DE102014008557A1

DE102014008557A1 - Vorrichtung zur Messung einer Körperlänge und eines Körpergewichtes

Info

Publication number: DE102014008557A1
Application number: DE102014008557.0A
Authority: DE
Inventors: Marc-Oliver Von Maydell
Original assignee: Seca AG
Current assignee: Seca AG
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2015-12-03
Also published as: US20150346019A1; US9804019B2

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur simultanen Messung einer Masse und einer Länge eines Körpers, wobei die Messung der Körpermasse durch eine Verformungsmessung wenigstens eines Verformungselementes erfolgt, bei der sich eine Waagenplattform absenkt und die Längenmessung absolut zur Waagenplattform als Distanzmessung realisiert ist, sodass die Distanzmessung um den Betrag der Absenkung der Waagenplattform fehlerbehaftet ist und die fehlerbehaftete Distanzmessung mit einem Korrekturfaktor zu einem Längenmesswert transformiert wird, der dem Betrag nach der gemittelten Absenkung der Waagenplattform entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur simultanen Messung einer Masse und einer Länge eines Körpers, wobei die Messung der Körpermasse durch eine Verformungsmessung wenigstens eines Verformungselementes erfolgt, wobei sich eine Waagenplattform absenkt und die Längenmessung absolut zur Waagenplattform als Distanzmessung realisiert ist, sodass die Distanzmessung um den Betrag der Absenkung der Waagenplattform fehlerbehaftet ist.
Es ist bekannt, dass Waagen zur Bestimmung des Gewichtes von Subjekten oder Objekten Verwendung finden. Physikalisch ist das Gewicht eines Körpers seine Gewichtskraft, die infolge der Erdanziehungskraft eine ortsabhängige Erdbeschleunigung erfährt. Eine direkte Messung der Masse wäre durch Bestimmung des Volumens und der spezifischen Dichte dieses Körpers möglich. Häufig bestimmen Waagen das Gewicht eines Körpers durch die Messung der Gewichtskraft im Rahmen einer elastischen Verformungsmessung. Diese vielen Waagen zueigne Messmethode bestimmt den elastischen Verformungsweg einer Feder entgegen seiner näherungsweise konstanten, d. h. linearen Federkennlinie, infolge einer angreifenden Gewichtskraft. Die Masse ergibt sich aus dem Quotienten von Federkonstante und Verformungsweg. Das bedeutet auch, dass für eine Gewichtsbestimmung üblicherweise mit einem Verformungsweg einer Feder oder einem anderen elastischen Objekt mit einer Federkonstante zu rechnen ist.
In modernen Waagen wird häufig wenigstens eine Wägezelle verwendet, die unter einer Aufstellfläche angeordnet ist. Die Aufstellfläche bzw. die Waagenplattform dient zur Aufnahme und Ablage des zu messenden Körpers und senkt sich bei einer Gewichtsmessung um den Betrag der Wägezellenverformung ab.
Ein Problem bei der Verwendung von Vorrichtungen, die sowohl eine Waagenfunktion als auch eine Längenmesseinrichtung beinhalten und simultan beide Messgrößen ermitteln sollen, besteht in der sich absenkenden Aufstellfläche bzw. Waagenplattform. Infolge der Absenkung der Waagenplattform ist die Längenmessung um den Betrag des Absenkungsweges fehlerbehaftet, wenn die Längenmessung nicht relativ zur Waagenplattform erfolgt.
Grundsätzlich könnte der quasi systematische Längenmessfehler durch die ursächliche Absenkung der Waagenplattform dadurch kompensiert werden, dass die Längenmessung relativ zur Waagenplattform erfolgt. Dies könnte dadurch realisiert werden, dass die Längenmesseinrichtung auf der Waagenplattform festgelegt ist, sodass sich die Längenmesseinrichtung im gleichen Verhältnis wie die Waagenplattform absenkt. Aufgrund der Tatsache, dass bei dieser konstruktiven Gestaltung die wenigstens eine Wägezelle als elastisches Element alle durch den Aufbau auf die Waagenplattform eingeleiteten Kräfte und Momente aufnehmen müsste, ist eine ausreichende Stabilität nicht immer gewährleistet.
Zusätzliches Problem ist, dass die üblichen Waagenplattformen meist nicht groß genug sind, um neben dem zu messenden Körper auch die Längenmesseinrichtung aufzunehmen. Damit ist eine Längenmessung relativ zur Waagenplattform nicht einfach realisierbar. Es muss also in Abhängigkeit der angreifenden Gewichtskraft eines Körpers mit einer Abstandsveränderung zwischen der Waagenplattform und dem Messmittel der Längenmessung, welche üblicherweise durch einen Kopfanschlag gebildet ist, gerechnet werden. Hieraus können Messfehler in der Größenordnung von mehreren Millimetern resultieren. Auch sind Messfehler größer ein Zentimeter möglich.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur kombinierten Messung von Gewicht und Länge eines Körpers bereitzustellen, bei der die Messfehler der Längenmessung wenigstens reduziert werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Ergebniskorrektur der zunächst fehlerhaft ermittelten Distanzmessung.
Die Erfindung erkennt, dass die erforderliche Längenmesswertkorrektur vorzugsweise durch ein elektronisches Nachkorrigieren basierend auf verschiedenen Ansätzen möglich ist, die entweder alternativ oder additiv realisiert sein können.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass sich der aus der Längenmesswertkorrektur ergebende konstruktive Gestaltungsfreiraum zur weiteren Ergebnisverbesserung der Längenmessung nutzen lässt.
Gemäß einer ersten Erfindungsvariante wird von der elektronischen Längenwertaufnahme ein Korrekturfaktor berücksichtigt, der auf der Gewichtskraft-Verformungskennlinie der wenigstens einen Wägezelle basiert. Die charakteristische Kennlinie einer Wägezelle ist vom Hersteller angegeben oder kann durch Versuchsreihen ermittelt und in die elektronische Längenwertaufnahme als parameterbeschreibende Gleichung oder in Form von Tabellenwerten implementiert werden. Über das ermittelte Gewicht des gemessenen Körpers kann anhand des zugeordneten Verformungsweges der wenigstens einen Wägezelle auf den Messfehler der gleichzeitigen Längenmessung geschlossen und dieser als Korrektiv des Endergebnisses einfließen.
Gemäß einer weiteren Erfindungsvariante wird die tatsächliche Absenkung der Waagenplattform gemessen und als Korrekturfaktor des fehlerbehafteten Längenmessergebnisses verwendet. Die Ermittlung der Absenkung ist eine messtechnische Distanzermittlung, für die verschiedene physikalische Messprinzipe denkbar und realisierbar sind. Neben opto-elektronischen, bildverarbeitenden Verfahren mit Auswertung der Information vor und bei der Gewichtsbelastung der Waagenplattform können Laufzeitmessungen, eine Nutzung des Dopplereffektes oder vom Messverfahren basierend auf elektrischen Zusammenhängen (Dehnungsmessstreifen, Potentialunterschiede, Kapazitätsverhältnisse oder Widerstände) Anwendung finden.
Gemäß einer weiteren Erfindungsvariante wird die tatsächliche Absenkung der Waagenplattform und zusätzlich deren Neigung erfasst. Unter Neigung versteht die Erfindung eine von der horizontalen Lage abweichende Positionierung der Waagenplattform. Es sind Waagentypen bekannt, bei welchen mehr als eine Wägezelle unterhalb der Waagenplattform verwendet werden. Durch z. B. drei oder vier symmetrisch oder asymmetrisch angeordneten Wägezellen kann der mögliche Messbereich erhöht werden.
Sollen Körper mit erheblicher räumlicher Ausdehnung einer Gewichtsmessung unterzogen werden, können Waagen mit grober Waagenplattform notwendig sein, die zumindest mehr als einer Wägezelle in geeigneter Anordnung unter der Waagenplattform bedürfen. Waagenplattformen mit gröberer Auflagefläche bergen das Risiko, dass aufgrund nichtzentrischer Gewichtskraftbelastung eine geneigte Position eingenommen wird mit der Folge, dass die mehreren Wägezellen eine ungleiche Verformung erfahren.
Gleichwohl kann sich eine geneigte Lage der Waagenplattform auch bei der Verwendung nur einer Wägezelle ergeben. Die Erfindung optimiert die Genauigkeit der Längenmessergebnisse aufgrund dieser Situationen dadurch, dass auch diese Neigung der Waagenplattform ermittelt und basierend darauf eine Korrektur des Längenmessergebnisses durchgeführt wird. Dazu kann die Neigung zum Beispiel optisch festgestellt werden. Bei der Verwendung von mehr als einer Wägezelle, beispielsweise von vier Wägezellen, kann der Verformungsweg einer jeden Wägezelle separat detektiert und rechnerisch in der Elektronik zur Längenwertaufnahme zu einem Korrekturfaktor verarbeitet werden.
Wahlweise kann der auf verschiedenen Erfindungsgedanken basierend ermittelte Korrekturfaktur auch nachträglich, d. h. offline und, oder extern und nicht durch die Elektronik zur Längenwertaufnahme in das fehlerbehaftete Längenmessergebnis eingepflegt werden.
Neben dem Korrekturfaktor für die Längenmessung können sowohl während der Messwertermittlung als auch nachträglich und ggf. extern weitere Einflussfaktoren auf das Gewichts- und, oder Längenmessungsergebnis als Korrekturfaktor Berücksichtigung finden, beispielsweise der Temperatureinfluss auf die Absenkung der Waagenplattform oder eine von der Horizontalen abweichende Aufstellungsfläche der Vorrichtung. Auch kann eine ortsabhängig abweichende Erdbeschleunigung als primäre Einflussgröße für die Gewichtskraft zugrunde gelegt werden.
Infolge der erfindungsgemäßen Erkenntnis, dass die Waagenplattformabsenkung als Fehlerquelle bei einer simultanen Längenmessung akzeptiert und korrigiert wird kann die Vorrichtung im Hinblick auf die möglichst hohe Messgenauigkeit der Längenmessung und der Gewichtsmessung konstruktiv optimiert werden.
Die Waagenkomponente der Vorrichtung kann durch eine auf die Gewichtsermittlung gerichtete Konstruktion optimiert werden, ohne Kompromisse bezüglich der Längenwertermittlung eingehen zu müssen. Die Waagenplattform kann derart ausgelegt werden, dass deren Fläche nur so groß ist, wie für die Aufnahme des zu messenden Körpers nötig. Die Längenmessungskomponente der Vorrichtung kann, da keine Festlungen auf der Waagenplattform erfolgt, als stabile Konstruktion ausgeführt und an dem Basiselement festgelegt sein. Das Basiselement kann als plattenförmiges Fußteil oder vorzugsweise als Rahmen ausgebildet sein, um sowohl die Längenmesskomponente als auch die Waagenkomponente aufzunehmen.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 eine perspektivische Vorderansicht der Längenmesseinrichtung mit Wiegeeinrichtung.
1 zeigt eine perspektivische Vorderansicht der Längenmesseinrichtung mit Wiegeeinrichtung. An einem Basiselement (30) ist in einer vorzugsweise rechtwinkeligen Lage der jeweiligen Mittenachsen zueinander ein Profil (20) festgelegt, an dem ein Kopfschieber (50) vertikal beweglich angeordnet ist derart, dass mittels einer Längenmessskala (21) und einer elektronischen Messwertanzeige (51) eine Längenmessinformation ermittelbar ist.
Das Profil (20) ist an dem Basiselement (30) mittels eines Befestigungsschuhs (22) lösbar oder unlösbar verbunden. Das Profil (20) ist an verschiedenen Stellen, den Profilteilungen (23), in Längsrichtung zerlegbar, sodass ein kleineres Packmaß für den Transport unterstützt wird.
Das Basiselement (30) umfasst eine Waage (1), die typischerweise mit Standfüßen versehen ist. Die Waage (1) weist eine Auflagefläche (3) auf.
Im Bereich mindestens eines der Standfüße (2), bevorzugt im Bereich jeden der Standfüße (2), kann eine Wägezelle angeordnet werden. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, eine oder mehrere Wägezellen im Bereich einer in 1 nicht erkennbaren Tragkonstruktion der Waage (1) anzuordnen, die sich geometrisch zwischen der Auflagefläche (3) und den Standfüßen (2) befindet.
Die Messwertanzeige (51) ist typischerweise als ein Display ausgebildet. Hier können sowohl Messwerte zur erfolgten Längenmessung als auch die Messwerte zur durchgeführten Gewichtsmessung angezeigt werden. Darüber hinaus ist die Anzeige anderer Daten möglich, beispielsweise von Datum und Uhrzeit.
Eine Übertragung der unter Verwendung des Kopfschiebers (51) ermittelten Längeninformation und/oder der unter Verwendung der Waage (1) ermittelten Gewichtsinformationen kann wahlweise drahtgebunden oder drahtlos erfolgen.

Claims

Verfahren zur simultanen Messung einer Masse und einer Länge eines Körpers, wobei die Messung der Körpermasse durch eine Verformungsmessung wenigstens eines Verformungselementes erfolgt, bei der sich eine Waagenplattform absenkt und die Längenmessung absolut zur Waagenplattform als Distanzmessung realisiert ist, sodass die Distanzmessung um den Betrag der Absenkung der Waagenplattform fehlerbehaftet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die fehlerbehaftete Distanzmessung mit einem Korrekturfaktor zu einem Längenmesswert transformiert wird, der dem Betrag nach der gemittelten Absenkung der Waagenplattform entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor mittelbar auf der Gewichtskraft-Verformungskennlinie des wenigstens einen Verformungselementes basiert, sodass durch die gemessene Gewichtskraft des Körpers eine Absenkung der Waagenplattform zuordbar ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtskraft-Verformungskennlinie durch eine parameterbeschreibende Gleichung ausgedrückt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtskraft-Verformungskennlinie als Matrix bestehend aus Tabellenwerten ausgedrückt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkung der Waagenplattform durch eine Messung ermittelt ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung eine Distanzmessung basierend auf einer Bildverarbeitung oder der Laufzeitmessung einer Strahlung oder einem elektrisch-physikalischen Zusammenhang ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der gemittelten Absenkung additiv oder alternativ die mögliche Neigung der Waagenplattform umfasst, sodass der Korrekturfaktor die Neigung der Waagenplattform berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Waagenplattform durch eine Messung ermittelt ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigungsmessung optisch durch ein bildverarbeitendes Verfahren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung rechnerisch durch Auswertung der Verformungswege mehrerer Verformungselemente erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der gemittelten Absenkung additiv einen Temperatureinfluss und, oder eine abweichende Erdbeschleunigung und, oder eine von der Horizontalen abweichende Aufstellungsfläche der Vorrichtung umfasst, sodass der Korrekturfaktor diese wenigstens eine zusätzliche Einflussgröße berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fehlerbehaftete Distanzmessung innerhalb der Vorrichtung in einer elektronischen Längenwertaufnahme mit einem Korrekturfaktor zu einem Längenmesswert transformiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fehlerbehaftete Distanzmessung nach dessen externe Ausgabe mit einem Korrekturfaktor zu einem Längenmesswert transformiert wird.
Vorrichtung zur simultanen Messung einer Masse und einer Länge eines Körpers, dadurch gekennzeichnet, dass die Waagenplattform derart ausgelegt ist, dass deren Fläche maximal der Aufnahmefläche des zu messenden Körpers entspricht, sodass ein geringes Neigungsrisiko der Waagenplattform unterstützt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement als Rahmen derart ausgebildet ist, sodass die Längenmesskomponente und die Waagenkomponente aufnehmbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verformungselement eine Feder oder eine Wägezelle ist.