漂移补偿/并行最小化制造技术

本发明专利技术涉及一种用于在二维书写基板上书写期间通过惯性测量传感器来识别和评估电子笔的笔位置的方法，其包括：在书写基板(108，205)上初始指定彼此正交的两个轴X，Y(101，102，201，202)和垂直于二维书写基板(108，205)的轴Z(103)，X轴(101，201)例如限定主要书写方向，以及相对于所述书写坐标系限定书写基板坐标x，y；补偿将要输出的电子笔的笔位置信号上的不期望的漂移，其包括：并行地执行电子笔(100，200，300)的方位角s(105，203)和倾斜角γ(104)的坐标变换到书写基板坐标x，y。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种识别和评估权利要求1前序部分所述类型的电子笔的运动模式和笔位置的方法，以及涉及一种权利要求9前序部分所述类型的电子笔，以及涉及一种根据权利要求10前序部分所述的系统。
技术介绍
当通过诸如加速度传感器或旋转速率传感器的惯性测量系统检测电子笔的运动时，所述传感器的数据必须被积分一次或两次以获得电子笔的速度信号(一次积分)或位置信号(二次积分)。在通过电子笔的惯性测量传感器测量加速度和/或角速度中的微小误差在一次积分的情况下可能导致较大的速度确定误差，这又会导致在速度信号积分之后的位置信号中的更大误差。可能的误差来源在此可以不仅包括数值积分方法的固有不精确性，而且还例如包括测量传感器信号模数转换的不精确性、例如由于温度漂移的零点误差、随机干扰或系统固有噪声分量。由于例如从先前确定的位置开始确定电子笔的新位置，在电子笔的速度和位置确定中的误差可能还会进一步累积，并且导致电子笔的运动信号以不期望的方式发生所谓的漂移。
技术实现思路
任务因此，本专利技术的目的在于改进电子笔，特别是关于精度，通过其可以检测电子笔运动，以及特别是关于在电子笔运动信号上的改进的漂移补偿。解决方案根据本专利技术，该目的通过一种识别和评估权利要求1前序部分所述类型的电子笔的笔位置的方法，以及通过一种权利要求9前序部分所述类型的电子笔，以及一种根据权利要求10前序部分所述的系统来实现。有利的实施方式和进一步的改进是从属权利要求的主题。为了检测电子笔的尖端或书写杆尖端的位置，所述笔可设置有惯性测量传感器，并且可通过对这些传感器的测量数据进行积分来重建运动。根据本专利技术，用于在二维书写基板上书写期间通过惯性测量传感器来识别和评估电子笔的运动模式和笔位置的方法可包括以下步骤：在书写基板上初始指定彼此正交的两个轴X，Y和垂直于二维书写基板的轴Z，X轴例如限定书写方向或主要书写方向。因此，轴X，Y，Z可限定适于电子笔的参考坐标系。在书写基板上彼此正交的两个轴(例如，所述X轴和所述Y轴)的所述初始指定可根据电子笔的纵轴相对于书写基板的仰角或倾斜角γ和/或根据电子笔纵向轴线的方位角ε或电子笔纵向轴线的投影来执行。因此，轴X，Y可限定书写基板平面，并且可用书写基板坐标x，y描述书写基板平面中的位置。此外，根据本专利技术的所述方法可包括补偿将要输出的电子笔的笔位置信号上的不期望的漂移，其包括以下步骤：对于从惯性测量传感器确定的方位角ε和倾斜角γ的值以及对于方位角ε和倾斜角γ的多个额外的可预先确定的值，并行地执行将电子笔的方位角ε和倾斜角γ的坐标变换到书写基板坐标x，y，例如方位角ε和倾斜角γ的多个额外的可预先确定的值可以预先确定的值间隔处于从惯性测量传感器确定的方位角ε和倾斜角γ的值附近；包括确定方位角ε和倾斜角γ的值的最优线性组合，在其中获得电子笔在Z方向上确定的加速度与在Z方向上预先确定的预期加速度的最小偏差；以及选择方位角ε和倾斜角γ的确定值，其导致电子笔在Z方向上确定的加速度与在Z方向上预先确定的预期加速度的最小偏差，用于校正将要输出的笔位置信号，例如特别是将要输出的电子笔的加速度信号。在该上下文中，应当指出的是，术语“笔位置信号”可包括电子笔的位置信号以及运动和加速度信号。此外，术语“惯性测量传感器”在下文中表示电子笔的多个惯性传感器，其能够在彼此正交的三个空间方向上测量加速度和/或局部磁场的强度和/或旋转速率，特别是电子笔的空间位置角度，例如方位角ε和倾斜角γ。方位角ε和倾斜角γ的值的线性组合在此可表示包括方位角ε相应值和倾斜角γ相应值的一对值。那么接下来，有利地和优选地，可以共同优化方位角ε和倾斜角γ的值，以便找到方位角ε和倾斜角γ的最佳的一对值，在这种情况下实现电子笔在Z方向上确定的加速度与在Z方向上的预先确定的预期加速度(其等于零或等于重力加速度)的最小偏差。替代地，还可想到独立的单独优化方位角ε和倾斜角γ的值，其可迭代地进行。因此，可以检测加速度与预期加速度的偏差，并可执行补偿在将要输出的笔位置信号上的不期望的漂移，尤其是在加速度信号空间上的漂移校正，即加速度信号在电子笔书写参考坐标系的空间方向X，Y和Z上的漂移校正。对于在优化期间检查的多对值中的每对方位角ε和倾斜角γ的值，可以确定在书写参考坐标系的三个空间方向X，Y和Z上的加速度，因此，可以确定或选择或插入相应的一对值，在这种情况下，实现电子笔在Z方向上确定的加速度与在Z方向上的预先确定的预期加速度(其等于零或等于重力加速度)的最小偏差。如果在Z方向上如此确定或校正的加速度信号是正确的，即对应于预先确定的预期值，那么在另外两个空间方向(即书写基板轴X和Y)上的加速度信号也是正确的，即它们通过在Z方向上的加速度信号的校正来校正。那么接下来，可以确定电子笔的倾斜角γ和方位角ε值的最佳线性组合，为此出现在Z方向上或沿着Z轴的确定的加速度中的误差，即与预期的加速度Z值(例如预期等于零或等于重力加速度的加速度Z值)的偏差，会变得最小。因此，可以通过从方位角ε和倾斜角γ的值的最佳线性组合确定的加速度信号来校正从惯性测量传感器确定的Z方向上的加速度信号。换言之，对于各种倾斜角γ和方位角ε可以并行地连续执行坐标变换的多个解，并且经由用于Z方向上预期加速度的边界条件，可以确定适于倾斜角γ和方位角ε的最佳的或可能最准确的一对值，并且这对值可用于计算电子笔的校正的笔位置信号和校正的加速度信号。对于倾斜角γ和方位角ε值的最佳线性组合的确定例如可基于简单的网格搜索，在这种情况下，用于倾斜角γ和方位角ε的值以预定的步长在预定的值间隔内变化，并且可以确定用于倾斜角γ和方位角ε的值，在这种情况下可以实现例如从惯性测量传感器在Z方向上确定的加速度与在Z方向上的预先确定的预期加速度的最小偏差。倾斜角γ和方位角ε的最佳线性组合的确定以及倾斜角γ和方位角ε的最佳值的确定例如也可借助于高斯消元法或借助于其它优化算法来执行，例如，通过局部梯度法(例如单纯形法)，其中待优化或最小化的量在此可以是由惯性测量传感器确定的在Z方向上的加速度与在Z方向上预先确定的预期加速度的偏差。以这种方式，可以有利的方式通过消去由测量传感器的不期望的漂移导致的可能误差来校正将要输出的笔位置信号，并且特别地例如它可检验确定的电子笔的倾斜角γ是否正确。例如，如果以这种方式确定的倾斜角γ是正确的，除了电子笔在书写基板坐标轴X，Y的坐标中的加速度之外，在例如由惯性测量传感器测量的加速度坐标变换到由正交书写基板坐标轴X，Y描述的书写基板坐标x，y之后，例如获得重力加速度值，其作为在与书写基板平面正交的轴Z上的加速度值。如果这样确定的Z加速度的值会与重力加速度的值偏离，尽管笔的尖端与片材或书写基板接触，如例如经由书写压力传感器可容易地检测到的那样，在确定的倾斜角γ中将很可能存在误差。这种误差可能例如由电子笔的测量传感器中的不期望的传感器漂移引起，但其也会分别由围绕笔和书写基板的磁场的异常引起。然而，如果在对加速度传感器数据进行积分之前已经从测得的加速度传感器数据中减去重力加速度，或如果例如书写压力传感器用信号通知与书写基板存在接触，则预期的Z方向上的加速度值和预期的书写基板坐标系中的Z信号的值理想地等于零。与预期的Z值例如在Z上的加速度值的偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在二维书写基板(108，205)上书写期间通过惯性测量传感器来识别和评估电子笔(100，200，300)的笔位置的方法，包括：在书写基板(108，205)上初始指定彼此正交的两个轴X，Y(101，102，201，202)和垂直于二维书写基板(108，205)的轴Z(103)，X轴(101，201)例如限定主要书写方向，以及相对于所述书写坐标系限定书写基板坐标x，y；补偿在将要输出的电子笔的笔位置信号上的不期望的漂移，包括：对于从惯性测量传感器确定的方位角ε(105，203)和倾斜角γ(104)的值以及对于方位角ε(105，203)和倾斜角γ(104)的多个额外的可预先确定的值，并行地执行电子笔(100，200，300)的方位角ε(105，203)和倾斜角γ(104)的坐标变换到书写基板坐标x，y；包括：确定方位角ε(105，203)和倾斜角γ(104)的值的最优线性组合，在其中实现电子笔在Z方向上确定的加速度与在Z方向上预先确定的预期加速度的最小偏差；以及选择方位角ε(105，203)和倾斜角γ(104)的确定值，这导致电子笔在Z方向上确定的加速度与在Z方向上预先确定的预期加速度的最小偏差，用于校正将要输出的笔位置信号。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.15 DE 102014106837.81.一种用于在二维书写基板(108，205)上书写期间通过惯性测量传感器来识别和评估电子笔(100，200，300)的笔位置的方法，包括：在书写基板(108，205)上初始指定彼此正交的两个轴X，Y(101，102，201，202)和垂直于二维书写基板(108，205)的轴Z(103)，X轴(101，201)例如限定主要书写方向，以及相对于所述书写坐标系限定书写基板坐标x，y；补偿在将要输出的电子笔的笔位置信号上的不期望的漂移，包括：对于从惯性测量传感器确定的方位角ε(105，203)和倾斜角γ(104)的值以及对于方位角ε(105，203)和倾斜角γ(104)的多个额外的可预先确定的值，并行地执行电子笔(100，200，300)的方位角ε(105，203)和倾斜角γ(104)的坐标变换到书写基板坐标x，y；包括：确定方位角ε(105，203)和倾斜角γ(104)的值的最优线性组合，在其中实现电子笔在Z方向上确定的加速度与在Z方向上预先确定的预期加速度的最小偏差；以及选择方位角ε(105，203)和倾斜角γ(104)的确定值，这导致电子笔在Z方向上确定的加速度与在Z方向上预先确定的预期加速度的最小偏差，用于校正将要输出的笔位置信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于方位角ε(105，203)被限定为在要被指定的坐标系(111，207)的X轴与相交线(106)之间的角度，沿着所述相交线由笔的纵向轴线和书写基板垂线限定的平面(106)与书写基板平面相交。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于将+30°±10°的值指定为方位角ε(105，203)的初始值。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于方位角ε(105，203)和/或倾斜角γ(104)的值以≤1°或≤0.1°的步长变化用于确定方位角ε(105，203)的值和倾斜角γ(104)的值的最佳线性组合。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在Z方向上的预先确定的预期加速度等于零或等于重力加速度。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于在电子笔的书写杆尖端相对于书写基板平面的静止点处，所述静止点例如由完全停止/点的设置引起，从积分的速度信号中局部地读取X和Y方向上的漂移，...

【专利技术属性】
技术研发人员：KP·肯普夫，
申请(专利权)人：斯特比洛国际公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE