本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2012年8月29日、進(jìn)入中國(guó)國(guó)家階段日為2014年2月28日、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?01280042694.4且發(fā)明名稱為“金屬齒檢測(cè)和定位”的pct發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及重型機(jī)械齒的檢測(cè)和定位，更具體地，涉及使用射頻識(shí)別(rfid)標(biāo)簽以確定何時(shí)金屬齒不再位于重型機(jī)械的鏟斗上。

背景技術(shù)：

重型機(jī)械(例如，挖掘設(shè)備諸如拉鏟挖掘機(jī)和鏟車(chē))在其鏟斗設(shè)計(jì)中利用鋼齒。基于下述幾個(gè)原因使用所述齒：所述齒提供了當(dāng)挖掘到泥土中時(shí)較小的表面積點(diǎn)，從而有助于破碎泥土，并且從而與鏟斗自身的較大表面積相比需要更少的力。此外，所述齒提供可易于更換的磨損點(diǎn)，該可易于更換的磨損點(diǎn)防止鏟斗自身磨損。然而，當(dāng)齒磨損時(shí)，目前還沒(méi)有方法在無(wú)需物理拆下所述齒的情況下測(cè)量磨損。

當(dāng)所述齒磨損時(shí)，其通常會(huì)脫落。當(dāng)前檢測(cè)齒何時(shí)脫落的方法是昂貴的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，該機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)注視鏟斗并且檢測(cè)齒何時(shí)不見(jiàn)。實(shí)現(xiàn)所述系統(tǒng)是非常昂貴的，并且僅使操作員知道所述齒已經(jīng)不見(jiàn)，而不知道所述齒在哪。一旦工作人員注意到齒不見(jiàn)，他們就拖走平均十貨車(chē)的物料，希望定位和分離出掉落的齒。如果他們不能定位該齒，那么該齒可能最終到達(dá)破碎機(jī)中。此外，該齒可能被卡在破碎機(jī)中并從破碎機(jī)排出，從而可能損害其他設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種重型機(jī)械齒的檢測(cè)方法。所述方法包括將rfid標(biāo)簽聯(lián)接到重型機(jī)械齒，以及設(shè)置rfid讀取器以讀取rfid標(biāo)簽。rfid讀取器提供重型機(jī)械齒被與重型機(jī)械分離的指示。

在其他實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種重型機(jī)械齒監(jiān)控系統(tǒng)，該重型機(jī)械齒監(jiān)控系統(tǒng)包括：重型機(jī)械齒，該重型機(jī)械齒構(gòu)造成安裝在重型機(jī)械的鏟斗上；有源rfid標(biāo)簽，該有源rfid標(biāo)簽聯(lián)接到所述齒；以及rfid讀取器，該rfid讀取器構(gòu)造成從rfid標(biāo)簽讀取數(shù)據(jù)。

通過(guò)考慮詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的其他方面將變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1是示例性鏟車(chē)的側(cè)視圖。

圖2a和2b示出了示例性挖掘地點(diǎn)的操作。

圖3是包括rfid標(biāo)簽的鏟斗齒的構(gòu)造的分解視圖。

圖4是圖3的鏟斗齒的另一視圖。

圖5是圖3的鏟斗齒的剖視圖。

圖6是包括rfid標(biāo)簽的鏟斗齒的另一構(gòu)造的平面圖。

圖7是包括rfid標(biāo)簽的鏟斗齒的第三構(gòu)造的多個(gè)視圖。

圖8是用于將rfid標(biāo)簽插入到圖7的鏟斗齒中的陶瓷塞的構(gòu)造的平面圖。

圖9是磨損檢測(cè)電路的示意圖。

具體實(shí)施方式

在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的任何實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的應(yīng)用不限于在以下描述中提出或在以下附圖中示出的構(gòu)造的細(xì)節(jié)和部件的布置。本發(fā)明能夠具有其他實(shí)施例，并且能夠以各種方式執(zhí)行或?qū)嵤?/p>

在行業(yè)諸如采礦業(yè)和建筑業(yè)中使用重型機(jī)械以移動(dòng)大量的泥土。一些重型機(jī)械(例如，電鏟車(chē))包括用于鏟起泥土的鏟斗。鏟斗通常包括多個(gè)齒，以有助于敲碎泥土并且使得較容易地將泥土裝到鏟斗中。

圖1示出了用于露天開(kāi)采應(yīng)用的示例性電鏟車(chē)100。電鏟車(chē)100包括移動(dòng)基部105，該移動(dòng)基部105被支撐在驅(qū)動(dòng)履帶110上。移動(dòng)基部105支撐轉(zhuǎn)盤(pán)115和機(jī)械平臺(tái)120。轉(zhuǎn)盤(pán)115允許機(jī)械平臺(tái)120相對(duì)于基部105進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)。

吊桿125在130處以可樞轉(zhuǎn)的方式連接到機(jī)械平臺(tái)120。通過(guò)以張力纜線135為形式的支架或機(jī)架，保持吊桿125相對(duì)于平臺(tái)向上且向外延伸，該張力纜線135被錨固到在剛性地安裝在機(jī)械平臺(tái)120上的撐桿結(jié)構(gòu)(staystructure)145的后撐桿140。

挖斗或鏟斗150包括多個(gè)齒152，并且該鏟斗150通過(guò)柔性提升繩或纜線155而被從滑輪或槽輪160懸掛，提升繩被錨固到安裝在機(jī)械平臺(tái)120上的絞盤(pán)滾筒165。隨著絞盤(pán)滾筒旋轉(zhuǎn)，放出或拉入提升繩155，從而降低或升高挖斗150。吊桿滑輪160引導(dǎo)提升繩155中的張力以筆直向上地拉動(dòng)鏟車(chē)挖斗150，從而產(chǎn)生有效的挖掘力，以此來(lái)開(kāi)挖物料堆。鏟斗150具有臂或柄部170，該臂或柄部170剛性地附接到挖斗150，其中鏟斗臂170被以可滑動(dòng)的方式支撐在鞍座塊175中，該鞍座塊175在180處以可樞轉(zhuǎn)的方式安裝在吊桿125上。鏟斗臂170具有形成在鏟斗臂170上的齒條齒(未示出)，該齒條齒嚙合安裝在鞍座塊175中的驅(qū)動(dòng)小齒輪或推壓大軸(未示出)。通過(guò)電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)單元185驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)小齒輪，以實(shí)現(xiàn)鏟斗臂170相對(duì)于鞍座塊175的延伸或縮回。

鏟車(chē)吊桿125在尺寸、形狀和重量上是主結(jié)構(gòu)部件。鏟車(chē)吊桿125的主要目的是將吊桿滑輪160保持在有利位置中，用于有效地升起鏟斗通過(guò)物料堆。吊桿125的另一個(gè)主要目的是將推壓大軸安裝在足夠的高度處和在距鏟車(chē)100的旋轉(zhuǎn)中心線的向外半徑處。推壓大軸給鏟車(chē)柄部提供動(dòng)力以使挖斗150延伸和縮回。電鏟車(chē)挖掘附接部分的這兩個(gè)特征使得鏟車(chē)獨(dú)特地勝任于安全地到達(dá)和挖掘遠(yuǎn)離鏟車(chē)的高物料堆形成。就這一點(diǎn)而言，鏟車(chē)能夠在不推進(jìn)得較靠近物料堆的情況下一次達(dá)到很大體積的物料。

鏟斗齒152以可移除的方式附接到鏟斗150。這使得能夠容易地更換損壞或磨損的齒152。然而，這導(dǎo)致齒152偶爾從鏟斗150斷裂或脫落。在一些情況下，齒152會(huì)從鏟斗150斷裂/脫落并且最終到達(dá)正被開(kāi)采的泥土中(即在鏟斗150中)。當(dāng)鏟斗150中的泥土堆積在卡車(chē)中時(shí)，齒152也進(jìn)入卡車(chē)中。通常將卡車(chē)中的泥土帶到破碎機(jī)以被破碎。當(dāng)卡車(chē)倒空其容納物到破碎機(jī)中時(shí)，齒152也進(jìn)入破碎機(jī)中，從而齒152可能損壞破碎機(jī)，齒152從破碎機(jī)排出且損壞其他設(shè)備，或齒152在破碎機(jī)中被損壞。

圖2a和2b示出了典型的挖掘操作。鏟車(chē)100利用其鏟斗150采掘泥土200，并且將泥土200傾卸到卡車(chē)205中。一旦卡車(chē)205裝滿，卡車(chē)205就將泥土200帶到(例如，在挖掘地點(diǎn)或遠(yuǎn)離挖掘地點(diǎn)處的)另一個(gè)位置。在一些操作中，卡車(chē)205將泥土200帶到破碎機(jī)210中。卡車(chē)205將泥土200堆積在輸送帶215上，輸送帶215將泥土200供給到將泥土200破碎成小部分220的破碎機(jī)210中。

本發(fā)明使用嵌入或附接到重型機(jī)械鏟斗的金屬齒152的有源rfid標(biāo)簽，以能夠檢測(cè)從鏟斗150不見(jiàn)的齒152。

本發(fā)明使用位于結(jié)構(gòu)(例如，出口門(mén))上的rfid讀取器225，卡車(chē)205在裝滿后經(jīng)過(guò)該結(jié)構(gòu)。rfid讀取器225檢查rfid標(biāo)簽是否在該結(jié)構(gòu)的附近經(jīng)過(guò)。如果檢測(cè)到rfid標(biāo)簽，則能夠觸發(fā)警報(bào)從而使得能夠搜查卡車(chē)205以確定檢測(cè)到的rfid標(biāo)簽和相應(yīng)的齒152是否處于卡車(chē)205的車(chē)廂中。如果包含rfid標(biāo)簽的齒152已經(jīng)從鏟斗150上斷裂/脫落并位于卡車(chē)205中，那么可以在該齒152離開(kāi)場(chǎng)地或被堆積在破碎機(jī)210中之前找到該齒152。優(yōu)選地，rfid讀取器225被足夠遠(yuǎn)離鏟斗150地布置，使得讀取器225不檢測(cè)在鏟斗150上仍然位于適當(dāng)位置處的齒152中的rfid標(biāo)簽。

此外，rfid讀取器230可以設(shè)置在破碎機(jī)210的入口之前，以在齒152進(jìn)入破碎機(jī)210之前檢測(cè)齒152上的rfid標(biāo)簽(例如，讀取器230可以設(shè)置在向破碎機(jī)210進(jìn)給的輸送帶215上)。同樣，如果讀取器230檢測(cè)到rfid標(biāo)簽，那么觸發(fā)警報(bào)并且停止輸送帶215和/或破碎機(jī)210，從而使得能夠在進(jìn)入破碎機(jī)210之前定位齒152。

在齒152中的rfid標(biāo)簽可以包括識(shí)別齒152的信息。例如，rfid標(biāo)簽?zāi)軌虮粚?xiě)入數(shù)據(jù)，例如但不限于：序列號(hào)、產(chǎn)地、生產(chǎn)日期等。該存儲(chǔ)的信息可以使得使用者能夠快速地確定齒152來(lái)自哪里，以促使較快地修復(fù)鏟斗150或送回齒152。

在一些實(shí)施例中，在重型機(jī)械100自身中包括rfid讀取器235(參見(jiàn)圖1)。讀取器235讀取位于機(jī)械100上的所有rfid標(biāo)簽，包括齒152上的標(biāo)簽。控制器或計(jì)算機(jī)接收來(lái)自讀取器235的關(guān)于檢測(cè)到的標(biāo)簽的信息。然后，控制器向使用者提供診斷信息。該信息可以包括何時(shí)安裝了齒152、齒152已經(jīng)操作了多少個(gè)小時(shí)等。此外，如果齒152斷裂/脫落，則計(jì)算機(jī)向使用者警告這種情況，從而使得能夠快速地找到或更換不見(jiàn)的齒152。

在一些實(shí)施例中，在rfid標(biāo)簽中包括附加電路，以確定齒的磨損量，從而能夠在齒故障之前實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)。

在一些實(shí)施例中，當(dāng)齒152安裝到鏟斗150時(shí)，rfid標(biāo)簽300是失諧的。當(dāng)齒152從鏟斗150斷裂/脫落時(shí)，rfid標(biāo)簽300的信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)。讀取器235檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度的增強(qiáng)，并且確定齒152已經(jīng)從鏟斗150斷裂/脫落。

圖3-5示出了重型機(jī)械鏟斗齒152的視圖。齒152包括裝入陶瓷外殼305中的有源rfid標(biāo)簽300，然后陶瓷外殼305裝入鋼制品310中。在陶瓷外殼305中還可以包括分離的控制電路，以當(dāng)運(yùn)送或安裝齒152時(shí)啟動(dòng)rfid標(biāo)簽300，從而節(jié)省電池電量且延長(zhǎng)rfid標(biāo)簽300的壽命。具有rfid標(biāo)簽300和任何其他電路的陶瓷外殼305置于模具中，將液態(tài)鋼澆注到該模具中以形成齒152。陶瓷外殼305保護(hù)rfid標(biāo)簽300免受液態(tài)鋼的熱。rfid標(biāo)簽300被失諧，使得齒152的鋼制品將rfid300調(diào)諧到合適的頻率，從而將齒152用作天線。在一些實(shí)施例中，一旦在齒152中啟動(dòng)了標(biāo)簽300，rfid標(biāo)簽300中的調(diào)諧電路就調(diào)諧標(biāo)簽300。

圖6示出了重型機(jī)械鏟斗齒152的結(jié)合了rfid標(biāo)簽300的另一構(gòu)造。標(biāo)簽300安裝到齒152的端部600。端部600插入到安裝支架605中，并且齒152固定到安裝支架605。在該構(gòu)造中，rfid標(biāo)簽300利用安裝支架605和齒152的金屬，從而使用反向散射以增強(qiáng)rfid信號(hào)的強(qiáng)度。

圖7示出了重型機(jī)械鏟斗齒152的布置以接收rfid標(biāo)簽的構(gòu)造。齒152包括孔700，該孔700鉆入齒152的基部中。圓柱形rfid標(biāo)簽插入到孔700中。在一些構(gòu)造中，在rfid標(biāo)簽上放置陶瓷盤(pán)，并且將孔700焊接封閉。

圖8示出了用于插入圖7的齒152中的陶瓷塞800的構(gòu)造。陶瓷塞800封裝rfid標(biāo)簽和齒磨損檢測(cè)電路。四個(gè)探頭805、810、815、820延伸出陶瓷塞800。當(dāng)陶瓷塞800插入到齒152的孔700中時(shí)，探頭805-820均接觸齒152且因此電聯(lián)接到齒152。磨損檢測(cè)電路使用探頭805、810、815、820以電測(cè)試齒152，并且確定齒152的磨損。磨損檢測(cè)電路將與齒152的磨損有關(guān)的數(shù)據(jù)(例如，損失量、剩余使用壽命等)提供給rfid標(biāo)簽300。然后，rfid標(biāo)簽300將磨損信息(例如，經(jīng)由有線或無(wú)線連接)傳送到rfid讀取器(例如，在鏟車(chē)的駕駛室內(nèi)的rfid讀取器、到便攜式rfid讀取器等)。

圖9示出了用于確定齒152的磨損的磨損檢測(cè)電路900。電路900使用四點(diǎn)電阻法確定磨損。電源905產(chǎn)生施加到探頭805和820兩者的電流。通過(guò)電流換能器910檢測(cè)流過(guò)探頭805和820的電流。電路900的電壓換能器915檢測(cè)跨過(guò)另外兩個(gè)探頭810和815的電壓。通過(guò)使用檢測(cè)到的電流和電壓，電路900的微控制器920確定齒152的電阻。電阻基于齒152的材料成分、齒152的介電常數(shù)和齒152的尺寸而變化。隨著齒152磨損，齒152的電阻變化。因此，電阻的變化能夠用于確定齒152上的磨損。在一些實(shí)施例中，在rfid標(biāo)簽300中記錄初始電阻(即，當(dāng)齒152是新的時(shí))。此外，在一些實(shí)施例中，在rfid標(biāo)簽300中記錄其他的電阻測(cè)量(例如，預(yù)先確定的電阻)。

在所附權(quán)利要求中闡述本發(fā)明的各個(gè)特征和優(yōu)點(diǎn)。