RU2074419C1 - Method for reading three-dimensional information - Google Patents
Method for reading three-dimensional information Download PDFInfo
- Publication number
- RU2074419C1 RU2074419C1 SU5048783A RU2074419C1 RU 2074419 C1 RU2074419 C1 RU 2074419C1 SU 5048783 A SU5048783 A SU 5048783A RU 2074419 C1 RU2074419 C1 RU 2074419C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coordinate
- vector
- coordinates
- angles
- magnetic field
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к индукционному преобразованию координат элементов трехмерных объектов в электрические сигналы и коды и автоматическому вводу последних в ЭВМ. The invention relates to automation and computer technology, namely to the inductive transformation of the coordinates of the elements of three-dimensional objects into electrical signals and codes and automatic input of the latter into a computer.
Известен способ индукционного измерения координат элементов диэлектрических объектов на плоскости и в пространстве, заключающийся в генерировании импульсных электромагнитных полей в фиксированных точках осей системы координат рабочего пространства, формировании сигналов ЭДС в приемных электрических контурах съемника координат, совмещаемого оператором с выбранным элементом объекта, цифровом представлении амплитуд индуцированных сигналов ЭДС и вычислении координат фиксирующей точки съемника функциональной обработки цифровых эквивалентов амплитуд индуцированных сигналов по заданному алгоритму (авт. св. СССР N 1379593, G 01 B 7/00). A known method of induction measurement of the coordinates of the elements of dielectric objects in the plane and in space, which consists in generating pulsed electromagnetic fields at fixed points of the axes of the coordinate system of the workspace, generating EMF signals in the receiving electrical circuits of the coordinate picker, which is combined by the operator with the selected element of the object, and a digital representation of the amplitudes induced EMF signals and calculating the coordinates of the fixing point of the puller functional processing of digital electronic ivalentov induced signal amplitudes for a given algorithm (auth. binding. USSR N 1379593, G 01
Недостатками известного способа и реализующего его устройства являются невысокая точность измерений, обусловленная неоднородностью генерируемого подгруппами координатных катушек и принимаемого магнитометрическими датчиками магнитного поля вдоль координатных осей ("краевой эффект") и ограничение функциональных возможностей, выражающееся в измерении только относительных перемещений съемника координат без вынесения последнего в процессе работы из заданного объема рабочего пространства. The disadvantages of the known method and the device that implements it are the low accuracy of the measurements, due to the heterogeneity generated by the subgroups of the coordinate coils and received by the magnetometric sensors of the magnetic field along the coordinate axes ("edge effect") and the limitation of functionality, expressed in measuring only the relative movements of the coordinate picker without making the latter in the process of working from a given amount of work space.
Наиболее близким к предлагаемому является способ индукционного измерения координат, реализованный в авт. св. N 1550548, кл. G 06 K 11/00 и основанный на возбуждении импульсных электромагнитных полей в точках координатных осей пространственной системы координат с заданным шагом дискретизации рабочего пространства, использовании в съемнике координат двух магнитометрических датчиков, выходной обобщенный информационный сигнал которых формируется как сумма квадратов амплитуд сигналов ЭДС, индуцируемых в трех взаимно ортогональных катушках индуктивности каждого из датчиков, формировании последовательности цифровых значений выходных сигналов датчиков, последовательном взаимном сравнении значений выходных сигналов датчиков, определении координат центров датчиков как положений экстремумов последовательностей значений их выходных сигналов по каждой из координатных осей и вычислений координат U=x,y,z} фиксирующей точки (острие, перекрестие) съемника, совмещаемой с выбранным элементом обрабатываемого объекта, по формулам вида
где U1=x1, y1, z1} U2=x2, y2, z2} a и b константы съемника координат (а расстояние от фиксирующей точки до центра первого датчика, b расстояние между центрами датчиков).Closest to the proposed is a method of induction measurement of coordinates, implemented in ed. St. N 1550548, cl. G 06 K 11/00 and based on the excitation of pulsed electromagnetic fields at the points of the coordinate axes of the spatial coordinate system with a given sampling step of the working space, the use of two magnetometric sensors in the coordinate puller, the output generalized information signal of which is formed as the sum of squares of the amplitudes of the EMF signals induced in three mutually orthogonal inductors of each of the sensors, forming a sequence of digital values of the output signals of the sensors, a thorough mutual comparison of the values of the output signals of the sensors, determining the coordinates of the centers of the sensors as the positions of the extremes of the sequences of the values of their output signals for each of the coordinate axes and the calculation of the coordinates U = x, y, z} of the fixing point (point, crosshair) of the puller, combined with the selected element of the processed object, according to the formulas of the form
where U 1 = x 1 , y 1 , z 1 } U 2 = x 2 , y 2 , z 2 } a and b are the coordinates of the stripper coordinates (and the distance from the fixing point to the center of the first sensor, b is the distance between the centers of the sensors).
Недостатком данного способа является невысокая точность, ограниченная механической (конструкционной) величиной (1 2 мм) шага размещения координатных катушек индуктивности, используемых для возбуждения импульсных электромагнитных полей в фиксированных точках координатных осей, и невысокое быстродействие, обусловленное необходимостью опроса импульсами тока большого количества коммутирующих координатные катушки элементов. The disadvantage of this method is the low accuracy, limited by the mechanical (structural) value (1 2 mm) of the step of placing the coordinate inductors used to excite pulsed electromagnetic fields at fixed points of the coordinate axes, and the low speed due to the need for polling current pulses of a large number of commuting coordinate coils elements.
Цель изобретения состоит в повышении точности индукционного считывания трехмерной информации за счет исключения механической дискретизации рабочего пространства по координатным осям путем использования вращаемого электромагнитного поля и увеличение быстродействия за счет минимизации числа возбуждающих поле координатных катушек индуктивности (сведения их числа к трем). The purpose of the invention is to increase the accuracy of the induction reading of three-dimensional information by eliminating the mechanical discretization of the working space along the coordinate axes by using a rotating electromagnetic field and increasing the speed by minimizing the number of coordinate field coils exciting the field (reducing their number to three).
Цель достигается тем, что в способе, включающем возбуждение переменного магнитного поля в системе координат рабочего пространства, формирование с помощью магнитометрического датчика, расположенного в съемнике координат, обобщенного информационного сигнала , где ei (i=1,2,3) амплитуда сигналов, индуцируемых в трех взаимно ортогональных приемных катушках индуктивности магнитометрического датчика, определение координат фиксирующей точки съемника по формулам x = xo+a•cosΦ, y = yo+a•cosψ, z = zo+a•cosθ,, где xo, yo, zo координаты центра магнитометрического датчика, а расстояние между фиксирующей точкой съемника и центром магнитометрического датчика, Φ,ψ,θ- углы между осью съемника (линией, соединяющей фиксирующую точку и центр магнитометрического датчика) и координатными осями, размещают плоскость одной из приемных катушек индуктивности (первой) магнитометрического датчика ортогонально оси съемника координат, формируют обобщенный информационный сигнал при вращении вектора В магнитной индукции поля поочередно в горизонтальной и вертикальной плоскостях, фиксируют максимальные значения амплитуд E
На фиг.1 показана пространственная ориентация оси съемника координат; на фиг. 2 схема вращения вектора магнитной индукции ; на фиг.3 график зависимости амплитуды итогового обобщенного информационного сигнала от расстояния; на фиг. 4 пример технической реализации способа; на фиг.5 схема ориентации оси съемника в вертикальной плоскости.Figure 1 shows the spatial orientation of the axis of the stripper coordinates; in FIG. 2 scheme of rotation of the magnetic induction vector ; figure 3 is a graph of the dependence of the amplitude of the final generalized information signal from distance; in FIG. 4 example of a technical implementation of the method; figure 5 diagram of the orientation of the axis of the puller in a vertical plane.
Сущность способа заключается в следующем. Если в начало декартовой системы координат (фиг.1) поместить источник переменного электромагнитного поля таким образом, что его магнитные составляющие по координатным осям изменяются в соответствии с соотношениями
где α, β углы между вектором магнитной индукции поля и положительными направлениями координатных осей ОХ и ОZ соответственно, то при измерении угла α в диапазоне [0,2π], а угла в диапазоне в каждой точке окружающего пространства (полусферы) создается магнитное поле, вектор магнитной индукции которого вращается вокруг начала системы координат (точки О), сохраняя постоянство своего модуля для равноудаленных от начала координат точек. Действительно, при выполнении условий (1) будем иметь
т. е. модуль вектора магнитной индукции в этом случае не зависит от углов α и β,, а зависит только от расстояния R исследуемой точки до начала координат.The essence of the method is as follows. If at the beginning of the Cartesian coordinate system (Fig. 1) we place the source of an alternating electromagnetic field so that its magnetic components along the coordinate axes change in accordance with the relations
where α, β are the angles between the vector magnetic field induction and the positive directions of the coordinate axes OX and OZ, respectively, when measuring the angle α in the range [0.2π], and the angle in the range at each point in the surrounding space (hemisphere) a magnetic field is created, a vector whose magnetic induction rotates around the origin of the coordinate system (point O), while maintaining the constancy of its module for points equidistant from the origin. Indeed, under conditions (1), we have
i.e. module the magnetic induction vector in this case does not depend on the angles α and β, but depends only on the distance R of the point under study to the origin.
Если теперь в точку А приема индуцированного сигнала поместить центр магнитометрического датчика, входящего в съемник координат и содержащего три идентичные круговые катушки индуктивности, ориентированные по взаимно ортогональным плоскостям и развернутые вокруг их общего центра А, то анализ амплитуды индуцированного обобщенного информационного сигнала EΣ, формируемого как корень квадратный из суммы квадратов амплитуд сигналов, индуцированных в каждой из приемных катушек индуктивности, и амплитуд отдельно взятых сигналов e1, индуцированных в приемной катушке (первой), плоскость S1 которой перпендикулярна оси съемника координат, позволяет определить координаты центра А магнитометрического датчика и ориентацию оси съемника координат.If now at the point A of the reception of the induced signal, place the center of the magnetometric sensor entering the coordinate picker and containing three identical circular inductors oriented along mutually orthogonal planes and deployed around their common center A, then the analysis of the amplitude of the induced generalized information signal E Σ , formed as square root of the sum of squares the amplitudes of the signals induced in each of the receiving inductors, and the amplitudes of the individual signals e 1 induced in the receiving coil (first), the plane S 1 of which is perpendicular to the axis of the coordinate picker, allows you to determine the coordinates of the center A of the magnetometric sensor and the orientation of the axis of the coordinate pickup.
Действительно, известно, что при вращении вектора магнитной индукции поля вокруг точки О в магнитометрическом датчике амплитуда индуцируемого обобщенного сигнала достигает своего максимума, когда направление радиус-вектора R вращения поля проходит через точку приема индуцированного сигнала, совмещаемую с центром А магнитометрического датчика. Это направление соответствует определенным значениям углов α и β, а значение амплитуды EΣ соответствует модулю радиус-вектора R, т.е. имеем полярные координаты точки А, от которых по известным формулам легко перейти к декартовым координатам xo, yo, zo центра А магнитометрического датчика.Indeed, it is known that during rotation of the vector the magnetic induction of the field around the point O in the magnetometric sensor, the amplitude of the induced generalized signal reaches its maximum when the direction of the radius vector R of the rotation of the field passes through the receiving point of the induced signal, compatible with the center A of the magnetometric sensor. This direction corresponds to certain values of the angles α and β, and the value of the amplitude E Σ corresponds to the modulus of the radius vector R, i.e. we have the polar coordinates of point A, from which, according to well-known formulas, it is easy to go to the Cartesian coordinates x o , y o , z o of the center A of the magnetometric sensor.
При известных координатах центра А магнитометрического датчика, при условии, что плоскость одной из приемных катушек индуктивности (S1) датчика ориентирована перпендикулярно оси съемника координат, и при известном расстоянии a=АМ от центра датчика до фиксирующей точки М съемника (конструктивная константа) можно определить декартовы координаты х, y, z из известных соотношений
(2)
где направляющие углы Φ, ψ, θ образованы осью съемника координат с осями OX, OY и OZ координатной системы, причем ψ = 90°-Φ..With the known coordinates of the center A of the magnetometric sensor, provided that the plane of one of the receiving inductors of the inductance (S 1 ) of the sensor is oriented perpendicular to the axis of the stripper coordinates, and with a known distance a = AM from the center of the sensor to the fixing point M of the stripper (structural constant), you can determine Cartesian coordinates x, y, z from known relations
(2)
where the guiding angles Φ, ψ, θ are formed by the axis of the coordinate puller with the axes OX, OY and OZ of the coordinate system, and ψ = 90 ° -Φ ..
Искомые углы Φ и θ связаны с углами a и β очевидными соотношениями v = α+Δα, q = β+Δβ, где Da и Db углы поворота оси МД съемника координат относительно направления радиус-вектора R соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях. The required angles Φ and θ are related to the angles a and β by the obvious relations v = α + Δα, q = β + Δβ, where Da and Db are the angles of rotation of the axis of the MD of the coordinate picker relative to the direction of the radius vector R, respectively, in the horizontal and vertical planes.
Необходимый для перехода к декартовым координатам метрический эквивалент амплитуды обобщенной информационного сигнала определяется решением обратной задачи интерполяции (Березин И.С. и Жидков Н.П. Методы вычислений, т.1, М. Физматгиз, 1959, с. 118, 119). На фиг.3 приведен график функциональной зависимости амплитуды обобщенного информационного сигнала магнитометрического датчика от расстояния R его центра А до начла координат. Такая зависимость легко определяется экспериментально, снимая показания EΣ,i магнитометрического датчика в узловых точках Ri при линейном перемещении датчика, как показано на фиг.3. Направление перемещения с учетом пространственной инвариантности как датчика переменного магнитного поля, так и магнитометрического приемного датчика может быть произвольным, но удобнее это сделать на плоскости. Экспериментально полученные значения EΣ,i хранятся в памяти используемой ЭВМ. При получении кодов амплитуды обобщенного информационного сигнала в ЭВМ запускается алгоритм ее преобразования в метрический эквивалент расстояния. Для этого по экспериментально полученным значениям EΣ,i строится полином Ln(R), например, по формуле Ньютона для равных промежутков и для интерполирования вперед (Березин и Жидков, с.118, 119) и путем последовательного сравнения зафиксированного значения амплитуды с последовательно вычисляемыми значениями полинома Ln(R) в диапазоне измерения величины R (определяется форматом рабочего пространства) находится соответствующее измеренному значению EΣ,изм расстояние Rизм в метрической системе измерения, которое используется для вычисления декартовых координат центра А датчика по известным формулам перехода от полярных координат к декартовым
по которым в соответствии с соотношениями (2) вычисляются конечные координаты острия съемника.The metric equivalent of the amplitude of the generalized information signal necessary for the transition to Cartesian coordinates is determined by solving the inverse interpolation problem (I. Berezin and N. N. Zhidkov, Calculation Methods, vol. 1, M. Fizmatgiz, 1959, p. 118, 119). Figure 3 shows a graph of the functional dependence of the amplitude of the generalized information signal of the magnetometric sensor from the distance R of its center A to the origin. Such a dependence is easily determined experimentally, taking readings E Σ, i of the magnetometric sensor at the nodal points R i with linear movement of the sensor, as shown in Fig.3. The direction of movement, taking into account the spatial invariance of both a variable magnetic field sensor and a magnetometric receiving sensor, can be arbitrary, but it is more convenient to do this on a plane. The experimentally obtained values of E Σ, i are stored in the memory of the computer used. Upon receipt of the amplitude codes of the generalized information signal in the computer, an algorithm for its conversion to the metric equivalent of distance is launched. For this , the polynomial L n (R) is constructed from the experimentally obtained values of E Σ, i , for example, according to Newton’s formula for equal intervals and for forward interpolation (Berezin and Zhidkov, p.118, 119) and by sequentially comparing the recorded amplitude with calculated values of the polynomial L n (R) in the measuring range value R (determined format workspace) is corresponding to the measured value E Σ, edited distance R MOD metric system of measurement, which is used for calculating the deck tovyh A center coordinate detector according to the known formulas of the transition from polar coordinates to cartesian
according to which, in accordance with relations (2), the final coordinates of the tip of the puller are calculated.
С целью увеличения быстродействия способа и упрощения процедуры формирования векторных составляющих по координатным осям суммарного магнитного поля (см. соотношения (1)) вращение поля целесообразно осуществлять поочередно по горизонтальной и вертикальной плоскостям. In order to increase the speed of the method and simplify the procedure for the formation of vector components along the coordinate axes of the total magnetic field (see relations (1)), it is advisable to rotate the field alternately along horizontal and vertical planes.
При этом соотношения (1) для пространственного вращения электромагнитного поля заменяются на соотношения
(4)
для вращения поля в плоскости XOY и на соотношения
(5)
для вращения поля в плоскости YOZ, реализация которых требует в m раз меньше времени, где m число уровней дискретизации угла вращения. Вращения электромагнитного поля абсолютно одинаковы для обеих выбранных плоскостей, что дает основание рассмотреть их на примере вращения в плоскости XOY (горизонтальной).Moreover, relations (1) for the spatial rotation of the electromagnetic field are replaced by the relations
(4)
to rotate the field in the XOY plane and on the relation
(5)
for rotation of the field in the YOZ plane, the implementation of which requires m times less time, where m is the number of levels of discretization of the angle of rotation. The rotation of the electromagnetic field is absolutely identical for both selected planes, which gives reason to consider them on the example of rotation in the XOY plane (horizontal).
Если в начале системы координат (фиг.2) поместить источник электромагнитного поля таким образом, что его магнитные составляющие по координатным осям ОХ и OY изменяются по соотношениям (4), то при изменении угла α в диапазоне 0≅α≅2π в каждой точке окружающего пространства создается электромагнитное поле, вектор магнитной индукции которого вращается вокруг точки возбуждения поля в плоскости XOY, сохраняя постоянство своего модуля для равноудаленных от центра вращения точек пространства. Множество таких точек образует окружность Т, получаемую сечением сферы радиуса R (R - расстояние выбранной точки пространства до центра вращения) плоскостями, параллельными плоскости XOY. Действительно, если рассмотреть две такие произвольные точки M1 и М2 (фиг. 2), то при выполнении соотношений (4) для модулей векторов , очевидно, будем иметь однотипные выражения
При этом, очевидно, что направления векторов при выполнении условий (4) в плоскости XOY совпадают с направлениями из точек М1 и M2 на центр вращения поля.If at the beginning of the coordinate system (Fig. 2) we place the source of the electromagnetic field so that its magnetic components along the coordinate axes OX and OY change according to relations (4), then when the angle α changes in the
Moreover, it is obvious that the directions of the vectors when conditions (4) are fulfilled in the XOY plane, they coincide with the directions from the points M 1 and M 2 to the center of rotation of the field.
Если теперь в точках М1 и M2 поместить магнитометрический датчик, то, как показано в работе "Расчет и проектирование электромагнитных координатно-измерительных устройств" (Минск: Наука и техника, 1989, с. 61 - 62, 112 114; Леонович Э. Н. и Жевелев Б.Я.), амплитуда индуцированного обобщенного информационного сигнала магнитометрического датчика, формируемая как EΣ = e
Как показано в той же работе, действие вектора магнитной индукции поля (в точке М1 это вектор , в точке M2 вектор ) на такой магнитометрический датчик эквивалентно действию на одну приемную катушку индуктивности, плоскость S которой все время остается перпендикулярной вектору . Для приведенного графического примера (фиг.2) такими положениями плоскостей эквивалентных катушек в точках М1 и M2 будут, очевидно, положения S1 и S2.As shown in the same work, the action of a vector magnetic field induction (at point M 1 this is a vector at the point M 2 the vector ) on such a magnetometric sensor is equivalent to acting on one receiving inductor, the plane S of which remains perpendicular to the vector all the time . For the graphic example given (FIG. 2), such positions of the planes of the equivalent coils at the points M 1 and M 2 will obviously be the positions S 1 and S 2 .
Справедливо утверждение, что при вращении вектора магнитной индукции амплитуда индуцированного обобщенного информационного сигнала достигает своего максимального значения при размещении центра магнитометрического датчика в точке, имеющей направление на точку вращения поля в плоскости XOY, определяемое углом α. Действительно, как видно из фиг.2, б, только в этом случае вектор образует с площадкой S1 в плоскости XOY прямой угол, которому соответствует максимум потока Ф вектора магнитной индукции через эту площадку. Как легко убедиться параллельным переносом вектора из точки M1 в точку M2 при состоянии магнитного поля, определяемом углом α1, вектор в точке M2 с площадкой S2 эквивалентной катушки образует в плоскости XOY угол γ, отличный от 90o, что соответствует меньшему значению потока в точке M2 при угле a1, а следовательно, и меньшему значению амплитуды EΣ обобщенного информационного сигнала.It is true that during the rotation of the magnetic induction vector amplitude of the induced generalized information signal reaches its maximum value when placing the center of the magnetometric sensor at a point having a direction to the point of rotation of the field in the XOY plane, determined by the angle α. Indeed, as can be seen from figure 2, b, only in this case the vector forms a right angle with the site S 1 in the XOY plane, which corresponds to the maximum flux Φ of the magnetic induction vector through this site. How easy it is to verify by parallel vector wrapping from point M 1 to point M 2 in a magnetic field determined by the angle α 1 , the vector at point M 2 with the platform S 2 of the equivalent coil forms an angle γ in the XOY plane that is different from 90 o , which corresponds to a lower value of the flow at point M 2 at an angle a 1 and, therefore, to a smaller value of the amplitude E Σ of the generalized information signal.
Точно такие же выводы справедливы и для вращения электромагнитного поля в плоскости YOZ (вертикальной). При этом фиксируется значение угла b, соответствующее максимуму амплитуды EΣ обобщенного информационного сигнала.Exactly the same conclusions are valid for the rotation of the electromagnetic field in the YOZ plane (vertical). In this case, the value of the angle b corresponding to the maximum amplitude E Σ of the generalized information signal is fixed.
При поочередном вращении электромагнитного поля амплитуда E
Для создания вращающегося магнитного поля в рабочем пространстве используются три идентичные катушки индуктивности, плоскости которых ориентированы по координатным плоскостям, а общий центр совмещен с началом системы координат (фиг. 4). Такая конструкция источника электромагнитного поля позволяет также определить углы Da и Db отклонения оси съемника координат относительно направления радиус-вектора R. Их определение рассмотрим на примере угла Db (фиг.5), так как эта процедура аналогична и для угла Da. To create a rotating magnetic field in the working space, three identical inductors are used, the planes of which are oriented along the coordinate planes, and the common center is aligned with the origin of the coordinate system (Fig. 4). This design of the source of the electromagnetic field also allows you to determine the angles Da and Db of the deviation of the axis of the stripper coordinate relative to the direction of the radius vector R. Let us consider their definition using the example of the angle Db (Fig. 5), since this procedure is similar for the angle Da.
Для отсчета угла Db примем в качестве исходного положение оси съемника координат, совпадающее с направлением радиус-вектора R, а положительное направление оси съемника выберем в сторону возрастания модуля радиус-вектора R. При отклонении оси съемника от этого положения по часовой стрелке угол , где вектор магнитной индукции магнитного поля, возбуждаемого горизонтальной катушкой индуктивности 3, вектор нормали к плоскости приемной катушки S1 съемника координат, совпадающей с осью последнего. В свою очередь, , где e
Кроме того, следует выделить особо положения оси съемника координат, когда e
Определение угла Da происходит аналогично при возбуждении, очевидно, отдельной излучающей катушки 2. The determination of the angle Da occurs in a similar manner when, obviously, a separate
На фиг. 4 представлен пример функциональной схемы устройства для реализации предложенного способа. Устройство содержит излучающие магнитное поле катушки индуктивности 1, 2, 3 плоскости которых взаимно ортогональны, а центры совмещены с началом системы координат. Входы излучающих катушек подсоединены к выходам генераторов 4, 5, 6 импульсов тока функционально изменяющейся амплитуды. Информационные (цифровые) входы генераторов 4, 5, 6 через коммутатор 7 связаны с информационным каналом "а" входящего в устройство вычислительного блока 8, в качестве которого может использоваться микроЭВМ, управляющие выходы "б" и "в" которой подключены соответственно к управляющим входам генераторов 4, 5, 6 и коммутатора 7. В устройство входит стержневой съемник координат 9, содержащий магнитометрический датчик, включающий первую, вторую и третью приемные катушки индуктивности 10, 11, 12, выходы которых через соответствующие усилители 13, 14, 15, аналоговые ключи 16, 17, 18 и элемент ИЛИ 19 подключены к аналого-цифровому преобразователю 20, информационными входами связанному через ключи передачи кода 21 с информационным входом "ж" вычислительного блока 8. При этом управляющие выходы "г", "д" и "е" вычислительного блока связаны соответственно с управляющими входами аналоговых ключей 16, 17, 18 и через элемент ИЛИ 22 с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя 20, а также через указанный элемент ИЛИ 22 и элемент задержки 23 с управляющим входом ключей передачи кода 21; плоскость первой приемной катушки индуктивности 10 съемника координат 9 размещена перпендикулярно оси съемника, которая проходит через общий центр приемных катушек индуктивности 10, 11, 12, в совокупности образующих магнито-метрический датчик. К вычислительному блоку 8 подключена кнопка пуска 24, конструктивно размещаемая в корпусе съемника 9. In FIG. 4 presents an example of a functional diagram of a device for implementing the proposed method. The device contains a magnetic field emitting
Устройство работает следующим образом. После установки съемника координат 9 в считываемую точку М (х, y, z) трехмерного объекта оператор замыкает кнопку пуска 24 вычислительного блока 8, который в соответствии с заранее введенной программой через коммутатор 7 заносит по информационному выходу "а" на генераторы 4 и 5 значения соответственно функции cosα и sinα в диапазоне изменения угла , синхронно запуская генераторы 4 и 5 по выходу "б", а по выходу "г" открывает аналоговый ключ 16. Генераторы токовых импульсов 4 и 5 одновременно возбуждают соответствующие излучающие катушки 1 и 2, создавая тем самым магнитное поле, суммарный вектор магнитной индукции которого вращается вокруг начала координат в горизонтальной плоскости XOY. На каждый шаг Δα вращения вектора с первой приемной катушки 10 через усилитель 13, открытый токовый ключ 16 и элемент ИЛИ 19 на АЦП 20 поступает индуцированный сигнал, амплитуда которого преобразуется в пропорциональный код и через ключи передачи кода 21 по сигналу с вычислительного блока 8 и выхода "г" передается в последний по информационному входу "ж". Такой процесс продолжается, пока не будет "отработан" весь диапазон изменения угла α. После этого аналогичные действия выполняются последовательно для второй 11 и третьей 12 катушек индуктивности.The device operates as follows. After installing the coordinate remover 9 at the read-out point M (x, y, z) of the three-dimensional object, the operator closes the
Таким же образом осуществляется развертка рабочего пространства по вертикальной плоскости YOZ при участии излучающих катушек 2 и 3, генераторов 5 и 6 и изменении угла b. In the same way, the working space is scanned along the vertical plane YOZ with the participation of radiating
По завершению развертки по углам a и b программой вычислительного блока 8 осуществляется определение максимума амплитуд E
В дальнейшем вычислительный блок 8 по заранее введенной в него программе выполняет следующие операции:
1) формирование амплитуд E
2) формирование амплитуды итогового обобщенного информационного сигнала , получаемого при воздействии на магнитометрический датчик суммарным магнитным полем;
3) определение обратным интерполированием метрического эквивалента амплитуды E
4) определение величин и ;
5) определение углов и , где i 0, 1, 2, 3, с учетом знаков величин e
6) определение углов v = α+Δα, , θ = β + Δβ;
7) вычисление координат центра А магнитометрического датчика по формулам ;
8) вычисление координат острия съемника координат (считываемой точки М) по формулам .Subsequently, the
1) the formation of amplitudes E
2) the formation of the amplitude of the final generalized information signal obtained by exposing the magnetometric sensor to a total magnetic field;
3) determination by reverse interpolation of the metric equivalent of the amplitude E
4) determination of quantities and ;
5) determination of angles and , where i 0, 1, 2, 3, taking into account the signs of the quantities e
6) determination of the angles v = α + Δα, θ = β + Δβ;
7) the calculation of the coordinates of the center A of the magnetometric sensor according to the formulas ;
8) the calculation of the coordinates of the tip of the stripper coordinates (read point M) according to the formulas .
Результаты операций 8 являются выходными данными устройства, реализующего предложенный способ. The results of
Claims (1)
где ei (i 1, 2, 3) амплитуда сигналов, индуцируемых в трех взаимноортогональных приемных катушках индуктивности магнитометрического датчика, и вычисление координат считываемой точки по формулам
x = xo+a•cosΦ,
y = yo+a•cosψ,
z = zo+a•cosθ,
где x0, y0, z0 координаты центра магнитометрического датчика;
a расстояние между фиксирующей точкой съемника координат и центром магнитометрического датчика;
Φ,ψ,θ- углы между осью съемника координат и координатными осями,
отличающийся тем, что размещают плоскость намотки первой приемной катушки индуктивности магнитометрического датчика ортогонально оси съемника координат, формируют обобщенный информационный сигнал при вращении вектора магнитной индукции переменного магнитного поля поочередно в горизонтальной и вертикальной плоскостях рабочего пространства, фиксируют максимальные значения амплитуд E
поворота оси съемника координат относительно направления радиуса-вектора центра магнитометрического датчика в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно, вычисляют углы
вычисляют координаты центра магнитометрического датчика согласно выражениям
xo= Rcosα•sinβ, yo= Rsinα•sinβ, zo= Rcosβ,
где R = f[E
where e i (i 1, 2, 3) is the amplitude of the signals induced in three mutually orthogonal receiving coils of the inductance of the magnetometric sensor, and the calculation of the coordinates of the read point using the formulas
x = x o + a • cosΦ,
y = y o + a • cosψ,
z = z o + a • cosθ,
where x 0 , y 0 , z 0 the coordinates of the center of the magnetometric sensor;
a distance between the fixing point of the coordinate stripper and the center of the magnetometric sensor;
Φ, ψ, θ - angles between the axis of the coordinate puller and coordinate axes,
characterized in that the winding plane of the first receiving inductance coil of the magnetometric sensor is placed orthogonal to the axis of the coordinate remover, a generalized information signal is generated when the vector is rotated of magnetic induction of an alternating magnetic field alternately in the horizontal and vertical planes of the working space, the maximum values of the amplitudes E
the rotation axis of the coordinate puller relative to the direction of the radius vector of the center of the magnetometric sensor in the horizontal and vertical planes, respectively, calculate the angles
calculate the center coordinates of the magnetometric sensor according to the expressions
x o = Rcosα • sinβ, y o = Rsinα • sinβ, z o = Rcosβ,
where R = f [E
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5048783 RU2074419C1 (en) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | Method for reading three-dimensional information |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5048783 RU2074419C1 (en) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | Method for reading three-dimensional information |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2074419C1 true RU2074419C1 (en) | 1997-02-27 |
Family
ID=21607543
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5048783 RU2074419C1 (en) | 1992-05-19 | 1992-05-19 | Method for reading three-dimensional information |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2074419C1 (en) |
-
1992
- 1992-05-19 RU SU5048783 patent/RU2074419C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1379598, кл. G 01 B 7/00, 1987. Авторское свидетельство СССР N 1650548, кл. G 06 K 11/00, 1991. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2142338C (en) | Position location system | |
US5592939A (en) | Method and system for navigating a catheter probe | |
US20050146327A1 (en) | Magnetic resonance scanner with electromagnetic position and orientation tracking device | |
Hu et al. | A cubic 3-axis magnetic sensor array for wirelessly tracking magnet position and orientation | |
JPH07260410A (en) | Spatial-position determining device for sensor element | |
US5530347A (en) | Induction-based semi-automatic device and method for reading coordinates of objects with a complicated structure and inputting data thereon into a computer | |
RU2074419C1 (en) | Method for reading three-dimensional information | |
US7417424B2 (en) | Magnetic-field-measuring device | |
JP2021081223A (en) | Smart guide wire and guide wire operation system | |
JP2000146509A (en) | Measuring system of magnetic motion capture device | |
RU2015565C1 (en) | Method of measuring three-dimensional coordinates | |
JPH0782083B2 (en) | Magnetic field measurement method | |
US20220026505A1 (en) | Method for calibrating the sensitivity of monoaxial or multiaxial magnetic field sensors | |
RU2166735C1 (en) | Device for remote determination of coordinates and attitude of object (versions) | |
SU894753A1 (en) | Device for registering object spatial travels | |
RU2131029C1 (en) | Method of determination of azimuth, zenith angle and angle of dip | |
RU2743151C1 (en) | Multielement eddy current converter | |
JP2639582B2 (en) | 3D coordinate input device | |
RU2690526C1 (en) | Method of determining object location and device for its implementation | |
EP1650576A1 (en) | Magnetic resonance scanner with electromagnetic position and orientation tracking device | |
RU2151405C1 (en) | Device determining position of object | |
JP2003004409A (en) | Position-measuring method and position-measuring apparatus | |
RU2138019C1 (en) | Device for remote fixing of position of object ( variants ) | |
SU1372261A1 (en) | Method olf determining plane position of object possessing magnetic moment | |
RU2015566C1 (en) | Device for reading out graphic information |