Общие сведения о высокоточных теодолитах

В начале 30-х годов в связи с невиданным в то время размахом работ по созданию астрономо-геодезическои сети на обширной территории СССР перед геодезическим приборостроением была поставлена ответственная задача по разработке и выпуску в короткие сроки высокоточных теодолитов.

В 1934 г. завод «Аэрогеоприбор» начал выпускать универсальный теодолит У-5. Горизонтальный и вертикальный круги имели диаметры по 176 мм. Цена наименьшего деления шкалы отсчетного микроскопа-микрометра была равна 5". Предназначался теодолит для угловых измерений и астрономических определений в триангуляции 2 класса.

В 1935 г. в ЦНИИГАиК по техническому заданию Ф. Н. Красовского был разработан высокоточный триангуляционный теодолит ТТ-2/6, предназначенный для измерения горизонтальных углов в триангуляции 1 класса. Выпуск этих теодолитов был начат в 1936 г. и продолжался до 1965 г., когда ТТ-2/6 был снят с производства.

Теодолит ТТ-2/6 имеет горизонтальный металлический лимб диаметром 220 мм, вертикальная ось теодолита коническая, регулируемая; главная зрительная труба имеет фокусное расстояние 520 мм, увеличение трубы 30; 52 и 65х; она снабжена окулярным микрометром с ценой деления 1"; поверительная труба с увеличением 30х и ценой деления окулярного микрометра 1,4" крепится к подставке теодолита и предназначается для определения и учета кручения столика сигнала при угловых измерениях; теодолит имеет накладной уровень с ценой деления 2,5" на 2 мм, устанавливаемый на горизонтальную ось вращения трубы; вертикальный круг изготовлен в виде сектора; цена наименьшего деления барабана микроскоп-микрометра при горизонтальном круге 2", масса теодолита составляет 27,5 кг.

                                         

Рис. 42. Теодолит ОТ-02М. (а):

/ — подставка с подъемными винтами; 2 — алидадная часть теодолита; 3 — уровень при алидаде вертикального круга; 4 — вертикальный круг; 5—зрительная труба; в — головка оптического микрометра; 7 — микроскоп отсчетного устройства; 8 — призма-переключа-тсль изображении вертикального и горизонтального кругов; поле зрения микроскопа отсчетного устройства   (б)

 

С помощью теодолитов ТТ-2/6 выполнен основной объем угловых измерений в огромной по размеру астрономо-геодезической сети . Этот теодолит по праву заслужил всеобщее признание геодезистов как надежный высокоточный теодолит, обеспечивающий измерение горизонтальных углов при расстояниях 20—30 км и более со средней квадратической ошибкой 0,5—0,7" (по невязкам треугольников).

Примерно в то же время, когда был начат выпуск теодолитов ТТ-2/6, был разработан высокоточный астрономический универсал АУ-2/10 с лимбами диаметром 220 и 135 мм. Эти приборы в течение многих десятилетий успешно применялись для астрономических определений широт, долгот и азимутов на пунктах Лапласа.

В 1940 г. завод «Аэрогеоприбор» выпустил первую партию высокоточных оптических теодолитов ОТ-02, предназначенных для угловых измерений в геодезических сетях 2—4 классов. В послевоенные годы теодолит получил широкое распространение и высокую оценку специалистов. В 1965 г. он был несколько модернизирован и ему был присвоен новый шифр ОТ-02М (рис. 42, а).

                    

Рис. 43. Теодолит Т05 (a)

 2— зрительная труба; 2 — окулярный микрометр; .3 — накладной уровень- 4- головка оптического микрометра- '5 —переключатель изображений горизонтального и вертикального кругов; 6 — поверительная труба с окулярным микрометром-поле   зрения   отсчетного   микроскопа   (б)

 

Отсчет по горизонтальному кругу (рис. 42,6) берут следующим образом:                                                                             

23°20'

1¢29,0" (1-е совмещение)

 29,6" (2-е совмещение)

_____________________

23°21'29,3"

В 1968 г вместо теодолита ТТ-2/6 начался выпуск разработанного в ЦНИИГАиК нового высокоточного оптического теодолита Т05 полусекундной точности.

В 1975 году создан угломерный высокоточный комплект (УВК), основой которого является теодолит ОТ-02М, снабженный автоколлимационным окуляром, устройством для принудительного центрирования с ошибкой не более 0,5 мм, подставкой с оптическим центриром. В комплект входят также другие приспособления, используемые при решении задач прикладной геодезии.

В конце 70-х годов был начат выпуск новых высокоточных оптических теодолитов Т1 секундной точности.

Теодолит Т05 (рис. 43, а), как и любой другой оптический теодолит, удобен в работе, имеет меньшие габариты и массу, чем ТТ-2/6, а по точности измерения углов несколько превосходит его.

Теодолит Т05 состоит из двух основных частей: нижней и верхней, которые при необходимости (при перевозке или длительном хранении) могут быть разъединены и помещены в разные упаковочные ящики.

В нижнюю часть теодолита входят: подставка с подъемными винтами и центрирующим устройством, горизонтальный круг с установленным на нем лимбом, колонки с лагерами для установки горизонтальной оси вращения трубы; узлы отсчетной системы, размещенные внутри колонок.

К верхней съемной части теодолита относятся: зрительная труба с горизонтальной осью, вертикальный круг и уровень при нем, отсчетный микроскоп, узлы отсчетной системы вертикального круга.

При алидаде горизонтального круга имеется цилиндрический уровень с ценой деления 6—1" на 2 мм; на цапфы горизонтальной осп вращения трубы устанавливается накладной уровень с ценой деления 4—5" на 2 мм.

Вертикальная ось теодолита цилиндрическая, полукинематического типа, саморегулирующаяся (на шариковой основе); длина ее рабочей части около 100 мм. Во избежание возможных повреждений оси при транспортировке осевая система снабжена разгрузочным устройством. С вертикальной осью жестко скреплена алидада теодолита, несущая колонки и служащая корпусом для многих узлов прибора.

Горизонтальная ось трубы цилиндрическая, полая, цапфы оси опираются па бронзовые лагеры; в качестве разгрузочного устройства используются ложные лагеры с роликами из шарикоподшипников.

Зрительная труба — центральная прямая астрономическая, переводится через зенит окулярным концом. Труба имеет окулярный микрометр с плоскопараллельной пластинкой; цена деления окулярного микрометра 1".

Отсчетная система построена в соответствии с классическим вариантом совмещения изображений диаметрально противоположных штрихов лимба. Отсчитывание по горизонтальному и вертикальному кругам осуществляется с помощью микрометра с оптическими клиньями. Так, отсчет по горизонтальному кругу (рис. 43,6) составит:

30° 15'

3/24,7"               (1-е совмещение)

25,2"                   (2- совмещение)

30о18'25,0"

Центрирование теодолита над точкой столика геодезического знака производится с помощью механического центрира-наколки.

В комплект прибора (по заказу потребителя) входит также поверительная труба для учета кручения сигнала.

Теодолит Т1 (рис. 44, а) в отличие от теодолитов ОТ-02 и ОТ-02М имеет: окулярный микрометр для точного визирования па цель; накладной уровень, устанавливаемый на горизонтальную  ось   вращения  трубы;   оптический  центрир  для  установки прибора над точкой. Вертикальная ось цилиндрическая,

                                      

Рис. 44. Теодолит Т1   (а):

1 — зрительная труба с окулярным микрометром; - — головка оптического микрометра; 3 — подставка с подъемными винтами; 4 ~ головка устройства для перестановок горизонтального круга; 5— накладной уровень; поле зрения отсчетного микроскопа   (б)

 

полукинематическая, саморегулируемая (на шариковой опоре). Зрительная труба прямая центральная астрономическая, переводится через зенит окулярной частью. Окулярный микрометр имеет цену наименьшего деления 1", изготовлен он в виде телескопической линзы. Отсчитывание по горизонтальному и вертикальному кругам выполняется с помощью микрометра с оптическими клиньями, как у теодолита Т05. Например отсчет по горизонтальному кругу теодолита Т1 (рис. 44,6) берут следующим образом:

146°20'

3'07,7" (1-е совмещение)

08,1"   (2-е совмещение)

146с23'07,9"

Для сравнения отметим, что в теодолитах ОТ-02 и ОТ-02М применяется более сложный микрометр с плоскопараллельными пластинками. Теодолит Т1 имеет три цилиндрических уровня такого же типа и назначения, как и теодолит Т05.

Приведем основные технические  характеристики высокоточ ных теодолитов (табл. 11).

Среди зарубежных теодолитов высокой точности выделим теодолиты оригинальной конструкции: DKM-3 Theo 002 и T2000S.

Теодолит DKM-3 (рис. 45) выпускается в геодезическом и астрономическом вариантах фирмой «Керн» (Швейцария). Зри-

Таблица   11

Техническая характеристика

Теодолит

T0S

Т1

ОТ-02М

Допустимое   значение   средней   квадратической ошибки измерения угла одним приемом в лабораторных условиях:-

 

 

 

горизонтального

0,5"

1"

 

вертикального

1,5

 

Зрительная труба (главная):

 

 

 

диаметр свободного   отверстия   объектива,   мм

64

60

60

фокусное расстояние, мм

500

350

348

угол поля зрения

40'

1,3°

увеличение, крат

36; 50;

30; 40

24; 30

 

62

 

 

цена деления барабана окулярного микрометра

Г

1"

наименьшее расстояние визирования, м

5

5

5

Горизонтальный круг:

 

 

 

диаметр кольца делений лимба, мм

180

135

135

цена наименьшего деления лимба

10'

10'

10'

полные ошибки диаметров лимба, не более

1,0"

1,2"

1,5"

Вертикальный круг:

 

 

 

диаметр кольца делений лимба, мм

130

90

90

цена наименьшего деления лимба

10'

10'

20'

полные ошибки диаметров лимба, не более

2,0"

2,5"

2,5"

Отсчетное устройство:

 

 

 

вид

Оптический микрометр

цена деления

1"

1"

1"

Номинальная   цена   деления   ампулы   уровня на 2 мм, угл. с:

 

 

 

накладного

4

5

при алидаде горизонтального круга

7

7

6—7

при алидаде вертикального круга

12

12

10—12

Масса теодолита, кг:

 

 

 

без упаковки

19

11

10,8

в упаковке

34

17*

18,5*

Масса штатива, кг

 

8

8

*С учетом массы центрировочной плиты.

 

тельная труба теодолита ломаная центральная, переводится через зенит обоими концами, дает прямое изображение наблюдаемых целей. По своей конструкции относится к зеркально-линзовым системам телескопического типа.

Вертикальная осевая система выполнена на разнесенной шариковой опоре; центрирование алидадной части теодолита осуществляется при помощи короткой направляющей, вращающейся в невысокой втулке. Шарики подшипника в количестве 60 диаметром 4 мм изготовлены с точностью 0,2 мкм. Располагаются они вблизи краев алидады между тщательно отшлифованными плоскокольцевыми поверхностями, образуя опорный шарикоподшипник.

 

 

Рис. 45. Теодолит DKM-3:

1 — подставка теодолита с осевой системой; 2 — горизонтирующее устройство; 3 — отсчетный микроскоп; 4 -— зрительная труба

 

Рис. 46. Теодолит Theo 002:

1 — зрительная труба (зеркально-линзовая); 2 — окуляр зрительной трубы; 3 — окуляр отсчетного устройства; 4 — подставка  с  подъемными винтами '

 

Благодаря короткой длине трубы и широко разнесенной шариковой опоре удалось существенно уменьшить габариты теодолита.

Отсчетная система построена по принципу «двойных кругов Керна». Она позволяет исключить влияние эксцентриситета лимба и алидады, а также свести к минимуму влияние ошибок диаметров  лимба.   Цена   деления   отсчетного   устройства   0,5".

Теодолит Theo 002 (рис. 46) выпускается Народным предприятием Карл Цейс Йена (Германия), предназначен для высокоточных астрономо-геодезических измерений. Имеет компенсатор наклона для стабилизации места нуля вертикального круга с точностью до 0,1". Снабжен компенсатором наклона горизонтальной оси вращения трубы с точностью до 0,05". Зрительная труба теодолита зеркально-линзовая, скомбинирована с трубой-искателем, имеет окулярный микрометр с ценой деления 0,5" и сетку нитей для астрономических определений широт, долгот и азимутов. Теодолит снабжен рядом дополнительных устройств и приспособлений, в том числе для фоторегистрации отсчетов по лимбу.   Обеспечивает точность   измерения   горизонтальных направлений с ошибкой порядка 0,3" (без учета влияний внешней среды).

 

 Рис. 47. Электронный теодолит Т2000 S:

1 — дисплейная панель управления; 2 — световое табло результатов измерений горизонтальных углов и зенитных расстояний;

3 — зрительная труба;  4 — наводящий и закрепительный винты алидады    горизонтального    круга;    5 — подставка

 

Электронные теодолиты. Новейшие достижения в области электроники, микропроцессорной техники и оптического приборостроения позволяют автоматизировать высокоточную измерительную технику, применяемую в геодезии. В новейших высокоточных теодолитах, выпуск которых начат всего лишь несколько лет назад, вместо традиционной отсчетной системы со стеклянным лимбом и оптическим микрометром используется динамическая система отсчета по кругам с оптико-электронным сканированием, позволяющая автоматизировать процесс измерения углов и одновременно повысить их приборную точность.

К таким высокоточным электронным теодолитам относится, в частности, теодолит Т2000 S (рис. 47) фирмы «Вильд Херб-ругг» (Швейцария). Зрительная труба дает прямое изображение высокого качества; диаметр объектива 52 мм, увеличение трубы 43х (стандартное), но может быть установлено равным 26, 35 и 59х. Имеется два режима измерения углов- простой для измерения углов с наивысшей точностью и следящий для наблюдений за движущейся целью. Теодолит нормально работает в диапазоне температур от —20 до +50°С. Масса теодолита без батарей для электропитания 9,7 кг, масса батарей 0,8 кг. Без перезарядки может быть выполнено 1500 угловых измерений. Теодолит имеет компенсатор, устанавливающий нуль-пункт вертикального круга в исходное положение. Точность отсчета по кругам может быть задана по усмотрению наблюдателя либо  1", либо 0,1".  Отсчеты по горизонтальному кругу автоматически исправляются поправками за эксцентриситет, коллимационную ошибку и наклон горизонтальной оси трубы. Отсчеты могут быть выражены как в градусах, так и в гонах (1/400 часть окружности).

Теодолит имеет дисплейную панель управления и подключаемый к нему регистратор. С помощью клавишей задается режим работы теодолита и регистрации данных. На экран дисплея выводятся значения измеренных горизонтальных углов и зенитных расстояний. Используя панель управления, можно ввести в память регистратора не только результаты измерений, но и, например, время наблюдений, номер пункта, его координаты и высоту, расстояния до наблюдаемых пунктов. Регистратор не только хранит записанную информацию, но и ведет математическую обработку результатов измерений в соответствии с заданной программой. К регистратору может быть подключен компьютер и другие электронные устройства, обрабатывающие измерительную информацию в геодезической сети.

Теодолит Т2000 S в значительной мере автоматизирует процесс высокоточных измерений и обработки их результатов, повышает производительность труда при наблюдениях; он прост в обращении, надежен в работе и обеспечивает высокую точность измерений, в частности, горизонтальных углов со средней квадратической ошибкой порядка 0,5" (без учета влияний внешней среды).

В ближайшие годы электронные теодолиты, а также электронные тахеометры получат видимо широкое распространение повсеместно как наиболее перспективные, позволяющие автоматизировать процесс измерений и обработки их результатов.