ОПТИЧЕСКИЕ ТЕОДОЛИТЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ

 

Теодолит – геодезический инструмент для измерения на местности горизонтальных и вертикальных углов. Состоит из вращающегося на вертикальной оси горизонтального круга с алидадой и скреплённых с нею колонок, на которые опирается горизонтальная ось, несущая зрительную трубу и вертикальный круг.

Первые теодолиты ещё не имели вертикального круга (рисунок 1).

 

Рисунок 1 –Теодолит малый

Повторительные теодолиты, имеющие вертикальный круг, цилиндрический уровень и нитяной дальномер, назывались круговыми тахеометрами.

По точности измерений теодолиты можно разделить на четыре группы: высокоточные, повышенной точности, средней точности и технические.

Теодолиты технические – обеспечивают точность измерения горизонтального угла одним приёмом со средней квадратической ошибкой 20′′ – 1'.

Наибольшее распространение имеют теодолиты технической точности 2Т30П (рисунок 2) и 4Т30П (рисунок 3) выпускаемые Уральским оптико-механическим заводом.

Рисунок 2 – Оптический теодолит 2Т30П

Теодолиты технические применяются для измерения горизонтальных и вертикальных углов, расстояний нитяным дальномером при производстве различного рода топографических и разбивочно-привязочных работ. Имеется возможность нивелирования горизонтальным лучом с использованием цилиндрического уровня при зрительной трубе, определения магнитных азимутов направлений по ориентир-буссоли.

 

Рисунок 3 – Оптический теодолит 4Т30П

УСТРОЙСТВО ТЕОДОЛИТА 4Т30П

 

Теодолит 4Т30П является модификацией теодолитов технической точности 2Т30П (приложение А). Данный прибор обеспечивает точность измерения горизонтальных углов одним приемом со средней квадратической ошибкой 20′′. Устройство теодолита 4Т30П представлено на рисунке 4

 

1 – кремальера; 2 – винт трубы закрепительный; 3 – окуляр микроскопа; 4 – зрительная труба; 5 – иллюминатор с зеркалом подсветки; 6 – колонка; 7 – подставка; 8 – рукоятка перевода лимба; 9 – винт алидады закрепительный; 10 – винт юстировочный; 11 – кольцо окуляра зрительной трубы диоптрийное; 12 – колпачок; 13 – уровень на алидаде; 14 – винт алидады наводящий; 15 – винт трубы наводящий; 16 – коллиматорный визир

Рисунок 4 - Устройство теодолита 4Т30П

Теодолит состоит из горизонтального круга, вертикального круга, зрительной трубы и подставки. Подставка у теодолита съёмная. Горизонтальный и вертикальный круги оптических теодолитов выполнены из стекла.

На вертикальном круге теодолита имеется разъём для установки орентир-буссоли. При необходимости один из коллиматорных визиров можно заменить уровнем.

Техническая характеристика теодолита 4Т30П представлена в таблице 1.

 

Таблица 1 - Техническая характеристика теодолита 4Т30П

 

Параметр

Величина

Диапазон измерения горизонтальных углов Предел измерения вертикальных углов Средняя квадратическая погрешность измерения одним приёмом горизонтального угла вертикального угла Погрешность ориентирования по буссоли систематическая случайная Зрительная труба Изображение Увеличение, крат Поле зрения Пределы визирования, м Коэффициент дальномера К Постоянное слагаемое С Наружный диаметр оправы объектива, мм Отсчётное устройство Цена деления лимбов Цена деления шкал микроскопа: для варианта а) для варианта б) Погрешность снятия показания с лимбов, не более Цена деления уровня: при алидаде при трубе Масса, кг: теодолита с подставкой футляра штатива Габаритные размеры, мм: теодолита футляра штатива (в сложенном виде) Диапазон рабочих температур

0 … 360˚ +60˚…-55˚     20" 30"   30' 10'   прямое 2˚ 1.2 … ∞ 100 ± 0.5   1˚   5' 1'   30"   45" 20"   2.3 1.5 5.0   140×130×230 285×245×2320 Ø140×1000 от -40° до +50°С

 

ОТСЧЁТНОЕ УСТРОЙСТВО ТЕОДОЛИТА

 

Горизонтальный круг градуирован через один градус и оцифрован от 0 до 360˚. Вертикальный круг градуирован через один градус и оцифрован от –0 до -75˚ и от +0 до +75˚.

Шкала алидады горизонтального и вертикального круга имеет угловую величину в 1˚. Самым длинным штрихом шкала делится на два отрезка по 30'. Каждый из этих отрезков, штрихами средней высоты, в свою очередь делится на три отрезка по 10'. Наконец каждый десятиминутный отрезок, самыми короткими штрихами, делится на два отрезка по 5'. Шкала горизонтального круга оцифрована слева направо от 0' до 60' (цифры 0 и 6). Шкала вертикального круга оцифрована слева направо от 0' до 60' (цифры 0 и 6) и справа налево от -0' до -60' (цифры -0 и -6). Также выпускается модель теодолита 4Т30П с ценой наименьшего деления шкалы алидады в 1'. На рисунках 5 и 6 изображено поле зрения отсчётного устройства двух вариантов теодолита 4Т30П.

 

Рисунок 5 - Поле зрения микроскопа теодолита 4Т30П с ценой деления шкалы 5'

Отсчёт считывается в следующей последовательности. Вначале определяют оцифровку градусного штриха, который находится в пределах шкалы алидады. Затем считают количество минут от нулевого штриха алидады до градусного штриха лимба, находящегося внутри шкалы алидады. Если выполняется считывание по вертикальному кругу, то необходимо помнить следующее. Если градусный штрих оцифрован положительно, то минуты считают от +0' до +60'. Если градусный штрих имеет отрицательную оцифровку, то минуты считают от -0' до -60'. Значения минут, внутри пятиминутного отрезка, определяются на глаз. Пять минут пропорционально делятся на две части, справа и слева от градусного штриха.

В верхнем прямоугольнике (рисунок 5), под буквой «В» отсчётное устройство вертикального круга. Показание лимба вертикального круга –0˚27'. В нижнем прямоугольнике над буквой «Г» отсчётное устройство горизонтального круга. Показания лимба горизонтального круга 125˚07'.5. Если бы

 

 

Рисунок 6 - Поле зрения микроскопа теодолита 4Т30П с ценой деления шкалы 1'

градусный штрих 125˚ на рисунке 5 совпал с нулём на шкале, а градусный штрих 124˚ совпал с цифрой 6, то данный отсчёт составил бы 125˚.

В верхнем прямоугольнике (рисунок 6), под буквой «V» отсчётное устройство вертикального круга. Показание лимба вертикального круга 25˚26'. В нижнем прямоугольнике над буквой «Н» отсчётное устройство горизонтального круга. Показания лимба горизонтального круга 215˚45'.

Расстояние можно определить при помощи вертикальной рейки, имеющей сантиметровые деления. Для этого, считывают отсчёты по верхней и нижней дальномерным нитям сетки нитей зрительной трубы, наведённой на рейку. Коэффициент нитяного дальномера теодолита равен 100, то есть одному сантиметру на рейке между дальномерными нитями соответствует один метр на местности между теодолитом и рейкой. Расстояние от прибора до объекта равно количеству сантиметровых делений, между нитями дальномера выраженному в метрах. Поле зрения теодолита представлено на рисунке 7.

 

Рисунок 7 - Поле зрения зрительной трубы теодолита 4Т30П

Расстояние можно определить как разность отсчётов по верхней и нижней нитям, помноженную на коэффициент дальномера, то есть:

D = (128.7 – 111.3) × 100 = 17.4 м.

 

ПРИВЕДЕНИЕ ТЕОДОЛИТА В РАБОЧЕЕ ПОЛОЖЕНИЕ

 

Теодолит в горизонтальное положение приводится при помощи трёх подъёмных винтов. Горизонтальный круг устанавливается таким образом, чтобы ось цилиндрического уровня была параллельна любым двум подъёмным винтам. Вращая эти два подъёмных винта навстречу друг другу в одну или другую сторону, приводят пузырёк цилиндрического уровня в нуль-пункт (на середину). После чего поворачивают теодолит вокруг вертикальной оси таким образом, чтобы цилиндрический уровень стал перпендикулярно тем же двум подъёмным винтам. Вращением третьего подъёмного винта, в направлении которого повёрнут цилиндрический уровень, приводят пузырёк уровня в нуль-пункт. Затем возвращают теодолит в исходное положение и уточняют приведение пузырька в нуль-пункт.

Сетка нитей, расположенная в окулярной части зрительной трубы, фокусируется под зрение наблюдателя при помощи диоптрийного кольца окуляра. Далее, при откреплённых закрепительных винтах алидады горизонтального круга и трубы, зрительная труба по коллиматорному визиру наводится на объект. После чего закрепительными винтами фиксируется положение алидады и трубы. Затем, при помощи наводящих винтов алидады и трубы, пересечение сетки нитей наводится на объект (приложение Б).

Микроскоп отсчётного устройства, также фокусируется под зрение наблюдателя при помощи фокусирующего кольца на окуляре микроскопа. Если отсчётное устройство микроскопа освещено недостаточно, необходимо открыть иллюминатор и вращением крышки с зеркалом направить луч света в иллюминатор.

Теодолит 4Т30П имеет оптическую систему позволяющую получать прямое изображение. При выполнении горизонтальной или тахеометрической съёмки в комплекте с ним используется нивелирная рейка с прямой оцифровкой. Визирование по вертикали производится средней горизонтальной нитью сетки нитей на высоту инструмента, или высоту визирования.

ПОВЕРКИ И ЮСТИРОВКИ ТЕОДОЛИТА 4Т30П

 

При испытании взаимодействия деталей прибора особое внимание необходимо обратить на следующие требования:

1) вращение горизонтального и вертикального кругов и алидады горизонтального круга должно быть свободным и при работе наводящими винтами плавным;

2) закрепительные винты лимба, алидады и зрительной трубы надо зажимать без лишних усилий. При поворотах верхней части прибора следует браться руками за алидадную часть у места расположения закрепительного винта;

3) подъёмные винты не должны иметь шатаний в подставке.

В исправном теодолите взаимное положение его частей и осей должно отвечать определенным геометрическим условиям. Контроль выполнения этих условий называется поверками теодолита. У теодолита поверяется положение четырёх осей: вертикальной, горизонтальной, визирной и оси цилиндрического уровня.

Ось цилиндрического уровня на алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к вертикальной оси теодолита. (Поверка уровня).

Для этой поверки лимб устанавливают в горизонтальное положение. Затем поворачивают алидаду на 180°; если пузырёк уровня останется на середине, то условие поверки считается соблюденным. Если же пузырёк уровня отойдет от середины больше чем на одно деление, значит, условие не соблюдено, и необходимо исправить обнаруженную не перпендикулярность осей, т.е. произвести юстировку. Для этого подсчитывают, на сколько делений уровня отклонился пузырек. Ошибку в размере половины делений устраняют исправительным винтом уровня с помощью специальной шпильки. При большом отклонении исправление выполняют постепенно. Поверку и юстировку повторяют несколько раз до полного устранения ошибки.

Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси теодолита. (Поверка коллимационной ошибки).

Вращением диоптрийного кольца (на оправе окуляра) добиваются чёткого изображения сетки нитей. Затем трубу наводят на какой–либо объект вблизи горизонта. При визировании на точку вертикальный круг может находиться или слева, или справа по отношению к наблюдателю. Поэтому различают наблюдения, выполненные при «круге право» – КП, и наблюдения, выполненные при «круге лево» – КЛ. Для получения чёткого изображения наблюдаемой точки в поле зрения, пользуются кремальерой (фокусировочным кольцом зрительной трубы). Затем на замеченную точку наводят центр сетки нитей трубы теодолита с помощью микрометренного винта алидады и берут отсчёт по лимбу горизонтального круга при положении КП. Переводят трубу через зенит. Наводят зрительную трубу на ту же точку и берут отсчёт, но в уже в положении КЛ. Разность между отсчётами даёт угол, соответствующий двойной коллимационной ошибке. Величина коллимационной ошибки вычисляется по формуле:

 

(1)

Если она превышает двойную величину точности считывания отсчёта, равную 1′ для теодолита 4Т30П, то положение визирной оси желательно исправить.

Для этого определяется отсчёт:

 

(2)

 

На этот отсчёт, при помощи наводящего винта, устанавливается алидада горизонтального круга. Одновременно центр сетки нитей сместится с наблюдаемой точки. Наводить на эту точку центр сетки нитей необходимо исправительными винтами сетки нитей. Исправление производят следующим образом. Откручивают защитный колпачок с окуляра зрительной трубы, под которым расположены четыре юстировочных (исправительных) винта. Отпустив вертикальные винты, вращением горизонтальных винтов, перемещают сетку нитей до тех пор, пока её центр не совпадёт с наблюдаемой точкой. В процессе исправления рекомендуется сначала несколько отпустить противоположный винт, а затем ввинчивать нужный, чтобы сетка нитей была устойчиво закреплена. После устранения коллимационной ошибки поверку прибора необходимо повторить.

Горизонтальная и вертикальная оси теодолита должны быть взаимно перпендикулярны.

Установив теодолит на 10–20 метров от стены здания, нужно навести сетку нитей зрительной трубы на хорошо видимую, высоко расположенную точку. Закрепить алидаду горизонтального круга. Затем зрительная труба наклоняется примерно до горизонтального положения. На стене карандашом отмечают точку, в которую проецируется центр сетки нитей. Затем, ослабив закрепительные винты зрительной трубы и алидады, трубу перевести через зенит. Далее следует навести сетку нитей на ту же высоко расположенную точку, и снова наклонить трубу до горизонтального положения. Если центр сетки нитей совпадает с меткой на стене или отклонится не более чем на две ширины бисектора сетки, то условие выполнено. Устранение значения не перпендикулярности осей теодолита более допустимого выполняется в специализированной мастерской. Данное условие гарантируется заводом изготовителем.

Вертикальная нить сетки нитей должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси теодолита.

Наводится вертикальная нить сетки на чётко видимую, удалённую точку. Вращая трубу микрометренным (наводящим) винтом вертикального круга теодолита, наблюдают прохождение вертикальной нити через искомую точку. Если вертикальная нить и точка в ходе вращения трубы взаимно отклоняются, юстировку выполняют путем поворота окулярной части зрительной трубы с сеткой на требуемый угол. Для этого ослабляются четыре винта крепящие окулярную часть к зрительной трубе. После данной операции требуется повторить определение коллимационной ошибки.

При горизонтальном положении зрительной трубы отсчёт по вертикальному кругу должен быть равен нулю. Определение места нуля (МО) вертикального круга теодолита.

Наблюдают при обоих положениях вертикального круга (КП и КЛ) на три точки местности и трижды вычисляют значение МО по формуле:

(3)

 

Колебания МО при наблюдении на разные точки не должно превышать двойную величину точности считывания отсчёта по вертикальному кругу, или 1′. Приведение МО к нулю можно выполнить следующим способом. Зрительную трубу наводящим винтом устанавливают на отсчёт, равный вычисленному углу наклона по формуле:

 

(4)

 

После этого вертикальными юстировочными винтами сетки нитей совмещают горизонтальный штрих сетки нитей с изображением наблюдаемой точки. Для контроля выполненных действий желательно вновь определить значение МО. Если юстировка МО не выполнялась, то в процессе определения углов наклона необходимо учитывать значение места нуля.

Изображение одного деления угломерного круга должно быть равно 12 делениям шкалы микроскопа. Определение рена отсчётного микроскопа. Разность между ними называют реном.

Значение рена определить следующим образом. Совместить какой либо штрих А лимба с нулевым штрихом отсчётной шкалы микроскопа и снять показание по штриху (А - 1˚). Вычислить разность показаний по штрихам А и (А - 1˚), которая равна рену на данном участке лимба.

Рен вертикального лимба определить на участках 0, 2, -2˚ при круге слева и справа, рен горизонтального круга – через 60˚.

Вычислить среднее арифметическое значение рена для каждого круга из шести определений.

Расхождение между значениями рена для разных участков лимба не должно превышать 30′′. При среднем значении рена более 15′′ произвести его исправление.

Предварительно устраняется параллакс. Для этого необходимо снять боковую крышку со стороны лимба вертикального круга (рисунок 8). Наблюдая в микроскоп, установить окуляр по глазу до получения чёткого изображения шкалы. Слегка открепив винт 2 крепления линз горизонтального круга, перемещением линзы вдоль паза кронштейна добиться чёткого изображения горизонтального лимба, винт закрепить. Аналогично исправляется параллакс вертикального круга нижним винтом, расположенным в глубине боковой продольной прорези.

 

 

1, 2 – винты крепления линз горизонтального круга;.3 – винт крепления кронштейна; 4 – кронштейн

Рисунок 8 – Теодолит 4Т30П без боковой крышки

После устранения параллакса проверить и при необходимости устранить рен. Рен горизонтального и вертикального кругов исправить перемещением обеих линз соответствующих кругов. Если изображение круга необходимо уменьшить, обе линзы необходимо удалить от круга, если увеличить – приблизить. Одновременно следят за отсутствием параллакса между изображениями штрихов лимба и шкалы микроскопа.

Поверки и юстировки теодолиту в обязательном порядке выполняют перед выходом в поле.

 

РАБОТА НА СТАНЦИИ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО УГЛА ПОЛНЫМ ПРИЁМОМ

 

Для выполнения измерения теодолит надо установить и закрепить на штативе становым винтом, так чтобы подъёмные винты свободно вращались. Полный приём состоит из двух полуприёмов выполненных при разных положениях вертикального круга. Точность считывания значений 0'.5.

Процесс измерения угла состоит из отдельных операций.

1) Перед работой теодолит устанавливают над вершиной угла (колышка), таким образом, чтобы нитяной отвес находился примерно над центром точки. Центрирование корректируется передвижением теодолита на штативе (приложение В), либо изменением длины ножек штатива. Допустимая погрешность при центрировании составляет 2–3 мм. Затем, убедившись в устойчивости теодолита, подъёмными винтами с помощью уровня при алидаде горизонтального круга установить лимб теодолита в горизонтальное положение.

2) Установить сетку нитей на чёткое изображение, закрепить лимб и навести трубу с помощью оптического коллиматорного визира на заднюю точку угла. Закрепить алидаду и более точное наведение произвести наводящими (микрометренными) винтами трубы и алидады. Визирование осуществляется на самую нижнюю видимую часть вешки. Этим исключается погрешность за редукцию, т.е. наклон вешки.

3) Произвести отсчёт по шкале горизонтального круга и записать его.

4) Открепив алидаду, навести трубу на переднюю точку угла, также произвести отсчёт и записать.

5) Вычислить значение угла как разность первого и второго отсчётов, по задней и передней точкам соответственно. Если первый отсчёт получился меньше второго, то к нему надо прибавить 360° (занять круг), а затем произвести вычитание.

Описанные выше операции представляют первый полуприём, выполненный при КП или КЛ.

6) Открепив закрепительные винты трубы и алидады горизонтального круга, перевести трубу через зенит. Изменить положение вертикального круга и сбить (изменить) отсчёт по лимбу горизонтального круга на 2 – 3° с помощью наводящего или перестановочного винта лимба.

7) Измерить угол при другом положении круга, повторив действия, описанные в ранее рассмотренных пунктах.

8) Расхождение значения угла в двух полуприёмах (КП и КЛ) не должно превышать 1′. Если расхождение допустимо, вывести среднее значение угла из двух полуприёмов. Это будет результат измерения угла полным приёмом. Результаты выполненного измерения записываются в журнал измерения углов, представленный в таблице 2.