Зеркальное визирно-нивеллировочное приспособление Советский патент 1931 года по МПК G01C15/12 

Предлагаемое зеркальное вкзирнонивелировочное приспособление представляет зеркальный SKKep-HHseAHpv В противоположность эккерам существующих типов, применение которых ограничивается практически: 1) восстановлением перпендикуляров по преимуществу (простые эккеры), ИЛИ 2) восстановлением и опусканием перпендикуляров, возможными лишь при работе в ровной местности (отражательные эккеры: однозеркальный Винклера, двузеркальный Адамса и простые призматические-однопризменные), или 3) нанесением промежуточных точек (зеркальный крест), или 4) нанесением промежуточных точек и нахождением подошвы перпендикуляра (эккер Баурнфельда), или 5) разбивкою кривых (эккер Деера) и т. д.,-предлагаемое приспособление предназначено для: 1) решения любой из перечисленных задач, независимо от рельефа местности, 2) для производства различного рода работ, связанных с построением прямого угла внутри зданий, разбивки прямых углов, перпендикулярных и параллельных линий на ПОтолке помещений, что может иметь, место при установке трансмиссионных валов, прокладке балок, электропроводке и т. п. работах; разбивки прямых углов

и проведения горизонтальных; отвесных и параллельных линий на стенах зданий; устанозки различных предметов (колонн, балок и т. п.) в вертикальном или горизонтальном положении к проверки правкль -шстк соответствующих установок; 3) определения длгшы горизонтальных проекцкй наклонных предметов и предметов, находящихся выше уровня инструмента; 4) производства нивелировки местности. Приспособление мо;кет быть испо.ьзоваио в нужных случаях, как простой уровень круглого типа.

Ка.ч:дое из зеркал, образующих боковые грани приспособления, может быть использовано в качестве самостоятельного эккера, дальномера, высотомера и, отчасти, нефоскопа, а также в качестве визирного и визирно - нивелировочного приспособления.

На чертеже фиг. 1 изображает вид приспособления сбоку с разрезом по АЛ на фиг. 2; фиг. 2-вид приспособления сверху; фиг. 3-видоизмененное приспособление, 53ИД сбоку с разрезом по CD на фиг. 4; фиг. 4 - видоизмененное приспособ..ение, вид сверху.

Предлагаемое приспособление (фиг. 1 и 2) представляет прямоугольную в основании четырехгранную усеченную

пирамиду с зеркальными боковым гранями, образованными зеркалами 1, обращенными отражательными поверхностями наружу. Зеркала укреплены на каркасе 2 соответстветствующей формы, имеющем: сквозное отверстие 3 в центре верхней горизонтальной грани его дл шурупа 4, скрепляющего каркас 2 с коробкою круглого уровня 5, имеющей снизу соотретствующее нарезное отверстие для винтовой части шурупа 4. В нижней части каркаса 2, с каждой из сторон его, имеются горизонтальные отгибы 6 со сквозными отверстиями для заклепок или шурупов 7, скрепляющих с , каркасом 2 упорную рамку 8, накладываемую на отгибы 6 сверху, и основную пластину 9, облегченную непоказанными на чертеже вырезами и имеющую в своей центральной, несколько утолщенной, части сквозное нарезное или гладкое отверстие 10 для болта или нарезного шпинделя (на чертеже не показано), скрепляющего инструмент со штативом, подставкою, ручкой и т. п.

Укрепление зеркал 1 на боковых гранях каркаса 2 осуществляется упором их нижних краев, скошенных соответствующим образом, в отгибы 6 и упорную рамку 8-с одной стороны, и, с другой, нажимом на верхний край их, производимым посредством упругих прокладок 11 закраинами нижней поверхности коробки уровня 5, несколько свешивающимися над боковыми гранями каркаса 2, и заплечиками 12 при ввинчивании шурупа 4.

На лицевой поверхности через середину каждого зеркала, перпендикулярно к его основанию, проходит по одному штриху 13 (основные штрихи инструмента), а параллельно основанию зеркал 1 нанесены по два дополнительных штриха 14 и 15. Основнь е штрихи 13 служат для визирования при решении задач, свойственных эккеру, как таковому (разбивка прямых углов, опускание и восстановление перпендикуляров, нанесение промежуточных точек, построение параллельных линий, разбивка закруглений). Дополнительные штрихи 14 И 15, нанесенные на лицевой поверхности зеркал (примерно на половине высоты их) на расстоянии / один от другого, равном расстоянию между точками падения и выхода светового луча из зеркала, определяемому

Sin i

по формуле: -расстояние между указанными точками, а- толщина зеркала, г-данный угол падения светового луча и «- коэфициеят преломления для стекла, из которого приготовлено зеркало,- -служат для визирования при нивелировочных работах. Для лучей, падающих на зеркало 1 в плоскости, параллельной основанию инструмента, / может быть определено по

Cos а

формуле 2« Й21Гё; а, в которой а-

угол наклона зеркал к основной пластине инструмента, а значения для /, а и «- те же, что и в первой формуле.

При горизонтальной установке инструмента, осуществляемой по уровню 5 вручную или посредством какого-нибудь из существующих приспособлений, взаимно перпендикулярные плоскости основных штрихов инструмента (назовем их основными плоскостями визирования), перпендикулярные к отражательным поверхностям зеркал 1, расположатся в вертикальном направлении. Отсюда, согласно общеизвестным законам отражения света, в плоском зеркале 1 изображение основного штриха 13, если рассматривать его при установке глаза в основной плоскости визирования, сольется с самим штрихом (покроется им), в результате чего глаз будет видеть вместо двух линий (штрих и его изображение в зеркале) только одну-основной штрих. И обратно, при установке глаза в таком положении, при котором изображение основного штриха 13 сольется с самим штрихом (покроется им), глаз будет находиться в основной плоскости визирования. Таким образом, штрих 13, нанесенный на лицевой поверхно сти зеркала 1, и его изображение в нем, определяют собою, в положении совмещения их друг с другом, только одну перпендикулярную к отражательной поверхности зеркала, и вместе с тем вертикальную, при указанной выше зстановке инструмента, плоскость, существенно важно еще в том отношении что дает право рассматривать каждое tfs зеркал, образующих боковые грани инструмента, в качестве самостоятельной детали, могущей найти применение, например, в качестве приспособления для визирования в определенной плоскости, представляющ го простой способ фиксации коллншациояных KAOCKOCTeit,

Постраенке прякых углов производится следующим образом. Помещая лаз последовательно в двух соседних основных плоскостях визировгшия под каким-нибудь из углов от-а° до+ (180 - а) к горизонту инстумента, установленного в рабочем положении, наблюдатель будет видеть ш зеркалах I изображения предметов, .располрженЕых, согласно выгаесказанному, в двух взаимно пер ендикулярнмх и BssecTe с тем, вертикальных плоскостях, лод одним из соответствующих даннойустановке глаза углов от -|-(180-а)° до - а° К горизонту инструмента и обратно, визируя последовательно .через ocHOBHiae штрихи любой пары соседйих зеркал Ij, в положении совмещения их {иггрихоЕ с их изображениями в зеркалах, наблюдатель будет иметь возможность размещения различных лредиЛетов напр. вех) в двух взаим1 о перпендикулярных и вертикальных плоскостях, пересекающихся по оси симметрии инструмента. Иными словами, представляется возможность построения прлмых углов. При этом построение прямых углов возможно будет, согласно вышэсказанному, не только .в плоскости горизонта инстру меит.а, но и в других плоскостях, лежащих как ниже инетрумента (в пределах угла от 0° до-0-° к горизонту инструмента), так равно и выше него (в пределах угла от 0° до + (180 - а)° к горизонту инструмента),-что дает возможность: 1) провешивать прямые линии и ,-производить разбивк} прямых углов в рористрй местности, 2) производить разбивку прямых линий и прямых углов на потолке помещений, 3) провешивать: вертикальные направления на том или ином предмете или сооружении, устанавливать отдельные предметы в вертикальной плоскости я проверять правильность соответствую.щих установок, и 4) вследствие вовможяости визирования в отвесной плоскости зверх (в пределах угла от 0° до -|- (180 -а)° ж горизонту инструмента), иаструмент может быть применен в военном деле-при оп еделении момента прохождения лётат ьиых аппаратов через данный пункт, линию обороны и т. п.,-с одной стороны, а с другой-позволяет, при лалични лву;8 инструментов устанойАШных

на определенном расстоянии один от другого Б положении совмещения любой пары, й-сновных плоскостей визирования их, произвести определение абсолютной скорости движения этих аппаратов или проекции последней на плоскость совмещения, что опять-таки приводит к решению вопроса об абсолютной скорости перемещения их (по углу наклона вертикальной. плоскости траектории аппарата к плоскости совмещения и найденной величине проекции скорости его на эту плоскость). Само собою разумеется, что подобным же образом инструмент может быть использован и в метеорологической службе, при определении абсолютной, скорости движения облаков, а вместе с тем и скорости воздушных течений в более или менее высоких слоях атмот .

Визируя через основные штрихи 13 противоположных зеркал 1 на два диаметрально противоположных по отношению к инструменту сигнала и отметив точку стояния инструмента в соответствующем пункте земной поверхности, наблюдатель тем самым нанесет и нужную промежуточную точку. Визируя одновременно с этим в одной из основных плоскостей визирования промежуточных зеркал на веху, сигнализирующую собою вершину перпендикуляра, который должен быть опущен на прямую, отмеченную указанными выше сигналами, наблюдатель найдет, в момент совмещения вехи с указанною плоскостью визирования промежуточного зеркала, подошву этого перпендикуляра и тем самым опустит его п& данную прямую. И обратно, поставив веху в основной плоскости визирования промежуточного зеркгиуа и отметив точку стояния инструмента, наблюдатель получит направление перпендикуляра, восстановленнего в этой точке к указанной выше прямой.

Восстанавливая вышеуказанным способом ряд последовательных перпендикуляре., из данных точек, взятых на данной прялюй, получают ряд параллельных линий, перпендикулярных к ней.

При разбивке закруглений, восстановкв из точки стыка предполагаемого закругления с прямою перпендикуляр внутрь закругления, отложив на нем величину дигиетрз окружности закругления, отметив концы дкаметра сигналами и устанавливая инструмент пбследовательно s точках, из которых обе вехи одновременно будут видимы отраженными в основных плоскостях визирования двух соседних зеркал 1, получают, согласно теореме о величине вписанного угла, опирающегося ка диаметр, ряд точек, расположенных по окружности искомого закругления, и тем самым производят разбивку его.

Подобным же образом можно произвести разбивку не только части окрукности, но наметить и полную окружность любого, в пределах видимости вех в зеркало, диаметра.

,,70 Sin i

Из формулы Д-т--:- следует,

у П - oiri

что определенному значению градусной величины угла падения г СБСТОЗОГО луча соответствует вполне определенное, при данны5с значениях величин а и «ь одкозкачное по абсолютной величине и двузначное в отношении нг111:разления, в котором падает луч света, значение I для расстояния ыегиду точкою падения луча и точкою выхода его из зеркала. И сбратно, определенному значению величины расстояния I между двух точек, нанесенных согласно этой Формуле на лицевой поверхности зеркала, соответствует вполне определенное, однозначное по абсолютной величине и двузначное и отношении направления падения луча.у значение градусной величины угла кздеакя г светового луча, вступающего з зеркало через одну из этих точек и выходящего из него при этом через другую точку. Определенным 1ке, согласно законам отраг ения света в плоском зеркале, будет в этом случае и значение градусной величины f суммы угло i и ,, где «j-угол отражения. Таким образом, предлагаемое приспособление может быть применено в качестве нивелира, допускающего осуществление соответствующих работ по всем четырем направлениям одновременно (при одной и той же установке инструмента и съемхд ика), каждое же зеркало 1 может Служить в качестве самостоятельной детали, реализующей в себе способ фиксации углов определенной градусной величины, и в частности углов падения и отражения светового луча в зеркале, посредством двух параллельных штрихов, нанесенных на лицевой поверхности зерзьзше расстоянии I,

на указанном Sn i где угол падения

а

равном

V п2 -5пЧ

может рассматриваться, применительно к данному случаю, в двояком смысле: или в качестве подлежащего закреплению в зеркале угла падения, как такового, или в качестве угла, определятощего собою, совместно с фиксируемым здесь же углом отражения «j, величину Зс1данного угла р г + г ) .5г, в свою очередь закрепляемого в зеркале, с вытекающей отсюда возьгоганостью прирленения каждого из зеркал в качестве самостоятельного, или же подсобного при другом инструменте нивелировочного приспособления, а также в качестве самостоятельного инструмента для построения углов определенной градусной величины, в частности, J о 0,707. ,.,.

при 1 ;;а -, -гт;, т.-е. нри

V п - 0,7072

(0,707 Sn 45°),-в качестве одноагрЕ альйого эккера, дальномера, вксотоиера и отчасти нефоскопа. Действительно, установив глаз в таком положении, при котором изображение одного штриха совпадает с другим штрихом, получают возмогйность видеть всякий луч, вступающий в зеркало через одну из точек первого ш.тр1яха, перпендикулярно к нему, выходящим через соответствующую точку второго штриха под углом 9 -- J 2г к направлению его падения на зеркало.

гт ; 0,707

1ри i 2fi , - .-.-гтгг -, как указано выше, УП -0,7072

угол / -- 45°, отсюда угол о « -|- ii 2i 2.45° 90, т.-Б. всякий луч, принятый на зеркало, при данном значении /, таким образом, чтобы он, вступив в него черев какую-нибудь точку одного штриха, вышел через соответствующую точку другого штриха, падает на зеркало под уг,ом падения г 45°, во-первых, и выходит из него (под углом отражения «i 45°) в направлении, перпендикулярном к направлению падения, во-вторых.

Отсюда следует, что при угле У- наклона зеркал к основанию инструмента, равном 45°, что имеет место в предлагаемом инструменте, как один из частных слзчаев наклона зеркал, всякий луч, вступающий в условиях рабочей установки инструмента через нижний дополнительный штрих 15 какого-нибудь из зеркал 1 по направлению перпендикулярному

к этому штриху и вместе с тем выходящий из него через соот:ветствующую точку верхнего дополнительного штриха 14, будет лучеы горизонтальным, отражающимся по вертикальному направлению, И обратно, всякий луч, падающий на зеркало 1 через одну из точек верхнего дополнительного штриха 14 и выходящий из него при этом через соответствующую точку нижнего штриха, будет лучем вертикальным, отражающимся в плоскости горизонта нижнего дополнительного штриха 15 в направлении нормали к последнему. Таким образом, визируя через верхние дополнительные штрихи 14 зеркал инструмента, в положении совмещения их с изображениями нижних, дополнительных штрихов 15 на окружающие предметы (рейки, вехи и т. п.), съемщик имеет BO3iio Ki ocTb отметить на них точки, расположенные в одной и той же горизонтальной плоскости (плоскость горизонта нижних дополнительных штрихов). Иными словами, при помощи предлагаемого приспособления можно произвести нивелировку окружающей местности по всем четьфем направлениям едковременно.

Визируя через нижний дополнительный штрих 15 в пологкении совмещения его с изображением верхкего дополнительного штриха 14, получают возможность отметки на предметах, находящихся выше инструмента, точек, лежащих в вертикальной плоскости, проходящей через верхний дополнительный штрих 14, а также и точек, расположенных, при условии визирования в плоскости основного штриха 13, на вертикали, проходящей через точку пересечения штриха 13 с верхним дополнительным штрихом 14. И обратно, отметив основание этой вертикали на данной местности, можно определять горизонтальные проекции предметов и точек, находящихся выше ийструмента.

Укрепляя любое из зеркал 1 или весь инструмент в целом (взамен диоптров) и визируя через основной штрих 13 и изображение его в зеркале; в положении совмещения их друг с другом, и через верхний дополнительный штрих .14 и изображение нижнего штриха 15 в положении совмещения их друг с другом, получают возможность произвести угломерную

съемку I одновременно с нею нивелировку окружающей местности.

Как сказано выше, луч, падающий на зеркало в какой-нибудь точке одного из параллельных штрихов 14, 15, образует со своим продолжением при условии выхода его из зеркала через соответствующую точку другого штркха, находящуюся от первого на расстояния I

0.707 2а у угол р 2 90 и вместе

с тем падает на зеркало и выходит из него под углами i и ц, каждый, из которых равен 45. Благодаря атому можно, установив аеркало в вертикальном положении, соответствующем таковому же для дополнительных штрихов 14 и 15 над данной точкой, соответствующей вершине предполагаемого к построению прямого угла, и визируя через один из штрихов, в положении совмещения его с другим, на какой-нибудь предмет (напр., веху), находящийся перед зеркалом и указьшающий направление одной из сторон этого угла, и установив одновременно с этим вторую веху за зеркалом, в направлении, определяемом центром глаза и ближайшим к нему штр:- хом, в положении его, соотзетствующегч указанной выше установке зеркала, получают направление второй стороны прямого угла и тем самым построение его.

Применение зеркал кнструмекта в хачестве высотомера состоит ,в следующем. Визируя при горизонтальной стаиовке зеркала на вершину даяЕЮго предмета (напр., дерева, здания...) через ближайший к глазу штрих, s поло:«ении совмещения его . с изббранением другого штриха, после измерени.ч расстояния от точки стояния sepKa/ia, из которой вершина измеряеглого видима совпадающей с одной из точек ближайшего штриха; получают высоту предмета, как сумму: измеренное расстояние до него, плюс высота зерка/ а над горизонтом местности.

Тот же результат ползчится, если, встав спиною к измеряемому предмету и установив зеркало в вертикальной плоскости таким ббразом, чтобы штрихи приняли горизонтальное направление, визировать на верш,ину предмета через никний штрих в положении совмещения его с. изображением верхнего штриха. Высота

предмета н в этом случае будет равна расстоянию до предмета от точки стояния зеркала плюс высота зеркала над горизонтом местности.

Применение зеркал инструмента в к честве дальномера состоит в следующем. Восстановив вышеописанным способок перпендикуляр к прямой, соединяющей точку стояния и предмет, до которого требуется определить расстояние, перемещаются в направлении перпендикуляра до тех пор, пока в зеркале, располагаемом перпендикулярно или параллельно этому направлению и поддерживаемом в вертикальном положении, соответствующем таковому же для штрихов его, не будет видно изображение данного предкета на линии ближайшего к глазу штриха, в положении совмещения его с изображением другого штриха. Тогда расстояние, пройденное от исходной точки, будет равно искомому расстоянию ее до предмета. При определении угловой скорости облаков и других предметов, равномерно перемещающихся над инструментом, устанавливают зеркало в горизонтальном 11оМ)женни таким образом, чтобы изображение наблюдаемого облака перемещалось в нем перпендикулярно к обоим штрихам, и, отметив по часам моменты последовательного пересечения изображением обоих штрихов, в соответствующих положениях совмещения каждого из них с изображением другого, определяют угловую скорость облака или другого равномерно перемещающегося над инструментом предмета по времени, протекшему между указанными выше хюментами и по абсолютной величине углового перемещения, равного в данном случае 90°.

Видоизменение предлагаемого зеркального визирно-нивелировочного приспособления имеет все особенности вышеописанного и отличается от него лишь тем, что вместо четырехгранной применена восьмигранная правильная усеченная пирамида с соответствующим количеством зеркал, образующих боковые грани ее, что дает возможность строить углы не только в 90°, но и i 45° и тем самым использовать инструмент в целом в ка честве дальномера,

Другое видоизменение федлагаемого приспособления представляет прлый зеркальный усеченный конус 1 (фиг. 3 и 4) скрепленный посредством алебастра, замазки и т. п. с круглым уровнем 2, снаб- женным кольцевым заплечиком 3 и вставляемым хвостовым отростком 4 дна коробки его в верхнее отверстие конуса I, и с основною пластиной 5, облегченной неизображенными на чертеже вырезами и снабженной сквозным нарезным или гладким отверстием 6 в центральной, несколько утолщенной, части ее для скрепления инструмента с подставкою, ручкой и т. п.. и кольцевым заплечиком 7 в верхней части ее, предохраняющим зеркальный конус от боковых перемещений.

На лицевой прверхности зеркального конуса нанесены десять прямолинейных штрихов 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15,16 и 17 (фиг. 4), нанесенных сверху вниз по направлению образующей конуса. Угловые расстояния между штрихами 8, 9,10,. 12, 13, 14 и 15 определяются тем, что плоскости симметрии инструмента, соответствующие этим штрихам, отстоят одна от другой на угол в 45°, угловое же расстояние для штриха 11 определяется тем, что соответствующая ему плоскость симметрии инструмента отстоит от таковой же штриха 10 на 30°, а для шрихоЕ 16 н 17-тем, что соответствующие им плоскости симметрии инструмента обра зуют с плоскостью симметрии, соответствующей штриху 12, углы а и «,, определяемые соотношениями: а f,

0,02-для штриха 16 и а -| 0,1

для штриха 17. Кроме того, на лицевой , поверхности конуса 1 нанесены два кольцевых штриха 18 и 19 (фиг. 3 и 4), расположенные, примерно, на половине высоты его, параллельно оснотванкю, на расстоянии I один от другого, равнозй

Cos а

2« ле й-толщина зеркальной стенки конуса, чг-коэфициент преломления для стекла, из которога изготовлен конус, и а-угол наклона обрйзующей конуса к его основанию

Первые десять штрихов служат длж производства различных угломерных работ; кольцевые же штрихи-для производства работ нивелировочнйх. Теори инструмента и способ употребления ег® при угломерных и нивелировочных работах, основного и дополнительного (по типу однозеркального эккера) типов, те же, что и у основного вышеописанного типа. Что же касается построений, осуществляемых посредством видоизмененного инструмента, то, кроме описанных выше построений, связанных с построением прямогоИ развернутого углов (восстановление и опускание перпендикуляра, нахождение подошвы перпендикуляра, разбивка кривых и окружностей, продолжение прямых и нанесение промежуточных точек, проведение парраллельных линий и др.) и нивелировочных работ, видоизмененный инструмент дает возможность добавочного построения углов кратных 15° (от 15° до 330°), а также и указанных выше углов: а и «j градусной величины, определяемой соотно шением: / а 0,02- для первого угла, и -для второго угла. Отсюда вытекает возможность определения расстояний до недоступных предметов несколькими способами, из которых для землемерных работ наиболее удобными практически будут общеизвестные способы, связанные с построением углов в 45° и в 30°, а для военных целей по способу построения линий tg углов

« и «1. - :

Применение приспособления с конусом в качестве дальномера таково: пусть требуется определить расстояние L от данной точки А до некоторого недоступного предмета В. По уровню 2 устанавливают инструмент в горизонтальном положении и, визируя через штрих 16 в положении совмещения его с его изображением в зеркале, поворачивает инхтрумент в ту или иную сторону)до тех пор, пока изображение предмета 5 в зеркале не совпадет с плоскостью визирования. Одновременно с этим отыскивают какие-либо два предмета С и D, расположённых по ту и другую сторону инструмента в плоскостях визирования, соответствующих штрихам 15 и 10, поворачивают инструмент вокруг оси симметрии его на 180°, и, следя за правильностью его горизонтальной установки и неизменностью положения предметов С н 1) в плоскостях визирования, соответствующих штрихам 10 и 15, перемещаются в направлении предмета С до тех пор, пока наблюдаемый предмет В не окажется отображенным в плоскости визирования, соответствующей штриху 12. Пройденное расстояние I составит Vso долю измеряемого расстояния.

Предмет патента.

1.Зеркальное визирно-нивелировочное приспособление, характеризующееся применением четырех плоско-параллельных, укрепляемых на каркасе О в форме четырехгранной усеченной пирамиды с круглым зфовнем на верхнем основании, зеркал 1, на каждом из которых проведено по одному штриху 13 в направлении перпендикуляра, восстановленного из середины основания грани, и по два штриха 14 и 15 на лицевой стороне зеркала в направлении, параллельном,основанию в таком расстоянии друг от друга, чтобы при определенном угле падения луча отражение одного из штрихов от зеркала сливалось с другим штрихом.

2.Видоизменение приспособления, охарактеризованного в п. 1, отличающееся тем, что вместо четырехгранной пирамиды применена восьмигранная.

3.Видоизменение приспособления, охарактеризованного в п. 1, отличающееся применением, вместо пирамиды, усеченного конуса (фиг. 3 и 4) со штрихами, проведенными в направлении образующей и в направлениях, параллельных окружности основания.

Sr I

OrI М-НИ

4Г

1/1

CL