CN113325341A - 一种三维可视化磁场测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种三维可视化磁场测量方法及系统，其方法技术方案包括确定用于测量磁场的测量装置的测量装置坐标系，并确定一待测量物体的物体坐标系，通过所述测量装置对所述测量装置坐标系和所述物体坐标系进行校准，建立一统一坐标系；使用一路径生成工具读取所述物体的三维模型，并根据所述三维模型生成所述物体的表面扫描路径；根据所述表面扫描路径，通过所述测量装置对所述物体进行表面扫描以获取所述物体的磁场数据，并根据所述统一坐标系获取所述磁场数据对应的坐标数据；根据所述磁场数据和所述坐标数据，对所述物体的磁场进行可视化处理。本发明解决了现有磁场测量方法存在测量维度、自动化程度和应用领域受限的问题。

Description

一种三维可视化磁场测量方法及系统

技术领域

本发明属于磁场测量技术领域，尤其涉及一种三维可视化磁场测量方法及系统。

背景技术

随着科技的发展，用电设备的增多，电磁环境变得越来越复杂。有效提高电子设备系统在复杂电磁环境中的适应性，相互正常工作而不降低性能；确保电磁环境控制在人体受危害的影响范围之内，是电磁兼容长期研究的问题。

辐射干扰是危害人体以及造成电子器件间电磁耦合的重要因素。为了有效的降低辐射干扰的危害，就需要知道场源一定空间内辐射场的分布情况，包括强度、频谱含量等，并将该数据信息以场图的形式直观地表示出来，以此为参考依据设置保护措施。

目前，测量空间磁场主要采用霍尔传感器、磁通门计等测量设备，并搭配相应的运动机构，实现对三维空间磁场的测量，如采用测距传感器及霍尔传感器分别测量测量点的位置信息以及三维磁场信息，实现主机上的场图绘制，但该方法需提供测距指示板，电机调整机构不能实现扫描路径的自动规划以及优化，且只能实现对表面比较规则的物体实现扫描测量。

发明内容

本申请实施例提供了一种三维可视化磁场测量方法及系统，以至少解决现有磁场测量方法存在测量维度、自动化程度和应用领域受限的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种三维可视化磁场测量方法，包括：位置关系统一步骤，确定用于测量磁场的测量装置的测量装置坐标系，并确定一待测量物体的物体坐标系，通过所述测量装置对所述测量装置坐标系和所述物体坐标系进行校准，建立一统一坐标系；扫描路径确定步骤，使用一路径生成工具读取所述物体的三维模型，并根据所述三维模型生成所述物体的表面扫描路径；磁场数据扫描步骤，根据所述表面扫描路径，通过所述测量装置对所述物体进行表面扫描以获取所述物体的磁场数据，并根据所述统一坐标系获取所述磁场数据对应的坐标数据；数据可视化步骤，根据所述磁场数据和所述坐标数据，对所述物体的磁场进行可视化处理。

优选的，所述位置关系统一步骤进一步包括：通过控制所述测量装置以不同姿态经过同一位置点对所述测量装置坐标系和所述物体坐标系进行校准。

优选的，所述扫描路径确定步骤进一步包括：通过自动筛选所述测量装置的奇异点对所述表面扫描路径进行优化。

优选的，所述磁场数据扫描步骤进一步包括：获取所述磁场数据和所述坐标数据时，令所述磁场数据和所述坐标数据的采集速率与传输速率保持一致。

优选的，所述磁场数据扫描步骤进一步包括：当所述测量装置采集到首个所述磁场数据后，再进行运动并进行所述坐标数据的采集。

第二方面，本申请实施例提供了一种三维可视化磁场测量系统，基于上述一种三维可视化磁场测量方法，包括一自动化扫描测量装置和一控制主机，所述自动化扫描测量装置和所述控制主机电性连接；所述控制主机获取所述自动化扫描测量装置的测量装置坐标系，并获取一待测量物体的物体坐标系，通过所述自动化扫描测量装置的运动对所述测量装置坐标系和所述物体坐标系进行校准，并由所述控制主机建立一统一坐标系；所述控制主机使用一路径生成工具读取所述物体的三维模型，并根据所述三维模型生成所述物体的表面扫描路径；所述控制主机根据所述表面扫描路径，控制所述自动化扫描测量装置对所述物体进行表面扫描以获取所述物体的磁场数据，并将所述磁场数据传输至所述控制主机，所述控制主机根据所述统一坐标系获取所述磁场数据对应的坐标数据；所述控制主机根据所述磁场数据和所述坐标数据，对所述物体的磁场进行可视化处理。

在其中一些实施例中，所述自动化扫描测量装置包括一机器人和一三维霍尔传感器，所述三维霍尔传感器固定于所述机器人上，所述控制主机通过控制所述机器人带动所述三维霍尔传感器以不同姿态经过同一位置点对所述测量装置坐标系和所述物体坐标系进行校准。

在其中一些实施例中，所述控制主机通过自动筛选所述自动化扫描测量装置的奇异点对所述表面扫描路径进行优化。

在其中一些实施例中，获取所述磁场数据和所述坐标数据时，令所述磁场数据和所述坐标数据的采集速率与传输速率保持一致。

在其中一些实施例中，所述控制主机包括一同步接口，所述控制主机通过所述同步接口控制所述自动化扫描测量装置采集到首个所述磁场数据后，再进行运动并进行所述坐标数据的采集。

相比于相关技术，本申请实施例提供的一种三维可视化磁场测量方法及系统具有以下优点：

1.自动化程度更高，包括扫描路径的自动化设计以及用机器人实现对被测物体的自动化扫描，解决了人工扫描慢、误差大的缺点；

2.应用领域更广，局限性小，对任意被测物体(机器人扫描范围可达)，只需提供相应的图纸，便可以对其扫描测量，且无需工装台，适用于开放环境下坐标定位机扫描；

3.可实现对被测物体一维、二维、三维磁场的测量；可实现对直流和交流磁场的测量；可实现坐标数据与磁场数据的同步采集、同步输出，且采集速率可控；可实时处理坐标数据与磁场数据，实时呈现立体空间图像；

4.可在后期进行图像处理时，做到形式多样化，表现形式更生动、更人性化。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明的一种三维可视化磁场测量方法流程图；

图2为本发明的一种三维可视化磁场测量系统的结构图

以上图中：

1、自动化扫描测量装置；2、控制主机；11、机器人；12、磁场测量设备；21、控制模块；22、软件模块；111、夹具；112、机械臂；121、传感器探头；122、数据采集模块；211、机器人控制单元；212、磁场测量设备控制单元；221、同步接口；222、可视化显示单元。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以下，结合附图详细介绍本发明的实施例：

图1为本发明的一种三维可视化磁场测量方法流程图，请参见图1，本发明三维可视化磁场测量方法包括如下步骤：

S1：确定用于测量磁场的测量装置的测量装置坐标系，并确定一待测量物体的物体坐标系，通过所述测量装置对所述测量装置坐标系和所述物体坐标系进行校准，建立一统一坐标系。

可选的，通过控制所述测量装置以不同姿态经过同一位置点对所述测量装置坐标系和所述物体坐标系进行校准。

在具体实施中，为了实现自动化扫描，解决人工扫描慢、误差大的问题，测量装置可为一连接有传感器的机器人。在机器人可测范围内，实现对任意物体表面的遍历扫描。本申请实施例中所述的任一物体是指有相应三维图纸的物体。可选的，传感器可为三维霍尔传感器，可实现一维、二维、三维磁场的测量，传感器输出信号经信号采集处理系统将电压信号转化为磁场信号，并加以修正补偿，经RS485传输到控制系统。

在具体实施中，为了保证坐标点与磁场值的一一对应，确保机器人进行高精度的直线、圆弧运动，就需要确定被测物所在坐标系、机器人坐标系、传感器探头坐标系之间的转换关系。首先固定机器人坐标系，其次通过4个不同机器人姿态带传感器探头过空间同一个位置点；可选的，在下述步骤中设计扫描路径时，标定各坐标系，可实现软件中机器人与被测物体相对位置关系同实际环境中两者相对位置的同步，从而确保软件中设置的扫描路径可以精准的应用到机器人中，在具体实施中，该部分通过设置几个Mark点，依次让机器人通过，便可以标定软件与实际环境中的坐标对应关系。

S2：使用一路径生成工具读取所述物体的三维模型，并根据所述三维模型生成所述物体的表面扫描路径。

可选的，通过自动筛选所述测量装置的奇异点对所述表面扫描路径进行优化。

在具体实施中，为方便扫描路径的设计，本申请实施例采用一三维路径自动生成软件，即直接读取3D模型，自动生成被测物表面扫描路径，自动筛选机器人的奇异点，自动优化扫描路径，可选的，也可以人工对某些数据进行修改，并对扫描路径在软件中加以仿真验证，保证测量的准确性，同时防止干涉问题的出现。

在具体实施中，成功完成被测物体的遍历扫描后，可以将扫描路径进行编号保存，方便以后对相同物体进行测量时，直接调取扫描路径的脚本。

S3：根据所述表面扫描路径，通过所述测量装置对所述物体进行表面扫描以获取所述物体的磁场数据，并根据所述统一坐标系获取所述磁场数据对应的坐标数据。

可选的，获取所述磁场数据和所述坐标数据时，令所述磁场数据和所述坐标数据的采集速率与传输速率保持一致。

可选的，所述磁场数据扫描步骤进一步包括：当所述测量装置采集到首个所述磁场数据后，再进行运动并进行所述坐标数据的采集。

在具体实施中，为实现实时立体图像显示，不仅需要磁场数据，还需要磁场数据对应的位置坐标。为实现一一对应就需要保证磁场数据、坐标数据采集速率与传输速率一致，且两个速率均可以根据需求设计多档位，满足不同被测物的测量需求。

在具体实施中，为了方便后期数据图像的处理，需简化两组数据的匹配过程，即实现两组数据的匹配，同时保存在同一个文档中。由于传感器通电之后就有磁场数据输出，而机器人只有接收到运动指令之后才开始运动并进行坐标数据的采集输出，为此，本申请实施例设定只有当接收到第一个磁场数据之后，才进行运动扫描并输出坐标。

S4：根据所述磁场数据和所述坐标数据，对所述物体的磁场进行可视化处理。

在具体实施中，立体图像实时显示可以按需求显示一维、二维、三维磁场，进行标量、矢量图像显示。矢量图像显示多样化，箭头、锥形等形式且可以改变其形状大小。可以进行显示区域选定以及磁场幅值大小的设定，方便、清晰的观察所关注部位的场强大小。

需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本申请实施例提供了一种三维可视化磁场测量系统，基于上述的一种三维可视化磁场测量方法。如以下所使用的，术语“单元”、“模块”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件、或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图2为本发明的一种三维可视化磁场测量系统的结构图，请参见图2，所述三维可视化磁场测量系统包括一自动化扫描测量装置1和一控制主机2，所述自动化扫描测量装置1和所述控制主机2电性连接。

所述控制主机2获取所述自动化扫描测量装置1的测量装置坐标系，并获取一待测量物体的物体坐标系，通过所述自动化扫描测量装置1的运动对所述测量装置坐标系和所述物体坐标系进行校准，并由所述控制主机2建立一统一坐标系。

可选的，所述自动化扫描测量装置1包括一机器人11和一传感器探头121，可选的，传感器探头可为三维霍尔传感器；所述传感器探头121固定于所述机器人11上，所述控制主机2通过控制所述机器人11带动所述传感器探头121以不同姿态经过同一位置点对所述测量装置坐标系和所述物体坐标系进行校准。

在具体实施中，为了实现自动化扫描，解决人工扫描慢、误差大的问题，测量装置可为一连接有传感器的机器人11。在机器人可测范围内，实现对任意物体表面的遍历扫描。本申请实施例中所述的任一物体是指有相应三维图纸的物体。在具体实施中，所述自动化扫描测量装置1包括一机器人11和一磁场测量设备12，其中，机器人11包括一机械臂112和一夹具111，磁场测量设备12包括一传感器探头121和一数据采集模块122，在具体实施中，传感器探头121通过夹具111固定于机械臂112之上。可选的，传感器探头121可为三维霍尔传感器，可实现一维、二维、三维磁场的测量，传感器探头121输出信号经信号采集处理系统将电压信号转化为磁场信号，并加以修正补偿，经RS485传输到控制主机2。

在具体实施中，所述控制主机2与自动化扫描测量装置1电性连接，相互之间可进行通信，其中，控制主机2包括一软件模块22和一控制模块21，控制模块21还包括机器人控制单元211和磁场测量设备控制单元212。

在具体实施中，为了保证坐标点与磁场值的一一对应，确保机器人11进行高精度的直线、圆弧运动，就需要确定被测物所在坐标系、机器人11坐标系、传感器探头121坐标系之间的转换关系。首先固定机器人11坐标系，其次通过4个不同机器人姿态带传感器探头过空间同一个位置点；可选的，在设计扫描路径时，标定各坐标系，可实现软件中机器人11与被测物体相对位置关系同实际环境中两者相对位置的同步，从而确保软件中设置的扫描路径可以精准的应用到机器人中，在具体实施中，该部分通过设置几个Mark点，依次让机器人11通过，便可以标定软件与实际环境中的坐标对应关系。

所述控制主机2使用一路径生成工具读取所述物体的三维模型，并根据所述三维模型生成所述物体的表面扫描路径。

可选的，所述控制主机2通过自动筛选所述自动化扫描测量装置1的奇异点对所述表面扫描路径进行优化。

在具体实施中，为方便扫描路径的设计，本申请实施例在所述控制主机2中的所述软件模块22中采用一三维路径自动生成软件，即直接读取3D模型，自动生成被测物表面扫描路径，自动筛选机器人的奇异点，自动优化扫描路径，可选的，也可以人工对某些数据进行修改，并对扫描路径在软件中加以仿真验证，保证测量的准确性，同时防止干涉问题的出现。

在具体实施中，成功完成被测物体的遍历扫描后，可以将扫描路径进行编号保存，方便以后对相同物体进行测量时，直接调取扫描路径的脚本。

所述控制主机2根据所述表面扫描路径，控制所述自动化扫描测量装置1对所述物体进行表面扫描以获取所述物体的磁场数据，并将所述磁场数据传输至所述控制主机2，所述控制主机2根据所述统一坐标系获取所述磁场数据对应的坐标数据。

可选的，获取所述磁场数据和所述坐标数据时，令所述磁场数据和所述坐标数据的采集速率与传输速率保持一致。

可选的，所述控制主机2的所述软件模块22中包括一同步接口221，所述控制主机2通过所述同步接口21控制所述自动化扫描测量装置1采集到首个所述磁场数据后，再进行运动并进行所述坐标数据的采集。

在具体实施中，为实现实时立体图像显示，不仅需要磁场数据，还需要磁场数据对应的位置坐标。为实现一一对应就需要保证磁场数据、坐标数据采集速率与传输速率一致，且两个速率均可以根据需求设计多档位，满足不同被测物的测量需求。

在具体实施中，为了方便后期数据图像的处理，需简化两组数据的匹配过程，即实现两组数据的匹配，同时保存在同一个文档中。由于传感器通电之后就有磁场数据输出，而机器人11只有接收到运动指令之后才开始运动并进行坐标数据的采集输出，为此，本申请实施例设定只有当接收到第一个磁场数据之后，才进行运动扫描并输出坐标。

所述控制主机2根据所述磁场数据和所述坐标数据，对所述物体的磁场进行可视化处理。

在具体实施中，所述控制主机2的所述软件模块22中包括一可视化显示单元222，在具体实施中，立体图像实时显示可以按需求显示一维、二维、三维磁场，进行标量、矢量图像显示。矢量图像显示多样化，箭头、锥形等形式且可以改变其形状大小。可以进行显示区域选定以及磁场幅值大小的设定，方便、清晰的观察所关注部位的场强大小。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种三维可视化磁场测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

位置关系统一步骤，确定用于测量磁场的测量装置的测量装置坐标系，并确定一待测量物体的物体坐标系，通过所述测量装置对所述测量装置坐标系和所述物体坐标系进行校准，建立一统一坐标系；

扫描路径确定步骤，使用一路径生成工具读取所述物体的三维模型，并根据所述三维模型生成所述物体的表面扫描路径；

磁场数据扫描步骤，根据所述表面扫描路径，通过所述测量装置对所述物体进行表面扫描以获取所述物体的磁场数据，并根据所述统一坐标系获取所述磁场数据对应的坐标数据；

数据可视化步骤，根据所述磁场数据和所述坐标数据，对所述物体的磁场进行可视化处理。

2.根据权利要求1所述的三维可视化磁场测量方法，其特征在于，所述位置关系统一步骤进一步包括：通过控制所述测量装置以不同姿态经过同一位置点对所述测量装置坐标系和所述物体坐标系进行校准。

3.根据权利要求1所述的三维可视化磁场测量方法，其特征在于，所述扫描路径确定步骤进一步包括：通过自动筛选所述测量装置的奇异点对所述表面扫描路径进行优化。

4.根据权利要求1所述的三维可视化磁场测量方法，其特征在于，所述磁场数据扫描步骤进一步包括：获取所述磁场数据和所述坐标数据时，令所述磁场数据和所述坐标数据的采集速率与传输速率保持一致。

5.根据权利要求1所述的三维可视化磁场测量方法，其特征在于，所述磁场数据扫描步骤进一步包括：当所述测量装置采集到首个所述磁场数据后，再进行运动并进行所述坐标数据的采集。

6.一种三维可视化磁场测量系统，其特征在于，包括一自动化扫描测量装置和一控制主机，所述自动化扫描测量装置和所述控制主机电性连接；

所述控制主机获取所述自动化扫描测量装置的测量装置坐标系，并获取一待测量物体的物体坐标系，通过所述自动化扫描测量装置的运动对所述测量装置坐标系和所述物体坐标系进行校准，并由所述控制主机建立一统一坐标系；

所述控制主机使用一路径生成工具读取所述物体的三维模型，并根据所述三维模型生成所述物体的表面扫描路径；

所述控制主机根据所述表面扫描路径，控制所述自动化扫描测量装置对所述物体进行表面扫描以获取所述物体的磁场数据，并将所述磁场数据传输至所述控制主机，所述控制主机根据所述统一坐标系获取所述磁场数据对应的坐标数据；

所述控制主机根据所述磁场数据和所述坐标数据，对所述物体的磁场进行可视化处理。

7.根据权利要求6所述的三维可视化磁场测量系统，其特征在于，所述自动化扫描测量装置包括一机器人和一三维霍尔传感器，所述三维霍尔传感器固定于所述机器人上，所述控制主机通过控制所述机器人带动所述三维霍尔传感器以不同姿态经过同一位置点对所述测量装置坐标系和所述物体坐标系进行校准。

8.根据权利要求6所述的三维可视化磁场测量系统，其特征在于，所述控制主机通过自动筛选所述自动化扫描测量装置的奇异点对所述表面扫描路径进行优化。

9.根据权利要求6所述的三维可视化磁场测量系统，其特征在于，获取所述磁场数据和所述坐标数据时，令所述磁场数据和所述坐标数据的采集速率与传输速率保持一致。

10.根据权利要求6所述的三维可视化磁场测量系统，其特征在于，所述控制主机包括一同步接口，所述控制主机通过所述同步接口控制所述自动化扫描测量装置采集到首个所述磁场数据后，再进行运动并进行所述坐标数据的采集。

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