DE591704C - Winkelmesser, Theodolit o. dgl. - Google Patents

Description

Es sind bereits Winkelmesser, Theodolite o. dgl. bekannt, bei denen von einer Kreisteilung zwei sich gegenüberliegende Teilungsbilder in einem gemeinsamen Gesichtsfeld nebeneiiianderlaufend und sich berührend abgebildet und mittels einer optischen Feinmeßvorrichtung zur Koinzidenz gebracht werden können. Das Meßresultat ergibt das arithmetische Mittel der Ablesung an den beiden gegenüberliegenden Teilungsstellen. Die Genauigkeit des Meßresultates hängt aber \vesentlich davon ab, mit welcher Schärfe die aneinander vorbeigleitenden Striche zur Koinzidenz gebracht werden können. Bei den bisher bekanntgewordenen Vorrichtungen erfolgt die Abbildung der gegenüberliegenden Teilungsbilder in dem Gesichtsfeld der Meßvorrichtung so, daß nur die jeweils genau durch die Bildmitte gehenden Teilstriche nach der Koinzidenzeinstellung in - einem Strich verlaufen, während die außerhalb der Bildmitte liegenden Striche von der Berührungsoder Trennungslinie aus nach entgegengesetzten Richtungen auseinanderstreben, weil die Zentrumspunkte der beiden abgebildeten Teilungsbilder um den Betrag des ganzen Teilungsdurchmessers auseinanderliegen, wodurch kein harmonisches Ineinanderverlaufeu aller Teilstriche der beiden Teilungsbilder erfolgt, wie man das an den Ablesestellen von Kreisteilungen gewöhnt ist. Die zur Koinzidenz zu bringenden Teilstriche haben die Form einfacher Striche, und es kann trotz aller Sorgfalt vorkommen, daß die Koinzidenzeinstellung der außerhalb der Bildmitte liegenden Teilungsstriche mit kleinen Einstellfehlern behaftet ist, die sich weiter auf die Feinablesung ungünstig auswirken. Verlaufen dagegen die Striche der beiden Teilungsbilder im Bildfeld nicht nach entgegen- gesetzten Richtungen, sondern nach einem gemeinsamen Zentrum, wie z. B. die Kreisteilung und die Nonien bei einem gewöhnlichen Nonientheodolit, dann ist die genaue Einstellung aller im Bildfeld erscheinenden Teilstriche gewährleistet.

Dieses zu ermöglichen und noch weitere Verbesserungen vorzuschlagen, wird mit der vorliegenden Erfindung angestrebt.

Dies wird erfmdungsgemäß im wesentlichen dadurch erreicht, daß im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen nicht eine, sondern zwei. Kreisteilungen verwendet werden, und zwar in der Weise, daß die Fußenden beider Teilungen in einer konzentrischen Ebene liegen. Es werden nun bei dieser Neuerung nicht, wie bei anderen A^orrichtungen bekannt, zwei gegenüberliegende Teilungsbildar ein und derselben Teilung in dem Gesichtsfeld der Ablesevorrichtung abgebildet und gegeneinander verschoben, sondern erfindungsgemäß je ein gegenüberliegendes Teilungsbild von zwei verschiedenen Teilungen, und zwar ein Teilungsbild der innerhalb und ein Tei-

lungsbild der außerhalb der konzentrischen Ebene liegenden Teilung.

Der mit dieser Einrichtung erzielte wünschenswerte technische Fortschritt besteht zunächst darin, daß man jetzt bei richtiger Auswahl der optischen Mittel für die Bildübertragung in der Lage ist, die beiden Teilungsbilder im Gesichtsfeld so abzubilden, daß die Striche derselben nach einer Richtung

ίο verlaufen.

Jede der beiden Teilungen kann erfindungsgemäß ihre besondere Bezifferung erhalten, die so auf dem Teilkreis aufgetragen wird, daß beide Zahlenreihen aufrecht stehend im gemeinsamen Gesichtsfeld abgebildet werden, wodurch ein weiterer technischer Fortschritt erzielt wird. Bei den bekannten Einrichtungen ist die Aufrechtstellung der zweiten Zahlenreihe nicht möglich, da nur die einzige vorhandene Kreisteilung beziffert werden kann, wodurch die Zahlen des einen Kreisteilungsbildes aufrecht und die des anderen umgekehrt erscheinen.

Die Genauigkeit der Meßresultate läßt sich gemäß der Erfindung noch weiter steigern, indem die zweite Kreisteilung statt in einfachen Strichen in Doppelstrichen aufgetragen wird, so daß jedem einfachen Strich ein Doppelstrich gegenüberliegt in der Ausführung, daß die Einzelstriche der ersten Teilung an der konzentrischen Ebene genau zwischen den Intervallen der Doppelstriche stehen. Man hat schon lange erkannt, daß der Doppelstrich als Einstellmarke dem einfachen Strich in bezug auf Einstell- und Ablesegenauigkeit überlegen ist. Diese Erkenntnis kann bei der vorliegenden Erfindung verwertet werden, da jetzt die Möglichkeit geschaffen ist, einem Teilungsbild mit einfachen Strichen ein Teilungsbild mit Doppelstrichen im Gesichtsfeld der gemeinsamen Ablesevorrichtung gegenüberzulegen, so daß die einfachen Striche zwischen die als Strichmarken dienenden Doppelstriche eingestellt werden können, wodurch die Einstellgenauigkeit weiter gesteigert wird. Der Abstand der Doppelstriche wird so gewählt, daß er im richtigen Verhältnis zur Dicke und Länge der Teilstriche steht, wodurch die Einstellung der Einzelstriche zwischen die Doppelstriche, die durch ein bekanntes optisches Parallelplattenmikrometer erfolgt, erleichtert wird. Das Meßresultat ergibt, wie bei anderen ' Einrichtungen bekannt, das arithmetische Mittel der Ablesung an zwei gegenüberliegenden Kreisstellen, jedoch in verschärftem Maße.

Man kann die beiden Teilungen mit gleicher Einteilung z. B. in ¹^⁰ versehen, hat es aber auch in der Hand, was wesentlich ist, die erste Teilung z. B. in Y₃ ⁰ und die zweite in Y₁₅ ⁰ oder je nach der Kreisgröße in '/30° ^aus~ zuführen. Durch die kleinere Unterteilung der zweiten Teilung z.B. in Y₁₅ ⁰ verkürzt sich der Weg der zu verschiebenden und aufeinander einzustellenden Teilungsbilder gegenüber den bekannten Einrichtungen von 10' auf 2', wodurch bei Ablesung von 1" statt einer in 600 Teile geteilten Feinmeßtrommel nur eine Feinmeßtrommel mit 120 Teilen nötig ist. Ferner ergibt sich durch clic· kleinere Unterteilung der zweiten Teilung z. B. in V₃₀ ⁰, der Fortschritt, daß man ohne Hilfe des optischen Mikrometers einzelne Minuten mit großer Schärfe ablesen und halbe Minuten schätzen kann und daß sich mit Hilfe des optischen Mikrometers, dessen Trommel oooteilig ist, die Ablesegenauigkeit bis auf 0,1" steigern läßt, so daß ein derartig ausgerüstetes Instrument den Anforderungen So für Triangulationen erster Ordnung in jeder Beziehung genügen würde.

Die Anforderungen, die an 'das genaue Auftragen der zweiten Kreisteilung gestellt werden, lassen sich bei dem heutigen Stand der Technik durchaus erfüllen.

Die beiden Teilungen können erfindungsgemäß auch jede getrennt für sich auf zwei verschiedenen Kreisen aufgetragen werden, die sich zum Zwecke der Messung von Unter- 9°' teilen der Einteilung gegeneinander verstellen lassen. Diese Verstellung kann direkt an einer in den Strahlengang des Mikroskopes eingeschalteten Mikrometerscheibe bekannter Art gemessen werden.

Die Zeichnung zeigt den Erfindungsgegenstand in zwei Ausführungsbeispielen, und zwar: Abb. 1 das Unterteil eines Theodolits im Schnitt und teilweiser Ansicht, Abb. 2 eine Draufsicht auf den Teilkreis mit teilweise vergrößerter Wiedergabe der Teilungen, Abb. 3 ein Teilungsbild mit einfachen Strichen, Abb. 4 das Gesichtsfeld der Feinmeßvorrichtung, Abb. 5 ein Teilungsbild mit einfachen und doppelten Strichen, Abb. 6 und 7 Teilungsbilder mit voneinander abweichenden Unterteilungen, Abb. 8 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel, Abb. 9 eine Draufsicht auf ein Mikrometer dazu, Abb. 10 ein Teilungsbild mit zur Koinzidenz gebrachten beiderseitig einfachen Strichen und Abb. 11 ein Teilungsbild einer bekannten Einrichtung.

Der aus Glas hergestellte Teilkreis 3 (Abb. 1), auf dessen unterer Fläche die Teilungen aufgetragen sind, ruht auf einer mit ihrer Lagerscheibe 1 verschräubten Kreisscheibe 4. Der mit seinem Drehzapfen 2 fest verbundene Fernrohrträger 5 trägt den optischen Aufbau. Von einem Spiegelprisma 6 (Abb. 2) wird Licht aufgefangen und mittels einer Beleuchtungslinse 7 nach Durchgang

durch Prismen 8, 9 und 10 links und rechts nach andern Prismen 11 und 12 weitergelcitet.

Die Prismen 11 und 12 bestehen aus je zwei Teilen (Abb. 1), die miteinander verkittet und deren Kittflächen zur Hälfte versilbert sind. An den versilberten Flächen dieser Prismen werden die Lichtstrahlen so reflektiert, daß dieselben geneigt auf die untere Fläche des Teilkreises 3 auftreffen und die Teilungen beleuchten. Da die Teilungsfläche nach dem Auftragen der Teilungen versilbert wird, so werden die Lichtstrahlen in derselben Neigung zurückgeworfen, um

•15 nach nochmaliger Reflexion im oberen Teil der Prismen 11 und 12 rechtwinklig aus denselben auszutreten.

Mittels der Objektive 13 und 14 werden nun die beiden Ablesestellen des Teilkreises,

».ο nachdem noch eine Reflexion in den beiden mit einer Planplatte 15 verbundenen Prismen 1.6 und 17 stattgefunden hat, erstmalig auf der Oberfläche dieser Prismen abgebildet.

In den Strahlengang links vor dem Prisma 11 ist ein Aufrichteprisma 18 eingeschaltet, welches das von der linken Ablesestelle kommende Teilungsbild so zudreht, daß die Teilstriche desselben harmonisch nach derselben dichtung verlaufen, wie bei dem rechten Teilungsbild (Abb. 3).

Die beiden Teilungsbilder werden nunmehr durch ein Objektiv 19 unter Zuhilfenahme von Prismen 20 und 21 einem aus zwei Teilen bestehenden Pentagonprisma 22 zugeleitet, wo die Bilder an einer Trennungslinie zur Berührung gebracht werden. Vor dem Pentagonprisma 22 ist ein Parallelplattenmikrometer nach Clausen angeordnet, das aus zwei in den Strahlengang eingeschalteten Planparallelplatten 23 besteht, die durch eine nicht näher gezeichnete Übersetzung mit Hilfe eines Rändelknopfcs 24 nach entgegengesetzten Richtungen gleich geneigt werden und dadurch die Bilder der zwei verschiedenen Teihingen ' gegeneinander verschieben. Die Drehung des Rändelknopfes 24 überträgt sich gleichzeitig mittels zweier Zahnräder 25 und 26 auf eine runde Glasscheibe 27, die die Minuten- und Sekundenteilung 27° (Abb. 4) trägt. Die Minuten- und Sekundenteilung ist auf der Außenfläche 27'' der Glasscheibe 27 aufgetragen und liegt in der Bildfeidebene des Objektivs 19, durch das die beiden Teilungsbilder an dieser Stelle zum zweiten Male ab- gebildet werden. Die Betrachtung erfolgt durch ein an sich bekanntes Schwenkokular 28. Bei einer Kreisteilung in Y₃ ⁰ wird die Glasscheibe 27 in bekannter Weise in 600 Teile geteilt und dementsprechend beziffert, so daß einzelne Sekunden direkt abgelesen und Zehntel geschätzt werden können (Abb. 4).

Der Teilkreis 3 erhält erfindungsgemäß Teilungen, entweder beide mit einfachen Strichen 30, 31 (Abb. 2, unten), von denen eine Teilung innerhalb und die andere außerhalb der konzentrischen Kreislinie 32 liegt, oder der Teilkreis 3 erhält eine Teilung mit einfachen Strichen 30^, die z. B. innerhalb, und eine Teilung mit doppelten Strichen 31°, die außerhalb der konzentrischen Ebene 32 liegt (Abb. 2, oben). Welche der beiden Teilungen 3°^aj 3¹" innerhalb oder außerhalb der konzentrischen Ebene liegt, "ist gleich. Jede der benannten Teilungen erhält ihre besondere Bezifferung (Abb. 2), die so aufgetragen wird, daß die beiderseitigen Zahlenreihen aufrecht stehend im Gesichtsfeld erscheinen (Abb. 3, 4 und 5).. Daß die Zahlen des zweiten Teilungsbildes ebenfalls aufrecht im Bildfeld erscheinen wie bei der ersten Teilung, ist nur bei Anwendung von zwei Kreisteilungen möglich unter Beachtung der richtigen Eingravierung der Zahlen (in Spiegelschrift, vgl. Abb. 2) auf dem Teilkreis. Von den Ablesestellen der beiden Teilungen 30, 30" oder 31, 31" wird auf die bereits beschriebene Weise je ein Bild in die Bildfeldebene 2j^b des Objektivs 19 geleitet, so daß sich die beiden Teilungsbilder gegenüberliegen, wie die Abb. 3, 4 und 5 zeigen, in denen die Teilung 30 und 30" je ein Bild der innerhalb der konzentrischen Ebene 32 liegenden Teilung und 31 und 3i^a je ein Bild der außerhalb derselben Ebene liegenden Teilungen, darstellt.

Durch Verschieben der Prismen 11 und 12 in der Strahl richtung kann dieses Gegenüberliegen der beiden Teilungsbilder schon bei der erstmaligen Abbildung in den Prismen 16 und 17 genähert herbeigeführt werden. Ferner 1°° können die beiden Teilungsbilder durch; Verschieben der Objektive 13 und 14 in Richtung der optischen Achse auf gleiche Größe gebracht werden. Die Bildmitte ist im Gesichtsfeld durch kleine Marken i (Abb. 3 und 5) gekennzeichnet und deutet, wie bekannt, die Stelle an, an der sich die beiden Teilungen um i8o° gegenüberliegen.

Erhalten die beiden Teilungen z.B. 30, 31 voneinander abweichende Einteilungen, so lie- no gen sich dieselben so gegenüber, wie das vergrößerte Gesichtsfeld der Abb. 6 zeigt. Die obere Teilung 30 hat beispielsweise eine Einteilung in 7₃ ^Ο und die untere Teilung 31 eine solche in ¹^₅ ⁰ (¹J₃ mit je 5 Unterteilen zu je 4'), ,deren Ablesung an Hand von Abb. 7 näher erläutert werden soll.

Die ganzen Grade und Zwanzigerminuten werden, wie bekannt, an der oberen Teilung 30 links vom Indexstricht abgelesen, während die Ablesung der vollen Zweierminuten und Schätzung der Einzelminuten an der un-

teren Teilung 31 erfolgt. Für diese Ablesung dient als Nullstrich stets der jeweilig rechts neben dem Indexstrich i befindliche volle ¹/_S°-Strich der unteren Teilung und als Ablese;strich der volle ¹/₃°-Strich der oberen Teilung links vom Indexstrich i. Die obere Teilung wird von links nach rechts und die untere von rechts nach links abgelesen. Die Lesung nach Abb. 8 wäre also io°2o' an der

ίο oberen Teilung, dazu kommt der Betrag χ der vollen Zweierminuten an der unteren Teilung mit 6 Minuten und die Schätzung x' mit ι Minute, s© daß die gesamte Grobablesung i.o° 27' beträgt. Die 4-Minuten-Intervalle der unteren Teilung gelten bei dieser Art Ablesung nur 2 Minuten.

Für die Feinmessung wird ebenfalls erst an der oberen Teilung io°2o' und an der unteren die vollen Zweierminuten mit 6 Minuten grob abgelesen, zusammen io°26'. Hierzu kommt noch der Betrag x', der mit der Minuten- und Sekundentrommel beispielsweise auf 1' 12, "5 ermittelt wird, man erhält also eine Gesamtablesung von io°27' und 12, "5. Für die

Strecke x', die beim Messen ^r— wird, ist nur

eine in 120 Teile geteilte Trommel von 2 Minuten Umfang nötig, wenn man 1 Sekunde direkt ablesen und ¹J₁₀ davon schätzen will gegenüber den bekannten Einrichtungen, bei denen dazu eine öooteilige Minuten- und Sekundentrommel erforderlich ist. Will man die Ablesegenauigkeit steigern, so können bei einer in 240 Teile geteilten Trommel 0,5"

-35 direkt abgelesen und ¹Z₁₀ davon geschätzt werden, während sich bei einer in 600 Teile geteilten Trommel 0,2" direkt ablesen und ¹Z₁₀ davon schätzen lassen.

Man kann mit der Größe der Kreise die Ablesegenauigkeit noch weiter steigern, so erzielt man z. B. bei oberer Teilung in ¹Z₃ ⁰ und unterer Teilung in ¹Z₃₀ ⁰ (¹Z₃ ⁰ mit je io-Unterteilen zu je 2') eine direkte Grobablesung von ι Minute und bei Verwendung einer in 60 Teile geteilten Trommel eine Ablesegenauigkeit von 1", die man durch Verwendung einer i20teiligen Trommel auf 0,5", einer in 300 Teile geteilten Trommel· auf 0,2" und einer in 600 Teile geteilten Trommel auf 0,1" steigern kann. Von den Sekunden lassen sich jedesmal noch ¹Z₁₀ schätzen, so daß im letzten Falle 0,01" geschätzt wird.

In der Zeichnung des anderen Ausführungsbeispiels (Abb. 8 und 9) ist die Beleuchtung der Kreisstellen nicht dargestellt, auch sind verschiedene Teile nur schematisch dargestellt. Über dem Horizontalkreis 3 (Abb. 8) ist ein zweiter Glaskreis 3^a angeordnet, der auf einem besonderen Ring tf gelagert ist.

Bei beiden Kreisen befinden sich die Teilungen auf der unteren Fläche der Glaskreise.

Es soll nun beispielsweise auf der linken Seite die Kreisstelle des oberen Kreises und auf der rechten Seite die Kreisstelle des unteren Kreises in das Gesichtsfeld der Ablese-Vorrichtung geleitet werden. Mit Hilfe zweier Prismen 35 und 36 werden die Kreissteilen durch Objektive 37 und 38 auf den Oberflächen zAveier Scheideprismen 39 und 40, die mit einer Planplatte 41 verkittet sind, erstmalig abgebildet. Die zusammenstoßenden Kanten dieser Prismen bilden die Trennungslinie der beiden Teilungsbilder. Durch die Anordnung eines Pentagonprismas 35 über der linken Kreisstelle wird erreicht, daK die Striche beider Teilungsbilder wie beim ersten Ausführungsbeispiel harmonisch nach derselben Richtung verlaufen.

Die beiden Teilungsbilder werden nun durch ein Objektiv 42 mit Hilfe zweier Prismen 43 und 44 einem Prisma 45 zugeführt und an dessen Austrittsfläche 45⁰, die in der Bildfeldebene des Objektivs 42 liegt, nochmals abgebildet. Der über dem Kreis 3 angeordnete Kreis 3" läßt sich mit seinem Lagerring 3^C gegen den Kreis 3 etwas drehen. Durch einen nicht gezeichneten, federnden Druck von oben bleibt der Lagerring 3^C in steter, inniger Berührung mit der Kreisscheibe 4. Die Verstellung des oberen Krei- 9c ses 3^a gegen den unteren Kreis 3 kann durch Drehung einer Schraube ohne Ende 3^d, die in ein Stück Zahnkranz des Lagerrings 3^C eingreift, bewerkstelligt werden. Diese mit Hilfe eines Rändelknopfes 3" ausgeführte Drehung überträgt sich mittels zweier Kegelräder 3^f und 3^ff (Abb. 9) sowie einer Welle 3^ft auf eine mit dieser Welle fest verbundenen Glasscheibe 3'. Diese Glasscheibe trägt die Minuten- und Sekundenteilung, die durch ein ich Objektiv 3^& in der Gesichtsfeldebene 45° der beiden Teilungsbilder abgebildet wird. Die Betrachtung der Bilder erfolgt durch das Okular 46. Statt des einfachen Okulars kann auch ein Schwenkokular, wie in Abb. 1 dar- iof gestellt, genommen werden. Ferner kann auch bei beiden Ausführungsbeispielen die Übertragung der beiden Teilungsbilder so erfolgen, daß die Beobachtung derselben durch ein neben dem Fernrohrokular angeordnetes n< Okular erfolgt.

Abb. 10 zeigt nochmals ein Okulargesichtsfeld mit zur Koinzidenz gebrachten einfachen Strichteilungen, aus der das harmonische Ineinanderverlaufen der Teilstriche iif noch besser zu erkennen ist. Daß die Teilstriche der beiden Teilungsbilder gleichmäßig konvergieren und nicht wie bei den bekannten Einrichtungen, bei denen nur die in der Bildmitte liegenden Teilstriche parallel verlaufen und die außerhalb der Bildmitte befindlichen auseinanderstreben (Abb. 11)^ ist nur eine

Folge der erfmdungsgemäß angeordneten zweiten Teilung in Verbindung mit der Einschaltung der bereits beschriebenen Prismen 18, (Abb. i, 8) in einen der beiden Strahlengänge.

Für besondere Zwecke könnte es auch wünschenswert sein, daß die Teilungen 30, 31 (Abb. 2 und 3) um einen gewissen Betrag, z. B. 4 oder 5 Minuten, verschoben aufgetragen werden, auch kann die zweite Teilung eine solche ganz beliebiger Art sein. Ist ein Höhenkreis vorhanden, so können die beschriebenen Einrichtungen in ähnlicher Weise zur Verwendung kommen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Winkelmesser, Theodolit o. dgl., bei dem zwei gegenüberliegende Kreisteilungsstellen in einem gemeinsamen Gesichtsfeld nebeneinanderlaufend und sich berührend abgebildet werden, gekennzeichnet durch zwei mit den Fußpartien in einer konzentrischen Ebene liegende Kreisteilungen (3°> 3!> 3°^a» 3^IÖ)> die zusammen auf einem Teilkreis oder getrennt auf zwei konzentrischen Teilkreisen (3", 3⁰, Abb. 8,9) aufgetragen sind und von denen je ein Teilungsbild mit nach gleichen Richtungen verlaufenden Strichen (Abb. 3 und 5) in dem Gesichtsfeld der gemeinsamen Ablesevorrichtung abgebildet wird.

2. Winkelmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teilungen (30 und 31) 'in einfachen Strichen ausgeführt sind und die Zahlen der zweiten Teilung so aufgraviert sind, daß sie ebenfalls aufrecht im Bildfeld erscheinen.

3. Winkelmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Teilungen in einfachen (30^a) und die andere in Doppelstrichen (31°) * ausgeführt ist, so daß im Gesichtsfeld der Ablesevorrichtung einem Teilungsbild mit einfachen Strichen ein Teilungsbild mit Doppelstrichen gegenüberliegt.

4. Winkelmesser nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilungen in ihrer Unterteilung voneinander abweichen.

5. Winkelmesser nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilungen (30, 31, 30", 31°) auf zwei verschiedenen Kreisen (3, 3⁰, Abb. 8, 9) aufgetragen sind, die sich zum Messen von Unterteilen der Kreisteilung gegeneinander verstellen lassen.

6. Winkelmesser"nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strahlengang der einen der beiden Teilkreisablesungen ein optisches Glied, Prisma (18) o. dgl. eingeschaltet ist, so daß im Gesichtsfeld (Abb. 3, 4, 5 und 10) die beiden Teilungen gleichmäßig konvergieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen