CN1514989A - 带有数据存储设备的轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种产品(12)，其具有与所述产品的物理测量、鉴权码或工作情况相关的自动识别与数据获取(AIDC)设备(28)。本发明示例性地描述了一种带有嵌入式发射机应答器(28)的轴承(12)。所述发射机应答器(28)包括该制造的轴承所特有的数据，如物理测量或识别号码。

Description

带有数据存储设备的轴承
技术领域
本发明涉及提供有关制造项和可现场使用产品的数据的设备，尤其涉及包括射频发射设备的制成品(例如轴承)，所述射频发射设备发送或接收物理测量、统计或清单数据。
背景技术
许多制成品或产品的组成部分被认为是可替代的，也就是说，每个产品或组成部分事实上彼此相同。其实这些制成品或组成部分是在一定容差范围内制作的，从而使得这些产品之间的差别在可测物理特性的可接受范围之内。在许多应用中，制成品的用户对该产品的特定物理性能并不关心，只要该产品在制造商给出的指定容差水平范围之内就行。
然而在某些应用中，制造部分或OEM部分的用户甚至必须对制造部分内的微小变化做出调整，不论该产品是否在制造商给出的容差范围之内。因此，用户需要了解该部分的精确测量值，而不仅仅是该部分的标称测量值。迄今为止，用户可能会采用物理测量该制造部分，以确定其真实和准确的尺寸。例如，减摩轴承的用户可能要求内座圈壁的内径或孔径尺寸准确到安装在特定尺寸的轴上，以避免轴承上的预载过大。这种减摩轴承的用户通常会借助诸如激光测微计的精密设备来测量轴承，以确定实际的内径，然后在必要时研磨轴承的内径或对轴承使用垫片，以正好将该轴承安装到轴上。
减摩轴承的制造商可能会出于质量控制或其它目的对每个产品进行物理测量。因此，减摩轴承的制造商可能掌握有每个生产的制成品的实际物理特性。但是，由于供应商与消费者之间的传统安排是，消费者购买保证容差范围内的元件，因此供应商并不使用任何超出其自身内部质量控制准则的测量元件数据。因此，消费者仅了解到制造部分的标称大小，以及该部分在为该部分指定的容差范围内。
典型的减摩轴承具有相反滚道的内、外座圈以及位于这两个座圈之间的滚动体，其中当轴承运转时所述滚动体沿滚道滚动，从而使摩擦减至最小。这种轴承常含润滑剂，且其边缘被密封，以使污染物无法进入轴承内部，并因而保留润滑剂在轴承内。轴承经常会由于润滑不足或其滚道或滚动体之一缺陷而发生故障。然而在装配时，滚道与滚动体是完全隐蔽的，如果不将轴承拆卸就无法检查它们。这当然需要将轴承从安装该轴承的物体上移去，例如机动轨道车轴颈、车轴或轧辊。
有时，在接受减摩轴承外部检测的情形下，尽管不一定要通过目视检查，减摩轴承内部的缺陷也可能暴露出来。例如，温度的升高可指示润滑不足，或甚至可能指示轴承咬死，其中两个座圈旋转而且减摩轴承实际上变为无润滑的滑动轴承。同样，滚道或滚动体内的剥落或其它缺陷可能会导致轴承内的过度振动。
存在用于监控轴承运转的设备。例如，轨道就有轨道旁红外线传感器，其监控经过的火车的轴颈轴承，但是这种红外线传感器只存在于相当少的位置，经常相距许多英里，因而无法检测到这些位置之间开始出现的温度上升。有些轴承开始装备它们自己的传感器，这些传感器被耦合用于通过电线监控设备。因此，为这种轴承携带所述传感器的座圈必须保持固定，换言之，必须防止座圈旋转，否则电线将会切断。至于轨道轴颈轴承，至少外座圈优选应当保持足够自由地“滑移”，即以微小增量旋转，从而使得磨损被平均分布在外座圈周围。此外，阻止轴承杯滑移需要昂贵的锁闭机制。
减摩轴承的用户面临的另一个问题是校验这些轴承的可靠性。用户通常期望轴承由该轴承包装上列出的制造商生产。然而，不道德的制造商生产假冒部件并在这些假冒部件上标注受尊敬的公认名称已成为一种普遍现象。
因此需要一种轴承，使其客户或用户能够快速并准确地确定其真实准确的尺寸；还需要一种轴承，使用户能够监控其在工作情况下的性能；以及需要一种轴承，使得其用户能够校验其可靠性。
发明内容
本发明涉及提供有关制造项和可现场使用产品的数据的设备，尤其涉及射频发射设备，所述射频发射设备发送或接收物理测量、统计或清单数据，这些数据通过这些设备被嵌入轴承。作为选择，发送数据的射频发射设备包括通过所述射频发射设备反应所述轴承的某些工作情况的适当传感器。另外计划，装配了本发明的射频发射设备的轴承可选择地具有唯一标志，例如序号或其它识别号码，用于校验所述轴承的可靠性。
轴承的用户优选基于永久或可拆卸地附着于所述轴承上的接头使用用于获取与单个轴承相关的制造数据的自动识别与数据获取(AIDC)设备。例如，通过编码所述轴承的物理特性到射频(RF)接头中，所述轴承的用户通过使用接收机或阅读器可接收该特殊轴承所特定的物理数据。所述数据由微处理器控制设备处理，例如计算机、PDA或其它本领域众所周知的设备。因此，用户无需测量所述轴承的所需物理特性，而是基于通过RF接头从制造商得到的数据对所述轴承做出修改或调整。
附图说明
图1是现有技术轴承的部件分解图；
图2是本发明的实施例的部件分解图，其中轴承内嵌入RF接头；
图3是轴承的端壁的局部放大图，所述轴承内形成暗箱，而且在所述暗箱内容纳RF接头；
图4是沿着图3的线4-4得到的横截面图，但仅仅示出了分离的RF接头；
图5是本发明的RFID接头的框图，以及
图6是本发明的RFID系统的框图。
在所有附图中，对应的参考符号指示对应部分。
具体实施方式
参照图1，现有技术轴承2具有圆锥形内座圈3，杯形外座圈5，置于内座圈3与外座圈5之间的锥形滚筒形滚动体7，以及在相邻滚筒7之间保持适当间隔的夹圈8。内座圈3与外座圈5的中心分别位于轴X上，轴X是轴承2的旋转轴。内座圈3的端面9位于与轴X垂直的平面上，并在所述座圈上形成若干外表面中的一个。
自动识别与数据获取(AIDC)是用于描述不使用键盘直接输入数据到计算机系统、可编程逻辑控制器(PLC)或其它微处理器控制设备的技术术语。
本发明使用与轴承相关，优选附着到轴承，更优选永久附着到轴承的AIDC设备，以借助与轴承的制造相关的值(即，轴承的真实尺寸)；轴承的识别(即，轴承的序号)；或与轴承相关的检查与维护(最后一次上油日期、重新研磨日期等)；情况监控(即，最高暴露温度、可达到的最大旋转速度等)；以及清单信息来编码轴承。
AIDC设备具有磁性装置，所述磁性装置包括接触存储器、磁条卡和卡阅读器；光学装置，所述光学装置包括诸如条码阅读器的机器可视系统以及诸如线性、二维和三维矩阵条码的条码；以及电磁装置，所述电磁装置包括存储型和智能型以及接触和非接触型智能卡(也称为“芯片卡”，或“集成电路卡”)，包括有源和无源类型的射频识别(RFID)阅读器和接头。这些实例仅仅是示例性的，并非用于限制本发明范围。所述AIDC设备是可读机器，所述阅读器包括用以显示所述AIDC设备上包含的信息的输出端或显示器。可以理解的是，AIDC系统包括与诸如轴承的产品相关的AIDC设备，以及用于阅读所述AIDC设备并显示所述AIDC设备上包含的信息的阅读器。
现在参照图2，本发明的轴承12具有圆锥形内座圈13，杯形外座圈15，锥形滚筒形滚动体17，以及在相邻滚筒17之间保持适当间隔的夹圈18。尽管本发明被示为锥形滚筒轴承的一部分，但本发明还可与任何类型的轴承结合。内座圈13和外座圈15的中心分别位于轴X’上，轴X’是轴承12的旋转轴。内座圈13端面19位于与轴X’垂直的平面上。在内座圈13的端面19内形成槽或暗箱21。暗箱21定义第一边23、第二边24、第三边25和第四边26。暗箱21凹进足以容纳适当的RF接头28的深度D(图4)，以便RF接头28的上表面29被放置在内座圈13的端面19的表面上或之下。暗箱21的形成可与内座圈13的制造同一时候，或利用尖的工具或其它适当的加工或成型设备在现有内座圈内形成。此外，暗箱21也可在其它表面上形成。例如，暗箱21可在轴承杯或外座圈15的外表面上形成。
现在参照图2-4，在本发明的优选实施例中，适当的发射机应答器，优选射频识别(RFID)接头28被固定在暗箱21内。在该优选实施例中，RFID接头28是通常被称为“棺材”接头的接头，这归因于其独特形状，并且调整暗箱21的大小与形状以容纳所述RFID接头。但是，可能基于信息的便利、空间考虑、所使用RF接头的类型与形状等以任何适当形状形成暗箱21。应当理解的是，其它形状与大小的接头也可用于本发明的实践中，而且优选的棺材接头仅仅是示例性的。RFID接头28可以通过任何可接受方法固定在暗箱21内，所述方法包括例如封装、粘贴或夹住。优选RFID接头28被封装在暗箱21内足够深度，以使RFID接头28固定在内座圈13的表面19处或下面位置。此外，暗箱21的大小应当在RFID接头与暗箱壁之间留出一些间隙(即，大约1/16”)，以有助于RF信号从所述暗箱出去。
现在参照图5，优选的RFID接头28具有机壳或外壳30以及非易失性存储芯片32，优选电擦除可编程读/写存储芯片(EEPROM)。
所有类型的RFID系统的显著优点是非接触、非视距的技术特征。可通过诸如雪、雾、冰、油漆、油脂等各种物质以及其它可视和在环境上有挑战性的条件来读取RF接头，在此条形码或其它光读取技术也可考虑。还可在复杂情况下以显著速度读取RFID接头，在多数情况下在不到100毫秒的时间内做出响应，这取决于所存储的数据量。
RFID技术的发展将会继续带来更大的存储容量、更宽的读取范围以及更快的处理。
RFID接头被划分为有源或无源。正如此处所使用的，术语发射机应答器被指定描述有源和无源接头。有源RFID接头由内部电源或电池提供动力，而且通常是读/写接头，换言之，接头数据可被重写和/或修改。有源接头的存储器大小根据应用要求变化；与无源接头相比，有源接头可用的存储器空间较大。与无源接头相比，有源接头还提供更长的传输距离。有源接头的电池供电电源通常给予其更长的读取范围。但同时导致尺寸较大、成本更高和使用寿命有限(最长可能使用10年，这取决于工作温度、电池类型、频率和检索的数据量)。
无源RFID接头的操作不带独立外部电源，其获得从阅读器产生的工作功率。无源接头因而比有源接头更轻、更小、更便宜，而且提供实际上无限的使用寿命。无源接头的缺点是，无源接头比有源接头读取范围窄，并需要更大功率的阅读器。只读接头通常是无源的，并被以唯一的一组数据(通常为32至128位)编程，这组数据有时是无法被修改的。只读接头对有限的数据量有用，例如序列号或少量物理特性的识别。有些无源接头是可读/写的。在本发明的实践中优选这些读/写无源接头以实现编码RFID接头的检查、维护和情况信息。
参照图5，在本发明的优选实施例中，电池盖35与EEPROM芯片32相关。提供天线36，优选铁氧体线圈天线。这种布置使得数据被存储在RFID接头28内，所述数据包括产品识别、制造测量。此外，轴承在使用一段时间之后有时会被重新打磨。RFID接头28可能存储关于这种重新打磨的信息，并且可能包含在这次重新打磨之后进行的附加测量。作为选择，可向轴承中加入传感器，或者作为RFID接头的一部分，或者作为与RFID接头相关的独立元件。所述传感器可持续或以预定间隔确定工作条件，并可能选择性地记录所述轴承暴露在其下的工作条件。工作条件的实例是当前的轴承温度、负载、振动等。在询问所述接头时，所述接头发送对应于所测量的轴承工作条件的轴承工作值。此外，清单信息也可存储在所述RFID接头内。
现在参照图6，本发明的RFID系统S包括五个部分：读/写器天线或线圈40；包括译码器和接口44的收发信机42；计算机46；以制造信息电子编程的发射机应答器28(此处被称为RF接头)；以及容纳RFID接头28的轴承12。天线40发射无线电信号，以激活所述接头28读取存储在所述接头上的数据。所述天线40是接头28与收发信机42之间的链路，其控制系统的数据捕获与通信。各种形状和大小的天线都是可用的，该示例性实例应当被理解为可与任何适当天线互换。
当持续期望多个接头时，所述天线40产生的电磁场41可持续存在。作为选择，如果无需持续询问，则电磁场41可由传感器设备(未显示)激活。
优选天线40与收发信机42和译码器一起封装，以形成阅读器43，有时被称为询问器，其可被配置为手持设备或固定安装的设备。阅读器43发射无线电波41，其范围可从一英寸到100英尺或更多的任何地方，这取决于阅读器的功率输出和所使用的射频。当所述RFID接头28通过电磁区41时，其检测阅读器43的激活信号，并将其数据发送到阅读器43。阅读器43将在所述接头的集成电路(硅片)内编码的数据译码，所述数据通过接口44被传送到主机46用于处理。
轴承的用户因而可使用可接受的询问器通过从所述轴承内包含的嵌入式接头“读取”信息，得到特定轴承的特定物理测量或历史状态。
在单词“近似”或“大约”与尺寸、测量或比例结合使用的情况下，所述单词的意思是包括尺寸、测量或比例的任何一边的10％界限。因此术语“近似1”或“大约1”表示从0.9到1.1。
根据前面的描述本领域的技术人员将想到各种改变。例如，可能采用在本领域内已知或将在本领域内研发的可选AIDC方法。尽管在所示的示例性实例中所述暗箱21被示为内座圈上，但应当理解的是，依据所述轴承的类型，所述暗箱21也可在所述轴承的其它外表面上形成。此外，除了该示例性的减摩轴承之外，其它制成品也可用于本发明的实践中。所述发射机应答器可以被附着到所述轴承，但也可由所述轴承的用户移走，这使得所述接头的位置并不重要。例如，所述接头可被附加到夹圈；或其可能被粘贴、以螺丝拧或以别的方式固定到所述轴承的内部、非接触表面上，例如大的(或推进)肋条或外座圈等的外径表面。所述发射机应答器可能被仅仅以序号编码，从而使得所述序号与唯一轴承的识别以及包含该特定轴承的物理特性的数据库相关。这些实例仅仅是示例性的。

Claims (25)

1.一种轴承，具有内座圈、外座圈、置于所述内座圈与所述外座圈之间的多个滚动体，以及在所述滚动体之间保持期望间距的夹圈；改进之处包括在所述轴承的表面上形成的槽以及在所述槽内容纳的自持发射机应答器部件；所述发射机应答器部件包含包括所述发射机应答器部件的所述单个轴承所特有的数据；所述自持发射机应答器部件包括外壳、其上编码所述数据的存储器芯片、能够检测电磁信号的天线，所述存储器芯片和天线包含在所述发射机应答器部件外壳内；所述发射机应答器部件和所述轴承槽的尺寸被设置成所述发射机应答器外壳的上表面不会伸出所述轴承表面。
2.权利要求1的轴承，其中从一个组合中选出所述数据，所述组合基本上包括特定于所述轴承的至少一种已测量物理特性、产品识别数据、检查与维护数据、情况监控数据、清单信息数据以及它们的组合。
3.权利要求1的轴承，其中所述发射机应答器是RF接头。
4.权利要求2的轴承，其中所述RF接头包括EEPROM芯片。
5.权利要求4的轴承，其中所述RF接头还包括电源。
6.权利要求5的轴承，其中内部形成所述槽的所述轴承的所述表面是所述轴承的外表面。
7.权利要求1的轴承，其中所述存储器芯片是可再写的存储器芯片，而且所述芯片上的信息可由用户或制造商更新或修改。
8.一种轴承与自持AIDC设备的组合，所述轴承包括内座圈、外座圈、置于所述内座圈与外座圈之间的多个滚动体，以及在所述滚动体之间保持期望间距的夹圈；所述轴承还包括表面以及在所述表面上形成的槽；所述自持AIDC设备包括存储器芯片和天线，并被完全容纳到所述槽内，所述槽的大小被设置成所述AIDC设备不会伸出所述表面；所述AIDC设备包括与所述轴承的制造相关的信息。
9.权利要求8的轴承，其中所述AIDC设备是发射机应答器。
10.权利要求8的轴承，其中所述发射机应答器是RF接头。
11.权利要求8的轴承，其中与所述单个轴承相关的所述信息是所述单个轴承的物理特性。
12.权利要求11的轴承，其中与所述单个轴承相关的所述信息包括在制造所述轴承期间进行的测量。
13.权利要求11的轴承，其中与所述单个轴承相关的信息值包括维护记录。
14.权利要求13的轴承，其中所述维护记录包括所述轴承的最后一次确定的上油。
15.权利要求12的轴承，其中与所述轴承相关的所述信息还包括识别号。
16.权利要求12的轴承，其中与所述单个轴承相关的所述信息还包括所述轴承的测量工作值。
17.权利要求16的轴承，其中所述测量工作值是从一个组合中选出的，所述组合基本上包括轴承温度、可达到的最高温度、所记录的最大振动、累积转数，以及它们的组合。
18.一种用于将轴承的制造信息传递给所述轴承的用户的方法：
制造表面上有槽的轴承；
获取与所述轴承相关的物理数据；
将自持AIDC设备置于所述轴承槽内，所述轴承槽的大小被设置成所述AIDC设备不会伸出所述轴承表面，所述自持AIDC设备包括存储器芯片以及用于所述AIDC设备的天线；
在所述存储器芯片内编码所述获取的物理数据；
所述数据可由所述轴承的用户读取，以通过使所述轴承穿过电磁场来接收和解释与所述轴承相关的制造数据。
19.权利要求18的方法，其中所述编码数据是序号。
20.权利要求18的方法，其中所述编码数据由计算机解释。
21.权利要求20的方法，其中所述计算机由所述产品的用户操作。
22.权利要求20的方法，其中所述数据包括所述产品的至少一个物理测量。
23.权利要求20的方法，其中所述数据包括维护数据。
24.权利要求20的方法，其中所述数据还包括鉴权码。
25.权利要求20的方法，其中所述数据还包括所监控的工作情况。
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