CN114100876A - 一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法，包括以下步骤，步骤一、预扫描：传感器沿着样品孔孔心圆周移动，获取预扫描数据，其中预扫描数据包括预扫描的高度数据和对应的传感器的位置的信息；步骤二、工作扫描：扫描时，传感器实时记录离心机转子表面沿样品孔孔心圆周各点的高度数据以及对应的传感器当前位置的信息，得到工作扫描数据；步骤三、几何比对：对扫描数据和工作扫描数据进行统计分析确定离心机实际的偏转状态；对壁区和样品孔区两种类型的高度数据进行统计分析确定离心机实际的偏转状态；采用上述方法，执行样品装填，不需要对离心机硬件进行改装，极大地提高了离心机自动化的可能性。

Description

一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法

技术领域

本发明涉及离心机转子定位技术领域，具体涉及一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法。

背景技术

现有的离心机转子在每轮运行后，会缓慢停下，随机产生一定的转角。这种随机产生的转角会导致每次装填样品时，各样品孔的坐标相对于转子中心的坐标不固定，因此无法直接用预先录制的操作程序执行样品装填，阻碍了该步骤的作业自动化。当前的主流解决方案是通过对仪器的硬件进行改装来实现定位的，典型的方案如2017年的专利CN206483587U一种带定位控制机构的离心机、2019年的专利CN109499785A一种自动定位机构及全自动智能离心机、2020年的专利CN213967187U定位停止离心机，是对离心机内部进行机械改装，但这类方法成本高，弹性差，对于绝大部分传统离心机不易实施。而典型的视觉定位***，如二维码、色彩识别等，需要在转子或离心机添加或标记用于定位的辅助零件，如定位二维码等。此类方法存在定位精度低、不适用所有场合等问题。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法，在离心机转子每轮运行之后，通过传感器扫描获取高度数据，进而采用几何运算计算出离心机转子实际的偏置情况，此方法能够实时更新操作程序，执行样品装填，不需要对离心机硬件进行改装，极大地提高了离心机自动化的可能性。同时采用上述的方法，能够精确的定位，无需在离心机转子或者离心机上添加辅助定位零件，更加方便适用。本发明提供了一种通用的方法和两种具体的实施方式：误差积分置换角度法和壁区特征区域比对法。尽管通过高度的直接几何判定离心机不同区域边界的方法使用更简单，但容易受到多种因素的干扰，不具有通用性。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法，包括以下步骤：

步骤一、预扫描：传感器沿着样品孔孔心圆周移动，获取预扫描数据，其中预扫描数据包括预扫描的高度数据和对应的传感器的位置的信息；

步骤二、工作扫描：扫描时，传感器实时记录离心机转子表面沿样品孔孔心圆周各点的高度数据以及对应的传感器当前位置的信息，得到工作扫描数据；

步骤三、几何比对：对扫描数据和工作扫描数据进行统计分析确定离心机实际的偏转状态。

作为本发明进一步的方案：步骤三在执行时，将传感器工作扫描时实时记录的样品孔孔心圆周各点的高度数据以及对应的传感器当前位置的信息，和预扫描获取的预扫描数据进行数学比对，确定壁区与样品区的位置，从而计算出当前离心机转子的偏角，并根据离心机转子的几何对称性关系进而确定每个样品孔的坐标位置。

作为本发明进一步的方案：所述数学比对包括以下方法：

1)、对工作扫描时获得的高度数据的排列顺序进行置换，得到不同偏角状态下的离心机转子表面的高度数据；

2)、每一个置换结果与预扫描获取的高度数据做误差积分，比对误差积分；

3)、对不同置换结果迭代进行误差积分比对，直到找到误差积分小于误差积分阈值的置换步数；

4)、带入公式计算，反推出离心机转子原始的偏角。

作为本发明进一步的方案：所述传感器预扫描区域为沿着样品孔孔心圆周扫描360度。

作为本发明进一步的方案：所述传感器工作扫描区域为沿着样品孔孔心圆周扫描离心机转子对应的对称最小旋转角的范围。

作为本发明进一步的方案：所述数学比对还包括以下方法：

1)、不断将实时获得的高度数据与预扫描的壁区特征区域高度数据比对误差积分，直至找到误差积分小于误差积分阈值的当前扫描步数；

2)、带入公式计算，反推出离心机转子的原始偏角。

作为本发明进一步的方案：所述壁区特征区域根据壁区特征区域的选择原则来选取。

作为本发明进一步的方案：所述壁区特征区域通过沿着样品孔孔心圆周扫描360度的数据得到。

作为本发明进一步的方案：所述壁区特征区域通过沿着样品孔孔心圆周扫描该离心机转子对应的对称最小旋转角的两倍得到。

作为本发明进一步的方案：定位控制的方法包括两种方法：误差积分置换角度法和壁区特征区域比对法；

其中误差积分置换角度法：通过置换的方法处理高度数据，将每一个置换结果做误差积分，得出标准态扫描的高度数据与有偏角扫描的高度数据重合的位置，代入公式计算出偏角；

所述壁区特征区域比对法：将标准态扫描和双小周期扫描下的壁区特征区域数据做误差积分，误差积分小于误差积分阈值，代入公式计算出偏角；

作为本发明进一步的方案：误差积分置换角度法包括以下步骤：

步骤一、标准态预扫描：需要预先在安装机械***的时候进行扫描标准态；首先将离心机转子处于标准状态，设定机械***，使得传感器的测量方向垂直向下，发射端的端点位置处于预设的高度；根据离心机和机械***的特点，确定小周期扫描(即传感器只走360/N的角度)或整圆扫描，并参考扫描步数的原则确定总步数B；保持Z坐标不变，沿预定的扫描轨迹进行扫描，记录标准态扫描得到的扫描数据数组H_a4以及对应的每个高度的位置。

步骤二、工作时的搜索方法：对于任意的离心机转子状态，参照标准态预扫描设定机械***和传感器，使用和标准态预扫描相同的扫描轨迹和步数B，再使用相同的办法开始扫描获得扫描数据数组H_a5及对应的每个高度的位置。

依次将H_a5从0到B进行多次置换。将每一个置换结果分别和H_a4做误差积分，如果结果大于积分误差阈值，则继续对下一个置换的H_a5做新一轮比对；若小于阈值，则记录此时的置换步数。代入

小周期扫描：Theta＝(360/N)(x/B)；

整圆扫描：Theta＝360(x/B)；

其中Theta即为偏角，x为此时的置换步数，N为样品槽个数。此方法即为误差积分置换角度法。

如：以小周期扫描为例：

假设总步数B＝10(B为确定值，由传感器本身决定)，

样品槽个数N＝4(实际由具体离心机转子决定)，

标准态扫描得到的扫描数据H_a4＝{7、7、7、7、7、7.3、7.6、7.8、8、7.2}

有偏角扫描得到数组H_a5＝{7.8、8、7.2、7、7、7、7、7、7.3、7.6}

通过迭代进行误差积分可知，所需置换步数x＝3。代入公式Theta＝(360/N)(x/B)＝(360/4)(3/10)＝27度，即偏角为27度。

作为本发明进一步的方案：壁区特征区域比对法包括以下步骤：

步骤S1、壁区特征区域预扫描：需要预先在安装机械***的时候进行壁区特征区域的标准态扫描；参照误差积分置换角度法设定机械***和传感器位置，但区别是不需要将离心机转子置于标准状态。对应的，将扫描轨迹定位从一段壁区特征区域的起点到终止点所对应的样品孔孔心圆周的轨迹。

根据离心机和机械***的特点，参考扫描步数的原则确定总步数B，样品孔孔心到壁区特征区域边界的区域角α₁，壁区特征区域角α₂，壁区特征区域角α₂对应的步数B₂，保持Z坐标不变，沿预定的扫描轨迹进行扫描，记录扫描得到的壁区特征区域高度数据H_a6以及对应的每个高度的位置。

步骤S2、工作时的搜索方法：对于任意的离心机转子状态，参照标准态预扫描设定机械***和传感器，使用双小周期扫描，以保证至少扫过一次完整的壁区特征区域，并确定与该扫描轨迹对应的扫描角度T和总步数B(通过给定的离心机转子，T、B为定值)，再使用相同的办法开始扫描，实时获得高度数据及对应的每个高度的位置。当已扫描步数达到预扫描时确定的步数B₂时，从之前已获得的高度数据中，取出最新获得的共B₂个元素的总长度的子集，记为H_a7。对当前的H_a7与预扫描的壁区特征区域高度数据H_a6做误差积分。

如果H_a6和H_a7积分误差大于误差积分阈值，则继续向前扫描，并对新产生的H_a7和H_a6进行误差积分比对。若任意时刻，误差积分小于误差积分阈值,则终止扫描，开始计算偏角：Theta＝D-α₁-α₂，其中总偏角D＝(T/B)*j，其中j为当前扫描的步数。如果结果为正值，表示沿着原扫描方向偏转，如果为负值，则是反方向偏转。

例如：某包括四个吊篮8的十字型水平转子，对称旋转角为90度，壁区特征区角可定为α₂＝50度，α₁＝20度。根据双小周期扫描，设定搜索角度为180度，从样品孔孔心圆周的六点钟方向起始，到十二点钟方向结束，即T＝180度。可将总步数B定为1500步，对应B₂＝416步。执行预扫描时，获取共416组数据的数组H_a8。

当扫描步数j达到416时，j＝B₂＝416，此时将已获取的416个的H_a9数据和之前预扫描阶段的H_a8进行误差积分比对。假定首次未通过，则步数增加到j＝417，继续向前扫描，但只取417个数据中的最新的416个数据与H_a8进行新的比对，如果未通过，则向前进行到第418步，但只取最新的416个数据再进行比对。如此重复，直到通过比对。假如在扫描进行第853步时，共有853组数据，此时最新的416个数据为从第438个到第853个数据，此时通过误差积分比对。代入公式Theta＝D-α₁-α₂，其中总偏角D＝(T/B)*j；α₁＝20度，α₂＝50度。D＝(180/1500)*853＝102.36度；Theta＝102.36-20-50＝32.36度。

本发明的有益效果：

本发明在离心机转子每轮运行之后，通过激光位移传感器和三角测距传感器扫描获取数据，进而采用几何运算计算出离心机转子六点钟方向顺时针最近的样品孔的偏角，从而确定离心机转子的偏转角，使得能够直接用预先录制的操作程序执行样品装填；本方法能够实时更新操作程序，执行样品装填，不需要对离心机硬件进行改装，极大地提高了离心机自动化的可能性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明中定位控制方法的步骤示意图；

图2是本发明中固定角转子结构示意图；

图3是本发明中固定角转子剖面结构示意图；

图4是本发明中传感器扫描示意图一；

图5是本发明中传感器扫描示意图二；

图6为本发明中样品槽中放置的离心管管盖过大情况的示意图；

图7是本发明中传感器扫描固定角转子结构示意图；

图8是本发明中离心机多圈转子结构示意图；

图9是本发明中十字型水平转子俯视结构示意图；

图10是本发明中传感器扫描水平转子结构示意图。

图11是本发明中误差积分置换角度法标准态预扫描的步骤示意图；

图12是本发明中误差积分置换角度法工作时的搜索方法的步骤示意图；

图13是本发明中壁区特征区域比对法壁区特征区预扫描的步骤示意图；

图14是本发明中壁区特征区域比对法工作时的搜索方法的步骤示意图。

图中：1、固定角转子；1-1、固定角转子底座；2、转子平面；3、样品槽；4、传感器；5、离心管管盖；6、离心管；7、固定座；8、吊篮；9、适配器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-14所示，为使本发明内容能更准确描述及易于理解，定义某些术语：

机械***：指用于固定传感器4，使其移动，控制其位置的机械装置；包括但不限于用于挂载传感器4的机械臂、六轴机器人、笛卡尔坐标机器人和简单的机械运动装置(如连杆、凸轮等控制的传统机械)。该机械***需要精确感知当前位置和控制下一步位置。

Z轴：指垂直于放置离心机转子的桌面的方向(重力方向)。

对称最小旋转角：指的是旋转对称的图形，作旋转运动时，得到的新图形与原图形完全重合时，旋转的最小角度。

离心机转子：指的是离心机的主要配件，离心机转子上有样品槽3，用于放置待离心的样品，常用的离心机转子包括固定角转子1和水平转子等。离心机转子的主要特征包括：样品倾斜角、样品槽3尺寸、样品槽3适配类型。对于带有吊着自由活动的吊篮8构成的水平转子，当固定座7静止时，吊篮8垂直悬挂。

由于离心操作要求，离心机转子高度对称，在数学上属于旋转对称结构，每个离心机转子通常都有保持对称的最小旋转角；这种对称性将所有离心机转子位置的定位问题大幅简化；对于简单的单圈转子，这个对称角等于360/N度，其中N是离心机转子上样品槽3的数量。

样品槽3和样品孔：样品槽3指的是离心机转子上预留出的用于放置待离心样品的孔洞，在本发明中特指三维空间的孔洞结构。样品孔则指该样品槽3在开口处的二维平面圆形结构。

壁区：指的是在样品孔孔心圆周上除了样品孔位置的区域。一个离心机转子被放置样品的带孔区域分割成多个壁区。

对于一些特殊的离心机转子(如水平转子)或离心管管盖5过大等情况，离心结束后，会出现离心管管盖5的中心非样品孔中心的情况，壁区不受此干扰，因此需要通过计算壁区中心反推样品孔中心，来提高准确率。

样品区：两个相邻的壁区之间的部分称样品区。对于整体成型的离心机转子，每个样品区等同一个样品槽3。对于水平转子，由于每个吊篮8可搭配不同的适配器9，一个样品区可包括多个样品槽3和样品孔。

单圈转子和多圈转子：离心机转子的样品孔围成一个圈的离心机转子，称单圈转子，包含多个圈的样品孔的离心机转子，称多圈转子；多圈转子虽然样品孔分布更复杂，但上下圈有严格的对称关系，只要确定其中任意一圈的几何位置，即可确定所有样品孔的位置，所以多圈转子能够使用本发明中的方法。此外，水平转子的吊篮8挂载的适配器9也有多个不同样品孔，其内部一般具有高度确定的几何关系，只要确定吊篮8的几何位置，即可推算出全部样品孔的位置。

样品孔孔心：本发明中各个样品孔的几何中心。

转子平面2：指的是离心机转子各样品孔孔心所在的平面。对于大部分离心机转子，由于离心操作的要求，必须对称，各样品孔孔心与固定角转子底座1-1的垂直高度差必须相等，所以它们是共面的，转子平面2与放置离心机的桌面平行。

样品孔孔心圆周：指的是一个穿过所有样品孔孔心的圆。由于离心操作的对称性要求，所有样品孔到离心机转子的几何中心必须等距，所以所有样品孔孔心到离心机转子的几何中心也必须等距，这构成一个圆的圆周。该圆的几何中心在离心机转子的几何中心，半径等于任意一个样品孔孔心到离心机转子几何中心的距离。样品孔孔心圆周在转子平面2上称扫描圆周。

偏角、绝对偏角和相对偏角：偏角指的是某一时刻离心机转子状态与标准状态的差别；

假定对离心机转子上所有样品孔进行顺时针编号，设定标准状态下，一号样品孔的几何中心(样品孔孔心)在样品孔孔心圆周的正六点钟方向；当离心机转子经过转动后重新停下，一号样品孔孔心的位置会发生变化；新的位置与原始位置的角度差即为绝对偏角。

然而，由于离心机转子是高度旋转对称的形状，比如圆形。所以样品孔呈对称分布，各样品孔是全部相同的。对于未装载样品的离心机转子，假设离心机转子的样品槽3数量为N个，则任意旋转360/N度，因为对称性，不影响样品的取放，所以定义相对偏角取值在(0,360/N)，超过部分则取360/N的余数。比如N＝4时，360/N＝90，若绝对偏角为93度，则相对偏角为3度。本发明中的偏角若不指明，即为相对偏角。

样品孔孔心垂直投影点：指的是样品孔孔心在竖直方位上，与样品槽3或样品孔的交点。

逻辑控制元件：指的是一类可执行逻辑运算、计数和算术运算等操作，控制各类仪器的设备，包括但不限于PLC、单片机、PC等。

传感器4：指可测量目标物与传感器本体的距离的设备，包括激光位移传感器、超声波测距传感器、红外测距传感器等，本发明如无特殊说明，测量时激光的指向均垂直向下。

使用三角测距原理的传感器4，受原理限制，传感器4与被测物有最小测量距离。因此，测量时需要传感器4在转子平面2上方悬空一定距离，不可紧贴转子平面2。

基准面：由于传感器4须悬空安装在样品孔孔心圆周垂直上方一定距离处，为保证测量全程都处于量程之内，需要根据具体离心机转子的样品孔孔心与样品孔孔心垂直投影点的距离，结合可选的传感器4类型，设定合适的悬空高度。在该悬空高度下，所对应的与离心机平行的平面，定义为基准面，基准面确定后即固定不变，传感器4始终在基准面运动。

基准高度：本发明所指基准高度为传感器4所感应的障碍物到基准面的高度差的绝对值，且数值永远为正数。

传感器位置角：在任意时刻，传感器4探测方向的射线和离心机转子转轴会构成一个平面，离心机转子转轴与样品孔孔心圆周的六点位置会构成第二个平面，该两平面夹角在本发明中称传感器位置角。

整圆扫描：使用传感器4从样品孔孔心圆周的正六点钟位置(可自由选定，统一即可。对于向上开盖离心机，六点钟方向最容易触及)顺时针(或逆时针，任意一个方向，统一即可)沿着样品孔孔心圆周扫描360度，依次读取基准高度数据，直到重新回到起始位置。

实际实施时，通过逻辑控制元件获取高度数据，扫描实际为离散的多步移动和测量过程。每一步将记录该步对应的基准高度、该步的步数。可由步数推算对应的传感器位置角。

扫描步数的原则：扫描步数指机械***完成在特定轨迹上的移动过程所需要的步数。通常由机械***特点、所扫描轨迹的几何特征、扫描精度要求共同决定。原则上步数可自由选择，但需要能够保证足够的定位精度。比如对于半径100mm的离心机转子，如需要定位精度在0.5mm。则根据圆周率，该离心机转子对应的样品孔孔心圆周约628mm，则需要至少1256步。

转子周期：对有A个样品区的离心机转子，称每旋转360/A的角度为旋转一个转子周期。

小周期扫描：指的是过程同整圆扫描，但只走360/N的角度(扫描步数具体选择)，其中N为样品槽3的个数，其等同于样品孔的个数。

双小周期扫描：过程同整圆扫描，但只走2*360/N的角度(扫描步数具体选择)。

扫描数据数组：指的是扫描时获取各步高度数据组合成的基准高度数组H_a,a＝1，2，3，...，n；n为正整数。

标准态扫描和有偏角扫描：标准态扫描指的是离心机转子在标准状态下(一号样品孔的几何中心(样品孔孔心)在样品孔孔心圆周正六点钟方向)的扫描；离心机转子在非标准状态时(有偏角)的扫描为有偏角扫描。

误差积分：对任意两个不同的离心机转子状态下进行有偏角扫描，如果它们的扫描使用相同的扫描步长。则会得到两组元素数相等的基准高度数据。

记两扫描数据数组为H_a1和H_a2；对于扫描数据数组中的每一个高度数据，取两者差的绝对值(即|H_a1-H_a2|，其中a为数组元素的序号)，再将各绝对值求和，即为本发明所指的误差积分；当两扫描的偏角相同时，理论上误差积分为0。

绝对值求和运算仅仅是一种可行方法，可以使用各种不同数学方法判定两个数组的相似度，例如平方求和、四次方求和、欧氏距离求和等等。只要满足当两扫描的偏角一样时，理论上误差积分为0即可。

误差积分阈值：对误差积分的结果，定义一个数值，当误差积分小于该数值时，则认为误差积分足够小，视为理论上为0。

置换：是将扫描数据数组内所有元素从右向左依次移动i步，对于数组原本在i+1位和其后面的各元素，直接向前移动i位。对于前面i位的各元素，依次按顺序移到新数组队列的末尾；如，假设原始扫描数据数组H_a3＝{7.8、8、7.2、7、7、7、7、7、7.3、7.6}，

当i＝3时，置换后的新扫描数据数组P(H,3)＝{7、7、7、7、7、7.3、7.6、7.8、8、7.2}。

误差积分置换角度法：通过置换的方法处理高度数据，将每一个置换结果做误差积分，得出标准态扫描的高度数据与有偏角扫描的高度数据重合的位置，代入公式计算出偏角；

该方法包括以下步骤：

步骤一、标准态预扫描：需要预先在安装机械***的时候进行扫描标准态；首先将离心机转子处于标准状态，设定机械***，使得传感器4的测量方向垂直向下，发射端的端点位置处于预设的高度；根据离心机和机械***的特点，确定小周期扫描(即传感器4只走360/N的角度)或整圆扫描，并参考扫描步数的原则确定总步数B；保持Z坐标不变，沿预定的扫描轨迹进行扫描，记录标准态扫描得到的扫描数据数组H_a4以及对应的每个高度的位置。

步骤二、工作时的搜索方法：对于任意的离心机转子状态，参照标准态预扫描设定机械***和传感器4，使用和标准态预扫描相同的扫描轨迹和步数B，再使用相同的办法开始扫描获得扫描数据数组H_a5及对应的每个高度的位置。

依次将H_a5从0到B进行多次置换。将每一个置换结果分别和H_a4做误差积分，如果结果大于积分误差阈值，则继续对下一个置换的H_a5做新一轮比对；若小于阈值，则记录此时的置换步数。代入

小周期扫描：Theta＝(360/N)(x/B)；

整圆扫描：Theta＝360(x/B)；

其中Theta即为偏角，x为此时的置换步数，N为样品槽3个数。此方法即为误差积分置换角度法。

如：以小周期扫描为例：

假设总步数B＝10(B为确定值，由传感器4本身决定)，

样品槽3个数N＝4(实际由具体离心机转子决定)，

标准态扫描得到的扫描数据H_a4＝{7、7、7、7、7、7.3、7.6、7.8、8、7.2}

有偏角扫描得到数组H_a5＝{7.8、8、7.2、7、7、7、7、7、7.3、7.6}

通过迭代进行误差积分可知，所需置换步数x＝3。代入公式Theta＝(360/N)(x/B)＝(360/4)(3/10)＝27度，即偏角为27度。

区域角：指的是样品孔孔心圆周上某连续区域所跨越的传感器位置角。

壁区特征区域：指的是样品孔孔心圆周上某壁区部分的一个连续子区段。因为样品区在装有样品时，离心管管盖5等附属零件结构可能覆盖在部分壁区的上方，会干扰垂直向下扫描的传感器4对壁区边界的区分。但如果只选取壁区中的一部分，避开两端和样品区的边界部分，则不受此干扰。这个区域通常也不能太小，需要包含壁区高度变化的足够特征，确保在同一个转子周期内，只能存在一组这样的区域。这种区域可以用来比对离心机转子的偏角。任意选定的满足以上条件的区域，称壁区特征区域。

对应的，定义传感器4从样品孔孔心到壁区特征区域的边界，所走过的角度为区域角α₁(为定值，根据具体离心机转子决定),走过壁区特征区域的角度为区域角α₂(为定值，根据具体离心机转子决定)。

壁区特征区域的选择原则：是选择以壁区的中心为中心点，由中心点向两侧延伸，包括样品孔周围的结构及固定角转子底座1-1等在内的区域。壁区的特征区域是壁区的子集，选择方法不唯一。

例如水平转子有一个固定座7，固定座7向外延伸固定放置试管套的吊篮8，且吊篮8是对称放置的。假如选取的壁区特征区域是吊篮8、固定座7及相邻吊篮8内部区域等，当放置的离心管管盖5过大，会覆盖住部分固定座7的上方空间，导致传感器4无法直接测得固定座7的实际高度。这种情况下，应当选取的壁区特征区域是未覆盖住的吊篮8、固定座7及相邻吊篮8内部区域等，不受离心管管盖5的干扰。

壁区特征区域区域角的情况：指在样品孔孔心圆周上，跨越壁区特征区域的角度。

以四孔水平转子为例:

在无离心管6或离心管管盖5较小时，假设从样品孔孔心到样品区的边界，区域角为10度，由于从一个样品孔孔心到下个样品孔孔心偏转90度。则连续的完整壁区特征区域的区域角为70度，

离心管管盖5较大时，假设从样品孔孔心到交界处，区域角为15度，由于从一个样品孔孔心到下个样品孔孔心偏转90度，则连续的完整壁区特征区域区域角为60度。

壁区特征区域比对法：将标准态扫描和双小周期扫描下的壁区特征区域数据做误差积分，误差积分小于误差积分阈值，代入公式计算出偏角；

本法包括以下步骤：

步骤S1、壁区特征区域预扫描：需要预先在安装机械***的时候进行壁区特征区域的标准态扫描；参照误差积分置换角度法设定机械***和传感器4位置，但区别是不需要将离心机转子置于标准状态。对应的，将扫描轨迹定位从一段壁区特征区域的起点到终止点所对应的样品孔孔心圆周的轨迹。

根据离心机和机械***的特点，参考扫描步数的原则确定总步数B，样品孔孔心到壁区特征区域边界的区域角α₁，壁区特征区域角α₂，壁区特征区域角α₂对应的步数B₂，保持Z坐标不变，沿预定的扫描轨迹进行扫描，记录扫描得到的壁区特征区域高度数据H_a6以及对应的每个高度的位置。

步骤S2、工作时的搜索方法：对于任意的离心机转子状态，参照标准态预扫描设定机械***和传感器4，使用双小周期扫描，以保证至少扫过一次完整的壁区特征区域，并确定与该扫描轨迹对应的扫描角度T和总步数B(通过给定的离心机转子，T、B为定值)，再使用相同的办法开始扫描，实时获得高度数据及对应的每个高度的位置。当已扫描步数达到预扫描时确定的步数B₂时，从之前已获得的高度数据中，取出最新获得的共B₂个元素的总长度的子集，记为H_a7。对当前的H_a7与预扫描的壁区特征区域高度数据H_a6做误差积分。

如果H_a6和H_a7积分误差大于误差积分阈值，则继续向前扫描，并对新产生的H_a7和H_a6进行误差积分比对。若任意时刻，误差积分小于误差积分阈值,则终止扫描，开始计算偏角：Theta＝D-α₁-α₂，其中总偏角D＝(T/B)*j，其中j为当前扫描的步数，如果结果为正值，表示沿着原扫描方向偏转，如果为负值，则是反方向偏转。

例如：某包括四个吊篮8的十字型水平转子，对称旋转角为90度，壁区特征区角可定为α₂＝50度，α₁＝20度。根据双小周期扫描，设定搜索角度为180度，从样品孔孔心圆周的六点钟方向起始，到十二点钟方向结束，即T＝180度。可将总步数B定为1500步，对应B₂＝416步。执行预扫描时，获取共416组数据的数组H_a8。

当扫描步数j达到416时，j＝B₂＝416，此时将已获取的416个的H_a9数据和之前预扫描阶段的H_a8进行误差积分比对。假定首次未通过，则步数增加到j＝417，继续向前扫描，但只取417个数据中的最新的416个数据与H_a8进行新的比对，如果未通过，则向前进行到第418步，但只取最新的416个数据再进行比对。如此重复，直到通过比对。假如在扫描进行第853步时，共有853组数据，此时最新的416个数据为从第438个到第853个数据，此时通过误差积分比对。代入公式Theta＝D-α₁-α₂，其中总偏角D＝(T/B)*j；α₁＝20度，α₂＝50度。D＝(180/1500)*853＝102.36度；Theta＝102.36-20-50＝32.36度。

实施例1：

对直径400mm、包括四个吊篮8的十字型水平转子。因为带吊篮8结构的转子通常具有多变的离心管6，容易盖住离心机转子。一般使用壁区特征区域比对法。四个吊篮8的十字型水平转子中每个吊篮8的对称旋转角为90度，根据双小周期扫描，设定搜索角度为180度，从样品孔孔心圆周的六点钟方向起始，到十二点钟方向结束。在定位精度要求0.5mm的情况下，该十字型水平转子对应的样品孔孔心圆周约1256mm，则走完样品孔孔心圆周至少步数约2512步。由于双小周期扫描只需要扫描半个圆周，可将总步数定为1500步。壁区特征区角可定为α₂＝50度，对应B₂＝416步。α₁＝20度。以此参数结合壁区特征区域比对法可确定任意状态下该转子的偏角。

实施例2：

对直径200mm、包括六个样品槽3的固定角转子1。因为结构较简单，可使用误差积分置换角度法。六个样品槽3的固定角转子1对称旋转角为60度，根据小周期扫描，设定搜索角度为60度,从样品孔孔心圆周的六点钟方向起始，到八点钟方向结束。在定位精度要求0.5mm的情况下，该固定角转子1对应的样品孔孔心圆周约628mm，则走完样品孔孔心圆周至少步数约1256步。由于双小周期扫描只需要扫描半个圆周，可将总步数定为750步。以此参数结合误差积分置换角度法可确定任意状态下该转子的偏角。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、预扫描：传感器(4)沿着样品孔孔心圆周移动，获取预扫描数据，其中预扫描数据包括预扫描的高度数据和对应的传感器(4)的位置的信息；

步骤二、工作扫描：扫描时，传感器(4)实时记录离心机转子表面沿样品孔孔心圆周各点的高度数据以及对应的传感器(4)当前位置的信息，得到工作扫描数据；

步骤三、几何比对：对预扫描数据和工作扫描数据进行统计分析确定离心机实际的偏转状态。

2.根据权利要求1所述的一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法，其特征在于，步骤三在执行时，将传感器(4)工作扫描时实时记录的样品孔孔心圆周各点的高度数据以及对应的传感器(4)当前位置的信息，和预扫描获取的预扫描数据进行数学比对，确定壁区与样品区的位置，从而计算出当前离心机转子的偏角，并根据离心机转子的几何对称性关系进而确定每个样品孔的坐标位置。

3.根据权利要求2所述的一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法，其特征在于，所述数学比对包括以下方法：

1)、对工作扫描时获得的高度数据的排列顺序进行置换，得到不同偏角状态下的离心机转子表面的高度数据；

2)、每一个置换结果与预扫描获取的高度数据做误差积分，比对误差积分；

3)、对不同置换结果迭代进行误差积分比对，直到找到误差积分小于误差积分阈值的置换步数；

4)、代入公式计算，反推出离心机转子原始的偏角。

4.根据权利要求2所述的一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法，其特征在于，所述传感器(4)预扫描区域为沿着样品孔孔心圆周扫描360度。

5.根据权利要求2所述的一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法，其特征在于，所述传感器(4)工作扫描区域为沿着样品孔孔心圆周扫描离心机转子对应的对称最小旋转角的范围。

6.根据权利要求2所述的一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法，其特征在于，所述数学比对还包括以下方法：

1)、不断将实时获得的高度数据与预扫描的壁区特征区域高度数据比对误差积分，直至找到误差积分小于误差积分阈值的当前扫描步数；

2)、代入公式计算，反推出离心机转子的原始偏角。

7.根据权利要求6所述的一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法，其特征在于，所述壁区特征区域根据壁区特征区域的选择原则来选取。

8.根据权利要求7所述的一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法，其特征在于，所述壁区特征区域通过沿着样品孔孔心圆周扫描360度的数据得到。

9.根据权利要求7所述的一种通过智能算法对离心机转子偏转状态定位控制的方法，其特征在于，所述壁区特征区域通过沿着样品孔孔心圆周扫描该离心机转子对应的对称最小旋转角的两倍得到。

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