Все о геодезических штативах Leica Geosystems

Добрый день, уважаемые посетители сайта НГК!

В этой статье мы поговорим об одном из самых важных геодезических аксессуаров - о геодезических штативах.

Зачастую, в ежедневной работе геодезист не задумывается о влиянии геодезических аксессуаров на точность измерений. Тем не менее, при проведении точных съемок и измерений в течение длительных периодов времени, влияние аксессуаров становится значительным.

Поэтому необходимо иметь немного знаний об этом влиянии. В этой статье оценивается влияние геодезического штатива на точность установленного инструмента. Требования к геодезическим штативам задаются Международным Стандартом (ISO 12858- 2). В данном Международном Стандарте определены стабильность высоты под нагрузкой и торсионная жесткость. В дополнение к описанным выше требованиям, компания Leica Geosystems также оценивает горизонтальное смещение. В этом документе описывается процесс тестирования этих трех параметров для различных геодезических штативов. Основываясь на результатах тестирования, даны рекомендации для верного выбора штатива в зависимости от используемого инструмента и решаемой задачи. Тесты были проведены в стабильных лабораторных условиях для достижения наиболее объективных результатов. Влияние температуры и влажности не учитывались. Чтобы получить сравнимые результаты, все защелки были затянуты с одинаковым усилием, используя специальный инструмент.

Оценивались по два штатива каждого вида. Для получения сравнимых результатов для фиберглассовых штативов, во все тесты были включены два штатива Trimax (произв. Crane Enterprises). Результаты тестов были очень близки для штативов A и B (каждого типа). Поэтому в данном документе показаны рез-ты только для штатива A.

Статья имеет следующую структуру:
Критерий качества – описывает актуальные параметры тестов
Результаты тестов – результаты тестов просуммированы и оценены
Рекомендации для пользователей

Критерий качества – стандартизированная оценка качества в соответствии со стандартом ISO 12858-2.
В соответствии со стандартом ISO 12858-2, геодезические штативы могут быть классифицированы как тяжелые и легкие. Тяжелые штативы должны иметь массу более 5.5 кг. Такой тип штативов может использоваться с геодезическими инструментами до 15 кг. Легкие штативы подходят только для инструментов, которые весят менее 5 кг. Из оборудования Leica Geosystems на легкие штативы могут быть установлены тахеометры Builder, GPS-антенны и призмы.

Стабильность штатива по высоте
В соответствии со стандартом ISO положение головки штатива не должно сместиться вертикально более чем на 0,05 мм (под двойным максимальным весом инструмента). Таким образом, тяжелые штативы GST120-9, GST101 и Trimax должны быть протестированы при весе 30 кг. GST05, GST05L и GST103 классифицируются как легкие, поэтому они испытывались при нагрузке 10kg.

Определяемая вертикальная деформация в 0.05 мм является настолько маленькой, что не оказывает значительного влияния на угловую точность тахеометра. Тем не менее, для высокоточного нивелирования, стабильность высоты под нагрузкой для штатива должна быть учтена. Для измерения величины смещения использовался электронный нивелир Leica DNA03. Измерения производились на инварную рейку GWCL60, прикрепленную к становому винту штатива (рис. 1) Сначала были произведены 100 измерений без нагрузки на штатив. Затем была добавлена нагрузка и проведены еще 400 измерений. После нагрузка была снята.

Рисунок 1. Процесс оценки качества продукции Leica Geosystems.

Торсионная жесткость штатива

При вращении инструмента, сила также влияет на горизонтальное вращение головки штатива. Торсионная жесткость – характеристика штатива, поглощающая горизонтальное вращение и позволяющая вернуться в первоначальное положение, когда инструмент стабилен. Точность, с которой штатив возвращается в первоначальное положение – есть гистерезис.

Рисунок 2. Автоколлимационные зеркала, установленные на штатив и трегер для оценки вращательных деформаций.

В соответствии со стандартом ISO при повороте головки штатива на 200 сс (примерно 70”) максимально допустимый гистерезис для тяжелых штативов – 10 сс (3”), для легких штативов – 30 сс (10”). Для получения более практичных результатов, был применен эффект вращения моторизированных инструментов. Использовался тахеометр TPS1200, который обеспечивал момент силы в 56N*cm в момент ускорения.

Используя приложение «Угловые приемы», были произведены серии автоматических наблюдений на 2 геодезические призмы. Это обеспечило вращение в двух направлениях на протяжении промежутка времени, в течение которого проводилось исследование. Измерения записывались минимум 200 секунд. Для оценки торсионной жесткости использовался электронный коллиматор. Мониторинг деформаций обеспечивался по принципу автоколлимации. Частота в 16 Hz обеспечила максимально быстрое наблюдение за деформациями. Специально созданная платформа была вмонтирована между головкой штатива и трегером. Измерения выполнялись на зеркало, закрепленное на платформе. На рисунке выше, можно заметить зеркало, закрепленное на трегере. Это позволяет выполнять дополнительные измерения для наблюдения за совместными деформациями трегера и штатива.

Горизонтальное смещение штатива

Горизонтальное смещение – это результат изменения ориентации штатива в течение времени. Это не требование ISO, но Leica Geosystems проверяет все свои штативы на соответствие данного параметра заданным допускам. Использовался метод измерений, схожий с методом исследования торсионной жесткости, но в данном случае период наблюдений был продлен до 3 часов. Для уменьшения объема собранных данных, частота коллиматора была урезана до 0.5 Hz. Тахеометр TPS1200 был опять установлен на трегер. Тем не менее, в течение процесса измерений инструмент остался неподвижным.

Таблица 1. Исследованные модели штативов

Таким образом, инструмент не оказывает вращательной силы на штатив. Смещение штатива вызывается только нагрузкой. В таблице 1 отображены различные характеристики штативов, использованных в данном исследовании.

Результаты тестов. Стабильность штатива по высоте

Рисунок 3а. Штатив Leica GST120-9

Геодезический штатив GST101 имеет ножки на 14 см короче, чем у GST120-9, что также позволяет назвать его устойчивым штативом

Рисунок 3Б. Штатив Leica GST101

Штатив Trimax имеет максимальное отклонение в 0.05 мм. Это значение находится в пределах допусков ISO. Тестируемый штатив имеет быстрозащелкивающиеся клипсы, по сравнению со всеми штативами Leica Geosystems, которые имеют зажимные винты. Клипсы могли оказать некоторое влияние на стабильность высоты под нагрузкой.

Рисунок 3В. Фиберглассовый штатив Trimax

Легкие штативы

Геодезический штативGST05 показывает лучший результат среди легких штативов. После нагрузки в 10 кг, головка штатива изменила положение максимум на 0.02 мм.

Рисунок 4а. Штатив Leica GST05

Геодезический штативGST05L имел несколько более высокую вертикальную деформацию 0.03 мм по сравнению с деревянным штативом GST05.

Рисунок 4Б. Штатив Leica GST05L

Геодезический штативGST103 показывает схожие с GST05L результаты - максимальное вертикальное смещение 0.03 мм. Несмотря на то, что это дешевый продукт, рекомендуемый для инструментов с низкой точностью, все требования ISO по-прежнему соблюдены.

Рисунок 4В. Штатив Leica GST103

Результаты тестов. Торсионная жесткость

Большие изменения амплитуды происходят во время ускорения и замедления вращающегося инструмента. Пока инструмент не может измерить и записать значения углов, это влияние может быть проигнорировано. Значение гистерезиса исследуется как максимальное значение амплитуды (не считая пиков). Результаты отчетливо показывают, что имеются большие расхождения в стабильности между тяжелыми и легкими штативами. Легкие штативы показывают большее искажение. В дополнение, фиберглассовый и алюминиевый штативы показывают линейную зависимость. Это означает, что инструмент теряет ориентацию с течением времени.

Тяжелые геодезические штативы

Среди всех протестированных штативов GST120-9 показал самое низкое значение гистерезиса - 2 cc (0.7”). В течение всего процесса измерений головка штатива остается стабильной.

Рисунок 5А. Штатив Leica GST 120-9

Геодезический штативGST101 показывает достаточно низкую амплитуду - 3 cc (1”). Штатив Trimax показал амплитуду в два раза больше, чем другие тяжелые штативы - 6 cc (2”).

Линейная зависимость показывает, что, чем дольше установлен инструмент, тем больше возрастает значение гистерезиса.

Рисунок 5Б. Штатив Leica GST101

Рисунок 5В. Фиберглассовый штатив Trimax

Легкие геодезические штативы

Из легких штативов деревянный геодезический штатив GST05 показал наилучшие результаты - 8 cc (2.7”). Оба алюминиевых штатива показали большие отклонения в течение времени испытаний. После 200 секунд GST05L имел гистерезис Оба алюминиевых штатива имеют большое отклонение при вращении с течением времени. Через 200 секунд, GST05L 11cc (3.7”), а GST103 достиг гистерезиса 30cc (10”). Значение 30cc (10”) – это предел допуска в соответствии со стандартом ISO.

Рисунок 6А. Штатив Leica GST05

Рисунок 6Б. Штатив Leica GST05L

Рисунок 6В. Штатив Leica GST103

Результаты. Горизонтальное смещение

Как и в исследовании торсионной жесткости, фиберглассовые и алюминиевые штативы теряют ориентацию с течением времени. Это продолжается примерно в течение первых 1200 секунд. После этого времени фиберглассовый штатив Trimax становится стабильным. Алюминиевые штативы продолжают вращаться, но с меньшим шагом.

Тяжелые геодезические штативы

Для штатива GST120-9 наблюдается постоянное линейное изменение в течение периода измерений. Тем не мене значение смещение после 3 часов осталось небольшим - 7 cc (2.3”)

Рисунок 7А. Штатив Leica GST120-9

Штатив CTP101 показал максимальное смещение 4 cc (1.3”).

Рисунок 7Б. Штатив Leica GST101

Штатив Trimax изменил положение сразу после установки: 12cc (4”) – в течение первых 600 сек. Однако, после примерно 20 минут штатив остался стабильным - 14cc (4,7”).

Рисунок 7В. Штатив Trimax

Легкие геодезические штативы

Штатив GST05 оказался самым стабильным среди тестируемых с результатом 3 cc (1”). Алюминиевые геодезические штативы продолжали деформироваться в течение всего периода наблюдений. После 3 часов GST05L развернулся на 23cc (7,7”), а GST103 - на 9 cc (3”).