Способы угловых измерений. Средства измерения углов и конусов

Государственный стандарт ГОСТ 10529-86 выделяет три группы теодолитов: высокоточные, точные и технические.

Высокоточные теодолиты обеспечивают измерение углов с ошибкой не более 1"; типы Т1, Т05.

Точные теодолиты обеспечивают измерение углов с ошибкой от 2" до 7"; типы Т2, Т5.

Технические теодолиты обеспечивают измерение углов с ошибкой от 10" до 30"; типы Т15, Т30.

Дополнительная буква в шифре теодолита указывает на его модификацию или конструктивное решение: А - астрономический, М - маркшейдерский, К - с компенсатором при вертикальном круге,П - труба прямого изображения (земная).

Государственным стандартом на теодолиты предусмотрена, кроме того, унификация отдельных узлов и деталей теодолитов; вторая модификация имеет цифру 2 на первой позиции шифра - 2Т2, 2Т5 и т.д., третья модификация имеет цифру 3 - 3Т2, 3Т5КП и т.д.

Перед измерением угла необходимо привести теодолит в рабочее положение, то-есть, выполнить три операции: центрирование, горизонтирование и установку зрительной трубы.

Центрирование теодолита - это установка оси вращения алидады над вершиной измеряемого угла; операция выполняется с помощью отвеса, подвешиваемого на крючок станового винта, или с помощью оптического центрира.

Горизонтирование теодолита - это установка оси вращения алидады в вертикальное положение; операция выполняется с помощью подъемных винтов и уровня при алидаде горизонтального круга.

Установка трубы - это установка трубы по глазу и по предмету; операция выполняется с помощью подвижного окулярного кольца (установка по глазу - фокусирование сетки нитей) и винта фокусировки трубы на предмет (поз.15 на рис.4.4).

Измерения угла выполняется строго по методике, соответствующей способу измерения; известно несколько способов измерения горизонтальных углов: это способ отдельного угла (способ приемов), способ круговых приемов, способ во всех комбинациях и др.

Способ отдельного угла. Измерение отдельного угла складывается из следующих действий:

наведение трубы на точку, фиксирующую направление первой стороны угла (рис.4.16), при круге лево (КЛ), взятие отсчета L1;

поворот алидады по ходу часовой стрелки и наведение трубы на точку, фиксирующую направление второй стороны угла; взятие отсчета L2,

вычисление угла при КЛ (рис.4.16):

перестановка лимба на 1o - 2o для теодолитов с односторонним отсчитыванием и на 90o - для теодолитов с двухсторонним отсчитыванием,

переведение трубы через зенит и наведение ее на точку, фиксирующую направление первой стороны угла, при круге право (КП); взятие отсчета R1,

поворот алидады по ходу часовой стрелки и наведение трубы на точку, фиксирующую направление второй стороны угла; взятие отсчета R2,

вычисление угла при КП:

при выполнении условия |вл - вп| < 1.5 * t, где t - точность теодолита, вычисление среднего значения угла:

вср = 0.5 * (вл + вп).

Измерение угла при одном положении круга (КЛ или КП) составляет один полуприем; полный цикл измерения угла при двух положениях круга составляет один прием.

Запись отсчетов по лимбу и вычисление угла производятся в журналах установленной формы.

Способ круговых приемов. Если с одного пункта наблюдается более двух направлений, то часто применяют способ круговых приемов. Для измерения углов этим способом необходимо выполнить следующие операции (рис.4.17):

при КЛ установить на лимбе отсчет, близкий к нулю, и навести трубу на первый пункт; взять отсчет по лимбу.

вращая алидаду по ходу часовой стрелки, навести трубу последовательно на второй, третий и т.д. пункты и затем снова на первый пункт; каждый раз взять отсчеты по лимбу.

перевести трубу через зенит и при КП навести ее на первый пункт; взять отсчет по лимбу.

вращая алидаду против хода часовой стрелки, навести трубу последовательно на (n-1), ..., третий, второй пункты и снова на первый пункт; каждый раз взять отсчеты по лимбу.

Затем для каждого направления вычисляют средние из отсчетов при КЛ и КП и после этого - значения углов относительно первого (начального) направления.

Способ круговых приемов позволяет ослабить влияние ошибок, действующих пропорционально времени, так как средние отсчеты для всех направлений относятся к одному физическому моменту времени.

Влияние внецентренности теодолита на отсчеты по лимбу. Пусть на рис.4.18 ось вращения алидады пересекает горизонтальную плоскость в точке B", а точка B - проекция вершины измерямого угла на ту же плоскость. Расстояние между точками B и B" обозначим l, расстояние между пунктами B и A - S.

Если бы теодолит стоял в точке B, то при наведении трубы на точку A отсчет по лимбу был бы равен b. Перенесем теодолит в точку B", сохранив ориентировку лимба; при этом отсчет по лимбу при наведении трубы на точку A изменится и станет равным b"; различие этих отсчетов называется ошибкой центрировки теодолита и обозначается буквой c.

Из треугольника BB"A имеем:

или по малости угла c

Величина l называется линейным элементом центрировки, а угол Q - угловым элементом цетрировки; угол Q строится при проекции оси вращения теодолита и отсчитывается от линейного элемента по ходу часовой стрелки до направления на наблюдаемый пункт A.

Правильный отсчет по лимбу будет:

b = b" + c . (4.19)

Влияние редукции визирной цели на отсчеты по лимбу.

Если проекция визирной цели A" на горизонтальную плоскость не совпадает с проекцией центра наблюдаемого пункта A, то возникает ошибка редукции визирной цели (рис.4.19). Отрезок AA" называется линейным элементом редукции и обозначается l1; угол Q1 называется угловым элементом редукции; он строится при проекции визирной цели и отсчитывается от линейного элемента по ходу часовой стрелки до направления на пункт установки теодолита. Обозначим правильный отсчет по лимбу - b, фактический - b", ошибка в направлении BA равна r. Из треугольника BAA" можно написать:

или по малости угла r

Правильный отсчет по лимбу будет

b = b" + r . (4.21)

Наибольшего значения поправки c и r достигают при И = И1 = 90o (270o), когда.

В этом случае

В практике измерения углов применяют два способа учета внецентренности теодолита и визирной цели.

Первый способ заключается в том, что центрирование выполняют с такой точностью, которая позволяет не учитывать ошибку внецентренности. Например, при работе с техническими теодолитами допустимое влияние ошибок центрирования теодолита и визирной цели можно принять c = r = 10"; при среднем расстоянии между точками S = 150 м получается, что l = l1 = 0.9 см, то-есть, теодолит или визирную цель достаточно устанавливать над центром пункта с ошибкой около 1 см. Для центрирования с такой точностью можно применить обычный отвес. Центрирование теодолита или визирной цели с точностью 1-2 мм можно выполнить лишь с помощью оптического центрира. Второй способ заключается в непосредственном измерении элементов l и И, l1 и И1, вычислении поправок c и r по формулам (4.18) и (4.20) и исправлении результатов измерений этими поправками по формулам (4.19) и (4.21). Методика измерений элементов центрировки теодолита и визирной цели описана в .

Основным параметром, контролируемым при обработке углов и конусов, является плоский угол, за единицу которого принят градус. Градусом называется 1/360 часть окружности, он состоит из 60 угловых минут, а минута состоит из 60 угловых секунд. Особенность угловых размеров состоит в том, что точность их изготовления и контроля зависит от длины сторон, образующих угол. Чем короче сторона, тем труднее изготовить и измерить угол. Методы измерения углов можно разделить на три основных вида:

1) метод сравнения с жесткими угловыми мерами;

2) абсолютный метод, основанный на применении измерительных инструментов с угловой шкалой (угол при этом отсчитывают непосредственно по шкале прибора в угловых единицах);

3) косвенный метод, состоящий в измерении линейных размеров, связанных с углом конуса тригонометрическими зависимостями.

Угловые меры и угольники

Угловые меры (рис. 1.19, а) изготавливают в виде прямых призм и применяют для контроля углов и градуировки угломерных инструментов и угловых шаблонов. Угловые меры аналогичны рассмотренным ранее плоскопараллельным концевым мерам длины. Угловые меры выпускают в виде наборов с градацией углов через 2°, 1°,15′ и различными номинальными значениями углов. Изготавливают угловые меры четырех классов точности (00, 0, 1, 2) и аттестуют на разряды. Угловые меры могут притираться друг к другу, но их сцепление менее надежно, чем у плоскопараллельных концевых мер длины, поэтому блоки угловых мер соединяют друг с другом при помощи специальных приспособлений. Плитки в блоки соединяют при помощи державок (рис. 1.19, б-г), винтов и конических штифтов. Державки (см. рис. 1.19, б, в) позволяют собирать блоки из двух и трех угловых мер. Для получения дополнительных углов применяют державки со специальными лекальными линейками (см. рис. 1.19, г). Контроль углов угловыми мерами производят обычно на просвет. В случае отсутствия угловой меры с необходимыми значениями угла или в случае, когда изделие не позволяет использовать угловую меру, изготавливают специальный угловой шаблон.

Для контроля и разметки прямых углов (90 °) предназначены проверочные угольники (рис. 1.20), которые применяют также для контроля взаимного расположения поверхностей деталей при сборке. Изготавливают угольники следующих типов УЛ, УЛП, УЛШ, УЛЦ, УП, УШ.

Угольники типов УЛ, УЛП и УЛШ предназначены для точных лекальных работ, они имеют две острые рабочие грани.

Угольники типа УП и УШ используют при слесарной сборке, обработке и ремонте.

Угольники типа УЛЦ представляют собой отрезок вала с торцами, перпендикулярными образующей цилиндрической поверхности. Эти угольники используют для проверки других угольников, так как они позволяют получить точное значение угла 90°.

Угломеры

Для контроля углов методом непосредственной оценки в машиностроении широко применяют угломеры с нониусом . Эти угломеры выпускают двух типов: УН — для измерения наружных и внутренних углов (рис. 1.21, а) и УМ — для измерения только наружных углов (рис. 1.21, б).

Угломер типа УН состоит из основания 2 с нанесенной по окружности градусной шкалой, которое жестко соединено с линейкой 3. Линейка имеет снаружи доведенную измерительную поверхность. По основанию 2 перемещается сектор 5 с нониусом 1 и стопором 4. К сектору крепят угольник 6 при помощи державки 9. К угольнику 6 крепят съемную линейку 7 при помощи державки 8. Варианты измерений показаны на рис. 1.22. Угломер позволяет измерять углы в диапазоне от 0 до 50° (рис. 1.22, а). Для измерения углов в диапазоне от 50 до 140° с угломера снимают угольник, а на его место устанавливают линейки (рис. 1.22, б). Чтобы измерить наружные углы в диапазоне от 140 до 230°, необходимо снять линейку, измерения в этом случае ведут с использованием угольника. Если с угломера снять угольник, линейку и державки, то с его помощью можно будет контролировать размеры углов в диапазоне от 240 до 320°. Следовательно, общий диапазон измерений угломером УН составляет от 0 до 320 ° для наружных углов.

При измерении углов деталей сложных контуров необходима установка угломера на заданную величину длины прямолинейного контура. Такая установка осуществляется при помощи блока концевых мер длины 2, который устанавливается на съемную линейку 3, а основание угломера перемещают по угольнику 1 так, чтобы измерительная линейка была установлена на блоке концевых мер. Схема такой установки приведена на рис. 1.22, в.

Если с угломера снять угольник и линейку, то им можно измерять внутренние углы в диапазоне от 40 до 180° (рис. 1.22, г).

Измерение углов в труднодоступных местах производят по схеме, показанной на рис. 1.22, д.

Угломер типа УМ (см. рис. 1.21, б) широко применяется при обучении слесарному делу. Он состоит из основания 4 со шкалой, проградуированной в градусах. На основании закреплена линейка 3. Подвижная линейка 10 с сектором 9 и нониусом 7 может поворачиваться на оси А, фиксация линейки в момент измерения осуществляется стопорным винтом 5. Угломер имеет винт 6 для микрометрической подачи измерительной подвижной линейки 10 с сек- , тором 9. На подвижной линейке крепится угольник 2 при помощи державки 1. Угломер обеспечивает измерение углов в диапазоне от О до 180°. Для измерения углов свыше 90° угольник 2 необходимо снять, в этом случае для получения значения угла к показаниям по шкалам угломера прибавляют 90°.

При работе с угломером типа УМ необходимо:

Определить способ измерения угла (с использованием угольника или без него);

Убедиться в плавности перемещения сектора угломера;

Убедиться в точности установки угломера на ноль;

При измерении прочно удерживать угломер за корпус;

Измерительная поверхность должна плотно прилегать к поверхности детали (без просвета и перекоса);

Обратить внимание на достигаемую точность измерений, которая выбита на нониусе.

Результаты угловых измерений в ГГС должны быть равноточными, ᴛ.ᴇ. на всœех пунктах иметь один и тот же вес, и получены с наивысшей точностью при наименьших затратах труда и времени. Для этого высокоточные измерения каждого направления и угла выполняют по строго одинаковой наиболее совершенной методике в периоды наивыгоднейшего времени наблюдений, когда влияние внешней среды минимально. Необходимо, чтобы каждое направление измерялось на разных диаметрах лимба, равномерно распределœенных по кольцу делœений; в приеме должно быть обеспечено единообразие операций при измерении каждого направления и симметрия во времени относительно среднего для приема времени наблюдений; целœесообразно всœе направления и углы на пункте измерять симметрично относительно момента изотермии воздуха.

Перед выполнением наблюдений на пункте производят осмотр геодезического знака, откапывают центр до марки с меткой, на площадку наблюдателя поднимают теодолит и другое снаряжение, крышу сигнала накрывают брезентом. В результате осмотра наблюдатель должен убедиться в прочности и устойчивости столика сигнала и в том, что внутренняя пирамида не соприкасается с полом площадки для наблюдателя и с лестницей. Обнаруженные недостатки крайне важно устранить.

Перед наблюдением с помощью теодолита согласно схеме геодезической сети отыскивают всœе подлежащие наблюдению пункты и после наведения на них делают с точностью до 1’ отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам. Вместе с тем, при наведении на пункты положение алидады фиксируют на нижней части прибора с помощью штрихов против индекса на алидаде. Теодолит устанавливают на штатив или столик сигнала не менее чем за 40 минут до начала наблюдений. К измерению горизонтальных направлений приступают при хорошей видимости, когда изображения визирных целœей спокойны или слегка колеблются (в пределах 2”).

Измерение отдельного угла. Незакрепленную алидаду отводят влево на 30 – 40 0 и обратным вращением наводят на визирную цель первого направления так, чтобы она оказалась справа от биссектора, алидаду закрепляют. Наводящим винтом алидады, только ввинчиванием, биссектор наводят на визирную цель и берут отсчет по оптическому микрометру (если имеется окулярный микрометр, то трижды наводят его биссектор на визирную цель и берут отсчеты). Открепляют алидаду и наводят на 2-е направление аналогично тому, как и на 1-е. На этом заканчивается полуприем.

Трубу переводят через зенит, по часовой стрелке наводят на 2-е направление, предварительно отведя алидаду на 30 – 40 0 ; наводящим винтом биссектор наводят на визирную цель и берут отсчет по оптическому микрометру. По часовой стрелке алидаду поворачивают на угол, дополняющий измеряемый до 360 0 , наводят на визирную цель 1-го направления, берут отчет. Заканчивается прием.

Способ круговых приемов – способ Струве. Способ был предложен в 1816 ᴦ. В.Я. Струве, получил широкое применение почти во всœех странах. В нашей стране используется в геодезических сетях 2 - 4 классов и сетях более низкой точности.

В этом способе при неподвижном лимбе алидаду вращают по ходу часовой стрелки и биссектор сетки нитей трубы последовательно наводят на первый, второй,…, последний и снова на первый (замыкание горизонта) наблюдаемые пункты, каждый раз отсчитывая по горизонтальному кругу. В этом состоит первый полуприем. Далее трубу переводят через зенит и, вращая алидаду против часовой стрелки, наводят биссектор на те же пункты, но в обратной последовательности: на первый, последний, …, второй, первый; заканчивают второй полуприем и первый прием., состоящий из первого и второго полуприемов.

Между приемами лимб переставляется на угол

где m – число приемов, i – цена делœения лимба.

Наведение биссектора на на визирную цель выполняют только ввинчиванием наводящего винта алидады. Перед каждым полуприемом алидаду вращают по ее движению в данном полуприеме.

В результаты измеренных направлений вводят поправки за рен, наклон вертикальной оси теодолита (при углах наклона визирного луча в 1 0 и более) и поправки за кручение знака – по отсчетам по окулярному микрометру поверительной трубы.

Контроль угловых измерений: по расхождениям значений первого направления в начале и конце полуприема (незамыкание горизонта), по колебанию двойной коллимационной ошибке, определяемой для каждого направления, и по расхождению приведенных к нулю значений одноименных направлений, полученных в разных приемах. В триангуляции 2 – 4 классов незамыкание горизонта и колебание направлений в приемах не должны превышать 5, 6 и 8” для Т05, Т1; ОТ-02 и Т2; колебание 2С – 6,8 и 12” для этих же теодолитов соответственно.

В пунктах 2 класса направления измеряют 12-15 круговыми приемами, на пунктах 3 класса – 9, на пунктах 4 класса – 6, а в сетях полигонометрии 2, 3, 4 классов – 18, 12, 9 приемами.

Уравнивание на станции сводится к вычислению среднего значения по каждому направлению из m приемов. При этом предварительно всœе измеренные направления приводят к начальному, придав ему значение 0 0 00’00,00”. Вес уравненного направления равен p = m – числу приемов измерений. Для оценки точности направления обычно применяют приближенную формулу Петерса

где μ – с.к.о. направления, полученного из одного приема (с.к.о. единицы веса); ∑‌‌[v ] – сумма абсолютных величин уклонений измеренных направлений от их средних значений, вычисленных по всœем направлениям; n, m – число направлений и приемов соответственно. Значения k при m = 6, 9, 12, 15 равны 0,23; 0,15; 0,11; 0,08. С.к.о. уравненного направления (среднего из m приемов) вычисляют по формуле

Достоинства способа круговых приемов: простота программы измерений на станции; значительное ослабление систематических ошибок делœений лимба; высокая эффективность при хорошей видимости по всœем направлениям.

Недостатки: сравнительно большая продолжительность приема, особенно при большом числе направлений; повышенные требования к качеству геодезических сигналов; крайне важно сть примерно одинаковой видимости по всœем направлениям; разбивка направлений на группы при их большом числе на пункте; более высокая точность начального направления.

Способ измерения углов во всœех направлениях – способ Шрейбера. Этот метод предложен Гауссом. Методика разработана Шрейбером, применившим его в 1870-х годах в прусской триангуляции. В России начал применяться с 1910 ᴦ., используется и в настоящее время. Суть способа: на пункте с n направлениями измеряют всœе углы, образующиеся при сочетании из n по 2, ᴛ.ᴇ.

1.2 1.3 1.4 … 1.n

Число таких углов

Значение углов можно получить путем непосредственных измерений и путем вычислений. В случае если вес непосредственно измеренного угла равен 2 , то вес этого же угла, полученного из вычислений, будет равен 1. Следовательно. Вес угла, полученного из вычислений, в два раза меньше веса непосредственно измеренного угла.

При уравнивании на станции для каждого угла вычисляют его среднее значение из всœех приемов (при допустимых расхождениях между приемами). Используя эти средние, находят уравненные на станции углы как среднее весовое значение. Учитывая, что сумма весов измеренного и вычисленных значений данного угла , находим

где n – число направлений на пункте. Углы, полученные в результате уравнивания на станции, по направлениям – равноточны.

Применяя формулу веса функции, для угла находим

Так как , то , откуда . При Р = 1 , , ᴛ.ᴇ. веса уравненных углов равны половинœе числа направлений, наблюдаемых с данного пункта. В случае если каждый угол измерен m приемами, то при n направлениях вес каждого угла будет равен mn / 2. Для равенства весов окончательных углов на всœех станциях крайне важно, чтобы произведение mn для всœех пунктов сети являлось постоянным. Так как вес направления в два раза больше веса угла, то mn – вес направления.

Вес углов, измеренных во всœех комбинациях должен быть равен весу углов, измеренных способом круговых приемов, ᴛ.ᴇ. p = m кр = mn / 2 , откуда 2m кр = mn , где m кр – число приемов в методе круговых приемов. К примеру, в случае если углы в триангуляции 2 класса измеряют 15 круговыми приемами (m кр = 15), то mn = 30; при числе направлений n = 5 способом во всœех комбинациях их нужно измерять 6 приемами (m = 30 / 5 = 6).

При измерении углов способом во всœех комбинациях выполняют следующий контроль: 1) расхождение углов из двух полуприемов – 6” для теодолита с окулярным микрометром и 8” – без; 2) расхождение углов из разных приемов 4 и 5” для сетей 1 и 2 классов соответственно; 3) колебание среднего значения угла, полученного по результатам непосредственных измерений и найденного из вычислений, не должно превышать 3 “ при n до 5 и 4” – более 5. В случае если законченные приемы не удовлетворяют этим допускам, то их переделывают на тех же установках круга. В случае если второй контроль не выполняется, то перенаблюдают углы, имеющие максимальное и минимальное значение, при тех же установках круга. Все наблюдения выполняют заново, в случае если число повторных приемов более 30% от числа приемов, предусмотренных программой. Наблюдения повторяют и при несоблюдении третьего контроля.

С.к.о. единицы веса и уравненного угла определяют по формулам

Достоинства способа: уравненные результаты являются рядом равноточных направлений; углы можно измерять в любой последовательности, выбирая наиболее благоприятные условия видимости и обеспечивая в итоге высокую точность; малая продолжительность одного приема (2-4 минуты измерения угла) обеспечивает меньшую зависимость точности результата от кручения сигнала; большое число перестановок горизонтального круга ослабляет влияние ошибок диаметров лимба.

Недостатки: быстрое уменьшение числа m приемов измеренного угла с ростом числа n направлений на пунктах (малое число приемов непосредственного измерения углов снижает точность их средних и уравненных значений); быстрый рост объёма работ при n > 5.

Способ неполных приемов предложен в 1954 ᴦ. Ю.А. Аладжаловым. Все направления разбивают на группы по три направления (без замыкания горизонта) так, чтобы определяемые по ним углы соответствовали бы углам, измеренным во всœех комбинациях, но требовали бы меньшего объёма работ и позволили увеличить число приемов непосредственных измерений каждой группы направлений. Следовательно, в данном способе заложено стремление избавиться от недостатков методов Струве и Шрейбера при наблюдении на пунктах с большим количеством направлений.

Практически не всœегда путем подбора можно разбить направления на группы из трех направлений. В этом случае кроме групп из трех направлений измеряют отдельные углы, дополняющие программу. Программа измерений приведена в Инструкции. Способ неполных приемов применяется в триангуляции 2 класса на пунктах с 7 – 9 направлениями.

Обработка результатов измерений на станции состоит в определœении средних значений направлений из m приемов в каждой группе и средних значений отдельных углов. По этим средним значениям вычисляют всœе углы – по три угла из каждой группы из трех направлений. Окончательно уравненные углы вычисляют по формулам способа Шрейбера. С.к.о. уравненных направлений определяют по формуле

где v – разности между измеренными и уравненными значениями углов; n – число направлений на пункте; r – число отдельно измеренных углов в программе. Вес уравненных направлений

где m – число приемов измерений направлений и отдельных углов; n, k – число направлений на пункте и в группе соответственно (k = 3, для углов k = 2).

Достоинства способа: результаты уравнивания на станции равноточны; объём работы на пункте на 20 – 25% меньше, чем в способе Шрейбера; число приемов непосредственных измерений групп при n = 7 – 9 больше, чем в способе Шрейбера, что позволяет более полно ослаблять ошибки измерений; дает возможность измерять направления, на которые в данный момент имеется хорошая видимость; короткая продолжительность приема (2 – 4 минуты), что позволяет уменьшить зависимость точности измерений от качества сигнала.

Недостатки: отсутствуют правила образования групп из трех направлений; при n = 8 нужно измерять большое число отдельных углов, что приводит к неклторому нарушению равноточности уравненных направлений; программа не предусматривает ослабление односторонне действующих ошибок измерений.

Видоизмененный способ измерения углов в комбинациях предложен А.Ф.Томилиным. Используется в триангуляции 2 класса на пунктах с 6 – 9 направлениями. В этом способе на станции с n направлениями независимо измеряют 2n углов:

1.2 2.3 3.4 … n.1;

1.3 2.4 3.5 … n.2.

Каждый угол измеряют 5 или 6 приемами. В этом способе измеряют не всœе углы, образующие сочетания направлений из n по 2, в связи с этим результат уравнивания на станции не является рядом равноточных направлений, и формулы для вычислений поправок в измеренные углы являются довольно сложными.

Достоинства способа: при n =7 – 9 число приемов непосредственных измерений углов больше и их точность выше, чем в способе Шрейбера; требует меньшего объёма измерений, чем способ во всœех комбинациях.

Недостатки: сложные формулы для вычисления поправок в измеренные углы.

Измерение горизонтального угла выполняют способом приемов. При измерении нескольких углов, имеющих общую вершину, применяют способ круговых приемов.

Работу начинают с установки теодолита над центром знака (например, колышка), закрепляющим вершину угла, и визирных целей (вех, специальных марок на штативах) на концах сторон угла.

Установка теодолита в рабочее положение состоит из центрирования прибора, горизонтирования его и фокусирования зрительной трубы.

Центрирование выполняют с помощью отвеса. Устанавливают штатив над колышком так, чтобы плоскость его головки была горизонтальна, а высота соответствовала росту наблюдателя. Закрепляют теодолит на штативе, подвешивают отвес на крючке станового винта и, ослабив его, перемещают теодолит по головке штатива до совмещения острия отвеса с центром колышка. Точность центрирования нитяным отвесом 3 – 5 мм.

Пользуясь оптическим центриром, теодолита (если такой у теодолита имеется), сначала надо выполнить горизонтирование, а затем центрирование. Точность центрирования оптическим центриром 1 – 2 мм.

Горизонтирование теодолита выполняют в следующем порядке. Поворачивая алидаду, устанавливают ее уровень по направлению двух подъемных винтов, и, вращая их в разные стороны, приводят пузырёк уровня в нуль-пункт. Затем поворачивают алидаду на 90º и третьим подъёмным винтом снова приводят пузырёк в нуль-пункт.

Фокусирование зрительной трубы выполняют “по глазу” и “по предмету”. Фокусируя “по глазу”, вращением диоптрийного кольца окуляра добиваются четкого изображения сетки нитей. Фокусируя “по предмету”, вращая рукоятку кремальеры, добиваются четкого изображения наблюдаемого предмета. Фокусирование должно быть выполнено так, чтобы при покачивании головы наблюдателя изображение не перемещалось относительно штрихов сетки нитей.

Измерение угла способом приемов. Прием состоит из двух полуприемов. Первый полуприем выполняют при положении вертикального круга слева от зрительной трубы. Закрепив лимб и открепив алидаду, наводят зрительную трубу на правую визирную цель. После того как наблюдаемый знак попал в поле зрения трубы, зажимают закрепительные винты алидады и зрительной трубы и, действуя наводящими винтами алидады и трубы, наводят центр сетки нитей на изображение знака и берут отсчёт по горизонтальному кругу. Затем, открепив трубу и алидаду, наводят трубу на левую визирную цель и берут второй отсчёт. Разность первого и второго отсчётов даёт величину измеряемого угла. Если первый отсчёт оказался меньше второго, то к нему прибавляют 360º.

Второй полуприем выполняют при положении вертикального круга справа, для чего переводят трубу через зенит. Чтобы отсчёты отличались от взятых в первом полуприеме, смещают лимб на несколько градусов. Затем измерения выполняют в той же последовательности, как в первом полуприеме.

Если результаты измерения угла в полуприёмах различаются не более двойной точности прибора (то есть 1¢ для теодолита Т30), вычисляют среднее, которое и принимают за окончательный результат.

Понятие об измерении способом круговых приемов нескольких углов, имеющих общую вершину. Одно из направлений принимают за начальное. Поочередно, по ходу часовой стрелки, при круге слева наводят трубу на все визирные цели и берут отсчеты. Последнее наведение вновь делают на начальное направление. Затем, переведя трубу через зенит, вновь наблюдают все направления, но в обратном порядке – против часовой стрелки. Из отсчетов при круге слева и круге справа находят средние и вычитают из них среднее значение начального направления. Получают список направлений – углов, отсчитываемых от начального направления.

Основным параметром, контролируемым при обработке углов и конусов, является плоский угол, за единицу которого принят градус. Градусом называется 1/360 часть окружности, он состоит из 60 угловых минут, а минуты – из 60 угловых секунд.

Методы измерения углов можно разделить на 3 основных вида:

1. Метод сравнения с жесткими угловыми мерами или шаблонами.

2. Абсолютный метод, основанный на применении измерительных инструментов с угловой шкалой.

3. Косвенный метод, состоящий в измерении линейных размеров, связанных с углом конуса тригонометрическими зависимостями.

Простейшие инструменты для контроля углов – угольники с углом 90 0 , предназначенные для разметки и проверки взаимной перпендикулярности отдельных поверхностей деталей при монтаже оборудования и для контроля инструмента, приборов и станков. В соответствии со стандартом различают 6 типов угольников (рис. 2.12.):

Более универсальные инструменты для контроля и разметки углов – транспортирные угломеры (простые, оптические, универсальные). В машиностроении широко применяются угломеры с нониусом типа УН для измерения наружных и внутренних углов и типа УМ для измерения только наружных углов (рис. 2.13.).

Приемы измерения углов смотрите рис. 2.14.

Калибры применяются для контроля размеров отверстий и наружных поверхностей деталей. В производстве не всегда нужно знать действительный размер. Иногда достаточно убедиться в том, что действительный размер детали находится в пределах установленного допуска, т.е. между наибольшими и наименьшими предельными размерами. В соответствии с этими размерами применяют предельные калибры, которые имеют две (или две пары) измерительные поверхности проходной и непроходной частей. Различают калибры гладкие, резьбовые, конусные и др. Калибры-пробки, калибры-скобы в зависимости от размеров контролируемых деталей, типа производства и других факторов имеют различные конструктивные формы (рис. 2.15, рис. 2.16).

Проходная сторона (ПР) пробки или скобы имеет размер, равный наименьшему предельному размеру отверстия или вала, а непроходная сторона (НЕ) – наибольшему предельному размеру вала и соответственно отверстия. Приемы измерения калибрами-пробками и калибрами-скобами показаны на рис. 2.16.

Калибры для конусов инструментов представляют собой калибры-пробки и калибры-втулки. Контроль инструментальных конусов производят комплексным методом, т.е. одновременно проверяют угол конуса, диаметры и длину (рис. 2.17).

Шаблоны применяют для проверки сложных профилей деталей и линейных размеров. Шаблоны изготовляют из листовой стали. Контроль производят сопряжением шаблона с проверяемой поверхностью. По размеру и равномерности просвета судят о качестве обработки (рис. 2.18., рис. 2.19.).

Контроль резьбы в зависимости от типа (профиля) и точности производится различными контрольно-измерительными средствами.

Шаблоны резьбовые для определения шага и профиля резьбы представляют собой закрепленные в обойме наборы стальных пластин с точными профилями (зубьями) метрической и дюймовой резьб. На каждой пластине указаны значения шага, диаметры резьбы или количество ниток на дюйм.

Шаблоны радиусные служат для измерения отклонения размеров выпуклых и вогнутых поверхностей деталей (рис. 2.18.). Для измерения глубины пазов, высоты и длины уступов применяют предельные калибры-шаблоны, работающие на просвет. Они также имеют две стороны и обозначены Б (для большего размера) и М (для меньшего размера). На рис. 2.19. показаны шаблоны для контроля длины, ширины и высоты выступов и пазов различными методами: "на просвет", "надвиганием" и "методом рисок".

Резьбовые калибры (пробки и кольца) применяют для контроля внутренних и наружных резьб (рис. 2.20.).

Резьбовые микрометры со вставками применяют для измерения среднего диаметра треугольной наружной резьбы.

Вставки выбирают в соответствии с шагом измеряемой резьбы из набора имеющегося в футляре для микрометра (рис. 2.21.). Чтение показаний микрометра производят так же, как при измерении гладких цилиндрических поверхностей.

Контроль резьбы также может быть осуществлен микрометром с применением трех измерительных проволочек (рис. 2.22.). При этом методе измеряется расстояние М между выступающими точками трех проволочек, помещаемых во впадины резьбы, затем путем математических преобразований определяют средний диаметр d 2 резьбы.

Диаметр проволочек d пр выбирают по таблице в зависимости от шага резьбы. Две проволочки устанавливают во впадины с одной стороны, а третью – в противоположную впадину (рис. 2.22.)

Средний диаметр метрической резьбы d 2 = М – 3 d пр + 0,866 Р

Средний диаметр дюймовой резьбы d 2 = М – 3,165 d пр + 0,9605 Р

Плоскопараллельные концевые меры длины применяются для переноса размера единицы длины на изделие (при разметке), проверки и настройки средств измерения (микрометров, калибр скоб и др. измерительных приборов), непосредственного измерения размеров изделий, приспособлений, при наладке станков и т.п.

Одним из основных свойств концевых мер является прилипаемость, способность прочно соединяться между собой при прикладывании и надвигании одной меры на другую с некоторым давлением, что достигается благодаря очень низкой шероховатости измерительных поверхностей. Концевые меры комплектуются в наборе с количеством 7…12 плиток (рис. 2.23).

Наиболее широко применяют наборы, состоящие из 87 и 42 концевых мер. Каждая плитка воспроизводит только один размер, который маркируется на одной из ее сторон. Для удобства использования концевых мер длины к ним выпускают наборы принадлежностей (рис. 2.24.), в состав которых входят: основания – 5, плоскопараллельные, радиусные – 2, чертильные – 3, центровые боковички – 4, державки – 1 для крепления блоков концевых мер с боковичками. Составление блока концевых мер длины производят в соответствии с классом или разрядом плиток и размерами плиток, имеющихся в данном наборе.

Первоначально подбирают меньшую плитку, в размер которой входит последний десятичный знак и т.д. Допустим, необходимо собрать блок концевых мер размером 37,875 мм из набора, состоящего из 87 плиток:

1 плитка 1,005 мм, остаток 36,87

2 плитка 1,37 мм, остаток 35,5

3 плитка 5,5 мм, остаток 30,00

4 плитка 30 мм, остаток 0.

Сумма блок 1,005+1,37+5,5+30 = 37,875.

Таким же способом набирают блок из набора, состоящего из 42 плиток.

1,005+1,07+4,00+30 = 37,875.

Приемы измерения плоскопараллельными концевыми мерами длины и разметки с использованием принадлежностей к ним показаны на рис. 2.25.

Угловые призматические меры (плитки) предназначены для проверки и настройки измерительных угломерных приборов и инструментов, а также для непосредственного измерения наружных и внутренних углов деталей с высокой плотностью. Угловые меры выполняют при измерении углов ту же роль,

что и концевые меры при измерении длины. К рабочим сторонам угловых мер предъявляют такие же требования, что и к концевым мерам, т.е. обеспечение адгезии (прилижаемости).

Угловые меры выпускают наборами с количеством 7…93 плиток в каждом (рис. 2.26.). Проверку углов плитками выполняют "на просвет".

Для увеличения прочности блока, собранного из угловых плиток, к ним выпускают набор принадлежностей, в состав которых входят стяжки, винты, клинья и другие (рис. 2.27.). Укрепляют блок через специальные отверстия в плитках.

Правила расчета угловых мер для образования блоков, а также правила подготовки к сборке и сборка их в блок аналогичны правилам, применяемым при составлении концевых мер длины.

Приемы измерения угловыми мерами показаны на рис. 2.28.