наблюдения в обратном ходе производят при установках лимба: 337° 40′, 292° 20′, 247° 00′ и т.д.

Величина r не должна превышать 1,0. Если рен превышает указанную величину, то в отсчете по микрометру вводят поправки за рен по формуле:

δ_r = 2rc / μ_л,

где с - отсчет по шкале микрометра в минутах.

Следует отметить, что введение поправок дело очень трудоёмкое, поэтому лучше отъюстировать оптическую систему в условиях мастерской.

Определение рена шкалового микроскопа (Т5)

Рен шкалового микроскопа горизонтального круга определяют сравнением длины шкалы отсчетного микроскопа с делением круга, которая изображена в фокальной плоскости отсчетного микроскопа.

Для определения рена совмещают штрих φ горизонтального круга с нулевым штрихом шкалы микроскопа и проводят отсчет по штриху φ-1 круга на шкале микроскопа.

Всего проводят два хода измерений: прямой и обратный, определяя рен шкалового микроскопа при перестановке круга через 60°. Установки в прямом ходе будут 0; 60; ….., 300°, а в обратном 330; 270, …..., 30°.

Средняя величина рена не должна превышать 0,1 деления шкалы микроскопа. В противном случае рен необходимо устранить. Сделать это лучше в условиях мастерской.

3. Определение ексценриситета алидады горизонтального круга и эксцентриситета горизонтального круга.

Эксцентриситет алидады - это несовпадение центра вращения алидады с центром делений лимба.

Эксцентриситет круга - это несовпадение центра вращения круга с центром делений лимба.