Технический осмотр, испытания и поверки теодолита

Качество измерений зависит не только от знаний и опыта исполнителя, но и технического состояния прибора, оборудования. Поэтому, принимая теодолит для выполнения полевых работ, должен производиться технический осмотр, при котором устанавливается комплектность принадлежностей, их исправность, ясность и четкость изображений в зрительной трубе и отсчетной системе, отсутствие погнутостей и шатаний подъемных винтов подставки-треножника, а также повреждения уровней и их исправительных винтов, правильность работы закрепительных, наводящих винтов и т.д. Одновременно устанавливается исправность штатива. Выявленные недостатки устраняются.

Для теодолитов в процессе испытаний устанавливается точность отсчетов, увеличение зрительной трубы, цена деления цилиндрического уровня, сохранность необходимого сопряжения основных частей теодолита в процессе выполнения измерений.

После этого выполняют действия, связанные с проверкой геометрических и оптико-механических условий, которым должны удовлетворять геодезические приборы. В геодезии такие действия называют поверками, а исправления нарушенных геометрических условий в приборе - юстировкой (лат. Justus - правильный). Поверка и юстировка прибора является неотъемлемой частью технологии полевых топографо-геодезических работ.

Геометрические условия состоят в сопряжении осей теодолита под заданным углом. Взаимное расположение этих осей должно соответствовать принципу измерения горизонтального угла. Чтобы такое соответствие обеспечивалось, выполняют поверки геометрических условий теодолита в следующей последовательности.

Поверка уровня. Ось цилиндрического уровня горизонтального круга должна быть параллельна плоскости лимба и перпендикулярна оси вращения теодолита.

Устанавливают теодолит на штативе и выполняют поверку цилиндрического уровня в порядке рассмотренном ранее. После юстировки уровня следует повторить поверку и убедиться в выполнении требуемого условия, т.е. пузырек уровня не должен отклоняться от нульпункта более чем на одно деление.

Если это условие не будет выполнено, то при помощи уровня не удастся установить горизонтальный круг (рабочую меру) в горизонтальное положение и вертикальную ось теодолита в отвесное положение, соответствующее принципу измерения угла.

Окончив поверку и юстировку уровня, по нему приводят вертикальную ось вращения теодолита в отвесное (рабочее) положение.

Поверка положения коллимационной плоскости. Визирная ось VV должна быть перпендикулярна оси вращения зрительной трубы HH (рис.5.32,а). ^

Это условие необходимо для того, чтобы при вращении трубы вокруг её оси визирная ось описывала (коллимационную) плоскость, а не конические поверхности. Если визирная ось не перпендикулярна к оси вращения зрительной трубы, то возникает коллимационная погрешность«с», соответствующая углу отклонения визирной оси от перпендикуляра к оси вращения трубы.

Рис.5.32. Схемы геометрических условий поверок теодолита: а - второй поверки; б - третьей поверки; в - четвертой поверки

В теодолитах типа Т3О с односторонним отсчетным устройством (т. е. отсчет можно производить только в одной точке градусных делений лимба) для исключения погрешностей, вызываемых эксцентриситетом алидады, поверку выполняют так.

При закрепленном лимбе зрительную трубу теодолита дважды наводят на удаленную точку В, расположенную приблизительно на одном уровне с прибором, один раз при круге П, другой - при круге Л и берут отсчеты по микроскопу b^п₁ и b^л₁.,

Затем освободив зажимной винт при подставке прибора, поворачивают весь теодолит в подставке примерно на 180°, визируют на ту же точку, после чего лимб закрепляют. Потом вновь визируют на точку В. При положении круг П и Л и берут два отсчета b^п₂ и b^л₂ по микроскопу. Величину коллимационной погрешности вычисляют по формуле

с = ¼ {(b^п₁ - b^л₁± 180º)+(b^п₂ - b^л₂± 180º)} (5.18)

Если погрешность «с» меньше двойной точности отсчета, то условие считается выполненным, если же с > 1' (двойной точности), то производят исправление. При юстировке, действуя наводящим винтом алидады, устанавливают на лимбе горизонтального круга верный отсчет b^л, определяемый по формуле

b^л = b^л₂ - с.

При этом алидада повернется на угол «с» и визирная ось отклонится от изображения наблюдаемой точки В. Тогда, ослабив слегка один вертикальный, например верхний, исправительный винт при сетке нитей, действуя боковыми исправительными винтами при ней, передвигают сетку до совмещения точки пересечения нитей с изображением наблюдаемой точки В.

После юстировки надо повторить поверку и убедиться, что условие выполнено.

Для исключения влияния остаточной коллимационной погрешности угол обязательно нужно измерять при двух положениях вертикального круга и брать среднее значение.

Поверка положения горизонтальной оси теодолита. Ось вращения зрительной трубы НН должна быть перпендикулярна к оси вращения прибора YY (рис.5.32, б).

Это условие необходимо для того, чтобы после приведения теодолита в рабочее положение его коллимационная (визирная) плоскость была вертикальна.

5.33. Схема третьей поверки теодолита

Для поверки выполнения этого условия на расстоянии 10-20 м от теодолита на стене здания максимально высоко замечают какую-либо точку А (рис.5.33). Поверку выполняют 2 человека. Наблюдатель вводят изображение точки в крест сетки нитей и опускают зрительную трубу до горизонтального её положения и даёт команду помощнику перемещать на стене руку с карандашом до тех пор, пока карандаш не попадает в крест сетки нитей. Это положение а₁ отмечается на стене (бумаге). Затем наблюдатель, переведя трубу через зенит, вновь наводит трубу на выбранную вверху стены точку А и наклоняет трубу до горизонтального положения её визирной оси. Снова отмечается на стене (бумаге) место проекции креста сетки нитей а₂. Если обе точки а₁ и а₂ совместились в одной точке а, значит условие выполнено, если же они не совпали больше чем на двойную ширину видимого расстояния между штрихами биссектора сетки нитей, то условие не выполнено.

Тогда, действуя юстировочными винтами эксцентриковой втулки лагеры оси трубы, перемещают перекрестие нитей сетки в среднюю точку проекции а.

Выполнение данного условия обеспечивается заводом, в крайнем случае, исправление выполняется опытным специалистом или в специализированных мастерских.

Поверка положения сетки нитей. Вертикальная нить (штрих) сетки нитей АА должна находиться в коллимационной плоскости (рис.5.32, в).

После приведения теодолита в рабочее положение вертикальную нить (штрих) сетки нитей наводят на какую-либо отчетливо видимую точку и, наклоняя зрительную трубу наводящим винтом, следят за смещением наблюдаемой точки с нити. Если точка не смещается с вертикальной нити при любом наклоне трубы, то условие выполнено. В противном случае необходимо повернуть окулярную часть и пластинку с сеткой нитей, предварительно сняв колпачок с неё, и, ослабив винты, прикрепляющие окулярную часть к объективному колену, а потом после исправления завернуть четыре винта.

Если сетку нитей юстировали, то необходимо проверить, не нарушено ли при этом условие 2.

Условие 4 не вытекает из принципа измерения горизонтального угла, но оно необходимо для удобства визирования на отвесные предметы (вехи, мачты, шпили и пр.).

Поверка места нуля. Место нуля (МО) вертикального круга теодолита должно быть равно или близко 0º и постоянно на станции.

Вертикальный круг теодолита предназначен для измерения углов наклона ν или зенитных расстояний z. Для одной и той же наклонной линии ВС (рис.5.34), углы ν и z связаны равенством ν + z = 90º.

В вертикальном круге лимб жестко скреплен с осью зрительной трубы, а отсчетный индекс (нулевой диаметр) алидады должен занимать горизонтальное положение при измерениях (рис. 5.34, а).

Принцип измерения угла наклона тот же, что и горизонтального угла, т. е. значение угла равно разности двух отсчетов, полученных после визирования по двум его сторонам. В качестве одной из сторон угла служит горизонтальная линия (нулевой диаметр). Установка нулевого диаметра в горизонтальное положение выполняется при помощи уровня алидады или компенсатора.

Примечание. Компенсатор - устройство, удерживающее отсчетный индекс (нулевой диаметр) в горизонтальной плоскости при сравнительно небольших наклонах вертикальной оси вращения теодолита. Часто такой компенсатор является системой линз и призм, свободно подвешенной на очень тонких проволочках. Если в сокращенном названии теодолитов, например Т5К, ставится буква «К», это означает, что уровень у вертикального круга заменен компенсатором.

 

Рис. 5.34. К понятию места нуля вертикального круга и схема взаимосвязи угла наклона и зенитного расстояния.

 

Но так как одной из сторон углов наклона всегда является горизонтальная линия, то измерение угла наклона сводится лишь к отсчету по лимбу при визировании на наблюдаемую точку при условии, что величина места нуля (МО) шкалы равна нулю (рис. 5.35, а). На рис. 5.35, а показан случай, когда угол наклона ν = 35º, так как МО = 0º. Но это будет справедливо, если выполняется условие параллельности нулевого диаметра шкалы и оси уровня, и ось уровня была приведена в горизонтальное положение.

Отсчет по шкале вертикального круга не всегда соответствует углу наклона визирной линии. Это бывает, когда МО ≠ 0º, а ось уровня была приведена в горизонтальное положение.

Рассмотрим случай, когда, например, МО=5º (рис.5.34, б). Такой вариант возникает, когда условие параллельности нулевого диаметра шкалы и оси уровня не выполняется. Тогда при установке пузырька в нульпункт ось уровня займет горизонтальное положение, а нулевой диаметр сместится на величину МО=5º. Угол наклона вычисляется по формуле

ν = 40º – МО = 40º – 5º = 35º.

В приведенном примере рассмотрен частный случай, когда величину М0 шкалы круга приняли равной 5º. В практической работе величина М0 для конкретного прибора неизвестна. Поэтому в процессе выполнения поверок М0 необходимо определять.

Определение места нуля (МО). Таким образом, особенностью измерения углов наклона является необходимость знания МО шкалы вертикального круга.

Определение места нуля (М0). Таким образом, особенностью измерения углов наклона является необходимость знания М0 шкалы вертикального круга.

Для теодолитов, имеющих цилиндрический уровень при вертикальном круге, под МО понимается отсчет на этом круге, при котором визирная ось и ось цилиндрического уровня занимают горизонтальное положение.

При измерении угла наклона другими теодолитами - МО представляет отсчет по лимбу вертикального круга, соответствующий горизонтальному положению визирной оси при определенном исходном положении нулевого индекса отсчетного устройства в пространстве.

Вид формул, по которым вычисляют место нуля (М0) и угол наклона ν, зависит от надписей (оцифровки) делений на лимбе вертикального круга теодолита.

У теодолитов Т30 и Т15 деления на лимбе вертикального круга подписаны от 0 до 360° против хода часовой стрелки. Отсчитывание одностороннее - при круге Л около 0°, при круге П около 180°. У этих теодолитов нет уровня при алидаде вертикального круга и его заменяет уровень при алидаде горизонтального круга, расположенный параллельно коллимационной плоскости зрительной трубы.

Для определения МО теодолит устанавливают в рабочее положение (горизонтируют). Выбирают максимально удалённую точку, чтобы зрительная труба занимала приблизительно горизонтальное положение. Открепив закрепительные винты горизонтального круга и зрительной трубы, наводят на выбранную точку, а затем, соответственно наводящими винтами вводят её изображение в крест сетки нитей.

Приводят пузырёк уровня при горизонтальном круге в нульпункт при помощи подъемного винта, по направлению которого расположен уровень, уточняют визирование наводящим винтом зрительной трубы и делают отсчет в микроскопе по шкале вертикального кругу, например, при круге лево (Л). Те же действия выполняют при положении круг право (П). Такое измерение угла называют измерением полным приемом.

Подобные действия выполняют, наводя на 2-3 удаленные точки.

Используя отсчеты, полученные при круге Л и круге П, вычисляют МО, угол наклона по соответствующим формулам:

М0 = ½ (Л + П + 180º);	(5.18)
ν = Л - М0;	(5.19)
ν = М0 - П - 180º	(5.20)
ν = ½ (Л - П - 180º) = ½ (Л - П - 180º).	(5.21)

При использовании формул (5.18) - (5.21) к малому отсчету (до 60º) прибавляют 360º.

Пример 1. Отсчеты при круге: П=175º; Л = 25º, тогда

М0 = ½ (Л + П + 180º) = ½ (385º + 175º, + 180º)= 370º или 10º;

ν = М0 - П - 180º = 370º - 175º - 180º = +15º;

ν = ½ (Л - П - 180º) = ½ (385º- 175º- 180º) = +15º.

Контроль по формуле: ν = Л - М0 = 385º - 370º = +15º.

Пример 2. Отсчеты при круге: П=182º 46'; Л = 357º 14', тогда

М0 = ½ (Л + П + 180º) = ½ (357º 14' + 182º 46' + 180º)= 0º 00';

ν = М0 - П - 180º = 360º - 182º 46' - 180º = - 2º 46';

ν = ½ (Л - П - 180º) = ½ (357º 14' - 182º 46' - 180º) = - 2º 46'.

Контроль по формуле: ν = Л - М0 = 357º 14' - 360º00' = - 2º 46'.

Если значение МО по результатам нескольких наблюдений колеблется в пределах двойной точности отсчетного устройства, то условие можно считать выполненным.

Если колебания МО превышают указанный предел, то необходимо проверить точность крепления уровня на горизонтальном круге, вертикального круга на оси вращения трубы и вертикальных исправительных винтов сетки нитей.

При этом постоянство МО в процессе работы будет свидетельствовать о том, что взаимное положение (геометрическое условие) отдельных деталей не нарушено.

Современные теодолиты снабжены компенсатором, заменяющим цилиндрический уровень при вертикальном круге. При значительных колебаниях МО в таких теодолитах причину нужно искать в неудовлетворительной регулировке компенсатора.

У теодолитов 2ТЗО, 2ТЗОП, 4Т30П деления на лимбе вертикального круга подписаны от 0 до ±75º в обе стороны - по ходу и против хода часовой стрелки (секторная оцифровка). Деления, подписанные по ходу часовой стрелки, сопровождаются знаком «минус». Отсчитывание по лимбу одностороннее, при этом в зависимости от знака угла наклона и значения МО отсчеты могут быть положительными и отрицательными.

Для вычисления МО и угла наклона следует применять формулы:

М0 = ½ (Л + П);	(5.22)
ν = Л - М0;	(5.23)
ν = М0 - П	(5.24)
ν = ½ (Л - П)	(5.25)

 

Пример 3. Отсчеты при круге: П= -20º; Л = 40º, тогда

М0 = ½ (Л + П) = ½ {(40º + (-20º) }= 10º;

ν = М0 - П = 10º - (-20º) = +30º;

ν = ½ (Л - П) = ½ { 40º -(- 20º) }= +30º.

Контроль по формуле: ν = Л - М0 = 40º - 10º = +30º.

Пример 4. Отсчеты при круге: П= 2º 23'; Л = -2º 24', тогда

М0 = ½ (Л + П) = ½ (-2º 24' + 2º 23')= - 0º 00,5';

ν = М0 - П = - 0º 00,5'- 2º 23' = - 2º 23,5';

ν = ½ (Л - П) = ½ (-2º 24' ' - 2º 23') = - 2º 23,5'.

Контроль по формуле: ν = Л - М0 = -2º 24' - (- 0º 00,5') = - 2º 23,5'.

Анализируя формулы (5.22) и (5.25) видно, что угол наклона можно вычислить и без МО. Место нуля вычисляют, потому что оно является надежным средством контроля измерений углов наклона, так как при измерении нескольких углов наклона на точке стояния теодолита место нуля должно быть постоянным или расхождение значений места нуля не должно превышать установленного предела.

Кроме того, МО необходимо знать, если углы наклона измеряют одним полуприемом, т. е. при круге Л или - П, когда выполняют съемку рельефа. Для упрощения вычислений угла наклона, например при Л, по формулам (5.19) и (5.23) МО приводят к 0º и тогда отсчет при круге Л = ν.

Этого можно достичь в некоторых теодолитах.

Приведение места нуля к значению, близкому к 0º. Для этого у теодолитов типа Т30, имеющих цилиндрический уровень при горизонтальном круге, необходимо выполнить следующие действия.

1. Установить теодолит на штатив, привести в рабочее положение.

2. Выполнить измерения для определения МО с контролем по нескольким точкам и вычислить угол наклона ν на одну из точек, например N. Причем желательно, чтобы этот угол был положительным.

3.При круге П (если деления на вертикальном круге подписаны по ходу часовой стрелки) подправляется положение пузырька в нульпункте и креста сетки нитей на точке. Оставляют зрительную трубу наведенной на точку N.

4. Вращением наводящего винта зрительной трубы устанавливают на вертикальном круге отсчет, равный вычисленному значению угла ν. При этом крест сетки нитей сместится с наблюдаемой точки N.

5. При помощи вертикальных исправительных винтов оправы сетки нитей возвращают крест сетки нитей на наблюдаемую точку N.

6. После этого вновь определяют МО и, если необходимо, повторяют те же действия.

Если деления на вертикальном круге теодолита подписаны против хода часовой стрелки (Т30, Т15 и др.), все описанные действия выполняются при круге Л.

В процессе перемещения сетки нитей могут произойти некоторые её боковые сдвиги, что повлияет на коллимационную плоскость. Поэтому необходимо повторить поверку.

У теодолитов (Т15К и др.), имеющих вместо уровня компенсатор вертикального круга, постоянство МО (равное или близкое к 0º) обеспечивается автоматически при помощи компенсатора, в пределах 2', т.е. в этих же пределах автоматически сохраняется в отвесном положении изображение отсчетных индексов оптической системы. Для таких теодолитов установка в рабочее положение обеспечивается по круглому уровню.

Однако такие компенсаторы перед началом работы должны исследоваться на устойчивость показаний, поскольку возможны нарушения правильности перемещений их подвесных элементов. Уменьшение же величины МО можно достигнуть также перемещением сетки нитей вертикальными исправительными винтами.