專利名稱：用于探測蜂窩結(jié)構(gòu)中的缺陷的準(zhǔn)直光方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及對壁流式顆粒過濾器檢査，尤其是涉及探測壁流式顆粒過 濾器中的缺陷的方法和裝置。
背景技術(shù)：
通常采用具有蜂窩結(jié)構(gòu)的壁流式顆粒過濾器來除去諸如廢氣之類流體中
的固體顆粒。圖1示出一典型的壁流式蜂窩結(jié)構(gòu)顆粒過濾器100。蜂窩結(jié)構(gòu)過 濾器100具有一入口端面102和一出口端面104，以及一排從入口端面102到 出口端面104縱向地延伸的多孔壁106。多孔壁106彼此相交而形成大致平行 的入口蜂窩單元108和出口蜂窩單元110的格柵。出口蜂窩單元IIO較佳地在 它們毗鄰入口端面102的地方用塞子112塞住，而在它們毗鄰出口端面104的 地方敞開。同樣地，入口蜂窩單元108較佳地在它們毗鄰出口端面104的地方 用塞子(未示出)塞住，而在它們毗鄰入口端面102的地方敞開。在一典型的 蜂窩結(jié)構(gòu)中，每個入口蜂窩單元108在一個或多個側(cè)面處與出口蜂窩單元110 接壤，反之亦然，最好呈西洋跳棋盤圖形。入口和出口蜂窩單元108、 110可 具有如圖l所示的方形截面，或可具有其它單元幾何形狀，例如，矩形、三角 形或六角形。
在操作中，蜂窩結(jié)構(gòu)過濾器IOO安裝在一合適的筒內(nèi)并插入裝有柴油機(jī)的 車輛排氣系統(tǒng)內(nèi)。在車輛操作過程中，柴油廢氣在蜂窩結(jié)構(gòu)過濾器100的入口 端面102處被引導(dǎo)。柴油廢氣流入蜂窩結(jié)構(gòu)過濾器100的入口蜂窩單元108內(nèi)， 通過多孔壁106進(jìn)入出口蜂窩單元110內(nèi)，并在出口端面104處排出過濾器。 多孔壁106保留所要求的廢氣中的固體顆粒量部分。
采用諸如蜂窩結(jié)構(gòu)過濾器IOO那樣的蜂窩結(jié)構(gòu)過濾器，過濾效率可達(dá)到和 超過柴油廢氣顆粒的90% (按重量計(jì))。然而，如果蜂窩過濾器中有泄漏，則 可達(dá)到的過濾效率會大大地降低。如此的泄漏可因多孔內(nèi)壁中的直通缺陷(開裂、撕裂、大孔)和/或過濾器塞子中的缺陷(缺陷包括失去的塞子)而引起。 如此的缺陷使得廢氣毫無阻礙地通過過濾器的內(nèi)壁和/或塞子。在顆粒過濾應(yīng)用 場合中，需要在使用蜂窩過濾器之前找出這樣的缺陷并修好它們(如果可能的 話)。在蜂窩過濾器通過擠壓法由諸如堇青石、鈦酸鋁和碳化硅之類的陶瓷材 料制成的情形中，缺陷可在焙燒蜂窩體之前或之后進(jìn)行探測。在前一情形中， 內(nèi)壁是非多孔的。在后一情形中，內(nèi)壁是多孔的。通常地，蜂窩體尚處于未焙 燒或?yàn)闈衽鲿r，缺陷較容易修好。
從以上所述，應(yīng)該認(rèn)識到，需要有一種能減少檢査時間和提高探測效率的 探測蜂窩結(jié)構(gòu)過濾器內(nèi)直通缺陷的改進(jìn)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面，本發(fā)明是一種探測蜂窩體內(nèi)的缺陷蜂窩單元的系統(tǒng)，該系統(tǒng) 包括 一光源，光源較佳地是基本上準(zhǔn)直的光源，該光源發(fā)出光，并將光偶聯(lián) 到蜂窩體第一端面處的蜂窩單元內(nèi)；以及一投射介質(zhì)，該投射介質(zhì)在蜂窩體第 二端面處接受光線。光在投射介質(zhì)上的圖形可表示出缺陷的蜂窩單元，并可以 由觀測器成像，然后就有可能進(jìn)行修理。
在另一方面，本發(fā)明是一種探測蜂窩體內(nèi)的缺陷蜂窩單元的方法，該方法 包括將光發(fā)射到蜂窩體第一端面處的蜂窩單元內(nèi)，以及在蜂窩體第二端面處接 受光線。光線出現(xiàn)在第二端面上對應(yīng)于蜂窩體內(nèi)有缺陷的蜂窩單元的部位處。 光線可被接受在一投射介質(zhì)上或另由觀測器成像。較佳地，光線包括基本上準(zhǔn) 直的光線。
從以下的描述和附后權(quán)利要求書中將會明白本發(fā)明其它的特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的壁流蜂窩過濾器的立體圖。
圖2A和2B示出根據(jù)本發(fā)明用來探測蜂窩體中直通缺陷的系統(tǒng)的側(cè)視截面圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)將參照幾個優(yōu)選實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明，這些實(shí)施例在附圖中示出。 在以下描述中，闡述了許多具體的細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，本 技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將會明白，即使沒有某些或所有這些具體細(xì)節(jié)，也可實(shí) 踐本發(fā)明。在其它情形中，為了勿不必要地模糊本發(fā)明，沒有對眾所周知的特 征和/或過程步驟進(jìn)行描述。參照附圖和以下的討論可以更好地理解本發(fā)明的 特征和優(yōu)點(diǎn)。圖2A是一個探測蜂窩體300內(nèi)的缺陷單元的系統(tǒng)200的示意圖。蜂窩體 300具有端面302、304以及較佳地在端面302、304之間延伸的平行薄內(nèi)壁306。 為了探測蜂窩體300內(nèi)的直通缺陷，內(nèi)壁306可以是多孔的或非多孔的。為過 濾固體顆粒，內(nèi)壁306是多孔的，就如一焙燒的蜂窩體中那樣。內(nèi)壁306相交 而形成入口和出口蜂窩單元308、 310的網(wǎng)格。塞子312較佳地分別插入單元 308毗鄰端面302的端部內(nèi)和單元310毗鄰端面304的端部內(nèi)，而單元308毗 鄰端面304的端部和單元310毗鄰端面302的端部沒有插入塞子。塞子312的 材料可以是任何合適的密封/過濾材料，例如，混合有粘結(jié)劑和增塑劑的陶瓷 材料。在焙燒后，塞子312也可以是多孔的。蜂窩體300可用擠壓法或其它合適工藝過程進(jìn)行制造。通常地，擠壓材料 是塑化的陶瓷形成材料，例如，它形成堇青石、鈦酸鋁或碳化硅，但也可以是 玻璃、玻璃-陶瓷、塑料、或金屬材料。在陶瓷形成材料的情形中，它們可以 與諸如石墨或淀粉之類的孔形成體混合，與纖維質(zhì)的粘結(jié)劑材料混合，然后， 在火中焙燒出孔形成體和粘結(jié)劑，由此，形成具有多孔內(nèi)壁的固體陶瓷體。較 佳地，內(nèi)壁306的厚度和多孔性應(yīng)不影響蜂窩體300的結(jié)構(gòu)一體性。例如，內(nèi) 壁306可以包括直徑范圍在1至60um內(nèi)的中間大小的孔，直徑范圍更佳地是 在10至50um內(nèi)。 一般來說，內(nèi)壁306的厚度可向上變化，從提供結(jié)構(gòu)一體性 的約為0.010英寸(約0.25mm)的最小尺寸變化到約為0.060英寸(1.5mm)。通常 地，約0.010至0.030英寸(約為0.25至0.76mm)范圍內(nèi)的壁厚是優(yōu)選的蜂窩單 元密度下最常選用的。蜂窩體300具有的蜂窩單元密度可在約10和350蜂窩 單元/平方英寸之間(約為1.5至52.5蜂窩單元/ cm2)。在操作中，蜂窩體300安裝在一準(zhǔn)直光線盒202中。該準(zhǔn)直光線盒202包 括外殼204，外殼內(nèi)安裝有光源206和諸如準(zhǔn)直透鏡208之類的準(zhǔn)直器。通常6地，光源206是漫射光源。任何合適的漫射光源都可以采用，例如，白光源。 例如，光源可以是功率在約30瓦和1200瓦之問的鹵素?zé)襞?。?dāng)裝置被放置在 黑暗的房間內(nèi)時，50瓦的光源就能良好地工作了。準(zhǔn)直透鏡208將從漫射光源 發(fā)出的發(fā)散光束轉(zhuǎn)換為大致準(zhǔn)直的光束?？刹捎萌魏魏线m的準(zhǔn)直透鏡。在一實(shí) 例中，準(zhǔn)直透鏡208是一菲涅耳(Fresnel)透鏡板。然而，任何具有菲涅耳透鏡 功能的透鏡(S卩，它能準(zhǔn)直光線)都可以釆用。對大多數(shù)過濾器尺寸來說，具有 約24"焦距、200槽/英寸和直徑14英寸的菲涅耳透鏡板工作性能就很好。 應(yīng)該認(rèn)識到，準(zhǔn)直光源可以是任何能對第一端提供基本上準(zhǔn)直光的光源。所需 準(zhǔn)直度取決于基底長度和蜂窩單元幾何形狀。需要對光準(zhǔn)直從而能通過蜂窩。 外殼204的一端設(shè)置有窗212，窗最好由一種平面的和非色散的、非散射光的 透明材料制成，例如，回火過的玻璃板。窗212的平面最好大致垂直于準(zhǔn)直光 的光路。這通過將窗與準(zhǔn)直透鏡208的光學(xué)平面對準(zhǔn)就可最好地實(shí)現(xiàn)，g卩，窗 212和準(zhǔn)直透鏡較佳地大致平行。蜂窩體300支承在窗212上，以使從準(zhǔn)直光 盒202中發(fā)出的光線直接偶聯(lián)到蜂窩體300的蜂窩單元中。諸如一不透明介質(zhì) 的光線阻擋塊214蓋住窗212的暴露部分，并緊鄰蜂窩體300的外周緣，由此， 經(jīng)受從準(zhǔn)直光盒202到蜂窩體300端面302的大致準(zhǔn)直的光線?？晒┻x擇地， 光線阻擋塊214可以是一圍繞其周緣固定過濾器的氣囊。該光線阻擋塊可以是 能基本上防止或最大程度地減小光線通過過濾器周圍的任何形式。為了探測蜂窩體300中的直通缺陷，準(zhǔn)直光盒202在蜂窩體300的端面302 處引導(dǎo)大致準(zhǔn)直的光線。從準(zhǔn)直光盒202發(fā)出的基本上準(zhǔn)直的光有效地偶聯(lián)和 發(fā)射到蜂窩體300內(nèi)的每個蜂窩單元310內(nèi)。如果在端面302處的塞子312內(nèi) 存在缺陷，則光線也會發(fā)射到蜂窩單元308內(nèi)。發(fā)射到蜂窩體300內(nèi)的準(zhǔn)直光 通過有缺陷的蜂窩單元出現(xiàn)在端面304處。投射介質(zhì)216安裝在端面304上， 較佳地擱置在端面上并與其接觸。投射介質(zhì)216接收從端面304出現(xiàn)的光線， 其中，如此的光線可被觀測器218觀察到。在一實(shí)例中，投射介質(zhì)216由半透 明材料制成，例如，紙或薄膜。在另一實(shí)施例中，投射介質(zhì)是一屏幕，最好展 開在一框架上。該屏幕最好是聚酯單絲精紡而成的屏幕，其具有約460線/英 寸的紡織密度和約31pm的線徑。通過觀察形成在投射介質(zhì)216上的圖像，觀 測器218可以從實(shí)質(zhì)上任何位置實(shí)時地對蜂窩體300內(nèi)所有直通缺陷位置顯像。缺陷在投射介質(zhì)216上顯現(xiàn)為光斑。諸如塞子中的較大的孔、部分填充、 以及塞子的缺失之類的缺陷顯現(xiàn)為明亮的光斑。在對應(yīng)于塞子312的位置處的 顯現(xiàn)為不均勻的光斑代表塞子中的非一致性缺陷。這種非一致性缺陷可以歸結(jié) 于塞子深度、塞子材料密度、塞子中氣泡、幾乎完全填充、以及上述因素的組 合。不見的外圍塞子非常容易被探測到。 一旦找到塞子中的缺陷，可以對缺陷 修理/再加工，或者可將過濾器判為不合格。準(zhǔn)直光盒202確保光同時合適地發(fā)射到蜂窩體300內(nèi)的蜂窩單元中，包括 在蜂窩體300處或其外圍處進(jìn)入到蜂窩單元內(nèi)，并確保光被導(dǎo)向投射介質(zhì)216。 其結(jié)果，觀測器218的光軸不必為了確定蜂窩單元是否具有直通缺陷而與蜂窩 體300內(nèi)的每一個蜂窩單元對齊。此外，對投射圖像的觀測可以由觀測器218 進(jìn)行，其可以是人也可以是一成像設(shè)備。后者可用于自動探測和修理蜂窩體300 內(nèi)蜂窩單元的方法中。圖2B示出作為成像裝置(諸如照相機(jī))的觀測器218，成像裝置218偶聯(lián)到 處理器220，該處理器220從成像裝置218中接收圖像并處理圖像以橫貫蜂窩 體300端面304確定有缺陷的蜂窩單元的x-y坐標(biāo)。然后，可修理蜂窩體300 內(nèi)的有缺陷的蜂窩單元。在此實(shí)例中，投射介質(zhì)216顯示為一透鏡，其將來自 于蜂窩體300端面304的基本上準(zhǔn)直的光聚焦在成像裝置218內(nèi)?；蛘?，投射 介質(zhì)216可以是如上所述的半透明材料，成像裝置218可包括諸如照相機(jī)那樣 的光學(xué)器件，以捕捉透明材料的質(zhì)量圖像。本發(fā)明典型地提供以下優(yōu)點(diǎn)。不管有缺陷的蜂窩單元在蜂窩體300內(nèi)的位 置如何，系統(tǒng)200都能瞬時和同時地探測到有缺陷的蜂窩單元的"直通缺陷"。 這對于探測未塞住的邊緣蜂窩單元(它們位于離開過濾器外圍或表皮的一個單 元內(nèi))特別地有用。該系統(tǒng)200還能實(shí)時地探測塞子的一致性。該系統(tǒng)不需要 觀測器的光軸與有缺陷的蜂窩單元對齊。因此，系統(tǒng)200提高產(chǎn)品產(chǎn)量并提高 探測可靠性。使用本系統(tǒng)來探測有缺陷單元的方法有效地獨(dú)立于操作人員，艮P， 探測結(jié)果不隨操作人員的不同而變化。盡管參照有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員獲 益于本發(fā)明的介紹，他們將會認(rèn)識到也可設(shè)計(jì)出其它的實(shí)施例而不脫離這里所 揭示的本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍只應(yīng)由所附權(quán)利要求書予以規(guī)定。8
權(quán)利要求
1.一種探測蜂窩體內(nèi)有缺陷的蜂窩單元的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光源，該光源發(fā)出光，并將光偶聯(lián)到蜂窩體第一端面處的蜂窩單元內(nèi)；以及投射介質(zhì)，該投射介質(zhì)在鄰近蜂窩體第二端面處接受光線。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，光包括基本上準(zhǔn)直的光。
3. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，光源包括一光源和一準(zhǔn)直器。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，光源包括一漫射光源和一準(zhǔn)直 透鏡，漫射光源和準(zhǔn)直透鏡定位成光通過準(zhǔn)直透鏡從漫射光源射到第一端面。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，準(zhǔn)直透鏡是一菲涅耳透鏡。
6. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)還包括一由透明材料制成 的窗，光通過窗射到第一端面。
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，窗基本上平行于準(zhǔn)直透鏡的聚 焦平面，其中，所述窗為蜂窩體提供安裝表面。
8. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括圍繞蜂窩體安裝的光阻 擋塊。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，光阻擋塊包括不透明的介質(zhì)。
10. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，投射介質(zhì)包括一種半透明的材料。
11. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，投射介質(zhì)包括屏幕。
12. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，投射介質(zhì)包括透鏡。
13. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，觀測器包括成像裝置。
14. 一種探測蜂窩體內(nèi)有缺陷的蜂窩單元的方法，該方法包括以下步驟 將光發(fā)射到蜂窩體第一端面處的蜂窩單元內(nèi)；以及 在蜂窩體第二端面處接受光線，其中，光線出現(xiàn)在第二端面上對應(yīng)于蜂窩體內(nèi)有缺陷的蜂窩單元的部位處。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，光包括基本上準(zhǔn)直的光。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，發(fā)射光的步驟包括光從光源 通過準(zhǔn)直器射到第一端面處。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，準(zhǔn)直器是準(zhǔn)直透鏡。
18. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，接收步驟還包括將光線投射 到投射介質(zhì)上的步驟。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，投射介質(zhì)是一種半透明的材料。
20. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括使用成像裝置在第二 端面處捕捉光的圖像的步驟。
全文摘要
一種探測蜂窩體內(nèi)缺陷蜂窩單元的系統(tǒng)和方法，其包括光源，光源發(fā)出光，并將光偶聯(lián)到蜂窩體第一端面處的蜂窩單元內(nèi)；以及投射介質(zhì)，其在蜂窩體第二端面處接受光線。光源較佳地是準(zhǔn)直光源。
文檔編號G01N21/88GK101326435SQ200680046449
公開日2008年12月17日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者B·R·拉加, D·J·沃斯, J·C·斯彼卡爾特, P·M·加佳諾, W·P·拉滋蒂維斯杰 申請人:康寧股份有限公司