用于重量测量装置的校准砝码组件的制作方法

本发明涉及一种用于重量测量装置、特别是秤的校准砝码组件，以及一种用于操作校准砝码组件的方法。

对于根据电磁力补偿原理运行的力测量装置、例如负载传感器(loadcell)，也称为电磁力恢复负载传感器或emfr负载传感器，被称重的样品的重力直接地或经由支撑在支承结构上的一个或多于一个动力传递杆被传递到机电测量传感器。测量传感器产生与被称重的样品的重力相对应的补偿力，并在此过程中提供电信号，该电信号被处理单元的称重电子器件进一步处理和显示。

emfr负载传感器通常为平行四边形，并具有固定区或平行腿和通过两个平行引导件可运动地连接至固定区的用作负载接收区的一个平行腿。在杠杆系统中，重力经由耦接元件传递至支撑在固定的平行腿上的配重梁，所述耦接元件是纵向刚性的、柔性的并与负载接收区耦接。这种负载传感器的目的是在一定程度上支撑与放置的负载相对应的重力，该程度使得产生补偿力的测量传感器可输出与重力相对应的测量信号。众所周知，高分辨率负载传感器中的各个元件的连接点由柔性支承结构设计。柔性支承结构限定了两个耦接的元件之间的旋转轴线，并且在一体式负载传感器、也称为整体式负载传感器或单块的情况下可设计成薄材料点。

在通过测量传感器产生的补偿力直接补偿重力、即不借助于杠杆支撑补偿力的emfr负载传感器中，平行引导件通常设计为弹性元件和/或弹性接头或膜。在这种负载传感器、也称为直接测量系统的情况下，测量传感器可实现与负载的重力大小相等的补偿力。

通常，力测量装置包括力传感器、力的传递结构、力测量单元和用于处理测量信号的装置。在这种情况下，待测力借助于力传感器被吸收，并经由力的传递结构传递到力测量单元，在此待测力作为提供的力作用在力测量单元上。例如，对于重量测量仪器，待测力由被称重的样品的重力产生，所述重力作用在呈秤盘的形式的重量测量仪器上，并且经由力的传递结构作用在呈杆的形式的力测量装置、也称为负载单元上。

力测量装置是机电转换器，其将提供的力转换成电测量信号。对应于作用力的该测量信号被传输到处理单元，并在那里被处理和评估。处理的结果作为测量值传输到显示单元或另外的处理单元，例如传输至主计算机或系统控件。

为了确保高且一致的准确性，有时需要校正过程，称为校准。在该过程中，将特定的力提供给力测量装置，使得力测量装置产生测量信号，该测量信号对应于所述特定的力并被传输到处理单元。然后，可以根据在所述特定的力和由此确定的测量值之间的比较来采取相应的校正措施，例如调整处理单元中的计算参数。

重量测量仪器、例如电子秤经常借助于内部校准砝码进行校准。为了校准，将具有限定质量的校准砝码布置成与设置的重量测量仪器的力测量装置力接触，然后确定为参考值。借助该参考值，可以平衡秤的另外的称量参数。在成功校准后，将切断校准砝码与力测量装置之间的接触，并将校准砝码停在停用位置。在这种情况下，校准砝码借助于转移机构从停用位置运动至校准位置，然后再次移回。在校准位置，校准砝码与力测量装置力接触；在停用位置没有力接触。

为了产生特定的力并将所述力提供给力测量装置，经常使用校准装置。这样做时，在校准过程期间，校准装置以力配合的方式耦接到力测量装置，由校准装置产生的力被传递到力测量装置。在校准过程之后将耦接断开，从而在正常测量操作期间使力测量装置与校准装置分开。

背景技术：

校准装置是现有技术中已知的。例如，ch676750a5公开了一种具有特定的校准砝码的校准装置，该校准装置可借助于升降装置降低到耦接至力测量装置的支架上，从而可耦接至力测量装置。在这种情况下，在校准过程开始时，用电动机和可旋转的主轴使校准砝码沿竖直方向降低，然后在校准过程之后再次抬起。

ep0955530a1公开了将校准装置布置成紧邻力测量装置的壳体中的力测量单元，其中，杠杆臂具有延伸件，该延伸件配备有用于校准砝码的耦接区。校准砝码通过升降机构从停用位置传送到校准位置，然后再次传送到停用位置。

ep0468159b1公开了一种具有校准砝码的校准砝码组件，该校准砝码组件经由彼此水平地匹配的楔形件竖直地运动，并且进而被放置成与重量测量仪器的力测量装置力接触。该转移机构借助于连接至楔形件的主轴和电动驱动器被驱动。

de20318788u1描述了如何通过斜坡状的升降元件来提升和降低一体式校准砝码，其中，由线性驱动器驱动的提升元件执行一种倾斜的平行运动。

前述提升元件通常由小型伺服马达驱动。使用伺服电动机的缺点是，在重量测量仪器的力测量装置中需要相对较大的空间，从而不必要地增大了力测量装置和重量测量仪器本身。

特别是对于高度敏感的电子秤，称量结果被静电放电和静电相互作用影响、甚至改变。用于驱动转移机构的伺服电机包括不导电的齿轮部件，所述齿轮部件在运行过程中由于摩擦而产生静电场。所产生的静电场以及电磁场足以影响称重结果、特别是高度灵敏的重量测量仪器的称重结果。

技术实现要素：

本发明所基于的目的是提供一种克服现有技术的缺点的校准砝码组件和用于操作所述校准砝码组件的方法。

该目的通过具有独立权利要求中指示的特征的校准设备来实现。在另外的从属权利要求中指出了本发明的有利实施例。

该目的借助于一种用于具有力测量装置的重量测量装置的校准砝码组件来实现，所述力测量装置包括：固定区、负载接收区、以及测量传感器，其中，校准砝码组件包括：至少一个校准砝码，其能够与负载接收区耦接，以及转移机构，以便在运动阶段相应地将所述至少一个校准砝码从停用位置转移到校准位置或从校准位置转移到停用位置，其中，转移机构具有至少一个多态稳定定位元件，所述多态稳定定位元件的第一稳定状态限定校准位置，多态稳定定位元件的第二稳定状态限定转移机构的停用位置。

根据本发明，校准砝码组件设计成使得校准砝码组件作为转移机构的驱动器，借助于测量传感器的相应的致动，在移动阶段期间将校准砝码相应地从停用位置转移到校准位置或从校准位置转移到停用位置。

在一力测量装置中，基于电磁力补偿的原理，测量传感器是用于将重力转换为电测量信号的力转换器，所述力转换器通常具有建立在固定区中的具有气隙的永磁系统、和线圈，在力测量装置的操作期间有补偿电流流过所述线圈，线圈在气隙中运动。线圈和永磁系统在此也可以互换地使用。控制器基于位置传感器信号在力测量装置的操作期间调节补偿电流，使得线圈和与其连接的负载传感器由于线圈与永磁系统之间的电磁力而运动回到对于确定施加的力特定的零位。换句话说，控制器确保电磁补偿力与施加的重力保持平衡，这是在零位的情况。通过指定目标位置，控制器调节的补偿电流将经过线圈，并在此过程中相应地使线圈偏移。

特别有利的是，由于测量传感器的附加功能，可以为转移机构省去单独的驱动器。

在本发明的一个有利设计中，校准砝码的质心布置在测量传感器的合力上或在平行于测量传感器的合力延伸的轴线上。

在另一设计中，多态稳定定位元件还具有引导件和引导栓，所述引导件具有引导凹模，其中，引导件建立在固定区处，引导栓建立在校准砝码处，或者引导栓建立在固定区处，引导件建立在校准砝码处。在此过程中，引导件或引导栓是直接建立在固定区处还是利用力测量装置的一部分连接至固定区无关紧要。

在另一有利的设计中，引导凹模的形式和位置与校准砝码的运动顺序匹配，使得引导栓始终通过校准力矢量沿顺时针或逆时针方向走过引导凹模。

优选地，校准砝码相对于测量传感器的合力同心地或绕测量传感器的合力可旋转地形成，特别是具有环的形式，或者校准砝码形成为筒形或杠铃形。

在不同的设计中，多态稳定定位元件具有分别包括一个引导件和一个引导栓的三对，其中，所述对彼此等距地同心地布置，或者多态稳定定位元件具有分别包括一个引导件和一个引导栓的两对，其中，所述对布置在筒形或杠铃形的校准砝码的端面上。此外，引导凹模的深度可设计成沿校准力的方向增大。这有助于在放置时使校准砝码在停用位置始终保持在中间、即居中。

在另一种有利的设计中，转移机构还具有延伸附件，所述延伸附件具有用于校准砝码的接收装置，所述延伸附件连接至测量传感器的运动部件。

在前述校准砝码组件于力测量装置中的第一用途中，力测量装置的固定区围绕负载接收区，在这种情况下，校准砝码组件布置在测量传感器上方或下方。此外，延伸附件可之间建立在负载接收区上。

在前述校准砝码组件于力测量装置中的第二用途的第一变型中，负载接收区通过平行腿被引导地可运动地连接至固定区，其中，力测量装置还具有第一杠杆，第一杠杆具有：输入侧杠杆臂，其以传递力的方式连接至负载接收区；以及输出侧杠杆臂，其直接地以传递力的方式连接至测量传感器。此外，固定区或负载接收区具有延伸件，所述延伸件设有用于校准砝码的耦接区。

在前述校准砝码组件于力测量装置中的第二用途的第二变型中，输出侧杠杆臂经由至少一个第二杠杆间接地以传递力的方式连接至测量传感器。在该第二变型中，第一杠杆的输入侧杠杆臂具有延伸件，延伸件在这种情况下延伸至与负载接收区的背向固定区的一侧邻接的空间，并该空间处配备有用于校准砝码的耦接区，其中，测量传感器布置在与负载接收区的背向固定区的一侧邻接的空间。

在一种用于操作校准砝码组件的方法中，力测量装置具有测量传感器以便输出测量信号，所述测量传感器具有带有气隙的永磁系统并具有线圈，在力测量装置的操作期间有补偿电流流过所述线圈，线圈在气隙中运动，其中，所述方法至少包括以下步骤：在停用位置提供校准砝码；改变补偿电流使得接收装置向校准砝码的停用位置的方向运动，此时建立与校准砝码的接触；激发补偿电流使得接收装置进一步运动，从而校准砝码相应地从停用位置运动到校准位置或从校准位置运动到停用位置；改变补偿电流使得在达到校准砝码的停用位置之后接收装置运动离开校准砝码

在另一方法中，力测量装置具有控制器，所述控制器基于位置传感器信号在重量测量装置的操作期间控制补偿电流，使得线圈由于线圈与永磁系统之间的电磁力而运动回到对于确定施加的力特定的零位。所述方法还包括以下步骤：记录位置传感器信号以及与激发的补偿电流的依赖关系；将所记录的依赖关系与存储在存储装置中的参考依赖关系进行比较，并输出表示超出所记录的依赖关系与参考依赖关系之间的公差值的转移警报；以及，当输出警报时，使用包含补偿电流的至少一个与运动阶段相反的变化的算法。该算法用于防止或解除多态稳定定位元件的任何阻塞。

为了保护力测量装置及其元件或构件，可以设置限制偏移的机械止挡。在校准过程的情况下，作为上游步骤，机械止挡可以自动悬起，以便使用线圈的全部偏移能力。校准过程完成后，在此将机械止挡重新建立，以用于称重模式。

在另一有利的方法中，校准位置对应于可控制地移回以便确定测量传感器的作用力的位置，特别是零位。

附图说明

根据本发明的力测量装置、根据本发明的力测量模块和根据本发明的方法的各细节借助于附图中所示的实施例的描述得出。附图中：

图1示出具有杠杆系统和第一校准砝码组件的第一变型的力测量装置的示意图；

图2示出具有杠杆系统和第一校准砝码组件的第二变型的力测量装置的示意图；

图3示出具有杠杆系统和第二校准砝码组件的第一变型的力测量装置的示意图；

图4示出具有杠杆系统和第二校准砝码组件的第二变型的力测量装置的示意图；

图5示出具有以示意图示出的处于停用位置的校准砝码组件的直接测量系统的简化示图；

图6a-6f示出六个步骤中的图5的校准砝码组件的运动顺序示意图；

图7a以俯视图示出校准砝码组件的简化示图；

图7b以等轴侧图示出图7a的校准砝码组件；

图8示出具有用于校准砝码的接收装置的延伸附件；

图9a以剖视图示出图7a中的校准砝码组件，其中，校准砝码处于校准位置；以及

图9b是图9a中的校准砝码组件，其中，校准砝码处于停用位置。

具体实施方式

在以下描述中，具有相同功能和相似设计的特征被赋予相同的附图标记。

图1示意性地示出了具有校准砝码组件100的力测量装置110沿纵向方向的示意图。力测量装置110包括固定区111、负载接收区112以及上部和下部平行腿113。借助于力传递元件121，第一杠杆120在第一杠杆的输入侧杠杆臂122上连接至负载接收区112。第一杠杆120的输出侧杠杆臂123连接至测量传感器140。位置传感器108记录测量传感器140相对于零位x0的偏移，其中，测量传感器140的测量信号与放置在负载传感器112上的重量相对应。固定区111具有悬臂114，所述悬臂114配备有用于处于停用位置rp的校准砝码150的耦接区115。具有接收装置171的延伸附件170连接至测量传感器140的运动部件，在本示例中连接至线圈144。

在图1中以简化形式示出的测量传感器140通常包括永磁系统141和线圈144，所述永磁系统141在此连接至固定区111，所述线圈144被所述永磁系统141围绕。如果线圈144偏移、在此在图1中向上偏移足够强烈，则接收装置171与校准砝码150接触。

图2中的力测量装置210的示意图与图1中的示意图在很大程度上相对应，不同之处在于，负载传感器212具有悬臂214，所述悬臂214设有用于处于停用位置rp的校准砝码150的耦接区215。一旦线圈144足够强烈地偏移，则校准砝码150也与接收装置171接触。

图3是具有校准砝码组件300的力测量装置310的另一示意图，在图3中，悬臂314延伸到与负载接收区312的背向固定区311的一侧邻接的空间中。悬臂314具有用于耦接处于停用位置rp的校准砝码150的耦接区315。第一杠杆320的具有延伸件324的输入侧杠杆臂322同样延伸到该空间中，在那里连接至延伸附件170，并设有用于校准砝码150的接收装置171。测量传感器140同样位于负载传感器312的背向固定区311的一侧。

图4示出了具有校准砝码组件400的力测量装置410的另外的示图。校准砝码150不一定必须布置在测量传感器180正上方。如图3所示，测量传感器140位于负载传感器412的背向固定区411的一侧。为了耦接处于停用位置rp的校准砝码150，固定区411具有耦接区415。如图1至图3所示，在图4中，悬臂是固定区411的一部分，和/或悬臂414被集成至固定区411中。在该力测量装置410中，第一杠杆420具有延伸件424，该延伸件424连接至测量传感器140和位置传感器180。在相反的方向上，第二杠杆臂423连接至具有用于校准砝码150的接收装置171的延伸附件470。

图1-4示出了作为单杠杆系统的力测量装置。当然，力测量装置110、210、310、410也可以设计为多杠杆系统。通常，将构件的质心布置在第一杠杆120、320、420上是有利的，构件例如为线圈的144、位置传感器180的膜片、位于接收装置171中的校准砝码150、或者还包括在同一水平面上的延伸通过第一杠杆120、320、420的旋转点的相应的杠杆臂122、322、422、123、323、423的接收装置。质心的这种布置使得力测量装置仪不那么水平敏感。为了使力测量装置对砝码的偏心布置的误差不那么敏感，这些质心必须布置在相同或接近相同的竖直平面上，该竖直平面在纵向方向上对称地延伸通过力测量装置。接收装置171与第一杠杆120、320、420的旋转点之间的距离可以选择成小到足以使得引导栓也可以被引导通过引导凹模。在最大距离的方向上，要考虑的结合的因素是校准砝码的质量和换能器(transducer)可提供的电磁力。

图5中示出了具有校准砝码组件500的力测量装置510，其中，力测量装置510被设计为直接测量系统。力测量装置510同样包括固定区511，负载接收区512以及上部和下部平行腿513。测量传感器540直接连接至负载传感器512，位置传感器(未示出)记录测量传感器540的偏移，其中，测量传感器540的测量信号对应于放置在负载传感器512上的砝码。具有接收装置571的延伸附件570连接至测量传感器540的运动部件，在本示例中连接至线圈544。如果线圈544偏移、在此在图5中向上偏移足够强烈，则接收装置571与校准砝码550接触。

图5的下部区域示出了校准砝码550处于停用位置rp并且力测量装置510在零位x0的情况。图6a至图6f旨在示出转移机构的运动顺序，所述转移机构使校准砝码550从停用位置rp转移到校准位置kp，然后再返回。转移机构具有多态稳定定位元件，所述多态稳定定位元件具有引导件561和引导栓564，所述引导件561具有引导凹模563，其中，以阴影背景表示的引导件561建立在固定区511上，在本例中，引导栓564建立在校准砝码550上。

在下面的图6a至图6f中描述了运动顺序，其中，细线表示自上一张图以来的行进路径。参见图5，如果线圈544向上偏移足够强烈，则接收装置671与建立在校准砝码650上的引导栓564接触。线圈的进一步偏移将提升引导栓564，进而使校准砝码650从停用位置rp提升。在引导凹模663的引导下，引导栓664移位至位于引导凹模663的右上角的第一转折点665，如图6b所示。在之后降低接收装置671时(如图6c所示)，引导栓664通过引导凹模件663被引导至第二转折点666，第二转折点666位于下方大约在引导凹模件663的中间。然后，接收装置671在此向上偏移以到达校准位置kp。

如图6d所示，校准位置kp对应于零位x0，如力测量装置510在图5中已经设想的那样。零位x0上的校准的优点是，校准可以在与重量测量相同的位置进行；换而言之，柔性支承结构的复位力在此对应于在确定重量期间的复位力。

在完成校准之后，运动顺序继续，以便使校准砝码650运动回到停用位置rp。接收装置671向上提升校准砝码650，以将引导栓664引导到第三转折点667。在途中(参见图6e)，引导栓664通过位于引导凹模663中间的隔离元件668向左偏移，以便在之后在引导凹模663的引导下到达第三转折点667。在之后降低接收装置期间(如图6f所示)，引导栓664通过引导凹模块663被引导回到停用位置。然后，接收装置671进一步向下偏移以便将力测量装置510布置在零位x0以执行重量确定。

引导凹模664的形式和位置与校准砝码650的运动顺序相匹配，使得引导栓664始终通过校准力矢量g(对于图6a至6e仅在图6f中示意性地示出)顺时针走过引导凹模663。

图7a以俯视图示出校准砝码组件700的第一示图。同心式设计的校准砝码750具有环的形式，其中，所述环可以绕位于环的中央的轴线l旋转。在具有力测量装置(图1-4)的附接状态下，该轴线l平行于测量传感器140、240、340、440的合力，或与测量传感器540的合力重合，如图5所示。三个引导件762连接至力测量装置的固定区，并在引导件的中央形成用于校准砝码750的空间。

图7b以等轴测图示出了校准砝码组件的一部分，其中隐藏了两个引导件762。多态稳定定位元件761形成在三个引导件762中的每一个处，所述引导件来自分别包括引导凹模763和引导栓764的一对，其中，所述对彼此间隔开地同心地布置。引导凹模763布置在引导件762的朝向中间的形成空间的表面上，引导栓764在该引导凹模763中被引导。在前面提到的运动顺序中，当引导栓764沿着引导凹模763运动时，校准砝码750绕轴线l沿顺时针方向和逆着顺时针方向略微旋转。

图8示出了具有用于校准砝码(未示出)的接收装置871的延伸附件870，实施延伸附件870布置在形成为环的校准砝码的中央。接收装置871包括三个突起872，突起872中的每一个都彼此等距地绕延伸附件870的轴线布置。每个突起872都具有相对于中心轴线垂直定向的接触表面873和相对于中心轴线成一定角度地向接触表面873延伸的对中表面874。因此，校准砝码位于接收装置871上，进而没有永久性地连接至延伸附件870，使得校准砝码可相对于延伸附件870运动。在这种情况下，对中表面874有助于将校准砝码始终保持在接收装置871的中央。

图9a和9b以剖视图a-a显示了图7a的校准砝码组件。在图9a中，校准砝码750居中地位于延伸附件870的接收装置871上；因此，校准砝码750进而位于校准位置kp。图9a中所示的情况对应于图6a中所示的情况。在校准砝码750的右侧，可以看到三个引导栓764中的一个，其连接至校准砝码750。引导栓764突出到引导件762的引导凹模763中。

在图9b中，由引导栓764保持的校准砝码750位于引导凹模763中；校准砝码750进而位于停用位置rp。延伸附件870的接收装置871与校准砝码750相距一段距离，也就是说，接收装置871不与所述校准砝码接触。图9b中所示的情况对应于图6f中所示的情况。此外，图9b与图9a相比示出了引导凹模的在校准力矢量g的方向上的增大的深度t。这有助于将校准砝码750在进入停用位置rp时始终在停用位置rp保持居中。仅由此就可足以使校准砝码750对中。接收装置871上的对中表面874(图8)也是可以的；可以在校准砝码组件上实现这两种对中操作，也可仅实现两者中的一种。

本文描述的发明不限于仅具有一个测量传感器的力测量装置。如例如在ep2993449a中所示的多线圈系统同样被包括在本发明的范围内。本发明的构思也可以容易地转移到那些系统，因为本领域的技术人员知道延伸附件必须适用于此使得能够连接至所有测量传感器，并平行于测量传感器的合力偏移。

附图标记列表

100、200、300、400、500校准砝码组件

110、210、310、410、510力测量装置

111、211、311、411、511固定区

112、212、312、412、512负载接收区

113、213、313、413、513平行腿

114、214、314、414悬臂

115、215、315、415耦接区

120、320、420第一杠杆

121、321、421力传递元件

122、322、422输入侧杠杆臂

123、323、423输出侧杠杆臂

324、424延伸件

140、540测量传感器

141永磁系统

142、542线圈

150、550、750校准砝码

561、761多态稳定定位元件

762引导件

563、663、763引导凹模

564、664、764引导栓

665第一转折点

666第二转折点

667第三转折点

668隔离元件

170、470、570、870延伸附件

171、571、671、871接收装置

872突起

873接触表面

874对中表面

180位置传感器

rp停用位置

kp校准位置

l相对于测量传感器的合力的平行轴线

g校准力矢量

t引导凹模的深度

x0零位