Р -2002 ГСИ

Р 50.2.024-2002 ГСИ. Теодолиты и другие геодезические угломерные приборы. Методика поверки

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕТРОЛОГИИ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

ТЕОДОЛИТЫ И ДРУГИЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ
УГЛОМЕРНЫЕ ПРИБОРЫ

1 РАЗРАБОТАНЫ Федеральным государственным унитарным предприятием «Сибирский государственный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт метрологии» (ФГУП СНИИМ) Госстандарта России и Сибирской государственной геодезической академией (СГГА) Министерства образования России

ВНЕСЕНЫ Научно-техническим управлением Госстандарта России

2 ПРИНЯТЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 11 марта 2002 г. № 90-ст

3 При разработке настоящих рекомендаций использован патент на изобретение 2116626 RU МКИ 6 G 01 D 18/00 № 95108631/28. Заяв. 26.05.95. Опубл. 27.07.98

4 ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ

1 Область применения . 1

2 Нормативные ссылки . 2

3 Операции и средства поверки . 2

4 Требования к квалификации поверителей и требования безопасности . 3

5 Условия поверки и подготовка к ней . 3

6 Проведение поверки . 3

6.1 Внешний осмотр . 3

6.2 Опробование . 3

6.3 Определение метрологических характеристик . 4

6.4 Обработка результатов измерений при определении метрологических характеристик . 6

7 Оформление результатов поверки . 7

Приложение А Эталонная установка ЭУ-1 . 7

Приложение Б Классификация геодезических угломерных приборов . 9

Приложение В Библиография . 9

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕТРОЛОГИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

ТЕОДОЛИТЫ И ДРУГИЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ УГЛОМЕРНЫЕ ПРИБОРЫ

Дата введения 2002-12-01

1 Область применения

Настоящие рекомендации устанавливают методы и средства первичной и периодической поверок теодолитов по ГОСТ 10529 и других геодезических угломерных приборов [тахеометров, геодиметров, астроуниверсалов и др. (ГУП)] отечественного и зарубежного производства, соответствующих указанным рекомендациям в части определения погрешности ГУП при измерении горизонтальных и вертикальных углов.

Настоящие рекомендации предусматривают использование устройства для аттестации системы измерения вертикальных углов теодолита по [ 1].

Методы измерений, отличные от указанных в настоящих рекомендациях, в том числе – полевые, нашедшие применение в метрологической практике [ 2], [ 3], [ 4], не могут быть использованы.

Межповерочный интервал – не более одного года.

2 Нормативные ссылки

В настоящих рекомендациях использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 8.050-73 Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений

ГОСТ 12.1.040-83 Система стандартов безопасности труда. Лазерная безопасность. Общие положения

ГОСТ 577-68 Индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм. Технические условия

ГОСТ 1012-72 Бензины авиационные. Технические условия

ГОСТ 2875-88 Меры плоского угла призматические. Общие технические условия

ГОСТ 10197-70 Стойки и штативы для измерительных головок. Технические условия

ГОСТ 10529-96 Теодолиты. Общие технические условия

ГОСТ 18300-87 Спирт этиловый ректификованный технический. Технические условия

Р 50.2.023-2002 Государственная система обеспечения единства измерений. Нивелиры. Методика поверки

3 Операции и средства поверки

3.1 Операции и средства поверки должны соответствовать указанным в таблице 1.

Номер пункта настоящих рекомендаций

Наименование и тип основного или вспомогательного средства поверки; обозначение нормативного документа, регламентирующего технические требования и (или) метрологические и основные технические характеристики средства поверки

Обязательность проведения операции при поверке

Проверка установки и юстировки установочных уровней

Определение метрологических характеристик:

определение погрешности ГУП при измерении:

Эталонная установка ЭУ-1 (приложение А )

Штатив ШМ по ГОСТ 10197

Индикатор по ГОСТ 577

Уровень с ЦД 1’ (из комплекта автоколлиматора)

Эталонная установка ЭУ-1 (приложение А )

Штатив ШМ по ГОСТ 10197

Индикатор по ГОСТ 577

Плоская стеклянная пластина ПИ-60 [ 5 ]

проверка нулевого показания ГУП при горизонтальном положении зрительной трубы

Эталонный компаратор для поверки нивелиров ЭКПН по Р 50.2.023, приложение А

Обработка результатов определения метрологических характеристик:

определение средней квадратической погрешности (СКП) измерений:

Определение СКП наведения

Определение общей СКП

Примечание – Допускается применять другие средства поверки, имеющие свидетельства о поверке и обеспечивающие определение метрологических характеристик с требуемой точностью.

4 Требования к квалификации поверителей и требования безопасности

4.1 К проведению поверки допускают лиц, имеющих опыт работы с оптическими приборами не менее трех лет и аттестованных в определенном в [ 6] порядке.

4.2 При поверке соблюдают правила техники безопасности при работе с оптическими и электронными приборами в соответствии с эксплуатационными документами, а также:

– правила по технике безопасности при производстве топографо-геодезических работ [ 7];

– правила по технике безопасности при работе с радиоэлектронной аппаратурой [ 8];

– требования ГОСТ 12.1.040.

4.3 Узлы ГУП промывают бензином или спиртом в специально приспособленном помещении с вытяжной вентиляцией, в котором предусмотрены знаки, запрещающие пользоваться открытым огнем, курить и применять электронагревательные приборы.

4.4 Процесс проведения поверки не наносит вред здоровью поверителей и окружающей среде.

5 Условия поверки и подготовка к ней

5.1 При проведении поверки соблюдают требования ГОСТ 8.050, а также следующие условия:

– температура окружающего воздуха, °С . 20 ± 5;

– относительная влажность окружающего воздуха, % . 65 ±15;

– атмосферное давление, кПа (мм рт. ст.) . 100 ± 5 (760 ± 35);

– скорость изменения температуры окружающего воздуха в 1 ч,

5.2 Электропитание должно осуществляться от сети переменного тока напряжением (220 ) В и частотой (50 ± 1) Гц.

5.3 Перед поверкой ГУП выдерживают в упаковке в рабочем помещении не менее 2 ч.

5.4 Во время поверки движение воздуха в помещении не допускают.

5.5 Детали ГУП и приспособлений очищают, при необходимости, от смазки с использованием авиационного бензина по ГОСТ 1012 и протирают чистой салфеткой. Наружные части объективов, окуляров оптических приборов и рабочих поверхностей многогранной призмы и угловой меры протирают ватным тампоном, смоченным в спирте-ректификате «Экстра» по ГОСТ 18300, предварительно смахнув с них пыль кисточкой. Нельзя протирать оптические детали сухим тампоном. Зеркала чистят с особой осторожностью, так как отражающий слой нанесен на наружной поверхности. Запрещается прикасаться руками или сухим протирочным материалом к отражающим поверхностям зеркал.

6 Проведение поверки

6.1 Внешний осмотр

6.1.1 При внешнем осмотре проверяют комплектность ГУП, целостность оптических узлов, чистоту окуляров, объективов, экранов, отсутствие явных повреждений деталей и узлов.

6.2 Опробование

6.2.1 При опробовании проверяют работу всех микровинтов, регулировочных винтов, включение подсветки, качество изображения штрихов в поле зрения или изображения на экране.

6.2.2 При проверке установки и юстировки установочного и цилиндрического уровней ГУП устанавливают на жесткое основание. Уровень устанавливают параллельно двум подъемным винтам подставки и, вращая их в противоположных направлениях, приводят пузырек уровня на середину. Затем поворачивают алидаду горизонтального круга на 180°. Пузырек уровня при этом не должен отклоняться от среднего положения. В противном случае половину отклонения устраняют юстировочными винтами уровня, другую половину – подъемными винтами ГУП, а затем повторяют установку и юстировку. Установку и юстировку проводят до тех пор, пока пузырек уровня не будет отклоняться более чем на 0,5 деления.

Проверяют и юстируют уровни, расположенные под углом 90°, поочередно.

6.2.3 Круглый уровень (при наличии) юстируют собственными исправительными винтами после точной установки ГУП по выверенному цилиндрическому уровню.

6.3 Определение метрологических характеристик

6.3.1 Определение погрешности ГУП при измерении горизонтальных углов

6.3.1.1 Левый круг ГУП условно принято обозначать «Круг Л». Погрешность ГУП определяют сравнением углов поворота алидады с углами многогранной призмы на эталонной установке ЭУ-1.

Пределы допускаемых погрешностей ГУП и характеристики применяемых средств поверки указаны в таблице 2 .

Группа и тип ГУП (приложение Б )

Предел допускаемой погрешности ГУП при измерении горизонтальных углов, . “, при поверке

Многогранная призма по ГОСТ 2875

Число граней, не менее

Поверяемый ГУП устанавливают на основании ЭУ-1, предварительно установленном по уровню. Используя собственные уровни, ГУП приводят в нормальное положение, на алидаду устанавливают приспособление со столиком (далее – приспособление) для многогранной призмы (рисунок А.1). Затем на столик устанавливают многогранную призму (далее – призма) и котировочными винтами, используя индикатор, призму юстируют таким образом, чтобы ее торцевое и радиальное биение не превышало 0,1 мм. На основании устанавливают автоколлиматор (АК) таким образом, чтобы его оптическая ось пересекалась с вертикальной осью поверяемого ГУП, а по высоте находилась приблизительно по центру грани призмы (рисунок А.2). Торец трубы АК должен быть расположен на незначительном расстоянии от призмы (350 – 400 мм). Затем по АК выверяют параллельность оси призмы и оси вращения алидады ГУП и перпендикулярность их к оси АК.

Совместную юстировку призмы и АК проводят следующим образом. Вращением алидады подводят в поле зрения автоколлимационное изображение марки (далее – АК-марка) от любой грани, затем в вертикальном направлении регулировкой АК устанавливают АК-марку по среднему делению шкалы (или центра биссектора), после этого подводят АК-марку от противоположной грани призмы. Одну половину расхождения положения по вертикали устраняют регулировкой столика, другую – регулировкой АК. Затем поворачивают алидаду на 90° и наклоном призмы добиваются совмещения АК-марки со средним делением шкалы. В первоначальном положении призмы проверяют совпадение изображений по вертикали. Расхождение не должно превышать видимой двойной ширины элемента АК-марки.

Устанавливают первую грань призмы против автоколлиматора и винтом точной наводки ГУП совмещают АК-марки с любым штрихом шкалы АК. Устанавливают лимб на отметку «0°» (сбрасывают нуль по отсчетному устройству, например тахеометра Та-3М). Регистрируют показание по шкале АК. Эту операцию проводят трижды. Расхождения не должны превышать [∆_(г)] (таблица 2). Усредненное значение из трех показаний принимают за первый отсчет а_1пр и вносят в протокол. Далее поворачивают алидаду на угловой шаг призмы, совмещают изображения штрихов ГУП и аналогично вышеизложенному регистрируют отсчеты по АК.

Аналогичную операцию проводят для всех углов призмы и во втором прямом направлении ( а_2пр). Из результатов измерений а_1пр и а_2пр вычисляют средние значения а_ср. Разность между двумя любыми значениями сравнивают с соответствующими углами призмы из свидетельства о ее поверке и по полученным отклонениям судят о погрешности на участках ГУП (круг Л). Определяют накопленную погрешность ∆_г для любого угла лимба и отмечают экстремальные значения ∆ _m _ах и ∆ _min .

Примечание – При снятии показаний маховички отсчетных устройств АК и ГУП необходимо вращать в одном направлении.

Для высокоточных ГУП проводят дополнительную серию измерений, сместив на угловой шаг призму или лимб.

Одновременно определяют разность показаний ГУП при двух оборотах вращения; это разность между а_1пр и а_2пр, которая не должна превышать 0,5[∆_(г)] (таблица 2).

1 Допускается использование призм с меньшим числом граней с проведением двух дополнительных серий измерений, каждая из которых различается смещением призм на 3°.

2 Допускается отсчеты регистрировать по отсчетному устройству ГУП, в этом случае число совмещений штрихов по ГУП должно быть не менее 10 при каждом наведении автоколлиматором.

Значение максимальной погрешности ГУП при измерении горизонтальных углов ∆_м (круг Л) не должно превышать значений [∆_г] (круг Л), указанных в таблице 2.

6.3.1.2 Правый круг ГУП условно принято обозначать «Круг П». Снимают призму, приспособление, переводят через зенит зрительную трубу. Снова устанавливают приспособление и призму, причем при положении первой грани призмы против автоколлиматора отсчет по теодолиту (тахеометру) должен быть 180°. Проводят операции по 6.3.1 и определяют ∆_г (круг П).

Значение максимальной погрешности ГУП при круге П ∆_м не должно превышать значений [∆_г] (круг Л), указанных в таблице 2. Полученные данные вносят в протокол.

6.3.1.3 (Л+П)/2. Для определения погрешности ГУП при измерении горизонтальных углов ∆_г <(Л+П)/2>усредняют соответствующие значения, полученные при кругах Л и П по 6.3.1.1 и 6.3.1.2. Значение максимальной погрешности ГУП ∆_м не должно превышать значений [∆_г]<(Л+П)/2>, указанных в таблице 2.

6.3.2 Определение погрешности ГУП при измерении вертикальных углов

6.3.2.1 Круг Л. Погрешность ГУП определяют на эталонной установке ЭУ-1 сравнением показаний ГУП с углами угловой специальной меры (далее – мера). Меру в приспособлении устанавливают на зрительной трубе ГУП так, чтобы ее геометрический центр максимально возможно совпал с осью вертикального лимба (рисунок А.3 ).

АК с диагональным зеркалом устанавливают на основании таким образом, чтобы ось пучка света, отраженного от диагонального зеркала, была параллельна вертикальной оси ГУП, для чего используют плоскопараллельную пластину ПИ-60. Устанавливают ГУП с приспособлением на основании и юстируют его положение по собственным уровням. Затем закрепляют алидаду и котировочными винтами приспособления, микровинтами алидады проводят юстировку до получения АК-изображений от всех граней призмы на одном уровне (расхождения не должны превышать двойной цены деления минутной шкалы АК).

Измерения проводят следующим образом. Наклоном трубы с мерой вводят АК-изображение от первой грани меры в поле зрения АК, фиксируют показание по отсчетному устройству ГУП и регистрируют отсчет по АК. Эту операцию проводят трижды, и усредненное значение принимают за первый отсчет. Последовательно наклоняют трубу ГУП на угловой шаг меры и регистрируют отсчеты по АК (прямой ход), затем проводят аналогичные измерения в обратном порядке (обратный ход). Отсчеты, полученные от каждой грани при прямом и обратном ходе, усредняют и приводят к отсчету от первой грани. Полученные результаты сравнивают с отклонениями меры и по расхождениям результатов судят о погрешности измерения любого угла вертикальным лимбом ГУП (круг Л).

Значение максимальной погрешности ГУП ∆_м (круг Л) не должно превышать значений [∆_в] (круг Л), указанных в таблице 3.

Таблица 3 – Погрешность измерений вертикальных углов ∆

Группа и тип ГУП (приложение Б )

Предел допускаемой погрешности ГУП при измерении вертикальных углов, . “, при поверке

Границы допускаемой СКП [∆_(в)]. “

Устройство теодолита и работа с ним

ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ

Целью работы является изучение устройства теодолита 2ТЗО, ознакомление с правилами выполнения его поверок и юстировок, а также умение на практике измерять расстояния, вертикальные и горизонтальные углы с помощью этого прибора. Работа выполняется группами по 2–5 студентов.

Содержание работы следующее:

1. Изучить устройство теодолита.

2. Выполнить поверки (при необходимости юстировку) теодолита.

3. Научиться пользоваться отсчетным устройством прибора и измерить в лабораторных условиях расстояние, горизонтальные и вертикальные углы, заданные преподавателем.

4. Оформить лабораторную работу на бумаге формата А4 и в назначенный срок представить к защите.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Теодолит – это прибор для измерения и построения на местности горизонтальных и вертикальных углов.

Наиболее распространены на практике следующие типы теодолитов: теодолиты с металлическими лимбами (обычной конструкции) и оптические теодолиты (теодолиты со стеклянными кругами). Отечественной промышленностью выпускаются теодолиты серий 2Т2, 2Т5, 2Т5К, 2Т2А, 2Т30, 3Т2КП, 3Т5КП и др.

Теодолиты 2Т30 широко применяются при создании съемочных сетей, для теодолитно-тахеометрической съемки, при выполнении инженерно-изыскательских и маркшейдерских работ.

АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

1. Теодолит 2Т30, штатив, отвес.

2. Две нивелирные рейки, две вехи.

УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Необходимо осторожно обращаться с вешками и штативами, так как они имеют острые концы, а также оберегать геодезические приборы от ударов и сотрясений. Переносить приборы нужно в специальных футлярах.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Устройство и поверки теодолита

Устройство и расположение основных осей теодолита 2ТЗО показаны на рисунках 2.1 и 2.2.

Рисунок 2.1 – Устройство теодолита 2ТЗО:

1 – основание; 2 – подъёмные винты; 3 – подставка; 4 – закрепительный винт лимба; 5 – наводящий винт лимба; 6 – закрепительный винт алидады; 7 – наводящий винта алидады; 8 – уровень алидады горизонтального круга; 9 – закрепительный винт трубы; 10 – наводящий винт трубы; 11 – кремальера наведения на резкость; 12 – окуляр трубы; 13 – оптический визир; 14 – кремальера фокусировки трубы; 15 – фокусировочное кольцо окуляра шкалового микроскопа; 16 – вертикальный круг

Рисунок 2.2 – Схема взаимного расположения осей в теодолите:

– ZZ₁ – основная ось вращения теодолита;

– UU₁ – ось цилиндрического уровня алидады горизонтального круга – воображаемая прямая, касательная к внутренней поверхности уровня в его нуль-пункте;

– HH₁ – горизонтальная ось вращения зрительной трубы;

– WW₁ – визирная ось зрительной трубы – воображаемая прямая, проходящая через центр сетки нитей, и оптический центр объектива

Перед началом работ для обеспечения необходимой точности измерения углов выполняют поверки соблюдения геометрических условий, которым должен удовлетворять теодолит. Прежде чем выполнить поверки, теодолит устанавливают на штатив и приводят в рабочее положение (рис. 2.3).

Рисунок 2.3 – Приведение оси вращения теодолита в отвесное положение

Поверка цилиндрического уровня

Ось цилиндрического уровня UU₁ при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к основной оси вращения теодолита ZZ₁, (рис.2.3).

Выполнение поверки: установить уровень параллельно линии, проходящей через любые два подъемных винта. Привести пузырек уровня в нуль-пункт, вращая эти подъемные винты в разные стороны или навстречу друг другу. Повернуть алидаду на 180°.

Условие считается выполненным, если после поворота пузырек остался в нуль-пункте или отклонился не более чем на 1,5 деления.

Если пузырек отклонился более чем на 1,5 деления от нуль-пункта, то проводят юстировку (рис. 2.4).

Рисунок 2.4 – Юстировка цилиндрического уровня

Юстировка: определить, на сколько делений пузырек сместился от нуль-пункта (например, на 3 деления). Переместить пузырек исправительными винтами уровня 1 к середине на половину дуги отклонения (на 1,5 деления). Привести пузырек уровня в нуль-пункт подъёмными винтами (еще на 1,5 деления), повторить поверку.

Поверка сетки нитей

Вертикальная нить сетки при отвесном положении вертикальной оси теодолита должна совпадать с отвесной линией (рис. 2.5а). Если условие не выполнено (рис. 2.5б), необходимо провести юстировку.

Рисунок 2.5 – Поверка сетки нитей по отвесу

Выполнение поверки: поверка выполняется двумя способами.

Первый способ (по точке): навести край вертикальной нити на какую-либо точку и закрепить лимб и алидаду. Вращая трубу наводящим винтом в отвесной плоскости, необходимо следить за положением вертикальной нити относительно наблюдаемой точки. Условие выполнено, если вертикальная нить проходит через точку. Если условие не выполнено, необходимо провести юстировку.

Второй способ (по отвесу): навести вертикальную нить сетки на нить отвеса (рис. 2.5). Условие выполнено, если нить сетки совпадает с нитью отвеса (рис. 2.5а). В противном случае (рис. 2.5б) необходимо поворачивать окуляр вместе с сеткой до тех пор, пока вертикальная нить сетки не совпадет с нитью отвеса.

Юстировка: отвернуть винты крепления окуляра к трубе 1 (рис. 2.6) и повернуть окуляр с сеткой так, чтобы при повторном перемещении вертикальная нить прошла через наблюдаемую точку. Закрепить винты крепления окуляра к трубе.

Рисунок 2.6 – Сетка нитей с исправительными винтами

Поверка коллимационной ошибки

Визирная ось WW₁ зрительной трубы должна быть перпендикулярна горизонтальной оси НН₁ вращения трубы. Коллимационной ошибкой называется угол, на который визирная ось трубы отклоняется от перпендикулярного направления к горизонтальной оси вращения трубы (угол С на рис. 2.7). Неперпендикулярность визирной оси трубы к горизонтальной оси вращения зрительной трубы вызывается смещением центра сетки нитей в сторону от геометрической оси трубы.

Рисунок 2.7 – Поверка коллимационной ошибки

Выполнение поверки: навести зрительную трубу на удаленную точку, расположенную примерно на горизонте инструмента при положении вертикального круга (КЛ). Произвести отсчет по горизонтальному кругу (например, КЛ = 142°11¢) и записать в рабочую тетрадь (табл. 2.1).

Таблица 2.1 – Определение коллимационной ошибки

Круг теодолита	КЛ	КП	С
Горизонтальный	142°11¢	322°17¢	-0°03¢

Перевести трубу через зенит и при положении круга (КП) навести трубу на ту же точку. Произвести отсчет по горизонтальному кругу (КП = 322°17¢) и записать в тетрадь.

Коллимационную ошибку вычислить по формуле:

С = КЛ – КП ± 180°/2. (2.1)

Условие считать выполненным, если С 2t, необходимо произвести юстировку прибора.

В нашем примере С = (142°11¢ – 322°17¢ + 180°)/2 = – 6¢/2 = -3¢

Юстировка: вычислить средний отсчет, соответствующий верному положению визирной плоскости, по формуле:

М = (КЛ + КП ± 180°)/2,

М = (142°11¢ + 322°17¢ + 180°)/2 = 322°14¢.

Наводящим винтом алидады 7 (рис.2.1) вместо отсчета КП = 322°17′ установить отсчет М = 322°14′ на горизонтальном круге. Вертикальная нить сетки сместится с наблюдаемой точки (рис. 2.8).

Рисунок 2.8 – Юстировка

Совместить вертикальную нить сетки с наблюдаемой точкой А, действуя горизонтальными исправительными винтами 1 (рис. 2.6).

Поверка равенства подставок

Горизонтальная ось НН₁ вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна к основной оси вращения ZZ₁ теодолита.

Выполнение поверки: выполняется двумя способами.

Первый способ: закрепить при КП лимб и навести пересечение сетки нитей на выбранную точку А в верхней части стены и закрепить алидаду (рис. 2.9).

Рисунок 2.9 – Выполнение поверки равенства подставок

Опустить трубу до горизонта инструмента и отметить на стене проекцию а₁ на пересечении сетки нитей. Перевести трубу через зенит. Открепить алидаду и при КЛ навести пересечение сетки нитей на точку А и закрепить алидаду. Опустить трубу до уровня ранее отмеченной точки и отметить проекцию а₂ пересечения сетки нитей.

Если точки а₁ и а₂ совместились или выполняется неравенство а₁а₂/Аа£1/600, условие считать выполненным. Если условие не выполняется, исправление производиться в оптико-механической мастерской.

Второй способ: при КП визируют высоко расположенную точку А. Поворотом трубы в вертикальной плоскости проектируют точку А на заранее установленную горизонтально нивелирную рейку (рис. 2.9) и снимают отсчет а₁. Те же действия выполняют и при КЛ и снимают отсчет а₂.

Если а₁ – а₂/Аа£1/600, условие считается выполненным.

Отсчетное устройство теодолита 2ТЗО (2ТЗОП)

В качестве отсчетного устройства в теодолитах 2ТЗО, 2ТЗОП используется шкаловый микроскоп, в поле зрения которого видны изображения делений горизонтального и вертикального кругов лимба и шкалы. Длина шкалы равна изображению наименьшего градусного деления круга лимба. Индексом для отсчета служит штрих лимба, который располагается в пределах шкалы (рис. 2.10).

Рисунок 2.10 – Отсчетное устройство теодолита 2Т3ОП

Изображение штрихов вертикального и горизонтального кругов соответственно обозначены буквенными символами В и Г.

Работа с теодолитом

После проведения поверок и соблюдения всех геометрических условий, которым должен удовлетворять теодолит, можно приступать непосредственно к полевым работам.

Измерение горизонтальных углов

Теодолит центруют над точкой А (станцией). На точках В и С, между которыми измеряется угол, устанавливают визирные цели: марки, вехи и т. д. (рис. 2.11).

Рисунок 2.11 – Измерение горизонтальных углов

Существует несколько способов измерения горизонтальных углов. Один из них способ приемов.

Измерение угла при одном положении вертикального круга – полуприем (КЛ или КП). Полный прием – измерение при положениях вертикального круга КЛ и КП.

Более точные результаты получают, проводя измерения несколькими приемами.

Результаты измерений записывают в полевой журнал (табл. 2.2).

Таблица 2.2 – Журнал измерения горизонтальных углов

Станция	Точка наблюдения	Положение вертикального круга	Отчет по горизонтальному кругу	Угол, полученный из полуприёма	Среднее значение угла
А	КЛ	227°45¢ 249°06¢	21°21¢	21°21¢
КП	46°45¢ 68°06¢	21°21¢

Пример: Горизонтальный угол из полуприема:

Среднее значение угла:

Шкала горизонтального круга проградуирована от 0 до 360°.

Измерение вертикальных углов

Углом наклона n называют угол между горизонтальной плоскостью и направлением на наблюдаемую точку (рис. 2.12). Угол наклона бывает положительный и отрицательный. Положительный угол наклона выше горизонтальной оси, отрицательный – ниже.

Рисунок 2.12 – Измерение угла наклона

Шкала для вертикального круга имеет 2 ряда цифр со знаком «+» и «–». По шкале от 0 до 6 берется отсчет в том случае, когда показания лимба положительны.

По шкале от 0 до –6, когда показания лимба отрицательны.

В процессе измерения углов наклона определяют место нуля МО – отсчет по вертикальному кругу при горизонтальном положении визирной оси зрительной трубы, который должен быть постоянным и близким к нулю.

Для этого приводят пузырек уровня при визирной трубе в нуль-пункт и визируют на точку, берут отсчет КЛ, затем на ту же точку при КП.

МО для 2ТЗО:

МО = 0,5 (КЛ + КП), МО не должно превышать 1,5¢.

Угол наклона для 2ТЗО вычисляют по одной из формул:

n = 0,5 (КЛ – КП) , (2.3)

Для других теодолитов формулы вычисления МО и n приводятся в паспорте.

Если условия не выполняются, проводится юстировка теодолита. Не смещая трубы с наблюдаемой точки при КЛ, наводящим винтом зрительной трубы установить по вертикальному кругу отсчет, равный углу наклона n (при этом горизонтальная нить сетки сместится с наблюдаемой точки). Совместить исправительными винтами сетки нитей 1 (рис. 2.6) горизонтальную нить с наблюдаемой точкой.

Результаты измерений сводят в журнал (табл. 2.3).

Таблица 2.3 – Журнал измерения углов наклона

Станция	Точка наблюдения	Отсчет по верт. кругу	МО	Угол наклона n о
КЛ	КП
А	4°29¢	0°01¢	4°28¢

Например:

МО = 0,5(КЛ + КП) = 0,5(4°29¢- 4°27¢) = 0,5´02¢ = 01¢;

n = КЛ – МО = 4°29¢-01¢ = 4°28¢;

или n = МО – КП = 01¢+ 4°27¢ = 4°28¢;

или n = (КЛ – КП)/2 = (4°29¢ + 4°27¢)/2 = 4°28¢.

Измерение расстояний

Расстояние измеряют нитяным дальномером по вертикальной рейке с сантиметровыми делениями (рис. 2.13).

Подсчитав число делений n между верхней и нижней нитями (рис. 2.14), находят искомое расстояние по формуле:

где К – коэффициент дальномера; К = 100 (по паспорту);

С – постоянная дальномера. С равна 0 (по паспорту). Из-за малости ею пренебрегают.

Например: d = 100 ´ 14 см = 1400 см = 14 м,

где n = 14 сантиметровых делений.

Горизонтальное проложение линии находят по формуле:

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА И ЕГО ФОРМА

Отчет оформляется на листах формата А4 и должен содержать: цель работы; схему теодолита с обозначением всех его частей; законспектированные поверки и юстировки; таблицы с данными измеренных горизонтальных и вертикальных углов; определение места нуля вертикального круга теодолита.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ

1. Что называется теодолитом?

2. Классификация теодолитов по точности и устройству?

3. Поверки и юстировки теодолита?

4. Как определяется место нуля теодолита?

5. Способы измерения горизонтальных и вертикальных углов?

При защите работы студент должен показать практическое владение прибором и теоретические знания по устройству, поверкам и юстировкам прибора.

Теодолит: устройство, назначение, разновидности

Основные части теодолита

Приспособление позволяет с высокой точностью замерять углы в пространстве и работать в горизонтальной или вертикальной плоскости. Как правило, выбирается относительный метод, когда за основу принимается эталонный объект, а по нему уже отсчитывается искомый угол. Измерение таким способом известно с XIX века, но сегодняшние теодолиты — это усовершенствованные приспособления, которых существует несколько разновидностей.

Шкала. Этот элемент, представленный горизонтально или вертикально расположенным кругом, показывает результат. Находится на подставке, имеющей регулировочные винты для управления главными узлами. Измеритель смотрит в окуляр, управляемый винтами, которые позволяют навести окуляр на объект и закрепить его, когда найдена контрольная точка.

Лимб и алидада. Части горизонтального круга, активно использующиеся при измерении горизонтальных углов.

Лимб — это стационарное стеклянное кольцо с делениями на 360°.
Алидада — элемент, вращающийся с примыкающей частью прибора и выставляющий отсчет.

Для фиксации отсчета и дальнейшего проведения измерений относительно него закрепляется специальный винт и отпускается лимб, корпус в этом случае останется неподвижным, двигаться же будут лимб и алидада.

Это и есть главные части теодолита. Но снимать показания помогают и другие устройства, с которыми тоже будет полезно познакомиться. Степень горизонтальности установки теодолита контролируется с помощью цилиндрического уровня, а точку отсчета потерять не дает оптический центрир. Отсчеты снимаются по микроскопу, и это финальная стадия работы замерщика.

Работа с теодолитом

Работа с теодолитом – тема настоящей инструкции. Ниже поэтапно приведена методика измерения теодолитом, аккуратное выполнение пунктов которой обеспечит получение точных результатов. Настоящая инструкция предполагает, что пользователь обладает начальными знаниями о том, как работать с теодолитом, знаком с основными узлами и принципом работы прибора.

Установка теодолита в рабочее положение

Измерение горизонтальных углов теодолитом предполагает установку прибора в вершине определяемого угла. Для этого сначала ставят штатив так, чтобы центр площадки для установки штатива был примерно над точкой, а плоскость площадки – горизонтальна. Только после этого теодолит закрепляют на штативе, центрируют и горизонтируют прибор.

Центрирование теодолита — это проецирование оси вращения алидады и лимба по отвесной линии на вершину определяемого угла с точностью для механического отвеса ± 5 мм, ± 1-2 мм для оптического отвеса. Сначала проводится центрирование штатива с помощью механического отвеса с точностью 10-15 мм. При этом необходимо установить штатив горизонтально, чтобы регулировка подъемных винтов позволила произвести горизонтирование прибора. При установке прибора на штатив, производим окончательное центрирование теодолита, передвигаем оптический теодолит, ослабив становой винт.

Горизонтирование теодолита – это последовательное горизонтирование плоскости лимба горизонтального угломерного круга (ГУК) и приведение вертикальной оси вращения в отвесное положение. Процесс горизонтирования контролируется по цилиндрическому уровню алидады ГУК и производится посредством подъёмных винтов теодолита. Поворачивая алидаду, направляют ось уровня по двум подъёмным винтам и перемещают пузырёк уровня в центр. Затем следует повернуть алидаду на 90° и, используя третий подъёмный винт, вновь перевести пузырёк в центр. Действия необходимо повторять до тех пор, пока пузырек не станет сходить с середины при всех позициях алидады горизонтального круга. Допустимое его отклонение не больше двух делений шкалы цилиндрического уровня.

Горизонтирование теодолита

Для получения достоверного результата работа с теодолитом требует соблюдения двух геометрических условий:

ось вращения прибора находится в вертикальном положении;
ось цилиндрического уровня — в горизонтальном положении.

Измерение горизонтального угла теодолитом Визирование

Визирование – совмещение центра сетки нитей с точкой.

Сетка нитей – это стеклянная пластина с нанесёнными на нём линиями (характер их нанесения может быть разным). Пересечение средних линий называют центром сетки нитей Z.

Наведение центра нитей на точку

Для визирования теодолита на точку необходимо:

Закрепить лимб.
Открепить алидаду для того, чтобы по грубому визиру, расположенному наверху зрительной трубы, установить прибор примерно на искомую точку.
Закрепить алидаду.
Для наблюдения установить зрительную трубу так, чтобы сетка нитей имела резкое изображение. Эта операция называется установкой по глазу и производится вращением окулярного колена.
Установить зрительную трубу так, чтобы точка визирования была видна наилучшим образом. Эта операция называется установкой по предмету и производится вращением кремальеры.
Навести центр сетки нитей точно на точку визирования посредством наводящих винтов алидады и зрительной трубы. Если вертикальный круг оказывается с правой стороны от трубы, если смотреть со стороны окуляра, говорят «круг право» (КП). Если вертикальный круг оказался слева – «круг лево» (КЛ).

Измерение горизонтального угла β

Измерение горизонтального угла теодолитом предполагает установку прибора в вершине измеряемого горизонтального угла (т.н. станция), а рейки на станциях n+1 и n–1.

Перекрестие сетки нитей совмещают с самой нижней видимой точкой рейки так, чтобы вертикальная нить совпадала с осью рейки.

Затем выполняют следующую последовательность действий (первый полуприём):

наводят центр сетки нитей на вершину заднего (правого) угла (n – 1) и снимают отсчёт по лимбу горизонтального круга — отсчёт а1;
наводят на вершину переднего (левого) угла (n + 1) снимают отсчет а2;
определяют значение угла при круге лево βкл=а1-а2.

Измерение горизонтального угла на станции n: β – горизонтальный угол

До начала второго полуприёма (КП) разблокируют зрительную трубу и переводят через положение зенита. Затем разблокируют алидаду и поворачивают прибор на 180° , проводят измерения при КП. При втором полуприёме (КП) визирование и измерения производят аналогично, различия в значениях угла в двух полуприёмах (С) не должно превышать двойной точности прибора (t): С Читайте также: Учимся использовать лазерный уровень практически

Существует несколько способов оцифровки лимба вертикального угломерного круга (ВУК). У теодолита RGK TO-15 (TO-05) оцифровка секторная, при которой ВУК разбит на 4 сектора по 90°, из которых два сектора имеют положительную оцифровку, а два других – отрицательную. Для взятия отсчёта:

считывают количество градусов отсчётного штриха (по рисунку – «-0°»);
считывают минуты – если вверху стоит «-0» – по отрицательной шкале от нуля до отсчётного штриха, если вверху стоит «+0» – по положительной шкале от нуля до отсчётного штриха (по рисунку – «-35?»).

Далее проводят вычисление вертикального угла. При этом отсчёты от 0° до 90° соответствуют измеряемому положительному вертикальному углу.

Вычисление вертикальных углов

После снятия отсчётов рассчитывают вертикальный угол через М0, либо по результатам двух отсчётов, полученных при визировании на цель в двух положениях зрительной трубы (КЛ и КП).

Расчётные формулы для секторной оцифровке лимба вертикального круга от нуля в обе стороны – по ходу и против хода часовой стрелки (RGK TO-05 и TO-15):

М0 = (КП + КЛ)/2; v = МО-КП; ν=КЛ−М0

При расчёте по этим формулам не обязательно добавлять 360°.

Измерение расстояний теодолитом

В этом разделе рассмотрим, как работать с теодолитом для измерения расстояний. В сетке нитей зрительной трубы теодолита имеются два дополнительных горизонтальных дальномерных штриха, расположенных по обе стороны от центра сетки нитей на равных расстояниях. Наличие этих штрихов позволяет производить измерение теодолитом расстояния D от прибора до рейки.

Для этого по рейке определяют величину дальномерного интервала n в сантиметрах, умножая полученное число на 100, затем полученное значение из сантиметров переводят в метры (дальномерный коэффициент зрительной трубы, как правило, равен 100) , т. е.

В случае, приведенном на рисунке:

отчет по верхнему дальномерному штриху – 1747 мм;
отчет по нижнему дальномерному штриху – 1856 мм.

Дальномерный интервал n равен разности отчетов по нижнему и верхнему дальномерным штрихам.

n = 1856-1747=109 мм = 10,9 см.

По формуле вычисляем расстояние: D = 100*10,9 см=1090 см = 10,9 м

Для измерения теодолитом расстояний при помощи нитяного дальномера относительная ошибка обычно составляет от 1/100 до 1/300.

Измерение теодолитом расстояния по дальномерным штрихам

Виды устройств

Имеются следующие виды устройств:

Механические. Наиболее простой по конструкции и самый дешевый тип, однако у него и самая низкая точность, поэтому для серьезной работы он не подходит.
Электронные. Электронный теодолит удобен, потому что оснащен устройством для считывания и обработки результатов, геодезисту остается правильно выставить его, а остальное прибор сделает сам.
Оптические. Наиболее широкое распространение получил теодолит оптический. Он не производит расчеты, как электронный, но стоимость устройства и качество измерения привлекают.
Лазерные. Эти теодолиты самые дорогие, но и более совершенные устройства. Позволяют делать измерения с большой точностью и удобны в использовании, но приобретать их имеет смысл лишь для постоянных работ, где высоки требования к результату.

Два принципиально разных вида теодолитов отличаются по подвижности алидады и лимба. В повторительных типах данные элементы могут закреплять поочередно, а показания снимать методом последовательных повторений. Обыкновенные варианты этого не допускают, так как алидада с осью представляют в них единое неподвижное целое, и для каждого измерения требуется отдельная настройка.

Общее устройство

Конструктивно устройство теодолита состоит из следующих основных частей:

оптическая визирная труба с определенной кратностью увеличения, в окуляр которой смотрит пользователь, закреплена на двух установленных на трегере колонках;
два отсчетных механизма: вертикальный круг — по вертикальным углам, расположенный в колонке; лимб или горизонтальный круг — по горизонтальным углам, расположенный в основании теодолита;
отсчетное устройство, используемое в инструментах механического типа – шкаловой (отсчет по шкале) или штриховой (отсчет по штриху-индексу) микроскоп, с помощью которого считываются показания с лимбов;
алидада – жестко соединенная с корпусом лимба поворотная линейка с отсчетными приспособлениями (нониусами или верньерами);
наводящие (микрометренные) и закрепительные (зажимные) винты, сообщающие механизмам теодолита малое плавное движение при выполнении настроек и юстировки;
встроенный оптический отвес (центрир) для точного центрирования над точкой;
геодезический штатив-тренога для работы на местности, на который устанавливается теодолит.

Горизонтальный и вертикальный угломерные круги размечены на градусы и доли градусов, зрительная труба имеет сетку дальномерных нитей с центральным перекрестием.

Маркировка

Марка теодолита — это совокупность букв и цифр. В каждой есть связка литеры «Т» с какой-либо цифрой. Буква указывает на то, что прибор — теодолит, цифры показывают погрешность измерения в секундах, чем они больше, тем больше и погрешность.

Цифрой 1 маркируются высокоточные приборы.
Цифрами 2 и 5 маркируются точные теодолиты.
Цифрами 15 и 30 маркируются технические приборы.

Стоит цифра точности после литеры «Т», а если перед буквой есть другая цифра, она служит для обозначения поколения прибора или его модификации в категории марки.

Требования перед работой

Перед измерением углов теодолит проверяется. Нужно проверять специальную отметку или пломбу, а также периодически — геометрические параметры, так как ошибка в пару градусов со временем может привести к катастрофе!

Важна абсолютная вертикальность оси алидады и ее перпендикулярность цилиндрическому уровню.
Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна ей, не выполнив этого коллимационного условия, четкая система отсчета невозможна.
Оси трубы и алидады должны быть перпендикулярными.
Проверяем, насколько измерительная сетка расположена в вертикальной коллимационной плоскости.

Как пользоваться теодолитом — пошаговая схема

Шаг 1: Шаг 1. Установка теодолита

Наверняка вы догадались, что нам нужна точка отсчета, именно это и будет нашей задачей на первом шаге. Находим на местности ровную поверхность, принимая ее за начальную точку, по ней и центрируем прибор с помощью уровней и зажимных винтов на подставке. В итоге нужно получить исключительно горизонтальное положение прибора.

Шаг 2: Шаг 2. Ловим объект

Визиром находим цель, а винтами наводим измерительную сетку более точно, чтобы установить центр объекта. На все это можно смотреть через зрительную трубу, если света вокруг недостаточно, то можно специальным зеркальцем немного улучшить ситуацию (кто хоть раз работал с микроскопом, должен владеть этим приемом). Когда центр выставлен, окуляром микроскопа фиксируем его значение.

Использование теодолита

Приемов профессионального использования приборов много, и им учат на специальных курсах, здесь же приведем основные из них.

Установка теодолита. Первым шагом станет нахождение точки отсчета. На местности находим ровную поверхность, по которой центрируем прибор на подставке уровнями и зажимными винтами. В итоге положение прибора должно получиться строго горизонтальным.
Ловим объект. Визиром отыскиваем цель и точнее наводим винтами измерительную сетку, чтобы установить центр объекта. На это смотрим через окуляр, а если света недостаточно, улучшить ситуацию поможет специальное зеркальце (как в случае с микроскопом). После выставления центра окуляром фиксируется его значение.
Обработка результатов. Лучше сделать не одно, а несколько измерений. Новый отсчет рекомендуется на известную величину, к примеру, 90°. Если новые измерения отличаются от предыдущих на 90°, то результат можно фиксировать, если нет — производится еще пара подобных измерений с разным отсчетом и вычисляется среднее значение.

Как проводятся измерения с использованием теодолита

За положение плоскостей и осей прибора отвечают уровни: круглый — для обычной установки, а цилиндрический, в виде стеклянной трубки в форме бочкообразного сосуда внутри, служит для точной. Для цилиндрического уровня используется такая характеристика как пузырек. Для цилиндрических уровней нормой является пузырек размером в треть трубки, при условии температуры окружающей среды 20°C. Для измерения длины пузырька используется шкала, нанесенная на уровень, одно деление которой составляет 2 мм.

Ноль пункт или середина уровня, не указывается, но его легко найти по симметрично расположенным штрихам шкалы в обе стороны от центра. Ноль пункт служит и для определения оси уровня: касательная, которая проходит через него по длине уровня и служит для этого. Совпадение с ноль-пунктом середины пузырька показывает горизонтальное положение теодолита, а если пузырек смещается на деление, наклоняется и ось уровня на соответствующий угол, величина которого является ценой деления. Следовательно, более точным является тот прибор, у которого цена деления уровня меньше.

Для отсчетов служат микроскопы (шкаловой или штриховой), а также оптический микрометр, но до начала отсчета определяется цена деления лимба.

Поверки теодолита – устройство и классификация приборов

ГОСТ Р 8.876-2014

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

State system for ensuring the uniformity of measurements. Theodolites. Verification procedure

Дата введения 2016-01-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием “Сибирский государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт метрологии” (ФГУП “СНИИМ”), Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования “Сибирская государственная ордена “Знак Почета” геодезическая академия” (ФГБОУ ВПО “СГГА”), Федеральным государственным унитарным предприятием “Центральный ордена “Знак Почета” научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии им.Ф.Н.Красовского” (ФГУП “ЦНИИГАиК”)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 206 “Эталоны и поверочные схемы” подкомитетом ПК 206.5 “Эталоны и поверочные схемы в области измерения физико-химического состава и свойств веществ”

4 При разработке настоящего стандарта использованы изобретения, защищенные патентами 2116626 RU МКИ 6G 01 D 18/00 N 95108631/28 (заяв. 26.05.95; опубл. 27.07.98) и 2463561 RU МКП G01C 25/00, G01C 1/00 N 2011112168/28 (заяв. 30.03.2011; опубл. 10.10.2012)

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Март 2019 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ “О стандартизации в Российской Федерации”. Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе “Национальные стандарты”, а официальный текст изменений и поправок – в ежемесячном информационном указателе “Национальные стандарты”. В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя “Национальные стандарты”. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования – на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы и средства первичной и периодической поверок теодолитов по ГОСТ 10529 и других геодезических угломерных приборов [электронных и оптических теодолитов и др. (далее – теодолит)] отечественного и зарубежного производства.

Интервал между поверками теодолитов устанавливают в соответствии с правилами [1] и рекомендациями [2].

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 8.050 Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений

ГОСТ 12.2.007.0 Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности

ГОСТ 10529 Теодолиты. Общие технические условия

ГОСТ 21830 Приборы геодезические. Термины и определения

ГОСТ 22268 Геодезия. Термины и определения

Примечание – При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования – на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю “Национальные стандарты”, который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя “Национальные стандарты” за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения и сокращения

3.1 В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 21830 и ГОСТ 22268.

3.2 В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

ГКС – геодезический коллиматорный стенд;

СКП измерений – средняя квадратическая погрешность измерений;

ЭД – эксплутационные* документы.

* Текст документа соответствует оригиналу. – Примечание изготовителя базы данных.

Прием измерений – минимальное количество операций, необходимое для однократного измерения угла с заданной точностью.

КЛ (круг лево) – отсчет по лимбу при положении вертикального круга*.

* Текст документа соответствует оригиналу. – Примечание изготовителя базы данных.

КП (круг право) – отсчеты по лимбу при положении вертикального круга справа.

4 Операции и средства поверки

4.1 Операции и средства поверки должны соответствовать указанным в таблице 1.

Таблица 1 – Операции и средства поверки

Номер подраздела, пункта настоящего стандарта

Теодолит

Теодолит – прибор, служащий для измерения горизонтальных и вертикальных углов (ГОСТ 21830-76). Кроме этого основного назначения с помощью теодолита устанавливают горизонтальность и вертикальность линий и плоскостей, задают направления; применяя нитяной дальномер и рейку с делениями, определяют расстояния и превышения.

Своим названием теодолит обязан двум словам из греческого языка – theomai и dolichos, которые в переводе, соответственно, обозначают – «смотрю» и «далеко». Впервые этот прибор был упомянут как «теодолитос» в документальном источнике, датированным 1571 годом.

Конструкция любого теодолита состоит из семи основных элементов. Сюда входит оболочка с двумя кругами, отсчитывающими значения по горизонтали и вертикали, подставка, содержащая три подъемных винта, которую еще называют «трегер», а также круглый уровень, служащий для фиксации уровня горизонтирования прибора. Еще одними обязательными элементами являются зрительная труба и винты, позволяющие вращать и закреплять ее положение. Центрирование достигают за счет применения центрира или отвеса, а результаты отсчетов демонстрирует специальный микроскоп.

Современные теодолиты делятся на четыре вида:

Механический теодолит – это измерительный прибор, который в своей конструкции не оснащен электронными и оптическими компонентами и имеет механическую систему наведения;
Оптический теодолит – это прибор, который оснащен оптическим отсчетным устройством для вычисления координат точек;
Электронный (цифровой) теодолит – это прибор, который оснащен микропроцессором и дисплеем для вычисления и запоминания координат точек на местности;
Лазерный теодолит – представляет собой электронный теодолит со встроенным лазером.

Каждый из видов имеет свои конструктивные особенности, сферу использования и точность измерения.

В зависимости от допускаемой погрешности измерения горизонтального угла одним приемом в лабораторных условиях теодолиты подразделяют на следующие типы и группы (ГОСТ 10529-96):

Высокоточный теодолит — с ошибкой измерения угла ≤ 1″
Точный теодолит — с ошибкой измерения угла ≤ 5″
Технический теодолит — с ошибкой измерения угла ≤ 15-60″

В условное обозначение теодолита входит обозначение типа и исполнения теодолита. В зависимости от конструктивных особенностей следует различать теодолиты следующих исполнений (ГОСТ 10529-96):

С уровнем при вертикальном круге (традиционные, обозначение не применяется);
С компенсатором углов наклона – К;
С автоколлимационным окуляром (автоколлимационные) – А;
С зрительной трубой прямого видения (изображения) – П;
Маркшейдерский – М;
Электронный– Э.

Допускается сочетание указанных исполнений в одном приборе. Если теодолит имеет зрительную трубу прямого изображения, то в условное обозначение теодолита добавляют букву П. Например:

Теодолит с допускаемой погрешностью измерения горизонтального угла 2″ с компенсатором углов наклона, автоколлимационный: Т2КА.
Теодолит с допускаемой погрешностью измерения горизонтального угла 30″ с уровнем при вертикальном круге и зрительной трубой прямого изображения, маркшейдерский: Т30МП.
Теодолит с допускаемой погрешностью измерения горизонтального угла 5″, электронный: Т5Э.

Для модификаций теодолитов допускается перед условным обозначением теодолита указывать порядковый номер модели, например 3Т2КА.

Теодолиты по конструктивной особенности также разделяются:

Повторительный теодолит – имеет специальную повторительную систему осей лимба и алидады, позволяющую лимбу вместе с алидадой вращаться вокруг собственной оси раздельно и/или совместно. Такой теодолит позволяет, последовательным вращением алидады, несколько раз откладывать (повторять) на лимбе величину измеряемого горизонтального угла, что увеличивает точность измерений.
Простой теодолит – теодолит, где лимб может поворачиваться, но совместного с алидадой вращения не имеет.

Для более универсального использования теодолитов промышленность выпускает целый ряд приспособлений к ним: — комплекты визирных целей, оптические двухсторонние центриры, накладные уровни, буссоли, центрировочные плиты, комплект электрооборудования.

Поверки теодолита — устройство, классификация и принцип действия прибора

Оптический теодолит одни из геодезических измерительных приборов, который считается самым надежным по своей конструкции. Разнообразные их:

типы (высокоточные, точные, технической точности);
сферы использования (геодезический, маркшейдерский, астрономический, тахеометр);
конструкции (с компенсатором, прямым изображением, в обычном исполнении)

говорят о значительном спросе и популярности этих угломерных приборов. Теодолитом с определенной точностью можно решать любые виды практических геодезических задач, начиная от основных, изыскательских, картографических и заканчивая отраслевыми работами в строительной, промышленной, горнодобывающей, военной сферах. С его помощью существуют возможности совершать угловые измерения, определять превышения, высоты, и даже осуществлять линейные измерения. Весь набор конструктивных возможностей теодолитов в свое время делал его самым передовым из геодезических инструментов, с помощью которых были выполнены, если хотите, все возведённые основные производственные и общественные фонды в стране, все жилищное и городское строительство, да практически всё материальное производство.

Для того чтобы оптические теодолиты выполняли свою конструктивную функцию необходимо обеспечение точного их приборостроения, с возможностью проведения поверочных и юстировочных операций отдельных узлов и прибора в целом.

В совокупности перед началом геодезических работ возможно три отдельных этапа проведения поверок:

на заводе изготовителе с фиксацией в его паспорте отметки об этом;
в государственной метрологической службе с выдачей заключения в виде свидетельства о рабочем состоянии прибора;
квалифицированными инженерами, специалистами геодезистами и маркшейдерами при принятии инструмента в эксплуатацию.

В зависимости от конструкции теодолитов поверочные работы могут исчисляться разным количеством поверок теодолита. Общие из них представлены таким списком поверок для отдельных частей и определения параметров:

цилиндрического уровня;
оптического (шнурового) отвеса;
коллимационной ошибки;
сетки нитей;
места нуля;
нитяного дальномера.

Поверка цилиндрического уровня

Требует его нахождения по центру своего корпуса при любом вращении теодолита вокруг оси. Это означает, что продольная ось уровня должна располагаться перпендикулярно вертикальной оси теодолита. Выполняется такая поверка теодолита первой по очередности и в следующей последовательности:

двумя подъемными винтами, которые находятся вдоль оси уровня, его пузырек выводится по центру ампулы;
третьим винтом, после поворота корпуса теодолита на 90 градусов, уровень устанавливается в центр;
разворачивая теодолит на 180 градусов, ожидания установки уровня в центральном положении могут не оправдаться;
при отклонении пузырька на два деления в одну из сторон, следует начать юстирование;
половина величины смещения пузырька юстируются отверткой (шпилькой) исправительным винтом;
оставшуюся часть отклонения выводят третьим подъемным винтом;
выполнением поверки будет считаться нахождение уровня в центре в любом месте остановки теодолита в пределах предусмотренных 360-ти градусов.

Разновидности угломерных устройств

В зависимости от цели использования выбирается прибор подходящего класса точности. Теодолиты бывают:

Высокоточными.
Точными.
Техническими.

Высокоточные приборы дают погрешность при измерении до 1″ включительно. Имеют высокую стоимость и используются довольно редко, так как в большинстве случаев, когда требуются измерения теодолитом, в такой высокой точности нет необходимости. У точных устройств ошибка не должна быть выше 10″. Такие приборы наиболее востребованы, их разновидности предлагаются на рынке в самом широком ассортименте. Технические измерители углов применяются при возведении неответственных объектов и имеют погрешность 10″.

Классификация теодолитов по конструктивному устройству:

механические;
оптические;
электронные;
лазерные;
кодовые.

Угломерные приборы разделяют в зависимости от конструкции у отсчетного устройства на простые, компенсаторные, повторительные и др. Маркируются теодолиты буквой Т, за которой следуют цифры, указывающие точность прибора, например, Т15 означает, что при измерении этим устройством допустима ошибка 15″.

Цифрами 2 и 3 перед Т обозначают то, что все детали приборов унифицированы, т. е. могут быть использованы в разных моделях. Другие буквы указывают на конструктивные особенности конкретной модели: К — наличие компенсаторов; А — автоколлимационный окуляр; П — прямое изображение. Все устройства, кроме Т60, оснащены электроподсветкой.

Круглый уровень

Поверяется традиционным способом, как и практически в других приборах (нивелирах, тахеометрах и так далее). Как правило, сама ампула круглого уровня выставляется между двух подъемных винтов. И уже с помощью всех трех винтов круглый пузырек выводится в центр ампулы уровня. Разворачивая теодолит на 180 градусов наблюдаем, присутствует или нет отклонение круглого воздушного пузырька с центра. При наличии такого смещения за обозначенную линию окружности на ампуле производят юстировку уровня. Для этого исправительными винтами регулируют половину величины смещения. Оставшееся отклонение выводится в центр ампулы подъемными винтами. Для подтверждения юстировки уровня поверка снова повторяется. Постоянное нахождение уровня в центре означает выполнение поверяемого условия.

Замер угла

В точках, где планируется возведение строительных конструкций, необходимо предусмотреть временный каркас. При помощи теодолита на одну из выделенных точек установленной конструкции направляется окуляр, который будет взят за ноль. Чтобы изначально обеспечивались корректные показания, следует рассмотреть вопрос о том, как пользоваться теодолитом на неровной местности. Для этого важно заранее обеспечить в первую очередь надежную основу. Далее в грунт внедряются опорные стойки, желательно также выполнить дополнительную фиксацию.

Затем можно приступать к вычислению углов. По отношению к начальной точке выбирается позиция, от которой будут производиться дальнейшие расчеты. Это может быть и вертикальный угол, и вычисления по горизонтали. Шкала с координатами позволит выполнить замеры с небольшой погрешностью. В случае с электронными моделями расчеты производятся за несколько секунд автоматически.

Поверки оптического и шнурового отвеса

Точное центрирование над и под геодезическими и маркшейдерскими пунктами важная часть в полевых измерениях. Этому уделяется особое внимание. В теодолитах с оптическими отвесами инструмент центрируется над выбранной точкой с центром в виде накерненного отверстия величиной от 1 до 3 мм. Вначале производится горизонтирование прибора. Затем с помощью окуляра оптического центрира индивидуально под свое зрение выставляются фокусировки, чтобы были видны одновременно и точка стояния, и сетка центрира в виде окружности. После чего с вращением корпуса инструмента на 180 градусов наблюдают смещение окружности оптического центрира вокруг выбранной точки. Половину отклонения устраняют перемещением сетки. Вторую половину исправляют смещением самого корпуса теодолита в точку, над которой центрируется прибор. И так действуют до полного максимально возможного приближения точки к центру.

Кроме этого в маркшейдерском деле существует поверка теодолита под точкой, когда точка центрирования находится сверху зрительной трубы. В некоторых из них устанавливать местоположение точки центрирования сверху приходиться самостоятельно. Изначально, установив зрительную трубу в горизонтальное, а сам прибор в отвесное положение, его центрируют совмещением острия нитяного отвеса над меткой. При вращении геодезического инструмента отклонение метки от острия отвеса не должно отклоняться более, чем на 1 мм. В случае большего значения смещения верхнюю точку центрировки на зрительной трубе нужно сместить. После удовлетворительного проведения данной поверки на месте новой метки можно просверлить не большое отверстие, которое будет являться точкой совмещенной с осью прибора. После чего еще один раз провести окончательные наблюдения над центрировочной меткой и произвести измерения контрольных горизонтальных углов.

Известно, что при закреплении корпуса прибора на штативах становым винтом в нижней его части подвешивается шнуровой отвес. С его помощью осуществляется центрирование теодолита над точкой, и для определения правильного места подвешивания отвеса в нем выполняется данная поверка. Контрольными измерениями для этой поверки считаются определение положение центра оптическим центриром или зрительной трубой в конструкциях приборов с отверстием в нижней части корпуса. При подвешивании шнурового отвеса его острие должно находиться над точкой центрировки. При значительном (более 1 мм) отклонении необходимо механическим способом сместить место подвеса нитяного отвеса.

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.

Сетка нитей и коллимационная погрешность

Взаимоувязаны в части исправительного инструментария, то есть при не выполнении, требуемых условий исправление производится винтами (кольцом) сетки нитей.

Первая из них поверяется наведением на леску подвешенного тяжелого отвеса. При этом, вертикальная нить на всем своем протяжении должна совпадать с отвесной линией.

Вторая поверка выполняется при ориентировочно горизонтальном положении трубы. На удаленную точку выполняется точное наведение перекрестия сетки нитей. Далее, снимаются отсчеты. Сначала, при круге справа (КП). Затем,- при круге слева (КЛ). Разность этих отсчетов плюс-минус 180 градусов дает значение двойной коллимационной ошибки (2с), а именно:

2с=КП-КЛ±180

Значение коллимационной погрешности определяют независимо дважды. Допустимой величиной предельного отклонения коллимационной ошибки считается двойное значение точности поверяемого прибора. При превышении этого значения производят юстировочные операции. Вычислив среднее арифметическое значение отсчета, выставляют его микрометренным винтом. В этот момент происходит смещение центра сетки нитей. Используя кольцо или винты сетки нитей, осуществляют ее горизонтальное перемещение в выбранную точку.

Место нуля

Геодезический термин, относящийся к отсчету по ВК теодолита при горизонтальном положении зрительной трубы. Априори он должен соответствовать своему названию, то есть быть равным нулю. Для проведения такой поверки теодолита выбирается удаленная точка на уровне горизонта инструмента. На нее при двух положениях круга (КП и КЛ) производится наведение перекрестия сетки нитей и соответственно снятие двух отсчетов. Определение абсолютного значения места нуля (МО) осуществляется по формуле:

МО=0,5×(КП+КЛ±180)

Известно, что место нуля редко имеет соответствующее своему названию значение. Если его величина после вычислений находится в пределах двойной точности прибора, то никаких юстировочных работ не следует выполнять. При больших значениях МО юстировка производится в определенной последовательности:

вычисляется значение нужного отсчета по ВК из разности величин КЛ и МО;
устанавливается полученный отсчет микрометренным винтом ВК, в результате чего сетка нитей отклоняется с наведенного положения на точку в вертикальной плоскости;
юстировочными винтами уровня ВК пузырек перемещают в центральное положение его корпуса;
или винтами сетки нитей в теодолитах с компенсаторами перемещают перекрестие в наблюдаемую точку.

Производители теодолитов

Данный сегмент можно охарактеризовать как узкоспециализированный и рассчитанный на профессиональное проектирование. Соответственно, и компаний в данной нише представлено немного. Традиционно качественное измерительное оборудование для строительной отрасли выпускает фирма ADA, в линейке которой можно найти модели для разных задач. Например, специально для вертикального проектирования предусмотрена линейка ADA Vertical. Для универсального применения подойдет теодолит Vega Teo, к особенностям которого можно отнести наличие двух дисплеев, предоставляющих расчетные данные с высокой точностью. Впрочем, за эргономику и функционал такого оборудования придется заплатить немалые деньги – порядка 50-60 тыс. руб.

Инженерная графика! Лекции

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

КАФЕДРА МЕХАНИКИ И ГРАФИКИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

КАФЕДРА МЕХАНИКИ И ГРАФИКИ

Учебное пособие предназначено для студентов всех специальностей,

«Инженерная компьютерная графика».

Пособие содержит теоретические основы начертательной геометрии и инженерной графики, примеры решения геометрических задач и построение графических проекций. Учебное пособие предназначено для всех специаль-

ностей изучающих курс «Инженерная графика»

1 Основы начертательной геометрии…………………………………………. 7

1.2 Центральное проецирование………………………………………….. . 8

1.3 Параллельное проецирование………………………………………… 9

1.4 Прямоугольное (ортогональное) проецирование…………………… 10

1.5 Проецирование точки…………………………………………………. 12

1.6 Проецирование прямых общего положения………………………. 15

1.7 Деление отрезка в заданном отношении……………………………… 16

1.9 Метод прямоугольного треугольника…………………………………. 17

1.10 Проецирование прямых частного положения……………………….. 18

1.11 Взаимное положение точки и прямой……………………………. 20

1.12 Взаимное положение прямых………………………………………….. 20

1.13 Определение видимости гранного тела……………………………….. 25

1.15 Точка и прямая в плоскости………………………………………….. 28

1.16 Взаимное положение прямой и плоскости, плоскостей……………. 34

1.17 Способы преобразования комплексного чертежа…………………… 45

2 Основные правила оформления чертежей………………………………… 60

2.1 Единая система конструкторской документации. Стандарты ЕСКД. 60

2.6 Изображения на технических чертежах……………………………… 66

2.7 Графические обозначение материалов в сечениях………………….. 78

2.9 Наглядные аксонометрические изображения……………………….. 92 3 Деталирование……………………………………………………………… 97

3.1 Содержание и объем работы…………………………………………… 98

3.2 Чтение сборочного чертежа……………………………………………. 97

З.3 Пример чтения чертежа……………………………………………….. .99

3.5 Выбор и нанесение размеров…………………………………………. 111

3.6 Заполнение основной надписи…………………………………………118

3.7 Определение размеров детали по ее изображению с использованием графика масштабов…………………………………………………….

4.1 Резьбовые соединения………………………………………………… 123

4.2 Расчет винтового соединения……………………………………. 123

В число дисциплин, составляющих основу инженерного образования, входит “Инженерная графика”.

Инженерная графикаэто условное название учебной дисциплины, включающей в себя основы начертательной геометрии и основы специального вида технического черчения.

Начертательная геометрия – наука, изучающая закономерности изображения пространственных форм на плоскости и решения пространственных задач протекционно-графическими методами.

Исторически методы изображения возникли еще в первобытном мире.

В начале развития появился рисунок, потом буква – письменность. Вехи развития графики: наскальный рисунок, творение великих художников эпохи возражения.

Однако формирование научной теории изображения началось в 17 веке, когда возникло учение об оптике. В 1636 году геометр Жирар Дизарг дал стройную теорию изображений в перспективе.

В дальнейшем развитии чертежа огромную роль сыграли французский математик и инженер Гаспар Монж (1746-1818).Заслуга Г. Монжа в том, что он обобщил имеющиеся данные о построении плоского чертежа и создал самостоятельную научную дисциплину под названием “Начертательная геометрия” (1798 год). Г. Монж говорил: начертательная геометрия преследует следующую цель: на чертеже, имеющем два измерения с точностью изобразить тела трех измерений. С этой точки зрения эта геометрия должна быть необходима как для инженера, составляющего проект, так и для того, кто по этим проектам доложен работать.

Метрическая (измерительная) геометрия, созданная, как известно, трудами Евклида, Архимеда и других математиков древности, выросла из потребностей землемерия и мореплавания.

Всестороннее и глубокое научно-теоретическое обоснование начертательная геометрия получила только после рождения геометрии на псевдосфере. Создал его великий русский геометр Лобачевский (1793-1856г.).

В России начертательную геометрию стали изучать с 1810 года в институте корпуса инженеров путей сообщения в Петербурге.

Начертательная геометрия является разделом геометрии, изучающим пространственные формы по их проекциям на плоскости. Ее основными элементами являются:

1. Создание метода изображения

2. Разработка способов решения позиционных и метрических задач при помощи их изображения.

Начертательная геометрия является связующим звеном между математикой, техническим черчением и другими предметами. Дает возможность построения геометрических форм на плоскости и по плоскому изображению представить форму изделия.

Студенты при изучении курса начертательной геометрии наряду с освоением теоретических положений приобретают навыки точного графического решения пространственных задач метрического и позиционного характера. Умение найти более короткий путь решения графической задачи формирует общую инженерную культуру молодого специалиста.

Изучение начертательной геометрии позволяет:

1. Научиться составлять чертежи, т.е. изучать способы графического изображения существующих и создаваемых предметов.

2. Научиться читать чертежи, т.е. приобрести навыки мысленного представления по чертежу формы и размеров предмета в натуре.

3. Приобрести навыки в решении пространственных задач на проекционном чертеже.

4. Развить пространственное и логическое мышление.

Инженерная графика является тем фундаментом, на котором в дальнейшем будут основываться все технические проекты науки и техники, и которая дает возможность студенту, а затем инженеру выполнять конструкторскую работу и изучать техническую литературу, насыщенную чертежами.

Прочесть или составить чертежи можно лишь в том случае, если известны приемы и правила его составления. Одна категория правил имеет в основе строго определенные приемы изображения, имеющие силу методов, другая категория – это многочисленные, часто не связанные между собой условности, принятые при составлении чертежей и обусловленные ГОСТами.

ГОСТы – это государственные общесоюзные стандарты, комплекс которых составляет Единую систему конструкторских документов, принятых в России. Основное назначение стандартов ЕСКД заключается в установлении на всех предприятиях России единых правил выполнения, оформления и обращения конструкторской документации.

Теоретической основой черчения является начертательная геометрия. Основной целью начертательной геометрии является умение изображать всевозможные сочетания геометрических форм на плоскости, а так же умение производить исследования и их измерения, допуская преобразование изображений. Изображения, построенные по правилам начертательной геометрии, позволяют мысленно представить форму предметов и их взаимное расположение в пространстве, определить их размеры, исследовать геометрические свойства, присущие изображаемому предмету. Изучение начертательной геометрии способствует развитию пространственного воображения, необходимое инженеру для глубокого понимания технического чертежа, для возможности создания новых технических объектов. Без такого понимания чертежа немыслимо никакое творчество. В любой области техники, в многогранной инженерной деятельности человека чертежи являются единственными и незаменимыми средствами выражения технических идей.

Начертательная геометрия является одной из дисциплин, составляющих основу инженерного образования.

Т.о., предмет “Инженерная графика” складывается из двух частей: