(57)【要約】計測しようとする力の部分力を検出して、ディジタル出力信号に変換する、少なくとも２つのロードセル（１、２）と、個々のロードセル出力信号から、計測しようとする力の量に応じた合計信号を計算し、この合計信号を、さらなる処理またはデータ出力のために下流電子ユニット（３）に伝送する、電子回路（５）とを備える、力計測システムが開示される。本発明の電子回路（５）は、少なくとも１つのロードセル（２）に一体化されて、それによってハードウエア要件が最小化され、同時に測定変量の検出が、計測値のさらなる処理と明確に分離される。有利には、電子回路（５）は、各ロードセル（２）に一体化することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測しようとする力の部分力を検出して、ディジタル出力信号に変換する、少なくとも２つのロードセルと、個々のロードセルの出力信号を使用して、計測しようとする力の絶対値に依存する合計信号を計算し、この合計信号をさらなる処理またはデータ出力のために下流電子ユニットに伝送する電子回路とを備える、力計測システムであって、合計信号を計算してそれを前記下流電子ユニット（３）に伝送する、前記電子回路（５）が、少なくとも１つのロードセル（２、２’）に一体化されていることを特徴とする、前記力計測システム。
【請求項２】
合計信号を計算してそれを下流電子ユニット（３）に伝送する、電子回路（５）が、各ロードセル（２、２’）に一体化されていることを特徴とする、請求項１に記載の力計測システム。
【請求項３】
個々のロードセル（１、２）が、バスシステム（４）によって相互接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の力計測システム。
【請求項４】
下流電子ユニット（３）が、バスシステム（４）に同様に接続されていることを特徴とする、請求項３に記載の力計測システム。
【請求項５】
異なる電子回路（５）のどれを、合計信号を計算してそれを下流電子ユニット（３）に伝送するのに実際に使用するかの決定が、読み取り専用メモリにおける、コネクタコーディング、選択スイッチまたはパラメータ設定によって行われることを特徴とする、請求項４に記載の力計測システム。
【請求項６】
合計信号を計算してそれを下流電子ユニット（３）に伝送する、既存の電子回路（５）の少なくとも２つが使用されること、および少なくとも２つの計算された合計信号が比較されて、該合計信号が一致しない場合に、エラー信号が出力されることを特徴とする、請求項４に記載の力計測システム。
【請求項７】
合計信号を計算してそれを下流電子ユニット（３）に伝送する、既存の電子回路（５）の少なくとも３つが使用されること、および前記少なくとも３つの計算された合計信号が比較されて、少なくとも２つが一致する場合だけに、出力されることを特徴とする、請求項４に記載の力計測システム。
【請求項８】
ロードセル（２’）の少なくとも１つが、下流電子ユニット（３）用の追加接続（６）を有することを特徴とする、請求項１に記載の力計測システム。
【請求項９】
少なくとも３つのロードセル（１、２、２’）を含み、それらの上に共通の計量プラットフォームが支持されていることを特徴とする、請求項１に記載の力計測システム。
【請求項１０】
少なくとも３つのロードセル（１、２、２’）を含み、シート（２１）の荷重を特定するのに使用されることを特徴とする、請求項１に記載の力計測システム。
【請求項１１】
合計信号を計算してそれを下流電子ユニット（３）に伝送する、電子回路（５）が、追加のパラメータ、例えば重心位置または計測しようとする力の作用点、を計算することを特徴とする、請求項９または１０に記載の力計測システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野および背景
本発明は、計測しようとする力の部分力を検出してそれをディジタル出力信号に変換する少なくとも２つのロードセルを備える、力計測システムに関する。この力計測システムは、電子回路をさらに有し、この電子回路は、個々のロードセルの出力信号を使用して、計測しようとする力の絶対値に依存する合計信号を計算する。この電子回路は、この信号を、さらなる処理またはデータ出力のために、下流の電子ユニットに伝送する。
【０００２】
ＥＰ３１９２０２Ｂ１には、複数のロードセルを具備する計量秤が開示されており、この計量秤では、合計信号を計算して、それを下流の電子ユニットに伝送する電子回路が、いわゆる接続箱の中に収納されている。この個々のロードセルは、接続箱と星型に接続されており、接続箱の出力信号としての合計信号が、個別の接続線路を介して、下流電子ユニットに供給される。
【０００３】
しかしながら、このような個別の接続箱を使用すると、余分なハードウエアの複雑さが発生する。
合計信号を計算して、それを下流に接続された電子ユニットに伝送する回路は、下流電子ユニット内に一体化することもできる。しかしながら、この場合には、合計信号を計算するのに必要なプログラム部分および／または回路要素は、下流電子ユニット中に配置される。その結果として、機能を明確に分離すること、すなわち、一方で「力計測結果の定量」を行ない、他方で「この計測結果のさらなる専用処理」を行うことはできない。このような分離は、例えば、個々のステップを検証する能力にとって、または計測結果の較正可能性の問題にとって、あるいはまた異なる顧客に対して異なる広範な処理アルゴリズムにとって重要である。
【０００４】
発明の目的
したがって、本発明の目的は、計測結果の定量と、この計測結果の後続の処理との明確な分離を最小の複雑度で達成する、力計測システムをさらに開発することである。
【０００５】
発明の概要
本発明によれば、この目的は、合計信号を計算してそれを下流の電子ユニットに伝送する電子回路を、少なくとも１つのロードセル中に一体化することによって達成される。
【０００６】
この一体化によって、個別の接続箱は完全に除外される。個々のロードセルは、いずれの場合にも、アナログ／ディジタル変換、温度補償、その他を実施するマイクロプロセッサを有するので、このマイクロプロセッサのプログラムを、合計信号を形成するプログラムによって拡張することだけが必要となる。これには、場合によっては大容量のメモリを備えるマイクロプロセッサを必要となるが、この追加のプログラム部分には既存のメモリで十分であることが多く、その結果、この追加の機能を統合することによる、追加のハードウエアコストは必要でない。この場合には、とりわけ、合計信号を計算して、それを下流電子ユニットに伝送する電子回路を、各ロードセル内に一体化するのが有利である。その結果として、部品は同一となり、設計または組み立てにおいて、あるいは欠陥のために交換が必要となる場合に、異なるロードセルのタイプを区別する必要がない。
【０００７】
その他の有利な実施態様は、従属請求項３〜１１に記載してある。とりわけ、請求項９によれば、その上に共有の計量プラットフォームを支持する、少なくとも３つのロードセルを具備する力計測システムによって、秤を構築することももちろん可能であることに留意すべきである。
【０００８】
好ましい実施態様の詳細な説明
次に概略図を参照して本発明を説明する。
すべての実施態様において、力計測システムは、３つのロードセルを備えて記述してある。２つのロードセル、または４つもしくは５つ以上のロードセルを具備する力計測システムは、同様にして構築される。
【０００９】
図１に示す力計測システムは、２つの通常のディジタルロードセル１と、ロードセル２とで構成され、ロードセル２に、合計信号を計算してそれを下流の電子ユニット３に伝送する電子回路５が一体化されている。３つのロードセルは、既知の方法で力計測システム内に機械的に一体化されており、その結果、各ロードセルが、計測しようとする力の部分力を検出し、計測しようとする合計力は、一般に３つの部分力の和に等しくなる。例えば、ある秤においては、計量プラットフォームが、３つのロードセル上に支持されており、この３つのロードセル上にかかる部分力の分布は、プラットフォーム上で計量している物品の位置に依存する。しかしながら、３つの部分力の和は、計量物品の合計重量に常に等しい。３つのロードセルは、バスシステム４によって相互接続されている。下流電子ユニット３も、このバスシステム４に接続されている。
【００１０】
２つのロードセル１は、それぞれの出力信号をバスシステム４に伝送する。そこから、この出力信号はロードセル２内の電子回路５によって受信されて、ロードセル２の信号と結合され、合計信号が形成される。電子回路５は、再び、この合計信号を、バスシステム４に、またそれによって下流電子ユニット３に伝送する。したがって、３つのロードセル間の通信に対して、電子回路５は、マスタの機能を有する。電子回路５は、３つの個々の値を要求し、それらを処理して合計信号を形成する。しかしながら、下流電子ユニット３との通信については、回路５はスレーブであり、この回路は、要求されると、その合計信号を下流電子ユニット３に伝送する。すなわち、３つのロードセルは、ロードセル２に一体化された回路５と一緒に、自律ユニット（autonomous unit）を形成する。それらが一緒になって、計測しようとする力の絶対値に依存する合計信号を特定して、それを下流電子ユニット３に出力する。下流電子ユニット３に必要なのは、用途に応じて、データを出力／表示することだけ、または顧客専用処理を実行することである。
【００１１】
力計測システムの開発および試験においては、結果的に明確な責任の分離がある。すなわち、計測システム製造業者は、ロードセル１および２、電子回路５ならびにロードセル間の内部通信に責任があり、終了した合計信号を、計測しようとする力の量として、下流電子ユニット３に伝送し、この電子ユニット３は、完全にユーザの責任範囲に入る。
【００１２】
図中に破線で示す、実際のロードセル２と電子回路５との分離は、もちろん、異なる機能を表すための表記手段にすぎない。一般に、同一のマイクロプロセッサが、両方のタイプの機能を実行する。すなわち、例えば、アナログ／ディジタル変換、温度補償、倍率変更などを制御する実際のロードセルの機能、および合計信号を計算して下流電子ユニット３に伝送する電子回路５の計算および制御機能である。どのような場合にも、ロードセル内に存在するマイクロプロセッサは、これらの追加のタスクをハードウエアの拡張なしに、これらの追加のタスクを実施するのに十分なパワーを有することが多い。このような場合、ロードセル１と２に、互いに違いはない。すなわち、ロードセル２は、単に、比較的大規模なプログラムをその中に記憶して有するだけである。しかしながら、ロードセル２のマイクロプロセッサは、１サイズ大きくするか、比較的大容量のメモリ領域を備えるか、または追加のメモリ構成要素によって拡張しなくてはならないこともある。
【００１３】
図２は、力計測システムの第２の実施態様を示す。図１に示す第１の実施態様と同一の部分は、同じ参照番号を付与して、ここではさらに説明をしないこととし、後続の図についても同様にする。図２は、電子回路５を包含する２つのロードセル２と、電子回路５を備えない１つだけのロードセルとを示す。この実施態様は、合計信号を、２つの異なる電子回路５によって計算できることが利点である。時間と共に変化する力に対して、従来型同期機構を使用することによって、２つの電子回路５による計算のための入力データが、同一時間に記録されることを保証しなくてはならない。次いで、２つの結果を比較して、それらが一致しない場合には、エラーメッセージを出力することができる。この比較およびエラーメッセージの生成も、電子回路５内部で実施される。この２重計算によって、機能エラーが検出されることが保証される。このことは、一部には、合計信号の較正のために必要である。
【００１４】
力計測システムの第３の実施態様を図３に示してある。この実施態様は、３つの回路５を有し、これらの回路が合計信号を計算して、それを下流電子ユニット３に伝送する。このことは、一方では、１種類のロードセルだけが必要であるために、同一部品を使用するという観点から有利である。他方で、３つの電子回路５も、機能エラー検出を向上させる。この３つの計算された合計信号を比較して、それらが一致する場合には、結果が正常に出力される。２つの合計信号が一致して、第３の合計信号が異なる場合には、多数側の合計信号と、同時に、保全／修繕が必要であることを示す信号とが出力される。結果が出力されないエラーメッセージは、３つの合計信号がすべて異なる場合にのみ必要となる。
【００１５】
しかしながら、図３に示す実施態様も、同一部品だけであるという観点からは有利であり、特にロードセル１および２が、ハードウエアにおいていずれにせよ同一である場合にそうである。適当な手段、例えば読取専用メモリにおけるコネクタコーディング（connector coding）、選択スイッチ、またはパラメータ設定を使用することによって、１つの電子回路５を、作動回路として選択しなくてはならず、一方で、その他の２つの電子回路５は、非作動のままであり、第１の電子回路５が故障した場合にのみ、起動される。
【００１６】
図４は、力計測システムの第４の実施態様を示す。この実施態様においては、下流電子ユニット３は、バスシステム４に接続されずに、ロードセル２’上の専用コネクタ６によって接続されており、ロードセル２’は、電子回路５を包含している。その結果として、バスシステム４は、ロードセル１および２’の間の内部通信にのみ使用され、ハードウエアの点では、下流電子ユニット３への接続７と分離されている。
【００１７】
図５に示す力計測システムの第５の実施態様は、図４に示す実施態様に類似している。それは、３つの同一ロードセル２’だけを有し、それぞれが回路５およびコネクタ６を含む。この場合に、下流電子ユニット３は、任意のロードセルに接続することができる。このことを、破線で表したリンク７および追加のリンク７’によって、図５に示してある。この場合に、下流電子ユニット３が接続されたロードセル２’に配置された電子回路５は、自動的に作動状態となり、それに対して他の２つの回路５は非作動のままとなる。力計測システムが組み立てられると、幾何学的に最良の配置のロードセル２’を使用することができる。保全のために、下流電子回路３を、引き続き３つのロードセルのそれぞれにさらに接続して、電子回路５が適切に機能することを試験することができる。しかしながら、この機能試験を連続的にする場合には、図３の実施態様がより適切である。
【００１８】
図６は、計量秤１１を示し、これには４つのロードセルを備える力計測システムが包含されている。この秤は、その内部に４つのロードセルを備える副構造１２を有し、これらのロードセルが、共同して計量プラットフォーム１３を支持している。この種の秤は、一般的に知られており、ここでその機械的構造を、詳細に説明する必要はない。個々のロードセル、それらの相互接続および電子回路は、図１〜５に示すように構築される。
【００１９】
図７は、第２の実施態様として、例えば、自動車に搭載されるシート２１を示す。このシート２１は、シートクッション２２およびシートバック２３を有する。シートクッション２２の下には、４つの垂直ブラケット２４が装着されており、その内の２つが、図７の側面図で見えている。ブラケット２４の反対側にはブラケット２５があり、これは車両フロア２７上のフレーム２６に固定されている。フレームに固定されたブラケット２５とシートに連結されたブラケット２４との間に、合計４つのロードセルが設置されており、その内の２つの締め付けボルト２８が図７で見えている。４つのロードセルは、シートおよびそれに座る人の重量に対応する合計信号を供給する。この４つのロードセルは、図１〜５に示すように接続されている。シート単独の重量は既知であるので、合計重量を使用して、シートに座る人の重量を求めることができる。この値を使用して、例えば、エアバッグの異なる展開ステージを制御することができる。衝突の発生に際しては、人の重量が大きい場合には、エアバッグは完全に展開される。軽量の人、または子供に対しては、エアバッグは、部分的にのみ展開されるか、または完全に切断される。
【００２０】
図７に示すシート用の力計測システムにおいて、４つのロードセルの合計信号が形成されるだけでなく、個別ロードセルの、個々の信号の、合計／総計信号に対する比が形成されると、シートに座っている人の重心位置を、それから導き出すことができる。複数のエアバッグを備える車両において、次いで、この重心信号を使用して、個々のエアバッグを展開する力を制御するか、または、例えば過度な前傾位置が検出される場合にフロントエアバッグの展開を阻止することができる。
【００２１】
同様に、図６に示す計量秤において、別個のロードセルの、個々の信号を使用して、計量物品の重心位置を導き出すことによって、重量だけでなく重心を求めるのに、秤１１を使用することができる。特殊な応用においては、下流電子ユニット３は、もちろん、個々のロードセルの出力信号に頼ることができる。このことによって、特に実施態様１〜３においては、全体通信が共通バスシステム４上で行われるので、問題が起こることはない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】力計測システムの第１の実施態様を示す図である。
【図２】力計測システムの第２の実施態様を示す図である。
【図３】力計測システムの第３の実施態様を示す図である。
【図４】力計測システムの第４の実施態様を示す図である。
【図５】力計測システムの第５の実施態様を示す図である。
【図６】秤の形態の、力計測システムを示す図である。
【図７】自動車シートに使用される力計測システムを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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