DE1944269C - Vorrichtung zum Markieren der Orientierung eines Objektes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung ium Markieren der Orientierung eines Objektes gegenüber einem Bezugsachsensystem mit einem am Objekt befestigten Prisma, dessen brechende Kante gegenüber dem Objekt festgelegt ist.

Von der Möglichkeit, die Ausrichtung bestimmter Objekte gegenüber einem Bezugsaehsensyslem mit optischen Mitteln zu bestimmen, wird in der Meßtechnik vielfach Gebrauch gemacht. So ist auf S. 23 der »Askania-Warte« vom April 1963 eine Meßeinrichtung dargestellt, bei der ein auf einem zu überprüfenden Theodoliten dreh- und kippbar aufgesetzter Planspiegel mit Hilfe zweier Kollimatoren beobachtet wird. Auf den S. 71 bis 76 der Zeiss-Werkzeitschrift Nr. 33 vom 20. Juli 1959 ist weiterhin der Eh>^atz von Autokollimationsfernrohren für die Kontrolle der Fertigungsgenauigkeit bei der Herstellung von Werkzeugmaschinen beschrieben, wobei bestimmte Teile der in Herstellung befindlichen Werkzeugmaschinen anvisiert werden. Auch die deutsche Patentschrift 1218 739 beschreibt eine Anordnung, bei der ein auf ein zu prüfendes Werk-, stück aufgesetzter Planspiegel durch ein Autokollimationsfernrohr beobachtet und in seiner Justierung überprüft wird.

Neben dei Überprüfung der Lage solcher an sich zuganglicher Gegenstände erweist es sich jedoch häufig als notwendig, aucn die Orientierung von Objekten festzulegen, die wie '"cispiclsweise Empfänger oder Antennen einer unmittelbaren Messung mehr oder weniger unzugärglich sind. Auch hierzu kann man sich optischer Mittel bedienen, indem auf dem in seiner Richtung festzulegenden Objekt ein reflektierendes Prisma angebracht wird, dessen brechende Kante dann als Bezugs- bzw. Mcßlinic dienen kann Dieses Prisma läßt sich dann mit Hilfe eines mit einem gewissen Abstand von dem zu überpiüfenden Objekt aufgestellten optischen System beobachten, und damit kann man die Richtung seiner brechenden Kante gegenüber einem vorgegebenen Be/ugsachsensystem mit hoher Genauigkeit markieren. Fin wichtiger Fall für die Notwendigkeit einer Nutzung dieser Art ergibt sich bei der Überwachung der Lage eines zu startenden Flugkörpers auf einer feststehenden Startrampe. Da sich im allgemeinen für eine solche Startrampe keine sehr genaue Lagebestimmung durchführen läßt, wird auch die Ausrichtung des Flugkörpers selbst schwierig, da die Startrampe nicht als Bezugssystem dienen kann.

Da die für Markierungsfälle dieser Art bisher verwendeten optischen Systeme üblicher Bauart unhandlich im Platzbedarf und kompliziert im Aufbau werden, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Markieren der Orientierung eines Objektes gegenüber einem Bezugsachsensystem anzugeben, die sich durch ein optisches System von großer Einfachheit im Aufbau und in der Handhabbarkeit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Prisma mit einem Brechwinkel von 90°, dessen Grundfläche einem ebenen Spiegel zugekehrt ist, der schwenkbar auf der Drehachse eines auf das Bezugsachsensystem eingestellten Theodoliten montiert ist, durch einen feststehenden Kollimator, dessen optische Achse auf den Spiegel gerichtet ist, durch ein Fernrohr, dessen optische Achse parallel zu der des Kollimators verläuft und mit dem ein Bild des Fadenkreuzes des Kollimators nach Reflexion an dem ebenen Spiegel und dem Prisma bei Einstellung· des Spiegels in einer zu der brechenden Kante des Prismas senkrechten Ebene auffangbar ist, und durch eine Einrichtung zum Markieren der Lage des Spiegels auf dem Theodoliten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, die Ausrichtung auch unzugänglicher Objekte_: in deren Nähe sich keinerlei Bezugsachsensystem befindet, mit Hilfe eines auch in größerer Entfernung

ίο aufstellbaren optischen Systems zu überprüfen und zu markieren, wobei an dem zu untersuchenden Objekt selbst lediglich ein Prisma kleinster Abmessungen angebracht zu werden braucht, das sich bei seiner Kleinheit ohne weiteres an jedem beliebten Untersuchungsobjekt anbringen läßt. Das Grundprinzip der Erfindung beruht dabei auf den Eigenschaften eines optischen Systems, das aus drei ebenen Spiegeln besteht, die miteinander einen Trieder mit drei rechten Winkeln bilden.

so Bei einem solchen System führt bekanntlich jeder Lichtstrahl, der unter irgendeinem beliebigen Einfallswinkel auf einen der Spiegel auftrifft nach seiner Reflexion an den drei Spiegeln zu einem reflektierten Strahl, der parallel zu dem einfallenden Strahl verläuft.

Im folgenden soll die Erfindung unter Bezugnahme auf eine besondere Ausführungsform die in der Zeichnung veranschaulicht ist, näher erläutert werden.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein Prisma 1 mit einem Brechwinkel von 90° an einem Objekt 2 befestigt, dessen Orientierung markiert werden soll. Die brechende Kante 3 des Prismas 1 verläuft parallel zu der Richtung d..s Objekts 2, deren Lage markiert werden soll. Die Grundfläche 4 des Prismas 1 ist einem Theodoliten 5 zugewandt, der eine Grundplatte 6 und einen schwenkbaren Fuß 7 aufweist, der mit der zu der Grundplatte 6 senkrechten Hauptachse des Theodoliten 5 fluchtet und an dem ein Diopter 8 befestigt ist, das seinerseits die Schwenkzapfen 9 des Theodoliten 5 trägt, an denen ein ebener Spiegel 10 schwenkbar befestigt ist.

Ein Kollimator 11, der eine Lichtquelle 12, ein Fadenkreuz 13 und ein Objektiv 14 aufweist, sendet ein Lichtbündel 15 in Richtung auf den Spiegel 10. Der Kollimator U seinerseits ist auf einem Träger 16 befestigt.

Auf dem Träger 16 ist außerdem ein Fernrohr 17 mit einem Fadenkreuz R so angebracht, daß seine optische Achse parallel zu der des Kollimators 11 verläuft.

Die Lage und die Ausrichtung des Theodoliten 5 werden so eingestellt, daß das von dem Kollimator 11 ausgesandte Lichtbündel 15 durch den ebenen Spiegel 10 auf das Prisma 1 hin reflektiert wird.

Der Theodolit 5 wird außerdem beispielsweise mit Hilfe von Einstellschrauben 24 fest auf das Bezugsachsensystem eingestellt.

Durch Verschwenken um eine durch den Fuß 7 des Theodoliten 5 festgelegte Achse und um eine durch dessen Schwenkzapfen 9 festgelegte weitere Achse wird der Spiegel 10 in eine zu der brechenden Kante 3 des Prismas 1 senkrechte Ebene gebracht. Sobald der Spiegel 10 diese Lage einnimmt, bildet er mit den beiden Flächen des Prismas 1 einen Trieder mit drei rechten Winkeln, und das einfallende Lichtbündel 15 liefert nach Reflexion an dem ebenen Spiegel 10 und dem Prisma 1 ein reflektiertes Lichtbündel

18, das parallel zu dem einfallenden Lichtbündel IS verläuft.

Die Lage des Fernrohres 17 auf dem Träger 16 wird so eingestellt, daß dessen Okular das reflektierte Lichtbündel 18 auffängt.

Da es diese Einstellung mit nur kleinen Änderungen zu tun hat, besteht die Möglichkeit, ein für allemal eine passende Lage und eine passende Ausrichtung für den Theodoliten S, den Kollimator 11 und das Fernrohr 17 zu wählen.

• Unter diesen Umständen entspricht jede Ausrichtung des Prismas 1 einer einzigen Stellung des Spiegels 10, die einen genau parallelen Verlauf des reflektierten Lichtbündels 18 gegenüber dem einfallenden Lichtbündel 15 in der Weise ergibt, daß sich das Abbild des Fadenkreuzes 13 auf dem Fadenkreuz R des Fernrohres 17 abbilde;.. Auf diese Weise kommt man also zu sehr großer Genauigkeit. Die brechende Kante 3 des Prismas 1 ist daher parallel zu der Normalen 25 auf den ebenen Spiegel 10, wenn das refleklierte Lichtbündel 18 in das Fernrohr 17 unter Deckung der beiden Fadenkreuze 13 und R einfällt. Die Orientierung dieser Normalen 25 im Raum, die für die Orientierung des ebenen Spiegels 10 kennzeichnend ist. läßt sich mit hoher Ablesegenauigkeit an der Stellung zweier Zeiger 20 und 21 ablesen, die vor zwei Teilkreisen 19 und 23 angeordnet sind.

Der Teilkreis 19, der auf der Grundplatte 6 des Theodoliten 5 angebracht ist, ist drehfest mit dem Diopter 8 verbunden, und sein Drehwinkel läßt sich an dem mit der Grundplatte 6 verbundenen Zeiger 20 ablesen.

Der Teilkreis 23 ist an der Drehachse? befestigt und drehfest mit dem ebenen Spiegel 10 verbunden. Sein Drehwinkel wird durch den fest mit dem Diopler 8 verbundenen Zeiger 21 angezeigt.

Auf diese Weise sind der horizontale Azimutwinkel Z und der Elevationswinkel S für die Normale 25 festgelegt. Der Ursprung für die Messung des Azimutwinkels Z kann in irgendeiner beliebigen bekannten Weise, beispielsweise mit Hilfe eines Fernrohres 22 festgelegt werden, das an dem Theodoliten 5 befestigt ist und eine Scharfeinstellung auf einen bekannten Bezugspunkt oder ein reziprokes Einstellverfahr^n zuläßt.

Es sind auch Änderungen an der oben beschriebene η Ausführungsform denkbar. Insbesondere braucht nicht unbedingt ein vertikaler Teilkreis 19 vorgesehen Iu sein, wenn die Kenntnis des horizontalen Azimutwinkels Z für die brechende Kante 3 des Prismas 1 t«zw. der Normalen 25 auf den ebenen Spiegel 10 allein genügt.

Außerdem kann der Spiegel 10 selbst als Richt-Organ für die Einstellung des Elevationswinkels 5 für das Fernrohr 22 dienen, so kann beispielsweise das Fernrohr 22 in dem Fuß 7 des Theodoliten 5 untergebracht sein, wobei die Beobachtung dann über den ebenen Spiegel 10 erfolgt. Auch läßt sich der Ursprung für den Azimutwinkel auf irgendeine andere Weise festlegen. Wird die Vorrichtung beispielsweise auf einem beweglichen Fahrzeug installiert, so kann der Nullpunkt für den Azimutwinkel durch ein gyroskopisches System festgelegt werden.

Schließlich {essen sich der Kollimator 11 und das Fernrohr 17 durch ein Autokollimationssystem er- 6j setzen, wobei dann das reflektierte Lichtbündel 18 über ein fest mit dem Träger 16 verbundenes System von parallelen Spiegeln zu dem Fernrohr gelangt und die Einstellung mit gesteigerter Genauigkeit durch Überlagerung der beiden Bilder des Fadenkreuzes erfolgt.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Markieren der Orientierung eines Objektes gegenüber einem Bezugsachsensystem mit einem am Objekt befestigten Prisma, dessen brechende Kante gegenüber dem Objekt festgelegt ist, gekennzeichnet durch ein Prisma (1) mit einem Brechwinkel von 90°, dessen Grundfläche einem ebenen Spiegel (10) zugekehrt ist, der i^.fiwenkbar auf der Drehachse eines auf das Bezugsachsensystem eingestellten Theodoliten (5) montiert ist, durch einen feststehenden Kollimator (11), dessen optische Achse auf den Spiegel (10) gerichtet ist, durch ein Fernrohr (17), dessen optische Achse parallel zu der des Kollimators (11) verläuft und mit dem ein Bild des Fadenkreuzes (13) des Kollimators (11) nach Reflexion an dem ebenen Spiegel (10,1 und dem Prisma (1) bei Einstellung des Spiegels (10) in einer zu der brechenden Kante (3) des Prismas (1) senkrechten Ebene auffangbar ist, und durch eine Einrichtung (19, 20; 21, 23) zum Markieren de<- Lage des Spiegels (10) auf dem Theodoliten (5).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Markieren der Lage des Spiegels (10) auf dem Theodoliten (5) ein zu der Hauptachse des Theodoliten (5) senkrecht angeordneter und sich mit dem Diopter (8) des Theodoliten (5) drehbarer Teilkreis (19) für den Azimutwinkel (Z) und ein Zeiger (20) vorgesehen sind, dessen Stellung gegenüber dem Bezugsachsensystem festlegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Markieren der Lage des Spiegels (10) ein auf der Schwenkachse (9) des Theodoliten (5) angebrachter und mit dem Spiegel (10) verdrehbarer Teilkreis (23) und ein Zeiger l21) vorgesehen sind, dessen Lage gegenüber dem Bezugsachsensystem festlegbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (11) und das Fernrohr (17) zu einem Autokollimationssystem vereinigt sind, dem das reflektierte Lichtbündel (18) über ein Spiegelsystem zugeführt wird.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Theodoliten (5) gegenüber dem Bezugsachscnsystem mit Hilfe eines an dem Theodoliten (5) angebrachten, auf einen Bezugspunkt einstellbaren Fern/ohres (22) festlegbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fernrohr (22) fest mit dem Diopter (8) des Theodoliten (5) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fernrohr (22) im Fuß (7) des Theodoliten (5) angeordnet ist.

Hierzu 1 BIaU Zeichnungen