專利名稱：全“位置數(shù)和”等分定位裝置的組合使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多個(gè)全“位置數(shù)和”等分定位裝置組合使用的方法。
本發(fā)明所指的等分是對(duì)任意路程理論上無(wú)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(shí)際當(dāng)中，常見(jiàn)的路程有各種鏈?zhǔn)?、帶式生產(chǎn)線，加工中心刀庫(kù)的刀具傳送帶及旋轉(zhuǎn)分度盤(pán)的運(yùn)動(dòng)軌跡等路程，機(jī)床的直線移動(dòng)部件的位移運(yùn)動(dòng)的路程。
本發(fā)明的定位是指在所測(cè)路程上運(yùn)動(dòng)的物體在此路程上理論上無(wú)誤差的定位，其位置是通過(guò)對(duì)安裝于其上的感受目標(biāo)的位置點(diǎn)的測(cè)量而確定的。感受目標(biāo)的位置點(diǎn)是指在感受目標(biāo)之上并代表其所在位置的點(diǎn)，此點(diǎn)可根據(jù)傳感器系統(tǒng)的特點(diǎn)按需選擇，如可為感受目標(biāo)的邊緣端點(diǎn)、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(yùn)動(dòng)的物體位置的確定(即定位)。
通常對(duì)路程等分定位的方法，是在確切知道路程全長(zhǎng)后除以等分?jǐn)?shù)，再用每一等分段的長(zhǎng)度去確定路程的等分點(diǎn)；此種方法有兩方面問(wèn)題無(wú)法解決一是當(dāng)不知路程全長(zhǎng)準(zhǔn)確值時(shí)，無(wú)法精確等分；二是在已知路程全長(zhǎng)，但與等分?jǐn)?shù)相除，不能剛好整除時(shí)，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(gè)感受器分別一個(gè)一個(gè)地去感測(cè)多個(gè)感受目標(biāo)的位置點(diǎn)，并只以一個(gè)感受目標(biāo)對(duì)應(yīng)的感受器輸出值確定等分點(diǎn)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(diǎn)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(shí)，感受目標(biāo)勢(shì)必要有更高的均布位置精度，而實(shí)現(xiàn)高均布位置精度難度很大，往往成本很高，對(duì)環(huán)境要求也苛刻。
全“位置數(shù)和”等分定位裝置雖可解決現(xiàn)有技術(shù)前述的兩方面問(wèn)題，但對(duì)任意路程進(jìn)行n等分(n為大于1的有限自然數(shù))，要求有n個(gè)感受器和n個(gè)感受目標(biāo)，當(dāng)n數(shù)目很大時(shí)，就需要很多個(gè)感受器和感受目標(biāo)，這不僅造成等分定位裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且很可能由于某些感受器和感受目標(biāo)自身結(jié)構(gòu)的限制，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是提供一種多個(gè)全“位置數(shù)和”子裝置的組合裝置及其用于實(shí)現(xiàn)路程等分定位的方法。該方法既保持了全“位置數(shù)和”等分定位裝置所能達(dá)到的高精度，又能只用較少的感受器或感受目標(biāo)實(shí)現(xiàn)通常要更多感受器和感受目標(biāo)才能實(shí)現(xiàn)的等分定位數(shù)。
全“位置數(shù)和”等分定位的檢測(cè)裝置及方法表述如下
全“位置數(shù)和”等分定位裝置由傳感器系統(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(gè)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80,10000 8000000等)，把它們?cè)O(shè)置于可在某一路程上運(yùn)動(dòng)的物體上，且要求在測(cè)量時(shí)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(diǎn)等間隔路程均布于路程之上)，感受目標(biāo)可隨運(yùn)動(dòng)物體往返運(yùn)動(dòng)。第二部分包含多個(gè)感受器F0,F1,…,Fq,(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(diǎn)在路程上位置的路程范圍)，也要求在測(cè)量時(shí)R0,R1,…,Rq等間隔路程均布于路程之上(即按R0,R1,…,Rq的位置點(diǎn)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(diǎn)是指在R之上并代表其所在位置的點(diǎn)，此點(diǎn)可根據(jù)傳感器系統(tǒng)的特點(diǎn)按需選擇，如可為R的端點(diǎn)、中心點(diǎn)等。R0,R1,…,Rq最好為等量程。每一個(gè)感受目標(biāo)和任一個(gè)感受器均可構(gòu)成一個(gè)傳感器。
本發(fā)明在完成所需的等分定位過(guò)程中，可包括多次感受器對(duì)感受目標(biāo)的測(cè)量，各參與感測(cè)的感受目標(biāo)位置點(diǎn)之間及參與感測(cè)的感受器之R位置點(diǎn)之間的排列順序和間隔路程在各次測(cè)量時(shí)，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(diǎn)等間隔路程均布安裝于一個(gè)始終在路程上運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈上，各感受器安裝于傳動(dòng)鏈附近的支架上，使其R0,R1,…,Rq的位置點(diǎn)也等間隔路程均布于路程上，則無(wú)論何時(shí)測(cè)量，均可保證前述要求。但對(duì)某些特殊情況，各感受目標(biāo)要求分別設(shè)置于多個(gè)相互獨(dú)立的物體上，那幺也只要在完成所需等分定位過(guò)程中保證每次測(cè)量時(shí)，滿足上述要求，依然可實(shí)現(xiàn)對(duì)路程理論上無(wú)誤差的等分定位；至于非測(cè)量時(shí)，各感受目標(biāo)位置點(diǎn)之間及R0,R1,…,Rq位置點(diǎn)之間的相互位置，以及它們是否同步運(yùn)動(dòng)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(wú)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(gè)感受目標(biāo)位置點(diǎn)間路程的最大間隔誤差；Δfmax為各感受器中任2個(gè)感受器在路程上的量程位置點(diǎn)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(shí)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(yùn)動(dòng)物體上的安裝方位無(wú)特殊要求，以感受器可準(zhǔn)確測(cè)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(cè)感受目標(biāo)移動(dòng)前后，其位置點(diǎn)在路程上所處位置間的相應(yīng)路程長(zhǎng)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(gè)等分定位裝置中，各感受目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的“位置數(shù)”的變化增量應(yīng)與相應(yīng)的路程長(zhǎng)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(jì)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(shí)，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(zhǎng)與角位移間的函數(shù)關(guān)系為線性時(shí)，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(cè)，它們互為感受器和感受目標(biāo)，這時(shí)，可根據(jù)需要將其中之一作為感受器，另一個(gè)為感受目標(biāo)。
若上述感受器還具有一個(gè)感受器可感測(cè)同一狀態(tài)下多個(gè)感受目標(biāo)，并得到相應(yīng)多個(gè)“位置數(shù)”的功能，則可以用一個(gè)感受器代替多個(gè)感受器；其實(shí)質(zhì)仍相當(dāng)于1個(gè)感受器對(duì)應(yīng)1個(gè)感受目標(biāo)。
本發(fā)明的附屬設(shè)施主要包括感受器及感受目標(biāo)的支承部分，整個(gè)裝置的動(dòng)力源和傳動(dòng)部分以及各“位置數(shù)”的采集、運(yùn)算、求和、比較及其控制部分。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)對(duì)任意路程等分定位的方法是一．當(dāng)?shù)确侄ㄎ坏母袦y(cè)零點(diǎn)(即此時(shí)輸出的“位置數(shù)”為零)取在感受器在路程上的量程R之位置點(diǎn)與感受目標(biāo)之位置點(diǎn)的重合點(diǎn)時(shí)在某起始位置，n+1個(gè)感受器感測(cè)相應(yīng)的在路程上的n+1個(gè)感受目標(biāo)(n+1≤P且n+1≤Q)，得到n+1個(gè)“位置數(shù)”A00,A01,…,A0n，求和M0=Σi=0nA0i]]>，設(shè)感受目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橛蒄0經(jīng)F1向Fn運(yùn)動(dòng)的方向，感受目標(biāo)在移動(dòng)到離初始位置n等分中某一等分路程長(zhǎng)Lj=(L/n)*j位置后(L為需等分的路程全長(zhǎng)，j為小于或等于n的非負(fù)整數(shù))，(n-j)+1個(gè)感受器Fj,Fj+1,…，F(xiàn)n對(duì)應(yīng)(n-j)+1個(gè)感受目標(biāo)G0,G1,…,Gn-j，感測(cè)得(n-j)+1個(gè)“位置數(shù)”Ajj,Aj(j+1),…,Ajn，因?yàn)镕0,…,Fj-1感受器量程內(nèi)無(wú)相應(yīng)的感受目標(biāo)，故令A(yù)j(j-1),…,Ajt,…,Aj0(t為小于或等于j-1的非負(fù)整數(shù))等于相應(yīng)適當(dāng)?shù)闹?，以便使求出之各“位置?shù)”和值Mj=Σi=0nAji]]>來(lái)滿足只要Mj=M0(即Mj-M0=0)，則感受目標(biāo)所移動(dòng)到的位置離初始位置的路程長(zhǎng)Lj=(L/n)*j便理論上無(wú)誤差的因果關(guān)系。此時(shí)路程上第j個(gè)等分點(diǎn)也隨之而確定。若M0≠M(fèi)j，則感受目標(biāo)移動(dòng)到的位置離初始位置的路程長(zhǎng)必不是Lj=(L/n)*j，此時(shí)，感受目標(biāo)實(shí)際所處位置離初始位置的路程長(zhǎng)與等分理想路程(L/n)*j的差值為ΔL=(Mj-M0)/[k*(n+1-j)]，(k為各感受目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的“位置數(shù)”的變化增量與相應(yīng)的路程長(zhǎng)所成等線性關(guān)系式ΔA=k*ΔL之斜率，其隨傳感器系統(tǒng)的選定而確定，通常k=1)則再調(diào)整ΔL(也就是調(diào)整ΔL對(duì)應(yīng)的“位置數(shù)”增量ΔA)，即可實(shí)現(xiàn)Mj=M0。
上述Aj(j-1),…,Ajt,…,Aj0各值的確定方法如下設(shè)c0,c1,…,cn為路程L的理想等分定位點(diǎn)，c0,cn為首尾理想等分點(diǎn)，即路程首尾兩端點(diǎn)，a0,an為感受目標(biāo)G0,Gn的位置點(diǎn)，b0,bn為感受器F0,Fn在路程上量程R0,Rn的位置點(diǎn)，Δg0為G0感受目標(biāo)的位置點(diǎn)與路程端點(diǎn)c0間的有向路程，Δgn為Gn感受目標(biāo)的位置點(diǎn)與路程端點(diǎn)cn間的有向路程，Δf0分別為F0感受器在路程上量程R0的位置點(diǎn)與路程端點(diǎn)c0間的有向路程，Δfn分別為Fn感受器在路程上量程Rn的位置點(diǎn)與路程端點(diǎn)cn間的有向路程。此時(shí)，A00=k*(Δg0+Δf0),A0n=k*(Δgn+Δfn)，若知道Δg0,Δf0與Δgn,Δfn兩組中每組中的一個(gè)，就知道了Δg0,Δgn；Δf0,Δfn全部，也就可求出應(yīng)賦予Aj(j-1),…,Ajt,…,Aj0的值，從而得到各“位置數(shù)”和Mj=Σi=0nAji]]>之值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所測(cè)路程L的n等分；若各感受目標(biāo)依上述運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)的“位置數(shù)”呈增加趨勢(shì)(后測(cè)之值大于前測(cè)之值)，a0,an,b0,bn在所測(cè)路程L兩端點(diǎn)c0,cn以內(nèi)，則取Δg0為正，Δgn為負(fù)；Δf0為負(fù)，Δfn為正；若a0,an,b0,bn在所測(cè)路程以外,則取Δg0為負(fù)，Δgn為正；Δf0為正，Δfn為負(fù)；若各感受目標(biāo)依上述運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)的“位置數(shù)”呈減少趨勢(shì)，則Δg0,Δgn；Δf0,Δfn之符號(hào)與對(duì)應(yīng)的位置數(shù)呈增加趨勢(shì)時(shí)的相反。顯然，當(dāng)Δfn=Δf0=0時(shí)，即是對(duì)R0,Rn位置點(diǎn)間的路程Lr進(jìn)行等分。當(dāng)Δgn=Δg0=0時(shí)，即是對(duì)G0,Gn位置點(diǎn)間的路程Lg進(jìn)行等分。當(dāng)Δg0=Δfn=0時(shí)，即是對(duì)G0,Rn位置點(diǎn)間的路程L進(jìn)行等分。當(dāng)Δf0=Δgn=0時(shí)，即是對(duì)Gn,R0位置點(diǎn)間的路程L進(jìn)行等分。
具體地說(shuō)，當(dāng)感受目標(biāo)隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)到距初始位置(L/n)*1處，感受器F1,F2,…,Fn對(duì)應(yīng)感受目標(biāo)G0,G1,…,Gn-1，感測(cè)得到n個(gè)“位置數(shù)”A11,A12,…,A1n；F0的量程內(nèi)無(wú)相應(yīng)的感受目標(biāo)可供感測(cè)，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M1=Σi=0nA1i]]>，若M1=M0，則感受目標(biāo)所移動(dòng)到的位置離初始位置的路程長(zhǎng)必為(L/n)*l，且理論上無(wú)誤差，若M1≠M(fèi)0，則離初始位置的路程長(zhǎng)必不為(L/n)*l。
當(dāng)感受目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到距初始位置(L/n)*2處時(shí)，感受器F2,F3,…,Fn對(duì)應(yīng)感受目標(biāo)G0,G1,…,Gn-2，感測(cè)得到n-1個(gè)“位置數(shù)”A22,A23,…,A2n；F0,F1的量程內(nèi)無(wú)相應(yīng)的感受目標(biāo)可供感測(cè)，故令A(yù)21=A11+k*(Δgn-Δg0)或A21=A11-A00+A0n+k*(Δf0-Δfn)或A21=A11+A0n-k*(Δg0+Δfn)或A21=A11-A00+k*(Δf0+Δgn),A20=A00+A1n-A0n+k*(Δgn-Δg0)或A20=A1n+k*(Δf0-Δfn)或A20=A00+A1n-k*(Δg0+Δfn)或A20=A1n-A0n+k*(Δgn+Δf0)，求和M2=Σi=0nA2i]]>，若M2=M0，則感受目標(biāo)所移動(dòng)到的位置離初始位置的路程長(zhǎng)必為(L/n)*2，且理論上無(wú)誤差，若M2≠M(fèi)0，則路程長(zhǎng)必不為(L/n)*2。
當(dāng)感受目標(biāo)移動(dòng)到(L/n)*j處，n-j+l個(gè)感受器Fj,Fj+1,…,Fn對(duì)應(yīng)n-j+1個(gè)感受目標(biāo)G0,G1,…,Gn-j，感測(cè)得到n-j+1個(gè)“位置數(shù)”Ajj,Aj (j+1),…,Ajn，因F0,…,Fj-1感受器量程內(nèi)無(wú)相應(yīng)的感受目標(biāo)，故令A(yù)j(j-1)=A(j-1)(j-1)+k*(Δgn-Δg0),…,Ajt=Att+A(j-t-1)n-A0n+k*(Δgn-Δgo),…,Aj0=A00+A(j-1)n-A0n+k*(Δgn-Δg0)或Aj(j-1)=A(j-1)(j-1)-A00+A0n+k*(Δf0-Δfn),…,Ajt=Att+A(j-t-1)n-A00+k*(Δf0-Δfn),…,Aj0=A(j-1)n+k*(Δf0-Δfn)或Aj(j-1)=A(j-1)(j-1)+A0n-k*(Δg0+Δfn),…, Ajt=Att+A(j-t-1)n-k*(Δg0+Δfn),…,Aj0=A00+A(j-1)n-k*(Δg0+Δfn)或Aj(j-1)=A(j-1)(j-1)-A00+k*(Δf0+Δgn),…,Ajt=Att+A(j-t-1)n-A00-A0n+k*(Δf0+Δgn),…,Aj0=A(j-1)n-A0n+k*(Δf0+Δgn)；求各“位置數(shù)”和Mj=Σi=0nAji]]>，只要Mj=M0(即Mj-M0=0)，則感受目標(biāo)所移動(dòng)到的位置離初始位置的路程長(zhǎng)Lj=(L/n)*j便理論上無(wú)誤差。此時(shí)路程上第j個(gè)等分點(diǎn)也隨之而確定。若M0≠M(fèi)j，則感受目標(biāo)移動(dòng)到的位置離初始位置的路程長(zhǎng)必不是Lj=(L/n)*j。
若Fn后還有同樣間隔路程的m個(gè)感受器Fn+1,…,Fn+m，(此時(shí)m≤Q-n-1)則當(dāng)M1=M0時(shí)，即感受目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到距初始位置(L/n)*1處，此時(shí)Gn對(duì)應(yīng)感受器Fn+1，仍然是n+1個(gè)感受器F1,…,Fn,Fn+1對(duì)應(yīng)n+1個(gè)感受目標(biāo)G0,G1,…,Gn-1,Gn，并以此狀態(tài)作為新的初始狀態(tài)，可感測(cè)得到n+1個(gè)“位置數(shù)”A00’,A01’,A02’,…,A0n’其中，A00’=A11,A01’=A12,…,A0(n-1)’=A1n；A0n’為Fn+1感測(cè)Gn得到的“位置數(shù)”，此時(shí)Δg0’=Δg0,Δgn’=Δgn,Δf0’=A11/k-Δg0,Δfn’=A0n’/k-Δgn；求和M0′=Σi=0nA0i′]]>；當(dāng)感受目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到距新的初始位置(L/n)*1處時(shí)[即距原初始位置(L/n)*2處]，感受器F2,…,Fn,Fn+1對(duì)應(yīng)感受目標(biāo)G0,G1,…,Gn-1，感測(cè)得到n個(gè)“位置數(shù)、A11’,A12’,…,A1n’,F1的量程內(nèi)無(wú)相應(yīng)的感愛(ài)目標(biāo)可感測(cè)，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M1′=Σi=0nA1i′]]>，若M1’=M0’，則感受目標(biāo)所移動(dòng)到位置離新的初始位置的路程長(zhǎng)必為(L/n)*1，且理論上無(wú)誤差，此時(shí)，感受目標(biāo)所移動(dòng)到的位置離原初始位置的路程長(zhǎng)為(L/n)*2；若M1’≠M(fèi)0’，則離新的初始位置的路程長(zhǎng)必不為(L/n)*1。
若以Ms=M0(s為小于或等于m的非負(fù)整數(shù))時(shí)的狀態(tài)作為新的初始狀態(tài)，Gn-s+1,Gn-s+2,…,Gn對(duì)應(yīng)Fn+1,…，F(xiàn)n+s，這時(shí)，G0,…，Gn對(duì)應(yīng)Fs，F(xiàn)s+1,…，F(xiàn)n+s，可得n+1個(gè)“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(duì)應(yīng)Gn-s+1，…，Gn得到的“位置數(shù)”；此時(shí)，Δg0’=Δg0,Δgn’=Δgn,Δf0’=A00’/k-Δg0’,Δfn’=A0n’/k-Δgn’；求和M0′=Σi=0nA0i′]]>，當(dāng)感受目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到距新的初始位置(L/n)*1處時(shí)[即距原初始位置(L/n)*)s+1)處]，感受器Fs+1,…,Fn+s對(duì)應(yīng)感受目標(biāo)G0,G1,…,Gn-1，感測(cè)得到n個(gè)“位置數(shù)”A11’,A12’,…,A1n’,Fs的量程內(nèi)無(wú)相應(yīng)的感受目標(biāo)可感測(cè)，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M1′=Σi=0n]]>A1i’，若M1’=M0’，則感受目標(biāo)所移動(dòng)到位置離新的初始位置的路程長(zhǎng)必為(L/n)*1，且理論上無(wú)誤差，此時(shí)，感受目標(biāo)所移動(dòng)到的位置離原初始位置的路程長(zhǎng)為(L/n)*(s+1)。
若G0前有同樣間隔路程的m個(gè)感受目標(biāo)G0m,…,G01,(此時(shí)m≤P-n-1)則當(dāng)M1=M0時(shí)，即感受目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到距初始位置(L/n)*1處，此時(shí)，F(xiàn)0對(duì)應(yīng)G0前一個(gè)感受目標(biāo)G01，此時(shí)仍然是n+1個(gè)感受器F0,…,Fn對(duì)應(yīng)n+1個(gè)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(cè)得到n+1個(gè)“位置數(shù)”A00’,A01’,A02’,…,Aon’其中，A01’=A11,A02’=A12,…,A0n’=A1n；A00’為F0感測(cè)G01得到的“位置數(shù)”，Δf0’=Δf0,Δfn’=Δfn,Δg0’=A00’/k-Δf0’,Δgn’=A0n’/k-Δfn’；求和M0′=Σi=0nA0i′]]>；當(dāng)感受目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到距新的初始位置(L/n)*1處時(shí)[即距原初始位置(L/n)*2處]，感受器F1,…,Fn，對(duì)應(yīng)感受目標(biāo)G01,Go,…,Gn-2，感測(cè)得到n個(gè)“位置數(shù)”A11’,A12’,…, A1n’,F0的量程內(nèi)無(wú)相應(yīng)的感受目標(biāo)可供感測(cè)，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M1′=Σi=0nA1i′]]>，若M1’=M0’，則感受目標(biāo)所移動(dòng)到位置離新的初始位置的路程長(zhǎng)必為(L/n)*1，且理論上無(wú)誤差，此時(shí)，感受目標(biāo)所移動(dòng)到的位置離原初始位置的路程長(zhǎng)必為(L/n)*2；若M1’≠M(fèi)0’，則離新的初始位置的路程長(zhǎng)必不為(L/n)*1。
若以Ms=M0(此時(shí)，s為小于或等于m的非負(fù)整數(shù))時(shí)的狀態(tài)作為新的初始狀態(tài)，F(xiàn)0,…,Fs-1對(duì)應(yīng)G0s,…,G01，這時(shí)，F(xiàn)0,…,Fn對(duì)應(yīng)G0s,…,Gn-s，可得n+1個(gè)“位置數(shù)”A00’,…,A0n’，其中A0s’=Ass,A0(s+1)’=As(s+1),…,A0n’=Asn；A00’,…,A0(s-1)’為F0,…,Fs-1對(duì)應(yīng)G0s,…,G01得到的“位置數(shù)”；此時(shí)，Δf0’=Δf0,Δfn’=Δfn,Δg0’=A00’/k-Δf0’,Δgn’=A0n’/k-Δfn’；求和M0′=Σi=0nA0i′]]>，當(dāng)感受目標(biāo)運(yùn)動(dòng)到距新的初始位置(L/n)*1處時(shí)[即距原初始位置(L/n)*(s+1)處]，感受器F1,…,Fn對(duì)應(yīng)感受目標(biāo)G0n,G0(s-1),…,Gn-s-1，感測(cè)得到n個(gè)“位量數(shù)”A11’,A12’,…,A1n’,F0的量程內(nèi)無(wú)相應(yīng)的感受目標(biāo)可供感測(cè)，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M1′=Σi=0nA1i′]]>，若M1’=M0’,則感受目標(biāo)所移動(dòng)到的位置離新的初始位置的路程長(zhǎng)必為(L/n)*1，且理論上無(wú)誤差，此時(shí)，感受目標(biāo)所移動(dòng)到的位置離原初始位置的路程長(zhǎng)必為(L/n)*(s+1)。若M1’≠M(fèi)0’，則感受目標(biāo)移動(dòng)到的位置離初始位置的路程長(zhǎng)必不是(L/n)*(s+1)。
當(dāng)然，無(wú)論是Fn后有m個(gè)感受器Fn+1,…,Fn+m，還是G0前有m個(gè)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(shí)，感受目標(biāo)已移動(dòng)到離原初始位置(L/n)*1路程長(zhǎng)處，且理論上無(wú)誤差，將此時(shí)的狀態(tài)作為新的初始狀態(tài)，并求出此時(shí)n+1個(gè)感受器對(duì)應(yīng)n+1個(gè)感受目標(biāo)所得到的n+1個(gè)“位置數(shù)”和M0’(M0’≠M(fèi)0)，再利用前述通過(guò)M1=M0確定(L/n)*1等分定位點(diǎn)的方法來(lái)求出M1’，從而確定感受目標(biāo)又理論上無(wú)誤差地移動(dòng)了(L/n)*1路程長(zhǎng)及確定了(L/n)*2路程長(zhǎng)的等分定位點(diǎn)；此時(shí)，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(zhǎng)的等分定位點(diǎn)，以此類(lèi)推，可實(shí)現(xiàn)Fn后有m個(gè)感受器及G0前有m個(gè)感受目標(biāo)路程的理論上無(wú)誤差等分定位。二．當(dāng)?shù)确侄ㄎ坏母袦y(cè)零點(diǎn)不取在感受器在路程上的量程R之位置點(diǎn)與感受目標(biāo)之位置點(diǎn)的重合點(diǎn)時(shí)此時(shí)得到的“位置數(shù)”，較取在其重和點(diǎn)時(shí)的“位置數(shù)”相差一個(gè)R之位置點(diǎn)與測(cè)量零點(diǎn)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(diǎn)的確定(假設(shè)為第i個(gè)等分定位點(diǎn)，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(cè)零點(diǎn)是否取在重合點(diǎn)，對(duì)于利用Δgn,Δg0求Ajt，從而進(jìn)行等分定位的方法無(wú)影響，不必對(duì)得到的“位置數(shù)”去除相差的部分，而對(duì)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(yùn)算。
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，在完成所需等分定位過(guò)程中，每次感受器對(duì)感受目標(biāo)的測(cè)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(kāi)始測(cè)量時(shí)，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(diǎn)分為兩類(lèi)，一類(lèi)是把路程全長(zhǎng)L進(jìn)行n等分后，距起始等分點(diǎn)路程為L(zhǎng)j=(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(diǎn)，這是有限的一些點(diǎn)。另一類(lèi)是相鄰等分點(diǎn)間的連續(xù)點(diǎn)，若這些等分點(diǎn)間的連續(xù)各點(diǎn)也能理論上無(wú)誤差定位，則全路程L上各點(diǎn)皆可實(shí)現(xiàn)理論上無(wú)誤差定位。
實(shí)施連續(xù)等分定位，要求n+1個(gè)感受器中，每相鄰兩個(gè)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(diǎn)與初始等分點(diǎn)間的路程均可用Lj=(L/n)*j+(Mj-M0)/[k*(n+1-j)]來(lái)表示，即可實(shí)現(xiàn)路程全程理論上無(wú)誤差的連續(xù)等分定位。由于任一路程上的點(diǎn)與其相似形路程上的點(diǎn)為一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，故對(duì)此路程的等分定位，也就是對(duì)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(duì)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(diǎn)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(wú)誤差的連續(xù)等分定位。此外，采用組合方式也可實(shí)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(huì)出現(xiàn)如下情況第j-1個(gè)感受目標(biāo)已進(jìn)入第j個(gè)感受器在路程上的量程Rj內(nèi)，而第j個(gè)感受目標(biāo)還未脫離Rj進(jìn)入第j+1個(gè)感受器的Rj+1之內(nèi)，且第j+1個(gè)感受目標(biāo)已進(jìn)入Rj+2，此時(shí)，Rj內(nèi)有兩個(gè)感受目標(biāo)，而Rj+1內(nèi)無(wú)感受目標(biāo)；這就需要將第j個(gè)感受目標(biāo)在Rj內(nèi)的“位置數(shù)”換算到Rj+1內(nèi)，使每個(gè)感受器都能對(duì)應(yīng)一個(gè)感受目標(biāo)，以便用公式Lj=(L/n)*j+(Mj-M0)/[k*(n+1-j)]來(lái)實(shí)現(xiàn)路程全程理論上無(wú)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(duì)封閉路程的n等分定位。
本發(fā)明組合裝置的組合可為分層組合方式，也可為不分層組合方式，還可為分層與不分層混合的組合方式。無(wú)論哪種組合方式，若T(T為大于1的有限自然數(shù)，如2,3,4,5,800000000)個(gè)全“位置數(shù)和”子裝置進(jìn)行組合，且每個(gè)子裝置可分別對(duì)路程進(jìn)行P1,P2,…,Pt數(shù)目的理論上無(wú)誤差的等分定位，則組合裝置可得到對(duì)路程進(jìn)行P1,P2,…,Pt之最小公倍數(shù)的等分定位值路程長(zhǎng)。
對(duì)于分層組合來(lái)說(shuō)，T個(gè)全“位置數(shù)和”子裝置進(jìn)行組合，每一個(gè)子裝置都有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)和靜止兩部分，分別包含感受目標(biāo)和感受器；若包含感受器(或感受目標(biāo))的部分為相對(duì)靜止部分，則另一部分為相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分。其組合關(guān)系為實(shí)現(xiàn)P1等分定位數(shù)目之子裝置中的相對(duì)靜止部分安裝于實(shí)現(xiàn)P2等分定位數(shù)目之子裝置的相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分上，同時(shí)P2的相對(duì)靜止部分安裝于P3的相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分上，依此類(lèi)推，直至Pt的相對(duì)靜止部分相對(duì)路程固定安裝。相對(duì)靜止部分安裝于相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分上的方位無(wú)嚴(yán)格要求，以不影響各子裝置的正常工作為原則。等分定位時(shí)，各子裝置可按一定順序運(yùn)動(dòng)，也可同時(shí)運(yùn)動(dòng)，但各子裝置在完成各自所需的等分定位后，其相對(duì)的靜止和運(yùn)動(dòng)兩部分相對(duì)固定不動(dòng)；此裝置可以得到對(duì)路程P1,P2,…,Pt之最小公倍數(shù)的等分定位值。若P1,P2,…,Pt中任2個(gè)數(shù)間除1外無(wú)公約數(shù)，則可得到對(duì)路程Πi=1tPi]]>數(shù)目的等分定位值。由于一個(gè)全“位置數(shù)和”等分定位裝置等分定位的調(diào)整量ΔL=(Mj-M0)/(k*n)(n為此裝置的等分?jǐn)?shù))；若組合裝置中各子裝置ΔL的調(diào)整范圍分別為W1,W2,…,Wt，則當(dāng)L/(P1,P2,…,Pt之最小公倍數(shù))≤Σi=1tWi]]>時(shí)，可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)子裝置，用各自相應(yīng)的ΔL1=(Mj-M0)/(k*Pi)(其中i=1,…,t)調(diào)整量公式對(duì)最小路程等分值路程長(zhǎng)進(jìn)行連續(xù)等分定位。
采用不分層方式組合，即把進(jìn)行組合的各子裝置的感受目標(biāo)安裝于在路程上運(yùn)動(dòng)的同一物體上，可用更少的感受器(或感受目標(biāo))實(shí)現(xiàn)不組合時(shí)需更多的感受器或感受目標(biāo)才能實(shí)現(xiàn)的等分定位數(shù)。
仍設(shè)組合數(shù)為T(mén)，各子裝置可分別對(duì)路程進(jìn)行P1,P2,…,Pt數(shù)目的等分定位；各子裝置的感受目標(biāo)安裝于在路程上運(yùn)動(dòng)的同一物體上，其位置點(diǎn)要求各自分別均布于路程上；而各子裝置的感受器安裝于路程附近，且相對(duì)路程固定不動(dòng)，其在路程上的量程的位置點(diǎn)也要求各自分別均布于路程之上，各感受器和感受目標(biāo)的安裝要求，與單個(gè)全“位置數(shù)和”等分定位裝置的相同。每個(gè)子裝置對(duì)路程的等分定位是依次相互獨(dú)立進(jìn)行的，互不干涉。當(dāng)P1,P2,…,Pt中，任意兩個(gè)數(shù)間除1外無(wú)公約數(shù)，可得到對(duì)路程∏i=1tPi]]>數(shù)目的等分值；
若各子裝置選用同樣的感受器和感受目標(biāo)，且各子裝置中均有2個(gè)感受器和感受目標(biāo)共用，或每2個(gè)子裝置共用2個(gè)感受器和感受目標(biāo)，此時(shí)組合裝置可用(Σi=1tPi)-(T-2)]]>個(gè)感受器和Πi=1tPi+1]]>個(gè)感受目標(biāo)(Πi=1tPi+1]]>個(gè)感受目標(biāo)的位置點(diǎn)均布于路程上)或用(Σi=1tPi)]]>-(T-2)個(gè)感受目標(biāo)和Πi=1tPi+1]]>個(gè)感受器(Πi=1tPi+1]]>個(gè)感受器在路程上量程的位置點(diǎn)要求均布于路程上)此時(shí)，可保證無(wú)論哪個(gè)子裝置在完成各自所需的對(duì)路程的等分定位后，其他子裝置中的感受器量程內(nèi)均有感受目標(biāo)可供繼續(xù)進(jìn)行等分定位。
在不分層組合方式中，無(wú)論感受器與感受目標(biāo)有無(wú)共用情況，當(dāng)L/(P1,P2,…,Pt之最小公倍數(shù))≤Wimax時(shí)，(Wimax為不分層組合裝置中各子裝置ΔL的調(diào)整范圍中的最大值)，則可利用ΔL的調(diào)整公式確定L/(P1,P2,…,Pt之最小公倍數(shù))路程內(nèi)各點(diǎn)的位置(即各等分點(diǎn)之間路程上的各點(diǎn))；從而實(shí)現(xiàn)路程全程上的連續(xù)等分定位。實(shí)際應(yīng)用中，采用L/(P1,P2,…,Pt之最小公倍數(shù))≤Wimin,(Wimin為不分層組合裝置中各子裝置ΔL的調(diào)整范圍中的最小值)可更易實(shí)現(xiàn)對(duì)路程最小等分值的連續(xù)等分定位；混合組合方式是將分層組合裝置與不分層組合裝置再進(jìn)行組合，使組合后的裝置兼具分層組合與不分層組合的特征與功能。
H個(gè)等分定位數(shù)目分別為P1,P2,…,Ph的子裝置的分層組合裝置與U個(gè)等分定位數(shù)目分別為Q1,Q2,…,Qu的子裝置的不分層組合裝置進(jìn)行混合組合時(shí)(其中H,U為大于1的有限自然數(shù))，可將不分層組合裝置當(dāng)作分層組合裝置中的一個(gè)子裝置，即相當(dāng)于H+1個(gè)子裝置進(jìn)行分層組合；這樣，混合組合裝置既具有分層組合裝置的特征和功能，也因其有不分層組合子裝置而兼有不分層組合裝置所具有的特征和功能，只是感受器與感受目標(biāo)的數(shù)目略有變化，此時(shí)混合組合裝置感受器的數(shù)目為分層組合裝置感受器的數(shù)目與不分層組合裝置感受器的數(shù)目之和；混合組合裝置感受目標(biāo)的數(shù)目為分層組合裝置感受目標(biāo)的數(shù)目與不分層組合裝置感受目標(biāo)的數(shù)目之和；在組合裝置中，若感受器具有一個(gè)感受器可感測(cè)輸出同一狀態(tài)下多個(gè)感受目標(biāo)的“位置數(shù)”的功能，則可以用一個(gè)感受器代替多個(gè)感受器；若一個(gè)感受目標(biāo)可被同一狀態(tài)下多個(gè)感受器感測(cè)，且輸出各自的“位置數(shù)”，則可以用一個(gè)感受目標(biāo)代替多個(gè)感受目標(biāo)；相應(yīng)的組合裝置中感受器及感受目標(biāo)的數(shù)目，再減去該裝置中被代替的感受器及感受目標(biāo)的數(shù)目即為組合裝置實(shí)際所用的感受器及感受目標(biāo)的數(shù)目。
T個(gè)子裝置進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)全路程長(zhǎng)的Πi=1tPi]]>數(shù)目的等分定位，要求P1,P2,…,Pt中每2個(gè)數(shù)中除1外不可有公約數(shù)，此時(shí)，若某一子裝置P1數(shù)值較大，則該子裝置就需要數(shù)目很多的感受器和感受目標(biāo)，并且在實(shí)際需求中，還會(huì)出現(xiàn)大素?cái)?shù)或小素?cái)?shù)高次冪等不易實(shí)現(xiàn)的大數(shù)目等分定位要求，此時(shí)也需要同樣大數(shù)目的感受器和感受目標(biāo)，這樣實(shí)現(xiàn)起來(lái)不經(jīng)濟(jì)，甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，可采用與之相近的可由D個(gè)等分定位數(shù)分別為S1,S2…,Sd的子裝置組合起采所實(shí)現(xiàn)的等分定位數(shù)來(lái)替代，而由此產(chǎn)生的誤差在理論上可利用公式L/(S1,…,Sd之最小公倍數(shù))-L/(需替代的數(shù)目)計(jì)算出來(lái)(只限于已知路程全長(zhǎng)L)，在實(shí)現(xiàn)S1,S2…,Sd之最小公倍數(shù)數(shù)目的等分定位時(shí)，將此誤差由S1,S2…,Sd中任一子裝置承擔(dān)或由S1,S2…,Sd中幾個(gè)子裝置分擔(dān)，利用相應(yīng)的調(diào)整公式ΔL=(Mj-M0)/(k*Si)加以消除。
除以上組合方式外，還可將各個(gè)子裝置沿路程L串行排列組合，各個(gè)子裝置有各自的感受目標(biāo)和感受器，且可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)各自對(duì)應(yīng)路程的等分定位(各自對(duì)應(yīng)路程均為路程L的一部分)，其組合運(yùn)用后可得到有意義的結(jié)果。
仍設(shè)組合數(shù)為T(mén)，各子裝置可分別對(duì)各自對(duì)應(yīng)路程L1,L2,…,Lt進(jìn)行P1,P2,…,Pt數(shù)目的等分定位；各子裝置的感受目標(biāo)安裝于在路程L上運(yùn)動(dòng)的同一物體上，其位置點(diǎn)要求各自分別均布于路程L上(如子裝置1的感受目標(biāo)以L1/P1的間距均布于路程L上，子裝置2的感受目標(biāo)以L2/P2的間距均布于路程L上)；而各子裝置的感受器安裝于路程附近，且相對(duì)路程固定不動(dòng)，其在路程上的量程的位置點(diǎn)也要求各自分別均布于各自對(duì)應(yīng)路程之上，各感受器和感受目標(biāo)的安裝要求，與單個(gè)全“位置數(shù)和”等分定位裝置的相同則組合后，可實(shí)現(xiàn)路程值為(L1/P1)*j1+(L2/P2)*j2+…“Lt/Pt)*jt的準(zhǔn)確定位(j1,j2,…jt為子裝置1,2,…,t實(shí)際需要等分值L1/P1,L2/P2,…,Lt/Pt的整數(shù)倍數(shù))。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)第一可用較少的感受器和感受目標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)路程較大數(shù)目的等分定位，與同功能的單一全“位置數(shù)和”等分定位裝置相比，組合裝置的成本大幅度下降且精度不變。
第二采用不分層的組合方式，可用很少量的感受目標(biāo)或感受器實(shí)現(xiàn)對(duì)路程進(jìn)行大數(shù)目的等分定位，同時(shí)使結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，節(jié)省空間。
第三由于傳感器量程與精度的關(guān)系，組合方式使全路程連續(xù)等分定位更易于實(shí)現(xiàn)。
第四采用分層組合時(shí)每一層均獨(dú)立工作，互不干涉，故每一層裝置均可用ΔL的調(diào)整公式在W范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，而隨著層數(shù)的增多，總的W范圍亦將隨之增大，從而克服同功能單一等分定位裝置W難于擴(kuò)大的不足，這也使連續(xù)等分定位更易實(shí)現(xiàn)。
第五本發(fā)明在前述的條件下可對(duì)任意路程全程進(jìn)行理論上無(wú)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(shí)現(xiàn)的那種實(shí)質(zhì)上仍是一系列間斷點(diǎn)的“連續(xù)”等分定位。
第六本發(fā)明可按需進(jìn)行動(dòng)態(tài)，靜態(tài)測(cè)量。
第七可作為本發(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。
第八本發(fā)明無(wú)“零漂”的問(wèn)題。
第九本發(fā)明可對(duì)任意路程進(jìn)行等分定位，路程長(zhǎng)可為已知長(zhǎng)也可不準(zhǔn)確知其長(zhǎng)度；特別適用于機(jī)床上直線坐標(biāo)移動(dòng)的精確定位。
第十。本發(fā)明進(jìn)行等分定位過(guò)程時(shí)間較短，在此期間，溫度等環(huán)境因素對(duì)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(shí)間內(nèi)的傳感器的輸出值有關(guān)，故溫度等環(huán)境因素對(duì)本發(fā)明的影響很小。
下面結(jié)合附圖和借助于有關(guān)實(shí)例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)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(dòng)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為直線運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)定位分層組合裝置的結(jié)構(gòu)示意14是移動(dòng)部件在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)定位串連組合裝置的結(jié)構(gòu)示意15是機(jī)床移動(dòng)部件在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)定位不分層組合裝置的結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(duì)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(dòng)極板，可選為感受目標(biāo)；2為靜極板，可選為感受器；3為運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)體。
圖8中1為感受目標(biāo)及運(yùn)動(dòng)體，可沿圖示箭頭方向運(yùn)動(dòng)；2為磁鐵，作感受器，利用發(fā)電機(jī)原理測(cè)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(yùn)動(dòng)體，可沿圖示箭頭方向運(yùn)動(dòng)；。
圖10中1為感受目標(biāo)及運(yùn)動(dòng)體，可沿圖示箭頭方向運(yùn)動(dòng)；2為磁鐵，可選為感受器，利用霍爾效應(yīng)原理測(cè)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(yùn)動(dòng)體，可沿圖示箭頭方向運(yùn)動(dòng)。
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(dòng)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(gè)圖(各種角位移傳感器類(lèi)型與上述位移傳感器類(lèi)型相對(duì)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(lèi)型，均為檢測(cè)路程長(zhǎng)(直接或間接)的傳感器。雖然各型傳感器原理不同，但每個(gè)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為直線運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)定位分層組合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖運(yùn)動(dòng)部件4可沿導(dǎo)軌1作直線往返運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)部件3可沿部件4作直線往返運(yùn)動(dòng)，感受目標(biāo)G0,G1,…,Gn為電容靜極板，安裝于導(dǎo)軌1上，要求等間距均布其上，感受器F0,F1,…,F3為電容動(dòng)極板，安裝于支架2上，支架2固定于運(yùn)動(dòng)部件4上G0,G1,…,Gn與F0,F1,…,F3構(gòu)成子裝置1；6為磁柵帶，安裝于運(yùn)動(dòng)部件4上，G0’,G1’,…,G5’為磁柵；F0’,F1’,F2’為磁頭，安裝于支架5上，支架5固定于運(yùn)動(dòng)部件3上；G0’,G1’,…,G5’與F0’,F1’,F2’構(gòu)成子裝置2，并可實(shí)現(xiàn)連續(xù)等分定位。子裝置1,2均可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，互不干涉。
如圖13示位置，運(yùn)動(dòng)部件4上安裝的感受目標(biāo)Gi,Gi+1,…,Gi+3(i為小于n的自然數(shù))對(duì)應(yīng)感受器F0,F1,…,F3，以此位置作為初始位置，子裝置1可實(shí)現(xiàn)F0,F3位置點(diǎn)間路程的三等分，即運(yùn)動(dòng)部件4可沿導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)F0,F3位置點(diǎn)間路程的三等分路程值倍數(shù)的理論上無(wú)誤差的定位。
運(yùn)動(dòng)部件4上安裝的感受目標(biāo)G0’,G1’,…,G5’為各個(gè)磁柵，對(duì)應(yīng)的感受器F0’, F1’,F2’為磁頭，以圖示位置作為初始位置，子裝置2可實(shí)現(xiàn)F0’,F2’位置點(diǎn)間路程的連續(xù)等分定位，即運(yùn)動(dòng)部件3可沿運(yùn)動(dòng)部件4實(shí)現(xiàn)磁柵帶范圍內(nèi)路程的理論上無(wú)誤差的連續(xù)等分定位。
顯然，當(dāng)F0,F3位置點(diǎn)間路程的三等分路程值小于磁柵帶長(zhǎng)度，則運(yùn)動(dòng)部件3可沿導(dǎo)軌1作理論上無(wú)誤差任意路程的連續(xù)等分定位。
圖14是移動(dòng)部件在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)定位串連組合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖移動(dòng)部件2在導(dǎo)軌5上往返運(yùn)動(dòng)，感受目標(biāo)G0,…,Gn為安裝于導(dǎo)軌5上刻線尺1上的刻線，感受器為安裝于支架3上的刻線讀取裝置(如光學(xué)讀數(shù)頭，CCD攝像頭等)，支架3安裝于移動(dòng)部件2上，隨移動(dòng)部件2沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
F0,F1,F2,F3與相應(yīng)的刻線構(gòu)成子裝置1,F3,F4,F5與相應(yīng)的刻線構(gòu)成子裝置2，其中F3為共用的感受器；子裝置1可實(shí)現(xiàn)F0,F3位置點(diǎn)間路程L1的3等分定位，即運(yùn)動(dòng)部件2可沿導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)L1/3路程值倍數(shù)的理論上無(wú)誤差的定位；子裝置2可實(shí)現(xiàn)F3,F5位置點(diǎn)間路程L2的2等分定位，即運(yùn)動(dòng)部件2可沿導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)L2/2路程值倍數(shù)的理論上無(wú)誤差的定位；子裝置1,2均可獨(dú)立進(jìn)行等分定位運(yùn)動(dòng)，二者組合運(yùn)用可實(shí)現(xiàn)路程值為(L1/3)*i+(L2/2)*j的等分定位(i,j為實(shí)際需要的L1/3,L2/2之整數(shù)倍數(shù))；在本例中，F(xiàn)3為共用的感受器，且L1約等于3倍的L2，故子裝置1,2中各自對(duì)應(yīng)的刻線可同用一組刻線，如圖中所示。
圖15是機(jī)床移動(dòng)部件在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)定位不分層組合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖移動(dòng)部件5在導(dǎo)軌2上往返運(yùn)動(dòng)，感受目標(biāo)G0,…,Gn為安裝于導(dǎo)軌2上刻線尺1上的刻線，感受器為安裝于支架4上的刻線讀取裝置(如光學(xué)讀數(shù)頭，CCD攝像頭等)，支架4安裝于移動(dòng)部件5上，隨移動(dòng)部件5沿導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
F0,F2,F4與相應(yīng)的刻線構(gòu)成子裝置1,F0,F1,F3,F4與相應(yīng)的刻線構(gòu)成子裝置2，其中F0,F4為共用的感受器；子裝置1可實(shí)現(xiàn)路程L的2等分定位，即運(yùn)動(dòng)部件5可沿導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)L/2路程值倍數(shù)的理論上無(wú)誤差的定位；子裝置2可實(shí)現(xiàn)路程L的3等分定位，即運(yùn)動(dòng)部件5可沿導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)L/3路程值倍數(shù)的理論上無(wú)誤差的定位；子裝置1,2均可獨(dú)立進(jìn)行等分定位運(yùn)動(dòng)，二者組合運(yùn)用可實(shí)現(xiàn)路程值為L(zhǎng)/6的等分定位；即運(yùn)動(dòng)部件5可沿導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)L/6路程值倍數(shù)的理論上無(wú)誤差的定位；在本例中，F(xiàn)0,F4為共用的感受器，且為同種感受器，故子裝置1,2中各自對(duì)應(yīng)的刻線可同用一組刻線，如圖中所示。
權(quán)利要求
1．全“位置數(shù)和”等分定位裝置的組合使用方法是將T(T為大于1的有限自然數(shù)，如2,3,4,5,800000000)個(gè)全“位置數(shù)和”子裝置組合起來(lái)使用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)任意路程的等分定位；其特征是T個(gè)子裝置中，各子裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意路程理論上無(wú)誤差的等分定位數(shù)目分別為P1,P2,…,Pi,…,Pt(Pi為大于1的有限自然數(shù))，且各子裝置之間相互獨(dú)立工作，則組合后的裝置可得到對(duì)路程進(jìn)行P1,P2,…,Pi,…,Pt之最小公倍數(shù)的等分定位值路程長(zhǎng)。組合方式可為分層組合方式或不分層組合方式或分層與不分層混合的組合方式。
2．權(quán)利要求1中的分層組合方式，其特征是T個(gè)全“位置數(shù)和”子裝置進(jìn)行組合，每一個(gè)子裝置都有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)和靜止兩部分，分別包含感受目標(biāo)和感受器；若包含感受器(或感受目標(biāo))的部分為相對(duì)靜止部分，則另一部分為相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分；其組合關(guān)系為實(shí)現(xiàn)P1等分定位數(shù)目之子裝置中的相對(duì)靜止部分安裝于實(shí)現(xiàn)P2等分定位數(shù)目之子裝置的相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分上，同時(shí)P2的相對(duì)靜止部分安裝于P3的相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分上，依此類(lèi)推，直至Pt的相對(duì)靜止部分相對(duì)路程固定安裝；相對(duì)靜止部分安裝于相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分上的方位無(wú)嚴(yán)格要求，以不影響各子裝置的正常工作為原則。等分定位時(shí)，各子裝置可按一定順序運(yùn)動(dòng)，也可同時(shí)運(yùn)動(dòng)，但各子裝置在完成各自所需的等分定位后，其相對(duì)的靜止和運(yùn)動(dòng)兩部分相對(duì)固定不動(dòng)；此裝置可以得到對(duì)路程P1,P2,…,Pt之最小公倍數(shù)的等分定位值；若P1,P2,…,Pt中任2個(gè)數(shù)間除1外無(wú)公約數(shù)，則可得到對(duì)路程Πi=1tPi]]>數(shù)目的等分定位值；由于一個(gè)全“位置數(shù)和”等分定位裝置等分定位的調(diào)整量ΔL=(Mj-M0)/(k*n)(n為此裝置的等分?jǐn)?shù))；若組合裝置中各子裝置ΔL的調(diào)整范圍分別為W1,W2,…,Wt，則當(dāng)L/(P1,P2,…,Pt之最小公倍數(shù))≤Σi=1tW1]]>時(shí)，可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)子裝置，用各自相應(yīng)的ΔL1=(Mj-Mo)/(k*Pi)(其中i=1,…,t)調(diào)整量公式對(duì)最小路程等分值路程長(zhǎng)進(jìn)行連續(xù)等分定位。
3．權(quán)利要求1中的不分層組合方式，其特征是T個(gè)子裝置可分別對(duì)路程進(jìn)行P1,P2…,Pt數(shù)目的等分定位；各子裝置的感受目標(biāo)安裝于在路程上運(yùn)動(dòng)的同一物體上，其位置點(diǎn)要求各自分別均布于路程上；而各子裝置的感受器安裝于路程附近，且相對(duì)路程固定不動(dòng)，其在路程上的量程的位置點(diǎn)也要求各自分別均布于路程之上，各感受器和感受目標(biāo)的安裝要求，與單個(gè)全“位置數(shù)和”等分定位裝置的相同。每個(gè)子裝置對(duì)路程的等分定位是依次相互獨(dú)立進(jìn)行的，互不干涉。當(dāng)P1,P2,…,Pt中，任意兩個(gè)數(shù)間除1外無(wú)公約數(shù)，可得到對(duì)路程Πi=1tP1]]>數(shù)目的等分值；若各子裝置選用同樣的感受器和感受目標(biāo)，且各子裝置中均有2個(gè)感受器和感受目標(biāo)共用，或每2個(gè)子裝置共用2個(gè)感受器和感受目標(biāo)，此時(shí)組合裝置可用(Σi=1tPi)-(T-2)]]>個(gè)感受器和Πi=1tPi+1]]>個(gè)感受目標(biāo)(Πi=1tPi+1]]>個(gè)感受目標(biāo)的位置點(diǎn)均布于路程上)或用(Σi=1tPi)]]>-(T-2)個(gè)感受目標(biāo)和Πi=1tPi+1]]>個(gè)感受器(Πi=1tPi+1]]>個(gè)感受器在路程上量程的位置點(diǎn)要求均布于路程上)此時(shí)，可保證無(wú)論哪個(gè)子裝置在完成各自所需的對(duì)路程的等分定位后，其他子裝置中的感受器量程內(nèi)均有感受目標(biāo)可供繼續(xù)進(jìn)行等分定位。在不分層組合方式中，無(wú)論感受器與感受目標(biāo)有無(wú)共用情況，當(dāng)L/(P1,P2,…,Pt之最小公倍數(shù))≤Wimax時(shí)，(Wimax為不分層組合裝置中各于裝置ΔL的調(diào)整范圍中的最大值)，則可利用ΔL的調(diào)整公式確定L/(P1,P2,…,Pt之最小公倍數(shù))路程內(nèi)各點(diǎn)的位置(即各等分點(diǎn)之間路程上的各點(diǎn))；從而實(shí)現(xiàn)路程全程上的連續(xù)等分定位。實(shí)際應(yīng)用中，采用L/(P1,P2,…,Pt之最小公倍數(shù))≤Wimin,(Wimin為不分層組合裝置中各子裝置ΔL的調(diào)整范圍中的最小值)可更易實(shí)現(xiàn)對(duì)路程最小等分值的連續(xù)等分定位；
4．權(quán)利要求1中的混合組合方式，是將分層組合裝置與不分層組合裝置再進(jìn)行組合，其特征是H個(gè)等分定位數(shù)目分別為P1,P2,…,Ph的子裝置的分層組合裝置與U個(gè)等分定位數(shù)目分別為Q1,Q2,…,Qu的子裝置的不分層組合裝置進(jìn)行混合組合時(shí)(其中H,U為大于1的有限自然數(shù))，可將不分層組合裝置當(dāng)作分層組合裝置中的一個(gè)子裝置，即相當(dāng)于H+1個(gè)子裝置進(jìn)行分層組合；這樣，混合組合裝置既具有分層組合裝置的特征和功能，也因其有不分層組合子裝置而兼有不分層組合裝置所具有的特征和功能，只是感受器與感受目標(biāo)的數(shù)目略有變化，此時(shí)混合組合裝置感受器的數(shù)目為分層組合裝置感受器的數(shù)目與不分層組合裝置感受器的數(shù)目之和；混合組合裝置感受目標(biāo)的數(shù)目為分層組合裝置感受目標(biāo)的數(shù)目與不分層組合裝置感受目標(biāo)的數(shù)目之和；
5．由權(quán)利要求1，對(duì)于不易實(shí)現(xiàn)的大數(shù)目等分定位要求，采用與此大數(shù)目相近的可由D(D為大于1的有限自然數(shù))個(gè)等分定位數(shù)分別為S1,…,Sd的子裝置組合起來(lái)所實(shí)現(xiàn)的等分定位數(shù)來(lái)替代，而由此產(chǎn)生的誤差利用公式L/(S1,…,Sd之最小公倍數(shù))-L/(需替代的數(shù)目)計(jì)算出來(lái)(L應(yīng)為已知數(shù))，在實(shí)現(xiàn)對(duì)路程S1,…,Sd之最小公倍數(shù)數(shù)目的等分定位時(shí)，將此誤差由S1,…,Sd中任一子裝置承擔(dān)或由S1,…,Sd中幾個(gè)子裝置分擔(dān)，利用相應(yīng)的調(diào)整公式ΔLj=(Mj-Mo)/(Si*k)加以消除，仍可保證理論上無(wú)誤差的等分定位。
6．將各個(gè)子裝置沿路程L串行排列組合，各個(gè)子裝置有各自的感受目標(biāo)或感受器，且可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)各自對(duì)應(yīng)路程的等分定位(各自對(duì)應(yīng)路程均為路程L的一部分)，其特征是T個(gè)子裝置可分別對(duì)各自對(duì)應(yīng)路程L1,L2,…,Lt進(jìn)行P1,P2,…,Pt數(shù)目的等分定位；各子裝置的感受目標(biāo)安裝于在路程L上運(yùn)動(dòng)的同一物體上，其位置點(diǎn)要求各自分別均布于路程L上(如子裝置1的感受目標(biāo)以L1/P1的間距均布于路程L上，于裝置2的感受目標(biāo)以L2/P2的間距均布于路程L上)；而各子裝置的感受器安裝于路程附近，且相對(duì)路程固定不動(dòng)，其在路程上的量程的位置點(diǎn)也要求各自分別均布于各自對(duì)應(yīng)路程之上，各感受器和感受目標(biāo)的安裝要求，與單個(gè)全“位置數(shù)和”等分定位裝置的相同。則組合后，可實(shí)現(xiàn)路程值為(L1/P1)*j1+(L2/P2)*j2+…+(Lt/Pt)*jt的準(zhǔn)確定位(j1,j2,…jt為子裝置1,2…,t實(shí)際需要等分值L1/P1,L2-P2,…,Lt/Pt的整數(shù)倍數(shù))。
7．由權(quán)利要求1，當(dāng)路程特指圓時(shí)，則對(duì)圓周的等分定位，即是對(duì)圓的分度。
8．由權(quán)利要求3，若幾個(gè)感受器相距很近，量程也有較多的重疊時(shí)，在不影響各自所屬子裝置等分定位功能的條件下，可用一個(gè)感受器將多個(gè)替代，此時(shí)在一個(gè)感受器的量程中，會(huì)出現(xiàn)多個(gè)感受目標(biāo)，此時(shí)可用具有同時(shí)感測(cè)輸出多個(gè)“位置數(shù)”功能的感受器或通過(guò)控制感受目標(biāo)等方式感測(cè)出相應(yīng)感受目標(biāo)的“位置數(shù)”；同理，當(dāng)多個(gè)感受目標(biāo)相距很近，則可用一個(gè)感受目標(biāo)替代多個(gè)感受目標(biāo)，由多個(gè)感受器測(cè)出各自所需的“位置數(shù)”。
9．權(quán)利要求3，9中規(guī)定的感受器在任意路程上量程的位置點(diǎn)的均布及感受目標(biāo)位置點(diǎn)的均布皆無(wú)高均布位置精度要求，同單一全“位置數(shù)和”等分定位裝置的要求一樣，只要各子裝置在每次測(cè)量時(shí)，各感受器量程內(nèi)均有相應(yīng)的感受目標(biāo)即可，即滿足｜Δfmaxi｜+｜Δgmaxi｜≤Rmini即可，對(duì)于Πi=1tPi]]>個(gè)感受目標(biāo)的位置點(diǎn)均布于路程上時(shí)，Δgmaxi取其中的最大值Δgmax，對(duì)于Πi=1tPi]]>個(gè)感受器在路程上量程的位置點(diǎn)要求均布于封閉路程上的情況，Δfmaxi取其中的最大值Δfmax。
10．在組合裝置中，若感受器具有一個(gè)感受器可感測(cè)輸出同一狀態(tài)下多個(gè)感受目標(biāo)的“位置數(shù)”的功能，則可以用一個(gè)感受器代替多個(gè)感受器；若一個(gè)感受目標(biāo)可被同一狀態(tài)下多個(gè)感受器感測(cè)，且輸出各自的“位置數(shù)”，則可以用一個(gè)感受目標(biāo)代替多個(gè)感受目標(biāo)；相應(yīng)的組合裝置中感受器及感受目標(biāo)的數(shù)目，再減去該裝置中被代替的感受器及感受目標(biāo)的數(shù)目即為組合裝置實(shí)際所用的感受器及感受目標(biāo)的數(shù)目。若感受目標(biāo)被代替，亦與感受器被代替同理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多個(gè)全“位置數(shù)和”等分定位子裝置組合使用的方法。T個(gè)子裝置可分別對(duì)任意路程進(jìn)行P
文檔編號(hào)G01D13/12GK1215647SQ9711991
公開(kāi)日1999年5月5日 申請(qǐng)日期1997年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月27日
發(fā)明者劉北英 申請(qǐng)人:劉北英, 劉北銘