WO2022003103A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln eines polsterelementes aus einer menge von verschiedenen polsterelementen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum ermitteln eines polsterelementes aus einer menge von verschiedenen polsterelementen Download PDF

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WO2022003103A1
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Kai OBERLÄNDER
Tobias Fink
Tobias Lang
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Motesque GmbH & Co. KG
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/16—Customisation or personalisation

Definitions

  • the invention relates to a method for determining an upholstery element from a set of mutually different upholstery elements in relation to a specific person, the upholstery elements being elastically deformable by a person-related stress on a cushioning surface of the respective upholstery element.
  • the invention also relates to a data processing system and a computer program for this purpose.
  • the invention also relates to a method for creating a digital upholstery model of an upholstery element which can be elastically deformed by a person-related stress on an upholstery surface of the upholstery element.
  • Generic upholstery elements such as sleeping mattresses, cushions for seat elements and the like, are generally used to achieve the most comfortable possible pressure load on a person due to their own weight (weight force) in a certain situation or position.
  • mattresses for sleeping serve to cushion and distribute the weight resulting from the person's own weight as comfortably as possible and thus enable a restful sleep.
  • the upholstery element is also used for seating elements such as seat cushions for furniture (for example chairs, armchairs, sofas, car seats, etc.) for the most comfortable possible sitting experience.
  • upholstery elements are also found in other areas, which at least partially support or cushion the body against a hard surface.
  • Such padding elements can be found, for example, in items of clothing such as, for example, sneakers.
  • an upholstery element to support or cushion the body of a certain person against a hard surface as comfortably as possible is perceived very individually.
  • a sleeping mattress can be perceived as particularly comfortable by a first person and thus lead to a particularly restful sleep experience, while this sleeping mattress is perceived as uncomfortable by another second person.
  • the cushion element has a cushion surface which can be pressed in in the direction of a cushion core. This is achieved in that, on the one hand, the area of the padding surface is expandable and that the padding core, which is at least partially enclosed by the padding surface, is elastically deformable.
  • Such generic upholstery elements can be, for example, mattresses, upholstery for seating furniture or upholstery for vehicle seats.
  • a precalculated, digital upholstery model is first made available for each upholstery element available for selection, for example in a digital data memory.
  • Each upholstery model is assigned to a corresponding upholstery element, the mechanical upholstery properties of which are to be mapped by the respective upholstery model.
  • the digital upholstery model has a large number of areas on the upholstery surface of the upholstery element assigned to the digital upholstery model, a mechanical upholstery property being defined for each area.
  • Such a mechanical cushioning property can, for example, define a restoring force when the cushion surface is deformed in the relevant area.
  • a restoring force can be defined, for example, as a function of a load duration and / or a penetration depth.
  • the restoring force can also be defined depending on how many neighboring areas of the area in question are stressed and thus deformed, which will be explained in more detail later.
  • Such an area can extend in at least one direction of at least 0.1 cm, preferably at least 0.5 cm or particularly preferably 1 cm, 3 cm or up to 5 cm. Depending on the size of the pad, even larger expansions can be useful.
  • the area can be at least 0.1 x 0.1 cm, 0.5 x 0.5 cm, 1 x 1 cm, 3 x 3 or up to 5 x 5 cm (or even more), which is particularly advantageous for sleeping mattresses.
  • the ratio between an elongated extension in at least one direction of the cushion surface and that of the respective area is at least 200 to 1, preferably at least 200 to 3 and particularly preferably at least 200 to 5 or more.
  • a body model of the person concerned who would like to select an upholstery element is provided, the body model defining a description of physiological body properties of the person concerned.
  • the physiological body properties can be, for example, biomechanical properties of the body, such as, for example, the behavior of the body when it is deformed due to the action of pressure, for example by a cushion element.
  • the physiological body properties can also contain properties such as the stature of the body, the body weight and the size, that is to say anthropometric dimensions.
  • the body model provided can also contain personal usage preferences of the person concerned, as to how they would like to use the upholstery element.
  • a computer unit of a data processing system is used to calculate a virtual body stress on a selected body surface of the person's body and, based on this, determine a stress indicator and assign it to the respective upholstery element.
  • the virtual body stress gives a mechanical stress in relation to the selected body surface of the body of the person concerned to a person-related use of the upholstery surface of the upholstery element assigned to the respective upholstery model.
  • the person-related stress on the upholstery surface means the use of the upholstery element with the selected body surface of the person in such a way that the selected body surface of the person's body stresses the upholstery element on the upholstery surface and thus deforms it. In other words, the body surface is in contact (directly or with fabric in between) the padding surface of the padding element.
  • the person-related strain on the upholstery surface is simulated with the selected body surface in order to calculate a virtual or simulated body strain without the selected body surface actually having to physically strain or try out the upholstery surface.
  • the virtual body stress is calculated as a function of the corresponding mechanical upholstery properties of the respective upholstery model and the physiological body properties of the body model of the person concerned.
  • At least one stress index is now determined or ascertained / calculated and assigned to the upholstery element relating to the respective upholstery model. Both the stress index and the assignment to the upholstery element are stored in a digital data memory.
  • At least one cushion element is determined by means of the computing unit from the set of mutually different cushion elements as a function of the stress index assigned to the respective cushion elements.
  • the set of different upholstery elements includes all those upholstery elements for which a corresponding stress indicator has been calculated beforehand.
  • a number of upholstery elements can also be selected, the stress factor of which is, for example, above a preset threshold value.
  • An upholstery element for the person can now be selected manually or automatically from the set of upholstery elements determined.
  • the present invention thus makes it possible to determine a cushion element from a set of different cushion elements in relation to a specific person without the person concerned having to physically try out the cushion element. Rather, an optimal upholstery element can be determined and found on the basis of the upholstery models of the respective upholstery elements and a body model.
  • the virtual body stress is calculated in such a way that, for different areas of the selected body surface, a pressure load is applied to the body surface in the respective area depending on the corresponding mechanical upholstery properties of the respective upholstery model and the physiological properties of the body are calculated.
  • a pressure load on the body surface in the respective area is calculated for different areas of the selected body surface, depending on the corresponding mechanical cushioning properties of the respective cushion model and the physiological body properties of the body. All calculated pressure loads that are to act on the body surface are then combined into a virtual body stress and, if necessary, stored in a data memory. Depending on the calculated pressure loads that act on the body surface, the at least one stress index is then calculated and assigned to the corresponding upholstery element.
  • the virtual body stress is calculated in such a way that a biomechanical deformation of the body of the person concerned is dependent on the corresponding mechanical pole properties of the respective upholstery model and the physiological physical properties of the body is calculated.
  • the type of deformation and / or the degree of deformation can have an influence on the stress index. It is conceivable that the quality of the stress index is lower, the greater the degree of deformation or the more unusual the type of deformation (e.g. "bent" back).
  • the stress index is calculated as a function of a homogeneity and / or a statistical distribution of the pressure loads and / or the biomechanical deformations. It is conceivable that the stress index characterizes a higher (better) evaluation of the corresponding body / cushion element combination, the more homogeneous the pressure load on the selected body surface from the cushion element and / or the lower the biomechanical deformation.
  • the body model contains at least one upholstery loading preference of the person concerned, the body surface on which the calculation of the pressure load distribution is based being selected as a function of the at least one upholstery loading preference.
  • a cushioning requirement can define whether the person in question prefers to sleep on their back, on their side or on their stomach. Based on this, that body surface of the person's body is then selected which would (most frequently or most) stress the cushioning surface of the cushioning element with regard to the cushioning stress preference. If the upholstery loading preference of the person concerned is defined, for example, to the effect that the person concerned preferably sleeps on their back, then the dorsal body surface of the body is selected. In the case of a stomach-sleeping preference, the ventral body surface of the body would be selected for this purpose.
  • the selected body surface within the meaning of the present invention is understood to mean that part of the person's body with which the person would stress the padding surface of a padding element.
  • the selected body surface in the sense of the present invention is thus part of the entire surface of the body and is defined by corresponding areas or sections of the body.
  • the mechanical upholstery properties are each indicated by a virtual spring force element in the corresponding area with a defined restoring force.
  • a virtual spring force element can be time-dependent, i. H. the restoring force changes over the duration of the load.
  • Such a spring force element can alternatively or additionally, however, also be path-dependent, i. E. H. the restoring force depends on the depth of penetration into the upholstery element.
  • the mechanical cushion properties are each defined by the virtual spring force element of the corresponding area on the one hand and at least one virtual force element of an adjacent area on the other hand, preferably four adjacent areas, particularly preferably all adjacent areas of a corresponding area Area.
  • the neighboring areas are also indirectly stressed due to the mechanical interrelationship and the mechanical interaction, even if there is no direct stress from an object, ie none in the respective neighboring area Force is exerted on the padding surface.
  • This mechanical relationship between an area and its neighboring areas can be defined in the respective digital upholstery model as a mechanical upholstery property for the respective area.
  • a restoring force is not only defined by the virtual spring force element of the respective area, but also by the mechanical relationship or by the mechanical interaction with the neighboring areas.
  • the mechanical relationship can be defined in the upholstery model by an additional spring element between the areas that connects the first (main) area under consideration with the respective neighboring area.
  • not only the immediate neighboring area is considered, but also the neighboring area of the neighboring area, so that a kind of mechanical chain of action is created between several areas. If, for example, the pressure load on the body in a certain area is to be determined from the restoring force in this area, not only the virtual spring force element of this area is taken into account, but also the spring force elements of the adjacent neighboring areas depending on the defined me - Mechanical connection between the area under consideration and the neighboring areas, which results from the additional spring element.
  • the restoring force of the virtual spring force elements of each upholstery element is determined by a previous measurement of the restoring force in the respective areas in which the mechanical upholstery property is specified. In one embodiment, it can also be provided that not only the restoring force in the respective area is determined by a previous measurement, but also the mechanical relationship of the respective area with its neighboring areas is determined by a corresponding measurement.
  • the restoring force can be determined, for example, as will be shown in detail later, in that the upholstery surface is stressed in every area with the aid of a mechanical stamp.
  • the respective area can be stressed with the stamp with a predetermined force or with a predetermined penetration depth.
  • the stamp has the dimensions or dimensions of the defined area.
  • the contact surface of the stamp not only covers the area whose restoring force is to be determined, but also has a size or extent that also corresponds to the covering neighboring areas with.
  • the area for covering adjacent areas can be three times as large or five times as large as the stamp, which is only intended to cover a single area.
  • the body model is provided by first recording at least one digital image of at least part of the body of the person concerned by means of a camera, recognizing and recognizing body features from the at least one recorded digital image by means of an image processing unit then the body model of the person is created or supplemented as a function of the recognized body features.
  • the body of the person concerned can thus be recorded from at least two perspectives, for example in a dorsal perspective, a ventral perspective and / or a lateral perspective.
  • the digital image is analyzed by means of image processing in order to identify corresponding body features of the person.
  • body characteristics are, for example, the height, the estimated weight as well as the body shape and the stature of the person being scanned.
  • the body model can then be created or supplemented from these extracted body features.
  • the object is also achieved with a data processing system according to the invention for carrying out the method described above, the data processing system having a digital data memory for providing the upholstery models and the body model, as well as a computing unit that is used to calculate the virtual body strain , the load index and to determine the at least one upholstery element is set up.
  • the object is also achieved according to the invention with the method for creating a digital upholstery model of an upholstery element according to claim 11, the digital upholstery model for a large number of areas on the upholstery Each surface of the upholstery element defines a mechanical upholstery property.
  • a digital upholstery model as it can be created by means of the method described, can be used in the method described above for determining at least one upholstery element.
  • At least one force-time curve is recorded for each area defined on the upholstery surface for which a mechanical upholstery property is to be defined in the upholstery model.
  • a stamp is pressed onto the padding surface in the respective area and held for a selected period of time, during which the restoring force of the padding element in the relevant area is measured over the selected period of time. After such an area measurement, a large number of measured values are obtained for the selected period, which indicate the restoring force in the respective time step within the selected period.
  • a force-time curve for the respective area can then be determined from these measured values.
  • the digital upholstery model can now be created by adding the mechanical upholstery properties of the respective areas as a function of the recorded force-time curves of the respective areas be determined.
  • the mechanical cushioning properties are the force-time curves of the respective area.
  • a first measurement run for recording first force-time curves is carried out with a first punch and at least one second measurement run for recording second force-time curves is carried out with a second punch different from the first punch, wherein the stamp surface with which the stamp is pressed onto the pad surface of the first stamp has a shape that is limited to the area to be examined and the stamp surface of the second stamp has a shape that, in addition to the area to be examined, also has at least one other shape covers neighboring area.
  • the respective mechanical upholstery property for the relevant area can then be determined from the force-time curves that relate to a specific area of the upholstery surface. This makes it possible to determine the mechanical relationships between an area and the neighboring areas when determining the mechanical upholstery properties for a specific area.
  • the object is also achieved with the device according to claim 14 for creating a digital upholstery model of an upholstery element set up to carry out the method described above according to the invention, the device having a system for pressing a stamp onto an upholstery surface and a computing unit to create the digital upholstery model.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the invention in a basic form
  • FIG. 2 shows a simulation of the stress on an upholstery surface with a body
  • FIG. 3 Schematic representation of the surveying system
  • FIG. 4 shows an example of a force-time curve
  • FIG. 1 shows, in a greatly simplified schematic representation, a device 10 which represents a data processing system.
  • the data processing system 10 has a first digital data memory 11 and a second digital data memory 12. Both the first digital data memory 11 and the second digital data memory 12 are connected to a computing unit 13 which is designed to carry out the method according to the invention.
  • a multiplicity of digital upholstery models PMx are stored in the first digital data memory 11, each of which is assigned to a corresponding upholstery element P x.
  • the digital upholstery model PMi is assigned to the upholstery element Pi
  • the digital upholstery model PM2 is assigned to the upholstery element P2, etc.
  • FIG. 1 A multiplicity of digital upholstery models PMx was generated from the respective upholstery element P and stored.
  • the upholstered models P in the exemplary embodiment in FIG. 1 are sleeping mattresses.
  • the body model KM contains a description of physiological body properties of the person 20 and in particular describes biomechanical relationships of the body.
  • the creation of the body model KM can take place, for example, on the basis of a photograph of the person 20 from different perspectives, in that appropriate body features are extracted from the captured image data.
  • the first data memory 11 and the second data memory 12 are shown as separate data memories. It is conceivable that there is a physical separation of the two data stores. It is also conceivable, however, that the first data memory and the second data memory are physically present on one and the same data memory and that there is only a logical separation.
  • the computing unit 13 of the data processing system 10 is connected to a computer 30 which is operated by the person 20, for example.
  • the person 20 has first transmitted corresponding data to the computing unit 13, for example using the computer 30, such as usage preferences of the desired upholstery element and, if necessary, image data in order to generate a corresponding body model KM therefrom.
  • the body model KM of the person 20 is created by the computing unit 13 and stored in the second digital data memory 12. However, it is also conceivable that the relevant body model KM has already been created in advance.
  • a virtual body stress KB X on a selected body surface of the body is now calculated for each upholstery model PM X.
  • This virtual body stress KB X indicates the behavior and / or properties of the body if the body of the person concerned 20 with the selected body surface would physically stress the corresponding cushion element P x.
  • a stress indicator Cx is now calculated, which indicates an evaluation of the combination of person 20 and the corresponding upholstery element P x.
  • the upholstery element that has the best rating is now selected based on the stress index Cx determined. This is then displayed to the person on the computer 30.
  • FIG. 2 visualizes the stress on a virtual upholstery surface 40 of an upholstery model PM X with the body of the person 20 in order to determine the virtual physical stress on the body 20.
  • the virtual cushion surface 40 has for this purpose, a large number of areas 41, for each of which a mechanical cushioning property is defined in the cushion model PM X.
  • This mechanical upholstery property can be, for example, a restoring force which, when the upholstery surface 40 is stressed in the respective area 41, exerts a force on the body 20 to cause the stress.
  • the physical stress on the body 20 can be calculated from this simulation, as it is visualized in FIG. 2. For this purpose it can be determined, for example, how great the restoring force of the individual areas 41 acting on the body and / or how great the deformation of the body 20 is. Both properties of the body stress result from the mechanical upholstery properties of the upholstery model on the one hand and the body model with the physiological and biomechanical body properties.
  • a stress index can then be derived from the virtual physical stress.
  • FIG. 3 shows a system 100 with which an upholstery element P can be measured in such a way that a digital upholstery model can be created from it, as described above.
  • the upholstery model P is inserted into the system 100, with a portal arm 110 being able to move a stamp 120 provided as an end effector relative to the surface of the upholstery element P.
  • the stamp 120 is now pressed onto the cushion surface of the cushion element P and held for a certain period of time in different regions 41 of the cushion surface, for each of which a mechanical cushion property is to be determined. During this period, the restoring force is measured and stored in a force-time curve. If a corresponding area 41 of the padding surface has been measured, then the stamp 21 is aligned with the next area and again pressed onto the padding surface; the entire padding surface of the padding element P has been measured in this way.
  • the stamp 120 has the size of a corresponding area 41 and essentially covers it almost completely. After this If the entire padding surface of the padding element P has been measured by the first punch 120, the punch 120 is exchanged for a second punch (not shown) which, for example, covers more than one area 41. The previously described measurement run is now carried out again with this second punch. This allows the mechanical relationships between neighboring areas to be recorded.
  • FIG. 4 shows, by way of example, such a force-time curve as could be determined by way of example at the position of an area 41.
  • the equations for solving the mechanical mattress model can, in one embodiment, be based on two assumptions.
  • line symmetry is assumed along the measurement line (vertical symmetry line in FIG. 5).
  • the equivalent circuit diagram for the springs can be reduced to half the size.
  • the mutual influence of the areas 41 in front of and behind the lateral center line of the measuring point is negligible.
  • the equivalent circuit diagram for the springs will be further reduced to a quarter (see FIG. 6).
  • the springs lying on this center line must be adjusted.
  • the input values for these formulas Ni, Txi and Tyi are the values for the main spring and the spring connection (mechanical connection) of the two neighboring areas in the x-direction and those in the y-direction in the form of a one-dimensional array.
  • the order of the elements of the input array is reversed (compare FIG. 7). In this way, the above equations can be used for any protocol.
  • Mquarter.forward ie in the direction of the propagation of the probe during the measurement process
  • two identical backward-looking terms are always two identical forward-looking terms.forward (ie in the direction of the propagation of the probe during the measurement process) and two identical backward-looking terms
  • FIGS. 9 and 10 show the relationship between a first area S 1 and a mechanically related second area S 2 (neighboring area), which in turn is in operative connection with a third area S3 stands.
  • Each area Sn is defined by a virtual spring element N n , whereby a first area Sn is in mechanical operative connection with its respective neighboring area Sn + 1 via an additional spring element T n defining the mechanical connection between the areas.
  • the restoring force of an area Sn therefore depends not only on the spring element N n , but also on the mechanical relationship T n with the neighboring area Sn + i and its spring element N n + 1 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln mindestens eines Polsterelementes aus einer Menge von voneinander verschiedenen Polsterelementen (P1, P2, P3) in Bezug auf eine bestimmte Person (20), wobei die Polsterelemente (P1, P2, P3) durch eine personenbezogene Beanspruchung auf eine Polsteroberfläche des jeweiligen Polsterelementes elastisch verformbar sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Mehrzahl von vorberechneten, digitalen Polstermodellen (PMx), die jeweils einem bestimmten Polsterelement aus der Menge der Polsterelemente (P1, P2, P3) zugeordnet sind, wobei jedes digitale Polstermodell (PMx) für eine Vielzahl von Bereichen auf der Polsteroberfläche des Polsterelementes jeweils eine mechanische Polstereigenschaft definiert; Bereitstellen eines Körpermodells (KM) der betreffenden Person (20), für die das Polsterelement ermittelt werden soll, wobei das Körpermodell (KM) eine Beschreibung von physiologischen Körpereigenschaften der betreffenden Person (20) enthält; wobei für jedes bereitgestellte Polstermodell (PMx) oder einer Teilmenge davon mittels einer Recheneinheit (13) einer Datenverarbeitungsanlage (10) einzeln durchgeführt wird: Berechnen einer virtuellen Körperbeanspruchung (KBx) auf eine ausgewählte Körperoberfläche des Körpers der betreffenden Person (20) in Bezug auf eine personenbezogene Beanspruchung der Polsteroberfläche des dem jeweiligen Polstermodell (PMx) zugeordneten Polsterelementes in Abhängigkeit von den entsprechenden mechanischen Polstereigenschaften des jeweiligen Polstermodells (PMx) und den physiologischen Körpereigenschaften des Körpermodells (KM) der betreffenden Person (20) und Bestimmen mindestens einer Beanspruchungskennzahl (Cx) in Abhängigkeit von der berechneten virtuellen Körperbeanspruchung (KBx) und Zuordnen der mindestens einen Beanspruchungskennzahl (Cx) zu dem das jeweilige Polstermodell (PMx) betreffenden Polsterelement; wobei anschließend mittels der Recheneinheit (13) mindestens ein Polsterelement aus der Menge von voneinander verschiedenen Polsterelementen (P1, P2, P3) in Abhängigkeit von den jeweiligen Polsterelementen zugeordneten Druckbelastungskennzahlen (Cx) ermittelt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Polsterelementes aus einer Menge von verschiedenen Polsterelementen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Polsterelementes aus einer Menge von voneinander verschiedenen Polsterelementen in Bezug auf eine be- stimmte Person, wobei die Polsterelemente durch eine personenbezogene Bean- spruchung auf eine Polsteroberfläche des jeweiligen Polsterelementes elastisch ver- formbar sind. Die Erfindung betrifft ebenso eine Datenverarbeitungsanlage sowie ein Computerprogramm hierzu.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Erstellen eines digitalen Polster- modells eines Polsterelementes, das durch eine personenbezogene Beanspruchung auf eine Polsteroberfläche des Polsterelementes elastisch verformbar ist.
Gattungsgemäße Polsterelemente, wie beispielsweise Schlafmatratzen, Polster für Sitzelemente und dergleichen dienen in der Regel dazu, eine möglichst komfortable Druckbelastung auf eine Person aufgrund des Eigengewichtes (Gewichtskraft) in ei- ner bestimmten Situation oder Position zu erreichen. So dienen Matratzen zum Schlafen beispielsweise dazu, die aus dem Eigengewicht der Person resultierende Gewichtskraft beim Schlafen möglichst komfortabel abzufedern und zu verteilen und so einen erholsamen Schlaf zu ermöglichen. Auch bei Sitzelementen, wie beispiels- weise Sitzpolster von Möbeln (bspw. Stühle, Sessel, Sofas, Autositze, etc.) dient das Polsterelement für möglichst komfortables Sitzerlebnis. Aber auch in anderen Berei- chen finden sich Polsterelemente, die zumindest teilweise den Körper gegenüber ei- ner harten Oberfläche stützen bzw. abfedern sollen. Solche Polsterelemente finden sich beispielsweise in Kleidungsstücken, wie beispielsweise Turnschuhen. Die Eigenschaft eines Polsterelementes, den Körper einer bestimmten Person ge- genüber einer harten Oberfläche möglichst komfortabel abzustützen bzw. abzufe- dern, wird sehr individuell wahrgenommen. So kann beispielsweise eine Schlafmat- ratze von einer ersten Person als besonders komfortabel wahrgenommen werden und somit zu einem besonders erholsamen Schlaferlebnis führen, während diese Schlafmatratze von einer anderen zweiten Person als unbequem empfunden wird.
Die Gründe hierfür sind sehr vielfältig. Zum einen ist jeder Körper in seinen physiolo- gischen Eigenschaften anders und unterscheidet sich, wodurch das Zusammenwir- ken des Körpers mit dem jeweiligen Polsterelement sehr individuell ausfällt. Zum an- deren hat jede Person bestimmte Nutzungspräferenzen (beispielsweise Rücken- schläfer, Seitenschläfer, Bauchschläfer bei Schlafmatratzen), die ebenfalls Einfluss auf die Wahrnehmung des Nutzungskomforts von Polsterelementen haben.
Die Auswahl eines bestimmten Polsterelementes erfolgt daher in der Praxis derzeit nahezu vollständig durch ausprobieren. Die betreffende Person sucht hierfür ein Fachgeschäft auf, in dem eine begrenzte Auswahl von Polsterelementen zum Aus- probieren zur Verfügung stehen. Es hat sich jedoch gerade bei Matratzen gezeigt, dass ein Probeliegen von weniger als 3 Minuten in der Regel eine falsche Komfort- wahrnehmung erzeugt, da die Matratze bei zunehmender Beanspruchung mit einer sich verändernden Rückstellkraft reagiert. Es kann daher passieren, dass die anfäng- liche Wahrnehmung eines besonders komfortablen Liegens sich dauerhaft als unbe- quem erweist. Daher führt das Ausprobieren von Polsterelementen in Fachgeschäf- ten selten zu einer optimalen Auswahl des gewünschten Polsterelementes.
Flierneben gibt es Möglichkeiten, die Menge der auszuwählenden Polsterelemente, beispielsweise bei einem rein online arbeitenden Fachgeschäft, durch das Abfragen von Nutzerpräferenzen zu verkleinern und gegebenenfalls einen Vorschlag für eine gute Auswahl vorzugeben. Dies kann jedoch das Ausprobieren des Polsterelementes nicht ersetzen, da lediglich Nutzungspräferenzen für die Auswahl herangezogen wer- den, nicht jedoch die individuelle Wahrnehmung der mechanischen Polstereigen- schaft des Polsterelementes. Unter Umständen muss das Polsterelement dann auf- wändig zurückgeschickt werden oder der Nutzer muss das nicht optimale Polsterele- ment ertragen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Polsterelementes anzugeben, mit denen sich die ne- gativen Effekte des Ausprobierens von Polsterelementen vermeiden lassen.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den entsprechenden Unter- ansprüchen.
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Polsterelementes aus ei- ner Menge von voneinander verschiedenen Polsterelementen in Bezug auf eine be- stimmte Person vorgeschlagen, wobei die Polsterelemente durch eine personenbe- zogene Beanspruchung auf eine Polsteroberfläche des jeweiligen Polsterelementes elastisch verformbar sind. Demgemäß weist das Polsterelement gattungsgemäß eine Polsteroberfläche auf, die in Richtung eines Polsterkerns hineindrückbar ist. Dies wird dadurch realisiert, dass zum einen die Polsteroberfläche in der Fläche dehnbare ist und dass der Polsterkern, der von der Polsteroberfläche zumindest teilweise ein- geschlossen wird, elastisch verformbar ist.
Solche gattungsgemäßen Polsterelemente können beispielsweise Matratzen, Polster für Sitzmöbel oder Polster für Fahrzeugsitze sein.
Erfindungsgemäß wird zunächst für jedes zur Auswahl stehende Polsterelement ein vorberechnetes, digitales Polstermodell bereitgestellt, beispielsweise in einem digita- len Datenspeicher. Jedes Polstermodell ist dabei einem entsprechenden Polsterele- ment, dessen mechanische Polstereigenschaften durch das jeweilige Polstermodell abgebildet werden sollen, zugeordnet. Das digitale Polstermodell weist dabei eine Vielzahl von Bereichen auf der Polsteroberfläche des dem digitalen Polstermodell zu- geordneten Polsterelementes auf, wobei für jeden Bereich eine mechanische Pols- tereigenschaft definiert ist. Eine solche mechanische Polstereigenschaft kann bei- spielsweise eine Rückstellkraft bei Verformung der Polsteroberfläche an dem betref- fenden Bereich definieren. Eine solche Rückstellkraft kann beispielsweise in Abhän- gigkeit von einer Belastungsdauer und/oder einer Eindringtiefe definiert sein. Darüber hinaus kann die Rückstellkraft zusätzlich auch in Abhängigkeit davon definiert sein, wie viele Nachbarbereiche des betreffenden Bereiches beansprucht und somit ver- formt werden, was später noch näher erläutert wird.
Ein solcher Bereich kann dabei eine Ausdehnung in zumindest eine Richtung von mindestens 0,1 cm, vorzugsweise mindestens 0,5 cm oder besonders vorzugsweise 1 cm, 3 cm oder bis zu 5 cm haben. In Abhängigkeit von der Polstergröße können aber auch noch größere Ausdehnungen sinnvoll sein. So kann die flächige Ausdeh- nung bspw. mindestens 0,1 x 0,1 cm, 0,5 x 0,5 cm, 1 x 1 cm, 3 x 3 oder bis zu 5 x 5 cm betragen (oder noch mehr), was insbesondere vorteilhaft ist bei Schlafmatratzen. Das Verhältnis zwischen einer länglichen Ausdehnung in zumindest eine Richtung der Polsteroberfläche und der des jeweiligen Bereiches beträgt mindestens 200 zu 1 , vorzugsweise mindestens 200 zu 3 und besonders vorzugsweise mindestens 200 zu 5 oder mehr.
Des Weiteren wird erfindungsgemäß ein Körpermodell der betreffenden Person, die ein Polsterelement auswählen möchte, bereitgestellt, wobei das Körpermodell eine Beschreibung von physiologischen Körpereigenschaften der betreffenden Person de- finiert. Bei den physiologischen Körpereigenschaften kann es sich beispielsweise um biomechanische Eigenschaften des Körpers handeln, wie beispielsweise das Verhal- ten des Körpers bei Verformung aufgrund einer Druckeinwirkung beispielsweise durch ein Polsterelement. Des Weiteren können die physiologischen Körpereigen- schaften auch Eigenschaften wie die Statur des Körpers, das Körpergewicht sowie die Größe enthalten, mithin also anthroprometrische Maße. Das bereitgestellte Kör- permodell kann darüber hinaus auch persönliche Nutzungspräferenzen der betreffen- den Person enthalten, wie sie das Polsterelement nutzen möchte.
Für jedes bereitgestellte Polstermodell oder einer Teilmenge davon (größer/gleich 2) wird nun mittels einer Recheneinheit einer Datenverarbeitungsanlage eine virtuelle Körperbeanspruchung auf eine ausgewählte Körperoberfläche des Körpers der be- treffenden Person berechnet und basierend darauf eine Beanspruchungskennzahl ermittelt und dem jeweiligen Polsterelement zugeordnet.
Die virtuelle Körperbeanspruchung gibt dabei für die ausgewählte Körperoberfläche des Körpers der betreffenden Person eine mechanische Beanspruchung in Bezug auf eine personenbezogene Beanspruchung der Polsteroberfläche des dem jeweili- gen Polstermodell zugeordneten Polsterelementes an. Die personenbezogene Bean- spruchung der Polsteroberfläche meint hierbei die Nutzung des Polsterelementes mit der ausgewählten Körperoberfläche der Person derart, dass die ausgewählte Körper- oberfläche des Körpers der Person das Polsterelement auf der Polsteroberfläche be- ansprucht und somit verformt. Mit anderen Worten, die Körperoberfläche kontaktiert (direkt oder mit Stoff dazwischen) die Polsteroberfläche des Polsterelementes. Zur Ermittlung der virtuellen Körperbeanspruchung wird hierfür jedoch die personenbezo- gene Beanspruchung der Polsteroberfläche mit der ausgewählten Körperoberfläche simuliert, um so eine virtuelle bzw. simulierte Körperbeanspruchung zu berechnen, ohne dass die ausgewählte Körperoberfläche des Körpers physisch tatsächlich die Polsteroberfläche beanspruchen bzw. ausprobieren muss.
Das Berechnen der virtuellen Körperbeanspruchung erfolgt dabei in Abhängigkeit von den entsprechenden mechanischen Polstereigenschaften des jeweiligen Polster- modells und den physiologischen Körpereigenschaften des Körpermodells der betref- fenden Person.
In Abhängigkeit von der berechneten virtuellen Körperbeanspruchung des jeweiligen Polstermodells wird nun mindestens eine Beanspruchungskennzahl bestimmt bzw. ermittelt/berechnet und dem das jeweiligen Polstermodell betreffenden Polsterele- ment zugeordnet. Sowohl die Beanspruchungskennzahl als auch die Zuordnung zu dem Polsterelement wird dabei in einem digitalen Datenspeicher hinterlegt.
Anschließend wird erfindungsgemäß mittels der Recheneinheit mindestens ein Pols- terelement aus der Menge von voneinander verschiedenen Polsterelementen in Ab- hängigkeit von den jeweiligen Polsterelementen zugeordneten Beanspruchungs- kennzahl ermittelt. Die Menge der voneinander verschiedenen Polsterelemente um- fasst hierbei all jene Polsterelemente, für die eine entsprechende Beanspruchungs- kennzahl zuvor berechnet wurde. Dabei können auch mehrere Polsterelemente aus- gewählt werden, deren Beanspruchungskennzahl beispielsweise oberhalb eines vor- eingestellten Schwellenwertes liegt. Aus der Menge der ermittelten Polsterelemente kann nun manuell oder automatisch ein Polsterelement für die Person ausgewählt werden. Mit der vorliegenden Erfindung wird es somit möglich, ein Polsterelement aus einer Menge von verschiedenen Polsterelementen in Bezug auf eine bestimmte Person zu ermitteln, ohne dass die betreffende Person das Polsterelement physisch ausprobie- ren muss. Vielmehr kann anhand der Polstermodelle der jeweiligen Polsterelemente sowie eines Körpermodells ein optimales Polsterelement ermittelt und aufgefunden werden. Ein langwieriges Testen solcher Polsterelemente ist daher überflüssig. Mit der vorliegenden Erfindung wird basierend auf den digitalen Polstermodellen einer- seits und dem Körpermodell andererseits die personenbezogene Beanspruchung si- muliert und daraus eine entsprechende Kennzahl abgeleitet, mit der dann das opti- male Polsterelement aufgefunden werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die virtuelle Körperbeanspru- chung derart berechnet wird, dass für verschiedene Bereiche der ausgewählten Kör- peroberfläche jeweils eine Druckbelastung auf die Körperoberfläche in dem jeweili- gen Bereich in Abhängigkeit von den entsprechenden mechanischen Polstereigen- schaften des jeweiligen Polstermodells und den physiologischen Körpereigenschaf- ten des Körpers berechnet wird.
Hierfür wird für verschiedene Bereiche der ausgewählten Körperoberfläche jeweils eine Druckbelastung auf die Körperoberfläche in dem jeweiligen Bereich in Abhän- gigkeit von den entsprechenden mechanischen Polstereigenschaften des jeweiligen Polstermodells und den physiologischen Körpereigenschaften des Körpers berech- net. Alle berechneten Druckbelastungen, die auf die Körperoberfläche wirken sollen, werden dann zu einer virtuellen Körperbeanspruchung zusammengefasst und ggf. in einem Datenspeicher hinterlegt. In Abhängigkeit von den berechneten Druckbelas- tungen, die auf die Körperoberfläche wirken, wird dann die mindestens eine Bean- spruchungskennzahl berechnet und dem entsprechenden Polsterelement zugeord- net.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die virtuelle Körperbeanspru- chung derart berechnet wird, dass eine biomechanische Verformung des Körpers der betreffenden Person in Abhängigkeit von den entsprechenden mechanischen Pols- tereigenschaften des jeweiligen Polstermodells und den physiologischen Körperei- genschaften des Körpers berechnet wird. Die Art der Verformung und/oder der Grad der Verformung können dabei Einfluss auf die Beanspruchungskennzahl haben. So ist es denkbar, dass die Beanspruchungskennzahl umso qualitativ geringer ausfällt, desto größer der Grad der Verformung ist bzw. des zu ungewöhnlicher die Art der Verformung ist (bspw. „verbogener“ Rücken).
Gemäß einer Ausführungsform hierzu kann vorgesehen sein, dass die Beanspru- chungskennzahl in Abhängigkeit von einer Homogenität und/oder einer statistischen Verteilung der Druckbelastungen und/oder der biomechanischen Verformungen be- rechnet wird. So ist es denkbar, dass die Beanspruchungskennzahl eine umso hö- here (bessere) Bewertung der entsprechenden Körper/Polsterelement Kombination charakterisiert, umso homogener die Druckbelastung auf die ausgewählte Körper- oberfläche durch das Polsterelement ist und/oder desto geringer die biomechanische Verformung ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Körpermodell mindestens eine Polsterbeanspruchungspräferenz der betreffenden Person enthält, wobei die der Berechnung der Druckbelastungsverteilung zugrunde liegende Körperoberfläche in Abhängigkeit von der mindestens einen Polsterbeanspruchungspräferenz ausge- wählt wird.
So kann bei der Auswahl einer Schlafmatratze eine Polsterbeanspruchungspräferenz beispielsweise definieren, ob die betreffende Person lieber auf dem Rücken, auf der Seite oder auf dem Bauch schläft. Basierend hierauf wird dann diejenige Körperober- fläche des Körpers der Person ausgewählt, die in Bezug auf die Polsterbeanspru- chungspräferenz die Polsteroberfläche des Polsterelementes (am häufigsten bzw. am meisten) beanspruchen würde. Ist die Polsterbeanspruchungspräferenz der be- treffenden Person beispielsweise dahingehend definiert, dass die betreffende Person vorzugsweise auf dem Rücken schläft, so wird die dorsale Körperoberfläche des Kör- pers ausgewählt. Bei einer bauchschlafenden Präferenz würde dahingehend die ventrale Körperoberfläche des Körpers ausgewählt. Unter der ausgewählten Körperoberfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung wird derjenige Teil des Körpers der Person verstanden, mit der die Person die Polster- oberfläche eines Polsterelementes beanspruchen würde. Damit ist die ausgewählte Körperoberfläche im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Teil der gesamten Ober- fläche des Körpers und wird durch entsprechende Bereiche oder Abschnitte des Kör- pers definiert.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mechanischen Polstereigen- schaften jeweils durch ein virtuelles Federkraftelement im entsprechenden Bereich mit einer definierten Rückstellkraft angegeben werden. Ein solches virtuelles Feder- kraftelement kann dabei zeitabhängig sein, d. h. die Rückstellkraft verändert sich über die Belastungsdauer. Ein solches Federkraftelement kann alternativ oder zu- sätzlich aber auch wegabhängig sein, d. h. die Rückstellkraft ist abhängig von der Eindringtiefe in das Polsterelement.
Gemäß einer Ausführungsform hierzu ist vorgesehen, dass die mechanischen Pols- tereigenschaften jeweils durch das virtuelle Federkraftelement des entsprechenden Bereiches einerseits und mindestens einem virtuellen Kraftelement eines benachbar- ten Bereiches andererseits definiert werden, vorzugsweise vier benachbarten Berei- chen, besonders vorzugsweise allen benachbarten Bereichen eines entsprechenden Bereiches.
Denn bei der Beanspruchung der Polsteroberfläche in einem Bereich werden auf- grund des mechanischen Zusammenhanges und des mechanischen Zusammenwir- kens mittelbar auch die benachbarten Bereiche beansprucht, und zwar auch dann, wenn keine direkte Beanspruchung durch ein Objekt vorliegt, d. h. in dem jeweiligen benachbarten Bereich keine Krafteinwirkung auf die Polsteroberfläche ausgeübt wird. Dieser mechanische Zusammenhang zwischen einem Bereich und seinen benach- barten Bereichen kann dabei in dem jeweiligen digitalen Polstermodell als eine me- chanische Polstereigenschaft für den jeweiligen Bereich definiert werden. Flierdurch wird beispielsweise eine Rückstellkraft nicht nur durch das virtuelle Federkraftele- ment des jeweiligen Bereiches definiert, sondern auch durch den mechanischen Zu- sammenhang bzw. durch das mechanische Zusammenwirken mit den Nachbarberei- chen definiert. Der mechanische Zusammenhang kann dabei in dem Polstermodell durch ein zu- sätzliches Federelement zwischen den Bereichen definiert werden, dass den be- trachteten ersten (Haupt-) Bereich mit dem jeweiligen Nachbarbereich verbindet. Da- bei kann auch vorgesehen sein, dass nicht nur der unmittelbare Nachbarbereich be- trachtet wird, sondern auch der Nachbarbereich des Nachbarbereiches, sodass eine Art mechanische Wirkkette zwischen mehreren Bereichen entsteht. Soll beispiels- weise die Druckbelastung auf den Körper in einem bestimmten Bereich aus der Rückstellkraft in diesem Bereich ermittelt werden, so wird nicht nur das virtuelle Fe- derkraftelement dieses Bereiches berücksichtigt, sondern auch die Federkraftele- mente der angrenzenden Nachbarbereiche in Abhängigkeit von der definierten me- chanischen Verbindung zwischen dem betrachteten Bereich und den Nachbarberei- chen, die sich aus dem zusätzlichen Federelement ergibt.
Gemäß einer Ausführungsform hierzu ist vorgesehen, dass die Rückstellkraft der vir- tuellen Federkraftelemente jedes Polsterelementes durch eine vorherige Vermes- sung der Rückstellkraft an den jeweiligen Bereichen, an denen die mechanische Polstereigenschaft angegeben wird, ermittelt wird. In einer Ausführungsform hierzu kann auch vorgesehen sein, dass nicht nur die Rückstellkraft an dem jeweiligen Be- reich durch eine vorherige Vermessung ermittelt wird, sondern auch der mechani- sche Zusammenhang des jeweiligen Bereiches mit seinen Nachbarbereichen durch eine entsprechende Vermessung ermittelt wird.
Das Ermitteln der Rückstellkraft kann beispielsweise, wie später noch detailliert ge- zeigt wird, dadurch erfolgen, dass die Polsteroberfläche mithilfe eines mechanischen Stempels in jedem Bereich beansprucht wird. Die Beanspruchung des jeweiligen Be- reiches mit dem Stempel kann dabei mit einer vorgegebenen Kraft bzw. in einer vor- gegebenen Eindringtiefe erfolgen. Der Stempel hat hierbei die Abmessungen bzw. Ausdehnungen des definierten Bereiches. Um beispielsweise den mechanischen Zu- sammenhang zwischen den Bereichen zu ermitteln, kann vorgesehen sein, dass die Kontaktfläche des Stempels nicht nur denjenigen Bereich abdeckt, dessen Rückstell- kraft ermittelt werden soll, sondern eine Größe bzw. Ausdehnung hat, die auch die benachbarten Bereiche mit abdeckt. So kann beispielsweise die Fläche für die Abde- ckung auch benachbarter Bereiche dreimal so groß bzw. fünfmal so groß sein wie der Stempel, der nur einen einzigen Bereich abdecken soll.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Körpermodell derart bereit- gestellt wird, indem zunächst mindestens ein Digitalbild von zumindest einem Teil des Körpers der betreffenden Person mittels einer Kamera aufgenommen, Körper- merkmale mittels einer Bildverarbeitungseinheit aus dem mindestens einen aufge- nommenen Digitalbild erkannt und anschließend das Körpermodell der Person in Ab- hängigkeit von den erkannten Körpermerkmalen erstellt oder ergänzt wird. So kann der Körper der betreffenden Person aus mindestens zwei Perspektiven aufgenom- men werden, beispielsweise in einer dorsalen Perspektive, einer ventralen Perspek- tive und/oder einer lateralen Perspektive. Mittels einer Bildverarbeitung wird das Digi- talbild dahingehend analysiert, um entsprechende Körpermerkmale der Person zu identifizieren. Solche Körpermerkmale sind beispielsweise die Größe, das geschätzte Gewicht sowie die Körperform und die Statur der gescannten Person. Aus diesen extrahierten Körpermerkmalen kann dann das Körpermodell erstellt bzw. ergänzt werden.
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit einer Datenverarbeitungsanlage gemäß An- spruch 9 eingerichtet zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens erfindungsgemäß gelöst, wobei die Datenverarbeitungsanlage einen digitalen Daten- speicher zur Bereitstellung der Polstermodelle und des Körpermodells hat sowie eine Recheneinheit, die zur Berechnung der virtuellen Körperbeanspruchung, der Belas- tungskennzahl sowie zur Ermittlung des mindestens einen Polsterelementes einge- richtet ist.
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit dem Computerprogramm gemäß Anspruch 10 erfindungsgemäß gelöst.
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit dem Verfahren zum Erstellen eines digitalen Polstermodells eines Polsterelementes gemäß Anspruch 11 erfindungsgemäß ge- löst, wobei das digitale Polstermodell für eine Vielzahl von Bereichen auf der Polster- Oberfläche des Polsterelementes jeweils eine mechanische Polstereigenschaft defi- niert. Ein solches digitales Polstermodell, wie es mittels des beschriebenen Verfah- rens erstellt werden kann, lässt sich dabei verwenden bei dem vorstehend beschrie- benen Verfahren zum Ermitteln mindestens eines Polsterelementes.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass zunächst mindestens ein Kraft-Zeit- Verlauf für jeden auf der Polsteroberfläche definierten Bereich erfasst wird, für den eine mechanische Polstereigenschaft im Polstermodell definiert werden soll. Dabei wird ein Stempel auf die Polsteroberfläche in dem jeweiligen Bereich gedrückt und für einen gewählten Zeitraum gehalten, wobei währenddessen die Rückstellkraft des Polsterelementes in dem betreffenden Bereich über den gewählten Zeitraum gemes- sen wird. Für den gewählten Zeitraum ergibt sich nach einer solchen Bereichsver- messung eine Vielzahl von Messwerten, welche die Rückstellkraft im jeweiligen Zeit- schritt innerhalb des gewählten Zeitraumes angeben. Aus diesen Messwerten lässt sich dann ein Kraft-Zeit-Verlauf für den jeweiligen Bereich ermitteln.
Nachdem nun für jeden Bereich mindestens ein Kraft-Zeit-Verlauf auf diese Weise ermittelt wurde, kann nun das digitale Polstermodell erstellt werden, indem die me- chanischen Polstereigenschaften der jeweiligen Bereiche in Abhängigkeit von den er- fassten Kraft-Zeit-Verläufen der jeweiligen Bereiche ermittelt werden. In einer ein- fachsten Ausführungsform sind die mechanischen Polstereigenschaften die Kraft- Zeit-Verläufe des jeweiligen Bereiches.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein erster Messdurchgang zum Erfassen von ersten Kraft-Zeit-Verläufen mit einem ersten Stempel und wenigstens ein zweiter Messdurchgang zum Erfassen von zweiten Kraft-Zeit-Verläufen mit einem von dem ersten Stempel verschiedenen zweiten Stempel durchgeführt wird, wobei die Stempeloberfläche, mit der der Stempel auf die Polsteroberfläche gedrückt wird, des ersten Stempels eine Form aufweist, die auf den zu untersuchenden Bereich be- schränkt ist und die Stempeloberfläche des zweiten Stempels eine Form aufweist, die neben den zu untersuchenden Bereich zusätzlich zumindest einen weiteren be- nachbarten Bereich abdeckt. Aus den Kraft-Zeit-Verläufen, die einen bestimmten Bereich der Polsteroberfläche betreffen, kann dann die jeweilige mechanische Polstereigenschaft für den betreffen- den Bereich ermittelt werden. Hierdurch wird es möglich, die mechanischen Zusam- menhänge eines Bereiches mit den Nachbarbereichen bei der Bestimmung der me- chanischen Polstereigenschaften für einen bestimmten Bereich zu ermitteln.
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 14 zum Er- stellen eines digitalen Polstermodells eines Polsterelementes eingerichtet zur Durch- führung des vorstehend beschriebenen Verfahrens erfindungsgemäß gelöst, wobei die Vorrichtung eine Anlage zum Aufdrücken eines Stempels auf eine Polsteroberflä- che und einer Recheneinheit zum Erstellen des digitalen Polstermodells hat.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen jeweils in einem Ausführungsbeispiel:
Figur 1 Schematische Darstellung der Erfindung in einer grundsätzlichen Form; Figur 2 Darstellung einer Simulation der Beanspruchung einer Polsteroberflä- che mit einem Körper;
Figur 3 Schematische Darstellung der Vermessungsanlage;
Figur 4 Beispielhafte Darstellung eines Kraft-Zeit-Verlaufes;
Figur 1 zeigt in einer schematisch stark vereinfachten Darstellung eine Vorrichtung 10, die eine Datenverarbeitungsanlage darstellt. Die Datenverarbeitungsanlage 10 weist einen ersten digitalen Datenspeicher 11 und einen zweiten digitalen Datenspei- cher 12 auf. Sowohl der erste digitalen Datenspeicher 11 als auch der zweite digitale Datenspeicher 12 sind dabei mit einer Recheneinheit 13 verbunden, die zur Ausfüh- rung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
In dem ersten digitalen Datenspeicher 11 sind eine Vielzahl von digitalen Polstermo- dellen PMx gespeichert, die jeweils einem entsprechenden Polsterelement Px zuge- ordnet sind. Das digitale Polstermodell PMi ist dabei dem Polsterelement Pi zuge- ordnet, das digitale Polstermodell PM2 ist dem Polsterelement P2 zugeordnet, usw. der Einfachheit halber sind in Figur 1 nur drei Polstermodelle und drei Polsterele- mente gezeigt. Wie später noch gezeigt wird, wurde aus dem jeweiligen Polsterele- ment P ein entsprechendes Polstermodell PM erzeugt und abgespeichert. Bei den Polstermodellen P im Ausführungsbeispiel der Figur 1 handelt es sich dabei um Schlafmatratzen.
In dem zweiten digitalen Datenspeicher 12 ist ein Körpermodell KM eines Körpers ei- ner Person 20 hinterlegt, das zuvor ebenfalls erstellt wurde. Das Körpermodell KM enthält dabei eine Beschreibung von physiologischen Körpereigenschaften der Per- son 20 und beschreibt insbesondere biomechanische Zusammenhänge des Körpers. Das Erstellen des Körpermodells KM kann dabei beispielsweise anhand einer Auf- nahme der Person 20 aus verschiedenen Perspektiven erfolgen, indem aus den auf- genommenen Bilddaten entsprechende Körpermerkmale extrahiert werden. lm Ausführungsbeispiel der Figur 1 sind der erste Datenspeicher 11 und der zweite Datenspeicher 12 als getrennte Datenspeicher abgebildet. Denkbar ist hierbei, dass es sich um eine physische Trennung der beiden Datenspeicher handelt. Denkbar ist aber auch, dass der erste Datenspeicher und der zweite Datenspeicher physisch auf ein und demselben Datenspeicher vorhanden sind und lediglich eine logische Tren- nung erfolgt.
Die Recheneinheit 13 der Datenverarbeitungsanlage 10 ist dabei mit einem Compu- ter 30 verbunden, der beispielsweise von der Person 20 bedient wird. Die Person 20 möchte dabei ein Polsterelement P aus der Menge der Polsterelemente Mp = {Pi, P2, P3} auswählen. Hierfür hat die Person 20 beispielsweise mithilfe des Computers 30 zunächst entsprechende Daten zu der Recheneinheit 13 übertragen, wie beispiels- weise Nutzungspräferenzen des gewünschten Polsterelementes sowie gegebenen- falls Bilddaten, um daraus ein entsprechendes Körpermodell KM zu erzeugen. Das Körpermodell KM der Person 20 wird dabei von der Recheneinheit 13 erstellt und in den zweiten digitalen Datenspeicher 12 hinterlegt. Es ist allerdings auch denkbar, dass das betreffende Körpermodell KM bereits vorab erstellt wurde.
Basierend auf dem Körpermodell KM wird nun für jedes Polstermodell PMX eine virtu- elle Körperbeanspruchung KBX auf eine ausgewählte Körperoberfläche des Körpers berechnet. Diese virtuelle Körperbeanspruchung KBX gibt dabei das Verhalten und/o- der Eigenschaften des Körpers an, wenn der Körper der betreffenden Person 20 mit der ausgewählten Körperoberfläche das entsprechende Polsterelement Px physisch beanspruchen würde. Basierend auf der virtuellen Körperbeanspruchung KBx wird nun eine Beanspruchungskennzahl Cx berechnet, die eine Bewertung der Kombina- tion von Person 20 und entsprechenden Polsterelement Px angibt.
Basierend auf der ermittelten Beanspruchungskennzahl Cxwird nun dasjenige Pols- terelement ausgewählt, welches die beste Bewertung hat. Diese wird dann der Per- son an dem Computer 30 angezeigt.
Die Figur 2 visualisiert die Beanspruchung einer virtuellen Polsteroberfläche 40 eines Polstermodell PMX mit dem Körper der Person 20, um dabei die virtuelle Körperbean- spruchung auf den Körper 20 zu bestimmen. Die virtuelle Polsteroberfläche 40 weist hierfür eine Vielzahl von Bereichen 41 auf, für die in dem Polstermodell PMX jeweils eine mechanische Polstereigenschaft definiert ist. Diese mechanische Polstereigen- schaft kann dabei beispielsweise eine Rückstellkraft sein, die bei Beanspruchung der Polsteroberfläche 40 in dem jeweiligen Bereich 41 eine Kraft auf den die Beanspru- chung hervorrufen den Körper 20 ausgeübt.
Aus dieser Simulation, wie sie in Figur 2 visualisiert ist, lässt sich die Körperbean- spruchung auf den Körper 20 berechnen. Hierfür kann beispielsweise ermittelt wer- den, wie groß die auf den Körper wirkende Rückstellkraft der einzelnen Bereiche 41 und/oder wie groß die Verformung des Körpers 20 ist. Beide Eigenschaften der Kör- perbeanspruchung ergeben sich dabei aus den mechanischen Polstereigenschaften des Polstermodells einerseits sowie dem Körpermodell mit den physiologischen und biomechanischen Körpereigenschaften.
Anschließend kann aus der virtuellen Körperbeanspruchung dann eine Beanspru- chungskennzahl abgeleitet werden.
In der Figur 3 ist eine Anlage 100 gezeigt, mit der sich ein Polsterelement P derart vermessen lässt, dass daraus ein digitales Polstermodell wie oben beschrieben er- stellt werden kann. Das Polstermodell P wird hierfür in die Anlage 100 eingelegt, wo- bei ein Portalarm 110 einen als Endeffektor vorgesehenen Stempel 120 gegenüber der Oberfläche des Polsterelementes P Verfahren kann.
An jeweils verschiedenen Bereichen 41 der Polsteroberfläche, für die jeweils eine mechanische Polstereigenschaft ermittelt werden soll, wird nun der Stempel 120 auf die Polsteroberfläche des Polsterelementes P gedrückt und für einen gewissen Zeit- raum gehalten. Während dieses Zeitraumes wird die Rückstellkraft gemessen und in einem Kraft-Zeit-Verlauf abgespeichert. Wurde ein entsprechender Bereich 41 der Polsteroberfläche vermessen, so wird der Stempel 21 an dem nächsten Bereich aus- gerichtet und wiederum auf die Polsteroberfläche gedrückt, ist die gesamte Polster- oberfläche des Polsterelementes P auf diese Art vermessen wurde.
Im Beispiel der Figur 3 hat der Stempel 120 die Größe eines entsprechenden Berei- ches 41 und deckt diesen im Wesentlichen nahezu vollständig ab. Nachdem diesem ersten Stempel 120 die gesamte Polsteroberfläche des Polsterelementes P vermes- sen wurde, wird der Stempel 120 durch einen zweiten Stempel (nicht dargestellt) ausgetauscht, der beispielsweise mehr als einen Bereich 41 abgedeckt. Der zuvor beschriebene Messdurchgang wird nun mit diesem zweiten Stempel erneut durchge- führt. Hierdurch lassen sich die mechanischen Zusammenhänge benachbarter Berei- che erfassen.
Figur 4 zeigt beispielhaft einen solchen Kraft-Zeit-Verlauf, wie er an der Position ei- nes Bereiches 41 beispielhaft ermittelbar wäre.
Die Gleichungen zur Lösung des mechanischen Matratzenmodells können in einer Ausführungsform auf zwei Annahmen basieren. Zum einen wird eine Zeilensymmet- rie entlang der Messlinie angenommen (vertikale Symmetrielinie in Figur 5). Auf diese Weise kann das Ersatzschaltbild für die Federn auf die Hälfte der Größe redu- ziert werden. Zum anderen wird davon ausgegangen, dass die gegenseitige Beein- flussung der Bereiche 41 vor und hinter der seitlichen Mittellinie des Messpunktes vernachlässigbar ist. Auf diese Weise wird das Ersatzschaltbild für die Federn weiter auf ein Viertel reduziert werden (siehe Figur 6). Auch hier müssen die auf dieser Mit- tellinie liegenden Federn angepasst werden.
Die sich daraus ergebende allgemeine Gleichung für das Ersatzschaltbild des Vier- tels lautet:
Mquarter(N, Tx, Ty,h, v) = v h - NQ + ka3 + k8 (1) wobei No die Hauptfeder an dem Messpunkt ist (oder die Feder an der Position 0 des Arrays von Federn, das der Funktion zur Berechnung des Viertels übergeben wird), v und h sind Faktoren unter Berücksichtigung der Spaltung entlang der Messlinie (v) und der dazu senkrechten Linie (h). Für die verschiedenen Protokolle sind für v und h entweder 0,5 oder 1 ,0 anzugeben, je nachdem wie viele Hauptfedern der Stempel abdeckt. ka9 und k3o ergeben sich aus den beiden Pfaden vom Mittelknoten (vorwärts und seitwärts). Um diese Gleichung zu erhalten, wird das Ersatzschaltbild nach den gleichen Regeln zerlegt wie bei Kondensatoren in einem elektrischen Schaltplan, wobei hauptsächlich vereinfachende Federn in Reihe verwendet werden mit:
(2)
Figure imgf000019_0001
und Y-Δ-Sub-Netzwerke mit:
(3)
(4)
(5)
Figure imgf000019_0002
Parallel ausgerichtete Federn werden addiert. Das erste Y-Δ-Subnetzwerk wird gelöst durch:
(6)
(7)
(8)
Figure imgf000019_0003
Dann kann eine Reihe von Substitutionen vorgenommen werden:
Figure imgf000019_0004
um das zweite U-D-Sub-Netzwerke zu lösen:
Figure imgf000020_0001
Mit einer weiteren Reihe von Substitutionen wird das Netzwerk final gelöst:
Figure imgf000020_0002
Wie bei No sind die Eingabewerte für diese Formeln Ni, Txi und Tyi die Werte für die Flauptfeder und die Federverbindung (mechanischer Zusammenhang) der zwei be- nachbarten Bereiche in x-Richtung und den in y-Richtung in Form eines eindimensio- nalen Arrays. Für den rückwärts gerichteten Term wird die Reihenfolge der Elemente des Eingabe-Arrays umgekehrt (Vergleich Figur 7). Auf diese Weise können die obi- gen Gleichungen für jedes Protokoll verwendet werden. Es gibt immer zwei identi- sche vorwärts gerichtete Terme Mquarter.forward (d.h. in Richtung der Ausbreitung der Sonde während des Messvorgangs) und zwei identische rückwärts gerichtete Terme
Mquarter, backward.
Der mechanische Zusammenhang zwischen den einzelnen Federelementen ist in seinem grundsätzlichen Aufbau der Figur 9 zu entnehmen.
Für Protokoll 0 (Prüfsonde einfacher Größe) werden diese vier Terme mit v = h = 0,5 in der Gleichung (1 ) berechnet:
Figure imgf000020_0003
Für Protokoll 1 (doppelt große Prüfsonde) wird die folgende gleiche Gleichung ver- wendet. Allerdings sind die Eingänge der Gleichung (1 ) h = 1 ,0 und v = 0,5 und die Eingabefelder für den vorwärts gerichteten Term sind um ein Element nach oben ver- schoben. Auf diese Weise wird das Element von Ty an der Position 0 im Gleichungs- system übersprungen (Vergleich Figuren 10 und 11 ). Dies ist die Grundlage des Ge- samtansatzes.
Figure imgf000021_0001
Gleiches gilt für Protokoll 3 (doppelt so große Prüfsonde, 90° rotiert). Hier kann die gleiche Gleichung verwendet werden. Die Eingaben in Gleichung (1) sind jedoch h = 0,5 und v = 1 ,0. Die Eingabefelder werden nicht verschoben.
Figure imgf000021_0002
Für Protokoll 2 (dreifach große Prüfsonde) ist es wieder die gleiche Gleichung. Aller- dings wird ein mittlerer Term hinzugefügt (Vergleich Figur 8), der von der Viertelglei- chung nicht erfasst wird:
Figure imgf000021_0003
wobei
Figure imgf000021_0004
mit
Figure imgf000021_0005
Die Figuren 9 und 10 zeigen dabei den Zusammenhang zwischen einem ersten Be- reich S1 und einem mechanisch im Zusammenhang stehenden zweiten Bereich S2 (Nachbarbereich), der wiederum mit einem dritten Bereich S3 in Wirkverbindung steht. Jeder Bereich Sn wird dabei durch ein virtuelles Federelement Nn definiert, wo- bei ein erster Bereich Sn mit seinem jeweiligen Nachbarbereich Sn+1 über ein zusätz- liches, die mechanische Verbindung zwischen den Bereichen definierendes Fe- derelement Tn in mechanischer Wirkverbindung steht. Damit hängt im Polstermodell die Rückstellkraft eines Bereiches Sn nicht nur von dem Federelement Nn ab, son- dern auch von dem mechanischen Zusammenhang Tn mit dem Nachbarbereich Sn+i und seinem Federelement Nn+1 ab.
Bezuqszeichenliste
10 Vorrichtung/Datenverarbeitungsanlage 11 erste Datenspeicher
12 zweiter Datenspeicher
13 Recheneinheit 20 Person
30 Computer 40 (virtuelle) Polsteroberfläche
41 Bereiche der Polsteroberfläche 100 Anlage 110 Portalarm 120 Stempel Px Polsterelement PMx Polstermodell KBx virtuelle Körperbeanspruchung Cx Beanspruchungskennzahl KM Körpermodell

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Ermitteln mindestens eines Polsterelementes (Px) aus einer Menge von voneinander verschiedenen Polsterelementen (Px) in Bezug auf eine bestimmte Person (20), wobei die Polsterelemente (Px) durch eine perso- nenbezogene Beanspruchung auf eine Polsteroberfläche (40) des jeweiligen Polsterelementes (Px) elastisch verformbar sind, wobei das Verfahren die fol- genden Schritte umfasst:
- Bereitstellen einer Mehrzahl von vorberechneten, digitalen Polstermodellen (PMX), die jeweils einem bestimmten Polsterelement (Px) aus der Menge der Polsterelemente zugeordnet sind, wobei jedes digitale Polstermodell (PMX) für eine Vielzahl von Bereichen auf der Polsteroberfläche (41 ) des Polsterelementes (Px) jeweils eine mechanische Polstereigenschaft defi- niert;
- Bereitstellen eines Körpermodells (KM) der betreffenden Person (20), für die das Polsterelement (Px) ermittelt werden soll, wobei das Körpermodell (KM) eine Beschreibung von physiologischen Körpereigenschaften der be- treffenden Person (20) enthält; wobei für jedes bereitgestellte Polstermodell (PMX) oder einer Teilmenge da- von mittels einer Recheneinheit (13) einer Datenverarbeitungsanlage (10) ein- zeln durchgeführt wird:
- Berechnen einer virtuellen Körperbeanspruchung (KBX) auf eine ausge- wählte Körperoberfläche des Körpers der betreffenden Person (20) in Be- zug auf eine personenbezogene Beanspruchung der Polsteroberfläche (40) des dem jeweiligen Polstermodell (PMX) zugeordneten Polsterelemen- tes (Px) in Abhängigkeit von den entsprechenden mechanischen Polsterei- genschaften des jeweiligen Polstermodells (PMX) und den physiologischen Körpereigenschaften des Körpermodells (KM) der betreffenden Person (20), und
- Bestimmen mindestens einer Beanspruchungskennzahl (Cx) in Abhängig- keit von der berechneten virtuellen Körperbeanspruchung (KBX) und Zuord- nen der mindestens einen Beanspruchungskennzahl (Cx) zu dem das je- weilige Polstermodell (PMX) betreffenden Polsterelement(Px); wobei anschließend mittels der Recheneinheit (13) mindestens ein Polsterele- ment (Px) aus der Menge von voneinander verschiedenen Polsterelementen in Abhängigkeit von den jeweiligen Polsterelementen zugeordneten Druckbelas- tungskennzahlen ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Kör- perbeanspruchung (KBx) derart berechnet wird, dass für verschiedene Berei- che der ausgewählten Körperoberfläche jeweils eine Druckbelastung auf die Körperoberfläche in dem jeweiligen Bereich in Abhängigkeit von den entspre- chenden mechanischen Polstereigenschaften des jeweiligen Polstermodells (PMx) und den physiologischen Körpereigenschaften des Körpers berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Körperbeanspruchung (KBX) derart berechnet wird, dass eine biomechanische Verformung des Körpers der betreffenden Person (20) in Abhängigkeit von den entsprechenden mechanischen Polstereigenschaften des jeweiligen Pols- termodells (PMx) und den physiologischen Körpereigenschaften des Körpers berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass das Körpermodell (KM) mindestens eine Polsterbeanspruchungsprä- ferenz der betreffenden Person (20) enthält, wobei die der Berechnung der vir- tuellen Körperbeanspruchung (KBX) zugrunde liegende Körperoberfläche in Abhängigkeit von der mindestens einen Polsterbeanspruchungspräferenz aus- gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass die mechanische Polstereigenschaften jeweils durch ein virtuelles Federkraftelement ihres Bereiches mit einer definierten Rückstellkraft angege- ben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Polstereigenschaften jeweils durch das virtuelle Federkraftelement ihres Berei- ches und einem virtuellen Federkraftelement mindestens eines benachbarten Bereiches angegeben werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rück- stellkraft der virtuellen Federkraftelemente jedes Polsterelementes (Px) durch eine vorherige Vermessung der Rückstellkraft an den jeweiligen Bereichen, an denen die mechanische Polstereigenschaft angegeben wird, ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass das Körpermodell (KM) derart bereitgestellt wird, indem zunächst mindestens ein Digitalbild von zumindest einem Teil des Körpers der betref- fenden Person (20) mittels einer Kamera aufgenommen, Körpermerkmale mit- tels einer Bildverarbeitungseinheit aus dem mindestens einen aufgenomme- nen Digitalbild erkannt und anschließend das Körpermodell (KM) der Person (20) in Abhängigkeit von den erkannten Körpermerkmalen erstellt oder er- gänzt wird.
9. Datenverarbeitungsanlage (10) eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einem digitalen Datenspeicher zur Be- reitstellung der Polstermodelle (PMX) und des Körpermodells (KM) und einer Recheneinheit (13) eingerichtet zur Berechnung der virtuellen Körperbean- spruchung, der Druckbelastungskennzahlen sowie zur Ermittlung des mindes- tens einen Polsterelementes (Px).
10. Computerprogramm mit Programmcodemitteln eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Computerpro- gramm auf einer Datenverarbeitungsanlage (10) ausgeführt wird.
11. Verfahren zum Erstellen eines digitalen Polstermodells (PMX) eines Polsterele- mentes (Px), das durch eine personenbezogene Beanspruchung auf eine Polsteroberfläche (40) des Polsterelementes (Px) elastisch verformbar ist, wo- bei das digitale Polstermodell (PMX) für eine Vielzahl von Bereichen auf der Polsteroberfläche (41) des Polsterelementes (Px) jeweils eine mechanische Polstereigenschaft definiert, wobei das Verfahren die folgenden Schritte um- fasst:
- Erfassen mindestens eines Kraft-Zeit-Verlaufes für jeden Bereich der Pols- teroberfläche (41), für den eine mechanische Polstereigenschaft im Pols- termodell (PMx) definiert werden soll, derart, dass ein Stempel (120) auf die Polsteroberfläche in dem jeweiligen Bereich gedrückt und für einen ge- wählten Zeitraum gehalten wird, wobei währenddessen die Rückstellkraft des Polsterelementes (Px) in dem betreffenden Bereich über den gewähl- ten Zeitraum gemessen wird,
- Erstellen des digitalen Polstermodells (PMX), indem die mechanischen Polstereigenschaften der jeweiligen Bereiche in Abhängigkeit von den er- fassten Kraft-Zeit-Verläufen der jeweiligen Bereiche ermittelt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Mess- durchgang zum Erfassen von ersten Kraft-Zeit-Verläufen mit einem ersten Stempel (120) und wenigstens ein zweiter Messdurchgang zum Erfassen von zweiten Kraft-Zeit-Verläufen mit einem von dem ersten Stempel (120) ver- schiedenen zweiten Stempel (120) durchgeführt wird, wobei die Stempelober- fläche, mit der der Stempel (120) auf die Polsteroberfläche (40) gedrückt wird, des ersten Stempels (120) eine Form aufweist, die auf den zu untersuchenden Bereich beschränkt ist und die Stempeloberfläche des zweiten Stempels (120) eine Form aufweist, die neben den zu untersuchenden Bereich zusätzlich zu- mindest einen weiteren benachbarten Bereich abdeckt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Vielzahl von voneinander verschiedenen Polsterelementen (Px) jeweils ein Polstermodell (PMX) erstellt wird, wobei die erstellten Polstermodelle dem Ver- fahren zum Ermitteln eines Polsterelementes (Px) aus der Menge der vonei- nander verschiedenen Polsterelemente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 bereitgestellt werden.
14. Vorrichtung (10) zum Erstellen eines digitalen Polstermodells(PMx) eines Polsterelementes (Px) eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach ei- nem der Ansprüche 11 bis 13 mit einer Anlage (100) zum Aufdrücken des Stempels (120) auf die Polsteroberfläche (40) und einer Recheneinheit (13) zum Erstellen des digitalen Polstermodells (PMX).
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