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利用光纤曲率传感器重建三维曲面结构

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更新时间:2024-11-27 08:28:31



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内容简介

利用光纤曲率传感器重建三维曲面结构 第18卷第5期 2010年5月
文章编号
1004-924X(2010)05-1092-07
光学精密工程
Optics and Precision Engineering
Vol.18No.5
May 2010
利用光纤曲率传感器重建三维曲面结构
获海廷1,付宜利2
(1.东北林业大学工程技术学院,黑龙江哈尔滨150040;
2.哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室,黑龙江哈尔滨150001)
摘要:为了实现对弯曲结构的三维空间数据的测量与重建,建立了光纤曲率传感器的准分布式测量系统。对该系统中传感器的布置方式、空间弯曲曲率和扭转角的测量及三维结构重建方法进行了研究。首先,将光纤曲率传感器绕成环形,布置在柔性基底的两个对称表面,组成准分布式测量系统。根据线性叠加原理,同时测量出结构的弯曲和扭转变形。使用光纤曲率传感器提供的弯曲和扭转信息,采用微分儿何的方法,建立由曲线切线和曲率确定的运动坐标系,在运动坐
行拟合过程的公式推导。最后,对该方法进行了试算验证,并利用准分布式测量系统对两支点间距为500mm的简支架进行了结构重建。结果显示,在相邻两检测点进行20点插值时,简支梁曲线的最大偏差为1.1mm,表明设计的系统和重建方法能够较高精度地实现曲面结构的三维重建。
关键调:光纤曲率传感器:曲率测量;曲线拟合;结构重建:准分市式测量系统
中图分类号:TN253;TP391.4
文献标识码:A
doi;10.3788/OPE.20101805.1092
Threedimensionalreconstructionofcurvedshapebased
oncurvaturefiberopticsensor
DI Hai-ting', FU Yi-li2
(l.Collegeof Engineering and Technology,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China; 2.StateKey Laboratory of Robotics and System,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China)
Abstract: In order to realize the 3D measurement and reconstruction for a curved shape, a quasi-dis tributed measuring system based on curvature fiber optic sensors is presented and its algorithms such as the layout of sensors, measurements of curvature and torsion angles, and 3D-reconstruction meth ods are investigated. Firstly, a number of looped fiber optic sensors are arranged on the two symmet-rical surfaces of a flexible tape, and a quasi-distributed measuring system is established to measure bend and torsion deformations simultaneously using linear superposition theorem. Based on the bend and torsion data provided by curvature fiber optic sensors, a moving coordinate system is established by the curve tangent and curvature using a differential geometry method, and the osculating plane is determined by a torsion angle in the moving coordinate system. Then, the curve bending is calculated and the recursion of coordinate system is analyzed in the osculating plane. The correlative formulas are
收稿日期:2009-05-04;修订日期:2009-07-27.
基金项目:东北林业大学青年科研基金资助项目(No.09004);哈尔滨工业大学跨学科交叉性研究基金资助项目
(HIT.MD2003.11);中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(No,DL09BB02)
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