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Nivelliergerät mit spiegelndem Flüssigkeitshorizont. Die Erfindung
betrifft ein Mießgerät, bei dem die wagerechte Richtung mit Hilfe eines spiegelnden
Flüssigkeitshorizontes bestimmt wird. Geräte dieser Gattung sind bereits bekannt
geworden.
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Bei dem einen wird ein Flüssigkeitspiegel dazu verwandt, das vom Objektiv
des Geräts entworfene Bild eines Gegenstandes in dem Felde einer Zielmarke abzubilden.
Ein go' ablenkendes Winkelspiegelprisma dient dazu, den im wesentlichen senkrecht
verlaufenden Strahlengang des Geräts wagerecht abzu.lenken. Dieses Gerät ist für
die Bestimmung der wagerechten Richtung nur brauchbar, wenn seine Zielmarke sich
im optischen hEttelpunkt des Objektivs befindet und wenn ferner die Ab-
lenkung
des Winkelspiegels genau go' beträgt. iMit diesem optischen Aufbau werden also Vor"
aussetzungen an die Unveränderlichkeit der Anordnung und Bildwirkung der optischen
Teile des Meßgeräts bedingt, von denen es seit einiger Zeit bekannt ist, daß sie
sich praktisch nicht erfüllen lassen. Das Meßergebnis eines derartigen Geräts wird
daher falsch, wenn seine optischenTeile, den natürlichen Einflüssen folgend, sich
verändern, d. h. werm der Winkelspiegel des Geräts eine andere Ablenkungseigenschaft
aJs go' bekommt oder die Lage der Zielmarke im Bildfeld sich verändert. Die Verwendung
ähnlicher hochwertiger Meßgeräte hat
ergeben, daß es kein Mittel
gibt, die Ursachen solcher Veränderungen der optischen Teile des Meßgeräts als auch
ihren fel-Aerhaften Einfluß auf das Meßergebnis auszuschließen. Es hat ,ich ferner
gezeigt, daß solche Veränderungen 2twa ebenso sicher wirksam werden, wie der Wechsel
der Tageseinflüsse beim Gebrauch des Meßgeräts. Hierzukommt, daß f ür G&äte
dieser Axt der optische Aufbau in erster Linie nach lern Gesichtspunkt bestimmt
wiid, durch die Verwendung möglichst unempfindlicher opischer Teile wie Winkelspiegel
u. dgl. die Änlerung der Ablenkungseigenschaften dieser Teile nöglichst auszuschließen.
Andererseits sind .n dem Aufbau des optischen Systems der be-:iannten Geräte dieser
Art keine Mittel berück-;ichtigt, mit denen der Messende die beim :;ebrauch allmählich
doch eintretenden Verinderungen der optischen 'Teile seines Meß-,eräts ihrem Winkelwerte
nach erkennen und den fehlerhaften Einfluß auf das Meßergebnis ausschalten kann.
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Auch das Nivelliergerät der Erfindung betrifft wie die vorerwähnten
Geräte die Verbindung eines Planspiegelsystems mit einem Fernrohrsystem. Auch bei
ihm ist eine Fläche des Planspiegelsystems als Flüssigkeitshorizont ausge,-bildet.
Der wesentliche Unterschied des Erfindungsgegenstandes liegt in dem optischen Aufbau
des Nivelliergerätes. Er ist so gestaltet, daß alle das Meßergebnis fälschenden
Lageänderungen der optischen Teile des Geräts beim Durchblick durch das Gerät vom
Messenden sofort erkannt und durch den selbst ausgeglichen werden. Damit wird das
Meßergebnis frei von Voraussetzungen, wie sie die angeführten Patentschriften bedingen,
denn das vorliegende Nivelliergerät verwendet keine optischen Teile, die eine bestimmte
Ab-
lenkungseigenschaft oder unveränderliche Anordnung verlangen, beides wird
beim Meßvorgang bestimmt.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt,
und zwa-r zeigen: Abb. i und 4 je einen Längenschnitt des Nivelliergeräts
nach diesen beiden Ausführungsbeispielen, Abb. 2, 3, 5, 6, 7 Einzelheiten.
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Die Aufgabe des Nivelliergeräts verlangt, seine Sehlinie x-x, wagerecht
zu richten, dahei muß beim Du-chblick durch das Gerät, der Messende jede meßbare
Abweichung der Sehlinie von der wagerechten Richtung unmittelbar erkennen und durch
den iMeßvorgang- ausgleichen können.
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Der optische Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels (Abb. i.) ist
folgender: In de..-- Bildebene eines Fern-ohrsystems befinden sich auf der Vorderfläche
zweier Prismen d und d, die beiden Marken e und f. Sie können
wagerechte Striche sein. Die, Marke, f wird in der durch die wagerecht verlaufende
Schnittlinie der beiden Prismen d und d,. gebildet. Die Marke e liegt, #;-on
der optischen Achse aus gesehen, senkrecht über f. (Vgl. Abb. 2, in
der das Gesichtsfeld von Abb, i dargestellt ist.) Mit Hilfe eines in sich zurückkehrenden
Strahlenganges (Autokollimation) sollen jetzt die beiden Marken e und
f ' eine zweifache, optisch verschiedene Abbildudg erfahren. Die Beleuchtung
der Mai-ken geschieht zunächst durch die beiden Prismen d und di, die sich in optischer
Berührung befinden und de.--en Berührungsfläche etwa mit halbdurchlässigerVer#Überung
versehen ist, um den geraden Durchblick- auch zu ermöglichen. Vor dem Objektiv
b des Fernrohrs (Abb. i) befinden sich zwei Planspiegel a und e, von
denen der Spiegel a ungefähr senkrecht zur optischen Achse und fest im Fernrohrkörper
angeordnet ist, während der Spiegel c ein Flüssigkeitshorizont ist, dessen Oberfläche
n-n im Ruhezustand die wagerechte Ebene verkö--.pert, zu der die Sehlinie x-x, parallel
zu richten ist. Der Spiegel iz ist in der Abb. i als planparallele Verschlußplatte
des Fernrohrs ausgebildet, die auf ihi-er dem Objektiv b zugekehrten Seite
mit einem Vdrsilberungsstreifen a (Abb. 3) versehen ist, während der übrige
Teil dieser Platte für den geraden Durchblick frei ist.
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Um die Wirkungsweise dieses Planspiegelsystems in Verbindung mit dem
Objektiv b
(Abb. i) für die in sich zurückkehrende Ab-
bildung der Bildfeldmarke
e, und f zu erkennen, sind in der Abb. i zwei Strahlenbündel s, und s, eingezeichfiet,
deren Verlauf folgender ist - - Das Strahlenbündel s" von der Marke e ausgehend,
gelangt nach dem Durchtritt du,-ch das Ob-
jektiv b und nach den Reflexionen
an den Spiegeln a und c in seinen Ausgangspunkt zurück, wenn der 'Winkel a
= go' ist. Ist der Winkel a von go ' verschieden, dann kelii t das
Strahlenbündel si nicht in sich selbst -zurück. Die Abbildung der Marke
c wird also im Bildfeld des Fernrohrs mit der Marke e, eine Ab-
weichung
zeigen, die doppelt so groß ist als die Abweichung des Winkels a von go'. Der Messende
hat in diesem Falle die Aufgabe, das Fernrohr mit Hilfe der Schraube in um die Achse
o zu drehen, bis das Bild von c mit der ,Marke e, zusammenfällt. jetzt beträgt
der Winkel a. zwischen den Pl anspiegeln a und c go '. Die zweite Abbildung
kommt durch das Strahlenbündel s2 zustande, in dem die Marke f,
ohne an der
Flüssigkeitsoberfläche o reflektiert zu werden, in sich zurückkehrend abgebildet
wird. Für diese Abbildung gilt folgendes: Nur wenn die, Maxke f in der optischen
Achse des Nivelliergeräts liegt, wird ihr durch s, bewirktes Abbild mit der Maike
f selbst zusammenfallen. In jedem anderen Falle liegt das Bild diesei Marke
f symmetrisch zur Horizontalebene. Durch Verstellen der Schraube
1 kann dann der-
Markenträger d"d, solange senl#Techt verschoben
werden, bis die Marke f mit ihrem durch s. erz ugten Abbild zusammenfäUt.
jetzt be-Adet sich das Nivelliergerät nach Abb. i in folgendem Zustand: Seine optische
Achse, dic gebildet wird durch die Marke f und den optischen Mittelpunkt
des Objektivs b, steht senkrecht zum Spiegel a, der wiederum- durch die Parallelrichtung
der Strahlenbündel s, senkrecht zum Flüssigkeitshorizont c steht. Damit ist der
Meßvorgang vollendet, denn die optische Achse des Geräts steht in der wagerechten
Richtung, wofür der Messende beim Durellblick durch das Gerät ein sofort wahrnebmbares
Kennzeichen darin hat, daß die Marken e und f mit ihren Abbildungen zusammentallen.
Zur Beobachtung der beiden Marken dient das Okula.r k.
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Die Genauigkeit dieses Meßvol gangs ist hie-,-gegenüber dem bekannter
Nivelliergeräte verdoppelt, denn der Richtungsunterschied der optischen Achse gegen
die Wagerechte ergibt in jeder Lage des Geräts eine gegenseitige Winkelabweichung
der beiden Maxken e, und f
von ihren entspcechenden Abbildungen, die doppelt
so groß ist als die Abweichung de-Ziellinie von der wagerechten Richtung.- Durch
den freien Teil des Objektivs, der nicht von dem Spiegelstreifen a bedeckt wird,
kann das Bild der Nivelherlatte im Gesichtsfeld des Fernrohrs entworfen werden.
Der Schnittpunkt der Marke f mit dem Einteilungsbild der Latte zeigt den
Ort gleicher Höhe am Lattenstandpunkt.
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Die Abb. 4 mit ihren Nebenabbildungen 5
bis 7 zeigen
ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Um das Objektiv b besser-
ausnutzen zu können als in der ersten Ausführung (Abb. i), wird noch ein weiterer
Planspiegel a verwandt. Damit kann der Flüssigkeitshorizonte in der Abb. 4 außerhalb
der freien Öffnung des Objektivs b liegen. An der wesentlichen Grundlage
des vorstehend geschilderten Aufbaues wird durch die zusätzliche Verwendung des
Spiegels a in der Abb. 4 auch jetzt nichts geändert, denn seine Neigung gegen den
Flüssigkeitshorizont c ist belanglos. Alle Strahlen erfahren an diesem Spiegel zwei
gleichaxtige Reflexionen, so daß Lageänderungen von a sich gegenseitig aufheben,
nur muß die Senkrechte des Spiegels a - seine Spiegelachse -in oder
nahe der senkrechten Ebene verlaufen. Der Spiegel a wird in Abb. 4 also zu einem
unempfindlichen Zusatzglied, das die Aufgabe bat, die Reflexionen der Strahlenbündel
s, unter einem günstigen Winkel zu ermöglichen, womit der streifende Reflexionswinkel
der Abb. i vermieden wird. Die Neigung des Spiegels a in Abb. 4 beträgt zweckmäßig
67,5' gegen die optische Achse. In Abb. 4 wird der Spiegel a der Abb. i durch
i
einen Versilberungsstreifen an der ebenen ob- i jektseitigen Begrenzungsfläche
des Objektivs b
ersetzt. Statt dessen könnte auch ein neuer Planspiegel zwischen
a und b der Abb. 4 eingeschaltet werden, ohne daß eine Störung des Aufbaues
eintritt der hier überhaupt noch mannigfaltige Abänc ierungen des optischen Auf-1)9,1-les
Zuläßt.
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In der Abb. 4 muß der Versilberungsst--.eifen des Objektivs
b, der etwa die gleiche B-.-eite wie der des Spiegels a besitzt, halbdLi--,-cblässig
sein, damit eben so viele St-ahlens, zum Spiegel a durchtreten könneii, wie Strahlen
s. unmittelbar reffel,--tiert werden.
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Bei diesem Aufbau (Abb. I.) ergibt sich ferner der Vorteil,
daß die beiden in sich zurück# kehrenden Strahlenbündel si und s. von einer
.Marke e ausgehen können, die als wagerechter Strich e (s. Abb. 5 und
6) in oder nahe der op--tischen Achse x-x, auf der Glasplatte d angeordnet
ist. Die planparallele Glasplatte g, die in Abb. 4 zwischen Augen- und Sammellinse
des Okulars k eingebaut ist, dient zur Beleuchtung der Bildfeldinarke e.
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Für den ivleßvorgang des Nivelliergeräts nach Abb. 4 bis
.7 gilt im Grundsatz das gleiche wie für den nach Abb. i bis 3. Die
Verwendung des Geräts ist folgende -
Mit Hilfe der Dosenlibelle it wird dem
Gerät die ännähernd wagerechte Einstellung seiner optischen Achse mittels der Dreifußsdlirauben
i, i, gegeben. Mit der Tangentensch:raube in wird die Parallelrichtung der Strahlenbündel
s, eingestellt, indem man die im Gesichtsfeld wahrnehmbare Abweichung der Maxke
e von ihrem Abbild auf diese Weise ausgleicht. jetzt beträgt wieder der Winkel
a, den die Flächen des wirksa-inen Doppelspiegels einschließen, go'. Die
Fläche c ist hier wieder der Flüssigkeitshorizont.
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Bleibt nach diesem Meßvorgang noch eine Abweichung der Marke e von
ihrem Abbild übrig, so ist -dies ein Zeichen dafür, daß die Marke
c nicht in der optischen Achse des Geräts liegt. Eine solche Abweichung entsteht
dann, wenn das unmittelbar an dem Versilberungsstreifen des Objektivs
b reflektierte Strahlenbündel s. Üach der Umkehrung seines Richtungssinnes
nicht paxallel zu seiner ursprünglichen Richtung verläuft. In der Abb.
6, die das Gesichtsfeld des Geräts nach Abb. 4 da:rstellt, -wird eine solche
Abweichung der Marke o
mit ihrem Abbild veranschaulicht. Wollte man diese
Abweichung ausgleichen, so wäre dazu eine entsprechende E inrichtung nötig,
wie sie in Abb.-i durch die Schraube 1 veranschaulicht ist. In Abb. 4 ist
diese Einrichtung fortgelassen, denn es ist aus dem Strahlenverlauf zu erkennen,
daß die nach dem ersten Einstellungsvorgang mit Hilfe der Schraube in noch übrigbleibende
Abweichung der Marke c von ihrem Abbild symmetrisch zur Horizontalrichtung
verläuft. In Abb. 6 kommt dies zum Ausdruck. Die
optische
Achse #t-it des Goi äts liegt genau in du
Mitte zwischen den beiden Markenbildern
c und verläuft in der Horizonta.1richtung. Diese kann durch Schät7en bestimmt
we- den, weil es sich praktisch immer erreichen läßt, daß die in sich zurückkehrenden
Sttahlenbündel s., nahezu paxallel verlaufen, indem man von vornlie.ein die
Maxke e in der optischen Achse des Fernrohrs anordnet.
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In der Abb. 4 ist ferner noch eine EinrichtunL, zu erkennen, die sich
auf eine besonde: c Meß -methode mit diesem Gerät bezieht. Vor dem Objektiv
ist eine Blende p angeo2dnet, die durch einen beliebigen Antrieb um ih--e Achse
q gedreht werden kann. Diese Blende P ist in Y
gelagert und besteht aus undu--chsichtigem
Werkstoff. Sie ist zweckmäßig kreisförmig und besitzt eine oder mehrere Öffnungen,
so daß bei der Drehung der Blende der freie Dul:chbli*ck durch (la.9 Gerät eine
Zeitlang verdeckt wird. Diese Stellung ist - in Abb. 4 gezeichnet. Solange
eine Öffnung der Blende P vor dem Objektiv vorübergleitet, ist der Durchblick
durch das Gerät frei.
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Bei der Drehung der Blende p wird folgende-Vorgang vom Messenden wahrgenommen:
Ab-
wechselnd e- scheint die Marke e bzw. ihr durch Autokollimation entstehendes
Abbild deutlich, je nachdem der Durchblick durch das Gerät frei oder verschlossen
ist. Dieser Vorgang stellt sieh dem Messenden durch fortgesetztes Springen der Miarkenbilder
bei Abweichungen der optischen Achse von de--, Horizontalrichtung dax. Durch den
beschTiebenen Meßvorgang wird diese scheinbare Bewegung der Markenbilder ausgeglichen,
was vollständig geschehen kann, wenn, wie in Abb. i, eine Schraubc 1 vorhanden
ist. Beim Gerät nach Abb. 4 fehlt diese Einrichtung und es wird daher häufig eine
Bewegungsersebeinung der Marke e bei der Drehung der Blende P übrig bleiben, die
sich durch Betätigen der Schraubem Weht ausgleichen läßt. In diesem Falle sorgt
man durch Schätzen der Mitte für den, Ausgleich.
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In der Beschreibung dieses Nivelliergeräts sind die Spiegel
a der Abb. 1, 3, 4 und 7 als planparaHeleVerschlußplatten dargestellt.
Streng genommen wird mit dieser Durchbildung der Grundgedanke für den Aufbau des
Geräts insofern durchb--ochen, als die Abweichungen der Endflächen diese Platten
a von ihrer ir sp---ünglich parallelen Richtung beim Meßvo---gang nicht miterfaßt
werden können. Man b--aucht aber diese Spiegel a nicht als Vg-Schlußplatten des
Systems auszubilden, sondern nur als schmale, einfache oder auch Dachspiegel, um
den optischen Aufbau des Nivelhergerätes so zu gestalten, daß der Messende beim
Durchblick durch das Gerät die Lageänderungen aller seiner optischen Teile sofort
erkennen und ihre Wirkung auf das Meßergebnis ausschalten kann.
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Uni den Flüssigkeitsspiegel c vor Verdampfen zu schützen, kann der
Raum zwischen a und b
entweder luftleer gemacht oder mit einer Flüssigkeit
ausgefüllt werden, die auf dem Flüssigl#:eitsbo---izont schwimmt, z. B. Glyzerin
oder Zedernholzöl. In diesem Falle ist der Flüssigkeitsho--izont die Trennungsfläche
zweier Flüssigkeiten mit optisch verschiedener Dichte.
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Den Flüssigkeitshorizont nicht unmittelbax selbst als Spiegelfläcbe
zu vei-wenden, sondern durch ein Spiegelsystem zu ersetzen, dessen Lageänderungen
durch die Oberfläche einer Flüssigkeit beeinflußt werden, gilt als im Sinne dieser
Erfindung.