CN101437597B - 蜂房式过滤器缺陷检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
用于检测蜂房式主体(100)中的缺陷的装置和方法。在操作中，在蜂房式主体(100)的出口端面(104)处穿过蜂房壁和/或塞子中的缺陷(如果有任何的话)形成微粒，并且通过诸如筛子之类可渗透部件(28)，在那里对它们进行照射。把可渗透部件(28)设置在出口端(104)的附近，并且最好与出口端(104)接触。可渗透部件的使用提高了信噪比，以致能够更容易地检测缺陷。可渗透部件(28)最好包括防反射表面。
Description
技术领域
本发明一般涉及用于检测物件中缺陷的装置和测试方法。更具体地，本发明涉及用于检测蜂房式微粒过滤器中的缺陷的方法和装置。
背景技术
使用壁—流蜂房式过滤器来除去诸如排出气流中的流体中的微粒。现有技术图1示出典型的现有技术壁—流蜂房式过滤器100。蜂房式过滤器100具有用于接收进入气流()的进口端面102、用于排放排出气流的出口端面104、以及一般沿纵向从进口端面102延伸到出口端面104的平行的互连多孔壁106。互连多孔壁106定义进口单元通道108和出口单元通道110的栅格。用靠近进口端面102的多孔塞子112来关闭出口单元通道110，并且用靠近出口端面104的多孔塞子112来打开出口单元通道110。相反地，用靠近出口端面104的多孔塞子(未示出)来关闭进口单元通道108，并且用靠近进口端面102的多孔塞子来打开进口单元通道108。一般使如此的过滤器100固定在适应的垫子中，并且包含在坚固的外壳(未示出)中。从蜂房式过滤器100的进口端面102处引入的流体进入进口单元通道108，流过互连多孔壁106，并且进入出口单元通道110和在出口端面104处排出蜂房式过滤器100。
在一个典型的单元结构中，通过出口单元110使每个进口单元108在一侧或多侧上邻接，反之亦然。进口和出口单元108、110可以具有如图1所示的正方形横截面或可以具有其它单元几何形状，例如，圆形、长方形、三角形、六角形、八角形等。一般用陶瓷材料制造柴油机微粒过滤器，这些陶瓷材料诸如堇青石、钛酸铝、多铝红柱石或碳化硅。当诸如在排出气体中发现的烟灰之类的微粒流过蜂房式过滤器100的互连多孔壁106时，在互连多孔壁106上或中保留了流体流中的一部分微粒。蜂房式过滤器100的功效涉及互连多孔壁106从流体中过滤微粒的效力。用蜂房式过滤器可以实现超过80％的微粒重量的过滤功效。然而，壁或塞子中诸如空洞或碎裂(诸如裂缝)等的各种缺陷会使过滤功效或蜂房式过滤器的完整性折衷。这些缺陷允许流体通过过滤器而未经正确的过滤。因此，在制造蜂房式过滤器时，可能期望测试蜂房式过滤器是否存在会影响过滤功效或完整性的这些缺陷。可以对检测到缺陷的蜂房式过滤器进行修理，或如果不可修理的话，则丢弃。
在2005年7月29日提交的、题为“Method and Apparatus For DetectingDefects In A Honeycomb Body Using A Particulate Fluid”的、共同待批的美国临时申请60/704,171号中描述了一种如此用于检测缺陷的方法和装置。这个检测缺陷的方法包括产生雾和把它引向过滤器的出口端面，以致雾进入过滤器。在壁或塞子中具有缺陷的单元允许雾容易地流到邻近的单元或通过有缺陷的塞子。因此，与过滤器其它部分相比，通过任何如此有缺陷的单元/塞子，在蜂房式过滤器的出口端面处形成较大量的雾。使诸如激光光源之类的光源定位，在过滤器出口端面稍上之处发射出平板形光(planar sheet of light)，以照射从那里形成的雾。最好在过滤器之上安装成像摄像机来拍摄通过与雾交叉的光平面产生的图像。较亮的光点对应于含缺陷的单元/塞子。一旦识别，就可以修理与点对应的单元/塞子。
在测试期间遇到的一个问题是，排出过滤器的雾的背景水平可以高得使有缺陷单元的图像模糊。当过滤器长期暴露于雾中以致变得饱和时尤其真实。因此，存在对于进一步加强信噪比以致可以更容易地检测过滤器中的缺陷的方法和装置的需求。
发明内容
根据这里描述的实施例，本发明是用于在蜂房式过滤器中，例如，在其塞子和/或壁中，检测缺陷的装置。该装置包括用于向蜂房式过滤器的进口端面提供微粒的微粒源、诸如筛子之类设置在蜂房式过滤器的出口端面附近的、可渗透部件、以及与部件隔开的、用于照射通过可渗透部件形成的微粒的光源。可渗透部件改善了信噪比，并且还增强从端面排出的流，以致使改进的缺陷检测成为可能。最好可渗透部件是防反射的。这可以通过把颜色给予部件的表面而实现，最好是诸如无明暗差别的或无光泽的黑色之类的防反射的黑色。已经发现具有大于50线/英寸的线数的细小网孔筛子是十分有效的。微粒源最好在诸如空气之类的气体中产生悬浮的细小微粒。例如，微粒可以是悬浮在气体中的水颗粒，例如，雾。
根据进一步的实施例，本发明是用于检测蜂房式主体中的缺陷的方法，该方法包括下列步骤：把含微粒的气流提供给蜂房式主体的进口端面；使排出蜂房式主体的出口端面的气流部分流过可渗透部件(诸如筛子)；以及用光源照射排出可渗透部件的任何微粒。因此，可以容易地识别有缺陷的单元/塞子，因为泄漏/缺陷的位置是作为亮点显现的。最好，还使经照射的颗粒成像，诸如通过数码照相机。然后把该图像与端面的图像进行比较以确定哪个单元包括缺陷。最好，可渗透部件可以从第一位置移动到第二位置，以致可以得到蜂房端面的单元结构的图像。
有利地，可渗透部件允许增强经成像的气流的信噪比，从而使之便于检测缺陷。尤其，使用可渗透部件使消除蜂房端面的背景反射成为可能。此外，使用可渗透部件使在改善通过量的更高的压力下操作装置成为可能。例如，工作压力可以在30Pa以上。
从下面的附图、详细说明和所附的权利要求书，本发明的其它特点和优点将变得显而易见。
附图说明
图1示出“现有技术”蜂房式过滤器的等轴图。
图2示出根据本发明实施例的用于检测蜂房式主体中的缺陷的装置的前视图。
图3是顶视图，示出根据本发明实施例的装置的筛子组件。
图4是横截面图，示出根据现有技术的装置。
图5是横截面侧视图，示出根据本发明实施例的装置。
图6示出本发明各个实施例与现有技术比较的信噪比的曲线图。
图7是部分侧视图，示出根据本发明实施例在检验测试之后用于除去和清洁筛子的装置。
图8是示出根据本发明实施例的光度(luminosity)对可渗透部件类型的标绘图。
具体实施方式
现在将参考附图中示出的几个较佳实施例详细地描述本发明。在下面的说明中，阐明许多特定的细节以便能透彻地理解本发明。然而，可以实践本发明而无需这些特定细节中的某一些或全部对于熟悉本领域的技术人员是显而易见的。在其它情况中，并不详细地描述众所周知的特征和/或过程步骤，以便不使本发明不必要地难于理解。参考附图、讨论和接着的权利要求书，能较佳地理解本发明的特征和优点。
如图2中较佳地示出的本发明的装置提供用于检测具有选择性地在终端插上塞子的一些单元(通道)的蜂房式过滤器100中的缺陷，诸如在壁流式过滤器或柴油微粒过滤器中。蜂房式过滤器100的内壁和/或塞子可以是多孔的。最好测试多孔壁和/或塞子是否存在会影响它们性能的缺陷。例如，壁可能包括碎裂(诸如裂缝)或空洞，这会允许相邻单元之间无约束的流，从而降低过滤效率或影响过滤器完整性。此外，塞子可以包括诸如部分填充、空洞或碎裂之类的缺陷，或甚至可以错过或否则可以与单元壁分隔开来。本发明的方法和装置允许容易地检测这些缺陷。
本发明的检查测试设备20包括微粒源24，可操作它而提供有悬浮微粒包含在其中的气流(如箭头“22”所表示)。把具有悬浮微粒的气体提供给蜂房式过滤器100的进口端面102。悬浮在气流中的的微粒流入单元通道，通过主体100的多孔壁和/或塞子，并且通过其出口端面104排出。排出出口端面104的即刻，含微粒的气体通过可渗透部件28，诸如安装在出口端面104邻近的、并且最好与出口端面104直接接触的筛子。在排出可渗透部件28之后，最好通过投射在部件附近的光平面30来照射流中的微粒；最好与部件的平面平行和与其隔开一个微小的距离(最好在上面)。然后可以通过检查微粒和光平面30的干扰来可靠地检测蜂房式过滤器100中塞子和/或壁中的缺陷。
在一个较佳实施例中，例如，通过用诸如照相机之类的成像器34记录图像，产生表示有缺陷单元的位置的图像。可以把与有缺陷单元的位置对应的图像存储在计算机36的存储器中和/或还可以显示在显示器38上。在蜂房式过滤器100上(即在与平面30的交叉处)的图像中，以亮点来表示壁和/或塞子本身中的缺陷。因此，它们的位置可以容易地与主体100上的单元缺陷位置相关。尤其，在把部件28放到蜂房100顶部之前，可以记录端面104以前的图像，从而捕获蜂房式单元结构的图像，即，周围外形的坐标空间中的位置(沿出口端面104的平面)以及出口端面104上单元和塞子的各自的位置。然后这个图像可以与示出亮点的其它图像相关，以确定不同的单元为包含缺陷的单元。
在操作中，通过微粒源24的颗粒产生器在腔室31中形成微粒(诸如液体颗粒，最好是极细的液体颗粒)。可以经由小喷嘴通过形成喷雾或成喷雾状或喷射液体来产生微粒。液体可以是基于水的或甚至是基于乙二醇的，因此是包括在雾中的。水是最佳的。然而，也可以使用烟或其它细小悬浮微粒物质，并且可以从这里的本发明得益。最好把微粒收藏在外壳26中，并且通过流动路径在压力下提供，最好由微粒源24和蜂房式主体100之间的管道42定义所述流动路径。管道42最好包括圆形横截面部分(然而，其它横截面形状也是可能的，诸如正方形、矩形等)，并且通常最好在轴向上与蜂房式主体100对准。此外，在把装满微粒的气体提供给进口端面102的点处，管道42的内部尺寸D(例如，直径)最好大于蜂房100的最大横向外部尺寸d。这个特征通过减小在气流(跨越进口端面102而提供的)分布上的边界层流动效应而提高了流速分布的均匀性。最好通过强迫空气进入外壳26的风扇43来实现最好大于30Pa(相对于进口和环境之间的压力)的压力供给。在一些实施例中，压力在30和70Pa之间。可以使用打孔的隔离物44使腔室31中的压力变化最小化。
在通过蜂房式主体100时，包含在气流中的微粒通过可渗透部件28。例如，可渗透部件28可以是最好包括在组件27中的筛子、网孔、布或打孔的板。把可渗透部件28设置在蜂房100的出口端面104附近，或最好与出口端面104接触。如图2和3中较佳地示出的组件27包括安装在框架29上的可渗透部件28。最好由诸如具有多根定向线的编织的或交织的线或丝材料之类的细丝状材料来制造可渗透部件28。通常可以以垂直方式使线定向；虽然不是必须如此定向的。例如，可以以链链接定向来编织部件。发现丝布或网孔是特别有效的。也可以使用诸如不锈钢丝布之类的金属丝布。可渗透部件28最好包括大于约50线/英寸的网孔稠密度，或甚至大于125线/英寸，在一些实施例中，大于约250线/英寸。在网孔或布中的丝线(细丝)的直径可以小于约0.005英寸(小于约127微米)，小于约0.004英寸(小于约102微米)，或甚至小于约0.002英寸(小于约51微米)。在一个示范性实施例中，可渗透部件28包括大于约50线/英寸的丝网孔稠密度，并且丝的直径最好小于约0.004英寸(小于约102微米)。发现具有30微米直径和325线/英寸的细筛子的功效十分良好。可渗透部件28还可以是薄纱或其它编织布或网孔，或任何其它精细地编织的、交织的或形成布材料的网格。最好使部件28扣紧在框架29上，为的是构建一个平面，并且最好通过可调节的外框架29b(诸如所示的可调节直径的环)固定在内框架29a上。
此外，部件28最好可以包括防反射表面。防反射表面实质上吸收用于照射的光源波长的光。例如，可以用暗的表面颜色对筛子着色，最好是无明暗差别的或无光泽的黑色或可吸收的其它颜色，诸如棕色或海军蓝。一些实施例可以包括涂敷，诸如黑色氧化物涂敷。黑色有助于提高信号之间的信噪比以及降低背景噪声。
如图8中最佳地示出，示出了光度相对于可渗透部件的类型，并且表示出了表面颜色。发现在用白光源的1到256标度的情况下当表面展现出小于240的光度时，实现了部件的优良的防反射特性；较佳的是小于215；或甚至小于180。
发现用黑色氧化物涂敷涂过的不锈钢丝织物的功能优良。其它类型的可渗透部件不明显地反射气体和微粒流，因此可以使用来检测缺陷。应该认识到，如果部件28具有过分粗糙的网孔线密度，则不可能明显地减小从端面104的反射。同样，如果部件28的稠密度过分精细，则将阻止流。最期望的是部件28中的打开区域的百分数(percent open area)在约30％和80％之间。
在一个实施例中，照射系统50包括用于产生光平面30的光源52，该光平面30与蜂房100的出口端面104相邻而稍离开出口端面104，并且还与部件28的平面隔开。光源52的一个例子是激光器，诸如红色或绿色激光器。光源52最好与诸如有小平面的旋转镜子58之类的光学元件一起工作，以把光束转换成光平面30。最好，使镜子58旋转，并且，例如，镜子58包括10个小平面，产生通过约72度角度延伸的光平面。例如，可以通过马达60以每分钟转数大于500的转速来旋转镜子58。因此，照射系统50产生通常与出口端面104和筛子28的平面(它大到足以完全跨越蜂房100的出口端面104)平行的光平面30。可以改变小平面的数量以扩展或收缩角度范围来适应大小变化的蜂房式主体。任意地，可以使用不止一个光源以跨越蜂房式主体100的出口端面104而形成均匀的、较佳的平的光平面30。例如，由L.Zoeller，III于12/21/04提交的题为“Method and System For Identifying Defective Cells In A PluggedHoneycomb Structure”的美国临时专利申请60/638,201描述了产生光平面的光源环。光源52照射从部件28形成的微粒。
或者，可能希望控制光平面30的扩展。在这种情况中，可以在垂直方向51上形成缝隙32，光平面30通过该缝隙延伸，以致把较佳地定义的光平面30投射在出口端面104的上面。选择缝隙32在垂直方向51上的宽度，以控制光平面30的扩展。垂直方向控制涡流和使蜂房100周围的空气流干扰最小。较佳地，光平面30和出口端面104之间的距离是如此的，以致从出口端面104形成的微粒仍具有与光平面30交叉的足够的动力。因此，光平面30应该与出口端面104和部件28尽可能地接近而无干扰。在一个实施例中，光平面30和筛子之间的距离在1/16英寸(16毫米)到1/2英寸(12.7毫米)的范围内。应该认识到，也可以使用其它光源，只要可形成较佳地定义的光平面即可，例如，UV(紫外)或IR(红外)激光器。
在从部件28出射之后，上述照射系统50照射上述流中的微粒，并且最好使用成像器34来捕获由于光平面30与从蜂房式过滤器100的出口端面104形成的微粒的干扰而引起的、经照射的颗粒(亮点)的X—Y位置的图像。成像器34记录从部件28形成的流的干扰图形的图像，最好是数字图像。然后处理图像以检测有缺陷的单元/塞子的存在和位置，以致可以修理它们。处理包括对图像与强度阀值进行一个像素一个像素的比较。在预选阀值之上，表示存在缺陷。使诸如照相机或可携式摄像机之类的成像器34定位于蜂房式过滤器100的出口端面104之上。成像器34捕获从端面104流出的任何经照射颗粒的图像。尤其，表示缺陷的区域在图像中以亮点示出。在单个缺陷的情况中，亮点是具有增加的微粒流体流(由于缺陷引起的)的单元上的一个点。因此，对于塞子，立即可以识别缺陷的位置(通过上述处理步骤)。成像器34还可以包括诸如透镜之类用于在经照射的区域上进行聚焦的光学系统。成像器34可以包括或附加到内部处理器或计算机36，内部处理器或计算机36把成像器收集的信息处理成图像文件，并且把图像文件存储在存储器中。处理器可以支持各种类型的图像文件格式，诸如TIFF和JPEG。计算机系统36可以包括视频监视器38和与系统交互作用所必需的其它外围设备，诸如键盘和鼠标(未示出)。这些外围设备在技术领域中是众所周知的，这里不再讨论。可以把来自成像器34的图像文件传送到处理器36以便进一步处理。可以在视频监视器38上显示图像文件。
成像器34能够检测白光之外的其它颜色。例如，成像器34能够检测，例如，从红色、蓝色和绿色中选择的一种或多种颜色。在后面的情况中，光平面30可以具有适合于由成像器检测的一种颜色，例如，红色。由于使光平面30定位在出口端面104之上，所以在出口端面104处形成的微粒将与光平面30交叉，照射了微粒与光平面30交叉的位置处的颗粒。
在蜂房式过滤器100中具有缺陷的单元将释放更多的微粒，而比单元大的微粒不具有缺陷。点的大小可以提供蜂房式过滤器100中缺陷大小的指示。如果图像呈现为均匀的，则在蜂房式过滤器100中没有缺陷。有利地，使用部件28使图像的总背景电平减小，从而增加了信噪比，以致可以更容易地检测到与缺陷相关联的亮点。换言之，可以把阀值设置得更低。此外，可以检测到更微小的缺陷。
为了便于确定有缺陷的单元的位置以及缺陷的大小以致可以对所发现的任何缺陷进行定位和修理，还希望对外部的周围分布101和蜂房式主体100的出口端面104进行成像。端部分布图像将示出蜂房式主体100的端部的单元、塞子和单元壁的位置以及与外部的周围分布101的关系。较佳地，在把筛子28安装在蜂房100的端部之前、或拆除它之后，得到这个端部分布图像。因此，可以使缺陷的位置与蜂房100中各个单元相关。还应该认识到，使用筛子28，通过实际增强排出出口端面104的微粒的流分布而提高了缺陷的检测到的位置—对—实际位置的总的相关。
如图4所示，示出了现有技术系统的流分布。如所看到的，在检查过程期间，在流中的微粒的流线(标号33)排出端面104，并且以笔直的路径离开。同样地，在光平面30的位置处，在光平面30中表示出的有缺陷的单元位置33a(不是直接在有缺陷的单元35之上)可以稍微地偏离一个距离“a”。因此，为了正确地确定由于蜂房式物件100中的缺陷37引起的有缺陷的单元35的位置，需要相关矩阵对所表示的有缺陷的单元位置33a与面104上的实际有缺陷的单元位置进行相关。通过流过蜂房式过滤器100中的壁缺陷37的低流约束的流来产生来自有缺陷的单元35(由较粗的箭头表示)33b的微粒的较大的流。
现在参考图5，与蜂房100的端面104接触的部件28的添加增强了流线33，尤其，增强了由于壁106a中的缺陷引起的较高的相对流33b，以致在光平面30中所表示的缺陷位置33a更接近地定位于实际单元缺陷位置35之上。因此，容易对实际单元35与所表示的位置33a进行相关。在周围单元处，这个影响是最显著的。因此，除了提高图像质量之外(通过增加信噪比)，部件28的使用还提高了对实际有缺陷的单元和/或塞子进行定位的能力。因此，可以更正确地检测缺陷。尤其，部件28的使用减小了总的背景(噪声)信号而不显著地减小来自有缺陷的单元的信号。部件28通过滤除从端面始发的反射分量来完成上述功能。因此，与没有筛子的简单过滤器测试相比较，提高了信噪比，如图6所示。尤其，定义信噪比(SNR)为：
SNR＝(信号—噪声)/噪声
与现有技术中不使用部件的检查方法相比较，通过本发明可以增加SNR达1.5或更大的一个因子，或甚至是2.0或更大。例如，图6示出黑色薄纱布的使用使SNR增加约80％，或甚至超过100％。相似地，当使用黑化的网孔或黑色编织物作为部件28时，SNR可以超过100％。其它例子展现出大于200％，或甚至大于300％的SNR。例如，具有325线/英寸和0.9mil(约23μm)以及49％的打开区域的、颜色为黑色的网孔提供400％的SNR。
在操作中，如图7中最佳地示出，示出检查装置20，通过任何合适的移动装置，可以把包括部件28和框架29的组件27从第一位置55(如虚线所示)移动到与蜂房100的出口端面104邻近的位置，并且最好与出口端面104相接触。例如，可以通过马达58旋转地驱动臂57而从第一位置55移动组件27。同样地，可以异常地移动筛子组件27，以致成像器34可以取得蜂房100的出口端面104的单元结构的未被阻挡的图像；因此，使单元结构和位置相对于周围而成像。通过相关矩阵使该图像与从部件28和光平面30排出的流中的微粒的干扰成像而检测到的缺陷进行相关。因此，可以检测有缺陷的单元，并且可以通过机器人等移动蜂房式主体100，使之离线和进行修理。此外，当把部件28移动到第一位置55时，可以通过清洁器56清洁筛子以除去筛子28上的任何水和/或碎片。例如，清洁器56可以是附加到真空发生器(未示出)上的真空头。任意地，例如，另外可以通过用擦拭单元的擦拭来清洁部件28，诸如用压缩空气或气体吹的，或用吸收部件(诸如布或吸收纸部件)吸取的、弹性擦拭器叶片。当把臂和部件设置于第一位置时，成像器34可以捕获周围分布和单元结构(单元壁和塞子的位置)的图像，以致可以使在平面30处检测到的缺陷位置与蜂房100的出口端面104上的实际单元位置进行相关。
在已经相对于有限数量的实施例描述了本发明的同时，从本揭示得益的、熟悉本领域的技术人员会理解，可以想出不偏离这里所揭示的本发明范围的其它实施例。因此，仅由所附的权利要求书来限定本发明的范围。
Claims (8)
1.一种用于检测蜂房式过滤器中的缺陷的装置，包括：
微粒源，用于把微粒提供给蜂房式过滤器的进口面；
可渗透部件，被设置在蜂房式过滤器的出口端面附近，并对从出口端面出射的微粒是可渗透的；以及
光源，它与可渗透部件间隔开并且用于照射穿透可渗透部件出来的微粒；以及
成像器，用于捕获经照射颗粒的图像，以检测过滤器的缺陷单元的位置。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可渗透部件是与出口端面相接触的筛子。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述可渗透部件包括防反射表面。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述防反射表面在利用白色光源的1到256标度上展现出小于240的光度。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述防反射表面展现出小于215的光度。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述防反射表面展现出小于180的光度。
7.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述筛子是用暗的表面颜色着色的。
8.一种用于检测蜂房式主体中的缺陷的方法，包括下列步骤：
把含微粒的气流提供给蜂房式主体的进口端面；
使从蜂房式主体的出口端面出来的部分气流穿过可渗透部件，其中所述可渗透部件对从出口端面出射的微粒是可渗透的；
用光源照射从可渗透部件出来的任何微粒；以及
捕获经照射颗粒的图像，以检测过滤器的缺陷单元的位置。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |