Nivellierinstrument Nivellierinstrumente müssen zum Gebrauch so einjustiert werden, dass die Zielrichtung des Beob achtungsfernrohres senkrecht zum Lot steht, was durch Grobeinstellung mit einer Dosenlibelle und Feineinstellung mit einer Nivellierlibelle geschieht. Bei automatischen Nivellieren wird die Feineinstel lung durch ein optisches Bauteil im Instrument selbst tätig durchgeführt; es entfällt also der Arbeitsgang der Einstellung der Nivellierlibelle.
Beim Nivellieren bestimmt der Beobachter z. B. den Höhenunterschied zweier Punkte. Er liesst dabei die Längenteilung an zwei lotrecht gehaltenen Mess- latten ab. Die Differenz der beiden Längenablesun- gen ist der Höhenunterschied zwischen den beiden Punkten, an denen die Messlatten lotrecht gehalten wurden. Die Messgenauigkeit hängt unter anderem davon ab, wie genau die Längenablesung an der Messlatte durchgeführt werden kann. Bei Ingenieur nivellements genügt es, wenn der Beobachter die Lage des waagrechten Striches des Fadenkreuzes im Hinblick auf das Lattenbild abschätzt. Er kann z. B. auf
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der Lattenteilung schätzen.
Bei Fein nivellements wird zur Lattenablesung ein optisches Mikrometer verwendet. Dieses besteht aus einer drehbaren planparallelen Platte vor dem Objektiv. Durch Drehen der Platte kann bei einsgewogenem Nivellier das Bild eines Striches der Messlatte mit dem waagrechten Strich der Strichplatte zur Dek- kung gebracht werden. Die Verdrehung der Plan platte ist ein Mass für die Lage des Striches der Strichplatte zwischen den Bildern zweier Teilstriche der Messlatte und kann vom Beobachter abgelesen werden. Dieses Koinzidenzverfahren ergibt bekannt lich aus physiologischen Gründen genauere Able sungen als die Intervallschätzung. Es sind verschiedene Ausführungsformen von Nivellierinstrumenten bekannt.
Das optische Bauteil kann z. B. ein in den Strahlengang des Fernrohres eingeschaltetes Prisma sein, das an den vier Ecken seiner Basis durch Fäden am Instrumentenkörper beweglich aufgehängt ist; die Art der Aufhängung ist dabei so gewählt, dass beim Kippen des Nivel- liers die Ziellinie durch die Verschiebung und Dre hung des Prismas waagrecht bleibt.
Das Prisma kann auch eine Achse besitzen, die in zwei V-för- mige Bändchen eingehängt oder über ein Gestänge mit einem Pendel verbunden ist, ferner kann das Prisma von einem elastischen Zwischenglied oder einem Spannband gehaltert werden. Schliesslich kann im Fernrohr eine beweglich aufgehängte Strichplatte enthalten sein.
Alle diese Konstruktionen können so bemessen werden, dass die Ziellinie des Nivelliers in einem gewissen Winkelbereich unabhängig von der Neigung des Fernrohrs wird. Sie besitzen jedoch sämtlich den Nachteil, dass die Justierung des Ge räts im Werk vorgenommen werden muss und für den Beobachter keine Möglichkeit zur Nachjustierung während des Gebrauchs gegeben ist. Dieser Mangel begrenzt die Anwendungsmöglichkeit erheblich, da die Betriebssicherheit leidet.
Besonders in abgelege nen Gebieten, wo die Instrumente meist noch durch die Transportverhältnisse besonders beansprucht werden, ist dieser Umstand von ausschlaggebender Bedeutung. Die Erschütterung beim Transport und bei der Aufstellung des Instrumentes kann nämlich die Lagerung des regelnden, optischen Bauteiles bleibend verändern.
Es kommt sogar bei fabrikneuen Geräten zuweilen vor, dass sich durch Alterungs- erscheinungen des Materials die Justierung von selbst ändert. Damit ändert sich die Einwägebedingung und die Lage des im Hinblick auf das Fadenkreuz. Die Lage des Zielbildes kann in be schränktem Umfang durch Verschieben der Strich- platte vom Beobachter berichtigt werden.
Die Ein wägebedingung kann nur dadurch berücksichtigt wer den, dass der Beobachter das Instrument einem Fachmann übergibt, der über besondere Einrichtun gen und Erfahrungen verfügt und das Instrument neu einstellt oder das schadhafte regelnde Bauteil gegen ein neues austauscht. Dieses Verfahren ist sehr zeitraubend und kostspielig und stellt damit die Durchführung bestimmter Messaufgaben in Frage.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Instrumente ergibt sich aus der Tatsache, dass die Selbsteinwä gungsbedingung von der Lage des regelnden opti schen Bauteiles und von der Entfernung des Zieles abhängt. Sie ist nur dann von der Entfernungsein stellung des Nivellierinstrumentes unabhängig, wenn das regelnde, optische Bauteil im sogenannten an- allaktischen Punkt liegt. Bei selbsttätigen Nivellier- instrumnenten fasst man das regelnde, optische Bau element und seine Lagerung zu einer Baugruppe zu sammen.
Diese Baugruppe kann nicht in den an- allaktischen Punkt gelegt werden, ausser bei Ver wendung einer komplizierten und teuren Optik. Die ser Aufwand ist jedoch bei einfacheren Nivellier instrumenten, z. B. den sogenannten Ingenieur- und Baunivellierinstrumenten nicht tragbar.
In der Praxis verwendet man ausserdem vor zugsweise optische Instrumente mit einer Schalt- oder Fokussierlinse. Bei diesen Instrumenten ist der Ort des anallaktischen Punktes von der Stellung der Schaltlinse abhängig. Solche Nivellierinstrumente er geben widerspruchsvolle Messergebnisse, je nachdem, mit welchen Zielweiten gearbeitet wird. Die Regel mechanik ist ausserdem für den Beobachter unzu gänglich.
Die Erfindung bezweckt, die vorgenannten Nach teile bekannter automatischer Nivellierinstrumente mindestens weitgehend zu beheben.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe bei einem Nivellierinstrument mit einem regelnden, optischen Bauteil, das bei Neigungen des Nivellierinstrumentes in bezug auf die Horizontale eine derartige Lage änderung erfährt, dass die, Zielrichtung des Nivellier instrumentes unabhängig von den Neigungen be züglich der Sollstellung konstant, insbesondere hori zontal bleibt, dadurch gelöst, dass das optische Bau teil drehbar zwischen einem am Instrumentenkör per gelagerten Torsionsfaden einerseits und minde stens zwei gespannten, über ein federndes Bauteil mit dem Instrumentenkörper verbundenen Fäden an derseits gehaltert ist.
Der drehbare Körper dient dabei vorzugsweise als regelndes optisches Bauteil, wobei der Torsions faden zur Verstellung der Zielrichtung und die Stell vorrichtung für die Zugkraft zur Einstellung der Selbsteinwägungsbedingung ausgebildet sind.
Man erreicht dadurch, dass die Zielrichtung in weiten Grenzen verstellt und berichtigt werden kann, ebenso lässt sich die Selbsteinwägungsbedingung an die verschiedenen Zielentfernungen anpassen und nachjustieren. Die Drehschwinglagerung gewährlei stet auch bei starker Stossbelastung des Instrumentes eine stosssichere Lagerung des regelnden Bauteiles und eine störungsfreie Messung.
Der Beobachter kann mit dem erfindungsgemä ssen Nivellierinstrument an dem Messort während der Messung die Selbsteinwägungsbedingung prüfen und berichtigen, z. B. dadurch, dass er ein festes Ziel im Gelände oder einen Teilstrich auf der Mess- latte beobachtet und das Nivellier im Bereich der Dosenlibelle neigt, indem er eine Fussschraube des Nivelliers verstellt. Wandert das Zielbild im Hin blick auf das Fadenkreuz, dann braucht der Beob achter nur die Stellvorrichtung für die Zugkraft zu betätigen, bis das Zielbild stehen bleibt. Das Stehen bleiben des Zielbildes bei einer geringen Neigung des Nivelliere ist die Gewähr dafür, dass die Selbst- einwägungsbedingung richtig ist.
Bei einer unsach gemässen Behandlung des Instrumentes, z. B. wenn beim Wechseln des Standortes in schwierigem Ge lände das Instrument zu Boden fällt, kann beim neuen Standort das Instrument geprüft und berich tigt und damit die Messreihe in Fluss gehalten wer den. Während bisher in vielen Fällen eine Mess- re,ihe abgebrochen werden musste oder sich bei der Auswertung als falsch erwies, ist es mit dem Instru ment nach der Erfindung möglich, die Messung ohne Zeitverlust und fehlerfrei fortzusetzen.
Weiterhin kann man bei dem Nivellierinstrument nach der Erfindung die Zielrichtung in vorteilhafter Weise waagrecht stellen, z. B. dadurch, dass man zu erst aus der Mitte nivelliert und den richtigen Höhenunterschied h zweier Mcsslatten abliesst. Man lässt die Messlatten stehen und bringt das Instrument mit der kürzesten Zielweite, die möglich ist, vor die höher liegende Messlatte und liest die Instrumenten höhe I ab.
Weiterhin dreht man das Instrument zur weiter entfernt liegenden Messlatte und betätigt die Stellvorrichtung für den Torsionsfaden, bis man die Höhe h + I abliest. Bei dieser Ablesung ist die Zielrichtung waagrecht.
Ausserdem kann man bei dem Nivellierinstrument nach der Erfindung die Stellvorrichtung für den Tor sionsfaden zur Koinzidenzablesung und als Mikro meter verwenden, so dass eine Planplatte vor dem Objektiv eingespart werden kann. Bei der Ablesung der Lattenteilung kann der Beobachter die Stellvor richtung für den Torsionsfaden verstellen., bis er z. B.
einen Strich der Latteneinteilung mit dem waag rechten Strich der Strichplatte zur Deckung bringt. Die Verstellung der Einstellvorrichtung für den Tor sionsfaden ist ein Mass für die Lage des waagrechten Striches der Strichplatte zwischen zwei Strichen der Messlatte. Die Torsionsvorrichtung für den Torsions- faden ist als Mikrometer verwendbar, wenn sie z. B. eine Teilscheibe aufweist, die durch Reibung gehalten ist und gegen die Torsionsvorrichtung ver dreht werden kann.
Bei der Berichtigung der Ziel richtung hat der Beobachter zunächst die Zielrich- tung waagrecht zu stellen und anschliessend die Mikrometerteilung auf den Teilstrich Null zu drehen. Das erfindungsgemässe Instrument ist dann als Feinnivellier verwendbar und wird den höchsten Anforderungen gerecht.
Das erfindungsgemässe Nivellierinstrument kann mit billigen Werkstoffen erstellt werden, die einer starken Alterung unterliegen, und ist im fabrikneuen Zustand, ohne künstliche Alterung oder vorherige Lagerung, einsatzbereit, da der Beobachter die Ju stierung prüfen und selbst berichtigen kann.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung be steht darin, dass im Gesichtsfeld gleichzeitig mit dem Ziel die Abbildung des Horizontalkreises erscheint. Mlan erreicht dadurch ein sicheres Ablesen des Teil kreises. Der Beobachter benötigt sowohl für die Ab lesung der Messlatte als auch für die Ablesung des Teilkreises nur einen Einblick ins Instrument und hat damit den kleinsten persönlichen Abiesefehler. Es kann z. B. zweckmässig sein, einen Ausschnitt der Kreisteilung des Horizontalkreises durch eine Linse und ein Umlenkprisma auf die Strichplatte des In strumentes also in die Bildebene des Fernrohres abzubilden.
Ebenso kann auch die Skala des Mikrometers für die Koinzidenzablesung in die Bildebene des Fern rohres und damit also in das Gesichtsfeld des Beob achters abgebildet werden.
In vielen Fällen ist es vorteilhaft, die Stellvor- ricltung für die Verschiebung der Schaltlinse mit der Stellvorrichtung der Zugkraft zu verbinden, z. B. mit einem Hebelgelenk. Man erreicht, dass der Beob achter beim Betätigen der Schaltlinse zwangläufig die zu der betreffenden Zielentfernung gehörige Selbsteinwägungsbedingung einstellt, auch dann, wenn das regelnde optische Bauteil ausserhalb des anallaktischen Punktes liegt. Das Instrument misst dann bei jeder Entfernung zwangläufig richtig.
Ferner kann mit der Verstelivorrichtung für die Zugkraft, mit der die Selbsteinwägungsbedingung geregelt wird, eine Vorstellvorrichtung für die Tor sionskraft gekoppelt sein, so dass die Zielrichtung, die sich bei Änderung der Zugkraft verstellen kann, erhalten bleibt.
Nachfolgend werden anhand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Nivel- lierinstrumen tes näher beschrieben: Fig. 1 zeigt ein Nivellierinstrument mit Selbst einwägung und dient zur Erläuterung der Selbstein wägebedingung.
Fig. 2a zeigt den Regelmechanismus eines selbst einwägenden Nivelliers, wobei das regelnde optische Bauteil mit einer Drehschwinglagerung gehaltert ist.
Fig. 2b zeigt die Drehschwinglagerung im ein zelnen, mit einer Mikrometerschraube und Vorrich tung für das Koinzidenzverfahren. Das optische Bau teil ist dabei als Prisma ausgebildet.
Fig. 3 zeigt einen Teil der Drehschwinglagerung nach Fig. 2b, wobei jedoch das regelnde optische Bauteil als planparallele Platte gezeichnet ist. Fig. 4 zeigt schematisch eine Anordnung zur Einspiegelung der Ablesung des waagrechten Teil kreises in das Gesichtsfeld des Nivellierinstrumentes.
Fig. 5 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Fig. 3. Gleiche Bauteile sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt die Verhältnisse an einem Nivellier instrument. Bei eingewogenen Nivellierinstrumenten verläuft der waagrechte Zielstrahl 1 parallel zur optischen Achse bzw. parallel zum Fernrohrtubus 10. Das Ziel wird durch das Objektiv 2 und die Schaltlinse 3 über die Prismen 4 und 5 in die Ebene der Strichplatte 6 auf das Fadenkreuz 7 abgebildet. Der Beobachter 8 sieht durch das Okular 9 das Ziel im Fadenkreuz 7 abgebildet. Wird das Nivellier instrument um einen Winkel a geneigt, dann verläuft der Strahl 1' im Winkel a zum Tubus 10 und der Beobachter 8 sieht das Ziel ausserhalb des Faden kreuzes 7, das Nivellierinstrument ist nicht mehr ein gewogen. Wird nun aber z.
B. die Stellung des, Pris- mas 5 in Abhängigkeit von der Lage des Instrumen tenkörpers zur Lotrichtung entsprechend geregelt, so erscheint das Bild des Zieses wegen der Ablenkung des Strahlstückes 1'' auch bei einer Neigung des Instrumentenkörpers im Fadenkreuz 7. Bei einer Neigung um den Winkel a des Instrumentes zur Waagrechten muss dabei zur Erfüllung der Selbst- einwägungsbedingung das Prisma 5 um einen Win kel ss geneigt werden.
Das Verhältnis
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hängt vom Ort des bewegten Bauteiles 5 im Instrument und von der Entfernung des Zieles ab. Bei konstantem
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muss das geregelte Bauteil im anallaktischen Punkt liegen.
Das schwenkbare optische Bauteil braucht nicht unbedingt, wie in Fig. 1 und 2 gezeichnet, ein Prisma zu sein. Es kann beispielsweise, wie in Fig. 3 gezeigt, auch aus einer planparallelen Glasplatte 37 bestehen. Bei Änderung der Neigung dieser Platte zum einfallenden Strahl erfährt der austretende Strahl dann eine entsprechend verschiedene Parallelver- schiebung.
Fig. 2a zeigt den Regelmechanismus eines selbst- einwägendem Nivelliers mit einer Drehschwinglage- rung. Die Drehschwinglagerung selbst und das ge regelte Bauteil, in diesem Falle das Prisma 5, sind der Deutlichkeit halber in Fig. 2b vergrössert darge stellt.
Für die folgenden Betrachtungen sollen die Fe dern 30 und 31 zuerst ausser acht gelassen werden. Das regelnde Bauteil 11, in dem das Prisma 5 gehaltert ist, wird auf der einen Seite von den Fäden oder Bändern 12, 13, die an der Blattfeder 14 be festig sind und auf der anderen Seite von einem Torsionsfaden oder Band 15 gehalten. Die Fäden 12, 13 sind dabei so angebracht, dass sie fast ge kreuzt sind, sich aber auch bei Drehungen des Teils 11 nicht berühren können.
Durch Verstellen der Tor sionskraft mittels der Rändelschraube 16 kann die Zielrichtung vom Beobachter bequem verstellt wer den. Betätigt man nämlich die Torsionsvorrichtung, dann ändert sich der Betrag, um den die Zugvor richtung 12, 13 aus der Nullage tordiert wird. Da mit ändert sich die Lage des Körpers 11 und die Zielrichtung. Die Stellvorrichtung 17, 18 für die Zugkraft K dient zur Einstellung der Selbsteinwä gungsbedingung.
Denn bekanntlich ändert sich bei der Drehschwinglagerung das Richtmoment auf den Körper, wenn die Zugkraft K geändert wird und damit ändert sich das Verhältnis von Man er reicht also damit, dass der Beobachter
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8 in beque mer Weise die Zielrichtung in grossem Bereich ein stellen und berichtigen kann, indem er die Tor sionsvorrichtung 15, 16 betätigt, und dass er die Selbsteinwägungsbedingung an vielen Messaufgaben anpassen und berichtigen kann, indem er die Stell vorrichtung 17 für die Zugkraft K bedient. Das regelnde Bauteil 11 wird auch bei starken Stössen auf das Instrument von der Drehschwinglagerung 12, 13, 15 stosssicher gehalten und ergibt fehlerfreie Messungen.
In Fig. 2b ist ausserdem eine Vorrichtung ein gezeichnet, die es gestattet, die Ruhelage des regeln den Bauteils 11 und somit die Zielrichtung messbar zu verändern. Diese Vorrichtung besteht aus einem Arm 32, der am Instrumentenkörper befestigt ist und der eine Blattfeder 33 trägt, die an der Mikro meterspindel 34 anliegt. Die Blattfeder 33 ist über die Schraubenfeder 36 mit dem regelnden Bauteil 11 verbunden. Beim Verstellen der Mikrometer spindel 34 ändert sich die Lage der Blattfeder 33 und damit also auch des Teils 11. Die Änderung der Lage des Bauteils 11 und damit der Ziehlinie kann an dem mit einer Teilung versehenen Drehknopf 35 an der Spindel 34 abgelesen werden.
Durch diese Vorrichtung kann also die planparallele Platte im Strahlengang eingespart werden, die bisher im all gemeinen zur Durchführung der Koinzidenzablesung Verwendung fand.
Selbstverständlich kann auch direkt an der Ein stellvorrichtung 16 des Torsionsfadens 15 eine ent sprechende Mikrometereinrichtung, z. B. ein Schnek- kentrieb vorgesehen werden.
Die Stellvorrichtung für die Zugkraft kann aus einer Schraubenspindel 18 bestehen, die in an sich bekannter Weise zwei gegenläufige Gewinde 19, 20 von nur wenig verschiedener Steigung trägt. Durch Drehen der Rändelschraube 17 lässt sich dadurch die Verschiebung des Körpers 21, der die Blattfeder 14 trägt, und damit dir, Spannung dieser Feder sehr fein einstellen.
Die Selbsteinwägungsbedingung kann nun bei Verschiebungen der Schaltlinse 3 und damit des anallaktischen Punktes auch automatisch nachge regelt werden. Die Zahnstange 22, durch die mit tels des Drehknopfes 23 und Zahnrades 24 die Hal terung 25 der Schaltlinse 3 verschoben wird, kann über einen Hebel 26, der in eine Lagerung 27 ein- greift, die Spindel 18 und damit, wie beschrieben, die Zugkraft nachstellen. Ferner kann durch das Zahnrad 28, das in die Zahnstange 22 eingreift, gleichzeitig die Torsionskraft nachgeregelt werden, so dass die Zielrichtung erhalten bleibt.
Das Zahnrad 28 und die Achse 29 der Torsions einrichtung sowie der Hebel 26 und die Spindel 18 sind vorzugsweise nicht starr verbunden, sondern nur aufgeklemmt, so dass unabhängig von der auto matischen Regelung eine Nachjustierung mittels der Rändelschrauben 16 und 17 möglich ist.
Eine automatische Nachstellung der Zug- und Torsionskraft ist auch dadurch möglich, dass der Halter 25 der Schaltlinse mit einer Feder 30 mit der Blattfeder 14 und mit einer weiteren Feder 31 mit dem regelnden Bauteil 11 verbunden ist. Bei Verschiebungen der Schaltlinse wird die Kraft K der Blattfeder mehr oder weniger kompensiert; die Federkonstante und die Geometrie der Anordnung können so gewählt werden, dass die Selbsteinwägungs bedingung erhalten bleibst. In ähnlicher Weise übt die Feder 31 ein mit der Verschiebung der Schalt linse wechselndes Drehmoment auf den Körper 11 aus, so dass die Torsionskraft des Fadens 15 mehr oder weniger kompensiert wird. Die Feder 30 kann also an die Stelle des Hebels 26 treten, die Feder 31 an die Stelle der Zahnradübersetzung 22, 28.
Wenn der Beobachter also das Instrument durch Betätigen der Stellschraube 23 scharf auf das Ziel einstellt, stellt er gleichzeitig eine bestimmte Kraft K und damit eine bestimmte Selbsteinwägungsbedingung ein. Die Drehschwinglagerung kann so bemessen wer den, dass sich das Instrument nach Fig. 2a bei jeder Zielweite selbsttätig einwägt, auch wenn das regelnde Bauteil ausserhalb des anallaktischen Punktes liegt.
In Fig. 4 ist :schematisch eine Anordnung ge zeigt, die bewirkt, dass im Gesichtsfeld gleichzeitig mit dem Ziel die Abbildung eines Ausschnittes des Horizontalkreises 38 erscheint. Dabei wird ein Aus- schnitt der Teilung des Horizontalkreises 38 durch eine Linse 40 und ein Umlenkprisma 29 in die Ebene der Strichplatte 6 abgebildet.
Fig. 5 zeigt ähnlich wie Fi:g. 3 eine Ausführungs form der Drehschwinglagerung nach Fig. 2b, bei wel cher jedoch anstelle der bifilaren eine mehrfädige Zugvorrichtung mit den Fäden oder Bändern 12, 13 und 13a vorgesehen ist, welche an der plan parallelen Glasplatte 37 einerseits und an der Blatt feder 14 anderseits angreifen.
Zweckmässigerweise wird das regelnde Bauteil gedämpft, damit das Gerät sich schnell einstellt und Regelschwingungen vermieden werden. Hierfür ist vor allem Luft- oder Wirbelstromdämpfung oder eine andere entsprechende geschwindigkeitsabhän- gige Dämpfungsart vorteilhaft.
Leveling instrument Leveling instruments must be adjusted for use in such a way that the aiming direction of the observation telescope is perpendicular to the plumb line, which is done by coarse adjustment with a circular level and fine adjustment with a leveling level. With automatic leveling, the fine adjustment is carried out by an optical component in the instrument itself; So there is no need to set the level.
When leveling the observer determines z. B. the difference in height between two points. He reads the length division on two vertically held measuring rods. The difference between the two length readings is the difference in height between the two points at which the staff were held perpendicular. The measuring accuracy depends, among other things, on how accurately the length reading can be carried out on the measuring stick. In the case of Ingenieur nivellements, it is sufficient for the observer to estimate the position of the horizontal line of the crosshairs in relation to the staff image. He can z. B. on
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estimate the slat division.
With Fein nivellements an optical micrometer is used to read the staff. This consists of a rotatable plane-parallel plate in front of the lens. When the level is weighed in, the plate can be turned to coincide the image of a line on the measuring rod with the horizontal line on the graticule. The rotation of the plane plate is a measure of the position of the line on the graticule between the images of two graduation lines on the measuring stick and can be read by the observer. This coincidence method is known to produce more accurate readings than the interval estimate for physiological reasons. Various embodiments of leveling instruments are known.
The optical component can, for. B. be a switched on in the beam path of the telescope prism, which is movably suspended at the four corners of its base by threads on the instrument body; The type of suspension is chosen so that when the level is tilted, the target line remains horizontal due to the displacement and rotation of the prism.
The prism can also have an axis which is suspended in two V-shaped ribbons or connected to a pendulum via a linkage, and the prism can also be held by an elastic link or a tensioning strap. Finally, the telescope can contain a movably suspended reticle.
All of these constructions can be dimensioned so that the line of sight of the level becomes independent of the inclination of the telescope within a certain angular range. However, they all have the disadvantage that the adjustment of the device must be made in the factory and there is no possibility for the observer to readjust it during use. This deficiency limits the application possibilities considerably, since the operational safety suffers.
This fact is particularly important in remote areas, where the instruments are usually still particularly stressed by the transport conditions. The vibration during transport and when setting up the instrument can namely permanently change the storage of the regulating, optical component.
Even with brand new devices it sometimes happens that the adjustment changes by itself due to the aging of the material. This changes the weighing-in condition and the position of the with regard to the crosshairs. The position of the target image can be corrected by the observer to a limited extent by moving the reticle.
The weighing condition can only be taken into account by the observer handing the instrument over to a specialist who has special equipment and experience and who adjusts the instrument again or replaces the defective regulating component with a new one. This procedure is very time consuming and costly and thus calls into question the performance of certain measurement tasks.
Another disadvantage of the known instruments arises from the fact that the self-weighing condition depends on the position of the regulating optical component and on the distance from the target. It is only independent of the distance setting of the leveling instrument if the regulating optical component is in the so-called analctic point. In the case of automatic leveling instruments, the regulating, optical component and its bearing are combined to form a module.
This assembly cannot be placed in the analctic point, except when using complicated and expensive optics. This effort is, however, with simpler leveling instruments such. B. the so-called engineering and building leveling instruments not portable.
In practice, optical instruments with a switching or focusing lens are also preferably used before. With these instruments, the location of the analactic point depends on the position of the switching lens. Such leveling instruments give contradicting measurement results, depending on which target ranges are used. The control mechanism is also inaccessible to the observer.
The invention aims to at least largely remedy the aforementioned after parts of known automatic leveling instruments.
According to the invention, this object is achieved with a leveling instrument with a regulating, optical component which, when the leveling instrument is inclined relative to the horizontal, experiences such a change in position that the target direction of the leveling instrument is constant, in particular horizontally, regardless of the inclination with respect to the target position remains, solved in that the optical component is rotatably mounted between a torsion thread mounted on the Instrumentenkör on the one hand and at least two tensioned threads connected to the instrument body via a resilient component on the other hand.
The rotatable body is preferably used as a regulating optical component, the torsion thread being designed to adjust the target direction and the adjusting device for the tensile force for setting the self-weighing condition.
This means that the target direction can be adjusted and corrected within wide limits, and the self-weighing condition can also be adapted and readjusted to the different target distances. The torsional vibration bearing guarantees a shock-proof bearing of the regulating component and an interference-free measurement even when the instrument is subjected to strong impacts.
The observer can use the leveling instrument according to the invention to check and correct the self-weighing condition at the measuring location during the measurement, e.g. B. by observing a fixed target in the field or a graduation on the measuring rod and tilting the level in the area of the circular level by adjusting a foot screw of the level. If the target image wanders towards the crosshairs, the observer only needs to operate the adjusting device for the tensile force until the target image stops. The fact that the target image remains stationary when the level is slightly inclined is a guarantee that the self-weighing condition is correct.
If the instrument is handled improperly, e.g. B. If the instrument falls to the ground when changing locations in difficult terrain, the instrument can be checked and corrected at the new location, thus keeping the series of measurements flowing. While a measurement had to be aborted in many cases or was found to be incorrect during the evaluation, with the instrument according to the invention it is possible to continue the measurement without loss of time and without errors.
Furthermore, you can set the target direction in an advantageous manner horizontally in the leveling instrument according to the invention, for. B. by first leveling from the middle and telling the correct height difference h of two Mcsslatten. Leave the staff in place and bring the instrument with the shortest possible target range in front of the higher staff and read the instrument at height I.
Furthermore, turn the instrument to the measuring rod further away and operate the adjusting device for the torsion thread until you read the height h + I. With this reading, the target direction is horizontal.
In addition, you can use the adjusting device for the Tor sion thread for coincidence reading and as a micrometer in the leveling instrument according to the invention, so that a plane plate can be saved in front of the lens. When reading the slat pitch, the observer can adjust the Stellvor direction for the torsion thread. Until he z. B.
brings a line of the lath division with the horizontal line on the graticule to coincide. The adjustment of the adjustment device for the Tor sion thread is a measure of the position of the horizontal line on the graticule between two lines on the rule. The torsion device for the torsion thread can be used as a micrometer if it is used e.g. B. has a partial disk which is held by friction and can be rotated ver against the torsion device.
When correcting the target direction, the observer must first set the target direction horizontally and then turn the micrometer graduation to zero. The instrument according to the invention can then be used as a fine level and meets the highest requirements.
The inventive leveling instrument can be created with cheap materials that are subject to severe aging, and is ready for use in brand new condition, without artificial aging or prior storage, since the observer can check the adjustment and correct it himself.
An advantageous embodiment of the invention is that the image of the horizontal circle appears in the field of view at the same time as the target. This enables Mlan to reliably read the pitch circle. The observer only needs to look into the instrument to read the measuring stick and to read the pitch circle, and thus has the smallest personal mistake. It can e.g. B. be useful to map a section of the division of the horizontal circle through a lens and a deflecting prism on the reticle of the instrument in the image plane of the telescope.
Likewise, the scale of the micrometer for the coincidence reading can also be mapped into the image plane of the telescope and thus into the field of view of the observer.
In many cases it is advantageous to connect the adjusting device for the displacement of the switching lens with the adjusting device of the tensile force, e.g. B. with a lever joint. What is achieved is that the observer inevitably sets the self-weighing condition associated with the relevant target distance when the switching lens is operated, even if the regulating optical component is outside the analactic point. The instrument then inevitably measures correctly at every distance.
Furthermore, an adjusting device for the torque can be coupled to the adjusting device for the tensile force, with which the self-weighing condition is regulated, so that the target direction, which can be adjusted when the tensile force changes, is retained.
Two exemplary embodiments of the leveling instrument according to the invention are described in more detail below with reference to the drawing: FIG. 1 shows a leveling instrument with self-weighing and serves to explain the self-weighing condition.
2a shows the regulating mechanism of a self-weighing level, the regulating optical component being held with a torsional vibration bearing.
Fig. 2b shows the torsional vibration bearing in an individual, with a micrometer screw and Vorrich device for the coincidence method. The optical construction part is designed as a prism.
FIG. 3 shows part of the torsional vibration mount according to FIG. 2b, but the regulating optical component is drawn as a plane-parallel plate. Fig. 4 shows schematically an arrangement for mirroring the reading of the horizontal sub-circle in the field of view of the leveling instrument.
FIG. 5 shows an embodiment similar to FIG. 3. The same components are provided with the same reference symbols in the different figures.
Fig. 1 shows the relationships on a leveling instrument. When leveling instruments have been weighed in, the horizontal aiming beam 1 runs parallel to the optical axis or parallel to the telescope tube 10. The observer 8 sees the target imaged in the crosshairs 7 through the eyepiece 9. If the leveling instrument is inclined by an angle a, then the beam 1 'runs at an angle a to the tube 10 and the observer 8 sees the target outside the crosshairs 7, the leveling instrument is no longer weighed. But now z.
If, for example, the position of the prism 5 is regulated according to the position of the instrument body in relation to the plumb line, the image of the target appears because of the deflection of the beam piece 1 ″ even when the instrument body is inclined in the crosshairs 7 The prism 5 must be inclined by an angle ss by the angle α of the instrument to the horizontal in order to fulfill the self-weighing condition.
The relationship
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depends on the location of the moving component 5 in the instrument and on the distance from the target. At constant
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the controlled component must lie in the analactic point.
The pivotable optical component does not necessarily have to be a prism, as shown in FIGS. 1 and 2. For example, as shown in FIG. 3, it can also consist of a plane-parallel glass plate 37. If the inclination of this plate to the incident beam changes, the exiting beam then experiences a correspondingly different parallel shift.
2a shows the control mechanism of a self-weighing level with a torsional vibration bearing. The torsional vibration bearing itself and the regulated component, in this case the prism 5, are enlarged in Fig. 2b for the sake of clarity.
For the following considerations, springs 30 and 31 should first be disregarded. The regulating component 11, in which the prism 5 is held, is held on the one hand by the threads or bands 12, 13 which are fastened to the leaf spring 14 and on the other hand by a torsion thread or tape 15. The threads 12, 13 are attached so that they are almost crossed, but cannot touch each other even when the part 11 is rotated.
By adjusting the goal sion force by means of the knurled screw 16, the target direction can be easily adjusted by the observer who the. If the torsion device is operated, the amount by which the Zugvor device 12, 13 is twisted out of the zero position changes. Since the position of the body 11 and the target direction changes. The adjusting device 17, 18 for the tensile force K is used to set the Selbsteinwä supply condition.
Because, as is well known, the directional moment on the body changes in the torsional vibration bearing when the tensile force K is changed and thus the ratio of Man changes so that the observer is sufficient
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8 can set and correct the target direction in a large area in a convenient way by actuating the Tor sion device 15, 16, and that he can adapt and correct the self-weighing condition for many measuring tasks by operating the adjusting device 17 for the tensile force K. . The regulating component 11 is held in a shock-proof manner by the torsional vibration mounts 12, 13, 15 even in the event of strong impacts on the instrument and results in error-free measurements.
In Fig. 2b a device is also drawn, which allows the rest position of the regulate the component 11 and thus the target direction to change measurably. This device consists of an arm 32 which is attached to the instrument body and which carries a leaf spring 33 which rests against the micrometer spindle 34. The leaf spring 33 is connected to the regulating component 11 via the helical spring 36. When adjusting the micrometer spindle 34, the position of the leaf spring 33 changes and thus also of the part 11. The change in the position of the component 11 and thus the drawing line can be read on the rotary knob 35 on the spindle 34, which is provided with a graduation.
With this device, the plane-parallel plate in the beam path can be saved, which was previously used in all common to carry out the coincidence reading.
Of course, a corresponding micrometer device, for example, can also be used directly on the adjusting device 16 of the torsion thread 15. B. a worm drive can be provided.
The adjusting device for the tensile force can consist of a screw spindle 18 which, in a manner known per se, carries two opposing threads 19, 20 of only slightly different pitch. By turning the knurled screw 17, the displacement of the body 21, which carries the leaf spring 14, and thus the tension of this spring can be adjusted very finely.
The self-weighing condition can now also be automatically readjusted when shifting the switching lens 3 and thus the analactic point. The rack 22, through which the Hal sion 25 of the switching lens 3 is moved by means of the rotary knob 23 and gear 24, the spindle 18 and thus, as described, the tensile force via a lever 26 which engages in a bearing 27 readjust. Furthermore, the torsional force can be readjusted at the same time by means of the gear wheel 28, which engages in the rack 22, so that the target direction is maintained.
The gear 28 and the axis 29 of the torsion device as well as the lever 26 and the spindle 18 are preferably not rigidly connected, but only clamped so that readjustment by means of the knurled screws 16 and 17 is possible regardless of the automatic control.
An automatic readjustment of the tensile and torsional force is also possible in that the holder 25 of the switching lens is connected to the leaf spring 14 by a spring 30 and to the regulating component 11 by a further spring 31. When the switching lens is displaced, the force K of the leaf spring is more or less compensated; the spring constant and the geometry of the arrangement can be chosen so that the self-weighing condition is retained. In a similar way, the spring 31 exerts a torque that changes with the displacement of the switching lens on the body 11, so that the torsional force of the thread 15 is more or less compensated. The spring 30 can therefore take the place of the lever 26 and the spring 31 can take the place of the gear ratio 22, 28.
So if the observer focuses the instrument on the target by operating the adjusting screw 23, he simultaneously sets a certain force K and thus a certain self-weighing condition. The torsional vibration bearing can be dimensioned in such a way that the instrument according to FIG. 2a automatically weighs in at each target range, even if the regulating component is outside the analactic point.
In Fig. 4: schematically shows an arrangement ge that causes the image of a section of the horizontal circle 38 appears in the field of view simultaneously with the target. A section of the division of the horizontal circle 38 by a lens 40 and a deflecting prism 29 is imaged in the plane of the reticle 6.
FIG. 5 shows similarly to FIG. 3 shows an embodiment of the torsional vibration mount according to FIG. 2b, in which, however, instead of the bifilar ones, a multi-threaded pulling device with the threads or tapes 12, 13 and 13a is provided, which attack the plane parallel glass plate 37 on the one hand and the leaf spring 14 on the other .
The regulating component is expediently damped so that the device adjusts itself quickly and control oscillations are avoided. Air or eddy current damping or another corresponding speed-dependent type of damping is particularly advantageous for this.