Koordinatentheodolit Ein übliches Messverfahren im Vermessungswesen ist die Polygonierung. Die Entwicklung der Polygonie- rung geht in jener Richtung, dass die Abstände zwi schen den Polygonpunkten, also die Polygonseiten, statt durch unmittelbares Entfernungsmessen mittels eines für optische Entfernungsmessung eingerichteten Theodoliten gemessen werden. Es ist erwünscht, dass das Instrument unmittelbar die auf die horizontale Ebene reduzierten Abstände ergebe. Dies wird durch Verwendung des auf Grund verschiedener Funktions prinzipien konstruierten sogenannten Reduktionstachy meters erzielt.
Das Endziel der Vermessung ist jedoch die Bestimmung der Koordinaten der Terrainpunkte in irgendeinem geodätischen Koordinatensystem, z. B. Nord-Ost-Koordinatensystem. Hierzu sind - selbst im Falle, wenn die reduzierten Entfernungen zur Ver fügung stehen - im Bureau zu verrichtende Berech nungen notwendig.
Es taucht nun das Bedürfnis nach einem solchen geodätischen Instrument auf, welches als Messresultat die auf die Koordinaten yi_l, xi_i des Polygonpunktes Pi_i bezogenen Koordinatendiffe- renzen dyi=yi-yi_1 bzw. dxi=xi-xi_i eines belie bigen Polygonpunktes Pi unmittelbar ergibt.
Mit Hilfe eines solchen Instrumentes können die Koordinaten y", x" des Punktes (Endpunktes) P" aus den gemesse nen Koordinatendifferenzen dyi bzw. dxi an Ort und Stelle bestimmt werden,
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wo y" und x" die bekannten Koordinaten des Anfangs punktes des Polygonzuges bedeuten.
Zur Lösung des Problems des Koordinatentheo- doliten wurden in der Fachliteratur schon mehrere Grundprinzipien veröffentlicht, ohne dass die bisheri gen Erwägungen - wegen ihrer äusserst komplizierten Bauart - zur Durchführung gelangt wären.
Vorliegende Erfindung ermöglicht auf Grund ihrer nachfolgend beschriebenen grundsätzlichen optischen und mechanischen Lösung die praktische Verwirk lichung des Koordinatentheodoliten.
Das Arbeitsprinzip und eine beispielsweise Aus führungsform des erfindungsgemässen Koordinaten theodoliten werden durch die beiliegenden Zeichnun gen veranschaulicht.
Fig. 1 stellt die Skizze der bekannten Entfernungs- messmethode, mittels Fernrohrverdrehung um 1 , mit Hilfe einer horizontalen Entfernungsmesslatte dar.
Fig. 2 zeigt die auf die Koordinatenachsen y, x bezogenen Projektionen der reduzierten Entfernung Fig. 3 stellt das im Ablesemikroskop des Koordi- natentheodoliten ersichtliche ganze horizontale Ab lesebild schematisch dar.
Fig. 4 zeigt die durch das optische Mikrometer verschobene Lage des ganzen horizontalen Ablese bildes.
Fig. 5 veranschaulicht das durch die Horizontal stellschraube verschobene ganze horizontale Ablese bild.
Fig. 6 weist die Skizze der horizontalen Ablese einrichtung des Koordinatentheodoliten (Schnitt in der vertikalen Ebene der horizontalen Achse des Theodoliten) auf.
Fig.7 zeigt die das Halbstrahlenbündel ablen kende Halblinse in Draufsicht.
Fig.8 zeigt die das Halbstrahlenbündel ablen kende Halblinse in verschobener Lage.
Fig. 9 stellt schematisch ein Beispiel der mecha nischen Lösung der die ablenkende Halblinse steuern den Anordnung in Draufsicht dar. Fig. 10 ist die Skizze der Koordinatenmesslatte mit zwei Teilungen.
Fig. 11 veranschaulicht die Skizze der Koordina- tenmesslatte mit einer einzigen Teilung.
Es ist bekannt, dass die horizontale Projektion Si-"i der schiefen Entfernung der Polygonpunkte Pi_1 und Pi - also die reduzierte Entfernung derselben Punkte - mit einem über dem Punkt Pi_1 aufgestell ten Theodoliten, mittels einer über dem Punkte Pi senkrecht zur Geraden Pi_iPi aufgestellten horizon talen Messlatte bestimmt werden kann.
Zunächst soll der 0-Strich der Messlatte mittels einer Verdrehung der Repetitionsachse anvisiert werden. Dann ist das Fernrohr, mittels der horizontalen Einstellschraube, um einen geringen Winkel E zu verdrehen, sodann der Lattenabschnitt li <I>=</I> PQ <I>=</I> P; <I>Q; ,</I> welcher durch den Vertikalfaden des Fernrohres an der Messlatte bestimmt wird, in cm abzulesen.
Die reduzierte Entfernung Si_l,i ergibt sich als Si-1,i = li cotg E.
Dies kann auch wie folgt aufgeschrieben werden:
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und mit Anwendung der Bezeichnung
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wird oder Si-1,i 1<B>ein)</B> = 100 Li Si-1,i,em) = Lii (4) wenn an der Messlatte das Teilungsintervall
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statt des üblichen 1 cm angewendet wird. Gemäss der Formel (4) gibt die an der Messlatte abgelesene Zahl der Teilungsintervalle unmittelbar die reduzierte Ent fernung.
Zur Lösung des angeschnittenen Problems werden aber die auf die Koordinatenachsen y und x bezo genen Projektionen A yi = Si-1.i sin ai (5) und Axi = Si-1,i cos ai (6) der horizontalen Entfernung Si-1,1 benötigt (Fig. 2).
In die Formeln (5) und (6) den Ausdruck (4) ein gesetzt: J yi = Li sin ai (7) Axi = Li cos ai (8) Wird nun dafür gesorgt, dass durch die beiden Anvi- sierungen die Lattenablesungen Lia, = L, sin ai (9) Li_,
= Li cos ai (10) statt der Ablesung L; erhalten werden, so ergeben sich durch die Lattenablesungen unmittelbar die Ko- ordinatendifferenzen A yi und J xi.
Die durch die Formeln (9) und (10) bestimmten Lattenablesungen können erlangt weden, wenn das Fernrohr, bevor man die zweite Visierung vornimmt, nur den Winkel E sin a, (11) bzw.
r cos a; (12) statt E verdreht wird. Es sei angenommen, dass das horizontale Ablesebild, welches sich im Ablesemikro- skop des auf den Punkt Pi gerichteten Koordinaten theodoliten zeigt, nach Fig. 3 in zwei gleiche Teile aufgeteilt ist. Der eine, z. B. obere Halbteil, ist das eigentliche Bild der Ablesestelle am Horizontalkreis, wogegen in dem anderen (unteren) Halbbild sich hin gegen dieselbe Ablesestelle senkrecht zu der Teilungs linie verschoben zeigt.
Nun sei angenommen, dass die Verschiebung Ai,, des unteren Halbbildes relativ zum oberen Halbbilde<I>A</I> i4. <I>= b -</I> sin a1 beträgt, wo<I>b</I> das an der Trennungslinie beider Halbbilder gemessene Mass des Winkels E am Horizontalkreis ist. Wird nun auf irgendeine Weise das ganze horizontale Ablesebild, also der obere und untere Teil gemeinsam, bei unver änderter Visierlinie so weit verschoben, bis am un teren Bildteil z.
B. die Teilungslinie 74 von den in der Gesichtsfeldmitte des Ablesemikroskopes befind lichen beiden unbeweglichen Indexlinien symmetrisch in die Mitte genommen wird (Fig. 4), dann wird sich - mit Rücksicht darauf, dass auch der obere Teil des Ablesebildes im selben Masse verschoben wurde die Teilungslinie 74 des oberen Bildteiles am Abstand b - sin ai von der Indexmitte befinden. Es soll nun das Theodolitfernrohr mittels der horizontalen Ein stellschraube so lange gedreht werden, bis die Tei lungslinie des oberen Bildteiles zwischen die beiden Indexlinien gelangt (Fig. 5).
Dadurch wurde die Visierlinie um den nötigen Winkel e sin a, verdreht. In dieser Lage kann im Fernrohr an der Entfernungs- messlatte der mit der Formel (9) bestimmte Wert ab gelesen werden, wodurch sich unmittelbar die ge suchte Koordinatendifferenz' yi ergibt.
Es soll angenommen werden, dass nach dem an den Punkt Pi erfolgten Visieren die Verschiebung des unteren Bildteiles im Ablesemikroskop relativ zum oberen Bildteile Ai, <I>= b -</I> cos ai = b - sin (90 + ai) ausmacht.
Wenn nun das ganze horizontale Ablesebild ohne Verdrehung der Alhidade - auf irgendeine Weise so weit verschoben wird, bis z. B. die Teilungslinie 74 in die Mitte der beiden Indexlinien kommt und dann das Fernrohr mittels der Horizontalfeinschraube in jene Lage verdreht wird, in der die Teilungslinie 74 des oberen Bildteiles in die Mitte der beiden Index linien gelangt, wird die Visierlinie in eine um den Winkel E cos ai verdrehte Lage kommen.
Es wird nun durch die Visierlinie die der Formel (10) entspre- chende Lattenstrecke an der Messlatte ausgeschnitten, welche unmittelbar den gesuchten Koordinatenunter- schied A xi ergibt.
Es wurde also eine grundsätzliche Konstruktions lösung gefunden, wonach: a) das mikroskopische Bild der horizontalen Ab lesestelle auf zwei Teilbilder getrennt werden kann, b) das untere Teilbild automatisch, mit dem Sinus- oder Cosinuswert der jeweiligen horizontalen Winkel ablesung proportional verschoben wird, c) die grösste Verschiebung A; im Falle a = 90 bei J y; Messung und im Falle a = 0 bei A x;
Messung gleich dem Abstand b ist, c4 das ganze horizontale Ablesebild - d. h. der obere und der untere Bildteil zusammen, gleichzeitig in solchem Masse verschoben werden kann, dass irgendeine Teilungslinie sowohl des unteren als auch des oberen Bildteiles in die Mitte der Indexlinien ge stellt werden kann.
Für das Problem wurde eine einfache konstruktive Lösung des Koordinatentheodoliten gefunden.
In der Fig. 6 hat der Horizontalkreis eine Grad teilung, jedoch sind die beiden (äusseren und inneren) Enden der Teilungslinien beziffert. In den Strahlen gang der horizontalen Ablesung ist die positive, halb kreisförmige Halblinse 3 von grosser Brennweite und die längliche Halblinse 4 von derselben Brennweite eingeschaltet. Die beiden Halblinsen 3 und 4 sind gemeinsam - als eine einzige Linse bearbeitet, so dass die gleichen Brennweiten gesichert werden können. Die Halblinse 3 ist fix in die Alhidade des Theodo liten eingebaut, die Halblinse 4 ist hingegen senkrecht zur Zeichnungsebene, d. h. in horizontaler Richtung verschiebbar.
Ist die Halblinse 4 in Grundstellung (Fig. 7), fallen die optischen Mittelpunkte der beiden Halblinsen im Punkt 0 zusammen und wirken die beiden Halblinsen als eine einzige ganze Linse. Wird die Halblinse 4 in der Pfeilrichtung (Fig. 7) nach vorn oder rückwärts in die auf in Fig. 8 ersichtliche Lage verschoben, so wird das durch diese Halblinse durch gehende Halbstrahlenbündel in der durch die optische Achse und die Verschiebungsrichtung bestimmten Ebene abweichen, und zwar in um so grösserem Masse, je grösser die Linsenverschiebung 9 und je kleiner die Brennweite der Linse ist.
Die Verschiebung der Halblinse 4 wird durch Verdrehung der Alhidade gesteuert. Bei der Durch führungsform nach Fig.9 ist der Durchmesser der am Metallhalter 16 des Horizontalkreises befestigten Exzenterscheibe 17 gleich der Breite des Ausschnittes am Rahmenschlitten 18. Die zentrische Bohrung 19 dient zur Einführung der zylindrischen Alhidaden- achse in die Hülse des Instrumentenunterteiles. Der Schlitten 18 ist längs der beiden an der Alhidade be festigten Führungsschienen 20-20 in der Pfeilrich tung bewegbar.
Wird die Alhidade im Verhältnis zum Horizontalkreis um die Stehachse verdreht, wird der Rahmenschlitten durch die Exzenterscheibe 17 in der Pfeilrichtung verschoben. Das Mass der Verschiebung ist proportional dem Sinuswert des Drehwinkels zwi- schen der Richtung der Schienen 20-20 und der Rich tung senkrecht zur Exzentrizität der Scheibe 17, oder falls der Horizontalkreis vorher um 90 verschwenkt wurde, dem. Cosinuswert des Drehwinkels. Mit dem Rahmenschlitten 18 zusammen bewegt sich auch die in dem Schlitten eingebaute Halblinse 4.
Ist der Hori zontalkreis 1 so auf dem Halter 16 befestigt, dass ein Seitenwinkel a = 0 in dem Falle abgelesen werden kann, wenn sich die Halblinse 4 in Grundstellung be findet, dann ist die Verschiebung der Halblinse 4 beim Visieren auf beliebigen Seitenwinkel ai auch pro portional mit sin a; bzw. cos a1.
Die gemeinsame Brennweite der Halblinsen 3 und 4 ist so zu dimensionieren, dass bei der maximalen Verschiebung der Halblinse 4 genau die gewünschte grösste Strahlenabweichung eintritt.
Der in Fig. 6 ersichtliche planparallele Glaskörper 7 ist als ein an sich bekannter optischer Mikrometer um eine in der Zeichnungsebene liegende Achse inner halb enger Grenzen mittels Mikrometerschraube ver- schwenkbar, mit dessen Hilfe das ganze Horizontal- ablesebild - bzw. können die beiden relativ verscho benen Bildteile - gemeinsam verschoben werden kann. In Fig. 6 ist, an der Mikroskopstrichplatte 10 der Doppelindex angebracht.
Das neben der Mikroskop strichplatte 10 angeordnete flache Prisma bezweckt, dass im Mikroskop oberhalb der Prismenkante, ledig lich jenes zufolge des durch die fixe Halblinse 3 durchgehenden Halbstrahlenbündels entstehende Bild, unterhalb der Prismenkante hingegen lediglich das zufolge des durch die bewegliche Halblinse 4 durch gehenden Strahlenbündelteils entstehende Bild sicht bar wird. Dazu gehört noch die Lochblende 15 vor dem Mikroskopokular.
In Fig. 6 sind die Bestandteile 2, 5, 6, 8, 11, 12, 13 und 14 bekannte optische Elemente der .als für Beispiel angenommenen Ableseeinrichtung.
Durch entsprechende Dimensionierung der me chanischen Elemente der in Fig. 9 angedeuteten Steue rungsvorrichtung kann erzielt werden, dass die grösste relative Verschiebung der horizontalen Halbbilder im Ablesemikroskop dem Abstand zweier benachbarter Teilungslinien, z. B. im Bild 3 dem der Teilungslinien 74 und 75 gleich ist. Die genaue Erfüllung dieser For derung wird über die Dimensionierung hinaus derart gesichert, dass man das Mass der Halbbildverschiebung justierbar konstruiert.
Zu diesem Zwecke wird die Exzentrizität EK der Exzenterscheibe derart veränder bar gemacht, dass man die Exzenterscheibe an eine Latte montiert, welche in den Nuten 21-21 der Lim- busfassung 16 verschiebbar ist. Diese Latte kann dann nach Einstellung mittels bekannter Konstruktionsele mente befestigt werden.
Für die automatische Verschiebung der beweg lichen Halblinse 4, gemäss der oben angegebenen Er fordernisse, kann auch durch ein beliebig anderes, bewegungsübertragendes Organ gesorgt werden.
Die oben angegebene prinzipielle konstruktive Lö sung gibt die Koordinatendifferenz <I>A</I> y1. Die Koordi- natendifferenz Jxi kann mittels derselben Konstruk- tion erzielt werden, indem der Horizontalkreis vorher um 90" gegen den Uhrzeigersinn um die Repetitions- achse verdreht wird. In diesem Falle wird ja die be wegliche Halblinse 4 dem Seitenwinkel (90 + ai)
ent sprechend um das Mass b - sin (90" + ai) verschoben. So wird jetzt die mit den beiden Visierungen ausge schnittene Lattenstrecke unmittelbar die Koordinaten differenz<I>d</I> xi geben.
Beide Koordinatendifferenzen können positiv oder negativ sein. Das positive oder negative Vorzeichen der Werte d yi und<I>d</I> xi wird bei der dargestellten Lö sung dementsprechend angegeben, je nachdem die ausgeschnittene Lattenstrecke bei Anwendung der Fernrohrlage 1 rechts oder links vom Lattennull strich erscheint. Es ist zweckmässig, eine solche spe zielle Koordinatenmesslatte mit zwei Teilungen zu ver wenden (Fig. 10), an welcher die von dem über den zu messenden Punkt gestellten Nullstrich rechts bzw. links befindliche Teilung schwarz bzw. rot gefärbt ist.
Das Teilungsintervall beträgt
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oder
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falls E =1 .
Es kann mit Hilfe des Instrumentes auch in der Fernrohrlage I1 gemessen werden. In diesem Falle werden sich die Vorzeichen der beiden Koordinaten differenzen entgegengesetzt zu den tatsächlichen Vor zeichen ergeben. Die beim Messen in Fernrohrlage 1I gewonnenen Vorzeichen müssen daher geändert be rücksichtigt und notiert werden.
Es kann zum Koordinatentheodolit auch eine Koordinatenmesslatte mit einer Teilung verwendet werden (Fig. 11). Diese Latte ist aber so aufzustellen, dass der am Ende der Latte befindliche Nullstrich über den Punkt P; zu stehen kommt. Beim Messen mit einer solchen Koordinatenmesslatte sind die posi tiven Koordinatendifferenzen d yi und<I>d</I> xi in der Fern rohrlage I, die negativen in der Fernrohrlage II zu messen.
Der Vorteil dieses Messverfahrens liegt darin, dass mit einer Messlatte gleicher Länge doppelt so grosse Koordinatendifferenzen gemessen werden kön nen.
Durch die oben geschilderte Konstruktionsausfüh rung werden die beschriebenen Konstruktionsprinzi pien des einfachen Koordinatentheodoliten restlos ver wirklicht.
Einzelne Ausführungsformen des Konstruktions grundprinzips können von der oben festgelegten Aus führungsform abweichen. So kann man z. B. anstelle der Halblinse 4 ein flaches Glaskeilpaar anwenden, dessen beide Keile um einen mit dem Verdrehungs winkel der Alhidade übereinstimmenden Winkel, je doch in entgegengesetzter Richtung, automatisch ver dreht werden, welche Verdrehung durch die relative Verschwenkung der Alhidade und des horizontalen Halbkreises mittels eines bekannten Bewegungsüber- tragungsorgans gesteuert wird.