-
-
Einrichtung zum objektivierten Zieleinfang
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum objektivierten
Zieleinfang mit einem Radialgitter und fotoelektrischer Auswertung Moire-Figuren,
welche aus der Überlagerung eines Bildes einer Zielstruktur mit einer Meßstruktur
entstehen und deren sich bei gleichmäßiger Relativbewegung zwischen dem Bild der
Zielstruktur und der Meßstruktur verändernder Modulationsgrad der Relativlage zwischen
Ziel- und Meßstruktur proportionale Signale liefert.
-
Einrichtungen dieser Art sind für geoditische Instrumente, wie zum
Beispiel Theodolite, Nivelliere oder Tachymeter sowie Fluchtungsfernrohre, erforderlich,
mit welchem eine mit einem objekt verbunden Zielmarke anvisiert wird, um die Ablige
des Objektes von einer vorgegebenen Sollage mit Hilfe einer Winkelmessung zu ermitteln.
-
Dazu ist es bisher bekannt, Zielstrukturen in Form den Meßlatten zu
entwenden und diese mittels einer im meßgerit, z.B. einem Theodoliten, befindlichen
speziellen Meßstruktur (Meßmarke) zwecke Ermittlung der Winkelablage des Objektes
zu einer Sollage anzuzisieren.
-
Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß bezug lich Messungen
in einer @oorlinaten@@ ntung @@@ en
werden können und daß keine
automatische Ausgabe der Meßwerte erfolgt. Ferner ist bei Ermittlung der Ablage
die Vergrößerung der Zielstruktur in die Berechnung mit einzubeziehen.
-
Ferner ist durch die US-PS 3 220 298 eine Einrichtung zir Bestimmung
von Azimut- und Elevationswinkeln bekannt, deren Ausgangsdaten durch digitalisierte
elektrische Impulse dargestellt werden. Zur Erzeugung dieser Impulse ist in dieser
Einrichtung ein rotierendes, in unterschiedeichen Radialbereichen mit verschiedenartigen
Teilungen ausgestattetes Rdialgitter vorgesehen, mit welchem die Zielstruktur abgetastet
wird.
-
Allerdings kann die Zielstruktur nur punktförmig abgetastet werden.
Damit ist jedoch nur eine geringe, durch Störungen leicht beeinflußbare und schlecht
auswertbare Energieausbeute zu erreichen.
-
Durch die c;B-PS 1 270 124 ist es ferner bekannt, zur Ausrichtung
zweier Objekte zueinander, das Ziel- und das Meßobjekt je mit einem gitter zu verbinden,
welche mit gleichabständigen, konzentrisch angeordneten, abwechselnd opaken und
transparenten Ringen als Marken versehen sind.
-
Der bei Versatz dieser Gitter gegeneinander auftretende Modulationsgrad
der Moire-Figuren wird fotoelektrisch detektiert. Die so entstehenden elektrischen
Signale werlen für die Ausrichtung der Objekte zueinander verwendet.
-
Ausgewertet wird bei dieser Einrichtung die Symmetrielenkung der entstehenden
Moire-Figuren. Das erfordert jedoch eine Abbildung im Maßstab 1 : 1 der Gitter aufeinander,
das nur in wenigen Praxisfällen erreichbar ist.
-
Der letztgenannte Nachteil wird durch ein in der DE-OS 2 431 932 offenbarten
Verfahren sowie eine Einrichtung zu dessen Durchführung abgestellt. Zum Anzeigen
einer Richtung werden hier Moire-Figuren verwendet, die durch Überlagerung eines
parallele Linien aufweisenden Gitters mit einer Radialgitterscheibe erzeugt werden,
die abwechselnd helle und dunkle, radial verlaufende Strahlen oder Linien besitzt.
Bei Ausrichtung des mit einem zu vermessenden Objekt verbundenen Gitters wird ein
Bild des Gitters an einem außermittigen Teil der Scheibe erzeugt. Bei gleichmäßiger
Drehung der Scheibe um ihre Achse entsteht eine Modulation der mittleren Lichtintensität
des resultierenden Bildes des Gitters und der Scheibe. Diese Modulation wird defektiert.
Das Gitterbild wird, ausgehend von einer gegebenen Anfangsstellung, um eine Achse
parallel zur Achse der Scheibe solange gedreht, bis eine Modulation maximaler Amplitude
erhalten wird.
-
Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Richtungsermittlung
nur in einer Koordinatenrichtung erfolgen kann.
-
Der Erfingung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung anzugeben,
mit welcher ein von der Entferung zwischen Ziel- und Meßstruktur, d.h. auch von
der Vergrößerung der Zielstruktur, unabhängiger Zieleinfang in zwei Koordinatenrichtungen
(Höhe und Seite) vornehmbar ist und welche die Nachteile des beschriebenen Standes
der Technik überwindet.
-
Erfingungsgemäß wird diese Aufgabe für eine Einrichtung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß zwei Radialraster gleicher Teilung vorhanden und
als externe
Ziel- und interne Meßstruktur eingesetzt sind; daß in
Lichteinfallsrichtung hinter der Meßstruktur fotoelektrische Empfänger angeordnet
sind, welche die dadurch eine Relativbewegung zwischen dem Bild der Zielstruktur
und der Meßstruktur modulierten Lichtflüsse detektieren und in elektrische Signale
wandeln: daß diesen Empfängern eine elektronische Auswerteschaltung nachgeschaltet
ist, welche diese elektrischen Signale zu in der Größe und Richtung der Mittenablage
zwischen beiden Strukturen proportionalen Ausgangssignalen verarbeitet und daß mit
diesen Ausgangs signalen gespeiste Mittel zur Anzeige der Ablage zwischen den Mitten
der Ziel- und Meßstruktur und/ oder Nachführen der Einrichtung in eine gewünschte
Sollage zwischen dem Bild der Zielstruktur und Meßstruktur vorhanden sind.
-
Es erweist sich als besonderer Vorteil, wenn die fotoelektrischen
Empfänger bestimmten Radialbereichen der Strukturen zugeordnet sind.
-
Erfingungsgemäß wird ferner vorgeschlagen, daß die Auswerteschaltung
eine Vergleichsstufe umfaßt, in welcher die Phasen lagen der von den fotoelektrischen
Empfängern erzeugten einzelnen Signale gegenüber einer zusätzlichen Referenzsignalphase
verglichen werden.
-
Die Auswerteschaltung kann aber auch eine Vergleichsstufe umfassen,
in welcher die Phasenlagen der von den fotoelektrischen Empfängern erzeugten einzelnen
Signale gegenüber dem Mittelwert aller Signalphasen verglichen werden.
-
Es ist aber auch ferner möglich, daß die Auswerteschaltung einen Drehfeldaddierer
umfaßt, welcher aus diametralen Radialbereichen der Strukturen erzeugten elektrischen
Signalen
ein Signal formt, dessen Phasenlage der Differenz der Phasenlagen der aus den diametralen
Radialbereichen der Strukturen erzeugten Eingangssignalen entspricht.
-
Es ist vorgesehen, daß die Zielstruktur ein als Amplitudengitter wirkendes
Auflicht-Radialraster und die Meßstruktur ein als Amplitudenraster wirkendes Durchlicht-Radialraster
ist.
-
Es ist für die Erfindung ein'besonderer Vorteil, wenn die zur Verwendung
kommenden Radialraster abwechselnd lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Sektoren
aufweisen.
-
Gemäß der Erfindung sind Radialraster vorgesehen, bei denen die Spitzen
der Sektoren außerhalb der Mitte der Sektoren sind.
-
Es ist also möglich, daß die Spitzen der Sektoren auf einem die Mitte
der Radialraster umgebenden Umkreis enden. Für die erstellung solcher Radialraster
hat es sich als Vorteil erwiesen, wenn die Spitzen der Sektoren an einem die Mitte
der Radialraster umgebenden Umkreis einseitig tangential anliegen.
-
Die Erfindung schlägt ferner vor, daß Mittel zur Erzeugung einer gleichmäßig
rotierenden Relativbewegung zwischen dem Bild der Zielstruktur und der Meßstruktur
vorgesehen sind.
-
Es kann vorgesehen sein, daß dieses Mittel ein die Meßstruktur antreibender
Motor ist. Es ist aber auch denkbar, daß als Mittel zur Erzeugung einer gleichmäßig
rotierenden
Relativbewegung zwischen dem Bild der Zielstruktur und der Meßstruktur ein kontinuierlich
angetriebenes, rotierendes optisches Bauteil vorgesehen und der Meßstruktur vorgeschaltet
ist.
-
Ferner wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Referenzsignalphase
durch die Drehbewegung der Meßstruktur bzw. des optischen Bauteiles gegeben ist.
-
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß nach
einer Grobausrichtung der Einrichtung auf die Zielstruktur der Einfangvorgang automatisch
abläuft und gleichzeitig eine Ausgabe der Meßwerte und/oder die Laqekorrektur der
Einrichtung erfolgt. Mit der vorgeschlagenen Strukturierung der Ziel- und Meßstruktur
ist eine so günstige Energiebilanz zu erreichen, daß Störungen, wie z.B. Rauschen,
praktisch die jeweiligen Meßresultate nicht mehr beeinflussen.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch
dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische
Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung mit rotierender Meßstruktur; Fig.
2 die gleiche Einrichtung mit ortsfester.Meßstruktur und Bildbewegung durch ein
rotierendes optisches Mittel, und Fig. 3a - 3c Beispiele für Ausführungsformen der
Meßstruktur.
-
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung enthält eine aus sinem Auflicht-Radialraster,
als Amplitudengitter wirkeine Zielstruktur 1, welche mit einem nicht weiter dar-
gestellten,
zu vermessenden Objekt verbunden ist. Diese Zielstruktur 1 wird über ein Objektiv
2 und einen Teilerspiegel 3 auf eine Meßstruktur 4 abgebildet; die aus einem als
Amplituden-Gitter wirkenden Durchlicht-Radialraster besteht.
-
Das Objektiv 2 ist in einem tubusförmigen Gehäuse 6 beweglich gelagert
und zwecks Objektscharfeinstellung mittels eines nicht mitdargestellten Triebes
in Richtung des Doppelpfeiles 7. verschiebbar.
-
Die Meßstruktur 4 ist als Kreisscheibe ausgebildet und rotiert, von
einem Motor 8 angetrieben mit gleichmäßiger Geschwindigkeit um die optische Achse
9 der Einrichtung.
-
In Lichtrichtung hinter der Meßstruktur 4 sind fotoelektrische Empfänger
10 bis 13 angeordnet, die die Meßstruktur 4 verlassenden Licht flüsse detektieren
und dabei elektrische Wechsel signale erzeugen, deren Frequenzen sich aus der Umdrehungsgeschwindigkeit
der Meßstruktur 4 und deren Teilung ergeben. Diese Frequenzen bleiben konstant,
wenn die Mitten von Ziel- und Meßstruktur keinen Versatz gegeneinander aufweisen,
d.h.
-
keine Gitterscherung vorhanden ist.
-
Liegen die Mitten der beiden Strukturen 1 und 4 nicht übereinander,
so ändern sich je nach auftretender Modulation der Lichtintensität die Frequenzen
der von den Empfängern 10 bis 13 erzeugten elektrischen Signale.
-
Gleichzeitig eilen beim Auswandern der Strukturenzentren, z.B. die
Phasen der von den Empfängern 10 und 11 erzeugten Signale vor bzw. nach, und die
Phasen der von den Empfängern 12 und 13 erzeugten Signale haben dann die entgegengesetzte
Phasenverschiebung.
-
Den Empfängern 10 bis 13 ist eine Auswerteschaltung 14 nachgeschaltet.
Diese enthält u.a. eine Vergleichsstufe, welche zur Ermittlung der Phasenverschiebung
eingesetzt wird und in der dabei jede einzelne Signalphase mit einer zusätzlichen,
z.B. aus der Umdrehung des Motors 8 gewonnenen Referenzsignalphase oder mit der
Summe aller Signalphasen verglichen wird. Bereits ein geringfügiger Versatz der
Mitten von Ziel- und Meßstruktur gegeneinander genügt, um aus den daraus resultierenden
Phasenverschiebungen der einzelnen Signale ein elektrisches Drehfeld zu erzeugen,
aus dem Größe und Richtung der Mittenablage ermittelbar sind.
-
Dieses elektrische Drehfeld wird in der Auswertschaltung 14 in digitale
Signale umgewandelt, welche eine nachgeschaltete Anzeigevorrichtung 14 speisen.
-
Außerdem ist der Auswerteschaltung 14 eine Nachführeinrichtung 16
nachgeschaltet, die entsprechend den Ausgangssignalen der Auswerteschaltung 14 die
Relativraumlage der Einrichtung nach zwei Koordinatenrichtungen solange verändert,
bis die Mitten der Zielstruktur 1 und Meßstruktur 4 zusammenfallen.
-
Zur visuellen Beobachtung des Zieleinfanges und zur Grobausrichtung
der Einrichtung auf die Zielstruktur 1 ist ein Okular 21 vorgesehen, welchem in
einer Zwischenbildebene 25 eine Marke 22 vorgeschaltet ist. Zwecks Scharfeinstellung
auf die Zwischenbildebene 25 ist das Okular 21 in einem fest mit dem tubusförmigen
Gehäuse 6 verbundenen Okularstutzen 23 verschiebbar gelagert und mittels eines nicht
mitdargestellten Triebes in Richtung des Doppelpfeiles 24 verstellbar.
-
Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel, in welchem die gleiche
Funktion wie in Fig. 1 ausübenden Bauteile die-gleichen Bezugszeichen tragen, unterscheidet
sich von dem in Fig. 1 Gezeigten dadurch, daß die Meßstruktur 4 ortsfest montiert
ist. Die Relativbewegung zwischen dem Bild der Zielstruktur 1 und der Meßstruktur
4 erfolgt dadurch, daß das Bild der Zielstruktur 1 rotierend über die Meßstruktur
4 geführt wird. Dazu ist im Strahlengang ein optisches Bauelement 26, z.B. ein Dove-Prisma,
angeordnet, welches auf einem um die optische Achse 9 drehbaren Träger 27 befestigt
ist. Ein Antriebsmotor 28 versetzt den Träger 27 über ein Triebrad 29 in eine gleichmäßige
Rotationsbewegung um die optische Achse 9.
-
So wird das vom Objektiv 2 entworfene Bild der Zielstruktur 1 über
die Meßstruktur 4 geführt. Die Erzeugung der elektrischen Signale, deren Auswertung
sowie die visuelle Beobachtung und Grobausrichtung der Strukturen zueinander erfolgt
wie zu Fig. 1 beschrieben.
-
Zielstruktur 1 und Meßstruktur 4 können abwechselnd lichtdurchlässige
30 und lichtundurchlässige 31 Sektoren aufweisen, deren Spitzen 32 in den Strukturenmitten
zusammenliegen. Die Verwendung zweier derartig gleicher Strukturen ist aber für
die Signalerzeugung bei Symmetrielage von Nachteil, weil dann Strukturen derart
zur Deckung kommen, daß entweder sich opake Sektoren decken oder transparente und
opake Sektoren sich so komplementieren, daß eine vollständige Sperre im Lichtfluss
entsteht.
-
Es erweist sich daher von Vorteil, als Strukturen 1 und 4 Radialraster
zu verwenden, bei denen, wie die Fig. 3a bis 3b zeigen, die Spitzen 32, 33 der Sektoren
30, 31 außerhalb der Mitte der Struktur liegen.
-
So zeigt Fig. 3a ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Spitzen
der Sektoren auf einem die Mitte der Struktur umgebenden Umkreis 34 liegen. Gleiches
gilt für die Darstellung der Fig. 3b mit dem Unterschied, daß die opaken Sektoren
31 über die Mitte der Struktur hinausragend angeordnet sind.
-
Fig. 3c schließlich zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die
Sektorenspitzen am die Mitte der Struktur umgebenden Umkreis 34 einseitig tangential
anliegen.
-
Es bleibt zu erwähnen, daß die Marke 25 unterschiedlich gestaltet
sein kann, je nach dem Zweck, für welchen die visuelle Beobachtung vorgesehen ist.
Soll mit ihr die richtige Funktion der Einrichtung überwacht werden, so bietet sich
als Marke 25 eine Kreuzmarke an. Soll dagegen die visuelle Beobachtung vornehmlich
zur Grobe in stellung der Einrichtung dienen, so wird man als Marke 25 eine rahmenförmige
Marke wählen, die auch als Leuchtrahmen ausgebildet sein kann Auch für die Anordnung
der fotoelektrischen Empfänger 10 bis 13 relativ zur Querausdehnung der Meßstruktur
4 gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Diese Empfänger können entsprechend einem
Radius der Struktur räumlich nebeneinanderliegend montiert sein. Es ist aber auch
möglich, sie über die Fläche der Meßstruktur 4 verteilt anzuordnen.
-
Eine dazu bevorzugte Anordnung ist so, daß jedem Empfänger ein Kreissektor
von 900 zugeordnet ist.
-
L e e r s e i t e