專利名稱：“位置數(shù)和”等分定位方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運動的物體在任意封閉路程上等分定位的檢測裝置及方法。
本發(fā)明所指的等分是對任意封閉路程理論上無誤差的等分；且起始等分點可為封閉路程上任一點，任意封閉路程既可是平面的，也可是空間的；既可以是圓、橢圓、多邊形，也可以是由直線、拋物線或其它曲線組成的封閉圖形。在工程實際當(dāng)中，常見的封閉路程有各種封閉的鏈?zhǔn)?，帶式生產(chǎn)線，加工中心刀庫的傳送帶及旋轉(zhuǎn)圓盤等運動的路程。
本發(fā)明的定位是指在封閉路程上運動的物體在此路程上理論上無誤差的定位，其位置是通過對安裝于其上的感受目標(biāo)的位置點的測量而確定的。感受目標(biāo)的位置點是指在感受目標(biāo)之上并代表其所在位置的點，此點可按需選擇，如可為感受目標(biāo)的邊緣端點、幾何中心等。各感受目標(biāo)位置的確定，也就是在封閉路程上運動的物體位置的確定。
通常對封閉路程等分定位的方法，是在確切知道路程全長或封閉角度后除以等分?jǐn)?shù)，再用每一等分段的長度或角度去確定路程的等分點；此種方法有兩方面問題無法解決一是當(dāng)不知路程全長準(zhǔn)確值時，無法精確等分；二是在已知路程全長，但與等分?jǐn)?shù)相除，不能剛好整除時，存在理論上的誤差。此外，現(xiàn)有技術(shù)中的等分定位裝置，都是采用一個感受器分別一個一個地去感測多個感受目標(biāo)的位置點，并只以一個感受目標(biāo)對應(yīng)的感受器輸出值確定等分點的位置；裝置等分定位精度的提高，主要取決于各感受目標(biāo)位置點的均布位置精度，當(dāng)?shù)确侄ㄎ痪扔休^高要求時，感受目標(biāo)勢必要有更高的均布位置精度，而實現(xiàn)高均布位置精度難度很大，往往成本很高，對環(huán)境要求也苛刻。
本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)理論上無誤差的任意等分封閉路程并保證在此封閉路程上運動的物體理論上無誤差定位的方法及裝置，從根本上解決現(xiàn)有技術(shù)前述的兩方面問題；此種方法易實現(xiàn)高精度且裝置結(jié)構(gòu)簡單，對環(huán)境也無苛刻要求，有廣闊的應(yīng)用前景。
本發(fā)明是以特定的裝置和方法來實現(xiàn)上述功能的。
本發(fā)明的裝置由傳感器系統(tǒng)及附屬設(shè)施構(gòu)成。傳感器系統(tǒng)由兩部分組成第一部分包含n個感受目標(biāo)G1,…,Gn(n為大于1的有限自然數(shù))，把它們設(shè)置于可在封閉路程上運動的物體上，且要求在測量時各感受目標(biāo)均布于封閉路程之上(即按各感受目標(biāo)的位置點均布于封閉路程之上)，感受目標(biāo)可隨運動物體往返運動。第二部分包含n個感受器F1,F2,…,Fn，它們都設(shè)置于封閉路程附近，各感受器在封閉路程上的量程分別為R1,R2,…,Rn(感受器在封閉路程上的量程是指感受器所能夠感知的感受目標(biāo)位置點在封閉路程上位置的路程范圍)，也要求在測量時R1,R2,…,Rn均布于封閉路程之上(即按R1,R2,…,Rn的位置點均布于封閉路程之上)；感受器在封閉路程上的量程R的位置點是指在R之上并代表其所在位置的點，此點可按需選擇，如可為R的端點、中心點等。量程R1,R2,…,Rn最好相等。
本發(fā)明在完成所需的等分定位過程中，可包括多次感受器對感受目標(biāo)的測量，每次測量時，均要求各感受目標(biāo)位置點之間及R1,R2,…,Rn位置點之間的排列順序和間隔路程不改變。將各感受目標(biāo)固置于一整體式的物體上，是滿足上述要求的最好途徑，如將各感受目標(biāo)按其位置點均布安裝于一個始終在封閉路程上運動的傳動鏈上，各感受器安裝于傳動鏈附近的支架上，使其R1,R2,…,Rn，的位置點也均布于封閉路程上，則無論何時測量，均可保證前述要求。但對某些特殊情況，各感受目標(biāo)要求分別設(shè)置于多個相互獨立的物體上，那幺也只要在完成所需等分定位過程中保證每次測量時，滿足上述要求，依然可實現(xiàn)對封閉路程理論上無誤差的等分定位；至于非測量時，各感受目標(biāo)位置點之間及R1,R2,…,Rn位置點之間的相互位置，以及它們是否同步運動等不作要求。
各感受目標(biāo)間及各感受器的R1,R2,…,Rn間的均布，無高均布位置精度要求，以|Δfmax|+|Δgmax|≤Rmin為原則，其中Δgmax為n個感受目標(biāo)中任意2個感受目標(biāo)位置點間路程的最大間隔誤差；Δfmax為n個感受器中任意2個感受器在封閉路程上的量程位置點間路程的最大間隔誤差，Δfmax,Δgmax的確切值不必一定知道，只要令Δfmax,Δgmax在某一設(shè)定的較大且易實現(xiàn)的范圍內(nèi)即可；Rmin為R1,…,Rn中的最小量程。各感受器的安裝位置以及感受目標(biāo)在運動物體上的安裝方位無特殊要求，以感受器可準(zhǔn)確測出感受目標(biāo)在封閉路程上的位置(即有“位置數(shù)”輸出)為原則。
感受器(或感受目標(biāo))的直接輸出值或經(jīng)適當(dāng)處理后的間接輸出值，其變化增量與所測感受目標(biāo)移動前后，其位量點在封閉路程上所處位置間的相應(yīng)路程長成線性關(guān)系。將上述感受器(或感受目標(biāo))的直接輸出值及間接輸出值統(tǒng)稱為“位置數(shù)”。在一個等分定位裝置中，各感受目標(biāo)所對應(yīng)的“位置數(shù)”的變化增量應(yīng)與相應(yīng)的路程長成等線性關(guān)系。本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)可為各種形式的傳感器系統(tǒng)，不論直接反應(yīng)感受目標(biāo)在封閉路程上的準(zhǔn)確位置，還是經(jīng)計算轉(zhuǎn)換間接反應(yīng)感受目標(biāo)在封閉路程上準(zhǔn)確位置的傳感器均可為本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)。當(dāng)感受器量程內(nèi)的路程為直線段時，則各種位移式傳感器均可很方便地用作本裝置的傳感器系統(tǒng)，當(dāng)路程長與角位移間的函數(shù)關(guān)系為線性時，可用各種角位移傳感器作為本裝置的傳感器系統(tǒng)。所應(yīng)注意的是有些傳感器系統(tǒng)其感受器與感受目標(biāo)互相感測，它們互為感受器和感受目標(biāo)，這時，可根據(jù)需要將其中之一作為感受器，另一個為感受目標(biāo)。
若上述感受器還具有一個感受器可感測輸出同一狀態(tài)下多個感受目標(biāo)的“位置數(shù)”的功能，則可以用一個感受器代替多個感受器；其實質(zhì)仍相當(dāng)于n個感受器對n個感受目標(biāo)。
本發(fā)明的附屬設(shè)施主要包括感受器、感受目標(biāo)的支承部分，整個裝置的動力源和傳動部分以及“位置數(shù)”求和比較及控制部分。
本發(fā)明實現(xiàn)等分定位的方法是在某起始位置，任選封閉路程上一點作為初始等分點，使n個感受器感測相應(yīng)的均布在封閉路程上的n個感受目標(biāo)，得到n個“位置數(shù)”A1,A2,…,An，求和M0=Σi=1nAi,]]>在感受目標(biāo)由初始位置移動到封閉路程全長L的n等分中某一等分路程長Lj=(L/n)*j位置后，n個感受器再進(jìn)行感測，得到n個新“位置數(shù)”A1’,A2’,…,An’，求和Mj=Σi=1nAi,]]>只要Mj=M0(即Mj-M0=0)，則感受目標(biāo)所移動到的位置離初始位置的路程長Lj=(L/n)*j便理論上無誤差。此時封閉路程上第j個等分點也隨之而確定。若M0≠Mj，則感受目標(biāo)移動到的位置離初始位置的路程長必不是Lj=(L/n)*j，此時，感受目標(biāo)實際所處位置離初始位置的路程長與等分理想路程(L/n)*j的差值為ΔL=(Mj-M0)/(k*n)，k為“位置數(shù)”的變化增量與相應(yīng)的路程長所成線性關(guān)系式ΔA=k*ΔL之斜率；則再調(diào)整ΔL，即可實現(xiàn)Mj=M0。
實際應(yīng)用時，在完成所需等分定位過程中，每次感受器對感受目標(biāo)的測量，均要求各感受器在封閉路程上的量程內(nèi)有相應(yīng)的感受目標(biāo)，所以，在開始測量時，應(yīng)使各感受目標(biāo)移入R1,R2,…,Rn的公共量程w內(nèi)，此公共量程也即前述ΔL的可調(diào)整范圍。
若把路程上所有點分為兩類，一類是把封閉路程全長L進(jìn)行n等分后，距起始等分點路程為Lj=(L/n)*j(n為大于1的有限自然數(shù))的各等分點，這是有限的一些點。另一類是相鄰等分點間的連續(xù)點，若這些等分點間的連續(xù)各點也能理論上無誤差定位，則全路程L上各點皆可實現(xiàn)理論上無誤差定位。
實施連續(xù)等分定位，要求n個感受器中，每相鄰兩個感受器在封閉路程上的量程相互精接或重疊，從而使封閉路程L上所有點與初始等分點間的路程Lj均可用Lj=(L/n)*j+(Mj-M0)/(k*n)來表示，即可實現(xiàn)封閉路程全程理論上無誤差連續(xù)等分定位。由于任一封閉路程上的點與其相似形路程上的點為一一對應(yīng)關(guān)系，故對此路程的等分定位，也就是對其相似形路程的等分定位。
由于感受器在封閉路程上的量程和感受目標(biāo)各自均布誤差的存在，以及各感受器R1,R2,…,Rn的差異，會出現(xiàn)如下情況第j-1個感受目標(biāo)已進(jìn)入每j個感受器在封閉路程上的量程Rj內(nèi)，而第j個感受目標(biāo)還未脫離Rj進(jìn)入第j+1個感受器的Rj+1之內(nèi)，但第j+1個感受目標(biāo)已進(jìn)入Rj+2，此時，Rj內(nèi)有兩個感受目標(biāo)，而Rj+1內(nèi)無感受目標(biāo)；這就需要將第j個感受目標(biāo)在Rj內(nèi)的“位置數(shù)”換算到Rj+1內(nèi)，使每個感受器都能對應(yīng)一個感受目標(biāo)，以便應(yīng)用“位置數(shù)和”等分定位方法中的公式Lj=(L/n)*j+(Mj-M0)/(k*n)來實現(xiàn)封閉路程全程理論上無誤差連續(xù)等分定位。
本發(fā)明的優(yōu)點如下第一，本發(fā)明裝置中各感受器的R1,R2,…,Rn及各感受目標(biāo)無高均布位置精度要求，其各自的均布位置精度與感受器的R1,R2,…,Rn有關(guān)(|Δfmax|+|Δgmax|≤Rmin)，而一般傳感器的量程較之均布要求大很多，所以，Δfmax,Δgmax的允許值可較大，且不影響裝置的等分定位精度；感受器和感受目標(biāo)的安裝方式、方位也無苛刻要求，故與現(xiàn)有技術(shù)以提高各感受目標(biāo)的均布位置精度來提高等分定位精度的方法相比，有極大的優(yōu)勢。
第二，本發(fā)明的等分定位是理論上無誤差的等分定位。
第三，起始等分點是按需任選的，故無原點復(fù)歸的問題。
第四，本發(fā)明進(jìn)行等分定位過程時間較短，在此期間，溫度等環(huán)境因素對傳感器的影響較小，而本發(fā)明的等分定位精度只與此短對間內(nèi)的傳感器的輸出值有關(guān)，故溫度等環(huán)境因素對本發(fā)明的影響較小。
第五，本發(fā)明可實現(xiàn)理論上無誤差的素數(shù)等分定位。
第六，本發(fā)明的在前述條件下可對任意封閉路程全程進(jìn)行理論上無誤差的真正數(shù)學(xué)意義上的連續(xù)等分定位，而不是現(xiàn)有技術(shù)那種以細(xì)分方法所實現(xiàn)的實質(zhì)上乃是一系列間斷點的“連續(xù)”等分定位。
第七，本發(fā)明可按需進(jìn)行動態(tài)，靜態(tài)測量。
第八，在現(xiàn)有技術(shù)中，可作為本發(fā)明裝置傳感器系統(tǒng)的傳感器多種多樣，從而提供了較寬的選擇范圍。
第十，對于平面封閉路程且此路程構(gòu)成關(guān)于X,Y軸對稱的圖形，則該路程在平面內(nèi)的微小移動對測量精度理論上無影響。
下面結(jié)合附圖和借助于有關(guān)實例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明

圖1是本發(fā)明“位置數(shù)和”等分定位裝置對任意封閉路程進(jìn)行等分定位的初始位置的原理圖。
圖2是本發(fā)明“位置數(shù)和”等分定位裝置對任意封閉路程進(jìn)行等分定位時，感受目標(biāo)隨運動物體移動到距初始位置(L/n)*j處的原理圖。
圖3為一種皮帶二等分定位裝置的俯視圖。
圖4為一種皮帶二等分定位裝置的正視圖。
圖5是滑線位移式傳感器系統(tǒng)的示意圖。
圖6是線繞電位器式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。
圖7是差動電感式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。
圖8是磁敏電阻式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。
圖9是電容式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。
圖10是激光-CCD傳感器系統(tǒng)的示意圖。
圖11是激光干涉儀傳感器系統(tǒng)的示意圖。
圖12是發(fā)電機式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。
圖13是光柵式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。
圖14是霍爾效應(yīng)式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。
圖15是感應(yīng)同步器式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。
圖16是探頭式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。
圖17為一種滑線式分層連續(xù)等分定位裝置的正視圖。
圖18為一種滑線式分層連續(xù)等分定位裝置的俯視圖。
圖19為一種磁柵式連續(xù)等分定位裝置的正視圖。
圖20為一種磁柵式連續(xù)等分定位裝置的A-A剖視圖。
圖21為一種磁柵式連續(xù)等分定位裝置的量程轉(zhuǎn)換示意圖。
圖1中，在任意封閉路程上運動的運動體(如鏈、弦、齒帶、皮帶等)上面，固置n個感受目標(biāo)G1,G2,…,Gn，它們的位置點n等分均布于封閉路程之上；在運動體附近，固置n個感受器F1,F2,…,Fn，它們在封閉路程上的量程R1,R2,…,Rn的位置點也均布于封閉路程之上；各感受目標(biāo)間與各感受器R間的位置點均布皆無高位置精度要求，只要保證|Δfmax|+|Δgmax|≤Rmin即可。n個感受器感測n個感受目標(biāo)得到A1,A2,…,An,共n個“位置數(shù)”，并求和M0=Σi=1nAi]]>。
圖2表示設(shè)置于運動體上的各感受目標(biāo)在封閉路程上都移動一個(L/n)*j的路程(L為封閉路程全長，j為1至n間的任一自然數(shù))。每個感受目標(biāo)隨著運動體一起移動，各感受器相對封閉路程固定不動。此狀態(tài)下，n個感受器再對n個感受目標(biāo)進(jìn)行感測，得n個新“位置數(shù)”A1’,A2’,…,An’，求和Mj=Σi=1nAi′]]>。 只要它們的和在移動前、后一樣，即Mj=M0，則感受目標(biāo)隨運動體運動到(L/n)*j處理論上無誤差，即實現(xiàn)了理論上無誤差的等分定位。若Mj≠M0時，則必不在路程(L/n)*j的真值處，這時可用公式ΔL=(Mj-M0)/(k*n)，進(jìn)行微動調(diào)整，從而使運動體達(dá)到路程真值處；至于j具體是幾，其確定方法可通過計取出現(xiàn)與M0相等的Mj值的次數(shù)實現(xiàn)。本例為第j次，即在(L/n)*j處；若感受器在封閉路程上的量程相接或部分重疊，則可實施連續(xù)等分定位。
圖3，圖4中，電機5經(jīng)軸6驅(qū)動帶輪3轉(zhuǎn)動，使皮帶2在帶輪3與從動輪4帶動下沿封閉路程運動(既可以正向也可反向)，2個感受目標(biāo)G1與G2均布固定在皮帶上，感受器F1與F2固置在支架1上，F(xiàn)1與F2在封閉路程上的量程R1,R2均布于封閉路程全長上，但G1與G2之位置點間以及R1,R2間的均布位置精度都要求不高，只要滿足條件|Δfmax|+|Δgmax|≤Rmin即可。式中Δgmax為兩感受目標(biāo)G1與G2位置點之間路程的最大間隔誤差。Δfmax為兩感受器在封閉路程上量程位置點間路程的最大間隔誤差。感受目標(biāo)G1,G2和感受器F1,F2組成的傳感器系統(tǒng)，可選用各類位移傳感器。此裝置二等分定位的程序是選擇一起始位，并任意設(shè)定一初始等分點，F(xiàn)1感測G1的“位置數(shù)”為A1,F2感測G2的“位置數(shù)”為A2，求和Σi=1nAi,]]>開動電機，皮帶移動到L/2處(L為帶長)，F(xiàn)1感測G2的“位置數(shù)”得A1′,F2感測G1的“位置數(shù)”得A2′，求和M1=Σi=1nAi′,]]>只要M1=M0，即理論上無誤差進(jìn)行了二等分定位。若M1≠M0則可用ΔL=(M1-M0)/(k*2)式進(jìn)行調(diào)整，直至M1=M0。也可利用各種角位移傳感器進(jìn)行對路程的測量，只需將F1,F2設(shè)置位置改變，如設(shè)于帶輪外或其上。
圖5到圖16，這12個圖(還有如光電位移傳感器以及各種角位移傳感器等，這里不再例舉)，它們都是圖3中的感受目標(biāo)G和感受器F的具體化傳感器類型，均為檢測路程長(直接或間接)的傳感器。雖然各型傳感器原理不同，但每個傳感器系統(tǒng)中，各感受器(或感受目標(biāo))的輸出值均應(yīng)準(zhǔn)確反應(yīng)感受目標(biāo)在封閉路程上的位置，且輸出相應(yīng)的“位置數(shù)”A。圖5中1為電阻絲，可選為感受目標(biāo)；2為電刷，可選為感受器；3為運動體。圖6中1為電位器，可選為感受器；2為電刷，可選為感受目標(biāo)；3為運動體。
圖7中1為銜鐵，可選為感受目標(biāo)；2為電感位移傳感器，可選為感受器；3為運動體。
圖8中1為磁敏電阻元件，可選為感受目標(biāo)；2為磁鐵，可選為感受器；3為運動體；4為感受目標(biāo)的支承裝置；5為感受器的支承裝置。
圖9中1為電容傳感器的動極板，可選為感受目標(biāo)；2為靜極板，可選為感受器；電為運動體，4為靜極板的支承裝置。
圖10中1為線陣(或面陣)CCD，可選為感受目標(biāo)；2為激光器，可選為感受器；3為運動體。
圖11中1為反射鏡，可選為感受目標(biāo)；2為激光干涉儀，可選為感受器；3為運動體。
圖12中1為感受目標(biāo)及運動體，可沿圖示箭頭方向運動；2為磁鐵，作感受器，利用發(fā)電機原理測量。
圖13中1為指示光柵，可選為感受目標(biāo)；2為主光柵，可選為感受器；3為運動體，可沿圖示箭頭方向運動；。
圖14中1為感受目標(biāo)及運動體，可沿圖示箭頭方向運動；2為磁鐵，可選為感受器，利用霍爾效應(yīng)原理測量。
圖15中1為感應(yīng)同步器滑尺，可選為感受目標(biāo)；2為感應(yīng)同步器定尺，可選為感受器；3為運動體，可沿圖示箭頭方向運動。
圖16中1為感受目標(biāo)；2為探頭式位移傳感器，可選為感受器；3為支架；其中探頭式位移傳感器可為機械式、光柵式、電渦流式、弦振式、光纖式、力敏式、電感螺線管式，氣動式，液壓式，磁敏式，電位器式、電感式等各種探頭傳感器。
圖17，圖18系用上、下兩層各5個滑線電位器式傳感器選為傳感器系統(tǒng)的封閉傳動帶連續(xù)等分定位裝置。
封閉的傳動帶1安放于支架2上面的可繞各自軸回轉(zhuǎn)的Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ帶輪上，其中Ⅳ輪與電機3同軸作為主傳動輪，其他各輪為從動輪。電刷在其上滑動的上、下兩層各5根等電阻導(dǎo)線分別按導(dǎo)線段中點均布裝于傳動帶上，作為感受目標(biāo)；10個電刷分5組，每2個一組分上、下安裝在一豎直線上，分別與不同層導(dǎo)線接觸，各組間也要求均布于傳動帶上。電壓Us對應(yīng)的路程長為感受器在封閉路程上的量程，上層5根導(dǎo)線中每一根兩端與下層5根導(dǎo)線中與之相鄰的兩根導(dǎo)線在圖17,18所示z方向都有小段重疊。由于量程很大，故導(dǎo)線段及電刷的均布安裝要求很低，只要保證測量時各電刷與相應(yīng)導(dǎo)線段接觸即可。實施等分定位時，可把上層作為主層，下層作為輔助層。進(jìn)行傳動帶全長5等分定位時，首先，選定傳動帶某一適當(dāng)位置，作為初始位置，F(xiàn)1,…,F5在G1,…,G5上感測相應(yīng)的“位置數(shù)”A1,…,A5，求和M0=Σi=15Ai,]]>而后使G1,…,G5隨傳動帶移動到下一位置時，F(xiàn)1,…,F5再讀取相應(yīng)的“位置數(shù)”A1,…,A5求和Mj=Σi=15Ai′]]>。 若Mj≠M0，則用公式ΔL=(Mj-M0)/(5*k)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整至Mj=M0后，則傳動帶移動的路程必為(L/n)*j。至于j是幾，則通過計數(shù)器計取與M0相等的Mj值的次數(shù)而定，如若出現(xiàn)過3次，則j=3。即傳動帶移動了(L/5)*3的路程，理論上無誤差。
當(dāng)不知L的確切值時，將導(dǎo)線、電刷大致均布于傳動帶上。由于導(dǎo)線較長，容易保證|Δfmax|+|Δgmax|小于導(dǎo)線段長Rmin，即每次測量時，均有電刷在導(dǎo)線上，則仍可理論上無誤差的5等分此路程。
對于上層公共量程w(即上層電刷始終與上層導(dǎo)線接觸時所對應(yīng)的路程范圍)之內(nèi)那部分連續(xù)路程各點的定位，仍用上層5根導(dǎo)線G1,…,G5及其對應(yīng)的電刷F1,…,F5，并用公式Lj=(L/n)*j+(Mj-M0)/(5*k)實現(xiàn)。對于上層公共量程之外各點的等分定位，要用到下層5根導(dǎo)線及其對應(yīng)的電刷。
由于上層任一導(dǎo)線段與下層相鄰兩導(dǎo)線段均有Z向投影的邊緣部分的重疊。所以，當(dāng)上層5個電刷中，任一個電刷Fi在即將滑離相應(yīng)上層導(dǎo)線段時，F(xiàn)i′已滑入相應(yīng)的下層導(dǎo)線段。同理，F(xiàn)i′在即將滑離相應(yīng)下層導(dǎo)線段時，F(xiàn)i已滑入下一個相應(yīng)的上層導(dǎo)線段。所以，若上層導(dǎo)線段的邊緣及導(dǎo)線段外的各點的“位置數(shù)”可由下層電刷對下層導(dǎo)線段的感測值轉(zhuǎn)換得到，這就可求得相應(yīng)的Mj的值。仍用Lj=(L/n)*j+(Mj-M0)/(5*k)實現(xiàn)全程理論上無誤差定位。
實現(xiàn)上述上、下層對應(yīng)值轉(zhuǎn)換的方法很多，本例采用如下方法上層F1輸出值Y與路程X呈Y=k*X+b線性關(guān)系，下層Fi’輸出值Y’與路程X呈Y’=k’*X+b’線性關(guān)系(b,b’為初始位置Y,Y’的值)，導(dǎo)線移過相同的路程后，則有關(guān)系式ΔY=ΔY’*(k/k’)，電刷在Z向投影重疊部分，任取一位置作為轉(zhuǎn)換位置，此時Fi輸出值為Fjm,Fi’輸出值為Fas’，此后，上層導(dǎo)線上及導(dǎo)線外各點的“位置數(shù)”均由Y=(k/k’)*(Y’-Fas’)+Fjs表示。若上、下兩層的感受器均與路程呈相同的線性關(guān)系，即k=k’，則上式變?yōu)閅=Y’+(Fjs-Fes’)，轉(zhuǎn)換直至上層又一導(dǎo)線段滑入Fi,Fi又開始有新的輸出值為止。(把下層作為主層，上層作為輔層，與上同理)；當(dāng)然也可采用測前標(biāo)定對應(yīng)值實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。
圖19，圖20，圖21中，磁柵整圓周布于轉(zhuǎn)臺2的小圓柱外側(cè)面上，共16個NS磁柵，磁頭F1,…,F8均布于支架4上；電機7帶動齒輪5轉(zhuǎn)動，齒輪5將運動傳遞給齒輪軸3，齒輪軸3下端通過軸承9安裝于支承座6上，固定在齒輪軸上端的轉(zhuǎn)臺2隨齒輪軸3一起轉(zhuǎn)動。
將16個NS磁柵分為8組，每2個NS磁柵一組，每組磁極呈S-N-N-S狀，作為8個感受器，量程為8個S-N-N-S區(qū)域R1,…,R8，位置點為量程中點S-S磁極相接處，磁頭作為感受目標(biāo)，此時，封閉路程隨磁柵一同轉(zhuǎn)動，本例中，“位置數(shù)”由感受目標(biāo)輸出。
選取量程中點附近某一位置作為起始位置，磁頭測得8個輸出值，即磁頭相對圓周路程上的“位置數(shù)”A1,…,A8，求和M0=Σi=18Ai;]]>轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，至下一位置時，磁頭又測得8個輸出值A(chǔ)1’,…,A8’，再求和得Mj，若Mj=M0時，則磁頭相對轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)到(L/8)*j處(j為小于等于8的自然數(shù))，j由Mj=M0的次數(shù)而定，如出現(xiàn)了4次Mj=M0的情況，則j=4，即磁頭相對轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)到了(L/8)*4處。若Mj≠M0，可用ΔL=(Mj-M0)/(k*8)進(jìn)行調(diào)整直至Mj=M0。
在公共范圍W內(nèi)，利用公式ΔL=(Mj-M0)/(k*8)，可實現(xiàn)W范圍內(nèi)各點的連續(xù)等分定位。如能將W范圍外各點也能實現(xiàn)連續(xù)等分定位，則可對路程全程進(jìn)行連續(xù)等分定位。本例8個量程首尾相接，量程布滿路程全程，可實現(xiàn)全程連續(xù)分度定位。
當(dāng)磁頭處于磁柵量程邊緣時，由于Δfmax,Δgmax的存在，會出現(xiàn)說明書中所述情況，即有的磁柵量程內(nèi)有兩個磁頭，而有的磁柵量程內(nèi)沒有磁頭。本例采用如下方法來進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
設(shè)磁頭Gi-1在第i-1個磁柵量程Ri-1內(nèi)，磁頭G1應(yīng)在第i個磁柵量程R1內(nèi)，卻進(jìn)入了第i+1個磁柵量程Ri+1，第i+1個磁頭在第i+1個磁柵量程R1+1內(nèi)，此時R1+1內(nèi)有2個磁頭，而R1內(nèi)沒有磁頭。轉(zhuǎn)換如圖21所示，圖(a)為磁頭在磁柵量程內(nèi)位置的示意圖；磁頭輸出的電感值與路程關(guān)系為圖21(b)所示三角函數(shù)關(guān)系，可轉(zhuǎn)換為圖21(c)所示的線性關(guān)系。磁頭G1在Ri+1內(nèi)的位置點為a，此時，應(yīng)將a點的值轉(zhuǎn)換到Fi的量程Ri內(nèi)，利用公式Y(jié)a=Ymax+k*[(Ya’-Ymin’)/k’]Ymin即可求得、其中Ya為經(jīng)轉(zhuǎn)換后磁頭在R1內(nèi)的“位置數(shù)”，Ymax為R1右邊界值；k,k’分別為Ri,Ri+1內(nèi)磁頭輸出“位置數(shù)”與路程間線性關(guān)系式的斜率，Ymin,Ymin’為磁頭在Ri及Ri+1量程左邊界輸出的位置數(shù)。由于本發(fā)明的前述要求，k要等于k’；這樣，就可用通式Lj=(L/n)*j+(Mj-M0)/(8*k)實現(xiàn)圓周連續(xù)等分定位。此裝置可用于動態(tài)，靜態(tài)測量。
權(quán)利要求
1．本發(fā)明的裝置由傳感器系統(tǒng)及附屬設(shè)施構(gòu)成，其特征是傳感器系統(tǒng)由兩部分組成，第一部分包含n個感受目標(biāo)G1,G2,…,Gn(n為大于1的有限自然數(shù))，把它們設(shè)置于可在任意封閉路程上運動的物體上，且要求在測量時各感受目標(biāo)均布于封閉路程之上(即按各感受目標(biāo)的位置點均布于封閉路程之上，感受目標(biāo)的位置點是指在感受目標(biāo)之上并代表其所在位置的點，此點可按需選擇)，感受目標(biāo)可隨運動物體往返運動；第二部分包含n個感受器F1,F2,…,Fn,它們都設(shè)置于封閉路程附近，各感受器在封閉路程上的量程分別為R1,R2,…,Rn(感受器在封閉路程上的量程R是指感受器所能夠感知的感受目標(biāo)位置點在封閉路程上位置的路程范圍)，要求在測量時R1,R2,…,Rn也均布于封閉路程之上(即按R1,R2,…,Rn的位置點均布于封閉路程之上；感受器在封閉路程上的量程R的位置點是指在R之上并代表其所在位置的點，此點可按需選擇)；本發(fā)明在完成所需等分定位過程中，可包括多次感受器對感受目標(biāo)的測量，每次測量時，均要求各感受目標(biāo)位置點之間及R1,R2,…,Rn位置點之間的排列順序和間隔路程不改變；各感受目標(biāo)可固置于一整體式的物體上，也可分別設(shè)置于多個相互獨立的物體上；各感受器的安裝位置以及感受目標(biāo)在運動物體上的安裝方位無特殊要求，以感受器可準(zhǔn)確測出感受目標(biāo)在封閉路程上的位置(即有“位置數(shù)”輸出)為原則；感受器(或感受目標(biāo))的直接輸出值或經(jīng)適當(dāng)處理后的間接輸出值，其變化增量與所測感受目標(biāo)移動前后，其位置點在封閉路程上所處位置間的相應(yīng)路程長成線性關(guān)系，將上述感受器(或感受目標(biāo))的直接輸出值及間接輸出值統(tǒng)稱為“位置數(shù)”；在一個等分定位裝置中，各感受目標(biāo)所對應(yīng)的“位置數(shù)”的變化增量應(yīng)與相應(yīng)的路程長成等線性關(guān)系；本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)可為各種形式的傳感器系統(tǒng)，不論直接反應(yīng)感受目標(biāo)在封閉路程上的準(zhǔn)確位置還是經(jīng)計算轉(zhuǎn)換間接反應(yīng)感受目標(biāo)在封閉路程上準(zhǔn)確位置的傳感器均可為本發(fā)明的傳感器系統(tǒng)；此外，對有些傳感器系統(tǒng)其感受器與感受目標(biāo)互相感測，它們互為感受器和感受目標(biāo)，此時，可根據(jù)需安將其中之一作為感受器，另一個為感受目標(biāo)。本發(fā)明的附屬設(shè)施主要包括感受器、感受目標(biāo)的支承部分，整個裝置的動力源和傳動部分以及“位置數(shù)”求和比較及控制部分。
2．本發(fā)明實現(xiàn)等分定位的方法，其特征是在某起始位置，任選封閉路程上一點作為初始等分點，各自在封閉路程上的量程要求均布的n個感受器分別感測相應(yīng)的均布在封閉路程上的n個感受目標(biāo)，得到n個“位置數(shù)”A1,A2,…,An，求和M0=Σi=1nAi;]]>感受目標(biāo)由初始位置移動到封閉路程全長L的n等分中某一等分路程長Lj=(L/n)*j位置后，n個感受器再進(jìn)行感測，得到n個新“位置數(shù)”A1’,A2’,…,An’，求其和Mj=Σi=1nAi′,]]>只要M0=Mj(即Mj-M0=0)，則感受目標(biāo)所移動到的位置離初始位置的路程長Lj=(L/n)*j便理論上無誤差(j為小于或等于n的自然數(shù))，此時封閉路程上第j個等分點也隨之而確定；若M0≠Mj，則感受目標(biāo)移動到的位置離初始位置的路程長必不是Lj=(L/n)*j，此時，感受目標(biāo)實際所處位置離初始位置的路程長與等分理想路程(L/n)*j的差值為ΔL=(Mj-M0)/(n*k)若再調(diào)整ΔL，即可實現(xiàn)Mj=M0。
3．權(quán)利要求1,2所指的封閉路程，其特征是既可是平面的，也可是空間的；既可以是圓周、橢圓、多邊形，也可以是由直線、拋物線或其它曲線組成的封閉圖形。
4．權(quán)利要求1中的感受器和感受目標(biāo)，若具有一個感受器可感測輸出同一狀態(tài)下多個感受目標(biāo)的“位置數(shù)”的功能，則可以用一個感受器代替多個感受器。若一個感受目標(biāo)可被同一狀態(tài)下多個感受器感測，且輸出各自的“位置數(shù)”，則可以用一個感受目標(biāo)代替多個感受目標(biāo)。
5．由權(quán)利要求1，當(dāng)各感受器量程內(nèi)的路程為直線段時，則各種位移式傳感器均可作為本裝置的傳感器系統(tǒng)，當(dāng)路程長與角位移間的函數(shù)關(guān)系為線性時，可用各種角位移傳感器作為本裝置的傳感器系統(tǒng)。
6．權(quán)利要求1,2中規(guī)定感受器對感受目標(biāo)的測量，可為靜態(tài)測量也可為動態(tài)測量。
7．權(quán)利要求1、2中規(guī)定的對封閉路程的等分定位，也是對其相似路程的等分定位。
8．權(quán)利要求1,2中規(guī)定的各感受目標(biāo)不要求一定同步運動，只要求在感受器測量感受目標(biāo)時，感受器在封閉路程上的量程之位置點間，各感受目標(biāo)位置點間的相互順序，間隔路程長保持不變。
9．由權(quán)利要求1,2，實施連續(xù)等分定位，要求n個感受器中，每相鄰兩個感受器在封閉路程上的量程相互銜接或重疊，使封閉路程L上所有點與初始等分點間的路程均可用Lj=(L/n)*j+(Mj-M0)/(k*n)來表示，即可實現(xiàn)封閉路程全程理論上無誤差連續(xù)等分定位；當(dāng)?shù)趈-1個感受目標(biāo)已進(jìn)入第j個感受器在封閉路程上的量程Rj內(nèi)，而第j個感受目標(biāo)還未脫離Rj進(jìn)入第j+1個感受器的Rj+1之內(nèi)，但第j+1個感受目標(biāo)已進(jìn)入Rj+2此時，Rj內(nèi)有兩個感受目標(biāo)，而Rj+1內(nèi)無感受目標(biāo)；這就需要將第j個感受目標(biāo)在Rj內(nèi)的“位置數(shù)”換算到Rj+1內(nèi)，使每個感受器都能對應(yīng)一個感受目標(biāo)，以便應(yīng)用“位置數(shù)和”等分定位方法中的公式Lj=(L/n)*j+(Mj-M0)/(k*n)來實現(xiàn)封閉路程全程理論上無誤差連續(xù)等分定位。
10．權(quán)利要求1,2中規(guī)定的各感受目標(biāo)及R1,R2,…,Rn在封閉路程上的均布，其特征是其均布無高均布位置精度要求，以|Δfmax|+|Δgmax|≤Rmin為原則，其中Δgmax為n個感受目標(biāo)中任意2個感受目標(biāo)位置點間路程的最大間隔誤差；Δfmax為n個感受器中任2個感受器在封閉路程上的量程位置點間路程的最大間隔誤差；Δfmax,Δgmax的確切值不必一定知道，只要令Δfmax,Δgmax在某一設(shè)定的較大的易實現(xiàn)的范圍內(nèi)即可。Rmin為R1,R2,…,Rn中的最小量程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種運動的物體在任意封閉路程上等分定位的檢測裝置及方法。裝置由包含n個感受器和感受目標(biāo)的傳感器系統(tǒng)及附屬設(shè)施構(gòu)成。感受器在該路程上的量程以及感受目標(biāo)在該路程上的設(shè)置無高均布位置精度的要求;通過感受器測得各感受目標(biāo)運動前后的“位置數(shù)”,利用求和比較的方法,實現(xiàn)任意封閉路程理論上無誤差的n等分定位,并給出了實現(xiàn)連續(xù)等分定位的條件及實施方法。
文檔編號G01B21/00GK1214447SQ9711914
公開日1999年4月21日 申請日期1997年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月14日
發(fā)明者劉北英 申請人:劉北英