RU2383862C1 - Method for alignment of metering instrument and device for its realisation (versions) - Google Patents
Method for alignment of metering instrument and device for its realisation (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2383862C1 RU2383862C1 RU2008128890/28A RU2008128890A RU2383862C1 RU 2383862 C1 RU2383862 C1 RU 2383862C1 RU 2008128890/28 A RU2008128890/28 A RU 2008128890/28A RU 2008128890 A RU2008128890 A RU 2008128890A RU 2383862 C1 RU2383862 C1 RU 2383862C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- centering
- calculating
- block
- unit
- error
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области геодезического приборостроения и может быть использовано при установке геодезического прибора в рабочее положение, а именно при центрировании прибора с целью исключения погрешности центрирования в измеряемых прибором величинах. Преимущественное использование изобретения - в электронных геодезических приборах, например электронных тахеометрах, светодальномерах, в лазерных приборах, задающих горизонтальные направления и др., для центрирования отражателей, визирных марок и целей. Помимо этого изобретение может быть использовано и при центрировании оптических приборов, в основном теодолитов.The invention relates to the field of geodetic instrument engineering and can be used when installing a geodetic instrument in a working position, namely when centering the instrument in order to eliminate centering errors in the values measured by the instrument. The predominant use of the invention is in electronic geodetic instruments, for example electronic total stations, light-range finders, in laser instruments that specify horizontal directions, etc., for centering reflectors, target marks and targets. In addition, the invention can be used for centering optical devices, mainly theodolites.
Известен способ измерения горизонтальных углов с автоматическим центрированием теодолита и сигналов, включающий центрирование теодолита и подставок в наблюдаемых точках, последовательную перестановку теодолита и сигналов в подставках (см. Борщ-Компониец В.И., Навитний A.M., Кныш Г.М. Маркшейдерское дело. Учебник для техникумов. - М.: Недра, 1985, с.119-120).A known method of measuring horizontal angles with automatic centering of the theodolite and signals, including centering the theodolite and supports at the observed points, sequential rearrangement of the theodolite and signals in the supports (see Borshch-Komponets V.I., Navitny AM, Knysh G.M. Mine surveying. A textbook for technical schools. - M .: Nedra, 1985, p.119-120).
Недостатком известного способа является сравнительно высокая трудоемкость производства измерений, а также использование для измерений нескольких штативов с целью переустановки на них теодолита и сигналов.The disadvantage of this method is the relatively high complexity of the measurement, as well as the use of several tripods for measurements in order to reinstall theodolite and signals on them.
Известен также способ центрирования геодезического прибора с помощью оптического центрира, взятый в качестве прототипа, при котором штатив устанавливают так, чтобы одна из его ножек оказалась на некотором удалении от точки, в которой производится центрирование, а за две другие ножки штатив перемещают, добиваясь расположения вертикальной оси оптического центрира вблизи точки центрирования и наблюдая за горизонтальностью положения головки штатива. После окончания предварительной установки штатива его ножки укрепляют, продолжая центрирование прибора при вдавливании их в землю. Затем, ослабив становой винт, измерительный прибор перемещают на головке штатива до совмещения центра сетки оптического центрира с точкой центрирования (см., например, Федоров В.И., Титов А.И., Холдобаев В.А. Практикум по инженерной геодезии и аэрогеодезии: Учебное пособие для вузов. - М.: Недра, 1987, с.56, §21).There is also a method of centering a geodetic instrument using an optical plummet, taken as a prototype, in which the tripod is mounted so that one of its legs is at some distance from the point at which the centering is performed, and the tripod is moved for the other two legs, achieving a vertical position axis of the optical plummet near the centering point and observing the horizontal position of the tripod head. After the pre-installation of the tripod is completed, its legs are strengthened, continuing to center the device when they are pressed into the ground. Then, loosening the set screw, the measuring device is moved to the tripod head until the center of the optical center line grid is aligned with the center point (see, for example, Fedorov V.I., Titov A.I., Holdobaev V.A. Workshop on engineering geodesy and aero geodesy : Textbook for universities. - M .: Nedra, 1987, p.56, §21).
Недостатками указанного способа являются следующие: сравнительно большие затраты времени при вынужденном центрировании методом последовательных приближений, поскольку при каждом приведении вертикальной оси вращения измерительного прибора в отвесное положение нарушается горизонтирование прибора. В свою очередь, горизонтирование прибора приводит к нарушению выполненного центрирования и т.д. Кроме этого, остается неизвестным влияние остаточной величины погрешности центрирования.The disadvantages of this method are the following: a relatively large amount of time for forced centering by the method of successive approximations, since each time the vertical axis of rotation of the measuring device is brought into a vertical position, the instrument is not aligned horizontally. In turn, leveling the device leads to a violation of the centering, etc. In addition, the effect of the residual centering error remains unknown.
Известны устройства для центрирования геодезических приборов и оборудования, содержащие посадочные места для однозначной установки измерительных средств, чем обеспечивается центрирование с высокой точностью (см. Геодезические методы исследования деформаций сооружений / А.К.Зайцев, С.В.Марфенко, Д.Ш.Михелев и др. - М.: Недра, 1991, с.29-32).Known devices for centering geodetic instruments and equipment containing seats for the unambiguous installation of measuring instruments, which ensures centering with high accuracy (see Geodetic methods for studying the deformation of structures / A.K. Zaitsev, S.V. Marfenko, D.Sh. Mikhelev et al. - M .: Nedra, 1991, p.29-32).
Недостатком указанных устройств является необходимость их стационарного закрепления на специальных устойчивых основаниях, что исключает возможность их использования при производстве массовых измерений.The disadvantage of these devices is the need for their stationary fixing on special stable bases, which excludes the possibility of their use in the production of mass measurements.
Известны устройства для автоматического центрирования теодолита и сигналов (визирных целей), состоящие из зрительной трубы, вращательно соединенной с баксой, которая вставляется во втулку подставки углоизмерительного прибора или сигнала, двух накрест расположенных цилиндрических уровней, прикрепленных к баксе. При использовании указанного устройства выполняют нивелирование и центрирование подставки, установленной на штатив, в которую устанавливают затем измерительный прибор или сигнал (см. Гусев Н.А. Маркшейдерско-геодезические инструменты и приборы. - М.: Недра, 1968, с.304-306).Known devices for the automatic centering of theodolite and signals (sighting targets), consisting of a telescope rotationally connected to the buck, which is inserted into the stand sleeve of the angle measuring device or signal, two crosswise cylindrical levels attached to the buck. When using the specified device, leveling and centering of the stand mounted on a tripod is carried out, in which the measuring device or signal is then installed (see Gusev N.A. Surveying and geodetic instruments and devices. - M .: Nedra, 1968, p. 304–306 )
Недостатком указанных устройств является длительный процесс центрирования, включающий переустановку оборудования, а также влияние на точность измерений остаточной неизвестной погрешности центрирования.The disadvantage of these devices is a long centering process, including reinstallation of the equipment, as well as the effect on the measurement accuracy of the residual unknown centering error.
Известен оптический центрир (прототип), состоящий из зрительной трубы, ось которой совмещена с вертикальной осью вращения прибора, сетки, призмы, изменяющей направление оси зрительной трубы, при этом плоскость, образованная осью зрительной трубы, совпадает с коллимационной плоскостью прибора либо образует с ней известный угол (см., например, Захаров А.И. Геодезические приборы: Справочник. - М.: Недра, 1989, с.46, рис.26, рис.27).Known optical plummet (prototype), consisting of a telescope, the axis of which is aligned with the vertical axis of rotation of the device, a grid, a prism that changes the direction of the axis of the telescope, while the plane formed by the axis of the telescope coincides with the collimation plane of the device or forms a well-known angle (see, for example, Zakharov A.I. Geodetic instruments: Reference. - M .: Nedra, 1989, p. 46, fig. 26, fig. 27).
Недостатком известного оптического центрира является то, что он не позволяет измерять и тем самым учитывать величины погрешностей центрирования, в результате чего требуется выполнять тщательную установку измерительного прибора над фиксированной точкой местности, что приводит к значительным затратам времени. Кроме того, даже после тщательного центрирования остаточная погрешность центрирования, особенно при точных и высокоточных измерениях на коротких расстояниях в стесненных условиях, сказывается на точности измерения направлений (отсчетов по горизонтальному кругу прибора), горизонтальных углов и расстояний и является для наблюдателя неизвестной.A disadvantage of the known optical plummet is that it does not allow to measure and thereby take into account the magnitude of the centering errors, as a result of which it is necessary to perform a careful installation of the measuring device over a fixed point in the terrain, which leads to a significant investment of time. In addition, even after careful centering, the residual centering error, especially for accurate and high-precision measurements at short distances in cramped conditions, affects the accuracy of measuring directions (readings along the horizontal circle of the instrument), horizontal angles and distances and is unknown to the observer.
Для устранения указанных недостатков предлагается способ центрирования измерительного прибора аналитическим методом редуцирования измеренных прибором величин с учетом линейного и углового элементов погрешности центрирования, определяемых соответственно величиной несовпадения проекции вертикальной оси вращения прибора с фиксированной точкой местности и углом между положением линейного элемента и коллимационной плоскостью прибора, совмещенной с одной из сторон измеряемого горизонтального угла, принятой за исходную.To eliminate these drawbacks, a method is proposed for centering the measuring device by the analytical method of reducing the values measured by the device taking into account the linear and angular elements of the centering error, which are determined respectively by the mismatch of the projection of the vertical axis of rotation of the device with a fixed terrain point and the angle between the position of the linear element and the collimation plane of the device combined with one of the sides of the measured horizontal angle, taken as the original.
Сущность способа, использование которого устраняет влияние погрешности центрирования прибора на точность измеряемых величин, а также конструкции устройств, предназначенных для осуществления способа, поясняются на схемах, приведенных на фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10.The essence of the method, the use of which eliminates the influence of the centering error of the device on the accuracy of the measured values, as well as the design of devices designed to implement the method, are explained in the diagrams shown in figures 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10.
Обозначения, использованные на фиг.1:Designations used in figure 1:
- хBАуB и хCАуC - условные прямоугольные системы координат, ось х которых ориентирована по проекции стороны измеряемого угла на горизонтальную плоскость или направления, определяемого отсчетом по горизонтальному кругу измерительного прибора;- x B Au B and x C Au C - conventional rectangular coordinate systems, the x axis of which is oriented by the projection of the side of the measured angle onto the horizontal plane or the direction determined by the reading along the horizontal circle of the measuring device;
- АО, ВO и СO - точки, зафиксированные на местности, в которых производится центрирование геодезического прибора или визирной цели;- A O , B O and C O are points fixed on the terrain at which the centering of the geodetic instrument or sighting target is performed;
- А, В и С - точки, являющиеся фактическими проекциями вертикальной оси вращения прибора (точка А) и визирных целей (точки В и С);- A, B and C - points that are actual projections of the vertical axis of rotation of the device (point A) and sighting targets (points B and C);
- а, b и с - линейные элементы погрешности центрирования соответственно в точках АО, ВO и СO;- a, b, and c are linear elements of the centering error, respectively, at points A O , B O, and C O ;
- γаB и γb - угловые элементы погрешности центрирования в точках АO и ВO в системе координат xBАуB для определяемого направления АOВO (NOAB);- γ aB and γ b are the corner elements of the centering error at the points A O and B O in the coordinate system x B Au B for the determined direction A O B O (N OAB );
- γаC и γс - угловые элементы погрешности центрирования в точках АO и СO в системе координат xCАуC для определяемого направления АOСO (NOAC);- γ ac and γ c are the angular elements of the centering error at the points A O and C O in the coordinate system x C Au C for the determined direction A O C O (N OAC );
- N и NO с индексами стороны измеряемого горизонтального угла (направления) - соответственно измеренное и определяемое направления;- N and N O with indices of the side of the measured horizontal angle (direction) - respectively measured and determined direction;
- β и βO - соответственно измеренный и определяемый горизонтальные углы, вычисляемые как разности соответствующих направлений;- β and β O are the respectively measured and determined horizontal angles, calculated as the differences of the corresponding directions;
- L и LO с индексами направлений - соответственно измеренное и определяемое расстояния;- L and L O with direction indices - respectively measured and determined distances;
- ΔβAB и ΔβAC - угловые поправки в измеренные направления, соответственно в NAB и NAC;- Δβ AB and Δβ AC are the angular corrections in the measured directions, respectively, in N AB and N AC ;
- αоАB и αоАC - условные дирекционные углы соответствующих сторон измеряемого горизонтального угла (направления) в принятых условных системах прямоугольных координат.- α оАB and α оАC - conditional directional angles of the corresponding sides of the measured horizontal angle (direction) in the adopted conventional systems of rectangular coordinates.
Обозначения на фиг.2:Designations in figure 2:
1 - объектив зрительной трубы;1 - telescope lens;
2 - окуляр зрительной трубы;2 - eyepiece of the telescope;
3 - сетка зрительной трубы;3 - a grid of a telescope;
4 - призма, изменяющая направление оси зрительной трубы;4 - a prism that changes the direction of the axis of the telescope;
5 - барабан микрометра линейных перемещений;5 - drum micrometer linear displacements;
6 - блок ввода высоты измерительного прибора (визирной цели);6 - input unit height measuring device (target);
7 - кодовый датчик линейных перемещений;7 - encoder linear displacement;
8 - блок ввода направлений угловых элементов центрирования;8 - input unit directions of the corner elements of the centering;
9 - блок вычисления расстояний от предмета до точки переднего фокуса объектива зрительной трубы;9 is a unit for calculating the distances from the subject to the point of front focus of the telescope lens;
10 - блок вычисления масштабного коэффициента изображения;10 - block calculating the scale factor of the image;
11 - блок коррекции линейного элемента погрешности центрирования;11 - block correction of the linear element of the error of centering;
12 - блок вычисления углового элемента погрешности центрирования;12 - unit for calculating the angular element of the error of centering;
13 - блок регистрации измеренных направлений углового элемента погрешности центрирования (система регистрации, относящаяся к измерительному прибору);13 is a unit for recording the measured directions of the angular element of the centering error (registration system related to the measuring device);
14 - аналоговый блок вычисления координат определяемых точек;14 - analog block calculating the coordinates of the defined points;
15 - блок регистрации измеренных расстояний (система регистрации, относящаяся к измерительному прибору);15 - unit for recording measured distances (registration system related to the measuring device);
16 - блок вычисления дирекционных углов определяемых направлений;16 - block calculating the directional angles of the determined directions;
17 - блок вычисления поправок в измеренные направления;17 - unit for calculating corrections in the measured directions;
18 - блок вычисления определяемых расстояний;18 - unit for calculating the determined distances;
19 - блок вычисления горизонтальных углов;19 is a block for calculating horizontal angles;
20 - блок вычисления определяемых направлений;20 is a block calculating the determined directions;
21 - блок регистрации измеренных направлений (система регистрации, относящаяся к измерительному прибору, аналогичная блоку 13);21 - a unit for recording measured directions (a registration system related to a measuring device similar to block 13);
22 - запоминающее устройство (система регистрации, относящаяся к измерительному прибору);22 - storage device (registration system related to the measuring device);
А - проекция фактического положения вертикальной оси вращенияA - projection of the actual position of the vertical axis of rotation
измерительного прибора;measuring device;
AO - точка местности, в которой производится центрирование прибора;A O is the point in the terrain at which the instrument is centered;
l - линейный элемент погрешности центрирования (общее обозначение).l is a linear element of the centering error (general notation).
На фиг.3 представлен вид поля зрения зрительной трубы оптического центрира:Figure 3 presents a view of the field of view of the telescope optical plummet:
А и АO - соответственно проекция фактического положения вертикальной оси вращения измерительного прибора и точка местности, в которой производится центрирование;A and A O are respectively the projection of the actual position of the vertical axis of rotation of the measuring device and the point of the terrain at which centering is performed;
- поз. а - после предварительного центрирования измерительного прибора;- pos. a - after preliminary centering of the measuring device;
- поз. б - после совмещения коллимационной плоскости зрительной трубы центрира с направлением линейного элемента погрешности центрирования;- pos. b - after combining the collimation plane of the centrir telescope with the direction of the linear element of the centering error;
- поз. в - после совмещения центра сетки с точкой АO;- pos. in - after combining the center of the grid with point A O ;
γ - угловой элемент погрешности центрирования;γ is the angular element of the centering error;
l - линейный элемент погрешности центрирования.l is a linear element of the centering error.
На фиг.4 представлена оптическая схема зрительной трубы оптического центрира с ходом лучей (без призмы). На схеме не отражено правило знаков, принятое в геометрической оптике, поскольку задача решается только с учетом геометрии хода оптических лучей. Обозначения на фиг.4:Figure 4 presents the optical scheme of the telescope of the optical plummet with the path of the rays (without a prism). The diagram does not reflect the sign rule adopted in geometric optics, since the problem is solved only taking into account the geometry of the optical rays. Designations in figure 4:
1 - объектив;1 - lens;
2 - окуляр;2 - an eyepiece;
А - проекция фактического положения вертикальной оси вращения измерительного прибора и оси зрительной трубы оптического центрира;A is a projection of the actual position of the vertical axis of rotation of the measuring device and the axis of the telescope of the optical plummet;
АО - точка местности, в которой производится центрирование измерительного прибора или визирной цели;And About - the point of terrain in which the centering of the measuring device or the target is made;
ААO = l - линейный элемент погрешности центрирования;AA O = l is a linear element of the error of centering;
l' - линейный элемент погрешности центрирования прибора в пространстве изображения (в плоскости сетки);l 'is the linear element of the error of centering the device in the image space (in the grid plane);
F и F' - соответственно точки переднего и заднего фокусов объектива;F and F 'are the points of the front and rear foci of the lens, respectively;
ƒ и ƒ' - соответственно переднее и заднее фокусные расстояния объектива;ƒ and ƒ 'are the front and rear focal lengths of the lens, respectively;
z - расстояние от предмета до центра объектива;z is the distance from the subject to the center of the lens;
s и s' - расстояния от точки местности и от изображения этой точки соответственно до переднего и заднего фокусов объектива;s and s' are the distances from the terrain point and from the image of this point, respectively, to the front and rear foci of the lens;
t - изменение расстояния s в пространстве предметов;t is the change in distance s in the space of objects;
- индексы 1 и 2 у параметров - соответственно начальное положение предмета и его положение после перемещения в сторону объектива.-
На фиг.5 обозначения позиций соответствуют обозначениям, приведенным на фиг.2. Дополнительный элемент:In figure 5, the notation of the positions correspond to the notation shown in figure 2. Additional item:
23 - оптический элемент микрометра.23 is an optical element of a micrometer.
На фиг.6 представлена сетка 3 и оптический элемент 23 микрометра (см. фиг.5). Вид поля зрения сетки показан на позициях а, б и в:Figure 6 presents the
- поз. а - после предварительного центрирования измерительного прибора;- pos. a - after preliminary centering of the measuring device;
- поз. б - после совмещения коллимационной плоскости зрительной трубы центрира с направлением линейного элемента погрешности центрирования;- pos. b - after combining the collimation plane of the centrir telescope with the direction of the linear element of the centering error;
- поз. в - после совмещения индекса оптического элемента микрометра с точкой местности, в которой выполняется центрирование.- pos. c - after combining the index of the optical element of the micrometer with the point of the terrain in which the centering is performed.
На фиг.7 обозначения соответствуют обозначениям, приведенным на фиг.2. Дополнительный элемент:In Fig. 7, the designations correspond to the designations shown in Fig. 2. Additional item:
24 - блок коррекции расстояния от предмета до переднего фокуса объектива зрительной трубы.24 - block correction of the distance from the subject to the front focus of the telescope lens.
На фиг.8 обозначения соответствуют обозначениям, приведенным на фиг.2.In Fig. 8, the designations correspond to the designations shown in Fig. 2.
На фиг.9 обозначения соответствуют обозначениям, приведенным на фиг.2. Дополнительный элемент:In Fig. 9, the designations correspond to the designations shown in Fig. 2. Additional item:
25 - оптический элемент микрометра (плоскопараллельная пластина).25 - optical element of the micrometer (plane-parallel plate).
На фиг.10 представлен оптический центрир и вид поля зрения в плоскости сетки. Обозначения соответствуют обозначениям, приведенным на фиг.2. Дополнительный элемент:Figure 10 presents the optical plummet and view of the field of view in the plane of the grid. Designations correspond to the designations shown in figure 2. Additional item:
26 - видоискатель (оптический элемент, например прямоугольная призма).26 - viewfinder (optical element, such as a rectangular prism).
На фиг.1 представлен общий случай измерений, соответствующий одному из возможных алгоритмов вычисления поправок в измеряемые прибором величины, определяемые его назначением, когда в точке АО местности установлен измерительный прибор, например электронный тахеометр, а в точках ВO и СO - визирные цели, в частности отражатели. Из-за погрешности центрирования прибор и визирные цели имеют отклонения от истинного положения указанных точек и находятся соответственно в точках А, В и С.Figure 1 shows the general case of measurements, corresponding to one of the possible algorithms for calculating corrections to the values measured by the device, determined by its purpose, when a measuring device, for example an electronic total station, is installed at point A O of the area, and sighting targets at points B O and C O , in particular reflectors. Due to the centering error, the device and the target targets deviate from the true position of the indicated points and are located at points A, B and C., respectively.
В принятых условных системах координат хАу горизонтальные углы γ, соответствующие угловым элементам погрешности центрирования, являются условными дирекционными углами линейных элементов погрешности центрирования, исходящих из точек А, В и С на точки АО, ВO и СO.In the adopted conditional coordinate systems xAy, the horizontal angles γ corresponding to the corner elements of the centering error are conditional directional angles of the linear elements of the centering error starting from points A, B and C to points A O , B O and C O.
Алгоритм вычисления определяемых направлений, горизонтальных углов и расстояний основан на решении прямой и обратной геодезических задач (см., например, Афанасьев В.Г., Егоров А.П. Геодезия и маркшейдерское дело в транспортном строительстве. М.: Недра, 1978, §14, с.21-23).The algorithm for calculating the determined directions, horizontal angles and distances is based on solving direct and inverse geodesic problems (see, for example, Afanasyev V.G., Egorov A.P. Geodesy and surveying in transport construction. M .: Nedra, 1978, § 14, p.21-23).
В условной системе прямоугольных координат xBАуB из решения прямой геодезической задачи находят координаты точек АO и ВO'.In the conventional system of rectangular coordinates x B Au B from the solution of the direct geodesic problem, the coordinates of the points A O and B O 'are found.
В формулах (1)-(4) по условию выбора системы прямоугольных координат xA=0, yA=0, xB=LAB, yB=0.In formulas (1) - (4), by the condition for choosing a system of rectangular coordinates x A = 0, y A = 0, x B = L AB , y B = 0.
Из решения обратной геодезической задачи находят условный дирекционный угол αoAB определяемой стороны АOВO измеряемого горизонтального угла (направления):From the solution of the inverse geodesic problem, the conditional directional angle α oAB of the determined side A O B O of the measured horizontal angle (direction) is found:
Поправку ΔβAB вычисляют как разность условных дирекционных углов оси АхB системы координат xBАуB и полученного дирекционного угла αoAB:The correction Δβ AB is calculated as the difference of the conditional directional angles of the axis Ax B of the coordinate system x B Ay B and the obtained directional angle α oAB :
При этом если αoAB больше 270°, но меньше 360°, то в формуле (6) из полученного дирекционного угла вычитают 360°. Если αoAB больше 0°, но меньше 90°, то значение поправки равно полученному дирекционному углу.Moreover, if α oAB is more than 270 °, but less than 360 °, then 360 ° is subtracted from the obtained direction angle in formula (6). If α oAB is greater than 0 °, but less than 90 °, then the correction value is equal to the obtained direction angle.
Определяемое направление NOAB получают из измеренного направления NAB введением в него вычисленной по формуле (6) поправки:The determined direction N OAB is obtained from the measured direction N AB by introducing into it the correction calculated by formula (6):
Определяемое расстояние LОAB находят из решения обратной геодезической задачи по формулеThe determined distance L AB is found from the solution of the inverse geodesic problem by the formula
Аналогичные вычисления выполняют для определяемой стороны АOСO измеряемого горизонтального угла в условной системе прямоугольных координат хCАуc.Similar calculations are performed for the determined side A O C O of the measured horizontal angle in a conventional rectangular coordinate system x C Au c .
В условной системе прямоугольных координат xCАуC из решения прямой геодезической задачи находят координаты точек AO и С0:In the conditional system of rectangular coordinates x C Au C, from the solution of the direct geodesic problem, the coordinates of the points A O and C 0 are found :
В формулах (9)-(12) по условию выбора системы прямоугольных координат хA=0, уA=0, хC=LAC, yC=0.In formulas (9) - (12), by the condition for choosing a system of rectangular coordinates, x A = 0, y A = 0, x C = L AC , y C = 0.
Из решения обратной геодезической задачи находят условный дирекционный угол αoAC определяемой стороны АOСO измеряемого горизонтального угла (направления):From the solution of the inverse geodesic problem, the conditional directional angle α oAC of the determined side A O C O of the measured horizontal angle (direction) is found:
Поправку ΔβAC вычисляют как разность условных дирекционных углов оси АхC системы координат xCАуC и полученного дирекционного угла αoAC:The correction Δβ AC is calculated as the difference of the conditional directional angles of the axis Ax C of the coordinate system x C Ay C and the obtained directional angle α oAC :
Условия для вычисления поправки те же, что указаны для формулы (6). Определяемое направление NOAC получают из измеренного направления NAC введением в него полученной поправки:The conditions for calculating the correction are the same as indicated for formula (6). The determined direction N OAC is obtained from the measured direction N AC by introducing into it the obtained correction:
Определяемое расстояние LОAC находят из решения обратной геодезической задачи по формулеThe determined distance L OAC is found from the solution of the inverse geodesic problem by the formula
По полученным значениям направлений NOAB и NOAC вычисляют значение определяемого горизонтального угла:From the obtained values of the directions N OAB and N OAC, the value of the determined horizontal angle is calculated:
В случае когда наблюдаемые точки В и С на местности являются строго зафиксированными и в них не производят центрирование визирной цели (марки, отражателя и т.п.), то в формулах вычисления координат (1)-(4) и (9)-(12), а также в формулах вычисления расстояний (8) и (16) принимают b=0, с=0, т.е. хBo=LAB; yBo=0; xCo=LAC; yCo=0.In the case when the observed points B and C on the terrain are strictly fixed and they do not center the sighting target (mark, reflector, etc.), then in coordinates calculation formulas (1) - (4) and (9) - ( 12), as well as in the formulas for calculating the distances (8) and (16), take b = 0, c = 0, i.e. x Bo = L AB ; y Bo = 0; x Co = L AC ; y Co = 0.
Использование способа центрирования с приведенным алгоритмом аналитического редуцирования измеряемых величин с учетом погрешностей центрирования позволит значительно уменьшить трудоемкость при установке измерительного прибора, поскольку величины линейных элементов центрирования не устраняют путем механических действий с прибором, а определяют их величины и соответствующее угловое положение непосредственно в процессе измерений относительно выбранной стороны измеряемого горизонтального угла, принимаемой за исходную, и исключают влияние погрешности центрирования введением соответствующих поправок во все измеренные величины, определяемые назначением прибора. Точность центрирования методом аналитического редуцирования определяется не величинами элементов погрешности центрирования, а только погрешностями определения этих элементов. Например, величина линейного элемента погрешности центрирования может быть равной 10-20 мм (и более) при требуемой точности механического центрирования, равной 0,2-0,5 мм.Using the centering method with the algorithm for analytical reduction of the measured values taking into account centering errors will significantly reduce the complexity of installing the measuring device, since the values of the linear centering elements are not eliminated by mechanical actions with the device, but their values and the corresponding angular position are determined directly in the measurement process relative to the selected side of the measured horizontal angle, taken as the original, and exclude The effect of centering errors is introduced by introducing appropriate corrections into all measured values determined by the purpose of the device. The accuracy of centering by the method of analytical reduction is determined not by the values of the elements of the error of centering, but only by the errors in the determination of these elements. For example, the value of the linear element of the centering error can be equal to 10-20 mm (or more) with the required accuracy of the mechanical centering equal to 0.2-0.5 mm.
Как показывает анализ формул (5), (8), (13) и (16), угловой элемент погрешности центрирования достаточно измерять с точностью до 0,5°-1°, что технически легко осуществить. Требования к необходимой точности измерения линейного элемента погрешности центрирования практически определяются требованиями к точности измеряемых величин и не зависят от величины самого линейного элемента. Поскольку величины Δβ малые, то влияние погрешности центрирования на одно направление (отсчет) можно оценить по формулеAs the analysis of formulas (5), (8), (13) and (16) shows, the angular element of the centering error is sufficient to measure with an accuracy of 0.5 ° -1 °, which is technically easy to implement. The requirements for the required accuracy of measuring a linear element of the centering error are practically determined by the requirements for the accuracy of the measured values and do not depend on the value of the linear element itself. Since Δβ is small, the effect of centering error in one direction (reference) can be estimated by the formula
где а - линейный элемент погрешности центрирования; γ - угловой элемент погрешности центрирования; L - длина направления (стороны измеряемого угла); ρ - число секунд в радиане, равное 206265".where a is a linear element of the error of centering; γ is the angular element of the centering error; L is the length of the direction (side of the measured angle); ρ is the number of seconds in radian equal to 206265 ".
С учетом малого влияния на величину Δβ погрешности измерения углового элемента центрирования, а также погрешности измерения расстояния можно записать для погрешности поправки в направление, чтоTaking into account the small influence on the Δβ value, the errors of measurement of the angular centering element, as well as the errors of distance measurement, can be written for the error of correction in the direction that
где mа - погрешность измерения линейного элемента погрешности центрирования.where m a is the measurement error of the linear element of the centering error.
Поскольку измеряемый горизонтальный угол образован двумя сторонами, то в общем случае можно принять, что погрешность в измеренном угле из-за погрешности измерения линейного элемента удвоится и составит 2mΔβ.Since the measured horizontal angle is formed by two sides, in the general case it can be accepted that the error in the measured angle due to the measurement error of the linear element will double and amount to 2m Δβ .
С другой стороны, следуя принципу «ничтожной погрешности», доля 2mΔβ в погрешности измерения горизонтального угла должна составитьOn the other hand, following the principle of “insignificant error”, the fraction of 2m Δβ in the error in measuring the horizontal angle should be
где mβ - заданная точность измерения горизонтального угла; λ - коэффициент, характеризующий допустимую долю одной из погрешностей, составляющих общую погрешность измерений какой-либо величины. Чаще всего принимают λ=3.where m β is the specified accuracy of horizontal angle measurement; λ is a coefficient characterizing the allowable share of one of the errors that make up the total measurement error of any quantity. Most often take λ = 3.
С учетом (19) и (20) можно записать для ma In view of (19) and (20), we can write for m a
Предположим, что измеряется горизонтальный угол, близкий к 180° (худшие условия), стороны угла равны 50 м каждая, λ=3, γ=90°, заданная точность измерения горизонтального угла - 5". Для указанных условий измерений mа = 0,2 мм.Suppose that a horizontal angle close to 180 ° is measured (the worst conditions), the sides of the angle are 50 m each, λ = 3, γ = 90 °, the specified accuracy of measuring the horizontal angle is 5 ". For the indicated measurement conditions, m a = 0, 2 mm.
Обеспечение в данном случае центрирования с точностью 0,2 мм практически осуществить достаточно трудно, однако измерить линейный элемент с точностью 0,2 мм технически осуществимо, даже с большей, чем получено в примере, точностью.Providing in this case centering with an accuracy of 0.2 mm is practically difficult to implement, however, measuring a linear element with an accuracy of 0.2 mm is technically feasible, even with greater accuracy than that obtained in the example.
Для реализации заявленного способа предлагается оптический центрир (фиг.2), снабженный микрометром для измерения линейных перемещений, оптический элемент которого установлен с возможностью поступательного перемещения в поперечном к оси зрительной трубы направлении, электронная система, образованная блоком ввода высоты измерительного прибора (визирной цели), кодовым датчиком линейных перемещений, блоками ввода направлений угловых элементов центрирования, вычисления расстояния от предмета до переднего фокуса объектива зрительной трубы, вычисления масштаба изображения, коррекции линейного элемента погрешности центрирования, вычисления углового элемента погрешности центрирования, аналоговым блоком вычисления координат определяемых точек, блоками вычисления дирекционных углов определяемых направлений, поправок в измеренные направления, определяемых расстояний, горизонтальных углов, определяемых направлений и запоминающим устройством, при этом барабан микрометра связан с кодовым датчиком перемещений, который установлен с возможностью передачи сигнала на блок коррекции величины линейного элемента погрешности центрирования, упомянутый блок коррекции установлен с возможностью приема сигнала с блока вычисления масштабного коэффициента изображения, который установлен с возможностью приема сигнала с блока вычисления расстояния от предмета до переднего фокуса объектива зрительной трубы, упомянутый блок установлен с возможностью приема сигнала с блока ввода высоты измерительного прибора, блоки коррекции и вычисления угловых элементов погрешности центрирования установлены с возможностью передачи информации в аналоговый блок, осуществляющий вычисление координат определяемых точек, упомянутый блок вычисления угловых элементов погрешности центрирования установлен с возможностью получения информации с блоков ввода направлений угловых элементов погрешности центрирования и направлений угловых элементов погрешности центрирования, а упомянутый аналоговый блок установлен с возможностью приема сигнала с блока регистрации измеренных расстояний и передачи информации на блоки вычисления дирекционных углов, определяемых направлений и определяемых расстояний, блок вычисления дирекционных углов установлен с возможностью взаимодействия с блоком вычисления поправок в измеренные направления, который установлен с возможностью передачи сигнала на блок вычисления определяемых направлений, упомянутый блок установлен с возможностью передачи сигнала на блок вычисления горизонтальных углов и приема сигнала с блока регистрации измеренных направлений, блок запоминающего устройства измерительного прибора установлен с возможностью приема сигналов с блоков вычисления определяемых направлений, горизонтальных углов и определяемых расстояний.To implement the inventive method, an optical plummet is proposed (Fig. 2), equipped with a micrometer for measuring linear displacements, the optical element of which is mounted with the possibility of translational movement in the direction transverse to the axis of the telescope, an electronic system formed by the height input unit of the measuring device (sighting target), linear encoder encoder, input units for the directions of the corner elements of centering, calculating the distance from the subject to the front focus of the lens computation of the image scale, correction of the linear element of the error of centering, calculation of the angular element of the error of centering, the analog unit for calculating the coordinates of the defined points, the blocks for calculating the directional angles of the determined directions, corrections to the measured directions, the determined distances, horizontal angles, the determined directions and the storage device, when the drum of the micrometer is connected with a code encoder of displacement, which is installed with the possibility of transmitting a signal to the unit correction of the magnitude of the linear element of the error of centering, the said correction unit is installed with the possibility of receiving a signal from the unit for calculating the scale factor of the image, which is installed with the possibility of receiving a signal from the unit for calculating the distance from the object to the front focus of the telescope lens, the said unit is installed with the possibility of receiving a signal from enter the height of the measuring device, blocks for correction and calculation of the corner elements of the centering error are installed with the possibility of information transfer to the analog block, which calculates the coordinates of the defined points, the said block for calculating the angular elements of the centering error is installed with the ability to receive information from the input units of the directions of the angular elements of the centering error and the directions of the corner elements of the centering error, and the aforementioned analog block is installed with the possibility of receiving a signal from the block recording measured distances and transmitting information to blocks for calculating directional angles, determined for example phenomena and determined distances, the directional angle calculation unit is installed with the possibility of interaction with the unit for calculating corrections in the measured directions, which is installed with the possibility of transmitting a signal to the unit for calculating the determined directions, said unit is installed with the possibility of transmitting a signal to the unit for calculating horizontal angles and receiving a signal from the unit registration of measured directions, the storage unit of the measuring device is installed with the possibility of receiving signals from blocks of calculation tions determines the direction of horizontal angles and determines the distance.
На фиг.2 изображен оптический центрир измерительного прибора, состоящий из зрительной трубы, включающей объектив 1, окуляр, 2, сетку 3, микрометр для измерения линейных перемещений с барабаном 5, механически связанным с сеткой, являющейся подвижным оптическим элементом микрометра, призмы 4, изменяющей направление оси зрительной трубы. Барабан 5 микрометра связан с кодовым датчиком 7, регистрирующим линейные перемещения сетки 3, сигнал с которого направляется в блок 11 коррекции величины линейного элемента погрешности центрирования. В блок 11 поступает также значение масштабного коэффициента изображения, определяемого вычислительным блоком 10 по значению высоты прибора, задаваемой блоком 6, и разностей высот прибора, задаваемых в блоке 9. В блоке 8 формируются измеренные направления линейных элементов погрешности центрирования (либо они выбираются из системы 13 измерительного прибора, регистрирующей отсчеты по горизонтальному кругу). В блоке 12, информация в который поступает из блоков 8 и 13, производится вычисление угловых элементов погрешности центрирования. Информация с боков 11 и 12, а также величины измеренных расстояний системы регистрации 15 измерительного прибора поступают в аналоговый блок 14 вычисления условных прямоугольных координат. Информация из блока 14 поступает в блоки 18 и 16. По значениям полученных координат в блоке 18 производится вычисление определяемых расстояний, а в блоке 16 производится вычисление условных дирекционных углов и их значение передается в блок 17. В блоке 17 вычисляются поправки в измеренные направления, величины которых поступают в блок 20. В этот же блок заносятся величины измеренных направлений из системы регистрации 21 измерительного прибора. В блоке 20 выполняются операции по вычислению определяемых направлений, определяемых горизонтальных углов как разностей определяемых направлений. Полученные в результате расчетов расстояния (блок 18), горизонтальные углы (блок 19) и направления (блок 20) поступают в блок 22 запоминающего устройства измерительного прибора.Figure 2 shows the optical center of the measuring device, consisting of a telescope including a
Осуществление способа центрирования с использованием заявленного устройства выполняется следующим образом.The implementation of the centering method using the claimed device is as follows.
После предварительной установки измерительного прибора и визирных целей (предварительного центрирования) измеряют высоты z измерительного прибора и визирных целей, определяемых как расстояние от точки местности, в которой выполняется центрирование, до нижней механической части вертикальной оси вращения прибора со стороны объектива оптического центрира (фиг.2). Полученные величины вводят в блок 6. Затем коллимационную плоскость зрительной трубы измерительного прибора совмещают с измеряемым направлением (фиг.3, поз. а) и регистрируют отсчет по горизонтальному кругу прибора. Изображение проекции вертикальной оси центрира (вертикальной оси вращения измерительного прибора или визирной цели) находится в центре сетки (точка А), изображение фиксированной точки АО местности из-за погрешности центрирования l не совпадает с точкой А и попадает в произвольное место сетки. Далее коллимационную плоскость зрительной трубы центрира совмещают с направлением линейного элемента погрешности центрирования и регистрируют отсчет по горизонтальному кругу прибора (фиг.3, поз. б). Вращением барабана 5 микрометра центр сетки 3 совмещают с точкой АO (фиг.3, поз. в). Измеренная микрометром величина линейного элемента погрешности центрирования в пространстве изображений регистрируется в блоке 7. В этот же блок поступает соответствующая информация и от визирных целей. В блок 8 заносят величины угловых элементов погрешности центрирования как из системы регистрации измеренных направлений измерительного прибора (блок 13), так и аналогичную информацию от визирных целей. Дальнейшая обработка полученных данных производится электронной системой, представленной на фиг.2, назначение элементов которой указано выше, в соответствии с установленным алгоритмом решения задачи, определяемым последовательностью решения по формулам (1)-(17).After pre-installation of the measuring device and sighting targets (pre-centering), measure the height z of the measuring instrument and sighting targets, defined as the distance from the point of terrain in which the centering is performed to the lower mechanical part of the vertical axis of rotation of the device from the lens side of the optical center (figure 2 ) The obtained values are entered into
Рассмотрим принцип определения масштабного коэффициента изображения К (поправочного коэффициента) линейного элемента погрешности центрирования, поясняемый на фиг.4.Consider the principle of determining the scale factor of the image K (correction factor) of the linear element of the centering error, illustrated in figure 4.
Оптическая схема зрительной трубы оптического центрира представлена на фиг.4 без призмы.The optical scheme of the telescope of the optical plummet is presented in figure 4 without a prism.
Одна и та же величина линейной погрешности центрирования изобразится в плоскости сетки разными величинами, если в пространстве предмета изменится высота прибора z на величину t, например, при установке измерительного прибора в других точках при переходах со станции на станцию.The same value of the linear centering error will be displayed in the grid plane by different values if the height of the device z changes by an amount t in the space of the object, for example, when the measuring device is installed at other points during transitions from station to station.
В соответствии со схемой после предварительного центрирования в точке АО объективом 1 строится изображение области в точке АO (на фиг.4 изображение построено по правилам геометрической оптики). Указанное соотношение параметров построения изображения определяется на схеме с индексом 1 у соответствующих значений. При изменении высоты z измерительного прибора изображение линейного элемента сместится вдоль оси зрительной трубы на величину и, кроме того, изменится линейный размер изображения линейного элемента на величину , т.е. изменится масштаб изображения. Элементы построения изображения после изменения высоты прибора показаны на схеме с индексом 2.In accordance with the scheme, after preliminary centering at point A O, lens 1 constructs an image of the region at point A O (in Fig. 4, the image is constructed according to the rules of geometric optics). The specified ratio of the parameters of the image is determined on the diagram with
Исходя из геометрического хода лучей, можно записать, чтоBased on the geometric path of the rays, we can write that
Знак «минус» у значения t соответствует приведенной на фиг.4 схеме. В общем случае следует записать в соответствующих формулах знак «плюс», а вычисления производить с учетом фактического знака t.The minus sign at the value of t corresponds to the scheme shown in figure 4. In the general case, the plus sign should be written in the corresponding formulas, and calculations should be made taking into account the actual sign of t.
Общее продольное перемещение S изображения в плоскости сетки 2 определится как перемещение на величину :The total longitudinal displacement S of the image in the plane of the
Изменение поперечной величины изображения линейного элемента (изменение масштаба изображения) можно представить в относительной форме в виде коэффициента К:The change in the transverse magnitude of the image of a linear element (zooming) can be represented in relative form in the form of a coefficient K:
Увеличение изображения предмета в плоскости сетки нитей определяется отношениемThe magnification of the image of the subject in the plane of the grid of threads is determined by the ratio
Общее увеличение зрительной трубы оптического центрира подбирают так, чтобы оно было равно 2х-3х. Это регулируется подбором фокусного расстояния окуляра 2, а также с учетом некоторой средней для условий измерений высотой z прибора. Таким образом, для оптического центрира можно установить некоторое постоянное значение увеличения зрительной трубы для заданной высоты прибора
The total magnification of the telescope of the optical plummet is selected so that it is equal to 2 x -3 x . This is regulated by the selection of the focal length of the
При этом масштабный коэффициент изображения в плоскости сетки зрительной трубы будет постоянным и равнымIn this case, the scale factor of the image in the plane of the telescope grid will be constant and equal to
При изменении высоты прибора на величинуWhen changing the height of the device by
изменится масштабный коэффициент. С учетом формулы (30)scale factor changes. Given the formula (30)
Шкала микрометра оптического центрира конструируется с учетом значения КO, а также с учетом общего увеличения зрительной трубы центрира.The micrometer scale of the optical plummet is designed taking into account the value of K O , as well as taking into account the total increase in the telescope of the plummet.
Если в данном случае измерить в плоскости сетки величину lизм какого-либо отрезка, то его действительная величина lо определится с учетом текущего значения масштабного коэффициента:If in this case we measure in the grid plane the value l ism of any segment, then its actual value l о will be determined taking into account the current value of the scale factor:
Предположим, что оптический центрир рассчитан для ƒ=150 мм, sо= 1000 мм (zo = 1145 мм); КO = 0,1500. Предположим далее, что линейная погрешность центрирования при установке прибора на станции после предварительного центрирования составила l = 10 мм. Для указанных условий размер изображения линейного элемента погрешности центрирования в плоскости сетки 3 зрительной трубы центрира составитSuppose that the optical plummet is calculated for ƒ = 150 mm, s о = 1000 mm (z o = 1145 mm); K O = 0.1500. Suppose further that the linear error of centering when installing the device at the station after preliminary centering was l = 10 mm. For these conditions, the image size of the linear element of the centering error in the plane of the
Допустим, что при измерении высоты прибора получено значение z = 1270 мм. Таким образом, разность высот Δs=(zi-zo)=(1270-1145)=125 мм.Suppose that when measuring the height of the device, a value of z = 1270 mm was obtained. Thus, the height difference Δs = (z i -z o ) = (1270-1145) = 125 mm.
Для этих условий значение масштабного коэффициента получится равным For these conditions, the value of the scale factor is equal to
Размер изображения линейного элемента погрешности центрирования в плоскости сетки получится равным The image size of the linear element of the centering error in the grid plane is equal to
Отношение (33) позволяет определить истинную величину линейного элемента: Relation (33) allows us to determine the true value of a linear element:
Предположим, что высота прибора измерена с погрешностью 5 мм и результат измерения составил 1265 мм. В этом случае вычислениеSuppose that the height of the device was measured with an error of 5 mm and the measurement result was 1265 mm. In this case, the calculation
масштабного коэффициента даст результат При вычислении линейного элемента в данном случае получим .scale factor will give the result When calculating the linear element in this case we get .
Результаты расчета, приближенные к практически возможному их получению, показывают, что погрешность измерения высоты прибора слабо влияет на погрешность измерения величины линейного элемента погрешности центрирования. Тем более, практически осуществимо измерение высоты прибора и с меньшей, чем приведено в примере, погрешностью, например в 1-3 мм. То есть практически эту погрешность можно свести к ничтожной для определения истинной величины линейного элемента погрешности центрирования.The calculation results, which are close to practically possible to obtain them, show that the error in measuring the height of the device weakly affects the error in measuring the value of the linear element of the centering error. Moreover, it is practically feasible to measure the height of the device and with a smaller error than in the example, for example, 1-3 mm. That is, practically this error can be reduced to negligible to determine the true value of the linear element of the centering error.
С учетом сказанного выше, в паспортных данных оптического центрира (измерительного прибора) должны быть указаны следующие данные, являющиеся для прибора постоянными и хранящимися в его электронной системе:In view of the foregoing, in the passport data of the optical plummet (measuring device) the following data should be indicated, which are permanent for the device and stored in its electronic system:
- фокусное расстояние объектива зрительной трубы центрира;- the focal length of the telescope telescope lens;
- фиксированное расстояние от предмета до передней точки фокуса объектива зрительной трубы центрира;- a fixed distance from the subject to the front focus point of the lens of the telescope telescope;
- коэффициент увеличения изображения для фиксированных значений фокусного расстояния объектива и расстояния от предмета до точки фокуса объектива зрительной трубы центрира;- the magnification factor of the image for fixed values of the focal length of the lens and the distance from the subject to the focal point of the lens of the telescope telescope;
- необходимая точность измерения высоты прибора (в инструкции по эксплуатации прибора).- the required accuracy of measuring the height of the device (in the instructions for use of the device).
При использовании электронного тахеометра процесс введения поправок в измеренную величину линейного элемента легко автоматизировать, дополнив блок-схему обработки результатов измерений соответствующими блоками вычисления коэффициента К по алгоритму формулы (32) и блоком вычисления истинного значения линейного элемента по формуле (33). Соответствующие электронные блоки приема и обработки информации, сопрягаемые с аналогичными блоками измерительного прибора и оптического центрира измерительного прибора, могут содержать и визирные цели. При этом окончательная обработка информации (редуцирование измеренных направлений, горизонтальных углов и расстояний) может выполняться после проведения полевых работ либо в процессе их проведения при подключении накопителей измеренных данных визирных целей к системе обработки информации измерительного прибора.When using an electronic total station, the process of introducing corrections to the measured value of a linear element can be easily automated by supplementing the flowchart for processing the measurement results with the corresponding blocks for calculating the coefficient K according to the algorithm of formula (32) and the block for calculating the true value of a linear element according to formula (33). Corresponding electronic units for receiving and processing information, interfaced with similar units of the measuring device and the optical center of the measuring device, may also contain sighting targets. In this case, the final processing of information (reduction of the measured directions, horizontal angles and distances) can be performed after field work or in the course of their implementation when connecting the measured data storage devices of the target targets to the information processing system of the measuring device.
Электронная система регистрации и обработки информации может быть конструктивно и функционально объединена с соответствующей электронной системой измерительного прибора. Многие вычислительные операции, например вычисление горизонтальных углов, дирекционных углов, координат точек и др., выполняются непосредственно измерительным прибором.The electronic system for recording and processing information can be structurally and functionally combined with the corresponding electronic system of the measuring device. Many computational operations, for example, the calculation of horizontal angles, directional angles, coordinates of points, etc., are performed directly by the measuring device.
При определении углового элемента погрешности центрирования визирной цели следует иметь в виду, что значение измеренного углового элемента необходимо изменить на 180°, поскольку визирование на измерительный прибор с визирной цели производится в направлении, обратном положительному направлению оси х.When determining the angular element of the error in centering the target, it should be borne in mind that the value of the measured angle element must be changed to 180 °, since the sight on the measuring device from the target is carried out in the direction opposite to the positive direction of the x axis.
На фиг.2 представлена схема устройства, оптический элемент микрометра которого представляет собой сетку 3 зрительной трубы, механически связанную с барабаном микрометра. Аналогичную задачу, т.е. определение величин элементов погрешности центрирования, можно с той же степенью точности решить и при использовании других оптических элементов. Рассмотрим некоторые из них.Figure 2 presents a diagram of the device, the optical element of the micrometer which is a
На фиг.5 представлена схема устройства, в котором оптическим элементом микрометра является стеклянная пластина 23, подобная сетке 3 зрительной трубы. Как указанный дополнительный элемент 23, так и сетка 3 имеют неподвижные индексы, плоскости которых обращены друг к другу. Элемент 23 связан с барабаном микрометра. Действие устройства, в том числе и процесс обработки и накопления информации, аналогичны действию устройства, показанного на фиг.2. Удобным является то, что в поле зрения остается неподвижным индекс сетки 3, а индекс элемента 23 будет занимать различные положения относительно указанного неподвижного индекса. На фиг.6 (поз. а) показано поле зрения оптического центрира после приведения прибора в рабочее положение с предварительным центрированием в точке AO. После наведения коллимационной плоскости зрительной трубы центрира по направлению на фиксированную точку AO (поз. б) действием барабана 5 микрометра отсчетный индекс оптического элемента микрометра совмещают с точкой AO (поз. в), в результате чего определяют предварительное значение линейного элемента погрешности центрирования.Figure 5 presents a diagram of a device in which the optical element of the micrometer is a
Аналогично решается задача редуцирования элементов погрешности центрирования и при использовании в качестве подвижного оптического элемента микрометра призмы 4, изменяющей направление оптической оси зрительной трубы центрира (см. фиг.8). Призма 4 установлена с возможностью поступательного перемещения вдоль оси зрительной трубы оптического центрира либо вращательного движения в коллимационной плоскости оптического центрира. При указанных перемещениях призмы 4 изображение точки местности, в которой производится центрирование прибора, после предварительного центрирования и совмещения коллимационной плоскости зрительной трубы центрира с направлением линейного элемента погрешности центрирования вводится в центр сетки 3. Дальнейшая обработка результатов измерений выполняется по установленному выше алгоритму, представленному в описании заявленного устройства (см. фиг.2).Similarly, the problem of reducing the elements of the centering error is also solved when using a
На фиг.9 представлена схема заявленного оптического центрира, в которой оптическим элементом микрометра является элемент 25, выполненный, например, в виде плоскопараллельной пластины, установленной с возможностью вращательного движения в коллимационной плоскости зрительной трубы, либо, как альтернатива плоскопараллельной пластине, в виде оптических клиньев, установленных с возможностью поступательного движения вдоль оси зрительной трубы.Figure 9 presents a diagram of the claimed optical plummet, in which the optical element of the micrometer is
Действие известных оптических микрометров, содержащих плоскопараллельные пластины либо оптические клинья, основано на параллельном перемещении оптических лучей при вращении плоскопараллельной пластины или при поступательном смещении оптических клиньев. Указанные устройства известны и широко используются в отсчетных системах точных и высокоточных геодезических приборов.The action of known optical micrometers containing plane-parallel plates or optical wedges is based on the parallel movement of optical beams during rotation of a plane-parallel plate or during translational displacement of optical wedges. These devices are known and widely used in reading systems of accurate and high-precision geodetic instruments.
При наклоне плоскопараллельной пластины относительно первоначального хода оптических лучей на какой-либо угол из-за преломления лучей на рабочих гранях пластины происходит смещение оптических лучей (изображения), зависящее как от угла наклона пластины, показателя преломления стекла, так и от поперечных ее размеров. Оптические клинья образуют при их совмещении плоскопараллельную пластину. При удалении оптических клиньев друг от друга в результате преломления оптических лучей, определяемого параметрами клина, также происходит параллельное первоначальному смещение изображения (см., например, Гусев Н.А. Маркшейдерско-геодезические инструменты и приборы. - М.: Недра, 1968, с.114-125, §42, §43).When the plane-parallel plate is tilted relative to the initial path of the optical rays by any angle due to the refraction of the rays, the optical beams (images) shift on the working faces of the plate, depending on the angle of inclination of the plate, the refractive index of the glass, and its transverse dimensions. Optical wedges form a plane-parallel plate when combined. When the optical wedges are removed from each other as a result of the refraction of the optical rays determined by the wedge parameters, the image is also parallel to the original image shift (see, for example, Gusev N.A. Surveying and geodetic instruments and devices. - M.: Nedra, 1968, p. .114-125, §42, §43).
При перемещениях оптического элемента 25 изображение точки местности, в которой производится центрирование, совмещают с отсчетным горизонтальным индексом сетки 3, как и при использовании оптических элементов 23 (фиг.5) и 4 (фиг.8).When moving the
Оптический элемент 25 (плоскопараллельная пластина или оптические клинья) может быть размещен как перед объективом 1, так и между другими оптическими элементами зрительной трубы оптического центрира, в том числе между сеткой 3 и окуляром 2. Размещение подвижного оптического элемента микрометра между сеткой и окуляром является предпочтительным, поскольку в этом случае имеется возможность уменьшить размеры этого элемента, так как при таком расположении оптического элемента микрометром регистрируется уменьшенная величина линейного элемента погрешности центрирования. Например, расположение оптического элемента микрометра перед объективом практически трудно осуществимо, поскольку размеры такого элемента должны быть весьма большими для сравнительно больших допускаемых в заявленном способе линейных элементов погрешности центрирования, например 10-20 мм.The optical element 25 (plane-parallel plate or optical wedges) can be placed both in front of the
При использовании плоскопараллельной пластины или оптических клиньев в качестве оптических элементов микрометра предварительное центрирование измерительного прибора выполняется с учетом возможного диапазона измерений оптического микрометра.When using a plane-parallel plate or optical wedges as optical elements of a micrometer, preliminary alignment of the measuring device is performed taking into account the possible measurement range of the optical micrometer.
В качестве второго варианта заявленного устройства предлагается оптический центрир (фиг.7), в котором подвижный оптический элемент микрометра совмещен с объективом 1 и призмой 4, установленными с возможностью одновременного поступательного перемещения вдоль отвесного положения оптического центрира. При перемещении указанных элементов микрометра, после предварительного центрирования прибора и совмещения коллимационной плоскости зрительной трубы центрира с направлением линейного элемента погрешности центрирования, происходит перемещение изображения линейного элемента в коллимационной плоскости. Барабаном 5 микрометра действуют до тех пор, пока фиксированная точка AO не совместится с центром сетки 3.As a second variant of the claimed device, an optical plummet is proposed (Fig. 7), in which the movable optical element of the micrometer is combined with the
Состав электронной схемы второго варианта заявленного устройства идентичен электронной схеме первого варианта заявленного устройства, за исключением блока коррекции расстояния от предмета до переднего фокуса объектива (блок 24, фиг.7), вводимого дополнительно для учета изменения расстояния от предмета до переднего фокуса объектива.The composition of the electronic circuit of the second embodiment of the claimed device is identical to the electronic circuit of the first embodiment of the claimed device, with the exception of the unit for correcting the distance from the subject to the front focus of the lens (block 24, Fig. 7), which is additionally introduced to account for changes in the distance from the subject to the front focus of the lens.
Назначение указанного блока поясняется следующим.The purpose of this block is explained as follows.
При перемещении оптического элемента микрометра (призмы 4 и объектива 1) для измерения величины линейного элемента погрешности центрирования изменяется высота прибора на величину d, равную величине перемещения оптического элемента микрометра. С целью учета изменения высоты прибора электронная система обработки информации оптического центрира снабжена блоком 24 коррекции параметра s, в который поступают значения соответствующих расстояний от предмета до переднего фокуса объектива из блока 9, а также значения измеренного линейного элемента погрешности центрирования, соответствующие фактическому перемещению d оптического элемента микрометра, регистрируемому в блоке 7. Значение расстояния s после его коррекции будет равноWhen moving the optical element of the micrometer (
Значение d в формуле (34) и далее - в формуле (35) - всегда следует брать со знаком «минус» для приведенной схемы оптического центрира. В других схемах возможна ситуация, когда значение d следует брать со знаком «плюс».The value of d in the formula (34) and further in the formula (35) should always be taken with a minus sign for the given optical plummet scheme. In other schemes, it is possible that the value of d should be taken with a plus sign.
Информация из блока 24 передается в блок 10 вычисления масштабного коэффициента изображения, алгоритм вычисления которого определяется отношениемInformation from
а затем из блока 10 значение масштабного коэффициента направляется в блок 11 вычисления истинной величины линейного элемента погрешности центрирования. Дальнейшая обработка информации аналогична рассмотренной для первого варианта заявленного устройства.and then from
Как было сказано выше, устройство для измерения линейного и углового элементов погрешности центрирования целесообразно устанавливать и на визирных целях. В этой связи каждая визирная цель снабжается одним из вариантов заявленных устройств с автономной электронной схемой накопления измерительной информации. Накопители информации используют для регистрации полученных значений элементов погрешности центрирования визирных целей в электронной системе измерительного прибора. Очевидно, что необходимость в использовании рассмотренных устройств на визирных целях отпадает, если визирные цели установлены на объекте стационарно либо установлены с принудительным центрированием.As mentioned above, a device for measuring the linear and angular elements of the centering error, it is advisable to install and on the target. In this regard, each sighting target is equipped with one of the variants of the claimed devices with an autonomous electronic circuit for accumulating measurement information. Information storages are used to register the obtained values of the elements of the error in centering the target targets in the electronic system of the measuring device. Obviously, there is no need to use the considered devices for sighting purposes if sighting targets are installed at the facility permanently or are installed with forced centering.
Информация с визирных целей может быть получена и визуально, а затем вручную введена в электронную систему измерительного прибора. Так, например, сетка 3 зрительной трубы, являющаяся оптическим элементом микрометра (см. фиг.10), может иметь линейную шкалу для регистрации величины линейного элемента погрешности центрирования, а величину углового элемента погрешности центрирования можно получить поворотом сетки вокруг ее оси барабаном микрометра до совмещения точки AO с осью шкалы. Линейная шкала сетки в исходном состоянии занимает положение, при котором ее ось совпадает с коллимационной плоскостью центрира, т.е. совпадает с вертикальной плоскостью. Поворот сетки регистрируется с помощью барабана 5 микрометра (визуально или автоматически), отсчет по шкале также регистрируется визуально по линейной шкале сетки 3 или автоматически. Автоматическая регистрация линейного отсчета может обеспечиться, например, использованием подвижной сетки 23 (фиг.5) с отсчетным индексом, связанной с барабаном 5 микрометра. В этом случае в устройстве необходимо будет использовать два микрометра: один - для регистрации угловых, второй - для регистрации линейных перемещений.Information from sighting targets can be obtained both visually and then manually entered into the electronic system of the measuring device. So, for example, the
При использовании схем заявленных устройств на визирных целях, с целью установки коллимационной плоскости центрира на вертикальную ось вращения измерительного прибора, впереди объектива зрительной трубы центрира целесообразно установливать видоискатель 26, выполненный, например, в виде призмы, установленной с возможностью введения ее в поле зрения зрительной трубы центрира и поворота в ее коллимационной плоскости. Оптический центрир с видоискателем предназначен для использования в оптических центрирах визирных целей, когда необходимо выполнить наведение на вертикальную ось измерительного прибора по обратному направлению выбранной на станции оси х условной прямоугольной системы координат.When using the circuits of the claimed devices for sighting purposes, in order to install the collimation plane of the plummet on the vertical axis of rotation of the measuring device, it is advisable to install a
Указанная выше схема обработки данных для первого и второго вариантов устройств построена с учетом алгоритма расчета, приведенного при описании способа. Алгоритм расчета может быть и несколько иным. Например, горизонтальный угол может быть получен не как разность направлений по формуле (17), а как разность дирекционных углов соответствующих направлений, если на станции принять общую условную систему прямоугольных координат, одна из осей которой совпадает с одной из сторон измеряемого угла. В этом случае для вычисления координат, например точки СO, в системе координат хBАуB (фиг.1) предварительно необходимо определить координаты точки С в этой системе координат, вычислить в этой же системе координат дирекционный угол направления линейного элемента с, далее по значениям координат точки С вычислить искомые координаты точки СO.The above data processing scheme for the first and second device variants is built taking into account the calculation algorithm given in the description of the method. The calculation algorithm may be somewhat different. For example, the horizontal angle can be obtained not as the difference in directions according to formula (17), but as the difference in the directional angles of the corresponding directions, if the station adopts a common conditional system of rectangular coordinates, one of the axes of which coincides with one of the sides of the measured angle. In this case, to calculate the coordinates, for example, point C O , in the coordinate system x B Au B (Fig. 1), it is first necessary to determine the coordinates of point C in this coordinate system, calculate the directional direction angle of the linear element c in the same coordinate system, then the coordinates of point C to calculate the desired coordinates of the point C O.
Если коллимационные плоскости измерительного прибора и зрительной трубы оптического центрира не совпадают, а образуют некоторый известный для данной конструкции измерительного прибора угол, то в величину углового элемента погрешности центрирования вводят поправку на величину этого угла. При необходимости, указанные действия выполняют и на визирных целях, снабженных рассмотренными выше конструкциями оптических центриров с электронной или визуальной регистрацией величин линейного и углового элементов погрешности центрирования.If the collimation planes of the measuring device and the telescope of the optical plummet do not coincide, but form some angle known for the given design of the measuring device, then a correction for the value of this angle is introduced into the value of the angular element of the centering error. If necessary, these actions are also carried out on sighting targets equipped with the optical centering designs discussed above with electronic or visual recording of the values of the linear and angular elements of the centering error.
Предлагаемое устройство предназначено преимущественно для использования в электронных тахеометрах, однако оно может быть использовано и в электронных теодолитах, светодальномерах, оптических теодолитах и дальномерах с электронной или визуальной регистрацией результатов измерений, а также и в других приборах, в том числе оптико-механических, установка которых в рабочее положение требует центрирования в фиксированной точке местности.The proposed device is intended primarily for use in electronic total stations, however, it can be used in electronic theodolites, light range finders, optical theodolites and range finders with electronic or visual recording of measurement results, as well as in other devices, including optical-mechanical, the installation of which in the working position requires centering at a fixed point in the terrain.
Реализация способа центрирования измерительного прибора методом редуцирования измеренных величин с учетом величин и положения относительно коллимационной плоскости измерительного прибора элементов погрешности центрирования позволит сократить время на качественную установку прибора в рабочее положение и значительно повысить точность измерений. При этом предварительное центрирование должно лишь обеспечить попадание изображения точки, в которой производится центрирование прибора, в поле зрения сетки зрительной трубы центрира.The implementation of the method of centering the measuring device by the method of reducing the measured values, taking into account the values and position relative to the collimation plane of the measuring device, the elements of centering errors will reduce the time for high-quality installation of the device in the working position and significantly improve the accuracy of measurements. In this case, the preliminary centering should only ensure that the image of the point at which the device is centered falls within the field of view of the centering telescope grid.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008128890/28A RU2383862C1 (en) | 2008-07-14 | 2008-07-14 | Method for alignment of metering instrument and device for its realisation (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008128890/28A RU2383862C1 (en) | 2008-07-14 | 2008-07-14 | Method for alignment of metering instrument and device for its realisation (versions) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008128890A RU2008128890A (en) | 2010-01-20 |
RU2383862C1 true RU2383862C1 (en) | 2010-03-10 |
Family
ID=42120406
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008128890/28A RU2383862C1 (en) | 2008-07-14 | 2008-07-14 | Method for alignment of metering instrument and device for its realisation (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2383862C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2452920C1 (en) * | 2010-12-13 | 2012-06-10 | Сергей Иванович Чекалин | Electro-optical plumb |
RU2552393C2 (en) * | 2011-05-27 | 2015-06-10 | Сергей Иванович Чекалин | Device for off-center measurements |
RU2649419C1 (en) * | 2016-12-28 | 2018-04-03 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный испытательный центр "АРМИНТ" | Electronic theodolite with remote data processing unit for measuring angular coordinates and range |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2428656C1 (en) * | 2010-03-01 | 2011-09-10 | Сергей Иванович Чекалин | Installation method of measuring instrument to working position and device for its implementation |
-
2008
- 2008-07-14 RU RU2008128890/28A patent/RU2383862C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Афанасьев В.Г., Егоров А.П. Геодезия и маркшейдерское дело в транспортном строительстве. - М.: Недра, 1978, § 14, с.21-23. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2452920C1 (en) * | 2010-12-13 | 2012-06-10 | Сергей Иванович Чекалин | Electro-optical plumb |
RU2552393C2 (en) * | 2011-05-27 | 2015-06-10 | Сергей Иванович Чекалин | Device for off-center measurements |
RU2649419C1 (en) * | 2016-12-28 | 2018-04-03 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный испытательный центр "АРМИНТ" | Electronic theodolite with remote data processing unit for measuring angular coordinates and range |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008128890A (en) | 2010-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101703774B1 (en) | Calibration method for a device having a scan function | |
US9194954B2 (en) | Method for geo-referencing an imaged area | |
Kennie | Engineering surveying technology | |
US6453569B1 (en) | Surveying instrument and plumbing device for plumbing surveying instrument | |
CN103119396A (en) | Geodesic measuring system with camera integrated in a remote control unit | |
US20070117078A1 (en) | Celestial compass | |
CN106043355A (en) | High-precision camera shooting measuring method for detecting sedimentation and pose of railway detecting vehicle | |
CN104880200A (en) | Composite guidance system initial attitude on-site calibration system and method | |
CN109520446A (en) | A kind of measurement method of revolution at a high speed shafting dynamic inclination error | |
RU2383862C1 (en) | Method for alignment of metering instrument and device for its realisation (versions) | |
CN203857967U (en) | Initial posture field calibration system of combined guidance system | |
Elhassan et al. | Comparative study of accuracy in distance measurement using: Optical and digital levels | |
CN104535078B (en) | A kind of measuring method of optoelectronic device based on index point to airbound target | |
RU2635336C2 (en) | Method of calibrating optical-electronic device and device for its implementation | |
RU2347252C1 (en) | Method and device of determination of astronomical azimuth | |
CN103630109A (en) | Method for determining geocentric vector based on stellar refraction | |
Wagner et al. | Using IATS to Read and Analyze Digital Leveling Staffs | |
RU2428656C1 (en) | Installation method of measuring instrument to working position and device for its implementation | |
CN104570580A (en) | Space distributive type camera boresight included angle measurement method | |
RU2423664C2 (en) | Method to align metering instrument and device for its realisation | |
El-Ashmawy | Accuracy, time cost and terrain independence comparisons of levelling techniques | |
CN108663066A (en) | A kind of theodolite calibrating installation | |
Zhang et al. | Image-assisted total station camera mounting error correction model and analysis | |
RU2555511C2 (en) | Method and apparatus for maintaining geodetic direction | |
RU2481556C1 (en) | Vertical projection instrument |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100715 |