WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«Х.К.Ямбаев ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ И СООСНОСТИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ МОСКВА „НЕДРА 1986 УДК 528.48 Ямбаев X. К. Геодезический ...»

-- [ Страница 1 ] --

Х.К.Ямбаев

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ

КОНТРОЛЬ

ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ

И СООСНОСТИ

В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

МОСКВА „НЕДРА" 1986

УДК 528.48

Ямбаев X. К. Геодезический контроль прямолинейности и соосности

в строительстве.—М.: Недра, 1 9 8 6. - 2 6 4 е., ил.

Рассмотрены современные геодезические методы обеспечения и контроля

прямолинейности и соосности строительно-монтажных конструкций и технологических линий при строительстве, монтаже и эксплуатации инженерных сооружений. Освещены теоретические основы и конструктивные особенности оптико-механических, оптико-электронных, интерференционных методов и средств контроля прямолинейности и соосности. Значительное внимание уделено лазерным автоматизированным системам с фотоэлектрическими устройствами. Приведены требования к точности измерений, состав работ и порядок геодезического контроля прямолинейности на разных стадиях строительства и эксплуатации промышленных, гражданских и специальных сооружений.

Д л я специалистов, занятых на геодезических работах в строительстве.

Может быть полезна при подготовке инженерно-геодезических кадров.

Табл. 16, ил. 115, список лит. — 19 назв.

Р е ц е н з е н т : А. А. Карлсон, канд. техн. наук (Всесоюзный проектноизыскательский и научно-исследовательский институт им. С. Я. Ж у к а )

ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИЗДАНИЕ



Харьес Каюмович Ямбаев

ГЕОДЕЗИЧЕСКИ И КОНТРОЛЬ ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ

И СООСНОСТИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Р е д а к т о р издательства Т. Б. Шибанова Переплет х у д о ж н и к а А. Я. Толмачева Художественный р е д а к т о р Г. Н. Юрчевская График-иллюстратор А. М. Якубов Технические р е д а к т о р ы Е. С. Сычева, С. В. Торопцева Корректор К- С. Торопцева И Б № 6142 С д а н о в н а б о р 22.04.86. П о д п и с а н о в п е ч а т ь 23.07.86. Т-16170. Ф о р м а т 60X90Vie. Б у м а г а т и п о г р а ф с к а я № 1. Гарнитура Л и т е р а т у р н а я. П е ч а т ь в ы с о к а я. Усл.-печ. л. 16,5. Усл.

кр.-отт. 16,5. Уч.-изд. л. 17,6. Т и р а ж 4800 экз. З а к а з 1270/830—15. Ц е н а 1 р. 30 к.

О р д е н а « З н а к Почета» и з д а т е л ь с т в о « Н е д р а », 103633, М о с к в а, Третьяковский проезд, 1/19 Л е н и н г р а д с к а я т и п о г р а ф и я № 4 ордена Трудового Красного З н а м е н и Л е н и н г р а д с к о г о о б ъ е д и н е н и я «Техническая книга» им. Евгении Соколовой С о ю з п о л и г р а ф п р о м а при Государственном комитете С С С Р по д е л а м издательств, полиграфии и к н и ж н о й торговли. 191126, Л е н и н г р а д, С о ц и а л и с т и ч е с к а я ул., 14.

1902020000—363 я Я 043(01)—86 © Издательство «Недра», 1986 Введение Качество строительства современными индустриальными методами, долговечность сооружений, эффективность эксплуатации технологических линий во многом зависят от методов и средств инженерно-геодезических измерений. Возрастающие размеры сооружений, неуклонное увеличение требований к точности соблюдения их геометрических параметров, превращение строительного производства в комплексно-механизированный процесс вызвали необходимость усовершенствования существующих и разработки новых высокоточных методов и средств инженерно-геодезических измерений. Точность геодезического обеспечения таких сооружений, как промышленно-заводские комплексы, гидроэлектростанции, конвейерные линии различного назначения, характеризуется допусками порядка 1—3 мм.





Специфика строительства уникальных инженерных сооружений требует повышения на порядок точности измерений, максимальной автоматизации геодезических работ и математической обработки результатов измерений, создания следящих систем с обратной связью.

Юстировка оборудования современных технологических линий превратилась в сложный прецизионный процесс д л я которого необходимы новые специальные геодезические методы, приборы и механизмы.

Важность и значимость результатов, полученных с помощью крупнейших в мире сооружений, таких, как Серпуховской ускоритель, является стимулом дальнейшего развития физики высоких энергий.

Объем геодезических измерений при строительстве и эксплуатации гигантских сооружений увеличивается во много раз, а требования к точности характеризуются десятыми долями миллиметра.

Все это ставит перед геодезической наукой сложные задачи тто разработке, исследованию и применению новых эффективных высокоточных методов и средств измерений, что обусловливает увеличение объема научно-исследовательских и опытноконструкторских работ. Одной из важнейших проблем является разработка геодезических методов д л я контроля прямолинейности и соосности технологического оборудования и строительно-монтажных конструкций инженерных сооружений.

Необходимость разработки новых высокоточных геодезических методов контроля прямолинейности и соосности в 60-е годы была обусловлена строительством не только ускорителей, но и таких сооружений, как радиоантенные комплексы, направляющие пути, сборочные конвейеры, прямолинейные технологические линии которых составляли несколько сот метров и д а ж е несколько километров, а требования к точности характеризовались средними квадратическими погрешностями, составляющими десятые и сотые доли миллиметра. Специфика работы таких уникальных сооружений потребовала частичной или полной автоматизации процесса измерений.

Д л я решения этих з а д а ч были выполнены детальные исследования традиционных методов и средств геодезических измерений с целью их модернизации, разработаны новые оптикоэлектронные геодезические методы на базе достижений в области оптических квантовых приборов, фотоэлектрических методов регистрации, методов и средств когерентной оптики; проведены анализ и исследования качественных особенностей лазерного излучения.

В нашей стране в 60-е годы были осуществлены разработки, исследования и началось системное применение когерентной оптики при инженерно-геодезических измерениях, в частности при высокоточных створных. Выполненные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы показали возможность использования д л я контроля прямолинейности и соосности лазеров с дистанционным съемом информации. Были разработаны дифракционные методы и средства створных измерений с использованием голограмм. Это означало открытие нового перспективного направления в развитии методов и средств геодезических измерений.

В настоящее время л а з е р н ы е методы и средства инженерногеодезических измерений применяют в сочетании со средствами когерентной оптики, оптико-электронными и фотоэлектрическими преобразователями, которые в последние годы получили особое развитие. Современные методы и средства измерений обеспечивают необходимую точность и автоматизацию процессов контроля прямолинейности и соосности большинства крупных и ответственных инженерных сооружений народного хозяйства.

Глава 1

П Р И Н Ц И П И А Л Ь Н Ы Е ОСНОВЫ

ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ

ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ И СООСНОСТИ

§ 1. Сущность геодезических методов контроля прямолинейности и соосности Н е п р я м о л и н е й н о с т ь ю или отклонениями от прямолинейности считают кратчайшие расстояния от точек реального профиля (поверхности строительных и технологических конструкций) до базовой или референтной прямой. Отклонение от прямолинейности можно рассматривать как линейное смещение в любой из двух взаимно перпендикулярных плоскостей относительно линии пересечения этих плоскостей (рис. 1, а).

П о д н е с о о с н о с т ь ю понимают расстояния от заданной референтной прямой до геометрической оси контролируемых поверхностей вращения в пределах двух конечных точек референтной прямой. При контроле соосности измеряют линейные смещения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. При этом возникает необходимость высокоточной фиксации оси контролируемой поверхности вращения не менее чем в двух точках, как правило, в торцах поверхности вращения (апертур технологического оборудования, внутреннего диаметра различных трубопроводов, статоров генераторов электростанций и др.). Д л я контроля несоосности отверстий крупногабаритных изделий используют четырехопорную визирную марку (рис. 2), которая обеспечивает высокую точность фиксации центра отверстия. Марка имеет оправу с двумя парами опор и два штока с закрепленными на них визирными целями. Д в е пары опор придают устойчивость м а р к е как в начальном положении, т а к и при повороте на 180°. Полусумма отсчета по визирным целям при двух положениях марки позволяет однозначно и с высокой точностью определить центр отверстия контролируемого изделия относительно заданной референтной прямой (монтажной оси) в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Таким образом, при контроле прямолинейности и соосности измеряют два параметра: нестворность б/ — длину перпендикуляра, опущенного из контролируемой точки на вертикальную плоскость, и вертикальный отрезок hi от основания перпендикуляра до референтной прямой (см. рис. 1, а).

Геодезические измерения при контроле прямолинейности и соосности выполняют относительно двух взаимно перпендикуРис. 1. Измеряемые величины при контроле прямолинейности и соосности Рис. 2. Визирная марка для контроля соосности отверстий лярных плоскостей — створов, поэтому такие измерения принято называть с т в о р н ы м и. Д л я краткости названий приборы для контроля прямолинейности и соосности называют створными или створофиксаторами. При этом створными приборами одновременно измеряют либо оба параметра б« и А/, либо только один из них.

Референтные прямые могут быть различным образом ориентированы в пространстве — горизонтально, наклонно, верти-, кально. Один из опорных пунктов / называют начальным, второй II — конечным пунктом створа. Нестворность б/ принято считать положительной, если контролируемая точка расположена вправо от заданного створа, и отрицательной, если влево.

Нестворности б /, определенные относительно створа II—/ (в обратном направлении), имеют противоположный знак.

В том случае, когда створ делят на части, т. е. на так называемые частные створы, измеряют частные нестворности Д,- (см.

рис. 1, б ). Ч а с т н а я н е с т в о р н о с т ь А,- — длина перпендикуляра, опущенного из промежуточной (контролируемой) точки на вертикальную плоскость частного створа. При этом нестворность б/ относительно заданного общего створа является функцией измеренных частных нестворностей б / = / ( Д ь Д г, Д п ). Д л я створных измерений характерно то, что величины нестворностей б/ и Дi не превышают нескольких сантиметров, т. е. они во много раз меньше расстояний между точками на референтной прямой. Кроме того, следует отметить, что при определении нестворностей б/ по измеренным частным нестворностям Д;

последние следует считать т а к ж е перпендикулярными к общему створу. Такое допущение значительно упрощает вычисления, а влияние неперпендикулярности Д, на величину нестворностей бi настолько мало, что им можно пренебречь, д а ж е при самых высокоточных измерениях.

§ 2. Назначение и роль высокоточных методов геодезического контроля прямолинейности и соосности в строительстве

Высокоточные створные измерения выполняют при:

1) построении в натуре опорных геодезических створов (ОГС) большой длины путем фиксации ряда промежуточных пунктов, определяющих с требуемой точностью положение заданного створа. Относительно ОГС производят разбивку основных, монтажных и вспомогательных осей, установку в проектное положение оборудования, строительных конструкций и др.;

2) определении положения ряда контролируемых точек в плане относительно прямой, закрепленной в натуре только двумя опорными пунктами. В зависимости от поставленной цели после соответствующей математической обработки полученных нестворностей получают информацию о степени непрямолинейности или несоосности оборудования исследуемого объекта. Взаимное расположение контролируемых точек вдоль заданного створа зависит от конструктивных особенностей конкретного объекта. В общем случае они могут располагаться на различных расстояниях друг от друга и от опорных пунктов.

При построении опорных геодезических створов промежуточные пункты стремятся расположить равномерно, что значительно улучшает технологию геодезических работ.

Створные измерения выполняют, как правило, при строительстве и эксплуатации сооружений, имеющих прямолинейную структуру. Методы и средства высокоточных створных измерений находят широкое применение при установке и выверке технологического оборудования промышленных предприятий, при разбивке центров опор канатно-подвесных дорог, при контроле планового положения направляющих путей большой протяженности, прокатных станов и конвейеров д л я шлифовки стекла, подкрановых путей и др. Методы и средства высокоточных створных измерений являются одними из основных при контроле за состоянием крупных гидротехнических сооружений как в процессе строительства, так и в период эксплуатации.

Высокоточные методы створных измерений, обеспечивающие контроль прямолинейности с погрешностью 0,05—0,3 мм при длине створов до 1 км и более, широко применяют при строительстве, монтаже и юстировке оборудования практически всех узлов современных ускорителей элементарных частиц.

В ряде случаев эти методы единственно возможны, т а к как только они удовлетворяют высоким требованиям точности установки физического оборудования в проектное положение.

Д л я того чтобы обеспечить юстировку технологических линий, на к а ж д о м элементе оборудования предусматривают специальные точки, закрепленные малогабаритными геодезическими знаками. Положение их с погрешностью 0,05—0,10 мм определяют на специальных стендах геодезической калибровки относительно магнитной или геометрической оси монтируемого изделия.

Установку оборудования протяженных технологических комплексов в проектное положение осуществляют относительно монтажных осей, которые з а д а ю т с я координатами не менее чем двух опорных пунктов или координатами одного пункта и дирекционным углом створа. М о н т а ж н ы е оси могут совпадать с рабочими осями агрегатов или располагаться параллельно им.

Р а з б и в к у местоположения опорных пунктов выполняют относительно общей геодезической основы всего сооружения. Ч а щ е всего монтажной осью является прямолинейный отрезок или система азимутально связанных прямолинейных отрезков. На практике прежде всего необходимо реализовать в натуре монт а ж н у ю ось. В случае значительной ее длины в створе заданных пунктов устанавливают ряд промежуточных точек, закрепив их постоянными или временными геодезическими знаками.

В зависимости от х а р а к т е р а сооружения точность такой реализации монтажной оси или базовой прямой, как принято ее называть, может быть разной. При установке физического оборудования линейных ускорителей и выносе в натуру магнитно-оптических осей каналов транспортировки з а р я ж е н н ы х частиц кольцевых ускорителей базовую прямую необходимо построить с точностью, характеризуемой средней квадратической погрешностью 0,05—0,20 мм д л я расстояний 500 м и более. Д л я обеспечения таких высоких требований опорные геодезические створы д о л ж н ы включать вакуумированные или термостатированные лучеводы, позволяющие исключать влияние внешних условий на точность створных измерений.

Современные оптические приборы, применяемые в машиностроении, позволяют одновременно измерять оба параметра, характеризующих непрямолинейность или несоосность. Однако эти приборы обеспечивают высокую точность только на расстояниях в несколько десятков метров и находят лишь ограниченное применение в инженерно-геодезических работах при строительстве сооружений большой длины.

При установке оборудования современных горизонтальных технологических линий большого протяжения з а д а ч а решается, как правило, путем раздельного определения величины б/ методами высокоточных створных измерений и величины hi методами прецизионного нивелирования. Следует отметить, что в настоящее время д л я определения высотных отметок промежуточных точек заданного створа применяют не только методы и средства геометрического нивелирования коротким визирным лучом, но и прецизионные гидростатические датчики, входящие в стационарные гидростатические системы с фотоэлектрической регистрацией положения уровня жидкости.

§ 3. Классификация методов и средств высокоточных створных измерений В настоящее время для обеспечения высокоточных створных измерений существует большое число контрольно-измерительных методов и средств, хотя их р а з р а б о т к а, исследование и применение начались сравнительно недавно. На начальном этапе были предприняты попытки использовать известные геодезические методы и средства. Однако они оказались пригодными при монтаже относительно простого оборудования со средними требованиями к точности установки в проектное положение (2—3 мм). З а т е м шел процесс модернизации существующих геодезических инструментов и методов измерения в соответствии с новыми требованиями (0,05—0,20 м м ). Установка современного оборудования в цехах промышленных предприятий и уникальных физических лабораторий потребовала сочетания геодезических методов с методами измерительной техники, применяемой в машиностроении, повышения точности тех и других методов, разработки новых нестандартных геодезических приборов и вспомогательных приспособлений.

Известные высокоточные методы и средства створных измерений, которые применяют на разных этапах строительства, монтажа и эксплуатации инженерных сооружений, можно подразделить на четыре основных вида по физическим принципам, положенным в их основу:

1) оптические — п р я м а я линия определяется визирной или оптической осью зрительной трубы, коллиматора или автоколлиматора;

2) с т р у н н ы е — б а з о в а я п р я м а я линия задается натянутой струной;

3) лучевые — п р я м а я линия задается осью пучка световых лучей, в том числе и осью д и а г р а м м ы направленности лазерного пучка;

4) интерференционные — основаны на законах физической оптики; п р я м а я линия определяется когерентным источником света и устройством, разделяющим пучок его световых лучей, и реализуется в пространстве осью симметрии интерференционной или дифракционной картины.

В табл. 1. представлены некоторые технические и точностные характеристики основных методов створных измерений.

Следует отметить, что створные измерения оптическим методом могут выполняться по различным программам, соответствующим той или иной геометрической схеме построения опорного геодезического створа.

Д л я построения ОГС и д л я геодезического обеспечения высокоточной установки оборудования относительно ОГС за последние д в а д ц а т ь лет р а з р а б о т а н ы и внедрены в производство высокоточные оптические, струнные, дифракционные и лазерные методы и средства створных измерений, р а з р а б о т а н а разнообразная аппаратура как с визуальной, так и с фотоэлектрической регистрацией информации.

Н а стыке квантовой механики, физической оптики и радиоэлектроники сложилось новое направление, называемое квантовой оптико-электроникой, которое охватывает теорию и практику создания, а т а к ж е способы применения квантовых приборов оптического диапазона. Новое направление открыло широкие возможности в развитии средств измерений вообще и высокоточных створных измерений в частности.

Приборы д л я створных измерений с использованием лазеров, визуальных или фотоэлектрических регистрируемых устройств получили название «лазерные створофиксаторы». В них необходимую измерительную информацию несет соответствующим образом сформированный пучок световых лучей, что позволяет при использовании фотоэлектрической регистрации автоматизировать створные измерения и создать специальные следящие системы с обратной связью.

Традиционные методы и средства створных измерений не ТАБЛИЦА 1 МаксиСредняя мальная О с н о в н ы е виды Методы и средства квадратическая длина створных измерений створных измерений погрешность створа» м

–  –  –

позволяют полностью автоматизировать процесс геодезического контроля прямолинейности и соосности. В связи с этим наряду с теоретическими и экспериментальными исследованиями струнного, оптического и дифракционного методов створных измерений возникла необходимость разработки и всестороннего исследования стационарных следящих систем, позволяющих непрерывно и дистанционно получать информацию о положении контролируемого оборудования, а т а к ж е автоматизировать отдельные процессы всего комплекса геодезических работ. Такие системы являются наиболее экономичными по сравнению с существующими схемами измерений.

§ 4. Закрепление пунктов ОГС глубинными знаками Основное назначение ОГС — задание опорной (референтной) прямой линии, которую закрепляют в натуре двумя исходными и совокупностью промежуточных пунктов. Относительно этой прямой, используя геодезические знаки промежуточных пунктов, производят разбивку основных технологических осей сооружения, установку в проектное положение технологического оборудования, наблюдение за смещениями оснований сооружений различного типа и т. п.

Д л я закрепления пунктов ОГС используют глубинные знаки.

Поскольку на ОГС производят высокоточные измерения, в конструкции глубинных знаков предусматривают устройства для принудительного (механического) центрирования створных приборов, теодолитов, визирных марок и др. З н а к и закладывают в местах, где гарантируется их сохранность в период строительства и эксплуатации сооружения. Их местоположения согласуют с проектом сооружения и с проектом организации строительно-монтажных работ. Знаки з а к л а д ы в а ю т в коренные породы основания сооружения по согласованию с геологической службой проектной организации; предусматривают надежную термоизоляцию знака. Конкретная конструкция знака зависит от требований к стабильности его положения, геологии участка установки знака, вида используемых измерительных приборов и вспомогательного геодезического оборудования и других факторов.

В настоящее время разработаны различные конструкции знаков: глубинные — д л я закрепления пунктов ОГС, передвижн ы е — д л я реализации в натуре монтажных створов, портативные (съемные или постоянные) — на технологическом оборудовании, специальные стенные знаки и др.

Рассмотрим конструкцию некоторых типов глубинных знаков д л я закрепления пунктов ОГС. Наиболее стабильной частью глубинного знака является якорь, относительно которого выполняют геодезические измерения. В связи с этим возникает з а д а ч а высокоточного переноса центра с горизонта заложения на рабочий горизонт. Д л я этого используют следующие способы переноса: оптический, струнный и механический.

В первом способе при помощи оптического прибора верх знака центрируют непосредственно над якорем. Центр знака в виде световой марки 5 (рис. 3, а) закреплен в бетонном кубе 4, установленном в специальном шурфе. П е р е д началом работ ось втулки 1 головки знака 2 центрируют при помощи оптического центрира над световой маркой. Д л я обслуживания марки имеется специальный л а з 3. Такой знак можно заложить, когда коренные породы находятся на глубине 2—5 м. В качестве световой марки может использоваться ампула с наполнителем из слабо светящегося радиоактивного изотопа трития. Срок годности такой марки 5 лет.

В струнном способе переноса используется принцип обратного отвеса. Конструкция его р а з р а б о т а н а кафедрой прикладной геодезии Московского института инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии ( М И И Г А и К ). З н а к состоит из поплавка (в виде пакета торов), плавающего в жидкости 6 в кольцевом бассейне 1 (рис. 3, б ). Поплавок имеет уровень 4 и марку с перекрестием 2. Наблюдения осуществляют с помощью микроскопа 3. Поплавок 5 соединен струной 8 с якорем 9, забетонированным в скважине 7. В практике широко применяют трубчатые конструкции консольного типа. Они представляют собой свободно стоящую консоль, нижний конец которой закреплен в забое скважины. Таким образом, з н а к полностью изолирован от нежелательных воздействий грунтов, находящихся выше якоря. З н а к и разделяются на знаки с жесткой (рис. 3, в) и гибкой консолью (рис. 3, г). Жесткость первых позволяет устанавливать измерительный прибор непосредственно на знаке. В з н а к а х с жесткой консолью высота консольной части достигает 6 м, поэтому их чувствительность к боковым воздействиям мала. З н а к и с гибкой консолью устанавливают, если необходимо увеличить глубину з а л о ж е н и я якоря.

Д л я установки измерительного прибора такой знак снабжается оголовком 2, играющим роль постоянного штатива, втулка 1 которого центрируется над верхом 3 консольной части с погрешностью 0,01 мм. Такие знаки широко применяют при закреплении точек опорной сети ряда отечественных и зарубежных ускорителей, а т а к ж е при изучении микросмещений грунтов основания сооружений.

Глава 2.

ВЫСОКОТОЧНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

И СРЕДСТВА СТВОРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

§ 5. Высокоточные створные измерения, проводимые методом оптического визирования При монтаже технологического оборудования и строительномонтажных конструкций широко применяют высокоточные створные измерения, используя метод оптического визирования на марки, последовательно устанавливаемые на промежуточных точках створа. Д л я этого разработаны специальные зрительные трубы с внутренней фокусировкой, двойного изображения, с аксиконовыми объективами.

Коллимационную плоскость створного прибора совмещают с заданным створом. Д л я этого зрительную трубу центрируют на одном из опорных пунктов общего или частного створа, визируют на ориентирную марку, центрированную над другим опорным пунктом. Затем, визируя на промежуточные марки, посредством отсчетных приспособлений трубы или марки определяют искомое положение контролируемой точки относительно ориентированной вдоль створа визирной линии.

Значения нестворностей определяют тремя способами: подвижной марки, малых углов и непосредственного измерения линейной величины нестворности оптическим микрометром зрительной трубы.

Способ подвижной марки. На i-м пункте створа устанавливают марку с подвижной визирной целью и, вводя последнюю в створ / — / /, определяют по отсчетному устройству марки величину ее перемещения, соответствующую нестворности б/ (рис. 4). Отсчетное устройство может быть в виде шкалы с индексом, индикаторного устройства или микрометра, в зависимости от необходимой точности отсчета и диапазона измерений.

Местом нуля (МО) называется отсчет по шкале марки, при котором ось симметрии визирной цели проходит через центр знака. В комплект оборудования входят ориентирная марка с неподвижной визирной целью, теодолит или алиниометр специальной конструкции — визирный прибор со зрительной трубой большого увеличения. Например, алиниометр народного предприятия «Фрайбергер прецизионс механик» ( Г Д Р ) имеет увеличение трубы в 67 х, а ошибка визирования им составляет 0,18". Ось вращения трубы устанавливают в горизонтальное положение с помощью контактного уровня с ценой деления 10".

I Рис. 4. Схема створных измерений способом малых углов и углов, близких к 180° Горизонтальный и вертикальный круги отсутствуют, труба может наклоняться в вертикальной плоскости на угол 30°.

Нестворность б; определяемого пункта в зависимости от оцифровки шкалы марки вычисляют по одной из следующих формул: бi = di — МО; 6t = М О — а,, где щ — средний отсчет по ш к а л е подвижной марки при ее введении в створ. Допустимые расхождения измеренных нестворностей между приемами могут быть определены по формулам * Д 3,6s (m*n + т | У ' 2 / Р ; т ф = т о р « 20*/Г, где т о р и Шф — угловые ошибки ориентирования и фиксирования (введения подвижной визирной цели в створ); s — расстояние от опорного пункта до определяемого; Г — увеличение зрительной трубы; р = 206 265". О ж и д а е м а я ошибка М 6 [ определения нестворности пункта может быть подсчитана по формуле (1) где п\ — число приемов определения нестворности; Яг — число фиксирований марки в одном приеме (одно фиксирование соответствует двукратному введению марки в створ — справа и с л е в а ). В настоящее время д л я устранения основного недостатка этого способа — разобщенности н а б л ю д а т е л я и помощника у марки — используют подвижные марки с дистанционным управлением.

Способ малых углов. Нестворности б/ или частные нестворности Дi могут быть получены по измеренным малым углам р,и расстояниям s, от вершины малого угла до контролируемой точки по формуле = sin р- или, учитывая малость угла (см.

рис. 4 ), 6; = s,P//p. П о д малым углом понимается угол, величина которого может быть измерена оптическим микрометром зрительной трубы теодолита при совмещении одного и того ж е штриха горизонтального круга. Использование только одного штриха лимба освобождает результат от влияния ошибок делений лимба.

* Карлсон А. А. Измерение деформаций гидротехнических сооружений.— М.: Недра, 1984.

По исследованиям И. Е. Донских измерения малых углов целесообразно производить оптическим микрометром теодолитов Т1 (по нашему мнению, т а к ж е и теодолитов Т2, 2Т2) при двух положениях круга по следующей программе. При измерении направлений в каждом полуприеме производят два наведения биссектором зрительной трубы и берут отсчеты по лимбу и шкале микрометра. Средняя квадратическая ошибка измерения малого угла одним полным приемом составила О,46". И. Е. Донских выполнил детальные исследования точности створных измерений способом малых углов по разным программам и многочисленным геометрическим схемам построения створа большой длины.

О ж и д а е м а я средняя квадратическая ошибка Мб. определения нестворности пункта может быть вычислена по формуле c = ^tftS(/(pn)t где mp — средняя квадратическая ошибка измерения малого угла одним приемом оптическим микрометром;

п — число приемов измерения угла; s, — расстояние от теодолита до определяемого пункта.

Способ измерения угла на контрольном пункте. Он заключается в том, что на определяемом пункте теодолитом измеряется близкий к 180° угол yi (см. рис. 4) между направлениями на опорные пункты или у / на соседние контрольные пункты (при определении нестворностей по программе угломерного хода).

Измерив теодолитом угол yi между направлениями на опорные пункты, нестворность б; вычисляют по формуле б. = (180° — yi)SfjSiiJ Р (S/i + Sin) Среднюю квадратическую ошибку М 0. определения нестворности можно рассчитать по формуле

–  –  –

При измерении углов у { на соседние контрольные пункты и расстояний между ними геометрическая схема створных измерений является по существу вытянутым полигонометрическим ходом.

В последние годы создаются и широко внедряются в производство методы и приборы, позволяющие измерить непосредственно величину бi при помощи отсчетных устройств зрительной трубы или подвижной марки. В настоящее время разработаны специальные высокоточные створные приборы — алиниометры, микротелескопы и специальные приборы проверки прямолинейности, плоскостности и соосности, в которых в качестве отсчетного устройства применяют оптические микрометры с плоскопараллельной пластинкой. Алиниометры с л у ж а т д л я выполнения высокоточных створных измерении в процессе строительства и при определении деформаций крупных инженерных сооружений, таких, как плотины, мосты, подпорные стенки и др. В отличие от теодолитов они не имеют горизонтального и вертикального кругов, снабжены зрительной трубой большего увеличения, накладным уровнем, установленным на горизонтальную ось вращения трубы, и могут содержать окулярный микрометр или оптический микрометр с плоскопараллельной пластинкой. Если алиниометры не имеют микрометров при трубе, то створные измерения выполняют способом подвижной марки, имеющей соответствующие отсчетные устройства. Одним из таких приборов является алиниометр Народного предприятия «Фрейбергер прецизионс механик» ( Г Д Р ).

Увеличение зрительной трубы алиниометра 67 х, диаметр объектива 70 мм, погрешность визирования 0,18", наименьшее расстояние визирования 10 м.

Микротелескопы имеют телескопическую систему и микроскоп вместо окуляра (рис. 5, а ). С помощью микротелескопов можно измерять нестворности на расстояниях от торца трубы до бесконечности. К таким приборам относятся отечественный прибор для контроля прямолинейности, плоскостности и соосности ППС-11, микротелескоп фирмы «Тейлор — Гобсон» (Великобритания); аналогичный прибор фирмы «Фарранд» (США) и др. Н и ж е приведены основные характеристики этих приборов.

ППС-11 П р и б о р фирмы Прибор фирмы Основные х а р а к т е р и с т и к и (СССР) «Тейлор — Гобсон» « ф а р р а н д »

( В е л и к о б р и т а н и я ) (США) Увеличение, к р а т 30 30 30 Предел визирования зрительных 0,1 0,1 0,25 труб, м Пределы измерений по ш к а л е мик- ±1,0 ±1,2 ±3,0 рометров, мм Цена деления микрометра, мм 0,02 0,02 0,25 Погрешность визирования на рас- 0,011 0017 0,017 стоянии 10 м, мм На точность измерений оптическими створными приборами влияют следующие основные погрешности: приборные, визирования, отсчета, центрирования и редукции, из-за случайных поступательных и азимутальных смещений микротелескопа.

К погрешностям створных измерений всеми оптическими методами следует отнести т а к ж е влияние рефракции лучей света в воздухе. Известно много работ, рассматривающих влияние боковой рефракции, выведены разного вида интегральные формулы для учета этого влияния. Например, погрешность вследствие боковой рефракции приближенно можно определить по формуле Д г = 0, 1 2 ( Д Г ) Н О р м 2, где ( Д 7 ) Н о р м — составляющая вектора ДГ, н о р м а л ь н а я к коллимационной плоскости зрительной трубы — боковой градиент температуры; L — расстояние от алиниометра до визирной марки.

а

–  –  –

Величина составляющей температурного градиента ( Д Г ) Н О р м на трассе визирования в большей мере определяется неоднородностью температуры между монтируемым оборудованием и окружающим воздухом. Д л я помещений цехового типа ( Д Г ) Н о р м зависит т а к ж е от случайных изменений температуры, вызванных передвижением механизмов, вентиляцией и т. п.

§ 6. Оптические створные приборы — алиниометры Д л я обеспечения точности монтажа оборудования таких сооружений, как ускорители з а р я ж е н н ы х частиц, реакторы, антенные комплексы, создана аппаратура д л я высокоточных створных измерений методом оптического визирования, включ а ю щ а я алиниометр и различные визирные марки. В алиниометре (см. рис. 5, а) использована зрительная труба прибора для контроля соосности, который выпускает Народное предприятие «Карл Цейс» ( Г Д Р ), или применяется микротелескоп фирмы «Тейлор — Гобсон» (Великобритания). При этом в конструкцию зрительной трубы внесены следующие изменения:

юстируемая сетка нитей; труба оснащена специальным упором, ограничительным кольцом и блендой — противовесом. Подставка прибора имеет полукинематическую ось. Опорные колонки зрительной трубы находятся в пазах подставки и могут перемещаться перпендикулярно визирной оси, что позволяет визирную ось зрительной трубы совместить с плоскостью, совпадающей с вертикальной осью вращения алиниомегра. Подставка алиниометра имеет закрепительный и наводящий винты, обеспечивающие точное наведение на визирную цель и неизменное положение зрительной трубы после ее ориентирования по базовому направлению. Установка прибора в рабочее положение осуществляется при помощи двух уровней. Один уровень закреплен п а р а л л е л ь н о трубе, а другой — накладной — перпендикулярно. Подставка содержит центрировочный шарик, который укреплен соосно с осью вращения алиниометра с погрешностью 5—10 мкм. З р и т е л ь н а я труба алиниометра помещена в хромированный цилиндрический корпус так, что юстировкой сетки нитей можно совместить визирную ось и геометрическую ось корпуса. Трубу можно поворачивать на 180° вокруг визирной оси. На зрительную трубу надевают насадку с двумя взаимно перпендикулярными оптическими микрометрами с плоскопараллельными пластинами. Измерения способом подвижной визирной марки производят без блока оптических микрометров. В этом случае на передний торец зрительной трубы надевают специальный противовес, который одновременно служит в качестве бленды.

Таким образом, конструкция алиниометра позволяет: выполнять поверки соблюдения геометрических условий и при необходимости производить юстировку; автоматически с высокой точностью производить центрирование; измерять нестворности при двух положениях оптических микрометров, поворачивая зрительную трубу вокруг визирной оси на 180°, что в значительной степени компенсирует некоторые приборные погрешности, в частности погрешности из-за перефокусировки.

Технические характеристики алиниометра Увеличение, к р а т 30 Пределы визирования, м 0,8 —оо Непараллельность образующей цилиндрического корпуса и геомет- 0,002 рической оси трубы, мм, не более Разрешающая способность трубы, угл. с 2,0 Цена деления накладного уровня, угл.

с 9,4 Д л я применяемых при угловых и створных измерениях марок точность нанесения визирной цели сравнительно невысока, и, кроме того, визирные цели имеют постоянные размеры, поэтому трудно обеспечить оптимальное соотношение между видимой величиной визирной цели и толщиной вертикальной нити или размером биссектора сетки нитей. В ряде случаев подвижные и неподвижные марки с н а б ж а ю т съемными визирными целями, которые имеют недостатки, связанные с их неидентичностью из-за погрешностей изготовления. Кроме того, при серийном изготовлении трудно предусмотреть весь диапазон расстояний визирования, который может встретиться в практике инженерно-геодезических работ.

При выполнении высокоточных створных измерений на ряде крупных отечественных ускорителей з а р я ж е н н ы х частиц и при монтаже уникального оборудования экспериментальных реакторов (например, Н Б Р - 2 ) внедрены в производство универсальные визирные марки и комплекты марок с постоянными сиссекторами, рассчитанными д л я соответствующих расстояний визирования.

Универсальная визирная марка (рис. 5, б) имеет раздвижную визирную цель 3 в виде щели, ширина которой устанавливается в зависимости от расстояния и особенностей зрения наблюдателя. Цель марки освещается через матовый рассеиватель. М а р к а имеет визир, который позволяет свести к минимуму погрешность за угловой поворот плоскости визирной цели к створу. Ось симметрии визирной цели д о л ж н а совпадать с вертикальной осью вращения марки. Д л я этого марка снабжена котировочным устройством.

Конструктивно марка состоит из раздвижных шторок, образующих визирную цель 3 в виде светящейся вертикальной полоски. Р а з м е р визирной цели регулируется посредством двух кулачков 5 с микрометренным винтом 4. М а р к а устанавливается в специальной подставке б, снабженной подъемными винтами 1 и цилиндрическим уровнем 2. Центрирование марки на знаке с точностью 10—15 мкм осуществляется с помощью посадочного шара 7 диаметром 25,4 мм, закрепленного на подставке марки соосно с ее вертикальной осью вращения. С задней стороны щель закрывается матовым или зеленым светофильтром.

М а р к и с биссектором имеют подставку, аналогичную подставке универсальной марки, но верхняя часть существенно изменена. Визирная цель в виде постоянного биссектора установлена в специальном держателе, имеющем котировочные винты, цилиндрический уровень и визир. Визирная цель выполнена на оргстекле толщиной 3—4 мм и рассчитывается на определен ный диапазон расстояний. Комплект таких марок с разными размерами визирной цели применяется на створах длиной 0,1 — 2 км.

При вертикальном положении центрировочных втулок геодезических знаков находят применение марки с различной формой визирной цели и с шаровым или цилиндрическим ценгрировочным вкладышем (рис. 5, в, г).

При визировании зрительными трубами с внутренней фокусировкой возникают погрешности из-за изменения положения визирной оси при перемещении фокусирующего компонента телеобъектива по следующим причинам: 1) г л а в н а я точка фокусирующего линзового компонента перемещается непрямолинейно из-за неправильной формы направляющих; 2) прямолинейная траектория главной точки фокусирующего компонента не совпадает с оптической осью объектива, проходящей через перекрестие сетки нитей.

Исследования влияния хода фокусирующего компонента телеобъектива зрительной трубы возможно выполнить по колебаниям места нуля алиниометра после поверки соблюдения геометрических условий.

Место нуля следует определять д л я расстояний от 1 до 25 м при двух положениях оптического микрометра — микрометр слева ( М Л ) и микрометр справа ( М П ) — п у т е м поворота трубы в лагерях на 180° вокруг визирной оси.

К а ж д о е определение производится четырьмя приемами со средней квадратической погрешностью 15 мкм.

З а т е м строится график изменения места нуля створных приборов на базе зрительных труб Народного предприятия «Карл Цейс» ( Г Д Р ) и фирмы «Тейлор — Гобсон» (Великобритания) в зависимости от расстояния до универсальной марки.

Наибольший ход фокусирующего линзового компонента наблюдается при визировании на расстяоние 20 м. Изменения положения визирной оси при перефокусировке от 1 до 25 м д л я зрительной трубы Народного предприятия « К а р л Цейс» ( Г Д Р ) достигает + 1 5 2 мкм, а фирмы «Тейлор — Гобсон» (Великобритания) —120 мкм, что в угловой мере составляет соответственно + 1,20 и —0,96". Это говорит о том, что при высокоточных створных измерениях влияние перефокусировки следует учитывать, вводя поправки в результаты створных измерений.

Д л я исключения влияния погрешностей перефокусировки применяют: соответствующую методику измерений (например, при двух положениях зрительной трубы), зрительные трубы, не вносящие погрешностей за перефокусирование, юстировку положения сетки нитей по двум точкам заданного створа, выполняемую так, чтобы погрешности на промежуточных точках были минимальными. В результаты створных измерений вводят поправки, полученные на основе специальных исследований зависимости положения визирной линии от перефокусирования.

Погрешности за перефокусирование исключаются в зрительных трубах двойного изображения, в которых сетка нитей может отсутствовать, так как измеряются величины взаимного смещения двух изображений одной и той ж е марки.

Погрешности за перефокусирование полностью отсутствуют при визировании зрительными трубами, оснащенными обьективами из конических или менисковых аксиконов — линз с максимальными продольными сферическими аберрациями, изготавливаемыми в виде конусов с плоским или вогнутым основанием или в виде положительного мениска. При этом создается непрерывное вытянутое изображение точечного источника света вдоль оптической оси, позволяющее стабилизировать линию визирования. На этом свойстве аксиконов Государственным оптическим институтом ( Г О И ) р а з р а б о т а н прибор Д П - 4 7 7 — «Оптическая струна». Он предназначен д л я измерения и графической регистрации отклонений от прямолинейности на расстояниях от 0,2 до 30 м с погрешностью 0,3". Прибор может быть использован при н а л а д к е технологического оборудования в энергомашиностроении, станкостроении и крупном машиностроении.

В М И И Г А и К разработаны две оптические насадки, которые могут быть поставлены на объектив любой зрительной трубы.

В обеих насадках использован принцип аксикона; в одной из них имеется м а к с и м а л ь н а я сферическая, в другой — хроматическая аберрация. Обе насадки работают аналогично зрительной трубе прибора Д П - 4 7 7 без перефокусировки. Преимущество таких насадок перед оптической струной ДП-477 состоит в том, что не требуется дополнительных з а т р а т на производство зрительных труб.

Однако следует отметить, что сфера использования этих приборов в инженерно-геодезических работах ограничена, так как контролируемые точки д о л ж н ы быть предварительно установлены на одной прямой с отклонениями не более 0,5 мм.

Кроме того, применение аксиконов в объективах вызывает необходимость использования мощных излучателей.

З а д а ч у установки технологического оборудования в створе заданной монтажной оси значительно облегчает применение оптического створного бипентапризменного прибора ( С Б П ).

Створный бипентапризменный прибор (рис. 6, а) состоит из подставки 1 с осевой системой и алидадной части, на которой укреплены цилиндрический уровень 5 с ценой деления 20", микрометр с ценой деления 10 мкм, блок пентапризм 4У зрительная труба 6 с увеличением 25 х и противовес 3. Подставка имеет хвостовик со сферическим утолщением в нижней части диаметром 25,4 мм д л я однообразной установки прибора во втулке геодезического знака. А л и д а д н а я часть снабжена зажимным и наводящим азимутальными винтами, а т а к ж е направляющей, в которой с помощью микрометра 2 перемещается ползун с блоком пентапризм, приближаясь к зрительной трубе С Б П или удаляясь от нее. Пентапризмы развернуты относительно друг друга таким образом, что передают изображения

–  –  –

Рис. 6. Створный бипентапризменный прибор:

а — устройство прибора; б — схема створных измерений визирных целей, установленных на начальном и конечном пунктах створа, в поле зрения зрительной трубы.

При выполнении измерений с помощью С Б П его устанавливают под углом примерно 90° к линии створа. Выполняя фокусировку трубы и в р а щ а я трубу по азимуту, получают в поле зрения трубы изображения двух струн обратных отвесов (начальной и конечной визирных целей). Д а л е е, закрепив алидадную часть прибора с помощью зажимного винта и действуя микрометренным винтом, в р а щ а ю т алидадную часть прибора до тех пор, пока изображения визирных целей не о к а ж у т с я вблизи визирной линии зрительной трубы С Б П. На этом заканчивают подготовительные работы и приступают к измерениям. Действуя микрометром, т. е. перемещая блок пентапризм относительно трубы С Б П, совмещают изображения целей и берут отсчет по микрометру О' На этом заканчивается первый полуприем. З а т е м С Б П поворачивается на 180°, с помощью микрометра изображения струн совмещаются, после чего берется отсчет О". На этом заканчивается один прием измерений.

Метод измерения с помощью этого прибора аналогичен методу обратной биполярной засечки и методу измерения пристворного угла в случае, если нет видимости между пунктами створа. Эти методы не нашли широкого применения в высокоточных геодезических измерениях из-за меньшей точности измерения пристворного угла по сравнению с точностью измерения параллактического угла во всех программах створных измерений: полного створа, частных створов, последовательных створов и др.

Если прибор расположен в середине створа (рис. 6, б ), то изображения визирных целей / и II в поле зрения зрительной трубы видны одновременно и д л я измерения нестворности изображение первой марки совмещают, перемещая блок пентапризм с помощью микрометра с изображением второй марки как при трубе «право» (труба С Б П справа от линии створа), т а к и при трубе «лево». При этом нестворность положения прибора вычисляют по формуле А = (0/—О")/2, где О', О" — отсчеты по микрометру (мкм) при совмещении изображений визирных целей при трубе «право» и трубе «лево» соответственно. Величина А может быть т а к ж е вычислена по формулам: А = М О — О " ;

А = 0 ' — М О, где МО = ( 0 ' + 0 " ) / 2 — отсчет по микрометру, когда центр блока пентапризм совмещен с осью вращения СБП.

По результатам исследований средняя квадратическая погрешность определения нестворности контролируемых точек одним полным приемом на створах длиной 25, 50 и 100 м составила соответственно 0,04; 0,08; 0,016 мм для средней точки (без перефокусирования) и 0,06; 0,12; 0,24 мм при перефокусировании зрительной трубы.

§ 7. Анализ погрешностей визирования алиниометрами на марки с регулируемыми размерами визирной цели Средняя квадратическая погрешность визирования /тгВиз определяется разрешающей способностью зрительной трубы, которая в основном зависит от увеличения и диаметра входного отверстия объектива.

Р а з р е ш а ю щ а я способность характеризует возможность оптической системы строить раздельно изображения отдельных элементов поверхности объекта или близко расположенные точечные объекты. Чем выше р а з р е ш а ю щ а я способность, тем больше информационная емкость, выше точность измерений и точность наведения (визирования) зрительной трубы.

Теоретическую р а з р е ш а ю щ у ю способность оптической системы можно определить, пользуясь теорией дифракции света.

Если две светящиеся точки s и Si (рис. 7, а) находятся на определенном расстоянии друг от друга, то их и з о б р а ж е н и я имеют вид не точек s ' и 5 /, а дифракционных кружков рассеивания, состоящих из концентрических темных и светлых колец (рис. 7, б ). В центральной части (рис. 7, в) величина освещенности максимальна. При помощи любой анализирующей системы р а з л и ч а т ь и з о б р а ж е н и я s' и s\ можно только при условии, что расстояние между их центрами не меньше радиуса Т\ первого темного кольца. И з теории д и ф р а к ц и и известно, что г1 = 3,83Х/(я9), где X — длина волны излучения; 3,83 — коэффициент д л я первого темного кольца; q ^ f.

Угловой р а з м е р радиуса первого темного кольца или минимальный угол между р а з р е ш а е м ы м и точками в плоскости изоб р а ж е н и я s' и 5 / при условии, что L—оо и L'=f\ определяется из в ы р а ж е н и я sin e ^ r i / / / =, 3, 8 3 V ( j t D C B ) = 1,22АДСВ, где угол е — называется теоретическим р а з р е ш а ю щ и м углом, Dcв — диаметр свободного отверстия объектива — входной зрачок оптической системы.

Д л я оптических систем, р а б о т а ю щ и х в видимой области спектра, среднее значение длины волны А = 0,55 мкм, поэтому e = 0,671p/D C B.

Р а з р е ш а ю щ а я способность реальных оптических систем всегда меньше теоретической из-за влияния аберраций, дефектов изготовления оптических деталей, сборки и юстировки системы.

На практике с учетом всех погрешностей для приближенной оценки разрешающей способности зрительных труб используют соотношение 6=120/D C B.

Кроме разрешающей способности зрительной трубы погрешность визирования во многом определяется видом сетки нитей и размерами изображения визирной цели. В общем виде т в н з = =^зр/Г, где v 3 p — критический угол зрения; Г — увеличение зрительной трубы. В данной формуле переменной частью является v3p. Д л я разных сеток нитей, д л я различного соотношения видимой ширины визирной цели и биссектора (ширины визирной цели и толщины штриха) берутся разные эмпирические данные v 3p. Д л я визирной цели, занимающей часть биссектора, обычно полагают т т л = 20"/Г; при Г = 30 х т в и з = 0,66". Однако при выполнении створных измерений оптическими методами расстояние от створного прибора до визирной марки меняется в широких пределах, следовательно, меняется и соотношение между видимой шириной визирной цели и биссектора.

По исследованиям автора, наилучшая точность наведения достигается при ширине видимого изображения визирной цели 0,25—0,33 от ширины биссектора сетки нитей или 3—4 видимой толщины вертикального штриха.

С увеличением расстояния точность визирования в линейной мере будет меньше при применении любых визирных целей, в том числе и с регулируемой шириной. Вопрос состоит лишь в том, в какой мере точность визирования при применении регулируемой цели будет выше.

Исследования выполнены на створе инжектора И-100 Серпуховского ускорителя общей длиной 84,3 м с промежуточными пунктами на расстояниях 13,6 36,7 60,7 м двумя исполнителями при постоянной температуре во всех направлениях. Строигельно-монтажные и пуско-наладочные работы по установке оборудования ускорителя в это время не производились. Многократное визирование на универсальную марку выполнялось алиниометром конструкции Г С П И со зрительной трубой увеличением 30 х. Полученные средние квадратические погрешности визирования т В из (мкм) приведены в табл. 2, где d — ш и р и н а визирной цели ( м м ).

Вычислим д л я данных расстояний среднюю квадратическую погрешность визирования в линейной мере по формулам т в и з = = 10" s / Г р ; m BH3 = 5 " s / r p и сравним с оптимальными значениями, полученными по результатам эксперимента. К а к видно из табл. 3, д л я данных условий визирования при использовании универсальной марки более подходит формула т В И з = 5 " 5 / ( Г р ).

Корреляционный анализ результатов этих исследований позволил вывести эмпирические формулы: д л я вычисления оптимальной ширины d (мм) прямоугольной вытянутой визирной цели d = 0, 0 6 s t - ; д л я расчета ожидаемой средней квадратической погрешности визирования в линейной мере / п В и з = 0,010 + + 10~ 5 s 2, где s — длина визирного луча (м).

ТАБЛИЦА 2

–  –  –

13,6 20 17 11 36,7 23 20 25 — —.

60,7 45 55 — — — 84,3 — — — ТАБЛИЦА 3

–  –  –

0,21 13,6 22,0 14,0 11,0 59,0 36,7 20,0 0,11 30,0 60,7 96,0 45,0 0,15 48,0 84,3 134,0 67,0 79,0 0,10 Такими ж е исследованиями в условиях интенсивного производства монтажно-наладочных работ по установке технологического оборудования И-100 (в закрытом помещении цехового типа) получено среднее значение средней квадратической ошибки визирования га = 0,26" из нижеприведенных результатов исследований.

–  –  –

Следовательно, средняя квадратическая погрешность визирования на марки с оптимально подобранной величиной визирной цели составляет около 0,3" в производственных условиях.

Исследования точности измерений на том ж е створе И-100 длиной 84,3 м позволили оценить результаты измерений по программе общего створа методом оптического визирования по внутренней сходимости и по сравнению с результатами измерений струнно-оптическим методом.

Средняя квадратическая погрешность определения нестворности промежуточных точек по внутренней сходимости для одного приема из измерений в прямом и обратном направлениях составила m e = 82 мкм, а в сравнении со струнно-оптическим методом = 9 8 мкм.

Д л я уменьшения погрешности визирования и получения надежных результатов створные измерения на каждой станции рекомендуется выполнять тремя приемами в ходе одного направления.

Один прием измерений состоит в следующем: прибор ориентируют на дальнюю визирную марку и берут отсчеты по барабану оптического микрометра при двух наведениях. Затем т а к ж е визируют на ближнюю марку и вычисляют ее нестворность по формуле б = Об—МО + ку, где Об — средний отсчет на ближнюю марку; МО — отсчет, при котором визирная цель находится в пересечении сетки нитей при вращении зрительной трубы вокруг оси вращения; w — поправка на несоответствие отсчета на дальнюю марку Од величине М О :w= (MO—Od)s6/sd.

Отсчеты по микрометру берут с точностью до 0,2 деления барабана, т. е. до 10 мкм, а нестворности вычисляют с точностью до 1 мкм. Р а с х о ж д е н и я между приемами не должны превышать 2, 5 т, где т — средняя квадратическая погрешность измерения нестворностей.

В процессе створных измерений следует о б р а щ а т ь особое внимание на качество фокусирования, пользоваться средней частью наводящего винта, заканчивать наведение на цель его ввинчиванием, не допускать отклонения пузырька накладного уровня более чем на одно деление, использовать сменный окуляр, имеющийся в комплекте алиниометра и позволяющий получать увеличение зрительной трубы 4 4 х при длине створа более 500 м.

Одним из способов повышения точности визирования при створных измерениях является применение муарового эффекта, который достигается, если в плоскости сети нитей зрительной трубы нанести линейный растр, а наблюдения вести на специальную марку с системой линейных растров. Точное визирование производится совмещением муаровых полос, перемещающихся относительно друг друга при смещении марки в направлении, перпендикулярном к визирной оси.

Необходимо учесть, что недостатком визирных труб с линейными растрами является зависимость масштаба растра от длины визирного луча, причем при отклонении расстояния визирования от расчетного точность падает. Д л я каждой трубы необходимо иметь в зависимости от длины визирного луча определенную марку.

§ 8. Основные программы высокоточных створных измерений Естественным путем уменьшения влияния погрешностей оптического визирования на линейную величину определяемых нестворностей и повышения точности измерений является деление заданного общего створа на части с целью сокращения длины визирного луча до определяемой точки.

Преимущества измерений коротким визирным лучом длиной от 10 до 50 м положены в основу ряда программ створных измерений, нашедших применение при выполнении инженерно-геодезических работ.

Под программой створных измерений понимается определенная последовательность измерительных операций по всему створу, соответствующая принятой геометрической схеме построения заданного створа.

Применяемые в практике высокоточных створных измерений программы можно разделить на простые (программы с необходимым числом измерений) и сложные (программы с избыточным числом независимых измерений). В простых программах нестворность к а ж д о й промежуточной точки измеряется относительно одного створа (общего или частного) в прямом и обратном направлениях. В сложных программах нестворности одних и тех ж е точёк определяются независимо от нескольких частных створов в прямом или обратном ходе. С л о ж н ы е программы, как правило» являются сочетанием нескольких простых программ.

В практике инженерно-геодезических работ при строительстве ряда уникальных сооружений наибольшее распространение получили простые программы створных измерений [5], основными из которых являются программы общего створа; частей створа; последовательных створов; частных створов.

Программа общего створа (рис. 8, а).

Она реализуется в двух вариантах:

1) в створе двух крайних пунктов последовательно определяют нестворности всех промежуточных точек непосредственным (сквозным) визированием;

2) в створе двух крайних пунктов определяют нестворности промежуточных пунктов, начиная с середины на себя; затем, меняя местами створный прибор и ориентируя визирную цель, т а к ж е определяют нестворности точек, расположенных во второй части створа; д л я контроля средняя точка определяется д в а ж д ы с обоих опорных пунктов створа.

Во втором варианте средняя точка определяется с такой же точностью, что и в первом. Нестворности остальных промежуточных точек получаются с более высокой точностью. Однако второй вариант имеет существенный недостаток. Из-за отсутствия обратного хода в нем не исключаются систематические погрешности (инструментальные, личные и т. п.).

Программа частей створа (рис. 8, б ). Створ разбивают на несколько частей. Рассмотрим случай, когда створ разделен на четыре части (подпрограмма четвертей створа). Вначале определяют положение средней точки относительно общего створа I—II. Затем относительно створов /—с и с—II находят частные нестворности точек а ив, расположенных соответственно посередине створов I—с и с—II. Внутри каждой четверти измеряют частные нестворности остальных промежуточных точек.

Программа последовательных створов (рис. 8, в). Частную нестворность пункта 1 определяют относительно створа / — I I,

–  –  –

затем относительно частного створа 1—II измеряют Д 2 и так далее до последнего частного створа ( п — 1 ) — / /, относительно которого определяют Д п точки п. З а т е м аналогично измерения производят в обратном направлении.

Искомые нестворности 6,- по измеренным частным нестворностям А; можно получить из решения следующих уравнений по правилу К р а м е р а :

61 = Дъ 62 — - — — 6i — Д2;

–  –  –

М о ж н о считать, что в рассматриваемой программе средняя точка является наиболее слабой по точности.

Приняв точность измерения частных нестворностей одинаковой т д 1 = mA; = mA, получим формулы д л я расчета средних квадратических погрешностей искомых нестворностей:

–  –  –

Д л я повышения ТОЧНОСТИ определения нестворностей б; промежуточных точек по программе последовательных створов необходимо стремиться к уменьшению длины визирного луча независимо от расстояния м е ж д у конечными пунктами створа.

Практически длину визирного луча или шага перестановки алиниометра можно уменьшать до тех пор, пока суммарное влияние систематических погрешностей на точность створных измерений будет меньше влияния погрешностей визирования. Выбор оптимального шага перестановки инструмента зависит главным образом от заданной точности измерений, конкретной длины и конструкции створа, точности применяемых приборов.

Расчеты показывают, что чем длиннее створ, тем эффективнее применять эту программу при сохранении одной и той ж е длины шага. Если увеличить длину створа в два раза, а длину шага оставить прежней, точность определения нестворности средней точки понизится только в 1,3 р а з а, а если длину створа увеличить в четыре р а з а, точность понизится лишь в 1,8 раза.

Зависимость точности определения наиболее удаленной от крайних пунктов точки при увеличении длины створа и той ж е длине визирного луча 24 м можно проследить по следующим данным:

м 72 96 120 144 168 192 216 336 384 L.

т а, мкм 49 56 59 64 68 73 76 92 97 Отсюда можно сделать важный практический вывод: чем больше длина створа, тем меньше относительная погрешность tnJL створных измерений при одной и той ж е длине шага.

Программа частных створов (рис. 8, г ). П о программе последовательных створов прибор ориентируют относительно всего створа при определении первой промежуточной точки, а при определении последующих точек — на L—s, L—2s, L—3s и так далее. Однако из-за влияния внешних условий и сложившейся строительно-монтажной обстановки визирование на конечную точку может о к а з а т ь с я нецелесообразным. В этом случае можно использовать оптический метод визирования по программе равных частных створов. Д л я измерений по этой программе створ I—II разбивают на равные части и в створе / — 2 определяют частную нестворность точки 1. З а т е м инструмент переносят в точку 1 и в створе 1—3 определяют частную нестворность Дг точки 2 и так д а л е е до створа (п—1)—II. Величина нестворности бi i-й промежуточной точки является функцией измеренных частных нестворностей Д/ относительно к а ж д о г о из частных створов, т. е. б / = / ( Д ь Д г,...

, Д п ), и может быть получена из следующей системы уравнений:

61 —fli62= Дъ 62 — (1 — а2) 6i — а2б3 = Д2;

–  –  –

И з изложенного следует, что при одной и той ж е длине створа погрешность определения средней точки меньше, когда створ разделен на меньшее число частей.

Преимущества программы равных частных створов заключаются в следующем:

она позволяет выполнять измерения д а ж е при неблагоприятных внешних условиях, когда просматривается лишь несколько точек створа;

с большей точностью определяется взаимное положение смежных пунктов, что в ряде случаев является наиболее важным, например при установке оборудования ускорителей;

практически полностью исключаются погрешности за перефокусировку д л я средних значений нестворностей, полученных из прямого и обратного ходов.

Программа последовательных створов по частям (рис. 8, д).

В определенных условиях целесообразно применять программу измерений, выгодно сочетающую преимущества программ последовательных створов и равных частных створов.

Пусть створ I—II длиной 360 м разбит на три части с узловыми пунктами Г и IV и промежуточными пунктами 1,2,... 12.

Сущность рассматриваемой программы заключается в следующем: в створе / — I I ' определяется точка затем в створе I— IV — точка 2 и так д а л е е и, наконец, в створе 4—IV — точка V.

Затем в створе V—II определяется точка 5, в створе 5—II — точка 6 и так далее все точки ( 7,..., 12), т. е. ориентирование зрительной трубы производится на 2/з общей длины створа.

Приведение узловых точек V и IV соответственно к створам 1—IV и V — II выполняется по формуле (5). Нестворности этих точек относительно общего створа / — I I вычисляют по формуле (15). Анализ результатов измерений, выполненных по программе последовательных створов по частям, позволяет отметить следующее: чем меньше узловых точек / ', IV, тем ближе поточности эта программа к программе последовательных створов, и чем больше узловых точек, тем б л и ж е к программе равных частных створов. Средняя квадратическая погрешность определения нестворности в середине створа длиной 384 м д л я программ общего створа, последовательных створов и равных частных створов составила соответственно 374, 96, 865 мкм при длине визирного луча 24 м. Д л я программы последовательных створов по частям т 6 с = 178 мкм при двух узловых точках и тбс = 371 мкм — п р и четырех узловых точках.

Следует обратить внимание на значительную разницу величины тбс, полученной по программе последовательных и равных частных створов. Это связано с закономерностями накопления погрешностей измерений. Чтобы в определенной степени сгладить кривую роста погрешностей, при измерении по программе равных частных створов следует стремиться дополнительно измерить полную нестворность первой и последней (п-й) промежуточных точек. Эти два избыточных измерения позволяют подсчитать угловую и координатную невязки и произвести уравнивание результатов измерений. После уравнивания конечные результаты оказываются более близкими к полученным по программе последовательных створов.

Таким образом, приведенный анализ основных программ створных измерений методами оптического визирования позволяет сделать следующие основные выводы:

наиболее точные результаты обеспечивает программа последовательных створов коротким визирным лучом;

если створ разбит на части, то оптимальной является программа последовательных створов по частям, когда в створе минимальное число частей (три части), а все основные и промежуточные точки определяются по программе последовательных створов с ориентированием зрительной трубы на ( 2 /з)L.

Например, д л я створа длиной 384 м с пятнадцатью промежуточными точками программа последовательных створов позволяет повысить точность определения нестворностей в 3,8 раза, программа последовательных створов по частям с ориентированием на ( 2 / 3 )L — в 2,5 р а з а по сравнению с программой общего створа.

2' 35 § 9. Основные погрешности, их учет при выполнении створных измерений Погрешности визирования. Они обусловлены оптическими характеристиками зрительных труб (разрешающей способностью, увеличением, относительным отверстием), видом* сетки нитей, формой и р а з м е р а м и визирной цели и внешними условиями (состоянием атмосферы, освещенностью предмета и др.).

Исследования створных приборов с увеличением зрительных труб 3 0 х показали, что при хороших условиях наблюдений средняя квадратическая погрешность визирования для различных расстояний менее 0,4".

Д л я хода в одном направлении при условии, что створ / — I I точками 1, 2, 3 разделен на четыре равные части, имеем соответственно д л я программ общего створа, частей створа, последовательных створов и частных створов:

б г = Дг, б 2 = Д2; б 3 = Д3;

ЛЗ) (2ДХ + Д 2 ); Б2 = Д2; «З=4- + ;

–  –  –

Наименьшие погрешности визирования имеют место при применении программы последовательных створов, а наибольшие— при применении программы частных створов.

Погрешности центрирования створного прибора и визирных марок. "Для высокоточных створных измерений применяют створные приборы, визирные марки и геодезические знаки со специальными посадочными втулками и сферами для принудительного (механического) центрирования. Хотя погрешность центрирования при этом составляет 15—20 мкм, при небольших длинах визирных лучей (6—24 м) ее влияние на точность створных измерений д л я разных программ неодинаково и может быть сравнимо с влиянием погрешности визирования зрительной трубой.

Рассмотрим влияние указанных погрешностей на результаты высокоточных створных измерений по основным программам.

Программа общего створа. Известно, что в угловых измерениях среднюю квадратическую погрешность центрирования марки или теодолита т ц можно принять равной е/д/2~, где е — линейная величина внецентренности оси вращения прибора и центра геознака. В створных измерениях по программе общего створа влияние т'ь погрешностей центрирования на величину определяемой нестворности зависит главным образом от точности центрирования створного прибора — алиниометра на одном из опорных пунктов и марки на определяемой точке. (Из-за большой удаленности конечного пункта погрешность центрирования ориентирной марки д л я простоты в ы к л а д о к учитывать не будем.) И з рис. 9 видно, что

–  –  –

где гацо, т ц, — соответственно средние квадратические центрирования прибора на опорном пункте и марки на i-й определяемой точке.

Считая, что Шцо — т ц / — tnц, получим (21) Следовательно, сумма погрешностей центрирования максимальна д л я б л и ж а й ш е й к алиниометру определяемой точки 1 и может быть найдена по формуле (22) Программа последовательных створов. Влияние погрешностей центрирования на точность измерения частных нестворностей Ai в этой программе такое же, к а к и в программе общего створа. Учитывая, что длина частных створов при последоваРис. 9. Погрешности центрирования створного прибора и визирных марок тельной перестановке алиниометра уменьшается, величина т д может быть подсчитана по формуле

–  –  –

Допустим, что точность определения искомых нестворностей бi зависит только от погрешностей центрирования. Тогда, подставив значение mk вместо тА в формулу (11), получим График изменения т ъ в зависимости от положения определяемой точки вдоль створа представляет собой кривую с максимумом в середине створа. Максимальные значения т ь д л я трех створов с числом fty равным 3, 7, 15 промежуточных равномерно расположенных точек, при центрировании алиниометра и марки со средней квадратической погрешностью 15 мкм составляют соответственно 23, 30, 40 мкм.

Влияние погрешностей центрирования в программе последовательных створов увеличивается с уменьшением длины визирного луча (т. е. с уменьшением шага перестановки створного прибора). В то ж е время влияние погрешностей визирования, как было показано выше, уменьшается. В связи с этим встает з а д а ч а определения оптимального шага перестановки инструмента. Напишем выражение д л я суммарного влияния погрешности центрирования и визирования на основании формул (11) и (24)

–  –  –

Анализ формулы (32) показывает, что накопление погрешностей центрирования в зависимости от номера точки i внутри заданного общего створа происходит значительно быстрее, чем по программе последовательных створов, а г р а ф и к значений т ь представляет собой кривую большей кривизны с максимумом в середине створа.

Характер возрастания пг^ с увеличением количества п промежуточных точек, а следовательно, и количества частных створов можно проследить по следующим данным: при п = 3,7 и 15 Шъ равно 41, 111 и 312 мкм соответственно.

Программа последовательных створов по частям. Степень влияния погрешностей центрирования на определяемые нестворности по программе последовательных створов по частям находится в интервале между значениями me, соответствующими программам последовательных створов и равных частных створов.

Погрешности за перефокусирование зрительной трубы. Высокоточные створные измерения оптическими методами при применении зрительных труб с внутренней фокусировкой сопровождаются погрешностями за перефокусирование т'. Д л я определения величины и х а р а к т е р а этих погрешностей в каждой из основных программ измерений поставим условие, что о' в линейной мере является величиной постоянной и систематической при перефокусировании с бесконечности на расстояние Si до определяемой точки. Это условие может выполняться в том случае, если заданный створ разделен на равные промежутки, а базовое направление таково, что труба фокусируется практически на бесконечность.

Программа последовательных створов. Подставив в (5) вместо Ak величину погрешности за перефокусирование а', получим формулу д л я расчета степени влияния этого источника погрешностей на точность определения искомых нестворностей (33) k=\ Анализ формулы (33) показывает, что накопление погрешностей за перефокусирование происходит по кривой близкой к логарифмической спирали.

Логарифмическая спираль в ы р а ж а е т с я следующей системой уравнений в прямоугольных координатах х, у:

у — Le~~mq sin ф; L — х = Le—rny Cos ср, (34) где L — длина заданного створа; ф — полярный угол; е — основание натуральных логарифмов; т = ctg е; e = a'p/s/; Si — длина визирного луча до определяемой точки внутри каждого частного створа.

Известно, что, когда угол ф достигает величины е, логарифмическая спираль имеет максимум и при малых углах е максимальная ордината утах может быть подсчитана по формуле LB LO' /ОСГЧ У max = ° т а х = = • Р Точка с максимальной ординатой утах находится на расстоянии х от н а ч а л а створа х = L — L/e. (36) Рассмотрим степень влияния погрешности перефокусирования на результаты створных измерений в одном направлении (в прямом ходе) д л я створа длиной 336 м, промежуточные точки которого расположены равномерно через 24 м. Д л я расчетов возьмем величину ( / = + 4 0 мкм, полученную на основании специальных исследований микротелескопа фирмы «Тейлор—Гобсон» (Великобритания) при перефокусировании с бесконечности на расстояние 24 м, и воспользуемся формулой (33).

Д л я промежуточных точек 1—13 о примет следующие значения (мкм):

40, 77, 110, 140, 166, 187, 204, 215, 219, 214, 201, 172, 121.

Величина максимального влияния погрешности за перефокусирование в данном примере составляет 219 мкм, и эта точка находится на расстоянии 216 м от начального пункта створа.

Рассчитав по ф о р м у л а м (33) и (36), соответственно получаем (Ттах = 205 мкм и х = 2\3 м.

Влияние погрешностей за перефокусирование в створных измерениях по программе последовательных створов в значительной степени компенсируется при вычислении средних значений нестворностей из прямого и обратного ходов. Максимальное остаточное влияние приходится на промежуточные точки, расположенные в начале и конце створа, минимальное — д л я точек, расположенных в середине створа.

Следует отметить, что чем больше длина створа при постоянном шаге перестановки алиниОхметра, тем точнее необходимо выполнять исследования по выявлению величины погрешности о' за перефокусировку. Наиболее эффективным путем исключения этой погрешности является применение зрительных труб двойного изображения.

Программа равных частных створов. Величину влияния погрешностей за перефокусирование при створных измерениях по этой программе можно рассчитать по формуле (15), заменив Д* величиной а', полученной из исследований. Погрешности за перефокусировку в данном случае практически полностью исключаются в средних значениях нестворностей б и полученных из прямого и обратного ходов. Однако при выполнении створных измерений только в одном направлении влияние погрешностей за перефокусирование может достигать недопустимо больших значений. Величины максимального влияния а т а х погрешностей за перефокусировку на створах длиной 96,192 и 384 м, но разделенных на одинаковые частные створы длиной 48 м (длина базового направления 48 м) при длине визирного луча до определяемой точки 24 м составят соответственно 80, 640 и 1560 мкм.

Следовательно, при односторонних измерениях следует тщательно определять величину о ' и вводить поправки в результаты створных измерений.

Программа последовательных створов по частям. Результаты измерений по программе последовательных створов по частям, выполненных в прямом и обратном направлениях, могут быть свободны от погрешностей за перефокусировку только в узловых точках. Д л я всех остальных промежуточных точек остаточное влияние рассматриваемого источника погрешностей зависит от их взаимного расположения вдоль к а ж д о г о из частных створов. Так, например, если створ длиной 384 м разделен на четыре части, т. е. имеет три узловые точки, а все промежуточные точки расположены через 24 м, влияние погрешностей перефокусирования на величину средних нестворностей б/ не превышает 64 мкм при ( / = 40 мкм.

Влияние боковой рефракции. В зависимости от состояния внешних условий световой луч отклоняется от прямолинейного направления, описывая в пространстве некоторую сложную кривую. Н а результаты створных измерений наибольшее влияние оказывает боковая рефракция световых лучей в атмосфере, т. е.

в данном случае в а ж н о знать геометрическую форму проекции светового луча на горизонтальную плоскость, зависящую, по исследованиям ряда авторов, от распределения горизонтальных градиентов температуры. Не вдаваясь в подробности сложной теории боковой рефракции и механизма его влияния на результаты геодезических измерений, приведем результаты принципиального анализа характера влияния боковой рефракции на результаты высокоточных створных измерений, выполненных по трем программам: общего створа, последовательных створов и равных частных створов [7]. Измерения выполнялись специальным прибором — термическим градиентомером, разработанным на кафедре прикладной геодезии М И И Г А и К. Температурные градиенты были измерены в период окончательной юстировки положения технологического оборудования, когда в помещении стабилизировался температурный режим. Средний горизонтальный температурный градиент в направлении, перпендикулярном к створу, составил 0,05 °С на 0,5 м.

Поправки за боковую рефракцию рассчитывались в непосредственно измеренные нестворности б/ по программе общего створа и в частные нестворности Д/, непосредственно измеренные по программам последовательных створов и равных частных створов по вышеприведенным формулам (9) и (16). Конечные результаты проведенного исследования сведены в табл. 4.

Поправки за боковую рефракцию (v/) в искомые нестворности б/, вычисленные д л я всех рассмотренных программ, оказались одинаковыми (с точностью вычислений).

Д л я определения возможной величины влияния боковой рефракции при создании опорного геодезического створа научноэкспериментальной базы Серпуховского ускорителя длиной 336 м была создана модель распределения температурных градиентов, аналогичных измеренным градиентам в инжекторе, и по ним была вычислена поправка д л я средней точки. Эта поправка о к а з а л а с ь равной + 0, 8 3 мм. Т а к а я большая величина объясняется тем, что составленные градиенты имели преимущественно положительный знак. При случайном х а р а к т е р е температурных градиентов их влияние на нестворности контролируемых точек может значительно компенсироваться. Очевидно, что в случае преобладания положительных или отрицательных поперечных температурных градиентов необходимо вводить ТАБЛИЦА 4

–  –  –

1 +37 +36 +36,2 +36 +11,0 2 +52 +53 +23,3 +53 +6.1 3 +54 +54 +3,8 +55 +11,4 4 +50 +49 +3,0 +49 +8,3 +38 5 +38 +5,2 +2,6 +38 6 +22 +22 +22 +3,1 +3,1

–  –  –

поправки в результаты высокоточных створных измерений или изолировать визирный луч от внешней среды, создавая специальные термостатированные или вакуумированные лучеводы.

Вакуумированный световод включает в себя трубопроводы, устройства перемещения и ввода мишеней, а т а к ж е устройства и приборы д л я создания вакуума.

Устройство ввода и вывода мишеней (рис. 10) состоит из Рис. Ю. Вакуумированный луче- отрезка трубы световода, мехавод для створных измерений низма перемещения мишеней и посадочной втулки с сильфонной развязкой [17].

Механизм перемещения рамок состоит из кронштейна 2, и двух подвижных рамок 3, исходное положение которых — горизонтальное. Р а м к и с разными визирными целями механически изолированы. Л ю ф т в опорах устраняется за счет подтягивания и фиксации конусов осей вращения рамок. Р а м к и на вращающихся осях закреплены неподвижно. Н а осях р а м о к закреплены серьги 8, которые в р а щ а ю т с я при помощи тяг 7. Тяги приводятся в движение пружинами 9, а ограничение движения осуществляется в р а щ а ю щ и м с я эксцентриком 6, неподвижно закрепленным на валу электродвигателя. Выходной в а л редуктора электродвигателя в р а щ а е т с я в одном направлении со скоростью 2 об/мин. Включение двигателя осуществляется с пульта управления. Фиксация рамок в положение 0, 90 и 180° производится упорными винтами 1, а остановка двигателя — микровыключателями.

Кронштейн крепится на посадочный вал 5, который по вакууму имеет сильфонную р а з в я з к у 4. В рабочем положении устройство д л я перемещения мишеней должно быть юстировано так, чтобы плоскость мишеней была перпендикулярна к створу и центры мишеней при вводе их в створ л е ж а л и на одной вертикали, проходящей по оси посадочного в а л а и втулки геознака.

В лабораторных условиях был собран световод протяженностью 18 м с диаметром трубы 160 мм. Форвакуум разрежением порядка 1—3 П а с о з д а в а л с я одним насосом ВН-1. Визирование осуществлялось микротелескопом «Тейлор — Гобсон» (Великобритания) в пяти точках по створу. Аналогичные измерения проводились в изолированной трубе (без вакуума) и в открытой атмосфере.

В полевых условиях был собран световод с диаметром трубы 300 мм протяженностью порядка 100 м с вводом мишеней на расстояниях 6, 24, 48, 72 и 96 м. Формакуум с о з д а в а л с я двумя насосами типа ВН-1 работающими параллельно. Д а в л е н и е в световоде поддерживалось от 4 до 13 П а. Визирование осуществлялось микротелескопом по 72 наведения на к а ж д у ю мишень.

Д л я сравнения проводились измерения в изолированной трубе и открытой атмосфере. В лабораторных условиях на расстояниях до 20 м измерения, проводимые в вакууме, незначительно отличаются по точности (т В И з = 0,15 // ) от измерений в условиях открытой атмосферы (т В из = 0,20 / / ). В полевых условиях заметно преимущество визирования через изолированную и вакуумированную трубу (т В И з = 0,14 / / ), тогда к а к средняя квадратическая погрешность визирования на открытом воздухе составила 0,30". При этом уменьшается погрешность измерений з а счет отсутствия токов воздуха и замутненности среды. Вакуумированный световод позволяет исключить в створных измерениях погрешность рефракции.

§ 10. Оценка точности результатов створных измерений Оценка точности результатов створных измерений по программе общего створа может выполняться по разностям двойных измерений di = b \ — б "и где б'* и б",- соответственно нестворности, измеренные в прямом (I—II) и обратном ходе (II—I). Средняя квадратическая погрешность результатов измерений по программе частных створов вычисляется по разностям частных нестворностей d'i = A'i—А"*, где А'* и А ", — частные нестворности i-й точки, измеренные в прямом — створ (i—1) — (t + 1 ) — и обр а т н о м — створ ( 7 + 1 ) — (i—1) — н а п р а в л е н и я х соответственно.

Средние квадратические погрешности измерений вычисляются по известным формулам двойных измерений.

Представляет интерес рассмотрение некоторых особенностей оценки точности измеренных нестворностей по программам последовательных створов и последовательных створов по частям.

Известно, что при выполнении измерений по этим программам частные нестворности А,- одних и тех ж е промежуточных точек в прямом и обратном ходах измеряются от разных створов и не могут сравниваться между собой. Вычисленные искомые нестворности бi являются функциями измеренных величин А/. Анализ результатов измерений показывает, что в разностях нестворностей d* = 6'i—б"-, полученных из прямого и обратного ходов, наблюдается преобладание одного знака — плюса или минуса, которое может быть вызвано не только наличием систематических погрешностей, но и распределением случайных погрешностей и определенным законом их накопления. Так к а к применять формулы д л я оценки случайных независимых величин к разностям di нельзя, оценку точности следует выполнять по разностям Д нестворностей смежных пунктов, полученным в прямом и обратном направлениях. М о ж н о рекомендовать следующую методику оценки точности по разностям нестворностей смежных пунктов.

Сначала вычисляют разности нестворностей Д 6 смежных пунктов по формулам:

(37)

–  –  –

где М А 6 — о ж и д а е м ы е средние квадратические погрешности, полученные по формулам (9) с учетом (37). В е л и ч и н у т д на основании опыта работ можно вычислить по формуле /п д = — 0,4" л/2 sjр, где si — длина визирного луча.

Веса разностей А вычисляются по формуле P d i = Р ' Р " / ( Р ' + + Р " ), а средняя квадратическая погрешность единицы веса \i разностей d t — по формуле И = y/[PDD*]/n, (39) где п — число разностей di.

Разности Di требуют обоснования того, что они являются слабо зависимыми и обладают свойствами случайных погрешностей.

При проверке согласованности теоретического и статистического распределения используются различные критерии как по малым ( ж 2 0 ), так и по большим ( л 5 0 ) выборкам. В первом случае малые ряды погрешностей, которые получены примерно в одинаковых условиях, не объединяются в один общий ряд, а исследование их распределения производится по отдельности [2]. Во втором случае с целью увеличения объема выборки малые ряды объединяют в один общий ряд. Оба подхода к исследованию распределений рядов измерений имеют свои достоинства и недостатки. При исследовании вида распределения по отдельным малым р я д а м результатов измерений трудно надежно получить обоснованные выводы о свойствах генеральной совокупности, но, с другой стороны, изучение таких рядов позволяет выявлять характер фактического распределения погрешностей каждого ряда измерений в отдельности. Объединяя малые ряды в один общий ряд, можно сделать более обоснованные выводы о свойствах генеральной совокупности. Учитывая это, проведем анализ х а р а к т е р а распределения рядов погрешностей створных измерений на опорном геодезическом створе длиной 888 м к а к по м а л ы м рядам, включающим погрешности измерений в к а ж д о м отдельном цикле, т а к и по общему ряду, составленному из четырех независимых циклов измерений, выполненных примерно в одинаковых условиях.

Д л я определения характера распределения погрешностей по малым выборкам (в нашем примере в к а ж д о м цикле измерений дг = 18) известен р я д критериев.

Воспользуемся критерием Саркади, особенностью которого является то, что он применим при любых систематических погрешностях, содержащихся в результатах измерений:

п—2 ' ~~ 1 (п - 2) со*_-2 = ! + У Гб, Т, (40) л 2 12 (п — 2) L 2 (л — 2 ) J i= l а критическая область при 7=0,05 определяется неравенством (п—2)со 2 п-20,461. В формуле (40) б / — элементы вариационного ряда случайных величин. Конечные результаты вычислений приведены ниже.

Ц и к л измерений I II III IV (П — 2 ) © 2 _ 2 0,045 0,120 0,054 0,060 Полученные значения не попали в критическую область. Следовательно, с вероятностью 0,95 можно утверждать, что распределение разностей Di результатов створных измерений внутри каждого цикла является нормальным.

П р е ж д е чем выполнить исследование характера распределения погрешностей смешанного ряда, составленного по результатам измерений в N циклах (в нашем примере N=4; nN=72), возникает необходимость проверки его принадлежности одной генеральной совокупности. Д л я этого необходимо, чтобы ряды обладали нулевым или постоянным математическим ожиданием и равенством дисперсий. Проверка гипотезы постоянства математического ожидания результатов измерений равносильна проверке отсутствия в измерениях переменной систематической погрешности, осуществляемой путем вычисления дисперсионного отношения и сравнения с табличным значением. Проверка равенства эмпирических дисперсий, полученных д л я каждого цикла створных измерений, может быть выполнена по критерию Бартлетта. Выполненный анализ по указанным критериям показывает, что исследуемые ряды погрешностей п р и н а д л е ж а т одной генеральной совокупности. Это позволяет увеличить объем выборки до 72 и произвести проверку на нормальное распределение общего (составленного) ряда. Д л я проверки согласия статистического распределения с нормальным д л я составленного ряда ( t i N = 7 2 ) применим критерий Пирсона [2], который является достаточно чувствительным к альтернативным гипотезам.

Число степеней свободы при применении критерия Пирсона определяется по формуле y = k—s, где k — число разрядов; s — число наложенных связей, т. е. совпадение теоретических D и статистических D средних погрешностей, дисперсий oD и т2в и v У Р * = 1 (Pi — вероятность попадания значений случайной веi=1 личины в данный интервал).

Отметим, что особенностью разностей Di в створных измерениях является то, что условие =0 выполняется геометрически.

Поэтому в нашем случае 5 = 2, а число степеней свободы при данном k = 8 равно 6. Д л я этих исходных данных вычисленная величина %2 = 4,23. Д л я доверительной вероятности 7=0,05 и 7 = 6 табличное значение % 2 =4,75, т. е. больше вычисленного.

Поэтому гипотезу о том, что разности Di распределены по нормальному закону, можно считать достоверной.

Известно, что когда условия измерений имеют некоторую общность, например, если они производятся одним и тем ж е наблюдателем, одним инструментом и примерно в одинаковых условиях, результаты измерений считаются зависимыми. Проверим наличие линейной корреляционной связи между разностями нестворностей смежных пунктов, полученными по результатам измерений в разных циклах. Коэффициенты корреляции, характеризующие тесноту связи между разностями Di в разных циклах, получились соответственно равными /*1_ц=0,46, г ц - ш = + 0, 1 1, *III-IV = —0,40 при п= 18. Корреляционная связь считается существенной, если г попадает в критическую область, определенную по формуле Каппа, которая применяется при / г ^ 2 0. Соответствующие величины Z = / ( r ), вычисленные по вышеприведенным коэффициентам корреляции, оказались соответственно равными 0,50, 0,11 и 0,42 при допустимом значении 2 = 0, 5 1, выбранном из соответствующих таблиц.

Следовательно, с доверительной вероятностью q = 0, 0 5 результаты створных измерений можно считать независимыми, а использование формул (38), (39) является правомерным при оценке точности измерений по составленным разностям Д-.

§ 11. Коллиматорный метод контроля прямолинейности Этот метод особенно эффективен при выверке направляющих путей большого протяжения или при установке оборудования в проектное положение непосредственно по базовым точкам.

Основными приборами являются: зрительная труба с окулярным или оптическим микрометром, установленная на одной из исходных точек, коллиматор, передвигаемый по выверяемой линии или устанавливаемый на промежуточные точки, и коллиматор в противоположном конце створа д л я ориентирования трубы. Коллиматором н а з ы в а ю т оптический прибор, позволяющий искусственно создавать бесконечно удаленный объект — точку, шкалу, миру или другую цель д л я визирования. П р и положении сетки коллиматора в бесконечности = — о о (практически это можно осуществить, направив на объектив коллиматора пучок п а р а л л е л ь н ы х лучей из другого коллиматора) ее изображение (сетки) будет находиться в фокусе системы, эквивалентной комбинации объективов исходного коллиматора и визирной трубы. П р и этом (41) где d — расстояние между соответствующими главными плоскостями объективов коллиматора и зрительной трубы. Смещение изображения сетки нитей коллиматора V при угле наклона между визирной осью последного и визирной осью трубы 0 определяется выражением / ' = / ' T P t g 8 при условии, что сетка коллиматора находится в фокальной плоскости объектива. Взаимные линейные смещения осей коллиматора и визирной трубы не вызывают смещения изображения сетки в трубе. Однако, если при неподвижном положении коллиматора и визирной трубы сместить сетку коллиматора в своей плоскости на величину /, то изображение сетки в визирной трубе будет смещаться на величину (42) t^-tfrplfk.

Следовательно, если коллиматор установлен на бесконечность, оценивается угловое смещение трубы относительно коллиматора. Это свойство коллиматора и трубы, сфокусированных на бесконечность, положено в основу коллиматорного метода контроля прямолинейности. Достоинством коллиматорного метода является отсутствие перефокусировки при изменении расстояния между визирной трубой и коллиматором.

Оптическая система коллиматора (рис. 11, а) состоит из объектива 3, марки (тест-объекта) 4, помещенной в фокусе объектива, и осветителя 5. В качестве объектива используют двухлинзовые склеенные (или несклеенные) объективы, состоящие из положительной (кроновой) и отрицательной (флинтовой) линз. Величина фокусного расстояния коллиматора может быть различной: от 600 до 3000 мм.

Тест-объектом коллиматора могут быть: 1) точечные диафрагмы, диаметр которых зависит от фокусного расстояния объектива коллиматора: чем меньше фокусное расстояние, тем меньше диаметр точечной диафрагмы; 2) регулируемые (или сменные щелевые) диафрагмы, используемые в коллиматоре при угловых и спектральных измерениях; 3) сетки, применяемые в коллиматоре при измерении фокусных расстояний, увеличения угла поля зрения, наклона изображения и т. д.; 4) миры (штриховые или р а д и а л ь н ы е ), используемые в коллиматоре при измерении разрешающей способности.

Осветитель в коллиматоре состоит из источника света и конденсора. Обычно точечную диафрагму подсвечивают лампой

Рис. 11. Коллиматориый метод контроля прямолинейности:

а — п р и н ц и п и а л ь н а я схема м е т о д а ; б — о п т и ч е с к а я схема прибора П П С - 7 накаливания, нить которой проецируют через конденсор в плоскость диафрагмы. Сетки или нити подсвечивают через матовое стекло д л я получения равномерной освещенности. Тип конденсора выбирают в зависимости от типа тест-объекта конкретно д л я к а ж д о г о случая.

Если поставить перед коллиматором 1 (см. рис. 11, а) зрительную трубу 2, то в фокальной плоскости 6 зрительной трубы, отфокусированной на бесконечность, будет видно изображение марки, причем резкость изображения не зависит от расстояния между трубой и коллиматором. Изображение марки остается неподвижным при линейных (параллельных) смещениях коллиматора или зрительной трубы, но поворот коллиматора или трубы вызывает смещение этого изображения. Измерив смещение изображения марки окулярным микрометром, можно с высокой точностью определить угол 0 взаимного поворота зрительной трубы и коллиматора.

Методика контроля прямолинейности заключается в следующем. Коллиматор перемещается вдоль створа относительно зрительной трубы, ориентированной по второму коллиматору или визирной марке. На корпусе коллиматора имеются опорные точки, расстояние между которыми Ь называется базой коллиматора. Перемещение коллиматора между з а м е р а м и производится на величину базы Ь, т. е. после каждого измерения окул я р н а я опора ставится на точку, где в предыдущей постановке коллиматора находилась объективная опора, или, наоборот, в зависимости от направления перемещения коллиматора.

Величина смещения Д точек контактирования от заданной прямой определяется по формуле Д = 69/р, (43) где 0 — угловое отклонение сетки коллиматора относительно визирной оси зрительной трубы; b — база коллиматора.

Установив b = f'k — фокусному расстоянию коллиматора, получим (44) где =/V/TP; V — линейное смещение изображения сетки нитей коллиматора, измеряемое на i-й точке контролируемого изделия; f тр — фокусное расстояние зрительной трубы.

Указанные обстоятельства объясняют высокую точность определения степени непараллельности отдельных отрезков выверяемой конструкции. Так, при использовании коллиматора с f'k = 1600 мм, трубы теодолита с / / т р = 5 2 0 мм средние квадратические погрешности определения непрямолинейности (в дневное время) составляют 5—6 мкм на расстоянии 300 м и 3— 4 мкм на расстоянии 100 м.

Точность коллиматорного метода в основном зависит от погрешности измерения углового или линейного смещения изображения сетки коллиматора окулярным или оптическим микрометром. Так, при точности измерения угла 0, равной 1", а при длине базы 1 м можно установить точки контактирования параллельно исходной прямой с точностью 5 мкм.

К основным случайным погрешностям коллиматорного метода следует отнести: погрешность совмещения изображения сетки нитей коллиматора с визирной осью зрительной трубы;

погрешность контакта промежуточного коллиматора с базовыми точками контролируемого оборудования; случайные азимутальные развороты зрительной трубы или коллиматора; искривление визирного луча вследствие рефракции лучей света в воздухе. По опытным данным, средняя квадратическая погрешность взаимной установки двух близко расположенных точек параллельно линии створа коллиматорным методом (мкм) может быть определена по формуле М= 2, 5 V L b, где L — длина створа, м; b — д л и н а базы промежуточного коллиматора, м.

При L — 20 м и 6 = 1 м М= 13 мкм.

Точность определения взаимного смещения контролируемых точек в принципе не зависит от длины заданного створа. Однако при больших удалениях передвижного коллиматора от зрительной трубы ухудшаются условия наблюдений и увеличивается погрешность измерения угла отклонения 0. По опыту применения коллиматорного метода при плановой выверке направляющих путей большого протяжения (длиной до 400 м) средняя квадратическая погрешность измерения угла отклонения 0 из одного приема составляет 0,5—0,8".

Принцип действия отечественного прибора П П С - 7 основан на схеме коллиматорного метода. Оптическая схема прибора П П С - 7 (рис. 11, б) состоит из коллиматора 1—6 и зрительной трубы 7—13. Пучок лучей от источника света 1 через матовое стекло 2 и конденсор 3 освещает сетку 4, находящуюся в фокальной плоскости объектива коллиматора 5, проходит через марку 6У плоскопараллельную пластинку 7 оптического микрометра, объектив зрительной трубы 8—9 и строит на сетке 10 изображение сетки коллиматора. Обе сетки рассматриваются через ломаный под 90 q окуляр 13, оборачивающую систему 12 и пентапризму 11. Измерение отклонений положения центра марки б от визирной оси зрительной трубы производится оптическим микрометром. Пределы измерений ± 0, 5 мм, цена деления отсчетного устройства 0,01 мм. Фокусное расстояние объектива зрительной трубы 176 мм, увеличение 2 0 х, фокусное расстояние объектива коллиматора 256 мм.

§ 1 2. Автоколлимационный метод Автоколлиматор, или автоколлимационная визирная труба, представляет собой сочетание зрительной трубы и коллиматора.

Автоколлиматором можно пользоваться одновременно к а к зрительной трубой и коллиматором или в отдельности.

П о д автоколлимацией имеется в виду получение изображения, образованного пучками параллельных лучей, вышедших из автоколлимационной трубы и отраженных либо плоским зеркалом — автоколлимация параллельных пучков, либо прямоугольным двойным или тройным зеркалом, либо сферическим зеркалом — автоколлимация сходящихся пучков. При этом поворот з е р к а л а вокруг любой оси, кроме перпендикулярной к его плоскости, и поворот прямоугольного двойного з е р к а л а (прямоугольной призмы с двойным отражением) вокруг оси, перпендикулярной к его ребру и визирной оси трубы, вызывают отклонение отраженного пучка лучей на двойной угол. Вследствие этого в фокальной плоскости трубы образуется смещение автоколлимационного изображения блика, определяемого формулой А5 = = 2 / / a K t g P, где / ' а к — фокусное расстояние объектива автоколлимационной трубы; р — у г о л поворота з е р к а л а. При автоколлимации параллельных пучков лучей непосредственно измеряются углы поворота зеркальной марки.

Автоколлиматоры (рис. 12, а) имеют объектив 2 и автоколлимационный окуляр 3, состоящий из источника света S, конденсора 7, тест-объекта 9, разделительной призмы (или полупрозрачной пластины) 4, сетки 5, установленной в фокусе окул я р а 6. Пучок света от источника проецируется конденсором на плоскость тест-объекта, расположенного в фокальной плоРис. 12. Автоколлимация пучков световых луа — параллельных; б — сходящихся скости объектива. И з тест-объекта расходящийся пучок проецируется на разделительную грань призмы (или пластинки) и, проходя объектив, выходит параллельным пучком.

В комплект автоколлиматора входят плоское зеркало в оправе и ряд дополнительных устройств, позволяющих расширить диапазон применения: плоское зеркало в оправе, надеваемое на объективную часть автоколлиматора, накладной уровень и блок питания источника света с реостатом; пентапризма в оправе с углом отклонения 90°; зеркало в цилиндрической оправе д л я измерения несоосности отверстий; многогранные призмы с числом граней 6, 8, 12; двугранное з е р к а л о в оправе с углом отклонения 90° (одно зеркало полупрозрачное), котировочный столик с тремя регулировочными винтами.

Одним из основных элементов автоколлимационных приборов является автоколлимационный окуляр, назначение которого состоит в формировании световой марки и создании необходимого увеличения д л я наблюдений автоколлимационного изображения сетки. Д л я этого автоколлимационные окуляры в отличие от обычных с н а б ж а ю т с я светоделительными устройствами в виде полупрозрачных пластинок, светоделительных куб-призм или специальных сложных призм (рис. 13) [1].

Наиболее широкое применение в практике получили автоколлимационные окуляры Аббе (рис. 13, а ), Гаусса (рис. 13,6), Монченко (рис. 13, в ), с куб-призмой в двух модификациях — с одной сеткой (рис. 13,г), обращенной к объективу, и с двумя сетками (рис. 13, 3).

Рис. 13. Оптические схемы автоколлимационных окуляров Автоколлимационные приборы с окулярами Монченко и с куб-призмой обеспечивают удовлетворительные изображения сеток или марок при удалении плоского з е р к а л а от трубы до 40—50 м.

Большинство автоколлимационных труб снабжено оптическими микрометрами или окулярными винтовыми микрометрами с ценой деления отсчетных устройств в линейной мере или угловой.

В табл. 5 приведены основные параметры отечественных автоколлиматоров с визуальным отсчетом. Автоколлиматоры поверяют в соответствии с ГОСТ 15805—70. Автоколлиматоры АК-0,5; АК-0,25, МГА могут использоваться д л я контроля прямолинейности направляющих станин крупногабаритных станков, подкрановых путей и др. К автоколлиматорам может прилагаться специальное диагональное зеркало, изменяющее направление визирной оси на 90°.

Вышеописанный прибор ППС-11 и микротелескоп «ТейлорГобсон» т а к ж е имеют автоколлимационные окуляры. Однако для определения отклонений контролируемых точек от прямой линии в этих приборах используют принцип авторефлекции. Он заключается в следующем. Н а плоское зеркало проектируют расположенную в плоскости объектива круговую шкалу и после отражения наблюдают ее в зрительную трубу. Если о т р а ж а ю щее зеркало перпендикулярно к визирной оси трубы, то изображение штриха круговой шкалы, совпадающего с центром объектива, совмещено с перекрестием сетки нитей зрительной трубы. Если оно повернуто на угол р, то с перекрестием сетки нитей совпадает п-е деление шкалы, находящееся на расстоянии 1 п от центра объектива. Угол поворота з е р к а л а определяют по формуле t g 2р = ln/s, где 5 — расстояние от объектива до контролируемой точки, на которой установлено плоское зеркало.

ТАБЛИЦА 5

–  –  –

Фокусное расстояние объектива, 1000 1000 500 мм Диаметр входного отверстия 55 50 объектива, мм Увеличение трубы, крат 65 Поле зрения, градус 1.1 0,75 Предел измерения при расстоя- 6 нии до зеркала 2 м, угл. мин Цена деления секундной шкалы 0,25 0,25 компенсатора, угл. с Цена деления минутной шкалы, 15 угл. с JL 0,25+ Погрешности показаний, угл. с 1+JМасса прибора на низком шта- 16 8,5 тиве, кг

Габариты прибора, мм:

длина 545 530 245 ширина 175 высота 170 230 Отечественная промышленность выпускает теодолиты Т1А, 2Т2А, Т5А с автоколлимационным окуляром и угломерный комплект У В К И, в который входят центрир, система принудительного центрирования и автоколлимационный окуляр.

В работах В. С. Усова отмечено, что при визировании автоколлимационной трубой, сфокусированной на вершину тройного прямоугольного зеркала (триэдра) и ребра двойного прямоугольного з е р к а л а (диэдра), измеряют линейные отклонения контролируемых точек относительно визирной оси автоколлиматора. При этом смещение вершины триэдра с визирной линии автоколлимационной трубы в любом направлении или ребра диэдра в направлении, перпендикулярном к плоскости, образованной визирной линией трубы и ребром диэдра, вызывает удвоенные смещения автоколлимационного изображения. Таким образом, автоколлимация параллельных пучков позволяет вдвое по сравнению с коллиматорным методом повысить точность измерения углов наклона оборудования. Автоколлимация сходящихся пучков вдвое повышает точность измерения линейных смещений контролируемой точки в сравнении со створными измерениями методом оптического визирования зрительными трубами.

Основными погрешностями измерения непрямолинейности способом автоколлимации сходящихся пучков лучей при использовании диэдров и триэдров являются погрешности, вызываемые искривлением визирной оси автоколлимационной трубы при перефокусировке и погрешностями изготовления триэдра и диэдра. Однако доказано, что при установке вершины триэдра на линию визирования автоколлимационной трубы погрешность из-за перефокусирования не увеличивается, а точность измерений возрастает вдвое.

П р и автоколлимации сходящихся пучков независимо от расстояния размеры автоколлимационного блика равны р а з м е р а м самого предмета — марки-сетки автоколлимационной трубы. Постоянство масштаба изображения марки-сетки при автоколлимации сходящихся пучков лучей является в а ж н ы м ее преимуществом по сравнению с методом прямого оптического визирования, в котором величина изображения линейного интервала между штрихами визирной цели уменьшается с увеличением расстояния. Последнее является недостатком метода прямого оптического визирования, так к а к д а ж е д л я одного из наиболее точных методов визирования путем введения штриха в биссектор необходимо либо изменять ширину биссектора, либо иметь набор марок со штрихами разной ширины в зависимости от дальности визирования.

Возможно применение автоколлимационного метода для контроля прямолинейности и соосности в сочетании с визированием на центр визирной цели в виде концентрических колец., нанесенных фотомеханическим путем непосредственно на отраж а ю щ у ю поверхность плоской зеркальной марки. В этом случае методика контроля прямолинейности и соосности сводится к следующему. После того как м о н т а ж н а я ось зафиксирована при помощи зрительной трубы и визирной марки, монтируемую деталь автоколлимационным способом устанавливают параллельно монтажной оси. Одновременно с автоколлимационной установкой производится совмещение геометрической оси монтируемой детали с монтажной осью. З е р к а л ь н а я м а р к а в этом случае используется как обычная визирная марка, причем автоколлимационная приставка с трубы не снимается. Если зрительная труба сфокусирована д л я автоколлимационного наблюдения, то кольцевой рисунок зеркальной марки не просматривается, а при фокусировании на рисунок зеркальной марки автоколлимационная приставка не мешает работе.

В автоколлимационных измерениях в качестве визирных целей часто используют зеркально-линзовые о т р а ж а т е л и ( З Л О ) и зеркальные целевые знаки (рис. 14).

Корпус о т р а ж а т е л я 3, закрепленный, например, на шаговом мостике, устанавливают на контролируемом изделии. Зрительной трубой 1 с внутренней фокусировкой и автоколлимационным окуляром визируют на плоскую переднюю поверхность коллективной линзы 2, с которой совмещена передняя ф о к а л ь н а я плоскость объектива 4 и о т р а ж а т е л я 5. При этом в плоскости окулярной сетки трубы одновременно наблюдают два изображения: первое — изображение целевого знака (контрольного биссектора, нанесенного на плоской поверхности коллективной линзы 3), получаемое визирным методом; в т о р о е — а в т о к о л л и мационное изображение, получаемое после отражения в системе З Л О.

И н ф о р м а ц и я о линейных смещениях З Л О и связанного с ним объекта содержит автоколлимационное изображение, его смещение от центра окулярной сетки пропорционально удвоенному смещению З Л О. Наличие в этом смещении углового отклонения о т р а ж а т е л я фиксируется рассогласованием двух указанных изображений.

Фокусировкой трубы 1 на бесконечность поверяют угловые отклонения З Л О. П р и этом пучок п а р а л л е л ь н ы х лучей о т р а ж а ется от полупрозрачной поверхности коллективной линзы 3 и / 2 3 4 5 Рис. 14. Автоколлиматор с зеркально-линзовым отражателем строит автоколлимационное изображение в плоскости окулярной сетки трубы. В этом случае смещение изображения т а к ж е пропорционально удвоенному углу отклонения З Л О.

Д и с к вертикального целевого знака представляет собой круглую стеклянную пластинку, разделенную на две зоны — внутреннюю и наружную. Внутренняя зона имеет целевой знак. Вертикальный целевой з н а к позволяет контролировать к а к линейные, т а к и угловые смещения объекта.

Автоколлимационному способу створных измерений в сочетании с оптическим визированием на центр мишени присущи погрешности алиниометров. Однако, если при установке оборудования ставится основное требование к точности ориентирования базовой апертуры отдельных элементов строго параллельно или нормально к монтажной оси, то преимущества автоколлимационного метода с плоской зеркальной маркой существенны.

Например, по сравнению с коллиматорным методом точность повышается примерно вдвое.

В последние два десятилетия уделяется большое внимание автоматизации процесса измерений визирными и главным образом автоколлимационными трубами. Она осуществляется путем применения устройств с фотоэлектрическим наведением на штрих или с фотоэлектрическим отсчетом. Имеются т а к ж е приборы полностью автоматизированные, позволяющие осуществлять автоматическое слежение за объектом измерения и регистрацию результатов в кодовой цифровой форме или форме записи в виде диаграммы.

По способам обработки сигналов фотоэлектрические автоколлиматоры (ФЭАК) можно условно разделить на две группы:

1) приборы с аналоговым способом обработки измерительной информации; 2) цифровые фотоэлектрические 'автоколлиматоры.

Н и ж е приведены основные параметры автоколлиматоров, серийно выпускаемых отечественной промышленностью. Автоколлиматор АФ-2 относится к первой группе фотоэлектрических автоколлиматоров. В момент совмещения изображения штриха минутной шкалы с осью биссектора оно одновременно проеци

<

J 4 5 6 7 8 9 10 11

Рис. 15. Оптическая схема фотоэлектрического автоколлиматора ФЭАК АФ-1Ц руется на центр щели вибратора. Микроамперметр, подключенный к выходу электронного блока, ко входу которого подключен ФЭУ, показывает нулевой отсчет. В этот момент по ш к а л е секунд берется отсчет визуально с точностью до 0,1".

Технические характеристики АФ-2 АФ-1Ц

–  –  –

Примером автоколлиматоров, относящихся ко второй подгруппе первой группы, является ФЭАК АФ-1Ц — выпускаемый серийно поляризационный ФЭАК с магнитооптическим модулятором света. Пучок лучей от источника 1 (рис. 15) через конденсор 2, светоделительный кубик 5 и объектив 4 направляется на плоское з е р к а л о 3. После отражения от з е р к а л а пучок лучей проходит объектив, кубик и падает на двойной поляризатор 5, к а ж д а я часть которого поляризует половину пучка в различных плоскостях. Линейно поляризованный пучок света проходит магнитооптический модулятор 7, анализатор S, линзу 9 и собирается на фотоприемнике 10 (фототранзистор ФТГ-4), соединенном с измерительной схемой 11. Источник переменного тока 12 питает модулятор и является одновременно опорным сигналом схемы 11. П о л я р и з а т о р и анализатор изготовлены в виде призм Глана—Томпсона. При делении поляризатором 6 пучка лучей на неравные части на выходе фотоприемника образуется сигнал рассогласования, соответствующий углу поворота з е р к а л а 3 (контролируемого о б ъ е к т а ). Фаза сигнала определяет знак (направление) угла поворота. Цифровые фотоэлектрические автоколлиматоры являются по сравнению с аналоговыми более перспективными, поскольку в них используется минимальное количество преобразователей измерительной информации. Кроме того, возможен непосредственный ввод измерительной информации в ЭВМ и создание систем с обратной связью.

Глава 3.

СТРУННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ

§ 13. Применение оси натянутой струны в качестве референтной прямой Р е з у л ь т а т ы теоретических и экспериментальных исследований, опыт применения в крупном машиностроении на Серпуховском и Ереванском ускорителях позволили всесторонне определить технические характеристики струнных методов контроля прямолинейности и соосности. В настоящее время р а з р а б о т а н ы и изготовлены измерительные устройства, датчики, специальные ж е з л ы и автоматизированные средства съема информации, позволяющие использовать струнный метод д л я высокоточной установки технологического оборудования в проектное положение и д л я контроля его положения в процессе эксплуатации.

Кратко рассмотрим принципиальные вопросы створных измерений струнными методами.

П р и высокоточном контроле прямолинейности и соосности технологического оборудования и строительно-монтажных конструкций в качестве струны применяют, как правило, стальные или инварные проволоки, р е ж е — нити из синтетического волокна (капрона или нейлона). В створе двух заданных пунктов (рис. 16, а) подвешивают струну, натянутую с силой Н. Нестворности промежуточных точек относительно оси струны определяют при помощи вертикально проектирующих приборов.

Н а т я ж е н и е и необходимые перемещения струны осуществляют н а т я ж н ы м и устройствами, конструкция которых зависит от особенностей сооружения, допустимой стрелы провеса, принятого способа фиксации положения промежуточных точек относительно оси струны.

В настоящее время нашли применение следующие методы створных измерений: струнный с нитяными отвесами, струннооптический, плавающей струны, автоматизированный с индуктивными и фотоэлектрическими преобразователями.

На точность определения нестворностей б* любым из вышеуказанных струнных методов измерений влияют погрешности, которые делят на две группы: 1) погрешности, источником которых является струна: отклонение ее вследствие давления боковых потоков воздуха, колебания диаметра, локальные изгибы, закручивание, собственные резонансные колебания; 2) погрешности, связанные с применяемыми методами и средствами фиксации контролируемых точек относительно оси натянутой А-А а Струна и —•

–  –  –

Р а с ч е т ы п о к а з ы в а ю т : если с т а л ь н а я струна д и а м е т р о м 0,2 мм имеет изгиб р а д и у с о м 5 см, то при п р и л о ж е н и и р а с т я г и в а ю щ е й силы # = 5 0 Н и при = 2,1 • 1011 П а, ш = 1 - 1 0 - 6 см эксцентриситет геометрической оси струны и прямой, соединяющей точки подвеса, равен 14 мкм. К р о м е местных внутренних нап р я ж е н и й, погнутости струны в о з н и к а ю т из-за того, что она хранится на катушке относительно небольшого диаметра. Смот а н н а я с катушки струна в свободном состоянии обычно имеет по всей длине периодические погнутости с радиусом закруглений, зависящим от диаметра катушки. Если такую струну при подвешивании на опоры закрутить на некоторый угол, то ее проекция на горизонтальную плоскость принимает форму синусоиды с амплитудой Л, определяемой по формуле А = n E d — 109, 64 RH где d — диаметр струны (см); Е — модуль упругости первого рода ( П а ) ; R — радиус закругления струны в свободном состоянии (см).

Период синусоиды зависит от величины угла, на который закручивается струна при укладке на опоры. Если положение опорных пунктов створа совпадает с вершинами синусоиды, то максимальная погрешность Д = 2 А. При d = 0,02 см, = = 2, 1. 1 0 ' П а ; # = 1 0 см, / / = 30 Н Д = 10,4 мкм, что сравнимо с влиянием других источников погрешностей. Если при осмотре струны будут выявлены изгибы радиусом менее 5 см, то ее использование д л я высокоточных створных измерений нежелательно. Эффективным способом контроля является применение двух или нескольких струн. П р и использовании одной струны можно произвести контроль, повторно измерив нестворности контролируемых точек после некоторого смещения струны в продольном направлении. Помимо этого целесообразно применять предварительно напряженную струну. Д л я этого рекомендуем струну, от которой отрезается рабочий отрезок, перед измерениями довести до состояния разрыва статическим усилием при изменения силы натяжения со скоростью около 10 Н/4.

§ 14. Струнно-оптический метод высокоточных створных измерений П р и контроле прямолинейности и соосности технологического оборудования, построении кольцевых и линейно-протяженных плановых опорных сетей ускорителей з а р я ж е н н ы х частиц, конвейерных линий и других подобных работах находит применение % струнно-оптический метод высокоточных створных измерений.

Центрирование натянутой струны над опорными пунктами заданного створа и измерение нестворностей промежуточных точек относительно оси струны выполняют с помощью оптических центрировочных приборов ( О Ц П ) различной конструкции или отсчетных микроскопов с вертикальной оптической осью. При большой длине створа (несколько сотен метров) струну подвешивают на специальных р а м а х или крепят на кронштейнах к стене или потолку помещения выше рабочего горизонта.

В этом случае она имеет значительную стрелку провеса. Положение контролируемых точек или геодезических знаков на технологическом оборудовании относительно оси струны определяют прибором типа «ОЦП-Зеиит». Так, например, на опорном геодезическом створе Серпуховского ускорителя (длина 336 м) струна диаметром 0,4 мм подвешивалась на П-образных металлических р а м а х выше верхней плоскости геознаков на 3 м.

Струну диаметром 0,4 мм натягивают при помощи натяжного устройства силой 196 Н, при этом стрелка провеса достигает 700 мм. Из-за значительной стрелки провеса приходится перефокусировать зрительную трубу «ОЦП-Зенит», что вносит существенные погрешности при определении нестворностей. Провисание струны не только ухудшает качество измерений, но и осложняет сам процесс работы. В настоящее время д л я вертикального проектирования используется прибор P Z L народного предприятия « К а р л Цейс Иена» ( Г Д Р ). Д л я измерений этот прибор дополнительно оборудуется оптическим микрометром с плоскопараллельной пластиной.

Измерения нестворностей выполняют в прямом и обратном направлениях, что позволяет повысить надежность измерений и произвести оценку точности по разностям двойных измерений.

Повышенные требования к точности установки оборудования некоторых инженерных сооружений, специфика работ на них обусловили необходимость разработки несколько иных вариантов использования струнно-оптического метода, а т а к ж е рассмотрения некоторых специальных вопросов, связанных с его применением.

Д л я высокоточных измерений р а з р а б о т а н комплект аппаратуры, включающий н а т я ж н о е устройство (рис. 17,а), марку с вертикальной осевой системой, уровнем и горизонтальным вкладышем с коническими пазами д л я центрирования струны на заданных опорных пунктах створа (рис. 17, б) и специальный переносный оптический микроскоп-центрир для измерения отклонения промежуточной точки относительно оси натянутой струны (рис. 17, в ).

Оптический микроскоп-центрир создан на базе серийного оптического отвеса и компараторного микроскопа с винтовым микрометром.

К а к показали исследования, способ принудительного центрирования струны не уступает по точности способам установки струны над опорными пунктами при помощи микроскопов или вертикально проектирующих приборов типа «ОЦП-Зенит» и « О Ц П - Н а д и р ». Кроме того, он значительно проще и производительнее последних. П р о г р а м м а измерений заключается в следующем. Струну располагают в конических пазах на крайних з н а к а х створа. Н а всех промежуточных точках последовательно или одновременно устанавливают переносные микроскоп-центриры. При помощи микрометров последних с высокой точностью определяют нестворности — расстояния от оси струны до перекрестия микроскоп-центрира при двух положениях последнего.

З а т е м для устранения остаточной погрешности из-за неточного з З а к а з N9 1270 65

Рис. 17. Комплект аппаратуры струнно-оптического метода измерений:

а — натяжное устройство; б — центрировочное устройство; в —микроскоп-центрир совпадения оси втулки знака с осью конического паза последний поворачивают на 180° и повторяют измерения.

Вследствие того, что струна д а ж е при предельно допустимой силе натяжения имеет значительную стрелку провеса, длина створа ограничивается. Так, например, д л я створа длиной 96 м с т а л ь н а я струна диаметром 0,2 мм при силе н а т я ж е н и я 43,1 Н имеет стрелку провеса около 40 мм. Следует отметить в а ж н о е значение правильного освещения струны. При косом освещении возникает погрешность за фазу, величина которой может доходить до четверти диаметра струны. Источник света должен находиться строго над струной при работе с микроскопами и под с т р у н о й — п р и работе с оптическими центрирами типа «ОЦП-Зенит»; осветитель может быть вмонтирован непосредственно в прибор оптического вертикального проектирования.

Д л я уменьшения стрелки провеса струны и в тех случаях, когда по тем или иным причинам нельзя натянуть струну на весь створ, используют принципиальную схему программы частных створов, которую можно осуществить в двух вариантах (рис. 18).

Вариант первый. Струну натягивают на длину / частного створа и определяют нестворности всех промежуточных точек внутри него. Затем струну переносят на половину частного створа и определяют нестворности промежуточных точек в следующем частном створе и т. д. Измерения выполняют в прямом и обратном направлениях. Нестворности 6* четных промежуточных точек по измеренным от частных створов нестворноЛУу У У У У Ч Ч ^ Ng / г 3 4 5 6 7 8 9 12 13 Рис. 18. Геометрическая схема частных створов стям A i вычисляют по формуле (15) и в дальнейшем используют для вычисления нестворностей нечетных точек.

Вариант второй. Струну, натянутую на длину частного створа /, перемещают не на 0,5/, а на расстояние между двумя смежными точками. В этом случае два частных створа перекрываются на большую величину, что существенно повышает точность определения нестворностей от общего створа. В зависимости от количества точек внутри створа частные нестворности А* измеряют несколько раз. Например, д л я створа длиной 336 м с 13 промежуточными точками при длине частных створов 96 м нестворности точек 1, 13 измеряют один раз, точек 2, 12 — 2, а остальных — 3 р а з а.

Максимальные средние квадратические погрешности как в первом, так и во втором вариантах получаются д л я точек, расположенных в середине створа. П р о г р а м м а измерений во втором варианте обеспечивает более высокую точность определения нестворности и практически равные веса средних результатов измерений. Многократные измерения частных нестворностей большинства точек не исключают систематических погрешностей струнного метода (отклонения вследствие воздушных потоков, неравномерного освещения струны, погнутостей и др.).

По результатам выполненных исследований на створе длиной 336 м средняя квадратическая погрешность измерения нестворностей Дi промежуточных точек относительно частного створа длиной 96 м составила т д = 30 мкм. Средняя квадратическая погрешность определения нестворности т б с средней точки относительно общего створа для первого варианта программы составила 120 мкм, для второго варианта — 80 мкм.

При одной и той ж е длине створа наиболее точной является программа общего створа; при необходимости применения программы частных створов средняя квадратическая погрешность определения нестворностей средней точки меньше при меньшем числе частных створов.

При организации створных измерений струнно-оптическим методом возникает необходимость выбора оптимальной методики и программы измерений в зависимости от влияния двух основных видов погрешностей: погрешностей собственно измерения нестворностей относительно оси струны и погрешностей за счет отклонений и колебаний струны.

Первый источник погрешностей зависит в основном от точности визирования приборами вертикального проектирования ( П В П ), которая при благоприятных внешних условиях характеризуется средней квадратической погрешностью 50—60 мкм при удалении П В П от струны на 3—4 м. Средняя квадратическая погрешность определения нестворностей 6г при условии равноточных измерений частных нестворностей Аг- определяется по формуле (16).

Найдем зависимость погрешностей (/п в ) тах от числа частных створов. Рассмотрим створ длиной 384 м, разделенный на 4, 8 и 16 равных частей. Формула (16) для середины створа примет вид [5] V^T -' (50) «w-««

–  –  –

Следовательно, при одной и той ж е длине створа погрешность определения нестворности б с средней точки меньше, когда створ разделен на меньшее число частей. В практике створных измерений принято считать, что уменьшение влияния погрешностей из-за отклонения струны под влиянием потоков воздуха способствует применение такой программы, когда струну последовательно натягивают по частям створа. Если на струну действует боковая сила в виде ветровой нагрузки, ее отклонение от прямой в середине створа можно вычислить по формуле (47).

По предложению И. С. Рабцевича д л я постоянной скорости ветра можно определить фактическую величину отклонения струны путем наблюдений за ее положением на средней точке при разных значениях силы натяжения Н.

Обозначим в формуле (47) dV2/(64 Н) =[ху тогда А = и72. (51) В программе общего створа / = L, т. е. f = \iL. В программе равных частных створов / = 2 L / ( n + l ). П о д с т а в л я я правую часть последнего равенства в формулу (51), получим искомое отклонение струны для частного створа (52) Д л я вычисления влияния А на величину нестворности б с средней точки створа правомерно воспользоваться формулой (15), в которую подставим А7 вместо Дь, тогда получим

–  –  –

С учетом (54) формула (53) отклонения струны вследствие влияния потоков воздуха д л я программы равных частей створа будет иметь вид / = fx/A (55) Следовательно, итоговое влияние воздушных потоков на величину нестворности средней точки по программам общего створа и равных частных створов одинаково. Это положение, очевидно, относится и к другим программам, предусматривающим деление створа на частные створы.

Н а основании вышеизложенного можно сделать заключение, что в целом оптимальной программой при выполнении измерений струнно-оптическим способом является программа общего створа. Необходимость ж е использования других программ может определяться конкретными условиями (строительно-монтажной обстановкой, возможностями крепления натяженных устройств, наличием прямой видимости и др.).

Струнно-оптический метод створных измерений достаточно прост, не требует изготовления дорогостоящей аппаратуры. Однако его недостатками являются: существенное понижение точности вследствие перефокусирования проектирующего прибора в процессе измерений, чувствительность струны к вибрациям;

колебания струны вследствие движения воздушных потоков.

В сложной строительно-монтажной обстановке на створах длиной в несколько сотен метров трудно обеспечить сквозное пространство д л я н а т я ж е н и я струны и ее сохранность.

Анализ производственного опыта применения струнно-оптического метода створных измерений позволяет д а т ь следующие рекомендации для достижения высокой точности.

У. Струну следует изолировать от влияния воздушных потоков. Д л я обеспечения створных измерений с точностью до нескольких сотых долей миллиметра скорость движения воздушных масс в направлении, перпендикулярном к заданному створу, не д о л ж н а быть более 0,10 м/с.

2. М а т е р и а л струны диаметром 0,2 мм должен выдерживать силу натяжения не менее 40 Н.

3. Концы струны д о л ж н ы быть закреплены, с тем чтобы колебания грузов не передавались на струну.

4. З а 10—15 мин до начала измерений следует прекратить движение людей и механизмов в непосредственной близости от натянутой струны. В процессе измерений члены бригады д о л ж н ы быть расставлены строго на своих местах, рабочие или лаборанты проинструктированы.

5. При выполнении высокоточных створных измерений в а ж н о полностью исключить всякие вибрации основания.

§ 15. Метод плавающей струны В Гидропроекте р а з р а б о т а н а и изготовлена аппаратура для определения плановых сдвигов гидротехнических сооружений относительно натянутой тонкой стальной проволоки 2 диаметром 1 мм (рис. 19, а ), покоящейся на промежуточных опорах-поплавках 3, плавающих в металлических ванночках 4. Снаружи к к а ж д о й ванночке прикреплена линейка 7 с миллиметровыми делениями и движком с нониусом 6 с ценой деления 0,1 мм.

Положение струны относительно линейки определяется по моменту контакта острой кромки д в и ж к а со струной. Ванночки заполняются жидкостью так, чтобы струна не касалась поддерж и в а ю щ и х балок и была расположена на 3—4 см выше бортов.

В качестве жидкости могут использоваться вода (при положительной температуре воздуха), раствор хлористого кальция или трансформаторное масло (при отрицательной температуре возд у х а ). Горизонт жидкости в ванночке при необходимости регулируется.

Ванночку закрепляют на точке, положение которой относительно струны следует определить. При этом д л я достижения высокой точности следует обеспечить определенные условия.

Створ для установки ванночек нивелируют с погрешностью не более 10 мм. Расстояние между ванночками устанавливают одинаковыми. Ванночки и линейки располагают перпендикулярно к створу в горизонтальной плоскости. Момент касания д в и ж к а и нити фиксируется с помощью световой сигнализации (включение неоновой л а м п ы ). Струна должна находиться под постоянным натяжением. Так, например, при расстоянии между ванночками 30 м струна диаметром 1 мм натягивается с силой не менее 600 Н. П о п л а в о к должен быть максимально погружен в жидкость и при возможном крайнем положении отстоять от стенок ванночки не менее чем на 30 мм. Поплавковые опоры, ванночки и кронштейны нумеруют и при повторных наблюдениях устанавливают только на свои места. Перед взятием отсчетов необходимо убедиться, что струна л е ж и т на всех поплавках в вилках и поплавки находятся на равном расстоянии от боковых стенок ванн. Д л я большей достоверности измерения следует производить не менее трех р а з на к а ж д о й опоре, смещая струну перед к а ж д ы м измерением. Створ д л я измерений плановых деформаций оборудуется там, где можно обеспечить спокойное состояние воздушных масс.

Исследования на 600-метровом створе в одной из потерн Куйбышевской ГЭС показали, что расхождения между тремя измерениями не превышают 0,2 мм. В случае выхода струны из положения равновесия она возвращается в прежнее положение с точностью 0,1 мм. Один полный цикл створных измерений, требующий одного рабочего дня, выполнялся тремя рабочими и одним наблюдателем.

Простота оборудования, легкость отсчетов и несложная обработка при достаточно высокой точности измерений выгодно отличает этот метод створных измерений.

Рассмотренная поплавковая система впервые была реализована при строительстве Волжской ГЭС им. В. И. Ленина в 1955—1956 гг. В дальнейшем она была модернизирована и получила шифр ОСС (оборудование струнного створа) и установлена на Братской, Усть-Илимской и других ГЭС.

Система О С С * (рис. 19,6) крепится к стене и имеет струну 3, натянутую между опорными пунктами I и II в фиксаторах.

Один конец проволоки закреплен постоянно, а другой идет от фиксатора на пункте I к натяжному устройству /, имеющему б а р а б а н 2 д л я наматывания струны и груз 14 д л я натяжения.

В р а щ а я б а р а б а н 2 с намотанной на него струной, добиваются, чтобы плита 1 была горизонтальна, что соответствует натяжению 1000 Н. Меняя массу груза 14 можно з а д а т ь струне другое натяжение.

Д л я уменьшения провеса струны ее помещают на поплавки 4, 5, которые находятся в ваннах 7, 11 с жидкостью. Ванны устанавливают на стенные знаки 5, 12; контрольные пункты створа закреплены стенными знаками 10, на которые во время измерений устанавливают отсчетное устройство. З н а к и 10 устанавливают ниже струны на 0,3—0,5 м. Если необходимо реализовать ломаный по профилю створ, то на этих участках ванны устанавливают на разных отметках, а на струне вблизи нижнего поплавка закрепляют пригрузку 9. Поплавки в точках перегиба струны имеют большую грузоподъемность. Оборудование ОСС р а з р а б о т а н о в двух вариантах — стационарном и съемном.

Измерительное устройство системы О С С представляет собой подставку с линейкой, относительно которой перемещается каретка с нониусом и оптическим центриром (или оптическим отвесом типа О Д О ). Измерительное устройство центрируется во втулке определяемого пункта при помощи посадочного шара.

П о результатам исследований ОСС на Братской ГЭС средняя квадратическая погрешность определения нестворностей составляет 0,2—0,3 мм.

Д. Б. Радкевичем, И. К. Коноваловым и другими разработана система т а к называемого силоизмерительного створа. Сущность измерений на таком створе сострит в том, что если струну, находящуюся под натяжением, отклонить в точке i от створа, то возникает сила Pi в направлении, перпендикулярном к створу.

Величина Pi возрастает с увеличением отклонения (нестворности).

Измерив силу Рг-, можно определить искомую нестворность в точке i. Д л я измерения величин Рг- с л у ж а т струнные динамометры П С У С (преобразователь силы унифицированный струнный).

Величина измеряемых отклонений от прямолинейности силоизмерительной системой достигает 100 мм, а средняя квадратическая погрешность их определения примерно равна 0,1 мм + + 4 « Ю - 3 6г, где б* — величина смещения струны (в конечном счете величина измеряемой нестворности в м м ). Достоинством * Карлсон А. А. Измерение деформаций гидротехнических сооружений.

М., Недра, 1984.

силоизмерительной струнной системы является возможность автоматизации измерений. Одна из таких струнных систем реализована на Камской ГЭС д л я наблюдений за горизонтальными смещениями плотины.

§ 16. Струнные системы для контроля положения оборудования Конструкции струнных систем разнообразны, во всех струнно-механических системах используют металлическую или нейлоновую струну диаметром 0,1—2 мм, которая натягивается горизонтально, вертикально или наклонно.

Устройства механической регистрации положения струны.

Одним из простейших устройств механической регистрации положения струны является подвижная линейка, снабженная нониусом и с к о л ь з я щ а я вдоль неподвижной линейки, которая скреплена с оборудованием. При измерениях подвижная линейка перемещается вдоль неподвижной до момента ее касания со струной. Момент касания линейкой струны определяют визуально или электроконтактовым способом. Погрешность регистрации смещений струны составляет 0,1 мм, однако при наблюдениях колеблющихся струн точность измерений резко снижается.

Механическую регистрацию положения струны можно осуществить при помощи простого по конструкции рычажно-стрелочного прибора. Один конец стрелки имеет прорезь д л я ввода струны, а другой свободно перемещается вдоль дуговой шкалы, цена деления которой зависит от соотношения длин рычагов стрелки.

Устройства оптической регистрации положения струны. Д л я определения положения струны в небольших пределах ( ± 2 мм) с погрешностью 0,005 мм широко используют оптические микроскопы с винтовым окулярным микрометром ОМВ-1 и компараторный микроскоп. Д л я увеличения диапазона измеряемых смещений до 300 мм микроскопы устанавливают на подвижную каретку, перемещающуюся вдоль направляющей или консольной линейки с отсчетной шкалой. Существуют два варианта установки направляющих в рабочее положение: стационарный и переносный. В стационарном варианте (рис. 20, а) н а п р а в л я ю щ а я неподвижно закреплена на оборудовании, в переносном (рис. 20,6) сферические поверхности направляющих упираются в опорные площадки, закрепленные на оборудовании или строительных конструкциях.

Переносные оптические приборы широко используют при строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений.

Если струна располагается на значительном расстоянии от наблюдателя, используют визирную трубу, снабженную оптическим микрометром или устройством ее микрометренного перемещения в горизонтальной или любой заданной плоскости.

Рис. 20. Устройства оптической регистрации струны Регистрацию положения струны с погрешностью 0,03 мм в диапазоне до 25 мм можно осуществить с помощью подвижной зеркальной марки (рис. 21), перемещение которой определяют по индикатору часового типа. З е р к а л ь н а я марка состоит из подвижного прозрачного биссектора 3 и зеркала 2, расположенных на расстоянии 3 мм друг от друга. При измерениях прямое и отраженное изображения струны вводят в биссектор и фиксируют по индикатору 1. Индикатор крепится на пластине, несущей посадочный вкладыш, который при измерениях вставляется во втулку оборудования или геознака. Д л я установки марки в горизонтальное положение устройство снабжено цилиндрическим уровнем.

Когда непосредственные наблюдения на струну с помощью оптических микроскопов затруднены, используют способ измерения положения тени от струны. Когда на пути лучей света, освещающего шкалу, помещается струна, тень от нее на шкале служит отсчетным индексом. Положение струны может определяться по шкале визуально, при помощи оптического микроРис. 21. Подвижная зеркальная марка для регистрации положения струны скопа, методом фотографической регистрации. В качестве источника света используют лампы накаливания и лазеры. Если измерения выполняют по одному краю тени, необходимо учитывать изменение размеров тени при различных положениях струны между источником света и шкалой.

Устройства д л я регистрации положения струны состоят из двух основных частей: преобразователя и измерительного прибора. Самым простым видом преобразователя является устройство, в котором выходной параметр непосредственно преобразуется в требуемую выходную величину. Электрические сигналы, вырабатываемые преобразователями, в большинстве случаев имеют недостаточные напряжение и мощность для того, чтобы их можно было подать непосредственно на измерительный или регистрирующий прибор, поэтому они д о л ж н ы быть усилены до необходимой величины. Р а з р а б о т а н о много типов преобразователей: контактные, механотронные, реостатные, индуктивные, фотоэлектрические, емкостные, струнные. В качестве измерительных часто используют стрелочные или цифровые приборы, а в качестве регистрирующих — самописцы, осциллографы, магнитные регистраторы.

В контактовых преобразователях перемещение струны вызывает замыкание или размыкание контактов, управляющих электрической цепью, в которую включен сигнальный или стрелочный прибор. Координатометр д л я определения смещений сооружения относительно струны отвеса по двум направляющим имеет наводящее устройство с отсчетной шкалой, закрепленное при помощи изоляционной втулки на металлической подставке с направляющими. Момент касания торца поводка наводящего устройства со струной регистрируют электроконтактным способом по включению неоновой лампы. Величина измеряемых отклонений 10 мм, погрешность 0,02 мм. Недостаток — контакт между струной отвеса и поводком наводящего устройства, что приводит к колебаниям струны в течение 10—15 с в пределах 0,1—0,2 мм.

Наиболее подходящими материалами для контактов являются вольфрамо-платино-иридиевые сплавы, обладающие высокой твердостью, электропроводностью, устойчивостью против эрозии и коррозии. Д л я высокочувствительных маломощных контактных преобразователей контактное усилие колеблется в пределах от 0,001 до 0,002 Н. Во избежание образования вольтовой дуги или искры мощность цепи, разрываемой или замыкаемой контактами, не должна превышать 100—150 мВт.

Д л я обеспечения наиболее благоприятных условий работы и минимального воздействия на струну при регистрации ее положения можно применять рычажно-контактный преобразователь. Один конец рычага используется в качестве щупа, а друг о й — в качестве подвижного контакта.

Достоинством контактовых преобразователей является простота конструкции. К недостаткам следует отнести ограниченный срок с л у ж б ы подвижной контактной системы, испытывающей непрерывные толчки и у д а р ы подвижных частей.

Механотронные п р е о б р а з о в а т е л и не имеют контактных групп и представляют собой э л е к т р о в а к у у м н ы е приборы с механически у п р а в л я е м ы м и э л е к т р о д а м и. Н а и б о л е е распространенной и пригодной д л я механической регистрации струны я в л я е т с я система м е м б р а н а — стержень. Входной механический сигнал подается на внешний конец с т е р ж н я, впаянного в мембрану.

При этом подвижный электрод-анод, укрепленный на внутреннем конце стержня, п е р е м е щ а е т с я относительно неподвижного катода, что приводит к изменению анодного тока и выходного сигнала п р е о б р а з о в а т е л я. Отечественная промышленность выпускает р я д механотронных преобразователей перемещений в м а л о г а б а р и т н о м оформлении, из которых наибольшее распространение получили диодные и триодные. Механотроны могут быть включены в цепь постоянного или переменного тока.

К недостаткам механотронных преобразователей м о ж н о отнести ограниченный д и а п а з о н р а б о т ы ( ± 1 мм) и наличие конт а к т а м е ж д у струной и с т е р ж н е м механотрона.

К р о м е того, д л я обеспечения высокой точности измерения необходимо, чтобы:

1) механотрон был з а щ и щ е н от резких колебаний температуры;

2) нестабильность анодного н а п р я ж е н и я и н а п р я ж е н и я н а к а л а не п р е в ы ш а л а 0,1 и 1 % соответственно.

В реостатных, или потенциометрических, п р е о б р а з о в а т е л я х д л я линейных или угловых измерений используют зависимость изменения активного сопротивления R = p(l/q) от п а р а м е т р о в проводника: длины /, п л о щ а д и его поперечного сечения q и удельного сопротивления р. Активное сопротивление проводника определяется положением д в и ж к а реостата, который с в я з а н с измеряемой неэлектрической величиной.

Н а и б о л е е технологически отработанной конструкцией я в л я ются п р е о б р а з о в а т е л и, в которых применен проволочный элемент сопротивления. О д н а к о этим п р е о б р а з о в а т е л я м свойственно изменение измеряемой величины в соответствии со ступенчатым изменением сопротивления, что приводит к ограничению р а з р е ш а ю щ е й способности. От этого недостатка свободны п р е о б р а з о в а т е л и с пленочными э л е м е н т а м и сопротивлений.

В основе работы индуктивного п р е о б р а з о в а т е л я л е ж и т изменение полного внутреннего сопротивления z обмотки, расположенной на ферромагнитном или ферритовом сердечнике z = = л/R2 + (2ji/L) 2, где f — частота э л е к т р о м а г н и т н ы х колебаний, п о д а в а е м ы х на обмотку; L — индуктивность; R — активное сопротивление. Изменение индуктивности L, а следовательно, и z достигается р а з л и ч н ы м и способами. В геодезической п р а к т и к е широко применяют п р е о б р а з о в а т е л и с переменным з а з о р о м, с переменной площадью, соленоидные и т р а н с ф о р м а т о р н ы е.

И н д у к т и в н ы е п р е о б р а з о в а т е л и с переменным з а з о р о м измеряют п о л о ж е н и е якоря бесконтактным способом, имеют высокую чувствительность к изменению з а з о р а (0,1—0,5 мкм) и ограниченный диапазон измерений (0,1—1 мм) из-за нелинейности выходной характеристики.

Преобразователи с переменной площадью имеют линейную характеристику в диапазоне перемещений якоря до 5—8 мм, но невысокую чувствительность.

В соленоидных преобразователях с разомкнутой магнитной цепью изменение индуктивности катушки достигается перемещением ферромагнитного сердечника на величину до 50—60 мм.

С целью повышения чувствительности, увеличения диапазона измерений и получения линейной характеристики, а т а к ж е д л я компенсации значительного начального «нулевого» сигнала и ослабления влияния внешних воздействий (температуры, магнитного поля, давления) рассмотренные преобразователи включаются в измерительный мост переменного тока по дифференциальной схеме.

Д л я дистанционного определения планового смещения оборудования на крупных инженерных объектах р а з р а б о т а н а контрольно-измерительная система, состоящая из измерительного пульта, 64 индуктивных преобразователей и устройства сопряжения преобразователей и ЭВМ. В комплект входят два типа преобразователей: двухкоординатные и однокоординатные с диапазонами измерений ± 0, 7 и ± 5 мм соответственно. Д и а п а з о н работы однокоординатного преобразователя увеличен за счет подвижной каретки, на которую он установлен. Величину перемещения каретки определяют по индикатору часового типа.

При помощи однокоординатного преобразователя можно определять величину смещения струны непосредственно по ш к а л е индикатора, перемещая преобразователь до тех пор, пока струна не совпадет с его электрической осью и отсчет по шкале измерительного прибора будет равен нулю. Такой режим работы обеспечивает большую точность измерений (0,01 мм), т а к к а к исключаются погрешности за нелинейность характеристики преобразователя, влияние внешних условий и др. Погрешность измерения положения стальной струны диаметром 0,3—1 мм равна 0,05 мм.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
Похожие работы:

«Караваев Вячеслав Аркадьевич ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ДЕОНТОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ, ОБУЧАЮЩИХСЯ НА ВОЕННОЙ КАФЕДРЕ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ 13.00.08 – теория и методика профессионального образования АВТОРЕФЕРАТ диссертац...»

«Иркутский государственный технический университет Научно-техническая библиотека БЮЛЛЕТЕНЬ НОВЫХ ПОСТУПЛЕНИЙ Новые статьи по естественным и техническим наукам 1 октября 2013 г. – 31 октября 2013 г. Архитекту...»

«Easy PDF Copyright © 1998,2004 Visage Software This document was created with FREE version of Easy PDF.Please visit http://www.visagesoft.com for more details Б.Е.Фролов Свита – традиционная верхняя одежда черноморских казаков. Верхняя плечевая одежда черноморских казаков фактически о...»

«МИНИСТЕРСТВО ТОПЛИВА И ЭНЕРГЕТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПРИКАЗ от 18 июня 1998 г. N 214 О ВВЕДЕНИИ В ДЕЙСТВИЕ ПРАВИЛ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ И ОРГАНИЗАЦИЙ ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В дополнение к Приказу Минтопэнерго Росси...»

«В.М. гздков А.В. ХЛЕБНИКОВ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МАРКШЕЙДЕРСКОГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ББК 33.12 Г 93 УДК 622.1 + 528.1 (075.8) Рецензенты : кафедра маркшейдерского дела Иркутского политехнического института, д-р техн. наук С. Г. Могильны...»

«Руководство по эксплуатации Электронагревателя пласт.корпус (12 кВт) с датчиком потока Pahlen (141603-01) СОДЕРЖАНИЕ 1. Описание и работа изделия 1 1.1. Назначение 1 1.2. Габаритные и присоединительные размеры 2 1.3. Технические характеристики 2 1.4. Состав изделия 3 1.5. Устройство и работа 4 1.6. Упаковка 5 2. Инструкция по мо...»

«ВЕСТНИК ХНТУ № 3(54), 2015 г. УДК 681.3.07 В.В.МАРАСАНОВ, И.И. БОРОХОВИЧ, И.А.КОСЕНКО Херсонский национальный технический университет ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ СИНТЕЗА ЛИНГВИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗАТОРА Рассмотрены структура и функции лингвистического анализатора, методы синтаксического анализа текста...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Институт природных ресурсов Специа...»

«ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ DS 200, DS 200P Руководство по эксплуатации г. Москва СОДЕРЖАНИЕ 1. Описание и работа.. 3 1.1. Назначение.. 3 1.2. Технические характеристики.. 3 1.3. Состав изделия.. 7 1.4. Устройство и работа.. 7 1.5. Обе...»

«РАЗРАБОТАНА УТВЕРЖДЕНА Кафедрой Международного права Ученым советом Юридического факультета Протокол № 7 от 05.03.2015г. Протокол № 7 от 12.03.2015г. ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ЭКЗАМЕНА для поступающих на обучение по программам по...»

«Стандартные технические условия на полиэнзимную жидкость для стабилизации грунтов ECOROADS-DS 1. ПРИМЕНЕНИЕ СТАБИЛИЗАТОРА Общие сведения 1.1 Площадка должна быть равномерно обработана, без рыхлой породы или зон расслоений, иметь однородную плотность и влажность по всей г...»

«Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение "Богородский политехнический техникум" Принята на заседании педагогического совета Протокол №1 от 01 сентября 2015 г Утверждаю: Директор ГБПОУ "БПТ" _ Балуева М.В. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОБЩЕРАЗВ...»

«4.2015 СОДЕРЖАНИЕ CONTENTS ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ ECONOMY AND FINANCES Авзалов М. Р. Основные экономические показа Avzalov M. R. The main economic indices of dairy cat тели развития молочного скотоводства. 2 tle breeding development Озерова М. Г. Экономический механизм ВТО в кон Ozerova M. G. Econ...»

«МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ухтинский государственный технический университет" (УГТУ)...»

«ФЕН ТЕХНИЧЕСКИЙ HG2020A ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ Уважаемый покупатель! Благодарим Вас за приобретение инструмента торговой марки Hammer. Вся продукция Hammer спроектирована и изготовлена с учетом самых высоких т...»

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ 2013 №1 УДК 539.3+531.6 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ГОРНЫХ УДАРОВ Г. Л. Линдин, Т. В. Лобанова* Новокузнецкий институт (филиал) Кемеровского государственн...»

«База нормативной документации: www.complexdoc.ru МЕТОДИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ МДС 53-2.2004 Москва Методический документ разработан ООО "Институт проблем технической диагностики и неразрушающих методов испытаний "ДИМЕНС-тест" (канд. техн. наук С.В. Жук...»

«Все оригинальные аксессуары к вашей технике на одной странице RU Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию. Бензиновый Триммер-кусторез МОДЕЛЬ: БТС-9062Л БТС-9072Л 2012-12-07 Инструкция по эксплуатации и тех обслуживанию. Бензиновый Триммер-кусторез стр. 2 Содержание Правил...»

«255 УДК 614.841 ПРОБЛЕМЫ ЭФФЕКТИВНОГО ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТАЛЬНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ В СЛОЙ ГОРЮЧЕГО Кокорин В.В. 1, Романова И.Н. Уральский институт Государственной противопожарной службы МЧС России, г. Екатеринбург, e-mail: 1 v.k.ekb@yandex.ru Хафизов Ф.Ш. Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа Аннотация....»

«ИНСТРУКЦИЯ по применению линейной арматуры Объединения СЕКТОР ЭНЕРГО ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ НАПРЯЖЕНИЕМ 0,38 кВ С САМОНЕСУЩИМИ ИЗОЛИРОВАННЫМИ ПРОВОДАМИ 2014 г. Настоящая Инструкция составлена с учетом накопленного опыта строительства и эксплуатации...»

«№1 ЭЛЕКТРОННЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ "APRIORI. CЕРИЯ: ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ" УДК 633.71: 631. 527 ГЕНОФОНД МИРОВОЙ КОЛЛЕКЦИИ NICOTIANA TABACUM LIN. – ИСТОЧНИК ЭФФЕКТИВНОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ СЕЛЕКЦИОННЫХ РАБОТ Хомутова Светлана Анатольевна кандидат сельскохозяйственных наук Иваницкий Константин Иванович к...»

«2-полосные компонентные автомобильные автомобильные акустические системы Prology CS-5.2C, CS-6.2C Руководство по эксплуатации Руководство по эксплуатации определяет порядок установки и эксплуатации...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (НПИ) ИМЕНИ М.И. ПЛАТОВА...»

«Со держание:1. Общие характеристики учреждения.2. Право владения. Использование материально технической базы.3. Контингент МБДОУ.4. Кадровое обеспечение образовательного процесса.5. Финансово – экономические показатели 6. Содержание образовательной деятельности.7. Заключение. Перспективы и планы развития В процессе...»

«1 Тема года: Духовно-нравственное воспитание подрастающего поколения как основной ориентир дополнительного образования Задачи на 2015-2016 учебный год: 1. Обеспечить высокое качество и эффективность образовательного процесса в МБУДО ЦДТ.2. Разработать и принять Программу развития МБУДО ЦДТ на 2016...»

«ФЕН ТЕХНИЧЕСКИЙ HG2030C PREMIUM ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ Уважаемый покупатель! Благодарим Вас за приобретение инструмента торговой марки Hammer. Вся продукция Hammer спроектирована и изготовлена с учетом самых высоких требований к качеству изделий. Для эффективной и безопасной работы внимательно прочтите дан...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.