Temat nr 2

Badanie warunków geometrycznych oraz stanu mechanizmów i optyki teodolitu i niwelatora

1. Sprzęt

Teodolit Zeiss Jena Theo 10A, tarcza celownicza, szkicownik, dzienniki do pomiaru kątów, Niwelator libelowy lub samopoziomujący, łaty, żabki, szkicownik, statywy, dzienniki do niwelacji

2. Miejsce odbywania ćwiczeń

Sala III G.

3. Cel ćwiczeń

Badanie warunków geometrycznych teodolitu z automatycznym poziomowaniem indeksu kręgu pionowego oraz warunków geometrycznych niwelatora libelowego lub samopoziomującego

4. Opis zagadnienia

A. Teodolit

Jednym z czynników zapewniających określoną dokładność pomiaru jest sprawność użytego do pomiaru instrumentu. Przedmiotem naszych rozważań będzie teodolit optyczny, z jedno- lub dwumiejscowy systemem odczytowy. Sprawnym teodolitem będziemy nazywać instrument, który spełnia teoretyczno założenia konstrukcyjne, czyli jest pozbawiony usterek mechanicznych, optycznych i błędów instrumentalnych. Trudno oczekiwać, aby instrument był absolutnie bezbłędny, gdyż po pewnym czasie, skutkiem wielu czynników zewnętrznych (np: transport, temperatura, naprężenia wewnętrzne materiału, z którego jest wykonany dany sprzęt), działania urządzeń mechanicznych i pewne warunki geometryczne mogą zostać zakłócone. Wzajemne położenie niektórych elementów optycznych skutkiem wyżej wspomnianych czynników także może ulec zmianie.

Sprawdzenie i rektyfikacja teodolitu obejmuję zatem trzy grupy czynności

• usunięcie uszkodzeń mechanicznych

• konserwację elementów optycznych,

• rektyfikację warunków geometrycznych,

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.

Uszkodzenia mechaniczne

Przed przystąpieniem do konserwacji elementów optycznych i rektyfikacji warunków geometrycznych należy stwierdzić i ewentualnie usunąć uszkodzenia mechaniczne instrumentu, spodarki i statywu.

Przyczyny powstawania uszkodzeń mechanicznych są różne. Najczęściej ulega uszkodzeniu instrument podczas transportu lub niewłaściwej obsługi. Dokręcania zacisków i śrub bez wyczucia prowadzi do uszkodzenia poszczególnych elementów tych urządzeń. Szkodliwa naciski na mechanizmy śrubowe, mikroskopy, libele, lunetę itp., na przykład podczas wyjmowania lub wkładania instrumentu do skrzynki, są także bardzo często przyczynę uszkodzeń. Poniżej omówimy przegląd teodolitu w aspekcie jego uszkodzeń mechanicznych.

Po wyjęciu instrumentu ze skrzynki należy ustawić go na stabilnym podłożu i dokonać szczegółowego przeglądu wszystkich części mechanizmów zaciskowych, śrub ruchu leniwego, zamocowania libel itp. Wszystkie śruby i pokrętła, na przykład okularu lunety i mikroskopu odczytowego, powinny obracać się ruchem płynnym na całej swej długości. Obracając alidadę kilkakrotnie wokół osi głównej instrumentu stwierdzamy, czy układ osiowy działa prawidłowo- to znaczy czy oś obrotu nie jest zatarta.

Obracając lunetę w płaszczyźnie pionowej, badamy jej prawidłowy obrót w łożyskach osi obrotu.

Stwierdzone przez geodetę uszkodzenia lub usterki mechaniczne powinny być usunięte w odpowiednim zakładzie mechanicznym. Zmianę lub uzupełnienie smarów wykonuje mechanik precyzyjny. Geodeta może tylko wyregulować śruby ruchu leniwego w przypadku, gdy mechanizm śrubowy nie jest uszkodzony i samo jego rozwiązanie przewiduje regulację śruby bez jej demontażu.

W dalszej kolejności należy wyjąć Instrument ze spodarki i sprawdzić jej poszczególna elementy. Trzymając spodarkę w jednej ręce sprawdzamy drugą, czy śruby poziomujące obracają się ruchem płynnym na całej długości śruby, Sprawdzamy także, czy siła potrzebna do obrotu jest taka sama dla wszystkich trzech śrub. Ewentualna różnice usuwany przez odpowiednie wyregulowanie śruby

Sprawdzenie statywu polega na kontroli właściwego połączenia części drewnianych i metalowych. Zauważone luzy usuwamy, dokręcając śruby specjalnym kluczem. Należy , także sprawdzać, czy okucia w dolnej części nóg nią są poluzowane. W przypadku stwierdzenia luzów należy dokręcić odpowiednie wkręty. Śruby motylkowe, służące do unieruchomienia połówek nóg po ustaleniu określonej wysokości statywu, powinny pewnie dociskać okucia elementów drewnianych. W przypadku stwierdzenia zerowania gwintu śrub motylkowych statyw jest niesprawny. Uszkodzone śruby należy wymienić.

Sprawdzenie systemu odczytowego

Po przeglądzie i ewentualnej konserwacji elementów mechanicznych i optycznych teodolitu należy sprawdzić, czy system odczytowy jest wolny od dwóch podstawowych błędów: błędy paralaksy i błędu runu.

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..

Dla usunięcia błędów należy teodolit oddać do zakładu specjalistycznego.

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.

Inne warunki, dotyczące na przykład płytki ogniskowej, libeli kolimacyjnej lub kręgów Hz i V, będę omówione w odpowiednich rozdziałach dotyczących poszczególnych błędów instrumentalnych. Niektóre warunki geometryczne, omówione niżej bardziej szczegółowo, będę sprawdzana i rektyfikowane w oparciu o kolimator. W takich przypadkach zakładamy, że kolimator ten jest w pełni sprawny i został przed rektyfikacją także sprawdzony metodami podanymi

Warunek libel

W ramach tego warunku należy sprawdzić i zrektyfikować wszystkie libele umieszczone na alidadzie, oprócz libeli kolimacyjnej i ewentualnie libeli na lunecie, którą rektyfikujemy przy usuwaniu błędu miejsca zera. Libele na alidadzie sprawdzamy w zależności od sposobu umieszczenia ich na alidadzie. Na rysunku przedstawiono schematycznie cztery najczęściej spotykane przypadki umieszczania libel na alidadzie,

Przypadki umieszczenia libel na alidadzie;

a - jedna libela rurkowa

b - libela rurkowa i sferyczna

c -dwie libele rurkowe,

d -jedna libela sferyczna

• Przypadek a. pojedynczej libeli rurkowe rektyfikujemy według powszechnie znanej metody.

• Przypadek b: libelę rurkową rektyfikujemy jak w przypadku a. W oparciu o zrektyfikowaną libelę rurkową sprowadzamy oś główną instrumentu do położenia pionowego. Tymi samym płaszczyzna alidady będzie pozioma. Pęcherzyk libeli sferycznej umieszczonej na tej płaszczyźnie powinien leżeć w punkcie głównym libeli. Ewentualne wychylenie usuwamy śrubkami rektyfikacyjnymi libeli sferycznej (cały błąd).

• Przypadek c: postępujemy analogicznie jak w przypadku b, rektyfikując najpierw jedna z libel rurkowych. Drugą libelę rurkowa rektyfikujemy jak libelę sferyczne w przypadku b,

• Przypadek d: trudność polega na wykryciu kierunku maksymalnego odchylenia pęcherzyka. Czynności rektyfikacji należy dlatego wielokrotnie powtarzać metodę kolejnych przybliżeń.

Może się zdarzyć, że podczas rektyfikacji libel stwierdzi się niemożność ustawienia płaszczyzny alidady w poziomie wyznaczonym przez obrót alidady i środkowym położeniu pęcherzyka. Przy pozornie rektyfikowanej libeli będą takie położenia alidady, przy których pęcherzyk wyjdzie z położenia środkowego. Przypadek taki inoźe wystąpić w teodolicie z układem osiowym na łożysku kulkowym bez koszyczka (kulki luzem).

Podczas oddzielania części górnej alidady od dolnej, na przykład dla zmiany smaru w systemie osiowym, można zgubić jedną z kulek. Jeżeli kulka zastępcza ma nieco wyższa średnicę od pozostałych, płaszczyzna alidady nie będzie mogła zajmować położenia poziomego przy jej obrocie. Należy wówczas powtórnie zdemontować alidadę, śrubą mikrometryczna pomierzyć średnice wszystkich kulek i tą niewłaściwą zastępie kulką o odpowiedniej średnicy.

Warunek siatki kresek

Prostopadłość kresek poziomych i pionowych jest zapewniona fabrycznie, przy takim założeniu warunek siatki kresek brzmi: kreska pozioma siatki powinna być prostopadła do osi głównej teodolitu

Sprawdzenie. Teodolit ustawiamy na statywie i starannie poziomujemy w oparciu o zrektyfikowane libele. Na wysokości osi celowej wybieramy dobrze widoczny punkt. Celujemy poziomą nitką krzyża kresek na obrany punkt, ustawiając go w lewym skrajnym położeniu w polu widzenia. Zaciskamy śruby zaciskowe alidady i lunety. Śrubą ruchu leniwego alidady przesuwamy cel wzdłuż poziomej nitki krzyża kresek. Jeżeli punkt nie zejdzie z poziomej nitki krzyża kresek warunek jest spełniony. W przeciwnym przypadku należy krzyż zrektyfikować.

Rektyfikacja. Odkręcamy osłonę przy okularze lunety. Po zdjęciu osłony będą widoczne śruby rektyfikacyjne płytki ogniskowej, jak na rysunku.

Należy lekko zwolnić śruby (1) sprzęgające obudowę płytki ogniskowej z tubusem lunety. Obracamy płytkę ogniskową o połowę kąta wychylenia poziomej nitki krzyża od punktu celu. Następnie czynności sprawdzające wykonujemy ponownie i ewentualne wychylenie poziomej nitki krzyża korygujemy o połowę wychylenia. Czynności te wykonujemy do momentu uzyskania zadowalających efektów. Następnie należy stopniowo (np. po pół obrotu) dokręcać kolejno wszystkie cztery śruby do oporu. Realizację warunku sprawdzamy po niezależnym wycelowaniu na dobrze widoczny punkt.

Błąd kolimacji

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

Wykrywanie. Po sprawdzeniu i rektyfikacji warunków podanych wyżej, celujemy do wyraźnego punktu na wysokości osi celowej. Wykonujemy odczyt kręgu Hz, przekładamy lunetę przez zenit i celując w II położeniu lunety na punkt robimy drugi odczyt Hz.
Przykładowo otrzymano (np. dla teodolitu T-6)

I = 12^g26^c

II= 212^g34^c

2k= 08^c

k= 04^c

Otrzymane odczyty poprawiamy o błąd kolimacji

I + K = 12^g30^c

II - K = 212^g30^c

II - I = 200^g00^c

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

Usuwanie. Leniwką alidady (ruchu poziomego lunety) nastawiamy na mikroskopie skalowym odczyt uśredniony (np. z II położenia lunety) Hz =212^g 30^c. 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

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

Wykrywanie: Obieramy wyraźny punkt położony na pewnej wysokości, pod którym ustawiamy podziałkę milimetrową. W pierwszym położeniu lunety celujemy do punktu, po czym obniżany lunetę i celując kreskę pionowa do podziałki wykonujemy odczyt. Tę sarnę czynność powtarzamy przy drugim położeniu lunety. Przykładowo otrzymano:

I = 42,2 mm

II = 47,0 mm.
2i = 4,8 mm

i= 2,4 mm

Odczyt średni, wolny od błędu inklinacji, wynosi w naszym przypadku

O_śr = 44,6 mm

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. W naszym przypadku O_śr = 44,6 mm,

Błąd miejsca zera

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

Wykrywanie. Po starannym spoziomowaniu teodolitu celujemy na dobrze widoczny punkt znajdujący się na horyzoncie, wykonując odczyty kręgu V w I i II położeniu lunety (O_L i O_P) Przy każdym odczycie leniwką libeli kolimacyjnej doprowadzamy jej pęcherzyk do położenia środkowego.

Określamy błąd indeksu oraz odczyt kręgu V (ϕ) pozbawiony wpływu tego błędu

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

W przypadku teodolitu z dwumiejscowym systemem odczytowym, na przykład Theo 010, usuwanie błędu miejsca zera przebiega następująco: pokrętłem mikrometru nastawić odczyt (końcówkę). Zburzoną podczas powyższej czynności koincydencję obrazów podziału głównego należy powtórnie zrealizować za pomocą leniwki libeli kolimacyjne. Wychylenie pęcherzyka libeli kolimacyjnej usunąć śrubkami rektyfikacyjnymi libeli,

W teodolitach z automatycznym wskaźnikiem odczytu kręgu pionowego (bez libeli kolimacyjnej) usuwanie błędu indeksu odbywa się w zależności od rozwiązania samego teodolitu albo przez zmianę położenia osi celowej lub 'regulację wahadła. W teodolicie Theo 020 nastawia się odczyt bezbłędny (V) leniwkę lunety, wówczas oś celowa wychodzi z celu.

Poprawę położenie osi celowej realizuje się śrubami (2) siatki celowniczej. W teodolicie DAHLTA 010 A błąd indeksu usuwa się metodą regulacji wahadła, zaopatrzonego w odpowiednia pierścienie rektyfikacyjne.

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.

Plon 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.

Ad 1.Instrument ustawiamy na stabilnym statywie. Na podłodze kładziemy kartkę, papieru, na której zaznaczamy ślad punktu S. Po obrocie alidady o 180° i otrzymaniu drugiego śladu punktu S' wyznaczamy środek odcinka S-S'. Rektyfikację pionu przeprowadzany różnie, zależnie od konstrukcji elementów plonu optycznego. Jeżeli przy okularze pionu są widoczne śrubki rektyfikacyjna, znaczek S naprowadzamy na środek odcinka S-S' tymi śrubkami. W przypadku gdy znaczek celowniczy jest na stałe zamontowany w części okularowej, błąd pionu optycznego usuwamy ruchem pryzmatu P (np. w T-6 i T-30). W tym celu za pomocą klucza dwupunktowego odkręcany i zdejmujemy dwie osłony A. Na rysunku pokazano dla przejrzystości tylko jedną z nich. W otworach znajdują się śruby unieruchamiające pryzmat P. Po zwolnieniu tych śrub za pomocą śrubokrętu można pryzmat ustawić tak, aby obraz znaczka celowniczego pokrył się za środkiem odcinka S-S'.

Przy zrektyfikowanym pionie optycznym pionowa część osi calowej pionu powinna być identyczna z osie główna teodolitu.

Ad 2. Realizacje tego warunku polega na sprawdzeniu i rektyfikacji libel alidadowych.

B. Niwelator

Pod względem konstrukcji niwelatory nożna podzielić na;

a) niwelatory libelowe,

b) niwelatory samopoziomujące.

Ad a. W niwelatorze libelowym poziome położenie osi celowej jest realizowane za pomocą libeli niwelacyjnej umieszczonej na lunecie. Środkowe położenia pęcherzyka łibeli niwelacyjnej uzyskuje się dzięki śrubie elewacyjnej. zmieniającej położenie osi celowej w płaszczyźnie pionowej w zakresie małego kata pionowego. Niwelator libelowy bez śruby elewacyjnej jest nazywany niwelatorem głuchy.

Ad b, W niwelatorze samopoziomującym, zwanym także automatycznym, oś celowa ustawia ale w poziomie automatycznie w pewnych granicach pochylenia lunety. Poziomowanie, to jest realizowana automatycznie z wysoką precyzję za pomocą urządzenia zwanego kompensatorem lub stabilizatorem.

Przed przystąpieniem do rektyfikacji warunków geometrycznych niwelatora należy usunąć ewentualne uszkodzenia mechaniczne i w razie potrzeby przeprowadzić konserwację elementów optycznych.

W ramach kontroli części mechanicznych należy sprawdzić statyw, spodarkę i elementy mechaniczne niwelatora. Po wyjęciu niwelatora ze skrzynki należy ustawić go na stabilnym podłożu i dokonać szczegółowego przeglądu wszystkich części mechanizmów zaciskowych, śruby ruchu leniwego, śruby elewacyjnej, zamocowania libel itp. Wszystkie śruby i pokrętła - na przykład okularu lunety i mikroskopu odczytowego kręgu poziomego - powinny obracać się ruchem płynnym na całej swej długości. Obracając lunetę kilkakrotnie wokół osi głównej instrumentu stwierdzamy czy układ osiowy działa prawidłowo, ta znaczy czy oś obrotu nie jest zatarta.

Stwierdzane przez geodetę uszkodzenia lub usterki mechaniczne niwelatora powinny być usunięte w odpowiednim zakładzie mechanicznym. Zmiana lub uzupełnienia smarów jest wykonywana przez mechanika precyzyjnego

Geodetę noże tylko wyregulować śruby ruchu leniwego w przypadku, gdy mechanizm śrubowy nie jest uszkodzony, a samo .jego rozwiązanie przewiduje regulację śruby bez jej demontażu.

W dalszej kolejności należy sprawdzić śruby poziomujące niwelatora, czy obracają się ruchem płynnym na całej swej długości. Jeżeli spodarka jest wyposażona w płytkę sprężynowa, należy także sprawdzić jej stan.

Jeżeli niwelator jest wyposażony w krąg poziomy, należy sprawdzić błąd paralaksy runu.

Kolejnym etapem jest sprawdzenie warunków geometrycznych niwelatora.

Sprawdzenie i rektyfikacja niwelatorów libelowych

Niwelator libelowy, którego schemat pokazano na rysunku powinien-spełniać następujące warunki geometryczne:

1) płaszczyzna P, styczna do libeli sferycznej w jej punkcie głównym, powinna być pozioma,

2) oś pionowa VV musi być prostopadła do płaszczyzny P,

3) kreska pionowa siatki celowniczej powinna leżeć w płaszczyźnie kolimacyjnej niwelatora,

4) oś libeli niwelacyjnej LL powinna być równoległa do osi celowej,

Sprawdzenie i rektyfikację niwelatora wykonujemy w kolejności warunków podanych powyżej-

Ad.1. Libele sferyczne sprawdzamy i rektyfikujemy według znanych metod

Ad 2. Po starannym spoziomowaniu niwelatora w oparciu o zrektyfikowaną libelę sferyczna oś główna niwelatora VV będzie zajmować pionowe położenie. Przy pionowy położeniu osi głównej VV niwelatora można przystąpić do sprawdzania dalszych warunków.

Ad 3. Niwelator ustawiamy na statywie i starannie poziomujemy w oparciu o zrektyfikowane libele. Na wysokości osi celowej wybieramy dobrze widoczny punkt. Celujemy poziomą nitką krzyża kresek na obrany punkt, ustawiając go w lewym skrajnym położeniu w polu widzenia. Zaciskamy śruby zaciskowe alidady. Śrubą ruchu leniwego alidady przesuwamy cel wzdłuż poziomej nitki krzyża kresek. Jeżeli punkt nie zejdzie z poziomej nitki krzyża kresek warunek jest spełniony. W przeciwnym przypadku należy krzyż zrektyfikować.

Rektyfikacja. Odkręcamy osłonę przy okularze lunety. Po zdjęciu osłony będą widoczne śruby rektyfikacyjne płytki ogniskowej, jak na rysunku.

Należy lekko zwolnić śruby (1) sprzęgające obudowę płytki ogniskowej z tubusem lunety. Obracamy płytkę ogniskową o połowę kąta wychylenia poziomej nitki krzyża od punktu celu. Następnie czynności sprawdzające wykonujemy ponownie i ewentualne wychylenie poziomej nitki krzyża korygujemy o połowę wychylenia. Czynności te wykonujemy do momentu uzyskania zadowalających efektów. Następnie należy stopniowo (np. po pół obrotu) dokręcać kolejno wszystkie cztery śruby do oporu. Realizację warunku sprawdzamy po niezależnym wycelowaniu na dobrze widoczny punkt.

Wzajemna prostopadłość kresek siatki celowniczej jest we współczesnych instrumentach zapewniona fabrycznie,

Ad 4. Metoda polowa sprawdzania warunku c l.

Sprawdzany niwelator ustawiamy w terenie i starannie poziomujemy.

W odległości około 40 u ustawiany dwie łaty w punktach A i B (rys). Ze stanowiska S₁ wyznaczamy różnicę wysokości (a₁ - b₁) nie obarczoną ewentualnym wpływem błędu nierównoległości osi c i l. Następnie ustawiamy niwelator w punkcie S₂ celując do łaty ustawionej nad punktem B, wykonujemy odczyt b₂. Znając różnicę (a₁ - b₁) wyliczamy odczyt a₂, nie obarczony błędem nierównoległości osi c i l.

Rektyfikacja: Śrubą elewacyjną naprowadzamy poziomą nitkę krzyża kresek na odczyt a₂., doprowadzając w ten sposób oś celową do poziomu. Libela niwelacyjna wyjdzie z górowania. Śrubkami rektyfikacyjnymi libeli niwelacyjnej doprowadzamy ją do górowania. Uzyskujemy w ten sposób równoległość osi c i l.

Po wykonaniu rektyfikacji instrument należy poddać ponownemu sprawdzeniu warunku równoległości osi c i l. Ewentualne odchylenia należy skorygować.

Sprawdzenie i rektyfikacja niwelatorów samopoziomujących

Przed sprawdzeniem warunków geometrycznych niwelatora samopoziomującego należy usunąć ewentualne uszkodzenie mechaniczne oraz dokonać przeglądu optyki.

W zakresie warunków geometrycznych ograniczymy się do dwóch podstawowych warunków, które powinien spełniać niwelator samopoziomujący

1) płaszczyzna głównej libeli sferycznej P musi być prostopadła do osi pionowej instrumentu VV,

2) oś celowa niwelatora, ustawiona w poziomie za pomoce kompensatora, powinna być rzeczywiście pozioma w zakresie działania kompensatora,

Ad l. Podczas obrotu niwelatora wokół osi VV pęcherzyk libeli sferycznej musi zachować symetryczne położenie w stosunku do podziału naniesionego na czaszy libeli. w przeciwnym razie libelę należy zrektyfikować za pomocą trzech śrub rektyfikacyjnych według powszechnie znanej metody,

Ad 2, Sprawdzenie warunku osi celowej wykonujemy jak sprawdzenie warunku 4 niwelatora libelowego.

Rektyfikacja: poziomą nitkę krzyża kresek przesuwamy na obliczony odczyt a₂, za pomocą śrub rektyfikacyjnych krzyża kresek. Naprawę tego warunku wykonujemy poprzez przesuwanie krzyża nitek prawie we wszystkich powszechnie używanych niwelatorach samopoziomujących, z wyjątkiem niwelatorów firmy Filotecnica oraz GK 1-A i GK 1-AC firny Kern, a także niwelatora NA2 firmy Wild,

• obracając płytkę wejściowe w niwelatorach firmy Filotecnica,

• przesuwając jeden z elementów optycznych kompensatora - w GK 1-A i GK 1-AC.

• zmieniając współczynnik kompensacji, na przykład w niwelatorze NA 2.

Zrektyfikowany niwelator należy skontrolować, czy przy spoziomowanej libeli sferycznej kompensator działa prawidłowo.

Przed przystąpieniem do realizacji warunku drugiego należy sprawdzić prawidłowe działanie wahadła, to znaczy czy nie jest ono uszkodzone lub nie opiera się o jeden z amortyzatorów. Niwelator ustawiamy na trwałym podłożu. Po starannym spoziomowaniu niwelatora ze pomocą zrektyfikowanej libeli sferycznej kompensator powinien zajęć pozycję swobodnego zawieszenia. Sprawdzamy to stukając lekko w obudowę niwelatora. Wówczas obraz siatki celowniczej niwelatora, oglądany przez okular, powinien drgać.

Sprawdzenie i rektyfikacja niwelatora precyzyjnego

Niwelator precyzyjny charakteryzuje;

• wyższa dokładność libel, zwłaszcza libeli niwelacyjnej,

• dokładniejszy skok gwintu śrub poziomujących,

• lepsza optyka lunety,

• cieńsze kreski siatki celowniczej, których kształt umożliwia symetryczne ich ustawianie względem znaczka na łacie,

• dokładniejszy sposób odczytywania podziału łaty.

Podziały łat stosowanych w niwelacji precyzyjnej są także dostosowane do przedstawionych wyżej wymogów. Na białym tle specjalnej taśmy inwarowej nie podlegającej wpływom temperatury i wilgotności, umieszczonej-w drewnianej oprawie łaty, naniesiony jest podwójny podział kreskowy o grubości kresek 1 mm. Na łatach firm Carl-Zeiss-Jena i Kern podział jest półcentymetrowy, a na łatach firmy Wild naniesiony jest podział centymetrowy. Dwa niezależne podziały na każdej łacie przesunięte są względem siebie o 2.5 mm, w podziale półcentymetrowym lub o 5 mm w podziale centymetrowym. Numeracja podziału naniesiona jest na drewnianej części łaty i składa się z dwóch niezależnych opisów różnych o pewną stałą wartość. Na łatach firmy Zeiss-Jena różnica pomiędzy odczytem wynosi 606500 zaś podziały łat firmy Wild różnię się o 301550.

Przesunięcie podziałów na taśmie inwarowej oraz stała różnica opisów łaty stwarzają możliwość dokonania dwóch niezależnych odczytów przy jednym wycelowaniu. Zmienia się tylko położenie siatki celowniczej, co uzyskuje się ruchem pokrętła mikrometru.

W zależności od sposobu realizacji poziomego położenia osi celowej niwelatory precyzyjne mogę być libelowe lub samopoziomujące. Niezależnie- jednak od powyższego rozwiązania zasada odczytywania podziału łaty jest analogiczna.

Przed obiektywem lunety niwelatora precyzyjnego umieszczona .jest płytka płaskorównoległa P, połączona z mikrometrem M (rys). Obrót mikrometru powoduje zmianę położenia płytki, co w efekcie daje pozorne przesunięcie osi celowe; w płaszczyźnie pionowej. Liniowa wielkość tego przesunięcia (np. x) jest odczytywana na mikrometrze,-

Przykłady odczytu, -

1. Łata firmy Zeiss Jena z podziałem półcentymetrowym:

odczyt z łaty- 19.7 m/20

odczyt z mikrometru 0.034 m/20

O = 19.734 m/20 w podziale łaty
po podzieleniu przez 20, O = • 0.9867 w podziale metr.

2. Łata firmy Wild z podziałem centymetrowym

odczyt z łaty 1.48

odczyt z mikrometru 653

O = 1.48653 m

Precyzyjny niwelator libelowy

Sprawdzenie i ewentualna rektyfikacja libelowego niwelatora precyzyjnego obejmuje następujące czynności;

1. Sprawdzenie libel aliadowych zapewniajęcych pionowe położenie osi głównej (obrotu) niwelatora.

2. Sprawdzenie i realizacja warunku równoległości osi celowej c do osi libeli niwelacyjnej l.

3. Sprawdzenie i ewentualne usuniecie wichrowatosci osi celowej c i osi libeli niwelacyjnej l.

4. Badanie stałości osi celowej niwelatora,

Ad. l. Libele alidadowe sprawdzamy i rektyfikujemy według znanych zasad

Ad, 2. Warunek równoległości osi celowej c do osi libeli niwelacyjnej można sprawdzić i realizować metodą polową

Firma Carl-Zeisa Jena zaleca wprowadzić do korygowanego odczytu poprawkę k ze względu na krzywiznę Ziemi i zjawisko refrakcji. Dla szerokości geograficznej 50° i k = 0,13 łączna poprawka k wyraża się wzorem

gdzie; k - łączna poprawka ze względu na krzywiznę Ziemi i zjawisko refrakcji,

Realizacja warunku c||l odbywa ale następująco: na mikrometrze nastawiamy końcowe część odczytu a₂. czyli 63. Podczas tej czynności kreska celownicza przesunie się względem znaczka na łacie. Położenie symetryczne znaczka opisanego (w naszyć przykładzie) 38,1 i kreski celowniczej uzyskamy powtórnie ruchem śruby elewacyjnej niwelatora. Po tej czynności oś celowa zajmie położenie poziome, natomiast pęcherzyk libeli niwelacyjnej wychyli się, Doprowadzany go do położenia środkowego pionowymi wkrętami rektyfikacyjnymi (1) libeli niwelacyjnej.

Firma Wild pomija przy realizacji tego warunku poprawkę k, natomiast proponuje ustawiać rektyfikowany niwelator nad punktem S, w odległości 1/10 AB i koryguje z tego tytułu odczyt a₂ o 1/10 wyznaczonego błędu.

Ad. 3. Często zdarzę się, że mino realizacji warunku równoległości osi c i l nie są one w przestrzeni równoległe lecz skrzyżowane pod pewnym kątem. Błąd ten nazywa się wichrowatością osi celowej i osi libeli niwelacyjnej. Zjawisko wichrowatości przedstawiono na rysunku.

Widzimy, ze w takim przypadku rzuty osi c i l na płaszczyznę pionowe (YZ) są równoległe, czyli c||l. Natomiast rzuty tych osi na płaszczyznę poziome (xy) nie są wzajemnie równoległe, czyli c nierównoległe do l.

Ślady osi celowej i osi libeli niwelacyjnej na płaszczyźnie poziomej przecinają się i tworzę kąt ω.

Aby wykryć wichrowatość osi celowej l osi. libeli, należy niwelator ustawić w stosunku do dowolnego punktu, na przykład łaty niwelacyjnej tak, jak na rysunku

Dwie śruby poziomujące, np. (2), (3) wyznaczają prostą równoległa do osi celowej. Po spoziomowaniu instrumentu pęcherzyk libeli niwelacyjnej zajmie położenie środkowe. Następnie. pokręcając śruba poziomująca (l), przechylany niwelator względem prostej wyznaczonej przez śruby (2-3) i wtedy oś główna wychyli się w płaszczyźnie pionowej o pewien kąt. W przypadku występowania błędu wichrowatości osi, c i l pęcherzyk wyjdzie z położenia środkowego. Śrubą poziomującą (l) wykonujemy obroty w przeciwnym kierunku i wtedy zaobserwujemy ruch pęcherzyka libeli także w przeciwnym kierunku, W wyniku tych czynności zostało stwierdzone zjawisko wichrowatości. Wychylania niwelatora można także zaobserwować po uprzednia wycelowaniu środkiem siatki kresek niwelatora do podziałki na łacie.

Błąd ten usuwany w ten sposób, że przy wychylonej osi głównej niwelatora sprowadzamy pęcherzyk libeli niwelacyjnej do położenia środkowego poziomymi wkrętami rektyfikacyjnymi (2) libeli niwelacyjnej. Czynność powyższą dla kontroli powtarzamy. Po usunięciu błędu wichrowatości należy jeszcze raz sprawdzić warunek c||l podana w punkcie 2, ponieważ podczas usuwania wichrowatości zwolniono lekko wkręty pionowe

Ad. 4. Z definicji osi celowej wynika, że jest to prosta wyznaczona przez środek optyczny obiektywu i środek- siatki krasek płytki ogniskowej. Wiadomo jednak, że prosta ta przechodzi także przez środek optyczny soczewki ogniskującej , która jest elementem ruchomym w układzie optycznym lunety niwelatora. Zmienne położenie soczewki ogniskującej może spowodować niestałość osi celowej, wpływając bezpośrednio na odczyt. Zjawisko to może mieć uchwytny wpływ na wyniki pomiaru, w związku z czym niwelator precyzyjny należy przebadać dla przekonania się, czy odpowiada on swoim założonym wymaganiom.

Badanie stałości osi celowej niwelatora precyzyjnego można przeprowadzić bazie polowej.

Zadanie do wykonania

Sprawdzić każdy z otrzymanych instrumentów:

• oględziny elementów mechaniczno-konstrukcyjnych,

• sprawdzić warunki geometryczne i ustawcze (błąd inklinacji, błąd kolimacji, błąd indeksu, błąd pionu optycznego, błąd libeli alidadowej),

i podać sposób usunięcia błędów przy uwzględnieniu wyników pomiarów.

Opracowano na podstawie:

• Praca zbiorowa, 1993, “Niwelacja precyzyjna”, PPWKiG, Warszawa

• Szymoński J., 1969-1971, “Instrumentoznawstwo geodezyjne”, tom I,II,III, PPWiK Warszawa

• Tatarczyk J., 1985, “Wybrane zagadnienia z instrumentoznawstwa geodezyjnego”, skrypty uczelniane AGH nr 982, Kraków

• Wanic. A., 1996, “Instrumentoznawstwo geodezyjne” - przewodnik do ćwiczeń cz. 1, wyd. ART., Olsztyn

• Wanic. A., 1997, “Instrumentoznawstwo geodezyjne” - przewodnik do ćwiczeń cz. 2, wyd. ART., Olsztyn

---