当打高尔夫球的人挥动高尔夫球杆时，高尔夫球杆的杆身会弯曲 或扭曲，尤其是在向下挥杆的过程中。杆身弯曲或扭曲的方向取决于 打高尔夫球的人是怎样加载或加速球杆的，但弯曲或扭曲的方向和幅 度还取决于杆身的刚度。如果杆身软，它就更容易比硬杆身在已知的 向下挥杆过程中弯曲或扭曲。此外，如果杆身在不同的平面中具有不 同的横向刚度，即杆身的刚度、圆度和直线度不对称，杆身就会根据 其负载的平面(方向)不同程度地弯曲或扭曲。
就在高尔夫球杆的杆头击高尔夫球之前，高尔夫球杆的杆身要在 顶端上/下方向(垂直于击球方向的平面)和引导/滞后方向(平行于击 球方向的平面)经历明显的振动运动。研究表明，高尔夫球杆的杆身 在即将击高尔夫球之前在顶端上/下方向上下振动。该称为“垂直偏 移振动”、“垂直偏转振动”或“倾斜振动”的上下运动可达±1.5 英寸(±3.8cm)。不一致的弯曲或扭曲使得打高尔夫球的人更难在球 杆之间再现向下挥动杆身的弯曲或扭曲，从而在一套球杆中产生不一 致的击球重复性。因为对于打高尔夫球的人来说，任何由即将击球前 的不对称杆身行为引起的不一致的弯曲或扭曲基本上不可能由他或她 的挥杆来校正，任何即将击球前的上述振动的减少将有助于打高尔夫 球的人提高他或她的击球重复性，从而提高性能。这对于打高尔夫球 的所有技能水平的人都是奏效的。
此外，在即将击球前，高尔球球杆在击中的方向上向前“弹跳”。 这通常被称作杆身的“反弹球”。如果可采用振动的反弹球方向是 稳定的方式来分析并定位杆身，该杆身位置就提高了打高尔夫球的人 重复击球位置的能力。换句话说，杆身极少会在即将击球前上下“摆 动”，从而提高了击球重复性。
不一致的弯曲或扭曲影响杆头运动，如果杆身完全对称，其将不 存在。高尔夫球杆杆身的制造商尝试制造刚度对称的杆身来最大程度 地减小挥杆过程中不一致的弯曲或扭曲，但由于制造的局限性，难于 制造完全对称的高尔夫球杆杆身。具体地说，众所周知，由于材料或 制造工艺的不规则性或变化，高尔夫球杆杆身具有优选的角方位。例 如，有时称高尔夫球杆杆身具有“脊状突起(spine)”，其方位是 明显的(见美国专利4958834和5040279，其全部内容在此通过引用 并入)。因此，基本上所有的高尔夫球杆杆身都具有一定程度的不对称 性，其在挥杆过程中产生了一定程度上的不一致的弯曲或扭曲。
高尔夫球杆杆身的不对称性可能起因于横截面不对称(杆身横截 面不圆或壁厚不均匀)、杆身不直或者杆身的材料性能在杆身横截面圆 周的周围改变。因为基本上不可能制造完全对称的高尔夫球杆杆身， 且目的在于最大程度地减小一套高尔夫球杆中球杆之间的不一致性以 及一个牌号的套与套之间的不一致性，如有可能，可分析一套高尔夫 球杆中的每个高尔夫球杆来理解其不对称的弯曲或扭曲性能，并将一 套中的高尔夫球杆制成在一套的球杆与球杆之间以及在一个牌号的套 与套之间具有最大的一致性。
例如在上面引入的美国专利5040279中，已认识到，尽管基本上 所有的高尔夫球杆杆身具有一定程度的不对称性，但基本上每个高尔 夫球杆杆身都具有至少一个方位，其中，当杆身被夹在其近端或手柄 端且在顶端移动时，杆身最终的振动将仍然基本上在平面内。也就是 说，杆身仍旧基本上位于单个平面内，并且杆身的顶端将基本上沿着 一条线来回振动。
还在上面引入的美国专利4958834中认识到，与一套不规则或随 意构造的高尔夫球杆相比，在向下挥杆的过程中，位于一套中的所有高 尔夫球杆的结构将会显示出：杆身弯曲或扭曲的不一致性要小些，其 中它们各自的平面振动面(“POPs”)相对于其对应的杆面定向在相 同的角方向上。尤其是，如果各高尔夫球杆杆身对应的优选角方位在 “击球方向”上对准，即基本上垂直于对应的高尔夫球杆面，那么一 套高尔夫球杆通常就能操作地最佳。
不过，至今尚无任何方便的自动化方式来一致性地确定高尔夫球 杆杆身的参数，其允许制造商或其他人预测高尔夫球杆杆身的性能。 共同待审、转让的美国专利申请09/494525示出了一种确定高尔夫球 杆杆身的优选角方位的方法和装置，该方法和装置部分通过手动进行， 并依靠一种迭代法来在识别平面振动面时识别不同于主平面振动面的 平面振动面，其中，该申请的申请日为2000年2月1日，其全部内容 在此通过引用并入。希望能够提供一种快速而可靠地确定高尔夫球杆 杆身的优选角方位的方法和装置。还希望能够提供这样一种方法和装 置，即，使用优选角方位的确定结果来自动装配高尔夫球杆，其中各 个高尔夫球杆杆身都相对于对应的杆面一致对准。还希望能够确定高 尔夫球杆杆身的参数来预测高尔夫球杆的性能。

本发明的一个目的在于提供一种快速而可靠地确定高尔夫球杆杆 身的优选角方位的方法和装置。
本发明的另一个目的在于提供一种使用优选角方位的确定结果例 如平面振动面尤其是主平面振动面来装配高尔夫球杆(手动或自动) 的方法和装置，其中各个高尔夫球杆杆身相对于对应的杆面一致对准。
本发明的还一个目的在于确定高尔夫球杆杆身的参数来预测高尔 夫球杆的性能。
根据本发明，提供了一种确定高尔夫球杆杆身绕其纵轴的优选角 方位的方法，其中高尔夫球杆杆身具有一个被打高尔夫球的人握持的 近端和一个固定在高尔夫杆头上的远端。根据该方法，所述高尔夫球 杆杆身的近端固定不动，而高尔夫球杆杆身的远端在不平行于纵轴的 方向上开始振动。分析振动，并从分析的振动中计算优选的角方位。 接着给高尔夫球杆杆身作标记，从而标出优选的角方位。在本发明的 另一方法中，杆身上标出优选角方位的标记可用于手动或自动地装配 高尔夫球杆，其中高尔夫球杆杆身相对于高尔夫杆头面成预定的一直 线。
还提供了确定优选角方位并装配高尔夫球杆的装置。
在特别优选的方法和装置中，在围绕杆身纵轴的多个角位置上， 分析高尔夫球杆杆身的振动。位置数越多，平面振动面尤其是主平面 振动面的检测就越准确。此外，在每个位置上，可确定杆身的振动频 率，其是测量杆身刚度的量度。此外，如果杆身从其纵轴偏转，接着 通过在每个角位置上测量与偏转相反的恢复力以及杆身的偏转量，我 们就可以确定杆身的直线度，或者更确切地说是杆身不直的程度。圆 度、直线度和刚度是表征高尔夫球杆杆身性能的参数，杆身制造商们 已经找到了准确确定这些参数的方法。
附图说明
通过结合附图阅读下面详细的说明，将明显地看出本发明的上述 和其它目的和优点，图中相同的参考符号指代相同的部件，其中：
图1是将柔韧的高尔夫球杆杆身模拟为固定有弹簧的物质的视 图；
图2示出了在输送脉冲以使杆身振动之后经过两个振动循环的、 从端点观察的图1杆身作为时间函数的水平和垂直位移；
图3示出了图2运动的相图；
图4示出了14个振动循环后的杆身运动的相图；
图5示出了图4中的运动，但是作为时间函数；
图6是本发明装置第一优选实施例的透视图，该装置用来确定高 尔夫球杆杆身的优选方位；
图7是图6装置杆身测试组件的透视图；
图8是图6和7装置的杆身固定和转动组件的透视图；
图9是图6-8装置的测量组件的透视图；
图10是图6-9装置的顶端物质和传感器组件的透视图；
图11是与图7相似的、将高尔夫球杆杆身安装在装置中的视图；
图12是沿图11线12-12的正视图，但根据本发明，偏转的高尔 夫球杆杆身准备振动；
图13是包括标记组件在内的图6-10装置的透视图；
图14是本发明一方法优选实施例的流程图，该方法用来定出高尔 夫球杆杆身的优选方位；
图15是根据本发明作为图14方法的一部分执行的负载试验的流 程图；
图16是根据本发明作为图14方法的一部分执行的“标识向上” 比较试验的流程图；
图17是根据本发明作为图14方法的一部分执行的平面振动面定 位试验的流程图；
图18是本发明装置第二优选实施例的透视图，该装置用来确定高 尔夫球杆杆身的优选方位；
图19是图18装置的测量组件的侧视图；
图20是图19测量组件的端视图；
图21是采用图18的装置进行测量时杆身顶端的作为转角函数的 最大面外加速度或位移(out-of-plane acceleration or displacement)的 坐标图；
图22是采用图18的装置进行测量时、作为角度函数的、典型高 尔夫球杆杆身的顶端中心距离贯穿杆身粗端中心的纵轴的偏差的坐标 图；
图23是本发明装配高尔夫球杆装置的视图；
图24是图23装置装配站的特写图；
图25是说明独立杆身的测试结果的打印输出的样例；
图26是本发明顶端物质组件的一可替换优选实施例的透视图；
图27是图26顶端物质组件的示意正视图，其被安装在高尔夫球 杆杆身的顶端上，位于本发明装置的静止位置上；
图28是与图27相似的、图26顶端物质组件的示意正视图，其被 安装在高尔夫球杆杆身的顶端上，位于本发明装置的移动位置上。

如果高尔夫球杆杆身在其手柄端固定不动，而在垂直于其纵轴的 方向上移动，那么如果该移动方向位于杆身的平面振动面内，杆身将 在该平面内振动，从端头向前看，杆身的远端将沿着一条线来回振动。 为方便起见，将该线称作x轴线。不过，如果移动方向位于不同于平 面振动面的平面内，杆身的远端就会以具有沿着x轴线的分量以及沿 着垂直于x轴线的轴线的分量的运动振动，为方便起见，将该垂直于 x轴线的轴线称作y轴线。该运动可被描述为“轨道”运动，尽管其 轨迹不同于单个椭圆或其它闭合曲线，顶端将会在一个包络面中运动， 这样，如果运动不会减弱(实际上会减弱)，就期望顶端最终通过该包 络面中的每一个点移动。
如下所述，通过观察杆身的顶端振动，我们可以通过数学方法计 算一个或多个平面振动面的方位。当已经定位好一个或多个平面振动 面，我们可装配高尔夫球杆，相对于高尔夫杆头给杆身定位，这样平 面振动面尤其是主平面振动面就沿着“击球”方向对直，即，基本上 垂直于杆头的击球面或相对于该方向成180°。当已经定位好高尔夫球 杆杆身的平面振动面，还可以不沿着击球方向相对于高尔夫球杆头对 齐该平面振动面，而是沿着另一预定方向。
例如，希望为特定的打高尔夫球的人对准杆身来校正或引导左旋 球或右旋球。这样，对于右手的高尔夫球杆，为引导左旋球或校正右 旋球，我们就会逆时针转动杆身(朝杆头向下看杆身)，而为引导右旋 球或校正左旋球，我们就会顺时针转动杆身。对于左手的高尔夫球杆， 转动的方向就会反过来。转动量优选小于大约90°。
根据经验观测到，高尔夫球杆杆身运行时就好象沿着任何平面振 动面在一个方向上要比沿着该平面振动面在反方向上“硬”。该杆 身平面振动面的“硬”侧可被称为平面振动面的“硬”或“前”侧， 而相对硬侧成180°的不硬的一侧可被称为平面振动面的“软”  或 “后”侧。还观测到，与偶然或随意的排列相比，垂直于杆头面来定 位平面振动面会产生不同的结果。还进一步观测到，通过垂直于杆头 面使平面振动面与面朝杆头面的平面振动面的硬侧对准，会产生不同 于垂直于杆头面使平面振动面与面朝杆头面的平面振动面的软侧对准 的结果。而且，如果一套高尔夫球杆中的每根高尔夫球杆同样对准， 就很可能使这些球杆的用户能够在该套高尔夫球杆中的所有球杆上实 现更均匀一致的结果，这可被期望用来增强性能。
此外，根据经验观测到，一个高尔夫球杆杆身会具有几个平面振 动面。不过，已发现，只有一个主平面振动面(“POPP”)，它也可被 称作均匀重复性平面(“PURE”)。根据主平面振动面对准的高尔夫球 杆可被期望用来增强最佳性能。
尽管可采用数学方法根据通过移动杆身顶端并允许杆身振动而收 集的数据来精确导出一个或多个平面振动面的方位，但通过下述迭代 法导出方位在计算上更为简单。通过采用在多个角方位引导高尔夫球 杆杆身振动，从而在每个方位上测量顶端振动的装置，可进行迭代法 的计算。该装置可部分手动操作，因为杆身被手动转动到用来测量的 新方位上，或者可这样使用该装置，即当在先前位置完成测量后，使 杆身自动转动到随后的各位置。如果杆身的转动是自动执行的话，该 装置就可更快地操作，从而允许在更多的角方位上测量高尔夫球杆杆 身，这可被期望用来更准确地确定主平面振动面。
平面振动面的优选方向，即主平面振动面情况下的高尔夫球杆杆 身的“硬”侧，不可能仅仅通过对杆身顶端进行观测而采用数学方法 确定。因此，在本发明的一优选实施例中，高尔夫球杆杆身的手柄或 粗端固定不动，杆身的顶端垂直于纵轴移动，并且在杆身从手柄端转 动至少大约360°的同时测量恢复力，即要使顶端返回到其不作用位置 的力。恢复力为最大的角度表示了杆身的硬侧。尽管该角度通常不会 精确地与主平面振动面的方位对准，但它会表示出，主平面振动面的 两个可能方位中的哪一个与主平面振动面的硬侧对应。而且，在最大 负载的角度上开始分析，会让我们找到主平面振动面而不是杆身其它 平面振动面中的一个。这一点在这样一个实施例中尤其奏效，即，仅 仅在相对少的角位置上测量杆身的振动，比如上述的部分手动实施例。 初始位置在这样的实施例中并不显得重要，即，在相对多的角位置上 进行测量，比如上述的高尔夫球杆杆身在位置之间自动转动的实施例。 两种情况下都可随意地选择起始方位。
一旦已经确定高尔夫球杆杆身的优选角方位，就优选在杆身上作 出一个或多个标记来表示优选的角方位。该一个或多个标记可在平面 振动面的位置上作出，或相对于平面振动面在一个预定的相对位置上 作出。每个标记都可使用油墨或涂漆来作出，或可使用别的技术比如 机械、静电或激光标记技术蚀刻到杆身的表面中，或可贴上标记标签 (例如标贴或移画印花)。一旦已经作好了一个或多个标记，就可使用 它们在装配高尔夫球杆时相对于高尔夫杆头对准杆身，这样高尔夫球 杆杆身标记的平面振动面就基本上垂直于杆头面或处于其它理想的方 位上。
杆身相对于杆头的对准可手动进行。优选的是，通过也在杆头上 提供标记可容易地进行对准，可相对于铁头插座(hosel)或孔上的位 置或靠近它们的位置来对准杆身上的标记，从而形成合适的“脊状对 准(spine-aligned)”的高尔夫球杆。或者，在另一优选的实施例中，采 用一台装配机来使高尔夫杆头与高尔夫球杆杆身相配合，从而在操作 中使对准标记相配。在该实施例中，高尔夫杆头可在刚确定杆身的优 选角方位之后固定到杆身上，杆身仍位于平面振动面定位站的卡盘中 (在该情况下，可不用在杆身外部施加可视标记，尽管它对于随后的 拆卸球杆的修理操作是有用的)。或者，在该实施例的又一改型中，杆 身可从平面振动面定位站上取下并移动到球杆装配站。这一改型更好 地考虑了平面振动面定位过程和球杆装配过程之间的任意速度差。如 果平面振动面定位过程比球杆装配过程快，就可设置比平面振动面定 位站要多的球杆装配站。如果球杆装配过程快于平面振动面定位过程， 就可设置比球杆装配站要多的平面振动面定位站。两种情况下都优选 提供一个料斗或其它中间站来在平面振动面定位站与球杆装配站之间 保持脊状对准的杆身。通常，我们会希望在料斗中保持较少的杆身， 但如果存在有一个或多个球杆装配站处或下游出现断裂或其它瓶颈的 一些原因，料斗就可用作从一个或多个平面振动面定位站接纳杆身的 容器，直到它满了为止。
除了使高尔夫球杆杆身的平面振动面定位外，无论是对现有的高 尔夫球杆进行重新对准或对新的高尔夫球杆进行装配，本发明尤其是 上述实施例，其中杆身从一个角位置自动转动到另一角位置进行测量 从而允许在更多的角位置上进行测量，提供了测量杆身一定特性的能 力，这些特性可用于监控杆身制造过程和最后得到的杆身的质量。这 些测量结果可给高尔夫杆身的制造提供质量鉴定标准。
具体地说，在每个角位置上，当杆身偏转且允许振动时，可测量 杆身的振动频率。通过在振动的杆身通过一固定点的指定时间间隔内 计算次数，就可简单地做到这一点。一种执行该计算功能的方式是， 提供一个光源和一个光电探测器，并在光源的光束被振动的杆身断开 的指定时间间隔中计算次数。在一种可替换的优选方法中，可在特定 的时间间隔中计算通过加速度计数据(见下文)记录的振动。
一旦已经确定了特性振动频率，就可通过将杆身看成质量为M的 棱柱形梁并利用关系式f≈(k/M)0.5由频率f导出弹簧常数k来估计杆 身的弹簧常数，其是测量杆身刚度的量度。于是杆身的刚度就可以每 一角度的k值为特征，所有参数值都将在下面详细描述。
在每个角位置上，也可这样进行负载试验，即，使杆身垂直于其 纵轴偏转一固定距离d，并测量产生的恢复力F。从力F和上面确定 的弹簧常数k，我们可利用关系式F/k＝d+δ来确定偏差δ，其是测量 杆身直线度的量度。于是杆身的直线度就可以每一角度的δ值为特征， 所有参数值都将在下面详细描述。
现在将参照图1-24对本发明进行描述。
如果将高尔夫球杆杆身的手柄端夹在水平固定住杆身的夹具中， 然后朝杆身远端的顶端看，就可模拟杆身的刚度，如图1所示。正如 从图1中看到的一样，杆身10可被认为是一个物质m，具有不同弹簧 常数k1和k2的两个弹簧在与两不同表面11、12正交的两方向上与该 物质连接。如果杆身10对称地具有刚性的话，k1和k2会相等。不过， 通常k1和k2是不同的。实际上，如果我们在几个不同的方位上夹住杆 身，并且每次测量水平和垂直恢复力，就会得到k1和k2的不同组值。 如图所示，力F是被施加用来使被夹住的杆身10的顶端移动，例如使 它振动的力。
图2示出了两振动循环中杆身10振动顶端的标称水平和垂直位移 与时间所成的函数曲线，其中水平位移(x)由实线20表示，而垂直 位移(y)由虚线21表示，假定初始移动力与水平方向成θ＝40°角度。 图3示出了杆身10顶端在x和y方向上在两个循环中的与相图30相 同的位移，即，图3示出了由观察者朝手柄端看、沿着杆身10的纵轴 观察顶端时顶端所走路径的两个循环。图4示出了14个循环后的相图 40。通过对这些观察到的运动作出分析而得到平面振动面的位置，即 杆身10的角方位，其中如果沿着该方位施加初始移动力F，杆身10 将基本上仅沿着该方位振动，顶端基本上沿着一条直线来回振动。
如图4所示，顶端运动在足够多个循环后的相图40基本上为一个 矩形。平面振动面的方位为该矩形的两垂直轴线中的一条，矩形的每 一轴线被限定为位于矩形对应的一对边的中间位置的一条线，且平行 于对应的矩形的一对边。在真正为矩形的情况下，足以确定边的方位， 因为根据刚刚所作的定义，边和轴线的方位是相同的。不过，如果高 尔夫球杆杆身的顶端运动的相图40并不可能是真正的矩形，除非我们 观察无限多个循环，但这是不切实际的，首先，商业上不予接受，其 次，高尔夫球杆杆身的振动通常在观察到一个真正的矩形之前就减弱 了。因此，通过假定从相图准矩形四顶点引出的直线为矩形的对角线， 可计算两轴线中每一轴线的方位。
既然已经找到矩形的两轴线，就希望确定哪一条是与主平面振动 面相对应的长轴线，哪一条是短轴线，也就是确定一个或多个不稳定 平面振动面中的一个。这可通过沿着该两轴线测量振动频率来严格确 定，正如下面所要描述的一样。如果使杆身沿着一个确定方向振动， 就期望长轴线与主平面振动面相对应，该方向是通过测量偏转杆身上 与角度相关的负载并将最大负载的角度选择为要使杆身振动的方向而 确定的。应该注意的是，该“负载试验”可这样来进行，即，夹住杆 身的顶端或远端，或者是手柄或近端，并测量与未夹端偏转角度相关 的负载。不过，使平面振动面定位的随后步骤优选将手柄或近端夹住 来进行，因此负载试验也优选以该方式进行。还应注意的是，如果不 进行负载试验的话，我们会找到一个平面振动面，但该平面振动面可 能不会是主平面振动面。
图5示出了作为时间函数的顶端振动曲线50，振动的独立轨迹51 是沿着水平(x)轴线测量的，而振动的独立轨迹52是沿着垂直(y) 轴线测量的。从这些轨迹中，可例如通过用图表计算正向零交叉点来 确定出频率。不过，这些水平和垂直轴线x和y偏离平面振动面一个 如上所述确定的角度。如果将该角度表示为θ，沿着这些轴线x和y 从图5中曲线确定的频率可被转化为高尔夫球杆杆身的坐标系，该坐 标系具有轴线x′和y′，其与一个稳定平面振动面和一个或多个不稳 定平面振动面中的一个对应，如下所述，f1是与x轴线成角度θ的频 率，即沿着x′轴线，而f2是与y轴线成角度θ(与x轴线成θ+90°) 的频率，即沿着y′轴线。
$f_1=\left|\frac{f_x{f}_y{(-{f_y}^2{\cos }^2\theta +2{f_y}^2{\cos }^4\theta -3{f_x}^2{\cos }^2\theta +2{f_x}^2{\cos }^4\theta )}^{0.5}}{{f_y}^2{\cos }^2\theta +{f_x}^2{\cos }^2\theta -{f_x}^2}\right|$
$f_2=\left|\frac{f_x{f}_y{({f_y}^2{-3{f_y}^2\cos }^2\theta +2{f_y}^2{\cos }^4\theta -{f_x}^2{\cos }^2\theta +2{f_x}^2{\cos }^4\theta )}^{0.5}}{{f_y}^2{\cos }^2\theta +{f_x}^2{\cos }^2\theta -{f_x}^2}\right|$
如果f1大于f2，其中一个高尔夫球杆杆身的稳定平面振动面就相对 于x轴线成角度θ。如果f1小于f2，其中一个高尔夫球杆杆身的稳定 平面振动面就相对于y轴线成角度θ，即相对于x轴线成角度θ+90°。 如果负载试验已经进行并用于确定振动的初始角度，如此定位的稳定 平面振动面就可成为主平面振动面。
尽管这种用来确定哪个已识别的平面振动面是主平面振动面的数 学方法严格而精确，但它并不包括所有会影响杆身振动的参数。因此， 在本发明的另一优选实施例中，如上所述且在下面更详细描述，主平 面振动面的位置是通过确定对高尔夫球杆杆身弯曲的最大阻力方向的 方位来相对于第一级近似定位的，即至少定位在正确的象限内。这就 额外地带来了快速识别主平面振动面“硬”侧的优点，如上所述。
图6-13中示出了实现本发明的装置60的第一优选实施例。尽管 装置60可以采用上述的严格数学方法，但它在实践中确定了一种下述 的较简单的迭代法以较低成本来实现可接受的结果。因此，在特别优 选的实施例中，装置60采用了该较简单的方法。
在该优选实施例中，装置60包括杆身检验装置70和处理器61。 处理器61可以是任何这样的系统，即，能处理来自杆身检验装置70 的传感器74和77的输入数据，并进行上述的严格数学计算或下述的 简单迭代计算。如图6所示，处理器61优选为一台通用计算机如个人 计算机，它例如采用可从加利福尼亚州圣克拉拉市英特尔公司得到的 奔腾中央处理器(CPU)62、运行可从华盛顿州雷蒙德市微软公司得到 的、用下述软件编程的WINDOWS操作系统版本。不过，处理器61 也可是硬连线电路或一个或多个编程的可编程逻辑器件，起到定位高 尔夫球杆杆身的一个或多个平面振动面的必要功能。在任何情况下， 处理器61优选还包括存储器63和大容量存储器64以及下述传感器的 接口。
杆身检验装置70优选包括一个细长底座71，其至少与高尔夫球 杆杆身一样长。该底座71的一端是一个测量组件72，包括一个偏转 组件73和一个偏转负载传感器74。底座71的另一端是一个杆身固定 和转动组件75，包括一个用来固定高尔夫球杆杆身的可转动卡盘76。 装置60还包括一个顶端物质和传感器组件77，其在检测高尔夫球杆 杆身期间安装在高尔夫球杆杆身的远端上并与偏转组件73相协作。
如图8所示，杆身固定和转动组件75优选包括可转动的卡盘76， 其优选是常规型的，优选通过在杆身圆周的四周基本上均匀地施加径 向向内的力来固定高尔夫球杆杆身。卡盘76优选被安装在轴80的端 部，所述轴80优选被轴颈支承在轴承81中。轴承81优选被安装在支 架82上，这样轴80的转动轴线，包括卡盘76和检测的高尔夫球杆杆 身的延长部分在内，处于底座71上的预定高度上。远离卡盘76的轴 80的端部优选通过万向接头83连接到一个电位计84上，该电位计被 用作下述的角位置传感器。万向接头83防止在轴80的轴线与电位计 84的轴之间的任何微小的不对准损坏电位计84。同样，一个移动螺母 85被优选设置在轴80上，以用作一个转动止挡来限制轴80的转动， 从而防止可能由电位计84过度转动产生的损害。可选择性地设置一个 马达86来使卡盘76转动，尽管也可手动转动。此外，优选设置一个 夹板87来最大程度地减小卡盘76转动时的振动。夹板87优选提供与 卡盘76的摩擦配合，刚好轻到足以允许卡盘76转动。螺钉88可被设 置用来调节夹板87的爪。
如图9所示，测量组件72包括一块装在底座71上的底座板90。 一个负载传感器91被安装在底座板90上，所述负载传感器91比如可 从康涅狄格州斯坦福德市的Omega Engineering有限公司得到的型号 LCAE-2KG，一个杆身顶端限制臂92被安装在负载传感器91上与底 座板90相对的侧面上，以用于下面将描述的目的。测量组件72还优 选包括枢转安装在底座板90上的偏转臂93。优选的是，这样安装偏 转臂93，即，至少其一侧930基本上垂直于底座板90，这样它就绕着 基本上平行于底座板90的轴94枢转。
偏转臂93优选具有一个突起931，该突起优选从其侧面930延伸。 突起931优选具有一个背离轴94的表面932，因为下述原因，该表面 932与侧面930所成的角度基本上与顶端物质和传感器组件77的侧面 100与侧面101所成的角度相同。
如图10所示，顶端物质和传感器组件77优选具有一个主体102， 该主体具有大约在190克-220克之间的质量，优选大约为200克，从 而模拟高尔夫球杆杆身远端的高尔夫杆头的质量。在另一实施例中， 可提供不同的顶端物质来更近似地模拟具有不同质量的不同类型的杆 头。不过，由于每种不同质量需要其自身的一套转换器来收集位移数 据以及基于这些数据进行不同的计算，该后者实施例所需成本更高。
如下所述，当杆身偏转且根据本发明允许在检测期间振动时，高 尔夫球杆杆身端部上的主体102不仅模拟了杆头在挥杆期间的效应， 还提供了“反应物质”，防止杆身的振动在收集足够的数据之前减 弱。收集位移数据的转换器优选为两个沿着两不同轴线排列的加速度 计103、104，比如可从纽约州阿姆赫斯特市的Kistler Instrument公 司得到的型号8303A。优选的是，该两轴线相互垂直，但这并不是必 需的；只要已知两轴线之间的角度关系，由加速度计103、104记录的 运动就可通过计算分解成两个正交的分运动。同样优选的是，该两轴 线分别与底座71平行、垂直。不过，再次申明，这并不是必需的。
顶端物质和传感器组件77优选具有一个连接结构，用于连接到高 尔夫球杆杆身的顶端上。优选的是，该连接结构包括一个孔105和一 个固定螺钉106，该孔105位于主体102中，直径稍大于一般的高尔 夫球杆杆身，杆身可插到孔中，该固定螺钉106用于将主体102固定 到杆身上。或者，可设置某种快速释放的夹具，尤其是用在下述的自 动系统中。
此外，主体102可由一个贯穿孔105的平面或其它表面分开，这 样它就可在杆身周围装配，而不是在杆身顶端上滑过。这在分析预先 存在的高尔夫球杆杆身时是特别有用的，不需要从杆身上取下杆头。 主体102的两部分(未示出)可在杆身周围装配后通过任何合适的夹 具或其它紧固件紧固在一起。例如，该两部分可利用一个或多个设在 相对边缘上的紧固件铰接在分离表面的一个边缘上。
正如在上面讨论的一样，优选顶端物质和传感器组件77的侧面 100、101之间的方位关系与偏转臂93的表面930、932之间的方位关 系相同。这样一来，顶端物质和传感器组件77可通过使侧面100、101 抵靠在表面930、932上而在每次检验中以相同的方式重复对正。
为了检验高尔夫球杆杆身，将杆身110安装在图11所示的卡盘76 中。杆身110的顶端或远端被随后偏转并限制在杆身顶端限制臂92的 唇缘120下，如图11的虚线所示，这样负载传感器91就可测量要将 杆身110变直的恢复力。卡盘76被接着通过手动转动，或通过优选位 于处理器61控制下的马达86转动，同时恢复力由计算机61记录为角 度的函数，其由被施加一已知电压的电位计84确定。通过众所周知的 分压器技术，变化的电阻被转化为变化的电压，该电压可被转变为角 度。
可能会预想，当向上的恢复力为最大时，代表主平面振动面硬侧 的杆身的最大不对称点面朝上。不过，根据经验观测到，情况并不是 这样，而是硬侧位于测量到最大力时面朝上的象限内。因此，将最大 力的角度记录在试验的该静态部分内，并且进行试验其余的动态部分。
在试验的动态部分中，高尔夫球杆杆身110的顶端或远端随着顶 端物质和传感器组件77就位而振动。顶端在试验的静态部分中优选垂 直偏转，在试验的动态部分中优选水平偏转，尽管在试验的任何一个 部分中可采用任何方向。之所以在试验的动态部分中优选水平偏转的 原因在于，首先，从结果看来，作用在顶端物质上的重力效应最小化， 其次，容易使杆身振动而不会撞击底座71。因此，在开始试验的动态 部分之前，卡盘76优选转动大约90°，这样预估的主平面振动面的方 位就从原本为垂直变为水平。
在目前描述的装置中，在高尔夫球杆杆身110上施加有顶端物质 和传感器组件77，并加有一股水平脉冲。随着高尔夫球杆杆身110的 近端或手柄端111固定在卡盘76中，并且偏转臂93保持直立，顶端 物质和传感器组件77主体102中的孔105就位于高尔夫球杆杆身110 的远端或顶端112上。接着操作顶端物质和传感器组件77，直到主体 102的表面100、101紧靠在偏转臂93的表面930、932上，从而将加 速度计103、104定位在它们预定的指定方位上。未由加速度计103占 据的表面100的一部分用于此目的，这样加速度计103就不会干涉主 体102的就位。尽管加速度计103、104被示出通过电线62连接到处 理器61上，但也可进行无线连接(未示出)。
通过将高尔夫球杆杆身110的顶端112偏转到与侧面930相对的 偏转臂93的侧面120，将一股优选基本上水平的脉冲施加到顶端物质 和传感器组件77上，如图12所示，接着，优选在瞬时运动中，使偏 转臂93偏离其直立位置枢转，从而允许偏转高尔夫球杆杆身110中的 恢复力提供水平脉冲来启动高尔夫球杆杆身110的顶端112，从而以与 图2-5相关的上述方式开始与顶端物质和传感器组件77一起振动。
尽管高尔夫球杆杆身110在偏转臂93后的初始偏转以及偏转臂 93为使顶端112振动进行的枢转可手动完成，但它们也可自动完成。 因而，支承指状物122的臂121可用于使高尔夫球杆杆身110的顶端 112从其不作用位置1200移动到偏转臂93后的位置，指状物122通 过合适的齿轮或连动装置124由马达123驱动，提供运动必要的水平 和垂直分量。这就可通过指状物122促成顶端110的垂直和水平运动， 或者指状物122可在马达125暂时使偏转臂93向旁边枢转然后使偏转 臂93恢复到直立位置时仅仅水平地移动。同样，偏转臂93为使振动 开始所作的枢转可通过马达125而不是通过手动来进行。
作为进一步的选择，可采用一个水平柱塞或冲头(未示出)来快 速而短暂地撞击顶端物质和传感器组件77，而不是通过偏转偏转臂93 后的杆身110然后释放臂93来施加脉冲。
加速度计103、104中的每一个分别记录两个相应方向中一个方向 上的加速度，该两个方向优选相互正交并优选是水平和垂直的。不过， 可采用任何两个方向，只要它们已知，并可计算水平和垂直分量。加 速度可对时间求积分两次，从而确定水平和垂直位移，但加速度一般 表示位移并可被直接使用，从而节省了进行积分需要的计算资源和时 间。或者，可直接测量位移，例如在顶端物质和传感器组件77的端部 上设置一个光源来代替加速度计103、104，比如一个激光或发光二极 管(未示出)，沿着高尔夫球杆杆身110的纵轴方向发射光线。一个光 敏检测器阵列(同样未示出)可基本上垂直于发射的光束定位，从而 直接记录位移，发射的光束会跟踪顶端112在检测器阵列上的位移。 不论怎样收集数据，它们可被绘制成时间的函数曲线并用于获得位移 和接着使用的频率数据，如上所述，从而用数学方法确定主平面振动 面位于其中的优选角方位。靠近通过负载传感器91确定的估计方位的 主平面振动面的方向将被认为是高尔夫球杆杆身110的主平面振动面 的“硬”侧，其优选应垂直于杆头面面对或相对于杆头面以任何其它 预定的方位定位。不过，负载传感器试验可免去，只要高尔夫球杆杆 身110相对于杆头面在指定方位上与一个平面振动面对准，不论该平 面振动面的硬侧是面向还是背离杆头面，会优于使该平面振动面相对 于杆头面位于任意的方位上，并且只要相对于杆头面对准任何平面振 动面，即便它不是主平面振动面，也优于处在任意的方位上。不过， 应该记住，如果为一套中的每个高尔夫球杆杆身找到一个任意的平面 振动面而不是主平面振动面，即便为每一杆身找到的平面振动面相对 于其对应的杆头相似地定位，也不能将该组设想成是统一定位的。
一旦已确定了理想平面振动面(优选是主平面振动面)的位置， 杆身110优选被标记成表示该平面振动面的方位。可通过在杆身110 的表面上涂上一种颜料(例如涂漆或油墨)来完成标记。例如，可在 图13所示的构架132上安装一个具有标记头131的油墨标记器130。 在已确定好优选方位后，可转动杆身110来使优选方位与标记头131 对准，标记头131将标记加到杆身110上。或者，130可表示一个涂 漆容器，而131表示一把漆刷或一股喷涂漆的射流。作为进一步的选 择，可采用一种指向能量束或粒子束来将标记蚀刻到杆身110的表面 上来完成杆身110的标记。在这样一种选择方案中，130表示高能激 光，而131表示激光束，或者130表示电子枪，而131表示电子束。 或者，杆身110或标记组件可在标记期间平行于杆身纵轴移动，这样 杆身上的标记就是一条线而不是一个点，从而扩大能见度。或者，正 如上面讨论的一样，在杆身110上贴上标签，比如标贴或贴花纸，支 承对准标记。
图14-17示出了本发明的优选方法140，其采用装置60定出优选 方位(即，任何平面振动面或主平面振动面)。方法140优选从负载试 验141开始，如上所述，该负载试验采用负载传感器91来预估主平面 振动面的方位，并通过测量与转动至少360°的偏转杆身的角度相关的 恢复力，至少识别主平面振动面两侧中的哪一个是平面振动面的“硬” 侧。负载试验141可被省略，但仅仅是在准备找到任何平面振动面时， 而不是特定的主平面振动面(除非采用别的技术来识别主平面振动 面)。在进行负载试验141的地方，将结果用作下面平面振动面定位步 骤143的起始点。或者，可在独立的基础上进行负载试验141来测量 杆身的对称性。
在进行负载试验141之后，出于对照的目的，进行可供选择的“标 识向上”试验142来收集有关高尔夫球杆杆身在其工厂安装方位上振 动的数据。传统的高尔夫球杆一般是带有制造商的标识进行装配的， 标识被打印在杆身上，在称之为“标识向上”的结构中面朝杆头面。 一些制造商使标识在“标识向下”结构或其它结构中偏离杆头面180°。 在“标识向上”试验142中，杆身位于其原始工厂安装位置上，但试 验142被称作“标识向上”试验，因为在通常情况下，工厂位置具有 面朝上的标识。在任何情况下，因为标识被打印在杆身圆周上的任意 位置上，也就是说，没有带来了解任何平面振动面位置的益处，工厂 定位完全是随意的，不管实际的标识位置。
如上所述，接下来进行平面振动面的定位步骤143。在进行步骤 143之后，进行可供选择的报告打印步骤144，其中打印一些或所有涉 及其优选方位已找到的高尔夫球杆杆身的不同参数。最后，在一可供 选择的保存数据的步骤145中，保存步骤141-144中获得的各种数据 (例如在大容量存储器64中)。
图15中更详细地示出了负载试验141。在步骤150中，可能已从 高尔夫球杆上取下的高尔夫球杆杆身110位于卡盘76中一个任意的起 始角度上。高尔夫球杆杆身110的顶端112偏转并限制在杆身顶端限 制臂92的下方，这样负载传感器91就可测量偏转杆身110中的恢复 力。杆身可通过手动偏转并固定，或者可自动完成偏转和固定。这样， 支承指状物127的臂126可用于使高尔夫球杆杆身110的顶端112从 其不作用位置/中性位置1200移动到杆身顶端固位臂92下方的位置 1201，指状物127通过合适的齿轮或连动装置129由马达128驱动， 提供运动必要的水平和垂直分量。
一旦顶端112位于杆身顶端固位臂92的下方，卡盘76优选在步 骤151中沿一个方向(可被指定为负转动方向)转动大约200°。接下 来，在步骤152中，卡盘76在相反的方向(可被指定为正转动方向) 上转动至少360°，同时从负载传感器91获取数据并记录为角度的函 数。优选的是，在步骤152中，卡盘76转动大约400°，并舍弃40°(优 选最先、最后各转20°)。不过，或者也可省略步骤151的反向转动， 只要通过转动至少360°记录数据，且如果通过转动超过360°记录数据， 可采用任何大于360°的转动量，并且可舍弃任何起点、终点的部分或 任何起点和终点的组合，从而提供360°等值的数据。
在步骤153中，检查收集在步骤1 52中的数据，并确定与由负载 传感器91测量的最大负载相对应的角度A。如果需要的话，可用曲线 图表示负载与角度的函数关系。接下来，在步骤154中，将用在平面 振动面定位试验143中的起始角S设定到A-90°。这考虑了负载试验 141与平面振动面定位试验143之间的从垂直到水平方位的变化，如 上所述。
在负载试验141得出结论后，如图16详细地示出一样，可进行“标 识向上”试验142。“标识向上”试验的目的主要是对进行平面振动 面定位试验143后获得的“在后”结果作一“在前”比较。因此， 如上所述，“标识向上”试验142是可供选择的。尤其是，虽然根据 本发明“标识向上”试验142主要用作后继市场情况下的促销工具， 即通过高尔夫球杆更新来显示重新对准高尔夫球杆杆身取得的改进， 但它多半不会被生产“脊状对准”高尔夫球杆的高尔夫球杆制造商使 用，因为没有必要显示比较数据。
“标识向上”试验142在步骤160中开始，其中可能再次从高尔 夫球杆上取下的高尔夫球杆杆身110位于卡盘76中。如果它事先成为 完整的高尔夫球杆的一部分，杆身110就在与其定位在高尔夫球杆中 的相同方位位于卡盘76中，因为球杆在打高尔夫球的人开始挥杆之前 就已被定位在球附近。在大多数情况下，会使制造商的标识面朝上， 但有时标识会面朝下或位于任意的方向上。如果试验142是在从未成 为高尔夫球杆一部分的高尔夫球杆杆身上进行的话，优选在试验时使 其标识向上，或不管其是否向上，使任何位置上的标识由杆身制造商 推荐用来在装配高尔夫球杆时对准标识。然后在杆身110的顶端112 上安装顶端物质和传感器组件77。
接下来，在步骤161中，以上述的其中一种方式在顶端物质和传 感器组件77上施加一股脉冲，并且收集正交优选是水平和垂直的加速 度数据，优选大约4秒。这些数据优选在步骤162中求积分来产生作 为时间函数的正交优选是水平和垂直的位移数据，其优选被在步骤163 中保存以随后与定位杆身110后的结果作个比较，并且这些数据优选 在步骤163中用曲线图画出来，显示给杆身110是一部分的高尔夫球 杆的物主看。最大的面外的位移即优选最大的垂直位移也优选在步骤 163中保存，显示给物主看。试验142到目前已完成。
系统接下来进行到平面振动面定位试验143。如图17所示，试验 143在将计数器J初始化到零的步骤170中开始。接下来，在步骤170 中，仍然固定杆身110的卡盘76转动到预先计算的起始角S。如果没 有计算起始角S，试验143就以一个任意角开始。
在步骤172中，如果顶端物质和传感器组件77没有预先固定到顶 端112上，且在任何情况下以上述的其中一种方式将一股脉冲施加到 顶端物质和传感器组件77上，并收集正交优选水平和垂直的加速度数 据，优选大约4秒。这些数据优选在步骤173中求积分以产生作为时 间函数的正交优选水平和垂直位移数据。在步骤174中，给计数器J 增1。在步骤175中，系统检验是否J＝1。如果在程序执行第一遍时检 验到J＝1，系统就直接跳到步骤177。
在步骤177中，系统设定了一个变量YMAX(J)，其与步骤173中 的最大面外偏差值相等。系统接着进行到确定是否J＝1的步骤178， 从而意味着第一次通过一个循环。通常优选至少通过三个循环。如果 在步骤178中J＝1，在步骤179中就给角度S加上10°。在步骤1700 中，为了使S保持在+180°与-180°之间，如果S＞180°，就将S设定到 S-360°。接下来，在步骤1701中，确定水平和垂直振动频率，这可从 步骤173中的位移对时间数据中得出。频率数据通常用于测量高尔夫 球杆杆身的刚度，并且这些数据被用于作比较。不过，应该注意的是， 杆身振动的频率取决于从任何使用的固定装置中伸出的杆身的长度以 及固定装置的特征(例如长度和紧密度)。因此，如果要进行任何比较 的话，应注意使用相同的固定装置并保证使杆身的相同长度自由振动。
在步骤1701之后，系统又返回到步骤172，并且再次执行步骤 172-174。此时，在步骤175中J≠1，在步骤176中步骤173中的数据 与角度S一起被保存，并且系统进行到步骤177。变量YMAX(J)再一 次在步骤177中被设定成等于步骤173中的最大面外偏差值。此时， 在步骤178中J≠1，系统进行到步骤1702以确定是否J＝2。在程序执 行的这第二遍中，J＝2，系统进行到步骤1703以确定是否 YMAX(J)＞YMAX(J-1)。如果不是，就意味着在该迭代法中面外偏差 较小，从而意味着角度S接近优选的方位，即接近平面振动面，在步 骤1704中，变量SIGN被设定成+1，变量Y被设定成YMAX(J)的值， 变量AMP被设定成1.0，系统进行到步骤1706。如果在步骤1703中， YMAX(J)＞YMAX(J-1)，就意味着在该迭代法中面外偏差较大，从而意 味着角度S远离平面振动面，在步骤1705中，变量SIGN被设定成-1， 变量S(J)被设定成S(J-1)的值，变量YMAX(J)被设定成YMAX(J-1) 的值，变量Y被设定成YMAX(J)的值，变量AMP被再次设定成1.0， 系统进行到步骤1706。无论在步骤1704还是步骤1705中，都应注意 到，可将AMP设定成较小的值，从而快速地收敛结果，但准确性差 些，而将AMP设定得高些提高了准确性但增加了收敛前的迭代次数。 这就是速度和准确性之间的比较评定。
在步骤1706中，系统计算变量 POP＝SIGN(45-(90/π)cos-1(Y/AMP))，在步骤1707中，S的值被设定成 S+POP。在步骤1708中，为了使S保持在+180°与-180°之间，如果 S＞180°，就将S设定成S-360°。同样，在步骤1709中，为了使S保持 在+180°与-180°之间，如果S＜-180°，就将S设定成S+360°。然后，系 统返回到步骤1701来计算频率，并且再次返回到步骤172。此时，在 程序执行第三遍时，在步骤178中，J≠1，在步骤1702中，J≠2，系 统前进到步骤1710来确定是否YMAX(J)＞YMAX(J-1)。如果是这样的 话，这些值就被收敛起来，系统进行到步骤1711，以确定最后一次迭 代的面外偏差(YMAX(J-1))是否小于“标识向上”试验142期间的 最大面外偏差。如果是这样的话，当前的方位就是优选的方位，在步 骤1712中，表示优选方位的变量POP被设定成变量S的值，从而表 示当前的方位。在步骤1713中，再次像步骤1701一样计算杆身的频 率，并在步骤1714中结束试验143。
如果在步骤1711中，最后一次迭代的面外偏差(YMAX(J-1))不 小于“标识向上”试验142期间的最大面外偏差，那么在步骤1715 中，表示优选方位的变量POP就被设定成“标识向上”角度。在步 骤1713中，再次像步骤1701一样计算杆身的频率，并在步骤1714中 结束试验143。
如果在步骤1710中，YMAX(J)≯YMAX(J-1)，说明所述值还未 收敛，然后在步骤1716中，将Y设定成YMAX(J)的值。系统接着在 步骤1706中重新计算POP，并从这里至少再一次地进行循环。
如果不进行可供选择的“标识向上”试验142，且步骤1710表 示收敛，就不执行步骤1711，系统直接从步骤1710进行到步骤1712。
在完成平面振动面定位试验143后，系统进行到报告打印步骤 144，其中下面数据的值被优选打印(并在必要时确定)：作为角度函 数的负载(在负载试验141中确定)；负载对称指数(LSI)，其是测量 杆身刚度变率的量度(LSI＝100(1-((Pmax-Pmin)/Pmax))，其中Pmax 和Pmin分别是在步骤152中测量的最大和最小负载)；“标识向上” 角度的位移曲线；POP角度的位移曲线；“标识向上”角度和“硬” 及“软”POP角度(后两个角度应准确分开180°)的作为时间函数 的位移；“标识向上”和POP角度的水平和垂直频率以及最大面外偏 差；与POP角度的水平频率和“标识向上”角度的水平频率所成的 比相等的频率指数，其是比较测量高尔夫球杆的原始“标识向上”结 构与对准结构之间击球方向上刚度的量度，形式为百分比的增加。
接下来在步骤145中保存数据。在完全保存时，保存所有的数据。 同样优选“快速保存”，其中，在步骤144中打印的所有数据都被 保存，除了负载对角度的完整数据以及“标识向上”和POP角度的 完整位移数据之外。在保存步骤145之后，在步骤146中结束程序140。
现在结合图18-22描述确定高尔夫球杆杆身的主平面振动面的装 置1870的一个可替换实施例以及相关的方法。
装置1870基本上是完全自动的。实际上，采用装置1870时手动 进行的唯一步骤是，调节仪表台(instrumentation table)1872的位置 以与测量的高尔夫球杆杆身110的长度一致、将杆身110安装在卡盘 1876中以及在杆身110上安装顶端物质和传感器组件1877。
杆身测试组件1870优选包括一个细长底座1871，其至少与要测 试的最长的高尔夫球杆杆身一样长。底座1871的一端是一个测量仪表 台1872，后者可沿着底座1871平移以容纳不同长度的高尔夫球杆杆 身。优选的是，仪表台1872具有一个底座1890，该底座具有卡在底 座1871的槽1891中的向下突起(未示出)以及坐落在外壳1801的支 承面1800上的辊子1892。螺钉1874优选被设置成将仪表台1872锁 定在选择的位置上。
仪表台1872包括偏转器/偏转负载传感器组件1878，用于确定直 线度。仪表台1872还包括振动启动器组件1873，用于启动杆身110 的振动以确定刚度并使杆身110的平面振动面定位，以及将在下面描 述其功能的振动缓冲器组件1897。
底座1871的另一端是杆身固定和转动组件1875，包括一个可转 动的卡盘1876，用于固定高尔夫球杆杆身110。
如图18所示，杆身固定和转动组件1875优选包括可转动的卡盘 1876，其优选可以是传统型的，优选通过在杆身圆周的周围基本上均 匀地施加径向向内的力来固定高尔夫球杆杆身。卡盘1876优选被安装 在轴1880的端部上，轴1880优选被轴颈支承在轴承1881中。轴承 1881优选被安装在支架1882上，这样轴1880的转动轴线，包括卡盘 1876和检验的高尔夫球杆杆身的延长部分在内，处于底座1871上的 预定高度上。一个齿形带轮1883优选被安装在轴1880远离卡盘1876 的端部，该带轮1883通过一根齿形带180与伺服马达1885相似的一 个齿形带轮1884连接，伺服马达1885的角位置可由处理器61精确地 控制，比如可从加利福尼亚州圣克拉拉市Animatics公司得到的型号 为SM2315的智能马达。马达1885优选被安装在支架1882的下方。 优选的是，支架1882下方的空间还被用来放一个各种传感器和其它下 述电气和电子部件的接线盒。同样优选的是，支架1882下方的空间被 丙烯酸板(未示出)封闭，从而不让灰尘侵入并防止用户与任何暴露 的电接头接触。
图19和20中更为详细地示出了仪表台1872。偏转器/偏转负载传 感器组件1878包括一根垂直延伸的杆190，其被安装成使高尔夫球杆 杆身110从其上端通过但与之有间隔。杆190可垂直移动，并优选设 置一个致动器如气压缸191来使杆190向上移动到其上端与杆身110 接合，并使杆身110向上偏转一预定量。可采用任何其它合适的致动 器，包括线性致动器比如螺线管或液压缸、或者旋转式致动器比如马 达。优选的是，杆190的上端具有一个支座比如V形支座193来与杆 身110接合。一个压缩负载传感器192比如纽约州阿姆赫斯特市Kistler Instrument公司的型号9222被设在气压缸191的下方来测量当杆身 110被杆190向上偏转时施加的恢复力。正如上面结合前面的实施例 讨论的一样，因为负载试验是垂直测量的而平面振动面的位置是水平 测量的，所以负载试验数据是以与测量它们时的角度偏差90°的角度记 录的。
仪表台1872的振动启动器组件1873优选包括电磁铁1894，该电 磁铁优选被安装成垂直于杆身110的纵轴水平移动，优选受安装在支 架1896上的气压缸1895的作用。可采用任何其它合适的致动器，包 括线性致动器比如螺线管或液压缸、或者旋转式致动器比如马达。
装置1870还优选包括近端杆身标记机构1887和远端杆身标记机 构1886，用来在高尔夫球杆杆身110上标记主平面振动面一旦确定时 的位置。远端杆身标记机构1886优选包括一个或多个(例如两个，如 图所示)记录头1888，从而在杆身110的远端作上一个或多个(例如 两个)标记，其可用于使杆身110与指定方位上的高尔夫杆头对准， 而近端杆身标记机构1886优选包括一个或多个记录头1888，从而在 杆身110的近端作上一个或多个标记。在两种杆身标记机构中，优选 采用对应的气压缸来使记录头1888上升以与杆身110接触。优选的是， 为了使杆身110在标记过程中稳定，通过压力缸或其它致动器191抬 起杆身偏转杆190，从而使杆身110垂直偏转，更重要的是，在标记 过程中固定杆身使之不水平移动。另一压力缸或其它致动器194接着 启动远端杆身标记机构1886的记录头1888。近端杆身标记机构1887 的压力缸或其它致动器1889同样启动近端的记录头1888标记杆身 110，优选是在杆190持续偏转并固定杆身110时。或者，正如上面讨 论的一样，可在杆身110上施加一个或多个支承对准标记的标贴或贴 花纸。杆身110上的标记主要用来使杆身110与高尔夫杆头对准，因 此可基于用来将杆头固定在杆身110上的设备的需要、或通过手动将 杆头独立固定到杆身110上的需要来选择标记的数目和位置。
顶端物质和传感器组件1877与上述组件77相似。为了启动工序， 在将高尔夫球杆杆身110插到卡盘1876中之后，用户安装顶端物质和 传感器组件1877，将电磁铁1894的表面用作对准面。这样设置压力 缸或其它致动器1895，即，在其静止位置上，它使电磁铁1894位于 被用作对准表面的正确位置上，用来将顶端物质和传感器组件安装在 杆身110上，杆身110位于其不作用位置上。当已经安装并对准了顶 端物质和传感器组件1877之后，给电磁铁1894通电。接着启动压力 缸或其它致动器1895，以在远离杆身110纵轴的方向上移开电磁铁 1894，从而水平偏转杆身110。在电磁铁1894沿移开方向移动的末了 或之前，给电磁铁1894断电，从而释放其对组件1877的保持，从而 使杆身110基本上水平地振动。
当杆身110振动时，由处理器61记录被顶端物质和传感器组件 1877检测的杆身顶端的运动，尤其注意的是最大面外垂直加速度或位 移以及振动频率。
优选的是，在已经收集了足够的数据之后，将一个比如泡沫垫的 缓冲器1898移动至与杆身110接合，优选通过安装在支架1900上的 压力缸1899来停止杆身的振动。
无论是否设置了缓冲器组件1897，电磁铁1894接着与组件1877 重新接合。当伺服马达1885使杆身110转动到下一个角位置时，其优 选距离当前的位置为10°，在杆身的转动过程中，通过与电磁铁1894 的表面接合而使组件1877对准。固定螺钉106优选具有一个尼龙尖顶， 这样如果组件1877被电磁铁1894停止转动时，杆身110仍然可相对 于组件1877转动。电磁铁1894被通电或仍然通电，并再次被移开以 使杆身110偏转，再次优选通过给电磁铁1894断电使杆身110振动。 在该新的角位置上，再次记录包括杆身顶端最大面外偏差的位移数据 和频率数据。这优选以均匀的角间隔重复，优选是每隔10°，这样就可 相对于36个角位置得到面外偏差数据和频率数据。尽管优选角间隔是 均匀的，但每个角位置上所花的时间并不是均匀的。例如，在一个优 选实施例中，可在“标识向上”位置和主平面振动面位置获得更多的 数据来更详细地作出曲线图显示(见下文)。
作为顶端物质和传感器组件1877的一种替代方案，可采用一个顶 端物质组件261，如图26所示。顶端物质组件261在大小和质量上与 顶端物质和传感器组件1877相似，除了它不包括加速度计或任何其它 的传感器外，从而不需要与处理器61相接的有线或无线连接。顶端物 质组件261包括一块扁平的板262，其与电磁铁1894配合。出于下面 要讨论的原因，优选将板262安装成与顶端物质组件261的表面成45° 角。
为与顶端物质组件261一起使用，装置1870优选装有一对激光距 离传感器263、264，每个距离传感器可以是从瑞士Frauenfeld的 Baumer Electric AG得到的OADM类型激光距离传感器。如图27和 28所示，传感器263、264优选被这样安装，即，当顶端物质组件261 被安装在杆身110上时，传感器263、264位于离开电磁铁1894的顶 端物质组件261的对侧上。更优选的是，当顶端物质组件261基本上 垂直地装有板262时，上部传感器263被安装在使其射束基本上射到 侧面270中心处的高度上，而下部传感器264被安装在使其射束基本 上射到侧面271中心处的高度上。应该注意的是，固定螺钉106在图 27和28中以虚线示出，因为虽然固定螺钉位于侧面270上，但它沿 着杆身110的纵轴位于比传感器263的射束272与侧面270相交的点 还要低的侧面270的位置上。因此，固定螺钉106不干涉传感器263 的操作。    
每个传感器263、264都包括一个激光源和一个光电探测器，并通 过测量激光脉冲到达顶端物质组件261且返回光电探测器的时间来操 作。正如可从图27中明显地看出一样，如果顶端物质组件仅仅是水平 地振动，那么从上部传感器263到侧面270的距离dU总是与从下部传 感器264到侧面271的距离dL大致相等。不过，可从图28中看出， 如果在顶端物质组件261的振动中有任何垂直分量，那么，即便没有 水平振动分量，两距离dU和dL也会不同。
假定：
(1)杆身110顶端的水平和垂直位移被分别表示为x和y；
(2)顶端物质组件261静止时测量的dU与进行特定测量期间 测量的dU之间的差表示为xU；
(3)顶端物质组件261静止时测量的dL与进行特定测量期间 测量的dL之间的差表示为xL；
接着可从下式的xU和xL中得出x和y：
                        x＝(xL+xU)/2
                        y＝(xL-xU)/2
从几何结构中可明显地看出，顶端物质组件261可这样安装，即， 侧面270和271并不与垂直方向(或水平振动面)成45角，而是与垂 直方向(或该面)成一些其它角度的倾斜角，但从xL和xU中得出x 和y的数学计算明显更复杂。显然，同样不必将传感器263、264安装 在侧面270、271对应中点的对面，只要在顶端物质组件261振动时， 传感器263的射束与侧面270相交而传感器264的射束与侧面271相 交。不过，如果传感器263、264采用其它的安装位置，就应注意所选 的位置不能让上述条件被顶端物质组件261预期振动范围内的振动程 度破坏。
还要理解的是，顶端物质组件261的侧面270、271不应完全反射。 如果侧面270、271完全反射，传感器263、264中由激光源发射的所 有激光能就会从这些传感器中的探测器反射掉。必须有足够的镜面反 射使一些激光能返回到其激光源上。优选的是，侧面270、271的表面 被制成接近“白纸表面”，即一个当被激光能激发时尽可能以与入 射束相同的波长全向重新发射。两个传感器263、264应分开地足够远， 使得来自侧面270的反射或重新发射的能量不会到达传感器264的探 测器，而来自侧面271的反射或重新发射的能量不会到达传感器263 的探测器。或者，该两传感器可以不同的波长操作，这样一个传感器 的信号就不会被另一个传感器读取。
使用传感器263、264来代替加速度计103、104直接提供了位移 数据，而不用对加速度数据求积分。不过，如上所述，出于本发明的 目的，加速度测量和位移测量产生相同的结果。
当在所有的角位置完成所有的测量之后，接着通过手动从杆身110 上取下组件1877或261。
优选在处理器61的控制下使伺服马达1885和不同的压力缸/致动 器的驱动自动进行，这样就可快速进行多种测量。如果每隔10°进行测 量，优选在大约2分钟或更少的时间内完成整个一连串的测量，优选 在大约30秒内。如果将气压缸用作致动器，优选通过压缩机2000带 动各种气压缸，压缩机优选位于外壳1801中并通过软管2001与各种 压力缸相连。外壳1801可用于容纳装置1870的其它元件(未示出)。
相对于每个角位置，测量结果是顶端位置(尤其是面外位移)和 振动频率的列表。为了定位主平面振动面，可在作为角度函数的极坐 标中绘制面外位移。图21中示出了这种坐标图的一个示例。在每个角 位置上，曲线与原点的距离表示该角度的面外位移。一种典型的高尔 夫球杆杆身将具有比如在图21中示出的多瓣型坐标图，尽管瓣的数目 可在不同的杆身中间改变。瓣之间的坐标曲线更接近原点的会切点210 为面外位移的局部最小值。除了非常不规则的杆身外，会切点210的 数目被预想成是偶数，并且特定角度的每个会切点210应该具有与之 相差180°的配对点。这样的每一对(由虚线211示出)表示杆身平面 振动面中的一个，主平面振动面通常由离原点最近的那对会切点表示。 应该注意的是，通过用图表的方式来绘制所观察的数据，可精确地使 主平面振动面定位，即便其位置不是实际进行测量的角位置中的一个。 处理器61优选用软件编程，从而自动地绘制数据并选择主平面振动 面。
在一优选实施例中，该软件通过采用傅立叶级数渐近法来使曲线 212与数据点213相拟合。如果对于每个在特定角度θ取得的点213 将离原点的距离表示为r(θ)，点213就可与下面的级数相拟合：
r(θ)＝A0+A1cosθ+B1sinθ+A2cos(2θ)+B2sin(2θ)+…+Amcos(mθ)+Bmsin(mθ)
其中，拟合的精密度随项数m的增加而增大。不过，在N为数据 点数时，项数受到限制：
                      m＜(N-1)/2
这样，在优选实施例中，在点数为36时，项的最大数为17。
在上面的级数中，将系数限定如下：
$A_0=(1/N)\underset{\theta }{\Sigma }r$
(即，点221距原点的平均距离)；
$A_j=(2/N)\underset{\theta }{\Sigma }y\cos \left(\mathrm{j\theta }\right)$
和
$B_j=(2/N)\underset{\theta }{\Sigma }y\cos \left(\mathrm{j\theta }\right)$
根据经验观测到，要进行合格的曲线拟合需要达到4项(m＝4) 的最小值。当m增大时，拟合也就更佳。
一旦曲线212与点213拟合，算出一阶导数并设定成零，以找到 最大值(多瓣的尖点)和最小值(会切点210)。在每个极端值算出二 阶导数，以识别哪个是最小值或会切点(正二阶导数)、哪个是最大值 (负二阶导数)。已发现，出于曲线拟合的目的，如果端点(0°和360°) 将具有相同的倾率和位移，应采用36个数据点(0°-350°)，但应针对 导数使用37个点(0°-360°)。
一阶和二阶导数的公式如下：
$r^{\prime }\left(\theta \right)=\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}(-A_{1}j\sin \left(\mathrm{j\theta }\right)+B_{1}j\cos \left(\mathrm{j\theta }\right))$
$r^{\prime \prime }\left(\theta \right)=\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}(-A_1{j}^2\cos \left(\mathrm{j\theta }\right)+B_1{j}^2\sin \left(\mathrm{j\theta }\right))$
称作ZREAL的商业求根子程序作为国际数学子程序库的一部分 可从德克萨斯州休斯顿的Visual Numerics公司得到，其被优选用于求 出一阶导数的根，即，一阶导数等于零的点。该子程序需要进行有关 根数目和位置的初始猜测。尽管已知通常有8个根(四个最大值和四 个最小值)，但发现对8个根(其被随便地猜测为等角间隔)进行猜测 找不到所有的根。然而发现对20个等角间隔的根进行猜测却产生正确 的结果。不过，也发现，对于高阶拟合(m≥10)，曲线拟合得较好， 产生数据中的偏差在读取为局部极值的拟合曲线中波动，从而产生附 加根。因此，m优选小于10；最优选m＝7。
一旦求出根，识别极值，就求出每个根的二阶导数，并且将二阶 导数为正的那些点识别为最小值。连接相对间隔开的多对最小值的线 为平面振动面，并且如上所述优选采用负载数据来识别主平面振动面。
正如上面所申明的一样，还记录每个角位置上的振动频率。同样 如上面所阐明的一样，可使用下面的关系式从振动频率中得出杆身的 刚度：
                      f≈(K/M)0.5
其中，杆身在其横向弯曲模式下的弹簧常数k是测量杆身刚度的 量度。质量M是振动系统的总质量，此时为高尔夫球杆杆身110加上 顶端物质和传感器组件1877。将高尔夫球杆杆身110近似为质量为 mshaft的棱柱形梁(即一个横截面固定的梁，大多数高尔夫球杆杆身实 际上并非如此)，并将顶端物质的质量指定为mtip，这样上述关系式中 的总质量M就可近似为M＝0.23mshaft+mtip。因此，频率可近似为：
              f＝(k/(0.23mshaft+mtip))0.5
求解得出k＝(0.23mshaft+mtip)f2。
通过确定k，提供了测量刚度的量度，由此可将杆身与别的杆身 作比较(假定相同长度的杆身如上所述地振动)。通过确定k还允许我 们根据在不同角度上所作的负载试验中收集的恢复力测量数据来确定 杆身的顶端至粗端的偏差。该偏差还可利用移动仪表来确定，或优选 采用光学技术。
正如上面阐明的一样，对于每一角度：
                      F/k＝d+δ
其中，F是测量的恢复力，d是负载试验期间施加的位移。如果k 也是已知的，就可确定出δ，即杆身顶端中心距贯穿杆身粗端中心的 纵轴的偏差。
在一个可替换并尤其优选的实施例中，偏差δ可在改进的负载试 验中确定，而不用首先确定刚度(其通过弹簧常数k测量)。在该实施 例中，压力缸191使杆身110上升一个第一位移d1，并收集恢复力数 据，接着压力缸191使杆身110上升到第二位移d2，并再次收集恢复 力数据。可通过在收集振动数据的每个角位置上下移动气缸191来收 集每个角位置的两个恢复力数据点。更优选的是，将恢复力数据点收 集为上述负载试验改型的一部分，其中，在收集数据时压力缸191移 动到位置d1，杆身110转动至少360°，而在再次收集数据时压力缸191 移动到位置d2，杆身110再次转动至少360°。在一个特别优选的实施 例中，当杆身110在第一方向上转动至少360°例如转动大约400°时以 位移d1收集数据，而当杆身110在相对的第二方向上转动相同的总角 位移时以位移d2再次收集数据。这就可用两个未知量k和δ来设定两 个方程式，其可相对于δ求解：
                 F1＝k(d1+δ)
                 F2＝k(d2+δ)
                 k＝k，  ∴       
                 F1/(d1+δ)＝F2/(d2+δ)
                 F1d2+F1δ＝F2d1+F2δ
                 δ＝(F2d1-F1d2)/(F1-F2)
因为负载试验是采用连接着顶端物质进行的，所以优选将顶端物 质的重量从测量的恢复力中减去。在特定位置上测量的负载试验数据 是相对于距进行测量的特定位置90°的不同位置记录的，从而考虑了这 样一个事实，即，负载试验是垂直地进行的，而相同角位置的平面振 动面位置测量是水平地进行的。
一般来说，当δ被绘制为角度的函数时，如图22所示，结果就说 明了，大圆214以原点215为中心，而小圆216偏离原点215。大圆 和小圆直径的关系与杆身110的粗端和顶端直径的关系成比例，在一 个优选实施例中，相应圆的直径与相应端部的直径相等。这样，该坐 标图就表示了顶端相对于杆身110纵轴的位置，或者换句话说，表示 了杆身110不直的程度。线217表示了弯曲的方向。负载试验的恢复 力数据提供了该结果是我们所期望的。如果高尔夫球杆杆身在特定的 方向上弯曲，通过沿着弯曲方向在负载试验中施加一个作用力就会产 生比逆着弯曲方向施加作用力要小的恢复力。因而，相对于每个角度， 如果恢复力相对小，那么对于转向180°的角度，恢复力就相对大，反 之亦然。
本发明的方法和装置可用作装配高尔夫球杆的较大规模方法或装 置的一部分，从而产生“脊状对准”的高尔夫球杆。这样，每个高尔 夫球杆杆身110可被送到高尔夫球杆装配站上，它们已相对于优选方 位的位置或平面振动面在一个预定位置上标记有参照标记(无论是否 被标记成表示“硬”侧)，在该高尔夫球杆装配站上，杆身上的标记 被识别并用于装配带有平面振动面的高尔夫球杆，该平面振动面优选 基本上垂直于高尔夫杆头面。根据平面振动面定位装置60或1870与 高尔夫球杆装配站相比的相对速度，可适当地设置或多或少的平面振 动面定位站或装配站。这样，就可采用几个平面振动面定位站60、1870 来喂料给单个高尔夫球杆装配站。可在高尔夫球杆装配站设置一个料 斗，来在装配站减速或停止、或者不准备在新的高尔夫球杆杆身110 到达时接受杆身的情况下充当一个缓冲器。
高尔夫球杆装配站优选装有一个扫描器，用来识别高尔夫球杆杆 身110上表示平面振动面位置的标记。一旦已经识别了该标记，就转 动杆身110，使得标记对于要固定到杆身110上的某种高尔夫杆头处于 预定的方位上，并且当杆身110被装配到高尔夫杆头上时，该高尔夫 杆头固定在预定方位上。
或者，每个高尔夫杆头都可设有一个必须与高尔夫球杆杆身110 上的标记相匹配的对准标记。扫描器扫描杆身110和杆头上的对准标 记，并使杆身110一直转动到两标记对准为止。这就不需要让高尔夫 杆头固定机构“了解”为与标记的杆身对准而固定各种不同类型的高 尔夫杆头的特定方位。反之，每个高尔夫杆头都可固定在相同的方位 上，并当杆身110即将装配时，在杆身110连接到高尔夫杆头上之前， 杆身110可一直转动到杆身110和杆头上的标记理想地对准为止。
图23和24示出了本发明用来装配高尔夫球杆的装置220。装置 220包括至少一个装置60或1870(示出了一个装置60)、一个输送机 221、一个供给机构223以及装配站224本身，其中，输送机221用来 从装置60、1870上取下完成检验的杆身110并将它们放到料斗222中， 供给机构223用来将每个杆身110从料斗222传送给装配站224。
在装配站224，包括与一个马达(未示出)连接的臂225的供给 装置将杆身110输送给卡盘230，卡盘230与卡盘76、1876相似，其 自杆身110的近端可转动地将其固定。夹持件231固定高尔夫杆头232， 后者可承载或不承载对准标记233；如果没有对准标记233，高尔夫杆 头232就被夹持件231固定在已知位置上，其随高尔夫杆头类型的不 同而不同。当卡盘230转动时，扫描器234扫描杆身110上的标记235。 当扫描器234识别标记235时，处理器61命令卡盘230让标记235与 由扫描器236定位的对准标记233对准，或与高尔夫杆头232的预定 方位对准。卡盘230和夹持件231接着通过移动它们中的一个或两个 而移动到一起，并且杆身110在必要时以其它传统方式连接到高尔夫 杆头232上，例如使用任何一种粘合剂、箍圈等。
图25是一个在对高尔夫球杆作改进的情况下提供给用户的打印 输出的样例，给出了杆身的各项特性并将球杆的原始配置与其新配置 作了比较。该打印输出给用户提供了有关高尔夫球杆特性的信息，还 为改进者提供了有关已改进的每种球杆的信息数据库。
尽管在图25的特定布局中列出了数据，但其它布局也是可行的并 落在本发明的范围内。用户和杆身识别数据优选被设置在区域250中。 优选包括在识别数据中的是条形码或其它机器可读取的记号(未示 出)，其可位于区域250的框258中，并可用于检索数据库中特定杆身 的数据。可在杆身本身贴上匹配的条形码或其它记号。特别是，如果 如上所述用标签在杆身上加对准标记，该标签就同样可支承记号。
打印输出优选包括图表251，示出了上面讨论的负载试验的结果。 特别是，报告了上面讨论的负载对称指数(LSI)，并且负载试验期间 的标称化负载与每英寸的英尺磅的刚度相关。252示出了“自旋”或 平面振动面位置测量的结果。特别是，两幅相图253、254分别示出了 “标识向上”位置和所定位的主平面振动面上的杆身振动特性。与图 21相似的是，还设置了坐标图255，只是优选显示了表示所有平面振 动面的线259、260，优选表示主平面振动面的线259为深色或以其它 方式与任何其它的线260不同。同样，还设置了与图22中坐标图相同 的坐标图256来示出杆身的直线度，同时还设置了坐标图257，其示 出了与角位置有关的振动频率(测量刚度的量度)。在坐标图257中， 圆形数据点表示一个“理想”杆身，其中，杆身的刚度乃至频率在所 有的角度上都是相同的，而方形数据点示出了测量杆身的频率数据。
虽然本发明到目前为止是采用高尔夫球杆杆身来描述的，但它可 用于确定任何细长元件的对称性/不对称性、圆度、直线度和/或刚度， 包括但不限于棒球棒、台球棍、箭、钓鱼杆或任何构件。
因而，可看出提供了这样一种方法，即，其快速而可靠地确定高 尔夫球杆杆身或其它细长元件的优选角方位，并采用优选角方位的确 定结果来自动装配高尔夫球杆，其中各高尔夫球杆杆身都相对于对应 的杆面一致对准。本领域的技术人员将会理解的是，本发明可采用不 同于所述实施例的形式来实现，上述实施例是说明性的而非限制性的， 本发明仅由下面的权利要求来限定。