專利名稱：利用微粒流體檢測蜂窩結(jié)構(gòu)體中的缺陷的方法、系統(tǒng)和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及微粒過濾器。更具體地講，本發(fā)明涉及利用微粒流體檢測 蜂窩式微粒過濾器中的缺陷的方法和裝置。
背景技術(shù)：
壁流蜂窩式過濾器被用于除去流體(比如廢氣流)中的固體微粒。圖l示 出了典型的現(xiàn)有技術(shù)壁流蜂窩式過濾器100。蜂窩式過濾器100具有輸入端 面102;輸出端面104;以及互連多孔壁106的陣列，該陣列從輸入端面102 縱向地延伸到輸出端面104?；ミB多孔壁106形成了輸入單元108和輸出單元 110的柵格。在輸出單元110與輸入端面102鄰接之處用塞子112使輸出單元 110閉合，而在它們與輸出端面104鄰接之處則打開。相反，在輸入單元108 與輸出端面104鄰接之處用塞子(未示出)使輸入單元108閉合，而在它們與 輸入端面102鄰接之處則打開。這種過濾器IOO通常被包括在剛性外殼(未示 出)中。被引至蜂窩式過濾器100的輸入端面102處的流體進(jìn)入輸入單元108， 流過互連多孔壁106并且進(jìn)入輸出單元110，并且在輸出端面104處從蜂窩式 過濾器100中出來。在典型的單元結(jié)構(gòu)中，每一個輸入單元108都在一個或多個邊上與輸出單 元110鄰接，反之亦然。輸入單元108和輸出單元110可以具有圖1所示的正 方形橫截面，或者可以具有其它單元幾何結(jié)構(gòu)，比如矩形、三角形、六邊形、 八邊形等。內(nèi)燃機(jī)微粒過濾器通常都由陶瓷材料制成，比如堇青石、鈦酸鋁、或碳化硅。對于內(nèi)燃機(jī)微粒過濾而言，其蜂窩密度介于約10 300個單元/平方英寸即約1.5 46.5個單元/平方厘米(更典型的是介于約100 200個單元/平 方英寸即約15.5 31個單元/平方厘米)之間的蜂窩式過濾器被視為可用于在 緊湊的結(jié)構(gòu)中提供足夠大的薄壁表面面積。壁厚度可以從用于提供結(jié)構(gòu)完整性 的最小尺寸約0.002英寸即0.05毫米起變得更大，但是通常都小于會使過濾體 積達(dá)到最小的約0.060英寸即1.5毫米。對于像堇青石、鈦酸鋁和碳化硅等陶 瓷材料而言，在較佳的蜂窩密度處，最常選擇約0.010 0.030英寸即0.25 0.76 毫米的范圍。當(dāng)微粒(比如廢氣中的煙灰)流過蜂窩式過濾器100的互連多孔壁106時， 該流體中的一部分微粒便留在了互連多孔壁106上或其中。在過濾該流體中的 微粒的過程中，蜂窩式過濾器100的效率與互連多孔壁106的效用有關(guān)。在使 用具有上述特性的蜂窩式過濾器的情況下，按微粒的重量計算，可以實現(xiàn)高達(dá) 或超過90%的過濾效率。然而，蜂窩式過濾器的過濾效率或完整性可能因制造 缺陷(比如孔、裂口、或裂縫)而大打折扣。這種缺陷允許流體穿過過濾器卻 沒有進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^濾。由此，在應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)微粒過濾的蜂窩式過濾器的生產(chǎn) 過程中，可能期望能對蜂窩式過濾器進(jìn)行測試，看看有沒有會影響過濾效率的 缺陷?？梢詫z測到缺陷的蜂窩式過濾器進(jìn)行維修，或者若不可維修，則將其 丟棄。美國專利申請公報2003/0112437 (Enomoto等人)揭示了一種利用微粒(比 如煙)來檢測內(nèi)燃機(jī)微粒過濾器中的缺陷的方法。該方法包括產(chǎn)生微粒并將它 們引至過濾器的輸入端面使得這些微粒進(jìn)入該過濾器。有缺陷的單元很容易讓 其內(nèi)部的微粒流入相鄰的單元或者流過有缺陷的塞子。由此，在蜂窩式過濾器 的輸出端面處，出現(xiàn)了大量來自有缺陷的單元/塞子且通常較大的微粒。設(shè)置一 光源(比如激光源)以發(fā)射光線，使得該光線穿過該過濾器的附近區(qū)域以便照 射從中出現(xiàn)的那些微粒。在過濾器上方安裝一照相機(jī)，以便對與上述光線相交 的微粒所產(chǎn)生的反射光束拍照。所拍圖像中較明亮的斑點對應(yīng)于含缺陷的單元 虔子。Enomoto等人在其圖1中揭示了用于向過濾器20的輸入端面提供微粒的 微粒入口 6。該微粒入口6是一個管子，其尺寸與過濾器相同并且與過濾器軸向?qū)?zhǔn)。當(dāng)微粒流過該管子時，相對于管心處的微粒流體的流動而言管壁附近 的微粒流體的流動可能會被延遲，這是因流體流動現(xiàn)象導(dǎo)致的，由此有可能導(dǎo) 致更靠近蜂窩式過濾器外圍的那些單元所接收到的微粒少于離過濾器外圍更 遠(yuǎn)的那些單元所接收到的微粒。在測試期間，有缺陷的單元對流動的阻力更低， 每單位時間內(nèi)它們允許更多的微粒以及更大的微粒穿過其中，由此提供了一種 指示(如在激光和微粒之間那樣)。如果有缺陷的單元中缺乏流體流動且由此 缺少輸入端面處的微粒，則相對于并非如此缺乏的那些單元而言這種有缺陷的 單元所產(chǎn)生的斑點指示的亮度將減弱。相應(yīng)地，這種單元將因其缺乏微粒流動 而不指示缺陷(或指示得不明顯)，雖然它確實是有缺陷的單元。據(jù)此，期望避免測試結(jié)果含糊不清，特別是在被測蜂窩式過濾器的外圍或 其附近的測試結(jié)果含糊不清。發(fā)明內(nèi)容在一個方面中，本發(fā)明是一種用于檢測蜂窩結(jié)構(gòu)體中的缺陷的系統(tǒng)，它包 括夾具，適于固定蜂窩結(jié)構(gòu)體；微粒流體源；管子，用于在微粒流體源和蜂 窩結(jié)構(gòu)體的第一端面之間限定一條用于微粒流體的流動路徑；以及流動矯直裝 置，它包括設(shè)置在該流動路徑中的多個葉片。當(dāng)蜂窩結(jié)構(gòu)體的第二端面處出現(xiàn) 微粒流體時，可以通過照明來檢測出現(xiàn)的微粒流體以便標(biāo)識蜂窩結(jié)構(gòu)體中的缺 陷(壁或塞子中的缺陷)。設(shè)置在流動路徑中的流動矯直裝置使管子對其中流 動著的微粒流體的邊界層影響達(dá)到最小。如本文所示，術(shù)語"微粒流體"是指 固體或液體微粒在氣體介質(zhì)中的懸浮狀況。較佳地，微粒流體是包括水粒子的 霧。根據(jù)另一方面，本發(fā)明是一種用于在蜂窩結(jié)構(gòu)體的端面上施加微粒流體的 裝置，該裝置包括微粒流體源，它具有帶有內(nèi)部空腔的外殼以及用于產(chǎn)生微 粒流體的微粒發(fā)生器；管子，它被設(shè)置在外殼中并具有連到內(nèi)部空腔的第一端 口和連到外殼外部的第二端口，其中壓力差將微粒流體驅(qū)動到管子中；以及流 動矯直裝置，它包括設(shè)置在該管子中的多個流動葉片。在另一方面，本發(fā)明是一種用于檢測蜂窩結(jié)構(gòu)體中的缺陷的方法，并且包 括如下步驟向蜂窩結(jié)構(gòu)體的第一端面提供其速度分布基本上均勻的微粒流體的流動；以及檢測蜂窩結(jié)構(gòu)體的第二端面處出現(xiàn)的微粒以便標(biāo)識有缺陷的單 元。較佳地，該檢測步驟包括照射這些粒子。接下來，最好對被照射的粒子進(jìn) 行成像。根據(jù)下面的附圖、詳細(xì)描述以及所附的權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征和 優(yōu)點將變得很明顯。


圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的壁流蜂窩式過濾器的立體圖。圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式一種用于檢測蜂窩結(jié)構(gòu)體中的缺陷的 系統(tǒng)裝置的部分橫截面圖。圖2B是示出了在蜂窩結(jié)構(gòu)體中從有缺陷的單元(塞子或壁缺陷)中出現(xiàn) 的微粒的部分立體圖。圖3是圖2A的蜂窩結(jié)構(gòu)體的橫截面圖。圖4A是圖2A的流動矯直裝置的一種配置的側(cè)視圖。圖4B-4E是圖2A的流動矯直裝置的備選配置的部分側(cè)視圖。圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)裝置的非均勻流速分布。圖6是一部分橫截面圖示，示出了本發(fā)明的基本上均勻的流速分布。圖7是一底部橫截面視圖，示出了本發(fā)明的微粒發(fā)生器的一個實施方式。
具體實施方式
如附圖所示，將參照一些較佳實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。在下面的 描述中，闡明了大量具體的細(xì)節(jié)以便透徹地理解本發(fā)明。然而，對于本領(lǐng)域的 技術(shù)人員而言，很明顯，在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下也可以實現(xiàn)本發(fā)明。在 其它實例中，為了凸顯本發(fā)明，沒有詳細(xì)描述一些公知的特征和/或過程步驟。 參照下面的附圖、討論以及權(quán)利要求書，可以更好地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點。本發(fā)明的裝置實施方式提供了一種用于檢測蜂窩結(jié)構(gòu)體(比如內(nèi)燃機(jī)微粒 過濾器)中的缺陷的系統(tǒng)，該蜂窩結(jié)構(gòu)體所具有的單元(或通道)是選擇性末 端塞住的。該蜂窩結(jié)構(gòu)體的內(nèi)壁和塞子最好是多孔的。由此，最好測試這些多 孔壁和塞子以檢查是否有缺陷，因為任何缺陷都可能是有害的。該系統(tǒng)包括一裝置，在蜂窩結(jié)構(gòu)體的第一端面上該裝置基本上均勻地施加一定流速分布的微 粒流體，由此能可靠地檢測到穿過該蜂窩結(jié)構(gòu)體的缺陷。本發(fā)明的發(fā)明人曾認(rèn)識到，檢測技術(shù)的準(zhǔn)確性至少部分取決于被提供到蜂 窩結(jié)構(gòu)體端面處的微粒的連貫性和均勻性。特別是，本發(fā)明解決了用現(xiàn)有技術(shù)裝置向過濾器300提供非均勻的流動分布114的問題(參照圖5)，美國專利 申請公報2003/0112437對此進(jìn)行了描述。通常，如圖6所示，本發(fā)明的裝置在 蜂窩結(jié)構(gòu)體300的第一端面302上給出具有基本上均勻的流速分布419的微粒 流體(參照圖6)-這些等長的箭頭用于指明在蜂窩結(jié)構(gòu)體一端302的所有部 分上所提供的速度基本上都相同。這是根據(jù)一個實施方式通過在微粒流體源和 蜂窩結(jié)構(gòu)體300的第一端面302之間設(shè)置一條由管子420所限定的流動路徑而 實現(xiàn)的。管子420最好包括圓形橫截面(然而，其它橫截面形狀也是可行的， 比如正方形、矩形等)，并且通常最好與蜂窩結(jié)構(gòu)體300軸向?qū)R。此外，較 佳地，在向第一端面302提供微粒流體處(管子的上端附近)管子420的至少 內(nèi)部尺寸D (比如直徑)要大于蜂窩結(jié)構(gòu)體300的最大橫向外部尺寸d。該特 征提高了流速分布419的均勻性，因為這減小了邊界層流動對蜂窩結(jié)構(gòu)體300 的第一端面302上的微粒流體分布的影響。特別是，最好不要將與管子外圍區(qū) 域相關(guān)的流體流動引至端面302，使得只有分布419中最中心的部分被呈現(xiàn)給 蜂窩結(jié)構(gòu)體300。根據(jù)圖6所示本發(fā)明的另一方面，該裝置可以包括設(shè)置在流動路徑中的流 動矯直裝置424。該流動矯直裝置424最好包括多個流動葉片425，它們使大 管子420中的流體流動的邊界層影響達(dá)到最小和/或減輕該影響。特別是，這些 葉片425使在管子420中逐漸形成非均勻流動分布的可能性達(dá)到最小。特別是， 這些葉片425限制了微粒流體在管子420內(nèi)橫向(橫向流動方向即垂直于軸向 流動方向)流動的能力。這能夠在蜂窩結(jié)構(gòu)體300的第一端面上提供基本上均 勻的流速分布419 (參照圖6)。葉片425最好彼此平行，并且最好互連以便 形成蜂窩式構(gòu)件429。圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式用于檢測蜂窩結(jié)構(gòu)體300中的缺陷的 系統(tǒng)200的詳細(xì)描述。系統(tǒng)200包括微粒流體源400、蜂窩結(jié)構(gòu)體夾具500以 及微粒檢測器600。微粒流體源400產(chǎn)生微粒流體，通過流動路徑將該微粒流體呈現(xiàn)到蜂窩結(jié)構(gòu)體300的端面302。微粒流體是懸浮在氣體介質(zhì)中的固體或 液體微粒。在一個實施方式中，微粒流體是細(xì)液體粒子薄霧，這可能是通過使 水或其它液體成霧狀或霧化而產(chǎn)生的?？諝庵袘腋〉乃Ｗ拥谋§F是最佳的。蜂窩結(jié)構(gòu)體夾具500將蜂窩結(jié)構(gòu)體300固定到一合適的位置以便接收來自 微粒流體源400的微粒流體的流動。微粒檢測器600通過將光線投影到蜂窩結(jié) 構(gòu)體300的端面304上方的一平面中而照射該微粒流體。最佳地，該檢測器拍 攝被照射的粒子的位置的圖像，這是因該光束與蜂窩結(jié)構(gòu)體300的第二端面304 處所出現(xiàn)的微粒相干涉而產(chǎn)生的。蜂窩結(jié)構(gòu)體300最好定位于系統(tǒng)200中，并 且配置該系統(tǒng)使得可能會使流入蜂窩結(jié)構(gòu)體中的微粒流體或流出蜂窩結(jié)構(gòu)體 300的微粒流體發(fā)生扭曲的對流和渦流都達(dá)到最少或得以避免。蜂窩結(jié)構(gòu)體300最好是由堇青石、鈦酸鋁、或碳化硅構(gòu)成的多孔陶瓷體， 并且最好是通過擠出增塑性陶瓷-構(gòu)成批材料(其中包括孔形成物，比如石墨或 淀粉)、纖維素材料以及溶劑而形成的。擠出的蜂窩結(jié)構(gòu)體最好經(jīng)燒制以燒去 上述孔形成物。這種燒制過程最好是在測試蜂窩結(jié)構(gòu)體300看其有沒有缺陷之 前就進(jìn)行。然而，應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明也可以用于檢測未加工(未經(jīng)燒制)的 蜂窩結(jié)構(gòu)體中的缺陷。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一實施方式一典型的蜂窩結(jié)構(gòu)體300的側(cè)面橫截面 圖。蜂窩結(jié)構(gòu)體300具有端面302、 304以及在端面302、 304之間延伸的多孔 陶瓷內(nèi)壁306。這些內(nèi)壁306限定了輸入單元和輸出單元308和310。在輸入 單元308與端面304鄰接之處，用塞子308p使輸入單元308閉合(將其塞住)； 而在它們與第一端面302鄰接之處它們是打開的。在輸出單元310與第一端面 302鄰接之處，用塞子310p使輸出單元310閉合；而在它們與端面304鄰接之 處它們是打開的。塞子308p、 310p可能是由陶瓷材料、粘合劑和增塑劑的混 合物制成的，并且最好是多孔的。當(dāng)蜂窩結(jié)構(gòu)體300被用作壁流蜂窩式過濾器 時，壁306的厚度和孔隙率應(yīng)使得蜂窩結(jié)構(gòu)體300的結(jié)構(gòu)完整性是足夠的。對 于內(nèi)燃機(jī)廢氣過濾而言，壁306所包括的孔可以具有介于1 60 nm( 10 50 pm 更佳)范圍中的平均直徑以及高于35% (介于40-65%更佳)的孔隙率。塞子 呈現(xiàn)出相似的孔隙率。再次參照圖2A,微粒流體源400最好包括用于形成內(nèi)部空腔403的外殼402。致動器404 (比如水壓或氣壓缸)耦合到外殼402，使得外殼402可以垂 直移動，比如在非測試位置和測試位置之間垂直移動。微粒流體源400還包括 微粒發(fā)生器408，它與外殼402的內(nèi)部空腔403相通。在較佳實施方式中，測 試用的微粒流體是懸浮在空氣中的液體微滴即霧。對于該實施方式而言，微粒 發(fā)生器408是一種用于產(chǎn)生細(xì)粒子霧的設(shè)備，比如噴霧器、霧化器、或加濕器。 在一個典型的實施方式中，微粒發(fā)生器408包括一個或多個噴嘴410，它們最 好被安裝在外殼402的壁上，以使出口 412朝著內(nèi)部空腔403打開。噴嘴410 的入口 414通過導(dǎo)管而與高壓液體源416 (比如液態(tài)水)流體連通。噴嘴410 將從液體源416中接收到的液體轉(zhuǎn)換成微粒流體417的細(xì)噴霧(最好是懸浮在 空氣中的水粒子)。較佳地，在該空腔中形成了濃霧狀的微粒流體。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，如圖7所示，通過將漩渦圖形賦予外殼402的 空腔403中的微粒流體，便可以進(jìn)一步增強(qiáng)用于檢測蜂窩式物件的單元中的缺 陷的能力。如箭頭405所示，空腔403中的漩渦圖形(具有旋轉(zhuǎn)分量)最好是 通過使多個噴嘴410恰當(dāng)定向而實現(xiàn)的，使得它們從其出口 412處發(fā)射具有一 正切分量的噴霧。換句話說，在外殼402內(nèi)，噴嘴410被定向成使得其出口 412 基本上橫向地指向。噴嘴410最好偏離管子420的中心線，并且每一噴嘴410 的噴霧軌跡(如箭頭417a所示)通常最好都與管子420的外圍正切。例如，噴 嘴412可以被安裝在外殼402的四個角落附近，并且包括基本上沿著外殼的四 個邊的噴霧軌跡417a。然而，應(yīng)該認(rèn)識到，在空腔403中，向微粒流體產(chǎn)生一 漩渦的任何定向或手段都是可以使用的。微粒流體源400最好通過管子420與流動路徑互連，該管子420被插在外 殼402的頂部一開口418中。管子420的上端延伸到外殼402之外，并且最好 終止于法蘭422處。管子420可以通過任何合適的手段(比如膠水或緊固件) 被固定到開口 418中。管子420在微粒流體源的內(nèi)部空腔403與蜂窩結(jié)構(gòu)體300 的第一端面302之間限定了一條用于微粒流體417的流動路徑。管子420最好 是圓柱形且直的。在較佳實施方式中，在微粒流體從管子420中出來之處管子 420的內(nèi)部尺寸D (比如直徑)大于蜂窩結(jié)構(gòu)體300的最大外部尺寸d (比如圓 形物體的直徑或非圓形物體的最長橫向尺寸)。在一些實施方式中，管子420 在出口處的內(nèi)部尺寸D比蜂窩式過濾器300的最大外部直徑d至少大30%;至少大50%則更佳；至少大75%則最佳。通常，選擇管子420的內(nèi)部直徑，使 得邊界層流動不會對蜂窩結(jié)構(gòu)體300的端面302上的微粒流體分布產(chǎn)生顯著的 影響。在一個實施方式中，選擇管子420的長度L和內(nèi)部尺寸D(比如直徑)， 使得呈現(xiàn)給端面302的流動形式基本上是層流狀的。特別是，L/D比例最好介 于0.25 1.5之間。在測試期間，管子420通常與蜂窩結(jié)構(gòu)體300軸向?qū)R， 以便將最均勻的流動分布呈現(xiàn)給第一端面302。根據(jù)本發(fā)明的較佳方面，上述流動路徑還包括流動矯直裝置424 (比如設(shè) 置在管子420中)。如圖2A、 4A和6所示，流動矯直裝置424定位于管子420 中并且形成了多個流動通道428，這些通道最好在軸向上彼此平行。當(dāng)微粒流 體穿過管子420時，這些矯直裝置相互作用以基本上防止微粒流體的橫向流動， 即減輕管子的邊界層影響/使這種影響達(dá)到最小。在一個實施方式中，流動矯直 裝置424包括多個流動葉片425，它們最好在軸向上彼此平行。這些葉片425 最好互連(如圖4A-4D底面圖所示)以形成蜂窩式構(gòu)件429，由此在管子420 之內(nèi)形成多個更小的流動通道428。流動矯直裝置424最好可以包括不止一個 蜂窩式構(gòu)件429，特別是，在管子420中軸向?qū)盈B的多個蜂窩式盤片426 (參 照圖2A和6)。較佳地，這些葉片425在管子420的整個內(nèi)部尺寸上延伸。蜂 窩式盤片426具有單元(或通道)428，它們在層疊時可以被對準(zhǔn)或錯開。此 外，每一個蜂窩式盤片426的單元密度可以相同，也可以不同。在一個實施方 式中，單位面積中單元428的個數(shù)大于蜂窩式過濾器300中單位面積中單元 308、 310的個數(shù)。蜂窩式構(gòu)件429所包括的單元密度最好大于每平方英寸1個 單元即每平方厘米0.15個單元，介于每平方英寸4 64個單元即每平方厘米 0.62 9.92個單元之間則更佳。為了消除水阻塞，單元密度最好小于每平方英 寸16個單元即每平方厘米0.62 2.48個單元。蜂窩式盤片426可以由任何合 適的材料制成，比如金屬、塑料、玻璃、復(fù)合材料、或陶瓷。此外，蜂窩式構(gòu) 件429可以包括任何種類的單元配置，比如矩形(圖4B)、三角形(圖4C)、 六邊形(圖4D)、或正方形(4a)。鋁六邊形蜂窩式盤片是較佳的。然而，應(yīng) 該認(rèn)識到，能提供多個流動通道的任何配置都是可以使用的。例如，流動矯直 裝置424可以包括由多個層疊的管子形成的葉片425，就像圖4E所示那樣。能 夠在上述管子中提供多個平行的流動通道的任何合適的其它結(jié)構(gòu)都是可以使用的。較佳地，流動矯直裝置424定位于管子420中并且基本上填滿了其整個 長度L。較佳地，每一個流動通道都包括大于10的長度/橫向尺寸比。在一個實施方式中，如圖2A和6所示，多孔介質(zhì)430 (比如纖維材料) 被安裝在流動矯直裝置424的入口附近且被定位在該入口處。多孔介質(zhì)430可 以控制進(jìn)入流動矯直裝置424的微粒的尺寸。通常，期望測試過程中所用的微 粒的尺寸介于1 50 pm范圍中，介于1 30 pm范圍中較佳，介于l 10ium 范圍中則更佳。在較佳的實現(xiàn)方式中，隔離物432被設(shè)置在外殼402之內(nèi)且圍繞著管子 420，使得在外殼402的內(nèi)部空腔403之內(nèi)形成并限定了上腔室434和下腔室 436。隔離物432包括孔440，這些孔允許流體在上腔室434和下腔室436之間 流體連通并流動。下腔室436包含由微粒發(fā)生器408所產(chǎn)生的微粒流體。上腔 室434包含加壓的空氣并且基本上沒有微粒?？諝獾募訅菏怯缮锨皇?34中開 口 437處所安裝的鼓風(fēng)機(jī)438提供的。鼓風(fēng)機(jī)438可以由控制單元202來控制。 鼓風(fēng)機(jī)438維持上腔室434和室內(nèi)大氣壓(外殼之外)之間的壓力差，這使空 氣從上腔室434流向下腔室436并防止微粒流體從下腔室436穿過孔440流入 上腔室434。在測試期間，壓力差最好小于0.5英寸水柱。然而，應(yīng)該認(rèn)識到， 良好的檢測所需的壓力取決于部件尺寸、幾何結(jié)構(gòu)和孔隙率。所加的壓力差由 例行的試驗設(shè)定，直到最佳檢測得以實現(xiàn)。這些孔440排列在板432中，使得 氣流基本上均勻地分布在下腔室436上。被迫進(jìn)入下腔室436的空氣驅(qū)使著下 腔室436中的微粒流體，使它們向上穿過包括流動矯直裝置424的流動路徑以 便向蜂窩結(jié)構(gòu)體300的端面302提供基本上均勻的流動分布。在本文中，術(shù)語 "基本上均勻的"流動分布是指沿物件300底端任何一點處的流速在該物件的 縱向上不會有超過25%的變化；不超過20%更佳；不超過10%最佳。特別是， 本發(fā)明可以在物件300外圍處提供一定流速的微粒流體，該流速基本上等于物 件300中心處的微粒流體的流速。蜂窩式夾具500包括夾具502，該夾具具有用于容納蜂窩結(jié)構(gòu)體300的開 口 503。在夾具502的內(nèi)壁507中，安裝一可膨脹的氣囊504。流動管線509 從流體壓力源506向氣囊504提供壓力，或者向排氣裝置510排放壓力，由此 按需要將流體提供給氣囊504或者從氣囊504中排出流體。該流體可以是空氣或其它適于使氣囊504膨脹的流體。在流動管線509中設(shè)置一閥門508，以便 控制在流體壓力源506、氣囊504和排氣裝置510之間的流體傳輸。閥門508 的開和關(guān)最好由合適的控制單元202來控制，該控制單元202也可以控制提供 給微粒流體的壓力。當(dāng)閥門508打開時，加壓流體可以從流體壓力源506流入 氣囊504，由此使氣囊504膨脹，使得它與蜂窩結(jié)構(gòu)體300接合從而將該部件 固定在夾具中。然而，應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明并不限于使用可膨脹的氣囊504將 蜂窩結(jié)構(gòu)體300固定到夾具502中?；蛘?，可以使用夾子或其它合適的機(jī)構(gòu)將 蜂窩結(jié)構(gòu)體300固定到夾具502中。夾具502被支撐在平臺512上。平臺512具有一開口 511，該開口 511與 夾具502中的開口 503對齊。當(dāng)不進(jìn)行測試時，平臺512通常停放在導(dǎo)軌514 上。致動器404可以使外殼402朝上移動，直到管子420的法蘭422與平臺512 接合。接下來，外殼402進(jìn)一步向上移動，將使平臺512離開導(dǎo)軌514到達(dá)一 個可進(jìn)行測試的位置。特別是，期望當(dāng)法蘭422與平臺512接合時夾具502的 底端、平臺512的內(nèi)壁以及外殼502的頂端構(gòu)成了一個與管子420的出口端相 鄰的腔室204。如圖2A和6所示，在較佳實施方式中，蜂窩結(jié)構(gòu)體300的底端最好延伸 到腔室204內(nèi)一預(yù)定的量S。如此一來，蜂窩結(jié)構(gòu)體300的輸入端面302便暴 露于從管子420中出來的自由的微粒流體中，而非暴露于在空腔204邊界處逐 漸形成的渦流中。本發(fā)明的這一方面被認(rèn)為進(jìn)一步提高了穿過蜂窩結(jié)構(gòu)體300 的微粒流體流動的均勻性。任選地，可以在夾具502 (或平臺512)中設(shè)置端 口 502a，例如，可以利用真空泵通過這些端口 502a來提取腔室204的邊界處 的流體，或者可以讓腔室204的邊界處的流體自然地逸出(如圖6中箭頭所示)。此處，發(fā)明人曾發(fā)現(xiàn)，在蜂窩結(jié)構(gòu)體300的輸入端面304周圍往往容易形 成對流，比如這是因室內(nèi)環(huán)境與蜂窩結(jié)構(gòu)體300之間的溫度梯度而導(dǎo)致的。這 種對流可能使從蜂窩結(jié)構(gòu)體300中出來的微粒流發(fā)生橫向偏移，使得很難準(zhǔn)確 地定位從中出現(xiàn)這些微粒的任何有缺陷的單元。為了抑制輸出端面304周圍的 對流，本發(fā)明的一個示例實施方式包括對流遮蔽板513。在較佳實施方式中， 對流遮蔽板513可以是固定安裝的。當(dāng)夾具502上升進(jìn)入工作狀態(tài)中時，蜂窩 結(jié)構(gòu)體300的第二端面304延伸穿過遮蔽板513中的開口 514，使得在測試位置中蜂窩結(jié)構(gòu)體300的頂端位于遮蔽板513的上方。選定遮蔽板513的開口 514 的大小和形狀，使得它與蜂窩結(jié)構(gòu)體300的外圍密切相符，與蜂窩結(jié)構(gòu)體300 之間的間隙最好不大于K英寸(12.7 mm)。蜂窩結(jié)構(gòu)體300的頂端304延伸穿 過對流遮蔽板513且在其上方并且開口 514密切配合蜂窩結(jié)構(gòu)體300的周圍， 這兩點共同用于抑制在輸出端面304周圍形成對流。遮蔽板513最好被附加到 垂直的壁515上，以進(jìn)一步抑制來自室內(nèi)環(huán)境的氣流。較佳地，該裝置被置于 更大的腔室(未示出)之內(nèi)。微粒檢測器600檢測有缺陷的單元/塞子的存在與否以及它們的位置。更佳 地，檢測器600包括與蜂窩結(jié)構(gòu)體的輸出端面相鄰的光源602，用于產(chǎn)生光束 604。光源602的一個例子是激光。激光光源最好與其它光學(xué)元件配合使用， 比如旋轉(zhuǎn)多面鏡608，以便將光束604轉(zhuǎn)換成平的光片606。鏡子608最好以 大于500 rpm的速度旋轉(zhuǎn)，并且最好具有10個面。自旋鏡使光束604偏轉(zhuǎn)約 72度角，由此，產(chǎn)生一光平面606，該光平面足夠大以完全橫跨蜂窩結(jié)構(gòu)體300 的端面304。任選地，可能需要不止一個光源以便在蜂窩結(jié)構(gòu)體300的輸出端 面304上形成均勻的(最好是平面的)光片606，比如L. Zoeller， III在12/21/04 提交的題為"Method and System for Identifying Defective Cells in A Plugged Honeycomb Structure"的美國臨時專利申請60/638,201對此進(jìn)行了描述。光片606最好形成于對流遮蔽板513的上方，并且基本垂直于輸出端面 304?；蛘撸赡芷谕刂乒馄?06的擴(kuò)展。在這種情況下，可以在垂直壁515 中形成槽516，光片606延伸穿過該槽516并且被投影到輸出端面304的上方。 選擇槽516的寬度，以控制光片606的擴(kuò)展。較佳地，光片606與輸出端面304 之間的距離使得從輸出端面304中出來的微粒仍然具有足夠的動量以與平面的 光片606相交。由此，光片606應(yīng)該與端面304盡可能靠近，同時又不與端面 304相互干擾。在一個實施方式中，光片606與輸出端面304之間的距離介于 1/16 1/2英寸(即1.6mm 12.7mm)的范圍中。應(yīng)該認(rèn)識到，也可以使用白 光源，只要能形成限定良好的光平面即可。其它形式的檢測器也是可以使用的。微粒檢測器600最好還包括成像設(shè)備609，比如照相機(jī)或便攜式攝像機(jī)， 其位于蜂窩結(jié)構(gòu)體300的輸出端面304的上方。成像設(shè)備609拍攝從端面304 流出的任何被照射的粒子的圖像。特別是，被指明有缺陷的區(qū)域在該圖像中顯示成亮斑。對于單個缺陷，上述亮斑是一個點，基本上直接位于其微粒流體增 多的那個單元的上方(這是因缺陷造成的)。由此，該位置可以立刻被識別以 便堵漏。微粒檢測器600可以進(jìn)一步包括光學(xué)系統(tǒng)610，比如透鏡，以便將被照射的區(qū)域聚焦到成像設(shè)備609上。成像設(shè)備609可以包括內(nèi)部處理器，用于 將該設(shè)備所收集的信息處理成圖像文件并且將這些圖像文件存儲到該設(shè)備的 存儲器中。該處理器可以支持各種類型的圖像文件格式，比如TIFF和JPEG。 成像設(shè)備609可以耦合到計算機(jī)系統(tǒng)612 (未按比例繪制)。計算機(jī)系統(tǒng)612 可以包括處理器614和視頻監(jiān)控器616以及與該系統(tǒng)交互作用所必需的其它外 圍設(shè)備(比如鍵盤和鼠標(biāo))。這些外圍設(shè)備是本領(lǐng)域公知的，不再詳細(xì)討論。 成像設(shè)備609的存儲器中所存儲的圖像文件可以被轉(zhuǎn)移給處理器614以便進(jìn)一 步處理。該圖像文件也可以被顯示在視頻監(jiān)控器616上。除了白光以外，成像設(shè)備609還能夠檢測彩色光。例如，成像設(shè)備609可 檢測紅綠藍(lán)中的一種或多種彩色光。在后一種情況下，光片606可以具有適于 成像設(shè)備609檢測到的顏色，比如紅色。既然光片606定位于輸出端面304的 上方，則從輸出端面304中出來的微粒將與光片606相交，從而在它們與光片 606相交的那些位置使光片606發(fā)生散射并照亮這些粒子。為了解釋說明，圖2B示出了蜂窩結(jié)構(gòu)體300中的缺陷312、 314a、 314b、 315和316。在塞子308p中，缺陷312是一個孔或其它缺陷，比如部分填充或 裂縫。缺陷314a、 314b是蜂窩結(jié)構(gòu)體300的內(nèi)壁304中因擠出或加工而導(dǎo)致的 撕裂(為了清晰只顯示了幾個)。缺陷315是蜂窩結(jié)構(gòu)體300的壁(它可能是 內(nèi)壁或外壁)中的裂縫。缺陷316是蜂窩結(jié)構(gòu)體300的壁中因孔形成器燃燒而 形成的孔。為了解釋說明，微粒206被顯示成從缺陷312、 314a中出來。微粒 206被顯示成與光片606相交并且使光片606發(fā)生散射，并且照亮了微粒流體 中的粒子206?？梢圆僮鞒上裨O(shè)備609以拍攝被反射(散射)的光束以及被照 亮的粒子206的圖像。在蜂窩結(jié)構(gòu)體300中，與沒有缺陷的單元相比，有缺陷 的單元將排出更多的微粒和更大的微粒。由此，在成像設(shè)備所拍攝的圖像中， 有缺陷的單元可能看起來呈更明亮或帶顏色的斑點。這些斑點的大小可以指示 蜂窩式過濾器300中的缺陷的大小。如果該圖像看起來均勻，則在蜂窩式過濾 器300中沒有缺陷。更明亮或帶顏色的斑點的位置可以被用于標(biāo)識蜂窩式過濾器300中的缺陷的位置。返回到圖2A，使微粒源400上升，使得法蘭422與平臺512接合。微粒 源400進(jìn)一步上升，使得平臺512離開導(dǎo)軌514，插入蜂窩結(jié)構(gòu)體300使其穿 過對流遮蔽板513并且使其上升到端面304稍稍低于光平面606的位置，就如 上文所描述的那樣。如上所述，在下腔室436內(nèi)部產(chǎn)生的微粒流體被提供給流 動路徑。用于在上腔室434和下腔室436之間產(chǎn)生壓力差的鼓風(fēng)機(jī)438驅(qū)動著 下腔室436中的微粒流體使其向上穿過管子420和流動矯直裝置424。流動矯 直裝置424減輕了當(dāng)微粒流體穿過管子420到空腔204時大管子對邊界層影響 或者使這種影響達(dá)到最小。由此，在從管子中出來時，蜂窩結(jié)構(gòu)體300的端面 302暴露于其流速分布基本上均勻的微粒流體。另外，通過使底部端面302隔 開一定的距離而非緊靠著夾具502的下表面，便將端面302置于微粒流體的自 由流動之中，從而使渦流對端面302上的微粒流體分布的影響達(dá)到最小。通常， 如圖6所示，端面302與表面505間隔有一定的距離S，約^英寸(即6.35 mm) 或更大些；1/2英寸(即6.35 mm)或更大些則更佳。通常，微粒流體將通過輸入端面302上未塞住的輸入單元進(jìn)入蜂窩結(jié)構(gòu)體 300中。如果蜂窩結(jié)構(gòu)體300的單元中有缺陷，則這些有缺陷的單元中的微粒 將很容易地流過這些缺陷進(jìn)入到相鄰的單元或穿過塞子并且從輸出端面304中 出來，從而與輸出端面304上方所形成的光片606相交并使該光片606發(fā)生散 射。成像設(shè)備609對通過散射而產(chǎn)生的反射光束以及被照亮的粒子進(jìn)行成像。 成像設(shè)備609所拍攝的圖像可以被翻譯以便確定有缺陷的單元的位置以及這些 缺陷的大小，并且任何被發(fā)現(xiàn)的缺陷都可以被修復(fù)。為了便于定位有缺陷的單 元，可能期望對蜂窩結(jié)構(gòu)體300的輸出端面304的表面進(jìn)行成像。該表面圖像 將顯示出蜂窩結(jié)構(gòu)體300中的單元的位置。本發(fā)明的一個優(yōu)點是，可以避免在用微粒流體對蜂窩結(jié)構(gòu)體的完整性進(jìn)行 測試的過程中出現(xiàn)的模糊性。這一點在一個實施方式中是這樣實現(xiàn)的向微粒 流體提供均勻的流速，使得在蜂窩結(jié)構(gòu)體的端面上流體流動基本上相同。特別 是，本發(fā)明可用于確定并定位該蜂窩結(jié)構(gòu)體外圍附近的有缺陷的單元。當(dāng)用一 種包括對蜂窩結(jié)構(gòu)體端面處出現(xiàn)的微粒的特性進(jìn)行監(jiān)控或成像的方法來檢測 缺陷時，可以使用根據(jù)本發(fā)明一實施方式的微粒源。然而，微粒發(fā)生器的使用并不限于該方法。當(dāng)通過監(jiān)控從中出現(xiàn)微粒的蜂窩結(jié)構(gòu)體的端面所發(fā)出的紅外 線從而檢測該蜂窩結(jié)構(gòu)體中的缺陷時，也可以使用微粒發(fā)生器。通常，只要當(dāng) 檢測蜂窩結(jié)構(gòu)體中的缺陷的方法包括使微粒流體穿過該蜂窩結(jié)構(gòu)體并且用任 何合適的方法監(jiān)控從該蜂窩結(jié)構(gòu)體端面中出來的微粒時，上述微粒發(fā)生器都是 有用的。盡管已參照有限數(shù)目的實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是從本文獲益的 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，在不背離本文所揭示的本發(fā)明的范圍的情況下可以 設(shè)想出其它實施方式。相應(yīng)地，本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測蜂窩結(jié)構(gòu)體中的缺陷的系統(tǒng)，包括夾具，適于固定所述蜂窩結(jié)構(gòu)體；微粒流體源；在所述微粒流體源與所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的第一端面之間的用于微粒流體的流動路徑；以及流動矯直裝置，所述流動矯直裝置包括被設(shè)置在所述流動路徑中的多個葉片。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流動路徑包括一管子，并且 在所述微粒流體從所述管子中出來之處所述管子的內(nèi)部尺寸大于所述蜂窩結(jié)構(gòu)體 的最大橫向外部尺寸。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流動矯直裝置的多個葉片構(gòu) 成多個流動通道。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流動通道是由蜂窩式構(gòu)件提 供的。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述蜂窩式構(gòu)件還包括層疊的蜂 窩式盤片。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括在所述流動矯直裝置附近 安裝的多孔介質(zhì)。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，基本上沿著一管子的整個長度， 包括所述所述流動矯直裝置的多個葉片。
8. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微粒流體源包括具有一個或 多個噴嘴的微粒發(fā)生器。
9. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微粒流體源包括一微粒發(fā)生 器，使所述微粒發(fā)生器定向以便具有一基本上正切的粒子軌跡。
10. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述流動路徑包括一管子，并且 選擇所述管子的長度L和內(nèi)部直徑D使得L/D介于0.25和1.5之間。
11. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一端面暴露于來自所述流 動路徑、且其流速分布基本上均勻的微粒流體的流動之中。
12. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基本上均勻的流速分布在用于限定第一端面的區(qū)域上的變化不超過25%。
13. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一端面相對于周圍的夾具 底側(cè)間隔了 一段距離S > 6mm。
14. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括位于所述夾具上方且具有 一開口的對流遮蔽板，所述開口的形狀和大小與所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的外形基本上一 致。
15. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括檢測系統(tǒng)，用于監(jiān)控在所 述蜂窩結(jié)構(gòu)體的第二端面處出現(xiàn)的微粒流體。
16. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測系統(tǒng)包括一光源，用 于將光束投影到所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的第二端面附近。
17. 如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測系統(tǒng)還包括一成像設(shè) 備，用于拍攝被照射的微粒的圖像。
18. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述流動路徑的輸出端附近形 成一腔室，并且所述腔室包括至少一個端口，所述腔室的邊界處的微粒流體通過所 述端口被收回或可以逸出。
19. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微粒流體是微粒水霧。
20. —種用于將微粒流體施加到一蜂窩結(jié)構(gòu)體的端面上的裝置，包括 微粒流體源，所述微粒流體源具有帶一內(nèi)部空腔的外殼以及用于產(chǎn)生微粒流體的微粒發(fā)生器；管子，所述管子被設(shè)置在所述外殼中并且具有朝著所述內(nèi)部空腔打開的第一 端以及第二端，其中壓力差將微粒流體驅(qū)動到所述管子中；以及 流動矯直裝置，它包括被設(shè)置在所述管子中的多個流動葉片。
21. 如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在所述外殼中的隔 離物，所述隔離物將所述空腔劃分成第一腔室和第二腔室。
22. 如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，由所述多個流動葉片的相交提 供了流動通道。
23. 如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，由一蜂窩式構(gòu)件提供了流動通道。
24. 如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，還包括蜂窩式盤片的層疊體。
25. 如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，還包括在所述流動矯直裝置的 一端安裝的多孔介質(zhì)。
26. —種用于檢測蜂窩結(jié)構(gòu)體中的缺陷的方法，包括向一蜂窩結(jié)構(gòu)體的第一端面提供其流速分布基本上均勻的微粒流體的流動；以及檢測從所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的第二端面中出來的微粒以便標(biāo)識有缺陷的單元。
27. 如權(quán)利要求26所述的檢測缺陷的方法，其特征在于，所述提供步驟包括: 將所述微粒流體驅(qū)動到具有流動矯直裝置的管子的第一端中， 使所述微粒流體流過所述流動矯直裝置并達(dá)到所述管子的第二端，以及 將從所述管子的第二端中出來的微粒流體呈現(xiàn)給所述蜂窩結(jié)構(gòu)體的第一端面。
28. 如權(quán)利要求26所述的檢測蜂窩結(jié)構(gòu)體中的缺陷的方法，其特征在于，所 述基本上均勻的流速分布在用于限定所述端面的區(qū)域上的變化不超過25%。
29. 如權(quán)利要求26所述的檢測蜂窩結(jié)構(gòu)體中的缺陷的方法，其特征在于，所 述檢測微粒的步驟包括照射所述微粒。
30. 如權(quán)利要求26所述的檢測缺陷的方法，其特征在于，所述提供步驟包括 將所述蜂窩結(jié)構(gòu)體安裝到一夾具中，使得所述第一端面在夾具周圍的表面下方的一 定距離處。
31. 如權(quán)利要求26所述的檢測缺陷的方法，其特征在于，所述提供步驟包括: 在空腔中形成微粒流體，并且在所述空腔中將一漩渦圖案賦予所述流體。
全文摘要
一種用于檢測蜂窩結(jié)構(gòu)體中的缺陷的系統(tǒng)、裝置和方法。該系統(tǒng)和裝置包括夾具，適于固定蜂窩結(jié)構(gòu)體；微粒流體源；管子，該管子限定一條在微粒流體源和蜂窩結(jié)構(gòu)體的第一端面之間的流動路徑，由此允許微粒流體從微粒流體源流向蜂窩結(jié)構(gòu)體的第一端面。微粒流體穿過蜂窩結(jié)構(gòu)體中的缺陷(如果有的話)從蜂窩結(jié)構(gòu)體的第二端面中出來，這種缺陷的位置可以被監(jiān)控。該系統(tǒng)和裝置包括設(shè)置在流動路徑中的流動矯直裝置，以使管子對微粒流體的流動的邊界層影響達(dá)到最小?；旧暇鶆虻牧魉俜植急惶峁┙o蜂窩結(jié)構(gòu)體的第一端面。
文檔編號G01N15/08GK101258398SQ200680032240
公開日2008年9月3日 申請日期2006年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日
發(fā)明者B·R·拉加, D·J·沃斯, L·R·左勒三世, M·G·舒爾茨, P·M·加佳諾, W·P·拉滋蒂維斯杰 申請人:康寧股份有限公司