Перевірки та юстировки технічних теодолітів

Лекція 6.

Вимірювання кутів

На попередній лекції ми розглянули питання якими видами вимірів користуються в геодезії, познайомилися з класифікацією і властивостями похибок вимірів та як виконувати математичну обробку геодезичних вимірів.

Досить важливо запам’ятати як визначається кількісна та якісна характеристики вимірів: середнє арифметичне, середні квадратичні похибки вимірів, одиниці вимірів та функцій виміряних величин.

Принцип вимірювання горизонтальних та вертикальних кутів

Горизонтальним кутом називають поворот між ортогональними проекціями Оа і Оb ліній місцевості ОА і ОВ в горизонтальній площині Р (рис. 5.1,а).

Вертикальним кутом називають поворот в вертикальній (прямовисній) площині лінії місцевості ОА до її проекції Оa на горизонтальну площину Р (рис. 5.1,б).

a б

Рис. 5.1. Схема вимірювання горизонтальних (а) та вертикальних (б) кутів

Вимірювання кутів b та n виконують за допомогою теодолітів-тахеометрів

За принциповою схемою вимірювання горизонтальних та вертикальних кутів (рис. 5.1, а,б) теодоліт має геометричні осі та площини (рис. 5.2):

- вертикальна вісь обертання теодоліта (ZZ);

- вісь візування зорової труби (VV);

- вісь обертання зорової труби (НН);

- вісь циліндричного рівня (LL);

- площина горизонтального кутовимірного круга (ГК);

- площину вертикального кутовимірного круга (ВК).

Рис. 5.2. Принципова схема побудови теодоліта

За геометричною схемою осі та площини теодоліта повинні бути взаємно перпендикулярними або паралельними. Так повинні виконуватись умови: LL ^ ZZ; VV ^ HH; HH ^ ZZ; LL ГК; ВК ^ ГК та ВК || ZZ.

Класифікація теодолітів

Теодоліти розрізняють по конструкції, точності, призначенню та іншим ознакам.

За призначенням і сферою використання розрізняють: астрономічні, геодезичні, маркшейдерські, автоколімаційні та спеціальні теодоліти.

За конструкцією: прості, повторні, механічні, оптичні, електронні.

За стандартом теодоліти позначають літерою Т далі йдуть літери, які позначають конструкцію теодоліта:

- К – з компенсатором вертикального круга.

- П – з прямим зображенням зорової труби;

- М – маркшейдерське виконання;

- А – з автоколімаційним окуляром.

За точністю теодоліти поділяють на

- високоточні Т05, Т1;

- точні Т2, Т5, Т10;

- технічні Т15, Т20, Т30, Т60.

Рис. 5.3. Технічний теодоліт Т30.

1 – зорова труба; 2,30 – вертикальний круг; 3,29 – колонки труби; 4,26 – горизонтальний круг; 5,22 – підставка теодоліта; 6,23 – підйомний гвинт; 7,24 – платформа; 8 – становий гвинт; 9 – закріпний гвинт лімба горизонтального круга; 10 – виправні гвинти циліндричного рівня; 11 – закріпний гвинт алідади горизонтального круга; 12 – циліндричний рівень; 13,19 – гвинт фокусування; 14,18 – закріпний гвинт труби; 15,17 – візир зорової труби; 16 – зорова труба; 20 – мікрометрений (навідний) гвинт зорової труби; 21 – мікрометрений гвинт алідади горизонтального круга; 25 – мікрометрений (навідний) гвинт лімба горизонтального круга; 27 – окуляр відлікового мікроскопа; 28 – дзеркало; 31 – паз для бусолі.

Основними конструктивними елементами оптичних теодолітів є:

1. Зорова труба

Зорова труба призначена для візування на віддалені предмети місцевості та споруд. Вони дають обернене або уявне і збільшене зображення.

Рис. 5.4. Зорова труба

1 – об’єктив; 2 – окуляр; 3 – фокусуюча лінза; 4 – сітка ниток; 5 – кремальєра для фокусування.

Діафрагма 4 має закріплену плоскопаралельну скляну пластину з сіткою ниток (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Сітка ниток

1 – перехрестя сітки ниток; 2 – віддалемірні штрихи;

3-3, 4-4 – виправні гвинти; 5 – біссектор.

Уявну лінію, яка з’єднує оптичний центр об’єктива і центр сітки ниток називають візирною віссю зорової труби. Подовжену візирну вісь до цілі (предмета) називають лінією візування.

Збільшенням труби Г* називають відношення кута b, під яким зображення предмета видно в трубу до кута a, під яким предмет видно неозброєним оком (рис. 5.6).

. (5.1)

Рис. 5.6. Схема збільшення зорової труби

, або , (5.2)

де f_об, f_ок – фокусні відстані об’єктива та окуляра;

D, d – діаметр вхідних отворів об’єктива та окуляра.

Поле зору труби – це простір, видимий в трубу при нерухомому її положенні. Воно визначається кутом з вершиною в центрі об’єктива і променем, які спираються на діаметр діафрагми (рис. 5.7).

Величину поля зору визначають за формулою

. (5.3)

Рис. 5.7. Зображення поля зору труби

2. Циліндричний рівень

Рис. 5.8. Циліндричний рівень

1 – ампула; 2 – рідина; 3 – точка нульпункта рівня; 4 – вісь рівня; 5 – металева оправа; 6 – бульбашка рівня.

Основними параметрами циліндричного рівня є:

- ціна поділки рівня – це центральний кут t, який утворюється радіусом R між двома суміжними поділками.

- чутливість рівня – це найменший кут, на який необхідно нахилити вісь рівня, щоб помітити переміщення бульбашки.

3.Відлікові пристрої

Відлікові пристрої призначені для оцінки долей найменшої поділки лімба горизонтального та вертикального кругів.

Лімб – це робоча міра теодоліта у вигляді поділок кругової шкали, нанесеної на скляний круг оптичних теодолітів. Поділки лімба наносять через 1^о або 10¢.

В оптичних теодолітах технічної точності застосовують шкалові або штрихові відлікові мікроскопи (рис. 5.9).

а б в

Рис. 5.9. Поле зору відлікового мікроскопа

31. Електронні теодоліти та тахеометри

Електронні теодоліти та тахеометри є сучасними високоточними геодезичними засобами вимірювань і дозволяють високоефективно виконувати виміри в автоматизованому режимі.

Електронні теодоліти це кутомірний прилад призначений для напівавтоматичного виконання геодезичних вимірів. Вони можуть складатися із комбінацій оптичних теодолітів, кодових теодолітів, вмонтованих світловіддалемірів і електронних віддалемірних насадок.

Кодові теодоліти є оптичними приладами, які мають лімб з нанесеним штриховим кодом, за допомогою якого відлік передається на електронне табло (дисплей) (рис. 5.10,а).

За допомогою спеціальних програм визначаються горизонтальні відстані, перевищення, прирости координат та ін. з висвітленням результатів на світловому табло.

Електронні тахеометри – багатофункціональні геодезичні прилади, які складаються із кодового теодоліта, вбудованого світловіддалеміра та спеціалізованого міні-комп’ютера.

Розвинуті зарубіжні країни: Японія, Німеччина, Швеція, США, Швейцарія, Росія та ін. випускають багато типів електронних тахеометрів, які різняться конструктивними рішеннями, точністю, призначенням і надійністю.

а - Електронний теодоліт DТ 500 (Японія)

Вигляд з боку Вигляд спереду

б) Електронний тахеометр “Elta-50” (Німеччина)

Рис.5.10. Електронні прилади

1 – візир грубого наведення; 2 – позначка висоти приладу; 3 – кремальєра; 4 – навідний гвинт зорової труби; 5 – окуляр; 6 – закріпний гвинт зорової труби; 7 – дисплей; 8 – закріпний гвинт трегера; 9 – клавіатура; 10 – підйомний гвинт; 11 – навідний гвинт алідади горизонтального круга; 12 – трегер; 13 – закріпний гвинт лімби горизонтального круга; 14 – підставка; 15 – об’єктив; 16 – замок акумулятора; 17 – циліндричний рівень; 18 – акумулятор; 19 – круглий рівень; 20 – колонка; 21 – оптичний центрир; 22 – юстировочні гвинти оптичного центрира; 23 – інтерфейсний порт.

Тахеометр “Elta-50” забезпечує виконання таких функцій:

- вимірювання горизонтальних та вертикальних кутів;

- вимірювання відстаней;

- визначення: горизонтальних прокладань виміряних ліній, координат точок (Х, Y, H); площ;

- виконання прямої та оберненої геодезичних засічок;

- виконання геодезичних розмічувальних робіт і т.і.

Електронні тахеометри “Elta-50” забезпечують вимірювання горизонтальних і вертикальних кутів з середньою квадратичною похибкою m_b = 5², а відстаней

m_L = 5 мм + 3´10^-6 × S, (5.4)

де S – довжина виміряної лінії в км.

Для вимірювання відстаней додається дзеркально-призменні відбивачі.

Для виконання будівельних робіт в тонелях і метро розроблено комп’ютерний тахеометр “Geodimeter 468 DR” з вмонтованим червоним лазером наведення (рис.5.11). Визначає відстані без відбивача до бетонних, кам’яних, стальних поверхонь, а також до відбивачів (рис. 5.11).

Комп’ютерні тахеометри мають такі функції:

- сервопривід для поворотів тахеометра за допомогою сервомотора;

- ручне та дистанційне управління комп’ютерне управління;

- автоматичне стеження за рухомою ціллю;

- записування результатів вимірів як у внутрішні так і до зовнішніх блоків пам’яті;

- обробка результатів вимірів і розв’язання інженерних задач за допомогою пакетів універсальних польових програм;

- оперативний обмін інформацією через інтерфейси з польовими та базовими комп’ютерами.

- повної сумісності з приймачами систем супутникової навігації “GPS”.

Рис. 5.11. Комп’ютерний тахеометр “Geodimeter 468 DR”

Середня квадратична похибка вимірювання кутів складає 2², а відстаней до 2 км ± (5 + 5×10^-6 Д км)мм, де Д – в кілометрах

Перевірки та юстировки технічних теодолітів

За конструкцією геометрична схема теодолітів повинна задовольняти вимогам взаємного перпендикулярного (^) або паралельного () розташування осей і площин, окремих частин і елементів.

Комплекс заходів по контролю за дотриманням геометричних умов називається перевірками теодоліта. Виправлення виявлених відхилень від ^ або осей і площин називають юстировкою.