Плотников В.С. Геодезические приборы

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 65. Оптическая схема двухканальной системы с односторонним отсчетом

менения масштаба изображения, так как размер изображения интервала

шкалы лимба должен точно соответствовать размеру отсчетной шкалы.

Отсчет производится по штриху лимба как по индексу с оценкой деся-

тых долей деления шкалы на глаз. Подсветка лимбов осуществляется

через зеркало 7, защитное стекло 2, призмы 3, 10 и линзу 11. Изображе-

ние шкалы рассматривается в микроскоп с объективом 18 и окуля-

ром 19. Зрительная труба состоит из объектива 20, 21, сетки 22 и оку-

ляра 23.

r-r-srsa

Рис. 66. Параллельная схема с двухсторонним отсчетом

Более сложными являются системы двухстороннего отсчета. Можно

отметить следующие разновидности схем двустороннего отсчета: 1) па-

раллельная схема; 2) последовательная схема; 3) одновременное или

поочередное наблюдение изображений горизонтального и вертикального

лимбов; 4) совмещенные изображения двух противоположных частей

лимбов, которые движутся: в) в разные стороны (навстречу друг другу);

б) в одну сторону.

Параллельная схема предусматривает передачу изображений про-

тивоположных участков лимба двумя независимыми каналами симмет-

Рис. 67. Последовательная схема с двухсторонним отсчетом

рично (отечественный теодолит ОТ-02; теодолит Т-2 и Т-3 фирмы

"Вильд" и др.). На рис. 66 представлена оптическая схема с независимы-

ми пучками. Деления лимба нанесены на зеркальной поверхности 1,

подсвечиваются и изображаются с помощью блока сложных призм 2

с симметричными ветвями. Изображения вертикального и горизонталь-

ного кругов рассматриваются поочередно переключением призмы 3.

Параллельная схема обеспечивает одинаковое качество и освещенность

изображения обеих частей лимба, однако она сложнее последовательной

и менее удобна в компоновке.

Последовательная схема (рис.67) отличается тем, что изображе-

ние одной стороны 1 лимба 2 накладывается на другую его сторону 3,

а затем изображения обеих сторон проецируются общей оптической

системой в отсчетную плоскость микрометра и рассматриваются в мик-

роскоп 4. В последовательной схеме качество изображения одной и дру-

гой сторон круга не может быть одинаковым, так как дальняя сторона

изображается оптической системой с большим числом компонентов.

Здесь также рассматриваются поочередно изображения вертикального

и горизонтального лимбов. Это упрощает схему и не перегружает поле

отсчетного микроскопа многими окнами, т.е. упрощает отсчет. Выше

было указано, что при построении различных систем отсчета обеспечи-

вают движение изображений противоположных сторон лимба либо на-

встречу друг другу, либо в одну и ту же сторону. Если изображения

необходимо перемещать навстречу друг другу (способ коинциденс),

то оптический мостик для передачи изображения одной стороны лимба

на другую состоит из двух призм, одна из которых с крышей (рис. 68, д),

и двухкомпонентного объектива, позволяющего обеспечить юстировку

для достижения увеличения, равного 1.

Если диаметрально противоположные штрихи лимба должны образо-

вывать биссектор (рис. 68,б), то они должны смещаться в одном направ-

лении и оптический мостик в этом случае состоит из двухкомпонент-

ного объектива и двух простых отклоняющих прямоугольных призм

(см.

рис.

68,6).

Структурная обобщенная схема оптической отсчетной

системы с двусторонним отсчетом, как наиболее сложная, приведена на

рис.

69. В этой схеме можно выделить четыре функциональных участка,

разделенных плоскостями предметов и изображений:

1) осветительная система С от источника света или иллюминатора

(входного осветительного окна) - 1 до ближайшей стороны лимба /.

Рис. 68. Схема передачи изображения штрихов на противоположную сторону лимба

13 - B.C. Плотников

Рис. 69. Обобщенная оптическая схема отсчетной системы

Назначение - обеспечить достаточную и равномерную освещенность поля

отсчетного микроскопа;

2) оборачивающая система О для передачи изображения первой сто-

роны лимба / в плоскость второй стороны //. Как было отмечено, сис-

тема должна состоять из двух компонентов для юстировки увеличения,

которое должно быть равно точно единице. В системах параллельной

схемы этот участок отсутствует;

3) объектив лимба J1 служит для передачи изображения обеих сто-

рон лимба в отсчетную плоскость, где размещаются шкала микромет-

ра и разделительный блок. Эта система должна быть рассчитана с учетом

обеспечения точного значения увеличения, так как размер изображения

интервала лимба должен точно соответствовать размеру интервала шка-

лы микрометра. Для юстировки увеличения объектив должен быть как

минимум двухкомпонентным;

4) отсчетный микроскоп, состоящий из объектива Об и окуляра Ок,

служит для повышения точности отсчета по шкале микрометра. Система

микроскопа лишь увеличивает изображение шкалы микрометра и совме-

Рис. 70. Схема разделительных блоков

шенного изображения обеих сторон лимба, поэтому точной установки

увеличения ие требует.

Из приведенной обобщенной схемы можно получить любую более

простую схему, исключая тот или иной участок. Например, как было от-

мечено, в параллельной схеме участок с оборачивающей системой отсут-

ствует. В системах с односторонним отсчетом отсутствует система совме-

щения (оборачивающая система О) и система разделения пучков.

Система разделения пучков необходима для того, чтобы полу-

чить тонкую линию раздела изображений одной и другой сторон лимба,

при которой возможен точный отсчет при совмещении штрихов противо-

положных сторон лимба. Для разделения изображений лимбов применя-

ются разделительные блоки. Наиболее распространенным разделитель-

ным блоком является призма с клином (рис. 70,

А).

Половина гипоте-

нузной грани призмы посеребрена, а оптический клин с посеребренной

внешней поверхностью имеет небольшой преломляющий угол (менее

50'). Угол призмы 0 < 45°.

Применяется также разделительный блок, состоящий из двух скле-

енных призм (клиньев) (теодолит ОТ-02, теодолиты Т-2 и Т-3 фирмы

"Вильд" и др.) (рис.

70,6).

Лучи от противоположных участков круга

смещаются призмами и дальше идут одним общим пучком, причем тон-

кой разделительной линией является поверхность склейки обеих призм.

Разделительный блок призмы с клином не позволяет получить ровную

и качественную разделительную линию, так как при значительном увели-

чении отсчетного микроскопа видны все дефекты края зеркального по-

крытия на призме. Недостатком является также и то, что длина хода

лучей для ближнего и дальнего края лимба различна, что требует введе-

ния в дальнейшем ходе лучей компенсирующей плоскопараллельной

пластинки (в клиновом микрометре — на одном из клиньев). Раздели-

тельный блок из двух склеенных клиньев не имеет указанных недостат-

ков.

Расчет такого блока приведен в

[

§ 51. Отсчетные устройства нивелиров и приборов

для линейных измерений

В отсчетных устройствах нивелиров возможно использование следующих

способов отсчитывания: оценка десятых долей деления рейки; биссекти-

рование; совмещение изображений штрихов рейки. Наибольшее приме-

нение нашли первые два способа. Как было отмечено в § 47, оценка

десятых долей деления обеспечивает максимальную точность при опре-

деленной видимой величине деления и соответствующей толщине нитей

сетки.

Минимальная толщина нитей сетки составляет порядка 2—3 мкм,

а видимая величина деления рейки зависит от расстояния до нее. Кроме

того,

уменьшение величины деления требует соответственно большего

увеличения трубы. Для нивелиров оценка десятых долей интервала мо-

жет быть произведена с ошибкой не менее 0,1 где 5'

—

видимая

величина интервала. Все зто ограничивает точность при оценке десятых

Рис.

71. Схемы с различным размещением плоскопараллельной пластинки:

— перед

объективом;

6 — за

объективом

в сходящемся пучке

лучей;

в — за объ-

ективом

практически

параллельном

ходе лучей

долей интервала, поэтому этот способ применяется при нивелировании

низших классов.

Более высокую точность обеспечивает применение оптических мик-

рометров, с помощью которых измеряют расстояние от визирной оси

до ближайшего штриха рейки.

В нивелирах получило распространение использование различных

модификаций микрометров с плоскопараллельной пластинкой. Зависи-

мость между наклоном пластинки на угол / и смещением z визирного

луча аналогична приведенной в формуле

(9.8).

Однако принципиальное

значение имеют положение плоскопараллельной пластинки относительно

объектива и ход лучей в зоне размещения пластинки.

Плоскопараллельная пластинка размещена перед объективом

трубы нивелира. Пластинка размещена в параллельном ходе лучей

(рис.

71, а), и, следовательно, смещение визирного луча на рейке от рас*

стояния D до нее не зависит. Если пластинка поворачивается с помощью

механизма, состоящего из отсчетного барабана, соединенного с шестер-

ней 7, зубчатой рейки 2, на конце которой имеется палец 3, входящий

в паз оправы пластинки, то расчетная формула имеет вид:

» п - \ 2кг

/Л

z=d

—i^*>

(9Л6)

где 2 г - диаметр делительной окружности шестерни; R - расстояние

от оси пальца до оси вращения пластинки,

<р

- угол поворота барабана,

соответствующий повороту пластинки на угол /. Допускаемые значения

угла 1 рассчитывают, исходя из соображений, аналогичных приведенным

в § 49.

Опыт расчета показывает, что оптимальными значениями являются

величины z - 5 мм, Az = 0,05 мм. При этом величина //2 =17°, а

** 30 мм.

В одной

из

существующих конструкций нивелира получены следу-

ющие значения:

d = 24

мм;

2г = 6,5 мм; R = 26

мм, при

z = 5 мм и

= 1,5163

величина

<р

280°,

*p/i

« 8.

Последнее означает,

что

при

смещении луча

иа Az = 0,05 мм

барабан повернется

на Ау = 2,8°,

что более

чем

достаточно

для

уверенного поворота рукой.

В приведенной схеме толщина пластинки получается значительной,

кроме того,

на

точность существенно влияют погрешности изготовления

деталей

сборки механизма.

2. Плоскопараллельная пластинка размещена внутри трубы между

объективом

сеткой, т.е.

сходящемся пучке лучей

(рис. 71,

б). В

этом

случае имеем зависимость

= -~

tg/.

(9.17)

Формула показывает,

что

смещение визирного луча зависит

не

только

от

угла наклона пластинки

но и от

расстояния

которое,

как

известно,

является переменной величиной

при

измерениях.

Это

обстоятельство,

несмотря

на

значительно меньшую толщину пластинки

при

одинаковых

других параметрах

по

сравнению

первым вариантом,

не

позволило

применить

згу

схему

конструкциях нивелиров.

Плоскопараллельная пластинка размещена внутри трубы

практи-

чески параллельным ходом лучей

зоне пластинки. Идея этой схемы

(рис.

71,

в)

принадлежит проф.

Б.В.

Фефилову

доц. В.А.

Белицину.

Оптическая схема объектива состоит

из

трех компонентов. Первый

положительный компонент

1 и

второй отрицательный

составляют теле-

скопическую систему типа трубы Галилея, третий компонент

для

осу-

ществления фокусировки

подвижный.

Так как

плоскопараллельная

пластинка

расположена после телескопической оптической системы,

имеющей увеличение

Г, = ~f[lf\

ее

толщину рассчитывают

по

фор-

муле

d=z - — .

(9.18)

В этом варианте микрометра величина угла

получается несколько

большей,

чем

первом варианте,

но

толщина пластинки примерно

три

раза меньше.

Так,

одной

из

конструкций

при

z = 5

мм, п

—

1,5

получе-

но

г ъ

30°,

= 3

и rf = 8,6

мм.

Отсчетные приспособления дальномеров конструируются

с учетом значительно больших расстояний

до

цели,

чем при

нивелирова-

нии. Поэтому способ биссектирования применяют редко из-за изменения

промежутков между штрихом

биссектором

зависимости

от

расстоя-

ния

снижения точности. Чаще используют оценку десятых долей деле-

ния рейки; совмещение изображений штрихов рейки

со

штрихами спе-

циального нониуса; поочередное совмещение изображений штрихов

рейки. Параметры отсчетных устройств

увеличение зрительной трубы

определяют

зависимости

от

способов отсчитывания

учетом

уже

Рис. 72. Различные формы сеток при Рис. 73. Микрометр с плоскопараллель-

биссектировании ными пластинками в виде насадки

изложенных соображений. Так, при оценке десятых долей видимая

величина интервала рейки должна быть 1-1,5 мм; при оценке совмеще-

нием штрихов ошибка совмещения определяется как т = Ю"/Г\

С целью уменьшения ошибок при биссектировании на различных

расстояниях применяют специальную форму сеток и отметок рейки

(рис.

72). Предлагалась отметка рейки в виде круга (рис. 72, а) с отсчет-

ным индексом в виде клина; сетка из двух нитей под углом а 5°

(рис.

72, б); ступенчатая сетка с различным расстоянием между нитями

биссектора.

В зависимости от типа дальномера измеряют линейные или угловые

величины (см. § 57). Для измерения линейных величин применяют

микрометры с плоскопараллельными пластинками и поступательно

перемещающимися клиньями, для измерения угловых величин - микро-

метры с плоскопараллельной пластинкой, поступательно перемещающи-

мися линзами, вращающимися клиньями.

Микрометр с плоскопараллельными пластинками состоит

из одной или двух пластинок, вращающихся в разные стороны, и поме-

щается перед объективом трубы в виде насадки. При измеряемом сдви-

ге порядка 2 мм толщина пластинки получается не более 10 мм, а угол

поворота не более 10°. Пластинка 1 (рис. 73) поворачивается вокруг

оси 7 пальцем 2 и ведущим кулачком 5, который соединен с отсчетным

барабаном. Для точной юстировки коэффициента дальномера введен

ахроматический клин 5, который вращается вокруг оси 6 исправитель-

ным винтом 4.

Микрометр с плоскопараллельной пластинкой также может быть

использован для измерения малых углов. Пластинка размещается вблизи

плоскости изображения (рис. 74). Если положить, что изображение нахо-

дится в фокальной плоскости, то

- 1 i

z = d ;

Рис. 74, Микрометр с плоскопараллельной пластинкой для измерения малых углов

d(n- 1)

(9.19)

или

где а

—

угловое смещение луча на выходе объектива; /' - фокусное рас-

тояние объектива,

Микрометры с клиньями применяют либо для смещения лучей без

изменения их направления путем поступательного перемещения клиньев

вдоль или поперек визирной оси, либо для изменения направления лучей

путем вращения клиньев вокруг визирной оси или вокруг оси, перпенди-

кулярной к главному сечению клина.

Один из микрометров состоит из поступательно перемещаемого

перед объективом ахроматического клина с углом преломления до 30°.

Так как перемещение клина более 40 мм нежелательно, измеряемый

сдвиг не превышает 5 мм. По этой причине микрометры комбинируют

с верньером или шкалой.

Микрометр с вращающимися клиньями применяют для изме-

рения угловых величин.

Известно, что при вращении одного клина (рис. 75,

А)

отклоненный

луч описывает на некоторой плоскости — экране окружность. Пересе-

чение луча с плоскостью в любой момент времени (точка а ) будет соот-

ветствовать главному сечению клина АА. Если после первого клина рас-

Рис. 75. Схема микрометра с вращающимися клиньями