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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches (digitales)
Nivelliergerät,
das automatisch abgestufte numerische Werte identifiziert oder diskriminiert,
die auf einer kollimierten Nivellierlatte (oder Stab) markiert sind,
wodurch eine Kollimierungsposition erhalten wird.
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Ein
bekanntes elektronisches Nivelliergerät des oben genannten Typs wurde
in der
japanischen veröffentlichten
ungeprüften
Patentanmeldung Nr. 272970/1993 offenbart. Dieses elektronische
Nivelliergerät
weist auf: ein Teleskop zum Kollimieren einer Nivellierlatte, die
ein abgestuftes (oder skaliertes) Muster mit einer vorbestimmten
Schrittweite in einer Vertikal(oder Längs-)-Richtung der Nivellierlatte
aufweist, und die numerische Skalawerte einer einzigen Größenart aufweist,
wobei die numerischen Skalawerte entsprechend dem Skalierungsmuster
angeordnet sind, und einen zweidimensionalen Sensor zur Umsetzung
des Bilds der Nivellierlatte, die durch das Teleskop erfaßt wurde,
zu einem Bildsignal. Das Bildsignal wird mit Bilddaten verglichen,
die zuvor abgespeichert wurden, um die abgestuften (skalierten) numerischen
Werte zu diskriminieren oder zu identifizieren. Somit wird die Kollimierungsposition
der Nivellierlatte automatisch berechnet.
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Bei
dem oben beschriebenen bekannten elektronischen Nivelliergerät kann die
Messung solange nicht ausgeführt
werden, solange nicht die folgenden Bedingungen erfüllt sind.
Um nämlich
die Positionen der Skalierungsmuster und der numerischen Skalawerte
in den Bildsignalen zu spezifizieren oder zu lokalisieren, muß irgendwo
in der Breitenrichtung (oder Querrichtung) der Nivellierlatte eine
Referenzposition eingestellt werden. Die Ausrichtung (Skalierung)
muß dann
so erfolgen, daß die
Referenzposition korrekt in der Mitte des Blickfelds liegt. Daher
bestehen die Nachteile, daß sehr
viel Zeit zur Ausrichtung der Nivellierlatte erforderlich ist und
daß die
Meßergebnisse
aufgrund der Interferenz oder von Störungen wie beispielsweise Vibrationen
oder dergleichen instabil werden.
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Weiterhin
sind bei dem oben beschriebenen bekannten elektronischen Nivelliergerät abgestufte numerische
Werte in nur einer Größe angezeigt. Wenn
daher der Abstand zwischen dem Teleskop und der Nivellierlatte groß wird,
werden die abgestuften numerischen Werte in dem Bildsignal zu klein
für eine
Diskriminierung. Wenn andererseits die abgestuften numerischen Werte
auf der Nivellierlatte größer gemacht
werden, besteht kein Problem in dem Fall, daß der Abstand zwischen dem
Teleskop und der Nivellierlatte groß ist. Indessen in dem Fall,
daß der
Abstand zwischen dem Teleskop und der Nivellierlatte klein ist,
liegen die abgestuften numerischen Werte außerhalb des Erfassungsfelds,
mit der Folge, daß die
abgestuften numerischen Werte nicht diskriminiert werden können.
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Angesichts
der oben beschriebenen Probleme hat die vorliegende Erfindung zur
Aufgabe, ein elektronisches Nivelliergerät zu schaffen, das die abgestuften
numerischen Werte unabhängig
von dem Abstand zwischen dem Teleskop und der Nivellierlatte diskriminieren
kann.
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Zur
Lösung
der oben genannten Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung
ein elektronisches Nivelliergerät
vorgeschlagen, daß aufweist: ein
Teleskop zur Ausrichtung einer Nivellierlatte, wobei die Nivellierlatte
Skalierungsmuster, die in einer Vertikalrichtung der Nivellierlatte
mit einem vorbestimmten Abstand (Schrittweite) angeordnet sind, und
abgestufte numerische Werte entsprechend den Skalierungsmustern
aufweist, einen zweidimensionalen Sensor zur Umsetzung dieser Bilder
der Nivellierlatte, die durch das Teleskop kollimiert wurden, in Bildsignale,
wobei die Bildsignale und Bilddaten, die zuvor gespeichert wurden,
miteinander verglichen werden, um die abgestuften numerischen Werte
zu diskriminieren, wobei die Ausrichtungsposition der Nivellierlatte
automatisch errechnet wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die
Skalierungsmuster aus den Bildsignalen spezifiziert werden, und
daß die
abgestuften numerischen Werte in den Bildsignalen auf Grundlage
der Position der Skalierungsmuster diskriminiert werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wenn die Bildsignale in der Richtung betrachtet werden,
in der die Skalierungsmuster angeordnet sind, wird man das folgende
bemerken. Die Signale, die den Skalierungsmustern entsprechen, liegen
nämlich
mit einer vorbestimmten Frequenz vor, aber die Signale, die dem
Bereich entsprechen, in der die abgestuften numerischen Werte angezeigt
werden sowie die Signale, die dem übrigen Abschnitt entsprechen,
weisen eine geringe Periodizität
auf. Auf Grundlage dieser Eigenschaften können die Signale, die den Skalierungsmustern
entsprechen, von den Signalen diskriminiert werden, die den übrigen Abschnitten
entsprechen, um sie somit zu spezifizieren oder zu identifizieren.
Wenn die Signale, die den Skalierungsmustern entsprechen, somit
spezifiziert werden, können die
Signale, die den abgestuften numerischen Werten entsprechen, auf
Grundlage der Signale diskriminiert werden, die den Skalierungsmustern
entsprechen.
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Als
Einrichtung, um die Signale zu spezifizieren, die den Skalierungsmustern
entsprechen, werden die Bildsignale einer Fourier-Transformation
in der Richtung unterzogen, in der die Skalierungsmuster angeordnet
sind. Die periodische Funktion kann durch eine entwickelte Fourier-Reihe
in Form von Sinussignalen eines ganzzahligen Vielfachen einer Grundfrequenz
wiedergegeben werden. Das Frequenzspektrum wird somit ein diskontinuierliches Spektrum
und ein Maximalwert der Spektrumsfrequenz wird sehr groß. Andererseits
wird das Spektrum einer aperiodischen Funktion ein kontinuierliches
Spektrum, und der Maximalwert der Frequenz des Spektrums wird niedrig.
Daher können
auf Grundlage des Maximalwerts der Frequenz in den Frequenzspektren
die Signale, die den Skalierungsmustern entsprechen, aus den Signalen
identifiziert und spezifiziert werden, die dem übrigen Abschnitt entsprechen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektronische
Pegelmeßeinrichtung
vorgesehen, die aufweist: ein Teleskop zur Kollimierung einer Nivellierlatte,
wobei die Nivellierlatte Skalierungsmuster, die in einer Vertikalrichtung
der Nivellierlatte mit einer vorbestimmten Schrittweite angeordnet
sind, und abgestufte numerische Werte entsprechend den Skalierungsmustern aufweist,
einen zweidimensionalen Sensor zur Umsetzung dieser Bilder der Nivellierlatte,
die durch das Teleskop erfaßt
wurden, in Bildsignale, wobei die Bildsignale und Bilddaten, die
zuvor abgespeichert wurden, miteinander verglichen werden, um die
abgestuften numerischen Werte zu erkennen, wodurch die Kollimierungsposition
der Nivellierlatte automatisch berechnet wird. Die Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die
Nivellierlatte verschiedene Arten an abgestuften numerischen Werten
aufweist, die sich voneinander hinsichtlich ihrer Größe unterscheiden,
daß ein
Abstand zwischen dem Teleskop und der Nivellierlatte aus der Größe der Schrittweite
der Skalierungsmuster der Bildsignale berechnet wird, und daß bestimmt
wird, welche Größe der abgestuften
numerischen Werte abhängig
von dem Abstand erkannt wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die Skalierungsmuster mit einer vorbestimmten konstanten
Schrittweite angezeigt. Wenn daher der Abstand zwischen dem Teleskop
der Nivellierlatte groß wird,
wird die Schrittweite der Skalierungsmuster in den Bildsignalen
klein. Wenn andererseits der Abstand zwischen dem Teleskop und der
Nivellierlatte klein wird, wird die Schrittweite der Skalierungsmuster
in den Bildsignalen groß.
Wenn dann ein Vorgang ausgeführt
wird, so daß der
abgestufte numerische Wert einer am meist besten geeigneten Größe aus den
abgestuften Werten verschiedener Größen abhängig von dem Abstand zwischen
dem Teleskop und der Nivellierlatte erkannt oder diskriminiert wird, können die
abgestuften numerischen Werte unabhängig davon erkannt werden,
ob der Abstand zwischen dem Teleskop und der Nivellierlatte klein
oder groß ist.
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Als
Einrichtung zum Erhalten der Schrittweite der Skalierungsmuster
werden die Bildsignale vorzugsweise einer Fourier-Transformation
in der Richtung unterzogen, in der die Skalierungsmuster angeordnet
sind. Die periodische Funktion kann durch eine entwickelte Fourier-Reihe
als eine Gruppe sinusförmiger
Signale eines ganzzahligen Vielfachens einer Grundfrequenz dargestellt
werden. Das Frequenzspektrum wird somit zu einem diskontinuierlichen
Spektrum, und ein Maximalwert der Spektrumsfrequenz wird groß. Mit anderen
Worten, wenn die Schrittweite des Skalierungsmusters in dem Bildsignal
klein ist, wird der Maximalwert der Frequenz des Spektrums groß. Wenn
andererseits die Schrittweite der Skalierungsmuster in dem Bildsignal
groß wird, wird
der Maximalwert der Frequenz des Spektrum klein. Daher kann der
Abstand zwischen dem Teleskop und der Nivellierlatte aus dem Maximalwert
der Frequenz erhalten werden.
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Andererseits
liegen die kleinen abgestuften numerischen Werte nicht außerhalb
des Blickfelds unabhängig
davon, ob der Abstand zwischen dem Teleskop und der Nivellierlatte
klein oder groß ist.
Daher werden vorzugsweise die kleineren abgestuften numerischen
Werte zuerst erkannt. Für
den Fall, daß die
Erfassung der kleineren abgestuften numerischen Werte aufgrund einer
zu kleinen Darstellung eines abgestuften numerischen Wertes in dem
Bildsignal unmöglich
ist, wird festgelegt, daß der
Abstand zwischen dem Teleskop und der Nivellierlatte zu groß ist. Das
Erkennungsobjekt wird sequentiell auf größere abgestufte numerische
Werte gewechselt.
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Die
obigen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung
und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich,
in denen zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild der Anordnung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung,
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2 eine
schematische Darstellung eines Beispiels einer Anzeige auf einer
Nivellierlatte,
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3 eine
graphische Darstellung eines Beispiels von Maximalfrequenzen, die
durch Fourier-Transformation erhalten werden,
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4 eine
graphische Darstellung, die die Änderung
der Maximalfrequenzen über
die gesamte Breitenrichtung der Nivellierlatte zeigt,
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5 eine
schematische Ansicht zur Erläuterung
des Verfahrens der Interpolation einer Kollimierungsposition, und
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6 ein
Flußdiagramm,
das die Verarbeitung gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 ein Teleskop zur Kollimierung einer
Nivellierlatte 2, die vertikal an einem Beobachtungspunkt
angeordnet ist, der vor dem Teleskop 1 liegt. Das Teleskop 1 setzt
das Bild der Nivellierlatte 2 in ein Bildsignal um das
ein elektrisches Signal ist, und gibt es zu einem Betriebsabschnitt
oder Betriebsmodul 3. Ein elektronisches Nivelliergerät gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht aus dem Teleskop 1 und dem Betriebsabschnitt 3.
Innerhalb des Teleskops 1 sind die folgenden Bauteile in
der genannten Reihenfolge ausgehend von dem vorderen Ende angeordnet, nämlich eine
Objektivlinse 11, eine Fokussierlinse 12, ein
Kompensator 13, eine Fokussierplatte 14 und ein
Okular 15. Selbst wenn das Teleskop 1 leicht nach
vorne und nach hinten (d.h. bezüglich
einer Horizontallinie) geneigt ist, dient der Kompensator 13 zur
Kompensation der Neigung, so daß die
Nivellierlatte 2 kollimiert werden kann. Auch wenn es nicht gezeigt
ist, weist die Fokussierlinse 12 eine Kreuz-Kollimationslinse
auf. Zusätzlich
weist das Teleskop 1 einen Strahlteiler 16 zwischen
dem Kompensator 13 und der Fokussierplatte 14 auf.
Somit kann das Bild der Nivellierlatte 2 in Richtung einer CCD-Kamera 17 geteilt
werden, die als zweidimensionaler Sensor dient, der seitlich bezüglich der
optischen Achse des Teleskops 1 angeordnet ist. Die CCD-Kamera 17 setzt
das Bild der kollimierten Nivellierlatte 2 in ein Bildsignal
um, das ein elektrisches Signal ist, und gibt es zu dem Betriebsabschnitt 3.
Das Bildsignal von der CCD-Kamera 17 wird durch einen Analog/Digital(A/D)-Umsetzer 31 umgesetzt
und in einem Bildspeicher 32 abgespeichert. In dem Betriebsabschnitt 3 sind
neben dem oben beschriebenen Bildspeicher 32 ein Nurlesespeicher
(ROM) 33 und ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 34 mittels
einer Busleitung mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 30 verbunden,
die einen Verarbeitungs(Betriebs-)vorgang ausführt. Zusätzlich werden die Verarbeitungsergebnisse
in dem Verarbeitungssystem 3 und das Bild der Nivellierlatte 2 auf
einer Flüssigkristallanzeige 36 mittels
einer Ansteuerschaltung 35 angezeigt. Als zweidimensionaler
Sensor kann anstelle der CCD-Kamera auch ein MOSFET-Transistor verwendet
werden.
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Wie
in 2 gezeigt weist die Nivellierlatte 2 an
ihrer Oberfläche
eine Anzeige oder eine Markierung von Skalierungsmustern M1, M2
auf, die aneinander angrenzend angeordnet sind. Die Skalierung in
jedem der Skalierungsmuster M1, M2 erfolgt in der Vertikal- oder
Längsrichtung
der Nivellierlatte mit einer vorbestimmten Schrittweite mit gleichem
Abstand voneinander. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Schrittweite
der Skalierung des Skalierungsmusters M1 die Hälfte der Schrittweite des Skalierungs musters
M2. Weiterhin sind auf der rechten Seite der Skalierungsmuster M1,
M2 dreistellige Skalierungswerte B markiert oder angezeigt. Diese numerischen
Skalierungswerte B sind in der Längsrichtung
(d.h. in der Höhe)
4 mm groß und
alle 10 mm angezeigt. Beispielsweise bedeutet die Anzeige 300, daß es sich
300 cm von dem Bodenende der Nivellierlatte 2 entfernt
befindet. Auf der linken Seite der Skalierungsmuster M1, M2 sind
numerische Skalierungswerte A angezeigt, die größer als die numerischen Skalierungswerte
B sind. Die numerischen Skalierungswerte A sind 4 cm in der Längsrichtung (d.h.
in der Höhe)
groß und
sie zeigen numerische Skalierungswerte AF an, die schwarz gefärbt sind, und
die Abfolge von jeweils 10 cm anzeigen, sowie numerische Skalierungswerte
AR, die weiß gefärbt sind
mit schwarzem Hintergrund, und die Abfolge von jeweils 1 m anzeigen.
Mit anderen Worten, der weiße numerische
Skalierungswert AR „3" mit schwarzem Hintergrund
zeigt eine Position von 3 m, und der schwarze numerische Skalierungswert
AF „1", der oberhalb von „3" markiert ist, zeigt
eine Position von 3 m und 10 cm an. Diese Bildart der Nivellierlatte 2 wird
in dem Bildspeicher 32 als digitalisiertes Bildsignal gespeichert.
Die CPU 30 führt
eine Fourier-Transformation
des Bildsignals gemäß einem
Berechnungsprogramm in dem ROM 33 in der Vertikalrichtung
aus, die die Richtung ist, in der die Skalierungsmuster M1, M2 angeordnet
sind. Wenn eine periodische Funktion einer Fourier-Transformation
unterzogen wird, kann ein Spektrum mit hoher Frequenz erhalten werden.
Andererseits kann aus einer aperiodischen Funktion nur ein Spektrum
mit niedriger Frequenz erhalten werden. Wenn daher die Fourier-Transformation
bezüglich
des Abschnitts des hochperiodischen Skalierungsmusters M1 ausgeführt wird,
kann ein Spektrum mit hoher Frequenz f1 wie in 3 gezeigt
erhalten werden. Wenn die Fourier-Transformation hinsichtlich des
Skalierungsmusters M2 ausgeführt
wird, kann ein Spektrum einer Frequenz f2 erhalten werden, die die
Hälfte
der Frequenz f1 beträgt,
da die Schrittweite M2 das Doppelte von der von M1 ist. Die Abschnitte,
in denen die numerischen Skalierungswerte A, B markiert sind, weisen
eine geringe Periodizität
auf, und daher kann nur ein Spektrum mit niedriger Frequenzgruppe
f0 erhalten werden. Wenn diese Fourier-Transformation kontinuierlich
von der linken Seite zu der rechten Seite bezüglich der Bildsignale der Nivellierlatte 2 ausgeführt wird,
ist der Maximalwert der Frequenzen der Spektren, der durch die Fourier-Transformation erhalten
werden kann, so wie in 4 gezeigt. Wie aus 4 ersichtlich,
können
durch Wiederholen der Fourier-Transformation längs der gesamten Breitenerstreckung
der Nivellierlatte 2 die Positionen der Skalierungsmuster
M1, M2 erhalten werden. Wenn die Positionen der Skalierungsmuster
M1, M2 somit erhalten wurden, wird ein Vergleich auf Grundlage der
Positionen zwischen dem Bildsignal von einem der numerischen Skalierungswerte
A und B und den Wertmusterdaten ausgeführt, die in dem RAM 33 gespeichert
sind, wodurch die numerischen Skalierungswerte in der Form von Zeichen
erkannt oder identifiziert werden. Wenn der Abstand zwischen dem Teleskop 1 und
der Nivellierlatte 2 groß ist, wird die Schrittweite
der Bildsignale entsprechend den Skalierungsmustern M1, M2 kleiner,
wodurch die Frequenz f1, f2 jeweils groß werden. Wenn der Abstand
zwischen dem Teleskop 1 und der Nivellierlatte 2 klein
ist, werden andererseits die Frequenzen f1, f2 klein. Daher wird
der Abstand zwischen dem Teleskop 1 und der Nivellierlatte 2 aus
den Frequenzen f1, f2 erhalten. Mit anderen Worten, wenn die Frequenz f1
bekannt ist, kann die Schrittweite des Bildsignals des Skalierungsmusters
M1 erhalten werden, und der Abstand zu der Nivellierlatte 2 kann
aus der Schrittweite mittels eines Stadia-Systems erhalten werden.
Der Abstand zwischen dem Teleskop 1 und der Nivellierlatte 2 kann
auch bezüglich
der Frequenz f2 in der gleichen Weise erhalten werden. Ein Mittelwert
der Abstände,
die hinsichtlich der Frequenzen f1, f2 erhalten werden, wird schließlich als
Abstand zwischen dem Teleskop 1 und der Nivellierlatte 2 genommen.
Wenn der Abstand größer als
ein vorbestimmter Abstand ist, der zuvor eingestellt wurde, wird
der numerische Skalierungswert A erkannt. Wenn der Abstand kürzer als
der vorbestimmte Abstand ist, wird der numerische Skalierungswert
B erkannt. In dieser Weise kann die Genauigkeit der Zeichenerkennung
verbessert werden.
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Wie
in 5 gezeigt ist die abschließend zu erhaltene Kollimierungsposition
die Position einer horizontalen Kollimationslinie K. Wenn daher
das Skalierungsmuster M1 verwendet wird, wird die Schrittweite P1
(beispielsweise 5 mm) aus der Nivellierlatte 2 interpoliert,
und wenn das Skalierungsmuster M2 verwendet wird, wird die Schrittweite
P2 (beispielsweise 10 mm) auf der Nivellierlatte 2 interpoliert,
wodurch die Abmessung L erhalten wird. Unter der Annahme, daß die Abmessung
L 2,5 mm beträgt,
wird der Wert 2,5 mm zu 302 cm addiert, die zuvor durch eine automatische
Ablesung des numerischen Skalierungswerts B erkannt wurden, wodurch
302,25 cm als die Kollimationsposition der Kollimationslinie K erhalten
wird.
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Neben
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist auch das folgende Ausführungsbeispiel
von der vorliegenden Erfindung umfaßt. Wie in 6 gezeigt
wird anstelle des Erhaltens des Abstands zwischen dem Teleskop 1 und
der Nivellierlatte 2 zuerst der kleinere numerische Skalierungswert B
erkannt (S1). Wenn er erkannt wurde, wird der Berechnungsvorgang
für die
Interpolation wie oben bezugnehmend auf 5 erläutert ausgeführt (S),
wodurch die Höhe
der Kollimationsposition erhalten wird. Wenn der numerische Skalierungswert
B nicht erkannt werden kann, da der Abstand zwischen dem Teleskop 1 und
der Nivellierlatte 2 zu groß ist, wird das Erkennungsobjekt
auf den numerischen Skalierungswert A umgeschaltet, um somit den
numerischen Skalierungswert A zu erkennen (S2). Danach wird wiederum
der Berechnungsvorgang für
die Interpolation ausgeführt
(S3).
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Es
ist ersichtlich, daß das
oben beschriebene elektronische Nivelliergerät die genannte Aufgabe löst und weiterhin
den Vorteil einer breiten gewerblichen Verwendbarkeit aufweist.
Es ist zu verstehen, daß das
spezielle beschriebene Ausführungsbeispiel nur
als beispielsweise Erläuterung
dient, und gewisse Abänderungen
für den
Fachmann im Rahmen der anliegenden Ansprüche möglich sind, ohne den Bereich
der Erfindung zu verlassen.