Общие сведения

Теодолит – геодезический инструмент для определения направлений и измерения горизонтальных и вертикальных углов при геодезических работах, топографических съемках, в строительстве и других видах работ.

Теодолиты бывают: высокоточные – Т1; точные – Т2 и Т5; технической точности – Т15 и Т30. Литера Т - обозначает «теодолит», а цифра – точность измерения углов, выраженную в секундах. Обозначение теодолита, изготовленного в последние годы может выглядеть так: 2Т30МКП. В данном случае первая цифра показывает номер модификации («поколения»).

М — маркшейдерское исполнение (для работ в шахтах или тоннелях; может крепиться к потолку и использоваться без штатива, помимо этого, в маркшейдерском теодолите в поле зрения визирной трубы есть шкала для наблюдения за качаниями отвеса при передаче координат с поверхности в шахту).

К — наличие компенсатора, заменяющего уровни.

П — зрительная труба прямого видения, то есть зрительная труба теодолита имеет оборачивающую систему для получения прямого (не перевернутого) изображения.

А - с автоколлимационным окуляром (автоколлимационные);

Э - электронные.

Задание 1. Изучить основные элементы теодолита 2Т30, произвести отсчеты по обоим кругам и сделать в рабочей тетради зарисовку поля зрения отсчетного микроскопа.

Теодолит Т30 состоит из следующих частей (рис. 9): горизонтального (21) и вертикального (5) стеклянных кругов с градусными делениями (под кожухом), по которым и измеряются углы; зрительной трубы (8), вращающейся вокруг горизонтальной оси, укрепленной на колонках (10) алидады горизонтального круга; подставки (2) с тремя подъемными винтами (1, 17), при помощи которых ось вращения теодолита приводится в отвесное положение. Для этого же используется цилиндрический уровень (14) на алидаде горизонтального круга. Для предварительного наведения зрительной трубы на цель на трубе закреплен визир (7); с другой стороны зрительной трубы находится высокоточный цилиндрический уровень (20), позволяющий использовать теодолит Т30 в качестве нивелира. Рядом со зрительной трубой находится отсчетный микроскоп (4), в который передаются изображения отсчетов по вертикальному (В) и горизонтальному (Г) кругам. Для получения этих отсчетов нужно при помощи зеркальца подсветки, находящегося на одной из колонок, запустить свет в оптическую систему теодолита.

Рисунок 9 Оптический теодолит Т30

В комплекте с теодолитом имеются: штатив, ориентир-буссоль (6, 22), окулярные насадки (25). Штатив нужен для установки теодолита над вершиной измеряемого угла. Ориентир-буссоль позволяет на местности измерять магнитные азимуты линий. Окулярные насадки, надеваемые на окуляры зрительной трубы и отсчетного микроскопа, позволяют наблюдать предметы, расположенные под углом более 45^о к горизонту, и выполнять измерения на эти предметы.

Зрительная труба теодолита может переводиться через зенит и окуляром, и объективом. Ее фокусирование на цель осуществляется вращением кремальеры (11). Вращением диоптрийного кольца (3) добиваются резкой видимости сетки нитей (рис. 10). Два горизонтальных коротких штриха сетки нитей выше и ниже перекрестия горизонтальной и вертикальной нитей представляют собой нитяной дальномер. Корпус зрительной трубы составляет единое целое с горизонтальной осью, установленной в лагерах колонок (10).

Рисунок 10 Поле зрения зрительной трубы

Коллиматорный визир (7) предназначен для грубой наводки трубы на цель. При пользовании визиром глаз должен быть на расстоянии 25-30 см от него. Точное наведение зрительной трубы на предмет в горизонтальной плоскости осуществляется наводящим винтом (16) после закрепления алидады винтом (15), а в вертикальной плоскости – наводящим винтом (12) после закрепления трубы винтом (9).

Для того чтобы теодолит плавно поворачивался вместе с горизонтальным кругом (лимбом), необходимо вращать наводящий винт лимба на подставке. При этом закрепительный винт лимба (19) должен быть зажат.

Горизонтальный и вертикальный круги разделены через 1^о. Горизонтальный круг (лимб) имеет круговую оцифровку от 0^о до 359^о по направлению часовой стрелки, а вертикальный – секторную, от 0^о до 75^о и от –0^о до –75^о.

Изображение штрихов и цифр обеих кругов передаются в поле зрения отсчетного микроскопа, окуляр (4) которого устанавливается по глазу до появления четкого изображения шкал вращением диоптрийного кольца микроскопа. Отсчет по кругам производится по соответствующим шкалам микроскопа (В – вертикальная, Г – горизонтальная). Пример отсчета по шкале горизонтального круга (лимба) приводится на рисунке 11.

Рисунок 11 Поле зрения отчетного микроскопа теодолита 2Т30

Отсчитывание по лимбу с помощью шкалового микроскопа теодолита 2Т30: необходимо зафиксировать штрих градусного деления лимба внутри шкалы микроскопа (между цифрами 0 и 6) - это будут градусы отсчёта; по положению этого штриха взять отсчёт по шкале микроскопа с точностью до полминуты (рис.11 - отсчёт по горизонтальному кругу 134⁰28', по вертикальному кругу 7⁰47'). Следует помнить, что шкала микроскопа вертикального круга имеет двойную оцифровку. Если у градусного деления вертикального лимба нет знака, для отсчёта по шкале микроскопа используется положительная оцифровка; если у градусного деления есть знак "минус", то для отсчёта по шкале используется отрицательная оцифровка.

Для выполнения этого задания необходимо осветить при помощи откидного зеркала поле зрения отсчетного микроскопа и отфокусировать его так, чтобы четко стали видны штрихи и оцифровка лимба. Затем произвести отсчеты по обоим кругам и сделать в рабочей тетради зарисовку поля зрения отсчетного микроскопа по образцу.

Задание 2. Провести поверки и юстировки оптического теодолита 2Т30.

Все теодолиты созданы по одной геометрической схеме, основанной на принципе раздельного измерения горизонтальных и вертикальных углов. Для верного измерения углов необходимо, чтобы у теодолита в рабочем положении выполнялись следующие условия: 1) вертикальная ось прибора должна быть отвесна; 2) плоскость лимба должна быть горизонтальна; 3) визирная (коллимационная) плоскость должна быть вертикальна. А чтобы теодолит можно было установить в рабочее положение, у него должны выполняться определенные геометрические условия, касающиеся взаимного расположения осей теодолита.

Перечислим, какие условия должны выполняться (рисунок 11):

1. Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна оси вращения трубы (UU GG).

2. Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна горизонтальной оси вращения трубы (VV GG).

3. Вертикальная нить сетки нитей должна быть параллельна вертикальной оси прибора (YY ║ OO).

4. Ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна вертикальной оси вращения прибора (GG OO).

5. Ось визира должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы.

Рисунок 11 Схема расположения основных осей теодолита.

Выполнение перечисленных геометрических условий необходимо для правильного измерения горизонтальных и вертикальных углов. Однако правильное расположение осей теодолита может быть нарушено в процессе работы или во время транспортировки прибора. В связи с этим возникает необходимость в выполнении поверок и юстировок теодолита.

Проверки выполнения верных геометрических условий у теодолита называются поверками. Если же какое-то условие не выполняется, необходимо сделать соответствующее исправление, то есть юстировку.

Выполнение поверок всегда начинается с поверки цилиндрического уровня.

1. Поверка цилиндрического уровня.

Ось цилиндрического уровня на горизонтальном круге должна быть перпендикулярна оси вращения теодолита. Теодолит устанавливают на штатив. Алидаду поворачивают таким образом, чтобы ось поверяемого уровня была параллельна двум подъемным винтам. Вращая эти винты в разные стороны, выводят пузырек уровня на середину (в нуль-пункт). Затем алидаду поворачивают на 90^о и третьим подъемным винтом устанавливают пузырек уровня на середину. Затем нужно повернуть алидаду на 180^ои оценить смещение пузырька уровня от нуль-пункта. Если отклонение больше одного деления, необходимо выполнить юстировку.

Юстировка цилиндрического уровня.

Исправительными винтами уровня переместить пузырек уровня к нуль-пункту на половину отклонения (рисунок 12). Исправительные винты вращать при помощи шпильки поочередно в нужном направлении. Другую половину отклонения устранить подъемными винтами. Для проверки правильности юстировки поверку повторить.

Рисунок 12 Юстировка цилиндрического уровня

2. Поверка визирной оси трубы.

Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна оси вращения трубы. Ось теодолита привести в отвесное положение с помощью выверенного уровня (отнивелировать). Выбрать удаленную неподвижную точку на высоте теодолита, и навести трубу теодолита на эту точку. Взять и записать отсчет по горизонтальному кругу. Затем трубу перевести через зенит, снова навести на эту же точку при другом круге, и записать отсчет по горизонтальному кругу. Затем зажать закрепительный винт алидады, ослабить закрепительный винт лимба, повернуть теодолит на 180^о и зажать лимб. Далее повторить действия по взятию отсчетов на точку при круге влево и круге право при втором положении лимба. Подсчитать коллимационную погрешность (неперпендикулярность визирной оси зрительной трубы оси ее вращения) по формуле:

С = .

Повторить определение коллимационной погрешности С и вычислить ее среднее значение из двух определений. Если это значение превышает по абсолютной величине 1⁰, необходимо выполнить юстировку, и затем повторить поверку.

3. Поверка перпендикулярности оси вращения зрительной

трубы к оси вращения прибора

Ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярно оси вращения прибора. Теодолит устанавливают на расстоянии 10-15 м от стены и наверху выбирать неподвижную точку, и навести трубу на эту точку. Затем трубу опустить до горизонтального положения и отметить точку. Затем трубу перевести через зенит, снова навести на верхнюю точку при другом круге, и опустить до горизонтального положения и снова отметить точку. Если при горизонтальном положении зрительной трубы эти точки совпадают или расстояние между ними не превышает двух линий нити, то поверка выполнена. Выполнение поверки гарантируется заводом-изготовителем прибора.

4. Поверка сетки нитей зрительной трубы.

Горизонтальная нить сетки нитей должна быть перпендикулярна вертикальной оси теодолита. Вертикальную ось теодолита привести в отвесное положение. Навести зрительную трубу на удаленную неподвижную точку на высоте теодолита. Наводящим винтом алидады крест сетки нитей навести на левый конец горизонтальной нити, а затем плавно переместить к правому концу. Если при этом крест сместился с горизонтальной нити вверх или вниз более чем на 3 ширины этой нити, выполнить юстировку и затем повторить поверку.

Юстировка наклона сетки нитей.

Нужно открутить колпачок на зрительной трубе со стороны окуляра ослабить отверткой четыре крепежных винта окуляра и повернуть его так, чтобы нить сетки расположилась горизонтально. После юстировки сетки нитей закрепить окуляр и навинтить колпачок.

Задание 3. Освоить установку прибора на пункте и измерение горизонтального угла способом приемов.

Установка теодолита на пункте: центрирование и горизонтирование прибора. Для измерения горизонтального угла АВС (рисунок 13) теодолит необходимо установить в вершине угла — на пункте В так, чтобы основная ось прибора была отвесна и проходила через вершину В измеряемого угла. Для этого на пункте В предварительно устанавливают штатив с таким расчетом, чтобы его головка заняла горизонтальное положение, а центр отверстия головки совпадал с вертикалью, проходящей через центр пункта В.

Рисунок 13 Измерение горизонтального угла способом приемов

Устанавливают штатив над вершиной угла при помощи отвеса, который опускают на нити через отверстие в головке штатива или со станового винта до центра пункта. Необходимые перемещения штатива осуществляют в зависимости от их величины либо утапливанием ножек штатива в грунт, либо перестановкой штатива и последующим утапливанием его ножек (при этом горизонтальность головки штатива определяют глазомерно). Центрировать головку раздвижного штатива над вершиной угла можно также изменением длины ножек штатива. Этой особенностью раздвижного штатива удобно пользоваться для небольших, но необходимых перемещений головки штатива.

После центрирования штатива на его головке закрепляют становым винтом теодолит и, пользуясь подъемными винтами и уровнем на алидаде горизонтального круга, горизонтируют прибор. Затем нитяным отвесом, подвешенным на крючке станового винта, проверяют положение основной оси вращения теодолита относительно центра знака В.

Если необходимо переместить теодолит в том или ином направлении, ослабляют становой винт и передвигают его по верхней поверхности головки штатива до установления отвеса над центром знака. После этого снова проверяют по уровню теодолит. Если центрировка окажется нарушенной, то ее подправляют перемещением теодолита на головке штатива. Таким образом, центрирование и горизонтирование прибора выполняют несколькими последовательными приближениями.

Установка визирных целей на пунктах. Центры пунктов А, В, С располагаются почти вровень с поверхностью земли, непосредственно из точки В нельзя увидеть центры пунктов А и С. Поэтому при измерении углов устанавливают на пунктах А и С визирные цели (вехи, мерные шпильки, рейки и марки). Вехи и мерные шпильки ставят острием на центр знака и удерживают их в отвесном положении. Рейку устанавливают так, чтобы середина ее основания совпадала с центром пункта, а сама рейка занимала вертикальное положение. Визирную марку, закрепленную на головке штатива, центрируют над знаком нитяным отвесом так же, как и теодолит. Чем короче стороны измеряемого угла, тем более тщательным должно быть центрирование визирных целей над центрами пунктов.

Измерение горизонтального угла способом приемов. Закончив установку прибора на пункте В и визирных целей на пунктах А и С, наводят зрительную трубу на цель А и тщательно устанавливают ее по глазу и по предмету (рисунок 13). После этого приступают к измерению угла, которое может быть выполнено как при произвольном положении лимба, так и при предварительной его установке в такое положение, при котором отсчет по лимбу при наведении на точку А окажется близким к нулевому значению.

Для удобства вычислений измерения угла начинают на начальных штрихах лимба. Для этого в первом полу-приеме вращением алидады совмещают нулевой штрих шкалового микроскопа (или индекс штрихового микроскопа) со штрихом нулевого деления на лимбе, а затем, закрепив алидаду и отпустив закрепительный винт лимба, наводят трубу на точку А и производят отсчет по горизонтальному кругу (0°01’). Затем записывают его в журнал (таблица 2). (для точного наведения на точку А в этом случае пользуются наводящим винтом лимба.) Затем, отпустив закрепительный винт алидады, приближенно наводят трубу на пункт С, закрепляют алидаду и после точного наведения трубы производят отсчет (169º13´) по лимбу.

Таблица 2 Журнал измерения углов теодолитом Т30