Сборка и юстировка угломерных приборов с поворотными визирами

В угломерных приборах типа теодолита или кинотеодолита, имеющих перевод визирной трубы через зенит, в процессе их изготовления, сборки и юстировки могут возникнуть следующие ошибки, влияющие на измерение вертикальных и горизонтальных углов: наклон вертикальной оси вращения прибора; коллимационная ошибка и наклон горизонтальной оси поворота трубы относительно вертикальной оси вращения прибора.

Наклон вертикальной оси угломерного прибора возникает вследствие неточной юстировки уровней, устанавливаемых на поворотных частях прибора, относительно вертикальной оси вращения, a в приборах, не имеющие уровней – из-за дефектов поверхности базовой площадки по которой с помощью накладного уровня выверяют прибор. Чувствительность уровня должна быть больше точности самого прибора.

Предположим, что вертикальная ось прибора наклонен относительно отвеса на уголь m (рис. 20.7, а). Юстировочными винтами на корпусе уровня ось ампулы, приводят в горизонтальное положение, выводя пузырек на середину.

Если повернуть алидаду горизонтального лимба вокруг вертикальной оси на 180°, то пузырек уровня сместится на угол 2 m, равный двойной величине наклона вертикальной оси прибора, причем смещение пузырька уровня будет происходить в сторону, противоположную наклону вертикальной оси прибора: при наклоне оси влево пузыре смещается вправо (рис. 20.7, б).

Определив направление и величину наклона вертикальной оси (по цене деления уровня), устраняют эту ошибку методом половинных поправок и последовательного исключения. При этом половину ошибки устраняют наклоном оси прибора с помощью установочных винтов треножника, а вторую часть смещения пузырька устраняют юстировочными винтами уровня. Затем определяют правильность юстировки прибора, повторяя указанные операции установки алидады.

Устранив ошибку наклона вертикальной оси в одной плоскости, поворачивают контролируемый прибор на 90 и проверяют вертикальность оси алидады в перпендикулярном направлении. При необходимости выполняют операцию юстировки. Наклон вертикальной оси прибора вызывает наклон плоскости горизонтального лимба и наклон горизонтальной оси вращения визирной трубы. Если визирную ось прибора навести на произвольную точку под углом i к горизонтальной плоскости и под углом φ к плоскости начального меридиана, то в приборе появятся уводы от вертикали и от горизонта. Ошибки в отсчете вертикального и горизонтального углов, обусловленные этими уводами, рассчитывают по формулам:

где φ _m – угол в горизонтальной плоскости, относительно которого имеется наклон вертикальной оси; i – угол наклона вертикальной оси. Коллимационная, или инструментальная ошибка теодолитов обусловлена неперпендикулярностью визирной оси трубы к горизонтальной оси вращения вертикального лимба, связанного со зрительной грубой или киносъемочной камерой (рис. 20.8, а). При наличии коллимационной ошибки визирная ось трубы (камеры) при повороте относительно горизонтальной оси вертикального лимба опишет не плоскость, а коническую поверхность. Плоскость траектории визирной оси на сфере, представляющей собой окружность, будет удалена от начального меридиана на угол k (рис. 20.8, б). Если через горизонтальную точку траектории визирной оси провести линию отвеса, то по величине смещения визирной оси от линии отвеса можно определить величину увода δ _ik визирной оси трубы от отвеса в зависимости от угла места i (рис. 20.8, в). Установлено, что коллимационная ошибка k существенно влияет на точность определения только горизонтальных углов. Ошибками при измерениях вертикальных углов из-за их малой величины пренебрегают.

Влияние коллимационной ошибки k на точность измерения горизонтальных углов выражается следующей формулой: где Δ φ _к – ошибка горизонтального угла; k – коллимационная ошибка; i – угол места.

Типовой процесс проверки и устранения коллимационной ошибки сводится к следующему.

Проверяемый теодолит 2 устанавливают напротив объектива коллиматора 1 контрольно котировочного прибора (рис.20.9). Визирные оси коллиматоров занимают строго горизонтальное положение, вертикальные штрихи сеток находятся в вертикальном плоскости, проходящей через визирные оси коллиматоров 1 и 5. Вертикальный лимб 3 теодолита (кинотеодолита) устанавливают слева (рис. 20.9, а).

Сетку трубы теодолита совмещают; с вертикальным штрихом коллиматора 1; по горизонтальному лимбу 4 устанавливают отсчет угла φ ₁ = 0.

Зрительную трубу теодолита поворачивают вокруг горизонтальной оси (переводят через зенит) на угол 180º. Положение горизонтального лимба 4 остается неизменным (φ ₂ = 0), а визирная ось трубы принимает положение, противоположное первоначальному (рис. 20.9, б). Зрительную трубу совместно с алидадой горизонтально лимба поворачивают вокруг вертикальной оси и вертикальный штрих ее сетки совмещают с вертикальным штрихом коллиматора 1. Вертикальный лимб 3 находится справа (рис.20.9, в). Теперь отсчет φ ₃ по горизонтальному лимбу φ ₃ = 180º +2 k.

Таким образом будут найдены двойная величина и направление коллимационной ошибки.

Затем поворачивают зрительную трубу на угол k в направлении к коллиматору 1, устанавливая по горизонтальному лимбу теодолита (кинотеодолита) отсчет φ ₄ = 180° + k (рис.20.9, г). Коллимационную ошибку устраняют перемещением сетки зрительной трубы в теодолитах с помощью регулировочных винтов. При этом визирную ось трубы совмещают с перекрестием коллиматора.

На увеличение коллимационной ошибки в теодолитах также влияют эксцентриситеты лимба и алидады, погрешность визуального отсчета по горизонтальному лимбу. Так как эти факторы не зависят один от другого, а погрешность отсчета носит случайный характер, то для предельной коллимационной ошибки будет справедливо следующее выражение,

где k _c – погрешность в определении коллимационной ошибки, вызванная эксцентриситетами лимба и алидады; Δ φ ₀ – погрешность отсчета по лимбу.

Для юстировки теодолитов используют универсальные стенды для юстировки. На рис. 20.10 показан универсальный контрольно юстировочный прибор для юстировки теодолитов, позволяющий определять:

- диапазон фокусировки зрительной трубы;

- смещение визирной оси трубы при наводке на разноудаленные объекты:

- неперпендикулярность горизонтальной оси вращения трубы к вертикальной оси прибора;

- величину коллимационной ошибки;

- эксцентриситет вертикального лимба;

- «место нуля» вертикального лимба;

- среднюю квадратическую ошибку наклона;

- среднюю квадратическую ошибку измерения углов по горизонтальному лимбу.

Этот контрольно-котировочный прибор позволяет производить юстировку и контроль теодолитов всех типов, фокусное расстояние объективов зрительных труб которых не превышает 200 мм.

Установка состоит из массивной плиты 1 и колонки 2. В колонке и жестко связанных с ней кронштейнах укреплены коллиматоры. Визирная ось среднего коллиматора 8 занимает строго горизонтальное положение, визирные оси четырех коллиматоров 6, 9 и 5, 10 образуют с визирной осью коллиматора 3 углы наклона +25 и –25; +50 и –50º, причем визирные оси коллиматоров лежат в одной вертикальной плоскости и образуют плоскость начального меридиана. Визирные оси коллиматоров 7 и 3 составляют с визирной осью среднего коллиматора 8 углы –30 и +30º, причем визирные оси этих коллиматоров должны лежать в горизонтальной плоскости и имитировать плоскость горизонта.

Визирные оси всех перечисленных коллиматоров вертикального и горизонтального рядов должны пересекаться в едином центре.