DE3215038C2

DE3215038C2 - Kalibrierverfahren für die Objektvermessung mit Theodolitenpaaren

Info

Publication number: DE3215038C2
Application number: DE3215038A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr.-Ing. 7923 Königsbronn Leitz
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1982-04-22
Filing date: 1982-04-22
Publication date: 1984-04-05
Also published as: US4510695A; JPS58191917A; DE3215038A1; CH662880A5

Abstract

Das Kalibrierverfahren (Fig. 1) dient zur Bestimmung der Entfernung (Basislänge E ↓b) zwischen zwei zur Koordinatenmessung an größeren Objekten durch Vorwärtseinschneidenden verwendeten Winkelmeßgeräten (Theodolite 1,2). Dazu wird zwischen den Meßgeräten (1, 2) eine waagerechte Meßlatte (3) aufgestellt, die mindestens drei beidseitig, d.h. von beiden Winkelmeßgeräten (1, 2) anzielbare Zielmarken (4, 5, 6) in Form von Kugeln trägt. Die Basislänge errechnet sich aus dem vorgegebenen Abstand der Marken (4, 5, 6) und den bei der Anzielung gemessenen Winkeldifferenzen. Ein Ausrichten der Latte (3) ist nicht erforderlich, da aus dem gemessenen Winkeln für unterschiedliche Markenpaare (4/5 bzw. 5/6) die Neigung der Latte gegen die Verbindungslinie der Theodolite errechenbar ist.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Basislänge für Koordinatenmessungen durch Vorwärtseinschneiden mit Hilfe mindestens zweier, in vorgegebenem Abstand aufgestellter Winkelmeßgeräte.

In »Bild der Wissenschaften« 8/1981, Seite i4, ist ein Verfahren zur Vermessung größerer industrieller Objekte beschrieben. Dabei werden zwei Theodolite mit elektronischer Datenausgabe an einen gemeinsamen Kleinrechner angeschlossen, der aus den von beiden Instrumenten gemessenen Werten für die Horizontalwinkel γ, und die Vertikalwinkel ε, für die angezielten Objektpunkte deren Koordinaten, x,y, ζ absolut berechnet. Grundlage der Berechnungen ist der Abstand der e>^r> beiden Meßgeräte, Basislänge genannt, der möglichst genau bekannt sein sollte, da durch ihn der Maßstab des Objektkoordinatensystems festgelegt wird.

Eine direkte Vermessung der Basislänge ist oftmals nicht oder nur unter unvertretbar hohem Aufwand möglich. In der Regel wird die Basislänge daher bestimmt, indem mehrere Kontrollpunkte auf dem zu vermessenden Objekt angezielt werden, aus deren bekannten Abständen bzw. Koordinaten dann die Basislänge durch eine Umkehrung des bei der eigentlichen Messung durchzuführenden Rechenverfahren ermittelt wird.

Es ist klar, daß bei dieser Art der Bestimmung der Basislänge der Meßfehler stark von der Geometrie des Objekts abhängt und in der gleichen Größenordnung liegt wie für die Gewinnung der eigentlichen Meßwerte für die Objektkoordinaten.

Anzustreben is' jedoch eine genauere Bestimmung der Basislänge, etwa in der Größenordnung der Meßgenauigkeit der verwendeten Winkelmeßgeräte.

Zur Bestimmung von Entfernungen zwischen ca. 2 m und 20 m wird in der Geodäsie häufig die sogenannte »Basislatte« verwendet, eine 2 m lange waagerechte Latte, die an beiden Enden flächige Zielmarken trägt, deren Abstand sehr genau bekannt ist und bei Wahl geeigneten Materials für die Latte auch temperaturstabil ist. Solche Latten sind u. a. in den deutschen Gebrauchsmustern 17 66 274 und 70 21 136 beschrieben.

Wiil man diese Latten zur Bestimmung der Basislänge heranziehen, so müssen sie sehr genau ausgerichtet und nach dem Anzielen durch das eine Instrument zur Anzielung durch das zweite Instrument gedreht werden. Dabei tritt aber ein Nullpunktfehler auf, da die Drehachse die Verbindungslinie der beiden Zielmarken im Allgemeinen nicht genau schneidet.

Es sind zwar auch Basislatten für geodätische Messungen bekannt, die neben den Zielmarken an den Enden eine weitere Zielmarke in der Mitte tragen. Diese zusätzliche Marke wurde jedoch bisher nicht zur Bestimmung der Basislänge mit verwendet. Sie diente vielmehr dazu den Ort der Aufstellung der Latte als Zielpunkt genau zu markieren und damit ein Ersetzen der Latte durch eine separate Zielmarke zu vermeiden.

Aus der US-PS 37 16 923 ist ebenfalls eine dort Zielstab genannte, senkrecht aufzustellende Latte bekannt, die drei Zielmarken tragen kann. Von einer Anzielung aller drei Marken zum Zwecke der Bestimmung der Entfernung zwischen Meßinstrument und Zielpunkt ist dort jedoch nicht die Rede.

In der US-PS 37 16 923 ist eine Zielfigur beschhrieben, die aus drei an einem Seil von einem Ballon senkrecht herunterhängenden Kugeln besteht. Eine solche Einrichtung ist allein schon aus Gründen mangelnder Stabilität nicht zur Bestimmung der Basislänge mit der bei der Vermessung industrieller Objekte nötigen hohen Meßgenauigkeit im Bereich einiger hundertstel Millimeter geeignet. Zur Entfernungsbestimmung werden außerdem nur zwei Kugeln angezielt, was wegen der durch die Schwerkraft bedingten senkrechten Anordnung der Kugeln auch ausreicht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das einfach und schnell durchzuführen ist und dennoch möglichst genaue Meßergebnisse liefert.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs dadurch gelöst, daß zur Bestimmung der Basislänge eine mindestens drei beidseitig anzielbare Zielmarken tragende Kalibriereinrichiung zwischen den Winkelmeßgeräten aufgestellt und vermessen wird.

Durch das Aufstellen einer Kalibriereinrichtung mit

beidseitig anzielbaren Zielmarken kann dieses zwischen den Meßgeräten aufgestellt werden, d. h. in geringerer Entfernung als das zu vermessende Objekt, so daß sich der hauptsächlich durch die Zielgfnauigkeit bedingte, quadratisch von der Entfernung des Zielobjekts abhängige Fehler der Basislängenmessung beträchtlich verringert Ein Nullpunktsfehler tritt nicht auf, da eire Kalibriereinrichtung mit beidseitig anzielbaren Zielmarken nicht gedreht zu werden braucht

Die Verwendung mindestens dreier Zielmarken, von denen zweckmäßig die dritte etwa in der Mitte zwischen den äußeren Zielmarken angebracht ist ermöglicht eine Korrektur der Verschwenkung, d. h. des Winkels, um den die Verbindungslinie der Zielmarken gegen die Senkrechte zur Verbindungslinie der beiden Meßgeräte geneigt ist Demzufolge ist eine genaue Ausrichtung der Kalibriereinrichtung nicht erforderlich. Sie wird vielmehr lediglich etwa in der Mitte zwischen den Winkelmeßgeräten aufgestellt, um den Fehler der Anzielung zu minimieren, und nach Augenmaß senkrecht zur Verbindungslinie (Basis) der Meßgeräte ausgerichtet. Die Verschwenkung wird dann durch Vergleich der Meßwerte der Winkel für jeweils unterschiedliche Zielmarkenpaare ermittelt und bei der Bestimmung der Basislänge vom Rechner mitberücksichtigt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere der verwendeten Kalibriereinrichtung, finden sich in den Unteransprüchen und werden nachstehend anhand der Fig. 1—5 der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 skizziert die geometrischen Verhältnisse zwischen den Meßinstrumenten und den Zielmarken der erfindungsgemäßen Kalibriereinrichtung;

F i g. 2 skizziert die geometrischen Verhältnisse bei einer gegenüber Fig. 1 etwas geänderten Aufstellung;

Fig. 3 zeigt die Kalibriereinrichtung aus Fig. 1 in Seitenansicht,

F i g. 4 zeigt die Kalibriereinrichtung aus F i g. 3 von der Stirnseite aus gesehen;

F i g. 5 stellt eine der Zielmarken der Kalibriereinrichtung aus F i g. 2 im Sehfeld des Teleskops eines Winkelmeßgeräts dar.

In Fig. 1 sind mit 1 und 2 ein Paar Theodolite bezeichnet, die in einer Entfernung Eb voneinander aufgestellt sind und zur koordinatenmäßigen Vermessung eines Objektes O dienen. Die Abstände dei Theodolite 1 und 2 vom Objekt O und die Basislänge Eb sind etwa gleich groß.

Zur Bestimmung der Basislänge befindet sich zwischen den Theodoliten eine Kalibriereinrichtung 3 in Form einer drei Zielmarken 4,5 und 6 tragenden Latte. Die Zielmarken 4,5 und 6 sind von beiden Theodoliten aus anzielbar und bestehen dazu aus kugelförmigen Körpern, die, wie noch beschrieben werden wird, auf die Latte aufgesetzt sind.

Die Zielmarke 5 befindet sich etwa in der Mitte zwischen den beiden äußeren Zielmarken 4 und 6, wobei die jeweiligen Abstände 4—5 und 5—6 mit a bzw. b bezeichnet sind.

Zur Bestimmung der Basislänge Eb als Vektorsumme der Abstände Ei imd E2 der Theodolite 1 und 2 zur minleren Zielmarke 5 werden zuerst durch Anzielung der drei Zielmarken 4, 5 und 6 von dem Theodoliten 1 aus die Winkel <X\,ß\ und durch Anzielung vom Theodoliten 2 aus die Winkel ai und/?2 bestimmt. Diese Winkel sind in der Regel auch dann voneinander verschieden, wenn die Abstände a und b der Marken 4,5, und 6 exakt gleich sind, da die Latte 3 gegen die Verbindungslinie der Theodolite 1 und 2 geneigt und verschoben sein kann, so daß die Marke 5 nicht genau auf dieser Verbindungslinie liegt. Die Neigungswinkel y\ und γι gegen die Verbindungslinie der Mittelmarke 5 mit den beiden Theodoliten 1 und 2 lassen sich aber aus der Differenz der Winkel <x und/?nachfolgender Formel berechnen:

tan

bcotß-acota a + b

Nach Ermittlung der Werte für y lassen sich dann auch die Längen der beiden Teilstrecken E1 und El berechnen:

b cosjßi + π/4 - ) ₌ a cos (g,--/r/4+ y,)

sina,

aus denen sich dann die Basislänge Eb durch vektorielle Addition nach bekannten trigometrischen Formeln ergibt.

Wie Fig. 2 zeigt ist es nicht erforderlich, daß Sichtkontakt zwischen den zur Vermessung benutzten Theodoliten besteht, deren Abstand bestimmt werden soll. Selbst wenn sich z. B. eine Wand 7 zwichen den Instrumenten 11 und 12 befindet, kann die Latte 13 in Richtung auf das Objekt O verlagert so aufgestellt werden, daß die beiderseitige Anzielung der drei Zielmarken bei feststehender Latte gewährleistet ist.

In Fig. 3 und 4 ist eine Ausfiihrungsform der Kalibriereinrichtung 3 bzw. 13 aus F i g. 1 bzw. 2 detaillierter dargestellt. Sie besteht aus einem rohrförmigen Träger 14, der in seinem Inneren eine rechteckige Latte 15 aus temepraturstabilem Invar enthält. Die Latte 15 trägt drei Stege 16, 17 und 18, die aus dem Trägerrohr 14 herausgeführt sind. Auf diesen Stegen 16—18 sind jeweilsdrei Kugeln 19a—c, 20a—c und 21a—c aus Aluminiumoxyd befestigt, die als Zielmarken dienen. Das Trägerrohr 15 besitzt außerdem einen Zapfen 22, mit dem die Kalibriereinrichtung schwenkbar auf ein Stativ oder dergleichen aufgesetzt werden kann. Da die Meßlatte mehrere Kugein 19a —cals Zielmarken an den Enden und in der Mitte der Meßlatte trägt, die alle nacheinander angezielt werden, ist es möglich die Basislänge Eb aus mehreren Winkelmessungen abzuleiten. Dies erhöht die Meßgenauigkeit und bietet außerdem die Möglichkeit, fehlerhafte Anzielung zu erkennen.

Denn da die Kugeln genau bestimmte Abstände voneinander besitzen, können im Rahmen eines Kontrollprogramms die aus den Meßwerten berechneten Abstände innerhalb der Kugeltripel mit ihren Sollwerten verglichen und bei Abweichung zum Ansieuern einer entsprechenden Fehleranzeige benutzt werden.

Wie F i g. 5 zeigt lassen sich die kugelförmigen Zielmarken 19—21 sehr gut mit dem Fernrohr eines Theodoliten anzielen. Sie bieten dem Betrachter immer ein kreisförmiges Profil, das sehr gut gegen das Fadenkreuz 23 des Meßgeräts zentriert werden kann. Sie erlauben daher eine sichere Anzielung ein und desselben Raumpunktes, nämlich des Kugelmittelpunktes aus allen Richtungen.

Zur Erleichterung des Anzielvorganges können — hier nicht dargestellte — Reiter auf das Trägerrohr aufgesetzt werden, an denen eine vorzugsweise farbige

Platte befestigt ist, die für die Zielmarken 19—21 als kontrastierender Hintergrund wirkt. Diese Platten werden durch eine Bedienperson je nach Anzielung durch das vor oder hinter der Latte 14 angeordnete Winkelmeßgerät umgesetzt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Basislänge (Eb) für Koordinatenmessuiigen durch Vorwärtseinschneiden mit Hilfe mindestens zweier, in vorgegebenem Abstand (Basislänge Eb) aufgestellter Winkelmeßgeräte (1,2), dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Basislänge (Eb) eine mindestens drei beidseitig anzielbare Zielmarken (4, 5,6) tragende Kalibriereinrichtung (3) zwischen den Winkelmeßgeräten (1, 2) aufgestellt und vermessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibriereinrichtung (3) etwa in der Mitte zwischen den Winkelmeßgeräten (1,2) aufgestellt und so ausgerichtet wird, daß die Verbindungslinie der Zielmarken (4, 5, 6) etwa senkrecht zur Verbindungslinie der Winkelmeßgeräte (1, 2) steht, und die Abweichung von der Senkrechten durch Vergleich der Meßwerte der Winkel λ, β für jeweils unterschiedliche Zielmarkenpaare (4, 5; 5, 6) ermittelt und zur Basisbestimmung mitverwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1—2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielmarken aus mehreren Einzelmarken (19a, b, c; 20a, b, c; 21a, b, c) in genau festgelegten Abständen bestehen, die nacheinander angezielt werden, und daß die im Rahmen eines Kontrollprogramms berechneten Abstände der Einzelmarken mit Sollwerten verglichen werden.

4. Kalibriereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibriereinrichtung als Basislatte mit geringer Wärmeausdehnung ausgeführt ist und mindestens drei Zielmarken trägt, deren Profil im wesentlichen unabhängig von der Anzielrichtung ist.

5. Kalibriereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Zielmarken hochsymmetrische, 3-dimensionale Köper wie Kugeln (19, 20, 21) bzw. Zylinder verwendet sind.

6. Kalibriereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Zielmarken (19a. b, c;20a. b. c:2\a, b,c)an den Enden und etwa in der Mitte der Kalibriereinrichtung angebracht sind.

7. KalibriereinrichtuRg nach Anspruch 4—6, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der Zielmarken anbringbare, farbige Platten als Hintergrund vorgesehen sind.