ОПТИЧЕСКИЙ ТЕОДОЛИТ Российский патент 1996 года по МПК G01C1/02 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к геодезическим угломерным приборам.

При угловых измерениях высокой точности одним из источников ошибок являются угловые смещения подставки теодолита с горизонтальным лимбом относительно головки штатива и головки штатива относительно земли в процессе измерения угла между двумя направлениями на визирные цели.

Известен универсальный оптический теодолит Тео-002 фирмы Карл Цейсс (Йена), в котором между головкой штатива и подставкой теодолита установлена дополнительная промежуточная подставка, на которой с помощью двух взаимно-ортогональных осей вращения установлена поверительная зрительная труба с окулярным микрометром [1] Наведя визирную ось поверительной зрительной трубы на удаленную марку или одну из наблюдаемых визирных цепей, наблюдатель или его помощник может обнаружить и измерить угловую величину смещения головки штатива в процессе измерений угла.

Однако принятое в известном теодолите расположение поверительной зрительной трубы не позволяет учитывать влияние смещения подставки теодолита относительно промежуточной подставки, которое может происходит из-за люфта подъемных винтов теодолита.

Известен также оптический теодолит типа Т 05 [2] в котором поверительная зрительная труба с окулярным микрометром установлена непосредственно на подставке теодолита и имеет две ортогональные оси вращения, из которых одна соосна с вертикальной осью вращения алидаты. Такое расположение поверительной зрительной трубы позволяет учитывать все угловые смещения, происходящие во время измерения углов.

Недостатком известного оптического теодолита является то, что приходится либо использовать помощника наблюдателя для работы с поверительной зрительной трубой, либо самому наблюдателю до и после наведения главной зрительной трубы на визирную цель производить отсчеты по поверительной зрительной трубе, условно принимая угловые смещения происходящими линейно во времени.

Задачей изобретения является повышение точности и производительности труда при угломерных измерениях за счет передачи изображения марки, наблюдаемой в поверительную зрительную трубу, к окуляру главной зрительной трубы теодолита.

Указанный технический результат достигается тем, что в оптическом теодолите, содержащем главную зрительную трубу, в окулярной части которой установлен первый окулярный микрометр, полую горизонтальную ось вращения, на которой расположены главная зрительная труба и вертикальный лимб, основание алидады с вертикальной стойкой, в которой размещены оптические системы микроскопов лимбов, первую полую вертикальную ось, установленную на алидаде и соединенную с подставкой, на которой расположены горизонтальный лимб и вторая полая вертикальная ось, соосная с первой, на которой установлена поверительная труба в корпусе с вторым окулярным микрометром, поверительная зрительная труба снабжена перископической проекционной системой, соединяющей фокальную плоскость ее объектива с фокальной плоскостью окуляра, оптические элементы которой последовательно установлены на корпусе поверительной зрительной трубы, в полых вертикальных осях, в основании и вертикальной стойке алидады, в полой горизонтальной оси и на окулярной части главной зрительной трубы. Последняя фокальная плоскость перископической проекционной системы установлена параллельно фокальной плоскости главной зрительной трубы либо совмещена с ней.

Поля зрения главной и поверительной зрительной труб могут быть объединены в поле зрения единого окуляра.

Перископическая проекционная система может быть снабжена по меньшей мере одним оптическим компенсатором поворота. Первый оптический компенсатор поворота изображения может быть установлен в узле, соединяющем вертикальную стойку алидады с полой горизонтальной осью вращения главной зрительной трубы и кинематически связан с ними, а другой установлен в узле, соединяющем подставку с алидадай и с корпусом поверительной зрительной трубы и кинематически связан с ними.

Поверительная зрительная труба может быть снабжена объективом с переменным фокусным расстоянием f, изменяющимся в соответствие с соотношением f f_o/| cos α| где f_o фокусное расстояние объектива поверительной зрительной трубы при горизонтальном положении; α угол наклона визирной оси от горизонтальной плоскости.

Поверительная зрительная труба может быть снабжена плоским отражателем, установленным перед ее объективом с возможностью наклона в вертикальной плоскости и кинематически связанным с механизмом изменения фокусного расстояния объектива поверительной зрительной трубы. При этом он отклоняет продолжение визирной оси поверительной зрительной трубы.

Между наклоняемым плоским отражателем и объективом может быть установлен блок компенсатора поворота изображения объектива поверительной зрительной трубы, кинематически связанный с наклоняемым плоским отражателем.

На фиг.1 приведена оптическая схема теодолита, вертикальный разрез оптики теодолита; на фиг.2 горизонтальный разрез блока плоских отражателей перед объективом поверительной зрительной трубы.

На фиг.1 и 2 обозначены объектив 1 поверительной зрительной трубы, наклоняемый плоский отражатель 2, визирная ось 3 поверительной зрительной трубы, окулярный микрометр 4 поверительной зрительной трубы, линзы 5 перископической проекционной системы окуляр 6 поверительной зрительной трубы, призмы 7, 8, 9 компенсаторов поворота изображения, прямоугольные призмы 10 отсчетной системы горизонтального круга, пентапризмы 11 той же системы, неподвижный первый плоский отражатель 12 перед объективом поверительной зрительной трубы. Остальные оптические элементы оптического теодолита обозначений не имеют.

Излучение от неподвижной марки проходит после наклоняемого плоского отражателя 21 неподвижный плоский отражатель 12, объектив 1 и по направлению визирной оси через окулярный микрометр 4 поверительной зрительной трубы попадает в перископическую проекционную систему и с помощью объективов через прямоугольные призмы и призмы 7 и 8 компенсаторов поворота изображения попадают в окуляр 6. Излучение от вспомогательного источника света (лампы накаливания) освещает горизонтальный лимб, над которым установлена проекционная система передачи изображения участка штрихов лимба к диаметрально противоположному участку штрихов лимба. На фиг.1 показана проекционная система с двумя прямоугольными призмами 10 двумя пентапризмами 11, огибающая полую вертикальную ось вращения теодолита, через которую проходит излучение от объектива 1 к окуляру 6 поверительной зрительной трубы. Остальные оптические узлы и детали известны из технической литературы и объяснений не требуют.

Оптический теодолит работает следующим образом.

Наблюдатель выбирает предмет местности или удаленную марку или одну из наблюдаемых визирных целей в качестве опорного направления и наводит на этот объект поверительную зрительную трубу (1, 6) перекрестием сетки нитей окулярного микрометра 4 этой трубы. Затем наводит главную зрительную трубу на первую визирную цель и производит точное наведение и отсчет окулярным микрометром главной зрительной трубы. До этого и/или после этого он производит отсчет по окулярному микрометру 4 поверительной зрительной трубы, наводя перекрестие на объект визирования по опорному направлению. Затем производит отсчет по микроскопу горизонтального лимба. Сумма отсчетов по двум окулярным микрометрам и горизонтальному лимбу дает численную величину направления на первую визирную цель в угловой мере.

После этого главную зрительную трубу наблюдатель переводит на вторую визирную цель и повторяет отсчеты по двум микрометрам и лимбу, получая направление на вторую визирную цель. Если между наведениями главной зрительной трубы на первую и вторую визирную цели произошло смещение подставки теодолита или штатива, отсчеты по микрометру 4 поверительной зрительной трубы будут отражать в угловой мере эти смещения. При этом все операции производятся одним наблюдателем и с минимальным разрывом во времени между главными и поверительными отсчетами по окулярным микрометрам зрительных труб.

Изменения отсчетов при наведении микрометра 4 поверительной зрительной трубы на объекты, размещающиеся в стороне от центра поля зрения, умножением на косеканс угла наклона не требуется, так как величина поправки автоматически учитывается изменением фокусного расстояния объектива f поверительной зрительной трубы при ее наведении на объект по вертикали.

Развороты изображения, происходящие при наведении на объекты вне горизонтальной плоскости с помощью плоского отражателя 2 (фиг.2) компенсируются разворотами призмы 9. Развороты изображения, происходящие при наведении главной зрительной трубы на визирные цели, расположенные вне горизонтальной плоскости, и отражающиеся на положении в поле зрения изображений сетки нитей окулярного микрометра поверительной зрительной трубы и наблюдаемой марки опорного направления, не меняют их взаимного положения, но для удобства наблюдений могут быть компенсированы разворотами призмы 8. Развороты изображения марки и сетки в поле окуляра поверительной зрительной трубы 6 при поворотах алидады с одного направления на другое также не меняют их взаимного положения, но для удобства наблюдений могут быть компенсированы разворотами призмы 7.

Наблюдение главной и поверительной зрительных труб через один окуляр позволяет сблизить во времени отсчеты по их окулярным микрометрам и уменьшить влияние смещений подставки теодолита.

Технико-экономическое преимущество от применения изобретения заключается в повышении точности измерений и сокращений времени их проведения, а также сокращения численности обслуживающего персонала за счет исключения из бригады помощника наблюдателя.

Использование: оптическое приборостроение. Сущность изобретения: поверительная зрительная труба оптического теодолита содержит перископическую проекционную систему, соединяющую фокальную плоскость ее объектива с фокальной плоскостью окуляра. Оптические элементы проекционной системы установлены на ее корпусе, в полых вертикальных осях, основании и вертикальной стойке алидады, в полой горизонтальной оси и на окулярной части главной зрительной трубы. Последняя фокальная плоскость перископической проекционной системы расположена параллельно фокальной плоскости главной зрительной трубы либо совмещена с ней. 6 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ОПТИЧЕСКИЙ ТЕОДОЛИТ, содержащий главную зрительную трубу, в окулярной части которой установлен первый окулярный микрометр, полую горизонтальную ось вращения, на которой расположены главная зрительная труба и вертикальный лимб, основание алидады с вертикальной стойкой, в которой размещены оптические системы микроскопов лимбов, первую полую вертикальную ось, установленную на алидаде и соединенную с подставкой, на которой расположены горизонтальный лимб и вторая полая вертикальная ось, соосная с первой, на которой установлена поверительная труба в корпусе с вторым окулярным микрометром, отличающийся тем, что в поверительную зрительную трубу введена перископическая проекционная система для соединения фокальных плоскостей объектива и окуляра поверительной зрительной трубы, при этом оптические элементы перископической проекционной системы последовательно установлены на корпусе поверительной зрительной трубы, в полых вертикальных осях, в основании и вертикальной стойке алидады, в полой горизонтальной оси и на окулярной части главной зрительной трубы, причем последняя задняя фокальная плоскость перископической проекционной системы размещена параллельно фокальной плоскости главной зрительной трубы либо совмещена с ней. 2. Теодолит по п. 1, отличающийся тем, что поля зрения главной и поверительной зрительных труб объединены в поле зрения единого окуляра. 3. Теодолит по п. 1 или 2, отличающийся тем, что перископическая проекционная система снабжена по меньшей мере одним оптическим компенсатором поворота изображения. 4. Теодолит по п. 3, отличающийся тем, что один оптический компенсатор поворота изображения установлен в узле, соединяющем вертикальную стойку с полой горизонтальной осью вращения главной зрительной трубы, и кинематически связан с ними, а другой установлен в узле, соединяющем подставку с алидадой и с корпусом поверительной зрительной трубы, и кинематически связан с ними. 5. Теодолит по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что поверительная зрительная труба содержит механизм изменения фокусного расстояния f ее объектива в соответствии с соотношением

где f_о - фокусное расстояние объектива поверительной зрительной трубы при горизонтальном положении ее визирной оси;
α - угол наклона визирной оси этой трубы от горизонтальной плоскости. 6. Теодолит по п. 5, отличающийся тем, что пповерительная зрительная труба снабжена первым плоским отражателем, установленным перед ее объективом с возможностью наклона в вертикальной плоскости и кинематически связанным с механизмом изменения фокусного расстояния объектива поверительной зрительной трубы. 7. Теодолит по п. 6, отличающийся тем, что между объективом поверительной зрительной трубы и первым плоским отражателем установлены второй неподвижный плоский отражатель и блок компенсатора поворота изображения объектива поверительной зрительной трубы, кинематически связанный с первым плоским отражателем.