Teodolit – budowa teodolitu optycznego, warunki osiowe, system odczytowy, centrowanie i poziomowanie

Niwelator – budowa niwelatora libelowego,

poziomowanie i odczyt z łaty, sprawdzenie warunku równoległości osi celowej do osi libeli niwelacyjnej

BUNIKOWSKI MICHAŁ

GRUPA 121

Teodolit - instrument geodezyjny przeznaczony do pomiaru kątów poziomych oraz kątów pionowych. Wyróżnia się teodolity optyczne oraz elektroniczne. W teodolitach optycznych zastosowane jest szklane koło poziome (limbus) i koło pionowe z naniesionym podziałem kątowym (w Polsce praktykowany jest dziesiętny podział gradowy, w którym kąt prosty równa się 100 gradom), z którego obserwator wykonuje odczyt kierunku. W teodolitach elektronicznych odczyt kierunku jest wykonywany automatycznie. Teodolit wyposażony jest w lunetę, która wraz z korpusem instrumentu może obracać się wokół pionowej osi instrumentu. Umożliwia to swobodne i dokładne wykonanie odczytu kierunków poziomych oraz pionowych.

Układ osiowy bordy i podstawowe osie teodolitu:

1. - spodarka

2. - tuleja złączona ze spodarką

3. - koło poziome

4. - alidada

5. - dźwigary lunety

6. - luneta

7. - koło pionowe sprzęgnięte z lunetą

VV - pionowa (inaczej główna lub obrotu alidady) oś teodolitu

hh - pozioma oś obrotu lunety

ll - oś libelli alidadowej (rurkowej)

pg - płaszczyzna główna libelli okrągłej

Każdy geodeta przed wykonaniem pomiarów powinien sprawdzić czy teodolit jest wolny od błędów instrumentalnych, czyli wykonać rektyfikację teodolitu.. Sprawdzenie to jest podzielone na trzy etapy i obejmuje:

1. Sprawdzenie elementów mechanicznych

2. Sprawdzenie elementów optycznych

3. Sprawdzenie warunków geometrycznych (osiowych).

Do rektyfikacji warunków geometrycznych teodolitu można przystąpić po uprzednim usunięciu uszkodzeń mechanicznych i należytej konserwacji elementów optycznych. Wpływ pewnych błędów można wprawdzie eliminować drogę odpowiednich metod pomiaru (najczęściej przez pomiar w dwóch położeniach lunety), ale ogólnie dąży się do tego, aby drogą rektyfikacji eliminować stwierdzone błędy instrumentalne, sprowadzające ich niekorzystny wpływ praktycznie do zera.

Warunki geometryczne

Każdy teodolit musi spełniać następujące zasadnicze warunki geometryczne:

• os główne instrumentu, identyczna z osie obrotu alidady, powinna być pionowa l przechodzić przez punkt terenu, nad którym jest ustawiony teodolit,

• osie libel alidadowych powinny być prostopadłe do osi głównej teodolitu,

• oś obrotu lunety powinna być prostopadła do osi głównej teodolitu i przy spoziomowanym instrumencie musi zajmować położenie poziome,

• oś celowa lunety musi być prostopadła do poziomej osi obrotu lunety.

Jednomiejscowy system odczytowy

Klasycznym przykładem jednomiejscowego systemu odczytowego jest mikroskop skalowy

W układzie optycznym systemu jednoodczytowego teodolitu mogę wystąpić następująca błędy:

– błąd paralaksy systemu odczytowego,

– błąd runu,

Błąd paralaksy systemu odczytowego

Definicja: Błąd paralaksy systemu odczytowego występuje wówczas, gdy obraz limbusa (kreski wskaźnikowej) nie tworzy się w płaszczyźnie skali. Obraz limbusa i obraz skali, oglądane od strony okularu systemu odczytowego, nie są wtedy jednocześnie jednakowo ostre.

Wykrywanie: Ruchem obrotowy soczewki okularowej systemu odczytowego nastawiamy obraz skali na ostrość. Nieostry będzie obraz limbusa (kreski wskaźnikowej),

Błąd runu

Definicja: Błąd runu występuje wówczas, gdy wielkość obrazu jednej działki opisu kręgu jest różna od długości skali.

Wykrywanie: Lewę kreskę skali pokrywany z początkiem skali oczekując pokrycia kraski prawej z końcem skali. Jeżeli na końcu skali nie ma pokrycia kresek, występuje błąd runu. W niektórych teodolitach skala jest przedłużona na obydwu końcach o jedne działkę. W takim przypadku ustawiamy lewę kreskę opisaną (obraz kręgu) na środku lewego dodatkowego interwału skali (bisekcja), oczekując symetrycznego położenia prawej kreski opisanej. Metoda bisekcji wykrywania błędu runu jest dokładniejsza od sposobu polegającego na pokrywaniu kresek.

Dla usunięcia obu błędów należy teodolit oddać do zakładu specjalistycznego.

Dwumiejscowy system odczytowy

Dwumiejscowy system odczytowy jest zastosowany w teodolitach precyzyjnych (na przykład Theo 010) wyposażonych w mikrometr optyczny, który działa na zasadzie dwóch par klinów optycznych lub dwóch płytek płaskorównoległych.

Błąd paralaksy systemu odczytowego

W dwumiejscowym systemie odczytowym występują dwa rodzaje błędu paralaksy:

– paralaksa pomiędzy dwoma obrazami podziału kręgu A i B,

– paralaksa pomiędzy obrazami podziału (A i B) a obrazem mikrometru.

Błąd paralaksy pomiędzy dwoma obrazami podziału kręgu A i B występuje wówczas, gdy obraz części A nie tworzy się w płaszczyźnie części B. Obrazy kresek górnych i dolnych nie są jednocześnie jednakowo ostre.

Błąd paralaksy pomiędzy obrazem podziału kręgu A i B a obrazem mikrometru powstaje wówczas,- gdy obraz podziału kręgu (A i B) nie tworzy się w płaszczyźnie skali. Obraz podziału kręgu (A i B) i obraz mikrometru nie są jednocześnie jednakowo ostre

Błąd runu

W dwumiejscowym systemie odczytowym występuję dwa rodzaje błędu runu:

– błąd runu pomiędzy dwoma obrazami podziału kręgu A i B,

– błąd runu pomiędzy obrazem podziału kręgu (A i B) a mikrometrem.

Błąd runu pomiędzy dwoma obrazami podziału kręgu A i B występuje wówczas, gdy wielkość obrazu interwału a nie odpowiada długości obrazu interwału b.

Błąd runu pomiędzy obrazem podziału kręgu a mikrometrem występuje wówczas, gdy wielkość obrazu połowy jednej działki a lub b nie odpowiada pełnemu zakresowi skali mikrometru. Sprawdzany to w ten sposób, że przy zerowym odczycie na mikrometrze i. koincydencji dowolnej pary kresek pokrętłem mikrometru doprowadzamy sąsiednie kreski do koincydencji. Nadmiar lub niedobór na podziałce mikrometru jest wielkością błędu runu..

Błąd kolimacji

Błąd kolimacji występuje, gdy oś celowa nie jest prostopadła do poziomej osi obrotu instrumentu.

Odczyty z obydwu położeń powinny różnić się o 200g lub 180°.

Usuwanie błędy wykonujemy w następujący sposób:

Leniwką alidady (ruchu poziomego lunety) nastawiamy na mikroskopie skalowym odczyt uśredniony (np. z II położenia lunety) Hz =212g 30c. Wtedy kreska pionowa siatki teodolitu zejdzie z punktu celu. Pionową kreskę krzyża należy wprowadzić na cel śrubami rektyfikacyjnymi krzyża. Do usuwania błędu kolimacji służą cztery śruby (2) (rys. nr 2). Parę pionowych śrub lekko zwalniany, a ruchem śrub poziomych doprowadzamy kreskę pionowe siatki teodolitu do pokrycia z celem. Po uzyskaniu pokrycia i dokręceniu wszystkich śrub (2) do oporu, należy powtórnie wyznaczyć błąd kolimacji i ewentualnie praktycznie uchwytne wielkości tego błędu usuwać metodę kolejnych przybliżeń.

Błąd inklinacji

Błąd inklinacji występuje, wówczas, gdy oś obrotu lunety nie jest prostopadła do osi głównej teodolitu.

Usuwanie błędu inklinacji polega na zmianie położenia poziomej osi obrotu lunety. W teodolitach starego typu regulacjo taka jest możliwa dzięki specjalnej konstrukcji łożyska osi poziomej. W teodolitach optycznych zmiana położenia osi obrotu lunety odbywa się przez podniesienie lub obniżenie łożyska osi umieszczonego od strony zacisku lunety. Zmiana położenia łożyska jest możliwa po zwolnieniu odpowiednich wkrętów. Oś obrotu lunety będzie prostopadła do osi głównej teodolitu, gdy kreska pionowa siatki pokryje się z odczytam średnim.

Błąd miejsca zera

Błąd miejsca zera (indeksu) występuje, gdy przy poziomej osi celowej lunety i środkowym położeniu pęcherzyka libeli kręgu pionowego (kolimacyjnej) odczyt V≠1009 lub V≠ 300g (dla podziału zenitalnego kręgu).

Usuwanie błędy wykonujemy Leniwką libeli kolimacyjnej nastawiamy odczyt wolny od błędu indeksu, czyli . Podczas tej czynności pęcherzyk libeli kolimacyjnej wyjdzie z położenia środkowego. Pęcherzyk libeli kolimacyjnej doprowadzamy ponownie do położenia środkowego za pomocą śrub rektyfikacyjnych libeli kolimacyjnej.

Sprawdzenia pionu optycznego

W przypadku pionu optycznego wbudowanego na stała w alidadę; teodolitu, mamy do czynienia tylko z dolną osią celowa. Oś celowa takiego pionu optycznego jest wyznaczona przez środek znaczka celowniczego S i środek optyczny obiektywu O. Oś celowa jest załamana w pryzmacie P pod kątem prostym.

Pion optyczny w alidadzie musi spełniać następująca warunki

1. pionowa część osi celowej plonu optycznego powinna podczas obrotu alidady wokół osi głównej teodolitu o 360° przebijać-dowolna płaszczyzn; prostopadłą do osi pionu w jednym punkcie;

2. płaszczyzna pozioma wyznaczona przez zrektyfikowane libele alidadowe teodolitu musi być prostopadła do pionowej części osi celowej plonu optycznego.

Centrowanie teodolitu

Polega ono na ustawieniu osi pionowej teodolitu dokładnie nad punktem wierzchołkowym mierzonego kąta. Posługując się pionem sznurkowym manewrujemy nogami statywu, aby pion naprowadzić na punkt. Zwalniając śrubę mocującą spodarkę do statywu możemy wykonywać niewielkie przesunięcia instrumentu na statywie i jeszcze dokładniejszego ustawienia teodolitu nad punktem.

Poziomowanie teodolitu

Poziomowanie ma na celu doprowadzenie osi głównej (pionowej) instrumentu do pionu. Obracając trzema śrubami ustawczymi dążymy do sytuacji w której pęcherzyk libelli alidadowej będzie górował. Dalsza część poziomowanie jest już względem wskazań rurki libelli alidadowej. Ustawia się ją tak, aby oś libelli zajęła położenie równoległe do linii dwóch śrub ustawczych. Kręci się tymi śrubami w przeciwnych kierunkach poziomuje się libelę. Czynność tą zwykle powtarzamy. Efektem takiego poziomowanie jest górowanie pęcherzyka libelli w każdym położeniu alidady.

Niwelator - instrument geodezyjny umożliwiający przeprowadzanie pomiarów różnicy wysokości (niwelacji) pomiędzy punktami terenowymi. Po zgrubnym spoziomowaniu niwelatora (czyli doprowadzeniu jego osi głównej do położenia pionowego) w niwelatorach automatycznych oś celowa lunety przyjmuje położenie poziome. Przy wykorzystaniu łat geodezyjnych, ustawionych pionowo na punktach terenowych, wykonywane są odczyty. Różnica odczytów z łat geodezyjnych określa różnicę wysokości między punktami terenowymi. Podział:

• libelowe - przestarzałej konstrukcji, praktycznie już nie wykorzystywane, przed wykonaniem każdego pojedynczego odczytu z łaty należy dodatkowo poziomować oś celową lunety przy użyciu libelli kolimacyjnej;

• automatyczne - obecnie bardzo powszechne, wyposażone w automatyczny kompensator zamiast ręcznie obsługiwanej libelli niwelacyjnej;

• laserowe - realizujące płaszczyznę poziomą poprzez wysyłanie widzialnej wiązki laserowej, mogą być rotacyjne;

• cyfrowe - wykorzystujące specjalne łaty geodezyjne umożliwiające automatyczne wykonanie odczytu na zasadzie podobnej do odczytywania informacji o produktach z ich kodów kreskowych.

Łata niwelacyjna - przyrząd geodezyjny stosowany w niwelacji. Łata geodezyjna jest najczęściej drewniana lub aluminiowa o przekroju prostokątnym i wysokości od 2 do 5 metrów. Ma naniesiony specjalny opis (rys. 1 - podziałka geodezyjna typu "E") umożliwiający wykonanie odczytu, czyli dokładne określenie odległości pionowej od stopy łaty do punktu, przez który przechodzi pozioma oś celowa lunety niwelatora. Aby łata geodezyjna prawidłowo spełniała swoją rolę, musi być ustawiona na specjalnej podstawce, zwanej żabką niwelacyjną, w pozycji pionowej. Do ustawienia łaty w pionie wykorzystuje się libellę, zazwyczaj zamontowaną na stałe na korpusie łaty. Do niwelatorów cyfrowych używa się specjalnych łat do niwelacji cyfrowej z naniesionym specjalnie kodem kreskowym. Dzięki temu, że niwelatory cyfrowe mają układ optyczny taki jak zwykłe niwelatory, a łaty mają naniesiony po drugiej stronie zwykły podział możliwe jest wykonanie niwelacji klasyczną metodą.

Schemat osiowy niwelatora z lunetą stałą i ze śrubą elewacyjną:

1. – spodarka;

2. – alidada;

3. – luneta geodezyjna;

4. – libella niwelacyjna;

5. – libella okrągła;

6. – pozioma oś obrotu zespołu luneta-libella niwelacyjna;

7. – śruba elewacyjna; cc – oś celowa lunety;

VV – pionowa oś główna instrumentu (oś obrotu alidady);

ll – oś libelli niwelacyjnej;

pg – płaszczyzna główna libelli okrągłej;

Odczyt z łaty niwelacyjnej.

Zadanie polega na wyznaczeniu różnicy wysokości między dwoma punktami terenowymi.

Niwelacja ze środka - jedna z dwóch technik niwelacji geometrycznej; pomiar różnicy

wysokości z niwelatorem ustawionym w dowolnym punkcie symetralnej odcinka łączącego

dwie łaty niwelacyjne. W tej metodzie nie ma znaczenia wysokość, na której ustawiony jest

niwelator.

Rysunek poglądowy:

Ustawiamy niwelator w punkcie (a), Po spoziomowaniu niwelatora (czyli doprowadzeniu jego osi głównej do położenia pionowego) dokonujemy dwóch odczytów (z pierwszej i drugiej łaty niwelacyjnej). Przenosimy niwelator do punktu (b) gdzie również zostaje on spoziomowany. Dokonujemy odczytów między dwoma poziomami (z pierwszej i drugiej łaty niwelacyjnej)

Odczyt ze stanowiska	Odczyt z 1 łaty [O1]	Odczyt z 2 łaty [O2]	∆h12= O1- O2
(a)	1556	1488	68
(b)	1626	1558

Wynik wyszedł ten sam (∆h₁₂) a więc nie występują błędy w niwelacji. Owe błędy mogą być spowodowane przez :

• błąd niwelatora;

• błąd łat;

• metodę i środowisko;

• obserwatora.

Najpopularniejsza łata niwelacyjna to łata teleskopowa zbudowana z aluminiowych profili, które po rozłożeniu tworzą pełnowymiarową łatę np. 5m. Zdarza się, że możemy spotkać łaty drewniane bardziej odporne na ścieranie oraz łatę do niwelatorów laserowych, która ma nieco inny profil i specjalny podział.

Sposób odczytu z łaty niwelacyjnej jest niezwykle prosty, musimy pamiętać tylko o kilku zasadach. Odczyty z łat są 4 cyfrowe. Pierwsza cyfra definiuje wartość metrów, druga oznacza decymetry, trzecie centymetry, a czwartą szacujemy i jest to wartość milimetrów.

Łaty mają zazwyczaj dwa kolory skali, czerwony i czarny, zmieniają się co 1 metr. Na tle każdego koloru znajduje się opis z 2 cyfr. Pierwsza to metry a druga decymetry. Co na łacie znajduje się symbol dużej litery E (lub jej lustrzane odbicie) a najmniejszą jednostką podziału (na przemian biało-czarna lub biało-czerwona) jest . Odczyt z łaty polega na określeniu położenia środkowej poziomej kreski krzyża siatki. Przykładowy odczyt z łaty na rys. wynosi: 1391. Odczyt wynika z tego, że środkowa pozioma kreska siatki celowniczej znajduje się na czerwonym tle łaty, opisanej między dwoma cyframi 14. Kolejną trzecią cyfrę należy określić licząc ile pełnych centymetrów (czyli pełnych najmniejszych jednostek podziału łaty) znajduje się od wartości 13 do środkowej poziomej kreski siatki celowniczej. Kreska pozioma znajduje się na 9 polu od wartości 13, także mamy trzecią cyfrę. Pozostało nam jedynie oszacować wartość milimetrów, którą użytkownik szacuje na 1mm.