Автоколимационен теодолит
Изобретението е предназначено за високоточни геодезически измервания и има висока точност и експлоатационни характеристики за измерване на вертикални и хоризонтални ъгли. Автоколимиращият теодолит съдържа вертикални и хоризонтални аксиални системи с четящи устройства и автоколимиращ телескоп, съдържащ леща, призмен блок с решетка и окуляр. Автоколимационната тръба е направена под формата на отразяващ автоколиматор и има възможност за накланяне на хоризонталната ос на системата с вертикална ос. Автоколимиращата тръба съдържа двустранно огледало, което е половината от фокусното разстояние на обектива. В възловата точка на лещата е разположена решетка. Между лещата и двупосочното огледало е поставена пръстеновидна плоскопаралелна пластина, която може да се върти около две взаимно перпендикулярни оси. Двустранното огледало има собствена ос на въртене, успоредна на хоризонталната ос на системата с вертикална ос. Около тази собствена ос двустранното огледало може да се върти и накланя спрямо нея. Като индикатор за координатната система на работата на теодолита се използва огледална повърхност, например хоризонтална координатна система - отворена повърхност на течност, монтирана пред телескопа, перпендикулярна на вертикалната ос на въртене на хоризонталната аксиална система на теодолита. Предложеният дизайн ви позволява незабавно, непосредствено преди да използвате теодолита, да съгласувате основните първични грешки: колимация, наклон на ос и наклони и наклон на вертикална ос. 2 з.п.ф-ли, 2 ил.
Изобретението се отнася до прецизната оптико-механична апаратура и може да се използва при проектирането на инструменти за високоточни геодезически измервания, по-специално теодолити.
Неотложен проблем при използването на теодолитите е получаването на надеждни резултати от измерванията на вертикални и хоризонтални ъгли, което може да се осигури чрез съгласуване на първичните грешки непосредствено преди използването на теодолита на мястото на неговото използване. Основните грешки на теодолита включват следното: - наклон на цапфите - неперпендикулярност на хоризонталната и вертикалната ос; - наклон на вертикалната ос - неперпендикулярност на вертикалната ос на основната равнина за измерване на хоризонтални ъгли; - колимационна грешка - неперпендикулярност на визирната линия на теодолита на хоризонталната ос; - нестабилност на взаимното разположение на оптичните елементи на телескопа, което определя положението на линията на наблюдение.
Известни са различни конструкции на автоколимационни теодолити, съдържащи телескоп, аксиални системи - вертикални и хоризонтални с устройства за отчитане и индикатор на истинския хоризонт, в които са направени опити да се минимизират източниците на горните първични грешки чрез затягане на кинематичните грешки на неперпендикулярността на аксиалните системи, визирната ос и основната равнина [1 - 7]. Въпреки това, по време на работа на теодолитите, както и след транспортни и кинематични въздействия, тези първични грешки се появяват отново. Влиянието на тези източници на грешки не е постоянно, тъй като те зависят от температурата и други деформации на частите на устройството.
Недостатъкът на известните аналози е невъзможността за бързо отстраняване на първичните грешки на мястото на приложение на теодолита, тъй като всички съществуващи методи за идентифициране и елиминиране на първични грешки изискват голям брой измервания и тяхната последваща математическа обработка.
Най-близо до претендирания дизайне теодолит 2Т2А, избран за прототип [8]. Теодолитът съдържа вертикални и хоризонтални аксиални системи с ъглови отчитащи устройства, автоколимационен телескоп, който се състои от обектив и призмен блок от две слепени призми с решетка и окуляр, разположени в един корпус, който се върти около хоризонтална ос за насочване и измерване на вертикални ъгли. Има индикатор за изкуствен хоризонт.
Теодолитът, избран като прототип, както и добре познатите аналози, не ви позволява бързо да получите надеждни резултати от измерване, предимно хоризонтални ъгли, тъй като съществуващите трудоемки методи за измерване изискват много време, грижа за математическата обработка на резултатите и висококвалифициран обслужващ персонал. Последицата от това е ниската точност на измерване.
Целта на изобретението е да подобри точността и характеристиките на измерване на вертикални и хоризонтални ъгли, като същевременно разшири възможностите за използване на теодолита.
За решаването на този проблем се предлага автоколимиращ теодолит, съдържащ вертикални и хоризонтални аксиални системи с ъглови референтни устройства, автоколимиращ телескоп, състоящ се от леща, призмен блок с решетка и окуляр и индикатор на координатната система. Предложеният теодолит се различава от прототипа по това, че автоколимиращият телескоп е направен под формата на отразяващ автоколиматор с възможност за накланяне на хоризонталната му ос и съдържа двупосочно огледало, монтирано с възможност за въртене и наклон спрямо оста на въртене, успоредно на хоризонталната ос на вертикалната аксиална система, и пръстеновидна плоскопаралелна плоча,монтиран с възможност за въртене около две взаимно перпендикулярни оси. Плочата се поставя между обектива и двустранното огледало. На половината от фокусното разстояние от обектива е монтирано двустранно огледало, в чиято възлова точка е разположена решетката. Индикаторът на координатната система е направен под формата на огледална повърхност, разположена пред автоколимационния телескоп, перпендикулярна на вертикалната ос на въртене на системата от хоризонтални оси. В предложеното устройство могат да се използват два варианта на индикатора на координатната система - отворена течна повърхност, нормалата към която съвпада с вектора на гравитацията на Земята, или плоско неподвижно огледало, поставено в координатната система, в която е необходимо да се работи.
Същността на изобретението се състои в това, че предложената конструкция на автоколимиращия теодолит дава възможност да се получат надеждни резултати от измерванията на вертикални и хоризонтални ъгли, което се осигурява чрез съгласуване и бързо отстраняване на основните първични грешки непосредствено преди използването на теодолита.
На фиг. 1 - оптико-кинематична схема на теодолит, работещ в хоризонтална координатна система; на фиг. 2 - изглед на директните и автоколимационните марки в зрителното поле на окуляра.
Двустранното огледало 1 има собствена хоризонтална ос 2 на въртене, върху която е разположен датчик 3 за вертикален ъгъл. Двустранното огледало 1 може да се върти около оста 2 независимо от телескопа 4. На рамката 5 на двустранното огледало 1 има механизъм 6 за накланяне на огледалото 1 спрямо хоризонталната ос 2. Двустранното огледало 1 е разположено на половината от фокусното разстояние от лещата 7 със залепен към него призмен блок 8, образуващ отразяващ автоколиматор. НаОгледална измервателна маркировка 9, осветена от лампа 10, е залепена към половинката на призменния блок 8. Между лещата 7 и двустранното огледало 1 има пръстеновидна плоскопаралелна плоча 11, поставена в кардана 12 и служеща за отстраняване на грешката, образувана, когато измервателната маркировка 9 не е подравнена с възловата точка на лещата 7. леща 7 с допълнителна оптика 13 - 15 и окуляр ом 16 - 19 се върти около ос 2 с двупосочно огледало 1, фиксирано върху него, т.е. целият телескоп 4 се върти.В допълнение, телескопът 4 има способността да се накланя спрямо хоризонталната ос 20 на цапфите на вертикалната аксиална система с помощта на механизма 21. Инсталирайте регулиращите винтове 27.
Работата на предложеното устройство е както следва.
Непосредствено преди измерване на вертикални и хоризонтални ъгли е необходимо да се съгласуват основните грешки на теодолита - колимационната грешка, наклонът на оста на щифтовете и наклонът на вертикалната ос.
Съгласуването на първичните грешки се извършва, както следва. За да се елиминира колимационната грешка, е необходимо да се завърти телескопът 4 до надир и да се комбинират директните и автоколимационните изображения от течната повърхност 26 на маркировки чрез накланяне на теодолита с регулиращи винтове 27; излизайки от системата за наблюдение - телескоп 4 в надир, операторът завърта двустранното огледало на 1 180 o ; при наличие на несъответствие между директното и автоколимационното изображение (фиг. 2), което характеризира колимационната грешка K, операторът, наблюдавайки през окуляра 16 - 19, вижда нейната удвоена стойност 2K и накланя огледалото1 спрямо хоризонталната ос 2 чрез предназначения за тази цел механизъм 6 с половината от несъответствието на маркировките и след това завърта двустранното огледало 1 на 180 o в първоначалното му положение. Ако има несъответствие, операторът повтаря всички операции и прави това, докато, когато огледалото се завърти, директните и автоколимационните изображения бъдат фиксирани и подравнени. Това означава, че колимационната грешка е елиминирана.
След това операторът елиминира наклона на оста 20 щифта. Когато теодолитът се завърти около вертикалната ос 23 под ъгъл и се наблюдава през окуляра 16 - 19, директните и автоколимационни изображения се "разпръскват" (ако има грешка, оста на цапфите е наклонена), при = 180 o тяхното несъответствие в зрителното поле ще бъде 4l (l е отклонението от перпендикулярността на хоризонталната и вертикалната ос). Операторът, накланяйки оста 20 на цапфите чрез предоставения механизъм 21 със стойност 2l, постига в зрителното поле картина, в която автоколимационното изображение, когато теодолитът се завърта на ъгъл, описва кръг около директното изображение, докато грешката на наклона на оста 20 на цапфите се счита за елиминирана.
Грешката, дължаща се на неперпендикулярността на вертикалната ос 23 на равнината на измерване на хоризонталните ъгли (наклон на вертикалната ос), се елиминира чрез накланяне на целия теодолит с помощта на регулиращи винтове 27. В този случай директните и автоколимационни изображения на марки се комбинират.
Разгледан е вариант за премахване на първичните грешки на теодолита преди измерванията по време на работата му в хоризонтална координатна система. Теодолитното изложение (оптична връзка) се извършва спрямо откритата повърхност на течността, нормалата към която съвпада с вектора на гравитацията на Земята, а самата течност е плоско огледало в зеницата на входната леща на зрителната автоколимация.тръби.
При работа на теодолита в друга координатна система течността трябва да се замени с неподвижно плоско огледало, поставено в координатната система, в която е необходимо да се работи.
По този начин претендираният теодолит в сравнение с прототипа ви позволява да подобрите точността и производителността на устройството. Това се осигурява от внедряването на автоколимационния телескоп под формата на отразяващ автоколиматор, който ви позволява незабавно, непосредствено преди да използвате теодолита, да калибрирате основните първични грешки: колимация, наклон на ос на цапфа и наклон на вертикална ос.
Литература 1. Спиридонов А.И. Теодолити., М.: Недра, 1985.
2. Аникс Д.А. Теодолити с висока точност T1 и TO5. Москва: Недра, 1978 г.
3. Авторско свидетелство на СССР N 1525458, кл. G 01 C 1/02, публ. 30.11.89 г.
4. Авторско свидетелство на СССР N 1585681, кл. G 01 C 1/00, публ. 15.08.90 г.
5. Авторско свидетелство на СССР N 1670414, кл. G 01 C 1/02, публ. 15.08.91 г.
6. Германски патент N 3827458, кл. G 01 C 1/02.
7. Японски патент N 1-38241, cl. G 01 C 1/06.
8. Теодолит 2Т2А. Паспорт 2T2A-sbOPS, 1979, p. 9, фиг. 3 (прототип).
1. Автоколимационен теодолит, съдържащ вертикални и хоризонтални аксиални системи с референтни ъглови устройства, автоколимационен телескоп, състоящ се от леща, призмен блок с решетка и окуляр и индикатор на координатната система, характеризиращ се с това, че автоколимационният телескоп е направен под формата на отразяващ автоколиматор с възможност за накланяне на хоризонталната му ос и съдържа двупосочно огледало, монтирано с възможност за въртене и наклон спрямо оста на въртене, успоредна на хоризонталната ос на вертикалната осова система, ипръстеновидна плоскопаралелна плоча, монтирана с възможност за въртене около две взаимно перпендикулярни оси и поставена между лещата и двустранно огледало, монтирано на половината от фокусното разстояние от лещата, в възловата точка на която е разположена решетката, а индикаторът на координатната система е направен под формата на огледална повърхност, разположена пред автоколимиращия телескоп, перпендикулярна на вертикалната ос на въртене на системата от хоризонтални оси.
2. Теодолит съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че откритата повърхност на течността се използва като индикатор на координатната система, нормалата към която съвпада с вектора на гравитацията на Земята.
3. Теодолит съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че индикаторът на координатната система е изпълнен под формата на плоско неподвижно огледало, поставено в координатната система, в която е необходимо да се работи.