Устройство теодолита

Принципиальная схема конструкции теодолита изображена на рис. 15.2. На схеме отображены четыре главные оси теодолита:

- - вертикальная ось вращения теодолита;

- - ось цилиндрического уровня;

- - горизонтальная ось вращения зрительной трубы;

- - визирная ось зрительной трубы.

Рис. 15.3 – Схема геометрических осей теодолита

Вертикальная ось вращения теодолита должна занимать отвесное положение. Приведение вертикальной оси вращения в отвесное (выделенное) положение выполняется с помощью цилиндрического уровня, продольная ось которого должна быть перпендикулярна вертикальной оси вращения теодолита ( ).

Наведение визирной оси зрительной трубы теодолита на точку осуществляется путем поворотов подвижной части теодолита вокруг вертикальной оси вращения и зрительной трубы вокруг горизонтальной оси . Для этого горизонтальная ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна вертикальной оси ( ), а визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярной горизонтальной оси вращения зрительной трубы ( ).

Визирная ось зрительной трубы физически представлена в теодолите перекрестием сетки нитей зрительной трубы. В отличие от трех предыдущих осей визирную ось нельзя пощупать, это не материальное вещь, а «мнимая прямая», проходящая через заднюю главную точку объектива и перекрестие сетки нитей[5, с.87] . Поэтому фактически на точку наводится перекрестие сетки нитей, которое находится на визирной оси теодолита.

Повороты теодолита вокруг его вертикальной оси вращения фиксируются по лимбу горизонтального круга , а повороты зрительной трубы вокруг ее горизонтальной оси вращения - по лимбу вертикального круга . Для этого горизонтальный и вертикальный круги имеют оцифровку, а с теодолитом и зрительной трубой связаны отсчетные индексы, по которым берутся отсчеты по и .

Таким образом, принципиальная схема теодолита предполагает выполнение следующих геометрических условий:

1 – вертикальная ось вращения должна занимать отвесное положение;

2 – продольная ось цилиндрического уровня должна быть перпендикулярная вертикальной оси вращения ;

3 – горизонтальная ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна вертикальной оси вращения ;

4 – визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна горизонтальной оси вращения зрительной трубы;

5 – перекрестие сетки нитей должно лежать на визирной оси зрительной трубы либо находится в коллимационной плоскости.

Коллимационной плоскостью называется плоскость, получаемая при вращении визирной оси вокруг горизонтальной оси вращения зрительной трубы.

Устройство теодолита рассмотрим на примере теодолита Т30 (рис. 2). При этом будем использовать термин «теодолит» без указания его модели. Лишь в тех случаях, когда модели имеют какие-либо отличия, будем указывать название модели.

Конструктивно теодолит Т30 состоит из 2-х частей: нижней неподвижной, называемой подставка (иногда называют трегер), и верхней несъемной подвижной части, называемой алидада. Обе части соединены друг с другом посредством вертикальной осевой системы (рис.1, ось ).

Алидада – это часть геодезического прибора, расположенная соосно с лимбом и несущая элементы отсчетного устройства [ 1, ГОСТ 21830-76].

Лимб – это рабочая мера геодезического прибора в виде круговой шкалы, предназначенная для воспроизведения единицы плоского угла [1, ГОСТ 21830-76].

В теодолите Т30 лимб представляет собой круглую стеклянную пластину, на одной из поверхностей которой ближе к краю пластины выгравированы штрихи круговой шкалы, предназначенной для производства по ним отсчетов, как например, по обычной линейке. Только в отличие от линейки, которая всегда прямолинейна, шкала на лимбе круговая, т.е. расположена вдоль окружности.

Рисунок 15.4 – Теодолит Т30 и его основные конструктивные элементы: А) штатив и его элементы: 1 – ножка штатива; 2 – головка штатива; 3 – становой винт; 4 – крючок для нитяного отвеса; 5 – нитяный отвес; Б) теодолит и его элементы: 6 – основание подставки (футляра) теодолита; 7 – подъемные винты подставки; 8 – подставка теодолита; 9 – закрепительный винт алидады горизонтального круга; 10 – наводящий винт алидады горизонтального круга; 11 – установочный цилиндрический уровень; 12 – наводящий винт зрительной трубы; 13 – несущие колонки; 14 – рукоятка винта фокусировки зрительной трубы (кремальера); 15 – закрепительный винт зрительной трубы; 16 – коллиматорные визиры; 17 – зрительная труба; 18 – корпус вертикального круга; 19 – посадочный паз для буссоли; 20 – отсчетный микроскоп; 21 – диоптрийное кольцо окуляра зрительной трубы; 22 – объектив зрительной трубы; 23 – диоптрийное кольцо окуляра отсчетного микроскопа; 24 – зеркальце иллюминатора для подсветки оптической системы внутри теодолита; 25 – корпус горизонтального круга;. 26 – наводящий винт лимба горизонтального круга; 27 - закрепительный винт лимба горизонтального круга.

Лимб всегда закреплен на носителе лимба, который называется кругом лимба. Круг лимба – это деталь геодезического прибора, несущая лимб [1, ГОСТ 21830-76] . Различают горизонтальный и вертикальный круги. Первый из них несет лимб, предназначенный для измерения горизонтальных углов, а второй – вертикальных. Часто используют более короткие выражения типа «горизонтальный круг» или «вертикальный круг» вместо более длинных словосочетаний «лимб горизонтального круга» или «лимб вертикального круга». Соответственно, когда речь идет об алидаде, то используют выражения «алидада горизонтального круга» или «алидада вертикального круга», вместо того, чтобы говорить «отсчетное устройство или часть теодолита, предназначенная для взятия отсчетов по лимбу горизонтального круга» или «отсчетное устройство или часть теодолита, предназначенная для взятия отсчетов по лимбу вертикального круга»

Подставка 8 (рис.2) с тремя подъемными винтами 7 жестко скреплена с круглым основанием 6 металлического футляра теодолита. Этим круглым основанием теодолит устанавливается на головку 2 штатива и скрепляется с ней с помощью станового винта 3. В становом винте имеется крючок 4 для закрепления нити 5 отвеса, посредством которого теодолит центрируется над точкой. Штатив со становым винтом, крючком для отвеса и сам отвес не являются конструктивными элементами теодолита, а являются отдельными самостоятельными устройствами.

Верхняя подвижная часть теодолита состоит из корпуса горизонтального круга 25 и двух вертикальных несущих колонок 13, на одной из которых размещен корпус вертикального круга 18. Все эти части выполнены как единое целое и, как указано выше, именуется алидадой горизонтального круга. Следует, однако, заметить, что среди перечисленных выше частей не указана главная – отсчетная система, из-за которой вся верхняя подвижная часть теодолита и называется алидадой. Отсчетная система находится внутри корпуса алидады горизонтального круга.

Между несущими колонками находится корпус зрительной трубы 17 теодолита, выполненный как единое целое вместе с горизонтальной осью трубы (рис.1, ось ). Концы горизонтальной оси закреплены в так называемых лагерах (втулках), расположенных в несущих колонках алидады горизонтального круга.

Зрительная труба имеет внутреннюю фокусировку и является сложным оптико-механическим устройством. Оптическая схема зрительной трубы (рис.3) включает в себя такие оптические элементы как объектив 1, фокусирующую линзу 2, плоскопараллельную пластинку с сеткой нитей 3и окуляр 4.

Рисунок 15.5 – Оптическая схема зрительной трубы теодолита Т30

Объективом называется линза или система линз оптического прибора, обращенная к наблюдаемому предмету и строящая действительное обратное изображение этого предмета в своей задней фокальной плоскости [6, Федоров, с.43]. Объектив 22 (рис. 2) находится с того конца зрительной трубы, который имеет больший диаметр.

Окуляр служит для увеличения действительного изображения, образованного объективом, которое совмещено с передней фокальной плоскостью окуляра, и используется как лупа, с той лишь разницей, что через лупу рассматривается предмет, а через окуляр его изображение, построенное объективом [6, Федоров, с.43]. Окуляр 21 (рис. 2) располагается на противоположном от объектива конце трубы и обращен к глазу наблюдателя.

Между фокусирующей линзой 2 (рис.3) и окуляром 4 внутри зрительной трубы размещена сетка нитей, в плоскости которой формируется изображение рассматриваемого предмета. Сетка нитей – это плоскопараллельная пластинка 3 с выгравированными на ней пересекающимися штрихами, которые видны в поле зрения окуляра зрительной трубы (рис.4).

Основные штрихи сетки используются для наведения зрительной трубы в горизонтальной и вертикальной плоскости на наблюдаемую точку или объект. Система двух вертикальных штрихов называется биссектором. Наведение зрительной трубы в горизонтальной плоскости на наблюдаемую точку рекомендуется выполнять с помощью биссектора, поскольку такое наведение всегда более точное, чем по одной нити. Точка пересечения основных штрихов сетки называется перекрестием сетки нитей. Перекрестие сетки нитей используется для визирования на наблюдаемые точки.

Рисунок 15.6 – Сетка нитей зрительной трубы теодолитов Т30, 2Т30

Фокусирующая линза и плоско-параллельная пластинка с сеткой нитей находятся внутри зрительной трубы и непосредственно для наблюдателя не видны.

Как отмечалось в разделе 2 (стр. 12) мысленная линия, соединяющая перекрестие сетки нитей и заднюю главную точку объектива, называется визирной осью зрительной трубы, а ее продолжение до наблюдаемого предмета или цели – линией визирования. Для правильной установки визирной оси оправа сетки нитей имеет два горизонтальных и два вертикальных исправительных или иначе юстировочных, что одно и то же, винта (рис.4), которые используются при исправлении или юстировке положения сетки нитей. С помощью исправительных винтов плоскопараллельная пластинка, на которой выгравирована сетка нитей, перемещается при исправлении ее положения влево-вправо или вверх-вниз.

Наблюдатель в процессе визирования на цель должен видеть в поле зрения трубы четкие изображения штрихов сетки нитей и рассматриваемого объекта. Операция по обеспечению этого условия называется установкой зрительной трубы по глазу и по предмету.

Четкое изображение штрихов сетки нитей получают путем вращения диоптрийного кольца окуляра 21 (рис.2). Эта операция называется установкой зрительной трубы по глазу и выполняется каждым наблюдателем в зависимости от остроты его зрения перед началом наблюдений и периодически уточняется.

Установку зрительной трубы по предмету или, иначе говоря, фокусировку зрительной трубы, выполняют при помощи рукоятки фокусировочного винта или (другое название) кремальеры 14 (рис.2) при визировании на каждый предмет (при этом перемещается фокусирующая линза 2 (рис.3) внутри зрительной трубы).