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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein geodätisches Gerät, welches in Verbindung mit
einem Tachymeter zur Bestimmung von Koordinaten eines Zielpunktes
Anwendung findet, wenn die Sicht zwischen dem Tachymeter und dem
Zielpunkt nicht gegeben ist.
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Es
sind Vorrichtungen zur Verfolgung eines als Ziel verwendeten Reflektors
für geodätische Geräte, insbesondere
für Tachymeter,
bekannt, welche in der Lage sind, einen im Sehfeld des Fernrohres
eines geodätischen
Gerätes
befindlichen Reflektor zu verfolgen.
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Eine
Zielsuche außerhalb
des Sehfeldes ist damit allerdings nur in sehr beschränktem Maße möglich.
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Eine
Vorrichtung zur Anzielung eines Tachymeters von einem Reflektorstandpunkt
aus ist durch die
DD 156 029 bekannt.
Durch Übertragung
der entsprechenden Winkel vom Reflektorstandort aus über Funk
an die Basisstation, in welcher sich das Tachymeter befindet, und
Einstellen der Komplementärwinkel
am Tachymeter kann dann der Reflektor gefunden werden. Diese Vorrichtung
ist jedoch technisch sehr aufwändig,
so dass bereits ein Anzielverfahren für Theodolite bekannt geworden
ist, bei welchem nach einer visuellen Anzielung der Zielstation
mit den Theodoliten die eigentliche Winkelmessung dadurch erfolgt,
dass ein aktiver Zielstrahl von dem Theodoliten ausgesendet und
von einem aktiven Empfänger an
der Zielstation empfangen wird. Auch dieses Anzielverfahren ist
sehr aufwändig
und auch nur begrenzt einsetzbar.
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So
wurde zur Beseitigung der Nachteile dieser Lösungen mit der
DE 197 33 491 A1 ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Zielsuche für geodätische Geräte, insbesondere Tachymeter
und Theodolite vorgeschlagen, bei dem es vorteilhaft sein soll, wenn
von der Empfängeranordnung
nach einem Treffer eine Meldung an das Messgerät erfolgt, aufgrund der sich
dessen Drehrichtung ändert
und nach einem zweiten Treffer die Drehung um die Stehachse beendet
wird. Es wird weiter ausgeführt,
wenn das Messgerät
auf den so ermittelten Horizontalwinkel eingefahren ist, die Suche
im Vertikalwinkel in gleicher Weise mit einem zweiten modulierten
Lichtstrahl auszuführen
ist, der vom Messgerät
in der Fernrohrzielachse ausgesendet wird und in horizontaler und vertikaler
Ausdehnung einen etwa gleich großen Suchwinkel umfasst.
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Nachteilig
bei der vorgeschlagenen Lösung ist,
dass diese nur angewendet werden kann, wenn eine ungehinderte Sicht
zwischen dem Tachymeter und dem Zielpunkt gegeben ist, das heißt, ein
direkter Sichtkontakt gegeben ist. Allerdings kann diese Lösung nicht
eingesetzt werden, wenn dieser Sichtkontakt nicht gegeben ist.
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Wenn
die Sicht zwischen einem Tachymeter und dem Zielpunkt nicht gegeben
ist, wird in der Praxis derzeit ein exzentrisch zum Ziel liegender
Punkt angemessen, der z. B. durch ein Tripelprisma realisiert wird.
Mit Hilfe der so bestimmten Koordinaten des Exzentrums, der zusätzlich zu
bestimmenden Strecke zwischen dem Zielpunkt und dem Exzentrum, dem
Winkel zwischen der Strecke vom Tachymeter zum Exzentrum und der
Strecke vom Exzentrum zum Zielpunkt lassen sich die Koordinaten
des Zielpunktes bestimmen.
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Aus
der
EP 0 018 316 A1 ist
eine Vorrichtung bekannt, die zur Vermessung eines Zielpunktes über ein
Exzentrum dient, bei der ein Reflektor zusätzlich mit einem Pentaprisma
oder dergleichen versehen wird, welches die Anzielung von Zielpunkt
und Messgerätsstandpunkt
ermöglichen
soll.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen von senkrechten, zu
einer waagerechten Bezugslinie rechtwinkligen oder parallelen Ebenen
beschreibt die
DE 2
207 827 A , aus der eine rechtwinklige Ablenkung eines Messstrahles
bekannt ist, die es ohne Platzwechsel des Messgerätes gestattet,
Bereiche zu vermessen, die vom Standpunkt des Messgerätes aus
nicht einsehbar sind.
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In
diesem Zusammenhang sei auch auf die
DE 1 004 819 A verwiesen, mit der ein Winkelspiegel mit
veränderlichem
Ablenkungswinkel vorgestellt wird, bei dem die beiden Spiegel um
getrennte, etwa in den Spiegelebenen vorlaufende parallele Achsen schwenkbar
sind und an jeder Achse ein um diese drehbare Richtungsweiser angebracht
ist, der die Richtung eines parallel zur Verbindungslinie der beiden
Spiegeldrehpunkte in einem Hauptschnitt des Spiegelsystems verlaufenden
Zielstrahles nach der Reflexion an der betreffenden Spiegelfläche anzeigt und
es sei auch auf die
DE
529 564 A verwiesen, in der ein Winkelspiegel mit spiegelnden
Glasflächen, die
an einem Träger
befestigt sind, beschrieben wird.
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Die
geodätisch
präzise
Realisierung eines aktiven Exzentrums, wie z. B. beim System KiLas
der Firma Bohnenstingl bedingt, wenn die Strecke zwischen Exzentrum
und Zielpunkt nicht mit einem Messband gemessen werden kann, einen
elektronischen Distanzmesser und optimal einen Neigungsmesser einzusetzen,
um die gemessene Schrägstrecke
mit Hilfe des Neigungswinkels in eine Horizontalstrecke umzurechnen.
Im Exzentrum wird dann optisch mit Hilfe eines Doppelpentaprismas
oder einer Kreuzscheibe ein rech ter Winkel realisiert, auf dessen
Grundlage die Koordinaten des Zielpunktes bestimmt werden.
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Mit
den bekannten Lösungen
ist die Bestimmung der Zielpunktkoordinaten über ein passives Exzentrum
nicht möglich.
Allenfalls wird bei der Messung mit Tripelprismen das Exzentrum
verwendet, um die Streckenmessung auszulösen und für die Messung der Horizontalrichtung
wird näherungsweise
zum Zielpunkt „abgedreht". Hierbei muss das
Tripelprisma per Augenmaß so
platziert werden, dass die Strecke zwischen Tripelprisma und Tachymeter der
Strecke zwischen Tachymeter und Zielpunkt entspricht, was allerdings
auch sehr aufwändig
ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für ein geodätisches
Gerät bereitzustellen,
mit dem unter Nutzung eines Tachymeters eine Streckenmessung um
die „Ecke" zur Bestimmung von
Koordinaten eines Zielpunktes möglich
ist, und mit dem die Nachteile der bekannten Lösungen weitestgehend beseitigt
werden.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Besondere
Ausführungen
und vorteilhafte Gestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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So
wurde eine Vorrichtung geschaffen, welches mit einem Orthogonalspiegel
ausgebildet ist, welcher aus zwei Planspiegeln besteht, die unter
einem Winkel von 45 ° zwischen
Trägerplatten
angeordnet sind, die in dem Gehäuse
des geodätischen Gerätes pendelnd
gelagert sind.
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Die
Trägerplatten,
zwischen denen die Planspiegel angeordnet sind, sind gleichfalls
zueinander mittels gependelter Aufhängung verbunden, wobei die
gependelte Aufhängung
so erfolgt, dass dadurch keine Behinderungen in der Funktion des
Orthogonalspiegels eintreten. Insbesondere ausgeschlossen ist, dass
die Strahlenein- und -ausgänge
zu bzw. von den Planspiegeln unterbrochen oder gestört werden. Am
Gehäuse
des geodätischen
Gerätes
ist ferner ein Adapter vorgesehen, über den dieses Gerät zu einem
geodätischen Stativ
oder, in einer bevorzugten Ausführung,
zu einem Tachymeterstab befestigt werden kann.
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Der
Orthogonalspiegel ist zusätzlich
mit einer Visiereinrichtung/Anzielvorrichtung in Form zweier auf
der Oberseite des Gehäuses
angeordneten Dioptern ausgerüstet,
mittels denen das Ausrichten des Orthogonalspiegels zum Tachymeter
wesentlich erleichtert wird.
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Zur
Erfindung gehört
auch, dass der Orthogonalspiegel mit einem Tripelprisma oder alternativ mit
einer Reflexfläche/Reflexfolie
bestückt
ist, welche vorteilhafter Weise auf dem Adapter des geodätischen
Gerätes
angeordnet sind.
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Durch
die Anordnung der beiden Planspiegel unter einem Winkel von 45 °, wobei deren
Spiegelflächen
mit fadenförmigen
Markierungen versehen sind, wird gesichert, dass auftreffende Zielstrahlen exakt
um 90 ° umgelenkt
werden. Gleiches trifft natürlich
auch zu für
vom Zielpunkt reflektierte und in umgekehrter Richtung den Orthogonalspiegel
durchlaufende Zielstrahlen.
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Dabei
ist von Vorteil, dass die Planspiegel des Orthogonalspiegels variabel
in Größe und Form gestaltet
werden können,
wodurch eine optimale Anpassung an verschiedene Anwendungsfälle gegeben ist.
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Von
besonderem Vorteil ist, dass die Planspiegel des Orthogonalspiegels
aus zwei oberflächenversiegelten
separaten Glasträgern
bestehen, optisch wirksame Ein- und Austrittsflächen sind nicht vorhanden,
damit entfallen Reflexion und Brechung von auftreffenden Lichtstrahlen
an den Grenzflächen, die
somit für
die Messung keine Fehlerquellen mehr darstellen. Gleichfalls entfallen
aufwändige
Entspiegelungen der Grenzflächen,
der Brechungsindex des Glases spielt beim vorgestellten Orthogonalspiegel keine
Rolle mehr, da der optische und der geometrische Lichtweg beim Orthogonalspiegel
identisch sind. Ferner ist von Vorteil, dass ein erfindungsgemäß hergestellter
Orthogonalspiegel gegenüber
bekannten Lösungen
wesentlich gewichtsreduzierter ist, somit auch bei großer Apertur
leichter in optische Systeme einzubauen ist. Eventuell auftretende
Schäden
an den Planspiegeln sind leicht und bei geringen Kosten zu beheben,
da der oder die auszu tauschenden Planspiegel ohne großen Aufwand
aus dem Orthogonalspiegel entfernt und wieder neu eingesetzt werden
können.
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Mit
nachfolgendem Ausführungsbeispiel
soll die Erfindung näher
erläutert
werden.
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Die
dazugehörige
Zeichnung zeigt in
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1:
die Vorrichtung in Ausbildung eines Orthogonalspiegels, aufgesetzt
auf einem Stativ,
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2:
die Vorrichtung in Ausbildung eines Orthogonalspiegels, aufgesetzt
auf einem Tachymeterstab,
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3:
die Anordnung von Tachymeter und Orthogonalspiegel zur Bestimmung
der Koordinaten eines durch ein Sichthindernis verdeckten Zielpunktes,
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4:
den bzw. die Strahlengänge
im Orthogonalspiegel in einer prinziphaften Darstellung.
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Der
Orthogonalspiegel 1, wie in der 1 gezeigt,
besteht aus einem Gehäuse 2,
in dem die Planspiegel 5 des Orthogonalspiegels 1 zwischen den
beiden Trägerplatten 3; 4 angeordnet
sind und die Trägerplatten 3; 4 über eine
pendelnde Aufhängung 7 am
Gehäuse 2 befestigt
sind.
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Die
Verbindung der beiden Trägerplatten 3; 4,
der oberen Trägerplatte 3 und
der unteren Trägerplatte 4,
erfolgt gleichfalls über
eine pendelnde Aufhängung 7,
beispielsweise ausgebildet als Kreuzbänder, so dass gesichert ist,
dass der Orthogonalspiegel 1, somit auch die Planspiegel 5,
während
der Messvorgänge
immer lotrecht ausgerichtet sind.
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Für das Ausrichten
des Orthogonalspiegels 1 zu einem Tachymeter sind auf dem
Gehäuse 2 die Diopter 8 vorgesehen,
welche unter einem Winkel von 90 ° angeordnet
sind, somit in Richtung der ein- bzw. ausgehenden Lichtstrahlen
zum bzw. vom Orthogonalspiegel 1. Die Anordnung dieser
Diopter 8 ist insbesondere bei der Positionierung des Orthogonalspiegels 1 zum
Tachymeter vorteilhaft. Diese dienen als Anzielvorrichtung des Orthogonalspiegels 1 zum Tachymeter.
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Die
Befestigung bzw. Anordnung des Orthogonalspiegels 1 zu
einem Stativ 9 erfolgt über
einen Adapter 10, welcher mit einem Reflektor 11 und
einem Tripelprisma 12 bestückt werden kann. Dies in alternativer
Form, indem entweder ein Reflektor 11 in Form einer Zielmarke
bzw. Reflexzielmarke oder ein Tripelprisma 12 zum Einsatz
kommen.
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Wie
bereits oben ausgeführt,
ist der Orthogonalspiegel 1 auch auf einem in der Praxis
bekannten, mit einer Spitze 14 ausgebildeten Tachymeterstab 13 positionierbar,
wie in der 2 gezeigt. Derart bekannte Tachymeterstäbe 13 sind
weitestgehend mit Tripelprismen 12 ausrüstbar, so dass die Anordnung eines
Reflektors 11 nicht unbedingt erforderlich ist.
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Einen
Anwendungsfall des Orthogonalspiegels 1 zur Bestimmung
von Koordinaten eines Zielpunktes, welcher durch ein Sichthindernis
vom Standpunkt des Tachymeters nicht eingesehen werden kann, ist
in der 3 dargestellt, aus der sich ergibt, dass zur geodätischen
Bestimmung des Zielpunktes ein Exzentrum geschaffen wird, in dem
der Orthogonalspiegel 1 positioniert ist.
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Da
eine direkte Anzielung des Zielpunktes mit dem Tachymeter vom Tachymeterstandpunkt nicht
möglich
ist, erfolgt die Messung der Schrägstrecke nun per Tachymeter über den
Orthogonalspiegel 1 indirekt zum Zielpunkt.
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Üblicherweise
wird der Tachymeterstandpunkt im Messgebiet so gewählt, dass
Sichtkontakt zu den koordinatenmäßig bekannten
Orientierungspunkten und möglichst
vielen Zielpunkten besteht. Dabei sind die Koordinaten des Tachymeterstandpunktes,
seine x-, y-Lage und seine Höhe
bekannt oder sie werden nach dem Verfahren der freien Stationierung
dadurch bestimmt, dass Horizontalrichtung, Vertikalwinkel und Schrägdistanz
zumindest an zwei Orientierungspunkten im Gelände gemessen werden. Die Orientierung
des Tachymeters im Koordinatensystem wird entweder durch die freie
Stationierung mitbestimmt oder bei bekannten Standpunktkoordinaten
durch Messung der Horizontalrich tung zu mindestens einem bekannten
Orientierungspunkt hergestellt. Nach der Orientierung steht die
horizontale Nullrichtung des Tachymeters parallel zur Abszissenachse
des Lage-Koordinatensystems. Die Höhe der Kippachse des Fernrohrs
wird entweder durch Messung des Höhenunterschiedes dH zwischen
Standpunkt und Kippachse mit bekannten Längenmaßstäben ermittelt oder durch Messung
von Schrägdistanz
S und Vertikalwinkel V zu einem Orientierungspunkt mit bekannter
Höhe ermittelt.
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Wenn
kein Sichthindernis zwischen Tachymeterstandpunkt und Zielpunkt
vorhanden ist, könnten
nun die Koordinaten des Zielpunktes jeweils durch Messung von Horizontalrichtung,
Vertikalwinkel und Schrägdistanz
bestimmt werden. Dies ist im gegebenen Fall infolge des vorhandenen
Sichthindernisses nicht möglich,
so dass es bisher notwendig war, dass das Tachymeter in seinem Standpunkt
neu positioniert werden musste, was sehr zeitaufwändig ist,
vor allem, wenn es mehrfach erfolgen muss.
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Das
Verfahren zur Bestimmung der Koordinaten des Zielpunktes wird wesentlich
vereinfacht und in kürzerer
Zeit durch die Herausbildung eines passiven Exzentrums und des im
Exzentrum zu positionierenden Orthogonalspiegels 1 erreicht.
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Der
Orthogonalspiegel 1 wird so positioniert, dass die Ziellinie
s1, die der Eigenart des Orthogonalspiegels 1 entsprechend,
immer rechtwinklig zur Ziellinie s2 liegt, somit den Zielpunkt trifft.
Dabei visiert das Tachymeter die Stehachse 15 des Orthogonalspiegels 1 an
und misst auch die Horizontalrichtung vom Tachymeter zum Orthogonalspiegel 1.
Ferner werden Vertikalwinkel und Schrägdistanz s vom Tachymeter zum
Zielpunkt gemessen. Mit Hilfe des Vertikalwinkels werden aus der
Schrägdistanz
der Höhenunterschied
dH zwischen Kippachse des Tachymeters und Zielpunkt und eine Horizontaldistanz
d berechnet, welche die Summe der horizontalen Teilstrecken s1,
s2 und s3 ergeben. Die Strecke s3, die Spiegelkonstante, kann aufgrund
der Geometrie des Orthogonalspiegels 1 nach der Formel
s3 = t·√2 berechnet
werden, wobei t der horizontale Abstand zwischen der Stehachse 15 des
Orthogonalspiegels 1 und der Schnittgeraden der Spiegelebenen
der Planspiegel 5 ist.
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Die
Horizontalstrecke s2 wird nun durch Messung von Schrägdistanz
und Vertikalwinkel bestimmt. Dies erfolgt über ein am Tachymeterstab 13 oder
am Adapter 10 eines Stativs 9 angeordnetes Tripelprisma 12 oder
anstelle des Tripelprismas 12 über einen dort vorgesehenen
Reflektor 11. Der Reflektor 11 bzw. das Tripelprisma 12 besitzen,
da sie zum Orthogonalspiegel 1 befestigt sind, somit dieselbe
Stehachse, wodurch sich die bereits gemessene Horizontalrichtung
nicht verändert.
Mit Hilfe der Formeln der ebenen Trigonometrie werden die Koordinaten
x, y des Orthogonalspiegels 1 berechnet. Durch Subtraktion
von s2 und s3 von der Gesamtstrecke erhält man das Maß für die Strecke
s1 und gleichfalls können
die Koordinaten x, y des Zielpunktes trigonometrisch berechnet werden.
Die Höhe
des Zielpunktes wird bestimmt, indem man zur Höhe der Tachymeterkippachse
den Höhenunterschied
dH zwischen Kippachse und Zielpunkt addiert.
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Diese
Möglichkeit
der Bestimmung bzw. Ermittlung von Koordinaten eines nicht von einem
Tachymeter einsehbaren Zielpunktes wird durch die Ausbildung des
Orthogonalspiegels 1, insbesondere seiner Planspiegel 5,
realisiert, wie in der 4 prinziphaft dargestellt.
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Ein
vom Tachymeter ausgehender Lichtstrahl, beispielsweise ein Laser 16,
geht durch die Stehachse 15 des Orthogonalspiegels 1 und
trifft auf den Planspiegel 5, wird dort umgelenkt, trifft
auf den Planspiegel 5',
wird wiederum umgelenkt und über die
Stehachse 15 trifft dieser Laser 16 auf den zu
bestimmenden Zielpunkt. Infolge der Anordnung der Planspiegel 5; 5' unter einem
Winkel von 45 ° wird
ein rechtwinkliges Strahlendreieck a, b, c durch den Laser 16 herausgebildet.
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Wie
auch in der 4 gezeigt, bildet ein unter
einem Winkel α auftreffender
Lichtstrahl, ein Laser 16',
auf den Planspiegel 5, wird umgelenkt auf den Planspiegel 5' und von dort
geht dieser Laser 16' um den
Betrag e zur Stehachse 15 versetzt des Orthogonalspiegels 1 zum
zu vermessenden Zielpunkt. Dieses rechtwinklige Dreieck, durch den
Verlauf des Laserstrahls 16' bestimmt,
ist dargestellt mit Seitenangaben a', b',
c'.
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Durch
die Anordnung der Planspiegel 5; 5' im Orthogonalspiegel 1 entfällt die
Messung der Zielstrahlauslenkung im Exzentrum, da der Orthogonalspiegel 1 den
Winkel von 90 ° vorgibt.
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Mit
dem geschaffenen Orthogonalspiegel 1 ist also eine Messung „um die
Ecke" möglich, so
dass die Neupositionierung des Tachymeters bzw. aktive Messungen
im Exzentrum nicht notwendig sind.
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Durch
die gependelte Aufhängung
der Planspiegel 5 im Gehäuse 2 des Orthogonalspiegels 1 wird
sichergestellt, dass die Planspiegel 5 immer lotrecht stehen,
auch wenn das Stativ 9 oder der Tachymeterstab 13,
auf dem der Orthogonalspiegel 1 befestigt ist, nicht exakt
lotrecht ausgerichtet sind bzw. nicht ruhig gehalten werden. Eine
Schiefstellung jeder bekannten Messeinrichtung würde deren Genauigkeit stark
beeinträchtigen,
was durch die gependelte Aufhängung 7 der
Planspiegel 5 verhindert wird.
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Die
zum Orthogonalspiegel 1 gehörenden Diopter 8 stellen
weitestgehend eine Anzielvorrichtung dar, mit denen der Orthogonalspiegel 1 zum
Tachymeter ausgerichtet wird, wobei die auf den Planspiegeln 5 vorgesehenen
fadenkreuzförmigen
Markierungen 6 gleichfalls der exakten Ausrichtung des Orthogonalspiegels 1 dienen.
Sieht man durch das Okular des Tachymeters beide fadenkreuzförmigen Markierungen 6 übereinander,
so ist der Orthogonalspiegel 1 korrekt ausgerichtet.