DE1211807B - Einrichtung zur automatischen Kompensation des bei Hoehenwinkelmessungen Fehler verursachenden Einflusses der Stehachsenschiefe an Vermessungsinstrumenten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

GOIc

Deutsche KL: 42 c-6/03

Nummer: 1211 807

Aktenzeichen: K 43779IX b/42 c

Anmeldetag: 20. Mai 1961

Auslegetag: 3. März 1966

Bei Höhenwinkelmessungen mittels Vermessungsinstrumenten 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 Index mittels einer Kollimationslibelle zu vermeiden, sind bereits Einrichtungen vorgeschlagen worden, bei welchen der bei Höhenwinkelmessungen Meßfehler verursachende Einfluß der Stehachsenschiefe automatisch kompensiert wird. Diese automatisch wirkenden Einrichtungen besitzen in der Regel ein Bauelement, welches sich unter der Wirkung der Schwerkraft selbsttätig immer in eine bestimmte Lage in bezug auf das Lot einstellt und damit den Strahlengang des Ablesesystems im gewünschten Sinn in Abhängigkeit von der Stehachsenschiefe des Instrumentes beeinflußt. An solchen selbsttätig sich einstellenden Bauelementen sind bekannt: reibungsfrei oder doch nahezu reibungsfrei gelagerte oder aufgehängte Prismen oder Objektive, brechend wirkende Flüssigkeitskeile, reflektierende Flüssigkeitsoberflächen. Bei allen bekannten Einrichtungen dieser Art erfolgt die Beeinflussung des Strahlenganges erst im Ablesemikroskop, d. h., es wird der Strahlengang im Ablesemikroskop so beeinflußt, daß das Bild der einzigen Kreisablesestelle bei gleicher Fernrohrneigung unabhängig von der Stehachsenschiefe immer in dieselbe Lage in bezug auf den Ableseindex fällt. Bei Instrumenten mit zwei oder mehr, beispielsweise mit zwei einander diametral gegenüberliegenden Kreisablesestellen und festem Ableseindex erfolgt bei diesen Einrichtungen zuerst die Abbildung der einen Kreisablesestelle auf die andere Kreisablesestelle, und erst hernach wird im Ablesemikroskop der Strahlengang so beeinflußt, daß das Bild dieser beiden Kreisablesestellen bei gleicher Fernrohrneigung unabhängig von der Stehachsenschiefe immer in dieselbe gegenseitige Lage zum Ableseindex fällt. Da bei diesen bekannten Einrichtungen die Kompensation der Stehachsenschiefe nach den Kreisablesungen erfolgt, können sie nur bei solchen Instrumenten verwendet werden, bei welchen die Ablesung nur an einer Kreisstelle erfolgt oder bei welchen die abzulesenden Kreisstellen gleichlaufenden Teilungssinn aufweisen. Die Erfindung ermöglicht dagegen die Kompensation der Stehachsenschiefe bei allen Instrumenten, gleich ob bei diesen die abzulesenden Kreisstellen gleichlaufenden oder gegenläufigen Teilungssinn aufweisen. Ausgehend von einer Einrichtung zur automati-Einrichtung zur automatischen Kompensation
des bei Höhenwinkelmessungen Fehler
verursachenden Einflusses der
Stehachsenschiefe an Vermessungsinstrumenten

Anmelder:

Kern & Co. A. G., Aarau (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Eideneier, Patentanwalt,

Stuttgart O, Neckarstr. 50

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Herbert Mathias, Aarau;

Rudolf Haller, Kölliken (Schweiz)

sehen Kompensation des bei Höhenwinkelmessungen Fehler verursachenden Einflusses der Stehachsenschiefe an Vermessungsinstrumenten, bei welchen für die Kreisablesung zur Ausschaltung von Exzentrizitätsfehlern zwei sich diametral gegenüberliegende Kreisstellen benutzt werden, welche durch optische Mittel im Gesichtsfeld des Ablesemikroskops abgebildet werden, schlägt die Erfindung vor, daß das die eine Kreisablesstelle auf die andere Kreisablesestelle abbildende optische System ein unter der Wirkung der Schwerkraft sich selbsttätig in eine definierte Lage zum Lot einstellendes Kompensationsglied aufweist, welches Kompensationsglied eine Winkeländerung der optischen Achse des die erste auf die zweite Ablesestelle abbildenden Strahlenganges bewirkt, die einer Verschiebung der Teilung im Bereich der abzubildenden ersten Ablesestelle um den doppelten Neigungswinkel der Stehachse äquivalent ist.

Weitere Merkmale im Rahmen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In den F i g. 1 bis 4 der Zeichnung ist die Aufgabe, welche die erfindungsgemäße Einrichtung zu erfüllen hat, für zwei Fälle schematisch veranschaulicht, und in den F i g. 5 bis 10 sind sechs Ausführungsbeispiele der Einrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt, wobei in allen Fällen nur derjenige Teil des Abbildungsstrahlenganges dargestellt ist, welcher die erste Kreisstelle auf die dieser diametral gegenüberliegende zweite Kreisstelle abbildet, und alle für die Erläuterung der Erfindung nicht erforderlichen Teile nicht dargestellt sind.

609 510/111

3 4

In Fig. 1 ist ein Theodolit gezeigt, bei welchem Gesichtsfeldblende das Ablesebild nach Fig. 4a, in die Ablesung an zwei einander diametral gegenüber- welchem das Bild 14" des Teilstriches 14 der ersten liegenden Kreisstellen des Höhenkreises vorgenom- Kreisablesestelle nicht mehr mit dem Bild 15' des men wird. Der Höhrenkreis kann dabei entweder nur Teilstriches 15 der zweiten Kreisablesestelle zusameine einzige Teilung oder nach dem Doppelkreis- 5 menfällt. Eine zwischen der ersten Kreisablesestelle system zwei konzentrische Teilungen tragen. Der und der zweiten Kreisablesestelle angeordnete Ein-Höhenkreisl ist mit dem Fernrohr 2 fest verbunden. richtung zur Kompensation des den Fehler verur-Die Zielachse3 ist horizontal gerichtet. Die AM- sachenden Einflusses der Stehachsenschiefer muß dadenachse bzw. die Stehachse 4 steht in Fig. 1 bewirken, daß das Bild 14" des Teilstriches 14 der senkrecht zum Horizont5. Die nur schematisch dar- io ersten Kreisablesestelle — wie aus Fig. 4b ersichtgestellte Zwischenabbildungsoptik 6 bildet den Teil- Hch ist — derart verlagert wird, daß die Bilder 15' strich 7 auf die diametral gegenüberliegende Kreis- des Teilstriches 15 der zweiten Kreisablesestelle und stelle 7' ab. Das Bild 7' liegt dann neben dem an der 14" des Teilstriches 14 der ersten Kreisablesestelle zweiten Kreisstelle befindlichen Teilstriche. Der in der Gesichtsfeldblende wieder zusammenfallen Teilungssinn 12 (Pfeil in F i g. 1 der den Teilstrich 8 15 wie in F i g. 3 a, damit sich wieder die gleiche Kreisaufweisenden Kreisablesestelle und des Bildes 7' der ablesung ergibt. Dies wird erreicht, wenn die genannte den Teilstrich 7 aufweisenden Kreisablesestelle ist Kompensationseinrichtung bewirkt, daß sich das gleichsinnig. Durch die nur schematisch dargestellte Bild 14' des Teilstriches 14 der ersten Kreisablese-Optik 9 des Ablesemikroskops erfolgt die Abbildung stelle im Richtungssinn 19 (Pfeil in F i g. 4), der vom des Bildes 7' und des Teilstriches 8 gemeinsam als 20 Richtungssinn der Stehachsenschiefe ν abhängt, um Bilder 7" und 8' auf die Gesichtsfeldblende 10 des den Betrag von 2 rv, ν als Arkus eingesetzt, verlagert, nicht weiter dargestellten, fest am Theodoliten ange- wenn r der Teilungsradius ist.
ordneten Ablesemikroskops, in welcher sich der In F i g. 5 ist von dem in Frage stehenden Instrustützenfeste Ableseindex 11 befindet (F i g. 1 a). ment nur der Höhenkreis 21 dargestellt, welcher eine Es werde nun gemäß F i g. 2 das Instrument, im 25 Kreisteilung 22 mit dem Teilungsradius r oder zwei angenommenen Fall also der Theodolit, gekippt, so konzentrische Kreisteilungen trägt. Ein Ausschnitt daß die Stehachse 4 nicht mehr senkrecht zum Hori- der ersten Kreisablesestelle A wird durch ein optizont 5 steht, und es werde das Fernrohr 2 um die sches System, welches aus vier Prismen 23, 24, 28 Kippachse gekippt, so daß die Zielachse 3 dennoch und 29, von welchen die Prismen 23 und 29 Dachhorizontal bleibt. Besitzt das Instrument keine 30 prismen sind, einem Spiegel 26 und einem Objektiv Kompensationseinrichtung, so ergibt sich in der Ge- 25, das zweigliedrig ausgebildet ist und zwischen dessichtsfeldblende 10 ein Bild gemäß Fig. 2a. Die sen Gliedern sich der Spiegel 26 befindet, besteht, auf Kreisablesung entspricht nicht mehr derjenigen nach die zweite Kreisablesestelle B abgebildet, und zwar in Fig. la, obwohl die Zielachse3 den gleichen der Weise, daß sich beim Drehen des Höhenkreises Höhenwinkel aufweist bzw. horizontal ist. Eine zwi- 35 21 die Bilder der beiden Kreisablesestellen A und B sehen der ersten und der zweiten Kreisablesestelle gegenläufig verschieben. Die beiden Glieder des angeordnete Einrichtung zur Kompensation des den Objektives 25 haben je eine Brennweite, die dem Fehler verursachenden Einflusses der Stehachsen- Radius r der Kreisteilung 22 entspricht. Zwischen schiefer muß bewirken, daß sich, wie aus Fig.2b den beiden Gliedern des Objektivs25 ist der ersichtlich ist, das Bild 7" derart verlagert, daß die 40 Strahlengang parallel. Der Spiegel 26 ist praktisch Bilder 8' und 7" wieder symmetrisch zum Ablese- reibungsfrei bei 30 aufgehängt, so daß seine Lage in index 11 liegen, wie in F i g. 1 a, d. h. daß sich wieder bezug auf das Lot von der Stehachsenschiefe ν des die gleiche Ablesung ergibt. Dies ist der Fall, wenn Instrumentes unabhängig ist. Dieses optische System die Kompensationseinrichtung bewirkt, daß sich das bewirkt, daß das Bild der Kreisablesestelle A auf der Bild 7' im Richtungssinn 13 (Pfeil in Fig. 2), der 45 KreisablesestelleB um den gewünschten Betrag von vom Richtungssinn der Stehachsenschiefe ν abhängt, 2rv in der gewünschten Richtung verlagert wird,
um den Betrag von von 2rv, ν als Arkus eingesetzt, Das in Fig. 6 dargestellte optische System zur verlagert, wenn r der Teilungsradius ist. Abbildung der Kreisablesestelle A auf die Kreisln F i g. 3 ist ein ähnliches Instrument wie in ablesestelle B besteht ebenfalls aus vier Prismen 33, Fig. 1 dargestellt. Das Kreisablesesystem unter- 50 34, 38 und 39, von welchen die Prismen33 und 39 schedet sich dabei nur dadurch, daß der Teilstrich 14 Dachprismen sind, einem bei 40 praktisch reibungsso auf die zweite Kreisablesestelle abgebildet wird, frei aufgehängten Spiegel 36 und einem Objektiv 35, daß der Teilungsinn 16 (Pfeil in Fig. 3) des Bildes und es unterscheidet sich vom Ablesesystem nach 14' gegenläufig zum Teilungssinn 17 (Pfeil in F i g. 3) F i g. 5 dadurch, daß der Spiegel im konvergenten der den an der zweiten Kreisablesestelle befind- 55 Strahlengang, also zwischen dem Objektiv 35 und liehen Teilstrich 15 aufweisenden Teilung ist. Dies der Kreisablesestelle B angeordnet ist. Damit hierbei wird beispielsweise durch ein Dachprisma 18 bewirkt. die Forderung, daß das Bild der Kreisablesestelle A Die Funktion des Ableseindex übernimmt bei dieser in der KreisablesestelleB um den Betrag von 2rv Anordnung die optische Achse der Ableseoptik zwi- verlagert werde, erfüllt wird, muß der optische Weg sehen der ersten und der zweiten Kreisablesestelle. 60 vom Spiegel 36 zur Kreisablesestelle B gleich dem In der Gesichtsfeldblende 10 des Ablesemikroskops Teilungsradius r sein.

ergibt sich dabei das Ablesebild nach F i g. 3 a. Sollen die Kompensationseinrichtungen nach Es werde nun gemäß Fig. 4 dieses Instrument Fig. 5 und nach Fig. 6 an Instrumenten mit gleichgekippt, so daß die Stehachse nicht mehr senkrecht laufenden Teilungen verwendet werden, so muß an zum Horizont steht, und es werde das Fernrohr um 65 Stelle des Dachprismas 29 bzw. 39 ein Prisma ohne die Kippachse gekippt, so daß die Zielachse dennoch Dach verwendet werden.

horizontal bleibt. Besitzt dieses Instrument keine Bei der Ausführung nach F i g. 7 ist ein Instrument

Kompensationseinrichtung, so ergibt sich in der angenommen, dessen Höhenkreis 41 gegenläufige

Teilungen trägt und bei welchem die Abbildung der Kreisablesestelle A auf die Kreisablesestelle B mittels zweier Prismen 42 und 43 und eines zwischen diesen angeordneten Objektivs 44 erfolgt. Um die verlangte Kompensation, d. h. die Verlagerung des Bildes der Kreisablesestelle A in der Kreisablesestelle B um den Betrag von 2r ν in der von der Richtung der Stehachsenschiefe ν abhängigen Richtung zu erzielen, ist das Objektiv 44 bei 45 praktisch reibungsfrei pendelnd aufgehängt, wobei die wirksame Pendellänge gleich dem Radius r der Kreisteilungen sein muß.

In F i g. 8 ist ein dem Abbildungssystem nach F i g. 7 ähnliches Abbildungssystem dargestellt, welches sich von diesem dadurch unterscheidet, daß an Stelle des einfachen Objektivs 44 ein aus zwei Gliedern 54 a und 54 b, zwischen welchen der Strahlengang parallel 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 54 b des Objektivs bei 55 praktisch reibungsfrei pendelnd aufgehängt, wobei zur Erzielung der erforderlichen Verlagerung des Bildes der Kreisablesestelle A in der Kreisablesestelle B um den Betrag von 2r ν die wirksame Pendellänge gleich dem Teilungsdurchmesser, d. h. 2r, sein muß.

Bei der Ausführung nach F i g. 9 besteht das Abbildungssystem, welches die Kreisablesestelle A auf die Kreisablesestelle B abbildet, aus zwei Prismen 62 und 63 und zwei Objektiven 65a und 65b. Im Unterschied zu der Ausführung nach F i g. 8 erzeugt dabei das erste Objektiv 65 a eine Zwischenabbildung der Kreisablesestelle A bei C und diese Zwischenabbildung wird dann durch das zweite Objektiv 65 b auf die Kreisablesestelle B abgebildet. Zur Kompensation des Fehler verursachenden Einflusses der Stehachsenschiefe ν ist das zweite Objektiv 65 b praktisch reibungsfrei pendelnd aufgehängt. Bei Vergrößerung 1:1 für beide Objektive 65 α und 65 b muß, um die erforderliche Verlagerung des Bildes der Kreisablesestelle A auf der Kreisablesestelle B um den Betrag von 2 r ν in der Richtung der Stehachsenschiefe ν abhängigen Richtung zu erhalten, die wirksame Pendellänge des Objektivs 65 b gleich dem Teilungsradius r sein. Durch Ändern der Vergrößerungsverhältnisse zwischen der Zwischenabbildung und den Kreisablesestellen A und B kann die notwendige Pendellänge geändert werden.

Soll das Abbildungssystem nach F i g. 9 für Instrumente mit gleichlaufenden Teilungen verwendet werden, so muß das Prisma 63 ein Dach besitzen.

Bei den Ausführungen nach F i g. 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 Kompensationseinrichtung mit einem Flüssigkeitskeil 66 ist beispielsweise in der F i g. 10 schematisch dargestellt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur automatischen Kompensation des bei Höhenwinkelmessungen Fehler verursachenden Einflusses der Stehachsenschiefe an Vermessungsinstrumenten, bei welchen für die Kreisablesung zur Ausschaltung von Exzentrizitätsfehlern zwei sich diametral gegenüberliegende Kreisstellen benutzt werden, welche durch optische Mittel im Gesichtsfeld des Ablesemikroskops abgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das die eine Kreisablesestelle auf die andere Kreisablesestelle abbildende optische System ein unter der Wirkung der Schwerkraft sich selbsttätig in eine definierte Lage zum Lot einstellendes Kompensationsglied aufweist, welches Kompensationsglied eine Winkeländerung der optischen Achse des die erste auf die zweite Ablesestelle abbildenden Strahlenganges bewirkt, die einer Verschiebung der Teilung im Bereich der abzubildenden ersten Ablesestelle um den doppelten Neigungswinkel der Stehachse äquivalent ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Abbildung der einen Kreisablesestelle auf die andere Kreisablesestelle mittels Prismen und eines zweigliedrigen Objektivs, zwischen dessen Gliedern paralleler Strahlengang besteht, erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsglied (26, 66) im parallelen Strahlengang zwischen den beiden Gliedern des Objektivs (25) angeordnet ist und daß die Brennweite jedes der beiden Objektivglieder so bemessen ist, daß das Verhältnis der Brennweite eines Objektivgliedes zum Teilungsdurchmesser des Höhenkreises (21) gleich dem Verhältnis des Neigungswinkels der Stehachse zu dem durch das Kompensationsglied (26, 66) erzeugten Ablenkungswinkel der optischen Achse des die erste auf die zweite Ablesestelle abbildenden Strahlenganges ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Abbildung der einen Kreisablesestelle auf die andere Kreisablesestelle mittels Prismen und eines ein- oder mehrgliedrigen Objektivs erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsglied (36) im konvergenten Strahlengang des Objektivs (35) angeordnet ist und daß der optische Weg vom Kompensationsglied (36) bis zur Kreisablesestelle (B), auf welcher die andere Kreisablesestelle (A) abgebildet wird, so bemessen ist, daß das Verhältnis von diesem Weg zum Teilungsdurchmesser des Höhenkreises gleich dem Verhältnis des Neigungswinkels der Stehachse zu dem durch das Kompensationsglied (36) erzeugten Ablenkungswinkel der optischen Achse des die erste auf die zweite Ablesestelle abbildenden Strahlenganges ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Abbildung der einen Kreisablesestelle auf die andere Kreisablesestelle mittels Prismen und eines ein- oder mehrgliedrigen Objektivs erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (44) als Kompensationsglied dient und zu" diesem Zweck mindestens annähernd reibungsfrei pendelnd aufgehängt ist und die wirksame Pendellänge gleich dem Radius der Kreisteilung ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Abbildung der einen Kreisablesestelle auf die andere Kreisablesestelle mittels Prismen und eines zweigliedrigen Objektivs erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß als Kompensationsglied das eine Glied (54&) des zweigliedrigen Objektivs (54a, 54 b) dient, welches zu diesem Zweck mindestens annähernd reibungsfrei pendelnd aufgehängt ist und die wirksame Pendellänge gleich dem Durchmesser der Kreisteilung ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Abbildung der einen Kreisablesestelle auf die andere Kreisablesestelle mittels Prismen und zwei Objektiven erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Objektiv (65 a) eine Zwischenabbildung der einen Kreisablesestelle (/4) erzeugt, welche von dem als Kompensationsglied dienenden und zu diesem Zweck mindestens annähernd reibungsfrei pendelnd aufgehängten zweiten Objektiv (656) auf die andere Kreisablesestelle (B) weiter abgebildet wird, und bei einem Abbildungsver-

hältnis von 1:1 für beide Objektive (65e und 656) die wirksame Pendellänge des Objektivs (656) gleich dem Radius der Kreisteilung ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1686 536, 301, 1775788, 1782426, 1813 320; USA.-Patentschrift Nr. 2 921496; Jordan-Eggert, Handbuch der Vermessungskunde, 10. Auflage, Bd. II, Stuttgart 1950, S. 343.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 510/111 2.66 © Bundesdruckerei Berlin