Теодолит: поверки, устройство, измерение

Грамотная эксплуатация

Соблюдение эксплуатационных правил теодолита даст возможность не позволить серьёзных ошибок при проведении измерений. Данные правила включают очередность действий на разных стадиях эксплуатации аппарата:

• во время хранения;
• при приготовлении к работе;
• в период выполнения измерений;
• очередность оценки полученных результатов;
• порядок сборки теодолита после работы.

Большое внимание необходимо выделять всем данным правилам в особенных условиях внешней среды: температуре, влаги, силе ветра, освещённости. Фактически все теодолиты имеют интервал разрешённых для эксплуатирования температур от -25 °С до +50 °С абсолютно любой влаги

Но не забывайте, что чрезмерно невысокие или большие температуры оказывают влияние на точность снимаемых показаний.

Измерение углов теодолитом – изучаем марки приборов

В этом разделе мы хотим не только коснуться видов теодолита, но и его маркировки, ведь это в первую очередь бросается в глаза и вызывает некую растерянность при покупке прибора, а также при знакомстве с его работой. Итак, для начала разберемся, какими же приборами располагает промышленность с точки зрения их работы. Имеется механическое устройство, оптическое, лазерное и электронное. Первый тип – самый дешевый и простой, но имеет самую низкую точность, поэтому подойдет, скорее всего, только для изучения, а не для серьезных разработок.

Электронный удобен тем, что имеет устройство для считывания и обработки результатов, то есть геодезист должен только правильно его выставить, а остальное сделает машина. Но самым распространенным считается оптический теодолит, в нем приятно сочетаются цена и качество измерения, хоть он и не обладает мозгом, как электронный. А вот самым дорогим, но и более совершенным является лазерный, это самый точный прибор и удобный в использовании, однако имеет смысл для постоянных работ с высокими требованиями к качеству результатов.

Есть два принципиально отличающихся вида теодолитов по конструкции корпуса, а именно, подвижности лимба и алидады. В повторительных типах эти элементы можно закреплять поочередно и снимать показания методом последовательных повторений. А вот в простых этого делать нельзя, алидада и ось представляют там одно неподвижное целое, каждое измерение потребует отдельной настройки. Теперь напоследок рассмотрим маркировку инструмента, чтобы не путаться и не ожидать от измерений чего-то большего, чем они могут дать.

Марка теодолита включает совокупность цифр и букв, которые будет легко прочитать после нашего небольшого пояснения. В каждом имеется связка буквы «Т» и цифры, это – основа основ и показывает нам, что это действительно Теодолит, а цифры показывают погрешность измерения в секундах, чем они выше, тем больше погрешность. 1 маркирует высокоточные приборы, 2 и 5 – точные, 15 и 30 – технические. Цифра точности стоит после буквы «Т», а если какой-то номер стоит перед этой литерой, она обозначает поколение прибора, то есть его модификацию в заявленной категории предложенной марки.

Система наведения теодолита

Состоит из зрительной трубы и связанными с ней микрометренными винтами для точного наведения на цель наблюдения. Сама зрительная труба представляет металлический корпус, оптическую систему, состоящую из объектива (1) с окуляром (2), сетки нитей (5), фокусировочной линзы (3) с кремальерой (4). Оптическая схема основной детали устройства наведения показана на Рис.3. Зрительная труба.

Рис.3. Зрительная труба.

Визирование на удаленные точки осуществляется через линзу окуляра и фокусирование изображения с помощью винта или кольца кремальеры, передвигающей внутреннюю фокусировочную линзу. При появлении четкого изображения в объективе точное наведение на цель выполняют с применением сетки нитей, видимость которой регулируется диоптрийным кольцом. Линия, невидимо проходящая через центры окуляра и объектива, считается визирной осью. Соответствие ее положения конструктивным и геометрическим условиям относительно осей других узлов оптического прибора проверяется выполнением рабочих испытаний инструмента.

Рис.4. Устройство сетки нитей (а) и изображение в поле зрения окуляра в приборах Т30 (б), Т30М (в).

Поверка и юстировка цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга

Полный файл с работой можно скачать с Depositfiles

5.3 Поверка цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга

1. 1. Условие поверки

Ось цилиндричес ко го уровня LL при алидаде горизон тально го к р уг а долж на

быть перп енди к улярн а к оси в ращения ZZ тео долита.

Выполнение этого условия позволяет с помощью уровня устанавливать ось вращения теодолита в отвесное положение, а, следовательно, плоскость лимбагоризонтального круга – в горизонтальное положение (рис. 23).

Внимание!

Перед выполнением поверки необходимо убедиться, что подъемные винты находятся в среднем положении, а подставка теодолита занимает примерно горизонтальное положение. Если последнее условие заметно не соблюдается даже на глаз, то надо более тщательно отгоризонтировать площадку головки штатива.

1. 1. Последовательность выполнения поверки

Общая схема выполнения поверки показана на рис.23. При выполнении поверки подставка теодолита все время остается неподвижной, а вращается вокруг вертикальной оси ZZ только верхняя подвижная часть теодолита – алидада, вместе с установочным цилиндрическим уровнем.

1. Поворачиваяалидаду, устанавливаютось цилиндрическогоуровня

параллельно

направлению, соединяющему любые два подъемных винта (рис. 24,а).

1. Одновременно вращая подъемные винты, по направлению которых установлена ось уровня, в противоположные стороны

   приводят пузырек уровня на середину (рис.24,б).

1. Поворачивают алидаду на 180 относительно первоначального положения (рис. 24,в). Если пузырек уровня остался в нуль-пункте (на середине) или отклонился от него не более чем на половину деления шкалы уровня, то условие поверки считается выполненным. В противном случае необходимо выполнить юстировку уровня.

Рис. 23 – Геометрическая схема, иллюстрирующая этапы поверки цилиндрического уровня теодолита

Рис. 24 – Порядок выполнения поверки и юстировки установочного цилиндрического уровня

1. 1. Порядок выполнения юстировки

В случае, если условие 3 не выполняется, то производят юстировку

(исправление, наладку, приведение к нормальному положению) уровня. Для этого половину отклонения пузырька уровня от нуль-пункта убирают подъемными винтами, а вторую половину отклонения убираютюстировочными (исправительными) винтами уровня.

Юстировка выполняется в следующем порядке.

1. Вращая подъемные винты, по направлению которых установлен уровень, в противоположные стороны, половину отклонения пузырька уровня от нуль-пункта убирают подъемными винтами, (рис. 24,г).

При этом возможна ситуация, что из-за значительного отклонения оси уровня от горизонтального положения, пузырек полностью уходит в один из концов ампулы,вследствие чего невозможно определить величину полного его отклонения. В этой ситуации поступают следующим образом .

Подъемными винтами, по направлению которых установлен уровень, пузырек уровня приводят на середину. При этом стараются поворачивать оба винта на один и тот же угол (но в противоположных направлениях) и считают число n таких поворотов. Тогда половине отклонениябудетсоответствовать

n / 2 оборотов подъемных винтов. Поэтому, после выведения пузырька уровня на середину возвращают его назад на половину ( n / 2 ) таких же оборотов подъемных винтов. Это и будет требуемое положение.

1. С помощью специальной шпильки юстировочными винтами (рис. 24,д, и рис.25) уровня перемещают его хвостовик вверх или вниз, в зависимости от положения пузырька, пока пузырек не установится в нуль-пункт ампулы уровня (рис. 24,е).

Рис. 25 – Исправительные (юстировочные) винты установочного цилиндрического уровня

При этом всегда работают двумя исправительными винтами. Сначала слегка ослабляют винт, в направлении которого должен перемещаться хвостовик уровня, а затем подкручивают второй винт, который толкает хвостовик в новое положение. Такими небольшими поочередными движениями и выводят пузырек уровня на середину.

1. Для контроля поверку повторяют.

Поверку и юстировку выполняют до тех пор, пока после поворота алидады на 180  пузырек уровня будет отклоняться от среднего положения не более чем на 0.5 деления уровня (пока не будет выполняться условие 3 из 5.3.2.) (рис. 24,ж).

1. После этого алидаду теодолита поворачивают на 90  по отношению к первым двум подъемным винтам и проверяют положение пузырька уровня (рис. 24,з). Если пузырек сошел с нуль-пункта, то третьим подъемным винтом устанавливают его в нуль-пункт (рис. 24,и).

1. После этого поверку повторяют еще раз, используя для этого другие пары подъемных винтов.

Даннаяповеркавыполняетсяпередначаломизмеренияугловприкаждойустановке теодолита в рабочееположение.

Полный файл с работой можно скачать с Depositfiles

Правила эксплуатации теодолита

Для выполнения высокоточных измерений важно знать все тонкости при обращении с геодезическим прибором. От навыков геодезиста во многом зависит, в какой степени полученные при измерении цифры будут соответствовать реальному положению вещей, окажется ли достаточно прочной и долговечной возводимая конструкция. Данный геодезический прибор имеет ряд преимуществ:

Данный геодезический прибор имеет ряд преимуществ:

• С его помощью можно проводить точнейшие угловые измерения, невзирая на экстремальные климатические условия и специфику местности. Без помех работает в интервале температур от -25 до 50 градусов.
• На точность полученных данных не оказывают влияние нестандартные условия работы, поэтому теодолит можно брать даже в экспедиции.
• Компактный размер облегчает транспортировку прибора.
• Элементарная и быстрая калибровка и юстировка.

Каким образом устроен теодолит?

В инструкции к теодолиту содержится минимум сведений об устройстве. Она включает в себя следующие данные:

• важнейшие технические характеристики;
• сфера применения;
• назначение кнопок;
• как правильно установить инструмент и подготовить к измерению;
• как использовать прибор;
• наведение на цель;
• как выполнить поверку и настройку инструмента;
• уход за устройством.

Инструкция по эксплуатации в бумажном виде компактна и универсальна, что является большим преимуществом. Она не занимает много места и ее можно брать с собой. У такой инструкции не замерзнет ЖК-дисплей и не сядет зарядка. Из нее в любой момент можно узнать необходимую информацию, даже если вы находитесь в поле, на стройплощадке или карьере.

В инструкции для устройства теодолита есть все сведения об инструменте, которые помогут выполнить настройку и поверку.

Общие сведения

Теодолитом называется геодезическое устройство, которым измеряют горизонтальные и вертикальные углы между линиями и плоскостями различных поверхностей, а при оснащении дальномером — направления и расстояния до предметов. Измерения производятся в угловых градусах и минутах и секундах. До изобретения теодолита существовали приборы, которыми можно было измерять только вертикальные или только горизонтальные углы. Первое упоминание о теодолитусе (что переводится с греческого как theomai смотрю и dolichos — далеко) встречается в трактате по землемерии, написанном изобретателем Леонардом Диггесом в 1571 году.

Сейчас, когда при геодезических и топографических работах широкое распространение получили информационные технологии, теодолиты используют в основном на строительстве жилых зданий и промышленных объектов, в том числе подземных. Прибор применяется:

• перед началом строительства, когда определяется угол уклона рельефа, на котором планируется закладка строения;
• на последующих этапах проверяется правильность проведения работ и соблюдение вертикальности построенных частей объекта.

Современные теодолиты также используются при возведении мостов и колонн, маркшейдерских изысканиях и наблюдении за астрономическими объектами. Приборы, которые используются в разных климатических условиях, в любое время года и при любой погоде по инструкции должны выдерживать температуры от -20 до + 50 °C и относительную влажность до 95%. Высокая точность и производительность теодолитов должна быть обеспечена при длительной эксплуатации в трудных условиях. Желательно, чтобы приборы были лёгкими, с небольшими габаритами и имели высокую надежность.

Полярный способ съемки теодолитом

В строительстве в основном используют два способа съемки – полярный (рис. 1) и способ створов и перпендикуляров (рис 2). Другие способы съёмки теодолитом: способ угловых засечек, линейных засечек, способ вспомогательных створов и способ обхода.

При полярном способе мы отталкиваемся от двух точек с известными значениями. Эти точки можно взять из уже существующего проекта, плана, государственной геодезической сети (при наличии СРО), либо при самостоятельной разработке плана задать эти точки самостоятельно, начиная с самостоятельно определённого ноля по x;y;z координат. Полярный способ бывает замкнутый и разомкнутый.

Рассмотрим для начала разомкнутый способ, который мы потом приведём к замкнутому. Инструмент устанавливается на исходную точку 2, берётся начальный отсчёт на исходную точку 1, либо наоборот. Измеряется расстояние рулеткой, мерной лентой или дальномером до точки теодолитного хода 1, устанавливается метка (колышек заподлицо с землёй, либо вертикальная рейка). Измеряется левый по ходу угол на точку теодолитного хода 1. Дойдя до съёмочной точки 2 мы последовательно вычисляем значения горизонтальных углов к каждой из точек контура (рис. 1). Таким образом так же можно измерить расстояния до точек объекта съёмки и вертикальные углы с любой нужной вам точки теодолитного хода. Далее, пользуясь формулами вычислить необходимые значения и расстояния, многие расчёты приведены в нескольких видео на этой странице.

Устройство теодолита – составные части и их назначение

Это приспособление позволяет замерять углы в пространстве с высокой точностью, работает как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной. 

Обычно действует относительным методом, то есть за основу берется какой-то эталонный объект, а уже по нему ведется отсчет искомого угла.

Шкала, по которой наблюдается результат, представлена в виде горизонтального и вертикального кругов.

Находится вся конструкция на подставке, на которой имеются регулировочные винты для управления основными узлами.

Человек производит измерение углов теодолитом через зрительную трубу, которая управляется винтами.

Они позволяют правильно навести окуляр на объект и закрепить саму трубу в нужном положении, когда контрольная точка была найдена.

Лимб и алидада – это функциональные части горизонтального круга, которые активно используются, когда мы делаем измерение горизонтальных углов теодолитом.

Лимб – неподвижное стеклянное кольцо с делениями на 360 градусов, а алидада вращается вместе с примыкающей частью прибора и выставляет таким образом отсчет.

Основные части теодолита нам уже известны, но нельзя игнорировать приспособления, с помощью которых мы можем быть уверены в надежности снимаемых показаний. Например, контролировать степень горизонтальности установки прибора помогает цилиндрический уровень, а оптический центрир не даст нам упустить точку отсчета и убедит нас в том, что мы центрированы ровно над ней. А сами отсчеты снимаются по микроскопу, это финальный этап работы замерщика. 

Приведение теодолита в рабочее положение

Перед началом измерений теодолит необходимо привести в рабочее положение, т.е. центрировать, горизонтировать, установить трубу по глазу.

1. Центрирование

– установка вертикальной оси теодолита точно над вершиной измеряемого угла. Выполняется при помощи нитяного отвеса. Для этого теодолит крепят к штативу. К становому винту прикрепляют отвес. Теодолит устанавливают над точкой, стараясь чтобы подставка была горизонтальной. Становой винт ослабляют , теодолит перемещают по подставке штатива до тех пор, пока острие отвеса не совпадет с вершиной угла. Становой винт закрепляют. Точность центрирования 2-5 мм.

2. Горизонтирование

– приведение вертикальной оси прибора в отвесное положение. Уровень при горизонтальном круге устанавливают параллельно двум подъемным винтам подставки и, вращая их в противоположные стороны, приводят пузырек уровня на середину. Уровень поворачивают на 90 и третьим подъемным винтом приводят пузырек на середину. Эти действия повторяют до тех пор, пока при любом положении теодолита пузырек не будет оставаться на середине.

3. Установка трубы по глазу

– получение отчетливого изображения сетки нитей и наблюдения предмета. Трубу наводят на светлый фон и вращением окулярного кольца добиваются резкого изображение нитей сетки. Наведение резкости на наблюдаемый предмет выполняется вращением винта кремальеры.

Принцип измерения горизонтального угла

Основополагающий принцип измерения угла состоит в определении градусной величины между направлениями на 2 подобранных объекта. Перед тем как приступить к измерению нужно повести операции по подготовке, включая горизонтирование.

Дальше следует нулевую отметку угломерного круга разместить по направлению на ось измеряемого угла. После чего делают отсчёт угла по шкале горизонтального круга.

Самыми популярными методами измерения являются:

• метод последовательных повторений;
• метод круговых приёмов.

Очередность реализации первого метода состоит в следующем. Подготовка и установка в указанном месте. Оптический визир наводится в первую очередь на один подобранный объект. После его направляют по направлению на другой объект. Перед этим выполняется подготовительная зрительная наводка. Используя винт фокусировки, одновременно регулируя диоптрийное кольцо, делают точное наведение на любой объект. Точность операции оценивают, применяя вертикальные нити. Закрепив направление на первый объект, считывают показания, которые нанесены на горизонтальном круге. Дальше ослабляют закрепляющий винт, переводят направление оптического устройства на второй объект. Повторяют операцию фиксации данных. С него считывают показания и фиксируют.

Второй метод подходит чтобы провести измерения горизонтальных углов, пребывав в одной точки. Применяя алидаду, устройство ориентируют на первый подобранный объект и устанавливают нулевые показания лимба. Дальше передвигают зрительную трубу в подобранном направлении (по часовой стрелке). По данным горизонтального круга считываю показания. Расчёт конечного результата выполняется с учитыванием установленной неточности определенного прибора.

Основные узлы теодолита

Несмотря на многообразие таких измерительных устройств, строение теодолита сохраняется прежним:

• визирная труба, которая закреплена между двух вертикальных колонок;
• отсчётные приспособления (выполнены в форме кругов с нанесёнными по периметру измерительными шкалами);
• в механических аппаратах отсчётные устройства имеют штриховую или шкаловую систему;
• оптический отвес (называется «центрир»);
• настроечное приспособление (называется «кремарьера»);
• все перечисленные системы устройства расположены на штативе.

Электронный теодолит

Кремарьера теодолита позволяет решать следующий круг задач:

• жёстко фиксировать положение визирного оптического устройства (это необходимо для точного снятия показаний с лимба);
• измерять дальность до выбранного объекта;
• производить точное визирование на объекты не зависимо от дальности;
• осуществлять регулировку фокусирующей линзы;
• приводить в строго вертикальное положение главную ось всего аппарата;
• способствует получению так называемого «мнимого изображения».

Отсчётные приспособления

Эти приспособления позволяют отсчитывать деления лимба устройства вплоть до разрешённых долей. Они делятся на три категории: штриховые, шкаловые, микрометры. Угловая шкала может быть расположена на окружности. В этом случае её называют угломерным кругом или лимбом. У каждого из них угловая цена деления лимба имеет свою величину. В реальных приборах точность деления изменяется в интервале от одного градуса до пяти угловых минут. Размер лимба (диаметр) определяется конструкцией теодолита. Величина может изменяться от 72 мм до 270 мм.

Отсчётные приспособления

В качестве отсчётного индекса могут использоваться: одиночный штрих, двойной штрих, который носит название бисектор, нулевой штрих, штрих основной шкалы имеющегося лимба.

Уровни

Они необходимы для точной юстировки теодолита относительно его вертикальной направляющей. С их помощью производят замеры углов небольшой величины в вертикальной плоскости. Любой уровень состоит из следующих элементов:

• небольшой стеклянной колбы, внутри которой находится специальная жидкость;
• корпуса, которые предохраняет колбу от механических воздействий.

Они изготавливаются круглые или цилиндрические.

Колбы цилиндрических уровней производят из специального стекла, в состав которого введён молибден. Жидкость внутри колбы является этиловым спиртом. На её поверхность наносят не смываемые штрихи с интервалом в 2 мм. Величина минимального угла наклона в любую сторону, при котором наблюдается смещение пузырька, называется величиной предельной чувствительности.

Круглый уровень

Цилиндрический уровень

На поверхность стекла цилиндрических уровней наносят окружности от цента к краю с таким же интервалом.

Виды

Классификация осуществляется по ГОСТ 10529-96 на основании ряда критериев и позволяет выбрать то устройство, которое подойдет для решения задачи, поставленной перед исследователем-астрономом, маркшейдером, топографом или инженером-геодезистом.

Классификация по точности

По величине средней квадратичной погрешности угловых измерений, приборы подразделяются на:

1. Высокоточные (Т1) – величина погрешности составляет до 2-1,5 угловых сек.;
2. Точные (Т2, Т5) – с погрешностью до 10 угловых сек.;
3. Технические (Т15, Т30, Т60) – с величиной погрешности от 10 угловых секунд до 40-60 угловых сек.

По области применения

По сфере, в которой используется прибор, он может относиться к:

1. Маркшейдерскому – средне-точные (до 15 угловых сек.) теодолиты, с расширенным диапазоном вертикальных углов, особенности конструкции которых, такие как встроенное освещение отчетных устройств, дополнительный компенсатор горизонтальной опоры и предохраняющий от взрыва ударный корпус, позволяют использовать их как на рельефе, так и под землей, в горнодобывающей промышленности;
2. Геодезические – точные теодолиты, используемые для проведения большинства строительных, земельных, конструкторских и иных технологических угловых измерений.
3. Астрономические – одни из первых в истории, служили морякам, астрономам и картографам для вычисления местонахождения кораблей относительно земли, составления карт и исследования положений небесных тел.

Другие области, в которых активно применяются теодолиты – это картография, навигация, укладка трубопроводов и кабелей, и т.д.

Также производятся различные гибридные варианты (Фототеодолиты, Гиротеодолиты, Тахеометры и т.д.), сочетающие в себе функции нескольких приборов – не только замерение углов, но и, например, измерение расстояния до контрольных точек объекта.

По конструкции отсчетного устройства

Конструктивные особенности прибора позволяют подразделять его на:

1. Простые (или традиционные), в которых горизонтальный круг фиксируется с алидадой и может вращаться только вместе с ней;
2. Повторительные – в них лимб может вращаться свободно и фиксируется только после установки алидады;
3. С наличием уровня на вертикальном круге – прибор относится к более точным благодаря установленной цилиндрической шкале на алидаде вертикального круга, необходимой для выравнивания нуля. При отсутствии заменяется оптического горизонтального компенсатора;
4. С установкой компенсатора угла наклона. Компенсатор представляет собой механическую или гидромеханическую маятниковую конструкцию (состоит из призмы и зеркал), которую располагают в смотровой трубке между двумя линзами так, чтобы при любом наклоне для смотрящего сохранялась горизонталь. За счет наличия «мягкой» демпферной прокладки механизм компенсатора позволяет, до определенного предела, избежать грубых неточностей измерений, связанных с невозможностью выверения уровня.

В отличие от традиционных моделей, теодолиты с компенсационным механизмом угла наклона не требуют особенно «тонкой» настройки и используется в закрытых пространствах с неровной или колеблющейся поверхностью для проведения менее точных измерений.

По физической природе носителя информации

По данному параметру теодолиты могут быть:

1. Механическими – такими были первые модели и прообразы, в которых лимб был из метала, а измерения производились «на глаз», с использованием дополнительных механических устройств отсчета: лупы с штрих-шкалой или верньерной линейки;
2. Оптическими – «классические» теодолиты, в которых шкала наносится на стеклянный лимб-кольцо, отсчет ведется благодаря микрометру или микроскопу с индексом или шкалой;
3. Электронным – набирающим популярность и более точным, но менее прихотливым, чем традиционные модели. Эти модели не нуждаются в «тонкой» настройке со стороны наблюдателя. Он, как оператор, визирует цель измерения, задает и оценивает точность. При этом высчитывание величины углов осуществляется микропроцессором (МПЦ) и выводится на встроенный или закрепленный дисплей.

Точность измерения определяется качеством материала лимба и количеством нанесенных дорожек кодовой маски.