Устройство для поверок геодезических приборов
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРОК ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ, содержащее коллиматор с микрометром и светоотражающий элемент, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, светоотражающий элемент вьтолнен в виде многогранной призмы, фиксированной относительно отвесной линии так, что ее ребра параллельны горизонтальной плоскости , и установленной с помощью юстировочных винтов на платформе, имеющей возможность перемещения по направляющим , при этом коллиматор установлен так, что его оптическая ось перпендикулярна одной из граней призмы. (Л оо 05 со 00
СОКИ СОВЕТСКИХ
< ЛЮ<<М
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . «< ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР flO ДДЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21)- 3299269/18-10 (22) 08 ° 06.81 (46) 15.09.84. Бюп. ll- 34 (72) С.С.Перуанский (71) Казанский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. В.И.Ульянова-Ленина (53) 528.521 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР В 763682, кл. О 01 С 1/00, 1.978. 2. Шашкин В.И. Исследование систематических погрешностей астрономических теодолитов, обусловленных неправильной работой горизонтальной оси и боковым гнутием трубы. Труды ЦНИИГАиК, вып. 221, М., 1979, с. 14-15 (прототип). „SU„„1113698 А 3Ш О, 01 М 11/00 Я 01 С 25/00 (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРОК ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ, содержащее коллиматор с микрометром и светоотражающий элемент, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, светоотражающий элемент выполнен в виде многогранной призмы, фиксированной относительно отвесной линии так, что ее ребра параллельны горизонтальной плоскости, и установленной с помощью юстировочных винтов на платформе, имеющей возможность перемещения по направляющим, при этом коллиматор установлен так, что его оптическая ось перпендикулярна одной из граней призмы. 1 11 3698 2,, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что призма Изобретение относится к астрометрическому и геодезическому приборостроению и может быть использовано для исследования смещений визирной линии угломерного инструмента из-за 5 бокового гнутия и неправильностей цапф при вращении трубы вокруг горизонтальной оси. Известно устройство для поверок геодезических приборов, включающее эталонный коллиматор на общей подставке со столиком для установки испытуемого прибора и поворотный блок, размещенный между коллиматором и испытуемым прибором. Поворотный блок содержит оптическую систему, которая смещает и разворачивает пучок лучей от коллиматора в коллимационную плоскость испытуемого прибора 13. Недостатком этого устройства явL. ляется невысокая точность, обуслов- ленная недостаточной жесткостью поворотного блока и коллимационной мет одик ой р абочих и з мер ений . 25 Наиболее близким по технической сущности является устройство для поверок геодезических приборов, содержащее коллиматор с микрометром и светоотражающий элемент t22. 30 Недост ат ками данного ус тр ойс тва являются высокие требования к жесткости, невысокая точность, связанная с коллимационной методикой измерений, и длительный процесс измерений из-за необходимости попеременного наведения на коллиматор светоотражающего элемента и поверяемого прибора. Цель изобретения — повышение точности поверки. 40 Указанная цель достигается тем, что в устройстве для поверок геодезических приборов, содержащем коллиматор с микрометром и светоотражающий элемент, последний выполнен в, виде многогранной призмы, фиксированной относительно отвесной линии так, что ее ребра параллельны горизонтальной плоскости, и установленной с установлена < вози< жностью поворота вокруг вертикальной оси. помощью юстировочных винтов на платформе, имеющей возможность перемещения по направляющим, при этом коллиматор установлен так, что его оптическая ось перпендикулярна одной из граней призмы. При этом призма установлена с возможностью поворота вокруг вертикальной оси. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства, вид сбоку, на фиг. 2 — принцип его работы. Многогранная призма 1 с известными углами между гранями изготовлена из материала, имеющего коэффициент температурного расширения, близкий к нулю, что обеспечивает достаточную жесткость устройства. Чувствительная подвеска 2 позволяет призме совершать свободные колебания в вертикальной плоскости, параллельной боковым ребрам призмы, и сохранять горизонтальное положение этих ребер. Вертикальная ось 3 вращения призмы проходит через паз платформы 4 и вращается в подставке 5. Между направляющими 6 установлен исследуемый инструмент 7. Коллиматор 8 с микрометром закреплен так, что его визирная линия имеет зенитное расстояние, равное зенитному расстоянию нормали одной из граней призмы (фиг.1, грань ab ) . Жескость крепления колли. I ( матора вместе с жесткостью призмы об еспечивает т оч нЕсть измерений, поскольку деформации других деталей компенсируются чувствительностью подвески. Направляющие 6, по которым перемещается платформа 4, устанавливаются параллельно визирной линии коллиматора с точностью порядка 0 1 при исследовании больших инструментов и 0 5 при исследовании теодолитов, чт бы грань дЯ перекрывала объектив коллиматора одинаково при любых установках платформы 4. Направляющие 6 могут быть выполнены горизонталь3 11136 >н1ми, но в .>тс>м случае опоры нлатформы 4 должны иметь переменную высоту. При подготовке к измерениям исследуемый инструмент 7 устанавливают так, чтобы его коллимационная плоскость совпадала с вертикальной плоскостью, проходящей через визирную линию коллиматора 8. Платформе 4 придают такое положение, чтобы перед объективом горизонтально расположенной трубы исследуемого инструмента была установлена вертикальная грань (фиг.1, грань c"а") . Подставку 5 нивелируют, чтобы придать оси 3 верти— кальное положение с точностью, которая обеспечивает возможность чувствительной подвеске приводить призму в неизменное положение по отношению к отвесной линии. Устанавливают иа микрометре этого инструмента бесколлимационный отсчет и совмещают автоколлимационное изображение вертикальной нити микрометра с самой нитью поворотом призмы вокруг вертикальной оси 3, после чего приступают к измерениям. Определяют автоколлимационный отсчет мик1>ометра исследуемого инструмента M„"„ èñпользуя грань С"о", и отсчет p микрометра коллиматора 8, используя грань a 6 . Выводят призму из равновесия и после того, как она остановится, снимают повторные отсчеты М„, „ и т.д. Снимают N отсчетов М „ >,1, гпе 1 = 1,2 ...,М. Поворачивают призму на 180 вокруг оси 3 и определяют аналогичные ! отсчеты микрометров Mq (по грани с а ) и ы- (по грани с "Ь"), i = 1, >,! >>> 40 2,...,N, Определяют среднее значение отсчетов >! 1 >! 1 Я = —,5 м 1 М„= —,, Ем, 11 у1 45 1И и 4Ы д" 4 Затем переводят визирную линию исследуемого инструмента на высоту o z, равную разности зенитных расстоя-5 ний нормапей к смежным граням призмы. Платформе 4 придают такое положение, чтобы автоколлимационное изображение сетки нитей инструмента строилось с использованием грани, смежной 55 с вертикальной (фиг. 1, грань а 6 ) . Снимают отсчеты, аналогичные описан>! >! ным: М ),) э Mg, Яц, j = 1,2,...,N. 98 4 Последовательность операций повторяют для всех граней нижней части призмы, нормали которых могут быть совмещены с визирной линией исследуемого инструмента вплоть до горизонтальной К-той грани (фиг.1, грань с с ), которая дает отсчеты Мф у", » М, у,, j=1,2,...,N. Если перед объективом инструмента при разных зенитных расстояниях z его визирной линии устанавливать плоское зеркало, нормаль к которс>му лежит в коллимационной плоскости инструмента, то автоколлимационные отсчеты микрометра при совмещении вертикальной нити с ее изображением являются функцией от зенитного расстояния z, коллимации С и наклонности горизонтальной оси инструмента Круг ZPO (фиг.2) представляет коллимационную плоскость инструмента, дуга 00 — коллимацию с, угол P О Рнаклонность горизонтальной оси Если бы инструмент обладал только одной погрешностью — коллимацией, то при установке визирной линии на разные она двигалась бы по малому кругу 0 P z и угол между нормалью зеркала, лежащей в плоскости OPP. и визирной линией бып бы всегда. равен коллимации с (М,-M)R=c, (1) где М вЂ” автоколлимационный отсчет микрометра на зенитном расстоянии г; М вЂ” отсчет, принятый для нуль-. пункта микрометра; R — цена оборота микрометра. При наличии наклонности горизонтальной оси 1. траекторией визирной линии является малый круг О Р Я . Из узкого треугольника P 0 P", в котором 0 P = 90 - г, с P О P" находим P P" = i ces г и уравнение (1) принимает вид (М вЂ” M)R = с + i cos г, (2) Если определить автоколлимационные отсчеты М на разных зенитных расстояниях, то получим систему уравнений (2), иэ которой по способу наименьших квадратов определяются и с. Наличие бокового гнутия и неправильностей цапф приводит к тому, что невязки условных уравнений, полученные при подставке в них найденных i и с имеют систематическую зависимость от Е, которая и представля1 11 13698 ет собой влияние этих погрешностей на отсчеты микрометра. Таким образом, теория устройства .выливается в учет факторов, которые отклоняют нормалЬ к зеркальной поверхности от коллимационной плоскости исследуемого инструмента. Таковыми факторами являются: повороты призмы вокруг вертикальной оси; ее наклонность, т.е. поворот вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной к боковым ребрам, пирамидальность призмы (угол между линией пересечения граней, которые создают автоколлимационное изображение сетки нитей коллиматора и остальными гранями призмы). На фиr. 2 угол аАз — поворот призмы вокруг вертикальной оси, вследствие которого нормаль к грани пересекает небесную сферу не в точке коллимационной плоскости б, а в точке G, угол — наклонность призмы, смещающая нормаль на величину 0 6 и 11 — пирамидальность поворачивающая нормаль на величину 6 8". Таким обра1„ зом, реальный автоколлимационный отсчет микрометра M. отличается от бесколлимационного отсчета М HG величину М -M>=© 6 (1""»РУ« Считаем, что направление нормали к грани является направление света, падающего на грань. Тогда в узких треугольниках z 88 и Е8 8" z б= 180 — г, R8 " = 90 — z. Из этих треугольников ЯЯ =4Д ЫиЕ, 6 О = 3>cos Й.,;3) Следовательно1 (4) L 1СОЗЯеt- ko Shy ) =1 Я g)Р g t 4 -P>P» <»st -э,cga я ив i 1- 3 со 4 + $ С ъсбз1е+ kgsi Ие = (М -Щ Р-(„"— / е РЗР 0 С SI q -," йР„С 1, Z« " q »< "Уе . Для исключения влияния наклонности призмы Зе и 3 эти два уравнения складываются и делятся пополам. Члены 55 содержащие Зе и ф, при этом сокраша« ются, так как 3 = 3y благодаря чувствительной подвеске. 6кончательное уравнение имеет вид (5) (N p -Я Р = дД ь ы 7.- $ Величина р должна быть заблаго3 .временно определена при калибровке призмы, влияние наклонности Л1 исклю чается благодаря чувствительной лод— веске призмы. Для определения поворотов призмы аА используется коллиматор 8. 0 j ъ/ отсчет микрометра коллиматора, когда вертикальная нить его лежит в коллимационной плоскости исследуемого инструмента. Реальный автоколлимационный отсчет Р> отличается от „И вследствие наклонности призмы Л1 и поворота A . Согласно (3) где — цена оборота винта микрометра коллимат ор а, z зенитное расстояние визирной линии коллиматора. Если бы визирная линия коллиматора лежала точно в коллимационной плоскости инструмента, .то отсчет М равнялся бы отсчету, соответствующему нульпункту микрометра. На 10 самом деле вертикальная ппоскость, в которой лежит визирная линия коллиматора, и коллимационная плоскость инструмента образуют малый угол к,, поэтому 15 (pa-)1)Я козе к (6) Из (S) и (6) определяется 4А 1 = pjpôÑÎÇe Яы 3дс Я tc Кр (7) . Из выражений (2), (4) и (6) полу,чается уравнение для обработки наблюд ений C cost+ к з1и р =Щ-g)g», CQSPC Pg 91W9-QjC+8 1k Р (8) + 3j соз.2 +g Система уравнений (8) решается относительно неизвестных с,, к по способу наименьших квадратов; Невязки условных уравнений с(характеризуют влияние бокового гнутия и неправильностей цапф на отсчеты микрометра. Чтобы получить поправки для компенсации этих погрешностей к отсчетам горизонтального круга д А, используется формула 5 Az = dz case@. 2 (9) 40 В уравнение (8) подставляются усредненные отсчеты, полученные для — той грани 1113698 9 иг.2 Составитель В. Наумов Техред Т.Фанта Корректор Е.Сирохман Редактор А.Гулько Заказ 6609/35 Тираж 822 Подпис ное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий f 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб ., д . 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Q s 1 coS Ь + K з)И 4 g = (M g — M) 0+ (Jl1 «у)р с);)вес chef <(g + g ), (f 0) у,. ()АИс) ph"в.",) Система уравнений (10) содержит столько уравнений, сколько рабочих граней призмы используется для определения отсчетов. В предлагаемом устройстве точность определения повышается вследствие того, что требования к жесткости конструкции меньше, так как процедура сравнения отсчетов микрометра при В 90 и при 2. Ф 90 занимает меньше времени,.чем при использовании устройства-прототипа. Время .исследования сокращается за счет того, что инструмент исследуется сразу и непосредственно с помощью светоотражающего элемента, тогда как в прототипе светоотражающий элемент используется сначала для промежуточной калибровки и только после этого на стенд устанавливается исследуемый инструмент. г Достичь высокой жесткости устройства проще, так как используется коплиматор, который можно устано; вить на фундаменте, а не на кронштей. 5 не. Жескость призмы при. ее изготовлении из материала с коэффициентом расширения близким к нулю (например, из ситалла), достаточно высокая, в то время как цапфы эталонной осиснашиваются и требуют постоянного контроля. Деформации всех остальных деталей устройства компенсируются благодаря чувствительной подвеске призмы. Выигрыш в точности измерений sa счет большей жесткости устройства особенно заметен в случае исследования больших меридианных инструментов, так как построить достаточно жесткий кронштейн для крепления коллиматоров в этом случае весьма затруднительно. В устройстве используется \ только автоколлимационное визирование, которое вдвое точнее коллима-. ционного, используемого в прототипе.
