Поверки и юстировки теодолита

Эксплуатация любого технического устройства, в том числе и теодо­лита, требует проведения регулярных мероприятий, связанных с поддер­жанием этого устройства (теодолита) в заданных технических условиях эксплуатации параметрах. Применительно к эксплуатации теодолитов од­ним из этих мероприятий являются поверки и юстировки.

Под поверками понимаются действия, имеющие цель выявить степень выполнения геометрических условий, которым должен удовлетворять тео­долит. Одновременно с поверкой теодолита производится и его юстировка (регулировка), под которой понимаются действия, имеющие цель обеспе­чения соблюдения геометрических условий (требований), которым должен удовлетворять теодолит. На рис.2 показаны основные геометрические эле­менты теодолита, взаимное расположение которых и должно соответство­вать определенным требованиям.

Основными геометрическими элементами (осями) теодолита являют­ся:

VV — вертикальная ось теодолита (ось вращения теодолита);

HH - горизонтальная ось теодолита (ось вращения зрительной трубы);

ZZ - визирная ось зрительной трубы;

LL- ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга;

AA- плоскость горизонтального круга;

BB - плоскость вертикального круга;

КК - ось уровня при вертикальном круге.

Поверки и соответствующие юстировки теодолита производятся в следующей последовательности.

1. Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга 1Ь должна быть перпендикулярна к вертикальной оси теодолита УУ; плоскость горизонтального круга АА должна быть перпендикулярна к вертикальной оси теодолита.

Правильное взаимное положение осей схематически показано на рис.З.

Выполнение второй части условия производится на заводе - изготови­теле с высокой точностью и гарантируется им на весь период эксплуатации теодолита. Таким образом, если плоскость горизонтального круга будет приведена в строго горизонтальное положение, то ось вращения теодолита будет автоматически приведена в отвесное положение и наоборот. Для приведения плоскости горизонтального круга в горизонтальное положение на алидаде установлен цилиндрический уровень, ось которого должна быть параллельна плоскости горизонтального круга. Тогда после приведе­ния пузырька уровня в нуль-пункт плоскость горизонтального круга зай­мет горизонтальное положение (ось вращения теодолита - вертикальное). Однако в процессе выполнения измерений взаимное расположение оси ци­линдрического уровня с плоскостью горизонтального круга и следователь­но, c вертикальной осью

V

L L

V

Рис.З

теодолита нарушается, вследствие чего угол между осью уровня и верти­кальной осью (осью вращения) теодолита будет отличаться от прямого.

Из вышеизложенного вытекает способ поверки данного условия. Ори­ентируют цилиндрический уровень при алидаде горизонтального круга по направлению двух подъемных винтов и, одновременно вращая их в проти­воположные стороны, выводят пузырек уровня в нуль-пункт (на середину). Затем алидаду открепляют и поворачивают примерно на 90° до тех пор, пока Уровень не будет ориентирован по направлению третьего подъемного винта и, вращая только этот винт, снова приводят пузырек на середину ам­пулы. После этого алидаду поворачивают на 180°. Если пузырек уровня ос­тался на середине ампулы, то условие перпендикулярности оси уровня и оси вращения теодолита выполнено. Если же он отклонился от нуль-пункта более чем на одно деление, то исправительными винтами уровня выводят пузырек на половину дуги отклонения (к середине). Эту поверку выпол­няют несколько раз до тех пор, пока уход пузырька уровня от нуль-пункта при повороте алидады на 180° не будет превышать одного деления. Необ­ходимо отметить, что остаточный наклон оси вращения теодолита не исключается методикой измерений, так как эта ошибка при неизменном положении теодолита остается постоянной, и с целью уменьшения наклона при высокоточных измерениях применяется накладной уровень.

2. Визирная ось зрительной трубы ZZ должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси теодолита HH (рис.4).

Если это условие выполняется, то между визирной осью и осью вра­щения зрительной грубы угол будет равен 90° и при вращении этой зри­тельной трубы образуется коллимационная плоскость. Если же сетка нитей будет занимать положение Z1 или Z2 (рис. 4.1), то угол С между фактическим положением визирной оси и положением, которое она должна занимать в выверенном теодолите, называется коллимационной ошибкой.

V

L L

V

Рис.4 Рис.4.1

Для выполнения поверки данного условия теодолит приводится в ра­бочее положение, зрительная труба визируется, например при КЛ, на хо­рошо видимую точку, расположенную приблизительно на уровне высоты теодолита и производится отсчет А по лимбу. Допустим, что условие вза­имной перпендикулярности осей ZZ и НН соблюдается. Тогда при визи­ровании на эту же точку при КП (труба переводится через зенит, а алидада поворачивается на 180°) отсчет по лимбу также будет А, но отличный на 180°, т.е. А ± 180°.

При наличии коллимационной ошибки при визировании на точку при КЛ теоретический отсчет А по лимбу будет равен

AKЛ = А₁-С.

Если далее визирование выполнить при КП, то теоретический отсчет А по лимбу будет равен

АКП=А₂ -С.

Из сравнения этих выражений следует, что при наличии коллимаци­онной ошибки теоретический (истинный) отсчет по лимбу отличается на величину этой ошибки, но с противоположным знаком. Следовательно, среднее из отсчетов по лимбу, взятых при КЛ и КП, свободно от влияния коллимационной ошибки

Аср = A₁-А₂ ±180°

Для определения значения коллимационной ошибки найдем разность отсчетов по лимбу при КЛ и КП

2С = А₁ -А₂ ±180°.

Из этого выражения следует, что из-за влияния коллимационной ошибки разность отсчетов по лимбу, полученных при наведении зритель­ной трубы на одну и ту же точку при КЛ и КП, отличается от 180° на ве­личину 2С. Тогда величина коллимационной ошибки равна

С= A₁-А₂ ±180°

т.е. она равна полуразности отсчетов, полученных из измерений при КЛ и КП.

Если величина коллимационной погрешности превышает точность от- счетного устройства, то производят исправление положения визирной оси. Для этого после взятия отсчета при втором положении (в нашем случае КП) зрительной трубы, вычисляется средний отсчет А_ср и наводящим вин­том алидады устанавливают его на лимбе горизонтального круга. При этом алидада повернется па угол С, а перекрестие сетки нитей отклонится от изображения наблюдаемой точки. Тогда, ослабив вертикальные винты оп­равы сетки нитей, с помощью боковых юстировочных винтов перемещают сетку до совмещения ее перекрестия с визирной целью. После этого сетку закрепляют вертикальными винтами и вновь повторяют поверку.

3. Горизонтальная ось теодолита НН должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита VV (рис. 5).

Выполнение условия необходимо для того, чтобы после горизонтирования теодолита коллимационная плоскость занимала отвесное положение.

Поверка может быть выполнена двумя способами.

А) На расстоянии 10 - 20 м от стены здания устанавливают теодолит и визируют на высоко расположенную точку на стене здания. Наклоняя тру­бу, проектируют эту точку до горизонтального положения визирной оси и отмечают на стене проекцию точки а₁. Повторив ту же операцию при вто­ром положении трубы, отмечают точку а₂. Если точки а1 и а₂ не совпадут, то не выполнено условие, т.е. необходимо изменить положение горизон­тальной оси теодолита относительно вертикальной.

Б) На расстоянии 10 - 20 м от теодолита подвешивают отвес на длин­ной нити. Наводят перекрестие сетки нитей на верхнюю точку отвеса и плавно опускают зрительную трубу до горизонтального ее положения; при этом наблюдают, не сходит ли изображение нити отвеса с перекрестия сет­ки нитей.

V

L L

V

Среднее из отсчетов по лимбу, полученное из измерений при КЛ и КП, свободно от неперпендикулярности оси вращения зрительной трубы к оси вращения теодолита.

В случае несоблюдения условия исправление положения горизон­тальной оси теодолита в полевых условиях не производится; его выполне­ние допускается только в специальной мастерской или в заводских услови­ях, так как требует частичной разборки прибора.

4. Вертикальный штрих сетки нитей должен располагаться в колли­мационной плоскости трубы (перпендикулярно к оси вращения зрительной трубы).

Выполнение данного условия требуется для создания удобств при ви­зировании на отвесные предметы. Для этого, тщательно установив ось вращения теодолита в отвесное положение, визируют на нить отвеса, под­вешенного на расстоянии 5 - 10 м от прибора. Если вертикальный штрих сетки не совпадает с изображением нити отвеса, то необходимо исправить положение сетки нитей путем ее поворота. Для этого слегка ослабляют винты, скрепляющие окулярную часть с корпусом трубы, и поворачивают окулярную часть вместе с сеткой нитей до требуемого положения; затем винты закрепляют. Отклонение вертикального штриха от отвесной линии допускается не более чем на 1/3 величины биссектора сетки нитей.

5. Поверка места нуля. Отсчет по вертикальному кругу при горизон­тальном положении визирной оси и оси уровня при алидаде называется местом. Место нуля МО вертикального круга должно быть постоянным и близким к нулю. При этом вид формул, по которым вычисляют значение МО, зависит от системы оцифровки лимба вертикального круга.

1.При азимутальной оцифровке лимба вертикального круга по ходу часовой стрелки, т.е. для теодолита Т5 место нуля определяется по форму­ле

МО =КЛ + КП

2.Для теодолитов с круговой оцифровкой вертикального круга против хода часовой стрелки (теодолит ТЗО) значение МО рассчитывается по формуле

МО = КЛ + КП + 180°

3.При секторной оцифровке лимба вертикального крута от нуля в обе стороны - по ходу и против хода часовой стрелки, т.е. для теодолитов 2Т30, Т15, 2Т5 МО вычисляется по формуле

МО =КЛ + КП

В зависимости от конструкции теодолита выполнение данной поверки имеет свои особенности:

А) У теодолитов с цилиндрическим уровнем при алидаде вертикально­го круга, действуя наводящим винтом зрительной трубы, устанавливают на вертикальном круге отсчет, равный вычисленному значению МО; при этом пузырек уровня при алидаде вертикального круга должен находиться в нуль-пункте. В результате визирная ось трубы будет приведена в горизон­тальное положение.

Далее наводящим винтом алидады совмещают нулевые штрихи от- счетного устройства и вертикального круга; при этом пузырек уровня от­клонится от нуль-пункта. Тогда с помощью исправительного винта уровня снова приводят пузырек уровня в нуль-пункт. После этого для контроля вновь определяют МО из измерений вертикального угла при КП и КЛ и ь случае необходимости повторяют юстировку.

Б) У теодолитов с уровнем при горизонтальном круге по отсчетам КЛ и КП, полученным при визировании на один и то же предмет, по формуле

МО =КЛ + КП

вычисляют свободное от места нуля значение угла наклона V и наводящим винтом трубы устанавливают его на вертикальном круге. При этом горизонтальный штрих сетки сместится с визирной цели. Тогда, действуя вертикальными юстировочными винтами сетки нитей, совмеща­ют средний горизонтальный штрих сетки с изображением наблюдаемой цели. После этого повторяют данную поверку и поверку коллимационной погрешности.

1. ИЗМЕРЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ, ВЕРТИКАЛЬНЫХ УГ­ЛОВ И РАССТОЯНИЙ ТЕОДОЛИТОМ

1.1. Измерение горизонтальных углов

Существует несколько способов измерения горизонтальных углов, ко­торые применяются в зависимости от условий измерений, числа наблю­даемых точек (направлений) и применяемых теодолитов. Такими способа­ми являются: способ измерения отдельного угла (5 между двумя направле­ниями, способ круговых приемов (способ Струве), способ во всех комби­нациях (способ Шрейбера) и способ повторений. Способ измерения углов во всех комбинациях применяется при наблюдении пунктов триангуляции

1 и 3 классов. Способ повторений применяется крайне редко и только в тех случаях, когда используется теодолит, у которого ошибка отсчитывания по лимбу горизонтального круга превышает ошибку визирования зрительной трубы.

1.2. Установка теодолита и визирных целей для измерения углов

Измерению горизонтального угла (углов) предшествуют следующие действия (рис.6): центрирование теодолита, приведение его оси вращения в отвесное положение (горизонтирование), подготовка всех узлов теодоли­та для непосредственно измерений и установка визирных целей над точка­ми визирования.

Центрированием теодолита называется процесс установки центра лимба (оси вращения теодолита) на одной отвесной линии с вершиной уг­ла; выполняется нитяным или оптическим отвесами путем перемещения штатива с теодолитом над вершиной угла. Необходимые перемещения штатива могу)' осуществляться вдавливанием его ножек в грунт, измене­нием их днины, либо перестановкой штатива с теодолитом. При этом не­обходимо следить, чтобы верхняя поверхность головки штатива была го­ризонтальна.

Точность центрирования теодолита зависит от длины сторон угла; чем короче длины, тем точнее выполняется центрирование теодолита.

После выполнения центрирования штатив с теодолитом должен зани­мать устойчивое положение.

Горизонгнрованием теодолита называется процесс установки плос­кости лимба в горизонтальное положение (оси вращения алидады в отвес­ное положение); выполняется при помощи уровня алидады горизонтально­го круга и подъемных винтов подставки.

Рис. 6

Установка зрительной трубы для наблюдений складывается из ус­тановки ее но глазу и по предмету. Установка зрительной трубы по глазу заключается в получении четкого изображения сетки нитей в ее поле зре­ния. Для этого зрительную трубу наводят на небо или светлый предмет и, вращая диоптрийное кольцо окуляра, добиваются отчетливого изображе­ния сетки нитей. Установка зрительной трубы по предмету осуществляется перемещением фокусирующего кольца (кремальеры) до получения четкого изображения предмета (точки) местности в зрительной трубе теодолита. При этом должен быть проверен и устранен параллакс сетки нитей.

Установка отсчетных приспособлений для наблюдений выполня­ется вращением диоптрийного кольца оптического микроскопа, разворо­том и наклоном откидного зеркала с целью получения четкого (нерас­плывчатого) изображения штрихов и цифр по шкалам горизонтального и вертикального кругов.

Установка визирных целей для наблюдений. Конечными точками сторон, между которыми измеряются горизонтальные углы, чаще всего яв­ляются центры съемочного обоснования. В зависимости от назначения и сроков использования точек съемочного обоснования их закрепляют вре­менными или долговременными центрами. Если точка на местности отме­чена столбом, то визирование выполняется на его верх таким образом, чтобы вертикальная нить сетки нитей делила изображение столба пополам, перекрестье нитей совпадало с верхом столба. В случае, когда не видно столба (он скрыт каким-либо возвышением над земной поверхностью), то сзади столба в створе направления устанавливается веха и визирование выполняется на ее нижнюю часть. Визирование на нижнюю часть вехи по­зволяет в значительной степени исключить ошибку, вызванную неотвес­ным ее положением. Установка вехи в створе производится с такой точно­стью, как и центрирование теодолита.

При точных измерениях в качестве визирных целей используются плоские марки, представляющие собой металлические щитки, по центру которых нанесена какая-либо геометрическая фигура: треугольник острым углом вниз, ромб, концентрические окружности, крест с переменным утолщением и т. д.