1 ВВЕДЕНИЕМетрологическое обеспечение производства некоторых типов сложного технологического оборудования, в том числе навигационного назначения требует наличия на промышленных площадках эталонных азимутальных направлений, по которым периодически производится выверка и аттестация изготовляемых прецизионных приборов и компонентов технологического оборудования.В последнее время объем производства и точность подобного рода изделий, в том числе навигационных приборов постоянно растут, что требует соответственно совершенствования технологических средств контроля качества. В частности навигационное оборудование космических комплексов характеризуется точностью порядка 2" - 5", что накладывает повышенные требования на точность эталонных направлений, контролирующих качество подобного оборудования. Современные хранители направлений, построенные на основе обратных отвесов, обеспечивают точность азимута с ошибкой не более 2", что требует применение технологии определения азимута этой линии со средней квадратической ошибкой 0,7". Современная технология определения азимута такого хранения обеспечивает данную точность только при соблюдении определенных достаточно жестких условий. В тоже время наиболее перспективные разработки навигационного оборудования требуют определения эталона со среднеквадратической ошибкой не более 0,35".В этой связи встает задача разработки технологии высокоточных азимутальных определений, позволяющей определить азимут эталонных линий, длина которых не превышает 100 метров (в условиях цеха промышленного предприятия) со средней квадратической ошибкой не более 0,5".2 ОПИСАНИЕ ТИПОВОЙ СХЕМЫ ХРАНИТЕЛЯ2.1 Назначение и технические характеристики системыСистема хранения направления на основе обратных отвесов предназначена для хранения и передачи на рабочие элементы высокоточного направления, определяемого из высокоточных астрономических наблюдений.Технические характеристики системы:предельная погрешность хранения направления в течение 12 месяцев не более ± 1";средняя квадратическая погрешность передачи направления на обратные отвесы не более 0,8";высота линии визирования 1500 мм *;средняя квадратическая погрешность передачи направления со створа обратных отвесов на рабочий элемент не более ±1";использование системы всепогодное;расстояние между струнами обратных отвесов не менее 30 метров.* Высота линии визирования и столбов под теодолиты и астроинструмент уточняется после разработки поверяемого оборудования.2.2 Состав системы и назначение отдельных ее элементовОсновными элементами системы хранения направления (рис. 1-4) являются: скважина 1, нижняя часть знака (якорная труба с якорем) 2, переходник 3, корпус иллюминаторов 4, иллюминаторы 5, струна 6, защитная труба струны 7, переходник 8, поплавок 9, помещение для обратного отвеса 10, дверь в помещение II, окна 12, астропавильон 13, столб раздачи исходного направления 14, астростолб 15, столб теодолита передачи 16, подсветки струны 17, кронштейн ориентирного теодолита 18, подставки 19 многогранной призмы 20. Позиции 2, 3, 6, 7, 8, 9, 17, 18, 19 и 20 относятся к нестандартизированному технологическому оборудованию позиции 1, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, а также удаленные вехи относятся к строительной части системы, иллюминатор позиции 5 является покупным изделием.Скважина 1 предназначена для размещения якорной трубы и якоря обратного отвеса в стабильных группах.Нижняя часть знака 2 (якорная труба и якорь) предназначена для стабильного закрепления струны обратного отвеса в нижней части скважины и обеспечения съема (замены) струны.Переходник 3 предназначен для крепления корпуса 4 с иллюминаторами 5.Струна 6 предназначена для выноса точки её крепления в скважине являющейся центром геознака. Диаметр струны 0,6 мм. Материал - сталь Х18Н10Т.Защита струны 7 предохраняет струну от воздействия колебаний воздуха и случайных механических воздействий или повреждений.Переходник 8 позволяет использовать на верхнем этаже системы переходник 3 и корпус 4 иллюминаторов.Поплавок 9 предназначен для обеспечения натяжения струны с усилием 12 кгс. Помещение 10 (с дверью 11) предназначено для размещения и защиты от атмосферных осадков, поплавка обратного отвеса 9. Окна 12 предназначены для обеспечения видимости на струны обратных отвесов.Астропавильон 13 предназначен для размещения и защиты от атмосферных осадков астрономического инструмента на столбе 15 и теодолита передачи на столбе 16.Столб 14 предназначен для размещения многогранной призмы 20, привязки и раздачи направлений, находящейся на поставке 19Кронштейн 18 предназначен для размещения ориентирного теодолита.Подсветка 17 предназначена для попеременного освещения струны в зоне уровня наблюдений.Подставка 19 предназначена для точной (с погрешностью не более 0,5") установки ориентирной грани призмы 20 перпендикулярно створу обратных отвесов.Призма 20 имеет одну ориентирную грань, устанавливаемую с помощью прецизионной подставки 19 перпендикулярно створу обратных отвесов, и несколько рабочих граней, перпендикулярных направлениям на рабочие стенды.2.3 Основные положение методики передачи исходного направления с АГО на рабочие стенды2.3.1 Размещение измерительного оборудованияНа астростолб (поз.15) устанавливают астрономический инструмент, а на столб (поз.16) устанавливают теодолит ОТ-02 из комплекта УВК, оборудованный дополнительной трубой от теодолита класса Т2, сфокусированной на струны обратных отвесов.На нижнем горизонте на столбе (поз.14) установлена многогранная призма (поз.20) грани которой перпендикулярны направлениям на рабочие стенды.При этом ориентирная грань, перпендикулярная створу отвесов, совпадает с осью вращения подставки (поз.19) и находится на равном расстоянии от струн обратных отвесов с погрешностью ± 2 мм, а центр грани находится в створе отвесов с погрешностью ± 1 мм.В створе отвесов с внешней стороны на кронштейне (поз.18) устанавливают ориентирный теодолит класса Т2 с погрешностью не более ± 3 мм. Погрешность установки ориентирного теодолита по высоте составляет не более ± 5 мм относительно рабочего горизонта.2.3.2 Порядок проведения измеренийПередача исходного направления производится в следующем порядке. После выполнения визирования на звезду и всех связанных с этим операций (рис. 5) наводят зрительную трубу астроприбора на каждую из двух электровех и производят отсчеты по горизонтальному кругу. Затем разворачивают трубу до момента, когда она будет наведена на сетку нитей основной зрительной трубы теодолита ОТ-02 и отсчитывают по горизонтальным кругам обоих теодолитов.Далее дополнительной трубой теодолита ОТ-02 при двух кругах наводятся на струны обратных отвесов и производят отсчеты.В это же время с помощью ориентирного теодолита на нижнем горизонте (рис. 6) ориентируют многогранную призму в следующем порядке.Наводятся зрительной трубой на дальнюю струну так, чтобы половину поля зрения трубы занимала ориентирная грань. Разворачивая по командам наблюдателя подставку с призмой по азимуту, добиваются появления в поле зрения отраженияв грани призмы ближней струны отвеса. В момент точного совмещения изображений двух струн (грань будет перпендикулярна створу отвесов) осуществляется визирование на рабочие грани с рабочих стендов.Команды наблюдатель передает по переговорному устройству.Азимут рабочего стенда в соответствии с рис. 5 и 6 вычисляют по следующим формулам:Ахн=Аисх+β-180°-α2-α12±180°, (1.1)Аi=Ахн+γi, (1.2)где Аисх - значение исходного астрономического азимута,β - угол между направлением на звезду (электровеху) и направлением на теодолит ОТ-02,α1 и α2 - углы между направлением на астроприбор и на каждую из струн отвесов,γi - угол между ориентирной и рабочей гранями, взятый из паспорта многогранной призмы.2.4 Технические требования к строительной части системы (размеры основных строительных элементов указаны на рис. 1-4)2.4.1 Состав строительной части (рис. 1-4)Строительная часть системы передачи направления включает:скважину обратного отвеса 1;помещение поплавка обратного отвеса 10 с дверью 11 и окном 12;астропавильон 13 с дверью и окнами 12;столб раздачи исходного направления 14;астростолб 15;столб теодолита передачи 16;удаленные электровехи.2.4.2 Скважина обратного отвеса2.4.2.1 Скважины должны располагаться на расстоянии отстроительных конструкций, обеспечивающем возможность проведениябуровых работ.2.4.2.2Скважины должны располагаться на прямой, проходящей, через столб раздачи азимута, на равном расстоянии от него с допуском не более 50мм.2.4.3 Помещение поплавка обратного отвеса2.4.3.1 Помещение располагается на крыше здания на вертикали,' проходящей через ось скважины.Помещение должно иметь освещение, розетку с напряжением 36 вольт и розетка с регулируемым напряжением 0÷6 вольт.Внутренние размеры помещения 3x3 метра, высота 3 метра.В стене по направлению створа отвесов на высоте уровня наблюдений (1500мм) должно иметься открываемое окно размером не менее 400x400мм.В помещении предусмотреть дверь и стеллажи с откидным столиком для приборов.2.4.4.АстропавильонАстропавильон устанавливается на крыше здания на равном расстоянии от обратных отвесов.Размеры астропавильона в плане должны позволять оператору обслуживать инструменты, находящиеся на столбах 15 и 16. Высота астропавильона 3 метра.Астропавильон должен иметь на уровне наблюдений два открывающихся окна размером не менее 400x400 мм, расположенных вдоль створа обратных отвесов, дверь и раздвижную крышу, раздвигающуюся в направлении "восток-запад". Кроме этого, в стенах астропавильона на уровне наблюдений должны быть два открывающихся окна по направлениям на удаленные вехи.2.4.4.3Помещение должно иметь освещение, розетки с напряжением 36 вольт и розетку с регулируемым напряжением 0÷6 вольт.2.4.5Столб раздачи исходного направления2.4.5.1 Столб устанавливается в рабочем помещении на развязанном фундаменте посередине расстояния между струнами обратных отсосов с допуском не более 50мм.В верхней части столба должна быть закладная плита толщиной не менее 10мм по размеру столба.2.4.6.Астростолб2.4.6.1 Астростолб устанавливается на крыше здания в астропавильоне на перпендикуляре к створу обратных отвесов. Астростолб не должен иметь деформаций после установки инструмента массой 50кг и не передавать вибраций от здания.В верхней части астростолба должна быть закладная плита толщиной не менее 10мм по размеру столба в плане.2.4.7 Столб теодолита передачи 2.4.7.1Столб устанавливается на крыше здания посерединествора обратных отвесов с допуском не более 50мм.2.4.7.2 В верхней части столба должна быть закладная плитатолщиной не менее 10мм по размеру столба в плане.2.4.7.3Столб не должен передавать (воспринимать) вибрацийздания. Удаленные вехи2.4.8.1Вехи предназначены для контроля стабильности створа обратных отвесов в случае невозможности проведения астрономических наблюдений.Вехи должны располагаться на расстоянии не менее 1,5-2км от астропавильона. Угол между направлениями на вехи должен быть тупой, наиболее выгодно 180°. Допускается расположение вех под острым углом из астропункта не более 30°.2.4.8.3Вехи должны просматриваться из окон астропавильона.2.4.8.4Размеры вехи: высота не менее 0,5 метра, диаметрне менее 50 мм.2.4.8.5 Веха должна иметь электроподсветку со стороныпротивоположной наблюдателю. 2.5 Технические требования к нестандартизированному технологическому и измерительному оборудованию системыМеталлоконструкция, несущая поплавок обратного отвеса на всей своей длине должна быть жесткой и развязанной от строительных элементов здания.При замене струны неоднозначность установки точки крепления новой струны относительно центра окружности, образованного тремя опорными шарами якорной трубы - не более 100 мкм.Масса якоря, в котором жестко закреплена струна, должна быть в 1,5 - 2 раза больше выталкивающей силы поплавка (силы натяжения струны).Диаметр струны должен быть 0,6мм, материал - сталь XI8HI0T.Натяжение струны должно быть 12кгс.Допускаемое отклонение углов многогранной призмы не должно превышать 10".Чувствительность юстировочного азимутального перемещения призмы на подставке - 0,5" в диапазоне ±20".Ориентирная грань многогранной призмы должна проходить через ось вращения подставки с погрешностью не более 0,5мм.Размер ориентировочной грани не менее 40x60мм (40мм - высота призмы).Дополнительная труба (класса Т2) на теодолит ОТ-02 должна быть установлена с непараллельностью в горизонтальной плоскости не более 30"; установка дополнительной трубы в вертикальной плоскости должна позволять перевод блока обеих труб через зенит.Металлоконструкция обратных отвесов не должна передавать колебания и вибрации на поплавок.3 АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ АСТРОНОМИЧЕСКИХ ЗИМУТАЛЬНЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ3.1 МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АСТРОНОМИЧЕСКОГО АЗИМУТА КОРОТКИХ ЛИНИЙВ практике геодезических измерений при решении задач азимутального кручения и хранения азимутального направления, при привязке к геодезическим пунктам на сооружении и обратным отвесом необходимо периодически определять азимутальное направление сторон, закрепленных недоступными и близкорасположенными пунктами в пределах 2 - 200 м.Центрирование высокоточных угломерных приборов иперефокусировка их зрительных труб вносит значительные погрешности [ ],особенно при определении направления коротких линий, что затруднятприменение традиционных методов. Для повышения точности определениявозможноиспользованиедиафрагмированиеобъектива,автоколлимационных и коллимационных методов [ ]. Первый метод применяется в основном для расстояний методов 100 - 150 м, при использовании второго и третьего методов требуются дополнительные контактные механические приспособления, ограничивающие сферу их применения.В различных системах в зависимости от расстояния между струнами обратных отвесов применяются следующие дополнительные устройства к стандартным теодолитам, помогающие реализовать эти методы:призма на горизонтальной оси;дополнительная зрительная труба;зеркало или зеркально - призменный блок.Общим в разработанных методах является то, что во время измерений теодолит с дополнительным устройством устанавливается в створе на равном расстоянии от отвесов. Сущность методов пояснена на рис. 1.1.Необходимые действия для передачи направления на линию I - II первым методом (см. рис. 1.1.) состоят из измерения автоколлимационным теодолитом примычного угла β между исходными направлениями и нормалью призмы, угла γ между направлениями визирной оси зрительной трубы, когда нормаль призмы направлена на точку состояния автоколлимационного теодолита, и направлением на обратный отвес I при двух положениях вертикального круга (П, Л) теодолита и из измерения теодолитом с призмой угла Q между направлениями на обратные отвесы I-II, близко по величине к 180°.Величина угла γ между нормалью к призме, направленной на точку состояния автоколлимационного теодолита и направлением на обратный отвес I, определяется выражением: γ=0,5γП+γЛ. (1.1)Азимут определяемой линии с учетом выражения (1.1) определяется из выражения:AI-II=Aисх+β+γ+(Q-180°)2, (1.2)где β,γ,Q-левые по ходу углы.Так как при автоколлимационном методе измерения углов ребро призмы должно быть горизонтальным, то перед работой необходимо определить по вертикальному кругу отсчет, соответствующий этому положению призмы. Кроме того, для удобства и контроля необходимо знать угол между нормалью призмы и визирной осью зрительной трубы теодолита. Эти определения производятся во время поверок устройства.В данном методе с применением призмы на горизонтальной оси необходим автоколлимационный теодолит, что ограничивает возможности его применения.Для устранения этого недостатка во втором методе (см. рис. 1.16) на теодолит вместо призмы устанавливается дополнительная зрительная труба, которая прикрепляется к кубу горизонтальной оси трубы. В этом случае одна труба используется как коллиматор, т.е. заменяет призму, а другая используется по прямому назначению. При работе с теодолитом, оборудованным дополнительной трубой, можно использовать как автоколлимационные, так и обычные теодолиты.Средняя квадратическая погрешность передачи направления одним приемом для первого способа - 1,1", для второго 1.2" [3].Третий метод (см. рис. 1, в) с зеркалом или зеркально - призменным блоком разработан для коротких расстояний (1,4 - 20 м). Зеркало закрепляют на зрительной трубе стандартного теодолита. Ориентирование теодолита с зеркалом относительно створа отвесов производят с помощью ориентированного теодолита, который устанавливают на продолжении створа отвесов. Процесс ориентирования заключается в совмещении изображений по азимуту. Для этого наводят зрительную трубу ориентированного теодолита на струну дальнего обратного отвеса и вращением теодолита с зеркалом совмещают отражение ближней струны с изображением дальней струны.Если зеркало расположено на равных расстояниях от струн отвесов, то отражающая поверхность зеркала занимает положение, перпендикулярное створу. Преимуществом этого метода является возможность использования стандартных автоколлимационных теодолитов и отечественных отражающих элементов. При обеспечении требований равенства расстояний до струн погрешность метода в основном определяется погрешностями современных угловых измерений. Для увеличения оперативности измерений и исключения погрешностей диаметров штрихов лимба зеркало можно заменить на зеркально - призменный блок с аттестованными углами между гранями.В таблице 1 обобщены методы передачи направлений на створ отвесов и определены области их применения.Таблица 1.Методы передачи направления на створЭксплуатационные характеристикиОбласть примененияРасстояниемежду отвесами, мОперативность передачи, минТеодолит с зеркалом1,4-2030При передаче направления с горизонта на горизонтТеодилит с призмой на горизонтальной оси3-10060С астрономическими приборами типа ДКМ или угломерными инструментами с автоколлимационным окуляромТеодолит с дополнительной зрительной трубой3-10060С астрономическими приборами и угловыми инструментами без автоколлимационных окуляров3.2 АНАЛИЗ СПОСОБОВ АЗИМУТАЛЬНЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙВ основу теории азимутальных способов астрономических определений положено уравнение связи между азимутом направления на светило А, широтой «φ» и поправкой хронометра «u»:Ctg А = sin φ · ctg t-cos φ · tg δ · cosec t, (1.3)где t=TH+u-αВ практике астрономических определений часто встает задача определения азимута направления на местный предмет. Здесь, кроме измерения «N» на светило, измеряют также горизонтальное направление на местный предмет Мi.. Астрономический азимут направления на местный предмет может быть определен по одной из следующих формул:a = Mi -MN, (1.4)где MN - место Севера, илиa=Ai+ Qi, (1.5)где Qi= Mi- Nj - измеренный угол между светилом и местным предметом.Обоснование выгоднейших условий наблюдений в способах астрономических определений строится на принципе максимального веса уравненных значений определяемых величин. Веса уравненных значений принятых независимых параметров зависят только от числа n наблюдаемых светил и выбора их по зенитным расстояниям и азимутам и не зависят от широты пункта.Погрешность определения азимута будет близка к своему минимальному значению:при наблюдении двух численно равных групп звезд в меридиане, расположенных симметрично относительно зенита, на среднем зенитном расстоянии zcp = 90° - φ, т.е. на зенитном расстоянии Полярной звезды; при этом наблюдения северной группы из п / 2 звезд можно заменить многократными наблюдениями Полярной;при наблюдении двух численно равных групп звезд в меридиане, расположенных симметрично относительно зенита, на среднем зенитном расстоянии zcp = 45° такое же ожидаемое значение та будет при наблюдениях данной группы из п/ 2 звезд вблизи зенита и другой группы из п / 2 звезд вблизи горизонта; при этом звезды в каждой группе должны располагаться симметрично относительно зенита;Средняя квадратическая ошибка определения астрономического азимута при соблюдении указанных условий может быть определена из выражения:dfgf
|
