CN106461570B - 陶瓷蜂窝体的表皮化 - Google Patents

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Abstract

在表皮化系统中检查蜂窝体(122)表皮的一种原位检查系统和方法。所述检查系统包含构造成垂直于蜂窝体移动的轴向方向(112)在表皮(136)上产生线性照明的线性照明器(148),和构造成检测从表皮(136)散射的线性照明且基于所检测的线性照明产生信号的检测器(152)。控制器(184)构造成接收由检测器(152)产生的信号,实时地比较接收的信号与之前储存的不含缺陷的信号,且基于比较来控制至少一个表皮化工艺参数。所述方法包含原位检查表皮(136)，和基于检查控制至少一个表皮化工艺参数。在所述方法中,原位检查包含垂直于轴向方向(112)照明表皮(136)的线，和检测从表皮(136)散射的照明线。

Description

陶瓷蜂窝体的表皮化
优先权
本申请要求2014年03月18日提交的美国申请号14/217,848的优先权，其全文通过引用结合于此。
背景
领域
本发明的示例性实施方式涉及蜂窝体的表皮化(skinning)，具体来说，涉及检查表皮化的蜂窝体和控制蜂窝体表皮化。
背景讨论
来自内燃机的尾气的后处理可使用负载在高表面积基材上的催化剂，且在柴油发动机和一些汽油直喷发动机的情况下，可使用催化的过滤器用于除气碳烟炱颗粒。在这些应用中的过滤器和催化剂载体可为耐火的、耐热冲击的、在一定范围的pO2条件下是稳定的、不与催化剂系统反应，并对尾气流动提供较低的阻力。在这些应用中，可使用多孔陶瓷流穿蜂窝体基材和壁流蜂窝体过滤器(本文中统称为蜂窝体)。
因为在制造过程中的干燥和烧制收缩，颗粒过滤器和基材可能难以制造到原始设备制造商(OEM)和供应链设定的外部尺寸要求。结果，可将陶瓷粘结剂(cement)用来形成已经加工或“轮廓化”到所需尺寸的蜂窝体的外部表皮。如本文所使用，术语“蜂窝体”包括单一蜂窝整体件，和由固定在一起的多个蜂窝片段形成的蜂窝体，例如通过使用陶瓷粘结剂来形成整体件。可将陶瓷粘结剂混合和施加到烧制的、轮廓化的或分段的蜂窝体，且使湿润的表皮干燥。在本文中，将陶瓷粘结剂施加到蜂窝体外部的操作或过程被称作对蜂窝体进行“表皮化”。在本文中，将上面具有设置的表皮的蜂窝体称作“表皮化的”蜂窝体。
一旦蜂窝体上的湿润表皮已干燥，可对表皮进行检查，这需要劳动力、成本和时间。当发现有缺陷时，校正在相同生产运行中在后续表皮化的零件中产生缺陷的表皮化工艺可能为时已晚。可校正缺陷，这需要额外的劳动力、时间和成本，或者如果缺陷不能修复的化必需废弃生产运行，这导致生产率损失和降低制造效率。
背景部分批露的上述信息只是为了增强对本发明的背景的理解，因此它可包括不形成现有技术的任何部分的也不是现有技术可暗示本领域普通技术人员的信息。
概述
本发明的示例性实施方式提供一种制造表皮化的蜂窝体的系统。
本发明的示例性实施方式还提供一种制造表皮化的蜂窝体的方法。
本发明的其它特征将在以下描述中指出，它们通过该描述不难理解，或者可通过实施本发明而了解。
示例性实施方式披露一种原位检查系统，从而在蜂窝体表皮化系统中检查蜂窝体表皮的至少一种缺陷。所述检查系统包括沿着轴向方向移动包含设置其上的表皮的蜂窝体的传送零件的装置、检查装置和控制器。所述检查装置包含构造成垂直于轴向方向在表皮上产生线性照明的线性照明器,和构造成检测从表皮散射的线性照明且基于所检测的线性照明产生信号的检测器。控制器构造成接收由检测器产生的信号,实时地比较接收的信号与之前储存的不含缺陷的信号,且基于比较来控制至少一个表皮化工艺参数。
一种示例性实施方式还披露制造表皮化的蜂窝体的方法。所述方法包含沿着轴向方向传送包含设置在其上的表皮的蜂窝体,原位检查表皮,实时地比较信号与之前储存的不含缺陷的信号,和基于比较来控制至少一个表皮化工艺参数。在所述方法中,原位检查表皮包括垂直于轴向方向照明表皮的线,检测从表皮散射的照明线,和基于检测来产生信号。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例和说明性的，旨在对本发明进行进一步解释。
附图说明
附图用来帮助进一步理解本发明，结合在说明书中，构成说明书的一部分，附图显示了本发明的示例性实施方式，与说明书一起用来解释本发明的原理。
图1显示用于制造根据本发明示例性实施方式的表皮化的蜂窝体的系统的示意图。
图2显示4个线激光器投影的示意性俯视图，所述激光器相隔90度以覆盖垂直于根据本发明示例性实施方式的表皮化的蜂窝体纵向轴线的外部表面横截面。
图3显示根据本发明的这些示例性实施方式的蜂窝结构的侧视透视图，所述蜂窝体结构包含在单管(unipipe)中轴向施加的表皮，且在蜂窝体离开单管时穿过检查激光线。
图4显示根据本发明的这些示例性实施方式的蜂窝结构的侧视透视图，所述蜂窝体结构包含在单管中轴向施加的表皮，且在蜂窝体离开单管时穿过检查激光线。
图5提供根据本发明示例性实施方式的在示例实施方式中的激光检测器的数据输出，其显示凹坑(pock)的检测。
图6提供根据本发明示例性实施方式的在示例实施方式中的激光检测器的数据输出，其显示两个表皮粘结剂凸起(快速流动)的检测。
图7显示根据本发明示例性实施方式的示意性控制架构，其中表皮检查信号测量可用于反馈控制方案，从而调节表皮化工艺参数来减少或消除异常现象、缺陷、非均匀性等。
图8是根据本发明示例性实施方式的工艺流程图，其显示一种利用来自蜂窝体表皮检查装置的数据来控制表皮化工艺参数，从而在蜂窝体表皮化工艺中减少或消除异常现象、缺陷、非均匀性等的方法。
详细描述
在此将参照附图更完整地描述本发明，附图中给出了本发明的示例性实施方式。但是，本发明可以以许多不同的方式实施，不应被解读成限定于在此提出的示例性实施方式。相反，提供这些实施方式使得说明透彻而完整，能够向本领域技术人员完全地展示本发明的范围。在附图中，为了清晰起见，放大了层和区域的尺寸和相对尺寸。
应当理解，当描述一种元件或层在另一元件或层之上或者与另一元件或层“相连”或“相邻”时，所述元件或层可以直接在另一元件或层之上或者直接与其他元件或层相连或相邻，或者也可以存在中间的元件或层。相反地，当描述一种元件或层“直接在另一元件或层之上”或者与另一元件之间“直接相连”或“直接相邻”时，则不存在中间的元件或层。不同附图中的相同附图标记表示相同的元件。应理解，出于本发明之目的，X,Y,和Z中的至少一种可构造为仅含X、仅含Y、仅含Z或者两种或更多种项目X,Y,和Z的任意组合(例如,XYZ,XYY,YZ,ZZ)。
在这些示例性实施方式中，所揭示的制品及其制造方法提供了一个或多个优势特征或方面，包括例如，如下文所述。任一项权利要求所述的特征或方面一般在本发明的所有方面适用。在任一项权利要求中所述的任意单个或多个特征或方面可以结合或与任一项或多项其它权利要求中所述的任意其它特征或方面置换。
当使用术语如顶部、底部、侧面、上部、下部、垂直和水平时，本发明没有限制到这些示例性实施方式。相反，空间相对术语，例如“顶部”、“底部”、“水平”、“垂直”、“侧面”、“下方”、“以下”、“下部”、“之上”、“上部”等在本文中用于方便地描述附图中一种元素或特征与另一种元素或特征的相互关系。应当理解，空间相对术语除了附图中所示的取向之外，包括在使用或操作时装置的不同取向。例如，如果附图中的装置颠倒,之前描述为位于其他元件或特征“以下”或“之下”的元件可以描述为位于其他元件或特征“之上”。因此，示例性的术语“之下”可以同时包括之上和之下的方位。所述装置可以以其它方式取向(旋转90度或按照其他取向)并相应地对本文使用的空间相对描述用语进行解释。
“包括”、“包含”或类似术语意为包括但不限于，即内含而非排它。
用来描述本发明实施方式的修饰例如组合物中成分的量、浓度、体积、过程温度、过程时间、产量、流速、压力、粘度等数值及它们的范围的“约”指数量的变化，可发生在例如：制备材料、组合物、复合物、浓缩物或应用制剂的典型测定和处理步骤中；这些步骤中的无意误差；制造、来源或用来实施所述方法的原料或成分的纯度方面的差异中；以及类似考虑因素中。术语“约”还包括由于具有特定初始浓度或混合物的组合物或制剂的老化而不同的量，以及由于混合或加工具有特定初始浓度或混合物的组合物或制剂而不同的量。
除非另外说明，否则，本文所用的不定冠词“一个”或“一种”及其相应的定冠词“该”表示至少一(个/种)，或者一(个/种)或多(个/种)。
可采用本领域普通技术人员熟知的缩写(例如，表示小时的“h”或“hr”，表示克的“g”或“gm”，表示毫升的“mL”，表示室温的“RT”，表示纳米的“nm”以及类似缩写)。
在组分、成分、添加剂、时间、温度、压力和类似方面公开的具体数值及其范围仅用于说明，它们不排除其他限定数值或限定范围内的其他数值。本发明的设备和方法可包括本文所述的任何数值或数值的任何组合、具体数值和更具体的数值。
如本文所使用，生坯材料是未烧制的材料，其包含无机材料和/或有机材料的混合物。生坯材料可包括各种无机填料材料，无机粘合材料和/或有机粘合材料，以及液体载体。在本文中，在干燥之前，生坯材料可称为“湿润的”。可干燥生坯材料，来除去流体含量(例如，水)。通常通过使零件过夜静置暴露于环境大气压，来实现干燥，但是也可使用热空气、强制空气、微波辐射、射频(RF)或红外辐射(IR)来增强干燥。可在湿度受控的空气中实现干燥。生坯材料可包括冷固化的(cold-set)粘结剂。可对干燥的生坯材料进行烧制，以形成多孔或非多孔陶瓷制品。
如本文中所用，“追加量”表示基于并相对于100重量百分比的混合物的无机组分，组分如有机粘合剂、液体载体、添加剂或成孔剂的重量百分数。
基材和过滤器制品用于汽油和柴油、轻型和重型车辆的后处理排放控制，且所述控制满足环境规定。制备这些基材和过滤器中的步骤之一是在基材和过滤器的外部周界轴向表面上施加基于粘结剂的表皮或外部壁。
在零件(例如多孔陶瓷过滤器制品)上的表皮是零件和环境之间的界面。表皮提供多种功能，例如表皮增加零件的美感且被消费者视为高质量的指标，在制造和使用中(例如在零件加工和运输过程中)保护零件的功能过滤器部分免受结构退化(如碎屑破坏)和环绕零件的其它危险的影响，以及增加零件的静压强度，这是用于现代零件的重要性能度量。
图1是根据本发明示例性实施方式的具有在线表皮质量检查和控制装置的轴向表皮化系统的示意图。
图1显示待表皮化的蜂窝结构100。蜂窝结构100包含多个相交的壁102，其形成在相对的端面106,108之间轴向延伸的多个相邻的孔道通道104。蜂窝结构100可由单一整体件形成，或者由粘结在一起以形成整体件的片段形成。蜂窝结构100或零件可任选地首先进行轮廓化或成形，然后放置在零件加工装置110上。为了便于描述，把接收的多孔陶瓷(例如蜂窝结构100)称作未表皮化的零件。接收的陶瓷零件100可为未表皮化的、轮廓化的，包括待进行外部表皮化(over-skinned)的基础表皮等。轮廓化的指例如通过研磨、加工、芯体钻孔、切割等，将零件成形到特定的尺寸和公差。
未表皮化的零件100的孔道密度可为约100和900孔道/平方英寸(cpsi)。典型的孔道壁厚范围可约为0.025-1.5毫米(约1-60密耳(mil))。例如,蜂窝结构100几何形貌可为具有约8密耳壁厚的400cpsi(400/8)或具有约 6密耳壁厚的400cpsi(400/6)。其它几何形貌包含例如,100/17,200/12,200/19,270/19,600/4,400/4,600/3,和900/2。如本文所使用，蜂窝体用于包括大体上具有蜂窝结构的材料，但是并不严格限制于正方形结构。例如可以采用六边形、八边形、三角形、矩形或任何其它合适形状的孔道形状。此外，虽然将有孔道的未表皮化的零件100的横截面描述为圆形的，但没有这样限定，例如横截面可为椭圆、正方形、矩形或其它所需形状。
零件加工装置110可沿着如箭头112所示的轴向方向将未表皮化的零件100移动进入直径略大于零件直径的管(单管)或表皮化腔室114。单管114指轴向表皮化设备116的中央结构，其适于接收多孔陶瓷(例如蜂窝结构100)，且进一步适于通过歧管120从粘结剂来源(未显示)接收可流动的粘结剂118，且适于将粘结剂118递送到单管112之内的陶瓷零件表面来制备表皮化的零件122。表皮化方向通过箭头124表示。
在图1中，蜂窝结构128显示为在其通过单管114时部分地表皮化的。零件加工装置110和零件抬升装置132可提供驱动力来穿过单管112移动零件128。所示蜂窝体122离开单管114时包含均匀粘结剂118层，其在蜂窝结构的外部周界之上形成湿润表皮136。为了便于描述，把表皮化的多孔陶瓷(例如蜂窝结构122)称作零件。
本文所述的表皮材料可包括在下述温度下固化的那些：小于200℃,例如小于100℃的温度，和还例如小于50℃的温度,包含可适用于表皮化过程并使用“冷固化”表皮的粘结剂材料。在冷固化表皮化中,只需要干燥表皮化混合物，来形成蜂窝体的通道壁的密封。当采用冷固化表皮化过程时，把表皮化的蜂窝体加热到35-110℃的温度范围可用于加速干燥。在一些冷固化表皮化过程中，期望最终表皮固结，包括去除残留的临时粘合剂副产物(例如片材130)和强化密封件，可在后续的加工步骤进程中(例如在催化或灌装(canning)进程中)或者在首次使用中(例如，在排气系统中)进行。
例如,其中可使用冷固化表皮化的示例性组合物包括含胶凝的无机粘合剂(例如胶凝的胶体二氧化硅)以及耐火填料的那些，所述填料包含至少一种无机粉末,例如钛酸铝、堇青石、熔凝石英、多铝红柱石(mullite)和氧化铝中的至少一种,无机粉末具有15-50微米的双峰或单峰尺寸的中值粒度(D50),例如用于单一尺寸的30-40微米以及额外的用于双峰尺寸组合物中第二粒度的约150微米-约300微米如约150微米-约250微米的中值粒度。可在配批料之前(例如作为与胶凝化无机粘合剂的预混合物)或者在配批料之时，添加至少一种胶凝剂,例如盐酸、硫酸、硝酸、柠檬酸、乙酸、氢氧化铵、氢氧化钠和三乙醇胺(下文称为"TEA")中的至少一种，从而胶凝化无机粘合剂。或者，可使用未胶凝的组合物。这种组合物可提供在下述温度下在多孔陶瓷蜂窝体中固化的表皮(并由此永久密封到通道壁)：小于200℃,例如小于100℃,还例如小于50℃,包括约25℃。用于表皮化的粘结剂组合物的其它示例性实施方式如下所述。
表皮组合物参见美国临时专利申请号61/602,883和美国专利申请号13/302,262，以上各文的全部内容通过引用纳入本文。根据示例性实施方式，表皮组合物可为单一玻璃粉末组合物，其包含粘结剂(所述粘结剂包含玻璃粉末作为低热膨胀填料材料),粘合剂(binder)和用于携带玻璃基粘结剂的固体成分的溶剂或载体。玻璃粉末填料材料的玻璃可为无定形熔凝石英(SiO2)、研磨的堇青石、AT团块(grog)或二氧化硅烟炱。填料材料的玻璃粉末可具有10-20μm的中值粒度(D50),且最小粒度是7μm-75μm，最大粒度是50μm-70μm。粒度测定为基于质量的当量球形直径。玻璃粉末填料材料例如可占粘结剂的总无机组分的60重量％-80重量％。合适的二氧化硅粉末填料材料，例如以商品名Teco-Sil出售的那些，可从美国田纳西州的田纳西电子矿物公司的CE矿物公司(CE Minerals of TennesseeElectro Minerals Incorporated)购买。除非另外说明，使用麦克特瑞克有限公司(Microtrac Inc.)的粒度分析设备进行本文所有的粒度测量。
根据示例性实施方式，表皮组合物可包含粘合剂、用于携带玻璃基粘结剂的固体成分的溶剂或载体、以及无定形玻璃基粘结剂,所述粘结剂由双重玻璃粉末组合物形成，其包含第一种(精细)玻璃粉末作为低热膨胀填料材料,第二种(粗)玻璃粉末作为低热膨胀填料材料。第一玻璃粉末填料材料和第二玻璃粉末填料材料的玻璃都可为无定形的熔凝石英，其粒度大于约1微米。玻璃粉末填料材料的粒度分布可以是多峰的，即粒度大于约1微米的玻璃粉末填料材料的分布呈现多种模式(局部最大)的粒度。在一种实施方式中，无定形的玻璃基粘结剂包括粒度大于约1微米的无定形玻璃颗粒的双峰粒度分布。玻璃基粘结剂可包括第一种玻璃粉末填料材料，其中第一种玻璃粉末填料材料的中值粒度(D50)范围可约为10微米-约50微米,约为15微米-约50微米,约为20微米-约45微米或约为30微米-约45微米,且D10范围约为1微米-约10微米，D90范围约为25微米-约125微米。第二种玻璃粉末填料材料的中值(D50)粒度可为约150微米-约300微米,约150微米-约250微米,约170微米-约230微米,约180微米-约220微米,且D10可为约100微米-约150微米,和D90可为约250微米-约350微米。粒度测定为基于质量的当量球形直径。如本文所使用，术语“D50”表示粒度分布的中值，D10指单位为微米的粒度且10％的分布小于该粒度，以及D90指单位为微米的粒度且90％的分布小于该粒度。双重玻璃基粘结剂可包含例如下述量的第一种玻璃粉末填料材料：粘结剂的无机固体组分的总重量的约20-约60重量％,约25重量％-约50重量％,约25重量％-约40重量％,或约25重量％-约35重量％。玻璃基粘结剂可包含例如下述量的第二种玻璃粉末填料材料：粘结剂的无机固体组分的总重量的约10重量％-约40重量％,约15重量％-约40重量％,约20重量％-约35重量％。
在一种示例性实施方式,第一种玻璃粉末填料材料的D50可为约34微米-约40微米,第二种玻璃粉末填料材料的中值粒度是约190微米-约280微米。在一例子中,第一种玻璃粉末填料材料具有约6.0微米的D10,约34.9微米的D50和约99微米的D90。在另一例子中,第一种玻璃粉末填料材料具有约6.7微米的D10,约39.8微米的D50,和约110.9微米的D90。又在另一例子中,第一种玻璃粉末具有约2.7微米的D10,约13.8微米的D50和约37.8微米的D90,且作为又一例子，第一种玻璃粉末填料材料具有约2.8微米的D10,约17.2微米的D50和约47.9微米的D90。
第二种玻璃粉末填料材料和第一种玻璃粉末填料材料的比例可为约1:4-约1:1,例如约1:3.5-约1:1,约1:3-约1:1,约1:2.5-约1:1,约1.2-约1:1或约1:1.5-约1:1。在一种示例性实施方式,第二种玻璃粉末填料材料和第一种玻璃粉末填料材料的比例是1:1。
为了提供本发明的粘结剂组合物，可将包含上述无机粉末中的任一种的无机粉末和任意任选的无机添加剂组分与合适的有机和/或无机粘合剂材料混合在一起。有机粘合剂材料可包含一种或多种有机材料,例如纤维素醚、甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇、聚环氧乙烷等，或在一些实施方式中，胶状材料例如黄原胶(xanthan gum)或胶乳。例如,A4Methocel(甲基纤维素)是一种合适的有机粘合剂。Methocel A4是水溶性甲基纤维素聚合物粘合剂，可从陶氏化学(Dow Chemical)购买。合适的无机粘合剂可包含胶体二氧化硅或氧化铝，其包含悬浮在合适液体(例如水)中的纳米尺度的二氧化硅或氧化铝颗粒。当考虑有机粘合剂的流体部分时(其中除去流体部分的重量贡献)，无机粘合剂材料可以下述量存在于粘结剂组合物中：粘结剂中存在的无机固体总重量的小于约10％,且在一些示例性实施方式中，无机粘合剂以等于或小于约5重量％的量存在,且在一些其它示例性实施方式中，以约2重量％-约4重量％的量存在。合适的胶体二氧化硅粘合剂材料是W.R.格蕾丝公司(W.R.Grace)生产的Ludox HS40。典型的胶体粘合剂材料可包括大约40重量％的固体材料，作为在去离子水载体中的悬浮液。
在一些示例性实施方式中,如上所述的单一和双重玻璃粉末粘结剂还可包含无机纤维状增强材料。例如,可将铝硅酸盐纤维添加到粘结剂混合物来在施加表皮之后强化蜂窝结构。例如,粘结剂可包含粘结剂的无机固体组分的总重量的约25-约50重量％、约30-约50重量％的无机纤维状材料,在一些实施方式中粘结剂的无机固体组分的总重量的约35-约45重量％的无机纤维状材料。在一些其它实施方式中,纤维状无机增强材料可以下述量存在：作为粘结剂组合物无机固体的总重量百分比的约36重量％-约43重量％。一种合适的无机纤维状增强材料是Fiberfrax QF 180,可购自Unifrax公司，但是可使用任何高长径比耐火颗粒。
通常,用于提供可流动的或浆状稠度的液体载体或溶剂包括水(例如去离子(DI)水)，但可使用其它材料。液体载体含量可作为追加量以下述量存在：粘结剂混合物的无机组分的等于或小于约30重量％,可为粘结剂混合物的无机组分的约10重量％-约25重量％。但是，通常调节液体载体，以获得适于容易施加粘结剂的粘度。
在一些实施方式中，粘结剂可任选地还包含有机改性剂，例如用于增强粘结剂和蜂窝体之间粘合的粘附促进剂。例如，已发现Michem 4983适于这个目的。
在一些示例性实施方式中,粘结剂混合物在小于1000℃的温度下固化,例如小于800℃的温度,还例如小于600℃的温度,又例如小于400℃的温度,以及又例如小于200℃的温度。在一些示例性实施方式中,粘结剂混合物能在室温下(即,在约23℃下)固化。
本文所述的粘结剂组合物可呈现非常适于在蜂窝芯体上形成外部表皮的粘度。例如,根据本文所述的实施方式的组合物可具有等于或小于约12帕斯卡-秒(Pa·s.),等于或小于约5Pa·s.,或等于或小于约4Pa·s的极限剪切粘度。对于10s-1的剪切速率,剪切粘度可为例如等于或小于约400Pa·s,等于或小于约350Pa·s或小于或等于约300Pa·s。使用平板粘度计来测量粘度。
本文所述的粘结剂组合物的煅烧可在箱式炉中进行，在3小时内线性升温至600℃，然后在600℃下保温3小时，然后在超过3小时的时间段内降温回到室温。在商业应用中，可用催化剂对陶瓷制品进行外涂覆(wash coated)，然后进行热处理来除去有机材料。还可用垫材料包装陶瓷制品，该垫材料也可需要热处理来除去有机材料。煅烧工艺模拟陶瓷制品所经历的工作条件。
没有特别限定表皮粘结剂的组合物，且其可包含例如下述的表皮粘结剂：单一玻璃粉末组合物,双重玻璃粉末组合物,具有纤维状增强材料组成的单一玻璃粉末,具有纤维状增强材料组成的双重玻璃粉末,无机填料和晶体无机纤维状材料组合物,和双重玻璃粉末和晶体无机纤维状材料组合物。
在线检查和控制装置140可包含检查装置144来检查表皮136表面质量。检查装置144可包含激光装置148来发射光束150和检测装置152例如电荷耦合装置(CCD)相机来检测从表皮136散射的光束150。基于所检测的从表皮136表面散射的光束150，检查装置144提供信号168。在线检查和控制装置140可包含控制装置160来在接收器模块164中接收信号168,在信号分析器模块172中分析信号168,和传输器模块176来将控制信号180传输到工艺控制器184来响应分析控制表皮化系统116的工艺。
控制装置160可实施为下述形式：直接硬件、通过处理器执行的软件模块或两者的组合，从而实施涉及本文所述的实施方式所述的方法或算法。软件模块可能驻留在随机存取存储器(RAM),闪存,只读存储器(ROM),可编程只读存储器(PROM),可擦可编程只读存储器(EPROM)，电可擦可编程只读存储器(EEPROM),寄存器(register),硬盘,移动磁盘,光盘只读存储器(CD-ROM),或本技术领域所公知的任何其他形式的非临时性存储介质中。可将示例性储存介质耦合到控制装置160的处理器，从而处理器可从储存介质读取信息，或将信息写入储存介质。或者，存储介质可集成到处理器。处理器和存储介质可驻留在专用集成电路(ASIC)中。ASIC可驻留在计算设备或用户终端中。或者，处理器和存储介质可作为计算设备或用户终端中的离散的组件驻留。
虽然本文将控制装置160描述为与检查装置144隔开，但本发明不限于此，即控制装置160或其模块164,172,176中的任意一个模块可构成检查装置144。此外，在线检查和控制装置140的任意单元或模块可与其任意其它单元或模块集成。例如,控制装置160可与检测装置152集成,且接收器模块164、信号分析器模块172和传输器模块176可为一个集成的模块。此外，在其他情况下，没有显示众所周知的结构、材料或操作或者对其进行详述，以避免模糊本发明主题的各个方面。例如,控制装置160可包含储存装置、处理单元、电源等，且信号168,180可无线地传输，在电缆、光纤上传输等。
当表皮化的零件122沿着轴向表皮化方向124离开单管114时，其穿过由激光器148发射的光束150。光束150垂直于表皮化方向124在零件122的周界上照亮一条线。当表皮化的零件122穿过从激光器148发射的光束150时，通过检查装置144来检查表皮化的零件122。检查装置可包含多个激光器148和检测装置152。因此,在本发明的这些示例性实施方式中，当零件122离开表皮化单管114时，可检查包含湿润表皮136的零件122的实时检查。
虽然在这些示例性实施方式中，描述成表皮化的零件122穿过光束150，但本发明不限于此。即，表皮化的零件122可为固定的，且检查装置144可轴向地移动经过表皮化的零件122。
图2显示4个线激光器148和检测装置152投影的示意性俯视图，所述激光器相隔90度以覆盖垂直于根据本发明示例性实施方式的表皮化的蜂窝体122纵向轴线的外部表面横截面。在图2所示的排布中，用于线激光装置148和检测装置152的最大和最小零件122直径分别用D8和D7表示。在示例性实施方式中,D1可为约17.7英寸(45cm),D2可为约9.45英寸(24cm),D3可为约13.8英寸(35cm),D4可为约16.8英寸(42.7cm),D5可为约40.6英寸(103cm),D6可为约20.3英寸(51.6cm),D7可为约7英寸(17.8cm),和D8可为约13英寸(33cm)。线激光装置148和检测装置152的排布包含其数目，且取决于零件122周界和所需的圆周分辨率的尺寸和形状。在示例性实施方式中，圆周分辨率是足以检测1毫米宽表皮缺陷,例如,圆周分辨率可为足以检测700微米宽表皮缺陷,500微米宽缺陷,100微米宽缺陷,50微米宽缺陷,或甚至10微米宽缺陷,其中缺陷宽度沿着圆周方向,即垂直于轴向方向的方向且与零件122形状无关。
图3显示根据本发明的这些示例性实施方式的表皮化的蜂窝结构122的侧视透视图，所述表皮化的蜂窝体结构122包含在单管114中轴向施加的表皮136，且在蜂窝体122离开单管114时穿过检查激光线150。为了简便，没有显示零件抬升装置132。在表皮化的零件122底部中央是凹坑188或在表皮表面中的小凹陷，其在表皮化过程中产生，且将穿过激光光束150。凹坑188是表皮136中的弧坑缺陷。如本文所使用，深坑(pit)是从表皮表面渗透表皮136厚度到达表皮136下方的蜂窝结构100的凹坑188。
图4显示根据本发明的这些示例性实施方式的蜂窝结构122的侧视透视图，所述蜂窝体结构122包含在单管114中轴向施加的表皮136，且在蜂窝体122离开单管114时穿过检查激光线150。在零件122右侧上，是其中过量局部化压力或降低的粘度产生额外表皮粘结剂118的两个区域，其导致粘结剂从表皮136表面凸出，在本文中称作“快速流动”缺陷192。当在蜂窝体122的一部分上缺乏表皮粘结剂118时，本文中将这个称作“匮乏”缺陷。即，匮乏缺陷可理解为与快速流动缺陷192相反。
图5提供根据本发明示例性实施方式的在示例实施方式中的激光检测装置152的数据输出，其显示凹坑188的检测。在图5所示的例子中,如本文所述，将4个线激光器148和检测器152绕着离开单管114的零件122设置，如图1和2所示。将4个线激光器148中每一个的视野分成8个部分(区域)。在校准过程中，在存储器中储存表示不含缺陷的零件的标准分布(master profile)。标准分布包含来自检测的不含缺陷的零件的激光的测量信号。在规定的时间间隔或连续地基础上，在零件表皮化过程中当零件122穿过检查激光线150时，每一检测的检查激光线产生瞬时测量信号(实时数据)。将瞬时测量信号与标准分布进行比较。分析用于全部4个激光器148的所有8个区域的标准分布和瞬时测量信号之间的差异，以发现表示缺陷的异常现象。图3中看见的凹坑188缺陷在图5的时间序列数据中显示为正的尖峰188’。表皮表面中的凹陷在数据中显示为正偏差，同时凸起显示为负偏差，如图6所示，图6显示检测快速流动缺陷的数据。
图6提供根据本发明这些示例性实施方式的在示例实施方式中的激光检测器152的数据输出，其显示快速流动缺陷192的检测。在图6所示的例子中,如上文结合图5所述，将4个线激光器148和检测器152绕着离开单管114的零件122设置，如图1和2所示。分析用于全部4个激光器148的所有8个区域的标准分布和瞬时测量信号之间的差异，以发现表示缺陷的异常现象。图4中看见的快速流动缺陷192包括施加的表皮中的过量粘结剂材料的凸起，且在图6的时间序列数据中显示为负的尖峰192'(凹陷处)。快速流动凸起192在图6中显示为负的偏差192'，且在数据上是比深坑或凹坑峰188’更宽的峰192’。快速流动作为更宽的峰192’出现，因为它们趋于持续更长的时间，例如零件的长度，且不是局部化的缺陷如凹坑。
图7显示根据本发明示例性实施方式的示意性控制架构700，其中表皮检查信号测量可用于反馈控制方案，从而调节表皮化工艺参数来减少或消除异常现象、缺陷、非均匀性等。在图7中，表皮化工艺控制器184为表皮化设备116提供表皮化工艺参数。表皮化工艺参数包含参数例如歧管120和单管114中的粘结剂压力,通过单管114的零件进料速率，例如,通过控制零件加工装置110和零件抬升装置132速度,加入歧管120和单管114和设置在蜂窝芯体128上的表皮化粘结剂118化学性质，例如,粘结剂中水的量,粘结剂中空气的量,或粘结剂表皮配料的密度等。
在表皮化工艺196中，表皮化设备116采用来自184的工艺参数来表皮化蜂窝结构100。当表皮化的蜂窝体122离开单管114和穿过在线检查和控制装置144的检查装置144时，进行表皮质量测量200,从而检查表皮表面质量，如结合图1-6所述。表皮化的零件122在输出204处冒出。当在表皮质量测量200中检测和确定缺陷时，控制信号180向工艺控制器184提供反馈，从而响应表皮质量测量200来控制表皮化系统100的工艺。向工艺控制器184反馈从而响应表皮质量测量200控制表皮化系统116的工艺在后续的表皮化的零件122中减少或消除缺陷。
图8是根据本发明示例性实施方式的工艺流程图，其显示一种利用来自蜂窝体表皮检查装置的数据来控制表皮化工艺参数，从而在蜂窝体表皮化工艺中减少或消除异常现象、缺陷、非均匀性等的方法。所述方法可使用结合图1-7所述的根据本发明示例性实施方式的具有在线表皮质量检查和控制装置140的轴向表皮化系统116。在图8中,操作804表示启动方法。在操作808中，确定在线表皮质量检查和控制装置140的“开启”或”关闭”状态。当检查和控制装置140处于“关闭”状态时，操作812将检查和控制装置140转到“开启”状态。当检查和控制装置140处于“开启”状态时，操作816确定控制器160是否已接收来自检测装置152的数据以及是否通过信号分析器172分析来自检测装置152的数据。
当没有接收和分析来自检测装置152的数据时,操作820提供备用状态，其中检查和控制装置140回到操作816。操作820可提供时间段、零平均传感器数据等，然后将检查和控制装置140返回到操作816。当已经接收和分析来自检测装置152的数据时,操作824响应通过信号分析器172的分析确定是否已经检测到表皮缺陷。
当已经在操作824中检测到表皮缺陷时,操作828确定检测到何种类型的缺陷。当操作828中检测到的缺陷类型是快速流动或匮乏832时,操作844采用涉及快速流动和匮乏缺陷类型的系统工艺控制规则。工艺控制器184响应分析采用系统工艺控制规则来控制表皮化系统116的工艺。
根据本发明示例性实施方式,示例系统工艺控制规则参见表1。在这些示例性实施方式中,传送零件的装置110,132可构造成以约1-100毫米/秒的轴向速度传送零件100,122,128。在歧管与单管相交的地方，表皮化压力可为约1psi(6.89x103Pa)-约6psi(4.14x104Pa)。约-0.6毫米和约-0.8毫米的与标准信号的峰偏斜可对应于约0.6毫米-约0.8毫米的与平均表皮表面的偏差。平均表皮表面显示不含缺陷的表面的形貌。为了清楚，当在本文中使用小于约-0.8毫米的偏斜时，偏斜的绝对值(|Δx|,其中Δx是偏斜)大于约0.8毫米。类似地，当本文中使用大于约+0.8毫米的偏斜时，偏斜的绝对值(|Δx|)大于约0.8毫米。
表1
当在操作828中检测的缺陷类型是表皮836上的线或拖拉痕迹时,操作848升起标记来检查零件加工装置110到零件抬升装置132顶部/底部“交换”或单管114的整体性。可通过操作848中的标记警告操作者进行所述检查。即，沿着垂直于轴向方向的方向的绕着零件122的线可表示零件加工装置110和零件抬升装置132之间对齐的不匹配，这警告操作者进行对齐零件加工装置110和零件抬升装置132。拖拉痕迹可表明单管114中的碎屑，这警告操作者来进行清洁单管114。在替代示例性实施方式中，当在操作828中检测的缺陷类型是表皮836上的线或拖拉痕迹时,工艺控制器184可关闭轴向表皮化设备116。
当操作828中检测到的缺陷类型是深坑/凹坑840时,操作852采用涉及深坑和凹坑缺陷类型的系统工艺控制规则。工艺控制器184响应分析采用系统工艺控制规则来控制表皮化系统100的工艺。用于深坑和凹坑的示例系统工艺控制规则参见表2。
表2
此外，本发明的这些示例性实施方式涉及硬件和控制算法来确定在轴向表皮化工艺中引入的微米到毫米尺寸的缺陷的位置和尺寸，以及以自动化方式来最小化或消除这些缺陷的控制算法。缺陷检测过程可从将线激光器148投影到零件122外侧表面开始，其中激光线150垂直于轴向表皮化器116的移动112的轴线。激光器148可位于在表皮化单管114的出口处，其中零件具有施加的表皮。可通过相机152和光学过滤器使用三角测量来测量激光线150，以检测表皮表面(激光轮廓仪)中的任何曲率或缺陷。例如，可选择和组合较大长径比的激光线扫描仪，从而4个激光线扫描仪以90度的增量设置以完全或几乎完全覆盖最大零件122的外侧。如有需要，最大零件122的完全覆盖可通过额外的扫描仪148,152来实现。
激光轮廓仪的扫描速率可大于约1kHz，因此在其中表皮化速度可为5-10毫米/秒范围的这些示例性实施方式中，可进行表皮化零件的外侧表面的几乎连续的测量。激光轮廓仪可以覆盖感兴趣的产品范围所需的距离来牢固地安装,例如绕着圆柱零件的约7英寸(17.78cm)-约13英寸(33.02cm)直径。在安装激光器148之后，可捕集理想的表面形状，其将展示完美的零件(不含缺陷的)。可捕集这个分布，并作为标准分布储存在储存设备中，并用于与每一连续的测量的分布进行比较。表皮化的零件122的每一实时测量从其减去标准分布，随后将每一激光线的长度分成8个部分。组合来自4个激光器的数据形成32个这种部分，覆盖整个零件。然后，分析器172在这些子部分中的每一个中进行搜索，并计算沿着径向方向的从目前测量和标准分布的最大偏差，并以例如1kHz下的系统取样速率来报道这个数值。因此，可向控制器160报道表示绕着表皮化的零件的最大径向缺陷测量的32个测量，以在数据文档系统中储存，并用于表皮化过程的主动(实时)控制。
分析器172可构造成以大于或等于一频率接收来自轮廓仪的信号，同时传送零件的装置110,132可构造成以一轴向速度传送零件122，从而沿着轴向方向连续的扫描和传输相隔不超过1毫米。例如，激光轮廓仪可构造成以大于或等于一频率扫描照明线150和将信号168传输到控制器160，同时传送零件的装置110,132可构造成以一轴向速度传送零件122，从而沿着轴向方向连续的扫描和传输相隔约1毫米-约50微米。例如,频率可为约20Hz-约2kHz，传送零件的装置110,132可以2毫米/秒-100毫米/秒的轴向速度来传送零件。在这些示例性实施方式中，轴向分辨率足以检测1毫米长表皮缺陷,例如,轴向分辨率可足以检测700微米长表皮缺陷,500微米长缺陷,100微米长缺陷,50微米长缺陷,或甚至10微米长缺陷,其中缺陷长度沿着轴向方向。
用于轴向表皮化工艺的控制架构可响应质量度量来调节关键系统参数，如歧管压力，表皮化速度,和表皮化粘结剂配料化学性质。根据这些示例性实施方式的检查方法允许表皮化工艺控制器184对这些参数进行调节来保持良好的表皮质量或减少紊乱(upset)的长度，由此减少工艺中的废弃物和成本。
根据本发明的这些示例性实施方式，可采用统计过程控制(SPC)原理来减少缺陷和保持良好表皮质量。可单独地管理每一类表皮缺陷，因为缺陷的根源可不同。取决于发生的表皮缺陷的类型，可选择特定的控制策略路径。影响特定的表皮缺陷的控制的工艺参数(控制旋扭)也可不同。例如，如果出现“快速流动”或“匮乏”类的表皮缺陷，那么控制旋扭可仅为表皮化压力，仅为表皮化速度或者表皮化压力和表皮化速度的组合。本文中，表皮化速度指零件100,122,128通过单管114的速度。类似地，如果在表皮上形成“凹坑”和“深坑”，那么在这种情况下，控制旋扭可为表皮粘结剂配料组成，例如表皮粘结剂配料密度。
根据示例性实施方式的这种控制方法可以半自动化方式或全自动化模式来实施。在半自动化模式中，控制器160可使用来自表皮检查系统144的数据，并计算待进行的所需的控制移动，并在控制室中显示该移动，其中操作者可决定是否进行所建议的移动。在全自动化模式中，控制器160可自动地进行移动。
一旦将表皮材料118以本文所述的方式施涂到蜂窝体结构128，可任选地干燥和/或烧制表皮136。任选的干燥步骤可包括首先在湿度受控的气氛中，在一定温度下将表皮136加热足以至少基本上除去可在表皮材料中存在的任何液体载体的时间。如本文所使用，至少基本上除去任何液体载体包括在烧制之前，除去表皮136中存在的至少95％,至少98％,至少99％,或甚至至少99.9％的液体载体。此外，可通过任何已知的常规方法来提供加热，包括例如在湿度受控的气氛中的热空气干燥、RF和/或微波干燥。
任选的烧制步骤可包括适用于将表皮材料转化成主晶相陶瓷组合物的条件，包括将具有施加的表皮材料122的蜂窝体加热到大于800℃,900℃,和甚至大于1000℃的最高温度。在加热时，可使用约120℃/小时的升温速率，然后在最高温度下保持约3小时，然后以约240℃/小时的速率冷却。
在本说明书中描述的功能装置中的一些已经标记为模块、控制器和单元，从而强调它们实施的独立性。例如，模块、控制器或单元(下文称作“模块”)可实施为含定制VLSI电路或门阵列的硬件电路，成品的半导体例如逻辑芯片、晶体管或其它离散组件。模块还可实施为可编程硬件设备，例如现场可编程门阵列，可编程阵列逻辑，可编程逻辑设备等。模块还可实施为具有阀门、柱塞、齿轮、连接元件和弹簧等。
模块还可以软件的方式来实施，用于通过各种处理器来执行。例如,可执行代码的识别模块包括计算机指令的一个或多个物理块或逻辑块，其可例如组织为对象、过程或函数。然后，识别模块的可执行量无需物理地位于一起，但可包括储存在不同位置的不同指令，当逻辑地结合在一起时，所述指令包括模块并实现所述用于模块的目的。
可执行代码的模块可为单一指令，或许多指令，且可甚至分布在几个不同代码片段中，在不同程序中，以及在几个储存设备中。类似地，在本文中，可在模块之内识别和说明可操作的数据，且可以任何合适的形式来实施，并在任意合适类型的数据结构之内组织。可将可操作的数据收集作为单一数据组，或可分布在不同位置处，包括在不同储存设备中。
本说明书全文中对示例性实施方式的附图标记和本说明书全文中相似的语言可以，但不必指相同的实施方式。此外，本文中结合示例性实施方式所述的主题的特征、结构、或性质可以任何合适的方式组合在一个或多个示例性实施方式中。在本文中，提供了许多具体细节,如控制、结构、算法、编程、软件模块、用户选择、网络交易、数据库查询、数据库结构、硬件模块、硬件电路、硬件芯片等的例子,以提供对主题的实施方式的全面理解。但是，本领域普通技术人员将理解，可在不使用一种或多种具体的细节的情况下来实施主题，或者使用其它方法、组分、材料等来实施主题。在其他情况下，没有显示众所周知的结构、材料或操作或者对其进行详述，以避免模糊本发明主题的各个方面。
如上所述的示意性流程图和方法示意性图案统称作为逻辑流程图来列出。这样，所示的顺序和标记的步骤表示代表性实施方式。可设想其它步骤和方法，其在功能、逻辑或效果上与示意图中所示方法的一个或多个步骤或其部分相同。此外，提供所用的格式和符号来解释示意图的逻辑步骤，且理解成不限制通过图表所示方法的范围。虽然可在示意图中使用各种箭头类型和线条类型，但它们理解成不限制相应方法的范围。实际上，可使用一些箭头或其它连接符来仅表示方法的逻辑流。例如，箭头可表示所述方法的枚举步骤之间的未具体化持续时间的等待或监控时间段。此外，特定方法出现的顺序可严格地遵守或者不遵守所示的相应步骤的顺序。
对本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离本发明的精神或范围的情况下对本发明进行各种修改和变化。因此，所附权利要求应涵盖对本公开内容的这些修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求及其等同方案的范围之内。

Claims (12)

1.一种蜂窝体表皮化系统，其包含：
施涂机，其构造成将表皮施加到蜂窝体；
传送零件的装置，其沿着轴向方向移动蜂窝体；
检查装置，所述检查装置包含：
线性照明器，其构造成垂直于轴向方向在表皮上产生线性照明，和
检测器，所述检测器构造成检测从表皮散射的线性照明，且基于所检测的线性照明产生信号；以及
控制器，其构造成全自动地使用基于接收的来自所述检测器的信号和之前储存的检测器信号的比较的控制信号来控制表皮的施加，
其中，所述施涂机构造成响应所述控制信号来控制表皮粘结剂配料密度，且
所述控制信号用于控制表皮粘结剂压力和传送零件的装置速度中的至少一个。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述之前储存的检测器信号对应于来自不含缺陷的表皮的信号。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述之前储存的检测器信号对应于来自不含缺陷的表皮的信号分布。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述蜂窝体包含蜂窝结构。
5.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述蜂窝结构是单一整体件。
6.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述蜂窝结构由蜂窝体片段形成。
7.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，所述线性照明器包含激光器，且所述检测器包含激光轮廓仪。
8.如权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，沿着所述轴向方向，连续的照明线相隔不超过1毫米。
9.一种制造表皮化的蜂窝体的方法，该方法包括：
利用施涂机将表皮施加到蜂窝体；
沿着轴向方向传送包含设置在其上的表皮的蜂窝体；
当传送蜂窝体时检查表皮，所述检查包括：
垂直于所述轴向方向将线照明到所述表皮上，
检测因照明线造成的从所述表皮散射的光，和
基于所述散射的光的检测，来产生控制信号，以及
全自动地使用所述控制信号来控制所述表皮的施加，
其中，利用所述施涂机通过响应所述控制信号来控制表皮粘结剂配料密度，且
使用所述控制信号来控制表皮粘结剂压力和传送零件的装置速度中的至少一个。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，激光检测检测照明线，所述产生以大于或等于一频率来产生信号，且所述传送以一轴向速度来传送蜂窝体，从而沿着轴向方向连续的扫描和传输相隔不超过1毫米。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述照明线以一频率来产生，从而在传送蜂窝体时沿着轴向方向连续的线产生相隔约1毫米-约50微米。
12.如权利要求9-10中任一项所述的方法，其特征在于，
所述垂直于轴向方向照明表皮的线包括照明在表皮的相邻片段上的多根共平面的线，
所述检测包含检测从所述表皮从所述多根照明的共平面的线散射的光，
所述产生控制信号包括产生多个信号，其对应于每一根各自检测的共平面的线。
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