DD288877A5

DD288877A5 - ARRANGEMENT FOR ANGLE MEASUREMENT AND DIRECTION, IN PARTICULAR WITH A THEODOLITEN

Info

Publication number: DD288877A5
Application number: DD33425289A
Authority: DD
Inventors: Wieland Feist; Rolf Roeder
Original assignee: Veb Carl Zeiss Jena,De
Priority date: 1989-11-06
Filing date: 1989-11-06
Publication date: 1991-04-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Winkelmessung und Richtungsfluchtung, insbesondere mit einem Theodoliten fuer genaue Zielungen im Nahbereich nach Punkten unterschiedlicher Entfernungen zur Ausschaltung der systematischen Ziellinienfehler, in dem erfindungsgemaesz das Fernrohrsystem so zum Achsensystem des Theodoliten angeordnet ist, dasz der vordere Objektivhauptpunkt des Zielfernrohrs mit dem Strichkreuz in dem Schnittpunkt von Steh-Kipp- und Zielachse des Theodolits vorgesehen ist und dasz der Umlenkspiegel im Zielfernrohr in einer mit einer Justiereinheit verbundenen Fuehrung angeordnet ist. Figur{Zielerfassung; Ziellinienfehler; Theodolit; Abbildung; Bildebene; Entfernung; Fokussierung; Winkelmessung; Richtungsfluchtung; Nahbereich}The invention relates to an arrangement for angle measurement and directional alignment, in particular with a theodolite for accurate targeting in the vicinity of points of different distances to eliminate the systematic target line error, in the invention the telescope system is arranged so to the axis system of the theodolite, dasz the front objective main point of the telescopic sight Line is provided in the intersection of Stilt-tilt and target axis of the theodolite and dasz the deflection mirror in the scope is arranged in a guided unit with an adjustment. FIG {target detection; Collimation error; theodolite; Illustration; Image plane; Distance; focusing; Angle measurement; Direction alignment; short-range}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Winkelmessung und Richtungsfluchtung, insbesondere mit einem Theodoliten zu." Bestimmung der Form und der Abmessungen von Objekten im Nahbereich, die punktweise vermessen werden. Das betrifft hauptsächlich den Flugzeug-, Auto- und Schiffsbau, wo in Verbindung mit der Computertechnik kurzfristig Meßergebnisse über die zu vermessenden Objekte benötigt werden sowie genaue Absteckungen im Bauwesen und in der Industrie, wo Zielpunkte in unterschiedlichsten Entfernungen sehr genau ausgemessen werden müssen.The invention relates to an arrangement for angle measurement and directional alignment, in particular with a theodolite to. "Determining the shape and dimensions of objects in the vicinity, which are measured point by point., This mainly concerns the aircraft, automobile and shipbuilding, where in conjunction with the Computertechnik short-term measurement results on the objects to be measured are needed as well as accurate stakeouts in the construction industry and in industry, where target points have to be measured very accurately at different distances.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Bei der Winkelmessung und Richtungsfluchtung ist für genaue Zielungen im Nahbereich nach Punkten unterschiedlichster Entfernungen die Ausschaltung des Ziellinienfehlers beim Fokussieren von großer Bedeutung. Bei älteren Fernrohren, bei denen zur Anzielung naher Objekte eine Strichplatte mit dem Okular zum Fernrohrobjektiv fokussiert wurde, veränderte sich oft durch Führungsfehler der Strichplatte beim Fokussieren die Richtung der Zielachse gegenüber der Richtung des Horizontalkreises des Theodoliten. Es wurde deshalb eine Innenfokussierung eingeführt, um durch eine Verschiebung der Tubuslinse den Ziellinienfehler klein zu halten. Es tritt dabei ein großer, sogenannter Schlotterfehler auf, da die Zielachse die Form einer Zielhyperbel annimmt, die nicht mehr durch die Stehachse des Theodoliten verläuft. Um diese Nachteile zu beseitigen, gibt es eine Vielzahl von Verfahren und Anordnungen, wie die Messung mit dom Theodolit in zwei Fernrohrlagen, in dem eine Drehung des Fernrohres um die Stehachse und Kippachse erfolgt oder wie in der SU-PS1204 922 beschrieben, eine Drehung des Fernrohres um seine optische Achse. Beide Verfahren erfordern dazu eine große Anzahl von Anzielungen und Messungen. Aus derIn the case of angle measurement and directional alignment, the elimination of the target line error during focusing is of great importance for precise aiming at close range on points of very different distances. In older telescopes, in which a reticle was focused with the eyepiece to the telescope objective to target close objects, often changed by guiding error of the reticle when focusing the direction of the target axis relative to the direction of the horizontal circle of the theodolite. Therefore, internal focusing has been introduced in order to minimize the target line error by displacing the tube lens. There occurs a large, so-called Schlotterfehler, since the target axis takes the form of a target hyperbola, which no longer runs through the standing axis of the theodolite. To overcome these drawbacks, there are a variety of methods and arrangements, such as domodolite measurement in two telescope layers, in which the telescope is rotated about the vertical axis and tilt axis or, as described in SU-PS1204 922, rotation of the telescope Telescope around its optical axis. Both methods require a large number of targets and measurements. From the

EP-PS0185363undderUS-PS4317251 ist eine Anordnung zur Kompensation des Ziellinienfehlers bekannt, die aber einen hohen Aufwand an optischen Bauteilen im Strahlengang erfordern, die wiederum neue Fehler verursachen können und aus der US-PS3960453 ein Fernrohr, bei dem die Ziellinie auf einen räumlich festen Punkt bezogen wird. Weitere meßtechnische Lösungen sind in der US-PS4510695 und 4509269 beschrieben. Es wurden ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischenEP-PS 0185363 and US-PS4317251 disclose an arrangement for compensating for the boresight error, but which require a great deal of optical components in the beam path, which in turn can cause new errors, and US Pat. No. 3,960,453 discloses a telescope in which the sighting line is at a spatially fixed point is related. Other metrological solutions are described in U.S. Patent Nos. 4,510,695 and 4,409,269. There have been provided a method and an arrangement for automatic

Zielerfassung mit einem Theodoliten vorgeschlagen, mit denen ausgewählte Punkte eines Objektfeldes erfaßt und abgebildet werden, ohne daß eine Fokussierung durchzuführen ist, wobei das Zwischonabbildungssystom in der Stohachse des Theodoliten angeordnet ist, und eine Anordnung zur Vermeidung des Schlotterfehlers, durch eine pendelnde Aufhängung dos Umlenkspiegels in dem Fernrohrstrahlongang eines geodätischen Gorätos.Target detection with a theodolite proposed with which selected points of an object field can be detected and carried out without focussing, wherein the Zwischonabbildungssystom is arranged in the stohachse of the theodolite, and an arrangement for avoiding the Schlotterfehlers, by a pendulum suspension of the deflecting mirror in the telescope beam of a geodesic goretos.

Object of the invention

Ziel der Erfinduno ist eine technisch und ökonomisch einfache Anordnung zur Winkelmessung und Ricntungsfluchtung, mit der eine Erhöhung der Genauigkeit der Zielerfassung, Insbesondere mit einem Theodoliten, erhalten wird für eine geringe Anzahl von Anzi'elungen und Messungen.The aim of the invention is a technically and economically simple arrangement for angle measurement and alignment alignment, with which an increase of the accuracy of the target acquisition, in particular with a theodolite, is obtained for a small number of inclinations and measurements.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Winkelmessung und Richtungsfluchtung insbesondere mit einem Theodoliten so zu gestalten, daß der systematische Ziollinlonfehlor dadurch ausgeschaltet wird, daß das Fernrohr beim Fokussieren eine konstante Richtung und Lege der Zielung beibehält und beim Anzielen der Objekte sowie beim Fluchten in unterschiedliche Entfernungen eine Teilkreisablesung erhalten oder die Zielrichtung konstant bleibt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Theodoliten, der ein Fernrohrsystem, bestehend aus einem Sucher- und einem Zielfernrohr, ein Okular und ein Achsensystem, umfaßt, wobei das Zielfernrohr ein mindestens zweilinsigos Objektiv mit einem Strichkreuz im Objektivhauptpunkt auf der vorderen Linsenfläche, einen Umlenkspiegel in der halben Brennweite des Objektivs sowie ein erstes Prismenumlenksystem vor dem Strichkreuz und ein zweites Prismenumlenksystem vor einer ersten Zwischenabbildungsebene enthält und Mittel zur Anzielung, Horizontierung und Justierung des Theodoliten dadurch gelöst, daß das Fernrohrsystem so zum Achsensystem des Theodoliten angeordnet ist, daß der vordere Objektivhauptpunkt cIcj Zielfernrohres mit dem Strichkreuz in dem Schnittpunkt von Stehachse, Kippachse und Zielachse des Theodoliten vorgesehen ist, um die Lage der Zielachse im Schnittpunkt von Stehachse und Kippachse sowie die Zielachsenrichtung senkrecht zur Kippachsenrichtung konstant zu halten und daß der Umlenkspiegel im Zielfernrohr in einer mit einer Justiereinheit verbundenen Führung so angeordnet ist, daß die Führungsachse und die Spiegelnormale senkrecht zur Kippachse des Theodoliten vorgesehen sind. Vorteilhaft ist es, daß in der optischen Achse dec Fernrohrsystems, vor dem Zielfernrohrobjektiv ein zweites Zwischenabbildungssystem vorgesehen ist, zur Abbildung eines im Strichkreuz des Objektivhauptpunktes entstehenden Bildes eines angezielten Objektes über ein erstes vollverspiegeltes Prisma auf eine CCD-Matrix, daß die Lichtquelle im Fernrohrsystem parallel und zentrisch zur optischen Achse des Fernrohrsystems abgebildet wird, daß die optischen Achsen des Sucherfernrohrs und des ersten Zwischenabbildungssystems zusammenfallen und das je ein Prisma des rston und zweiten Prismenumlenksystems eine teilverspiegelte Fläche enthält. Durch die Erfindung ist gewährleistet, daß das Fernrohr beim Fokussieren eine konstante Richtung der Zielung beibehält und damit beim Anzielen der Objekte und beim Fluchten die Teilkreisanzeige erhalten bleibt oder beim Anzielen unterschiedlicher Richtungen die richtige Richtung gemessen wird, zur Ausschaltung eines Ziellinienfehlers. Das hat den Vorteil, daß eine Messung in zwei Fernrohrlagen entfällt unter Einsparung von Meßdaten und Meßzeit, und es wird eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Anzielung von Objekten erreicht.The invention has for its object to make an arrangement for angle measurement and directional alignment, in particular with a theodolite so that the systematic Ziollinlonfehlor is turned off by the fact that the telescope when focusing a constant direction and location of the destination retains and when aiming the objects and when escaping receive a partial circle reading at different distances or the target direction remains constant. According to the invention this object is achieved with a theodolite comprising a telescope system consisting of a viewfinder and a telescopic sight, an eyepiece and an axis system, wherein the telescopic sight at least zweilinsigos a lens with a line cross in the main objective on the front lens surface, a deflection mirror in the half focal length of the lens and a first prism deflection system before the line cross and a second prism deflection system before a first intermediate image plane contains and means for aligning, leveling and adjustment of the theodolite solved in that the telescope system is arranged so to the axis system of the theodolite, that the front objective main point cIcj riflescope is provided with the line cross in the intersection of standing axis, tilt axis and target axis of the theodolite to keep the position of the target axis at the intersection of standing axis and tilt axis and the target axis direction perpendicular to the tilt axis direction constant u nd that the deflection mirror in the scope is arranged in a guide connected to an adjustment unit so that the guide axis and the mirror normal are provided perpendicular to the tilt axis of the theodolite. It is advantageous that a second intermediate imaging system is provided in the optical axis dec telescope system, in front of the Zielfernrohobjektive, for imaging a resulting in the crosshairs of the main objective point image of a targeted object via a first fully mirrored prism on a CCD matrix that the light source in the telescope system in parallel and centered on the optical axis of the telescope system, the optical axes of the finderscope and the first intermediate imaging system coincide and each one prism of the rston and second prismatic deflection systems includes a partially mirrored surface. By means of the invention, it is ensured that the telescope maintains a constant direction of the aiming during focusing and thus preserves the pitch circle display when aiming the objects and when aligning or when measuring the correct direction in the measurement of different directions, in order to eliminate a target line error. This has the advantage that a measurement in two telescope layers accounts for less measurement data and measurement time, and it is achieved a higher accuracy and reliability of targeting objects.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt einen Theodoliten mit einem Dreifuß 1, einer Stütze 2 mit den Stützschenkeln 5 und 6 im Schnitt dargestellt. Die Stütze 2 trägt eine Libelle 4 und ein Fernrohrsystem 3, bestehend aus einem Sucher- und Zielfernrohr. Die Vertikalachse des Theodolits stellt dabei die Stehachse StA und gleichzeitig die vertikale Drehachsedar. Sie wird mittels der Fußschrauben 7 nach der Libelle 4 parallel zur Lotrichtung gestellt. Senkrecht zur Stehachse StA ist die horizontale Drehachse des Fernrohrsystems 3, die Kippachse KA und diese wiederum senkrecht zu einer Zielachse ZA, die die optische Achse des Zielfernrohres des Fernrohrsystems 3 darstellt, angeordnet. Das Fernrohrsystem 3 läuft dabei in Lagern 28 und 29 über eine an sich bekannte Zapfenanordnung. Das Zielfernrohr des Fernrohrsystems 3 umfaßt ein dreilinsiges Objektiv 8 mit einem Strichkreuz 10 im Objektivhauptpunkt auf der vorderen Linsenfläche sowie einen pendelnd aufgehängten Umlenkspiegel 9 in der halben Brennweite des Objektivs 8. Auf der vorderen Objektivfläche 8 sind außerdem ein Optikteil 13 mit einer Maske zur Sehfeldbegrenzung sowie die Prismen 11 und 12 zur Ablenkung des Strahlenganges des erzeugten Bildes eines angezielten Objektes angeordnet. Da das Strichkreuz 10 auf dem Objektiv 8 erfindungsgemäß im Schnittpunkt von Stehachse StA, Kippachse KA und Zielachse ZA vorgesehen ist, wird das erzeugte Bild eines angezielten Objektes mittels einer Feldlinse 14 eines ersten Prismenumlenksystems 15, eines Prismas 16 eines zweiten Prismenumlenksystems und einem ersten Zwischenabbildungssystem 17 in eine Zwischenbildebene 18 abgebildet und mit einem Okular 19 betrachtet. Der Umlenkspiegel 9 im Zielfernrohr des Fernrohrsystems 3 ist in einer Fassung 22, die mit einer bekannten, nicht näher dargestellten Justiereinheit über eine Hülse 33 verbunden ist, auf einer genauen Achse 24 verschiebbar. Die Achse 24 ist dabei verspannungsarm im Fernrohrkörper 3 gelagert und senkrecht zur Kippachse KA angeordnet. Die Hülse 33 ist über einen Mitnehmer 25 mit einer Mutter 26 sowie einer Spindel 27 gekoppelt, wobei die Spindel 27 in den Lagern 28 und 29 geführt wird. Die Spindel 27 trägt außerdem einen Fokussierknopf 30, durch dessen Drehung der Umlenkspiegel 9 solange verschoben wird, bis das im Okular 19 betrachtete Bild eines angezielten Objektes scharf erscheint, wobei eine Feder 31 dann die Lose aus einem Antriebselement drückt.The invention will be explained in more detail with reference to the schematic drawing. The figure shows a theodolite with a tripod 1, a support 2 with the support legs 5 and 6 shown in section. The support 2 carries a dragonfly 4 and a telescope system 3, consisting of a viewfinder and a telescopic sight. The vertical axis of the theodolite represents the standing axis StA and at the same time the vertical axis of rotation. It is placed by means of the foot screws 7 to the dragonfly 4 parallel to the direction of solder. Perpendicular to the standing axis StA is the horizontal axis of rotation of the telescope system 3, the tilt axis KA and this in turn perpendicular to a target axis ZA, which represents the optical axis of the rifle scope of the telescope system 3, respectively. The telescope system 3 runs in bearings 28 and 29 via a known pin arrangement. The riflescope of the telescope system 3 comprises a dreilinsiges lens 8 with a reticle 10 in the main objective on the front lens surface and a pendulum suspended deflecting mirror 9 in the half focal length of the lens 8. On the front lens surface 8 are also an optical part 13 with a mask for visual field limitation and arranged the prisms 11 and 12 for deflecting the beam path of the generated image of a targeted object. Since the reticule 10 is provided on the lens 8 according to the invention at the intersection of standing axis StA, tilt axis KA and target axis ZA, the generated image of a targeted object by means of a field lens 14 of a first prism deflection system 15, a prism 16 of a second prism deflection system and a first intermediate imaging system 17th imaged in an intermediate image plane 18 and viewed with an eyepiece 19. The deflecting mirror 9 in the telescopic sight of the telescope system 3 is in a socket 22 which is connected to a known, not shown adjusting unit via a sleeve 33, slidable on a precise axis 24. The axis 24 is mounted low-strain in the telescope body 3 and arranged perpendicular to the tilt axis KA. The sleeve 33 is coupled via a driver 25 with a nut 26 and a spindle 27, wherein the spindle 27 is guided in the bearings 28 and 29. The spindle 27 also carries a focusing knob 30, by the rotation of the deflection mirror 9 is moved until the viewed in the eyepiece 19 image of a targeted object appears sharp, with a spring 31 then pushes the lots of a drive element.

Die Zielerfassung kann auch automatisch mittels einer CCD-Matrix 33 erfolgen. Dazu bildet ein zweites Zwischenabbildungssystem 34, das aus einem zweilinsigen Objektiv besteht, über das Prisma 12 des ersten Prismenumlenksystems 15 und einem ersten vollverspiegelten Prisma 32 das Bild eines angezielten Objektes in die Ebene der CCD-Matrix 33 ab. Das Prisma 11 des 6rsten Prismenumlenksystems 15 trägt dabei eine teilverspiegelte, selektive Schicht. DieThe target detection can also be done automatically by means of a CCD matrix 33. For this purpose, a second intermediate imaging system 34, which consists of a two-lens objective, forms the image of a targeted object in the plane of the CCD matrix 33 via the prism 12 of the first prism deflection system 15 and a first fully mirrored prism 32. The prism 11 of the 6th prism deflection system 15 carries a partially mirrored, selective layer. The

gesamte Objektivbaugruppe 8 ist durch einen Halter 36, der aus einem schmalen Steg besteht, mit dem Fernrohrkörper 3 verbunden. Unter der CCD-Matrix 33 sind zusätzlich Leiterplatten 35 zur Ansteuerung angeordnet, Vor dem Objektiv 8 in der optischen Achse des Zielfernrohres und in der optischen Achse des Sucherfernrohros des Fernrohrsystems 3 ist weiterhin ein Scheinwerfersystem bestehend aus einer Leuchtdiode 38 über der optischen Achse dos Sucherfornrohres sowie ein Objektiv 40 und ein erstes vollverspiegeltes Prisma 32, das ein zweitos vollvorspiegoltes Prisma 39 trägt, angeordnet. Das Prisma 39 lonkt dabei das Licht der Leuchtdiode 38 in das Objektiv 40 ab, daß das Licht nach unendlich abbildet. Das Suchorfernrohr dos Fernrohrsystems 3 umfaßt oin Objektiv 41 und eine Strichplatte 37 sowie ein Prisma 21, wobei dio optische Achse des Sucherfernrohres parallel ist mit der Zielachse ZA. Das Umlenkprisma des zweiten Prismonumlonksystems 16 kann dabei entweder schaltbar angeordnet sein oder eine selektive Schicht enthalten, und eine bekannte, nicht näher dargestellte Blende 43 blendet das Licht des Sucherfernrohres ein oder aus.entire lens assembly 8 is connected to the telescope body 3 by a holder 36, which consists of a narrow web. In front of the lens 8 in the optical axis of the telescopic sight and in the optical axis of the viewfinderfernrohros the telescope system 3 is still a headlamp system consisting of a light emitting diode 38 on the optical axis doso viewfinder tube and a lens 40 and a first fully mirrored prism 32 carrying a second fully pre-prismed prism 39. In this case, the prism 39 detonates the light of the light-emitting diode 38 into the objective 40 so that the light is reflected to infinity. The finder scope of the telescope system 3 comprises a lens 41 and a reticle 37 and a prism 21, wherein the optical axis of the finder scope is parallel to the target axis ZA. The deflecting prism of the second Prismonumlonksystems 16 may be arranged either switchable or contain a selective layer, and a known, not shown aperture 43 fades the light of the finderscope on or off.

Claims

An arrangement for angle measurement and directional flooding, in particular with a theodolite comprising a telescope system consisting of a finder and a telescopic sight, an eyepiece and an axis system, wherein the telescopic sight at least a two-lens with a crosshair in the main objective on the front lens surface a deflection mirror in the half focal length of the lens and a first prism deflection system in front of the line and a second prism deflection system before a first intermediate image plane contains and means for aligning, leveling and adjustment of the theodolite, characterized in that the telescope system is arranged so to the axis system of the theodolite, since the front objective main point of the riflescope is provided with the reticule in the intersection of standing axis, tilt axis and target axis of the theodolite to the position of the target axis at the intersection of vertical axis and tilt axis and the target axis direction perpendicular to Kippa Keep constant chsenrichtung and that the deflection mirror in the scope in a guide connected to an adjustment is arranged so that the guide axis and the mirror normal are provided perpendicular to the tilt axis of the theodolite.

2. Arrangement for angle measurement and directional alignment according to claim 1, characterized in that in the optical axis of the telescope system, in front of the Zielfernrohrobjektiv a second Zwischenabbildungssystem is provided for imaging a resulting in the reticule of the main objective of the riflescope image of a targeted object on a first vollverspiegeites prism on a CCD matrix.

3. Arrangement for angle measurement and directional alignment according to claim 1, comprising a light source, a second fully mirrored prism and a lens in the optical axis dos telescope system, characterized in that the light source is parallel and concentric with the optical axis of the telescope system.

4. Arrangement for angle measurement and directional alignment according to claim 1, characterized in that the optical axes of the finderscope and the first Zwischenabbildungssystems coincide.

5. Arrangement for angle measurement and directional alignment according to claim 1, characterized in that each contains a prism of the first and second prism deflection system a partially mirrored surface.

6. Arrangement for angle measurement and directional alignment according to claim 1, characterized in that the deflection mirror in the telescopic sight is a triple prism.