ТЕОДОЛИТ Российский патент 1997 года по МПК G01C1/02 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и предназначено для геодезических, маркшейдерских и инженерных съемок.

При изменении углов треугольников, образующих съемочные сети, узлы сети отмечают на местности пилонами с металлическими марками, а в тоннелях, штольнях и зданиях металлическими марками в полу или перекрытии. Во время измерения углов сети проекция вертикальной оси вращения теодолита должна либо совпадать с центром марки, либо быть смещена с нее на известное расстояние по известному направлению, которые учитываются при вычислении координат узлов сети.

Оптические центриры, встроенные в теодолиты, позволяют производить центрирование над маркой. Их недостаток малое увеличение зрительной трубы (5.8 крат). Это обеспечивает центрирование с необходимой точностью только при небольших (1,5.5 м) разностях высот марки и теодолита. При больших разностях высот используют специальные прецизионные оптические центриры с вертикальным расположением визирной оси зрительной трубы и измерительной координатной сеткой в ее фокальной плоскости. Их ставят вместо теодолита точно на то же место и визируют вертикальным лучом в точку надира или зенита, где находится марка. Большое увеличение зрительной трубы, такое же, как у теодолита, позволяет получить высокую точность центрирования при визировании до высот порядка 100 м. Однако установка центрира на подставку вместо теодолита сопровождается ошибками из-за несовпадения проекций вертикальных осей двух разных приборов.

Возможно наблюдение и измерение положения марки близ точки зенита с помощью зрительной трубы самого теодолита, снабженного окулярной зенитной призмой. При этом отсчитывают положение визирной оси по вертикальному кругу. Однако наклоны трубы позволяют производить наведение только в коллимационной плоскости, а наблюдение близ точки надира невозможно из-за того, что направление вниз закрыто корпусом и вертикальной осью теодолита.

Близким по своей технологической сущности к изобретению является номограммный теодолит /1,2/. В нем вертикальный круг установлен на статоре горизонтальной оси вращения зрительной трубы с возможностью поворота вокруг нее (для горизонтирования), а зрительная труба выполнена с призменной системой сопряжения фокальной плоскости объектива с плоскостью делений вертикального круга. Однако конструкция этих приборов не рассчитана на поворот трубы для наблюдения в зенит, а направление в надир закрыто корпусом.

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является теодолит /1/. Особенностью этого теодолита является то, что основание теодолита, вертикальная ось и алидада выполнены со сквозными отверстиями, концентричными с вертикальной осью вращения.

Однако такая система не может обеспечить высокую точность измерений близ точки надира из-за отсутствия сопряжения размера отверстия вертикальной оси со световым диаметром объектива. При изменении положения объектива относительно отверстия меняются сферохроматические аберации от используемого для наблюдений участки объектива и происходит искажение направления визирной оси.

Задачей изобретения является получение возможности проведения прецизионных измерений для центрирования теодолита с использованием зрительной трубы того же самого инструмента путем наблюдения в зените или надире с использованием специально рассчитанных на это сеток нитей.

Указанный технический результат достигается усовершенствованием конструкции теодолита, содержащего основание со статором вертикальной оси вращения горизонтальным угломерным кругом, алидаду на роторе вертикальной оси, горизонтальную ось вращения со зрительной трубой, содержащей объектив, сетку нитей и окуляр, и вертикальный угломерный круг, причем основание теодолита, вертикальная ось и алидада выполнены со сквозными отверстиями, концентричными вертикальной осью вращения.

Отличительными особенностями усовершенствованного теодолита является то, что зрительная труба и алидада выполнены с возможностью установки оптической оси зрительной трубы в отвесное положение объективом вверх и вниз, диаметры сквозных отверстий в основании теодолита, вертикальной оси и алидаде превышают световой диаметр объектива зрительной трубы с учетом угла поля зрения и эксцентриситета оптической оси зрительной трубы, направленной в надир, относительно вертикальной оси вращения теодолита. При этом зрительная труба выполнена с возможностью или смены сетки нитей, или дополнения числа ее штрихов, или наблюдения дополнительной сетки, сопряженной с основной.

В зрительную трубу могут быть введены светоделительный кубик, закрепленные на ее корпусе дополнительная сетка нитей и проекционная оптическая система, сопрягающая изображение штрихов дополнительной сетки со штрихами основной сетки.

Штрихи, дополняющие штрихи основной сетки, могут быть нанесены на участках вертикального круга или его дополнительных секторов, обращенных в зенит и надир, зрительная труба снабжена призменной системой сопряжения ее фокальной плоскости с плоскостью штрихов вертикального круга или дополнительных секторов, а вертикальный круг или дополнительные сектора закреплены на статоре вертикальной оси вращения с возможностью поворота вокруг нее для установки в отвесное положение дополнительных штрихов.

В зрительную трубу с вертикальным кругом в фокусе объектива между вертикальным кругом или его дополнительными секторами и окуляром может быть введена проекционная система, передающая изображение штрихов в плоскость основной сетки нитей, установленной в фокусе окуляра.

На зрительной трубе может быть установлен реверсивный уровень, оси которого расположены в вертикальной плоскости ортогонально визирной оси и горизонтальной оси вращения зрительной трубы.

Изобретение позволяет производить прецизионное наведение зрительной трубы на точку надира и производить измерения в области вокруг точек зенита и надира, что невозможно в существующих конструкциях теодолита.

На фиг. 1 4 изображены возможные варианты исполнения теодолита. На них обозначены: 1 основание теодолита, 2 алидада, 3 вертикальная ось вращения, 4 объектив зрительной трубы, 5 вертикальный круг, 6 деталь статора горизонтальной оси, 7 призмы (1.4), 8 окуляр, 9 горизонтальный круг, 10 отверстие в вертикальной оси вращения, 11 стойка алидада, 12 - проекционный объектив оборачивающей системы, 13 реверсивный уровень, 14 - горизонтальная ось вращения, 15 основная (обычно крестообразная) сетка нитей, 16 дополнительная сетка нитей, 17 компенсационная стеклянная пластина, 18 светоделительный кубик.

На фиг. 1 4 показаны различные варианты исполнения теодолита, связанные единым замыслом смены или дополнения сеток нитей при наблюдении точек в зените и надире и при обычных наблюдениях визирных целей.

Теодолит устанавливается на подставке основанием 1. Основание 1 соединено с алидадой 2 вертикальной осью вращения 3. На ее статоре крепится горизонтальный круг 9, а в роторе выполнено сквозное отверстие 10. На стойках алидады 11 находится горизонтальная ось вращения 14, вертикальный круг 5 и зрительная труба, содержащая объектив 4, окуляр 8 и сетку нитей 15. К ней прикреплен реверсивный уровень 13.

На фиг. 1 показан вариант исполнения, где в окулярной части зрительной трубы установлен барабан, несущий, кроме основной сетки нитей 15, дополнительную сетку нитей 16, а реверсионный уровень 13 снабжен оптической системой для наблюдения совмещения противоположных концов пузырька.

На фиг. 2 показан вариант исполнения, в котором применены неподвижная сетка 15 с крестообразной конфигурацией нитей, изображенная на фиг. 2в, компенсационная пластина 17 без каких-либо делений и дополнительная сетка нитей 16 с прямоугольной конфигурацией нитей, изображенной на фиг. 2г. В положении, изображенном на фиг. 2а наблюдателю в окуляр видно изображение, соответствующее фиг. 2в. В положении, изображенном на фиг. 2б, наблюдатель видит конфигурацию в виде сетки квадратов, образованную сложением сеток 15 и 16 (суммарное изображение сеток фиг. 2в и фиг. 2г).

На фиг. 3а изображен вариант исполнения, в котором зрительная труба выполнена со светоделительным кубиком 18 и проекционной системой, состоящей из дополнительной сетки 16, двух призм 7 и проекционного объектива 12.

На фиг. 3б изображен вариант исполнения, в котором призма 7(1) сопрягает фокальную плоскость объектива 4 с плоскостью делений вертикального круга 5, нанесенных на его левой стороне. Основные крестообразные нити нанесены на правой стороне сетки 15, установленной с небольшим зазором относительно вертикального круга 5, обеспечивающем однородное наблюдение делений на сетке и на круге за счет глубины резкости. Наблюдение в окуляр 8 производится через призму 7(2). Конфигурация нитей на вертикальном круге в участках зенита и надира аналогична фиг. 2 г. Вертикальный круг 5 установлен на статоре горизонтальной оси 14 с возможностью юстировочного вращения вокруг нее. Может использоваться и дополнительный сектор вертикального круга.

На фиг. 4 изображен вариант исполнения, в котором между вертикальным кругом 5 и основной сеткой нитей 15 введена проекционная система, состоящая из трех призм 7(2), 7(3), 7(4) и объектива 12. В такой системе может быть выполнено точное сопряжение изображений наблюдаемых предметов, сетки нитей 15 и делений вертикального круга 5, закрепленного на статоре горизонтальной оси 14 с помощью детали 6. Здесь также может использоваться дополнительный сектор вертикального круга.

Теодолит работает следующим образом. При наблюдении объектов, расположенных близ точки надира, после горизонтирования прибора трубу опускают объективом 4 вниз. Отсчет по вертикальному кругу 5 при этом должен соответствовать вертикальному положению визирной оси. Перекрытие сетки нитей 15 в этом случае направлено в точку надира. Наблюдение при этом производится через отверстие 10 вертикальной оси. Переключая барабан на сетку 16 или используя сетку, нанесенную на надирном участке вертикального круга или дополнительного сектора, или же проекцию сетки 16 проекционной системой по фиг. 3а, можно произвести отсчет смещения оси теодолита от марки, над которой центрируется теодолит. Наиболее точное положение визирной оси может быть определено после приведения в нульпункт пузырька реверсионного уровня 13 за счет наклона зрительной трубы вокруг горизонтальной оси 14. В ортогональной плоскости горизонтирование выполняется с помощью уровня на алидаде, не показанного на чертеже.

Устранение неточной юстировки прибора может быть выполнено путем отсветов при четырех положениях теодолита, отличающихся по азимуту на 90 градусов друг от друга.

Аналогичным образом поступают при наблюдении близзенитной точки, с той лишь разницей, что зрительную трубу направляют объективом вверх. Для удобства визирования следует пользоваться окулярными призмами или специальными окулярными насадками, позволяющими вести наблюдение в зените. Они выпускаются серийно.

Технико-экономическое преимущество использования предложенного теодолита заключается в повышении точности центрирования без использования дополнительных приборов.

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и предназначено для геодезических, маркшейдерских и инженерных съемок. Теодолит выполнен со сквозным отверстием в вертикальной оси, позволяющим наблюдать марки в районе точки надира. Для наблюдений используется или смена сетки нитей, или дополнение числа нитей основной сетки, или наблюдение дополнительной сетки, сопряженной с основной. Предусмотрен вариант нанесения дополнительной сетки на вертикальном круге, проходящем через фокальную плоскость объектива зрительной трубы. Для обеспечения возможности наведения визирной оси в точки зенита и надира предусмотрен реверсивный уровень на зрительной трубе. 4 ил. 4 з.п. ф-лы.

1. Теодолит, содержащий основание со статором вертикальной оси вращения и горизонтальным угломерным кругом, алидаду на роторе вертикальной оси, горизонтальную ось вращения на стойках алидады с вертикальным угломерным кругом на ее статоре и зрительной трубой, содержащей объектив, основную сетку нитей и окуляр, установленной на роторе, причем основание теодолита, вертикальная ось и алидада выполнены со сквозным отверстиями, концентричными с вертикальной осью вращения, отличающийся тем, что зрительная труба и алидада выполнены с возможностью установки оптической оси зрительной трубы в отвесное положение объективом вверх и вниз, диаметры сквозных отверстий в основание теодолита, вертикальной оси и алидаде превышают световой диаметр объектива зрительной трубы с учетом угла поля зрения и эксцентриситета оптической оси зрительной трубы, направленной в надир относительно вертикальной оси вращения теодолита, а в зрительную трубу установлена с возможностью смены сетка нитей или дополнительная сетка, сопряженная с основной. 2. Теодолит по п. 1, отличающийся тем, что в зрительную трубу введен светоделительный кубик, а сопряжение дополнительной сетки с основной осуществляется с помощью проекционной оптической системы. 3. Теодолит по п. 1, отличающийся тем, что вертикальный круг или дополнительно введенные сектора вертикального круга, обращенные в зенит и надир, закреплены на статоре горизонтальной оси вращения, зрительная труба снабжена призменной системой сопряжения ее фокальной плоскости с плоскостью штрихов вертикального круга или дополнительных секторов, обращенных в зенит и надир, нанесены штрихи сетки, дополняющие штрихи основной крестообразной сетки до прямоугольной координатной сетки. 4. Теодолит по п. 3, отличающийся тем, что в зрительную трубу между вертикальным кругом или его дополнительными секторами и окуляром введена проекционная система, передающая изображения штрихов в спомогательной сетки в плоскость основной сетки нитей, установленной в фокусе окуляра. 5. Теодолит по любому из пп. 1 4, отличающийся тем, что на зрительной трубе установлен реверсивный уровень, оси которого расположены в вертикальной плоскости ортогонально визирной оси и горизонтальной оси вращения зрительной трубы.