帶有數據存儲設備的軸承的製作方法
2023-12-04 06:57:26
專利名稱：帶有數據存儲設備的軸承的製作方法
技術領域：
本發明涉及提供有關製造項和可現場使用產品的數據的設備，尤其涉及包括射頻發射設備的製成品(例如軸承)，所述射頻發射設備發送或接收物理測量、統計或清單數據。
背景技術：
許多製成品或產品的組成部分被認為是可替代的，也就是說，每個產品或組成部分事實上彼此相同。其實這些製成品或組成部分是在一定容差範圍內製作的，從而使得這些產品之間的差別在可測物理特性的可接受範圍之內。在許多應用中，製成品的用戶對該產品的特定物理性能並不關心，只要該產品在製造商給出的指定容差水平範圍之內就行。
然而在某些應用中，製造部分或OEM部分的用戶甚至必須對製造部分內的微小變化做出調整，不論該產品是否在製造商給出的容差範圍之內。因此，用戶需要了解該部分的精確測量值，而不僅僅是該部分的標稱測量值。迄今為止，用戶可能會採用物理測量該製造部分，以確定其真實和準確的尺寸。例如，減摩軸承的用戶可能要求內座圈壁的內徑或孔徑尺寸準確到安裝在特定尺寸的軸上，以避免軸承上的預載過大。這種減摩軸承的用戶通常會藉助諸如雷射測微計的精密設備來測量軸承，以確定實際的內徑，然後在必要時研磨軸承的內徑或對軸承使用墊片，以正好將該軸承安裝到軸上。
減摩軸承的製造商可能會出於質量控制或其它目的對每個產品進行物理測量。因此，減摩軸承的製造商可能掌握有每個生產的製成品的實際物理特性。但是，由於供應商與消費者之間的傳統安排是，消費者購買保證容差範圍內的元件，因此供應商並不使用任何超出其自身內部質量控制準則的測量元件數據。因此，消費者僅了解到製造部分的標稱大小，以及該部分在為該部分指定的容差範圍內。
典型的減摩軸承具有相反滾道的內、外座圈以及位於這兩個座圈之間的滾動體，其中當軸承運轉時所述滾動體沿滾道滾動，從而使摩擦減至最小。這種軸承常含潤滑劑，且其邊緣被密封，以使汙染物無法進入軸承內部，並因而保留潤滑劑在軸承內。軸承經常會由於潤滑不足或其滾道或滾動體之一缺陷而發生故障。然而在裝配時，滾道與滾動體是完全隱蔽的，如果不將軸承拆卸就無法檢查它們。這當然需要將軸承從安裝該軸承的物體上移去，例如機動軌道車軸頸、車軸或軋輥。
有時，在接受減摩軸承外部檢測的情形下，儘管不一定要通過目視檢查，減摩軸承內部的缺陷也可能暴露出來。例如，溫度的升高可指示潤滑不足，或甚至可能指示軸承咬死，其中兩個座圈旋轉而且減摩軸承實際上變為無潤滑的滑動軸承。同樣，滾道或滾動體內的剝落或其它缺陷可能會導致軸承內的過度振動。
存在用於監控軸承運轉的設備。例如，軌道就有軌道旁紅外線傳感器，其監控經過的火車的軸頸軸承，但是這種紅外線傳感器只存在於相當少的位置，經常相距許多英裡，因而無法檢測到這些位置之間開始出現的溫度上升。有些軸承開始裝備它們自己的傳感器，這些傳感器被耦合用於通過電線監控設備。因此，為這種軸承攜帶所述傳感器的座圈必須保持固定，換言之，必須防止座圈旋轉，否則電線將會切斷。至於軌道軸頸軸承，至少外座圈優選應當保持足夠自由地「滑移」，即以微小增量旋轉，從而使得磨損被平均分布在外座圈周圍。此外，阻止軸承杯滑移需要昂貴的鎖閉機制。
減摩軸承的用戶面臨的另一個問題是校驗這些軸承的可靠性。用戶通常期望軸承由該軸承包裝上列出的製造商生產。然而，不道德的製造商生產假冒部件並在這些假冒部件上標註受尊敬的公認名稱已成為一種普遍現象。
因此需要一種軸承，使其客戶或用戶能夠快速並準確地確定其真實準確的尺寸；還需要一種軸承，使用戶能夠監控其在工作情況下的性能；以及需要一種軸承，使得其用戶能夠校驗其可靠性。
發明內容
本發明涉及提供有關製造項和可現場使用產品的數據的設備，尤其涉及射頻發射設備，所述射頻發射設備發送或接收物理測量、統計或清單數據，這些數據通過這些設備被嵌入軸承。作為選擇，發送數據的射頻發射設備包括通過所述射頻發射設備反應所述軸承的某些工作情況的適當傳感器。另外計劃，裝配了本發明的射頻發射設備的軸承可選擇地具有唯一標誌，例如序號或其它識別號碼，用於校驗所述軸承的可靠性。
軸承的用戶優選基於永久或可拆卸地附著於所述軸承上的接頭使用用於獲取與單個軸承相關的製造數據的自動識別與數據獲取(AIDC)設備。例如，通過編碼所述軸承的物理特性到射頻(RF)接頭中，所述軸承的用戶通過使用接收機或閱讀器可接收該特殊軸承所特定的物理數據。所述數據由微處理器控制設備處理，例如計算機、PDA或其它本領域眾所周知的設備。因此，用戶無需測量所述軸承的所需物理特性，而是基於通過RF接頭從製造商得到的數據對所述軸承做出修改或調整。
圖1是現有技術軸承的部件分解圖；圖2是本發明的實施例的部件分解圖，其中軸承內嵌入RF接頭；圖3是軸承的端壁的局部放大圖，所述軸承內形成暗箱，而且在所述暗箱內容納RF接頭；圖4是沿著圖3的線4-4得到的橫截面圖，但僅僅示出了分離的RF接頭；圖5是本發明的RFID接頭的框圖，以及圖6是本發明的RFID系統的框圖。
在所有附圖中，對應的參考符號指示對應部分。
具體實施例方式
參照圖1，現有技術軸承2具有圓錐形內座圈3，杯形外座圈5，置於內座圈3與外座圈5之間的錐形滾筒形滾動體7，以及在相鄰滾筒7之間保持適當間隔的夾圈8。內座圈3與外座圈5的中心分別位於軸X上，軸X是軸承2的旋轉軸。內座圈3的端面9位於與軸X垂直的平面上，並在所述座圈上形成若干外表面中的一個。
自動識別與數據獲取(AIDC)是用於描述不使用鍵盤直接輸入數據到計算機系統、可編程邏輯控制器(PLC)或其它微處理器控制設備的技術術語。
本發明使用與軸承相關，優選附著到軸承，更優選永久附著到軸承的AIDC設備，以藉助與軸承的製造相關的值(即，軸承的真實尺寸)；軸承的識別(即，軸承的序號)；或與軸承相關的檢查與維護(最後一次上油日期、重新研磨日期等)；情況監控(即，最高暴露溫度、可達到的最大旋轉速度等)；以及清單信息來編碼軸承。
AIDC設備具有磁性裝置，所述磁性裝置包括接觸存儲器、磁條卡和卡閱讀器；光學裝置，所述光學裝置包括諸如條碼閱讀器的機器可視系統以及諸如線性、二維和三維矩陣條碼的條碼；以及電磁裝置，所述電磁裝置包括存儲型和智能型以及接觸和非接觸型智慧卡(也稱為「晶片卡」，或「集成電路卡」)，包括有源和無源類型的射頻識別(RFID)閱讀器和接頭。這些實例僅僅是示例性的，並非用於限制本發明範圍。所述AIDC設備是可讀機器，所述閱讀器包括用以顯示所述AIDC設備上包含的信息的輸出端或顯示器。可以理解的是，AIDC系統包括與諸如軸承的產品相關的AIDC設備，以及用於閱讀所述AIDC設備並顯示所述AIDC設備上包含的信息的閱讀器。
現在參照圖2，本發明的軸承12具有圓錐形內座圈13，杯形外座圈15，錐形滾筒形滾動體17，以及在相鄰滾筒17之間保持適當間隔的夾圈18。儘管本發明被示為錐形滾筒軸承的一部分，但本發明還可與任何類型的軸承結合。內座圈13和外座圈15的中心分別位於軸X』上，軸X』是軸承12的旋轉軸。內座圈13端面19位於與軸X』垂直的平面上。在內座圈13的端面19內形成槽或暗箱21。暗箱21定義第一邊23、第二邊24、第三邊25和第四邊26。暗箱21凹進足以容納適當的RF接頭28的深度D(圖4)，以便RF接頭28的上表面29被放置在內座圈13的端面19的表面上或之下。暗箱21的形成可與內座圈13的製造同一時候，或利用尖的工具或其它適當的加工或成型設備在現有內座圈內形成。此外，暗箱21也可在其它表面上形成。例如，暗箱21可在軸承杯或外座圈15的外表面上形成。
現在參照圖2-4，在本發明的優選實施例中，適當的發射機應答器，優選射頻識別(RFID)接頭28被固定在暗箱21內。在該優選實施例中，RFID接頭28是通常被稱為「棺材」接頭的接頭，這歸因於其獨特形狀，並且調整暗箱21的大小與形狀以容納所述RFID接頭。但是，可能基於信息的便利、空間考慮、所使用RF接頭的類型與形狀等以任何適當形狀形成暗箱21。應當理解的是，其它形狀與大小的接頭也可用於本發明的實踐中，而且優選的棺材接頭僅僅是示例性的。RFID接頭28可以通過任何可接受方法固定在暗箱21內，所述方法包括例如封裝、粘貼或夾住。優選RFID接頭28被封裝在暗箱21內足夠深度，以使RFID接頭28固定在內座圈13的表面19處或下面位置。此外，暗箱21的大小應當在RFID接頭與暗箱壁之間留出一些間隙(即，大約1/16」)，以有助於RF信號從所述暗箱出去。
現在參照圖5，優選的RFID接頭28具有機殼或外殼30以及非易失性存儲晶片32，優選電擦除可編程讀/寫存儲晶片(EEPROM)。
所有類型的RFID系統的顯著優點是非接觸、非視距的技術特徵。可通過諸如雪、霧、冰、油漆、油脂等各種物質以及其它可視和在環境上有挑戰性的條件來讀取RF接頭，在此條形碼或其它光讀取技術也可考慮。還可在複雜情況下以顯著速度讀取RFID接頭，在多數情況下在不到100毫秒的時間內做出響應，這取決於所存儲的數據量。
RFID技術的發展將會繼續帶來更大的存儲容量、更寬的讀取範圍以及更快的處理。
RFID接頭被劃分為有源或無源。正如此處所使用的，術語發射機應答器被指定描述有源和無源接頭。有源RFID接頭由內部電源或電池提供動力，而且通常是讀/寫接頭，換言之，接頭數據可被重寫和/或修改。有源接頭的存儲器大小根據應用要求變化；與無源接頭相比，有源接頭可用的存儲器空間較大。與無源接頭相比，有源接頭還提供更長的傳輸距離。有源接頭的電池供電電源通常給予其更長的讀取範圍。但同時導致尺寸較大、成本更高和使用壽命有限(最長可能使用10年，這取決於工作溫度、電池類型、頻率和檢索的數據量)。
無源RFID接頭的操作不帶獨立外部電源，其獲得從閱讀器產生的工作功率。無源接頭因而比有源接頭更輕、更小、更便宜，而且提供實際上無限的使用壽命。無源接頭的缺點是，無源接頭比有源接頭讀取範圍窄，並需要更大功率的閱讀器。只讀接頭通常是無源的，並被以唯一的一組數據(通常為32至128位)編程，這組數據有時是無法被修改的。只讀接頭對有限的數據量有用，例如序列號或少量物理特性的識別。有些無源接頭是可讀/寫的。在本發明的實踐中優選這些讀/寫無源接頭以實現編碼RFID接頭的檢查、維護和情況信息。
參照圖5，在本發明的優選實施例中，電池蓋35與EEPROM晶片32相關。提供天線36，優選鐵氧體線圈天線。這種布置使得數據被存儲在RFID接頭28內，所述數據包括產品識別、製造測量。此外，軸承在使用一段時間之後有時會被重新打磨。RFID接頭28可能存儲關於這種重新打磨的信息，並且可能包含在這次重新打磨之後進行的附加測量。作為選擇，可向軸承中加入傳感器，或者作為RFID接頭的一部分，或者作為與RFID接頭相關的獨立元件。所述傳感器可持續或以預定間隔確定工作條件，並可能選擇性地記錄所述軸承暴露在其下的工作條件。工作條件的實例是當前的軸承溫度、負載、振動等。在詢問所述接頭時，所述接頭髮送對應於所測量的軸承工作條件的軸承工作值。此外，清單信息也可存儲在所述RFID接頭內。
現在參照圖6，本發明的RFID系統S包括五個部分讀/寫器天線或線圈40；包括解碼器和接口44的收發信機42；計算機46；以製造信息電子編程的發射機應答器28(此處被稱為RF接頭)；以及容納RFID接頭28的軸承12。天線40發射無線電信號，以激活所述接頭28讀取存儲在所述接頭上的數據。所述天線40是接頭28與收發信機42之間的鏈路，其控制系統的數據捕獲與通信。各種形狀和大小的天線都是可用的，該示例性實例應當被理解為可與任何適當天線互換。
當持續期望多個接頭時，所述天線40產生的電磁場41可持續存在。作為選擇，如果無需持續詢問，則電磁場41可由傳感器設備(未顯示)激活。
優選天線40與收發信機42和解碼器一起封裝，以形成閱讀器43，有時被稱為詢問器，其可被配置為手持設備或固定安裝的設備。閱讀器43發射無線電波41，其範圍可從一英寸到100英尺或更多的任何地方，這取決於閱讀器的功率輸出和所使用的射頻。當所述RFID接頭28通過電磁區41時，其檢測閱讀器43的激活信號，並將其數據發送到閱讀器43。閱讀器43將在所述接頭的集成電路(矽片)內編碼的數據解碼，所述數據通過接口44被傳送到主機46用於處理。
軸承的用戶因而可使用可接受的詢問器通過從所述軸承內包含的嵌入式接頭「讀取」信息，得到特定軸承的特定物理測量或歷史狀態。
在單詞「近似」或「大約」與尺寸、測量或比例結合使用的情況下，所述單詞的意思是包括尺寸、測量或比例的任何一邊的10％界限。因此術語「近似1」或「大約1」表示從0.9到1.1。
根據前面的描述本領域的技術人員將想到各種改變。例如，可能採用在本領域內已知或將在本領域內研發的可選AIDC方法。儘管在所示的示例性實例中所述暗箱21被示為內座圈上，但應當理解的是，依據所述軸承的類型，所述暗箱21也可在所述軸承的其它外表面上形成。此外，除了該示例性的減摩軸承之外，其它製成品也可用於本發明的實踐中。所述發射機應答器可以被附著到所述軸承，但也可由所述軸承的用戶移走，這使得所述接頭的位置並不重要。例如，所述接頭可被附加到夾圈；或其可能被粘貼、以螺絲擰或以別的方式固定到所述軸承的內部、非接觸表面上，例如大的(或推進)肋條或外座圈等的外徑表面。所述發射機應答器可能被僅僅以序號編碼，從而使得所述序號與唯一軸承的識別以及包含該特定軸承的物理特性的資料庫相關。這些實例僅僅是示例性的。
權利要求
1.一種軸承，具有內座圈、外座圈、置於所述內座圈與所述外座圈之間的多個滾動體，以及在所述滾動體之間保持期望間距的夾圈；改進之處包括在所述軸承的表面上形成的槽以及在所述槽內容納的自持發射機應答器部件；所述發射機應答器部件包含包括所述發射機應答器部件的所述單個軸承所特有的數據；所述自持發射機應答器部件包括外殼、其上編碼所述數據的存儲器晶片、能夠檢測電磁信號的天線，所述存儲器晶片和天線包含在所述發射機應答器部件外殼內；所述發射機應答器部件和所述軸承槽的尺寸被設置成所述發射機應答器外殼的上表面不會伸出所述軸承表面。
2.權利要求1的軸承，其中從一個組合中選出所述數據，所述組合基本上包括特定於所述軸承的至少一種已測量物理特性、產品識別數據、檢查與維護數據、情況監控數據、清單信息數據以及它們的組合。
3.權利要求1的軸承，其中所述發射機應答器是RF接頭。
4.權利要求2的軸承，其中所述RF接頭包括EEPROM晶片。
5.權利要求4的軸承，其中所述RF接頭還包括電源。
6.權利要求5的軸承，其中內部形成所述槽的所述軸承的所述表面是所述軸承的外表面。
7.權利要求1的軸承，其中所述存儲器晶片是可再寫的存儲器晶片，而且所述晶片上的信息可由用戶或製造商更新或修改。
8.一種軸承與自持AIDC設備的組合，所述軸承包括內座圈、外座圈、置於所述內座圈與外座圈之間的多個滾動體，以及在所述滾動體之間保持期望間距的夾圈；所述軸承還包括表面以及在所述表面上形成的槽；所述自持AIDC設備包括存儲器晶片和天線，並被完全容納到所述槽內，所述槽的大小被設置成所述AIDC設備不會伸出所述表面；所述AIDC設備包括與所述軸承的製造相關的信息。
9.權利要求8的軸承，其中所述AIDC設備是發射機應答器。
10.權利要求8的軸承，其中所述發射機應答器是RF接頭。
11.權利要求8的軸承，其中與所述單個軸承相關的所述信息是所述單個軸承的物理特性。
12.權利要求11的軸承，其中與所述單個軸承相關的所述信息包括在製造所述軸承期間進行的測量。
13.權利要求11的軸承，其中與所述單個軸承相關的信息值包括維護記錄。
14.權利要求13的軸承，其中所述維護記錄包括所述軸承的最後一次確定的上油。
15.權利要求12的軸承，其中與所述軸承相關的所述信息還包括識別號。
16.權利要求12的軸承，其中與所述單個軸承相關的所述信息還包括所述軸承的測量工作值。
17.權利要求16的軸承，其中所述測量工作值是從一個組合中選出的，所述組合基本上包括軸承溫度、可達到的最高溫度、所記錄的最大振動、累積轉數，以及它們的組合。
18.一種用於將軸承的製造信息傳遞給所述軸承的用戶的方法製造表面上有槽的軸承；獲取與所述軸承相關的物理數據；將自持AIDC設備置於所述軸承槽內，所述軸承槽的大小被設置成所述AIDC設備不會伸出所述軸承表面，所述自持AIDC設備包括存儲器晶片以及用於所述AIDC設備的天線；在所述存儲器晶片內編碼所述獲取的物理數據；所述數據可由所述軸承的用戶讀取，以通過使所述軸承穿過電磁場來接收和解釋與所述軸承相關的製造數據。
19.權利要求18的方法，其中所述編碼數據是序號。
20.權利要求18的方法，其中所述編碼數據由計算機解釋。
21.權利要求20的方法，其中所述計算機由所述產品的用戶操作。
22.權利要求20的方法，其中所述數據包括所述產品的至少一個物理測量。
23.權利要求20的方法，其中所述數據包括維護數據。
24.權利要求20的方法，其中所述數據還包括鑑權碼。
25.權利要求20的方法，其中所述數據還包括所監控的工作情況。
全文摘要
本發明公開了一種產品(12)，其具有與所述產品的物理測量、鑑權碼或工作情況相關的自動識別與數據獲取(AIDC)設備(28)。本發明示例性地描述了一種帶有嵌入式發射機應答器(28)的軸承(12)。所述發射機應答器(28)包括該製造的軸承所特有的數據，如物理測量或識別號碼。
文檔編號G06K19/07GK1514989SQ02811712
公開日2004年7月21日 申請日期2002年6月10日 優先權日2001年6月11日
發明者凱文·E·瑞弗斯, 凱文 E 瑞弗斯, 斯 H 史密斯, 道格拉斯·H·史密斯 申請人:蒂姆肯公司