DE102022111845B3 - calibration aid - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kalibriervorrichtung (11) zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik (4) eines elektronischen Schreibstiftes (1), umfassend: ein Gehäuse (12) zur Aufnahme eines elektronischen Schreibstiftes (1), und wobei das Gehäuse (12) wenigstens ein Haltemittel (6, 7) aufweist zum Fixieren eines vom Gehäuse (12) aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes (1).The invention relates to a calibration device (11) for calibrating an inertial measuring sensor system (4) of an electronic pen (1), comprising: a housing (12) for receiving an electronic pen (1), and wherein the housing (12) has at least one holding means ( 6, 7) for fixing an electronic pen (1) accommodated in the housing (12).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes, ein Verfahren zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes und ein System umfassend einen elektronischen Schreibstift und eine Vorrichtung zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes.The invention relates to a device for calibrating an inertial measuring sensor of an electronic pen, a method for calibrating an inertial measuring sensor of an electronic pen and a system comprising an electronic pen and a device for calibrating an inertial measuring sensor of the electronic pen.

Bei der Erfassung von Bewegungen und Positionen eines elektronischen Schreibstiftes durch inertiale Messsysteme, wie beispielsweise Beschleunigungssensoren oder Drehratensensoren, müssen die Daten besagter Sensoren einfach bzw. zweifach integriert werden, um ein Geschwindigkeitssignal bzw. Winkelsignal (erste Integration) oder ein Ortsignal (zweite Integration) des elektronischen Schreibstiftes zu erhalten. Kleine Fehler in den Messungen von Beschleunigungen und/oder Winkelgeschwindigkeiten durch die inertiale Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes können bei der ersten Integration zu größeren Fehlern in der Bestimmung der Geschwindigkeit führen, welche wiederum zu noch größeren, quadratisch mit der Zeit anwachsenden Fehlern im Ortssignal nach Integration des Geschwindigkeitssignals führen können.When the movements and positions of an electronic pen are recorded by inertial measuring systems, such as acceleration sensors or yaw rate sensors, the data from these sensors must be integrated once or twice in order to generate a speed signal or angle signal (first integration) or a location signal (second integration) of the obtain an electronic pen. Small errors in the measurements of accelerations and/or angular velocities by the inertial measuring sensors of the electronic pen can lead to larger errors in the determination of the velocity during the first integration, which in turn lead to even larger errors in the position signal, which increase quadratically over time after integration of the Speed signal can lead.

Da beispielsweise eine neue Position des elektronischen Schreibstiftes ermittelt wird, ausgehend von einer vorherbestimmten ermittelten Position, können sich Fehler in der Geschwindigkeitsbestimmung und Ortsbestimmung des elektronischen Schreibstiftes weiter akkumulieren.Since, for example, a new position of the electronic pen is determined starting from a previously determined determined position, errors in the speed determination and location determination of the electronic pen can continue to accumulate.

Mögliche Fehlerquellen können dabei neben inhärenten Ungenauigkeiten von numerischen Integrationsmethoden unter anderem auch Ungenauigkeiten von Analog-Digital-Umwandlungen von Messsensorsignalen, Nullpunktsfehler, z.B. durch mangelhafte Kalibration der Messsensorik, zufällige Störeinflüsse oder systeminhärente Rauschanteile umfassen.In addition to inherent inaccuracies in numerical integration methods, possible sources of error can also include inaccuracies in analog-to-digital conversions of measurement sensor signals, zero point errors, e.g. due to poor calibration of the measurement sensors, random interference or system-inherent noise components.

Insbesondere Nullpunktsfehler einer nicht oder nur ungenügend genau kalibrierten inertialen Messsensorik von bekannten elektronischen Schreibstiften, wie beispielsweise Nullpunktsfehler in Signalen von nicht oder nur ungenau kalibrierten Beschleunigungssensoren in bekannten elektronischen Schreibstiften, können sich dabei in unerwünschter Weise über die Zeit quadratisch aufsummieren und die Genauigkeit, mit der die Position und die Bewegung eines elektronischen Schreibstiftes bestimmt werden können, erheblich beeinträchtigen.In particular, zero-point errors in inertial measuring sensors in known electronic pens that are not calibrated or only insufficiently precisely calibrated, such as zero-point errors in signals from acceleration sensors in known electronic pens that are not calibrated or only imprecisely, can add up over time in an undesirable manner and reduce the accuracy with which the position and the movement of an electronic pen can be determined.

Beispiele für bekannte Verfahren zur Kalibrierung der Sensorik von elektronischen Stiften sind unter anderem in der US 2016/0026362 A1 , in der CN 112148139 A und in der KR 10 2021 0 014 303 A beschrieben.Examples of known methods for calibrating the sensors of electronic pens are, among others, in US 2016/0026362 A1 , in the CN 112148139A and in the KR 10 2021 0 014 303 A described.

AufgabeTask

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, Mittel bereitzustellen, welche eine vereinfachte und/oder verbesserte Kalibration einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes ermöglichen, insbesondere eine verbesserte Kalibration von Beschleunigungssensoren eines elektronischen Schreibstiftes.It is therefore the object of the invention to provide means which enable a simplified and/or improved calibration of an inertial measuring sensor system of an electronic pen, in particular an improved calibration of acceleration sensors of an electronic pen.

LösungSolution

Dies wird erfindungsgemäß durch eine Kalibriervorrichtung zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch und durch ein System gemäß dem unabhängigen Systemanspruch, umfassend eine Vorrichtung zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes und einen elektronischen Schreibstift, erreicht.According to the invention, this is achieved by a calibration device for calibrating an inertial measuring sensor system of an electronic pen according to claim 1, by a method for calibrating an inertial measuring sensor system of an electronic pen according to the independent method claim and by a system according to the independent system claim, comprising a device for calibrating an inertial measuring sensor system an electronic pen and an electronic pen.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments and developments are the subject of the dependent claims.

Eine beispielhafte Vorrichtung zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes, kann dabei ein Gehäuse zur Aufnahme eines elektronischen Schreibstiftes umfassen, wobei das Gehäuse wenigstens ein Haltemittel aufweisen kann zum Fixieren eines vom Gehäuse aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes.An exemplary device for calibrating an inertial measuring sensor system of an electronic pen can include a housing for holding an electronic pen, wherein the housing can have at least one holding means for fixing an electronic pen held by the housing.

Unter einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes kann hierin unter anderem insbesondere verstanden werden, dass die Messsensorik Beschleunigungssensoren, z.B. wenigstens einen dreidimensionalen Beschleunigungssensor, der Beschleunigungen entlang drei orthogonal zueinanderstehenden Raumachsen eines dreidimensionalen Inertialmesssystems messen kann, umfasst. Besagte orthogonal zueinanderstehende Raumachsen des Beschleunigungssensors / der Messsensorik können auch als Sensorachsen bezeichnet werden.An inertial measuring sensor system of an electronic pen can be understood here in particular to mean that the measuring sensor system includes acceleration sensors, eg at least one three-dimensional acceleration sensor that can measure accelerations along three mutually orthogonal spatial axes of a three-dimensional inertial measuring system. Said spatial axes of the acceleration sensor/measuring sensor system that are orthogonal to one another can also be referred to as sensor axes.

Darüber hinaus kann die inertiale Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes wenigstens einen Drehratensensor umfassen, z.B. einen dreidimensionalen Drehratensensor, der z.B. Drehungen um die Achsen des besagten dreidimensionalen Inertialmesssystems messen kann.In addition, the inertial measuring sensor system of an electronic pen can comprise at least one yaw rate sensor, e.g. a three-dimensional yaw rate sensor, which can, for example, measure rotations about the axes of said three-dimensional inertial measuring system.

Die beispielhafte inertiale Messsensorik eines beispielhaften elektronischen Schreibstiftes kann dabei so konfiguriert sein / so angeordnet sein, dass das besagte beispielhafte dreidimensionale Inertialmesssystem mit drei orthogonal zueinanderstehenden Raumachsen / Sensorachsen, in denen Beschleunigungen und/oder Drehraten gemessen werden können, so orientiert sein kann, dass eine Raumachse des Inertialmesssystems bzw. eine Sensorachse parallel zur Längsachse des elektronischen Schreibstiftes liegt oder mit der Längsachse des elektronischen Schreibstiftes zusammenfällt oder dass eine Raumachse des Inertialmesssystem bzw. eine Sensorachse nicht parallel oder nur annähernd parallel zur Längsachse des elektronischen Schreibstiftes orientiert ist. Etwaige festgestellte ungewünschte oder nicht beabsichtigte Abweichungen der Ausrichtung von Sensorachsen in Bezug auf die Längsachse des elektronischen Schreibstiftes können dabei über eine entsprechende Kalibration korrigiert bzw. kompensiert werden.The exemplary inertial measuring sensor system of an exemplary electronic pen can be configured/arranged in such a way that the exemplary three-dimensional inertial measuring system with three mutually orthogonal spatial axes/sensor axes, in which accelerations and/or yaw rates can be measured, can be oriented in such a way that a spatial axis of the inertial measurement system or a sensor axis is parallel to the longitudinal axis of the electronic pen or coincides with the longitudinal axis of the electronic pen, or that a spatial axis of the inertial measurement system or a sensor axis is not parallel or only approximately parallel to the longitudinal axis of the electronic pen. Any undesired or unintended deviations found in the alignment of sensor axes in relation to the longitudinal axis of the electronic pen can be corrected or compensated for by a corresponding calibration.

Unter einem elektronischen Schreibstift kann hierin unter anderem beispielsweise verstanden werden, dass der elektronische Schreibstift beispielsweise wenigstens eine elektrische Spannungsquelle, sowie ein oder mehrere von der Spannungsquelle versorgbare elektronische Komponenten, wie z.B. eine digitale Steuereinheit bzw. eine digitale Recheneinheit mit einem oder mehreren Prozessoren, sowie wenigstens ein Kommunikationsmodul zum Empfang und zur Übertragung von Daten und Instruktionen umfassen kann.An electronic pen can be understood here, for example, to mean, for example, that the electronic pen has, for example, at least one electrical voltage source and one or more electronic components that can be supplied by the voltage source, such as a digital control unit or a digital computing unit with one or more processors, as well as at least one communication module for receiving and transmitting data and instructions.

Elektronische Schreibstifte haben dabei unter anderem den Vorteil, dass sie die Funktionalität und Einfachheit des Schreibens mit einem Stift auf einer Oberfläche mit den vielfältigen Möglichkeiten elektronischer Datenverarbeitung verbinden können, da das Geschriebene direkt in ein elektronisches Datenverarbeitungsformat umgewandelt werden kann.Among other things, electronic pens have the advantage that they can combine the functionality and simplicity of writing with a pen on a surface with the diverse possibilities of electronic data processing, since what is written can be converted directly into an electronic data processing format.

Unter dem Fixieren eines vom Gehäuse aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes kann unter anderem insbesondere verstanden werden, dass der elektronische Schreibstift in einer vorgebbaren Ausrichtung bzw. Orientierung im Gehäuse fixiert werden kann, d.h. fest in einer vorgebbaren Ausrichtung bzw. vorgebbaren Orientierung bzw. vorgebbaren Position angeordnet werden kann.Fixing an electronic pen accommodated in the housing can be understood, among other things, to mean that the electronic pen can be fixed in a predeterminable alignment or orientation in the housing, i.e. can be arranged firmly in a predeterminable alignment or predeterminable orientation or predeterminable position .

Überraschender Weise wurde festgestellt, dass eine derartige Vorrichtung, in der ein elektronischer Schreibstift in besagtem Vorrichtungsgehäuse fixiert ist, eine genauere Kalibration der Nullpunkte der inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes, insbesondere eine genauere Kalibration der Nullpunkte der Beschleunigungssensoren eines elektronischen Schreibstiftes ermöglicht, ohne dass es einer exakten Ausrichtung entlang der Achsen des erdfesten Koordinatensystems bedarf.Surprisingly, it was found that such a device, in which an electronic pen is fixed in said device housing, enables a more precise calibration of the zero points of the inertial measuring sensors of an electronic pen, in particular a more precise calibration of the zero points of the acceleration sensors of an electronic pen, without one requires exact alignment along the axes of the earth-fixed coordinate system.

Insbesondere wurde überraschend festgestellt, dass bei einem Kalibrierungsvorgang der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes, bei dem die inertiale Messsensorik um wenigstens eine Achse bzw. eine Raumachse eines / des dreidimensionalen Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik gedreht wird und bei dem an mehreren Drehpositionen Messdaten der inertialen Messsensorik, insbesondere Messdaten bzw. Beschleunigungssignaldaten der Beschleunigungssensoren / des Beschleunigungssensors, aufgenommen werden, die Messdaten, insbesondere die Beschleunigungssignaldaten der Beschleunigungssensoren / des Beschleunigungssensors, nahezu frei von Rauschen sind, wenn bei besagtem Kalibrierungsvorgang, d.h. bei der besagten Drehung der inertialen Messsensorik, der elektronische Schreibstift in einer hierein beschriebenen Kalibriervorrichtung fixiert wird, sodass sich bei einer Drehung der hierein beschriebenen Kalibriervorrichtung, der elektronische Schreibstift samt seiner inertialen Messsensorik in wohldefinierter Weise mitdreht.In particular, it was surprisingly found that during a calibration process of the inertial measuring sensor system of the electronic pen, in which the inertial measuring sensor system is rotated about at least one axis or a spatial axis of a/the three-dimensional inertial measuring system of the inertial measuring sensor system and in which measurement data from the inertial measuring sensor system are recorded at several rotational positions, in particular measurement data or acceleration signal data of the acceleration sensors / of the acceleration sensor, are recorded, the measurement data, in particular the acceleration signal data of the acceleration sensors / of the acceleration sensor, are almost free of noise if during said calibration process, i.e. during said rotation of the inertial measuring sensor system, the electronic pen in a calibration device described herein is fixed, so that when the calibration device described herein rotates, the electronic pen, together with its inertial measuring sensor system, also rotates in a well-defined manner.

Darüber hinaus kann eine Drehung des elektronischen Schreibstiftes mittels der Kalibriervorrichtung mit vorgebbaren Drehpositionen, d.h. Drehungen um vorgebbare bekannte Winkel, auch die Kalibrierung von Drehratensensoren der inertialen Messsensorik, d.h. die Kalibration der Skalenwerte von Drehratensensoren ermöglichen.In addition, rotating the electronic pen using the calibration device with predeterminable rotational positions, i.e. rotations about predeterminable known angles, can also enable the calibration of yaw rate sensors of the inertial measuring sensor system, i.e. the calibration of the scale values of yaw rate sensors.

Beispielsweise können durch ein Halten der Lage des elektronischen Schreibstift mittels der hierin beispielhaft beschriebenen Kalibriervorrichtung in einer vorgebbaren Ruheposition für eine vorgebbare Zeitspanne, z.B. in der Größenordnung von Sekunden oder kürzer, Messwerte in den Achsen der Drehratensensoren aufgenommen und gemittelt werden, um Nullpunkte in den Achsen der Drehratensensoren bestimmen zu können.For example, by holding the position of the electronic pen using the calibration device described here as an example in a predeterminable rest position for a predeterminable period of time, e.g. in the order of seconds or shorter, measured values in the axes of the yaw rate sensors can be recorded and averaged around zero points in the axes of the rotation rate sensors.

Anschließend kann dann aus nachfolgenden Drehungen des elektronischen Schreibstift mittels der hierin beispielhaft beschriebenen Kalibriervorrichtung um vorgebbare bekannte Drehwinkel / Drehpositionen / Drehwinkelpositionen die Skalierung der Achsen der Drehratensensoren erfolgen.The axes of the yaw rate sensors can then be scaled from subsequent rotations of the electronic pen by means of the calibration device described here by way of example around predeterminable known rotation angles/rotational positions/rotational angle positions.

Das wenigstens eine Haltemittel der Kalibriervorrichtung ist dabei so konfiguriert, dass ein aufgenommener elektronischer Schreibstift mittig bzw. zentriert innerhalb des Gehäuses, bzw. zentriert innerhalb der Kalibriervorrichtung, fixiert bzw. fest angeordnet werden kann.The at least one holding means of the calibration device is configured in such a way that a received electronic pen can be fixed or fixed in the middle or centered within the housing or centered within the calibration device.

Zudem kann das wenigstens eine Haltemittel der Kalibriervorrichtung so konfiguriert sein, dass es einen aufgenommenen elektronischen Schreibstift in einer Lage / Ausrichtung / Orientierung im Gehäuse so fixieren kann, dass die / eine Längsachse eines / des aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes wenigstens näherungsweise mit einer Achse, z.B. mit der / einer Längsachse, des Gehäuses zusammenfallen kann.In addition, the at least one holding means of the calibration device can be configured in such a way that it can fix a received electronic pen in a position/orientation/orientation in the housing such that the/a longitudinal axis of a/the received electronic pen is at least approximately aligned with an axis, e.g the / a longitudinal axis of the housing can collapse.

Eine derartige Fixierung eines aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes innerhalb des Gehäuses der Kalibriervorrichtung kann das Rauschen in den Messdaten der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes, insbesondere das Rauschen in Beschleunigungsmesswerten von wenigstens einem Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik, noch weiter reduzieren, und so eine noch genauere Kalibration der inertialen Messsensorik ermöglichen. Such a fixation of a received electronic pen within the housing of the calibration device can further reduce the noise in the measurement data of the inertial measurement sensor system of the electronic pen, in particular the noise in acceleration measurement values from at least one acceleration sensor of the inertial measurement sensor system, and thus an even more precise calibration of the inertial Enable measurement sensors.

Vor allem vereinfacht eine derartige Fixierung ein genaueres Halten des aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes in vorgebbaren Drehwinkelpositionen bzw. in vorgebbaren räumlichen Ausrichtungen / Orientierungen.Above all, such a fixation simplifies more precise holding of the received electronic pen in predeterminable angular positions or in predeterminable spatial alignments/orientations.

Beispielsweise kann die hierin beispielhaft beschriebene Kalibriervorrichtung es ermöglichen, den aufgenommenen elektronischen Schreibstift zwischen der Aufnahme von Messdaten der inertialen Messsensorik um exakt 180° zu drehen, sodass sich mögliche Fehler in der Orientierung, z.B. mögliche Winkelfehler in der Ausrichtung des elektronischen Schreibstiftes zu Achsen, z.B. Hauptachsen, der Kalibriervorrichtung, bei der Ermittlung von Nullpunktsfehlern gegenseitig aufheben.For example, the calibration device described here as an example can make it possible to rotate the recorded electronic pen by exactly 180° between the recording of measurement data from the inertial measurement sensor system, so that possible errors in orientation, e.g. possible angle errors in the alignment of the electronic pen to axes, e.g. Main axes, the calibration device, cancel each other out when determining zero point errors.

Das wenigstens eine Haltemittel ist dazu konfiguriert, einen aufgenommenen elektronischen Schreibstift so zu fixieren, dass die Längsachse des aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes wenigstens näherungsweise parallel zur Längsachse des Gehäuses orientiert ist.The at least one holding means is configured to fix a received electronic pen in such a way that the longitudinal axis of the received electronic pen is oriented at least approximately parallel to the longitudinal axis of the housing.

Auch in einer derartigen Konfiguration des wenigstens einen Haltemittels ist das Rauschen in Beschleunigungsmesswerten von wenigstens einem Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstift gegenüber einem Kalibrierungsvorgang ohne Verwendung der Kalibriervorrichtung deutlich reduziert.In such a configuration of the at least one holding means, the noise in measured acceleration values from at least one acceleration sensor of the inertial measuring sensor system of the electronic pen is significantly reduced compared to a calibration process without using the calibration device.

Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass z.B. eine / die Längsachse des elektronischen Schreibstiftes so festgelegt oder gewählt werden kann, dass die Schreibspitze oder Schreibmine des elektronischen Schreibstiftes auf der Längsachse des elektronischen Schreibstiftes liegen kann.For the sake of completeness, it should be noted that e.g. a/the longitudinal axis of the electronic pen can be defined or selected in such a way that the writing tip or writing tip of the electronic pen can lie on the longitudinal axis of the electronic pen.

Der Querschnitt des Gehäuses der Kalibriervorrichtung ist rotationssymmetrisch und/oder zylindrisch oder polygonal, z.B. rechteckig.The cross section of the housing of the calibration device is rotationally symmetrical and/or cylindrical or polygonal, e.g. rectangular.

Beispielsweise kann das Gehäuses der Kalibriervorrichtung rohrartig ausgeführt sein.For example, the housing of the calibration device can be tubular.

Alternativ, ist das Gehäuse der Kalibriervorrichtung beispielsweise kubisch oder quaderförmig ausgeführt. Beispielsweise kann das Gehäuse der Kalibriervorrichtung gleichzeitig als Verpackungskarton / Verpackungsschachtel dienen.Alternatively, the housing of the calibration device is designed, for example, in the form of a cube or cuboid. For example, the housing of the calibration device can also serve as a packaging carton/packaging box.

Ein rotationssymmetrisches, z.B. ein zylindrisches bzw. rohrartiges Querschnittsprofil, insbesondere ein kreiszylindrisches Querschnittsprofil des Gehäuses der Kalibriervorrichtung, kann unter anderem ein gleichmäßigeres Drehen der Kalibriervorrichtung erleichtern, was ebenfalls ein Rauschen in Beschleunigungsmesswerten von wenigstens einem Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik vermindern kann.A rotationally symmetrical, for example a cylindrical or tubular cross-sectional profile, in particular a circular-cylindrical cross-sectional profile of the housing of the calibration device, can facilitate, among other things, a more uniform turning of the calibration device, which also reduces noise in acceleration measured values from at least one acceleration sensor of the inertial measuring sensor system.

Ein polygonaler Querschnitt bzw. ein polygonales oder quaderförmiges Querschnittsprofil des Gehäuses der Kalibriervorrichtung kann es unter anderem erleichtern, eine wohldefinierte Abfolge von Drehpositionen / Drehwinkel / Drehwinkelpositionen der Kalibriervorrichtung festzulegen und zu durchlaufen, wenn die Kalibriervorrichtung mit aufgenommenen elektronischen Schreibstift gedreht wird.A polygonal cross-section or a polygonal or cuboid cross-sectional profile of the housing of the calibration device can make it easier, among other things, to set and run through a well-defined sequence of rotation positions/rotation angle/rotation angle positions of the calibration device when the calibration device is rotated with the electronic pen attached.

Dabei kann beispielsweise ein ganzzahliges Vielfaches für die Anzahl von Seitenflächen des Gehäuses der Kalibriervorrichtung gewählt werden, was unter anderem die Auswertung der Messdaten der inertialen Messsensorik, die an den durch die verschiedenen Seitenflächen definierten Drehwinkel / Drehwinkelpositionen der Kalibriervorrichtung aufgenommen werden können, vereinfachen, da so eine wohldefinierte Folge von Messdaten gewonnen werden kann.In this case, for example, an integer multiple can be selected for the number of side surfaces of the housing of the calibration device, which, among other things, simplifies the evaluation of the measurement data of the inertial measurement sensors, which can be recorded at the angle of rotation/rotational angle positions of the calibration device defined by the various side surfaces, since a well-defined sequence of measurement data can be obtained.

Die Drehung der Kalibriervorrichtung mit aufgenommenem elektronischen Schreibstift kann dabei frei im Raum, z.B. in der Luft, oder vorzugsweise auf einer ebenen Unterlage / ebenen Oberfläche erfolgen.The rotation of the calibration device with the electronic pen can be carried out freely in space, e.g. in the air, or preferably on a flat base/flat surface.

Alternativ bzw. zusätzlich kann mittels einer/der beispielhaften Kalibriervorrichtung, die eine freie Rotation um eine Achse erlaubt, eine Folge von Messungen über mehrere Umdrehungen gesammelt werden, wobei durch einen Auswertungsalgorithmus ein Ausschnitt dieser Folge bestimmt wird, der eine ganzzahlige Anzahl von Umdrehungen umfasst. Dabei erlaubt es das Beschleunigungssignal aufgrund der Erdbeschleunigung, die Winkelposition auch ohne eine vorherige Kalibrierung zuverlässig zu bestimmen und so eine Vorgabe für das aufintegrierte Signal des Drehratensensors zu bestimmen. Indem eine ganzzahlige Anzahl von Umdrehungen zugrunde gelegt wird, kann sowohl auf eine vorherige Kalibrierung des Beschleunigungssensors verzichtet werden, als auch Winkelabweichungen zwischen der Achse des elektronischen Schreibstifts und der Achse des Drehratensensors zuverlässig bestimmt werden.Alternatively or additionally, a sequence of measurements over several revolutions can be collected using a/the exemplary calibration device that allows free rotation about an axis, with an evaluation algorithm determining a section of this sequence that includes an integer number of revolutions. The acceleration signal based on the acceleration due to gravity makes it possible to reliably determine the angular position even without prior calibration and thus to determine a specification for the integrated signal of the yaw rate sensor. By using an integral number of revolutions as a basis, a previous calibration of the acceleration sensor can be dispensed with and angular deviations between the axis of the electronic pen and the axis of the yaw rate sensor can be reliably determined.

Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass beim Drehen der Kalibriervorrichtung mit aufgenommenem elektronischen Schreibstift zur Durchführung eines Kalibrierungsvorganges der elektronische Schreibstift bzw. die inertiale Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes eingeschaltet / aktiviert sein sollte / ist.For the sake of completeness, it should be noted that when turning the calibration device with the electronic pen held in it to carry out a calibration process, the electronic pen or the inertial measuring sensor system of the electronic pen should be switched on/is activated.

Das Gehäuse der Kalibriervorrichtung kann dabei auch abschnittweise verschiedene Querschnitte / verschiedene Querschnittsprofile aufweisen.The housing of the calibration device can also have different cross sections/different cross-sectional profiles in sections.

Beispielsweise ist denkbar, dass die Gehäuseenden ein polygonales Querschnittsprofil aufweisen, während das Gehäuse zwischen den Enden ein anderes Querschnittsprofil, beispielsweise ein zylindrisches Querschnittsprofil aufweist.For example, it is conceivable that the housing ends have a polygonal cross-sectional profile, while the housing has a different cross-sectional profile between the ends, for example a cylindrical cross-sectional profile.

Ebenso ist denkbar, dass die Gehäuseenden ein zylindrisches polygonales Querschnittsprofil aufweisen, während das Gehäuse zwischen den Enden ein anderes Querschnittsprofil, beispielsweise ein polygonales Querschnittsprofil aufweist.It is also conceivable that the housing ends have a cylindrical polygonal cross-sectional profile, while the housing between the ends has a different cross-sectional profile, for example a polygonal cross-sectional profile.

Dabei können die Querschnittsprofile der Enden des Gehäuses einen größeren Durchmesser aufweisen als das Querschnittsprofil des Gehäuses zwischen den Gehäuseenden, sodass z.B. bei einer Drehung der Kalibriervorrichtung auf einer ebenen Oberfläche die Geometrie der Querschnittsprofile der Enden des Gehäuses die durchlaufbaren / einnehmbaren Drehpositionen und Drehwinkel der Kalibriervorrichtung vorgeben können.The cross-sectional profiles of the ends of the housing can have a larger diameter than the cross-sectional profile of the housing between the housing ends, so that, for example, when the calibration device is rotated on a flat surface, the geometry of the cross-sectional profiles of the ends of the housing determine the traversable/acceptable rotational positions and rotational angles of the calibration device can.

Mit anderen Worten können optional beispielsweise die Enden des Gehäuses der Kalibriervorrichtung die Kontaktfläche der Kalibriervorrichtung mit einer ebenen Unterlage / ebenen Oberfläche definieren.In other words, optionally, for example, the ends of the housing of the calibration device can define the contact surface of the calibration device with a flat base/flat surface.

Wie bereits erwähnt, kann das Gehäuse der Kalibriervorrichtung beispielsweise kubisch oder quaderförmig sein, d.h. sechs verschiedene Seitenflächen aufweisen. Eine solche beispielhafte sechsseitige Kalibriervorrichtung kann dann mit aufgenommenen elektronischen Schreibstift in einer vorgebbaren festgelegten Sequenz nacheinander gedreht / gekippt werden, sodass die Kalibriervorrichtung nacheinander auf jeder ihrer sechs Seiten eine vorgebbare Zeitspanne, z.B. wenige Sekunden, in einer Ruheposition verharren kann in der die inertiale Messsensorik Messdaten aufnehmen kann.As already mentioned, the housing of the calibration device can be cubic or cuboid, i.e. it can have six different side surfaces. Such an exemplary six-sided calibration device can then be rotated/tilted one after the other with the electronic pen in a predefinable fixed sequence, so that the calibration device can remain in a rest position on each of its six sides for a predefinable period of time, e.g. a few seconds, in which the inertial measurement sensors can remain measured data can record.

Beispielsweise können die Mittelwerte der Messdaten, die während der Ruheposition der Kalibriervorrichtung auf jeweils sich gegenüberliegenden Seiten der der Kalibriervorrichtung aufgenommen wurden, zur Ermittlung der Nullpunkte der betreffenden Achsen genutzt werden und die aufintegrierte Winkelgeschwindigkeit über 180° für die Skalierung besagter Achsen.For example, the mean values of the measurement data recorded on opposite sides of the calibration device during the rest position of the calibration device can be used to determine the zero points of the relevant axes and the angular velocity integrated over 180° for scaling said axes.

Dabei können beispielsweise in einer ersten Ruheposition die Nullpunkte der Achsen der Drehratensensoren der inertialen Messsensorik gemessen/ermittelt werden, sodass diese bei den nachfolgenden Drehungen bereits genutzt werden können, wenn die Drehraten integriert werden.For example, the zero points of the axes of the rotation rate sensors of the inertial measurement sensor system can be measured/determined in a first rest position, so that they can already be used in the subsequent rotations when the rotation rates are integrated.

Für die Beschleunigungssensoren können die Messdaten, die an gegenüberliegenden Seiten der Kalibriervorrichtung aufgenommen wurden, für die Skalierung der auf den Seitenflächen jeweils senkrecht stehenden Achsen verwendet werden und die Messdaten in den beiden dazu jeweils orthogonalen Achsen für die Ermittlung von Nullpunkten in besagten orthogonalen Achsen. For the acceleration sensors, the measurement data recorded on opposite sides of the calibration device can be used to scale the axes that are perpendicular to the side surfaces, and the measurement data in the two orthogonal axes can be used to determine zero points in said orthogonal axes.

Das wenigstens eine Haltemittel kann dabei flexibel sein. Darunter kann z.B. verstanden werden, dass das Haltemittel elastisch sein kann bzw. dass das Haltemittel wenigstens teilweise aus einem Material geformt / ausgeführt, welches flexible bzw. elastische Materialeigenschaften aufweisen kann.The at least one holding means can be flexible. This can be understood to mean, for example, that the holding means can be elastic or that the holding means is at least partially formed/made of a material that can have flexible or elastic material properties.

Darüber hinaus kann das Haltemittel so ausgeführt sein, dass es den überwiegenden Teil des Inneren des Gehäuses der Kalibriervorrichtung ausfüllen kann, z.B. mehr als 50% oder mehr als 75% des inneren Volumens des Gehäuses der Kalibriervorrichtung.Furthermore, the holding means can be designed so that it can fill the majority of the interior of the housing of the calibration device, for example more than 50% or more than 75% of the internal volume of the housing of the calibration device.

Beispielsweise ist es denkbar, dass das Haltemittel ein elastisches Schaummaterial, z.B. Polyurethan, umfasst, und beispielsweise als Schaumeinsatz im Inneren des Gehäuses der Kalibriervorrichtung ausgeführt sein kann, wobei besagter beispielhafter Schaumeinsatz einen definierten Ausschnitt zur Aufnahme und zum Fixieren des elektronischen Schreibstiftes aufweisen kann.For example, it is conceivable that the holding means comprises an elastic foam material, e.g. polyurethane, and can be designed, for example, as a foam insert inside the housing of the calibration device, wherein said exemplary foam insert can have a defined cutout for receiving and fixing the electronic pen.

Besagter beispielhafter Ausschnitt kann also eine zur Form des elektronischen Schreibstiftes komplementäre Konturfläche aufweisen.Said exemplary excerpt can therefore have a contour surface complementary to the shape of the electronic pen.

Ein elastisches Element im Inneren dieses Quaders, z.B. ein Schaumeinsatz mit einem definierten Ausschnitt zur Aufnahme des Stiftes, erlaubt dabei die Fixierung.An elastic element inside this cuboid, e.g. a foam insert with a defined cut-out to hold the pen, allows it to be fixed in place.

Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass das Haltemittel als Klemmmechanismus ausgeführt ist. Beispielsweise ist denkbar, dass das Haltemittel als Krone mit flexiblen Zacken ausgeführt sein kann, wobei die flexiblen Zacken der Krone den elektronischen Schreibstift einklemmen und fixieren können.Alternatively or additionally, it is conceivable that the holding means is designed as a clamping mechanism. For example, it is conceivable that the holding means can be designed as a crown with flexible prongs, with the flexible prongs of the crown being able to clamp and fix the electronic pen.

Dabei ist es beispielsweise zudem denkbar, dass das kronenartige Haltemittel in einem Gehäusedeckel des Gehäuses der Kalibriervorrichtung integriert sein.It is also conceivable, for example, for the crown-like holding means to be integrated in a housing cover of the housing of the calibration device.

Als beispielhaftes Material für einen derartigen Klemmmechanismus wäre der Einsatz von Polypropylen denkbar.The use of polypropylene would be conceivable as an exemplary material for such a clamping mechanism.

Eine derartige optional mögliche beispielhafte Ausführung, bei der das wenigstens eine Haltemittel flexible bzw. elastische Eigenschaften aufweist, kann unter anderem unerwünschte Erschütterungen / Vibrationen oder Stöße, die sich bei Bewegung der Kalibriervorrichtung auf die inertiale Messsensorik des von der Kalibriervorrichtung aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes übertragen können, dämpfen bzw. abschwächen.Such an optionally possible exemplary embodiment, in which the at least one holding means has flexible or elastic properties, can, among other things, prevent unwanted shocks/vibrations or shocks that can be transmitted to the inertial measuring sensors of the electronic pen held by the calibration device when the calibration device is moved. dampen or weaken.

Dies kann ebenfalls zu einer weiteren Verminderung von Rauschen in den Messdaten / Messsignalen der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes beitragen und somit zur einer verbesserten Genauigkeit der Kalibration der inertialen Messsensorik führen.This can also contribute to a further reduction in noise in the measurement data/measurement signals of the inertial measurement sensors of the electronic pen and thus lead to improved accuracy of the calibration of the inertial measurement sensors.

Insbesondere können dabei vergleichsweise hohe Ausschläge bzw. Spitzen in den Daten der inertialen Messsensorik, ausgelöst durch unerwünschte Erschütterungen / Vibrationen oder Stöße vermieden werden.In particular, comparatively high deflections or peaks in the data from the inertial measurement sensor system, triggered by undesired shocks/vibrations or shocks, can be avoided.

Besagte Ausschläge bzw. Spitzen in den Daten der inertialen Messsensorik können unerwünschter Weise die Genauigkeit der Kalibration beeinträchtigen, da derartige Spitzen oder Ausschläge in den Daten der inertialen Messsensorik bei einer begrenzten Messfrequenz nicht hinreichend genau aufgelöst werden können.Said deflections or peaks in the data from the inertial measurement sensor system can undesirably impair the accuracy of the calibration, since such peaks or deflections are in the data of the inertial measuring sensors cannot be resolved with sufficient accuracy at a limited measuring frequency.

Das wenigstens eine Haltemittel kann dabei im Übrigen so konfiguriert bzw. so ausgeführt sein, dass die Fixierung bzw. die Befestigung des aufzunehmenden / aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes im Gehäuse der Kalibriervorrichtung in einer vorgebbaren räumlichen Ausrichtung bzw. Orientierung über eine lösbare Verbindung, z.B. über Klemmen und/oder Verschrauben und/oder Verpressen und/oder Zusammenstecken und/oder Formschluss und/oder magnetische Wechselwirkung und/oder Unterdruck-bzw. Saugdruckbeaufschlagung, realisiert werden kann.The at least one holding means can also be configured or designed in such a way that the fixation or attachment of the electronic pen to be held/held in the housing of the calibration device in a definable spatial alignment or orientation via a detachable connection, e.g. via clamps and / or screwing and / or pressing and / or plugging together and / or form fit and / or magnetic interaction and / or vacuum or Saugdruckbeaufschlagung can be realized.

Bei einer beispielhaften Verschraubung wäre unter anderem z.B. denkbar, dass ein Ende des elektronischen Schreibstiftes ein Gewindeprofil aufweist, welches komplementär zu einem Hohlprofil des wenigstens einen Haltemittel ist, sodass das Ende des elektronischen Schreibstiftes in das Hohlprofil des wenigstens einen Haltemittels geschraubt werden kann.In the case of an exemplary screw connection, it would be conceivable, for example, for one end of the electronic pen to have a thread profile which is complementary to a hollow profile of the at least one holding means, so that the end of the electronic pen can be screwed into the hollow profile of the at least one holding means.

Auch wäre alternativ oder unterstützend der Einsatz einer rückstandsfrei lösbaren Klebeverbindung bei einer/der Verbindung des Haltemittels mit dem elektronischen Schreibstift denkbar.Alternatively or as a support, the use of a residue-free, detachable adhesive connection would also be conceivable for a/the connection of the holding means to the electronic pen.

Eine beispielhafte Kalibriervorrichtung kann dabei je nach Ausführung eines oder wenigstens zwei Haltemittel aufweisen, wobei beispielsweise jeweils ein Haltemittel an einem jeweils einem Ende des Gehäuses der Kalibriervorrichtung angeordnet sein kann.Depending on the design, an exemplary calibration device can have one or at least two holding means, it being possible, for example, for one holding means to be arranged at one end of the housing of the calibration device.

Die beispielhaften wenigstens zwei Haltemittel können jedoch auch an anderen Stellen des Gehäuses der Kalibriervorrichtung angeordnet sein.However, the at least two holding means can also be arranged at other points of the housing of the calibration device.

Die Verwendung von wenigstens zwei Haltemitteln kann eine stabilere / vibrationsärmere Fixierung eines aufzunehmenden / aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes im Gehäuse der Kalibriervorrichtung ermöglichen.The use of at least two holding means can enable a more stable/low-vibration fixation of an electronic pen to be/is received in the housing of the calibration device.

Das wenigstens eine Haltemittel kann so ausgeführt sein, dass es einen flächigen und/oder punktuellen / diskreten Haltekontakt mit dem elektronischen Schreibstift ermöglichen kann.The at least one holding means can be designed in such a way that it can enable flat and/or punctiform/discrete holding contact with the electronic pen.

Beispielsweise kann zur vibrationsarmen Fixierung eines aufzunehmenden / aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes durch ein flächig wirkendes Haltemittel, beispielsweise ein Haltemittel als Schaumeinsatz mit passendem Ausschnitt verwendet werden, wobei das als Schaumeinsatz ausgeführte Haltemittel ein Übermaß relativ zum Hohlraum des Kalibriervorrichtungsgehäuses in das es eingesetzt werden kann, aufweisen kann.For example, for low-vibration fixation of an electronic pen to be held/received, a flat-acting holding means, for example a holding means in the form of a foam insert with a suitable cut-out, can be used, in which case the holding means designed as a foam insert can be oversized relative to the cavity of the calibration device housing into which it can be inserted .

Ebenso kann die Verwendung von wenigstens zwei Haltemitteln es erleichtern, den aufzunehmenden / aufgenommenen elektronischen Schreibstift so zu fixieren, dass die Längsachse des aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes parallel zur Längsachse des Gehäuses orientiert sein kann, bzw. dass die Längsachse des aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes mit der Längsachse des Gehäuses zusammenfallen kann.Likewise, the use of at least two holding means can make it easier to fix the electronic pen to be held / received in such a way that the longitudinal axis of the held electronic pen can be oriented parallel to the longitudinal axis of the housing, or that the longitudinal axis of the held electronic pen is aligned with the longitudinal axis of the Housing can collapse.

Die Verwendung eines flächig wirkenden Haltemittels oder von wenigstens zwei diskreten Haltemitteln trägt damit ebenfalls zur Verminderung von Rauschen in den Messdaten / Messsignalen der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes bei.The use of a surface-acting holding means or at least two discrete holding means thus also contributes to reducing noise in the measurement data/measurement signals of the inertial measurement sensors of the electronic pen.

Das wenigstens eine Haltemittel kann dabei im Übrigen in einen Gehäusedeckel des Gehäuses der Kalibriervorrichtung integriert sein.The at least one holding means can also be integrated into a housing cover of the housing of the calibration device.

Beispielsweise kann das wenigstens eine Haltemittel in einen Gehäusedeckel an einem Ende des Gehäuses integriert sein.For example, the at least one holding means can be integrated into a housing cover at one end of the housing.

Bei Verwendung von wenigstens zwei Haltemitteln können dabei beispielsweise jeweils ein Haltemittel in jeweils einen Gehäusedeckel an beiden Enden des Gehäuses integriert sein.If at least two holding means are used, one holding means can be integrated in each case in a housing cover at both ends of the housing, for example.

Besagte beispielhafte Gehäusedeckel können dabei abnehmbar sein. Eine lösbare Verbindung des Gehäusedeckels / der Gehäusedeckel mit dem Gehäuse kann dabei unter anderem über Klemmen und/oder Verschrauben und/oder Verpressen und/oder Formschluss und/oder magnetische Wechselwirkung hergestellt werden.Said exemplary housing cover can be removable. A detachable connection of the housing cover / the housing cover with the housing can, inter alia, via terminals and / or Screwing and / or pressing and / or form fit and / or magnetic interaction are produced.

Dadurch kann eine kompaktere Bauform der Kalibriervorrichtung erreicht werden und unter anderem das Einlegen eines elektronischen Schreibstiftes in das Gehäuse der Kalibriervorrichtung erleichtert werden.As a result, a more compact design of the calibration device can be achieved and, among other things, the insertion of an electronic pen into the housing of the calibration device can be made easier.

Bei der Kalibriervorrichtung bzw. dem Gehäuse der Kalibriervorrichtung ist kann es im Übrigen vorteilhaft sein, wenn dieses durchlässig für elektromagnetische Wellen ist, um z.B. eine Daten- und Befehlskommunikation mit einer externen digitalen Recheneinheit zu ermöglichen.In the case of the calibration device or the housing of the calibration device, it can also be advantageous if this is permeable to electromagnetic waves, e.g. to enable data and command communication with an external digital processing unit.

Dies kann die Übertragung von Messdaten der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes an eine externe digitale Recheneinheit ermöglichen zur Verarbeitung und Auswertung der Messdaten.This can enable the transmission of measurement data from the inertial measurement sensors of the electronic pen to an external digital processing unit for processing and evaluating the measurement data.

Dabei kann der elektronische Schreibstift beispielsweise über ein Kommunikationsmodul verfügen, welches beispielsweise eine verschlüsselte drahtlose Datenübertragung gemäß Bluetooth Low Energy (BLE) - Standard ermöglichen kann.The electronic pen can have a communication module, for example, which can enable encrypted wireless data transmission according to the Bluetooth Low Energy (BLE) standard.

Alternativ oder zusätzlich ist eine kabelgebundene Daten- und Befehlskommunikation zwischen dem elektronischen Schreibstift und einer externen digitalen Recheneinheit denkbar, auch wenn sich der elektronische Schreibstift dabei in der Kalibriervorrichtung befindet.As an alternative or in addition, cable-bound data and command communication between the electronic pen and an external digital processing unit is conceivable, even if the electronic pen is located in the calibration device.

Ein Verfahren zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes umfasst dabei folgende Schritte:

  1. 1. Ein Einlegen des elektronischen Schreibstiftes in eine wie hierin beispielhaft beschriebene Kalibriervorrichtung, wobei beim bzw. vor dem Einlegen des elektronischen Schreibstiftes, der elektronische Schreibstift bzw. die inertiale Messsensorik aktiviert / eingeschaltet werden kann.
  2. 2. Ein Drehen der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift um wenigstens eine Achse, z.B. eine/die Längsachse, der Kalibriervorrichtung, wobei während der Drehung der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift Messdaten der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes aufgenommen werden können, und wobei die aufgenommenen Messdaten Beschleunigungsmesswerte von wenigstens einem Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik und/oder Drehratenmesswerte von wenigstens einem Drehratensensor umfassen können.
  3. 3. Eine Bestimmung wenigstens eines Nullpunktfehlers in wenigstens einer Achse des / eines Beschleunigungssensors der inertialen Messsensorik durch Auswertung der aufgenommenen Messdaten.
  4. 4. Eine Kalibrierung der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes auf Grundlage des wenigstens einen bestimmten Nullpunktfehlers.
A method for calibrating an inertial measuring sensor system of an electronic pen includes the following steps:
  1. 1. Insertion of the electronic pen in a calibration device as described here by way of example, it being possible for the electronic pen or the inertial measuring sensor system to be activated/switched on during or before the insertion of the electronic pen.
  2. 2. Rotating the calibration device with the electronic pen inserted about at least one axis, e.g. one/the longitudinal axis of the calibration device, wherein measurement data of the inertial measurement sensor system of the electronic pen can be recorded during the rotation of the calibration device with the electronic pen inserted, and the recorded measurement data Acceleration measurement values from at least one acceleration sensor of the inertial measurement sensor system and/or yaw rate measurement values from at least one yaw rate sensor.
  3. 3. A determination of at least one zero point error in at least one axis of the/an acceleration sensor of the inertial measurement sensor system by evaluating the recorded measurement data.
  4. 4. A calibration of the inertial measurement sensors of the electronic pen based on the at least one specific zero point error.

Vorzugsweise kann die Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift um drei orthogonal zueinander stehende Achsen gedreht oder gekippt werden.The calibration device can preferably be rotated or tilted about three mutually orthogonal axes with the electronic pen inserted.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der elektronische Schreibstift unter Umständen vor dem Einlegen in die Kalibriervorrichtung bzw. vor Beginn der Drehung der Kalibriervorrichtung eingeschaltet bzw. aktiviert sein muss, damit die inertiale Messsensorik aktiviert werden kann bzw. in Bereitschaft versetzt werden kann, um Messdaten aufnehmen zu können und/oder sich wenn nötig mit einer externen digitalen Recheneinheit in Kommunikationsverbindung bringen kann.For the sake of completeness, it should be mentioned that the electronic pen may have to be switched on or activated before it is placed in the calibration device or before the calibration device begins to rotate, so that the inertial measurement sensors can be activated or put on standby to record measurement data to be able to record and/or to be able to communicate with an external digital processing unit if necessary.

Der beispielhafte Verfahrensschritt der Aufnahme von Messdaten der inertialen Messsensorik während der Drehung der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift kann insbesondere den Fall / die Möglichkeit umfassen, dass sich die Kalibriervorrichtung während der Messdatenaufnahme bewegt, d.h. sich während der Messdatenaufnahme dreht, also auch den Fall / die Möglichkeit, dass Messdaten aufgenommen werden wenn sich die Kalibriervorrichtung nicht bewegt und sich beispielsweise für eine vorgebbare Zeitspanne während eines Drehvorgangs von einer Drehwinkelposition zu einer anderen Drehwinkelposition in einer Ruheposition bzw. Halteposition befindet.The exemplary method step of recording measurement data from the inertial measurement sensor system while the calibration device is rotating with the electronic pen inserted can in particular include the case/possibility that the calibration device moves during the measurement data recording, i.e. rotates during the measurement data recording, i.e. also the case/the Possibility of measuring data being recorded when the calibration device is not moving and is in a rest position or holding position, for example, for a predefinable period of time during a rotation process from one rotation angle position to another rotation angle position.

Der Begriff der Drehung bzw. der Drehvorgang der Kalibriervorrichtung in dem vorangehend beschriebenen beispielhaften Verfahren umfasst daher sowohl kontinuierliche als auch schrittweise Drehungen, wobei besagte schrittweise Drehungen wohldefinierte Ruhepositionen mit wohldefinierten Drehwinkelpositionen aufweisen können bei / in / an denen sich Kalibriervorrichtung nicht bewegt.The notion of rotation or the rotation process of the calibration device in the exemplary method described above therefore includes both continuous and stepwise rotations, wherein said stepwise rotations can have well-defined rest positions with well-defined angular positions of rotation at/in/at which the calibration device does not move.

Besagte beispielhafte Längsachse der Kalibriervorrichtung kann also als Rotationachse für eine / die Drehung der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift aufgefasst werden. Ein Drehvorgang der der Kalibriervorrichtung kann jedoch auch Drehungen bzw. Kippungen um andere Achsen der Kalibriervorrichtung umfassen, z.B. Drehungen bzw. Kippungen um Kanten- oder Seitenachsen der Kalibriervorrichtung.Said exemplary longitudinal axis of the calibration device can therefore be understood as a rotation axis for a/rotation of the calibration device with an inserted electronic pen. However, a process of rotating the calibration device can also include rotations or tilting about other axes of the calibration device, for example rotations or tilting about edge or lateral axes of the calibration device.

Unter der beispielhaften Kalibrierung der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes auf Grundlage des wenigstens einen bestimmten Nullpunktfehlers kann dabei unter anderem verstanden werden, dass die Messdaten der inertialen Messsensorik bzw. die Sensorachsen korrigiert werden, indem beispielsweise die Lage der Nullpunkte der Messdaten bzw. der Sensorachsen durch den Betrag der ermittelten/bestimmten Nullpunktsfehler korrigiert wird, z.B. durch entsprechende Addition oder Subtraktion des ermittelten/bestimmten Nullpunktsfehlerwertes. Zudem kann unter dem Begriff der Kalibrierung der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes auch verstanden werden, dass die Messdaten der inertialen Messsensorik skaliert bzw. normiert werden können.The exemplary calibration of the inertial measurement sensor system of the electronic pen on the basis of the at least one specific zero point error can be understood, among other things, to mean that the measurement data of the inertial measurement sensor system or the sensor axes are corrected, for example by the position of the zero points of the measurement data or the sensor axes being corrected by the amount of the determined/determined zero point error is corrected, e.g. by appropriate addition or subtraction of the determined/determined zero point error value. In addition, the term calibration of the inertial measurement sensors of the electronic pen can also be understood to mean that the measurement data of the inertial measurement sensors can be scaled or normalized.

Das Drehen der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift um eine/die Längsachse der Kalibriervorrichtung kann kontinuierlich und/oder schrittweise erfolgen.The turning of the calibration device with the electronic pen inserted about a/the longitudinal axis of the calibration device can be carried out continuously and/or in steps.

Ein schrittweises Drehen der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift kann beispielsweise eine Sequenz bzw. Abfolge von Drehungen bzw. Drehwinkelpositionen umfassen.A step-by-step rotation of the calibration device with the electronic pen inserted can include, for example, a sequence or succession of rotations or rotation angle positions.

Dabei können die Drehwinkelschritte zwischen aufeinanderfolgenden Drehungen / Drehwinkelpositionen frei wählbar sein, d.h. beispielsweise gleich oder verschieden sein.The rotation angle steps between successive rotations/rotational angle positions can be freely selected, i.e. they can be the same or different, for example.

Der Drehsinn bei einer kontinuierlichen Drehung und/oder bei jedem Drehwinkelschritt einer schrittweisen Drehung ist frei wählbar.The sense of rotation for a continuous rotation and/or for each rotation angle step of a step-by-step rotation can be freely selected.

Ein Drehvorgang kann auch eine Kombination von kontinuierlichen und schrittweisen Drehungen der Kalibriervorrichtung umfassen.A turning operation may also include a combination of continuous and incremental turns of the calibration fixture.

Ein Drehvorgang kann insbesondere auch eine Folge bzw. Sequenz von Drehungen bzw. Kippungen um verschiedene Achsen oder verschiedene Kanten einer Kalibriervorrichtung umfassen. Der Drehvorgang der Kalibriervorrichtung kann also Drehungen bzw. Kippungen um eine Vielzahl von verschiedenen Achsen der Kalibriervorrichtung umfassen. Vorzugsweise kann der Drehvorgang dabei eine vorgegebene Abfolge von Achsen, um die Drehungen bzw. Kippungen erfolgen, umfassen.A turning process can in particular also include a series or sequence of turnings or tilting about different axes or different edges of a calibration device. The process of rotating the calibration device can therefore include rotations or tilting around a large number of different axes of the calibration device. Preferably, the turning process can include a predetermined sequence of axes about which rotations or tilting take place.

Bevorzugt deckt ein Drehvorgang genügend viele Drehwinkelpositionen ab, um Messpunkte der inertialen Messsensorik des sich in der Kalibriervorrichtung befindlichen elektronischen Schreibstiftes über wenigstens eine volle Umdrehung oder über wenigstens eine viertel oder über eine wenigstens halbe Umdrehung sammeln zu können.A rotation process preferably covers a sufficient number of rotation angle positions to be able to collect measuring points of the inertial measuring sensor system of the electronic pen located in the calibration device over at least one full revolution or over at least a quarter or over at least half a revolution.

Beispielsweise wäre es denkbar, Messpunkte der inertialen Messsensorik an wenigstens sechs verschiedenen über eine Umdrehung verteilten Drehwinkelpositionen zu sammeln.For example, it would be conceivable to collect measuring points of the inertial measuring sensor system at at least six different angular positions distributed over one revolution.

Die Verteilung von Drehwinkelpositionen über eine volle Umdrehung kann dabei gleichmäßig oder ungleichmäßig sein, wobei bei einer ungleichmäßigen Verteilung sich beispielsweise benachbarte Drehwinkelpositionen um z.B. mehr als 10° unterscheiden können.The distribution of rotary angle positions over a full revolution can be uniform or non-uniform, with non-uniform distribution for example adjacent rotary angle positions being able to differ by more than 10°, for example.

Wie erwähnt, kann der Drehvorgang der Kalibriervorrichtung Drehungen bzw. Kippungen um mehrere verschiedene Achsen Kalibriervorrichtung umfassen, sodass beispielsweise eine Ausrichtung des von der Kalibriervorrichtung aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes in verschiedenen diskreten räumlichen Richtungen ermöglicht werden kann.As mentioned, the process of rotating the calibration device can include rotations or tilting about a number of different axes, so that, for example, the electronic pen held by the calibration device can be aligned in different discrete spatial directions.

So kann beispielsweise die Kalibriervorrichtung quaderförmig ausgeführt sein und beispielsweise eine Ausrichtung in mindestens sechs verschiedenen diskreten Richtungen ermöglichen, von denen je zwei paarweise auf zu mindestens einer anderen Richtung orthogonalen Achsen liegen. Dabei können beispielsweise die Seitenflächen der Kalibriervorrichtung verschiedenen Ausrichtungen der Kalibriervorrichtung festlegen. Im Fall einer beispielhaften quaderförmigen Kalibriervorrichtung können die sechs verschiedenen Seitenflächen also beispielweise sechs verschiedenen Ausrichtungen der Kalibriervorrichtung definieren.For example, the calibration device can be cuboid and enable, for example, alignment in at least six different discrete directions, two of which lie in pairs on axes that are orthogonal to at least one other direction. In this case, for example, the side surfaces of the calibration device can define different orientations of the calibration device. In the case of an exemplary cuboid calibration device, the six different side faces can thus define, for example, six different orientations of the calibration device.

Ein beispielhafter Drehvorhang bzw. Kalibrierungsvorgang einer Kalibriervorrichtung auf einer Auflagefläche mit aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes kann dann beispielhaft eine, einige oder alle der folgenden Schritte umfassen.

  1. 1. Ein Ruhen / Halten der Kalibriervorrichtung in einer Ruheposition mit Kalibration der Nullpunkte der Achsen der Drehratensensoren der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes und gleichzeitige Aufnahme von Messdaten der Beschleunigungssensoren. Hierbei kann beispielsweise die Kalibriervorrichtung auf einer Fläche der Kalibriervorrichtung ruhen.
  2. 2. Drehen der Kalibriervorrichtung um eine definierte Achse um 180° mit Integration der Drehratensensordaten zur Ermittlung des Winkels der Drehung. Das Ergebnis der Integration, korrigiert um den in Schritt 1 ermittelten Nullpunkt, kann dabei zur Skalierung der Achse des Drehratensensors, um den die Drehung erfolgte, verwendet werden.
  3. 3. Ein Ruhen / Halten der Kalibriervorrichtung in der neuen Ruheposition, d.h. z.B. Ruhen auf der um 180° gedrehten gegenüberliegenden Fläche der Kalibriervorrichtung. Dabei können in der neuen Ruheposition wiederum Messdaten der Beschleunigungssensoren aufgenommen werden.
  4. 4. Drehung / Kippung der Kalibriervorrichtung auf eine weitere Fläche der beispielhaften sechs Flächen der Kalibriervorrichtung.
  5. 5. Ein Ruhen / Halten der Kalibriervorrichtung in der neuen Ruheposition und Aufnahme von Messdaten der Beschleunigungssensoren.
  6. 6. Wiederholung der Schritte 2 bis 5, bis Messdaten in allen Ruhepositionen für alle (sechs) Seiten der Kalibriervorrichtung aufgenommen werden konnten.
  7. 7. Auswertung der Messdaten. Dabei kann die Summe der Werte der Messdaten in/entlang jeweils einer Achse/Sensorachse für alle, z.B. sechs, während der Ruhepositionen eingenommenen verschiedenen Ausrichtungen der Kalibriervorrichtung , zur Ermittlung der Nullpunkte der jeweiligen Achse / Sensorachse dienen.
An exemplary rotating curtain or calibration process of a calibration device on a support surface with an electronic pen can then include one, some or all of the following steps.
  1. 1. Resting/holding the calibration device in a rest position with calibration of the zero points of the axes of the yaw rate sensors of the inertial measurement sensor system of the electronic pen and simultaneous recording of measurement data from the acceleration sensors. Here, for example, the calibration device can rest on a surface of the calibration device.
  2. 2. Rotating the calibration device around a defined axis by 180° with integration of the yaw rate sensor data to determine the angle of rotation. The result of the integration, corrected by the zero point determined in step 1, can be used to scale the axis of the rotation rate sensor about which the rotation took place.
  3. 3. Resting/holding the calibration device in the new rest position, ie resting on the opposite surface of the calibration device rotated by 180°. Measurement data from the acceleration sensors can again be recorded in the new resting position.
  4. 4. Rotation/tilting of the calibration device onto another surface of the exemplary six surfaces of the calibration device.
  5. 5. Resting/holding the calibration device in the new rest position and recording measurement data from the acceleration sensors.
  6. 6. Repeat steps 2 to 5 until measurement data could be taken in all rest positions for all (six) sides of the calibration device.
  7. 7. Evaluation of the measurement data. The sum of the values of the measurement data in/along a respective axis/sensor axis for all, for example six, different orientations of the calibration device assumed during the rest positions can be used to determine the zero points of the respective axis/sensor axis.

Die Skalierung der Beschleunigungssensorachsen kann dann beispielsweise erhalten werden nach Korrektur aller Werte der Messdaten um den jeweiligen Nullpunkt und der Division der jeweils in der zur Erdbeschleunigung parallelen Achse erhaltenen Messwerte durch die Anzahl der Messungen.The scaling of the acceleration sensor axes can then be obtained, for example, after correcting all values of the measurement data around the respective zero point and dividing the respective measurement values obtained in the axis parallel to the gravitational acceleration by the number of measurements.

Das Aufnehmen von Messdaten der inertialen Messsensorik des sich in der Kalibriervorrichtung befindlichen elektronischen Schreibstiftes, insbesondere das Aufnehmen von Beschleunigungsmesswerten von wenigstens einem Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik, kann ebenfalls kontinuierlich und/oder schrittweise erfolgen.The recording of measurement data from the inertial measurement sensor system of the electronic pen located in the calibration device, in particular the recording of measured acceleration values from at least one acceleration sensor of the inertial measurement sensor system, can also take place continuously and/or step by step.

Es wurde dabei überraschend festgestellt, dass, wenn man die während der kontinuierlichen und/oder schrittweisen Drehung der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift gesammelten Messdaten der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes, insbesondere die Beschleunigungsmesswerte von wenigstens einem Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik, in Abhängigkeit der Drehwinkelposition(en) der Kalibriervorrichtung betrachtet, sich eine rauscharme und wohldefinierte Beziehung zwischen den Beschleunigungsmesswerten von wenigstens einem Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik in Abhängigkeit der Drehwinkelposition der Kalibriervorrichtung ergibt, die sich mit einer Modellfunktion, insbesondere mit einer trigonometrischen Modellfunktion, gut beschreiben lässt und aus der Nullpunktsfehler in den Achsen / Messachsen / Sensorachsen des wenigstens einen Beschleunigungssensors der inertialen Messsensorik bestimmt werden können, welche als Grundlage für die Kalibrierung des Beschleunigungssensor bzw. der inertialen Messsensorik dienen können.It was surprisingly found that if the measurement data of the inertial measurement sensor system of the electronic pen collected during the continuous and/or stepwise rotation of the calibration device with the electronic pen inserted, in particular the measured acceleration values of at least one acceleration sensor of the inertial measurement sensor system, as a function of the rotational angle position ( en) of the calibration device, there is a low-noise and well-defined relationship between the measured acceleration values of at least one acceleration sensor of the inertial measuring sensor system as a function of the angular position of the calibration device, which can be well described with a model function, in particular with a trigonometric model function, and from which the zero point error in the axes/measuring axes/sensor axes of the at least one acceleration sensor of the inertial measurement sensor system can be determined, which can serve as a basis for calibrating the acceleration sensor or the inertial measurement sensor system.

Insbesondere wurde festgestellt, dass die Beziehung zwischen den Beschleunigungsmesswerten von wenigstens einem Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik des sich in der Kalibriervorrichtung befindlichen elektronischen Schreibstiftes in Abhängigkeit der Drehwinkelposition der Kalibriervorrichtung nahezu durch einen idealen sinusförmigen Verlauf beschrieben werden kann.In particular, it was found that the relationship between the measured acceleration values of at least one acceleration sensor of the inertial measurement sensor system of the electronic pen located in the calibration device as a function of the angular position of the calibration device can be described almost as an ideal sinusoidal curve.

Eine geeignete Modellfunktion, insbesondere eine geeignete trigonometrische Funktion zum Modellieren der aufgenommen Beschleunigungsmesswerte in Abhängigkeit der Drehwinkelpositionen der Kalibriervorrichtung, bzw. in Abhängigkeit der sich kontinuierlich und/oder schrittweisen ändernden Drehwinkelpositionen der Kalibriervorrichtung, kann daher z.B. eine Sinusfunktion umfassen bzw. eine Sinusfunktion mit oder ohne Verschiebungsterm, z.B. mit einem vertikalen Verschiebungsterm, sein.A suitable model function, in particular a suitable trigonometric function for modeling the measured acceleration values as a function of the rotational angle positions of the calibration device, or as a function of the continuously and/or stepwise changing rotational angle positions of the calibration device, can therefore, for example, include a sine function or a sine function with or without displacement term, e.g. with a vertical displacement term.

Eine Bestimmung wenigstens eines Nullpunktfehlers in wenigstens einer Achse des Beschleunigungssensors der inertialen Messsensorik kann dann durch die Auswertung der aufgenommenen Messdaten durch das Modellieren der aufgenommen Beschleunigungsmesswerte in Abhängigkeit der während der Drehung der Kalibriervorrichtung eingenommenen Drehwinkelpositionen durch eine / besagte geeignete trigonometrische Funktion, z.B. durch eine Sinusfunktion, erfolgen, wobei der wenigstens eine Nullpunktfehler in wenigstens einer Achse des Beschleunigungssensors bestimmt werden kann auf Grundlage einer bestimmten Verschiebung der modellierten trigonometrischen Funktion zur Nulllinie.A determination of at least one zero point error in at least one axis of the acceleration sensor of the inertial measuring sensor system can then be carried out by evaluating the recorded measurement data by modeling the recorded acceleration measurement values as a function of the rotational angle positions assumed during the rotation of the calibration device by a / said suitable trigonometric function, e.g. by a sine function , take place, wherein the at least one zero point error in at least one axis of the acceleration sensor can be determined on the basis of a specific shift of the modeled trigonometric function to the zero line.

Beispielsweise können dann die aufgenommenen Beschleunigungsmesswerte in Abhängigkeit der Drehwinkelpositionen der Kalibriervorrichtung mit einer Modellierungsfunktion modelliert werden, die eine Sinusfunktion und einen vertikalen Verschiebungsterm (Verschiebungsterm bezüglich einer / der Ordinaten-Achse) umfasst.For example, the measured acceleration values recorded can then be modeled as a function of the rotary angle positions of the calibration device using a modeling function that includes a sine function and a vertical displacement term (displacement term with respect to an/the ordinate axis).

Es können dann mittels eines Optimierungsalgorithmus diejenigen Parameterwerte der Parameter der Modellierungsfunktion gefunden werden, welche den gemessenen Verlauf der aufgenommenen Beschleunigungsmesswerte in Abhängigkeit der Drehwinkelpositionen der Kalibriervorrichtung am besten beschreiben bzw. eine Kostenfunktion minimieren.An optimization algorithm can then be used to find those parameter values of the parameters of the modeling function that best describe the measured curve of the recorded acceleration measurement values as a function of the rotational angle positions of the calibration device or minimize a cost function.

Als beispielhafte zu minimierende Kostenfunktion kann z.B. die Summe der Fehlerquadrate der Abstände zwischen Modellfunktionskurve und den Messpunkten verwendet werden.The sum of the squared errors of the distances between the model function curve and the measurement points can be used as an example of a cost function to be minimized.

Es kann dann beispielsweise diejenige Modellfunktionskurve bestimmt werden, welche die Summe der Fehlerquadrate der Abstände zwischen Modellfunktionskurve und den Messpunkten minimiert.For example, that model function curve can then be determined which minimizes the sum of the squared errors of the distances between the model function curve and the measurement points.

Beispielsweise können als zu optimierende Parameter hierzu die Amplitude und/oder die Phase / der Phasenwinkel und/oder die Frequenz der/einer Sinusfunktion und/oder ein vertikaler Verschiebungsterm verwendet werden.For example, the amplitude and/or the phase/the phase angle and/or the frequency of the/a sine function and/or a vertical displacement term can be used as parameters to be optimized for this purpose.

Um in diesem mehrdimensionalen Modellparameterraum die optimalen Parameterwerte zu bestimmen, welche die die Messdaten am besten beschreibende Modellfunktion festlegen, kann eine Parameterwertsuche über ein Raster des Modellparameterraums, d.h. eine Brute-Force-Methode durchgeführt werden oder es können andere Optimierungsalgorithmen, wie beispielsweise ein Downhill-Simplex-Verfahren, eingesetzt werden.In order to determine the optimal parameter values in this multidimensional model parameter space, which define the model function that best describes the measurement data, a parameter value search can be carried out over a grid of the model parameter space, i.e. a brute force method, or other optimization algorithms, such as a downhill Simplex method can be used.

Die ermittelte vertikale Verschiebung / der Wert der vertikalen Verschiebung der die Messdaten / die Beschleunigungsmesswerte am besten beschreibenden Modellfunktion / Modellfunktionskurve in Bezug auf die Nulllinie kann dann als ein Maß für den Nullpunktfehler, bzw. als Nullpunktsfehlerwert, in der entsprechenden Beschleunigungssensorachse dienen.The determined vertical displacement / the value of the vertical displacement of the model function / model function curve that best describes the measurement data / the acceleration measurement values in relation to the zero line can then serve as a measure for the zero point error, or as a zero point error value, in the corresponding acceleration sensor axis.

Insbesondere kann dann besagte ermittelte vertikale Verschiebung / besagter Wert der vertikalen Verschiebung der Messdaten, bzw. die vertikale Verschiebung der die aufgenommen Beschleunigungsmesswerte am besten beschreibenden Modellfunktion in Bezug auf die Nulllinie, als ein Maß für den Nullpunktfehler in Beschleunigungssensorachsen die orthogonal oder annähernd orthogonal zur Drehachse bzw. Rotationsachse der Kalibriervorrichtung liegen, genommen werden.In particular, said determined vertical displacement / said value of the vertical displacement of the measurement data, or the vertical displacement of the model function that best describes the recorded acceleration measurement values in relation to the zero line, can then be used as a measure of the zero point error in acceleration sensor axes that are orthogonal or approximately orthogonal to the axis of rotation or axis of rotation of the calibration device are taken.

Es ist jedoch auch denkbar, dass die optimalen Parameterwerte der Modellfunktion und/oder die vertikale Verschiebung der am besten passenden Modellfunktion zur Nulllinie, um einen Nullpunktsfehler eines Beschleunigungssensors der inertialen Messsensorik zu bestimmen, auch anders, d.h. ohne Einsatz von Optimierungsalgorithmen, bestimmt oder abgeschätzt werden können, beispielsweise durch Einsatz eines entsprechend trainierten neuronalen Netzwerks.However, it is also conceivable that the optimal parameter values of the model function and/or the vertical shift of the model function that best fits the zero line in order to determine a zero point error of an acceleration sensor of the inertial measurement sensor system, are also determined or estimated differently, i.e. without using optimization algorithms can, for example by using an appropriately trained neural network.

Vor dem vorangehend beispielhafte beschriebenen Modellieren der aufgenommenen Beschleunigungsmesswerte durch eine Modellfunktion wie die vorangehend beschriebenen beispielhafte trigonometrische Modellfunktion bzw. die beispielhafte Sinusfunktion mit Verschiebungsterm, kann aus den Messdaten der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes die Winkelorientierung des Koordinatensystems der inertialen Messsensorik / die Winkelorientierung der Achsen des orthogonalen dreidimensionalen Inertialmesssystems / die Winkelorientierung der Sensorachsen der inertialen Messsensorik in Bezug auf die Rotationsachse bestimmt werden.Before the previously described exemplary modeling of the recorded acceleration measurement values using a model function such as the exemplary trigonometric model function described above or the exemplary sine function with displacement term, the angular orientation of the coordinate system of the inertial measuring sensors of the electronic pen can be determined from the measured data of the inertial measuring sensors of the electronic pen / the angular orientation of the axes of the orthogonal three-dimensional inertial measurement system / the angular orientation of the sensor axes of the inertial measurement sensors in relation to the axis of rotation can be determined.

Besagte Winkelorientierung der Sensorachsen der inertialen Messsensorik in Bezug auf die Rotationsachse kann beispielsweise wie folgt aus Messdaten der inertiale Messsensorik ermittelt werden. Dabei sei beispielsweise das orthogonale dreidimensionale Inertialmesssystems durch die orthogonal zueinanderstehenden beispielhaften Achsen/Sensorachsen X, Y und Z aufgespannt.Said angular orientation of the sensor axes of the inertial measurement sensor system in relation to the axis of rotation can be determined, for example, as follows from measurement data of the inertial measurement sensor system. In this case, for example, the orthogonal three-dimensional inertial measurement system is spanned by the exemplary axes/sensor axes X, Y and Z that are orthogonal to one another.

Wenn beispielsweise axi der Beschleunigungsmesswert in Richtung der X-Achse in einer ersten, zum Gravitationsvektor senkrechten Orientierung der Rotationsachse der Kalibriervorrichtung ist, und ax2 der Beschleunigungsmesswert in Richtung der X-Achse in einer dazu senkrechten, zum Gravitationsvektor parallelen Orientierung der Kalibriervorrichtung ist, kann der besagte Winkelfehler/ die Winkelorientierung der Sensorachsen der inertialen Messsensorik in Bezug auf den Schwerkraftvektor ermittelt aus der Formel: Winkelfehler = a r c t a n ( a x 1 a x 2 )

Figure DE102022111845B3_0001
For example, if axi is the measured acceleration value in the X-axis direction in a first orientation of the calibration device's rotational axis perpendicular to the gravitational vector, and ax2 is the measured acceleration value in the X-axis direction in a perpendicular orientation parallel to the gravitational vector of the calibrating device, the Said angular errors/ the angular orientation of the sensor axes of the inertial measuring sensors in relation to the gravity vector determined from the formula: angular error = a right c t a n ( a x 1 a x 2 )
Figure DE102022111845B3_0001

Darin ist arctan die Arkustangensfunktion. Wenn dabei ax2 kleiner Null ist, ergibt sich die Winkelorientierung durch zusätzliche Addition von π zum durch die Formel erhalten Wert.where arctan is the arctangent function. If ax2 is less than zero, the angular orientation results from the additional addition of π to the value obtained from the formula.

Mithin kann die Amplitude der durch die Minimierung der Fehlerquadrate erhaltenen trigonometrischen Funktion proportional sein zur Lage / zum Abstand / zum Offset der Achse des Beschleunigungssensors in Bezug zur Rotationsachse.Thus, the amplitude of the trigonometric function obtained by minimizing the least squares may be proportional to the location/distance/offset of the accelerometer axis with respect to the axis of rotation.

Der Proportionalitätsfaktor kann direkt durch Anwendung der Arkustangens-Funktion unter Hinzuziehung des Messwertes bei nahezu senkrecht stehender Achse des Beschleunigungssensors berechnet werden. Durch einen möglichen Winkelfehler zwischen der Sensorachse und der Drehachse der Kalibriervorrichtung wird auch nach einer Drehung der Kalibriervorrichtung um exakt 90° die Sensorachse nicht exakt senkrecht stehen. Dieser mögliche Fehler führt aber nur zu Abweichungen der Messwerte von ihrem idealen Sollwert in Höhe der Cosinus-Funktion. Diese hat für kleine Winkel nur sehr kleine Abweichungen von dem Wert 1, den sie bei exakt senkrechter Ausrichtung der Sensorachse erreichen würde, weshalb trotz eines möglichen Winkelfehlers eine sehr genaue Messung des Winkels zwischen Sensor- und Drehachse möglich ist, da der Nenner des Arguments der Arkustangens-Funktion eine sehr genaue Normierung erlaubt.The proportionality factor can be calculated directly by applying the arctangent function using the measured value when the axis of the acceleration sensor is almost vertical. Due to a possible angular error between the sensor axis and the axis of rotation of the calibration device, the sensor axis will not be exactly vertical even after the calibration device has been rotated by exactly 90°. However, this possible error only leads to deviations of the measured values from their ideal target value in the amount of the cosine function. For small angles, this has only very small deviations from the value 1, which it would achieve if the sensor axis were aligned exactly vertically. This is why, despite a possible angle error, a very precise measurement of the angle between the sensor axis and the axis of rotation is possible, since the denominator of the argument is the Arctangent function allows very precise normalization.

Vor dem Drehen der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift ist es zudem optional denkbar, dass die Kalibriervorrichtung ruht, d.h. nicht bewegt wird, um einen Nullpunkt eines Drehratensensors / um Nullpunkte von Drehratensensoren der inertialen Messsensorik ermitteln zu können und die Drehratensensoren entsprechend kalibrieren zu können.Before turning the calibration device with the electronic pen inserted, it is also optionally conceivable that the calibration device is at rest, i.e. not moved, in order to be able to determine a zero point of a yaw rate sensor/zero points of yaw rate sensors of the inertial measuring sensor system and to be able to calibrate the yaw rate sensors accordingly.

Eine derartige Nullpunktsfehlerkorrektur / Nullpunktsfehlerkalibrierung der Drehratensensoren der inertialen Messsensorik erlaubt es beispielsweise, mögliche Fehler aufgrund einer möglichen Winkelabweichung der Sensorachse und einem Nullpunktfehler des Sensors in der gleichen Achse der aufgenommenen Beschleunigungsmesswerte voneinander zu trennen und so ebenfalls die Genauigkeit der Modellierung der aufgenommenen Beschleunigungsmesswerte durch eine Modellfunktion weiter zu verbessern.Such a zero point error correction / zero point error calibration of the yaw rate sensors of the inertial measuring sensor system makes it possible, for example, to separate possible errors due to a possible angle deviation of the sensor axis and a zero point error of the sensor in the same axis of the recorded acceleration measurement values and thus also the accuracy of the modeling of the recorded acceleration measurement values by a model function to further improve.

Es ist zudem zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit, mit der die aufgenommenen Beschleunigungsmesswerte modelliert werden können, denkbar, dass die Ermittlung der Nullpunkte der Drehratensensoren mehrmals während eines Kalibriervorgangs mit Kalibriervorrichtung vorgenommen wird, beispielsweise in jeder / einer Ruheposition der Kalibriervorrichtung bei einem schrittweisen Drehen der Kalibriervorrichtung.In order to further improve the accuracy with which the recorded acceleration measurement values can be modeled, it is also conceivable that the zero points of the yaw rate sensors be determined several times during a calibration process with the calibration device, for example in each/one rest position of the calibration device with a stepwise rotation of the calibration device .

Anders ausgedrückt kann iterativ vorgegangen werden, um durch wiederholte Messungen und Mittelwertbildung über die wiederholten Messungen schrittweise Nullpunktsfehler der Drehratensensoren und Nullpunktsfehler der Beschleunigungssensoren ermitteln und korrigieren zu können.In other words, one can proceed iteratively in order to be able to gradually determine and correct zero point errors of the yaw rate sensors and zero point errors of the acceleration sensors by repeated measurements and averaging over the repeated measurements.

Unter einer Ruheposition kann hierin unter anderem eine Position bzw. Lage der Kalibriervorrichtung verstanden werden, in der die Drehratensensoren der inertialen Messsensorik keine Drehratenänderungen erfahren und/oder die Beschleunigungssensoren der inertialen Messsensorik keine bzw. eine nur vernachlässigbar kleine Gravitationsbeschleunigung erfahren, bzw. in der die Soll-Messsignale der Drehratensensoren und/oder die Soll-Messsignale der Beschleunigungssensoren der inertialen Messsensorik unterhalb einer vorgebbaren Messsignalschwelle liegen.A rest position can be understood here to mean, among other things, a position or position of the calibration device in which the rotation rate sensors of the inertial measurement sensor system do not experience any rotation rate changes and/or the acceleration sensors of the inertial measurement sensor system experience no or only a negligibly small gravitational acceleration, or in which the Target measurement signals of the yaw rate sensors and/or the target measurement signals of the acceleration sensors of the inertial measurement sensor system are below a definable measurement signal threshold.

Das Drehen der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift um wenigstens eine Achse / um eine/die Längsachse / um eine/die Rotationsachse der Kalibriervorrichtung kann im Übrigen auf einer ebenen Oberfläche / ebenen Unterlage / glatten Unterlagen, z.B. auf einem Schreibtisch, durchgeführt werden.Rotating the calibration device with the electronic pen inserted about at least one axis / about a / the longitudinal axis / about a / the axis of rotation of the calibration device can incidentally on be carried out on a level surface / level base / smooth base, e.g. on a desk.

Dadurch ist eine zur Achse der Erdbeschleunigung senkrechte Position der Kalibriervorrichtung besonders leicht zu finden.This makes it particularly easy to find a position of the calibration device that is perpendicular to the axis of gravitational acceleration.

Dies kann ebenfalls zu einer Verminderung der Streuung bzw. zu einer Verminderung des Rauschens in den Messdaten der inertialen Messsensorik führen, was ebenfalls wiederum die Genauigkeit mit der die Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes kalibriert werden kann erhöhen kann.This can also lead to a reduction in the scatter or a reduction in the noise in the measurement data of the inertial measurement sensor system, which in turn can also increase the accuracy with which the measurement sensor system of the electronic pen can be calibrated.

Wie bereits erwähnt, kann das Drehen der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift um eine/die Längsachse der Kalibriervorrichtung kontinuierlich und/oder schrittweise erfolgen.As already mentioned, the turning of the calibration device with an inserted electronic pen around a/the longitudinal axis of the calibration device can take place continuously and/or in steps.

So kann beispielsweise eine schrittweise Drehung der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift um wenigstens eine Achse / um eine/die Längsachse der Kalibriervorrichtung eine Abfolge von Drehvorgängen umfassen, in denen sich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Drehvorgängen die Kalibriervorrichtung in einer Ruheposition befindet, in der sich die Kalibriervorrichtung für eine vorgegebene Zeitspanne nicht bewegt und wobei Messdaten der inertialen Messsensorik in einer Ruheposition der Kalibriervorrichtung aufgenommen werden. Beispielsweise ist denkbar, das Messdaten der inertialen Messsensorik nur, d.h. ausschließlich, in einer Ruheposition der Kalibriervorrichtung aufgenommen werden.For example, a step-by-step rotation of the calibration device with the electronic pen inserted around at least one axis/around one/the longitudinal axis of the calibration device can comprise a sequence of rotation processes in which the calibration device is in a rest position between two consecutive rotation processes, in which the calibration device is not moved for a predetermined period of time and measurement data from the inertial measurement sensors are recorded when the calibration device is in a rest position. For example, it is conceivable that measurement data from the inertial measurement sensor system is only, i.e. exclusively, recorded when the calibration device is in a rest position.

Beispielsweise, kann besagte vorgebbare Zeitspanne, in der sich die Kalibriervorrichtung in einer Ruheposition befindet, in der Größenordnung von Sekunden liegen, z.B. bei 5 bis 10 Sekunden. Bei einer beispielhaften Messfrequenz von 100 Hz können so z.B. zwischen 500 bis 1000 Messwerte pro Ruheposition gesammelt und gemittelt werden.For example, said predeterminable period of time, in which the calibration device is in a rest position, can be of the order of seconds, for example 5 to 10 seconds. With an exemplary measuring frequency of 100 Hz, between 500 and 1000 measured values per rest position can be collected and averaged.

Andere, längere oder kürzere, Zeitspannen sind je nach verwendeter Messfrequenz jedoch auch denkbar.However, other longer or shorter periods of time are also conceivable depending on the measurement frequency used.

Besagte beispielhafte schrittweise Drehung der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift um wenigstens eine Achse der Kalibriervorrichtung / um wenigstens eine Achse des Gehäuses der Kalibriervorrichtung kann beispielsweise wenigstens einen Drehvorgang mit einer Drehung der Kalibriervorrichtung um 180° umfassen.Said exemplary stepwise rotation of the calibration device with the electronic pen inserted around at least one axis of the calibration device/around at least one axis of the housing of the calibration device can, for example, include at least one rotation process with a rotation of the calibration device by 180°.

Das Ermöglichen einer präzisen Drehung der Kalibriervorrichtung um 180° ermöglicht es, wie bereits erwähnt, mögliche Fehlerquellen bei der Nullpunktbestimmung der Achsen der Beschleunigungssensoren des elektronischen Schreibstiftes zu minimieren, da sich mögliche Winkelfehler in der Ausrichtung des elektronischen Schreibstiftes zu Achsen, z.B. Hauptachsen, der Kalibriervorrichtung gegenseitig aufheben, wenn die Messdaten der Beschleunigungssensoren an zwei sich um 180° verschiedenen Drehpositionen der Kalibriervorrichtung zur Ermittlung des Nullpunkts / Nullpunktfehlers aufgenommen und ausgewertet werden.As already mentioned, enabling a precise rotation of the calibration device by 180° makes it possible to minimize possible sources of error when determining the zero point of the axes of the acceleration sensors of the electronic pen, since possible angle errors in the alignment of the electronic pen to axes, e.g. main axes, of the calibration device cancel each other out if the measurement data of the acceleration sensors are recorded and evaluated at two different rotational positions of the calibration device by 180° to determine the zero point / zero point error.

Wie ebenfalls bereits erwähnt, kann die Kalibriervorrichtung ein Gehäuse mit sechs Seitenflächen umfassen. Das Gehäuse der Kalibriervorrichtung / die Kalibriervorrichtung kann also kubisch oder quaderförmig ausgeführt sein.As also already mentioned, the calibration device can comprise a housing with six side surfaces. The housing of the calibration device/the calibration device can therefore be cubic or cuboid.

Ein beispielhaftes Drehen der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift kann insbesondere eine Abfolge von Drehvorgängen umfassen, in der jede der Seitenflächen der Kalibriervorrichtung / jede der Seitenflächen des Gehäuses der Kalibriervorrichtung wenigstens einmal eine Orientierung einnimmt, in der die jeweilige Seitenfläche als Auflagefläche der Kalibriervorrichtung auf einer ebenen Oberfläche dienen kann.An example of turning the calibration device with the electronic pen inserted can include, in particular, a sequence of turning processes in which each of the side surfaces of the calibration device / each of the side surfaces of the housing of the calibration device assumes an orientation at least once in which the respective side surface acts as a bearing surface for the calibration device on a flat surface surface can serve.

Wie ebenfalls bereits erwähnt, kann dabei eine Ruheposition der Kalibriervorrichtung dadurch festgelegt bzw. dadurch detektiert werden, dass die inertiale Messsensorik keine Messsignaländerungen bzw. keine Messsignale, wie beispielsweise Drehratenänderungen und/oder Beschleunigungssignale, misst, bzw. die Messsignale unterhalb einer vorgebbaren Messsignalschwelle liegen.As also already mentioned, a rest position of the calibration device can be defined or detected in that the inertial measurement sensor system does not measure any changes in the measurement signal or no measurement signals, such as changes in the rate of rotation and/or acceleration signals, or the measurement signals are below a definable measurement signal threshold.

Derartige optionale Ruhepositionen der Kalibriervorrichtung in verschiedenen Drehwinkelpositionen während einer schrittweisen Drehung der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift bieten zahlreiche Vorteile.Such optional rest positions of the calibration device in different angular positions during a gradual rotation of the calibration device with an inserted electronic pen offer numerous advantages.

Beispielsweise können in jeder Ruheposition mehrere Beschleunigungsmesswerte für die jeweilige Drehwinkelposition der Kalibriervorrichtung gemessen, gespeichert und gemittelt werden, sodass sich die Genauigkeit, mit der Beschleunigungswerte pro Drehwinkelposition der Kalibriervorrichtung bestimmt werden können, erhöht.For example, in each resting position, several measured acceleration values for the respective angular position of the calibration device can be measured, stored and averaged, so that the accuracy with which acceleration values can be determined for each angular position of the calibration device increases.

Ebenso können in jeder Ruheposition mehrere Drehratensensormessungen vorgenommen und gespeichert werden, welche unter anderem ebenfalls gemittelt werden können, und eine genauere Bestimmung des Nullpunktsfehlers der Drehratensensoren ermöglichen können.Likewise, a number of yaw rate sensor measurements can be made and stored in each rest position, which, among other things, can also be averaged and can enable a more precise determination of the zero point error of the yaw rate sensors.

Zudem sind die in einer Ruheposition der Kalibriervorrichtung aufgenommenen Messdaten der inertialen Messsensorik weniger Störeinflüssen, wie beispielsweise Erschütterungen oder Vibrationen, ausgesetzt und somit in der Regel bereits per se genauer als Messdaten, die aufgenommen werden, während sich die Kalibriervorrichtung bewegt.In addition, the measurement data of the inertial measurement sensor system recorded when the calibration device is in a resting position are less subject to interference, such as shocks or vibrations, and are therefore generally more accurate per se than measurement data recorded while the calibration device is moving.

Es kann so ein genauerer und rauschärmerer Messdatensatz erzeugt werden, was die Genauigkeit der vorangehend beispielhaft beschriebenen Modellierung der aufgenommenen Beschleunigungsmesswerte in Abhängigkeit der während der Drehung der Kalibriervorrichtung eingenommenen Drehwinkelpositionen verbessern kann, was folglich zu einer genaueren Bestimmung von Nullpunktsfehlern der Beschleunigungssensoren und somit zu einer verbesserten Kalibration der inertialen Messsensorik führen kann.A more accurate and low-noise measurement data set can thus be generated, which can improve the accuracy of the modeling of the recorded acceleration measurement values described above by way of example as a function of the rotational angle positions assumed during the rotation of the calibration device, which consequently leads to a more precise determination of zero point errors of the acceleration sensors and thus to an improved Calibration of the inertial measurement sensors.

Bevorzugt deckt ein kontinuierlicher oder schrittweiser Drehvorgang genügend viele Drehwinkelpositionen ab, um Messpunkte der inertialen Messsensorik des sich in der Kalibriervorrichtung befindlichen elektronischen Schreibstiftes über wenigstens eine volle Umdrehung oder über wenigstens eine viertel Umdrehung oder über wenigstens eine halbe Umdrehung sammeln zu können.A continuous or step-by-step rotation process preferably covers a sufficient number of rotation angle positions to be able to collect measuring points of the inertial measuring sensor system of the electronic pen located in the calibration device over at least one full revolution or over at least a quarter of a revolution or over at least half a revolution.

Beispielsweise, ist es denkbar, dass ein schrittweiser Drehvorgang eine ganzzahlige Anzahl von Drehwinkelpositionen bzw. eine ganzzahlige Anzahl von Umdrehungen, z.B. wenigstens drei Umdrehungen, umfasst, wobei die jeder Drehvorgangsschritt gleichmäßig durchgeführt wird. For example, it is conceivable that a step-by-step turning process includes an integral number of rotational angle positions or an integral number of revolutions, e.g. at least three revolutions, with each turning process step being carried out uniformly.

Insbesondere ist es beispielsweise bei der Verwendung einer quaderförmigen Kalibriervorrichtung denkbar, dass der schrittweise Drehvorgang ein Drehen bzw. ein Kippen der Kalibriervorrichtung umfasst, worin jede Seitenfläche der Kalibriervorrichtung eine Drehwinkelposition definiert, in der Messdaten aufgenommen werden können.In particular, it is conceivable, for example when using a cuboid calibration device, for the step-by-step turning process to include rotating or tilting the calibration device, in which each side surface of the calibration device defines a rotational angle position in which measurement data can be recorded.

Wie erwähnt, kann die Drehung der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift um wenigstens eine Achse, z.B. die Längsachse / Rotationsachse oder eine Seitenachse/Kantenachse, der Kalibriervorrichtung / des Kalibriervorrichtungsgehäuses auf einer ebenen Oberfläche durchgeführt werden.As mentioned, the calibration device can be rotated with the electronic pen inserted about at least one axis, e.g. the longitudinal axis/rotational axis or a lateral axis/edge axis, of the calibration device/the calibration device housing on a flat surface.

Dies kann das Festlegen bzw. das Erreichen besagter Ruhepositionen der Kalibriervorrichtung erleichtern, sowie die Bewegungsruhe an einer erreichten Ruheposition der Kalibriervorrichtung erhöhen, was ebenfalls wiederum zu einer Reduzierung der Messdatenstreuung bzw. des Messdatenrauschens führen kann.This can make it easier to set or reach said rest positions of the calibration device, and increase the rest of the movement at a rest position of the calibration device that has been reached, which in turn can also lead to a reduction in the measurement data scatter or measurement data noise.

Wie erwähnt, kann der Querschnitt des Gehäuses der Kalibriervorrichtung beispielsweise zylindrisch oder polygonal sein. Insbesondere kann der Querschnitt des Gehäuses / das Querschnittsprofile der Kalibriervorrichtung rotationssymmetrisch ausgeführt sein.As mentioned, the cross section of the housing of the calibration device can be cylindrical or polygonal, for example. In particular, the cross-section of the housing/the cross-sectional profile of the calibration device can be rotationally symmetrical.

Beispielsweise kann das Gehäuse der Kalibriervorrichtung rohrförmig bzw. zylinderförmig ausgeführt sein.For example, the housing of the calibration device can be tubular or cylindrical.

Ein rotationssymmetrisches, z.B. ein zylindrisches bzw. rohrartiges Querschnittsprofil, insbesondere ein kreiszylindrisches Querschnittsprofil des Gehäuses der Kalibriervorrichtung, kann unter anderem ein gleichmäßigeres Drehen der Kalibriervorrichtung erleichtern, was ebenfalls ein Rauschen in den Messdaten der inertialen Messsensorik, insbesondere in Beschleunigungsmesswerten des Beschleunigungssensors der inertialen Messsensorik, vermindern kann.A rotationally symmetrical, e.g. a cylindrical or tubular cross-sectional profile, in particular a circular-cylindrical cross-sectional profile of the housing of the calibration device, can facilitate, among other things, a more uniform rotation of the calibration device, which also reduces noise in the measurement data of the inertial measurement sensor system, in particular in acceleration measurement values of the acceleration sensor of the inertial measurement sensor system, can decrease.

Ein polygonaler Querschnitt bzw. ein polygonales Querschnittsprofil des Gehäuses der Kalibriervorrichtung kann es unter anderem erleichtern, eine wohldefinierte Abfolge von Drehpositionen / Drehwinkeln / Drehwinkelpositionen der Kalibriervorrichtung festzulegen und zu durchlaufen, wenn die Kalibriervorrichtung mit aufgenommenem elektronischen Schreibstift gedreht wird.A polygonal cross-section or a polygonal cross-sectional profile of the housing of the calibration device can make it easier, among other things, to set and run through a well-defined sequence of rotational positions/rotation angles/rotation angle positions of the calibration device when the calibration device is rotated with the electronic pen attached.

Zudem können bei einem polygonalen Querschnittsprofil des Gehäuses der Kalibriervorrichtung, z.B. bei einer quaderförmigen Ausführung des Kalibriervorrichtungsgehäuses, wohldefinierte Ruhepositionen der Kalibriervorrichtung bei einem schrittweisen Drehen der Kalibriervorrichtung eingenommen werden, da beispielsweise für jede Drehwinkelposition einer schrittweisen Drehung die Kalibriervorrichtung für eine vorgebbare Zeitspanne auf einer Seitenfläche des Gehäuses der Kalibriervorrichtung ruhen kann.In addition, with a polygonal cross-sectional profile of the housing of the calibration device, e.g. with a cuboid design of the calibration device housing, well-defined rest positions of the calibration device can be assumed when the calibration device is rotated step by step, since, for example, for each rotational angle position of a step by step rotation, the calibration device rests on a side surface of the Housing of the calibration device can rest.

Ein polygonales Querschnittsprofil des Gehäuses der Kalibriervorrichtung, wie es beispielsweise bei einer quaderförmigen Kalibriervorrichtung der Fall ist, ermöglicht somit stabilere Ruheposition der Kalibriervorrichtung bei einer schrittweisen Drehung.A polygonal cross-sectional profile of the housing of the calibration device, as is the case, for example, with a cuboid calibration device, thus enables a more stable rest position of the calibration device during stepwise rotation.

Dies kann wiederum das Rauschen in Messdaten der inertialen Messsensorik, die während der Ruhepositionen bei einem schrittweisen Drehen der Kalibriervorrichtung eingenommen werden, noch weiter vermindern und so eine genauere Kalibration der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes ermöglichen.This in turn can further reduce the noise in the measurement data of the inertial measurement sensor system, which is assumed during the rest positions when the calibration device is rotated step by step, and thus enable a more precise calibration of the inertial measurement sensor system of the electronic pen.

Dabei kann beispielsweise zudem ein ganzzahliges Vielfaches für die Anzahl von Seitenflächen des Gehäuses der Kalibriervorrichtung gewählt werden, was unter anderem die Auswertung der Messdaten der inertialen Messsensorik, die an den durch die verschiedenen Seitenflächen definierten Drehwinkel / Drehwinkelpositionen der Kalibriervorrichtung aufgenommen werden können, vereinfachen, da so ein wohldefiniertes Sampling von Messdaten gewonnen werden kann. Bei einer beispielhaften kubischen oder quaderförmigen Ausführung des Gehäuses der Kalibriervorrichtung weist die Kalibriervorrichtung / das Gehäuse der Kalibriervorrichtung also beispielsweise sechs Seitenflächen auf und ein beispielhaftes Verfahren zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes kann dabei einen, einige oder alle der folgenden Schritte aufweisen.

  1. 1. Einlegen des elektronischen Schreibstiftes in die Kalibriervorrichtung.
  2. 2. Ruhen der Kalibriervorrichtung in einer Halte-/Ruheposition und Messung von Drehraten und Beschleunigungen in allen Achsen der inertialen Messsensorik und Speichern der Messdaten;
  3. 3. Bestimmung wenigstens eines Nullpunktfehlers in wenigstens einer Achse des Drehratensensors der inertialen Messsensorik durch Auswertung der aufgenommenen Messdaten.
  4. 4. Rotation / Drehung / Kippung der Kalibriervorrichtung um 180° auf eine gegenüberliegende Seite, dabei Messung und Integration der Drehraten. Ermittlung des Kalibrierfaktors der Skalierung um die Rotationsachse nach Korrektur um den vorher ermittelten Nullpunktfehler.
  5. 5. Ruhen der Kalibriervorrichtung in der neuen Position, dabei Messung von Beschleunigungen in allen Achsen der inertialen Messsensorik und Speichern der Messdaten.
  6. 6. Rotation / Drehung / Kippung der Kalibriervorrichtung auf eine weitere Seitenfläche und Wiederholung der vorherigen Schritte 4 bis 6, bis Messdaten auf allen sechs Seiten/Seitenflächen gesammelt wurden.
  7. 7. Kalibrierung / Skalierung der Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren der inertialen Messsensorik in allen Achsen der inertialen Messsensorik. Dabei können die integrierten Drehraten über die 180°-Drehungen mit Pi normiert werden und einen Faktor bilden, mit dem zukünftige Messungen der Drehrate um ihren Skalierungsfehler korrigiert werden können. Dann können z.B. die Mittelwerte der in den Ruhephasen/an den Ruhepositionen gesammelten Beschleunigungswerte jeweils paarweise ausgewertet gemäß folgender beispielhafter Formeln: Nullpunktfehler in X = ( X 1 + X 2 + X 3 + X 4 + X 5 + X 6 6 ) Sollwert ( X0 )
    Figure DE102022111845B3_0002
    Nullpunktfehler in Y = ( Y 1 + Y 2 + Y 3 + Y 4 + Y 5 + Y 6 6 ) Sollwert ( Y0 )
    Figure DE102022111845B3_0003
    Nullpunktfehler in Z = ( Z 1 + Z 2 + Z 3 + Z 4 + Z 5 + Z 6 6 ) Sollwert ( Z0 )
    Figure DE102022111845B3_0004
    Winkelfehler der X Asche in der X Z Ebene = Arctan ( X 1 + X 2 - 2 S o l l w e r t ( X 0 ) | X 5 - X 6 | )
    Figure DE102022111845B3_0005
    Winkelfehler der X Asche in der X Y Ebene = Arctan ( X 3 + X 4 2 S o l l w e r t ( X 0 ) | X 5 X 6 | )
    Figure DE102022111845B3_0006
    Winkelfehler der Y Asche in der Y Z Ebene = Arctan ( Y 1 + Y 2 2 S o l l w e r t ( Y 0 ) | Y 3 Y 4 | )
    Figure DE102022111845B3_0007
    Winkelfehler der Y Asche in der X Y Ebene = Arctan ( Y 5 + Y 6 2 S o l l w e r t ( Z 0 ) | Y 3 Y 4 | )
    Figure DE102022111845B3_0008
    Winkelfehler der Z Asche in der X Z Ebene = Arctan ( Z 5 + Z 6 2 S o l l w e r t ( Z 0 ) | Z 1 Z 2 | )
    Figure DE102022111845B3_0009
    Winkelfehler der Z Asche in der Y Z Ebene = Arctan ( Z 3 + Z 4 2 S o l l w e r t ( Z 0 ) | Z 1 Z 2 | )
    Figure DE102022111845B3_0010
    Skalierungsfehler der X Achse = | X 5 X 6 | S o l l w e r t ( 1 g )
    Figure DE102022111845B3_0011
    Skalierungsfehler der Y Achse = | Y 3 Y 4 | S o l l w e r t ( 1 g )
    Figure DE102022111845B3_0012
    Skalierungsfehler der Z Achse = | Z 1 Z 2 | S o l l w e r t ( 1 g )
    Figure DE102022111845B3_0013
In this case, for example, an integer multiple can also be selected for the number of side surfaces of the housing of the calibration device, which, among other things, simplifies the evaluation of the measurement data of the inertial measurement sensors, which can be recorded at the angle of rotation/rotational angle positions of the calibration device defined by the different side surfaces, since a well-defined sampling of measurement data can be obtained. In an exemplary cubic or cuboid design of the housing of the calibration device, the calibration device/the housing of the calibration device has six side surfaces, for example, and an exemplary method for calibrating an inertial measuring sensor system of an electronic pen can have one, some or all of the following steps.
  1. 1. Insertion of the electronic pen into the calibration device.
  2. 2. Resting the calibration device in a holding/resting position and measurement of yaw rates and accelerations in all axes of the inertial measurement sensor system and storage of the measurement data;
  3. 3. Determination of at least one zero point error in at least one axis of the yaw rate sensor of the inertial measurement sensor system by evaluating the recorded measurement data.
  4. 4. Rotation / turning / tilting of the calibration device by 180° to an opposite side, measuring and integrating the yaw rates. Determination of the calibration factor of the scaling around the axis of rotation after correction by the previously determined zero point error.
  5. 5. Resting of the calibration device in the new position, measurement of accelerations in all axes of the inertial measurement sensors and storage of the measurement data.
  6. 6. Rotate/rotate/tilt the calibration fixture onto another face and repeat previous steps 4 through 6 until measurement data has been collected on all six faces/faces.
  7. 7. Calibration / scaling of the acceleration sensors and yaw rate sensors of the inertial measurement sensors in all axes of the inertial measurement sensors. The integrated yaw rates over the 180° rotations can be normalized with Pi and form a factor with which future measurements of the yaw rate can be corrected for their scaling error. Then, for example, the mean values of the acceleration values collected in the rest phases/at the rest positions can be evaluated in pairs according to the following exemplary formulas: Zero error in X = ( X 1 + X 2 + X 3 + X 4 + X 5 + X 6 6 ) setpoint ( X0 )
    Figure DE102022111845B3_0002
    Zero error in Y = ( Y 1 + Y 2 + Y 3 + Y 4 + Y 5 + Y 6 6 ) setpoint ( Y0 )
    Figure DE102022111845B3_0003
    Zero error in Z = ( Z 1 + Z 2 + Z 3 + Z 4 + Z 5 + Z 6 6 ) setpoint ( Z0 )
    Figure DE102022111845B3_0004
    Angular error of the X Ashes in the X Z level = arctan ( X 1 + X 2 - 2 S O l l w e right t ( X 0 ) | X 5 - X 6 | )
    Figure DE102022111845B3_0005
    Angular error of the X Ashes in the X Y level = arctan ( X 3 + X 4 2 S O l l w e right t ( X 0 ) | X 5 X 6 | )
    Figure DE102022111845B3_0006
    angular error of the Y Ash in the Y Z level = arctan ( Y 1 + Y 2 2 S O l l w e right t ( Y 0 ) | Y 3 Y 4 | )
    Figure DE102022111845B3_0007
    angular error of the Y Ashes in the X Y level = arctan ( Y 5 + Y 6 2 S O l l w e right t ( Z 0 ) | Y 3 Y 4 | )
    Figure DE102022111845B3_0008
    Angular error of the Z Ashes in the X Z level = arctan ( Z 5 + Z 6 2 S O l l w e right t ( Z 0 ) | Z 1 Z 2 | )
    Figure DE102022111845B3_0009
    Angular error of the Z Ash in the Y Z level = arctan ( Z 3 + Z 4 2 S O l l w e right t ( Z 0 ) | Z 1 Z 2 | )
    Figure DE102022111845B3_0010
    X scaling error axis = | X 5 X 6 | S O l l w e right t ( 1 G )
    Figure DE102022111845B3_0011
    Y scaling error axis = | Y 3 Y 4 | S O l l w e right t ( 1 G )
    Figure DE102022111845B3_0012
    Z scaling error axis = | Z 1 Z 2 | S O l l w e right t ( 1 G )
    Figure DE102022111845B3_0013

Dabei seien beispielsweise X1, Y1, Z1 die Mittelwerte der gemessenen Beschleunigungen bei Orientierung der Kalibriervorrichtung auf ihrer Grundfläche und die Z-Achse der Kalibriervorrichtung sei dabei parallel zur Erdbeschleunigung, während die beiden anderen Achsen jeweils senkrecht zur Erdbeschleunigung orientiert seien. X2, Y2, Z2 seien die Mittelwerte der gemessenen Beschleunigung nach der Drehung der Kalibriervorrichtung um 180°, so dass sie dabei mit ihrer Grundfläche nach oben zu liegen kommt. Daher ist erneut die Z-Achse der Kalibriervorrichtung parallel zur Erdbeschleunigung, während die beiden anderen Achsen erneut jeweils senkrecht zur Erdbeschleunigung orientiert sind.Here, for example, X1, Y1, Z1 are the mean values of the measured accelerations when the calibration device is oriented on its base and the Z axis of the calibration device is parallel to the gravitational acceleration, while the other two axes are each oriented perpendicular to the gravitational acceleration. X2, Y2, Z2 are the mean values of the measured acceleration after rotating the calibration device by 180° so that it comes to rest with its base facing upwards. Therefore, the Z-axis of the calibration device is again parallel to the gravitational acceleration, while the other two axes are again each oriented perpendicular to the gravitational acceleration.

X3, Y3, Z3 seien die Mittelwerte der gemessenen Beschleunigung nach der Drehung der Kalibriervorrichtung auf ihre Längsseite, wobei nun die Y-Achse der Kalibriervorrichtung parallel zur Erdbeschleunigung orientiert sei und die beiden anderen Achsen jeweils senkrecht zur Erdbeschleunigung orientiert seien. X4, Y4 und Z4 seien die Mittelwerte der gemessenen Beschleunigung nach einer Drehung der Kalibriervorrichtung um 180° auf die der Längsseite gegenüberliegende Seite, wobei nun erneut die Y-Achse der Kalibriervorrichtung parallel zur Erdbeschleunigung orientiert sei und die beiden anderen Achsen jeweils senkrecht zur Erdbeschleunigung orientiert seien.X3, Y3, Z3 are the mean values of the measured acceleration after turning the calibration device on its long side, the Y axis of the calibration device now being oriented parallel to the acceleration due to gravity and the other two axes being oriented perpendicular to the acceleration due to gravity. X4, Y4 and Z4 are the mean values of the measured acceleration after rotating the calibration device by 180° to the side opposite the long side, with the Y-axis of the calibration device now again being oriented parallel to the gravitational acceleration and the other two axes each being oriented perpendicular to the gravitational acceleration be.

X5, Y5, Z5 seien die Mittelwerte der gemessenen Beschleunigung nach der Drehung der Kalibriervorrichtung auf ihre Querseite, wobei nun die X-Achse der Kalibriervorrichtung parallel zur Erdbeschleunigung orientiert sei und die beiden anderen Achsen jeweils senkrecht zur Erdbeschleunigung orientiert seien. X6, Y6 und Z6 seien die Mittelwerte der gemessenen Beschleunigung nach einer Drehung der Kalibriervorrichtung um 180° auf die der Querseite gegenüberliegende Seite, wobei nun erneut die X-Achse der Kalibriervorrichtung parallel zur Erdbeschleunigung orientiert sei und die beiden anderen Achsen jeweils senkrecht zur Erdbeschleunigung orientiert seien.X5, Y5, Z5 are the mean values of the measured acceleration after turning the calibration device on its lateral side, the X axis of the calibration device now being oriented parallel to the acceleration due to gravity and the other two axes being oriented perpendicular to the acceleration due to gravity. X6, Y6 and Z6 are the mean values of the measured acceleration after rotating the calibration device by 180° to the side opposite the lateral side, with the X-axis of the calibration device now again being oriented parallel to the gravitational acceleration and the other two axes each being oriented perpendicular to the gravitational acceleration be.

Sollwert(X0) sei der fehlerfreie Messwert des Beschleunigungssensors in seiner X-Achse bei 0g (also im beschleunigungsfreien Fall), Sollwert(Y0) sei der fehlerfreie Messwert des Beschleunigungssensors in seiner Y-Achse bei 0g und Sollwert(Z0) sei der fehlerfreie Messwert des Beschleunigungssensors in seiner Z-Achse bei 0g.Setpoint(X0) is the error-free measured value of the acceleration sensor on its X-axis at 0g (i.e. in the case of no acceleration), Setpoint(Y0) is the error-free measured value of the acceleration sensor on its Y-axis at 0g and Setpoint(Z0) is the error-free measured value of the accelerometer in its Z-axis at 0g.

Sollwert(1g) sei der fehlerfreie Messwert des Beschleunigungssensors bei zur Sensorachse parallel wirkender Erdbeschleunigung. Dieser Wert sollte für alle drei Achsen gleich hoch sein.Target value(1g) is the error-free measured value of the acceleration sensor with gravitational acceleration acting parallel to the sensor axis. This value should be the same for all three axes.

Ein gleichmäßiges Sampling von Messdaten der inertialen Messsensorik während der Drehung der Kalibriervorrichtung erleichtert die Modellierung und Optimierung der besagten Modellfunktion und kann somit ebenfalls die Genauigkeit der Kalibrierung der inertialen Messsensorik verbessern.Uniform sampling of measurement data from the inertial measurement sensor system while the calibration device is rotating facilitates the modeling and optimization of said model function and can thus also improve the accuracy of the calibration of the inertial measurement sensor system.

Die Drehung der Kalibriervorrichtung mit aufgenommenen elektronischen Schreibstift kann dabei frei im Raum, z.B. in der Luft, oder vorzugsweise auf einer ebenen Unterlage / ebenen Oberfläche erfolgen.The rotation of the calibration device with the electronic pen can be carried out freely in space, e.g. in the air, or preferably on a flat base/flat surface.

Wie ebenfalls bereits erwähnt, kann das Gehäuse der Kalibriervorrichtung auch abschnittweise verschiedene Querschnitte / verschiedene Querschnittsprofile aufweisen.As also already mentioned, the housing of the calibration device can also have different cross sections/different cross-sectional profiles in sections.

Die Verfahrensschritte zur Verarbeitung, Auswertung und Modellierung der aufgenommenen Messdaten zur Bestimmung wenigstens eines Nullpunktfehlers in wenigstens einer Achse eines/ des Beschleunigungssensors der inertialen Messsensorik können dabei z.B. durch eine digitale Recheneinheit des elektronischen Schreibstiftes und/oder durch eine externe digitale Recheneinheit erfolgen, wobei die externe digitale Recheneinheit in Kommunikation mit dem elektronischen Schreibstift stehen kann.The procedural steps for processing, evaluating and modeling the recorded measurement data to determine at least one zero point error in at least one axis of an acceleration sensor of the inertial measurement sensor system can be carried out, for example, by a digital processing unit of the electronic pen and/or by an external digital processing unit, with the external digital processing unit can be in communication with the electronic pen.

Die Verfahrensschritte zur Verarbeitung, Auswertung und Modellierung der aufgenommenen Messdaten und die Kalibration der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes auf Grundlage der Auswertung der aufgenommenen Messdaten können also computerunterstützt ausgeführt werden.The method steps for processing, evaluating and modeling the recorded measurement data and the calibration of the inertial measurement sensors of the electronic pen on the basis of the evaluation of the recorded measurement data can therefore be carried out with computer support.

Unter einer digitalen Recheneinheit kann dabei verstanden werden, dass die digitale Recheneinheit einen oder mehrere Prozessoren, z.B. eine zentrale Recheneinheit (CPU, Central Processing Unit) aufweisen kann.A digital processing unit can be understood to mean that the digital processing unit can have one or more processors, e.g. a central processing unit (CPU, Central Processing Unit).

Ein beispielhaftes System zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes kann also eine Kalibriervorrichtung sowie einen elektronischen Schreibstift mit inertialer Messsensorik umfassen. Dabei kann die Kalibriervorrichtung die hierin beispielhaft beschriebenen Merkmale aufweisen.An exemplary system for calibrating an inertial measuring sensor system of an electronic pen can therefore include a calibration device and an electronic pen with an inertial measuring sensor system. The calibration device can have the features described here by way of example.

Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, dass es vorteilhaft sein kann, wenn die Achsen des beispielhaften dreidimensionalen Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik eines zu kalibrierenden elektronischen Schreibstiftes, z.B. die Sensorachsen, in denen Beschleunigungen und/oder Drehraten gemessen werden können, so orientiert sind, dass eine Raumachse / Hauptachse des Inertialmesssystems bzw. eine Sensorachse parallel zu einer / der Längsachse des elektronischen Schreibstiftes liegt oder mit der/mit einer Längsachse des elektronischen Schreibstiftes zusammenfällt.For the sake of completeness, it should be noted that it can be advantageous if the axes of the exemplary three-dimensional inertial measurement system of the inertial measurement sensors of an electronic pen to be calibrated, e.g. the sensor axes in which accelerations and/or rotation rates can be measured, are oriented in such a way that a spatial axis / main axis of the inertial measuring system or a sensor axis is parallel to a / the longitudinal axis of the electronic pen or coincides with the / with a longitudinal axis of the electronic pen.

Allerdings ist eine derartige beispielhafte Anordnung bzw. Orientierung der Messsensorik im elektronischen Schreibstift bzw. eine derartige beispielhafte Orientierung des orthogonalen dreidimensionalen Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik in Bezug auf eine / die Längsachse des elektronischen Schreibstiftes nicht zwingend erforderlich, um mit den hierein beschriebenen Mitteln eine Kalibration der inertialen Messsensorik durchführen zu können.However, such an exemplary arrangement or orientation of the measuring sensors in the electronic pen or such an exemplary orientation of the orthogonal three-dimensional inertial measuring system of the inertial measuring sensors in relation to a / the longitudinal axis of the electronic pen is not absolutely necessary in order to use the means described herein to calibrate the to be able to carry out inertial measuring sensors.

Tatsächlich haben interne Tests unerwarteter Weise gezeigt, dass selbst bei einer Orientierung des orthogonalen dreidimensionalen Inertialmesssystems, bei der eine Raumachse / Hauptachse / Sensorachse des Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik einen schrägen Winkel, z.B. einen Winkel von etwa bis zu ±3° oder mehr, in Bezug zu einer / zu der Längsachse des elektronischen Schreibstiftes aufweist, eine erstaunlich genaue Kalibration der inertialen Messsensorik mit den hierin beschriebenen Mitteln erzielt werden kann.In fact, internal tests have unexpectedly shown that even with an orientation of the orthogonal three-dimensional inertial measurement system in which a spatial axis / main axis / sensor axis of the inertial measurement system has an oblique angle, e.g. an angle of approximately up to ±3° or more, with respect to to a/to the longitudinal axis of the electronic pen, an astonishingly precise calibration of the inertial measuring sensor system can be achieved with the means described herein.

Die hierin beispielhaft beschriebenen Mittel und Verfahren zur Kalibrierung bzw. zur Unterstützung der Kalibrierung einer/der inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes ermöglichen gegenüber bekannten Mitteln und Verfahren eine bisher nicht erreichte Vereinfachung bei gleichzeitiger hoher Qualität und Genauigkeit der Kalibrierung einer inertialer Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes, insbesondere in Bezug auf die Korrektur von Nullpunktsfehlern in Sensorachsen von inertialen Beschleunigungssensoren.The means and methods described here as examples for calibrating or supporting the calibration of an/the inertial measuring sensor system of an electronic pen enable a previously unachieved simplification compared to known means and methods while at the same time maintaining high quality and accuracy of the calibration of an inertial measuring sensor system of an electronic pen, in particular related to the correction of zero point errors in sensor axes of inertial accelerometers.

Dies führt somit insbesondere auch dazu, dass die Positionen und Bewegungen des elektronischen Schreibstiftes bei dessen Anwendung auf einer Schreiboberfläche und/oder bei Bewegungen des elektronischen Schreibstiftes im freien Raum verbesserter Genauigkeit erfasst werden können.In particular, this also means that the positions and movements of the electronic pen when it is used on a writing surface and/or when the electronic pen moves in free space can be recorded with improved accuracy.

Darüber hinaus kann die hierin beschriebene Kalibriervorrichtung auch als Aufbewahrungsmittel für einen/den elektronischen Schreibstift dienen.In addition, the calibration device described herein can also serve as a storage means for a/the electronic pen.

Versucht man beispielsweise, ohne eine hierin beschriebene Kalibriervorrichtung einen Nullpunktsfehler des Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik des/eines elektronischen Schreibstiftes über eine Drehung des elektronischen Schreibstiftes zu bestimmen, stellt man fest, dass die Streuung bzw. das Rauschen der Messdaten des Beschleunigungssensors der inertialen Messsensorik zu groß ist, um eine technisch sinnvolle Modellierung zwischen Beschleunigungsmesswerten und Drehwinkelpositionen des elektronischen Schreibstiftes durchführen zu können, da die Beschleunigungsmesswerte in Abhängigkeit der Drehwinkelpositionen nicht mehr oder nicht mehr hinreichend genau durch einen sinusförmigen Verlauf beschrieben werden können.For example, if you try to determine a zero point error of the acceleration sensor of the inertial measuring sensor system of the electronic pen by rotating the electronic pen without a calibration device described here, you will find that the scatter or the noise of the measurement data of the acceleration sensor of the inertial measuring sensor system is too large is in order to be able to carry out a technically sensible modeling between measured acceleration values and angular positions of the electronic pen, since the measured acceleration values can no longer be described, or no longer sufficiently accurately, by a sinusoidal curve as a function of the angular positions.

Die Messung von Beschleunigungsmesswerten, bei denen der elektronische Schreibstift um seine Längsachse ohne die hierin beschriebenen Kalibriervorrichtung gedreht wird, erzeugt eine nicht oder nur schwer zu kompensierende Streuungsverteilung der Beschleunigungsmesswerte in Bezug auf den Drehwinkel.The measurement of measured acceleration values, in which the electronic pen is rotated about its longitudinal axis without the calibration device described herein, produces a scatter distribution of the measured acceleration values with respect to the angle of rotation that is difficult or impossible to compensate.

Aus dieser Streuungsverteilung der Beschleunigungsmesswerte, die man ohne die Verwendung einer hierin beschriebenen Kalibriervorrichtung erhalten würde, kann dann kein für genaue Kalibrierzwecke sinnvoller Zusammenhang zwischen Beschleunigungsmesswerten und Drehwinkelposition des elektronischen Schreibstiftes abgeleitet werden, sodass in diesem Fall die Beschleunigungsmesswerten keine Grundlage für eine hinreichend genaue Kalibration der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes bieten können.From this scatter distribution of the measured acceleration values, which would be obtained without the use of a calibration device described here, no meaningful connection between measured acceleration values and angular position of the electronic pen for precise calibration purposes can be derived, so that in this case the measured acceleration values do not provide a basis for a sufficiently precise calibration of the can offer inertial measuring sensors of the electronic pen.

Ohne die Verwendung der hierin beschriebenen Kalibriervorrichtung können daher etwaig vorhandene Nullpunktsfehler in den Achsen / Messachsen / Sensorachsen des wenigstens einen Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik nicht korrigiert werden, und die Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes kann in dieser Hinsicht nicht bzw. nicht hinreichend genau kalibriert werden.Without the use of the calibration device described here, any existing zero point errors in the axes / measuring axes / sensor axes of the at least one acceleration sensor of the inertial measuring sensor system cannot be corrected, and the measuring sensor system of the electronic pen cannot be calibrated or not calibrated with sufficient accuracy in this regard.

Die hierin beschriebene Kalibriervorrichtung und das hierin beschriebene Kalibrierverfahren erlaubt eine Entkoppelung von Erschütterungen und Vibrationen des elektronischen Schreibstiftes, die z.B. ausgelöst werden können durch zitternde oder unruhige oder ruckartige Bewegungen des den Stift führenden / haltenden Anwenders, und die die Güte von Kalibriermessungen stark beinträchtigen können.The calibration device described herein and the calibration method described herein allow decoupling of shocks and vibrations of the electronic pen, which can be triggered, for example, by trembling or restless or jerky movements of the user guiding / holding the pen, and which can severely impair the quality of calibration measurements.

Die hierin beschriebene Kalibriervorrichtung und das hierin beschriebene Kalibrierverfahren ermöglichen ferner eine Entkoppelung von Störungseinflüssen bedingt durch die Form und Geometrie des Gehäuses des elektronischen Schreibstiftes, welche eine gleichmäßige wohldefinierte Drehung des elektronischen Schreibstiftes um seine Längsachse zu Kalibrierzwecken verhindern bzw. behindern kann, beispielsweise auf Grund einer nicht rotationsymmetrischen Form des elektronischen Schreibstiftes, wobei beispielsweise abstehende und unregelmäßig geformte Baukomponenten des elektronischen Schreibstiftes eine gleichmäßige, wohldefinierte Drehung des elektronischen Schreibstiftes um seine Längsachse beeinträchtigen können.The calibration device described herein and the calibration method described herein also enable a decoupling of interference caused by the shape and geometry of the housing of the electronic pen, which can prevent or impede a uniform, well-defined rotation of the electronic pen about its longitudinal axis for calibration purposes, for example due to a non-rotationally symmetrical shape of the electronic pen, for example protruding and irregularly shaped structural components of the electronic pen can impair a uniform, well-defined rotation of the electronic pen about its longitudinal axis.

Folgende Figuren stellen beispielhaft einige technische Aspekte dar, die lediglich zum besseren Verständnis der hierin beschriebenen Mittel zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes dienen sollen.

  • 1: Beispielhafter elektronischer Schreibstift.
  • 2a: Beispielhafte Seitenansicht einer Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift.
  • 2b: Beispielhafte perspektivische schräge Seitenansicht einer Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift.
  • 3a: Beispielhafte Messreihe mit kontinuierlicher Drehung ohne Kalibriervorrichtung, Messung senkrecht zur horizontalen Drehachse.
  • 3b: Beispielhafte Messreihe mit Kalibriervorrichtung und kontinuierlicher Drehung, Messung senkrecht zur horizontalen Drehachse.
  • 3c: Beispielhafte Messreihe mit Kalibriervorrichtung und kontinuierlicher Drehung, Messung parallel zur horizontalen Drehachse.
  • 3d: Beispielhafte Messreihe mit Kalibriervorrichtung und schrittweiser Drehung.
  • 4: Beispielhaftes Flussdiagram für beispielhaftes Kalibrierverfahren.
  • 5: Beispielhafte Kalibriervorrichtung für schrittweise Drehung.
The following figures represent some technical aspects by way of example, which are only intended to improve understanding of the means described herein for calibrating an inertial measuring sensor system of an electronic pen.
  • 1 : Exemplary electronic pen.
  • 2a : Exemplary side view of a calibration device with inserted electronic pen.
  • 2 B : Exemplary perspective oblique side view of a calibration device with inserted electronic pen.
  • 3a : Exemplary measurement series with continuous rotation without calibration device, measurement perpendicular to the horizontal axis of rotation.
  • 3b : Exemplary measurement series with calibration device and continuous rotation, measurement perpendicular to the horizontal axis of rotation.
  • 3c : Exemplary measurement series with calibration device and continuous rotation, measurement parallel to the horizontal axis of rotation.
  • 3d : Exemplary series of measurements with calibration device and stepwise rotation.
  • 4 : Sample flow chart for sample calibration procedure.
  • 5 : Exemplary step rotation calibration fixture.

Die 1 zeigt einen beispielhaften elektronischen Schreibstift 1, der bzw. dessen beispielhafte inertiale Messsensorik 4 mit einer hierin beschriebenen Kalibriervorrichtung kalibriert werden kann.The 1 FIG. 1 shows an exemplary electronic pen 1, which or whose exemplary inertial measurement sensor system 4 can be calibrated using a calibration device described herein.

Wie bereits erwähnt, kann der elektronische Schreibstift 1 beispielsweise wenigstens eine (nicht dargestellte) elektrische Spannungsquelle sowie ein oder mehrere von der Spannungsquelle versorgbare (nicht dargestellte) elektronische Komponenten, wie z.B. eine digitale Steuereinheit bzw. eine digitale Recheneinheit mit einem oder mehreren Prozessoren, sowie wenigstens ein Kommunikationsmodul zum Empfang und zur Übertragung von Daten und Instruktionen, aufweisen.As already mentioned, the electronic pen 1 can, for example, have at least one electrical voltage source (not shown) and one or more electronic components (not shown) that can be supplied by the voltage source, such as a digital control unit or a digital arithmetic unit with one or more processors, as well as have at least one communication module for receiving and transmitting data and instructions.

Auch die inertiale Messsensorik 4 kann von der Spannungsquelle mit elektrischer Spannung versorgt werden.The inertial measuring sensor system 4 can also be supplied with electrical voltage from the voltage source.

Die beispielhafte inertiale Messsensorik 4 kann dabei in der Nähe der Schreibspitze 5 des elektronischen Schreibstift 1 angeordnet sein.The exemplary inertial measuring sensor system 4 can be arranged in the vicinity of the writing tip 5 of the electronic pen 1 .

Die inertiale Messsensorik 4 kann dabei, wie oben beschrieben, Beschleunigungssensoren und/oder Drehratensensoren aufweisen, welche Beschleunigungen und/oder Drehraten in einem dreidimensionalen Inertialmesssystem mit drei orthogonal zueinander stehenden Raumachsen / Sensorachsen messen können.As described above, the inertial measuring sensor system 4 can have acceleration sensors and/or yaw rate sensors, which can measure accelerations and/or yaw rates in a three-dimensional inertial measuring system with three spatial axes/sensor axes orthogonal to one another.

Dabei kann beispielsweise die inertiale Messsensorik 4 so angeordnet bzw. orientiert sein, dass eine Raumachse des Inertialmesssystems bzw. eine Sensorachse parallel zur Längsachse 2 des elektronischen Schreibstiftes 1 liegt oder mit der Längsachse 2 des elektronischen Schreibstiftes 1 zusammenfällt, oder dass eine Raumachse des Inertialmesssystem bzw. eine Sensorachse nicht parallel oder nur annähernd parallel zur Längsachse 2 des elektronischen Schreibstiftes 1 orientiert ist.For example, the inertial measuring sensor system 4 can be arranged or oriented in such a way that a spatial axis of the inertial measuring system or a sensor axis lies parallel to the longitudinal axis 2 of the electronic pen 1 or coincides with the longitudinal axis 2 of the electronic pen 1, or that a spatial axis of the inertial measuring system or a sensor axis is not oriented parallel or only approximately parallel to the longitudinal axis 2 of the electronic pen 1 .

Im dargestellten, beispielhaften Fall ist die beispielhafte Sensorachse / Raumachse des Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik 4, die mit gestrichelter Linie und mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet ist, parallel zur beispielhaften Längsachse 2 des elektronischen Schreibstiftes 1.In the exemplary case shown, the exemplary sensor axis/spatial axis of the inertial measuring system of the inertial measuring sensor system 4, which is marked with a dashed line and with the reference number 3, is parallel to the exemplary longitudinal axis 2 of the electronic pen 1.

Die beispielhafte Schreibspitze bzw. Schreibmine 5 kann dabei auf der Längsachse 2 des elektronischen Schreibstiftes 1 liegen.The exemplary writing tip or writing lead 5 can lie on the longitudinal axis 2 of the electronic pen 1 .

Die 2a zeigt eine Seitenansicht einer beispielhaften Kalibriervorrichtung 11 mit einem aufgenommen elektronischen Schreibstift 1, wobei der elektronische Schreibstift 1 identisch mit dem in der 1 dargestellten elektronischen Schreibstift 1 sein kann.The 2a shows a side view of an exemplary calibration device 11 with an incorporated electronic pen 1, the electronic pen 1 being identical to that in FIG 1 illustrated electronic pen 1 can be.

Die beispielhafte Kalibriervorrichtung 11 weist dabei zwei beispielhafte Haltemittel 6, 7 auf, die jeweils an einem Ende des Gehäuses 12 der Kalibriervorrichtung 11 angeordnet sein können.The exemplary calibration device 11 has two exemplary holding means 6, 7, which can each be arranged at one end of the housing 12 of the calibration device 11.

Besagte beispielhafte Haltemittel 6, 7 können dabei in Gehäusedeckel 8,9 des Gehäuses 12 der Kalibriervorrichtung 11 integriert sein.Said exemplary holding means 6, 7 can be integrated into the housing cover 8,9 of the housing 12 of the calibration device 11.

Die Gehäusedeckel 8,9 können dabei lösbar mit dem Gehäuse 12 der Kalibriervorrichtung 11 verbunden sein, sodass ein/der elektronische Schreibstift 1 in die Kalibriervorrichtung 11 eingelegt und wieder herausgenommen werden kann.The housing covers 8, 9 can be detachably connected to the housing 12 of the calibration device 11, so that a/the electronic pen 1 can be inserted into the calibration device 11 and removed again.

Wie erwähnt, können die beispielhaften Gehäusedeckel 8,9 samt Haltemittel beispielsweise über Klemmen und/oder Verschrauben und/oder Zusammenstecken und/oder Verpressen und/oder Formschluss und/oder magnetische Wechselwirkung oder über andere lösbare Verbindungsmöglichkeiten mit dem Gehäuses 12 der Kalibriervorrichtung 11 verbunden werden.As mentioned, the exemplary housing covers 8, 9 together with the holding means can be connected to the housing 12 of the calibration device 11, for example by clamping and/or screwing and/or plugging and/or pressing and/or positive locking and/or magnetic interaction or by other detachable connection options .

Beispielsweise können die Gehäusedeckel 8,9 stopfenartig ausgeführt sein.For example, the housing cover 8.9 can be designed like a plug.

Die beispielhaften Haltemittel 6, 7 können dabei so konfiguriert sein, dass sie den aufgenommenen elektronischen Schreibstift 1 in der Kalibriervorrichtung 11, d.h. innerhalb des Gehäuses 12 der Kalibriervorrichtung 11 in einer vorbestimmten Ausrichtung / Orientierung fixieren, d.h. fest anordnen, können.The exemplary holding means 6, 7 can be configured so that they can fix the recorded electronic pen 1 in the calibration device 11, ie within the housing 12 of the calibration device 11, in a predetermined alignment/orientation, ie can arrange it firmly.

Das Fixieren des elektronischen Schreibstifts 1 über die Haltemittel 6,7 kann dabei über lösbare Verbindungen zwischen den Haltemitteln 6,7 und den Enden des elektronischen Schreibstiftes 1 erfolgen.The fixing of the electronic pen 1 via the holding means 6.7 can take place via detachable connections between the holding means 6.7 and the ends of the electronic pen 1.

Beispielhafte lösbare Verbindungen zwischen den Haltemitteln 6,7 und dem elektronischen Schreibstift 1 können z.B. über Klemmen und/oder Verschrauben und/oder Verpressen und/oder Zusammenstecken und/oder Formschluss und/oder magnetische Wechselwirkung und/oder Unterdruck-bzw. Saugdruckbeaufschlagung oder Ähnliches realisiert werden.Examples of detachable connections between the holding means 6, 7 and the electronic pen 1 can be made, for example, by clamping and/or screwing and/or pressing and/or plugging together and/or positive locking and/or magnetic interaction and/or vacuum or Suction pressure or the like can be realized.

Im dargestellten beispielhaften Fall sind die Haltemittel 6,7 so konfiguriert, dass der elektronische Schreibstift 1 mittig innerhalb des Gehäuses 12 bzw. mittig innerhalb der Kalibriervorrichtung 11 fixiert ist.In the exemplary case shown, the holding means 6 , 7 are configured in such a way that the electronic pen 1 is fixed centrally within the housing 12 or centrally within the calibration device 11 .

Im dargestellten beispielhaften Fall sind die Haltemittel 6,7 insbesondere so konfiguriert, die Lage / Orientierung / Ausrichtung des aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes 1 so zu fixieren, dass die Längsachse 2 des aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes 1 mit der Längsachse 10 des Gehäuses 12 bzw. mit der Längsachse der Kalibriervorrichtung 11 zusammenfällt.In the exemplary case shown, the holding means 6, 7 are configured in particular in such a way that the position/orientation/alignment of the electronic pen 1 held is fixed in such a way that the longitudinal axis 2 of the electronic pen 1 held is aligned with the longitudinal axis 10 of the housing 12 or with the longitudinal axis of the calibration device 11 coincides.

Im dargestellten beispielhaften Fall ist die beispielhafte Sensorachse / Raumachse 3 des Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik 4 parallel zur beispielhaften Längsachse 2 des elektronischen Schreibstiftes 1 und somit auch parallel zur Längsachse 10 der Kalibriervorrichtung.In the exemplary case shown, the exemplary sensor axis/spatial axis 3 of the inertial measuring system of the inertial measuring sensor system 4 is parallel to the exemplary longitudinal axis 2 of the electronic pen 1 and thus also parallel to the longitudinal axis 10 of the calibration device.

Die Längsachse 10 der Kalibriervorrichtung bzw. des Gehäuses der Kalibriervorrichtung 11 bildet zudem die Rotationsachse für Drehungen der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift 1 für das Kalibrieren des elektronischen Schreibstiftes 1.The longitudinal axis 10 of the calibration device or of the housing of the calibration device 11 also forms the axis of rotation for rotations of the calibration device with an inserted electronic pen 1 for calibrating the electronic pen 1.

Die Kalibriervorrichtung 11 bzw. das Gehäuse 12 der Kalibriervorrichtung 11 kann wie erwähnt unter anderem rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse 10 des Gehäuses 12 bzw. bezüglich der Längsachse der Kalibriervorrichtung 11 sein.As mentioned, the calibration device 11 or the housing 12 of the calibration device 11 can be rotationally symmetrical with respect to the longitudinal axis 10 of the housing 12 or with respect to the longitudinal axis of the calibration device 11 .

Die 2b zeigt eine beispielhafte perspektivische Seitenansicht der in 2a dargestellten Kalibriervorrichtung 11 mit eingelegtem elektronischen Schreibstift 1.The 2 B shows an exemplary perspective side view of FIG 2a illustrated calibration device 11 with inserted electronic pen 1.

Die Bezugszeichen der 2b entsprechen daher den Bezugszeichen der 2a bzw. der 1.The reference signs of 2 B therefore correspond to the reference numerals of 2a or the 1 .

In dieser Perspektive ist die beispielhafte Rotationsymmetrie der Kalibriervorrichtung 11 bzw. des Kalibriervorrichtungsgehäuses 12 in Bezug auf die Längsachse 10 des Gehäuses 12 bzw. bezüglich der Längsachse der Kalibriervorrichtung 11 gut zu erkennen.In this perspective, the exemplary rotational symmetry of the calibration device 11 or of the calibration device housing 12 in relation to the longitudinal axis 10 of the housing 12 or in relation to the longitudinal axis of the calibration device 11 can be clearly seen.

Im dargestellten Beispiel ist die Kalibriervorrichtung 11 bzw. das Gehäuse 12 der Kalibriervorrichtung 11 zylindrisch bzw. rohrartig ausgeführt, wobei die Gehäusedeckel 8,9 ebenfalls einen rotationssymmetrischen Querschnitt, insbesondere einen kreisrunden Querschnitt aufweisen können.In the example shown, the calibration device 11 or the housing 12 of the calibration device 11 is cylindrical or tubular, with the housing covers 8, 9 also having a rotationally symmetrical cross section, in particular a circular cross section.

Wie bereits erwähnt, sind jedoch unter anderem auch rotationssymmetrische polygonale Querschnittsprofile für die Kalibriervorrichtung 11 bzw. für das Gehäuse 12 und die Gehäusedeckel der Kalibriervorrichtung 11 denkbarAs already mentioned, however, rotationally symmetrical polygonal cross-sectional profiles are also conceivable for the calibration device 11 or for the housing 12 and the housing cover of the calibration device 11

In der dargestellten Perspektive ist ebenfalls gut zu erkennen, dass die Haltemittel 6, 7 den elektronischen Schreibstift 1 mittig bzw. zentriert innerhalb der Kalibriervorrichtung 11 fixieren können, sodass beispielsweise die Längsachse 2 des von der Kalibriervorrichtung 11 aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes 1 mit der Längsachse 10 der Kalibriervorrichtung 11 bzw. mit der Längsachse des Kalibriervorrichtungsgehäuses 12 zusammenfallen kann.The perspective shown also clearly shows that the holding means 6, 7 can fix the electronic pen 1 in the middle or centered within the calibration device 11, so that, for example, the longitudinal axis 2 of the electronic pen 1 held by the calibration device 11 is aligned with the longitudinal axis 10 of the Calibration device 11 or can coincide with the longitudinal axis of the calibration device housing 12 .

Wie ebenfalls bereits erwähnt, kann die inertiale Messsensorik 4 so angeordnet bzw. orientiert sein, dass eine Raumachse des Inertialmesssystems bzw. eine Sensorachse parallel zur Längsachse 2 des elektronischen Schreibstiftes 1 liegt oder mit der Längsachse 2 des elektronischen Schreibstiftes 1 zusammenfällt, oder dass eine Raumachse des Inertialmesssystems bzw. eine Sensorachse nicht parallel oder nur annähernd parallel zur Längsachse 2 des elektronischen Schreibstiftes 1 orientiert ist.As also already mentioned, the inertial measuring sensor system 4 can be arranged or oriented in such a way that a spatial axis of the inertial measuring system or a sensor axis lies parallel to the longitudinal axis 2 of the electronic pen 1 or coincides with the longitudinal axis 2 of the electronic pen 1, or that a spatial axis of the inertial measuring system or a sensor axis is not oriented parallel or only approximately parallel to the longitudinal axis 2 of the electronic pen 1 .

Im dargestellten beispielhaften Fall ist die beispielhafte Sensorachse / Raumachse 3 des Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik 4 parallel zur beispielhaften Längsachse 2 des elektronischen Schreibstiftes 1.In the exemplary case shown, the exemplary sensor axis/spatial axis 3 of the inertial measuring system of the inertial measuring sensor system 4 is parallel to the exemplary longitudinal axis 2 of the electronic pen 1.

Da im dargestellten Beispiel die Längsachse 2 des elektronischen Schreibstiftes 1 mit der Längsachse 10 der Kalibriervorrichtung 11 zusammenfällt, ist die Sensorachse / Raumachse 3 des Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik 4 des elektronischen Schreibstiftes 1 daher auch parallel in Bezug auf die Längsachse 10 der Kalibriervorrichtung 11.Since in the example shown the longitudinal axis 2 of the electronic pen 1 coincides with the longitudinal axis 10 of the calibration device 11, the sensor axis/spatial axis 3 of the inertial measurement system of the inertial measurement sensors 4 of the electronic pen 1 is therefore also parallel in relation to the longitudinal axis 10 of the calibration device 11.

Die 3a zeigt eine beispielhafte Messreihe 16 von Messdaten 17 einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes ohne Verwendung einer hierin beschriebenen Kalibriervorrichtung.The 3a shows an exemplary measurement series 16 of measurement data 17 of an inertial measurement sensor system of an electronic pen without using a calibration device described herein.

Die Messdaten 17 stellen beispielhaft durch die inertiale Messsensorik gemessene Beschleunigungsmesswerte entlang einer Sensorachse / einer Achse eines / des orthogonalen dreidimensionalen Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik eines / des elektronischen Schreibstiftes in Abhängigkeit gemessener Drehwinkelpositionen dar.The measurement data 17 represent, for example, measured acceleration values measured by the inertial measurement sensor system along a sensor axis/an axis of a/the orthogonal three-dimensional inertial measurement system of the inertial measurement sensor system of a/the electronic pen as a function of measured rotary angle positions.

Die Drehwinkelpositionen können dabei beispielsweise von Beschleunigungssensoren der inertialen Messsensorik gemessenen werden, die Beschleunigungen in den Achsen des besagten orthogonalen dreidimensionalen Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik messen können. Misst man beispielsweise die Schwerkraft entlang zweier Achsen des Inertialmesssystems kann der Drehwinkel oder die Drehwinkelposition relativ zur Schwerkraftwirkung mit Beschleunigungssensoren gemessen werden.The rotational angle positions can be measured, for example, by acceleration sensors of the inertial measurement sensor system, which can measure accelerations in the axes of said orthogonal three-dimensional inertial measurement system of the inertial measurement sensor system. If, for example, the force of gravity is measured along two axes of the inertial measurement system, the angle of rotation or the angular position relative to the effect of gravity can be measured using acceleration sensors.

Bei der Aufnahme der Messdaten 17 wurde der elektronische Schreibstift mehrmals, im vorliegenden Fall mehr als sechsmal, kontinuierlich, d.h. ohne spezifische Ruhe- oder Haltepositionen, um seine Längsachse gedreht und während des Drehvorgangs wurden kontinuierlich bzw. quasi-kontinuierlich in festen Zeitabständen des Drehvorgangs Beschleunigungsmesswerte durch wenigstens einen Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes gemessen. Die Drehgeschwindigkeit der Kalibriervorrichtung 11 lag dabei bei etwa 2 Sekunden pro Umdrehung und die Messfrequenz bei 100 Hz. Die Drehung der Kalibriervorrichtung kann jedoch auch mit anderen Drehgeschwindigkeiten durchgeführt werden.When recording the measurement data 17, the electronic pen was rotated several times, in the present case more than six times, continuously, i.e. without specific resting or holding positions, around its longitudinal axis and during the rotating process, acceleration measurement values were measured continuously or quasi-continuously at fixed time intervals of the rotating process measured by at least one acceleration sensor of the inertial measuring sensor system of the electronic pen. The rotational speed of the calibration device 11 was about 2 seconds per revolution and the measurement frequency was 100 Hz. However, the calibration device can also be rotated at other rotational speeds.

Der dargestellte zeitliche Verlauf 18 repräsentiert beispielhaft die durch einen Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes gemessenen Beschleunigungsmesswerte entlang einer beispielhaften Sensorachse / einer Achse eines / des orthogonalen dreidimensionalen Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik in Abhängigkeit der Drehwinkelposition des elektronischen Schreibstiftes.The time curve 18 shown represents an example of the measured acceleration values measured by an acceleration sensor of the inertial measuring sensor system of the electronic pen along an exemplary sensor axis/an axis of/of the orthogonal three-dimensional inertial measuring system of the inertial measuring sensor system as a function of the angular position of the electronic pen.

Die Abszissenachse 13 repräsentiert daher den zeitlichen Verlauf der Drehung des elektronischen Schreibstiftes und die Ordinatenachse 14 repräsentiert durch die von der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes gemessenen Beschleunigungswerte / Beschleunigungsmesswerte entlang der/einer beispielhaften Sensorachse.The abscissa axis 13 therefore represents the course of the rotation of the electronic pen over time, and the ordinate axis 14 represents the acceleration values/measured acceleration values measured by the inertial measuring sensor system of the electronic pen along the/an exemplary sensor axis.

Zwar kann in diesem Beispiel ein periodischer Zusammenhang zwischen gemessenen Beschleunigungsmesswerten und den sich über dem zeitlichen Verlauf kontinuierlich ändernden Drehwinkelposition des elektronischen Schreibstiftes erkannt werden, allerdings verhindert die deutlich erkennbare Streuung / das deutlich erkennbare Rauschen in den gemessenen Beschleunigungsmesswerten, dass ein Nullpunktsfehler in einer / der Sensorachse hinreichend genau bestimmt werden kann.In this example, a periodic relationship between the measured acceleration values and the continuously changing angular position of the electronic pen over time can be identified, but the clearly recognizable scattering / the clearly recognizable noise in the measured acceleration values prevents a zero point error in one / the Sensor axis can be determined with sufficient accuracy.

Wie bereits erwähnt, kann eine vertikale Verschiebung / eine Verschiebung des Verlaufs des in einer Achse eines Beschleunigungssensors gemessenen Beschleunigungssignals entlang der Ordinate 14 in Bezug auf die Nulllinie (gestrichelt) bzw. den Nullpunkt 15 als ein Maß für den Nullpunktfehler in besagter Beschleunigungssensorachse dienen.As already mentioned, a vertical shift / a shift in the curve of the acceleration signal measured in an axis of an acceleration sensor along the ordinate 14 in relation to the zero line (dashed) or the zero point 15 can serve as a measure of the zero point error in said acceleration sensor axis.

Das dargestellte gemessene Beschleunigungssignal 18 ist jedoch schlichtweg zu verrauscht, um eine Verschiebung, insbesondere eine vertikale Verschiebung, des Beschleunigungssignals 18 in Bezug auf den Nullpunkt 15 der Ordinatenachse 14 mit hinreichender Genauigkeit für Kalibrierungszwecke der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstifts bestimmen zu können.However, the measured acceleration signal 18 shown is simply too noisy to be able to determine a shift, in particular a vertical shift, of the acceleration signal 18 in relation to the zero point 15 of the ordinate axis 14 with sufficient accuracy for calibration purposes of the inertial measuring sensor system of the electronic pen.

Selbst wenn man das gemessene Beschleunigungssignal 18 durch eine Modellfunktion modellieren würde, würde der Fehler in einer Bestimmung der Verschiebung des Beschleunigungssignal 18 zu groß sein, um eine bestimmte Verschiebung des Beschleunigungssignal 18 als Grundlage für eine Bestimmung eines Nullpunktfehlers in einer Beschleunigungssensorachse sinnvoll nutzen zu können.Even if one were to model the measured acceleration signal 18 by a model function, the error in determining the displacement of the acceleration signal 18 would be too great, in order to be able to use a specific displacement of the acceleration signal 18 as a basis for determining a zero point error in an acceleration sensor axis.

Das ohne Kalibriervorrichtung gemessene Beschleunigungssignal 18 ist somit gänzlich ungeeignet für eine Kalibration der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstifts.The acceleration signal 18 measured without a calibration device is therefore completely unsuitable for a calibration of the inertial measuring sensor system of the electronic pen.

Die 3b zeigt eine beispielhafte Messreihe 22 von Messdaten 23 einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes mit Verwendung einer hierin beschriebenen Kalibriervorrichtung.The 3b shows an exemplary measurement series 22 of measurement data 23 of an inertial measurement sensor system of an electronic pen using a calibration device described herein.

Die Messdaten 23 stellen beispielhaft durch die inertiale Messsensorik gemessene Beschleunigungsmesswerte entlang einer Sensorachse / einer Achse eines / des orthogonalen dreidimensionalen Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik eines / des elektronischen Schreibstiftes in Abhängigkeit gemessener Drehwinkelpositionen dar, während sich der elektronischen Schreibstiftes in einer beispielhaften Kalibriervorrichtung befindet und diese sich samt dem elektronischen Schreibstiftes um eine/die Längsachse der Kalibriervorrichtung dreht.The measurement data 23 represent, by way of example, measured acceleration values measured by the inertial measurement sensor system along a sensor axis/an axis of/the orthogonal three-dimensional inertial measurement system of the inertial measurement sensor system of a/the electronic pen as a function of measured rotational angle positions while the electronic pen is in an exemplary calibration device and this is rotates together with the electronic pen around a / the longitudinal axis of the calibration device.

Besagte Sensorachse kann dabei der Sensorachse entsprechen, in der / entlang der auch die Messdaten 17 der Messreihe 16 während des in der 3a illustrierten Drehvorgangs des elektronischen Schreibstiftes aufgenommen wurden.Said sensor axis can correspond to the sensor axis in/along which the measurement data 17 of the measurement series 16 during the in the 3a illustrated turning process of the electronic pen were recorded.

Die Drehwinkelpositionen, die von der Kalibriervorrichtung während der Drehung eingenommen / durchlaufen werden, können dabei beispielsweise von Drehratensensoren der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes gemessenen werden, welche die Drehraten in den Achsen des besagten orthogonalen dreidimensionalen Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik messen können. Alternativ kann zunächst aus den Daten von zwei zueinander und zur Drehachse orthogonalen Beschleunigungssensoren deren Signal so kalibriert werden, dass beide Sensoren in beiden Richtungen (positiv wie negativ) betragsweise den selben Messwert erzielen, wenn die Reihe der Messwerte des einzelnen Sensors über dem Drehwinkel jeweils ihr Maximum und ihr Minimum erreicht. Dann ist gewährleistet, dass beide Sensoren sowohl im Nullpunkt als auch in der Empfindlichkeit bezüglich der Sensorachse kalibriert sind. Dabei ist eine Korrektur des unkalibrierten Messwerts sowohl durch ein konstantes Glied (proportional zum Nullpunktsfehler) als auch durch einen Proportionalitätsfaktor des Messwerts einzustellen. Dann kann der Drehwinkel direkt mit der Arkustangensfunktion des Verhältnisses der beiden zueinander orthogonalen, kalibrierten Beschleunigungsmesswerte berechnet werden.The rotational angle positions that are assumed / traversed by the calibration device during the rotation can be measured, for example, by yaw rate sensors of the inertial measuring sensors of the electronic pen, which can measure the yaw rates in the axes of said orthogonal three-dimensional inertial measuring system of the inertial measuring sensors. Alternatively, the signal from two acceleration sensors that are orthogonal to one another and to the axis of rotation can first be calibrated in such a way that both sensors achieve the same measured value in both directions (positive and negative) if the series of measured values of the individual sensors over the angle of rotation in each case reached its maximum and its minimum. This ensures that both sensors are calibrated in terms of the zero point and sensitivity with respect to the sensor axis. A correction of the uncalibrated measured value must be set both by a constant term (proportional to the zero point error) and by a proportionality factor of the measured value. Then the angle of rotation can be calculated directly using the arctangent function of the ratio of the two mutually orthogonal, calibrated accelerometer readings.

Bei der Aufnahme der Messdaten 23 wurde die Kalibriervorrichtung mit aufgenommenem / eingelegtem elektronischen Schreibstift kontinuierlich, d.h. ohne spezifische Ruhe- oder Haltepositionen, um etwas mehr als eine Umdrehung um eine/die Längsachse der Kalibriervorrichtung gedreht und während des Drehvorgangs wurden kontinuierlich bzw. quasi-kontinuierlich über den zeitlichen Verlauf des Drehvorgangs Beschleunigungsmesswerte durch wenigstens einen Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes gemessen.When recording the measurement data 23, the calibration device with the electronic pen that was picked up/inserted was rotated continuously, i.e. without any specific resting or holding positions, by a little more than one revolution around a/the longitudinal axis of the calibration device, and during the rotation process, continuous or quasi-continuous rotation was performed measured acceleration values over the course of the turning process over time by at least one acceleration sensor of the inertial measuring sensor system of the electronic pen.

Der dargestellte zeitliche Verlauf 24 repräsentiert beispielhaft die durch einen Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes gemessenen Beschleunigungsmesswerte entlang einer beispielhaften Sensorachse / einer Achse eines / des orthogonalen dreidimensionalen Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik in Abhängigkeit der Drehwinkelposition der Kalibriervorrichtung.The time curve 24 shown represents an example of the measured acceleration values measured by an acceleration sensor of the inertial measuring sensor system of the electronic pen along an exemplary sensor axis/an axis of/of the orthogonal three-dimensional inertial measuring system of the inertial measuring sensor system as a function of the angular position of the calibration device.

Die Abszissenachse 19 repräsentiert daher Drehwinkelposition der Kalibriervorrichtung bzw. die Drehwinkelposition des sich in der Kalibriervorrichtung befindlichen elektronischen Schreibstiftes.The abscissa axis 19 therefore represents the angular position of the calibration device or the angular position of the electronic pen located in the calibration device.

Die Ordinatenachse 20 repräsentiert durch die inertiale Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes gemessenen Beschleunigungswerte / Beschleunigungsmesswerte entlang der/einer beispielhaften Sensorachse.The ordinate axis 20 represents acceleration values/measured acceleration values measured by the inertial measuring sensor system of the electronic pen along the/an exemplary sensor axis.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass im Vergleich zum in der 3a dargestellten Verlauf 18 des Beschleunigungssignals, der in 3b dargestellte Verlauf 24 des Beschleunigungssignals gestreckt ist, da nur über etwas mehr eine Umdrehung Messdaten aufgenommen wurden.For the sake of completeness it should be mentioned that compared to in the 3a illustrated curve 18 of the acceleration signal, which is shown in 3b The curve 24 of the acceleration signal shown is stretched, since measurement data was only recorded over a little more than one revolution.

Darüber hinaus wurde in der Messreihe 22 der 3b der Drehvorgang der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift mit einer anderen Drehrichtung durchgeführt im Vergleich zum Drehvorgang, welcher der Messreihe 16 der 3a zugrunde liegt.In addition, in the measurement series 22 the 3b the turning process of the calibration device with the electronic pen inserted is carried out with a different direction of rotation compared to the turning process, which of the measurement series 16 of 3a underlying.

Die genannten beispielhaften Unterschiede zwischen den in 3a und 3b dargestellten Drehvorgängen stehen einem Vergleich der beiden Drehvorgänge zum besseren Verständnis von technischen Aspekten der Erfindung jedoch in keiner Weise entgegen.The exemplary differences mentioned between the 3a and 3b However, the turning processes shown in no way preclude a comparison of the two turning processes for a better understanding of the technical aspects of the invention.

Unabhängig von der verschiedenen Umdrehungsanzahl und unabhängig von der verschiedenen Drehrichtung und auch unabhängig von möglichen verschieden Drehgeschwindigkeiten, ist auf den ersten Blick in der 3b zu erkennen, dass sich bei Verwendung der Kalibriervorrichtung ein deutlich rauschärmerer Verlauf 24 der Beschleunigungsmesswerte bzw. des Beschleunigungssignals ergibt als im Vergleich zum in der 3a dargestelltem Verlauf 18 ohne Verwendung der Kalibriervorrichtung.Regardless of the different number of revolutions and independent of the different direction of rotation and also independent of possible different rotational speeds, at first glance in the 3b it can be seen that when using the calibration device, the curve 24 of the measured acceleration values or of the acceleration signal is significantly lower in noise than in comparison to that in FIG 3a illustrated curve 18 without using the calibration device.

Die Verwendung der Kalibriervorrichtung ermöglicht das Erzeugen eines nahezu rauschfreien Beschleunigungssignals der Beschleunigungssensoren der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes während eines Drehvorgangs der Kalibriervorrichtung mit aufgenommenem elektronischen Schreibstift.The use of the calibration device makes it possible to generate an almost noise-free acceleration signal from the acceleration sensors of the inertial measuring sensor system of the electronic pen during a rotation process of the calibration device with the electronic pen held.

Das unter Verwendung der Kalibriervorrichtung erzeugte Beschleunigungssignal 24 stellt einen nahezu idealen sinusförmigen Verlauf dar, der, wie oben beschrieben, mit großer Genauigkeit modelliert werden kann.The acceleration signal 24 generated using the calibration device represents an almost ideal sinusoidal curve which, as described above, can be modeled with great accuracy.

Wie erwähnt kann eine vertikale Verschiebung / eine Verschiebung 25 des Verlaufs des in einer Achse eines Beschleunigungssensors gemessenen Beschleunigungssignals entlang der Ordinate 20 in Bezug auf die Nulllinie (gestrichelt) bzw. den Nullpunkt 21 als ein Maß für den Nullpunktfehler in besagter Beschleunigungssensorachse dienen.As mentioned, a vertical displacement / a displacement 25 of the curve of the acceleration signal measured in an axis of an acceleration sensor along the ordinate 20 in relation to the zero line (dashed) or the zero point 21 can serve as a measure of the zero point error in said acceleration sensor axis.

Das durch Verwendung der Kalibriervorrichtung erzeugte Beschleunigungssignal 24 kann im Gegensatz zum Beschleunigungssignal 18 ohne Kalibriervorrichtung nun hinreichend genau modelliert werden, z.B. durch eine wie oben beschriebene Modellfunktion, die eine Sinusfunktion und einen vertikalen Verschiebungsterm umfassen kann.In contrast to the acceleration signal 18 without a calibration device, the acceleration signal 24 generated by using the calibration device can now be modeled with sufficient accuracy, e.g. by a model function as described above, which can include a sine function and a vertical displacement term.

Durch einen wie oben beschriebenen Optimierungsalgorithmus können dann diejenigen Parameterwerte der Parameter der Modellierungsfunktion gefunden werden, welche den gemessenen Verlauf der aufgenommenen Beschleunigungsmesswerte in Abhängigkeit der Drehwinkelpositionen der Kalibriervorrichtung am besten beschreiben bzw. eine Kostenfunktion minimieren.An optimization algorithm as described above can then be used to find those parameter values of the parameters of the modeling function that best describe the measured curve of the recorded acceleration measurement values as a function of the rotational angle positions of the calibration device or minimize a cost function.

Die ermittelte vertikale Verschiebung / der Wert der vertikalen Verschiebung der die Messdaten / die Beschleunigungsmesswerte / das Beschleunigungssignal am besten beschreibenden Modellfunktion / Modellfunktionskurve in Bezug auf die Nulllinie 21 kann dann als ein Maß für den Nullpunktfehler, bzw. als Nullpunktsfehlerwert, in der entsprechenden Beschleunigungssensorachse dienen.The determined vertical displacement/the value of the vertical displacement of the model function/model function curve that best describes the measurement data/the acceleration measurement values/the acceleration signal in relation to the zero line 21 can then serve as a measure for the zero point error, or as a zero point error value, in the corresponding acceleration sensor axis .

Wie ebenfalls bereits erwähnt, wurde überraschend gefunden, dass ein praktisch rauschfreies Beschleunigungssignal, welches sich zu Kalibrierzwecken der inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes eignet, selbst dann erzeugt werden kann, wenn die Längsachse bzw. die Rotationachse der Kalibriervorrichtung nicht exakt mit einer/der Längsachse des elektronischen Schreibstiftes und/oder mir einer Sensorachse / Achse des Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes zusammenfällt bzw. nicht exakt parallel ist.As also already mentioned, it was surprisingly found that a practically noise-free acceleration signal, which is suitable for calibrating the inertial measuring sensors of an electronic pen, can be generated even if the longitudinal axis or the axis of rotation of the calibration device is not exactly aligned with one/the longitudinal axis of the electronic pen and/or coincides with a sensor axis/axis of the inertial measuring system of the inertial measuring sensor system of the electronic pen or is not exactly parallel.

Die 3c stellt eine weitere beispielhafte Messreihe 28 von Messdaten 29 einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes mit Verwendung einer hierin beschriebenen Kalibriervorrichtung dar.The 3c shows a further exemplary measurement series 28 of measurement data 29 of an inertial measurement sensor system of an electronic pen using a calibration device described herein.

Im Unterschied zu den vorherigen Abbildungen (3a und 3b), bei denen die Messwerte entlang einer zur Drehachse senkrechten Achse des Beschleunigungssensors gezeigt sind, sind hier die Werte der zur Drehachse annähernd parallelen Achse des Beschleunigungssensors zu sehen.In contrast to the previous figures ( 3a and 3b ), in which the measured values are shown along an axis of the acceleration sensor that is perpendicular to the axis of rotation, here you can see the values of the axis of the acceleration sensor that is approximately parallel to the axis of rotation.

Dass sich erneut das Signal durch eine Sinusfunktion modellieren lässt, liegt an einem beispielhaften Winkelfehler, an einer beispielhaften von Null verschiedenen Winkelorientierung, den die Sensorachse zur Drehachse einnimmt. Dabei sind sowohl die einzelnen Messwerte (29) als auch die Modellfunktion (30) abgebildet. Die Modellfunktion wurde durch Minimierung der Fehlerquadrate gefunden.The fact that the signal can again be modeled by a sine function is due to an exemplary angular error, an exemplary non-zero angular orientation that the sensor axis assumes relative to the axis of rotation. Both the individual measured values (29) and the model function (30) are shown. The model function was found by least squares minimization.

Die Messdaten 29 stellen beispielhaft durch die inertiale Messsensorik gemessene Beschleunigungsmesswerte entlang einer Sensorachse / einer Achse eines / des orthogonalen dreidimensionalen Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik eines / des elektronischen Schreibstiftes in Abhängigkeit gemessener Drehwinkelpositionen dar, während sich der elektronische Schreibstiftes in einer beispielhaften Kalibriervorrichtung befindet und diese sich samt dem elektronischen Schreibstiftes um eine/die Längsachse der Kalibriervorrichtung dreht.The measurement data 29 represent, for example, measured acceleration values measured by the inertial measurement sensor system along a sensor axis/an axis of an orthogonal three-dimensional inertial measuring system of the inertial measuring sensors of a / the electronic pen as a function of measured rotational angle positions, while the electronic pen is in an exemplary calibration device and this rotates together with the electronic pen around a / the longitudinal axis of the calibration device.

Die Abszissenachse 26 repräsentiert wiederum Drehwinkelpositionen der Kalibriervorrichtung bzw. die Drehwinkelposition des sich in der Kalibriervorrichtung befindlichen elektronischen Schreibstiftes.The abscissa axis 26 in turn represents rotary angle positions of the calibration device or the rotary angle position of the electronic pen located in the calibration device.

Die Ordinatenachse 27 repräsentiert durch die inertiale Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes gemessenen Beschleunigungswerte / Beschleunigungsmesswerte entlang der/einer beispielhaften Sensorachse.The ordinate axis 27 represents acceleration values/measured acceleration values measured by the inertial measuring sensor system of the electronic pen along the/an exemplary sensor axis.

Zudem sei erwähnt, dass im dargestellten Beispiel die Beschleunigungssensorachse, in der die Messdaten 29 gemessen wurden, nicht bzw. nicht exakt parallel zur Rotationsachse der Kalibriervorrichtung ist, bzw. nicht mit der Rotationsachse der Kalibriervorrichtung zusammenfällt, jedoch der Verlauf 39 des Beschleunigungssignals / bzw. der Messdaten 29 ein hinreichend großes Signal-zu-Rauschverhältnis aufweist, sodass ein Nullpunktsfehler zu Kalibrierzwecken bestimmt werden kann.It should also be mentioned that in the example shown, the acceleration sensor axis, in which the measurement data 29 was measured, is not or not exactly parallel to the axis of rotation of the calibration device, or does not coincide with the axis of rotation of the calibration device, but the curve 39 of the acceleration signal / or of the measurement data 29 has a sufficiently high signal-to-noise ratio so that a zero point error can be determined for calibration purposes.

In der 3c ist zudem eine die Messdaten 29 bzw. den Verlauf 39 der Messdaten am besten beschreibende Modellfunktion / Modellfunktionskurve 30 (Best-Fit-Kurve) beispielhaft eingezeichnet.In the 3c a model function/model function curve 30 (best-fit curve) that best describes the measurement data 29 or the profile 39 of the measurement data is also drawn in as an example.

Die durch die Modellierung der Messdaten 29 mit der Modellfunktion kann, wie bereits erklärt, die vertikale Verschiebung der Modellfunktion / Modellfunktionskurve 30 in Bezug auf den Nullpunkt 40 / die Nulllinie bestimmt werden und so ein Nullpunktsfehlerwert in der entsprechenden Beschleunigungssensorachse ermittelt werden.As already explained, by modeling the measurement data 29 with the model function, the vertical displacement of the model function/model function curve 30 in relation to the zero point 40/the zero line can be determined and a zero point error value can be determined in the corresponding acceleration sensor axis.

Zudem sei erwähnt, dass im dargestellten Beispiel die Beschleunigungssensorachse, in der die Messdaten 29 gemessen wurden, nicht bzw. nicht exakt parallel zur Rotationsachse der Kalibriervorrichtung ist, bzw. nicht mit der Rotationsachse der Kalibriervorrichtung zusammenfällt, jedoch der Verlauf 39 des Beschleunigungssignals / bzw. der Messdaten 29 ein hinreichend großes Signal-zu-Rauschverhältnis aufweist, sodass ein Nullpunktsfehler zu Kalibrierzwecken bestimmt werden kann.It should also be mentioned that in the example shown, the acceleration sensor axis, in which the measurement data 29 was measured, is not or not exactly parallel to the axis of rotation of the calibration device, or does not coincide with the axis of rotation of the calibration device, but the curve 39 of the acceleration signal / or of the measurement data 29 has a sufficiently high signal-to-noise ratio so that a zero point error can be determined for calibration purposes.

Der Abstand bzw. der Offset 32 der Symmetrieachse 31 der Modellfunktion von der Nullachse 40 des Sensorsignals kennzeichnet dabei den Nullpunktfehler des Sensors. Dieser ist über der Zeit konstant und erzeugt daher eine konstante Verschiebung der Messwerte in eine Richtung.The distance or the offset 32 of the axis of symmetry 31 of the model function from the zero axis 40 of the sensor signal characterizes the zero point error of the sensor. This is constant over time and therefore generates a constant shift in the measured values in one direction.

Dagegen kennzeichnet die Amplitude 33 der Modellfunktion den Winkelfehler zwischen der Drehachse und der Sensorachse. Der Arkustangens der halben Amplitude, normiert durch den Messwert der Sensorachse bei paralleler Ausrichtung zur Achse der Erdbeschleunigung, ergibt dabei den Winkelfehler zwischen der Drehachse der Kalibriervorrichtung und der Sensorachse.In contrast, the amplitude 33 of the model function characterizes the angular error between the axis of rotation and the axis of the sensor. The arctangent of half the amplitude, normalized by the measured value of the sensor axis when aligned parallel to the axis of gravitational acceleration, gives the angular error between the axis of rotation of the calibration device and the sensor axis.

Wie bereits erwähnt, kann die inertiale Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes so konfiguriert sein, bzw. kann ein Kalibrierungsvorgang so ausgeführt werden, dass Beschleunigungsmesswerte nur in einer wohldefinierten Ruheposition der Kalibriervorrichtung aufgenommen wurden, d.h. während einer Zeitspanne in die Kalibriervorrichtung in einer bestimmten Drehwinkelposition verharrt und sich nicht bewegt.As already mentioned, the inertial measuring sensor system of the electronic pen can be configured in such a way, or a calibration process can be carried out in such a way that measured acceleration values were only recorded in a well-defined rest position of the calibration device, i.e. the calibration device remains in a specific rotational angle position for a period of time and remains not moved.

In 3d ist ein beispielhafter Ausschnitt einer beispielhaften Messreihe 34 dargestellt, in der die Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift über 180° um ihre Y-Achse gedreht wurde. Die Bezugszeichen 35, 36 und 37 kennzeichnen dabei Folgen von aufintegrierten Messwerten um jeweils eine der drei Sensorachsen eines beispielhaften Drehratensensors der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstifts. Dabei bezeichnet der Ausdruck Folge die laufende Summe über der Zeit, die man bei Aufintegration der Drehgeschwindigkeit über der Zeit und der Addition aller Messwerte bis zum jeweiligen Zeitpunkt der Messung während der einen Drehung erhält.In 3d an exemplary section of an exemplary series of measurements 34 is shown, in which the calibration device with the electronic pen inserted was rotated through 180° about its Y-axis. Reference numerals 35, 36 and 37 designate sequences of measured values integrated about one of the three sensor axes of an exemplary yaw rate sensor of the inertial measuring sensor system of the electronic pen. The expression "sequence" designates the running sum over time, which is obtained by integrating the rotational speed over time and adding all measured values up to the respective point in time of the measurement during the one rotation.

Dabei erfolgte die Drehung im Zeitbereich 38 und es ist gut zu erkennen, dass die Drehung hauptsächlich um die Y-Achse (Folge 37) erfolgt ist, während die beiden anderen Folgen 36 und 37 praktisch keine Änderung in ihrem Wert über der Zeit erkennen lassen. Alleine im zeitlichen Bereich 38 der Drehung kommt es zu geringen Fluktuationen, da die Drehung nicht ausschließlich um die Y-Achse erfolgte.The rotation took place in the time domain 38 and it is easy to see that the rotation mainly took place around the Y-axis (sequence 37), while the other two sequences 36 and 37 show practically no change in their value over time. There are slight fluctuations in the time range 38 of the rotation alone, since the rotation did not take place exclusively around the Y axis.

Im dargestellten Fall wurde eine beispielhafte Kalibriervorrichtung verwendet, die einen polygonale Querschnitt aufweist und deren Seitenflächengeometrie die bei einem Drehvorgang einnehmbaren Drehwinkelpositionen / Drehwinkelschritte und besagte Ruhepositionen festlegen kann. Die bei einer Drehung der Kalibriervorrichtung von einer Seite auf die gegenüberliegende Seite aufintegrierte Winkeländerung wäre genau π, wenn der Drehratensensor korrekte Werte liefert. Für die beispielhafte Kalibration kann daher ein Faktor aus π geteilt durch die aufintegrierte Winkeländerung berechnet werden. Zukünftige Messwerte können dann mit diesem Faktor korrigiert werden, um eine kalibrierte Winkelgeschwindigkeit erhalten zu können.In the case shown, an exemplary calibration device was used, which has a polygonal cross section and whose side surface geometry can determine the rotational angle positions/rotational angle steps and said rest positions that can be assumed during a turning process. The angle change integrated when the calibration device rotates from one side to the opposite side would be exactly π if the yaw rate sensor supplies correct values. For the exemplary calibration, a factor can therefore be calculated from π divided by the integrated angle change. Future readings can then be corrected with this factor to obtain a calibrated angular velocity.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die in 3a, 3b, 3c und 3d durchgeführten beispielhaften Drehvorgänge auf einer ebenen Oberfläche durchgeführt wurden.For the sake of completeness, it should be mentioned that the 3a , 3b , 3c and 3d performed exemplary turning operations were performed on a flat surface.

Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Verwendung einer ebenen Oberfläche als Unterlage für die Durchführung der Drehungen rein optional ist.However, it should be noted that using a flat surface as a base to perform the spins is purely optional.

Die 4 stellt ein beispielhaftes schematisches Flussdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren 10 zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes dar.The 4 1 shows an exemplary schematic flowchart for an exemplary method 10 for calibrating an inertial measurement sensor system of an electronic pen.

Das beispielhafte Verfahren 100 umfasst dabei folgende Schritte:

  • • Ein Einlegen, 101, des elektronischen Schreibstiftes in eine wie oben beispielhaft beschriebene Kalibriervorrichtung.
  • • Ein Drehen, 102, der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift um wenigstens eine Achse, z.B. eine/die Längsachse, der Kalibriervorrichtung, wobei während der Drehung der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift Messdaten der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes aufgenommen, 103, werden, und wobei die aufgenommenen Messdaten Beschleunigungsmesswerte von wenigstens einem Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik umfassen können.
  • • Eine Bestimmung, 104, wenigstens eines Nullpunktfehlers in wenigstens einer Achse des Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik durch Auswertung der aufgenommenen Messdaten.
  • • Eine Kalibrierung, 105, der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes auf Grundlage des wenigstens einen bestimmten Nullpunktfehlers.
The exemplary method 100 includes the following steps:
  • Insertion 101 of the electronic pen in a calibration device as described above by way of example.
  • • Rotating, 102, the calibration device with the electronic pen inserted about at least one axis, e.g wherein the measured data recorded can include measured acceleration values from at least one acceleration sensor of the inertial measuring sensor system.
  • • A determination 104 of at least one zero point error in at least one axis of the acceleration sensor of the inertial measurement sensor system by evaluating the recorded measurement data.
  • • A calibration, 105, of the inertial measuring sensor system of the electronic pen based on the at least one determined zero point error.

Die 5 stellt eine beispielhafte quaderförmige Kalibriervorrichtung 200 dar, d.h. eine Kalibriervorrichtung, die ein quaderförmiges Gehäuse 199 aufweist.The 5 FIG. 12 illustrates an exemplary brick-shaped calibration device 200, ie a calibration device having a brick-shaped housing 199. FIG.

Die Kalibriervorrichtung 200 bzw. das Kalibriervorrichtungsgehäuse 199 weist also sechs verschiedene Seiten bzw. Seitenflächen 201, 202, 203, 204, 205, 206 auf und zwölf Kanten / Kantenachsen /Seitenachsen 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218 auf.The calibration device 200 or the calibration device housing 199 therefore has six different sides or side surfaces 201, 202, 203, 204, 205, 206 and twelve edges/edge axes/side axes 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214 , 215, 216, 217, 218 on.

Die Kalibriervorrichtung 200 kann einen elektronischen Schreibstift aufnehmen und in einer vorgebbaren Ausrichtung / Orientierung innerhalb des Kalibriervorrichtungsgehäuses 199 fixieren.The calibration device 200 can hold an electronic pen and fix it in a predeterminable alignment/orientation within the calibration device housing 199 .

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist ein von der Kalibriervorrichtung 200 aufgenommener elektronischer Schreibstift jedoch nicht dargestellt. Es kann aber beispielsweise angenommen werden, dass ein elektronischer Schreibstift in der Kalibriervorrichtung 200 so aufgenommen und fixiert ist, dass eine Achse, z.B. die Längsachse, des elektronischen Schreibstiftes parallel oder näherungsweise parallel zu einer der Kantenachsen /Seitenachsen 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218 der Kalibriervorrichtung 200 ausgerichtet ist.However, for reasons of clarity, an electronic pen held by the calibration device 200 is not shown. However, it can be assumed, for example, that an electronic pen is accommodated and fixed in the calibration device 200 in such a way that one axis, e.g. the longitudinal axis, of the electronic pen is parallel or approximately parallel to one of the edge axes/side axes 207, 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218 of the calibration device 200 is aligned.

Das Bezugszeichen 219 kennzeichnet beispielhaft ein dreidimensionales orthogonales Koordinatensystem, welches durch die drei orthogonalen Achsen x, y, z aufgespannt wird. Besagte Achsen können beispielsweise den Achsen der Beschleunigungssensoren und/oder Drehratensensoren der inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes entsprechen, der von der Kalibriervorrichtung 200 aufgenommen und kalibriert werden kann.The reference number 219 designates an example of a three-dimensional orthogonal coordinate system which is spanned by the three orthogonal axes x, y, z. Said axes can, for example, correspond to the axes of the acceleration sensors and/or yaw rate sensors of the inertial measuring sensor system of an electronic pen, which can be recorded and calibrated by the calibration device 200 .

In dem dargestellten Beispiel ist die x-y-Koordinatenebene parallel zu den Seitenflächen 205, 206 der Kalibriervorrichtung 200.In the example shown, the x-y coordinate plane is parallel to the side surfaces 205, 206 of the calibration device 200.

Die Kalibriervorrichtung 200 ist in einer beispielhaften Ruheposition dargestellt, worin die Seitenfläche 205 als beispielhafte Auflagefläche auf einer (nicht dargestellten) ebenen Oberfläche dienen kann.The calibration device 200 is shown in an exemplary rest position, wherein the side surface 205 may serve as an exemplary bearing surface on a flat surface (not shown).

Eine beispielhafte Abfolge von schrittweisen Drehvorgängen der Kalibriervorrichtung 200 mit aufgenommenen elektronischen Schreibstift als Teil eines Verfahrens zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik eines / des elektronischen Schreibstiftes kann einen, einige oder alle der folgende Drehschritte / Rotationsschritte / Kippschritte umfassen.

  1. 1. Kippen / Drehen / Rotieren der Kalibriervorrichtung 200 aus der dargestellten (ersten) Ruheposition, in der sie auf der Fläche 201 ruht, um 180° um die Seitenachsen 208 und 212, also um eine Achse parallel zur X-Achse des Koordinatensystems 219, sodass die Kalibriervorrichtung 200 in eine Ruheposition überführt wird, in der die Seitenfläche 203 als Auflagefläche der Kalibriervorrichtung 200 dienen kann. Dies kann beispielsweise der Kalibration der Skalierung der inertialen Messsensorik entlang der Z-Achse dienen.
  2. 2. Kippen / Drehen / Rotieren der Kalibriervorrichtung 200, ausgehend von einer Ruheposition in der die Kalibriervorrichtung 200 auf der Seitenfläche 205 ruht, um 180° um die Seitenachsen 207 und 209, also um eine Achse parallel zur Y-Achse des Koordinatensystems 219, sodass die Kalibriervorrichtung 200 auf Seitenfläche 206 ruht. Dies kann beispielsweise der Kalibration der Skalierung der inertialen Messsensorik entlang der X-Achse dienen.
  3. 3. Kippen / Drehen / Rotieren der Kalibriervorrichtung 200, ausgehend von einer Ruheposition in der die Kalibriervorrichtung 200 auf der Seitenfläche 202 ruht, um 180° um die Seitenachsen 216 und 217, also um eine Achse parallel zur Z-Achse des Koordinatensystems 219, sodass die Kalibriervorrichtung 200 auf Seitenfläche 204 ruht. Dies kann beispielsweise der Kalibration der Skalierung der inertialen Messsensorik entlang der Y-Achse dienen.
An exemplary sequence of step-by-step rotation processes of the calibration device 200 with the electronic pen held as part of a method for calibrating an inertial measurement sensor system of a/the electronic pen can include one, some or all of the following rotation steps/rotation steps/tilting steps.
  1. 1. Tilting/turning/rotating the calibration device 200 from the shown (first) rest position, in which it rests on the surface 201, by 180° around the lateral axes 208 and 212, i.e. around an axis parallel to the X-axis of the coordinate system 219, so that the calibration device 200 is transferred to a rest position in which the side surface 203 can serve as a support surface for the calibration device 200 . This can be used, for example, to calibrate the scaling of the inertial measurement sensor system along the Z axis.
  2. 2. Tilting / turning / rotating the calibration device 200, starting from a rest position in which the calibration device 200 rests on the side surface 205, by 180° around the side axes 207 and 209, i.e. around an axis parallel to the Y-axis of the coordinate system 219, so that the calibration device 200 rests on side surface 206 . This can be used, for example, to calibrate the scaling of the inertial measurement sensors along the X-axis.
  3. 3. Tilting / turning / rotating the calibration device 200, starting from a rest position in which the calibration device 200 rests on the side surface 202, by 180° around the side axes 216 and 217, i.e. around an axis parallel to the Z-axis of the coordinate system 219, so that the calibration device 200 rests on side surface 204 . This can be used, for example, to calibrate the scaling of the inertial measurement sensor system along the Y axis.

Wie oben beschrieben, können während der beispielhaften Drehvorgänge und/oder in den Ruhepositionen Messdaten der Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren gesammelt werden, zur Kalibrierung der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes.As described above, measurement data from the acceleration sensors and yaw rate sensors can be collected during the exemplary turning processes and/or in the rest positions in order to calibrate the inertial measurement sensors of the electronic pen.

Es folgen 9 Seiten mit den 1, 2a, 2b, 3a, 3b, 3c, 3d, 4 und 5.There follow 9 pages with the 1 , 2a , 2 B , 3a , 3b , 3c , 3d , 4 and 5 .

Die Bezugszeichen sind dabei wie folgt belegt.

1
Beispielhafter elektronischer Schreibstift
2
Beispielhafte Längsachse des elektronischen Schreibstiftes (gestrichelte Line mit erster Strichlänge)
3
Beispielhafte Sensorachse / Raumachse eines beispielhaften dreidimensionalen Inertialmesssystems der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes (gestrichelte Line mit zweiter Strichlänge)
4
Beispielhafte inertiale Messsensorik
5
Beispielhafte Schreibspitze / Schreibmine
6
Beispielhaftes (erstes) Haltemittel / Haltelement / Halterung
7
Beispielhaftes (zweites) Haltemittel / Haltelement / Halterung
8
Beispielhaftes (erstes) Ende des Gehäuses der Kalibriervorrichtung / Gehäusedeckel
9
Beispielhaftes (zweites) Ende des Gehäuses der Kalibriervorrichtung / Gehäusedeckel
10
Beispielhafte Längsachse der Kalibriervorrichtung / Längsachse des Gehäuses der Kalibriervorrichtung / Längsachse der Kalibriervorrichtung / Rotationsachse der Kalibriervorrichtung
11
Beispielhafte Kalibriervorrichtung
12
Beispielhaftes Gehäuse der Kalibriervorrichtung
13
Beispielhafte Abszissenachse für Drehwinkelpositionen oder Drehwinkel von elektronischem Schreibstift
14
Beispielhafte Ordinatenachse für gemessene Beschleunigungswerte / Beschleunigungsmesswerte
15
Beispielhafter Nullpunkt der Ordinatenachse für gemessene Beschleunigungswerte/Nulllinie
16
Beispielhafte Messreihe von Beschleunigungswerte ohne Verwendung einer Kalibriervorrichtung
17
Beispielhafter Messpunkt / Beschleunigungsmesswert
18
Beispielhafter (zeitlicher) Verlauf der Messpunkte / Beschleunigungsmesswerte / Beschleunigungssignal
19
Beispielhafte Abszissenachse für Drehwinkelpositionen oder Drehwinkel von Kalibriervorrichtung, bzw. für Drehwinkelpositionen oder Drehwinkel von elektronischem Schreibstift
20
Beispielhafte Ordinatenachse für gemessene Beschleunigungswerte / Beschleunigungsmesswerte
21
Beispielhafter Nullpunkt der Ordinatenachse für gemessene Beschleunigungswerte/Nulllinie
22
Beispielhafte Messreihe von Beschleunigungswerte mit Verwendung einer Kalibriervorrichtung
23
Beispielhafter Messpunkt / Beschleunigungsmesswert
24
Beispielhafter (zeitlicher) Verlauf der Messpunkte / Beschleunigungsmesswerte / Beschleunigungssignal
25
Beispielhafte vertikale Verschiebung
26
Beispielhafte Abszissenachse für Drehwinkelpositionen oder Drehwinkel von elektronischem Schreibstift
27
Beispielhafte Ordinatenachse für gemessene Beschleunigungswerte / Beschleunigungsmesswerte
28
Beispielhafte Messreihe von Beschleunigungswerte mit Verwendung einer Kalibriervorrichtung
29
Beispielhafter Messpunkt / Beschleunigungsmesswert (an einer bestimmten Ruheposition und einer bestimmten Drehwinkelposition in einer Folge von schrittweisen Drehwinkelschritten)
30
Beispielhafte die Messreihe am besten beschreiben Modellfunktion (Best-Fit-Model)
31
Beispielhafte Symmetrieachse der Modellfunktion
32
Beispielhafter Abstand bzw. Offset der Symmetrieachse der Modellfunktion von der Nullachse / beispielhafter Nullpunktfehler / beispielhafte Nullpunktabweichung der Modellfunktion des Verlaufs der Messpunkte / Beschleunigungsmesswerte / des Beschleunigungssignals
33
Beispielhafte Amplitude der Modellfunktion des Verlaufs der Messpunkte / Beschleunigungsmesswerte / des Beschleunigungssignals
34
Beispielhafte Messreihe von aufintegrierten Drehratenwerten eines Drehratensensors einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes für eine beispielhafte Drehung einer Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift um 180°
35
Beispielhafter Verlauf / beispielhafte Folge der aufintegrierten X-Werte des Drehratensensors
36
Beispielhafter Verlauf / beispielhafte Folge der aufintegrierten Z-Werte des Drehratensensors
37
Beispielhafter Verlauf / beispielhafte Folge der aufintegrierten Y-Werte des Drehratensensors
38
Beispielhafter zeitlicher Bereich, in der die Kalibriervorrichtung um 180° gedreht wird/wurde
39
Beispielhafter (zeitlicher) Verlauf der Messpunkte / Beschleunigungsmesswerte / des Beschleunigungssignals
40
Beispielhafte Nulllinie, beispielhafter Nullpunkt
41
Beispielhafte Abszissenachse, beispielhafte Zeitachse, beispielhafte chronologische Abfolge von Messpunkten
42
Beispielhafte Ordinatenachse, beispielhaftes aufintegriertes Drehratensensorsignal / aufintegrierte Drehratenmesswerte, beispielhafte Drehwinkel, beispielhafte Messeinheit Radiant (rad)
100
Beispielhaftes Verfahren zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik eines elektronischen
101, 102, 103, 104, 105
Beispielhafte Verfahrensschritte
199
Beispielhaftes quaderförmiges Gehäuse einer Kalibriervorrichtung
200
Beispielhafte quaderförmige Kalibriervorrichtung
201, 202, 203, 204, 205, 206
Beispielhafte Seiten / Seitenflächen der Kalibriervorrichtung / des Kalibriervorrichtungsgehäuses
207, 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218
Beispielhafte Kantenachsen / Seitenachsen der Kalibriervorrichtung / des Kalibriervorrichtungsgehäuses
219
Beispielhaftes dreidimensionales orthogonales Koordinatensystem
The reference symbols are assigned as follows.
1
Exemplary electronic pen
2
Exemplary longitudinal axis of the electronic pen (dashed line with first line length)
3
Exemplary sensor axis / spatial axis of an exemplary three-dimensional inertial measurement system of the inertial measurement sensors of the electronic pen (dashed line with second line length)
4
Exemplary inertial measurement sensors
5
Exemplary writing tip / writing refill
6
Exemplary (first) holding means/holding element/mount
7
Exemplary (second) holding means/holding element/mount
8th
Exemplary (first) end of the housing of the calibration device / housing cover
9
Exemplary (second) end of the calibration device housing / housing cover
10
Exemplary longitudinal axis of the calibration device / longitudinal axis of the housing of the calibration device / longitudinal axis of the calibration device / axis of rotation of the calibration device
11
Exemplary calibration device
12
Exemplary housing of the calibration device
13
Exemplary abscissa axis for angle of rotation positions or angle of rotation of an electronic pen
14
Exemplary ordinate axis for measured acceleration values / measured acceleration values
15
Exemplary zero point of the ordinate axis for measured acceleration values/zero line
16
Exemplary measurement series of acceleration values without using a calibration device
17
Exemplary measurement point / acceleration measurement value
18
Exemplary (chronological) course of the measuring points / acceleration measured values / acceleration signal
19
Exemplary abscissa axis for angle of rotation positions or angle of rotation of calibration device, or for angle of rotation positions or angle of rotation of electronic pen
20
Exemplary ordinate axis for measured acceleration values / measured acceleration values
21
Exemplary zero point of the ordinate axis for measured acceleration values/zero line
22
Exemplary measurement series of acceleration values using a calibration device
23
Exemplary measurement point / acceleration measurement value
24
Exemplary (chronological) course of the measuring points / acceleration measured values / acceleration signal
25
Exemplary vertical shift
26
Exemplary abscissa axis for angle of rotation positions or angle of rotation of an electronic pen
27
Exemplary ordinate axis for measured acceleration values / measured acceleration values
28
Exemplary measurement series of acceleration values using a calibration device
29
Exemplary measurement point / acceleration measurement value (at a specific rest position and a specific rotational angle position in a sequence of incremental rotational angle steps)
30
Examples best describe the series of measurements model function (best-fit model)
31
Exemplary axis of symmetry of the model function
32
Exemplary distance or offset of the symmetry axis of the model function from the zero axis / exemplary zero point error / exemplary zero point deviation of the model function of the course of the measuring points / acceleration measured values / the acceleration signal
33
Exemplary amplitude of the model function of the progression of the measurement points / acceleration measurement values / the acceleration signal
34
Exemplary measurement series of integrated yaw rate values of a yaw rate sensor of an inertial measuring sensor system of an electronic pen for an exemplary rotation of a calibration device with an inserted electronic pen by 180°
35
Exemplary progression / exemplary sequence of the integrated X values of the yaw rate sensor
36
Exemplary progression / exemplary sequence of the integrated Z values of the yaw rate sensor
37
Exemplary progression / exemplary sequence of the integrated Y values of the yaw rate sensor
38
Exemplary time range in which the calibration device is/was rotated by 180°
39
Exemplary (chronological) course of the measuring points / acceleration measured values / the acceleration signal
40
Exemplary zero line, exemplary zero point
41
Exemplary abscissa axis, exemplary time axis, exemplary chronological sequence of measurement points
42
Exemplary ordinate axis, exemplary integrated yaw rate sensor signal / integrated yaw rate measured values, exemplary angle of rotation, exemplary measurement unit radian (rad)
100
Exemplary method for calibrating an inertial measuring sensor system of an electronic
101, 102, 103, 104, 105
Exemplary process steps
199
Exemplary cuboid housing of a calibration device
200
Exemplary cuboid calibration device
201, 202, 203, 204, 205, 206
Exemplary sides/faces of the calibrator/calibrator housing
207, 208, 209, 210, 211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218
Exemplary edge axes / side axes of the calibrator / calibrator housing
219
Exemplary three-dimensional orthogonal coordinate system

Claims (14)

Kalibriervorrichtung (11) zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik (4) eines elektronischen Schreibstiftes (1), umfassend: ein Gehäuse (12) zur Aufnahme eines elektronischen Schreibstiftes (1), wobei das Gehäuse (12) wenigstens ein Haltemittel (6, 7) aufweist zum Fixieren eines vom Gehäuse (12) aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes (1) innerhalb des Gehäuses (12), wobei das wenigstens eine Haltemittel (6, 7) dazu konfiguriert ist, einen aufgenommenen elektronischen Schreibstift (1) mittig innerhalb des Gehäuses (12) zu fixieren und die Längsachse (2) des aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes parallel zur Längsachse (10) des Gehäuses (12) orientiert ist, und wobei der Querschnitt des Gehäuses rotationssymmetrisch ist und/oder zylindrisch oder polygonal, z.B. rechteckig, ist, und / oder wobei das Gehäuse kubisch oder quaderförmig ist.Calibration device (11) for calibrating an inertial measuring sensor system (4) of an electronic pen (1), comprising: a housing (12) for receiving an electronic pen (1), wherein the housing (12) has at least one holding means (6, 7) for fixing an electronic pen (1) accommodated by the housing (12) within the housing (12), the at least one holding means (6, 7) being configured for this purpose, to fix a received electronic pen (1) centrally within the housing (12) and the longitudinal axis (2) of the received electronic pen is oriented parallel to the longitudinal axis (10) of the housing (12), and wherein the cross section of the housing is rotationally symmetrical and/ or is cylindrical or polygonal, e.g., rectangular, and/or wherein the housing is cubic or parallelepipedal. Kalibriervorrichtung (11) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das wenigstens eine Haltemittel (6, 7) dazu konfiguriert ist, einen aufgenommenen elektronischen Schreibstift (1) so zu fixieren, dass die Längsachse (2) des aufgenommenen elektronischen Schreibstiftes mit der Längsachse (10) des Gehäuses (12) zusammenfällt.Calibration device (11) according to the preceding claim, wherein the at least one holding means (6, 7) is configured to fix a received electronic pen (1) in such a way that the longitudinal axis (2) of the received electronic pen is aligned with the longitudinal axis (10) of the housing (12) collapses. Kalibriervorrichtung (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Haltemittel flexibel ist und/oder wobei das Gehäuse (12) wenigstens zwei Haltemittel (6, 7) aufweist und wobei jeweils ein Haltemittel an einem Gehäuseende angeordnet ist und/oder wobei das Haltemittel den überwiegenden Teil des Inneren des Gehäuses der (12) Kalibriervorrichtung (11) ausfüllt.Calibration device (11) according to one of the preceding claims, wherein the holding means is flexible and/or wherein the housing (12) has at least two holding means (6, 7) and wherein one holding means is arranged at each end of the housing and/or wherein the holding means fills the majority of the interior of the housing of the (12) calibration device (11). Kalibriervorrichtung (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das wenigstens eine Haltemittel (6, 7) in einen Gehäusedeckel (8, 9) oder Gehäuseboden des Gehäuses integriert ist und/oder wobei das Gehäuse (12) durchlässig für elektromagnetische Wellen ist.Calibration device (11) according to one of the preceding claims, wherein the at least one holding means (6, 7) is integrated into a housing cover (8, 9) or housing base of the housing and/or wherein the housing (12) is permeable to electromagnetic waves. Verfahren (100) zur Kalibrierung einer inertialen Messsensorik eines elektronischen Schreibstiftes, umfassend: Einlegen (101) des elektronischen Schreibstiftes in eine Kalibriervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche; Drehen (102) der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift um wenigstens eine Achse der Kalibriervorrichtung, wobei während der Drehung der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift Messdaten der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes aufgenommen (103) werden, und wobei die aufgenommenen Messdaten Beschleunigungsmesswerte von wenigstens einem Beschleunigungssensor und/oder Drehratenmesswerte von wenigstens einem Drehratensensor der inertialen Messsensorik umfassen; Bestimmung (104) wenigstens eines Nullpunktfehlers in wenigstens einer Achse des Beschleunigungssensors der inertialen Messsensorik durch Auswertung der aufgenommenen Messdaten; Kalibrierung (105) der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes auf Grundlage des wenigstens einen bestimmten Nullpunktfehlers.Method (100) for calibrating an inertial measuring sensor system of an electronic pen, comprising: inserting (101) the electronic pen into a calibration device according to one of the preceding claims; Rotating (102) the calibration device with the electronic pen inserted about at least one axis of the calibration device, measurement data of the inertial measurement sensor system of the electronic pen being recorded (103) during the rotation of the calibration device with the electronic pen inserted, and the measurement data recorded being measured acceleration values from at least one acceleration sensor and/or yaw rate measured values from at least one yaw rate sensor of the inertial measuring sensor system; Determination (104) of at least one zero point error in at least one axis of the acceleration sensor of the inertial measurement sensor system by evaluating the recorded measurement data; Calibration (105) of the inertial measuring sensor system of the electronic pen on the basis of the at least one determined zero point error. Verfahren (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Bestimmung wenigstens eines Nullpunktfehlers in wenigstens einer Achse des Beschleunigungssensor der inertialen Messsensorik durch Auswertung der aufgenommenen Messdaten das Modellieren der aufgenommen Beschleunigungsmesswerte in Abhängigkeit der während der Drehung der Kalibriervorrichtung eingenommenen Drehwinkelpositionen durch eine trigonometrische Funktion umfasst, und wobei der wenigstens eine Nullpunktfehler in wenigstens einer Achse des Beschleunigungssensors bestimmt wird auf Grundlage einer bestimmten Verschiebung der modellierten trigonometrischen Funktion zur Nulllinie.Method (100) according to the preceding claim, wherein the determination of at least one zero point error in at least one axis of the acceleration sensor of the inertial measurement sensor system by evaluating the recorded measurement data includes modeling the recorded acceleration measurement values as a function of the rotational angle positions assumed during the rotation of the calibration device by a trigonometric function, and wherein the at least one zero error in at least one axis of the accelerometer is determined based on a determined offset of the modeled trigonometric function from zero. Verfahren (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die trigonometrische Funktion zum Modellieren der aufgenommen Beschleunigungsmesswerte in Abhängigkeit der Drehwinkelpositionen der Kalibriervorrichtung eine Sinusfunktion umfasst.Method (100) according to the preceding claim, wherein the trigonometric function for modeling the recorded acceleration measurement values as a function of the rotational angle positions of the calibration device comprises a sine function. Verfahren (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei vor dem Modellieren der aufgenommenen Beschleunigungsmesswerte durch eine trigonometrische Funktion aus den Messdaten der inertialen Messsensorik des elektronischen Schreibstiftes die Winkelorientierung des Koordinatensystems der inertialen Messsensorik in Bezug auf den Schwerkraftvektor bestimmt wird.The method (100) according to the preceding claim, wherein before the modeling of the recorded acceleration measurement values, the angular orientation of the coordinate system of the inertial measurement sensor system in relation to the gravity vector is determined by a trigonometric function from the measurement data of the inertial measurement sensor system of the electronic pen. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche, wobei vor dem Drehen der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift die Kalibriervorrichtung nicht bewegt wird, um einen Nullpunkt eines Drehratensensors / um Nullpunkte von Drehratensensoren der inertialen Messsensorik zu ermitteln und/oder wobei das Drehen der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift um wenigstens eine Achse der Kalibriervorrichtung auf einer ebenen Oberfläche durchgeführt wird.Method (100) according to one of the preceding method claims, wherein before the calibration device is rotated with the electronic pen inserted, the calibration device is not moved in order to determine a zero point of a yaw rate sensor/to determine zero points of yaw rate sensors of the inertial measurement sensor system and/or wherein the rotation of the calibration device inserted electronic pen is carried out about at least one axis of the calibration device on a flat surface. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche, wobei die Drehung eine Abfolge von Drehvorgängen umfasst, wobei sich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Drehvorgängen die Kalibriervorrichtung sich in einer Ruheposition befindet, in der sich die Kalibriervorrichtung für eine vorgegebene Zeitspanne nicht bewegt und wobei Messdaten der inertialen Messsensorik in der Ruheposition der Kalibriervorrichtung aufgenommen werden.The method (100) according to any one of the preceding method claims, wherein the rotation comprises a sequence of rotation processes, with the calibration device being in a rest position between two consecutive rotation processes, in which the calibration device does not move for a predetermined period of time, and with measurement data from the inertial measurement sensors be recorded in the rest position of the calibration device. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche, wobei das Drehen der Kalibriervorrichtung (200) mit eingelegtem elektronischen Schreibstift eine Abfolge von Drehvorgängen umfasst, die wenigstens einen Drehvorgang mit einer Drehung der Kalibriervorrichtung um 180° umfasst.Method (100) according to one of the preceding method claims, wherein the turning of the calibration device (200) with the electronic pen inserted comprises a sequence of turning processes which comprises at least one turning process with a rotation of the calibration device by 180°. Verfahren (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Kalibriervorrichtung (200) ein Gehäuse mit sechs Seitenflächen umfasst und das Drehen der Kalibriervorrichtung mit eingelegtem elektronischen Schreibstift eine Abfolge von Drehvorgängen umfasst, in der jede der Seitenflächen wenigstens einmal eine Orientierung einnimmt, in der die jeweilige Seitenfläche als Auflagefläche der Kalibriervorrichtung auf einer ebenen Oberfläche dienen kann.The method (100) according to the preceding claim, wherein the calibration device (200) comprises a housing with six side faces and the turning of the calibration device with an inserted electronic pen comprises a sequence of turning processes in which each of the side faces at least once assumes an orientation in which the respective side surface can serve as a bearing surface of the calibration device on a flat surface. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Verfahrensansprüche wobei die Auswertung der aufgenommenen Messdaten zur Bestimmung wenigstens eines Nullpunktfehlers in wenigstens einer Achse des Beschleunigungssensors der inertialen Messsensorik durch eine digitale Recheneinheit des elektronischen Schreibstiftes und/oder durch eine externe digitale Recheneinheit erfolgt, wobei die externe digitale Recheneinheit in Kommunikation mit dem elektronischen Schreibstift steht.Method (100) according to one of the preceding method claims, wherein the evaluation of the recorded measurement data for determining at least one zero point error in at least one axis of the acceleration sensor of the inertial measurement sensor system is carried out by a digital processing unit of the electronic pen and/or by an external digital processing unit, the external digital Arithmetic unit is in communication with the electronic pen. System umfassend eine Kalibriervorrichtung (11) nach einem der vorherigen Vorrichtungsansprüche und einen elektronischen Schreibstift (1) mit inertialer Messsensorik.System comprising a calibration device (11) according to one of the preceding device claims and an electronic pen (1) with inertial measuring sensors.
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