умк_Дегтярев_Геодезия_ч.1_2010г

круга, соосность вращения лимба и алидады вертикального круга, связки наводящий – зажимной винт лимба горизонтального круга, наводящий – зажимной винты алидады горизонтального круга, зажимной – наводящий винты вертикального круга.

К основным элементам оптической системы теодолита относят: оптическую схему отсчетного устройства, оптическую схему зрительной трубы.

Соосности и автономности вращения лимба и алидады добиваются путем совмещения центра деления лимба 1 с осью вращения V-V1 лимба и алидады 2 (рис. 1.31, а) в подставке 3. То же самое и для вертикального круга (рис. 1.31, б): должна быть совмещена ось вращения лимба 1 в алидаде вертикального круга 2, которая по сравнению с алидадой горизонтального круга отдельно не вращается.

V

2

V2

V3

Рис. 1.31. Схема соостности лимба и алидады: а – горизонтального круга; б – вертикального круга

Связка зажимной-наводящий винты лимба представляют собой (рис. 1.32, а) фиксирующий (зажимной) винт 1, который плотно прижимает к оси вращения лимба 2 хомутик 3, что не позволяет вращаться лимбу в подставке 4. Коромысло 5 хомутика вставлено между патроном 6 с пружиной 7 и обычным винтом с резьбой 8, которые образуют систему «наводящий винт». Очевидно, что вкручивая или выкручивая винт 8, мы, сжимая (разжимая) пружину в патроне 6, поворачиваем хомутик 5 посредством коромысла. Вместе с ними вращается жестко скрепленная зажимным винтом 1 ось лимба 2 в небольших пределах, ограниченных окошком 9.

Для системы наводящий – зажимной винты алидады (см. рис. 1.32, б) внизу в одной из колонок на оси вращения алидады 2 расположен хомутик 3 с зажимным 4 и наводящим винтом 5, как и для лимба 6 на оси 1.

41

Таким образом, эти две системы позволяют реализовать повторительный теодолит: вращать независимо или совместно лимб и алидаду и на этой основе проводить измерения на любом участке лимба. Например, зажав зажимной винт лимба 1 и отжав зажимной винт 4 (рис. 1.32, а, б) алидады мы свободно вращаем алидаду относительно неподвижного лимба – основное измерительное состояние. При отжатом винте лимба и зажатом винте алидады и лимб и алидада вращаются вокруг общей оси вместе – установочное состояние прибора. Очевидно, что наводящие винты как лимба так и алидады вращают лимб и алидаду в малых пределах только при вкрученных (зажатых) зажимных винтах, то есть при наличии сцепки с осью. При этом наводящий винт лимба корректируют установку нуля лимба, а алидады – наведение на предмет в процессе измерения.

Для связки зажимной – наводящий винты вертикального круга, вращение алидады не имеет смысла и схема имеет следующий вид (рис. 1.32, в). На колонке 1 алидады вертикального круга 2 жестко скреплен с осью вращения 3 трубы 4 лимб вертикального круга 5. На оси 3 находится такой же

хомутик 6 с коромыслом 7, которое зажато обычным патроном с пружи-

ной 8 и винтом с резьбой 9. Вверху хомутик прижимается к оси 3 зажимным винтом 10. Таким образом, при отжатом винте 10 труба 4 вместе с лимбом 5 могут свободно вращаться вокруг оси 3. Если винт 10 зажат (то есть прижат хомутиком к оси), то труба свободно вращаться не может, зато наводящим винтом 9 может через коромысло 7 наклоняться в пределах окошка 11 (зазор передвижения винта 10 до упора).

Рис. 1.32. Схемы связки зажимной – наводящий винт:

а – для лимба; б – для алидады; в – лимба вертикального круга

42

В окулярной части трубы помещается диафрагма 7 в отверстие которой вставлена стеклянная пластинка с нанесенной на ней сеткой нитей (штрихами) 4, которая крепится винтами 1 (4 штуки) (рис. 1.36) к диафрагме 2, а диафрагма винтами 3 (4 штуки) к корпусу трубы.

Сетки нитей имеют разный вид (рис. 1.37), но все предназначены для точного визирования на предмет.

Рис. 1.37. Виды сеток нитей

Очевидно, что зрительная труба имеет 2 оси:

–оптическая – прямая, соединяющая оптические центры (проходящие через фокусы) объектива и окуляра;

–визирная – оптическая ось проходящая через центр сетки нитей. Именно совмещение оптической оси с центром сетки нитей позволи-

ла использовать зрительные трубы в качестве визирного приспособления.

Отсчетное устройство теодолита. Само отсчетное устройство у тео-

долита Т30 зависит от его модификации. Базовая модель Т30 имеет штриховые отсчетные устройства, когда в одно окно выведены отсчеты по вертикальному и горизонтальному кругам. Лимбы горизонтальных и вертикальных кругов разбиты через 10′ с подписанием каждого градуса. Индекс (штрих) фиксирован и передается оптической системой вместе с изображением участков лимбов в микроскоп отсчетного устройства прибора (рис. 1.33). Лимб вертикального круга разделен от окуляра по часовой стрелке от 0 до 360°. На рис. 1.38, а отсчет от нулей лимбов: по горизонтальному кругу (шкала Г) 37°38′, по вертикальному – (шкала В) – 218°43′.

44

Рис. 1.38. Отсчетные устройства технических теодолитов: а – штриховой микроскоп; б – шкаловый микроскоп

Чтобы снять отсчет по отсчетному устройству необходимо определить его наименьшую цену деления. Для этого ищутся подписанные на шкале индексы, например, 218 и 219 по вертикальному кругу рис. 1.38, а и считается количество дополнительных индексов между ними. У теодолита Т30 1° разбит на 6 дополнительных делений, значит цена одного деления (наименьшая цена деления) 1°/6 = 10′. В пределах этого значения отсчет берется по штриху на глаз.

У модификаций базовой модели, марок 2Т30, 3Т30 и т.д. отсчетное устройство реализовано в виде шкалового микроскопа. Здесь лимб поделен на целые градусы, что проще, а в поле зрения трубы помещена шкала, делящая градус дополнительными делениями (см. рис. 1.38, б). Для горизонтального и вертикального кругов шкалы также совмещены в одном окне. Градус (между индексами 0 и 6) разделен на 12 дополнительных интервалов. Следовательно, цена наименьшего деления устройства составит 1°/12 = 5′. Некоторые особенности при делении вертикального круга. Было принято правило, что вертикальный угол выше горизонта должен быть положительным, а ниже – отрицательным. Исходя из этого, лимб вертикального круга был разбит на положительный (60°) и отрицательный (55°) сектора (рис. 1.39, в, г). У теодолита Т30 разбивка сплошная от 0 до 360° (рис. 1.39, а, б).

Так как отсчеты по ВК у прибора 2Т30 зеркальны относительно горизонтальной линии лимба, снятие отсчетов при отрицательных значениях углов производятся не слева направо (от 0 до 6) как для положительных, а в противоположенную сторону, справа налево (от – 0 до – 6). Например, отсчет по шкале (рис. 1.39, б) 276°06′ по горизонтальному и – 11°16′ по вертикальному кругу. При положительном значении градусов, находящихся на шкале отсчет по вертикальному кругу был бы 11°44′.

45

Рис. 1.39. Вертикальные круги теодолитов: а, б – типа Т30 при КЛ; в, г – типа 2Т30 при КП

Для установки теодолита серии Т30 в горизонтальное положение используется цилиндрический уровень на колонке алидады. Чувствительность уровня 45″/2 мм. Уровень представляет собой стеклянную капсулу, внутренняя верхняя поверхность которой отшлифована по дуге определенного радиуса. Капсула заполнена нагретым до 60° спиртом или эфиром и запаяна. После охлаждения сжатая жидкость образует пузырек уровня, заполненный парами. Ампула 1 (рис. 1.40) уровня помещена в металлический корпус 2, прикрепленный к прибору 3. Одна из частей уровня закреплена кулачком 4 к корпусу, а другая имеет полочку 5, фиксируемую исправительными винтами 6, которыми можно менять горизонтальность уровня относительно кулачка. На наружной стороне ампулы нанесены штрихи, а середина выделена более длинными. Прямая A-A' касательная к внутренней поверхности уровня когда пузырек находится в середине (нуль-пункт уровня) называется осью уровня. Очевидно, что пузырек уровня всегда стремиться занять наивысшее положение, поэтому когда концы пузырька расположены симметрично относительно нуль-пункта, ось уровня занимает горизонтальное положение, что и используют для приведения прибора в горизонтальное положение.

Для центрирования прибора над вершиной измеряемого угла в теодолитах технической точности используется обычно отвес, который крепится к становому винту в штативе прибора. Есть возможность использо-

46

–вызванные неточностью изготовления или сборки прибора, или его

частей;

–как результат неправильного взаимного расположения отдельных частей и осей инструмента.

Кпервой группе относятся: погрешности нанесения штрихов лимба, недостаточное качество изготовления оптики, несовпадение центров лимба

иалидады (эксцентриситет), отклонение точности отсчетных устройств от паспортных, плохая работа винтов и т.д. Такие погрешности выявляются в процессе исследований прибора и, как правило, не могут быть устранены без заводской помощи. Для технической точности многие исследования не имеют смысла.

Вторая группа инструментальных погрешностей, связанная с неправильным взаимным расположением оптических и механических систем прибора, выявляется специальными действиями, которые называют поверками прибора, а устраняются действиями, называемыми юстировкой (регулировкой).

Очевидно, что для теодолита в первую очередь должно проверяться основные принципы Герона: горизонтирование, визирование, центрирование, отсчетное устройство, что и будет говорить о согласованности действия систем прибора, и таким образом, о степени выполнения им своих функциональных обязанностей.

Самый простой и эффективный способ выявления несогласованности систем прибора, это связать с поверяемыми частями введенные ранее

47

геометрические оси (см. рис. 1.27) а затем эти оси связать геометрическими условиями, выполнение которых и будет говорить об исправном функционировании каждого из принципов построения теодолита как прибора для измерения углов.

Для горизонтирования прибора в теодолите используется цилиндрический уровень, который скреплен жестко с корпусом, а весь корпус может наклоняться подъемными винтами (автономно и незначительно уровень может наклоняться исправительными винтами с использованием шпильки). Очевидно, что прибор будет горизонтален, когда пузырек уровня находиться в середине и таким образом его ось горизонтальна. Так как трудно выделить у теодолита горизонтальную ось, то берут вертикальную ось вращения прибора. Теперь условие для поверки уровня (то есть его способности горизонтировать прибор) будет звучать так:

Ось цилиндрического уровня на алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна вертикальной оси вращения прибора.

Соблюдение этого условия позволяет нам использовать уровень для приведения прибора в горизонтальное положение, а соответствующая по-

верка названа поверкой цилиндрического уровня.

Для правильного визирования на предмет зрительной трубой, центр сетки нитей должен совпадать с оптической осью и таким образом образовывать визирную ось. Нити самой сетки нитей должны быть расположены в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Но только этих условий теодолитов со зрительной трубой недостаточно, так как сама зрительная труба свободно вращается вокруг своей оси вращения и совершенно очевидно, что это вращение должно быть в вертикальной плоскости. Таким образом, вводятся для проверки способности визирования, следующие оси: визирная – проходящая через центр сетки нитей и фокусы оптической системы зрительной трубы и горизонтальная ось вращения трубы, проходящая через колонки прибора (см. рис. 1.27). Здесь традиционно рассматривают два условия:

1.Вертикальная нить сетки нитей должна быть отвесна, или одна из нитей сетки должна быть вертикальна, а другая горизонтальна. Это геометрическое условие для поверки сетки нитей. Используют еще одно условие: вертикальная нить сетки нитей зрительной трубы должна быть перпендикулярна оси ее вращения.

2.Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна оси вращения трубы. Это геометрическое условие носит поверка, назван-

ная поверкой коллимационной погрешности.

48

Так как при вращении трубы вокруг своей оси вращения она должна задавать вертикальную плоскость, возникает еще одно условие:

Ось вращения трубы должна быть перпендикулярна вертикальной оси вращения теодолита.

Это геометрическое условие для поверки равновеликости подставок

(проекционной поверки).

Для корректного получения отсчета по лимбу вертикального круга желательно, чтобы нулевой штрих шкалы совпадал с горизонтальной плоскостью, проходящей через центр деления лимба вертикального круга. Если имеет место несовпадение, то есть отсчет по вертикальному кругу при горизонтальном положении трубы не равен нулю, которое называют место нуля (М0), то требуют, чтобы оно было не большим и /или постоянным.

Таким образом, условия поверки места нуля можно сформулировать так: нулевой штрих лимба вертикального круга должен лежать в горизонтальной плоскости (или плоскости перпендикулярной оси вращения прибора). Но чаще его формулируют следующим образом: место нуля должно быть постоянным и желательно малым значением.

У теодолитов технической точности практически не используется в качестве центрировочного устройства труба как оптический центрир, а только обычный механический отвес. Для него целесообразно отследить степень совпадения вертикальной оси вращения прибора с осью отвеса. Поверку на-

зывают поверка положения точки подвеса нитяного отвеса с геометриче-

ским условием: ось вращения прибора должна совпадать с осью отвеса. Теодолит технической точности Т30 и его модификации имеют три

дополнительных устройства: цилиндрический уровень при зрительной трубе, присоединяющуюся к вертикальному кругу ориентир-буссоль и встроенный в зрительную трубу нитяной дальномер. Очевидно, что при их использовании требуется проверять правильность их работы. Для уровня на трубе очевидно условие: ось цилиндрического уровня при трубе должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы, так как этот уровень предназначен для задания трубой с технической точностью горизонтальной плоскости при вращении прибора вокруг горизонтальной оси при нахождении пузырька уровня в нуль-пункте. Поверку называют поверкой уровня при зрительной трубе.

Для поверки погрешности ориентир-буссоли (см. рис. 1.41), необходимо выяснить в какой мере направление магнитной стрелки буссоли не совпадает с направлением не северный магнитный полюс. По паспорту теодолита Т30, в комплект которого входит буссоль, погрешность ориентирования по буссоли порядка 30 – 40′.

49

зрения оптических систем и угломерных кругов и т.д. Что возможно – необходимо исправить.

2.Проверка взаимодействия узлов: плавность вращения зрительной трубы, алидады, алидады с лимбом, всех винтов, в том числе закрепительных и фокусировочных.

Основные поверки по перечисленным выше геометрическим условиям состоят из проверки выполнения условия (поверки) и если возможно, исправления выявленных рассогласований (юстировки). Обычно поверки содержат 4 пункта:

1.Название поверки.

2.Геометрическое условие поверки.

3.Краткая процедура выполнения поверки .

4.Выводы, где обязательно отражается, что позволяет делать прибор при выполнении условия поверки. При необходимости юстировки – ее описание с числами.

Поверки по геометрическим условиям делят на поверки установки прибора, визирования и поверки дополнительных средств.

Поверки установки теодолита. Поверки установки содержат повер-

ку цилиндрического уровня и поверку равновеликости подставок. Поверки визирования содержат поверки сетки нитей, коллимационной погрешно-

сти и места нуля. Из дополнительных устройств, при необходимости использования, поверяют или исследуют нитяной отвес, уровень при зри-

тельной трубе, нитяной дальномер и ориентир-буссоль.

Поверки установки.

1.Название: Поверка цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга.

2.Геометрическое условие: Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к вертикальной оси вращения прибора. На рис. 1.42, а представлен общий вид: ось вращения прибора В не перпендикулярна оси уровня П, которая к тому же и не горизонтальна. На рис. 1.42, б ось уровня П приведена в горизонтальное

50