DD291141A5 - Anordnung zur zielachsensteuerung, insbesondere von nivellieren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Zielachsensteuerung, insbesondere von Nivellieren, die durch Ausschalten des schwingenden Zielbildes sowie das Kleben und Haengen des Pendels eine Erhoehung der Meszgenauigkeit erreicht und durch den Einsatz eines Mikroprozessors nach Eingabe der Lattenablesungen eine Berechnung des Hoehenunterschiedes, in dem das Nivellierfernrohr durch Dehnung eines Piezostellers so um seine horizontale Achse verkippt wird, bis eine am Piezosteller anliegende Spannung sich veraendert und ein Differenzfotoelement sich auf das Bild eines von einem Neigungsmesser gesteuerten Lichtspaltes einstellt und bei horizontaler Zielachse des Nivellierfernrohres die Differenz der Fotostroeme Null ist. Fig. 1{Nivellier; Neigungsmesser; Zielachse; Neigung; Steuerung; Piezoelement; Empfaengeranordnung; Abbildung; Lichtspalt; Regelkreis}

Description

Darlegung des Waten· derr Erfindung

Der Erfindung Hegt dlo Aufgabe tugrunde, durch die Ausschaltung des schwingenden Zlelblldes sowie das Kleben und Hängen des Pendels Insbesondere bei Kompensatornivellleren eine luverlasslgo automatische Zielachsensteuerung zu schaffen und durch den damit notwendigen Einsatz olner Stromversorgung und eines Mikroprozessors gleichzeitig nach dor Eingabe dor Lattonablosung auch die Oorochnung dos Höhenunterschiedes und solno Registrierung zu ormögllchon. Erfindungsgomäß wird dlose Aufgabe mit einer Anordnung zur Zlelachsensteuorung, dlo ein Fornrohr mit einer Zlolachso, bostohond aus olnom Objektiv, olnor Schiobellnse, einer Strichplatte, elnom Okular umfaßt, eine vortlkalo Drohachse und oinon Neigungsmesser mit oinor optoelektronischen Steuereinrichtung, bostehond aus oinom bolouchtoton Lichtspalt, einem Abbildungssystem, elnor Fotoompfängoronordnung, einem Piozostolloloment und olnom Fodorgelonk zur Erfassung von Noigungsänderungen sowlo olner Stromversorgung, olnom Rogolkrols, oinom Mikroprozessor und einer Anzolgo- und Eingabooln'Olt dadurch golöst, daß das über dor Stehachso mittels des Federgelonkos angoordnoto Fornrohr um eino horizontale Achse solange durch Drohung dos Piezostellers vorkippt wird, bis die am Piozostoller anliegende Spannung sich verändert und das Difforenzfotoolomont der Fotoompfängeranordnung sich auf dio Mitto dos Bildes dos Llchtepaltos, dessen Lago durch don Neigungsmesser bestimmt wird, oingostollt hat, wobei dio Zlolachso dos Fornrohros horizontal ist, wenn die Differenz boldor Fotoströme Null ist.

Vorteilhaft Ist es, daß auch nur oin Toil des Fornrohros, vorzugsweise die Strichplatte oder eine Linse durch don Piozostellor vertikal vorstellt werden kann, oder daß im Fernrohrstrahlongang oln reflektierendes Bauolomont vorgesehen ist, das durch einen Piezoblegobalken um eine horizontale Achse so gedreht wird, bis sich die Fernrohrziolachso horizontal olnstollt und daß weiterhin nach der Horizontiorung der Zlolachso mittels des Regelkreises ein Mikroprozessor aus don oingegebonon Moßworton dor Lattenablesung den Höhenunterschied berechnet.

Durch dio Erfindung Ist os möglich, die Nachteile eines schwingenden Zielbildes sowie das Kleben und Hängen des Pendols zu beseitigen und in Verbindung mit einem Mikroprozessor nach der Eingabe dor Lattenablosungen auch eine Berechnung des Höhenuntorschiedos und seine Registrierung zu erhalten.

AusfOhrungsbelsplel Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: ein erstes Ausführungsbeispiel olnor Anordnung zur Ziolachsonsteuerung Fig. 2: oin zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Zielachsensteuerung Fig.3: ein Blockschaltbild des Regelkreises Fig.4: ein Blockschaltbild dor Datenverarbeitung

Fig. 1 zeigt don orfindungsgemäßen Aufbau eines Nivellierinstrumentes, bestehend aus einem Dreifuß 1, elnom Unterteil 6 und einem Fernrohr 10, das über ein Bandgelenk 9 drehbar gelagert und eine Kupplung 18 gel alten wird, wobei ein Labyrinth 29 beide Teile gegeneinander abdichtet. Das Fernrohr 10 besteht aus einem Objektiv 11, eine r Schlebelinse 13 in einer Führung 12, einer Strichplatte 16 und einem Okular 16. Auf dem Fernrohr 10 ist eine Dosenlibelle 14 zur Vorhoriiontierung des Nivellierinstrumentes mittels des Dreifußes 1 vorgesehen. Im Unterteil 6 Ist ein als Flüssigkeitsnelgungsmessor ausgebildeter Neigungsmesser 6 angeordnet, ein Umlenkprisma 8, ein Abbildungssystem 7, ein Teilerprisma 19, oin Differenzfotoelement in einem Stuhl 21, ein Beleuchtungssystem mit der Kondensorlinse 22 und einer Blende 23, die den Lichtspalt darstellt und einer Leuchtdiode 24 vorgesehen sowie ein Piezostellglied 25, eine Leiterplatte 26 mit der Elektronik für den Regelkreis und eine Batterie 4. Das Unterteil 6 wird von einer Vertikalachse 28, die In einer Buchse 27 läuft, getragen, die fest mit dem Dreifuß 1 verbunden ist. Auf der Achsenbuchse 27 ist ein Feinstellring 2 vorgesehen, an dem eine Feinstellschraube 3 das Unterteil 6 gegen den Dreifuß 1 verstellt. Das Piezostellglied 25 ist fest in dem Untertoll 6 angeordnet und nach oben mit dom Gehäuse des Differenzfotoelementes 20 gekoppelt, das mit dem Fernrohrkörper 10 über die Kupplung 18, die eine Blende 17 gegen die Wand des Unterteils 6 abdichtet. Nach der Horizontierung des Nivellierinstrumentes durch einen Beobachter mittels eines Seitenfeintriebes 3 auf eine nicht näher dargestellte, bekannte Nivellierlatte in einem Zielpunkt wird ein Auslöseknopf 30 gedrückt. Dadurch erhält das Piezoelement 25 eine sich vergrößernde Spannung, bis sich das Stellelement ausdehnt und dabei das Differenzfotoolement 20 vertikal solange vorschoben wird, bis es sich auf die Mitte des Lichtspattbildes 23 positioniert hat. Mit der Verschiebung des Differenzfotoelementes 20 wird über die Kupplung 18 das Fernrohr gekippt und auf die horizontale Lage der Zielachse ZZ eingestellt. Diese horizontale Lage der Zielachse ZZ wird vom Horizont des Flüssigkeitsneigungsmessers vorgegeben und bewirkt, daß der Lichtspalt 23 durch ein Abbildungssystem 7 nach » abgebildet und das Lichtbündel durch don Flüssigkeitshorizont stabilisiert auf dem Difforenzfotoelomont 20 die horizontale Lage der Zielachse ZZ des Fernrohres 10 bereits vorgibt. Diese Regelung läuft kurzfristig ab, so daß ein Beobachter nach dem Knopfdruck 30 sofort an einem Strichkrouz 15 auf der Nivellierlatte den Höhenindex ablesen kann. An oinem bekannten, nicht näher dargestellten Bedienpult Kann er dann die Meßwerte der Ablesung in das Nivellierinstrument eingeben und ein Mikroprozessor ermittelt dann den Höhenunterschied. Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, mit der Zielachse AA des Fernrohres 10 eines Nivellierinstrumentes mit einem Kompensatorspiegel 34. Das Fernrohr 10 besteht aus einem Objektiv 31, einer Schiebelinse 32, einem Umlenkprisma 33 mit einem Spiegel 34, einem Umlenkprisma 35, einer Strichplatte 38 und einem Okular 39. Die optische Achse BB des Steuersystems umfaßt dabei eine Diodenbeleuchtung 44, einen Lichtspalt 45, ein Umlenkolement 47 mit der teilverspiegelten Fläche 46, ein Objektiv 41, ein Pentaprisma 42, ein Flüssigkeitsneigungsmesser 43, ein Prisma 40 und die Fotoempfängeranordnung 37 mit dem Differenzfotoelement 36. Das Umlenkprisma 33 wird außerdem von einem Piezobiegebalkon 48 getragen, der am Gehäuse 49 fest angeordnet ist.

Wird Jer Auslöseknopf 30 gedruckt, erhält das Piezoelement 25 eine sich vergrößernde Spannung bis sich das Stellelement ausdehnt und das Prisma 33 wird solange geneigt durch Piezobiegebalken, bis das Bild des Lichtspaltes 45 auf der Mitte des Differenzfotoelementes 36 liegt und Stromgleichheit besteht.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des Regelkreises. Der Moßvorgang wird durch Betätigung einer Sterttaste 30 ausgelöst, indom dor elektronische Zeltschalter einer Stromversorgung 50 die Meßeinrichtung mit der Spannungsquelle 4 verbindet und ein Kondensator 56 mittels eines Entladeimpulses 57 entladen wird, Ein Differenzfotoelemont 20 wird dann über die Konstantstromquellen 51 und 52 mit Strom versorgt und erzeugt en seinon Anodon olno dem Beleuchtungszustand äquivalente Spannung A und B. Zu Beginn dos Moßvorganges wird im nichtoingoregelten Zustand der Fotoompfängor der Stromquelle 52 stärker beleuchtet als dor Fotoompfänger der Stromquelle 51 infolgo einer nlodrigon Spannung am Piezoeloment 25, das elno niedrigere Spannung B als Spannung A zur Folge hat und damit ist eine Spannung C negativ gegenüber dom Nullpotential. Der Komparator 54 vergleicht die Spannung am Ausgang eines Differenzverstärker 53 mit dem Nullpotential. Solange dann die Spannung C negativ Ist, wird eine Spannung D positiv und schaltet damit eine Stromquelle 55 auf .ein". DIo Stromquelle 55 lädt den Kondensator 56 auf, so daß eine Spannung E linear anwächst, über einen Impedanzwandler 58 die Spannung E In oine Spannung F umsetzt, die dann nie Stouerspannung für einen Transverter 59 dient und dessen Auagangsspannung solange vergrößert, bis über das Piezoolement 25 als Stollglied die Belouchtungszustände bolder Differenzfotoempfänger 20 gleich sind. Dioser Zustand wird als negative Spannung D angezoigt, schaltet die Stromquelle 55 ab und hält den Ladezustand E des Kondensators 56. Der Impedanzwandler 58 sorgt dafür, daß dor Kondensator 56 sich während des Meßvorganges nicht oinflußnohmend entlädt. Nach Ablauf der Haltezelt des Zeitschalters dor Stromversorgung 50 wird das gosamte Meßsystem ausgoschaltei.

Bei bineatz eines Mikrocontrollers 62 (Fig. 4) beginnt der Meßvorgang durch Betätigung einor Starttaste einer Eingabetastatur 61. Dadurch wird die gesamte Meßanordnung durch die Stromversorgungseinheit 50 mit der Spannungsquelle 4 verbunden. Der Mikrocontroller 62 initialisiert eine Anzeige 60, einen Arbeitsspeicher 65 und lädt über eine Signalleitung 57 den Kondensator 56. Die Stromquellen 62 und 51 worden eingeschaltet und das Differenzfotoelemont 20 erzeugt die Spannungen A und B, und der Komparator 54 vergleicht die Spannung am Ausgang des Differenzvorstärkors 53 mit dem Nullpotential. Solange die Spannung C negativ ist, signalisiert der Komparator 54 dem Mikrocontroller 62 mit positivor Spannung an seinem Ausgang, daß der eingeregelte Zustand noch nicht erreicht ist und die Stromquellen 51 und 52 noch eingeschaltet bleiben müssen. Die Stromquelle 55 lädt dünn den Kondensator 56 auf und die auftretende negativo Spannung D schaltet dann die Stromquelle 55 ab und teilt dem Mikrocontroller 62 den eingeregelten Zustand mit, der über ein LC-Dlsplay 60 angezeigt wird. Die erhaltenen Meßdaten können über eine Eingabetastatur 61 und den Mikrocontrollor 62 in einen Meßdatenspoicher 65 eingegeben werden oder über eine serielle Schnittstelle an ein externes Datenverarbeitungsgerät gegeben werden.

Nach Abschluß des Speichervorganges schaltet der Mikrocontroller 62 über eine Ausgangsieini ng zur Stromversorgung das Meßsystem von der Stromversorgung 50 ab. Eine Funktio'iseinheit 63 dient der Überwachung der Betriebsspannung, signalisiert Unterspannung dem Mikrocontroller 62 und sichert gemeinsam mit einer Stützbatterie 64 den Datenerhalt in einem Meßdatenspeicher 65 bei abgeschaltetem Meßsystem und Mikrocontrollor 62. Die eingespeicherten Meßdaten können vom Mikrocontroller 62 nach vorgegebenem Programm in oinem Programmspeicher 66 weiter verarbeitet und das Ergebnis im Display 60 dargestellt werden.

Claims (4)

1. Anordnung zur Zlolacheeneteuerung, Insbesondere von Nivellieren, die ein Fernrohr mit einer Zielachse, bestehend aus einem Objektiv, einer Schiebollnse, einer Strichplatto, einem Okular umfassen, eine vertikale Drehachse und einen Neigungsmesser mit einer optoelektronischen Steuereinrichtung, bestohond aus einem beleuchteten Lichtspalt, einem Abbildungssystem, oinor Fotoompföngeranordnung, olnem Piozostollelemont und einem Federgelenk zur Erfassung von Noigungsänderungen sowie eine Stromversorgung, einen Regelkreis, einen Mikroprozessor, eine Anzoigo- und Eingabeeinheit und eine Nivellierlatte in einem Zielpunkt, gekennzeichnet dadurch, daß das über der Stehachse mittels des Federgelenkes angeordnete Fernrohr um eine horizontale Achse solange durch Dehnung des Plezostellors verkippt wird, solange die am Piezostellor anliegende Spannung sich verändert und das Differenzfotoolement der Fotoempfängeranordnung sich auf die Mitte des Bildes des Lichtspaltes, dessen Lage durch den Neigungsmesser bestimmt wird, einstellt, wobei die Zielachse des Fornrohres horizontal ist, wenn die Differenz beider Fotoströme Null ist.

2. Anordnung fur Zielachsensteuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß nur oin Toil des Fernrohres, vorzugsweise die Strichplatte oder eine Linse durch den Piezosteller vertikal verstellt werden.

3. Anordnung zur Zielachsensteuerurg nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß im Fernrohrstrahlengang ein reflektierendes Bauelement vorgesehen ist, das durch einen Piezobiegebalken um eine horizontale Achse so gedreht wird, bis sich die Fernrohrzielachse horizontal einstellt.

4. Anordnung zur Zielachsensteuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß nach der Horizontierung der Zielachse mittels des Regelkreises ein Mikroprozessor aus den eingegebenen Meßwerten der Lattenablesung den Höhenunterschied berechnet.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Zielachsensteuerung, Insbesondere von Nivellieren. Die Erfindung kann auch bei Thoodoliton eingesetzt werden, um beispielsweise Teilkreisanzeigen geregelt zu beeinflussen, zur Berücksichtigung der Stehachsenschiefe und allgemein in den Geräten, wo feine Verschiebungen von Meßmarken nacli vorgegebenen Beträgen erfolgen.

Charakteristik de» bekannten Standes der Technik

Es sind eine Vielzahl von Kompensatornivellieren bekannt, die über ein mechanisches Pendel entweder das Zielbild gegenüber einem festen Strichkreuz oder das Strichkreuz gegenüber einem festen Zielbild steuern. Diese Kompensatornivolliere haben den Nachteil, daß bei durch äußere Einflüsse hervorgerufenen Vibrationen eine Ablesung an einer Meßlatte erschwert wird. Werden gesonderte Kompensationseinrichtungen wie bei Theodoliten und Tachymetern vorwendet, können Höhenmeßfehler dadurch entstehen, daß der Abiesoindex des Vertikalkreises über den Neigungskomponsator abgebildet wird und bei Stativschwingungen eine Mikrometerablesung des Vertikalkreises ebenfalls erschwert wird. Aus der DD-PS 2378b I ist eine automatische Horizontierung der Ziellinie durch die Meßwerte eines Neigungsmessers bekannt, indem eine leuchtende Fläche oder Lichtmarke von dem Neigungsmesser so gesteuert und einer optoelektronischen Einrichtung geortet wird, daß das erzeugte elektrische Signal im Bildfeld des Fernrohrobjektivs eine Anzeige auslöst, wobei die Verbindungsgerade zwischen dem Objektivhauptpunkt und der Anzeige die Lage der Fernrohrzielachse darstellt. Es sind ebenfalls eine Vielzahl von Anordnungen zur automatischen Zielerfassung bekannt, die durch die Erfassung der Struktur eines beleuchteten Zielobjektes (DE-OS 3616929, 3233013, US-PS 4650993) mittels Quadrantenfotoempfänger, Raster, Matrixanordnungen, Sensoren, mechanischen Blenden oder durch den von einem Nivellier ausgesendeten Laserstrahl als Index auf einer durch Fotoempfängerzeilen ersetzten Meßlattenteilungen (US-PS 3790277,4029415, DE-AS 1915891,2756634) eine Automatisierung des geodätischen Meßprozesses und der Meßdatenerfassung ermöglichen. Der Nachteil dieser technischen Lösungen besteht in dem hohen technischen Aufwend.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Erhöhung der Meßgenauigkeit insbesondere von Kompensatornivellieren durch eine mit einfachen Mitteln und geringem technischen Aufwand realisierte automatische Zielachsensteuerung.