DE2135882B2 - Nivellierinstrument mit Fernrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Nivellierinstrument mit Fernrohr, bei dem der die Höhenmessung beeinflussende anallaktische Punkt oder Kippunkt außerhalb der vertikalen Drehachse des Fernrohrs liegt und das ein optisches Mikrometer mit einem optischen System zur Abbildung der Mikrometeranzeige besitzt.

Es ist bekannt, zur Ausschöpfung der theoretisch möglichen Meßgenauigkeit bei Nivellierinstrumenten den anallaktischen Punkt der Höhenmessung und die Meßmarke in die vordere Hauptebene des Fernrohrobjektivs und diese in die vertikale Fernrohrdrehachse zu legen. Eine derartige Ausbildung der Nivellierinstrumente bringt jedoch einen ungünstigen einseitigen Aufbau bezüglich der Drehachse mit sich. Außerdem wird dadurch die Konstruktion bzw. optische Anordnung ungünstig beeinflußt. Aus diesen Gründen haben Nivellierinstrumente mit theoretisch günstigem Aufbau bisher kaum Eingang in die Praxis gefunden.

Es ist auch bekannt, durch eine besondere Ausgestaltung des Fokussiergliedes die Lage des anallaktischen Punktes oder Kippunktes im wesentlichen so zu fixieren, daß er zumindest angenähert unveränderbar ist und über der Instrumentenkippachse liegt. Diese Anordnung ist jedoch an die optische Konstruktion des Fernrohrs gebunden und nicht in jedem Fall anwendbar.

Zur Vermeidung dieser Mängel hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Nivelliergerät zu schaffen, mit dem eine höchstmögliche Meßgenauigkeit erreicht wird, obwohl anallaktischer Punkt der Höhenmessung und vertikale Drehachse nicht zusammenfallen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im optischen System des Mikrometers eine Kompensationsvorrichtung angeordnet ist, die bei Kippung des Nivellierinstruments den infolge der Ablage des anallaktischen Punktes oder Kippunktes von der Drehachse entstehenden Höhenfehler bei der Mikrometeranzeige kompensiert.

Die Erfindung beseitigt also nicht die Ursachen, sondern die Auswirkungen der genannten Instrumentenfehler und gewährleistet somit einen günstigen, die MeßgenauigkeH fördernden Instrumenienaufbau.

Die Art der im Mikrometer verwendeten Kompensationsvorrichtung ist unerheblich. Es kann die Sirichteilung oder der Index des Mikrometers, das Mikrometerobjektiv oder Teile davon, ein Teil eines im Mikrometer ■) vorgesehenen Reflexsystems oder das gesamte Reflexionssystem pendelnd angeordnet sein.

Ist das Nivellierinstrument mit einem selbsttätigen Ziellinienregler ausgestattet, so ist vorteilhaft die Kompensationsvorrichtung mit diesem verbunden. κι Dabei ist es günstig, wenn die Mikrometeranzeige im Fernrohrokular erscheint. Bei geeigneter Ausbildung des Mikrometers ist es möglich, die Qualität der Horizontierung des erfindungsgemäßen Nivellierinstruments zu prüfen.

ι > Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 Skizzen zur Erklärung des Prinzips,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Nivellierinstru-2(i ment,

Fig.4 eine Draufsicht auf die im Teil B der Fig. 2 enthaltenen Optikbauteile,

Fig.5 die Träger der Ablesemarke und der Mikrometerskala,

_>-> Fig. 6 das Okulargesichtsfeld des Nivellieiinstruments.

In Fig. 1 ist ein Objektiv U eines im übrigen nicht dargestellten Nivellierinstruments mit der optischen Achse O—O infolge der überhöht gezeichneten jo unvermeidlichen Schiefe der Stehachse 5—5 außerhalb einer Horizontalebene H—H gelegt. Der anallakiische Punkt oder Kippunkt A der Höhenmessung befindet sich in Abständen a und Ah von der Stehachse 5—5und der Horizontalebene H-H; er ist derjenige Punkt, j-, durch den sämtliche horizontalen Zielgeraden verlaufen. Die optische Achse O—O schließt mit der Horizontalebene H—H einen Winkel λ ein. Beim Drehen des Objektivs L\ um die Stehachse 5—5bewegt sich der anallaktische Punkt auf einer zur Horizontal-4(i ebene um einen Winkel α geneigten Kreisbahn. Da der Winkel λ klein ist, ergibt sich die Ablage des anallaktischen Punktes A von der Horizontalebene H—H'm Abhängigkeit von der Drehung zu

l/l = (Γ \. (1)

Die Ablage Ah soll nun in Abhängigkeit von der Instrumentendrehung um die Stehachse 5—5, dem Abstand a und der Neigung <x in jedem Fall der Messung selbsttätig beseitigt werden. Hierfür kommt eine Kompensationsvorrichtung zur Anwendung.

Hat die Kompensationsvorrichtung gemäß F i g. 2 die Form eines einfachen Pendelspiegels P, der im parallelen Strahlengang eine Linse Li mit der optischen Achse O2—O2, der Brennweite /"und der Brennebene E angeordnet ist, so kompensiert dieser eine Ablage von

I/i =/·2λ.

(H)

worin λ die Neigung des Pendelspiegels /'(Instrumentenneigung) ist. Setzt man die Gleichungen I und II einander gleich, so ergibt sich, daß für

■' ~ ϊ

(Ml)

die Ablage Ah in jedem Fall kompensiert wird. Bei Anwendung eines !Compensators mit anderer Gestalt

und anderen Kompensationseigenschalten wird diese Beziehung in der Regel anders lauten.

In Fig.3 ist auf einem Dreifuß 1 ein Gehäuse 2 um eine Achse Si-S₃ drehbar gelagert, das einerseits vor einem in einer Fassung 3 befindlichen Objektiv 4 eine öffnung 5 und eindererseits einen Okularstützen 6 mit einem Okular 7 besitzt. Das Objektiv 4 ist mit Hilfe von Führungen 8; 9; 10; 11 in durch einen Doppelpfeil C angezeigten Richtungen verschiebbar und arretierbar angeordnet. Die Führungen 10; 11 sind mit Ausnehmen- ι ο gen 12; 13 versehen. Am Objektiv 4 sind eine Zielmarke 14 und ein mit einer Trennfläche 15 versehener optischer Würfel 16 angeordnet. Die Zielmarke 14 liegt in der optischen Achse Ch-Ch des Objektivs 4, an dessen Fassung 3 der durchsichtige Träger 17 einer Mikrometerteilung 18 (Fig.5) befestigt ist. Der optische Würfel 16 ist an zwei benachbart liegenden Flächen mit lichtundurchlässigen Belägen 19; 20 versehen, die sich hinsichtlich ihrer Größe zum Querschnitt der den Würfel durchsetzenden Abbildungsstrahlenbündel ergänzen.

Das Objektiv 4 und das Okular 7 sind wesentliche optische Bauteile eines Femrohrsystems, dessen anallaktischer Punkt mit der Zielmarke 14 zusammenfällt, zu dem noch ein in etwa der halben Objektivbrennweite angeordneter Pendelspiegel 21, die Zielmarke 14, die Trennfläche 15, eine in der Fassung 3 gelagerte Linse 22, ein rechtwinkliges Prisma 23 und ein abbildendes optisches Glied 24 gehören. Eine Glasplatte 34 befindet sich in der dingseitigen Ebene des Okulars 7. Die gemeinsame optische Achse der Linse 22, des optischen Gliedes 24 und des Okulars 7 ist abgewinkelt und mit O₄ - Oa bezeichnet; sie hat den Durchstoßungspunkt der Achse Ch-Ch durch die Trennfläche 15 mit dieser Achse gemeinsam. Die in F i g. 3 hinter der Zeichenebene liegend zu denkende Aufhängung 2.5 des in einer Fassung 26 befindlicnen Pendelspiegels 211 ist erkennbar. Ein Kolben 27 ist über ein mit einer Ausnehmung 28 für den Fernrohrstrahlengang versehenes Zwischenstück 29 an der Fassung 26 befestigt und gleitet in einem Zylinder 30. Kolben 27 und Zylinder 30 bilden die Luftdämpfungsvorrichtung zur Dämpfung der Schwingungen des Pendelspiegels 21 mit dem über ein weiteres Zwischenstück 31 ein in einer Fassung 32 befindlicher kleiner Spiegel 33 starr verbunden ist, so daß er an den Schwingungen des Pendelspiegels 21 teilnimmt. Pendelaufhängung 24 und Dämpfungsvorrichtung 27; 30 sind auf einem gemeinsamen Träger 35 befestigt, mit dem eine Zahnstange 36 starr verbunden ist, in die ein am Gehäuse 2 gelagertes Ritzel 37 eingreift. so

Die mit Belägen 19; 20 versehenen Flächen des Würfels 16 und damit die Zielmarke 14 befinden rieh in der dingseitigen Brennebene der Linse 22; im abgewinkelten Strahlengang besteht zwischen der Linse 22 und dem optischen Glied 24 paralleler Strahlengang. Durch das optische Glied 24 werden die Abbildungsstrahlen in der Okularbildebene vereinigt. Die dort entstehenden Bilder sind mit dem Okular 7 betrachtbar. Entstehen die Bilder hinter oder vor der Okularbildebene, so kann durch Drehen des Ritzels 37 von außen über die Zahnstange 36 der Träger 35 und damit der Pendelspiegel 21 so lange verschoben werden, bis die im Okular 7 erscheinenden Bilder scharf eingestellt sind.

Der Spiegel 33 befindet sich im parallelen Strahlengang eines Abbildungssystems 38, in dessen Brennebene nebeneinander die Mikrometerteilung 18 auf dem Träger 17 und ein Index 39 auf einem lichtdurchlässigen Träger 40 (F i g. 5) angeordnet sind. Die Mikrometertei-•ung 18 befindet sich außerdem in der dingseitigen Brennebene einer mit einem rechtwinkligen Prisma 41 verkitteten Linse 42. Eine weitere Linse 43 ist in der Fassung 3 so angeordnet, daß sie eine gemeinsame optische Achse O5— O-, mit der Linse 42 hat und daß sich die den Belag 19 tragende Fläche des Prismenwürfels 16 stets genau im Abstand der Brennweite der Linse 43 von dieser Lin<.e befindet. Die Mikrometerteilung hat jeweils einen Punkt mit der optischen Achse O₅-O5 gemeinsam, zu der die optische Achse C\—Ck des Abbildungssystems parallel ist (Fig. 4). Mikrometerteilung 18 und Index 39 sind symmetrisch zur Achse Ot,- O₄ angeordnet; die optischen Achsen Ch-CH und O₆-O₆ sowie der Index 39 liegen bei genauer Vertikalstellung der Achse S^-S? in einer Ebene.

Der Index 39 wird mit Hilfe eines außeraxialen, durch den Hauptstrahl 44 in F i g. 4 dargestellten Lichtbündels durch das Abbildungssystem 38 und über den kleinen, pendelnd aufgehängten Spiegel 33 auf die Mikrometerteilung 18 abgebildet. Der Spiegel 33 sorgt dafür, daß bei Neigung des Gehäuses 2 in der Zeichenebene um einen Winkel α die Teile des Hauptstrahls 44 vor und nach der Reflexion am Spiegel 33 einen Winkel 2« einschließen. Die Linsen 42; 43 bilden gegebenenfalls durch die Ausnehmungen 12; 13 das Bild des Index 39 und die Mikrometerteilung 18 auf die mit dem Belag 19 versehene Fläche des Prismenwürfels 16 ab. Außerdem bildet das Objektiv 4 ein entfernt liegendes, nich; dargestelltes Ziel über den Pendelspiegel 21 auf die mit dem Belag 20 versehene Fläche des Prismenwürfels 16 ab. Durch die Beläge 19 und 20 werden die so entstandenen Bilder beschnitten, und zwar so, daß der herausgeblendete Teil des einen Bildes durch den nicht herausgeblendeten Teil des anderen Bildes ersetzt wird. Beide Bilder werden über das optische System 22; 24 in die Okularbildebene abgebildet, so daß im Okulargesichtsfeld das aus F i g. 6 ersichtliche Bild erscheint.

Der anallaktische Punkt 14 des Femrohrsystems liegt zwar außerhalb der Stehachse S3—S₃, jedoch ist das durch die Gleichung 111 definierte Verhältnis eingehalten, so daß der stets in die Vertikale einpendelnde Spiegel 33 einen aus der Ablage des anallaktischen Punktes von der Stehachse resultierenden Fehler kompensiert.

Mikrometerteilung und Index können auch im gestreckten Strahlengang unter Zwischenschaltung eines pendelnden Prismas oder Prismensystems hintereinander angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, den Index oder die Mikrometerteilung selbst pendeln zu lassen. Auch könnte die Mikrometerteilung sich auf einer Trommel befinden, die sich gegenüber dem in der gleichen Ebene befindlichen Index bewegt. In diesem Fall muß eine Kompensationsvorrichtung Verwendung finden, die nur den halben abbildenden Strahlengang beeinflußt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Nivellierinstrument mit Fernrohr, bei dem der die Höhenmessung beeinflussende analytische Punkt oder Kippunkt außerhalb der vertikalen Drehachse des Fernrohrs liegt und das ein optisches Mikrometer mit einem optischen System zur Abbildung der Mikrometeranzeige besitzt, d a durch gekennzeichnet, daß im optischen System des Mikrometers eine Kompensationsvorrichtung angeordnet ist, die bei Kippung des Nivellierinstruments den infolge der Ablage des anallaktischen Punktes oder Kippunktes von der Drehachse entstehenden Höhenfehler bei der Mikrometeranzeige kompensiert.

2. Nivellierinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fernrohr mit einem Ziellinienregler ausgestattet ist, mit dem die Kompensationsvorrichtung verbunden ist.

3. Nivellierinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrometeranzeige im Fernrohrokular erscheint.