Wielotubusowa luneta kolimacyjna

W przypadku gdy wzajemne położenie osi geometrycznych urządzeń przemysło-wych określane jest z dokładnością dziesiętnych, a nawet setnych części milimetra, przy

i tarcze autorefleksyjne współdziałające z lustrami (Gocał, 1993; Deumlich, 1988; Zaca-rinnyj, 1976). Kolimatory, jako przyrządy optyczne, w geodezji są szeroko stosowane do badania, sprawdzania i rektyfikacji podstawowych instrumentów pomiarowych: teodoli-tów, niwelatorów, tachimetrów i dalmierzy optycznych. Powszechnie znany kolimator składa się z obiektywu, w którego ognisku przedmiotowym umieszczony jest krzyż kresek, a za nim źródło światła. Kolimator wysyła wiązkę promieni równoległych. Stąd też krzyż kresek kolimatora oglądany za pomocą innej lunety od strony obiektywu imituje znak celu w nieskończoności (Tatarczyk, 1985).

Kolimatory powinny imitować wyraźny krzyż nitek. W przypadku nawiązań wielo-stronnych kolimator każdorazowo musi być dostosowany geometrycznie do nowego kierunku nawiązania pomiarowego. Niemożliwe natomiast jest wykonanie jednocze-snego nawiązania pomiarowego z kilku punktów, kilkoma instrumentami.

Dla uzupełnienia typowych geodezyjnych zestawów pomiarowych kolimacyjnych stosowanych podczas prowadzenia obserwacji kątowych opracowano lunetę kolimacyj-ną wielotubusową umożliwiającą jednoczeskolimacyj-ną współpracę pomiarową z kilkoma in-strumentami (Ćmielewski, 2004a).

Lunetę przedstawiono w ustawieniu obserwacyjnym na rysunku 5.29, a szczegóły jej budowy w przekroju pionowym na rysunku 5.30.

Rys. 5.29. Wielotubusowa luneta geodezyjna na stanowisku obserwacyjnym punktu odniesienia (projekt)

Fig. 5.29. Multitube geodetic telescope on observational position reference point (project)

Rys. 5.30. Luneta wielotubusowa w przekroju pionowym Fig. 5.30. Multitube telescope in vertical section

Zgodnie z projektem luneta posiada cztery wydłużone tubusy umocowane pod kątem prostym względem siebie, ustawione na podstawie. W przedniej części tubusu osadzone są soczewki wypukłe. Na podstawie między tubusami usytuowany jest wspornik z pryzmatem optycznym, na którym umieszczone jest złącze z wiązką światłowodów. Nad wiązką światłowodów, która osadzona jest na tubusach, znajduje się źródło światła usytuowane w osi optycznej wewnątrz sferycznego zwierciadła parabolicznego, obu-dowanego osłoną z zamocowanym źródłem zasilania.

W przypadku prowadzenia pomiarów o submilimetrowych dokładnościach, na obiektach gdzie istnieje potrzeba wykonania wielostronnych nawiązań kątowych, lunetę kolimacyjną ustawia się podstawką na spoziomowanym elemencie, np. spodarce. Na stanowisku pomiarowym, w ustalone projektem położenie osi celowej instrumentu, wprowadza się lunetę kolimacyjną włączając źródło światła. W polu widzenia lunety instrumentu pomiarowego, podczas wspomnianych czynności, obserwuje się świecący obraz czoła rdzenia światłowodu. Czynności wprowadzające lunetę kolimacyjną kończy się w momencie doprowadzenia obrazu czoła jednego z wiązki światłowodów w środek krzyża nitek instrumentu obserwacyjnego. O ile zachodzi konieczność wykonania nawiązania prostopadłego do przyjętej projektem osi odniesienia, w której znajduje się oś optyczna instrumentu obserwacyjnego, wówczas po przestawieniu instrumentu obserwacyjnego na stanowisko przed obiektyw tubusu usytuowanego pod kątem pro-stym do poprzedniego wykonuje się standardowe instrumentalne czynności poziomują-co-ustawcze, do momentu uzyskania pokrycia się obrazu czoła rdzenia światłowodowe-go z krzyżem nitek instrumentu obserwacyjneświatłowodowe-go. Tak przeprowadzone czynności

ustawcze pozwalają na utworzenie prostej odniesienia, realizowanej osią celową i wykonywanie założonych pomiarów realizacyjnych bądź inwentaryzacyjnych obiektu. W celu weryfikacji założeń konstrukcyjnych i pomiarowych lunety wykonano prototyp z zastosowaniem światłowodu o średnicy rdzenia 0,05 mm, przedstawiony na rysunku 5.31 oraz cykl wstępnych badań doświadczalnych. W wykonanym prototypie obserwowana wielkość świecącego rdzenia światłowodu wynosiła 0,68 mm.

Rys. 5.31. Widok prototypu lunety jednotubusowej na słupie obserwacyjnym Fig. 5.31. Prototype view of single tube telescope on observational pillar

Badania eksperymentalne przeprowadzono w laboratorium geodezyjnym na stanowi-skach obserwacyjnych wykonywanych w odległościach D1 = 4,5 m i D2 = 8,0 m. Celem badań była ocena dokładności pomiarowej prototypu, dla czterech cykli pomiarowych każdorazowo przy dziesięciokrotnych nacelowaniach instrumentem TC1800 (tab. 5.12 i 5.13).

Tabela 5.12 Table 5.12 Zestawienie uzyskanych błędów średnich pomiaru kierunku na bazie testowej o długości

D₁ = 4,5 m dla prototypu lunety jednotubusowej

Table of mean direction measurement errors on test base of length D1 = 4,5 m for single tube telescope

Cykle pomiarowe

Measurement cycles ^{1 2 3 4}

Błąd średni kierunku poziomego Mean horizontal direction error

[cc] ^{1,2 0,7 0,8 0,9}

Błąd średni kierunku pionowego Mean vertical direction error

[cc]

1,,3 1,0 0,9 1,1

Tabela 5.13 Table 5.13 Zestawienie uzyskanych błędów średnich pomiaru kierunku na bazie testowej o długości

D₂ = 8,0 m dla prototypu lunety jednotubusowej

Table of mean direction measurement errors on test base of length D2 = 8,0 m for single tube telescope

Cykle pomiarowe

Measurement cycles ^{1 2 3 4}

Błąd średni kierunku poziomego Mean horizontal direction error

[cc] ^{1,4 2,2 1,8 2,1}

Błąd średni kierunku pionowego Mean vertical direction error

[cc]

1,5 1,7 2,1 2,0

Wykonano również cykl dziesięciu obserwacji dla dwóch długości bazy testowej 15 m i 45 m. Dla pierwszej odległości testowej błąd średni kierunku poziomego wyniósł 2,4cc, a pionowego 2,6cc. W przypadku odległości 45 m błąd średni kierunku poziomego wyniósł 1,7cc, a dla pionowego 1,9cc.

5.1.1.7. Dwureflektorowy przyrząd do pomiarów kątowych i odległościowych

Podczas modernizacji, remontów bądź modyfikacji technologicznych w halach przemysłowych niektóre boki osnowy pomiarowej mogą być całkowicie lub okresowo niedostępne dla obserwacji kątowych i odległościowych. Dla niewielkich wymiarowo (słup, podpora, rusztowanie, itd.) przesłonięć celowych występujących na bokach poziomej osnowy geodezyjnej opracowany został przyrząd pozwalający wykonać obserwacje kierunku i odległości (Ćmielewski, Kowalski, 2004).

Na rysunku 5.32 przedstawiono budowę przyrządu wspomagającego pomiary w przypadku celowych przesłoniętych.

Rys. 5.32. Ogólny widok projektu dwureflektorowego przyrządu do pomiaru kątowych i odległościowych na punktach przesłoniętych

Fig. 5.32. General view of project of double reflector instrument for angle and range measurements in obscured points

Podstawowym elementem konstrukcyjnym przyrządu jest łata posiadająca w środkowej części tuleję, pozwalającą na sprzęgnięcie ze spodarką oraz libellę. Łata od strony obserwatora obustronnie i symetrycznie wyposażona jest w podziałki oraz otwory wzdłużne, w których przesuwnie mocowane są bliźniaczo zaopatrzone w indeksy sygnalizatory z reflektorami foliowymi lub reflektorami pryzmatycznymi. Sygnalizatory wyposażone są w światłowody w ułożeniu pojedynczym lub mnogim, czołem do strony obserwacji. W czasie wykonywania procedur pomiarowych po włączeniu źródła światła wspomniane czoła światłowodów stają się świecącymi punktami do nacelowań. Na rysunku 5.33 przedstawiono autorski prototyp dwureflektorowego przyrządu do pomiarów kątowych i odległościowych.

Rys. 5.33. Widok prototypu dwureflektorowego przyrządu do pomiaru kątowych i odległościowych na punktach przesłoniętych

Na rysunku 5.34 przedstawiono zasadę pomiaru dla wyznaczenia odległości „D” na celowej przesłoniętej. Podczas pomiarów wykonywane są niewielkie ruchy obrotowe łatą przyrządu wokół jej osi obrotu v–v. Wspomnianą czynność przerywa się w momencie zaobserwowania jednakowych wskazań odległości „c” mierzonych w stosunku do równo-odległościowo rozstawionych reflektorów foliowych lub pryzmatycznych.

Rys. 5.34. Schemat zasady pomiaru odległości na celowej przesłoniętej Fig. 5.34. Scheme of range measuring method at obscured target

Odległość „D” na celowej przesłoniętej wyznacza się ze wzoru:

2 2

D= c −d (5.2)

gdzie:

c – pomierzona odległość dalmierzem elektrooptycznym na celowej odkrytej,

d – odległość od początku podziałki (środek łaty) do aktualnego położenia sygnaliza-tora odczytywanego indeksem na podziałce.

W przypadku wykonywania pomiarów kątowych, po uzyskaniu równych odległości c przy dokładnym nacelowaniu na czoła świecących światłowodów, wyznacza się położenia kierunków na sygnalizator pierwszy S1 i drugi S2,a następnie określa stosowne kąty α₁ i α₂ w nawiązaniu do kierunku wyjściowego na punkt C. Na rysunku 5.35 przedstawiono schematycznie pomiar kąta na celowej przesłoniętej. Kąt α z celową na przesłonięty elemen-tem konstrukcyjnym punkt B wyznacza się jako kąt uśredniony z zależności:

gdzie:

α1 – kąt pomierzony na punkcie A przy nawiązaniach na punkt C i sygnalizator pierw-szy S1,

α₂ – kąt pomierzony na punkcie A przy nawiązaniach na punktCi sygnalizator drugi S2.

Rys. 5.35. Schemat zasady pomiaru kąta z przesłoniętą celową Fig. 5.35. Scheme of angle measuring method at obscured target

Ponieważ w przedstawionym schemacie nawiązanie kątowe na celowej przesłoniętej występuje dwukrotnie, stąd też można przyjąć, że błąd pomiaru kierunku przesłoniętego, na podstawie błędu funkcji, przy założeniu równości błędów pomiarów kierunków do sygnalizatorów punktowych S1 i S2, przyjmie wartość błędu pojedynczego pomiaru kierunku powiększonego o pierwiastek z dwóch. Natomiast z analizy wzoru na odległość przesłoniętą (5.2), korzystając z prawa przenoszenia błędu średniego, można zauważyć, że dla niewielkich odległości „d” rzędu 1 m (rys. 5.34) pomierzonych z dokładnością około 0,1 mm błąd wyznaczenia odległości „D” będzie mieścił się w granicach błędu pomiaru odległości „c” wnoszonego przez użyty dalmierz elektrooptyczny.