Ein Jubiläum, eine Ausstellung und hochgenaue Distanzmessung per Laser

Leica Geosystems feiert ein Jubiläum.

Im Jahr 1819 gründete Jakob Kern in Aarau (Schweiz) eine Werkstatt für «mathematische Bestecke», gemeint war Reisszeug. Die Firma wurde schnell erfolgreich und fertigte vom Zirkel über Theodoliten und Spezialanfertigungen die Grundlagen für die Landesvermessung, den Tunnelbau und damit auch die Industrialisierung.

1988 wurde Kern Aarau dann an den Konkurrenten Wild- Leitz verkauft. Diese wiederum gingen dann an Leica Geosystems und diese gehören heute zum Hexagon Konzern.

Warum ist das heute noch wichtig und wo ist Zusammenhang mit Laserentfernungsmessern?

In diesem Jahr also exakt 200 Jahre später wird im Foyer des Stadtmuseums Aarau eine Ausstellung mit wechselnden Schwerpunkten aus dem Wirken der Firma Kern-Aarau gezeigt.

Spannend im Zusammenhang mit den Entfernungsmessern ist vor allem der Zeitraum vom 13.11. bis 18.12.2019, wenn «Vom Messband zum Chip: die Entwicklung der Distanzmessung» gezeigt wird.

Am 15.12.2019 gibt es noch einen Aktionsnachmittag. Dann holen ehemalige Mitarbeiter der Firma Kern Kippregel, Theodoliten, mechanische, optische und digitale Distanzmesser aus dem Depot der Sammlung Kern und führen diese vor und erklären sie. Damit kann man messen wie vor 200, 100, 50 oder 5 Jahren. Ein Nachmittag zum Mitmachen und Ausprobieren.

Ab den 1970er Jahren revolutionieren Elektronik, Funktechnik, und Informatik die Distanzmessung. Die elektronische Entfernungsmessung beruht auf der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen (z.B. Licht), die mit bestimmten Wellenlängen moduliert werden. Im Zielpunkt sendet ein Reflektor die Wellen wieder ins Gerät zurück.

Dazu gehörten die sehr erfolgreichen Geräte der Serie DM 500, die auf Theodolite aufgesteckt werden konnten. Ähnliche Geräte werden heute noch eingesetzt, wenn sehr präzis gemessen werden muss, z.B. bei der Überwachung von rutschgefährdeten Hängen oder beim Messen der Deformationen von Grossbauwerken wie Staumauern.

Beinahe unglaubliche Genauigkeiten wurden in den frühen 1970ern mit dem Mekometer 3000 erreicht. Das Messprinzip beruht auf dem Phasennullabgleich durch Frequenzvariation einer polarisationsmodulierten IR-Trägerwelle.

Aufgrund der Modulationsbandbreite, die etwa zwischen 470 MHz und 490 MHz liegt – was Modulationswellenlängen zwischen 0.61 m und 0.64 m entspricht – können im Nahbereich nicht alle Distanzen ausgemessen werden. Erst ab etwa 8 m ist eine vollständige Abdeckung des Distanzbereiches gewährleistet. Erst ab etwa 16 m (theoretisch, Herstellerangabe war 20 m) liegen zwei „Nullstellen“ im Modulationsband, so dass hier der automatische Messprozess des Instruments einsetzbar wird.

Die Genauigkeit von 0.2 mm +0.2 ppm hängt von der Zuverlässigkeit der meteorologischen Daten ab. 1 Grad Temperaturänderung kann 1mm Abweichung auf 1 km Distanz bewirken. Unter Laborbedingungen liegt die Genauigkeit im Nahbereich besser als 0.03 mm.

Als Lichtquelle wurde ein Helium-Neodym-Laser eingesetzt, also handelte es sich um einen Laserentfernungsmesser. Ein Hauptunterschied zu den bekannten Laserdistanzmessern im Handwerkerbereich liegt in der Zeit zum Messen. Ein Automatischer Messablauf dauert 1 bis 2Minuten.

Die Weiterentwicklung das Mekometer ME5000 war noch genauer. Die Genauigkeit wurde mit dem Helium-Neon-Laser und nur einem einzigen Kristall zur Modulation und Demodulation des Lichtes noch einmal erheblich gesteigert. Sie betrug weniger als +/-(0.2 mm + 0.2 mm/km). Das war damals das genaueste Präzisionsdistanzmessgerät im Kilometerbereich. Die Reichweite mit einem Reflektor lag bei 5000 m.

Der vom Helium-Neon-Laser ausgesandte Lichtstrahl wurde, bevor er das Gerät verliess, mit einer bestimmten Frequenz moduliert (in der Polarisation verändert). War die austretende und zurückkommende Lichtwelle in ihrer Phasenlage gleich, was durch die Wahl der Frequenz erreicht werden konnte, so lag als Messdistanz zwischen Stand- und Zielpunkt ein ganzzahliges Vielfaches der halben Modulationswellenlänge vor. Der Lichtdetektor registrierte in diesem Fall keinen Lichteinfall (eine Nullstelle). Das nächste grössere, ganzzahlige Vielfache (die nächste Nullstelle) konnte durch Frequenzveränderung gefunden werden. Anhand der exakten Frequenzen in diesen Nullstellen konnte das Gerät über das interne Programm die genaue Distanz berechnen. Der ganze Vorgang bis zur digitalen Anzeige der Distanz geschah vollautomatisch.