專利名稱：：全“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路程理論上無誤差的等分；任意路程既可是平面的，也可是空間的；既可以是直線、圓弧、部分橢圓、拋物線等各種曲線或由上述各種曲線組成的不封閉圖形，也可以是任意的封閉圖形。在工程實際當(dāng)中，常見的路程有各種鏈?zhǔn)?、帶式生產(chǎn)線，加工中心刀庫的刀具傳送帶及旋轉(zhuǎn)分度盤的運動軌跡等路程，機(jī)床的直線移動部件的位移運動的路程。本發(fā)明的定位是指在所測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，此點可根據(jù)傳感器系統(tǒng)的特點按需選擇，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，也就是在此路程上運動的物體位置的確定(即定位)。通常對路程等分定位的方法，是在確切知道路程全長后除以等分?jǐn)?shù)，再用每一等分段的長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和感受器本身的精度這兩方面因素，因此，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)理論上無誤差等分任意路程并保證在此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多個感受目標(biāo)G0，G1，…，Gp(P為大于等于0的有限整數(shù)，如2，5，7，11或80，100008000000等)，把它們設(shè)置于可在某一路程上運動的物體上，且要求在測量時各感受目標(biāo)等間隔路程均布于此路程之上(即按各感受目標(biāo)的位置點等間隔路程均布于路程之上)，感受目標(biāo)可隨運動物體往返運動。第二部分包含多個感受器F0，F(xiàn)1，…，F(xiàn)q，(Q為大于等于0的有限整數(shù))，它們都設(shè)置于路程附近，各感受器在該路程上的量程分別為R0，R1，…，Rq(感受器在路程上的量程是指感受器所能夠感知的感受目標(biāo)位置點在路程上位置的路程范圍)，也要求在測量時R0，R1，…，Rq等間隔路程均布于路程之上(即按R0，R1，…，Rq的位置點等間隔路程均布于路程之上)；且其間隔路程與各感受目標(biāo)間的相同，感受器在路程上的量程R的位置點是指在R之上并代表其所在位置的點，此點可根據(jù)傳感器系統(tǒng)的特點按需選擇，如可為R的端點、中心點等。R0，R1，…，Rq最好為等量程。每一個感受目標(biāo)和任一個感受器均可構(gòu)成一個傳感器。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，各參與感測的感受目標(biāo)位置點之間及參與感測的感受器之R位置點之間的排列順序和間隔路程在各次測量時，均要求相同。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)按其位置點等間隔路程均布安裝于一個始終在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R0，R1，…，Rq的位置點也等間隔路程均布于路程上，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，那么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R0，R1，…，Rq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R0，…，Rq間的等間隔路程均布，無高均布位置精度要求，以|Δfmax|+|Δgmax|≤Rmin為原則，其中Δgmax為各感受目標(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為各感受器中任2個感受器在路程上的量程位置點間路程的最大間隔誤差，Rmin為R0，…，Rq中的最小量程。Δfmax，Δgmax的確切值不必一定知道，只要令Δfmax，Δgmax在某一設(shè)定的易實現(xiàn)的范圍內(nèi)即可。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)。表1</tables>號1-7本發(fā)明實施例號8-134對比例表1</tables>號1-7本發(fā)明實施例號8-134對比例若以Ms＝M0(s為小于或等于m的非負(fù)整數(shù))時的狀態(tài)作為新的初始狀態(tài)，Gn-s+1，Gn-s+2，…，Gn對應(yīng)Fn+1，…，F(xiàn)n+s，這時，G0，…，Gn對應(yīng)Fs，F(xiàn)s+1，…，F(xiàn)n+s，可得n+1個″位置數(shù)″A00’，…，A0n’，其中A00’＝Ass，A01’＝As(s+1)，…，A0(n-s)’＝Asn；A0(n-s+1)’，…，A0n’為Fn+1，…，F(xiàn)n+s對應(yīng)Gn-s+1，…，Gn得到的″位置數(shù)″；此時，Δg0’＝Δg0，Δgn’＝Δgn，Δf0’＝A00’/k-Δg0’，Δfn’＝A0n’/k-Δgn’；求和當(dāng)感受目標(biāo)運動到距新的初始位置(L/n)*1處時[即距原初始位置(L/n)*(s+1)處]，感受器Fs+1，…，F(xiàn)n+s對應(yīng)感受目標(biāo)G0，G1，…，Gn-1，感測得到n個″位置數(shù)″A11’，A12’，…，A1n’，F(xiàn)s的量程內(nèi)無相應(yīng)的感受目標(biāo)可感測，故令A(yù)10’＝A00’+k*(Δgn’-Δg0’)或A10’＝A0n’+k*(Δf0’-Δfn’)或A10’＝A00’+A0n’-k*(Δg0’+Δfn’)或A10’＝k*(Δgn’+Δf0’)，求和A11’，若M1’＝M0’，則感受目標(biāo)所移動到位置離新的初始位置的路程長必為(L/n)*1，且理論上無誤差，此時，感受目標(biāo)所移動到的位置離原初始位置的路程長為(L/n)*(s+1)。若G0前有同樣間隔路程的m個感受目標(biāo)G0m，…，G01，(此時m≤P-n-1)則當(dāng)M1＝M0時，即感受目標(biāo)運動到距初始位置(L/n)*1處，此時，F(xiàn)0對應(yīng)G0前一個感受目標(biāo)G01，此時仍然是n+1個感受器F0，…，F(xiàn)n對應(yīng)n+1個感受目標(biāo)G01，G0，…，Gn-1，并以此狀態(tài)作為新的初始狀態(tài)，可感測得到n+1個″位置數(shù)″A00’，A01’，A02’，…，A0n’其中，A01’＝A11，A02’＝A12，…，A0n’＝A1n；A00’為F0感測G01得到的″位置數(shù)″，Δf0’＝Δf0，Δfn’＝Δfn，Δg0’＝A00’/k-Δf0’，Δgn’＝A0n’/k-Δfn’；求和當(dāng)感受目標(biāo)運動到距新的初始位置(L/n)*1處時[即距原初始位置(L/n)*2處]，感受器F1，…，F(xiàn)n，對應(yīng)感受目標(biāo)G01，G0，…，Gn-2，感測得到n個″位置數(shù)″A11’，A12’，…，A1n’，F(xiàn)0的量程內(nèi)無相應(yīng)的感受目標(biāo)可供感測，故令A(yù)10’＝A0n’+k*(Δf0’-Δfn’)或A10’＝A00’+k*(Δgn’-Δg0’)或A10’＝A00’+A0n’-k*(Δg0’+Δfn’)或A10’＝k*(Δgn’+Δf0’)，求和若M1’＝M0’，則感受目標(biāo)所移動到位置離新的初始位置的路程長必為(L/n)*1，且理論上無誤差，此時，感受目標(biāo)所移動到的位置離原初始位置的路程長必為(L/n)*2；若M1’≠M0’，則離新的初始位置的路程長必不為(L/n)*1。若以Ms＝M0(此時，s為小于或等于m的非負(fù)整數(shù))時的狀態(tài)作為新的初始狀態(tài)，F(xiàn)0，…，F(xiàn)s-1對應(yīng)G0s，…，G01，這時，F(xiàn)0，…，F(xiàn)n對應(yīng)G0s，…，Gn-s，可得n+1個″位置數(shù)″A00’，…，A0n’，其中A0n’＝Ass，A0(s+1)’＝As(s+1)，…，A0n’＝Asn；A00’，…，A0(s-1)’為F0，…，F(xiàn)s-1對應(yīng)G0s，…，G01得到的″位置數(shù)″；此時，Δf0’＝Δf0，Δfn’＝Δfn，Δg0’＝A00’/k-Δf0’，Δgn’＝A0n’/k-Δfn’；求和當(dāng)感受目標(biāo)運動到距新的初始位置(L/n)*1處時[即距原初始位置(L/n)*(s+1)處]，感受器F1，…，F(xiàn)n對應(yīng)感受目標(biāo)G0s，G0(s-1)，…，Gn-s-1，感測得到n個″位置數(shù)″A11’，A12’，…，A1n’，F(xiàn)0的量程內(nèi)無相應(yīng)的感受目標(biāo)可供感測，故令A(yù)10’＝A0n’+k*(Δf0’-Δfn’)或A10’＝A00’+k*(Δgn’-Δg0’)或A10’＝A00’+A0n’-k*(Δg0’+Δfn’)或A10’＝k*(Δgn’+Δf0’)，求和若M1’＝M0’，則感受目標(biāo)所移動到的位置離新的初始位置的路程長必為(L/n)*1，且理論上無誤差，此時，感受目標(biāo)所移動到的位置離原初始位置的路程長必為(L/n)*(s+1)。若M1’≠M0’，則感受目標(biāo)移動到的位置離初始位置的路程長必不是(L/n)*(s+1)。當(dāng)然，無論是Fn后有m個感受器Fn+1，…，F(xiàn)n+m，還是G0前有m個感受目標(biāo)G0m，…，G01，都可采用迭代的方法進(jìn)行相應(yīng)路程的等分定位，即當(dāng)M1＝M0時，感受目標(biāo)已移動到離原初始位置(L/n)*1路程長處，且理論上無誤差，將此時的狀態(tài)作為新的初始狀態(tài)，并求出此時n+1個感受器對應(yīng)n+1個感受目標(biāo)所得到的n+1個″位置數(shù)″和M0’(M0’≠M0)，再利用前述通過M1＝M0確定(L/n)*1等分定位點的方法來求出M1’，從而確定感受目標(biāo)又理論上無誤差地移動了(L/n)*1路程長及確定了(L/n)*2路程長的等分定位點；此時，再以M1’＝M0’作為新的初始狀態(tài)，利用上述方法，又可求出M0”、M1”，確定(L/n)*3路程長的等分定位點，以此類推，可實現(xiàn)Fn后有m個感受器及G0前有m個感受目標(biāo)路程的理論上無誤差等分定位。二.當(dāng)?shù)确侄ㄎ坏母袦y零點不取在感受器在路程上的量程R之位置點與感受目標(biāo)之位置點的重合點時此時得到的″位置數(shù)″，較取在其重和點時的″位置數(shù)″相差一個R之位置點與測量零點間的有向路程，若將此種情況下得到的″位置數(shù)″去除相差的部分，即可用″一″中所述的方法進(jìn)行等分定位。由于任一等分定位點的確定(假設(shè)為第i個等分定位點，i為小于等于等分定位數(shù)的非負(fù)整數(shù))最終是由M1-M0是否為零決定的，故由于抵消作用，感測零點是否取在重合點，對于利用Δgn，Δg0求Ajt，從而進(jìn)行等分定位的方法無影響，不必對得到的″位置數(shù)″去除相差的部分，而對于利用Δfn，Δf0求Ajt的方法，若F0與Fn之R0，Rn等量程，也不必進(jìn)行相差部分的去除運算。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R0，…，Rn的公共量程w內(nèi)，此公共量程也即前述ΔL的調(diào)整范圍。若把路程上所有點分為兩類，一類是把路程全長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)，j為小于等于n的非負(fù)整數(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+1個感受器中，每相鄰兩個感受器在路程上的量程相互銜接或重疊，使路程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+1-j)]來表示，即可實現(xiàn)路程全程理論上無誤差的連續(xù)等分定位。由于任一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。所以，也可將n+1中部分感受目標(biāo)布置在相似路程上，只要感受器在相似形路程上的量程對應(yīng)到需等分的路程上的量程與另一部分感受器在此路程上的量程相互銜接或重疊，使需等分路程上的各點均被感受器在此路程上的量程所覆蓋，仍可進(jìn)行全路程的理論上無誤差的連續(xù)等分定位。此外，采用組合方式也可實現(xiàn)此功能。由于感受器在路程上的量程和感受目標(biāo)各自等間隔路程均布誤差的存在，以及各感受器R0，…，Rn的差異，會出現(xiàn)如下情況第j-1個感受目標(biāo)已進(jìn)入第j個感受器在路程上的量程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)，且第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)，以便用公式Lj＝(L/n)*j+(Mj-M0)/[k*(n+1-j)]來實現(xiàn)路程全程理論上無誤差的連續(xù)等分定位。當(dāng)R0與Rn重和，g0與gn重和，則是對封閉路程的n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R0，…，Rn及各感受目標(biāo)無高等間隔路程均布位置精度要求，其各自的等間隔路程均布位置精度與感受器的R0，…，Rn有關(guān)(|Δfmax|+|Δgmax|≤Rmin)，而一般傳感器的量程較大，相應(yīng)的，Δfmax，Δgmax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，本發(fā)明可對任意路程進(jìn)行等分定位，路程長可為已知長也可不準(zhǔn)確知其長度；特別適用于機(jī)床上直線坐標(biāo)移動的精確定位。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時間內(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)明的影響很小。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)明在前述的條件下可對任意路程全程進(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。而不同于現(xiàn)有技術(shù)用細(xì)分方法實現(xiàn)的那種實質(zhì)上仍是一系列間斷點的″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，可作為本發(fā)明傳感器系統(tǒng)的傳感器多種多樣，從而提供了較寬的選擇范圍。第九，本發(fā)明無″零漂″的問題。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是滑線位移式傳感器系統(tǒng)的示意圖。圖2是線繞電位器式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。圖3是差動電感式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。圖4是磁敏電阻式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。圖5是電容式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。圖6是激光-CCD傳感器系統(tǒng)的示意圖。圖7是激光干涉儀傳感器系統(tǒng)的示意圖。圖8是發(fā)電機(jī)式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。圖9是光柵式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。圖10是霍爾效應(yīng)式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。圖11是感應(yīng)同步器式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。圖12是探頭式位移傳感器系統(tǒng)的示意圖。圖13(包括圖13a，圖13b)是傳送帶部分等分定位裝置的結(jié)構(gòu)示意14(包括圖14a，圖14b)是扇形5等分定位安置結(jié)構(gòu)示意15(包括圖15a，圖15b，圖15c)為直線運動部件運動定位裝置的結(jié)構(gòu)示意16(包括圖16a，圖16b，圖16c，圖16d)是機(jī)床移動部件沿導(dǎo)軌運動定位裝置結(jié)構(gòu)示意17(包括圖17a，圖17b，圖17c)是機(jī)床移動部件在導(dǎo)軌上連續(xù)等分定位裝置結(jié)構(gòu)示意18是機(jī)床移動部件在導(dǎo)軌上連續(xù)等分定位裝置量程轉(zhuǎn)換示意1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2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3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4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。由于直接輸出值與位移呈非線性關(guān)系，故需經(jīng)標(biāo)定的適當(dāng)處理，使處理后的間接輸出值與所對應(yīng)的位移量呈線性關(guān)系，此間接輸出值為″位置數(shù)″。圖5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；3為運動體，4為靜極板的支承裝置。圖6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7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8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(jī)原理測量。圖9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10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11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12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(jī)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1到圖12，這12個圖(各種角位移傳感器類型與上述位移傳感器類型相對應(yīng)，工作原理相似；此外，還有如光電位移傳感器等，這里不再例舉)，它們都是感受目標(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)確反映感受目標(biāo)在路程上的位置，且輸出相應(yīng)的″位置數(shù)″。圖13是傳送帶部分等分定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖帶輪I，II，III安裝于板1上，板1裝于支架4，5上，傳送帶由2個帶輪撐張，電機(jī)3帶動帶輪I轉(zhuǎn)動，帶輪II，III為從動輪。感受目標(biāo)G0，G1，…，G5，G6安裝于傳送帶上，G0至G8間的感受目標(biāo)要求等間隔路程均布，感受器F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3安裝于板1上，其在路程上的量程R0，R1，R2，R3(就本例而言，傳送帶運動所沿軌跡即為傳送帶本身之形狀，故感受器在路程上的量程也就是在傳送帶上的量程)也要求等間隔路程均布，且間距與感受目標(biāo)之間距相同；本例中感受器在路程上的量程的中點以及感受目標(biāo)之中點分別取為各自的位置點(即a0，…，a6；b0，…b3)二者等間隔路程均布無高均布位置精度要求，以每次測量時，各感受器之量程R內(nèi)均表101<p>表1</tables>號1-7本發(fā)明實施例號8-134對比例在上述兩種情況下，當(dāng)Mj≠M0時，轉(zhuǎn)盤所處位置與理想等分位置間所夾角度的差值為Δθ＝(Mj-M0)/k*(6-j)，調(diào)整轉(zhuǎn)盤，則可使Mj＝M0，從而實現(xiàn)對所夾角度的第j個等分點處的理論上無誤差定位，并可利用Δθ公式來實現(xiàn)Δθ調(diào)整范圍內(nèi)各點的連續(xù)等分定位。圖15為直線運動部件運動定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖運動部件1沿物體4直線往返運動，感受目標(biāo)G0，G1，…，Gn安裝于運動部件1上，要求等間距均布其上，位置點取為各感受目標(biāo)之中點，并已知Δgn，Δg0；感受器F0，F(xiàn)1，…，F(xiàn)n安裝于支架3上，支架3固定于物體4上，2為防護(hù)罩，F(xiàn)0，F(xiàn)1，…，F(xiàn)n在路程上的量程R0，…，R0之位置點取為各自的中點，且為等分定位感測零點，也要求全程等間距均布，且與G0，G1，…，Gn之間距相同，二者的等間距均布皆無高均布位置精度要求。以每次測量時，感受器量程內(nèi)均有相應(yīng)的感受目標(biāo)為原則。選一適當(dāng)位置作為初始位置(如圖15示位置)，使得每次測量時各感受器量程R內(nèi)均有感受目標(biāo)。初始狀態(tài)時，F(xiàn)0，F(xiàn)1，…，F(xiàn)n均有對應(yīng)的感受目標(biāo)G0，G1，…，Gn；可得位置數(shù)A0，…，An，求和感受目標(biāo)隨相對運動物體運動到距初始位置(L/n)*1處，感受器F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n對應(yīng)感受目標(biāo)G0，G1，…，Gn-1感測得到n個″位置數(shù)″A11，A12，…，A1n；F0的量程內(nèi)無相應(yīng)的感受目標(biāo)可供感測，故令A(yù)10＝A00+k*(Δgn-Δg0)，求和若M1＝M0，則感受目標(biāo)所移動到位置離初始位置的路程長必為(L/n)*1，且理論上無誤差，若M1≠M0，則路程長必不為(L/n)*1。當(dāng)感受目標(biāo)運動到距初始位置(L/n)*2處時，感受器F2，F(xiàn)3，…，F(xiàn)n對應(yīng)感受目標(biāo)G0，G1，…，Gn-2感測得到n-1個″位置數(shù)″A22，A23，…，A2n；F0，F(xiàn)1的量程內(nèi)無相應(yīng)的感受目標(biāo)可供感測，故令A(yù)21＝A11+k*(Δgn-Δg0)，A20＝A00+A1n-A0n+k*(Δgn-Δg0)，求和M2＝若M2＝M0，則感受目標(biāo)所移動到位置離初始位置的路程長必為(L/n)*2，且理論上無誤差，若M2≠M0，則路程長必不為(L/n)*2。當(dāng)感受目標(biāo)移動到(L/n)*j處，n-j+1個感受器Fj，F(xiàn)j+1，…，F(xiàn)n對應(yīng)n-j+1個感受目標(biāo)G0，G1，…，Gn-j感測得到n-j+1個″位置數(shù)″Ajj，Aj(j+1)，…，Ajn，因F0，…，F(xiàn)j-1感受器量程內(nèi)無相應(yīng)的感受目標(biāo)，故令A(yù)j(j-1)＝A(j-1)(j-1)+k*(Δgn-Δg0)，…，Ait＝Att+A(j-t-1)n-A0n+k*(Δgn-Δg0)，…，Aj0＝A00+A(j-1)n-A0n+k*(Δgn-Δg0)；求各″位置數(shù)″和只要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。在上述情況中，當(dāng)Mj≠M0時，可利用ΔL＝(Mj-M0)/[k*(n+1-j)]進(jìn)行調(diào)整，這樣，就可對全程L進(jìn)行理論上無誤差n等分。圖16是機(jī)床移動部件在導(dǎo)軌上運動定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖移動部件2在床身導(dǎo)軌1上往返運動，感受目標(biāo)(電容靜極板，寬度都為h)G0，…，Gn等間距均布于機(jī)床導(dǎo)軌1上，位置點取靜極板的中點；感受器(電容動極板，且寬度都為h)F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3安裝于移動部件2上(如圖16所示)；F0，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3之R0，R1，R2，R3的范圍即為2h，感受目標(biāo)在此范圍內(nèi)的位置與感受器輸出相應(yīng)的″位置數(shù)″的關(guān)系如圖16所示，位置點取在電容動極板的中點，其間距與感受目標(biāo)的相同，感受目標(biāo)及R0，R1，R2，R3的等間距均布無高均布位置精度要求，以每次測量時，感受器量程內(nèi)均有相應(yīng)的感受目標(biāo)為原則。電容動、靜極板中點重合時作為測量零點(即輸出″位置數(shù)″為零)，本例中，要實現(xiàn)移動部件L/2之倍數(shù)的等分定位，只要將F0，F(xiàn)2在移運部件上的量程R0，R2之位置點的距離Lf(即F0，F(xiàn)2之中點間的距離)調(diào)整至L即可。設(shè)某一初始位置，F(xiàn)0，F(xiàn)1，F(xiàn)2輸出相應(yīng)的″位置數(shù)″為A00，A01，A02，求和當(dāng)移動部件移至L/2處，F(xiàn)1，F(xiàn)2輸出相應(yīng)″位置數(shù)″A11，A12，此時令A(yù)10＝A02，求和若M1＝M0，則移動部件移動了L/2距離，理論上無誤差；若M1≠M0，則移動部件移動距離必不為L/2。以M1＝M0狀態(tài)為新的初始狀態(tài)，F(xiàn)0，F(xiàn)1，F(xiàn)2又對應(yīng)3個電容動極板，此時又有3個相應(yīng)的″位置數(shù)″A00’，A01’，A02’輸出，求和移動部件又移動L/2距離后，F(xiàn)1，F(xiàn)2輸出相應(yīng)″位置數(shù)″A11’，A12’，此時，令A(yù)10’＝A02’，再求和若M1’＝M0’，則移動部件又移動了距離L/2，理論上無誤差。依上類推，只要移動部件上等間距均布足夠的感受目標(biāo)，則移動部件可進(jìn)行全程已知距離L/2倍數(shù)的等分定位，且理論上無誤差。如L＝6，則可實現(xiàn)距初始位置為3n距離(n大于等于1小于感受目標(biāo)數(shù)的整數(shù))各點的等分定位。上述中，當(dāng)M1≠M0時，可通過公式ΔL＝(Mj-M0)/[k*(n+1-j)]進(jìn)行調(diào)整，(本例n＝2，j＝1)。此外，還可利用ΔL＝(Mj-M0)/[k*(n+1-j)]公式在可調(diào)整范圍內(nèi)進(jìn)行等分定位點附近各連續(xù)點的準(zhǔn)確定位。如L＝20，若移動部件要求移動到距初始位置70.02處，則計取7次求和比較相等后，此時移動部件已移到7*(20/2)＝70處，再利用ΔL＝(M1(6)-M0(6))/2*k公式(上標(biāo)(6)表示進(jìn)行第7次求和比較相等次數(shù))進(jìn)行微調(diào)得到0.02(0.02應(yīng)在可調(diào)整的范圍之內(nèi))，從而實現(xiàn)70.02理論上無誤差的位移定位。圖17是機(jī)床移動部件在導(dǎo)軌上連續(xù)等分定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖移動部件1在導(dǎo)軌4上往返運動，磁柵附于移動部件外側(cè)面上，2(m+1)個磁柵中相鄰磁柵邊緣相接，分為m個組，每2個磁柵一組，每組磁極呈S-N-N-S狀，本例將m組磁柵作為m個感受器，量程為m個S-N-N-S區(qū)域R0，…，Rm，各區(qū)域位置點取中點N-N磁極相接處。磁頭作為感受目標(biāo)，且輸出″位置數(shù)″，安裝于支架3上，支架3安裝于機(jī)床導(dǎo)軌4上；G0，G1，G2位置點之間距與R0，R1，…，Rm之位置點間距相同。每組磁柵及磁頭的布置均無高均布位置精度要求，但G0與G2之距離Lg要準(zhǔn)確知道，這可通過測量得到；若測得Lg為非整數(shù)，為使用方便，可通過對G0，G2的位置調(diào)整的方法來使Lg等于整數(shù)值，也可用說明書中所述方法來實現(xiàn)，即若Lg與某整數(shù)值L相差Δg，則令Δg0＝Δg。選取磁頭在量程中點附近某一位置作為初始位置，磁頭G0，G1，G2測得3個″位置數(shù)″A00，A01，A02，求和當(dāng)移動部件向左移動距離L/2后，G0，G1測得兩″位置數(shù)″A11，A12，此時令A(yù)10＝A00-Δg，求和若M1＝M0，則移動部件移動了L/2距離，理論上無誤差；若M1≠M0，則移動部件移動距離必不為L/2，可通過公式ΔL＝(M1-M0)/(2*k)進(jìn)行調(diào)整，使M1＝M0，并以此作為新的初始位置，此時G0，G1，G2輸出相應(yīng)的″位置數(shù)″A00’，A01’，A02’，其中A00’＝A11，A01’＝A12，A02’為G2感測對應(yīng)的新的R的″位置數(shù)″，求和M0’＝重復(fù)上述步驟，當(dāng)出現(xiàn)″位置數(shù)″和等于M0’時則移動部件又理論上無誤差地移動了L/2。依上述方法類推，移動部件可在全程基本單位為L/2之倍數(shù)的各點進(jìn)行等分定位，其倍數(shù)可通過計取各″位置數(shù)″求和及比較相等的次數(shù)求得；如進(jìn)行了兩次求和相等比較，則移動部件所處位置距原始位置為(L/2)*2距離。本例中，由于R0，R1，…，Rm相鄰量程邊緣相接，故可實現(xiàn)全程理論上無誤差連續(xù)等分定位。由于感受器在路程上的量程和感受目標(biāo)各自等間距均布誤差的存在，以及各感受器R0，R1，…，Rm的差異，會出現(xiàn)如下情況第j-1個感受目標(biāo)已進(jìn)入第j個感受器在路程上的量程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)，且第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)，以便用公式Lj＝(L/n)*j+(Mj-M0)/[k*(n+1-j)]來實現(xiàn)路程全程理論上無誤差連續(xù)等分定位。可采用如下方法來進(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Gi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內(nèi)，第i+1個磁頭在第i+1個磁柵量程Ri+1內(nèi)，此時Ri+1內(nèi)有2個磁頭，而Ri內(nèi)沒有磁頭。轉(zhuǎn)換如圖18所示，圖18(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18(b)所示三角函數(shù)關(guān)系，可轉(zhuǎn)換為圖18(c)所示的線性關(guān)系。磁頭Gi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)m＝Y(jié)max+(Ym’-Ymin’)即可求得。其中Ym為經(jīng)轉(zhuǎn)換后磁頭在Ri內(nèi)的″位置數(shù)″，Ya’為經(jīng)轉(zhuǎn)換后磁頭在Ri+1內(nèi)的″位置數(shù)″，Ymax為Ri右邊界值；k為磁頭輸出的″位置數(shù)″與路程間線性關(guān)系式的斜率，Ymin’為磁頭在Ri+1量程左邊界輸出的″位置數(shù)″。這樣，就可用通式Lj＝(L/n)*j+(Mj-M0)/[k*(n+1-j)]實現(xiàn)連續(xù)等分定位。對感應(yīng)同步器式，光柵式編碼器式傳感器在應(yīng)用中的處理方法與上類似；本例中，Gi-1為G0，Gi-2為G1，Gi-3為G2，j＝1，n＝2；此裝置可用于動態(tài)，靜態(tài)測量。權(quán)利要求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+1個感受器中，每相鄰兩個感受器在路程上的量程相互銜接或重疊，使路程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+1-j)]來表示，即可實現(xiàn)路程全程理論上無誤差連續(xù)等分定位；由于任一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。所以，也可將n+1中部分感受目標(biāo)布置在相似路程上，只要感受器在相似形路程上的量程對應(yīng)到需等分的路程上的量程與另一部分感受器在此路程上的量程相互銜接或重疊，使需等分路程上的各點均被感受器在此路程上的量程所覆蓋，仍可進(jìn)行全路程的理論上無誤差的連續(xù)等分定位；此外，采用組合方式也可實現(xiàn)此功能。10.權(quán)利要求1，2中規(guī)定的各感受目標(biāo)及各感受器在路程上的量程的均布，其特征是其等間隔路程均布無高均布位置精度要求，以|Δfmax|+|Δgmax|≤Rmin為原則，其中Δgmax為各感受目標(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為各感受器中任2個感受器在路程上的量程位置點間路程的最大間隔誤差，Rmin為各感受器在路程上的量程中的最小量程；Δfmax，Δgmax的確切值不必一定知道，只要令Δfmax，Δgmax在某一設(shè)定的易實現(xiàn)的范圍內(nèi)即可。全文摘要本發(fā)明提供了一種任意路程的“位置數(shù)和”等分定位方法及裝置,用于運動物體的檢測。該裝置由包含多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)任意路程理論上無誤差的所需要的等分定位,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G01C22/00GK1194366SQ9711236公開日1998年9月30日申請日期1997年6月16日優(yōu)先權(quán)日1997年6月16日發(fā)明者劉北英申請人:劉北英