Horst H. Schöler - Deutsche Geodätische Kommission

7.4 Der Fächerkollimator
Der Fächerkollimator diente der Bestimmung der ‘Inneren
Orientierung‘ einer Messkammer. Die Aufgabe bestand
darin, die Kammerkonstante ck und den Ursprung eines
Bildkoordinatensystems so festzulegen, dass die Gleichung
der mathematischen Zentralprojektion für jeden Bildpunkt
so weit wie möglich erfüllt wird.
(x‘ 2 + y‘ 2 ) 1/2 = ck tan "
Hier sind ck die Kammerkonstante, x‘ und y‘ die Bildkoordinaten
und " der Einfallswinkel eines abbildenden
Strahls zur optischen Achse der Messkammer.
Die notwendigen Messungen können prinzipiell in zweifacher
Weise erfolgen: Entweder man gibt die Lage der
Bildpunkte mit ihren Koordinaten x‘ und y‘in der Bildebene
vor und misst mit einem Goniometer 165 die zugehörigen
Einfallswinkel " oder der Winkel " wird vorgegeben und
die zugehörigen Bildkoordinaten x‘ und y‘ werden gemessen.
Im Jenaer Zeisswerk fiel die Entscheidung zugunsten
der zweiten Methode. Sie hatte den Vorteil, dass sich die
zu prüfende Messkammer in ihrer Gebrauchslage befand
und Messbilder durch photographische Abbildungen auf
einem Fliegerfilm entstanden.
Bild 59: Fächerkollimator
Bild 59 zeigt den Fächerkollimator mit dem die unterschiedlichen
Einfallswinkel " in einer das Projektionszentrum
der zu prüfenden Messkammer enthaltenden Ebene
vorgegeben wurden. Das Gerät bestand aus zwei Hauptteilen,
die auf einer Grundplatte montiert waren und nur
über diese miteinander in Verbindung standen. Der eine
Hauptteil trug die 17 fächerförmig aufgehängten Kollimatoren.
Diese hatten Brennweiten von 420 Millimeter und
besaßen Öffnungen mit einem freien Durchmesser von 60
Millimeter. Die optischen Achsen der beiden äußeren
Kollimatoren legten einen Winkel von 128 gon fest. Die
inneren Kollimatoren unterteilten diesen so, dass zwei
benachbarte Kollimatoren einen Winkel von 8 gon bildeten.
Jeder Kollimator besaß eine auf seinen Fokalpunkt
zentrierte Marke, die von einer Lichtquelle mit einer Farbtemperatur
von 5400/K ausgeleuchtet wurde und einen
Verschluss. Der zweite Hauptteil trug die über dem Kolli-
7.5 Das Ebenheitsprüfgerät 39
matorsystem angeordnete Halterung für die zu prüfende
Messkammer.
Von größter Bedeutung war eine hochgenaue gegenseitige
Orientierung der Kollimatoren. Diese erreichte man durch
Autokollimation der äußeren Kollimatoren auf die beiden
äußeren Flächen eines hochgenau geschliffenen und mit
hoher Genauigkeit ausgemessenen Prüfprismas sowie eine
schrittweise folgende Winkelteilung mit Hilfe eines drehbaren
Oberflächen-Planspiegels. Die Festlegung der Kollimatoren
gelang so mit einer Genauigkeit von 0,5‘‘ und
erwies sich bei Wiederholungsmessungen über Jahre hinweg
als stabil.
Mit der aufgesetzten zu kalibrierenden Kammer erzeugte
man in der Regel nach aufeinander folgender Auskantung
Abbildungen der Kollimatormarken in den beiden Messbilddiagonalen.
Für deren Ausmessung nutzte man das
hochgenaue Zweikoordinatenmessgerät Ascorecord, das
die Bestimmung der Bildkoordinaten bis auf 0,0001
Millimeter gestattete. Nach der Beziehung
)(x‘ 2 + y‘ 2 ) 1/2 = (x‘ 2 + y‘ 2 ) 1/2 - ck tan "
ließ sich die den abgebildeten Kollimatormarken zukommende
Verzeichnung 166 bestimmen, welche die Abweichung
der Messkammergeometrie von der mathematischen
Zentralprojektion angab. Durch die Variation von ck konnte
man dafür sorgen, dass die Verzeichnung bestimmten
Abstimmungsbedingungen entsprach. So konnte man z.B.
fordern, dass die Verzeichnungen an bestimmten Bildpunkten
den Wert Null annahm oder dass die Verzeichnung,
gemittelt über die Messbildfläche, die geringste Auswirkung
auf die Abweichung der Bildgeometrie von der
Zentralprojektion haben sollte 167 .
Für die Verzeichnungsmessung wurde eine durchschnittliche
Genauigkeit von 0,004 Millimeter und für die ermittelte
Kammerkonstante eine Streuung von 0,005 Millimeter
erreicht.
7.5 Das Ebenheitsprüfgerät
Bei der theoretischen Betrachtung der Arbeiten am Fächerkollimator
ging man davon aus, dass die Schichtseite eines
zur Verwendung kommenden stabilen (schrumpfungsfreien)
Schichtträgers mit hoher Genauigkeit eben sei. Diese beiden
Forderungen konnten jedoch in der Praxis nicht erfüllt
werden. Allein aus diesem Grunde entschied man sich in
wissenschaftlichen Instituten und bei Geräteherstellern zur
Beibehaltung visueller Kalibrierungsverfahren mit Hilfe
von Goniometern,
Im Jenaer Zeisswerk überwand man diese Hürde für die
Nutzung der photographischen Kalibrierung durch die Entwicklung
eines pneumatischen Ebenheitsmessverfahrens.
Mit seiner Anwendung konnten die Durchbiegung und die
Unebenheit der Schichtseite einer stabilen Photoplatte, vor
ihrer Belichtung im Fächerkollimator, in Gebrauchslage
festgestellt werden. Der Maximalfehler der pneumatischen
Ebenheitsmessung betrug ± 0.0006 mm. Diese Ergebnisse
ermöglichten dann die Korrektur der am Ascorecord ausgeführten
Koordinatenmessungen.