Содержание Введение ...................................................................................................................................................................................... 2 1. Основные требования стандартов на теодолиты. ........................................................................................................... 3 2. Структурная схема теодолита и его основные части. ..................................................................................................... 6 3. Испытания, поверки и юстировки теодолитов. ............................................................................................................... 9 4. Исследования теодолитов .................................................................................................................................................. 13 4.1. Определение средней квадратической ошибки совмещения штрихов лимба. ......................................................... 14 4.2. Определение средней квадратической ошибки наведения. ........................................................................................ 15 4.3. Определение средней квадратической ошибки измерения горизонтального угла. .................................................. 15 4.4. Определение рена оптического микрометра. ............................................................................................................. 16 4.5. Определение рена шкалового микроскопа. .................................................................................................................. 17 4.6. Испытание правильности вращения алидады ГК и определение ее эксценстрниситета. .................................... 19 Заключение. .............................................................................................................................................................................. 21 Список литературы. ................................................................................................................................................................ 22 1 Введение Успешное и надежное решение различных научно-технических задач геодезии невозможно без применения исправных и подготовленных к работе современных геодезических приборов. В связи с этим, каждый используемый в производстве прибор должен пройти проверку перед началом работ, на его соответствие предъявляемым к нему требованиям инструкций. Разработка первых стандартов на основные геодезические приборы в СССР относится к 1963г. В настоящее время в России производится их переработка в соответствии с новыми требованиями, определяемыми дальнейшим развитием геодезического приборостроения. Группа стандартов на «Геодезические приборы и инструменты» имеет шифр П42. Общие технические условия на геодезические приборы определены ГОСТ 23543– 88, согласно которому они подразделяются на следующие виды: a) по функциональному назначению – теодолиты, нивелиры, дальномеры, тахеометры, вспомогательные приборы и принадлежности к ним; b) по точности – высокоточные, точные и технические; c) по физической природе носителей информации – механические, оптико- механические, электронные и оптико-электронные; d) по условиям эксплуатации – лабораторные и полевые. ГОСТ допускает классификацию отдельных видов геодезических приборов по типам отсчетных устройств, осевых систем, зрительных труб и другим признакам, определяющим конструктивные особенности приборов. Настоящий стандарт не распространяется на астрономические и аэрологические теодолиты, маркшейдерские приборы, и приборы, применяемые в космической геодезии. Точность теодолита характеризуется средней квадратической ошибкой измерения угла одним приемом в лабораторных условиях: для высокоточных – менее 1,5, для точных – от 1,5 до 10 и технических – более 10. Точность нивелиров характеризуется величиной средней квадратической ошибки измерения превышения на 1 км двойного хода: высокоточные – не более 1,0 мм, точные – 3,0 мм и технические – более 3,0 мм. Точность приборов для измерения длин линий характеризуется величиной относительной ошибки измерения: высокоточные – не более 2*10-6, точные – 1*10-4 и технические – более 1*10-4. 2 1. Основные требования стандартов на теодолиты. Общие технические условия на теодолиты регламентируются ГОСТ 10529–86 и обозначаются: высокоточные (Т1), точные (Т2 и Т5), технические (Т15, Т30 и Т60). Таблица 1. Основные параметры теодолитов согласно ГОСТ 10529-86 Параметр Значения для теодолита типа Т1 Т2 Т5 Т15 Т30 1. Допустимая средняя квадратическая ошибка измерения угла одним приемом: горизонтального угла Г 2" 5" 15" 30" вертикального угла 1,2" 2,5" 8" 25" 45" 2. Диапазон измерения углов: горизонтальных вертикальных: для маркшейдерских теодолитов для остальных теодолитов Т60 60" 90" 360° от - 90 до + 90° 3. Увеличение зрительной трубы, не менее от - 55 до + 60° 40х 30х 30х 25х 20х 15х 4. Диаметр входного зрачка, мм, не менее 50 35 35 35 25 25 5. Наименьшее расстояние визирования, м * 1,0 1,0 1,0 0,8 0,5 0,5 6. Номинальная цена цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга, "/ 2 мм 10 15 20 30 45 60 7. Масса, кг: теодолита футляра 11 5 4,7 4 4,3 4 3,5 3 2.5 1.5 2,0 1,5 *) Обеспечивается применением насадки Таблица 2. Основные области применения теодолитов Группы и исполнения теодолитов Области применения В ысокоточные. Измерение углов в государственных геодезических сетях. Прикладная геодезия. Высокоточные и точные Контрольно-измерительные приборы. Прикладная автоколлимационные. геодезия. Измерение углов в геодезических сетях сгущения и съемочных сетях. Теодолитные и исполнительные Точные и технические. съемки. Инженерно-геодезические изыскания. Прикладная геодезия. Точные и технические Маркшейдерские работы на поверхности и в подземных горных выработках. маркшейдерские. В табл. 1 приведены основные технические параметры теодолитов, а в табл. 2 указываются основные области их применения. 3 В зависимости от применения и конструктивных особенностей теодолитов они выпускаются в следующих исполнениях: с уровнем при вертикальном круге; с компенсатором угла наклона (вводится буква К); с автоколлимационным окуляром (А); маркшейдерские (М); электронные (Э). Если теодолит снабжен зрительной трубой прямого изображения, то к его обозначению добавляется буква П, если же марка теодолита имеет в своей конструкции сочетание нескольких исполнений, то в обозначение его должны вводится все их признаки. И, наконец, если изменяется модификация теодолита, то перед его условным обозначением указывается порядковый номер модели. В зависимости от типа теодолита их зрительные трубы имеют различные виды сеток нитей, см. рис. 1. а), б), в), г) Рис. 1. Виды сеток нетей а) для высокоточных теодолитов; б) для точных и технических теодолитов; в) для теодолитов с автоколлимационным окуляром; г) для маркшейдерских теодолитов. Высокоточные и точные теодолиты имеют двустороннюю систему отсчитывания (отсчитывание производится с использованием диаметрально противоположенных штрихов), а теодолиты Т5, Т15, Т30 и Т60 - одностороннюю систему. Для удобства 4 измерения вертикальных углов при вертикальном круге имеются компенсаторы (в старых модификациях применяется цилиндрический уровень), технические характеристики которых даны в табл. 3. Высокоточные и точные теодолиты в алидадной части имеют оптические центриры; центрирование теодолитов типа Т30 и Т60 осуществляется нитяным отвесом или путем наведения зрительной трубы через полую вертикальную ось. При этом на вертикальном круге должен быть установлен отсчет 90°00'. Таблица 3. Технические характеристики компенсаторов угла наклона Значения для теодолита типа Характеристика компенсатора Т1 Т2 Т5 Т15 Диапазон компенсации, не менее Допускаемая систематическая ошибка компенсации на 1' на-клона оси теодолита Т30 Т60 ±2' ±3' ±4' ±5' ±5' ±5' ± 0,4" ± 0,8" ±2" ± 8" ± 8" ± 8" 5 2. Структурная схема теодолита и его основные части. В соответствии с назначением теодолит является угломерным прибором, конструкция которого должна содержать в себе различные устройства, позволяющие однозначно производить измерение горизонтальных и вертикальных углов. Всю конструкцию теодолита можно разбить на три (см. рис. 2) основных блока (устройства): наведения, ориентирования и измерения. Назначение устройств наведения заключается в обеспечении надежного наведения визирной оси зрительной трубы на объект наблюдений (визирную цель). Назначение устройств ориентирования заключается также в обеспечении однозначного ориентирования осей теодолита в гравитационном поле Земли и сохранении этой ориентировки в течение определенного промежутка времени. И, наконец, назначение рабочих мер заключается в обеспечении измерения горизонтального и вертикального углов. Эти рабочие меры входят в конструкцию теодолита. Рис. 2. Структурная схема теодолита Под процессом измерения горизонтального угла β (рис. 3) понимается процесс измерения горизонтальной проекции угла ВАС, который образован линиями (направлениями) АВ и АС на местности и лежит в наклонной плоскости АВС. Горизонтальной проекцией измеряемого угла ВАС = β является угол В'А'С' = β', находящийся в горизонтальной плоскости Р. Угол В'А'С' получается путем ортогонального проектирования направлений АВ и АС вертикальными плоскостями N и M на горизонтальную плоскость Р Плоскость Р всегда перпендикулярна отвесной линии VV и поэтому она всегда занимает горизонтальное положение. Линией пересечения плоскостей N и M также является отвесная линия VV. Отвесная линия VV в любой точке Земли задается специальным устройством, называемым уровнем. Таким образом, 6 определяемый угол Р является линейным углом двухгранного угла, ребром которого и является отвесная линия VV. Для измерения угла В'А'С' = β' применяется угломерный круг. Если расположить этот угломерный круг таким образом, чтобы его плоскость была горизонтальна (параллельна плоскости Р), а его центр а' находился на отвесной линии VV, то угол между радиусами а'с' и а'b', находящимися соответственно в плоскостях N и М, и есть исходный угол В'А'С'. Если подписи делений на круге возрастают от 0̊ по ходу часовой стрелки (рис. 3), то величина искомого угла β' равна разности отсчетов с' и b' на угломерном круге β'= с'-b'. б) 270° ( a'-<Zj90o с B 180° Рис. 3. Принципиальная схема измерения горизонтального угла Основными частями теодолита являются зрительная труба, осевые системы, уровни (компенсатор), горизонтальный и вертикальный круги (лимбы), отсчетные устройства и оптические центриры. Для обеспечения процесса измерения горизонтальных и вертикальных углов применяются угломерные круги (лимбы). Материал для изготовления кругов должен обладать достаточной устойчивостью против деформации и коррозии, а также возможностью нанесения тонких и четких штрихов. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет оптическое стекло, и поэтому все современные теодолиты имеют стеклянные угломерные круги; раньше круги изготавливались из оловянистой бронзы. Стеклянный лимб, в отличии от металлического, является прозрачным, что позволяет при конструировании отсчетных систем рассматривать нанесенные деления на просвет. Современное оборудование позволяет наносить штрихи на угломерные круги с точностью около 1,0". В последнее время разработаны и выпущены различные модификации точных и технических теодолитов, способствующих усовершенствованию и унификации их конструкций, повышению производительности измерений. К данным образцам относятся теодолиты с компенсаторами углов наклона при алидаде вертикального круга - К, с прямым изображениям - П, с автоколлимационным окуляром - А. Наличие того или иного устройства вводится в обозначение теодолита, например 3Т2КП или 3Т2А (3-я модель выпускаемого образца теодолита). Таким же образом классифицируются и другие выпускаемые образцы отечественных теодолитов, например Т15М, Т30М (М маркшейдерский). 7 К кодовым относятся теодолиты, позволяющие частично автоматизировать процесс измерения горизонтальных и вертикальных углов за счет использования цифровых преобразователей «угол-код» при снятии отсчетов. Результаты измерений, зашифрованные в соответствующих кодах на магнитной ленте, преобразуются с помощью ЭВМ в виде удобном для магнитной обработки и с выдачей их на цифровое табло. Однако частичная автоматизация измерений ограничила возможности их использования для работ различного класса точности. Наиболее оправдано их применение в приборах универсального назначения, типа тахеометров, отличающихся невысокой точностью измерения горизонтальных углов (тр = ±5"). К лазерным теодолитам можно отнести угломерные устройства, основанные на сканировании пучком лазерного излучения. Они позволяют автоматически регистрировать и обрабатывать результаты измерений, осуществляя поиск цели и наведение на нее. Однако в силу сложности их устройства созданные отечественные образцы данных приборов не получили широкого распространения и могут быть использованы лишь для конкретных задач, требующих при их решении автоматизации процесса измерений. Гиротеодолиты позволяют автономно определять астрономические азимуты ориентирных направлений на поверхности Земли, в подземных тоннелях и закрытых помещениях. Их действие основано на использовании в конструкции трехстепенного маятникового гироскопа, позволяющего определять положение географического меридиана в любой точке стояния гиротеодолита и измерить астрономические азимуты на ориентирные пункты. Устройство, точностные характеристики и принцип работы гиротеодолитов подробно описаны в различных учебных пособиях и справочниках. Независимо от вида и особенностей конструкций различных угломерных приборов, в каждом из них имеется рабочая мера и отсчетное устройство. К рабочей мере относятся лимбы горизонтального и вертикального кругов. Они в основном определяют габаритные размеры теодолита и точность измерений. Отсчетные устройства оптических теодолитов представлены разными видами микроскопов - штриховой, шкаловый и микроскоп-микрометр. Они используются для разных точностных систем отсчитывания, осуществляющих передачу изображения отсчитываемых шкал в поле зрения микроскопа. В состав отсчетного устройства теодолитов входит и алидада, непосредственно ориентирующая отсчетное устройство относительно лимба ГК (горизонтального круга) и ВК (вертикального круга), и укрепленная на подставках зрительная труба, ориентирующая теодолит (визирную ось) относительно объекта измерения. 8 3. Испытания, поверки и юстировки теодолитов. Эксплуатация любого технического устройства, в том числе и теодолита, требует проведения регулярных мероприятий, связанных с поддержанием этого устройства (теодолита) в заданных техническими условиями эксплуатации параметрах. Применительно к эксплуатации теодолитов этими мероприятиями являются испытания, поверки и юстировки. Испытания теодолита. Под испытанием теодолита (приемочные поверки) понимается качественная оценка его состояния, которая позволяет судить о том, в какой степени отдельные части удовлетворяют своему назначению. Испытания нижней части теодолита заключается в проверке устойчивости и жесткости трегера и плавности вращения подъемных винтов. Эту операцию лучше всего производить, установив теодолит на столбе. После установки теодолита приводят его в рабочее положение, тщательно закрепляют алидаду, а зрительную трубу наводят на резко очерченный предмет местности (в лабораторных условиях на марку). Затем, взявшись руками за трегер и одновременно наблюдая в зрительную трубу, легким усилием стараются его сместить в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Если после каждой попытки развернуть или сместить теодолит изображение возвращается на перекрестие сетки нитей, то имеют место упругие деформации и трегер обладает достаточной устойчивостью; в противном случае подъемные винты требуют регулировки. При испытании средней части проверяется: плавность вращения алидадной части, а также закрепительных и наводящих винтов, отсутствие (или наличие) касаний горизонтального круга при его повороте, сохранность исправительных винтов и цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга, а также оптического отвеса. Во время проведения испытаний верхней части проверяется: плавность вращения зрительной трубы вокруг горизонтальной оси, качество изображения штрихов отсчетного устройства, сохранность уровня (компенсатора) при вертикальном круге, качество изготовления зрительной трубы (наличие царапин на объективе, пузырьков воздуха в стекле, плавность хода фокусирующей линзы). Поверки теодолита выявляют соблюдение определенных геометрических условий в расположении его основных осей, обеспечивающих точные и надежные измерения горизонтальных и вертикальных углов. Изображение основных осей теодолита представлено на рис. 4, где приняты следующие обозначения: VV - ось вращения алидады (инструмента); KK - плоскость горизонтального круга; LL - ось цилиндрического уровня при алидаде; HH - ось вращения трубы; CC - визирная ось зрительной трубы; К4К1 - плоскость вертикального круга; LL - ось уровня при алидаде вертикального круга. 9 Рис. 4. Расположение основных осей теодолита В каждом из исследуемых теодолитов должны выполняться следующие геометрические условия. 1) KK⊥VV; 2) V V ⊥L L ; 3) HH⊥VV; 4) СС⊥НН; 5) K 1 K 1 ⊥H H ; 6) L 1 L 1 ⊥ V V . Выполнение условий 1, 5 гарантируется заводом-изготовителем. Условие 6 должно быть выполнено при измерении зенитных расстояний или углов наклона. Поверка условия 3 выполняется перед началом полевых работ. Условия 2, 4 требуют ежедневной поверки. Основными необходимыми поверками являются: - поверка уровня при алидаде ГК; - установка по уровню оси вращения алидады в отвесное положение; - поверка установки оси вращения трубы в горизонте; - поверка перпендикулярности визирной оси трубы к оси ее вращения. При измерении зенитных расстояний или углов наклона дополнительно выполняется поверка места зенита или места нуля. Рассмотрим методику выполнения указанных поверок и их исправление более подробно. Поверка уровня производится на установках алидады, отличных друг от друга на 180°. При приведении пузырька уровня в нуль-пункт, совпадающего с направлением 2-х подъемных винтов, и повороте алидады на 180°, его отклонение не должно превышать 2-х делений. Исправление состоит в перемещении пузырька уровня в нуль-пункт на половину его смещения юстировочным винтом уровня и на оставшуюся половину смещения подъемным винтом. Установка оси вращения алидады в отвесное положение производится с помощью трех подъемных винтов по поверенному уровню путем последовательного его приведения в нуль-пункт по направлению двух подъемных винтов и перпендикулярно расположенного к ним третьего подъемного винта. После выполнения данной поверки отклонение пузырька уровня от нуль-пункта при вращении алидады на 360° не должно превышать 2-х делений. Несоблюдение данного требования не исключается методикой работ, и поэтому, при измерениях нужно следить за положением пузырька уровня при алидаде. 10 Выполнение условия перпендикулярности оси вращения трубы к оси вращения инструмента определяется допустимой величиной угла отклонения оси вращения трубы от горизонта, обозначаемого i. Выполнение данного геометрического условия обычно гарантируется заводом-изготовителем. Указанная поверка в лабораторных условиях выполняется при наличии специально изготовленного оборудования, например призмы с подставкой, по методике, изложенной в соответствующих руководствах , обычно перед началом полевых работ. В случае превышения допустимого значения i > 5" юстировку горизонтальной оси исследуемого теодолита следует производить в мастерской. Поверка условия перпендикулярности визирной оси к оси вращения трубы выполняется при двух положениях ГК наблюдением цели, близко расположенной к горизонту путем введения ее в биссектор сетки нитей (рис. 5). Значение двойной коллимационной ошибки, возникающей при невыполнении данного геометрического условия, определяется по следующей формуле 2С = КЛ - КП ± 180°. (1) Ее величина не должна превышать 20" [2]. Выполнение данного условия обеспечивает допустимое смещение перекрестия сетки нитей с оптической оси при наблюдении разноудаленных предметов, не сказывающееся на результатах наблюдений. Исправление коллимационной ошибки для теодолитов типа УВК производится в следующей последовательности: - вычисляется правильный отсчет; (КЛ+КП)±180̊/2 барабаном оптического микрометра данный отсчет (число минут и секунд) устанавливается по его шкале; - микрометренным винтом алидады совмещаются разошедшиеся штрихи основных шкал в соответствии с правильным отсчетом; - сместившийся биссектор сетки нитей наводят на визирную цель с помощью юстировочных винтов. Для определения высот (отметок) пунктов над уровнем моря и взаимного положения объектов на поверхности земли измеряют превышения между определяемыми и пунктами с известными высотами (исходными пунктами). При использовании технических и точных теодолитов превышения вычисляются по измеренным углам наклона и расстояниям. При использовании высокоточных и точных теодолитов (типа Т2) измеряются зенитные расстояния. Выполнение условия L1L1⊥ VV (см. рис. 4) Рис. 5 Наведение на обеспечивается выведением пузырька уровня при визирную цель алидаде вертикального круга в нуль-пункт при измерении углов наклона или зенитных расстояний. В связи с этим перед началом измерений в одних теодолитах производится поверка места нуля (МО), в других – места зенита (МZ). - 11 Место нуля - это отсчет по вертикальному кругу при горизонтальном положении зрительной трубы и выведенном в нуль-пункт пузырьке уровня при алидаде ВК. Место зенита - это отсчет по вертикальному кругу при вертикальном положении зрительной трубы и выведенном в нуль-пункт уровне при алидаде ВК. Величины МО и MZ зависят от взаимного расположения оси уровня и нуль-пункта алидады вертикального круга. Одним из главных требований при измерении угла наклона и зенитного расстояния является обеспечение постоянства значений МО и MZ. Для удобства вычислений и избежания грубых ошибок при измерениях стараются довести значения МО и MZ до величин, близких к нулю. 12 4. Исследования теодолитов. Исследования теодолитов преследуют собой цель установления фактических (реальных) технических характеристик отдельных узлов (модулей) приборов после их изготовления или ремонта. Исследования проводятся в лабораторных и полевых условиях. При проведении исследований в лабораторных помещениях температура окружающего воздуха должна лежать в пределах от - 5°С до +30°С, а скорость изменения температуры должна быть не более 2°С/час при относительной влажности не более 90 %. Атмосферное давление должно находиться в пределах от 630 до 800 мм рт. ст. При полевых исследованиях условия видимости должны быть благоприятными для их выполнения: колебания изображений визирных целей и наличие дымки - минимально возможные; полное отсутствие осадков и попадания прямых солнечных лучей на исследуемый прибор; скорость ветра не должна превышать 3 м/с; как и в лабораторных условиях, освещение визирных целей и отсчетных устройств должно обеспечивать уверенное выполнение измерений. Для выполнения исследований в лабораторных условиях применяется набор дополнительных устройств: экзаменатор, коллиматор, мира и т.д. Для выполнения исследований в полевых условиях, реально приближенных к условиям эксплуатации, создается геодезический полигон, который является носителем единиц геодезических величин - длин линий, превышений, значений углов, азимутов и ускорений силы тяжести. Геодезический полигон включает в себя: - эталонный базис; - сеть микротриангуляции; - нивелирный полигон; - образцовый азимут; - контрольно-поверочную сеть; - гравиметрический пункт. Если исследованиям подвергаются только теодолиты и нивелиры, то эталонный базис, образцовый азимут и гравиметрический пункт не создаются. Сеть микротриангуляции необходимо составлять из двух геодезических четырехугольников: большого - со сторонами 0,5 - 3,5 км и малого - со сторонами 0,3 - 1,0 км (рис. 6) Большой четырехугольник служит для исследовании высокоточных и точных теодолитов, а малый - для исследования технических теодолитов и тахеометров. С Перед началом исследований теодолит и вспомогательное оборудование выдерживается на тумбе (штативе) не менее одного часа. Исследования начинаются с испытаний на D работоспособность основных узлов и модулей теодолита, а затем тщательно выполняются все поверки; при необходимости выполняются Рис. 6. Сеть триангуляции также соответствующие юстировки. 13 Исследования рекомендуется выполнять в определенной последовательности. 1. Определение средней квадратической ошибки совмещения штрихов лимба. 2. Определение средней квадратической ошибки наведения. 3. Определение средней квадратической ошибки измерения горизонтального угла. 4. Определение рена оптического микрометра. 5. Определение рена шкалового микроскопа. 6. Испытание правильности вращения алидады ГК и определение ее эксценстриситета. 4.1. Определение средней квадратической ошибки совмещения штрихов лимба. Точность совмещения штрихов лимба зависит от целого ряда факторов качества изготовления оптического микрометра в целом, качества нанесения штрихов лимба, их освещения при выполнении измерений, внешних условий, личных качеств наблюдателя. Выполнение этого исследования обязательно при получении теодолита от заводаизготовителя и после его ремонта. Исследование выполняется в лабораторных условиях следующим образом. Теодолит закрепляется на тумбе, установочным винтом горизонтального круга ставится отсчет, равный 0°, и производятся два совмещения штрихов лимба с отсчитыванием по микрометру. Аналогичным образом измерения выполняются с интервалом 15° на всех остальных частях лимба. Исследование точности совмещения штрихов лимба вертикального круга производится аналогичным образом; установка отсчетов с интервалом в 1° производится поворотом зрительной трубы. Средняя квадратическая ошибка одного совмещения штрихов лимба вычисляется по формуле: [𝑑2 ] 𝑚совм = √ 2𝑛 , (1) где d – разность отсчетов при двух совмещениях штрихов лимба; n – число установок лимба Если разности d содержат систематическую ошибку, то ее необходимо исключить. Для этого сначала находится величина 𝑑′ = 𝑑 − ∑𝑑 𝑛 , (2) а затем вычисления производятся по формуле 2 𝑚совм =√ [𝑑′ ] 2(𝑛−1) , (3) 14 4.2. Определение средней квадратической ошибки наведения. Под ошибкой наведения понимается суммарная ошибка, обусловленная влиянием ошибки визирования (в нее входит и личная ошибка наблюдателя) и ошибки, связанной с качеством работы наводящего винта алидады (ошибка за влияние внешних условий здесь не рассматривается). Так как при определении ошибки наведения приходится пользоваться оптическим микрометром, то в величину суммарной ошибки будет входить величина ошибки mсовм.. Исследования выполняются в помещении длиной 60 – 100 м. Для этого на тумбе в точке А устанавливается теодолит, приводится в рабочее положение и визируется на коллиматор или хорошо освещенную визирную цель, установленную в точке В. Затем наводящим винтом алидады горизонтального круга (на произвольной установке лимба) биссектор сетки нитей тщательно совмещается с осью симметрии визирной цели, а после совмещения штрихов лимба производится отсчет только по оптическому микрометру. После этого наводящим винтом алидады сетка нитей слегка смещается с оси симметрии визирной цели, а затем возвращается обратно. Таких наведений выполняется три серии по 12 измерений в каждой серии, а ошибка наведения находится по формуле: 𝑣2 𝑚совм = √𝑛−1 , (4) где v – величина уклонения каждого измерения от среднего арифметического. 4.3. Определение средней квадратической ошибки измерения горизонтального угла. Средняя квадратическая ошибка измерения горизонтального угла является одной из важнейших характеристик теодолита, так как она в значительной степени является его выходным и основным параметром. Исследования производятся в лабораторных и полевых условиях. При выполнении исследований в лабораторных условиях горизонтальный угол образуется направлениями на два коллиматора или на две хорошо видимые визирные марки. Измеряемый угол должен находиться в пределах 60 – 120°, а разность вертикальных углов на эти визирные цели (между которыми измеряется угол) должна быть не менее 20°. Объем измерений состоит из трех серий по 12 приемов в каждой серии. Между каждым приемом производится перестановка лимба через 15°. Величина средней квадратической ошибки вычисляется по формуле (4). Средняя квадратическая ошибка величины mß (ошибка ошибки) вычисляется по формуле 𝑚𝛽 𝑚𝑚𝛽 = (5) √2(𝑛−1) В полевых условиях величина m определяется из результатов измерений углов в сети микротриангуляции (рис. 6) с применением формулы 2 ∑𝑛 𝑖=1 𝑓𝑖 𝑚𝛽 = √ 3𝑛 (6) 15 где fi – величина невязки в треугольнике; n – число треугольников. Число наблюдаемых треугольников должно быть не менее четырех, а измерения выполняются при благоприятной погоде. 4.4. Определение рена оптического микрометра. Реном оптического микрометра называется разность между ценой полуделения лимба и величиной этого полуделения, измеренной с помощью микрометра. В связи с тем, что лучи, идущие от диаметрально противоположных частей лимба, приходят к микрометру различными путями, то и величина рена верхнего и нижнего изображений лимба практически всегда различается. Поэтому при выполнении исследований определяется рен отдельно для верхнего и нижнего изображений лимба на различных его интервалах прямом и обратном ходе. Принципиальная схема определения рена состоит в том, что верхним штрихом лимба измеряется интервал λ на нижнем, противоположном, изображении лимба (рис. 7), а нижним штрихом – на верхнем изображении. Рис. 7. Схема совмещения штрихов лимба при определении рена Определение рена осуществляется в следующей последовательности. 1. Вращением барабана оптического микрометра на шкале микрометра устанавливается отсчет, равный 00 00 ± (1 ÷ 2) . 2. Вращением рукоятки перестановки лимба приближенно совмещаются противоположные штрихи лимба А и А + 180 . 3. Плавным вращением наводящего винта алидады точно совмещаются противоположные штрихи лимба А и А + 180° (рис. 7, а). 4. Этими тремя операциями осуществляется подготовка к выполнению собственно измерений, которые затем производятся в следующей последовательности: плавным вращением барабана оптического микрометра более тщательно совмещаются штрихи лимба А и А + 180 и производится от счет А1 по шкале микрометра; затем вращением барабана микрометра штрихом А + 180° измеряется величина интервала верхнего изображения лимба, т.е. тщательно совмещаются штрихи А – и А + 180° (рис. 7, б) и производится отсчет А2; 16 завершаются измерения совмещением штрихов А и А + 180°– (рис. 7, в) и производится отсчет А3; тем самым штрихом А измеряется величина интервала нижнего изображения лимба. При каждом совмещении производятся два отсчета по шкале микрометра. Для удобства дальнейших вычислений отсчеты можно производить в делениях шкалы следующим образом: отсчетам, расположенным вверх от начального и конечного делений шкалы микрометра, придается знак минус; отсчетам, расположенным вниз от начального и конечного делений шкалы микрометра, придается знак плюс. Рены верхнего и нижнего изображений лимба вычисляются по формулам: 𝜆 𝑟в = (𝐴1 − 𝐴2 𝜇) + (7) 2 𝜆 𝑟н = (𝐴1 − 𝐴3 𝜇) + 2 (8) где 𝜇 - цена деления шкалы оптического микрометра. После вычисления rв и rн вычисляется средний рен 1 𝑟 = 2 (𝑟в + 𝑟н ) (9) и их разность ∆𝑟 = 𝑟в − 𝑟н (10) Если величина рена окажется больше указанного допуска, то в результаты измерений вводится поправка, вычисляемая по формуле: 2𝑟 ∆𝑟 = 𝜆 𝐴 (11) где А – отсчет по шкале оптического микрометра в секундах, λ – цена деления лимба. Устранение рена производится в лабораторных условиях. Для этого сначала исключается ∆r, а затем r. После выполнения юстировочных операций определение рена повторяется. 4.5. Определение рена шкалового микроскопа. Рен шкалового микроскопа возникает вследствие отклонения действительной длины отсчетной шкалы от ее расчетного значения, которое задается градусным интервалом лимба. Поэтому и методика определения рена заключается в сравнении длины шкалы микроскопа с изображением градусного деления лимба. Определение рена выполняется одним из двух следующих способов. Первый способ заключается в непосредственном отсчитывании по шкаловому микроскопу относительно градусного деления – 1° лимба и выполняется в следующей последовательности. 17 1. Наводящим винтом алидады тщательно совмещается штрих лимба горизонтального или вертикального круга с нулевым штрихом микроскопа. 2. С точностью 0,1 берется отсчет по шкале микроскопа напротив штриха лимба φ – 1°. Измерения выполняются в прямом и обратном направлениях с перестановкой горизонтального круга через 60°, а вертикального – через 3°, причем в обратном ходе установка горизонтального круга смещается на 30°. Величина рена вычисляется по формуле: 1 𝑟 = 𝑛 ∑𝑛1(𝑎 − 𝑁) (12) где а – отсчет по шкале оптического микроскопа при совмещение градусного штриха лимба с нулевым штрихом шкалы; N – номинальное значение цены деления лимба; n – число установок. Поправка на рен вычисляется по формуле: 𝑎 𝛿𝑟 = 𝑟 𝑛 (13) где а – отсчет по шкале оптического микроскопа. 𝛿𝑟 = 2𝑎 𝑖 𝑟 (14) где i – цена деления лимба При определении рена вторым способом необходим образцовый коллиматор с окулярным микрометром или высокоточный теодолит. Для этого зрительные трубы исследуемого и высокоточного теодолитов устанавливаются на бесконечность, соосно (на одной оптической оси) и объективами друг к другу. После этого наводящим винтом производится совмещение градусного штриха лимба с нулевым штрихом шкалы микроскопа и производится отсчет а1 по высокоточному теодолиту. Аналогичным образом получается и отсчет а2 при совмещении градусного штриха φ –1̊ лимба со штрихом 60 шкалы микроскопа. Для каждой установки круга вычисляются разности (а1 – а2) отсчетов по высокоточному теодолиту. Определение рена производится в прямом и обратном направлениях (общее число установок равно 12) и вычисляется по формуле: 1 𝑟 = 12 ∑12 (15) 𝑖=1(𝑎1 − 𝑎2 ), Если величина рена превосходит допустимую величину, то производится его устранение. Устранение рена производится в лабораторных условиях путем взаимного перемещения обеих линз, установленных над горизонтальным кругом или сбоку вертикального круга. После устранения рена проводится его повторное, контрольное определение. 18 4.6. Испытание правильности вращения алидады ГК и определение ее эксцентриситета. Вторым важным исследованием оптических теодолитов является испытание правильности вращения алидады и определение ее эксцентриситета – несовпадения проекции центра вращения алидады и проекции центра кольца делений лимба на его плоскости. Значительная величина внецентренности оси вращения алидады может изменять величину рена на разных частях лимба. В виду того что в высокоточных оптических теодолитах используются самоцентрирующиеся оси полукинематического типа, обеспечивающие с высокой степенью точности правильность вращения алидады и малую величину ее внецентренности, вывод о правильности вращения алидады делается по результатам исследования ее эксцентриситета при вращении на 360 в прямом и обратном ходах. Согласно инструкции определение эксцентриситета выполняется на 12 установках алидады при неизменном положении лимба с перестановкой алидады на 30°. На каждой установке исследование выполняется в следующей последовательности: 1) перемещают шкалу оптического микрометра в среднее положение; 2) вращая алидаду, ее микрометренным винтом устанавливают соответствующий отсчет по лимбу; 3) дважды барабаном оптического микрометра совмещаются диаметрально противоположные штрихи лимба А и А+180 и находится средний отсчет t, свободный от влияния эксцентриситета алидады; 4) затем, при помощи барабана оптического микрометра, двойной штрих лимба дважды совмещается с неподвижным индексом, находящимся в поле зрения микроскопа, находится средний отсчет t/, отличный от t на величину эксцентриситета алидады. По найденным значениям разностей 𝑉 = 𝑡 ′ − 𝑡, (16) для соответствующих установок прямого и обратного хода строится график и проводится теоретическая синусоида, как можно ближе к средним значениям V, с периодом 180°. С графика снимаются элементы эксцентриситета алидады и основные показатели, характеризующие его величину. К ним относятся: Po – отсчет, соответствующий проекции линии центров кольца делений алидады и лимба на графике, – точка встречи восходящей ветви синусоиды с осью симметрии; f" – линейный элемент эксцентриситета алидады в угловой мере, на графике – амплитуда синусоиды; V"укл. – наибольшее уклонение графика прямого и обратного ходов от теоретической синусоиды, характеризующее правильность вращения алидады; V"max – размах по абсолютной величине колебаний V из прямого или обратного ходов. Полученные значения Vукл. и Vmax сравнивают с их допустимыми значениями Vукл. 15 и Vmax 40 для высокоточных теодолитов и делают вывод о пригодности 19 теодолита к выполнению полевых работ или проведению соотвествующих юстировок в мастерской. 20 Заключение. Выпускаемые серийно геодезические приборы должны обеспечивать высокую надежность и требуемую точность в процессе выполнения измерений при соответствующих климатических условиях. Они должны сохранять свои основные технические параметры с вероятностью 0,95 в течение оговоренного ГОСТ временного интервала. Конструктивные решения приборов должны обеспечивать удобную поверку, юстировку, аттестацию и ремонт, а также возможность контроля их основных параметров в любое время в лабораторных и полевых условиях. 21 Список литературы. 1. Захаров А.И. Геодезические приборы: Справ. - М.: Недра, 1989. - 314 с. 2. Геодезия. Геодезические и фотограмметрические приборы: Справ. пособие / Воронков Н.Н., Плотников В.С., Калантаров Е.И. и др. - М.: Недра, 1991. - 429 с. 3. Кузнецов П.И., Васютинский И.Ю., Ямбаев Х.К. Геодезическое инструментоведение. М.: Недра, 1984. - 364 с. 4. Плотников В.С. Геодезические приборы. - М.: Недра, 1987. - 396 с. 5. Уставич Г.А., Старов В.Л. Геодезическое инструментоведение: Метод. указания. Новосибирск: НИИГАиК, 1985. - 46 с. 22
