磁性目标的感测制造技术

本发明专利技术涉及磁性目标的感测，其中公开了一种装置(110)包含：磁性目标(120)，用于产生均匀的并且关于该目标(120)的中心轴线同心的磁场；三轴数字磁性罗盘的阵列(130)，用于感测该磁场；以及处理器(140)，用于找到从罗盘(210)到目标(120)的矢量的交点。所述矢量位于垂直于中心轴线的全局X‑Y平面中。每个矢量指示从罗盘(210)中的一个到磁性目标(120)的被感测磁场的方向。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
磁性目标和传感器阵列可以被用来定位在非磁性壁后面的隐藏特征件。磁性目标被放置在壁后面的特征件处，并且遍及该壁的前表面扫描该传感器阵列。来自磁性目标的通量线由传感器阵列来感测。阵列的每个传感器可以使用绝对场强度作为磁场的位置的测量值。可以通过确定不同的传感器对之间的测量的磁场强度的差异并且利用该差异对磁性目标的相对位置进行三角测量来推测磁性目标的相对位置。一般来说，感测的场强度的差异与阵列到磁性目标的距离成比例，但并不总是这样。如果磁性目标产生弱场，或者如果一对中的两个传感器都离磁性目标很远，那么差异表现得较弱。由于阵列会呈现为比实际上更远离磁性目标，因此可能导致定位误差。
技术实现思路
根据本文中的一个实施例，一种装置包含：磁性目标，用于产生均匀的并且关于目标的中心轴线同心的磁场；三轴数字磁性罗盘的阵列，用于感测磁场；以及处理器，用于找到从罗盘到目标的矢量的交点。所述矢量位于垂直于中心轴线的全局X-Y平面中。每个矢量指示从罗盘中的一个到磁性目标的被感测磁场的方向。根据本文中的另一实施例，一种机器人系统包含用于对非磁性结构执行制造操作的第一和第二机器人。第一机器人包括：磁性目标，用于产生均匀的并且关于目标的中心轴线同心的磁场；以及第一末端执行器和用于将磁性目标定位在结构的第一侧处的定位系统。第二机器人包括：用于感测磁场的三轴数字磁性罗盘的感测阵列；制造工具；以及第二末端执行器和用于沿着结构的第二相对侧的表面扫描感测阵列以定位磁性目标的定位系统。第二机器人进一步包括处理器，用于找到从罗盘到磁性目标的矢量的交点。所述矢量位于全局X-Y平面中。每个矢量指示从罗盘中的一个到目标的被感测磁场的方向。第二机器人利用交点来相对于磁性目标定位制造工具。根据本文中的另一实施例，一种磁性目标包含圆柱形铁磁芯体、环绕该芯体的环形磁体以及围绕该芯体并邻近环形磁体的聚焦锥体。根据本文中的另一实施例，一种定位在非磁性结构后面的隐藏特征件的方法包含：将磁性目标放置在该特征件处，利用三轴数字磁性罗盘的阵列扫描该结构的前面，以及计算从每个罗盘到磁性目标的方向矢量。每个方向矢量位于垂直于磁性目标的中心轴线的X-Y平面中。该方法进一步包含：找到方向矢量的交点，利用交点来计算从目标到基准点的偏移矢量，以及利用偏移矢量来移动基准点。这些特征和功能可以在各种实施例中被独立地实现或可以在其他实施例中被组合。参考以下描述和附图能够看出实施例的进一步细节。附图说明图1是包括磁性目标和三轴数字磁性罗盘阵列的装置的图示。图2是该阵列的示例的图示。图3是确定磁性目标相对于阵列的位置的方法的图示。图4A是确定方向矢量的相交的方法的图示。图4B是偏移矢量的图示。图5A和图5B是计算磁性目标的深度的方法的图示。图6A-6C是磁性目标的示例的图示。图7是包括磁性目标和三轴数字磁性罗盘阵列的机器人系统的图示。图8是利用机器人系统来执行制造操作的方法的图示。具体实施方式参考图1，其图示了包括磁性目标120的装置110，该磁性目标120用于产生相当均匀且关于其中心轴线(A)同心的磁场。通量线从磁性目标120向外辐射。磁性目标120定义全局X轴、Y轴和Z轴，所述全局X轴、Y轴和Z轴形成全局坐标系。Z轴与磁性目标120的中心轴线(A)重合，并且全局X-Y平面由X轴和Y轴形成。全局X-Y平面垂直于中心轴线(A)。当在全局X-Y平面中观察时，考虑到磁场是相当均匀且同心的，则通量线被假设为是直的。装置110进一步包括用于感测磁场的三轴数字磁性罗盘的阵列130。每个数字磁性罗盘感测沿着其局部a轴、b轴和c轴的磁场，所述局部a轴、b轴和c轴形成局部坐标系。例如，每个数字磁性罗盘包括用于感测沿着每个局部轴线的磁分量的传感器。如果三个传感器几乎被堆叠在彼此的顶部上(这在常规数字磁性罗盘中是典型的)，则相同的磁场将会影响所有三个传感器。每个磁性传感器可以包括磁阻设备，该磁阻设备的阻抗响应于所施加的磁场而改变。每个数字磁性罗盘还可以包括用于提供磁场强度和方向的数字值的接口电子装置。此外参考图2，其图示了阵列130的示例。图2的阵列130包括在诸如电路板的基底220上的四个三轴数字磁性罗盘210。数字磁性罗盘210被布置在正方形的顶点处。开口230在基底220的中心处，并且基准点在开口230的中心处。每个数字磁性罗盘210的局部a轴、b轴和c轴不必与全局X轴、Y轴和Z轴对齐。例如，在图2中，局部a轴和b轴围绕局部c轴旋转了45度，以简化涉及将测量结果从局部坐标系转换为全局坐标系并且也用于确定磁性目标120的位置的计算。在感测操作期间，磁性目标120被放置在非磁性结构(W)的表面后面，并且阵列130沿着结构(W)的前表面移动。每个数字磁性罗盘210测量沿着其a轴、b轴和c轴的磁场强度。装置110进一步包括处理器140。对于每个数字磁性罗盘，处理器140计算在全局X-Y平面中从数字磁性罗盘210朝向磁性目标120行进的矢量。处理器140利用这些矢量的方向来确定磁性目标120的位置，但是不利用矢量的绝对磁场强度。因此，这些矢量将会在下文中被称为“方向矢量”。处理器140找到方向矢量在全局X-Y平面中的交点。交点指示磁性目标120相对于数字罗盘210的位置。根据该相对位置，可以推导出偏移矢量。例如，偏移矢量识别相距基准点的距离和方向。例如，图2中的开口230允许钻头穿过基底220。开口230的中心表示钻头的中心。因此，开口230的中心也表示基准点。偏移矢量可以表示钻头应当被移动以将它放置在磁性目标120上方的距离和方向。现在参考图3，其图示了方向矢量可以如何被计算并且然后被用来确定磁性目标120相对于数字磁性罗盘210的位置的示例。在方框310处，为每个数字磁性罗盘210确定方向矢量。每个数字磁性罗盘210感测该磁场沿着a轴和b轴的分量(a分量和b分量)，并且处理器140根据a分量和b分量确定到磁性目标120的方向矢量。在方框320处，局部坐标系中的方向矢量被转换为全局X-Y平面中的方向矢量。方向矢量在全局X-Y平面中的交点被确定。图4A提供了可以如何针对具有图2所示的构造的阵列130确定方向矢量和交点的示例。数字磁性罗盘210在角落A、B、C和D处。磁性目标120在位置P处。在每个角落处是局部坐标系的a轴和b轴。全局X-Y平面由X轴和Y轴来定义。由于局部a-b平面中的通量线呈现为直的，因此不管磁场强度如何，通量线都以相同的角度与数字磁性罗盘210相交。如果磁场从磁性目标120的尖端向外辐射，那么轴线的偏差不会显著地影响方向。对于每个角落存在一对互补的角度：对于角落A是A1和A2，对于角落B是B1和B2，对于角落C是C1和C2，并且对于角落D是D1和D2。在位置P处还存在四个中心角：∠APB、∠BPC、∠CPD和∠DPA。每个角度由两个方向矢量形成，并且点P位于两个方向矢量的相交处。可以利用所感测的磁场的a分量和b分量来找到针对每个角落的互补角度。例如，角度A1和A2可以根据在角落A处感测的a分量(a)和b分量(b)被计算为如下：A1＝atan(b/a)-π/4A2＝π/2-A2然后中心角被计算。例如，中心角∠DPA被计算为∠DPA＝π-(D2+A1)。线段AP、BP、CP和DP的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置(110)，其包含：磁性目标(120)，用于产生均匀的并且关于所述目标(120)的中心轴线同心的磁场；三轴数字磁性罗盘的阵列(130)，用于感测所述磁场；以及处理器(140)，用于找到从所述罗盘(210)到所述目标(120)的矢量的交点，所述矢量位于垂直于所述中心轴线的全局X‑Y平面中，每个矢量指示从所述罗盘中的一个到所述磁性目标(120)的被感测磁场的方向。

【技术特征摘要】
2015.05.12 US 14/710,5551.一种装置(110)，其包含：磁性目标(120)，用于产生均匀的并且关于所述目标(120)的中心轴线同心的磁场；三轴数字磁性罗盘的阵列(130)，用于感测所述磁场；以及处理器(140)，用于找到从所述罗盘(210)到所述目标(120)的矢量的交点，所述矢量位于垂直于所述中心轴线的全局X-Y平面中，每个矢量指示从所述罗盘中的一个到所述磁性目标(120)的被感测磁场的方向。2.根据权利要求1所述的装置(110)，其中所述相交是从所述矢量的方向而不是所述矢量的量值推导出的。3.根据权利要求1所述的装置(110)，其中所述处理器(140)利用所述交点来推导所述磁性目标(120)相对于所述磁性罗盘(210)在所述全局X-Y平面中的位置；其中所述处理器(140)确定从所述目标(120)到基准点的偏移矢量；以及其中每个数字磁性罗盘(210)包括用于感测所述磁场沿着局部a轴和b轴的分量的磁性传感器，并且其中所述分量被从所述局部a轴和b轴变换到所述全局X-Y平面。4.根据权利要求3所述的装置(110)，其中所述处理器(140)为每个罗盘(210)确定方向矢量；根据所述方向矢量确定所述交点；根据所述交点计算所述目标(120)的平面内距离；以及其中所述处理器(140)将所述磁性目标(120)的所述位置计算为所述平面内距离的统计量；并且其中所述处理器(140)计算所述平面内距离的统计置信量度。5.根据权利要求4所述的装置(110)，其中所述处理器(140)利用所述平面内距离和磁强度的至少一个z分量来计算所述磁性目标(120)的深度。6.根据权利要求1所述的装置(110)，其中所述阵列(130)进一步包括额外的数字磁性罗盘(210)；并且其中所述处理器(140)利用来自所述额外的罗盘的测量值来补偿地球的磁场和铁的影响。7.根据权利要求1所述的装置(110)，其中所述磁性目标(120)包括圆柱形铁磁芯体(610)和环绕所述芯体(610)的环形磁体(620)；并且其中所述磁性目标(120)进一步包括围绕所述芯体(610)并邻近所述环形磁体(620)的聚焦锥体(630)。8.根据权利要求7所述的装置(110)，其中磁性目标(120)进一步包括壳体(640)和在所述壳体(640)内用于向外偏置所述环形磁体(620)的弹簧(660)。9.一种利用权利要求1所述的装置(110)对非磁性结构执行制造操作的方法，所述方法包含：从所述结构的一侧定位所述磁性目标(120)；从所述结构的相对侧移动所述阵列经过所述磁性目标(120)的预期位置；利用所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·J·菲伊拉，A·R·默克雷，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US