Einrichtung zur automatischen Kompensation des bei Höhenwinkelmessungen Fehler verursachenden Einflusses der Stehachsenschiefe an Vermessungsinstrumenten Bei Höhenwinkelmessungen mittels Vermessungs instrumenten können die auf die Stehachsenschiefe zurückzuführenden Messfehler in der Weise behoben werden, dass eine entweder mit der Ableseoptik oder mit dem Index fest verbundene Kollimationslibelle von Hand entsprechend eingestellt wird.
Um diese heikle und zeitraubende Arbeit des Einstellens der Ableseoptik oder des Indexes mittels einer Kolli mationslibelle zu vermeiden, sind bereits Einrichtun gen vorgeschlagen worden, bei welchen der bei Höhenwinkelmessungen Messfehler verursachende Ein fluss der Stehachsenschiefe automatisch kompensiert wird. Diese automatisch wirkenden Einrichtungen be sitzen in der Regel ein Bauelement, welches sich unter der Wirkung der Schwerkraft selbsttätig immer in eine bestimmte Lage in bezug auf das Lot ein stellt und damit den Strahlengang des Ablesesystems im gewünschten Sinn in Abhängigkeit von der Steh achsenschiefe des Instrumentes beeinflusst.
An solchen selbsttätig sich einstellenden Bauelementen sind be kannt: reibungsfrei oder doch nahezu reibungsfrei gelagerte oder aufgehängte Prismen oder Objektive, brechend wirkende Flüssigkeitskeile, reflektierende Flüssigkeitsoberflächen. Bei allen bekannten Einrich tungen dieser Art erfolgt die Beeinflussung des Strah lenganges erst im Ablesemikroskop, d. h. es wird der Strahlengang im Ablesemikroskop so beeinflusst, dass das Bild der einzigen Kreisstelle bei gleicher Fern rohrneigung unabhängig von der Stehachsenschiefe immer in dieselbe Lage in bezug auf den Ablese index fällt.
Bei Instrumenten mit zwei oder mehr, bei spielsweise mit zwei einander diametral gegenüber liegenden Kreisablesestellen und festem Ableseindex erfolgt bei diesen Einrichtungen zuerst die Abbildung der einen Kreisablesestelle auf die andere Kreisablese- stelle und erst hernach wird im Ablesemikroskop der Strahlengang so beeinflusst,
dass das Bild dieser bei den Kreisablesestellen bei gleicher Fernrohrneigung unabhängig von der Stehachsenschiefe immer in die selbe gegenseitige Lage zum Ableseindex fällt. Da bei diesen bekannten Einrichtungen die Kompensation der Stehachsenschiefe nach den Kreisablesungen er folgt, können sie nur bei solchen Instrumenten ver wendet werden, bei welchen die Ablesung nur an einer Kreisstelle erfolgt oder bei welchen die abzu lesenden Kreisstellen gleichlaufenden Teilungssinn aufweisen.
Die Erfindung ermöglicht dagegen die Kompensation der Stehachsenschiefe bei allen Instru menten, gleich ob bei diesen die abzulesenden Kreis stellen gleichlaufenden oder gegenläufigen Teilungs sinn aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur automatischen Kompensation des bei Höhenwin kelmessungen Fehler verursachenden Einflusses der Stehachsenschiefe an Vermessungsinstrumenten, bei denen für die Kreisablesung zur Ausschaltung von _ Exzentrizitätsfehlern sich diametral gegenüberliegende Kreisstellen benützt werden, welche durch optische Mittel im Gesichtsfeld des Ablesemikroskopes abge bildet werden, welche dadurch gekennzeichnet ist,
dass das die eine Kreisstelle auf die andere Kreisstelle abbildende optische System ein unter der Wirkung der Schwerkraft sich selbsttätig in eine definierte Lage zum Lot einstellendes Kompensationsglied aufweist.
In den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung ist die Auf gabe, welche die erfindungsgemässe Einrichtung zu erfüllen hat, für zwei Fälle schematisch veranschau licht, und in den Fig. 5 bis 10 sind sechs Ausfüh rungsbeispiele der Einrichtung zur automatischen Kompensation des bei Höhenwinkelmessungen Fehler verursachenden Einflusses der Stehachsenschiefe an Vermessungsinstrumenten gemäss der Erfindung sehe- matisch dargestellt, wobei in allen Fällen nur der jenige Teil des Abbildungsstrahlenganges dargestellt ist, welcher die erste Kreisstelle auf die dieser dia metral gegenüberliegende zweite Kreisstelle abbildet,
und alle für die Erläuterung der Erfindung nicht er forderlichen Teile nicht dargestellt sind.
In Fig. 1 ist ein Theodolit gezeigt, bei welchem die Ablesung an zwei einander diametral gegenüber liegenden Kreisstellen des Höhenkreises vorgenom men wird. Der Höhenkreis kann dabei entweder nur eine einzige Teilung oder nach dem Doppelkreis system zwei konzentrische Teilungen tragen. Der Höhenkreis 1 ist mit dem Fernrohr 2 fest verbunden. Die Zielachse 3 sei horizontal gerichtet.
Die Alhida- denachse bzw. die Stehachse 4 steht in Fig. 1 senk recht zum Horizont 5. Die nur schematisch darge stellte Zwischenabbildungsoptik 6 bildet den Teil strich 7 auf die diametral gegenüberliegende Kreis stelle<B>7</B> ab. Das Bild 7' liegt dann neben dem an der zweiten Kreisstelle befindlichen Teilstrich B. Der Tei lungssinn 12 (Pfeil in Fig. 1) der den Teilstrich 8 aufweisenden Kreisablesesielle und des Bildes 7' der den Teilstrich 7 aufweisenden Kreisablesestelle ist gleichsinnig.
Durch die nur schematisch dar gestellte Optik 9 des Ablesemikroskopes erfolgt die Abbildung des Bildes 7' und des Teilstriches 8 gemeinsam als Bilder 7" und 8' auf die Gesichts feldblende 10 des nicht weiter dargestellten, fest am Theodoliten angeordneten Ablesemikroskopes, in welcher sich der stützenfeste Ableseindex 11 be findet (Fig. 1a).
Es werde nun gemäss Fig. 2 das Instrument, im angenommenen Fall also der Theodolit, gekippt, so dass die Stehachse 4 nicht mehr senkrecht zum Hori zont 5 steht, und es werde das Fernrohr 2 um die Kippachse gekippt, so dass die Zielachse 3 dennoch horizontal bleibt. Besitzt das Instrument keine Kom pensationseinrichtung, so ergibt sich in der Gesichts feldblende 10 ein Bild gemäss Fig.2a. Die Kreis ablesung entspricht nicht mehr derjenigen nach Fig. la, obwohl die Zielachse 3 den gleichen Höhen winkel aufweist bzw. horizontal ist.
Eine zwischen der ersten und der zweiten Kreisablesestelle angeord nete Einrichtung zur Kompensation des den Fehler verursachenden Einflusses der Stehachsenschiefe v muss bewirken, dass sich, wie aus Fig. 2b ersichtlich ist, das Bild 7" derart verlagert, dass die Bilder 8' und 7" wieder symmetrisch zum Ableseindex 11 lie gen wie in Fig. la, d. h. dass sich wieder die gleiche Ablesung ergibt.
Dies ist der Fall, wenn die Kom pensationseinrichtung bewirkt, dass sich das Bild 7' im Richtungssinn 13 (Pfeil in Fig. 2), der vom Rich- tungssinn der Stehachsenschiefe v abhängt, um den Betrag von 2r v, v als Arkus eingesetzt, verlagert, wenn r der Teilungsradius ist.
In Fig. 3 ist ein ähnliches Instrument wie in Fig. 1 dargestellt. Das Kreisablesesystem unterscheidet sich dabei nur dadurch, dass der Teilstrich 14 so auf die zweite Kreisablesestelle abgebildet wird, dass der Tei lungssinn 16 (Pfeil in Fig. 3) des Bildes 14' gegen- läufig zum Teilungssinn 17 (Pfeil in Fig. 3) der den an der zweiten Kreisablesestelle befindlichen Teil- strich 15 aufweisenden Teilung ist.
Dies wird bei spielsweise durch ein Dachprisma 18 bewirkt. Die Funktion des Ableseindexes übernimmt bei dieser Anordnung die optische Achse der Ableseoptik zwischen der ersten und der zweiten Kreisablesestelle. In der Gesichtsfeldblende 10 ergibt sich dabei das Ablesebild nach Fig. 3a.
Es werde nun gemäss Fig.4 dieses Instrument gekippt, so dass die Stehachse nicht mehr senkrecht zum Horizont steht, und es werde das Fernrohr um die Kippachse gekippt, so dass die Zielachse dennoch horizontal bleibt.
Besitzt dieses Instrument keine Kompensationseinrichtung, so ergibt sich in der Ge- sichtsfeldblende das Ablesebild nach Fig. 4a, in wel chem das Bild 14" des Teilstriches 14 der ersten Kreisablesestelle nicht mehr mit dem Bild 15' des Teilstriches 15 der zweiten Kreisablesestelle zusam menfällt.
Eine zwischen der ersten Kreisablesestelle und der zweiten Kreisablesestelle angeordnete Ein richtung zur Kompensation des den Fehler verur sachenden Einflusses der Stehachsenschiefe v muss be wirken, dass das Bild 14" des Teilstriches 14 der ersten Kreisablesestelle - wie aus Fig. 4b ersichtlich ist - derart verlagert wird,
dass die Bilder 15' des Teilstriches 15 der zweiten Kreisablesestelle und 14" des Teilstriches 14 der ersten Kreisablesestelle in der Gesichtsfeldblende wieder zusammenfallen wie in Fig. 3a, damit sich wieder die gleiche Kreisablesung ergibt.
Dies wird erreicht, wenn die genannte Kom pensationseinrichtung bewirkt, dass sich das Bild 14' des Teilstriches 14 der ersten Kreisablesestelle im Richtungssinn 19 (Pfeil in Fig.4), der vom Rich tungssinn der Stehachsenschiefe ;- abhängt, um den Betrag von 2r)" v als Arkus eingesetzt, verlagert, wenn r der Teilungsradius ist.
Diese Aufgaben sind wie folgt gelöst: In Fig. 5 ist von dem in Frage stehenden Instru ment nur der Höhenkreis 21 dargestellt, welcher eine Kreisteilung 22 mit dem Teilungsradius r oder zwei konzentrische Kreisteilungen trägt. Ein Ausschnitt der ersten Kreisablesestelle A wird durch ein optisches System, welches aus vier Prismen 23, 24, 28 und 29, von welchen die Prismen 23 und 29 Dachprismen sind, einem Spiegel 26 und einem Objektiv 25, das zweigliedrig ausgebildet ist und zwischen dessen Glie dern sich der Spiegel 26 befindet, besteht, auf die zweite Kreisablesestelle B abgebildet, und zwar in der Weise,
dass sich beim Drehen des Höhenkreises 21 die Bilder der beiden Kreisablesestellen <I>A</I> und<I>B</I> gegenläufig verschieben. Die beiden Glieder des Objektivs 25 haben je eine Brennweite, die dem Radius r der Kreisteilung 22 entspricht. Zwischen den beiden Gliedern des Objektivs 25 ist der Strahlengang parallel. Der Spiegel 26 ist praktisch reibungsfrei bei 30 aufgehängt, so dass seine Lage in bezug auf das Lot von der Stehachsenschiefe j, des Instrumentes unabhängig ist.
Dieses optische System bewirkt, dass das Bild der Kreisablesestelle A auf der Kreisablese- stelle<I>B</I> um den gewünschten Betrag von<I>2r v</I> in der gewünschten Richtung verlagert wird.
Das in Fig. 6 dargestellte optische System zur Abbildung der Kreisablesestelle A auf die Kreis ablesestelle B besteht ebenfalls aus vier Prismen 33, 34, 38 und 39, von welchen die Prismen 33 und 39 Dachprismen sind, einem bei 40 praktisch reibungs frei aufgehängten Spiegel 36 und einem Objektiv 35, und es unterscheidet sich vom Ablesesystem nach Fig.5 dadurch, dass der Spiegel im konvergenten Strahlengang, also zwischen dem Objektiv 35 und der Kreisablesestelle B angeordnet ist.
Damit hierbei die Forderung, dass das Bild der Kreisablesestelle A in der Kreisablesestelle <I>B</I> um den Betrag von 21-v ver lagert werde, erfüllt wird, muss der optische Weg vom Spiegel 36 zur Kreisablesestelle B gleich dem Tei lungsradius r sein.
Sollen die Kompensationseinrichtungen nach Fig. 5 und nach Fig. 6 an Instrumenten mit gleich laufenden Teilungen verwendet werden, so muss an Stelle des Dachprismas 29 bzw. 39 ein Prisma ohne Dach verwendet werden.
Bei der Ausführung nach Fig. 7 ist ein Instru ment angenommen, dessen Höhenkreis 41 gegen läufige Teilungen trägt und bei welchem die Abbil dung der Kreisablesestelle A auf die Kreisablesestelle B mittels zweier Prismen 42 und 43 und eines zwi schen diesen angeordneten Objektives 44 erfolgt.
Um die verlangte Kompensation, d. h. die Verlagerung des Bildes der Kreisablesestelle A in der Kreisabiese- stelle <I>B</I> um den Betrag von 21-<I>v</I> in der von der Rich tung der Stehachsenschiefe v abhängigen Richtung zu erzielen, ist das Objektiv 44 bei 45 praktisch rei bungsfrei pendelnd aufgehängt, wobei die wirksame Pendellänge gleich dem Radius r der Kreisteilungen sein muss.
In Fig.8 ist ein dem Abbildungssystem nach Fig. 7 ähnliches Abbildungssystem dargestellt, welches sich von diesem dadurch unterscheidet, dass an Stelle des einfachen Objektivs 44 ein aus zwei Gliedern 54a und 54b, zwischen welchen der Strahlengang par allel ist, bestehendes Objektiv vorgesehen ist, welches zwischen den Prismen 52 und 53 angeordnet ist.
Zur Kompensation des Fehler verursachenden Einflusses der Stehachsenschiefe des Instrumentes ist hierbei nur das Glied 54b bei 55 praktisch reibungsfrei pendelnd aufgehängt, wobei zur Erzielung der erforderlichen Verlagerung des Bildes der Kreisablesestelle A in der Kreisablesestelle <I>B</I> um den Betrag von<I>2r v</I> die wirk same Pendellänge gleich dem Teilungsdurchmesser, d. h. 2r sein muss.
Bei der Ausführung nach Fig. 9 besteht das Ab bildungssystem, welches die Kreisablesestelle A auf die Kreisablesestelle B abbildet, aus zwei Prismen 62 und 63 und zwei Objektiven 65a und 65b. Im Unter schied zu der Ausführung nach Fig. 8 erzeugt dabei das erste Objektiv 65a eine Zwischenabbildung der Kreisablesestelle A bei C, und diese Zwischenabbil dung wird dann durch das zweite Objektiv 65b auf die Kreisablesestelle B abgebildet.
Zur Kompen- sation des Fehler verursachenden Einflusses der Steh achsenschiefe<I>v</I> ist das zweite Objektiv <I>65b</I> praktisch reibungsfrei pendelnd aufgehängt. Bei Vergrösserung 1:1 für beide Objektive 65a und 65b muss, um die erforderliche Verlagerung des Bildes der Kreisablese- stelle <I>A</I> auf der Kreisablesestelle <I>B</I> um den Betrag von 2r7, in der von der Richtung der Stehachsen schiefe v abhängigen Richtung zu erhalten, die wirk same Pendellänge des Objektivs<I>65b</I> gleich dem Tei lungsradius r sein.
Durch Ändern der Vergrösserungs- verhältnisse zwischen der Zwischenabbildung und den Kreisablesestellen <I>A</I> und<I>B</I> kann die notwendige Pendellänge geändert werden.
Soll das Abbildungssystem nach Fig. 9 für In strumente mit gleichlaufenden Teilungen verwendet werden, so muss das Prisma 63 ein Dach besitzen.
Bei den Ausführungen nach Fig. 5 und 6 kann bei zweckentsprechender Ausbildung an Stelle eines pendelnd aufgehängten Spiegels 26 bzw. 36 auch eine Flüssigkeitsoberfläche oder ein Flüssigkeitsprisma als Kompensator verwendet sein. Eine solche Kompen sationseinrichtung mit einem Flüssigkeitskeil 66 ist beispielsweise in der Fig. 10 schematisch dargestellt.