У підручнику викладено основи геодезичного приладознавства, розглянуто теорію, будову, а також способи перевірок та дослідження сучасних геодезичних приладів. Подано відомості з геометричної оптики та оптичних систем, які необхідні для вивчення сучасних геодезичних приладів. Розглянуто теорію та будову основних вузлів геодезичних приладів, а також способи їхнього дослідження. Описано сучасні оптичні та електронні геодезичні прилади, їхню конструкцію, будову, подано принципові функціональні та оптичні схеми приладів. Розглянуто перевірки і дослідження приладів, зокрема й електронних. Сформульовано основні напрями сучасного геодезичного приладобудування. Для студентів геодезичних спеціальностей вищих навчальних закладів. ЗМІСТ ВСТУП......................................................................................................................3 1. ВІДОМОСТІ З ГЕОМЕТРИЧНОЇ ОПТИКИ. ОПТИЧНІ ДЕТАЛІ ГЕОДЕЗИЧНИХ ПРИЛАДІВ..............................................5 1.1. Закони геометричної оптики...........................................................................7 1.1.1. Закони геометричної оптики, показник заломлення…………………….7 1.1.2. Повне внутрішнє відбиття..........................................................................11 1.1.3. Оптичне скло................................................................................................13 1.1.4. Втрати світла в оптичній системі. Просвітлення оптики........................14 1.2. Оптичні деталі геодезичних приладів..........................................................16 1.2.1. Плоскі та сферичні дзеркала......................................................................16 1.2.2. Призми відбиття.........................................................................................20 1.2.3. Плоскопаралельна платівка, призми заломлення................................... 22 1.2.4. Лінзи.............................................................................................................25 1.3. Ідеальна центрована оптична система..........................................................28 1.3.1. Правило знаків.............................................................................................28 1.3.2. Кардинальні елементи ідеальної центрованої оптичної системи...........30 1.3.3. Залежність між положенням предмета та його зображенням (рівняння Ньютона)...............................................................................................32 1.3.4. Збільшення оптичної системи....................................................................34 1.3.5. Заломлення променів сферичною поверхнею. Закон Лагранжа-Тельмгольца...........................................................................................................35 1.3.6. Еквівалентна система з тонких лінз. Телеоб'єктив.................................41 1.4. Недоліки (аберації) оптичних систем..........................................................44 1.4.1. Сферична аберація......................................................................................45 1.4.2. Хроматична аберація.................................................................................46 1.4.3. Кома, астигматизм, дисторсія...................................................................48 2. ОПТИЧНІ СИСТЕМИ ГЕОДЕЗИЧНИХ ПРИЛАДІВ..................................50 2.1. Лупа................................................................................................................50 2.2. Мікроскопи....................................................................................................52 2.3. Зорові труби геодезичних приладів........................................................... 53 2.3.1. Елементи конструкції зорової труби.......................................................55 2.3.1.1. Сітка ниток, діафрагми, осі зорової труби............................................55 2.3.1.2. Фокусувальні компоненти зорової труби. Переваги труб з внутрішнім фокусуванням........................................................56 2.3.1.3. Об'єктиви зорових труб...........................................................................58 2.3.1.4. Окуляри зорових труб.............................................................................61 2.3.2. Основні оптичні характеристики зорових труб........................................63 2.3.2.1. Збільшення зорової труби, визначення збільшення.............................63 2.3.2.2. Поле зору зорової труби..........................................................................66 2.3.2.3. Роздільна здатність зорової труби..........................................................67 2.4. Оптичні системи спеціальних геодезичних приладів та пристроїв ……68 2.4.1. Коліматори і автоколіматори.....................................................................68 2.4.2. Прилади вертикального проектування.....................................................71 3. ВІДЛІКОВІ ПРИСТРОЇ ГЕОДЕЗИЧНИХ ПРИЛАДІВ…………………….73 3.1. Шкали геодезичних приладів........................................................................73 3.1.1. Призначення шкал. Вимоги до них...........................................................73 3.1.2. Способи нанесення шкал...........................................................................75 3.1.3. Призначення відлікових пристроїв...........................................................78 3.2. Верньєр............................................................................................................79 3.3. Штриховий мікроскоп....................................................................................81 3.4. Шкаловий мікроскоп…………………………………………………….….83 3.5. Односторонній оптичний мікрометр...........................................................86 3.6. Двосторонній оптичний мікрометр..............................................................92 3.6.1. Спосіб суміщеного відлічування..............................................................93 3.6.2. Механізми суміщення штрихів..................................................................96 3.6.3. Відлічування у теодолітах з двосторонніми оптичними мікрометрами………………………………………………………………….....99 3.7. Відлікові пристрої електронних (кодових) кутомірних приладів...........107 3.8. Відлікові пристрої нівелірів........................................................................114 3.8.1. Відлічування в цифрових (електронних) нівелірах...............................117 3.9. Дослідження відлікових пристроїв.............................................................118 3.9.1. Визначення похибок суміщень та систематичних похибок двосторонніх оптичних мікрометрів.........................................................................................118 3.9.2. Визначення рену оптичного мікрометра................................................121 3.9.3. Визначення рену шкапового мікроскопа...............................................127 3.9.2. Дослідження оптичного мікрометра нівеліра.........................................130 4. РІВНІ. КОМПЕНСАТОРИ НАХИЛУ...........................................................134 4.1. Рідинні рівні.................................................................................................134 4.2. Дослідження рівнів......................................................................................141 4.2.1. Визначення ціни поділки рівня за допомогою рейки............................141 4.2.2. Визначення ціни поділки рівня поворотами алідади довкола нахиленої осі приладу...........................................................................................................144 4.2.3. Визначення ціни поділки рівня на екзаменаторі...................................148 4.3. Електронні рівні...........................................................................................152 4.4. Компенсатори нахилу.................................................................................154 4.4.1. Принцип компенсації нахилу. Класифікація компенсаторів нахилу...154 4.4.2. Оптично-механічні компенсатори...........................................................157 4.4.3. Дослідження компенсаторів нахилу........................................................168 4.5. Компенсатори вертикальних кругів...........................................................177 5. ОСЬОВІ СИСТЕМИ ТА ІНШІ МЕХАНІЧНІ ПРИСТРОЇ………………..181 5.1. Осьові системи..............................................................................................181 5.2. Штативи, підставки, закріпні та навідні пристрої.....................................191 5.3. Елеваційні пристрої, виправні гвинти рівнів та сіток ниток....................198 6. ТЕОДОЛІТИ....................................................................................................204 6.1. Загальні відомості про сучасні теодоліти.............................................. ...204 6.2. Оптичні теодоліти.......................................................................................206 6.2.1. Теодоліти технічні...................................................................................206 6.2.2. Точні теодоліти........................................................................................212 6.2.3. Високоточні теодоліти.............................................................................225 6.3. Електронні теодоліти..................................................................................234 6.4. Лазерні теодоліти.........................................................................................244 6.5. Перевірки та дослідження теодолітів.......................................................248 6.5.1. Перевірки теодолітів................................................................................249 6.5.1.1. Перевірка перпендикулярності осі циліндричного рівня вертикальній осі (осі обертання) приладу...............................................................................249 6.5.1.2. Перевірка паралельності осі сферичного рівня вертикальній осі (осі обертання) приладу...................................................... ……………….249 6.5.1.3. Перевірка прямовисності вертикального штриха сітки ниток зорової труби, коли вертикальна вісь обертання) приладу прямовисна................... 250 6.5.1.4. Перевірка перпендикулярності візирної осі зорової труби (осі випромінювання) до осі обертання труби (визначення колімаційної похибки)............................................................................................................. 250 6.5.1.5. Перевірка перпендикулярності осі обертання зорової труби до вертикальної осі теодоліта............................................................................253 6.5.1.6. Перевірка місця нуля МО або місця зеніту МZ..................................254 6 5 17 Перевірка збігу візирної осі оптичного (осі лазерного) центрира з вертикальною віссю (віссю обертання) приладу............................................ 255 6.5.2. Похибки приладів. Дослідження теодолітів...........................................256 6.5.2.1. Дослідження впливу колімаційної похибки........................................257 6.5.2.2. Дослідження нахилу осі обертання зорової труби.............................259 6.5.2.3. Дослідження ексцентриситету алідади і горизонтального круга......261 6.5.2.4. Визначення похибок діаметрів круга...................................................272 6.5.2.5. Визначення діапазону дії компенсатора..............................................279 6.5.2.6. Визначення систематичної похибки компенсатора на 1? нахилу вертикальної осі приладу...................................................................................281 7. НІВЕЛІРИ....................................................................................................... 284 7.1. Нівеліри оптичні......................................................................................... 285 7.1.1. Технічні та точні нівеліри........................................................................285 7.1.2. Високоточні нівеліри................................................................................291 7.2. Цифрові (електронні) нівеліри...................................................................299 7.3. Лазерні нівеліри............................................................................................305 7.4. Прилади для гідронівелювання................................................................. 311 7.4.1. Гідростатичні нівеліри..............................................................................312 7.4.2. Гідродинамічні нівеліри............................................................................317 7.4.3. Гідромеханічне нівелювання....................................................................319 7.5. Перевірки та дослідження нівелірів......................................................... 320 7.5.1. Перевірки нівелірів....................................................................................321 7.5.1.1. Перевірка встанівного рівня..................................................................321 7.5.1.2. Перевірка прямовисності вертикальної нитки сітки ниток зорової труби (горизонтальності горизонтальної)........................................................322 7.5.1.3. Перевірка горизонтальності візирного променя нівеліра, приведеного у робочий стан.....................................................................................................322 7.5.1.4. Перевірка паралельності прямовисних площин, з яких одна проходить через вісь рівня у зоровій трубі нівеліра, а інша через візирну вісь зорової труби.......................................................................................................324 7.5.1.5. Перевірка і юстування горизонтальності візирного променя електронних нівелірів.........................................................................................324 7.5.2. Дослідження нівелірів..............................................................................330 7.5.2.1. Дослідження рівнів рівневих нівелірів................................................330 7.5.2.2. Дослідження правильності переміщення фокусувального компонента зорової труби нівеліра…………………………………………………………333 7.5.2.3. Визначення середньої квадратичної похибки прямовисного встановлення вертикальної осі нівеліра за допомогою встанівного рівня....335 7.5.2.4. Визначення меж дії компенсатора нахилу нівеліра............................336 7.5.2.5. Визначення середньої квадратичної похибки встановлення візирного променя самовстанівного нівеліра....................................................................337 7.5.2.6. Визначення систематичної похибки встановлення візирного променя самовстанівного нівеліра...................................................................................338 8. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ПРИЛАДИ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ ВІДДАЛЕЙ І ВИЗНАЧЕННЯ ПОЛОЖЕННЯ ТОЧОК...................................340 8.1. Світловіддалеміри........................................................................................340 8.1.1. Принципи дії світловіддалемірів............................................................340 8.1.2. Типи віддалемірів.....................................................................................346 8.2. Радіовіддалеміри..........................................................................................350 8.3. Лазерні рулетки...........................................................................................352 8.4. Глобальні системи позиціонування - ОР8-системи............................... 355 9. ТАХЕОМЕТРИ І КІПРЕГЕЛІ...................................................................... 363 9.1. Номограмні тахеометри..............................................................................363 9.2. Номограмні кіпрегелі................................................................................. 370 9.3. Електронні тахеометри............................................................................... 373 9.3.1. Електронно-оптичні тахеометри........................................................... 374 9.3.2. Електронні тахеометри........................................................................... 376 9.4. Перевірки і дослідження тахеометрів...................................................... 399 9.4.1. Перевірки тахеометрів.............................................................................399 9.4.1.1. Перевірки збігу осі візирного променя і осі випромінювання віддалеміра................................................... ………………………………….400 9.4.1.2. Перевірка сталої тахеометра................................................................401 9.4.1.3. Визначення та юстування місця нуля - М0 (місця зеніту - МZ) вертикального круга...................................................................................403 9.4.1.4. Визначення колімаційної похибки, М0 (МZ) вертикального круга і нахилу осі обертання зорової труби електронних тахеометрів......................404 9.4.1.5. Комплексна перевірка і юстування електронних тахеометрів серії ТРS 1200.......................................................................................................................410 9.4.1.б.Перевірка положення осі обертання зорової труби електронних тахеометрів серії ТРS 1200................................................................................ 411 9.4.1.7. Перевірка і юстування віддалеміра (ЕОМ) для вимірювання віддалей без застосування відбивача.................................................................................412 9.4.1.8. Особливості визначення колімаційної похибки деяких моделей електронних тахеометрів....................................................................................413 9.4.2. Дослідження тахеометрів.........................................................................414 9.4.2.1. Визначення середньої квадратичної похибки установлення лінії 9.4.2.2. Визначення середньої квадратичної похибки вимірювання віддалей електронним тахеометром..................................................................................415 9.4.2.3. Визначення середньої квадратичної похибки вимірювання горизонтальних і вертикальних кутів електронним тахеометром................ 416 9.4.2.4. Дослідження внутрішньокрокової похибки інтерполяції періода растра електронного тахеометра....................................................................... 417 10. НАЗЕМНІ ЛАЗЕРНІ СКАНЕРИ................................................................ 418 10.1. Загальні відомості про лазерне сканування та сканери......................... 418 10.2. Сучасні лазерні сканери.......................................................................... 423 10.3. Застосування лазерних сканерів.............................................................. 433 Список літератури.............................................................................................. 437 ДОДАТКИ........................................................................................................... 439 Додаток 1 .............................................................................................................441 Додаток 2............................................................................................................. 442 Додаток 3............................................................................................................. 444 Додаток 4............................................................................................................. 446 Додаток 5............................................................................................................. 447 Додаток 6...........................................................