RU2079104C1

RU2079104C1 - Theodolite

Info

Publication number: RU2079104C1
Application number: RU94007103A
Authority: RU
Inventors: Петр Тимофеевич Добрынин; Тимофей Петрович Старцев
Original assignee: Петр Тимофеевич Добрынин; Тимофей Петрович Старцев
Priority date: 1994-03-01
Filing date: 1994-03-01
Publication date: 1997-05-10

Abstract

FIELD: geodetic instrument engineering, intended for geodetic, mine and engineer surveys. SUBSTANCE: theodolite has a through hole in the vertical axis providing for observation of marks in the area of the nadir point. For observation use is made either replacement of the set of hairs, or addition of the number of hairs of the main set, or observation of an additional set of hairs conjugate to the main one. Provision is made for application of an additional set of hairs on a vertical circle passing through the focal plane of the objective lens of the telescope. To lay the axis of sight on the zenith and nadir points, provision is made for a reversible level on the telescope. EFFECT: improved design. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и предназначено для геодезических, маркшейдерских и инженерных съемок. The invention relates to geodetic instrumentation and is intended for geodetic, surveying and engineering surveys.

При изменении углов треугольников, образующих съемочные сети, узлы сети отмечают на местности пилонами с металлическими марками, а в тоннелях, штольнях и зданиях металлическими марками в полу или перекрытии. Во время измерения углов сети проекция вертикальной оси вращения теодолита должна либо совпадать с центром марки, либо быть смещена с нее на известное расстояние по известному направлению, которые учитываются при вычислении координат узлов сети. When the angles of the triangles forming the filming networks change, the nodes of the network are marked on the ground with pylons with metal marks, and in tunnels, adits and buildings with metal marks in the floor or ceiling. During the measurement of the network angles, the projection of the vertical axis of rotation of the theodolite should either coincide with the center of the mark, or be offset from it by a known distance in a known direction, which are taken into account when calculating the coordinates of the network nodes.

Оптические центриры, встроенные в теодолиты, позволяют производить центрирование над маркой. Их недостаток малое увеличение зрительной трубы (5.8 крат). Это обеспечивает центрирование с необходимой точностью только при небольших (1,5.5 м) разностях высот марки и теодолита. При больших разностях высот используют специальные прецизионные оптические центриры с вертикальным расположением визирной оси зрительной трубы и измерительной координатной сеткой в ее фокальной плоскости. Их ставят вместо теодолита точно на то же место и визируют вертикальным лучом в точку надира или зенита, где находится марка. Большое увеличение зрительной трубы, такое же, как у теодолита, позволяет получить высокую точность центрирования при визировании до высот порядка 100 м. Однако установка центрира на подставку вместо теодолита сопровождается ошибками из-за несовпадения проекций вертикальных осей двух разных приборов. Optical plummet embedded in theodolites allow centering over the mark. Their disadvantage is a small increase in the telescope (5.8 times). This provides centering with the necessary accuracy only at small (1.5.5 m) differences in the heights of the mark and theodolite. For large differences in heights, special precision optical centers are used with a vertical location of the sight axis of the telescope and a measuring coordinate grid in its focal plane. They are placed instead of theodolite in exactly the same place and endorsed with a vertical beam at the point of nadir or zenith, where the mark is located. A large magnification of the telescope, the same as that of the theodolite, allows one to obtain high centering accuracy when sighting to heights of the order of 100 m.However, installing a plummet on a stand instead of a theodolite is accompanied by errors due to mismatch of the projections of the vertical axes of two different devices.

Возможно наблюдение и измерение положения марки близ точки зенита с помощью зрительной трубы самого теодолита, снабженного окулярной зенитной призмой. При этом отсчитывают положение визирной оси по вертикальному кругу. Однако наклоны трубы позволяют производить наведение только в коллимационной плоскости, а наблюдение близ точки надира невозможно из-за того, что направление вниз закрыто корпусом и вертикальной осью теодолита. It is possible to observe and measure the position of the mark near the zenith point using the telescope of the theodolite itself, equipped with an ocular zenith prism. In this case, the position of the line of sight on the vertical circle is counted. However, the slopes of the pipe allow guidance only in the collimation plane, and observation near the nadir point is impossible due to the fact that the downward direction is closed by the body and the vertical axis of the theodolite.

Близким по своей технологической сущности к изобретению является номограммный теодолит /1,2/. В нем вертикальный круг установлен на статоре горизонтальной оси вращения зрительной трубы с возможностью поворота вокруг нее (для горизонтирования), а зрительная труба выполнена с призменной системой сопряжения фокальной плоскости объектива с плоскостью делений вертикального круга. Однако конструкция этих приборов не рассчитана на поворот трубы для наблюдения в зенит, а направление в надир закрыто корпусом. Close in its technological essence to the invention is the nomogram theodolite / 1,2 /. In it, a vertical circle is mounted on the stator of the horizontal axis of rotation of the telescope with the possibility of rotation around it (for leveling), and the telescope is made with a prism system for pairing the focal plane of the lens with the vertical division plane. However, the design of these devices is not designed to rotate the pipe for observation at the zenith, and the direction to the nadir is closed by the housing.

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является теодолит /1/. Особенностью этого теодолита является то, что основание теодолита, вертикальная ось и алидада выполнены со сквозными отверстиями, концентричными с вертикальной осью вращения. Closest to the invention in its technical essence is theodolite / 1 /. A feature of this theodolite is that the base of the theodolite, the vertical axis and the alidade are made with through holes concentric with the vertical axis of rotation.

Однако такая система не может обеспечить высокую точность измерений близ точки надира из-за отсутствия сопряжения размера отверстия вертикальной оси со световым диаметром объектива. При изменении положения объектива относительно отверстия меняются сферохроматические аберации от используемого для наблюдений участки объектива и происходит искажение направления визирной оси. However, such a system cannot provide high accuracy of measurements near the nadir point due to the lack of conjugation of the hole size of the vertical axis with the light diameter of the lens. When changing the position of the lens relative to the hole, spherochromatic aberrations from the parts of the lens used for observations change and the direction of the line of sight is distorted.

Задачей изобретения является получение возможности проведения прецизионных измерений для центрирования теодолита с использованием зрительной трубы того же самого инструмента путем наблюдения в зените или надире с использованием специально рассчитанных на это сеток нитей. The objective of the invention is to obtain the possibility of precision measurements to center the theodolite using a telescope of the same instrument by observation at the zenith or nadir using specially designed grids of threads.

Указанный технический результат достигается усовершенствованием конструкции теодолита, содержащего основание со статором вертикальной оси вращения горизонтальным угломерным кругом, алидаду на роторе вертикальной оси, горизонтальную ось вращения со зрительной трубой, содержащей объектив, сетку нитей и окуляр, и вертикальный угломерный круг, причем основание теодолита, вертикальная ось и алидада выполнены со сквозными отверстиями, концентричными вертикальной осью вращения. The specified technical result is achieved by improving the design of the theodolite containing a base with a stator of a vertical axis of rotation by a horizontal goniometer circle, an alidade on the rotor of a vertical axis, a horizontal axis of rotation with a telescope containing a lens, a network of filaments and an eyepiece, and a vertical goniometer circle, the base of the theodolite, vertical the axis and alidad are made with through holes concentric with the vertical axis of rotation.

Отличительными особенностями усовершенствованного теодолита является то, что зрительная труба и алидада выполнены с возможностью установки оптической оси зрительной трубы в отвесное положение объективом вверх и вниз, диаметры сквозных отверстий в основании теодолита, вертикальной оси и алидаде превышают световой диаметр объектива зрительной трубы с учетом угла поля зрения и эксцентриситета оптической оси зрительной трубы, направленной в надир, относительно вертикальной оси вращения теодолита. При этом зрительная труба выполнена с возможностью или смены сетки нитей, или дополнения числа ее штрихов, или наблюдения дополнительной сетки, сопряженной с основной. Distinctive features of the improved theodolite is that the telescope and alidade are made with the possibility of installing the optical axis of the telescope in a vertical position with the lens up and down, the diameters of the through holes in the base of the theodolite, vertical axis and alidade exceed the light diameter of the telescope lens taking into account the angle of the field of view and the eccentricity of the optical axis of the telescope directed into the nadir, relative to the vertical axis of rotation of the theodolite. In this case, the telescope is made with the possibility of either changing the grid of filaments, or supplementing the number of its strokes, or observing an additional grid conjugated with the main one.

В зрительную трубу могут быть введены светоделительный кубик, закрепленные на ее корпусе дополнительная сетка нитей и проекционная оптическая система, сопрягающая изображение штрихов дополнительной сетки со штрихами основной сетки. A beam splitter cube can be inserted into the telescope, an additional filament grid and a projection optical system, which combines the image of the strokes of the additional grid with the strokes of the main grid, mounted on its casing.

Штрихи, дополняющие штрихи основной сетки, могут быть нанесены на участках вертикального круга или его дополнительных секторов, обращенных в зенит и надир, зрительная труба снабжена призменной системой сопряжения ее фокальной плоскости с плоскостью штрихов вертикального круга или дополнительных секторов, а вертикальный круг или дополнительные сектора закреплены на статоре вертикальной оси вращения с возможностью поворота вокруг нее для установки в отвесное положение дополнительных штрихов. The strokes complementary to the strokes of the main grid can be applied to sections of the vertical circle or its additional sectors facing zenith and nadir, the telescope is equipped with a prism system for pairing its focal plane with the plane of the strokes of the vertical circle or additional sectors, and the vertical circle or additional sectors are fixed on the stator of the vertical axis of rotation with the possibility of rotation around it for installation in a vertical position of additional strokes.

В зрительную трубу с вертикальным кругом в фокусе объектива между вертикальным кругом или его дополнительными секторами и окуляром может быть введена проекционная система, передающая изображение штрихов в плоскость основной сетки нитей, установленной в фокусе окуляра. A projection system can be introduced into the telescope with a vertical circle at the focus of the lens between the vertical circle or its additional sectors and the eyepiece, which transmits the image of the strokes to the plane of the main filament network installed at the focus of the eyepiece.

На зрительной трубе может быть установлен реверсивный уровень, оси которого расположены в вертикальной плоскости ортогонально визирной оси и горизонтальной оси вращения зрительной трубы. A reversing level can be installed on the telescope, the axes of which are located in the vertical plane orthogonal to the line of sight and the horizontal axis of rotation of the telescope.

Изобретение позволяет производить прецизионное наведение зрительной трубы на точку надира и производить измерения в области вокруг точек зенита и надира, что невозможно в существующих конструкциях теодолита. The invention allows precise guidance of the telescope at the nadir point and measurements in the area around the zenith and nadir points, which is not possible in existing theodolite designs.

На фиг. 1 4 изображены возможные варианты исполнения теодолита. На них обозначены: 1 основание теодолита, 2 алидада, 3 вертикальная ось вращения, 4 объектив зрительной трубы, 5 вертикальный круг, 6 деталь статора горизонтальной оси, 7 призмы (1.4), 8 окуляр, 9 горизонтальный круг, 10 отверстие в вертикальной оси вращения, 11 стойка алидада, 12 - проекционный объектив оборачивающей системы, 13 реверсивный уровень, 14 - горизонтальная ось вращения, 15 основная (обычно крестообразная) сетка нитей, 16 дополнительная сетка нитей, 17 компенсационная стеклянная пластина, 18 светоделительный кубик. In FIG. 1 to 4 illustrate possible theodolite designs. On them are indicated: 1 base of theodolite, 2 alidade, 3 vertical axis of rotation, 4 telescope lens, 5 vertical circle, 6 stator detail of the horizontal axis, 7 prisms (1.4), 8 eyepieces, 9 horizontal circles, 10 holes in the vertical axis of rotation , 11 Alidad stand, 12 - projection lens of the wrapping system, 13 reverse level, 14 - horizontal axis of rotation, 15 main (usually cross-shaped) grid of threads, 16 additional grid of threads, 17 compensation glass plate, 18 beam splitting cube.

На фиг. 1 4 показаны различные варианты исполнения теодолита, связанные единым замыслом смены или дополнения сеток нитей при наблюдении точек в зените и надире и при обычных наблюдениях визирных целей. In FIG. Figures 1 to 4 show various theodolite designs associated with a common idea of changing or supplementing the nets of threads when observing points at the zenith and nadir and in ordinary observations of sighting targets.

Теодолит устанавливается на подставке основанием 1. Основание 1 соединено с алидадой 2 вертикальной осью вращения 3. На ее статоре крепится горизонтальный круг 9, а в роторе выполнено сквозное отверстие 10. На стойках алидады 11 находится горизонтальная ось вращения 14, вертикальный круг 5 и зрительная труба, содержащая объектив 4, окуляр 8 и сетку нитей 15. К ней прикреплен реверсивный уровень 13. Theodolite is mounted on a stand with base 1. Base 1 is connected to the alidade 2 by a vertical axis of rotation 3. A horizontal circle 9 is mounted on its stator and a through hole 10 is made in the rotor. On the stands of the alidade 11 there is a horizontal axis of rotation 14, a vertical circle 5 and an telescope comprising a lens 4, an eyepiece 8 and a grid of filaments 15. A reverse level 13 is attached to it.

На фиг. 1 показан вариант исполнения, где в окулярной части зрительной трубы установлен барабан, несущий, кроме основной сетки нитей 15, дополнительную сетку нитей 16, а реверсионный уровень 13 снабжен оптической системой для наблюдения совмещения противоположных концов пузырька. In FIG. 1 shows an embodiment where a drum is installed in the eyepiece of the telescope, which, in addition to the main grid of threads 15, carries an additional grid of threads 16, and the reversion level 13 is equipped with an optical system for observing the alignment of the opposite ends of the bubble.

На фиг. 2 показан вариант исполнения, в котором применены неподвижная сетка 15 с крестообразной конфигурацией нитей, изображенная на фиг. 2в, компенсационная пластина 17 без каких-либо делений и дополнительная сетка нитей 16 с прямоугольной конфигурацией нитей, изображенной на фиг. 2г. В положении, изображенном на фиг. 2а наблюдателю в окуляр видно изображение, соответствующее фиг. 2в. В положении, изображенном на фиг. 2б, наблюдатель видит конфигурацию в виде сетки квадратов, образованную сложением сеток 15 и 16 (суммарное изображение сеток фиг. 2в и фиг. 2г). In FIG. 2 shows an embodiment in which a fixed grid 15 with a cross-shaped yarn configuration as shown in FIG. 2c, the compensation plate 17 without any divisions and an additional grid of threads 16 with the rectangular configuration of the threads shown in FIG. 2g In the position shown in FIG. 2a, an image corresponding to FIG. 2c. In the position shown in FIG. 2b, the observer sees the configuration in the form of a grid of squares formed by the addition of grids 15 and 16 (the total image of the grids of Fig. 2c and Fig. 2d).

На фиг. 3а изображен вариант исполнения, в котором зрительная труба выполнена со светоделительным кубиком 18 и проекционной системой, состоящей из дополнительной сетки 16, двух призм 7 и проекционного объектива 12. In FIG. 3a shows an embodiment in which the telescope is made with a beam splitting cube 18 and a projection system consisting of an additional grid 16, two prisms 7 and a projection lens 12.

На фиг. 3б изображен вариант исполнения, в котором призма 7(1) сопрягает фокальную плоскость объектива 4 с плоскостью делений вертикального круга 5, нанесенных на его левой стороне. Основные крестообразные нити нанесены на правой стороне сетки 15, установленной с небольшим зазором относительно вертикального круга 5, обеспечивающем однородное наблюдение делений на сетке и на круге за счет глубины резкости. Наблюдение в окуляр 8 производится через призму 7(2). Конфигурация нитей на вертикальном круге в участках зенита и надира аналогична фиг. 2 г. Вертикальный круг 5 установлен на статоре горизонтальной оси 14 с возможностью юстировочного вращения вокруг нее. Может использоваться и дополнительный сектор вертикального круга. In FIG. 3b shows an embodiment in which a prism 7 (1) matches the focal plane of the lens 4 with the plane of the divisions of the vertical circle 5 deposited on its left side. The main cruciform filaments are applied on the right side of the grid 15, installed with a small gap relative to the vertical circle 5, which provides uniform observation of the divisions on the grid and on the circle due to the depth of field. Observation through the eyepiece 8 is made through the prism 7 (2). The configuration of the threads on a vertical circle in the zenith and nadir portions is similar to FIG. 2, the Vertical circle 5 is mounted on the stator of the horizontal axis 14 with the possibility of alignment rotation around it. An additional sector of the vertical circle can also be used.

На фиг. 4 изображен вариант исполнения, в котором между вертикальным кругом 5 и основной сеткой нитей 15 введена проекционная система, состоящая из трех призм 7(2), 7(3), 7(4) и объектива 12. В такой системе может быть выполнено точное сопряжение изображений наблюдаемых предметов, сетки нитей 15 и делений вертикального круга 5, закрепленного на статоре горизонтальной оси 14 с помощью детали 6. Здесь также может использоваться дополнительный сектор вертикального круга. In FIG. 4 shows an embodiment in which a projection system consisting of three prisms 7 (2), 7 (3), 7 (4) and lens 12 is introduced between the vertical circle 5 and the main grid of threads 15. In such a system, exact pairing can be performed images of observed objects, a grid of threads 15 and divisions of the vertical circle 5, mounted on the stator of the horizontal axis 14 using part 6. Here, an additional sector of the vertical circle can also be used.

Теодолит работает следующим образом. При наблюдении объектов, расположенных близ точки надира, после горизонтирования прибора трубу опускают объективом 4 вниз. Отсчет по вертикальному кругу 5 при этом должен соответствовать вертикальному положению визирной оси. Перекрытие сетки нитей 15 в этом случае направлено в точку надира. Наблюдение при этом производится через отверстие 10 вертикальной оси. Переключая барабан на сетку 16 или используя сетку, нанесенную на надирном участке вертикального круга или дополнительного сектора, или же проекцию сетки 16 проекционной системой по фиг. 3а, можно произвести отсчет смещения оси теодолита от марки, над которой центрируется теодолит. Наиболее точное положение визирной оси может быть определено после приведения в нульпункт пузырька реверсионного уровня 13 за счет наклона зрительной трубы вокруг горизонтальной оси 14. В ортогональной плоскости горизонтирование выполняется с помощью уровня на алидаде, не показанного на чертеже. Theodolite works as follows. When observing objects located near the nadir point, after leveling the device, the pipe is lowered with the lens 4 down. The countdown in a vertical circle 5 should correspond to the vertical position of the sighting axis. Overlapping the grid of threads 15 in this case is directed to the nadir point. In this case, observation is made through the hole 10 of the vertical axis. By switching the drum to the mesh 16 or using the mesh deposited on the nadir portion of the vertical circle or additional sector, or the projection of the mesh 16 by the projection system of FIG. 3a, it is possible to count the displacement of the axis of the theodolite from the mark over which the theodolite is centered. The most accurate position of the line of sight can be determined after bringing the bubble of the reversion level 13 into the nullipoint by tilting the telescope around the horizontal axis 14. In the orthogonal plane, leveling is performed using the level on the alidade, not shown in the drawing.

Устранение неточной юстировки прибора может быть выполнено путем отсветов при четырех положениях теодолита, отличающихся по азимуту на 90 градусов друг от друга. Elimination of inaccurate alignment of the device can be performed by glitches at four positions of the theodolite, differing in azimuth by 90 degrees from each other.

Аналогичным образом поступают при наблюдении близзенитной точки, с той лишь разницей, что зрительную трубу направляют объективом вверх. Для удобства визирования следует пользоваться окулярными призмами или специальными окулярными насадками, позволяющими вести наблюдение в зените. Они выпускаются серийно. They do the same when observing the near-zenith point, with the only difference being that the telescope is directed upward by the lens. For the convenience of sighting, ocular prisms or special ocular nozzles should be used, allowing observation at the zenith. They are mass-produced.

Технико-экономическое преимущество использования предложенного теодолита заключается в повышении точности центрирования без использования дополнительных приборов. The technical and economic advantage of using the proposed theodolite is to increase the centering accuracy without the use of additional devices.

Claims

1. Theodolite containing a base with a stator of a vertical axis of rotation and a horizontal goniometer circle, an alidade on the rotor of a vertical axis, a horizontal axis of rotation on racks of an alidade with a vertical goniometer circle on its stator and a telescope containing a lens, a main network of threads and an eyepiece mounted on the rotor, and the base of the theodolite, the vertical axis and the alidade are made with through holes concentric with the vertical axis of rotation, characterized in that the telescope and alidade are made with the possibility of By setting the optical axis of the telescope upright with the lens up and down, the diameters of the through holes in the base of the theodolite, the vertical axis and the alidade exceed the light diameter of the telescope lens taking into account the angle of the field of vision and the eccentricity of the optical axis of the telescope directed to the nadir relative to the vertical axis of rotation theodolite, and in the telescope is installed with the possibility of changing the grid of threads or an additional grid, conjugated with the main.

2. Theodolite according to claim 1, characterized in that a beam splitting cube is inserted into the telescope, and the additional grid is paired with the main grid using a projection optical system.

3. Theodolite according to claim 1, characterized in that the vertical circle or additionally introduced sectors of the vertical circle facing the zenith and nadir are mounted on the stator of the horizontal axis of rotation, the telescope is equipped with a prism system for pairing its focal plane with the dash plane of the vertical circle or additional sectors facing zenith and nadir, grid strokes are applied to complement the strokes of the main cruciform grid to a rectangular coordinate grid.

4. Theodolite according to claim 3, characterized in that a projection system is introduced into the telescope between the vertical circle or its additional sectors and the eyepiece, which transmits the images of the strokes in the auxiliary grid to the plane of the main filament network installed at the focus of the eyepiece.

5. Theodolite according to any one of paragraphs. 1 to 4, characterized in that the reversing level is mounted on the telescope, the axes of which are located in the vertical plane orthogonal to the sight axis and the horizontal axis of rotation of the telescope.