4
H
-£§>
Alternatieven voor een streepsensor
Randdetectie met cilindrische lens
Principe van randdetectie
RH
--
-
l
-
-
O-
3?
1995-6
NGT GEODESIA
Een toevallige ontdekking
Het idee van het gebruik van een cilindrische lens is op
een heel toevallige wijze bekend geworden bij de Faculteit
der Geodesie. In 1992 had J. Mulder (docent bij de uni
versiteit van Otaga, Nieuw-Zeeland) zijn sabbatical jaar
bij de Faculteit der Geodesie. Op de dag van zijn vertrek
wist hij nog een rapport [3] over het kalibreren bij onze
tegenvoeters te overhandigen!
Uit literatuurstudie [2, 3, 4] volgden een aantal alterna
tieven:
foto-elektronische microscoop;
CCD-camera;
barcodesensor;
randdetectie rn.b.v. een cilindrische lens.
In het Duitstalige spraakgebied zijn enkele kalibratiefaci-
liteiten die gebruik maken van een foto-elektronische
microscoop [2]. Daarbij wordt gebruik gemaakt van symme-
triedetectie. De standaardafwijking van dat systeem bedraagt
±5-10 micron. Dit leek geen aantrekkelijk alternatief van
wege de slechte ervaringen met elektronische symmetrie-
detectie. Het bezwaar van de barcodesensor was dat deze een
zeer kritische scherpte/diepteverhouding heeft. Omdat de
invarstrip doorhangt, lijkt dit een groot bezwaar. Het ge
bruik van een CCD-camera was elders al tevergeefs gepro
beerd. Dus ook dat leek geen aantrekkelijk alternatief.
Gezien de opgedane ervaringen en de verwachtingen voor de
toekomst genoot de randdetectie met behulp van een cilin
drische lens de voorkeur.
In fig. 8 is het principe van de streepsensor weergegeven, die
gebruikt wordt bij randdetectie. Een horizontale laserstraal
gaat door een cilindrische lens, waardoor de vorm van de
lichtbundel verandert van een cirkelvorm in een streepvorm.
De enige functie van de laser is het zenden van een licht
straal. De straal gaat door een pentagoonprisma en wordt ge
projecteerd op de baak. Met behulp van een fotodiode wordt
de lichtreflectie omgezet in een spanning. Op een zwarte
(streep) ondergrond wordt weinig licht gereflecteerd en op
een gele ondergrond veel. Indien de spanning van de foto
diode op ongeveer de helft van het minimum en het maxi
mum (is de referentiewaarde) ligt, wordt een triggerpuls
gegeven om de referentieliniaal uit te lezen. De referentie
waarde wordt vooraf ingesteld. Op deze manier worden dus
alle iicht/donker-overgangen, randen, gemeten.
Ontwikkeling van randdetectie bij geodesie
Het eerste experiment dat werd uitgevoerd, was evenwel zon
der cilindrische lens. In de plaats daarvan werd met behulp
van een precisiemasker met een sleufbreedte van 25 micron
een lichtbalkje op de baak geprojecteerd. Dit was geen
succes, omdat te veel signaal verloren ging. Bovendien traden
er hinderlijke interferentielijnen op. Het tweede experiment
was met een cilindrische lens. Met plakband, klemmetjes
en statiefjes werd een experimentele opstelling gemaakt. De
resultaten waren meteen uitstekend. De correctiegrafiek ver
toonde een zeer kleine zaagtand, 2 a 3 micron! De volgende
stap was deze opstelling een meer definitieve vorm te geven
Fig. 7.
Grillige reflectie
eigenschappen.
Het spannings
verloop van vijf
zwarte strepen op
een gele onder
grond. Vooral bij
de middelste streep
is het spanningsver
loop niet
symmetrisch.
Fig. 8.
Principe streep-
"n:
'I! if
•1" i':
Mi
ft -
-"I
;fsb
V
G. T
,v
•-?
,ti.
Hi
I
-1
r^T A
-V
-*ur
"r
Tri
TH Hi
(fig. 9). Dit betekende diverse mecha
nische, optische, elektronische en soft
warematige aanpassingen. Daarna zou
het automatische systeem uitvoerig
kunnen worden getest. Intussen moest
het kalibreren met de microscoop zon
der al te veel problemen kunnen door
gaan.
Eisen aan de streepsensor
Er worden opmerkelijk weinig eisen ge
steld aan het goed functioneren van de
streepsensor. De afstand van het gepro
jecteerde lichtbalkje tot de cilindrische
lens moet 30 cm zijn (brandpunts
afstand) om het lichtbalkje zo smal
mogelijk te maken. De breedte van het
lichtbalkje is dan 10 micron. Verder
moet de richting van de laserstraal
loodrecht op de meetwagen staan om te
voorkomen dat een eventuele variatie
in hoogte van de invarstrip tot te grote
fouten leidt (dit is hetzelfde probleem
als bij de scheve stand van de micro
scoop). Dit is eenvoudig te regelen met
behulp van een buisniveau op de laser
en een pentagoonprisma. Verder is ge
bleken dat de TL-verlichting een hin
derlijke frequentie heeft voor de foto
diode. Gelukkig is er in de ijkruimte
een noodverlichting die geen storende
invloed heeft. Voor het overige gelden
er nauwelijks beperkingen. Dit bete
kent dat een zeer flexibele opstelling
van de detector in hoogte en plaats
mogelijk is, waardoor ook eventueel
afwijkende objecten kunnen worden
gemeten, zoals een twee meter basis
baak.
CILINDRISCHE LENS
LASER
PENTAGOONPRISMA
WATERPASBAAK
FOTODI ODEELECTRON ICA
300
