DE2135882C3 - 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 Aussch-jpfung der theoretisch möglichen Meßgenauigktit bei Nivellierinstrumenten den anallaktischen Punkt der H nenmessung 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 haban 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 Meßgenauigkeit fördernden Instrumentenaufbau.

4(1 Die Art der im Mikrometer verwendeten Kompensationsvorrichtung ist unerheblich. Es kann die Strichteilung 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 Kompeiisationsvorrichtung mit diesen: verbunden. Dabei ist es günstig, wenn die Mikrometeraazeige im Fernrohrokular erscheint. Bei geeigneter Ausbildung des Mikrometers ist es möglich, die Qualität der Horizontierung des erfindungsgemäßen Nivellierinstruments zu prüfen.

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 Nivellierinstrument,

F i g. 4 eine Draufsicht auf die im Teil B der F i g. 2 enthaltenen Optikbauteile,

Fig.5 die Träger der Ablesemarke und der Mikrometerskala,

Fig.6 das Okulargesichtsfeld des Nivellierinstruments.

In Fig. 1 ist ein Objektiv L] eines im übrigen nicht dargestellten Nivellierinstruments mit der optischen Achse O—O infolge der überhöht gezeichneten unvermeidlichen Schiefe der Stehachse 5—S außerhalb einer Horizontalebene //—//gelegt Der anallaktische Punkt oder Kippunkt A der Höhenmessung befindet sich in Abständen a und Δ h von der Stehachse 5—5 und der Horizontalebene H-H; er ist derjenige Punkt, durch den sämtliche horizontalen Zielgeraden verlaufen. Die optische Achse O—O schließt mit der Horizontalebene H-H einen Winkel « ein. Beim Drehen des Objektivs L\ um die Stehachse S—Sbewegt sich der anallaktische Punkt auf einer zur Horizontalebene um einen Winkel λ geneigf?n Kreisbahn. Da der Winkel <x klein ist, ergibt sich die Ablage des anallaktischen Punktes A von der Horizontalebene //—//in Abhängigkeit von der Drehung zu

4!.

55.

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65 I/i =

Die Ablage Ah soll nun in Abhängigkeit von der Instrumentendrehung um die Stehachse S—S, 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 La mit der optischen Achse Ο2—Ο2, der Brennweite /und der Brennebene E angeordnet ist, so kompensiert dieser eine Ablage von

\h =/·2ι

(H)

worin <x die Neigung des Pendelspiegels P (Instrumentenneigung) ist Setzt man die Gleichungen I und II einander gleich, so ergibt sieh, daß für

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

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

In Fig.3 ist auf einem Dreifuß 1 ein Gehäuse 2 um eine Achse S₃-S₃ drehbar gelagert, das einerseits vor einem in einer Fassung 3 befindlichen Objektiv 4 eine öffnung 5 und eindererseits einen Okularstutzen 6 mit einem Okular 7 besitzt. Das Objektiv 4 ist mit Hilfe von Führungen 8; 9; lO; 11 in durch einen Doppelpfeil C angezeigten Richtungen verschiebbar und arretierbar angeordnet Die Führungen 10; 11 sind mit Ausnehmungen 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 O₃-O₃ des Objektivs 4, an dessen Fassung 3 der durchsichtige Träger 17 einer Mikrometerteilung 18 (Fig.5) befestigt ist Der optische Würfel 16 ist an zwai 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 Fernrohrsystems, uessen 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 04 — Oa bezeichnet; sie hat den DurchstoQungspunkt der Achse Oi-Oi durch die Trennfläche 15 mit dieser Achse gemeinsam. Die in F i g. 3 hinter der Zeichenebene liegend zu denkende Aufhängung 25 des in einer Fassung 26 befindlichen Pendelspiegels 21 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. Pendelaufhängüiig 24 und Dämpfungsvwrichtung 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.

Die mit Belägen \9; 20 versehenen Flächen des Würfels 16 und damit die Zielmarke 14 befinden sich 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 Pendelspiegei 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 Mikrometerteilung 18 befindet sich außerdem in der dingseitigen Brennebene einer mit einem rechtwinkligen Prisma 41 verkitteten Linse 42. Eine weitere Linse 43 ist in der

ίο Fassung 3 so angeordnet, daß sie eine gemeinsame optische Achse Oi-Os 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 Linse befindet Die Mikrometerteilung hat

is jeweils einen Punkt mit der optischen Achse Os- 0% gemeinsam, zu der die optische Achse Oe-Oe des Abbildungssystems parallel ist (Fig.4). Mikrometerteilung 18 und Index 39 sind symmetrisch zur Achse O₆-Oe angeordnet; die optischen Achsen Os-Os und Ot-Of, sowie der Index 39 liegen bei genauer Vertikalstellung der Achse Sj- S3 i^ siner Ebene.

Der Index 39 wird mit Hilfe eines nußeraxialen, 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 λ 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, nicht dargestelltes Ziel über den Pendelspiegel 21 auf die mit dem Belag 20 versehene Fläche des Prismenwürfels Ib 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 Fernrohrsystems liegt zwar außerhalb der Stehachse S₃-S₃, jedoch ist das durch die Gleichung III 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 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, dadurch gekennzeichnet, daß im optischen κι System des Mikrometers eine Kompensationsvorrichtung angeordnet ist, die bei Kippung des Nivellierinstruments den infoige 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 eineni Zieliinienregler ausgestattet ist, mit dem die Kompensationsvorrichtung verbunden ist.

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