Faseroptische Formerfassung; hohe Genauigkeit, wenn es darauf ankommt: in kritischen Situationen.
Die faseroptische Formsensorik bietet die herausragende Fähigkeit, Krümmung und Form in 2D und 3D zu erfassen. Auf diese Weise ermöglicht die Technologie modernste Anwendungen in den Bereichen der Roboter- und Standard- minimal-invasiven Chirurgie – wie z.B. Echtzeit-Positionsverfolgung, Instrumenten- und Katheternavigation, Kraft- und Biegeerkennung sowie Deformationsüberwachung.
Die Lösung der Problematik einer reduzierten Strahlenexposition bei gleichzeitiger „Durchsicht“ des menschlichen Körpers stellt eine anspruchsvolle Aufgabe dar. Entsprechende war der Anlass zur Entwicklung der faseroptische Formerfassung. Ein wesentlicher Vorteil dieser Technologie ist ihre Fähigkeit, sich selbst zu verfolgen und so die Form im Inneren des Körpers nachzubilden.
Unser faseroptisches Formerfassungssystem besteht aus einem Sensor, einem Messgerät und der Software, die alle Algorithmen zum Auslesen und Verarbeiten der Daten verwaltet. Die Schlüsselkomponente stellt die Echtzeit-Überwachung der induzierten Dehnung in einer Mehrkern-Lichtleitfaser mit integrierten Ziehturm-Gittersensoren (MCF-DTG®) dar. Abhängig von der Krümmungsausrichtung der MCF erfahren einige der DTG®s auf den äußeren Kernen eine relative Spannung oder Kompression in Bezug auf den zentralen Kern und registrieren daher positive bzw. negative induzierte Dehnungsänderungen. Zur Berechnung der lokalen Krümmung (oder des Biegeradius) werden die relativen Dehnungen gemessen und verarbeitet. Um das Krümmungsprofil eines MCF zu bestimmen, werden die gesammelten Daten als Funktion der DTG®-Positionen entlang der optischen Faser angegeben und mit speziellen Rekonstruktionsalgorithmen verarbeitet. Dabei erfolgt simultan die Kompensation sogenannter Common Mode Effekte, wie beispielsweise Temperaturänderungen.
∙ Schlüsselfertiges Formerfassungssystem (vollständiges System mit individuellen, auf die Bedürfnisse der Anwendung zugeschnittenen Bausteinen)
∙ Einfache Integration in bestehende Systeme (Geringe Abmessungen der optischen Faser (bis zu 0,2 mm Dicke), Messgerät auf „integrierbarem Halterungsdesign“ erhältlich)
∙ Hoher Biegeerfassungsbereich (Biegeradius 10m>R>1mm)
∙ Hohe Dehnungsbeständigkeit, geeignet für anspruchsvolle Anwendungen
∙ Auf die Bedürfnisse / Anforderungen der Kunden zugeschnittene Lösung
∙ Immun gegen elektromagnetische Strahlung, passive Komponenten
∙ Miniaturisiert & biokompatibel
∙ Hochauflösende und genaue 3D-Formerfassung (Spitzenpositionsfehler <2mm bei 30cm Länge)
∙ Hohe Dichte von Sensoren in einer einzigen Faser
∙ Echtzeit- und dynamische Abtastung
Anwendungsbereiche…
… verschiedenste Anwendungsbereiche mit einem gemeinsamen Schnittpunkt: navigieren, Position verfolgen und Krümmung in kritischen Abschnitten messen. Die faseroptische Formerfassung erweist sich als besonders gut geeignet für Anwendungen in anspruchsvollen Disziplinen. Spezielle Bedürfnisse, hohe Anforderungen, sicherheitskritisch; das sind viele Herausforderungen, für die das Flaggschiffunternehmen für Formsensorik Lösungen bietet. Ob in der Biomedizin, bei industriellen Prozessen oder in der Bauzustandsüberwachung, FBGS bietet eine schlüsselfertige Lösung, die auf die individuellen Anforderungen Ihrer Anwendung zugeschnitten ist.
Der biomedizinische Sektor ist derzeit der Hauptintegrator von faseroptischen Formsensor-Systemen. Er hat bereits viele Disziplinen vor allem in der Katheternavigation und der Positionsverfolgung gefunden. Obwohl die Formsensorik die meisten ihrer Anwendungen dort findet, sind andere Bereiche nicht zu vernachlässigen. Großes Potenzial liegt auch im Energiesektor und anderen Industrien sowie in der Forschung und Entwicklung.
Nachfolgend einige Anwendungsbeispiele für die Formsensorik
Biomedizin
∙ Katheter-Navigation bei Ablationsverfahren
∙ Erkennung der Spitzenkraft während der Ablation
∙ Navigation für Medikamentenverabreichungskatheter
∙ Krafterkennung und haptische Rückmeldung bei Roboterinstrumenten
∙ Positionsverfolgung für manuelle und robotergestützte orthopädische Verfahren
∙ Krafterfassung für Kontinuum-Robotersysteme
∙ Formerfassung in Kontinuum-Robotersystemen
∙ Neurochirurgische Nadelverfolgung
∙ Neuro-Implantat-Positionsverfolgung
∙ Instrumenten-Navigation während der Bronchoskopie
Energie
∙ strukturelle Zustandsüberwachung der Blätter von Windturbinen
∙ Überwachung kritischer Abschnitte in Pipelines
∙ Krümmungsmessungen von komplexen Anlagen
Industrie / F&E
∙ Krümmung in Roboterarmen messen
Virtuelle Realität (VR)
This paper describes the influence of sensor distance on the accuracy of the probe and thus on the quality of the shape reconstruction. It compares four fibers with different sensor spacings and shows the results of the experiment.
ECN is one of Europe‘s largest energy research organizations, focussed on sustainable energy generation to develop safe, efficient, reliable and environmentally friendly energy systems. It has a strong international position in the fields of biomass, solar energy, wind energy, energy efficiency and policy studies
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