Будова теодоліта. Вимірювання кутів

9.1. Будова теодоліта 2Т30.

9.2. Приведення теодоліта в робоче положення.

9.3. Знімання відліків з горизонтального і вертикального кругів.

9.4. Вимірювання горизонтальних кутів способом прийомів.

9.5. Вимірювання вертикальних кутів.

Прилади і обладнання: теодоліт 2Т30, штатив, висок, віха.

 

9.1. Теодоліт – прилад призначений для вимірювання горизонтальних і вертикальних кутів. Теодоліти, які дозволяють вимірювати ще й відстані за далекомірними нитками, а також азимути за допомогою накладної бусолі, називають теодолітами-тахеометрами.

Теодоліти класифікують за багатьма критеріями:

1) за призначенням: геодезичні, маркшейдерські, астрономічні, фототеодоліти…;

2) за точністю (відповідно до середньо-квадратичної помилки вимірювання кута): високоточні (Т1, Т05), точні (Т2, Т5) і технічні (Т15, Т30, 2Т30);

3) за типом відлікового пристрою: верньєрні, із шкаловим мікроскопом, із штриховим мікроскопом, із оптичним мікрометром, із електронною цифровою індикацією;

4) за конструкцією вертикальної осі: повторювальні, неповторювальні або прості;

5) за конструкцією оптичної відлікової системи: з двохстороннім відліком за кругами і одностороннім;

6) за фізичною природою носія інформації: механічні, оптичні, кодові;

7) за типом зорової труби: з прямим і оберненим зображенням;

8) за конструкцією стабілізації відлікового індекса: з рівнем при вертикальному крузі, з рівнем при алідаді горизонтального круга, з компенсатором кутів нахилу.

У шифрі теодоліта літера „ Т ” означає „теодоліт”, а цифри – середню квадратичну похибку вимірювання горизонтального кута одним прийомом (у секундах). Додаткова літера в шифрі теодоліта означає його модифікацію або конструктивне рішення: „ А ” – астрономічний, „ М ” – маркшейдерський, „ К ” – з компенсатором вертикального круга, „ П ” – зорова труба з прямим зображенням. Якщо на основі базової моделі розроблена нова модифікація – перед шифром додається цифра „ 2 ”.

Теодоліт 2Т30 відноситься до технічних, з повторювальною системою вертикальної осі. Система відліку одностороння, з шкаловим мікроскопом. Призначений для вимірювання кутів у теодолітних і тахеометричних ходах, знімальних геодезичних мережах, при перенесенні в натуру споруд і інженерно-технічних вишукуваннях трас. Загальний вигляд і будова теодоліта 2Т30 показана на рис. 9.1.

Теодоліти бувають різних конструкцій. Вони мають різний зовнішній вигляд, але назви основних частин у всіх типів теодолітів і їх призначення однакові.

Штатив служить для вста­новлення приладу над вершиною кута. До верхньої частини (головки) штатива за допомогою станового гвинта (25) прикріплюється теодоліт. На головку штатива спирається основа (1) з трьома піднімальними гвинтами (15) і підставкою (13), яку ще називають трегер. Піднімальні гвинти розташовані через 120° один від одного. Їх призначення – приводити прилад у горизонтальне положення за допомогою циліндричного рівня (5).

Для вимірювання горизонтальних і вертикальних кутів слугують кутомірні круги теодоліта – відповідно горизонтальний (позначається ГК) і вертикальний (ВК) (19). Круги складаються із лімба (ГК – (21), ВК – (23)) і алідади (ГК – (22), ВК – (24)). Лімб – це скляний круг, який розмічений поділками від 0° до 360° за рухом годинникової стрілки. При вимірюванні кута лімб є нерухомим і горизонтальним. Вісь алідади вміщується у вісь лімба. На алідаді нанесено відліковий пристрій у вигляді шкали, за допомогою якої знімається відлік за лімбом.

Над трегером (13) розміщена верхня частина теодоліта, яка називається алідадною. Вона обертається навколо вертикальної осі теодоліта і складається з алідади ГК (22), колонок (12) на яких кріпиться зорова труба (26) та вертикального круга (19). Зорова труба може обертатися навколо своєї осі обертання від 0° до 360°. На одному з кінців осі обертання труби закріплений вертикальний круг. Під час вимірювань вертикальний круг може розміщуватись від зорової труби ліворуч (круг ліворуч – КЛ) або праворуч (круг праворуч – КП). Лімб (23) вертикального круга наглухо скріплений з зоровою трубою і обертається разом з нею, а алідада (24) вертикального круга – нерухома.

 

Рис. 9.1. Загальний вигляд і будова теодоліта 2Т30:

а) вигляд при крузі праворуч; б) вигляд при крузі праворуч;

в) схематичний розріз

Зорова труба (26) має об’єктив (17), окуляр (10), фокусуючий гвинт (кремальєру) (7), візир (9), закріпний гвинт (8) і мікрометричний або навідний гвинт (6). За допомогою фокусуючого гвинта досягається чітке зображення предмета в полі зору труби, а за допомогою окуляра – чітке зображення сітки ниток. Візир призначений для швидкого попереднього наведення на точку. Закріпний гвинт закріплює трубу у будь-якому положенні, а мікрометричний гвинт дозволяє повільно і плавно обертати трубу при точному наведенні на потрібну точку (навідний гвинт працює лише при закріпленому закріпному гвинті).

Закріпний і навідний гвинти мають також лімб і алідада горизонтального круга: (3) – закріпний гвинт алідади ГК, (4) – навідний гвинт алідади ГК, (14) – закріпний гвинт лімба ГК, (20) – навідний гвинт лімба ГК.

Для підвищення точності відліку застосовують спеціальний пристрій – відліковий мікроскоп (11), в поле зору якого передається зображення штрихів лімбів ГК і ВК та шкали. Для підсвічування відліків використовується дзеркало (16).

Крім того в комплект теодоліта входить орієнтир-бусоль, яка призначена для вимірювання магнітних азимутів. Для її кріплення в теодоліті є спеціальний паз (18) на колонці зорової труби.

 

9.2. Приведення теодоліта в робоче положення включає центрування, горизонтування приладу й фокусування зорової труби.

Центрування – це встановлення центра лімба або осі алідади на одній прямовисній лінії з вершиною кута. Для центрування використовують ниткові виски і оптичні центрири. Оскільки теодоліт 2Т30 не має оптичного центриру, ми будемо користуватись виском (рис. 9.2).

Для центрування теодоліт встановлюють над вершиною кута так, щоб головка штатива була наближено горизонтальною, а висок знаходився над кілочком, який позначає вершину кута. Ніжки штатива встановлюють в грунт, натиснувши ногою на металеві наконечники. Переконавшись у стійкості приладу, необхідно послабити становий гвинт і виконати більш точне центрування, переміщуючи тедоліт на головці штатива, поки висок не суміститься з точкою на місцевості. Після закінчення операції центрування закріплюють становий гвинт.

 

Рис. 9.2. Центрування за допомогою виска

 

Горизонтування – приведення площини лімба в горизонтальне положення або осі алідади в прямовисне положення піднімальними гвинтами.

Для горизонтування спочатку встановлюють циліндричний рівень горизонтального круга паралельно до двох піднімальних гвинтів і приводять його бульбашку на середину (рис. 9.3, а). Потім, повертають алідаду на 90° у напрямку третього гвинта (рис. 9.3, б). Обертаючи лише третій піднімальний гвинт знову приводять бульбашку в нуль-пункт. Ці дії повторюють декілька разів, поки бульбашка рівня не залишатиметься на середині.

Фокусування зорової труби – отримання в полі зору труби чіткого зображення сітки ниток і предмету який спостерігається.

Зорову трубу наводять на предмет і обертаючи кремальєру фокусують трубу, тобто добиваються чіткої, різко окресленої видимості предмета. Потім обертаючи окулярне кільце добиваються чіткого зображення сітки ниток. При спостереженні різновіддалених предметів кожного разу змінюють фокусування.

Рис. 9.3. Горизонтування теодоліта за допомогою циліндричного рівня:

а) циліндричний рівень встановлений за напрямком двох піднімальних гвинтів; б) циліндричний рівень встановлений за напрямком третього піднімального гвинта

 

9.3. При вимірюванні кутів теодолітом треба вміти правильно прочитати відлік на лімбі. У теодоліта 2Т30 коло лімба поділене на 360 поділок, кожна з яких відповідає 1°. Градусна величина однієї поділки лімба називається ціною поділки лімба. Відліки в теодоліті 2Т30 знімають за допомогою відлікового шкалового мікроскопу, в поле зору якого передаються зображення відліків з лімбів горизонтального і вертикального кругів. Окуляр відлікового мікроскопу знаходиться поряд з окуляром зорової труби. Верхня частина поля зору передає зображення вертикального круга (позначено літерою В), а нижня – горизонтального (позначено літерою Г). Поле зору відлікового мікроскопу теодоліту 2Т30 при крузі праворуч (КП) та крузі ліворуч (КЛ) показане на рис. 9.4.

Відліки в теодоліті 2Т30 складаються з двох частин – градуси (знімаються за підписаним штрихом лімба) та мінути (знімаються за шкалою від „ 0 ” до підписаного штриха лімба). Ціна найменшої нанесеної поділки шкали – 5'. Відліки мінут за шкалами знімають на око, з точністю до 1'. Отже, на рис. 9.4 відлік за ГК при КП = 125°13¢; відлік за ГК при КЛ = 305°13¢.

 

Рис. 9.4. Поле зору відлікового мікроскопу теодоліта 2Т30:

а) при крузі праворуч; б) при крузі ліворуч

 

Слід зауважити, що відліки за вертикальним кругом знімаються за таким же принципом, але залежності від знаку кута нахилу необхідно використовувати різні шкали, які мають відповідне оцифрування. Наприклад на рис. 9.4, а – відлік на лімбі = -3°, тому використовуємо шкалу від „ -0” до „ -6” відраховуючи кількість мінут з права на ліво. Отже остаточні відліки на рис. 9.4: за ВК при КП = -3°22¢; за ВК при КЛ = +3°22¢.

 

9.4. Горизонтальні кути можна вимірювати наступними способами:

1) спосіб прийомів;

2) спосіб кругових прийомів.

Спосіб прийомів використовується, коли необхідно виміряти один кут на точці (рис. 9.5, а), а спосіб кругових прийомів – коли необхідно виміряти два або більше кутів з однієї вершини (рис. 9.5, б).

 

Кути способом прийомів вимірюють дотримуючись такої послідовності:

1) теодоліт встановлюють над вершиною кута і приводять у робоче положення;

2) визначають, яка точка буде правою, а яка лівою. Для цього стають у вершині обличчям до кута – за правою рукою буде права точка, за лівою – ліва;

Рис. 9.5. Способи вимірювання горизонтальних кутів:

а) спосіб прийомів; б) спосіб кругових прийомів

 

3) закріплюють лімб у положенні круг праворуч (КП) і повертаючи алідадну частину, наводять перехрестя сітки ниток зорової труби на низ віхи, встановленої у правій точці 3 (рис. 9.5, а). Наведення здійснюють спочатку приблизно – за допомогою візиру, а потім точно – за допомогою мікрометричних гвинтів. Після точного наведення труби на точку візування знімають відлік за горизонтальним кругом. Відліки записують у „Журнал вимірювання горизонтальних кутів теодолітом способом прийомів” у відповідну графу (позиція (1) у табл.9.1);

4) після цього відкріплюють закріпний гвинт алідади і наводять перехрестя сітки ниток зорової труби на низ віхи, встановленої у лівій точці 1 і знову знімають відлік по ГК (2);

5) величину виміряного кута (3) знаходять віднімаючи від відліку на праву точку відлік на ліву точку, тобто за правилом – правий напрямок мінус лівий (3)=(1)-(2). Якщо відлік на праву точку буде меншим ніж відлік на ліву точку, то до нього додають 360°;

6) переводять зорову трубу через зеніт, тобто повертають теодоліт на 180°. Внаслідок цього вертикальний круг виявиться ліворуч від зорової труби, тобто займе положення – круг ліворуч КЛ. Після цього всі дії вказані у пунктах 3-5 повторюють при положенні КЛ і вдруге обчислюють величину виміряного кута (6)=(4)-(5).

Вимірювання одного й того ж кута при двох положеннях вертикального круга КП і КЛ складає один повний прийом. Вимірювання кута при якомусь одному положенні круга називається півприйомом. При вимірюванні кута повним прийомом ліквідується колімаційна помилка і помилка від неперпендикулярності осі обертання труби до осі обертання теодоліта.

Якщо значення кута, визначені при положеннях КП і КЛ, відрізняються не більше ніж подвійну точність відлікового пристрою, то з них виводять середнє і записують у відповідні графи журналу, вважаючи цей запис величиною кута 2. Якщо різниця між величинами кута, отриманими при положеннях КП і КЛ, більша від подвійної точності теодоліта, вимірювання кута треба провести ще раз.

Приклад заповнення журналу вимірювання горизонтальних кутів теодолітом способом прийомів наведено в табл. 9.1.

 

Таблиця 9.1

Журнал вимірювання горизонтальних кутів теодолітом способом прийомів

Теодоліт 2Т30 №7644

Станція	Точки наве-дення	Положення ВК	Відліки по ГК	Кути з пів-прийомів	Середнє значення кута	Схема кута
		КП   КЛ	45°27' (1)   354°18' (2)   225°26' (4)   174°18' (5)	51°09' (3)   51°08' (6)	51°08,5'	1   51°08,5'

Позначеннями (1)-(6) показана послідовність запису відліків та обчислень.

 

9.5. Кутом нахилу ν називають кут між горизонтальною площиною і напрямком на необхідну точку (рис. 9.6). Прийнято називати кути нахилу вертикальними. Якщо точка, на яку необхідно визначити кут нахилу, розміщена вище від горизонтальної площини, то кут нахилу буде із знаком плюс, а якщо нижче – мінус.

В процесі вимірювання кутів нахилу спочатку визначають місце нуля вертикального круга (МО ВК). МО ВК – відлік з вертикального круга, при якому візирна вісь зорової труби горизонтальна і бульбашка рівня при алідаді ВК знаходиться в нуль-пункті.

Для визначення МО приводять теодоліт в робоче положення, наводять центр сітки ниток на добре видиму точку і знімають відлік з вертикального круга КЛ. Далі переводять трубу через зеніт і проводять такі ж операції при другому положенні вертикального круга, отримуючи відлік КП.

Місце нуля МО вертикального круга визначають за відповідними формулами залежно від конструкції теодоліта. Зокрема, для теодоліта 2Т30:

 

. (9.1)

 

Постійне значення місця нуля є контролем вимірювань, тому необхідно визначити його декілька разів на різні точки місцевості. За остаточне значення місця нуля приймають середнє.

 

Визначивши МО переходять до вимірювання вертикальних кутів в наступній послідовності (рис. 9.6):

1) теодоліт встановлюють над точкою і приводять в робоче положення;

2) вимірюють висоту приладу і (від верху кілочка до візирної осі) рейкою чи рулеткою;

3) зорову трубу у положенні круг праворуч (КП) наводять на віху встановлену в кінцевій точці лінії, причому перехрестя сітки ниток наводять на висоту приладу відмічену на вісі;

4) після точного наведення зорової труби, знімають відлік за вертикальним кругом. Відліки записують у „Журнал вимірювання вертикальних кутів теодолітом” у відповідну графу (табл. 9.2);

5) переводять трубу через зеніт і повторюють дії зазначені у пунктах 3-4 при крузі ліворуч (КЛ);

6) обчислюють кут нахилу ν за формулами:

 

. (9.2)

 

Рис. 9.6. Схема вимірювання вертикального кута

 

Якщо значення кута нахилу, визначені при положеннях КП і КЛ, відрізняються не більш як на подвійну точність приладу, то з них виводять середнє і записують у відповідні графи журналу, вважаючи цей запис величиною вертикального кута нахилу лінії. Якщо різниця між величинами кута, отриманими при положеннях КП і КЛ, більша від подвійної точності відлікового пристрою, то вимірювання вертикального кута необхідно провести ще раз.

 

Таблиця 9.2

Журнал вимірювання вертикальних кутів теодолітом

Теодоліт 2Т30 №7644

Станції	Точки наведення	Відліки за ВК	МО	Кути нахилу	Кут нахилу середній
КП	КЛ	МО-КП	КЛ-МО
		+1°31¢	-1°25¢	+0°03¢	-1°28¢	-1°28¢	-1°28,0¢
		-2°23¢	+2°28¢	+2°26¢	+2°25¢	+2°25,5¢
		+3°44¢	-3°39¢	-3°41¢	-3°42¢	-3°41,5¢

Приклади типових завдань:

Завдання 1.

Вивчити будову теодоліта. Привести його в робоче положення. Зняти відліки з горизонтального і вертикального кругів.

Розв’язок:

Вивчити розміщення і призначення основних частин теодоліта. Привести бульбашку циліндричного рівня в нуль-пункт. Навести зорову трубу на віху і зняти відліки з ГК і ВК. Замалювати в зошит поле зору відлікового окуляра і зняті відліки.

 

Завдання 2.

Виконати вимірювання горизонтального кута способом прийомів.

Розв’язок:

Виміряти горизонтальний кут між заданими точками, як описано в питанні 4.

 

Завдання 3.

Виконати вимірювання вертикального кута.

Розв’язок:

Визначити місце нуля вертикального круга теодоліта. Виміряти вертикальний кут на задані точки, як описано в питанні 5.

Контрольні запитання:

1. Класифікація теодолітів.

2. Будова теодолітів.

3. Приведення теодоліта в робоче положення.

4. Знімання відліків з горизонтального і вертикального кругів теодоліта.

5. Вимірювання горизонтального кута способом прийомів.

6. Вимірювання вертикальних кутів. Визначення місця нуля.

Лабораторна робота 10. (2 год)

Перевірки теодоліта 2Т30

10.1.Перевірка осі циліндричного рівня алідади горизонтального круга.

10.2.Перевірка сітки ниток.

10.3.Перевірка перпендикулярності візирної осі до осі обертання труби.

10.4.Перевірка перпендикулярності осі обертання труби до вертикальної осі теодоліта.

Прилади і обладнання: теодоліт 2Т30, штатив, висок, віха.

 

10.1. Як відомо під перевірками розуміють контроль правильності взаємного положення осей і частин приладу. Схема основних осей теодоліта показана на рис. 10.1.

 

Рис. 10.1 Геометричні осі теодоліта

 

Основні геометричні осі теодоліта наступні:

Візирна вісь зорової труби VV₁ – уявна пряма лінія, яка проходить через центр сітки ниток і оптичний центр об’єктива.

Вертикальна вісь обертання теодоліта ZZ₁ – уявна пряма лінія, яка проходить через центр обертання алідади і лімба.

Горизонтальна вісь обертання зорової труби НН₁ – уявна пряма лінія, яка проходить через центр обертання зорової труби.

Вісь циліндричного рівня UU₁ – уявна пряма лінія, яка проходить за дотичною до внутрішньої поверхні ампули рівня в точці нуль-пункту (рис. 10.2).

 

Рис. 10.2. Вісь циліндричного рівня

 

Перевірка осі циліндричного рівня при алідаді горизонтального круга (перевірка циліндричного рівня). Вісь циліндричного рівня UU₁ при алідаді горизонтального круга повинна бути перпендикулярною до осі обертання теодоліта ZZ₁.

Виконання перевірки. Приводять теодоліт в робоче положення. Після цього розташовують циліндричний рівень за напрямком двох піднімальних гвинтів (рис.10.3, 1 положення). Оскільки теодоліт приведений в робоче положення бульбашка рівня має знаходитись на середині. Далі повертають алідадну частину теодоліта на 180°. Якщо бульбашка рівня змістилась від нуль-пункта не більше однієї поділки, то умова виконана. В іншому випадку виконують виправлення (рис.10.3, 2 положення).

Виправлення. На половину дуги відхилення бульбашку повертають до нуль-пункта виправними гвинтами рівня. Після виправлення перевірку повторюють знову.

 

Рис. 10.3. Перевірка циліндричного рівня

 

10.2. Перевірка сітки ниток. Горизонтальна нитка сітки ниток зорової труби повинна бути перпендикулярною до осі обертання теодоліта ZZ₁.

Виконання перевірки. Приводять теодоліт в робоче положення і на відстані 20-30 м підвішують нитковий висок. Наводять зорову трубу на нитку виска. Якщо вертикальна нитка сітки співпадає з ниткою виска, то умова виконана. Якщо вертикальна нитка сітки не співпадає з ниткою виска, то виконують виправлення. (рис. 10.4)

Виправлення. Відкручують ковпачок в окулярній частині зорової труби і відпускають чотири гвинти, за допомогою яких кріпиться окуляр до труби. Після цього повертають сітку ниток так, щоб вертикальна нитка співпала з лінією виска. Далі закріплюють гвинти і прикручують ковпачок. Після виправлення перевірку повторюють знову.

 

Рис. 10.4. Перевірка сітки ниток:

а) перевірка не виконується; б) перевірка виконується

10.3. Перевірка перпендикулярності візирної осі до осі обертання труби (перевірка колімаційної похибки). Візирна вісь зорової труби VV₁ повинна бути перпендикулярною до осі обертання зорової труби НН₁.

Виконання перевірки. Приводять теодоліт в робоче положення. На місцевості вибирають віддалену, добре видиму точку і наводять на неї зорову трубу при КП. Знімають відлік з горизонтального круга КП₁. Після цього відкріплюють закріпні гвинти алідади горизонтального круга та зорової труби, переводять трубу через зеніт і при КЛ наводять її на ту ж саму точку, що і при КП. З горизонтального круга знімають відлік КЛ₁. Для теодоліта 2Т30, для виключення ексцентриситету алідади, необхідно повернути лімб приблизно на 180°. Це виконується за допомогою закріпного гвинта лімба. Після зміщення лімба повторюють наведення на цю ж точку і знімають відліки КП₂ і КЛ₂.

За отриманими відліками з горизонтального круга обчислюють колімаційну похибку за формулою:

 

. (10.1)

 

Якщо с£1¢, то умова виконана. В іншому випадку виконують виправлення.

Виправлення. Обчислюють відлік за горизонтальним кругом, коли візирна вісь зорової труби перпендикулярна до осі її обертання, за однією з формул:

 

(10.2)

 

Обертаючи навідний гвинт алідади горизонтального круга встановлюють вирахуваний відлік КЛ₀ (або КП₀). При цьому центр сітки ниток зміститься з спостережуваної точки. Після цього знімають ковпачок в окулярній частині зорової труби, який закриває доступ до виправних гвинтів сітки ниток. Попередньо послабивши верхній виправний гвинт, обертають по черзі правий і лівий виправні гвинти (один відкручують, а другий закручують за допомогою шпильки) пересуваючи пластинку з сіткою ниток так, щоб центр сітки співпав із зображенням предмету. Після виправлення перевірку повторюють знову

 

10.4. Перевірка перпендикулярності осі обертання зорової труби до вертикальної осі обертання теодоліта. Горизонтальна вісь обертання зорової труби НН₁ повинна бути перпендикулярною до вертикальної осі обертання теодоліта ZZ₁.

Виконання перевірки. Встановлюють теодоліт на відстані 20-30 м від стіни будинку. Приводять його в робоче положення і наводять центр сітки ниток на точку, яка розташована в верхній частині стіни. За допомогою зорової труби теодоліта проектують точку вниз на висоту приладу і позначають на стіні її проекцію m₁ (рис. 10.5). Після цього переводять трубу через зеніт і при другому положенні круга таким же способом одержують другу проекцію – m₂. Якщо обидві точки співпадають або знаходяться в межах бісектору сітки ниток, то умова виконана. В іншому випадку виправлення виконують тільки в спеціальних майстернях.

 

Рис. 10.5. Перевірка перпендикулярності осі обертання труби до вертикальної осі теодоліта

 

Приклади типових завдань:

Завдання 1.

Виконати перевірки теодоліта 2Т30.

Розв’язок:

Виконати перевірки приладу як описано в питаннях 1-4.

 

Контрольні запитання:

1. Перевірки теодоліта. Основні осі теодоліта.

2. Перевірка осі циліндричного рівня при алідаді горизонтального круга.

3. Перевірка сітки ниток.

4. Перевірка перпендикулярності візирної осі до осі обертання зорової труби.

5. Перевірка перпендикулярності осі обертання зорової труби до вертикальної осі обертання теодоліта.

Лабораторна робота 11. (2 год)