DD147574A1

DD147574A1 - OPTICAL ARRANGEMENT FOR TILT MEASUREMENT

Info

Publication number: DD147574A1
Application number: DD21730679A
Authority: DD
Inventors: Wieland Feist; Klaus Junghanns
Original assignee: Wieland Feist; Klaus Junghanns
Priority date: 1979-12-03
Filing date: 1979-12-03
Publication date: 1981-04-08

Abstract

Eine optische Anordnung zur Neigungsmessung enthaelt ein Abbildungssystem mit zwei pendelnden Reflexionselementen und ist insbesondere fuer Vermessungsgeraete geeignet. Es ist eine einfachere und fuer optoelektronische Neigungsanzeige besonders geeignete Anordnung zu schaffen. Aufgabe ist es, die optische Anordnung so auszubilden, dasz von einer Marke zwei vollstaendige Abbildungen auf zwei nebeneinander angeordneten Fotoempfaengern erzeugt werden. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dasz eines der beiden Reflexionselemente eine Hauptspiegelungsebene hat, die mit der Hauptspiegelungsebene des anderen Reflexionselements und der dazu parallelen Ebene der Pendelbewegung einen Winkel einschlieszt, dessen Groesze von der Brennweite des optischen Systems und dem Abstand der beiden Fotoempfaenger abhaengt.An optical arrangement for inclination measurement contains an imaging system with two oscillating reflection elements and is particularly suitable for surveying equipment. It is a simpler and to create optoelectronic inclination display particularly suitable arrangement. The object is to design the optical arrangement in such a way that two complete images are produced by one brand on two adjacent photoreceptors. This object is achieved in that one of the two reflection elements has a main mirror plane, which encloses an angle with the main mirror plane of the other reflection element and the parallel plane of the pendulum whose size depends on the focal length of the optical system and the distance of the two photodetectors.

Description

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Titel: Optische Anordnung -zur Neigungsmessung Title: Optical arrangement-for inclination measurement

Field of application of the invention:

Die Erfindung betrifft eine optische Anordnung zur Neigungsmessung bei der ein optisches System auf zwei.Fotoempfängern je ein Bild einer Marke erzeugt und das optische System zwei starr miteinander verbundene, in einer Ebene pendelnd aufgehängte Reflexionselemente enthält, von denen das eine eine gerade Anzahl und das andere eine ungerade Anzahl von Reflexionsflächen aufweist· Die optische Anordnung kann in den verschiedensten Geräten, insbesondere aber. in Vermessungsgeräten Verwendung finden«The invention relates to an optical arrangement for inclination measurement in which an optical system on two photographers each generates an image of a mark and the optical system contains two rigidly interconnected, hinged in a plane reflection elements, one of which is an even number and the other an odd number of reflecting surfaces. The optical arrangement can be used in a wide variety of devices, but in particular. to be used in surveying equipment «

Characteristic of the known technical solutions:

Es ist bereits ein Schnittbild-Nivelliergerät bekannt, bei dem in einer Hälfte des Nivellierstrahlenganges eine gerade und in der anderen Hälfte eine ungerade Anzahl von Reflexionsflächen pendelnd aufgehängt ist- Durch die Erzeugung zwei visuell zu erfassender, gegeneinander verschiebbarer Schnittbilder erübrigt sich die Verwendung einer Ablesemarke oder eines Fadenkreuzes. Bei der Abbildung eines Ob- jektes findet eine Überlagerung der Bilder des-Objektes statt, so daß diese Anordnung für die optoelektronische Er-, fassung der Bilder nicht geeignet ist. Außerdem ist es bekannt, mit Hilfe von Keilen einen Strahlengang in Abhängigkeit von der Neigung eines Gerätes abzulenken. Dabei sind jedoch zusätzliche optische Elemente zur Bildtrennung vorgesehene Eine Neigung .wird nicht gemessen.,A cross-sectional leveling device is already known in which one straight and in the other half an odd number of reflecting surfaces are suspended in one half of the leveling beam. The use of two readable cross-sectional images to be detected visually makes it unnecessary to use a reading mark or a crosshair. When an object is imaged, an overlay of the images of the object takes place, so that this arrangement is not suitable for the optoelectronic recovery of the images. In addition, it is known to divert a beam path in dependence on the inclination of a device with the aid of wedges. However, additional optical elements are provided for image separation. A tilt is not measured.

V .. 3531V. 3531

- 2 - 2 1- 2 - 2 1

Ziel der Erfindung:Object of the invention:

Durch die Erfindung sollen die aufgezeigten Mangel beseitigt und die optoelektronische Neigungsanzeige ermöglicht bzw« -vereinfacht werden.The invention seeks to eliminate the identified deficiency and the opto-electronic inclination indicator allows or be -'-simplified.

Darlegung des Wesens der Erfindung:Explanation of the essence of the invention:

Aufgabe der Erfindung ist es, eine optische Anordnung zur Neigungsmessung so auszubilden, daß es möglich ist, ein Objekt in der Objektebene auf zwei in der Bildebene quer zur Pendelebene nebeneinander liegende Fotoempfänger voll- ständig abzubilden· Gleichzeitig sollen F_ehlereinflüsse, die durch unvorhergesehene Verlagerungen von Bauteilen der optischen Anordnung hervorgerufen werden, weitestgehend behoben werdenThe object of the invention is to design an optical arrangement for the inclination measurement, it is possible to image an object in the object plane in two in the image plane transverse to the oscillation plane adjacent photoreceptor completely · At the same time should F _e hlereinflüsse that unforeseen displacements caused by components of the optical arrangement are largely eliminated

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eines der Reflexionselemente eine Hauptspiegelungsebene hat, die mit der Hauptspiegelungsebene des anderen Reflexionselementes und der dazu parallelen Ebene der Pendelbewegung einen Winkeloceinschließt, dessen Größe von der Brennweite f des optischen Systems und dem Abstand d der beiden Fotoempfänger abhängt» Der Winkel ist gegeben durch die Bezie- According to the invention, this object is achieved in that one of the reflection elements has a main mirror plane which closes with the main mirror plane of the other reflection element and the parallel plane of the pendulum an Winkelocein whose size of the focal length f of the optical system and the distance d of the two photoreceptor "The angle is given by the relationship

d Ϋ hung c* = γη? , worin ρ der Umrechnungsfaktor von Bogen- in Winkelmaß ist· Durch diese Anordnung ist es möglich eine Marke vollständig auf die nebeneinander liegenden Fotoempfänger abzubilden und den seitlichen Abstand der Fotoempfänger zu überbrücken, ohne daß sich die Abbildungsstrahlengänge beeinflussen« Der Abstand der beiden Marken-. bilder parallel zur Schwingungsebene der pendelnd aufgehängten Reflexionselemente kann mikrometrisch ausgemessen werden«d Ϋ hung c * = γη? This arrangement makes it possible to image a mark completely on the adjacent photoreceivers and to bridge the lateral spacing of the photoreceptor without the imaging beam paths influencing the distance between the two marks. images parallel to the plane of oscillation of the pendulum-mounted reflection elements can be measured micrometrically «

Eine im Aufbau einfache und sicher wirkende optische Anordnung ergibt sich , wenn das Reflexionselement mit der ungeraden Anzahl von Reflexionsflächen ein rechtwinkliges. Prisma ist, dessen Hypotenuse die Reflexionsflache ist und mit dreieckigen Seitenflächen einen von 90° abweichendenA structurally simple and reliable optical arrangement results if the reflection element with the odd number of reflection surfaces is a right-angled one. Prism is the Hypotenuse is the reflection surface and with triangular side surfaces deviating from 90 °

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2 Ί 73 O2 Ί 73 O

Winkel einschließt* E-ine Verringerung der optischen Glieder ergibt sich in einer Autokollimationsanordnung, wenn die Reflexionselemente eine ebene Reflexionsplatte und ein gleichschenkliges trapezförmiges Prisma sind,dessen Schenkel unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind und auf dessen Deckfläche die Reflexionsplatte so aufgekittet ist, daß sie mit den trapezförmigen Seitenflächen ι von 90° abweichende Winkel einschließt· Befinden sich die Reflexionselemente gemäß einer weiteren Ausführungsform im parallelen Strahlengang, so erzeugt beim Ausschwingen der Reflexionselemente das Reflexionselement mit der geraden Anzahl von Reflexionsflächen keine Ablenkung und das Reflexionselement mit der ungraden Anzahl von Reflexionsflächen eine winkelmäßige Ablenkung des jeweiligen Ab- bildungsstrahlenganges·Angle reduction * E-ine reduction of the optical elements results in an autocollimization arrangement, when the reflection elements are a plane reflection plate and an isosceles trapezoidal prism whose legs are arranged at an angle of 90 ° to each other and on whose top surface the reflection plate is so cemented, If the reflecting elements according to a further embodiment are in the parallel beam path, the reflecting element with the even number of reflecting surfaces produces no deflection and the reflecting element with the ungraden number of Reflection surfaces an angular deflection of the respective Abstrahlungsstrahlenganges ·

Ausführungsbeispiel: . Embodiment:.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the schematic drawing. Show it:

Fig. 1 eine .erste optische Anordnung in Seitenansicht, Pig· 2 dieselbe optische Anordnung in Vorderansicht, Fig· 3 die wesentlichen Teile einer zweiten optischen1 shows a first optical arrangement in side view, FIG. 2 shows the same optical arrangement in front view, FIG. 3 shows the essential parts of a second optical system

Anordnung in Seitenansicht und Fig. 4 diese Teile in Vorderansicht· In den Fig. 1 und 2 befindet sich eine Lichtquelle 1 in der Brennebene eines Kondensors 2, dem eine Strichplatte 3 mit einer Marke 4 nachgeordnet ist. Die Marke 4 befindet sich in der dingseitigen Brennebene eines Objektivs 5, mit dem ein weiteres Objektiv 6 korrespondiert. Zwischen beiden Objektiven sind im parallelen Strahlengang zwei starr miteinander gekoppelte Reflexionselemente, ein rechtwinkliges Prisma T und ein Pentaprisma 8, vorgesehen. Das rechtwinklige Prisma 7 besitzt eine reflektierende Hypotenusenfläche 9, die ^zur Zeichenebene in Fig« 1 und damit zu den Dreieckflächen- 10 und 11 nicht senkrecht steht. Die Reflexionselemente 7;8 sind auf ein Stuhl 12 angeordnet, derArrangement in side view and FIG. 4 shows these parts in front view. In FIGS. 1 and 2 there is a light source 1 in the focal plane of a condenser 2, to which a reticle 3 with a mark 4 is arranged downstream. The mark 4 is located in the in-side focal plane of a lens 5, with which a further lens 6 corresponds. Between the two objectives, two rigidly coupled reflection elements, a right-angled prism T and a pentaprism 8, are provided in the parallel beam path. The right-angled prism 7 has a reflective hypotenuse surface 9, which is not perpendicular ^{to the} plane of the drawing in FIG. 1 and thus to the triangular surfaces 10 and 11. The reflection elements 7, 8 are arranged on a chair 12, the

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die beiden Teile 13»14 eines an einer Basis 15 mittels 'Kreuzfedergelenken 16; 17 aufgehängten zweiteiligen Pendels miteinander verbindet. In der bildseitigen Brennebene des Objektivs 6 befinden sich zwei Potoempfänger Ί9;20· Zwischen dem Objektiv 6 und den Fotoempfängern 19;20 ist die planparallele Platte 21 eines -optischen Mikrometers vorgesehen« Die Platte 21 ist mit einer Passung 22 und Achszapfen 23;24 in Lagern 25;26 gelagert. Ein Motor 27 treibt über den Achszapfen 23 die Platte 21 zu Drehungen um eine Achse X-X.the two parts 13 »14 one on a base 15 by means of 'cross spring joints 16; 17 suspended two-piece pendulum interconnects. In the image-side focal plane of the objective 6 there are two photoreceivers Ί9; 20. The plane-parallel plate 21 of an optical micrometer is provided between the objective 6 and the photoreceptors 19. The plate 21 is provided with a fit 22 and stub axles 23, 24 in FIG Store 25; 26 stored. A motor 27 drives via the journal 23, the plate 21 to rotate about an axis X-X.

Dabei-dreht sich synchron mit der Platte 21 eine am freien Ende des Achszapfens 24 befestigte Zählscheibe 28 mit Markierungen 29· Eine Lichtquelle 30 dient zur Beleuchtung der Markierungen 29 die sich gegenüber einem Potoempfanger bewegen.In this case, rotates synchronously with the plate 21 a fixed to the free end of the journal 24 Zählscheibe 28 with markings 29 · A light source 30 serves to illuminate the markers 29 which move relative to a Potoempfanger.

Die Wirkungsweise der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Anordnung ist folgende: Die von der Lichtquelle 1 über den Kondensor 2 beleuchtete Marke 4 wird durch die Objektive 5;6 mit der gewinkelten optischen Achse 0-0 in die Ebene der Fotoempfänger 19;20 abgebildet. Dabei gelangt ein Teil des Abbildungsstrahlenganges nach zweimaliger Reflexion im Pentaprisma 8 zum Potoempfanger 19 und der andere Teil des Abbildungsstrahlenganges nach Reflexion an der Hypotenusenfläche 9 zum Fotoempfänger 20. Die pyramidal geneigte Fläche 9 bewirkt, daß der entsprechende Abbildungsstrahelngang auf den aus Platzgründen außerhalb der optischen Achse 0-0 befindlichen Fotoempfänger 20 trifft. Beim Einschwingen des Pendels 13;14 mit den Reflexionselementen 7;8 in eine neue Gleichgewichtslage ändert sich infolge der ung^radzahligen Anzahl von Reflexionen des Abbildungsstrahlenganges im Prisma 7 die Lage des Bildes der Marke 4 gegenüber dem Fotoempfänger 20« Hingegen verändert sich die Lage des Markenbildes gegenüber dem Fotoempfänger 19 infolge der geradzahligen Anzahl der Reflexionen des Abbildungsstrahlenganges im Pentaprisma 8 nicht. Durch ständige Drehung der Platte 21 bewirkt der Mo.tor 27 eine ständige Abmessung desThe mode of operation of the arrangement described in Figures 1 and 2 is as follows: the mark 4 illuminated by the light source 1 via the condenser 2 is transmitted through the lenses 5, 6 with the angled optical axis 0-0 into the plane of the photoreceivers 19, 20 displayed. In this case, a part of the imaging beam path passes after two reflections in the pentaprism 8 to Potoempfanger 19 and the other part of the imaging beam path after reflection on the Hypotenusefläche 9 to the photoreceptor 20. The pyramidally inclined surface 9 causes the corresponding Abbildungsstrahelngang on the space reasons outside the optical axis 0-0 located photodetector 20 hits. When swinging the pendulum 13, 14 with the reflection elements 7; 8 in a new equilibrium position changes due to ungnumbered number of reflections of the imaging beam path in the prism 7, the position of the image of the mark 4 relative to the photoreceptor 20 "On the other hand changes the position of Brand image with respect to the photoreceptor 19 due to the even number of reflections of the imaging beam path in the pentaprism 8 not. By constant rotation of the plate 21 of the Mo.tor 27 causes a constant dimension of

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Abstandes der beiden.Markenbilder parallel zur Pendelebene· Dabei werden die optischen Impulse der Zahnscheibe durch den Potoempfänger 31 in elektrische Impulse umgeformt und in einer nicht dargestellten Auswerteelektronik gezählt. Der Zählvörgang wird eingeleitet, wenn sich das eine Markenbild am Potoempfänger 20' vorbeibewegt, und er wird gestoppt, wenn sich das andere Markenbild am Fotoempfänger 19 vorbeibewegtDistance between the two markers parallel to the pendulum plane · The optical pulses of the toothed disc are converted by the photoreceptor 31 into electrical impulses and counted in an evaluation electronics, not shown. The counting process is initiated when the one brand image passes the photoreceptor 20 ', and it is stopped when the other brand image passes the photoreceptor 19

In den Fig. 3 und 4 sind die von Pig. 1 und 2 abweichenden Teile einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung dargestellt, wobei das Prinzip der Autokollimation zur Anwendung kommt. Einem Kollimatorobjektiv 32 mit der optischen Achse A-A ist ein gleichschenkliges trapezförmiges Prisma 33 nachgeordnet, dessen Schenkelflächen 34135 rechtwinklig zueinander gerichtet sind. An seiner Deckfläche 39 ist das Prisma 33 mit einer Reflexionsplatte 36 versehen, die nicht rechtwinklig zu den Trapezflächen 37;38 gerichtet ist. Dadurch entsteht an der Deckfläche 39 eine Schrägfläche, die dafür sorgt, daß ein an ihr reflektierter lichtstrahl nicht in der mit der Zeichenfläche in Pig. 3 zusammenfallender Hauptspiegelungsebene des Prismas 33 verläuft, sondern, wie in Pig. 4 angedeutet, einen Winkel mit der optischen Achse A-A einschließt. Hingegen verlaufen die an den Schenkelflächen 34;35 reflektierten Lichtstrahlen in der Hauptspiegelungsebene. Im übrigen ist der Aufbau und die Wirkungsweise ähnlich wie zu Pig. 1 und 2 beschrieben. In Figs. 3 and 4 are those of Pig. 1 and 2 deviating parts of an optical arrangement according to the invention, wherein the principle of autocollimation is used. A collimator lens 32 with the optical axis A-A is followed by an isosceles trapezoidal prism 33, whose leg surfaces 34135 are directed at right angles to each other. On its top surface 39, the prism 33 is provided with a reflection plate 36 which is not directed at right angles to the trapezoidal surfaces 37, 38. As a result, an oblique surface is formed on the top surface 39, which ensures that a light beam reflected on it is not in the area with the drawing surface in Pig. 3 coincides main mirror plane of the prism 33, but, as in Pig. 4, an angle with the optical axis A-A includes. By contrast, the light beams reflected at the leg surfaces 34, 35 run in the main mirror plane. Incidentally, the structure and operation is similar to Pig. 1 and 2 described.

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Claims

Claim of invention:

1. Optical arrangement for inclination measurement in which an optical system on two photoreceptors each generates an image of a mark and the optical system contains two rigidly interconnected, in a plane pendulum suspended reflection elements, one of which is an even number and the other an odd number comprises of reflecting surfaces, characterized in that one of the reflection elements is a H _a uptSpiegelungΒΙΟ has plane which includes an angle with the H _a uptspiegelungsebene of the other reflection element and the parallel plane of the pendulum movement, the size of the focal length of the optical system and the distance of the depends on both photoreceptors «

2 · Optical arrangement according to item 1, characterized in that the reflection element with the odd number of reflection surfaces is a right-angled prism whose Hypotenuse is the reflection surface and with the triangular side surfaces includes a deviating from 90 ° angle. '

3. Optical arrangement according to item 1, characterized in that the reflection elements are a flat reflection plate and an isosceles trapezoidal prism, whose leg surfaces are arranged at an angle of 90 ° to each other and on the top surface of the reflection plate is applied ao, that they with the _t trapezoidal side surfaces of 90 ° different angles included «

4 · Optical arrangement according to item 1, characterized in that the reflection elements are arranged in the parallel beam path.

November 29, 1979

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