СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ЕДИНИЦЫ ПЛОСКОГО УГЛА ВЫСОКОТОЧНЫМ ГЕОДЕЗИЧЕСКИМ УГЛОМЕРНЫМ ПРИБОРАМ Российский патент 2024 года по МПК G01B5/24 G01B11/26 G01C25/00 

Предлагаемое изобретение относится к области обеспечения единства измерений плоского угла, конкретно к геометрическим измерениям, и может использоваться для определения метрологических характеристик геодезических угломерных приборов (ГУП), к которым относятся теодолиты и тахеометры электронные, при их поверке в местах эксплуатации, методом непосредственного сличения с правильной многогранной призмой (далее - многогранная призма) путем обеспечения равенства геометрических фигур, формируемых нормалями отражающих поверхностей граней многогранной призмы, визирной осью зрительной трубы ГУП и системой плоских зеркал на основе закона отражения света.

Известен способ передачи единицы плоского угла ГУП в горизонтальной и вертикальной плоскостях, заключающийся в том, что поверяемым ГУП измеряются плоские горизонтальные и вертикальные углы, образованные визирными марками, установленными в горизонтальной и вертикальной плоскостях на расстоянии от 100 до 250 м от поверяемого ГУП, действительные значения углов которых определены рабочим эталоном плоского угла (РЭПУ) [1].

Недостатками известного способа являются:

зависимость от погодных условий (атмосферные осадки, температура окружающей среды, относительная влажность воздуха, солнечное излучение), влияющих на стабильность визирных марок и действительные значения горизонтальных и вертикальных углов;

зависимость от особенностей ландшафта местности (наличие растительности, пересеченность местности), препятствующих оборудованию рабочего места для поверки ГУП в местах их применения, что связано с большими трудозатратами на подготовительные мероприятия, выполняемые для обеспечения условий проведения поверочных работ (вырубка кустарника, спил свисающих веток деревьев, размещение визирных марок и т.д.);

зависимость от времени суток, влияющих на видимость визирных марок и, как следствие, точность наведения на них;

недостаточная погрешность воспроизведения плоских горизонтальных и вертикальных углов для поверки высокоточных ГУП.

Это приводит к значительному снижению погрешности передачи единицы плоского угла и ограниченным функциональным возможностям применения известного способа при неблагоприятных погодных условиях, сложном ландшафте, а также в условиях недостаточной видимости в зависимости от времени суток.

Известен способ передачи единицы плоского угла ГУП в горизонтальной и вертикальной плоскостях, заключающийся в том, что погрешность ГУП определяют сравнением углов поворота алидады и углов наклона зрительной трубы с углами правильной многогранной призмы [2].

Недостатками известного способа, являются:

необходимость использования большого количества приспособлений для установки на алидаде и зрительной трубе поверяемого ГУП юстировочного столика с правильной многогранной призмой, в виду различной конструкции ГУП;

отсутствие возможности установки приспособления с правильной многогранной призмой на алидаде и зрительной трубе поверяемого ГУП из-за конструктивных особенностей некоторых ГУП;

влияние дополнительной инструментальной погрешности на погрешность передачи единицы плоского угла, возникающей вследствие воздействия нагрузки, создаваемой правильной многогранной призмой с приспособлениями, на алидаду и зрительную трубу поверяемого ГУП.

Наиболее близким по сущности к предлагаемому изобретению является способ передачи единицы плоского угла геодезическим угломерным приборам в горизонтальной и вертикальной плоскостях, заключающийся в том, что для воспроизведения контрольных горизонтальных и вертикальных плоских углов используют зрительную трубу рабочего эталона плоского угла (РЭПУ), сетку нитей которой подсвечивают источником света через матовый экран, и систему плоских зеркал, расположенных попарно в горизонтальной и вертикальной плоскостях параллельно друг другу, причем, геометрические центры плоских зеркал равноудалены от линии пересечения горизонтальной и вертикальной плоскостей, являющейся продолжением визирных осей зрительных труб РЭПУ и ГУП, которые в соответствии с законом отражения света, определяющим равенство углов падения и отражения луча света, обеспечивают отражение изображения сетки нитей РЭПУ для воспроизведения соответствующих контрольных горизонтальных и вертикальных плоских углов [3].

Недостатком известного способа, является отсутствие возможности передачи единицы плоского угла в горизонтальной и вертикальной плоскостях высокоточным ГУП в местах их эксплуатации, в виду недостаточного соотношения доверительной границы абсолютной погрешности РЭПУ с погрешностью поверяемых ГУП.

Указанный недостаток ограничивает функциональные возможности применения данного способа в отношении поверки высокоточных ГУП с погрешностью измерений горизонтальных и вертикальных углов от 0,5″ до 1″.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение погрешности передачи единицы плоского угла поверяемым ГУП в горизонтальной и вертикальной плоскостях в местах их эксплуатации и расширение его функциональных возможностей в отношении поверки высокоточных ГУП.

Поставленная цель достигается тем, что погрешность измерений горизонтальных и вертикальных углов поверяемым ГУП определяют в соответствии с методикой его поверки путем последовательных многократных измерений контрольных горизонтальных и вертикальных плоских углов, воспроизводимых зрительной трубой РЭПУ, сетку нитей которой подсвечивают источником света через матовый экран, и систему плоских зеркал, расположенных попарно в горизонтальной и вертикальной плоскостях параллельно друг другу, которые в соответствии с законом отражения света, определяющим равенство углов падения и отражения луча света, обеспечивают отражение изображения сетки нитей РЭПУ для воспроизведения соответствующих контрольных горизонтальных и вертикальных плоских углов, отличающийся тем, что для воспроизведения контрольных горизонтальных и вертикальных плоских углов совместно используют измерительные поверхности граней многогранной призмы и систему плоских зеркал, расположенных попарно в горизонтальной и вертикальной плоскостях параллельно друг другу, причем, геометрические центры плоских зеркал равноудалены от линии пересечения горизонтальной и вертикальной плоскостей, являющейся продолжением нормалей к отражающим поверхностям граней многогранной призмы и визирной оси зрительной трубы поверяемого ГУП, которые в соответствии с законом отражения света, определяющим равенство углов падения и отражения луча света, обеспечивают отражение изображения сетки нитей поверяемого ГУП для измерения соответствующих контрольных горизонтальных и вертикальных плоских углов измерительными поверхностями граней многогранной призмы.

Таким образом, предлагаемый способ характеризуется следующими отличительными признаками по сравнению с прототипом: воспроизведение контрольных горизонтальных и вертикальных плоских углов осуществляется с помощью измерительных поверхностей граней многогранной призмы и системы парных плоских зеркал, расположенных в горизонтальной и вертикальной плоскостях и реализующих равенство углов падения и отражения пучка лучей, испускаемого зрительной трубой поверяемого ГУП, в соответствии с законом отражения света.

На фиг. 1 и 2 приведена схема наведения зрительной трубы поверяемого ГУП на измерительные поверхности граней многогранной призмы в горизонтальном положении зрительной трубы поверяемого ГУП (виды сверху и сбоку соответственно), а на фиг. 3 и 4 – схемы наведения зрительной трубы поверяемого ГУП измерительные поверхности граней многогранной призмы через плоское зеркало горизонтальной (вид сверху) и вертикальной (вид сбоку) плоскостей соответственно, где 1 – поверяемый ГУП, 2 – многогранная призма, 3 – линия, соединяющая визирную ось поверяемого ГУП и нормаль к отражающей поверхности грани многогранной призмы, 4 – коллимационная насадка с источником света, 5 и 6 – плоские зеркала горизонтальной плоскости, 7 и 8 – плоские зеркала вертикальной плоскости.

Передача единицы плоского угла в горизонтальной плоскости по предлагаемому способу производится следующим образом.

Зрительная труба поверяемого ГУП 1 наводится на измерительную поверхность грани многогранной призмы 2 (фиг. 1) в положение, при котором сетка нитей зрительной трубы поверяемого ГУП 1 совмещается с изображением, отраженным от измерительной поверхности грани многогранной призмы 2, образуя линию 3, соединяющая визирную ось зрительной трубы ГУП 1 с нормалью к отражающей поверхности грани многогранной призмы 2. Для подсветки сетки нитей зрительной трубы поверяемого ГУП 1 с целью получения коллимационного изображения от измерительных поверхностей граней многогранной призмы 2 используются коллимационная насадка с источником света 4, устанавливаемая на окуляр зрительной трубы поверяемого ГУП 1. В данном положении с поверяемого ГУП 1 снимаются показания. После чего, алидада поверяемого ГУП 1 поворачивается на горизонтальный плоский угол β₁ (фиг. 3), таким образом, чтобы световой поток от источника света коллимационной насадки 4, пройдя через зрительную трубу поверяемого ГУП 1, падая под углом i₁, отразился от отражающей поверхности зеркала 5 под тем же углом i₂ (i₁ = i₂) относительно перпендикуляра к поверхности зеркала 5 и построил изображение сетки нитей зрительной трубы на измерительной поверхности грани многогранной призмы 2. Сетка нитей зрительной трубы поверяемого ГУП 1 точно совмещается с изображением сетки нитей, отраженным от измерительной поверхности грани многогранной призмы 2, после чего, с поверяемого ГУП 1 снимаются показания. Погрешность измерений горизонтального угла поверяемым ГУП 1 определяется как разность угла β₁, измеренного поверяемым ГУП 1, и образцового угла β_обр между гранями многогранной призмы 2, с учетом угла отклонения нормали зеркала 5 от линии 3. Аналогично, для определения погрешности измерений горизонтального угла поверяемым ГУП 1 вместо зеркала 5 может использоваться зеркало 6 (фиг. 3).

Передача единицы плоского угла в вертикальной плоскости по предлагаемому способу производится следующим образом.

Зрительная труба поверяемого ГУП 1 наводится на измерительную поверхность грани многогранной призмы 2 (фиг. 2) в положение, при котором сетка нитей зрительной трубы поверяемого ГУП 1 совмещается с изображением, отраженным от измерительной поверхности грани многогранной призмы 2, образуя линию 3, соединяющая визирную ось зрительной трубы ГУП 1 с нормалью к отражающей поверхности грани многогранной призмы 2. Для подсветки сетки нитей зрительной трубы поверяемого ГУП 1 с целью получения коллимационного изображения от измерительных поверхностей граней многогранной призмы 2 используются коллимационная насадка с источником света 4, устанавливаемая на окуляр зрительной трубы поверяемого ГУП 1. В данном положении с поверяемого ГУП 1 снимаются показания. После чего, зрительная труба поверяемого ГУП 1 наклоняется на угол α₁ (фиг. 4), таким образом, чтобы световой поток от источника света коллимационной насадки 4, пройдя через зрительную трубу поверяемого ГУП 1, падая под углом i₃, отразился от отражающей поверхности зеркала 7 под тем же углом i₄ (i₃ = i₄) относительно перпендикуляра к поверхности зеркала 7 и построил изображение сетки нитей зрительной трубы на измерительной поверхности грани многогранной призмы 2. Сетка нитей зрительной трубы поверяемого ГУП 1 точно совмещается с изображением сетки нитей, отраженным от измерительной поверхности грани многогранной призмы 2, после чего, с поверяемого ГУП 1 снимаются показания. Погрешность измерений вертикального угла поверяемым ГУП 1 определяется как разность угла α₁, измеренного поверяемым ГУП 1, и образцового угла α_обр между гранями многогранной призмы 2, с учетом угла отклонения нормали зеркала 7 от линии 3. Аналогично, для определения погрешности измерений вертикального угла поверяемым ГУП 1 вместо зеркала 7 может использоваться зеркало 8. Для определения погрешности измерений положительного и отрицательного относительно линии 3 и плоскости горизонта вертикальных углов, многогранная призма 2 в подставке устанавливается вертикально.

Для воспроизведения различных значений контрольных горизонтальных и вертикальных плоских углов, установленных методиками поверки конкретных ГУП, используют парные горизонтальные 5, 6 и вертикальные 7, 8 плоские зеркала совместно, то есть контрольные горизонтальные и вертикальные плоские углы формируются между зеркалами 5, 6 и 7, 8 соответственно.

Для реализации предлагаемого способа используется установка для поверки геодезических угломерных приборов [4]. Применение многогранной призмы вместо РЭПУ позволяет уменьшить погрешность передачи единицы плоского угла поверяемым ГУП с 0,6ʺ до 0,3ʺ, что в соответствии с государственной поверочной схемой для средств измерений плоского угла [5] удовлетворяет требованиям, предъявляемым к рабочим эталонам плоского угла 1 разряда.

1. ГОСТ Р ИСО 17123-3 Оптика и оптические приборы. Методики полевых испытаний геодезических и топографических приборов. Национальный стандарт Российской Федерации. М.: Стандартинформ, 2011. – 23 с.

2. ГОСТ Р 50.2.024-2002 Теодолиты и другие геодезические угломерные приборы. Методика поверки. М.: Издательство стандартов, 2002. – 11 с.

3. Патент на изобретение RU 2768243, МКП G01В 5/24. Способ передачи единицы плоского угла геодезическим угломерным приборам/ М.А. Конюхов, Ю.А. Клейменов (Россия) - Заявка №2020119439, 11.06.2020; Опубл. 23.03.2022. Бюл. № 9.

4. Патент на полезную модель RU 186485, МКП G01В 5/24. Установка для поверки геодезических угломерных приборов/ М.А. Конюхов (Россия) – Заявка №2018129987, 17.08.2018; Опубл. 22.01.2019. Бюл. № 3.

5. Приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 26 ноября 2018 г. №2482 «Государственная поверочная схема для средств измерений плоского угла».

Изобретение относится к области обеспечения единства измерений. Особенностью заявленного способа передачи единицы плоского угла высокоточным геодезическим угломерным приборам (ГУП) является то, что поверяемый ГУП измеряет контрольные горизонтальные и вертикальные плоские углы от измерительной поверхности грани правильной многогранной призмы, установленной перед ним, до изображения сетки нитей зрительной трубы, формируемого на поверхности двух равноудаленных плоских зеркал, в горизонтальной или вертикальной плоскости, расположенных между поверяемым ГУП и правильной многогранной призмой. Технический результат заключается в обеспечении погрешности передачи единицы плоского угла высокоточным ГУП в горизонтальной и вертикальной плоскостях за счет использования в качестве эталона плоского угла правильной многогранной призмы и системы плоских зеркал. 4 ил.

Способ передачи единицы плоского угла геодезическим угломерным приборам (ГУП), при котором погрешность измерений горизонтальных и вертикальных углов поверяемым ГУП определяют в соответствии с методикой его поверки путем последовательных многократных измерений контрольных горизонтальных и вертикальных плоских углов, отличающийся тем, что для воспроизведения контрольных горизонтальных и вертикальных плоских углов используют отражающие поверхности граней правильной многогранной призмы и систему плоских зеркал, расположенных попарно в горизонтальной и вертикальной плоскостях параллельно друг другу, причем геометрические центры плоских зеркал равноудалены от линии пересечения горизонтальной и вертикальной плоскостей, являющейся продолжением нормалей к отражающим поверхностям правильной многогранной призмы и визирной оси зрительной трубы поверяемого ГУП, которые в соответствии с законом отражения света, определяющим равенство углов падения и отражения луча света, обеспечивают отражение изображения сетки нитей ГУП для измерения соответствующих контрольных горизонтальных и вертикальных плоских углов между отражающими поверхностями граней правильной многогранной призмы.