7.2. Конструкція кутомірних приладів, відлікові пристрої, перевірки і дослідження оптичних теодолітів
7.2.1. Структурна схема теодоліта і його основні частини
Мета цього розділу - вивчити будову оптичних теодолітів, навчитися виконувати перевірки і дослідження теодолітів з метою виявлення їх придатності до роботи на прикладі теодолітів наступних типів : 2Т30, 2Т5, 2Т2, Т1(УВК); використовуючи плакати оптичних схем теодолітів, макети відлікових пристроїв, навчальні стенди.
Відповідно до призначення теодоліт є кутомірним приладом, конструкція якого повинна містити в собі різні пристрої, що дозволяють однозначно робити вимір горизонтальних і вертикальних кутів. Усю конструкцію теодоліта можна розбити на три (див. мал. 2) основні блоки (пристрої) : наведення, орієнтування і виміру. Призначення пристрою наведення полягає в забезпеченні надійного наведення візирної осі зорової труби на об'єкт спостережень (візирну мету).
Призначення пристрою орієнтування полягає також в забезпеченні однозначного орієнтування осей теодоліта в гравітаційному полі Землі і збереженні цього орієнтування впродовж певного проміжку часу. І, нарешті, призначення робочих заходів полягає в забезпеченні виміру горизонтального і вертикального кутів. Ці робочі заходи входять в конструкцію теодоліта.
Мал. 2. Структурна схема теодоліта
Під процесом виміру горизонтального кута β (мал. 3) розуміється процес виміру горизонтальної проекції кута ВАС, який утворений лініями (напрямами) АВ і АС на місцевості і лежить в похилій площині АВС. Горизонтальною проекцією вимірюваного кута ВАС = β є кут В′А′З′ = β′, P, що знаходиться в горизонтальній площині. Кут В′А′З′ утримують шляхом ортогонального проектування напрямів АВ і АС вертикальними площинами N і M на горизонтальну площину Р. Площина Р завжди перпендикулярна прямовисній лінії VV і тому вона завжди займає горизонтальне положення. Лінією перетину площин N і M також є прямовисна лінія VV. Прямовисна лінія VV у будь-якій точці Землі задається спеціальним пристроєм, що називається рівнем. Таким чином, визначуваний кут β є лінійним кутом двогранного кута, ребром якого і є прямовисна лінія VV.
Для виміру кута В′А′З′ =β′ застосовується кутомірний круг. Якщо розташувати цей кутомірний круг так, щоб його площина була горизонтальна (паралельна площині P), а його центр а′ знаходився на прямовисній лінії VV, то кут між радіусами а′з′ і а′b′, що знаходяться відповідно в площинах N і M, і є початковий кут В′А′З′. Якщо підписи ділень на крузі зростають від 0°по ходу годинникової стрілки (мал. 3), то величина шуканого кута β′ дорівнює різниці відліків з′ і b′ на кутомірному крузі β′= з′- b′.
Рис. 3. Принципова схема вимірювання горизонтального кута
Основними частинами теодоліта є зорова труба, осьові системи, рівні (компенсатор), горизонтальний і вертикальний круги (лімби), відлікові пристрої і оптичні центрири.
Для забезпечення процесу виміру горизонтальних і вертикальних кутів застосовуються кутомірні круги (лімби). Матеріал для виготовлення кругів повинен мати достатню стійкість проти деформації і корозії, а також можливість нанесення тонких і чітких штрихів. Якнайповніше цим вимогам задовольняє оптичне скло, і тому усі сучасні теодоліти мають скляні кутомірні круги; раніше круги виготовлялися з олов'янистої бронзи. Скляний лімб, у відмінності від металевого, є прозорим, що дозволяє при конструюванні відлікових систем розглядати нанесені поділки на просвіт. Сучасне устаткування дозволяє наносити штрихи на кутомірні круги з точністю близько 1,0″.
Останнім часом розроблені і випущені різні модифікації точних і технічних теодолітів, сприяючих удосконаленню і уніфікації їх конструкцій, підвищенню продуктивності вимірів. До цих зразків відносяться теодоліти з компенсаторами кутів нахилу при алідаді вертикального круга - До, з прямим зображенням - П, з окуляром автоколімації - А. Наявність того або іншого пристрою вводиться в позначення теодоліта, наприклад 3Т2КП або 3Т2А (3-а модель зразка теодоліта, що випускається). Так само класифікуються і інші зразки вітчизняних теодолітів, що випускаються, наприклад Т15М, Т30М (М - маркшейдерський).
До кодових відносяться теодоліти, що дозволяють частково автоматизувати процес виміру горизонтальних і вертикальних кутів за рахунок використання цифрових перетворювачів «кут-код» при знятті відліків. Результати вимірів, зашифровані у відповідних кодах на магнітній стрічці, перетворяться за допомогою ЕОМ у виді зручному для магнітної обробки і з видачею їх на цифрове табло. Проте часткова автоматизація вимірів обмежила можливості їх використання для робіт різного класу точності. Найбільш виправдано їх застосування в приладах універсального призначення, типу тахеометрів, що відрізняються невисокою точністю виміру горизонтальних кутів (mβ= ±5″).
До лазерних теодолітів можна віднести кутомірні пристрої, засновані на скануванні пучком лазерного випромінювання. Вони дозволяють автоматично реєструвати і обробляти результати вимірів, здійснюючи пошук мети і наведення на неї. Проте через складність їх пристрою створені вітчизняні зразки цих приладів не отримали широкого поширення і можуть бути використані лише для конкретних завдань, що вимагають при їх рішенні автоматизації процесу вимірів.
Гіротеодоліти дозволяють автономно визначати астрономічні азимути орієнтирних напрямів на поверхні Землі, в підземних тунелях і закритих приміщеннях. Їх дія заснована на використанні в конструкції трьохстатечного маятникового гіроскопа, що дозволяє визначати положення географічного меридіана у будь-якій точці стояння гиротеодолита і виміряти астрономічні азимути на орієнтирні пункти. Пристрій, точносні характеристики і принцип роботи гиротеодолітов детально описані в різних навчальних посібниках і довідниках [4], [5].
Незалежно від виду і особливостей конструкцій різних кутомірних приладів, в кожному з них є робоча міра і відліковий пристрій.
До робочої міри відносяться лімби горизонтального і вертикального кругів. Вони в основному визначають габаритні розміри теодоліта і точність вимірів.
Відлікові пристрої оптичних теодолітів представлені різними видами мікроскопів - штриховий, шкаловий і мікроскоп-мікрометр. Вони використовуються для різних точностних систем відліку, що здійснюють передачу зображення відлічуваних шкал у полі зору мікроскопа.
До складу відлікового пристрою теодолітів входить і алідада, яка безпосередньо орієнтує відліковий пристрій відносно лімба ГК (горизонтального круга) і ВК (вертикального круга), та закріплена на підставках зорова труба, яка орієнтує теодоліт (візирну вісь) відносно об'єкту виміру.