CN108350684A - 用于检测重型机械磨损的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

用于检测重型机械磨损的方法和系统。一种系统包括工业机械的重型机械齿，所述重型机械齿具有工作端和与所述工作端相对的安装端。所述系统还包括包含在所述齿中的磨损指示器。所述磨损指示器包括导电尖端、导电外主体、导电内芯和绝缘材料，所述外主体沿着所述齿的至少一段长度延伸，所述内芯位于所述外主体内，所述绝缘材料位于所述外主体和内芯之间。所述导电尖端位于所述齿的工作端和所述外主体之间，并且将所述外主体和内芯电连接以形成电路。所述系统还包括包含在所述齿中的发送器。所述发送器发送所述电路的状态。

Description

用于检测重型机械磨损的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年11月12日提交的申请号为62/254,491的美国临时专利申请的优先权，其全部内容以参考的方式并入本申请。
技术领域
本发明的实施例涉及对重型机械部件(例如，重型机械齿)磨损的检测。
背景技术
重型机械(例如，采矿设备，诸如拉铲挖掘机和铲车)常常包括随时间磨损的部件。例如，铲车和挖掘机包括带有钢齿的铲斗。当挖掘泥土时，齿比铲斗提供更小的表面区域接触点。表面区域的更小的点有助于打碎泥土，并且与铲斗的较大表面积相比只需要较小的力。另外，当齿磨损时，可以更换齿，而不需要更换铲斗。
发明内容
用于监测齿磨损的传统方法是主观的并且是不一致的。例如，经验丰富的采矿人员可以视觉检查齿的磨损情况，并根据感知的磨损程度和过去的经验判断是否应该更换齿。然而，由于这种主观的监测，齿可能被过早替换，既昂贵又浪费。相反，允许齿磨损超过最佳磨损水平，则可能导致生产率下降或机械损坏或故障。此外，当齿磨损时，它们可能会脱落。然而，这些坏掉的齿必须被检测到并移除，以防止损失、损坏和对其他机械的损坏(例如，破碎机)。
因此，本发明的实施例提供了用于检测机械磨损(如齿磨损)的方法和系统。例如，一个实施例提供了一种检测齿磨损的系统。所述系统包括由刚性材料(例如，钢)形成的重型机械齿，其包括工作端和与工作端相对的安装端。安装端连接到重型机械(例如，铲斗)。重型机械齿还包括磨损指示器(例如嵌入在齿内)，所述磨损指示器在齿的安装端和齿的工作端之间延伸。当齿的刚性材料磨损时，磨损指示器的一部分被暴露出来。
在一些实施例中，磨损指示器的露出部分起到了齿磨损的视觉指示器的作用。例如，与重型机械齿的刚性材料相比，磨损指示器的暴露部分可以具有不同的性质，例如具有的颜色与形成重型机械齿的刚性材料的颜色不同。因此，可以通过视觉检测(例如，通过操作者或诸如照相机之类的视觉检测系统)来判别重型机械齿的磨损水平。在一些实施例中，磨损指示器包括多个部分，其中多个部分中的每一个部分均具有与重型机械齿的刚性材料不同的区别特性。例如，多个部分中的每一个部分均可以具有与重型机械齿的刚性材料的颜色不同的独特的颜色。因此，多个部分中的每一个部分可以与重型机械齿的多个磨损水平中的一个磨损水平相关联。在一些实施例中，重型机械齿还包括多个磨损指示器，其中每个磨损指示器与重型机械齿的刚性材料相比具有不同的长度和可选的区别特性。因此，当重型机械齿的刚性材料磨损时，多个磨损指示器中包括的第一磨损指示器可以在多个磨损指示器中包括的第二磨损指示器之前暴露。因此，第一磨损指示器指示重型机械齿的第一磨损水平，第二磨损指示器指示重型机械齿的第二磨损水平。
替换地或附加地，磨损指示器的暴露部分起到齿磨损的电指示器的作用。例如，磨损指示器的暴露部分可以由导电材料(例如黄铜、铝、钢等)形成，以形成电路。当导电材料暴露时，导电材料也磨损并断开电路。因此，可以检测电路的状态以确定齿的磨损程度。在一些实施例中，磨损指示器包括多个部分，其中多个部分中的每一个部分都由不同的导电材料形成。多个部分中的每一个部分可以与重型机械齿的多个磨损水平中的一个磨损水平相关联。在一些实施例中，齿还包括多个磨损指示器，其中每个磨损指示器均具有不同长度和可选地具有不同的导电材料。
磨损指示器也可以用作为单个重型机械齿内的视觉指示器和电指示器。例如，导电材料与重型机械齿的刚性材料相比具有区别特性(例如，颜色)。因此，当导电材料暴露时，它既提供了齿磨损的视觉指示，也提供了齿磨损的电指示。类似地，与齿的刚性材料相比，与形成电路的导电材料一起使用的绝缘材料具有区别特性(例如，颜色)。因此，当齿磨损时，绝缘材料被暴露而提供齿磨损的视觉指示器。此外，在一些实施例中，重型机械齿包括多个磨损指示器，其中多个磨损指示器包括作为视觉指示器的第一磨损指示器和作为电指示器的第二磨损指示器。
所述系统还可以包括耦接到磨损指示器的发送器，其中发送器将数据以无线方式发送给与由磨损指示器检测的齿磨损相关联的读取器。在一些实施例中，发送器包括无源射频识别(RFID)应答器，读取器包括无源RFID读取器(天线)。
例如，本发明的一个实施例提供了一种用于检测重型机械磨损的系统。所述系统包括工业机械的重型机械齿，所述重型机械齿具有工作端和与所述工作端相对的安装端。所述工作端与工作材料相互作用，以及所述安装端可拆卸地将所述重型机械齿连接至所述工业机械。所述系统还包括包含在所述重型机械齿中的磨损指示器。所述磨损指示器包括导电尖端、导电外主体、导电内芯和绝缘材料，所述导电外主体沿着在所述工作端与安装端之间限定的所述重型机械齿的至少一段长度延伸，所述导电内芯位于所述导电外主体内，所述绝缘材料位于所述导电外主体和导电内芯之间。所述导电尖端位于所述重型机械齿的工作端和所述导电外主体之间并且将所述导电外主体和所述导电内芯电连接以形成电路。所述系统还包括包含在所述重型机械齿中的发送器。所述发送器发送所述电路的状态。
本发明的另一个实施例提供了一种系统，所述系统包括工业机械的重型机械齿，所述重型机械齿具有工作端和与所述工作端相对的安装端。所述工作端与工作材料相互作用，所述安装端可拆卸地将所述重型机械齿连接至所述工业机械。所述系统还包括包含在所述重型机械齿中的第一磨损指示器。所述第一磨损指示器包括第一导电尖端、第一导电外主体、第一导电内芯和第一绝缘材料，所述第一导电内芯位于所述第一导电外主体内，所述第一绝缘材料位于所述第一导电外主体和所述第一导电内芯之间。所述第一导电尖端在与所述工作端相距第一距离处位于所述工作端和所述第一导电外主体之间。所述第一导电尖端将所述第一导电外主体和所述第一导电内芯电连接以形成第一电路。所述系统还包括包含在所述重型机械齿中的第二磨损指示器。所述第二磨损指示器包括第二导电尖端、第二导电外主体、第二导电内芯和第二绝缘材料，所述第二导电内芯位于所述第二导电外主体内，所述第二绝缘材料位于所述第二导电外主体和所述第二导电内芯之间。所述第二导电尖端在与所述工作端相距第二距离处位于所述工作端和所述第二导电外主体之间，所述第二距离不同于所述第一距离。所述第二导电尖端使所述第二导电外主体和所述第二导电内芯电连接以形成第二电路。所述系统还包括包含在所述重型机械齿中的至少一个发送器。所述至少一个发送器发送所述第一电路的状态和所述第二电路的状态中的至少一个。
本发明的另一实施例提供了一种系统，所述系统包括工业机械的重型机械齿，所述重型机械齿具有工作端和与所述工作端相对的安装端。所述工作端与工作材料相互作用，所述安装端可拆卸地将所述重型机械齿连接至所述工业机械。所述系统还包括包含在所述重型机械齿中的磨损指示器。所述磨损指示器包括第一导电主体、第二导电主体和多个导电壁，所述多个导电壁使所述第一导电主体和所述第二导电体电连接，以形成电路。所述系统还包括传感器，所述传感器检测所述电路的电阻。所述电路的电阻根据在所述重型机械齿磨损时被破坏的多个导电壁的数目而变化。所述系统还包括包含在所述重型机械齿中的发送器。所述发送器发送所述电路的检测到的电阻。
通过考虑详细说明和附图，将明白本发明的其它方面。
附图说明
图1是铲车的侧视图。
图2A是与图1的铲车一起使用的齿的透视图。
图2B是图2A的齿的顶视图。
图2C是图2A的齿的侧视图。
图3是图2A的齿的侧视图，其示出了多个磨损水平。
图4A是沿图3的线A-A截取的、图2A所示齿的截面图，其示出了具有单个磨损指示器的图2A的齿。
图4B是图4A的齿的后视图。
图4C是图4A的齿的顶视图，其示出了多个磨损水平。
图5A是沿图3的A-A线截取的、图2A所示齿的截面图，其示出了具有单个磨损指示器的图2A的齿，其中该单个磨损指示器具有多个部分。
图5B是图5A的齿的顶视图，其示出了多个磨损水平。
图6A是沿图3的A-A线截取的、图2A的齿的截面图，其示出了具有多个磨损指示器的图2A的齿。
图6B是图6A的齿的后视图。
图6C是图6A的齿的顶视图，其示出了多个磨损水平。
图6D是图6A的齿的透视图，其中多个磨损指示器中的一个被暴露。
图6E是图6A的齿的透视图，其中多个磨损指示器中的两个被暴露。
图7A是包含在图2A的齿中的磨损指示器的透视图。
图7B是图7A的磨损指示器的前视图。
图7C和7D是沿图7B的线B-B截取的、图7A的磨损指示器的截面图。
图7E是图7A的磨损指示器的后视图。
图8示意性地示出了磨损检测系统。
图9是沿图3上的线A-A截取的图2A的齿的截面图，其示出了图7A的两个磨损指示器，其中每个磨损指示器具有不同的长度。
图10A和10B是图2A的齿的截面图，其中磨损指示器的具有嵌入的可变电阻电路。
图10C和10D是图10B的磨损指示器的截面图。
图11和12是示出在生产率与齿维护或更换之间的示例性关系的图表。
具体实施方式
在详细地说明本发明的任何实施例之前，应当看到，本发明的应用不限于在以下的说明中阐述的或在以下的附图中显示的部件的结构和安排的细节。本发明能够具有其它实施例和以各种方式被实践或实行。
另外，应当看到，这里使用的词语和术语是用于说明目的，而不应当看作是限制性的。此处所使用的“包括”，“包含”或“具有”及其变例是指包括其后列出的项目及其等同项以及附加项。术语“安装”，“连接”和“耦接”被广义地使用，它们包含直接和间接安装、连接和耦接。而且，“连接”和“耦接”不限于物理的或机械的连接和耦接。另外，电子通信和通知可以通过使用包括直接连接、无线连接等等的任何已知的方法来执行。
还应当看到，多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件可被用来实现本发明。还应当看到，多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件可被用来实现本发明。此外，应当看到，本发明的实施例可以包括硬件、软件和电子部件或模块，为了便于讨论，它们可以被显示和描述为就好像大多数部件仅仅是以硬件实现的那样。然而，本领域技术人员基于阅读本详细说明将会意识到，在至少一个实施例中，本发明的基于电子的方面可以由一个或多个电子处理器可执行的软件(例如，被存储在非暂态的计算机可读介质中)实现。因此，应当看到，多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件可被使用来实现本发明。例如，说明书中描述的“控制单元”和“控制器”可以包括一个或多个电子处理器、包括非暂态计算机可读介质的一个或多个存储器模块、一个或多个输入/输出接口、以及连接部件的各种连接(例如，系统总线)。
图1示出了铲车100。虽然关于铲车100描述了本发明的实施例，但应当看到，本发明的实施例可用于其他类型的铲车和其它类型的机械，而不限于仅仅用于铲车100。
铲车100可用于露天采矿应用。铲车100包括被支撑在驱动履带110上的移动基座105。移动基座105支撑转台115和机械甲板120。转台115允许机械甲板120相对于基座105旋转(例如，大约360度旋转)。
吊杆125在关节130处被可枢转地连接到机械甲板120上。吊杆125通过以张力索135形式的撑杆或起重机架相对于机械甲板120向上和向外延伸，张力绳索135被锚固至拉索结构145的后拉索140，后拉索140被刚性安装在机械甲板120上。
铲车100还包括挖斗或铲斗150，其包括多个重型机械齿152。铲斗150通过柔性提升绳或缆绳155从滑轮160上悬挂下来。缆绳155被固定到安装在机械甲板120上的绞盘滚筒165上。当绞盘滚筒165旋转时，缆绳155被放出或拉进，从而降低或提升铲斗150。滑轮160引导缆绳155中的张力，以直接向上拉动铲斗150，产生有效的挖掘力。铲斗150被刚性连接在臂或柄部170上。柄部170被可滑动地支撑在鞍座块175中，鞍座块175在关节180处被可枢转地安装在吊杆125上。柄部170具有安装在其上的齿条-齿构造(未示出)，该齿条-齿构造接合安装在鞍座块175中的驱动小齿轮或运送轴(未示出)。驱动小齿轮由电动机和传动单元185驱动，以使柄部170相对于鞍座块175伸出或缩回。
一个或多个齿152可拆卸地连接到铲斗150。因此，可以从铲斗150中拆卸并更换损坏或磨损的齿152。然而，齿152也可能从铲斗150上折断或脱落。在某些情况下，齿152会从铲斗150上折断或脱落，最后落在被开挖的泥土中(例如，在铲斗150中)。当铲斗150中的泥土存放在卡车里时，齿152也进入卡车。在某些情况下，卡车里的泥土被带到破碎机上压碎。当卡车将其内容物倒进破碎机时，齿152也进入破碎机，这可能损坏破碎机，齿152从破碎机排出并损坏其他设备，在破碎机中被破坏，或上述的组合。
图2A-2C示出了齿152的一个实施例。齿152是由刚性材料(如钢)形成的。如图2A所示，齿152包括工作端200和与工作端相对的安装端202。工作端200被设计成与工作物料(例如石料、岩石、碎石等)相互作用。安装端202被设计成将齿152可拆卸地耦接至铲斗150。在一些实施例中，安装端202直接连接到铲斗150。在其它实施例中，安装端202间接地连接到铲斗150，例如通过适配器或将齿152耦接至铲斗150的另一个中间装置。如图2C和4B所示，齿152还包括顶面204a、左侧面204b、右侧面204c和底面204d。正如在本申请中使用的，“左”和“右”参照的是从安装端202到工作端200的视角。在一些实施例中，齿152由钢模制而成。
当齿152被使用时(例如，在使用铲车100执行的挖掘周期期间)，齿152受到由与工作物料的相互作用而引起的磨料磨损。由齿152经历的磨损水平取决于，例如，工作物料(例如，更粗糙的材料导致对牙齿152的更大的磨料磨损)、使用齿152的持续时间(例如，使用时间较长将导致牙齿152更大的磨损)，或上述的组合。例如，图3示出了齿152的多个磨损水平。具体地，图3示出了齿152的第一磨损水平206、第二磨损水平208和第三磨损水平210。接近安装端202的磨损水平被认为是比接近工作端200的磨损水平更高或更大的磨损水平(例如，齿152的更多材料被磨损掉)。例如，第一磨损水平206指示低于第二磨损水平208的磨损水平，第二磨损水平208指示低于第三磨损水平210的磨损水平。
如图4A所示，齿152可包括用于检测齿152的当前磨损水平的嵌入式磨损指示器212。如本申请中所使用的，术语“嵌入”是指至少部分地被包围。因此，如图4A显示的，在一些实施例中，除了朝向安装端202的磨损指示器212的后表面外，磨损指示器212被周围的齿材料包围。然而，在其它实施例中，磨损指示器212被齿材料完全包围。
如图4A所示，磨损指示器212可以采用圆柱形销的形式。然而，应当看到，磨损指示器212可以采取其他形状和配置，诸如矩形销、三角形销等。在一些实施例中，磨损指示器212沿齿152的长度在安装端202和工作端200之间延伸。如图4B所示，在一些实施例中，磨损指示器212被插入在安装端202和工作端200之间延伸的孔214中，其中孔214的尺寸为容纳磨损指示器212。在其它实施例中，磨损指示器212被模制在齿152内(例如，在齿152模制期间)。此外，在一些实施例中，磨损指示器212居中地处在齿152的顶面204a、左侧面204b、右侧面204c、与底面204d之间。然而，应当看到，磨损指示器212的其他位置也是可能的。
如下文所描述的，磨损指示器212的位置或长度指示在磨损指示器212表示齿152的磨损程度之前(例如，在磨损指示器212表示需要更换和/或维护齿152之前)，齿152经受了多少磨损。例如，如图4C所示，在磨损指示器212暴露之前，齿152必须经受第三磨损水平210，因此生成齿磨损的指示。
在一些实施例中，磨损指示器212起到视觉指示器的作用。例如，如图4A所示，磨损指示器212可从安装端202延伸到工作端200，但没有穿过工作端200。因此，在齿152被磨损之前(例如，未使用的齿或有限使用的齿)，齿材料位于工作端200与磨损指示器212最接近于工作端200的末端之间。然而，随着齿材料在齿152使用期间磨损，磨损指示器212或至少其一部分最终变为暴露的，因此是从齿152的外部位置可见的。磨损指示器212可具有区分磨损指示器212与齿材料的特性。例如，在一些实施例中，磨损指示器212具有的颜色(例如，红色、黄色或绿色)与齿材料的颜色不同。替换地或附加地，磨损指示器212可以由与齿材料不同的材料(例如，铜)组成，该材料与齿材料相比具有区别特性。所述区别属性允许磨损指示器212被视觉识别(例如，由操作者、诸如照相机系统的视觉检测系统，或上述的组合)，因此指示齿152的磨损水平。例如，照相机可以获取齿152的图像，并且电子处理器可被配置成处理图像，以检测与磨损指示器212相关联的图像中的预定颜色、形状或其它特征，其中是否检测到所述特征指示齿152的磨损水平。具体地，如图4C所示，当齿152处于第一磨损水平206或第二磨损水平208时，磨损指示器212未暴露，因此磨损指示器212是不可见的。然而，当齿152处于第三磨损水平210时，磨损指示器212被暴露并且是可见的，这提供了应当更换齿152的视觉指示。
在一些实施例中，磨损指示器212的区别特性在磨损指示器212的长度上变化。例如，如图5A所示，磨损指示器212可以包括多个部分，诸如，例如第一部分213a和第二部分213b。第一部分213a接近工作端200，它可以具有第一个区别特性(例如，与齿材料的颜色不同的第一颜色)；第二部分213b接近安装端202，它可以具有不同于第一个区别特性的第二个区分特性(例如，不同于第一颜色也区别于齿材料的颜色的第二个颜色)。因此，如图5B所示，当齿152没有磨损时(例如，未使用或处在第一磨损水平206)，无论是第一部分213a还是第二部分213b都没有暴露。然而，当齿152在第二磨损水平208时，第一部分213a暴露并且可见，但第二部分213b不暴露。另外，当齿152上在第三磨损水平210时，第一部分213a和第二部分213b均暴露且可见。
因此，磨损指示器212的暴露且可见的部分表示齿152的磨损水平，从而表示是否应更换齿152。例如，在一些实施例中，第一部分213a的暴露表示何时应当计划或安排齿的维修或更换，并且第二部分213b的暴露表示何时应当执行齿的维修或更换。应当看到，磨损指示器212可以包括具有不同的区分特性的多个部分(例如，用于指示齿152的两个以上的损水平)。另外，应当看到，当磨损指示器212具有带有不同区分特性的多个部分时，即使在齿未磨损时，磨损指示器212也可延伸至并穿过工作端200(例如，用于指示齿152的未磨损或未使用状态)。
在一些实施例中，齿152包括多个磨损指示器212。例如，如图6A所示，齿152可包括第一磨损指示器212c和第二磨损指示器212d。应当看到，第一磨损指示器212c和第二磨损指示器212d作为一个例子被显示，在某些实施例中，齿152可以包括两个以上的磨损指示器212。如图6B所示，第一磨损指示器212c和第二磨损指示器212d可以位于齿152内的单独的孔内(例如，第一孔214c和第二孔214d)。替换地，在一些实施例中，第一磨损指示器212c和第二磨损指示器212d插入在齿152内一个公共的孔152内。此外，在一些实施例中，第一磨损指示器212c和第二磨损指示器212d被模制在齿152内。
在一些实施例中，第一磨损指示器212c定位成平行于第二磨损指示器212d。第一磨损指示器212c可能具有不同于第二磨损指示器212d的长度。例如，如6A和6C所示，第一磨损指示器212c可能比第二磨损指示器212d更长。因此，如图6C所示，当齿152没有磨损时(例如，齿152未使用或是在第一磨损水平206)，第一磨损指示器212c和第二磨损指示器212d都没有暴露。然而，如图6C和6D所示，当齿152在第二磨损水平208时，第一磨损指示器212c暴露且可见，但第二磨损指示器212d没有暴露。类似地，如图6C和6E所示，当齿152在第三磨损水平210时，第一个磨损指示器212c和第二磨损指示器212d被暴露且可见。因此，第一磨损指示器212c可表示何时应当计划齿的维修或更换，第二磨损指示器212d可表示何时应当执行齿的维修或更换。在一些实施例中，除了具有不同的长度，第一磨损指示器212c和第二磨损指示器212d具有不同的区别特性(例如，不同的颜色)。另外，在一些实施例中，第一磨损指示器212c，第二磨损指示器212d，或两者都包括具有不同区别特性的多个部分，如以上参照图5A和5B描述的。另外，在一些实施例中，当齿152包括多个磨损指示器212时，多个磨损指示器212中的一个磨损指示器在齿152未磨损时延伸和穿过齿152的工作端200(例如，用于指示齿152未磨损或未使用的状态)。当齿152包括多个磨损指示器212或具有多个部分的磨损指示器212时，每个指示器或部分的出现可能代表齿152的独特的齿磨损程度，这可被用于在达到临界磨损状态之前提前警告操作员。
在一些实施例中，磨损指示器212包括电路。例如，如图7A-7E所示，磨损指示器212可以包括导电尖端310、沿在齿152的工作端200与安装端202之间限定的重型机械齿的至少一个长度延伸的导电外主体320、位于导电外主体320内的导电内芯315、以及位于导电外主体320与导电内芯315之间的绝缘材料325。导电尖端310位于齿152的工作端200与导电外主体320之间，并且电连接导电外主体320和导电内芯315以形成电路。如图7C-7D所示，导电内芯315可以包括圆柱形导电材料，导电外主体320可以包括环形导电材料。除了导电尖端310外，导电内芯315通过绝缘材料325而与导电外主体320电隔离，其中绝缘材料325包括环形绝缘材料。在一些实施例中，如在图7E上所看到的，第二绝缘材料330被提供在磨损指示器212的外表面的至少一部分上，用来使得磨损指示器212与形成齿152的材料互相绝缘。导电尖端310、导电外主体320和导电内芯315可以由任何类型的导电材料构成，诸如，例如钢、黄铜、铝等，并且可以由相同的导电材料或不同的导电材料构成。此外，在一些实施例中，取消了磨损指示器212的导电外主体320和第二绝缘材料330。例如，磨损指示器212可包括导电尖端310、导电内芯315和围绕导电内芯315的绝缘材料325。在这种配置中，形成齿152的材料用作为导电外主体320，以用来形成电路。
在一些实施例中，齿152包括内部电源(未示出)，例如电池，其向由磨损指示器212限定的电路提供电流。在其它实施例中，齿152外部的电源向电路提供电流(使用外部布线)。当导电尖端310电连接导电外主体320和导电内芯315时，电路处于闭合状态并且电流通过电路。然而，当导电尖端310由于齿152的磨损而被破坏时，电路处于断开状态。例如，在一些实施例中，导电尖端310相对于磨损指示器212的长度而言是薄的，因此，由于齿的磨损，磨损指示器212被暴露后(例如，大约同时)，导电尖端迅速磨损。
齿152可包括用于检测电路状态的传感器(例如，断开或闭合)。在一些实施例中，传感器包括电流传感器。当电流传感器检测到电路中的电流时，电路闭合。当电流传感器没有检测到电路中的电流时，电路断开。应当理解，其他类型的传感器可以用于通过检测电流、电压或电路的其他特性来检测电路的状态，这些传感器包括例如电压表、惠斯登电桥等。此外，如下文更详细地描述的，电路可用于给发送器供电。因此，不是使用传感器直接检测电路的状态，而是来自发送器的信号的存在或不存在可以间接地指示电路的状态。
由磨损指示器212限定的电路的检测状态可以被发送到外部装置。例如，图8示出了发送器455。发送器455可以与磨损指示器212或包括在齿152中的其它部件通信。例如，发送器455可以与电路或检测电路状态的传感器通信。在一些实施例中，发送器455或其一部分可以嵌入齿152内。替换地，发送器455可以在齿152的外部，并且可以通过有线连接与包括在齿152中的部件通信。
在一些实施例中，发送器455包括有源或无源射频识别(RFID)应答器(例如，超高频RFID应答器)。然而，在另外的实施例中，发送器455通过使用其他类型的近程或远程的无线通信协议来传送数据，诸如但不限于Wi-Fi、ZigBee、或蓝牙。另外，如上所述，在一些实施例中，发送器455被配置为通过有线连接来将数据发送到外部设备。
如图8所示，发送器455通过无线或有线连接470将数据发送到第一接收器460。例如，在一些实施例中，第一接收器460是RFID读取器。第一接收器460可以安装在远离发送器455的位置上，例如距离重型机械齿152大约六米处。在该距离放置第一接收器460可以保护第一接收器460，以防止与工作物料和其他挖掘危害物相碰撞，同时保持第一接收器460靠近发送器455，以接收发送的数据。在一些实施例中，第一接收器460可以安装在铲车100上，例如在铲车100的吊杆125上。
发送器455被配置成将电路的检测状态发送到第一接收器460。在一些实施例中，发送器455还可以存储电路的检测状态，诸如存储在包括在齿152中的非暂态计算机可读介质(例如，被包括在发送器455中)中，或齿152的外部。在一些实施例中，发送器455发送关于电路的检测状态的原始数据。在其它实施例中，发送器455(例如，包括在发送器455中或独立于发送器455的电子处理器)在发送数据之前处理原始数据(例如，进行滤波、调节、映射等)。例如，在一些实施例中，电路的检测状态被表示为由电流传感器检测的流过电路的电流。因此，在这些实施例中，发送器455可被配置为发送检测的电流，检测电流的处理版本，或映射到检测电流的电路的状态(例如，当检测电流近似为零时为“断开”，当检测的电流大于零时为“闭合”)。
此外，如上文所述，在一些实施例中，可以通过由磨损指示器212限定的电路将电力提供给发送器455。因此，当电路闭合时，发送器455接收电力并使用所接收的电力将信号发送到第一接收器460。然而，当电路断开时，发送器455不接收电力，因此不能发送信号。因此，第一接收器460是否接收来自发送器455的信号可以间接地指示电路的检测状态。具体地，当从发送器455接收到信号时，电路闭合，当未从发送器455接收到信号时，电路断开。此外，在一些实施例中，无源RFID用于向发送器455提供功率。例如，包括在第一接收器460中的RFID读取器可以向包括无源RFID应答器的发送器455提供电力。发送器455使用感应能发送信号，如上所述，这可以用来直接或间接地指示电路的状态。因此，当发送器455包括无源RFID应答器时，发送器455不需要有线电源。
如图8所示，在一些实施例中，第一接收器460还与第二接收器465(例如，通过有线或无线连接475)进行通信。第二接收器465可放置在铲车100上，或远离铲车100。例如，在一些实施例中，发送器455使用短距离无线通信协议与第一接收器460通信，以控制发送器455的电力要求。然而，当在离齿152更远的距离处需要数据时，例如远离铲斗100处，第一接收器460可将接收的数据中继到位于这些位置的第二接收器465。应该理解的是，第二接收器465可以与第一接收器460结合(例如，包含在共用的外壳中)。另外，在一些实施例中，发送器455可被配置成直接与第二接收器465通信，而不用使用第一接收器460。此外，下面描述的由第二接收器465执行的功能可以分布在多个设备(例如，多个电子处理器)中间，包括发送器455、第一接收器460或其组合。当第一接收器460将数据传送到第二接收器465时，第一接收器460可以如关于发送器455所描述的、在传送数据之前处理从发送器455接收到的数据(例如，进行滤波、调节、映射等)。
第二接收器465可包括电子处理器(未示出)，电子处理器被配置为执行指令以处理所接收的数据。在一些实施例中，第二接收器465还从其它源获得数据，诸如包括在铲车100中的其它传感器、系统、发送器等，或第二接收器465使用的采矿环境，以处理接收的数据。例如，第二接收器465可以处理接收到的数据，以确定齿152的磨损水平。具体地，当由第二接收器465接收到的数据包括由磨损指示器212限定的电路的状态时，包括在第二接收器465中的电子处理器可以使用电路的状态来确定齿152的磨损水平。例如，如图4C所示，当齿152未磨损或被磨损到第一磨损水平206或第二磨损水平208时，导电尖端310没有暴露，因此，导电尖端310保持完整无损而使电路闭合。然而，当齿152在第三磨损水平210时，导电尖端310被暴露并被破坏，从而断开由磨损指示器212限定的电路。
在确定齿152的磨损水平之后，第二接收器465可以自动执行一个或多个动作。自动动作可包括例如生成警告和警报、生成和发送通信、记录用于后续挖掘或分析的数据，或其组合。警报可以包括，例如音频警报、视觉警报、触觉警报或上述的组合。在一些实施例中，通过在铲车100上的或在远程站处的操作员界面提供警报。替换地或附加地，自动动作可包括铲车100的自动控制操作。例如，可以自动停止或减速铲车100的操作，以便允许进行检查、维护、更换或它们的组合。例如可自动停止或减速铲车100的操作，以检查和定位已从铲车100脱离的齿152。
在一些实施例中，齿152可以包括多个磨损指示器，其中多个磨损指示器212中的每一个均包括如上所述的电路。例如，如图9所示，齿152可以包括第一磨损指示器212a和二磨损指示器212b。第一磨损指示器212a可以包括如上所述的第一导电尖端、第一导电外主体、位于第一导电外主体内的第一导电内芯、和位于第一导电外主体与第一导电内芯之间的第一绝缘材料。第一导电尖端在距离工作端200的第一距离处位于工作端200和第一导电外主体之间，并且如上所述，第一导电尖端电连接第一导电外主体和第一导电内芯，以形成第一电路。
同样地，第二磨损指示器212b可包括第二导电尖端、第二导电外主体、位于第二导电外主体内的第二导电内芯、和位于第二导电外主体与第二导电内芯之间的第二绝缘材料。在离工作端200的不同于第一距离的第二距离处，第二导电尖端位于工作端200与第二导电外主体之间，以及如上所述，第二导电尖端电连接第二导电外主体与第二导电尖端，以形成第二电路。
因此，当齿152磨损时，包括在第一磨损指示器212a和第二磨损指示器212b的电路在不同的磨损水平时被断开。因此，发送器455(或用于多个磨损指示器212中的每个磨损指示器的单独的发送器)可以发送每个电路的状态，第一接收器460、第二接收器465、或者两者都可以使用每个电路的检测状态来确定齿152的当前磨损水平。例如，当包括在第一磨损指示器212a中的电路断开，但包括在第二磨损指示器212b内的电路闭合时，第一接收器460、第二接收器465或二者可确定齿152被磨损到至少第一距离，但尚未被磨损到第二距离。如上所述，当多个磨损指示器212被包括在信号齿中时，单个发送器455或多发送器455可被用来发送关于电路的数据。在一些实施例中，单独的发送器455可被用于每个电路，这允许每个发送器通过如上所述的单独的电路接收电流。
替换地或附加地，在一些实施例中，单个磨损指示器212可以限定多个电路。例如，图10A示出了限定可变电阻电路500的磨损指示器212。可变电阻电路500由导电材料构成，在一些实施例中，它包括由绝缘材料505分开的上导电体502和下导电体504。上导电体502和下导电体504可以沿工作端200和安装端202之间限定的齿152的长度互相大致平行地布置。
如图10A所示，上导电体502与下导电体504通过多个导电壁506进行电连接，所述导电壁限定穿过可变电阻电路500的多个电通路。在一些实施例中，多个导电壁506沿在工作端200和安装端202之间限定的齿152的长度布置。另外，在一些实施例中，多个导电壁506中的每一个导电壁被布置成与所述上导电体502和下导电体504大致垂直。然而，应当看到，导电壁506可以以其他方式连接上导电体502和下导电体504，并且可以具有各种形状、尺寸和配置。
多个导电壁506中的每个导电壁都可以与预定的电阻值相关联，并且在一些实施例中，多个导电壁506中的每个导电壁均可以与相同或不同的电阻值相关联。在一些实施例中，多个导电壁506中的每个导电壁都由相同或不同的导电材料构成。最初，在齿152磨损前，当电流被提供到可变电阻电路500时，电流流过在上导电体502与下导电体504之间的可变电阻电路500并通过多个导电壁506的每个导电壁(通过由多个导电壁506限定的各个电通路)。替换地，当电流被提供到可变电阻电路500时，电流至少流过最接近工作端200的导电壁506。当齿152磨损时，上导电体502和下部导电体504的部分也像各个导电壁506一样被磨损和破坏。因此，当齿152磨损时，随着导电壁506被破坏，所提供的电流流过可变数量的导电壁506或不同的导电壁。电流流过的导电壁506的数量或流过各个导电壁506会影响可变电阻电路500的电阻。因此，齿152可以包括传感器，诸如电流传感器，其检测可变电阻电路500的电阻，该电阻可被转化为特定的磨损水平。
在一些实施例中，可变电阻电路500与形成齿152的材料隔离，例如用一层绝缘材料。因此，在这些实施例中，可变电阻电路500的检测的电阻不受齿的影响。如果没有绝缘，则齿152的材料组成和介电常数、齿152的形状等可能影响检测到的电阻，并增加将检测到的电阻映射到特定磨损水平的复杂性。因此，检测与齿152的其它部件隔离的可变电阻电路500的电阻值可以允许更高的精度和可重复性。
上导电体502、下导电体504和绝缘材料505可以被构造为通常的平面体，如图10A所示。另外，上导电体502、下导电体504、绝缘材料505或它们的组合可以具有不同的形状或位置。例如，上导电体502、下导电体504、绝缘材料和505可以是类似于以上参照图7A-7E描述的磨损指示器212的圆柱形。具体地，如图10B显示的，上导电体502可以是类似于如上所述的导电外主体320那样的圆柱形，下导电体504可以是类似于如上所述的导电内芯315那样的圆柱形，并且绝缘材料505可包括位于上导电体502与下导电体之间504之间的圆柱形的部分。在这个实施例中，所述多个导电壁506中的每个导电壁将上导电体502的内表面与耦接至下导电体504的外表面，这类似于上述的导电尖端310。因此，在这些实施例中，不是如上所述的仅仅包括单个导电尖端310，而是所述多个导电壁506提供多个电通路，以允许检测多个磨损水平。如上所述，一个或多个导电壁506可包括相同的负载或不同的负载，以用于为每个导电壁506限定相同的或不同的电阻值。也如上面提到的，一个或多个导电壁506可以由与上导电体502、下导电体504、或二者相同的材料构成(见图10C)，或可以由与上导电体502、下导电体504、或二者不同的材料构成(见图10D)。
在检测可变电阻电路500的电阻后，发送器455可将检测的电阻(或检测电阻的处理版本，其包括映射到检测电阻的、包括已被破坏或剩余在可变电阻电路500内的导电壁的数量)发送到如上所述的第一接收器460、第二接收器465或二者。第一接收器460、第二接收器465或二者都可以使用所接收的电阻数据来确定齿152的磨损水平，并采取如上所述的一个或多个自动动作。因此，不仅仅监视只表示齿的两个不同的磨损水平的电路的打开或关闭状态，而是可变电阻电路500允许监视电路的电阻以获得多个不同的电阻值，这可表示齿的多个不同的磨损水平。
应当看到，在一些实施例中，磨损指示器212既用作为可视指示器又用作为电指示器，以提供磨损水平的双重标识。例如，导电外主体320、导电内芯315、导电尖端310或它们的组合可由与齿152的材料在视觉上有区别的导电材料制成。导电材料例如可以是黄铜，由于铜含量高，其导电性很高，但由于黄铜的化学成分不同于齿152(例如钢)的材料，其颜色也呈黄色。因此，当磨损指示器212暴露时，磨损指示器212除了提供齿152的当前磨损水平的电指示外，还可以提供齿152的磨损水平的视觉指示。类似地，绝缘材料325或第二绝缘材料330可以与齿152的材料在视觉上可区分(例如，具有不同的颜色)。例如，齿152的材料的颜色可以不同于绝缘材料325和330的颜色。因此，当导电尖端310磨损时，绝缘材料325和330是可见的，这提供了齿152的磨损水平的指示。绝缘材料325、第二绝缘材料330、导电外主体320、导电内芯315、导电尖端310，或它们的组合同样可以具有不同的区分特性的部分(例如，不同的颜色，不同的材料，等等)，如以上参照图5A和5B描述的。
另外，在一些实施例中，齿152包括用作视觉指示器的第一磨损指示器和用作电指示器的第二磨损指示器。例如，如图6A和6C所示，第一磨损指示器212c可以是视觉磨损指示器，而第二磨损指示器212d可以是电磨损指示器。类似地，齿152可包括磨损指示器152，其包括仅仅用作视觉指示器的第一部分213a和仅仅用作电指示器的第二部分213b。例如，如图5A和5B所示，第一部分213a可以是视觉磨损指示器，而第二部分213b可以是电磨损指示器。
通过视觉指示器和电指示器提供齿152的当前磨损水平的双重指示，这比磨损水平的单一识别提供更稳健和可靠的磨损水平指示。例如，视觉指示和电指示可以互相比较来验证齿152的磨损水平。当识别不一致时，可能不会生成警报。因此，视觉指示和电指示的比较结果可被使用来确定包括在磨损检测系统450中的磨损指示器212或其它装置的误差、错误、故障或其组合。
此外，如上所述，使用多个磨损指示器212或带有多个区分部分的磨损指示器212允许识别多个磨损水平。因此，可以减少或避免意外维修，而同时允许无经验的操作员优化铲车100的生产力和计划停机时间。例如，一个或多个磨损指示器212可被配置为跟踪齿152的工作周期中的阶段和预警齿152的更换(例如，如图3、4C，5B，和6C显示的磨损水平)。磨损指示器212也可以根据铲车100的生产率进行设计，如图11和12所示。例如，一个或多个磨损指示器212可被使用来确定下列阶段：(a)对安排更换齿152的计划/后勤的预先提醒；(b)生产率最佳化的齿丢弃；(c)50％的生产率损失；和(d)失效时的临界齿磨损水平。
例如，当第一磨损指示器212a和第二磨损指示器212b包括在齿152中时，第一磨损指示器212a在第二磨损水平时暴露出来，如图6A所示。当这种情况发生时，可以触发“警报计划”(在点208a处)，如图11和12所示。同样地，当第二磨损指示器212b在第三磨损水平210暴露出来时，可以触发“更换齿”的指示(在点210a处)，如图11和12。
因此，本发明的实施例提供了用于检测重型机械磨损的系统和方法，诸如检测齿磨损。应当看到，虽然实施例是在检测齿磨损方面描述的，但方法和系统可用于检测任何类型的机械部件的磨损。此外，虽然实施例是在采矿或挖掘铲车方面描述的，但该方法和系统可被用于遭受磨损的其他类型的重型机械。此外，虽然实施例是在视觉磨损指示器或电磨损指示器方面描述的，但该方法和系统可被使用于各种配置的磨损指示器。例如，磨损指示器可以用作为视觉磨损指示器和电磨损指示器两者，重型机械齿可以包括多个磨损指示器或其组合。
本发明的各种特性和优点在以下的权利要求中阐述。

Claims (20)

1.一种系统，其特征在于，所述系统包括：
工业机械的重型机械齿，所述重型机械齿具有工作端和与所述工作端相对的安装端，所述工作端与工作材料相互作用，所述安装端可拆卸地将所述重型机械齿连接至所述工业机械；
包括在所述重型机械齿中的磨损指示器，所述磨损指示器包括导电尖端、导电外主体、导电内芯和绝缘材料，所述导电外主体沿着在所述工作端与所述安装端之间限定的所述重型机械齿的至少一段长度延伸，所述导电内芯位于所述导电外主体内，所述绝缘材料位于所述导电外主体和所述导电内芯之间，所述导电尖端位于所述重型机械齿的工作端和所述导电外主体之间并且将所述导电外主体和所述导电内芯电连接以形成电路；以及
包括在所述重型机械齿中的发送器，所述发送器发送所述电路的状态。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
包括电子处理器的接收器，所述电子处理器被配置成：
接收所述电路的状态，
根据所述电路的检测状态，确定所述重型机械齿的磨损水平，以及
根据确定的所述重型机械齿的磨损水平，自动执行一个动作。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述动作包括从下列项组成的组中选择的至少一个：生成警报、控制所述工业机械的运行、生成和发送通信以及记录数据。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导电内芯包括圆柱形的导电材料，所述导电外主体包括圆环形的导电材料，以及所述绝缘材料包括圆环形的绝缘材料。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括被提供在所述磨损指示器的外表面的至少一部分上的第二绝缘材料。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括包含在所述重型机械齿中的电池，所述电池为所述发送器的电路供电。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发送器包括无源射频识别(RFID)应答机，所述无源射频识别应答机接收来自RFID读取器的感应功率。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发送器通过所述电路接收电流，并且当所述电路接收到电流时通过发送信号而发送所述电路的检测状态。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于检测电路的状态的传感器。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述传感器包括电流传感器，其检测流过所述电路的电流，并且所述发送器通过发送流过所述电路的检测电流而发送所述电路的检测状态。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磨损指示器的导电外主体由至少两种视觉上不同的材料制成，以便根据所述至少两种视觉上不同的材料中的哪一种材料被暴露而提供所述重型机械齿的磨损水平的视觉指示。
12.一种系统，其特征在于，所述系统包括：
工业机械的重型机械齿，所述重型机械齿具有工作端和与所述工作端相对的安装端，所述工作端与工作材料相互作用，所述安装端可拆卸地将所述重型机械齿连接至所述工业机械；
包括在所述重型机械齿中的第一磨损指示器，所述第一磨损指示器包括第一导电尖端、第一导电外主体、第一导电内芯和第一绝缘材料，所述第一导电内芯位于所述第一导电外主体内，所述第一绝缘材料位于所述第一导电外主体和所述第一导电内芯之间，所述第一导电尖端在与所述工作端相距第一距离处位于所述工作端和所述第一导电外主体之间，并且所述第一导电尖端将所述第一导电外主体和所述第一导电内芯电连接以形成第一电路；
包括在所述重型机械齿中的第二磨损指示器，所述第二磨损指示器包括第二导电尖端、第二导电外主体、第二导电内芯和第二绝缘材料，所述第二导电内芯位于所述第二导电外主体内，所述第二绝缘材料位于所述第二导电外主体和所述第二导电内芯之间，所述第二导电尖端在与所述工作端相距第二距离处位于所述工作端和所述第二导电外主体之间，所述第二距离不同于所述第一距离，并且所述第二导电尖端将所述第二导电外主体和所述第二导电内芯电连接以形成第二电路；以及
包括在所述重型机械齿中的至少一个发送器，所述至少一个发送器发送所述第一电路的状态和所述第二电路的状态中的至少一个。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
包括电子处理器的接收器，所述电子处理器被配置成：
接收所述第一电路的状态和所述第二电路的状态，
根据所述第一电路的检测状态和所述第二电路的检测状态，确定所述重型机械齿的磨损水平，以及
根据确定的所述重型机械齿的磨损水平，自动执行一个动作。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一导电内芯包括圆柱形的导电材料，第一导电外主体包括圆环形的导电材料，以及第一绝缘材料包括圆环形的绝缘材料。
15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统还包括被提供在所述第一磨损指示器的外表面的至少一个部分上的第三绝缘材料。
16.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第一导电外主体包括形成所述重型机械齿的一部分的材料。
17.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述至少一个发送器包括无源射频识别(RFID)应答机，所述无源射频识别(RFID)应答机接收来自RFID读取器的感应能。
18.一种系统，其特征在于，所述系统包括：
工业机械的重型机械齿，所述重型机械齿具有工作端和与所述工作端相对的安装端，所述工作端与工作材料相互作用，所述安装端可拆卸地将所述重型机械齿连接至所述工业机械；
包括在所述重型机械齿中的磨损指示器，所述磨损指示器包括第一导电主体、第二导电主体和多个导电壁，所述多个导电壁将所述第一导电主体和所述第二导电体电连接，以形成电路；
传感器，其检测所述电路的电阻，所述电路的电阻根据在所述重型机械齿磨损时被破坏的所述多个导电壁的数目而变化；以及
包括在所述重型机械齿中的发送器，所述发送器发送检测到的所述电路的电阻。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第一导电主体沿在所述工作端与所述安装端之间限定的所述重型机械齿的长度而被布置成大约平行于所述第二导电主体。
20.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述多个导电壁的每个导电壁具有不同的电阻值。
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