CN107405786A - 用于蜂窝体制造的在线挤出物检查和反馈控制方法 - Google Patents

Abstract

用于在挤压过程中原位监测挤出物的在线检查和控制系统。光束对记录所述曲率的所述挤出物外皮的外圆周上的线进行照明。对被照明的无缺陷外皮的主要轮廓进行记录，并与所述被照明的外皮的连续监测进行比较。与所述比较的差异表明外皮和/或形状缺陷。对自动调整过程控制硬件的实时反馈基于所述监测和比较来减少或消除所述外皮和形状缺陷。

Description

用于蜂窝体制造的在线挤出物检查和反馈控制方法

本申请要求2014年11月25日提交的美国临时专利申请序列号62/083,990的权益和优先权，所述临时申请的内容被用作依据并且通过引用以其全部内容结合在此。

背景技术

技术领域

本披露的示例性实施例涉及制造蜂窝体的方法，并且更具体地涉及被挤出的蜂窝体的检查以及挤压蜂窝体的控制。

背景技术讨论

来自内燃发动机的排气的后处理可以使用承载在高表面积基板上的催化剂，并且在柴油发动机和一些汽油直喷式发动机的情况下，可以使用用于除去碳烟粒子的催化过滤器。这些应用中的过滤器和催化剂载体可以是耐火的、耐热冲击的、在一定范围的pO₂条件下是稳定的、与催化剂体系不反应，并提供较低的排气流阻力。在这些应用中可以使用多孔陶瓷流通型蜂窝基板和壁流式蜂窝过滤器。

陶瓷蜂窝结构的制造可以通过以下过程来实现：塑化陶瓷粉末批料混合物，通过蜂窝挤压模具挤压所述混合物以形成蜂窝状挤出物，以及切割、干燥和烧制所述挤出物以产生高强度和热耐久性的陶瓷蜂窝。这样产生的陶瓷蜂窝广泛用作机动车辆排气系统中的陶瓷催化剂载体，以及用作从柴油发动机排气中除去碳烟和其他微粒的催化剂载体和壁流式微粒过滤器。

在商业上成功的用于陶瓷蜂窝制造的方法中的那些是利用大型共旋转双螺杆挤压机来混合和挤压陶瓷蜂窝状挤出物的方法。柱塞挤出成型、压制、铸造、喷涂和三维印刷是用于陶瓷蜂窝制造的其他工艺。

一旦湿式蜂窝体干燥，可以进行主体检查，需要劳动力、成本和时间。当发现缺陷时，对同一生产运行中导致由相同挤出物形成的顺序部件缺陷的挤压过程进行校正可能为时已晚。可以校正缺陷，需要附加的劳动力、时间和成本，或者如果缺陷不可修复而导致生产损失和制造效率低下，则可能必须废弃所述生产运行。

本背景部分中披露的上述信息仅用于增强对本披露的背景的理解，并且因此它可以包含不形成现有技术的任何部分的信息，也不是现有技术可能向本领域普通技术人员建议的信息。

发明内容

本披露的示例性实施例提供了一种用于监测蜂窝状挤出物的原位检查系统。

本披露的示例性实施例还提供了一种制造挤出陶瓷蜂窝体的方法。

本披露的附加特征将在以下的描述中阐述，并且部分地将从所述描述中变得明显，或者可以通过本披露的实践来了解。

示例性实施例披露了一种在挤压系统中监测蜂窝状挤出物的至少一个缺陷的原位系统。所述系统包括检查单元和控制器。所述检查单元包括线照明器和检测器。所述线照明器被配置成用于在与所述蜂窝状挤出物轴向方向垂直的所述蜂窝状挤出物的外周表面上产生线照明。所述检测器被配置成用于检测从所述挤出物的外周表面散射的线照明并基于所述检测到的线照明而产生信号。所述控制器被配置成用于接收由所述检测器产生的所述信号，将所述接收到的信号与先前存储的无缺陷信号进行实时比较，并且基于所述比较来控制至少一个挤压工艺参数。

示例性实施例还披露了一种制造挤出蜂窝体的方法。所述方法包括沿着轴向方向挤压蜂窝状挤出物并且在原位对蜂窝状挤出物进行检查。所述检查包括：对与所述轴向方向垂直的所述蜂窝状挤出物外周表面的线进行照明，检测从所述蜂窝状挤出物外周表面散射的所述照明线，以及基于所述检测而产生信号。所述方法包括：将所述信号与无缺陷蜂窝状挤出物检查的先前存储的信号进行实时比较，并且基于所述比较来控制至少一个挤压工艺参数。

应当理解，上述总体描述和下面的详细描述都是示例性的和说明性的，并且旨在提供对本披露的进一步的解释。

附图说明

被包括以提供对本披露的进一步理解并结合在本说明书中并且构成说明书一部分的附图展示了本披露的示例性实施例并且与说明一起用于解释本披露的原理。

图1是根据本披露的示例性实施例的用于控制挤压系统的操作的挤出物控制系统的示意图。

图2呈现了根据本披露的示例性实施例的具有在线检查和控制系统的挤压机前端的示意图。

图3示出了根据本披露的示例性实施例的线激光器和检测单元的凸起部的示意性俯视图，所述凸起部被定位成覆盖与蜂窝状挤出物的纵向轴线垂直的外表面横截面。

图4是可变垫片厚度的掩模(varigap)的过程控制硬件的示意图。

图5是无级变速的、可从外部控制的流量板(flow plate)的过程控制硬件的等距示意图。

图6是穿过图5的流量板的横截面的等距示意图。

图7以分解图示出了套筒的等距示意性细节，所述套筒对挤压机前端处的用于控制挤压过程的硬件设备进行容纳和支撑。

具体实施方式

应当理解，为了本披露的目的，“X、Y和Z中的至少一个”可以被解释为仅X、仅Y、仅Z、或X、Y和Z中的两项或更多项的任一组合(例如，XYZ、XYY、YZ、ZZ)。

如本文所使用的，“挤出物”是指增塑批料通过模具挤压而形成轴向延伸的交叉壁，所述交叉壁之间具有通道。所述通道可以具有各种形状的均匀的或变化的水力直径的横截面，如矩形(正方形)的、六边形的、其他多边形的、圆形的、椭圆形的、其他弯曲形状等，以及它们的组合。挤压可以是连续的过程，如螺杆挤压机、双螺杆挤压机等，或者是不连续的过程，如柱塞式挤压机等。在挤压机中，挤压模具可以关于挤压机筒的排出端口(如在所述筒的端部处)相联接。在所述挤压模具之前可以有其他结构，如通常打开的空腔、筛网/均化器等，以利于在所述批料到达所述挤压模具之前形成稳定的插入式流动前端。

所述挤出物通常具有共挤出的、整体形成的沿轴向方向延伸的外周表面(外皮)。所述挤出物外周可以具有各种截面形状，如圆形的、椭圆形的、多边形的等以及其对称的或不对称的组合。所述增塑批料可以包括无机粉末、无机粘合剂、有机粘合剂、成孔剂、溶剂、非溶剂等。在通过所述模具挤出所述增塑批料以形成所述挤出物之后，可对所述挤出物进行切割、干燥和烧制，以形成多孔陶瓷蜂窝体或多孔陶瓷蜂窝体区段。

图1是根据本披露的示例性实施例的用于控制挤压系统的操作的挤出物控制系统100的示意图。在挤出物控制系统100中，在操作130处将挤出物质量度量标准110与挤出物监测测量120进行比较。挤出物质量度量标准110是所存储的无缺陷挤出物的测量值。挤出物监测测量120可以在原位测量挤出物质量度量值，如外皮质量和形状质量。也就是说，在挤压期间，执行挤出物监测测量120。操作130处的所述比较实时地产生比较信号134。基于挤出物监测测量120的测量信号136可以在操作130的比较中被传输和使用。作为所述比较信号134的结果，反馈控制器140维持挤压硬件150设置或调整挤压硬件150设置。调整挤压硬件150设置改变了挤压工艺参数。

挤出物质量度量标准110是缺陷水平低于阈值的挤出物的测量值。缺陷可以例如是挤出物的总体形状与希望的总体形状的偏差(如弓形(bow))，或者是在共挤出的外轴向外周表面中(如共挤出的外皮质量中的缺陷)。当缺陷低于阈值时，所述挤出物被称为是无缺陷的。所述测量可以通过挤出物监测测量120来进行并且存储在非瞬时介质(如计算机硬盘驱动器)中。挤出物监测测量120可以通过挤出物检查系统230来进行(图2)。

图2是根据本披露的示例性实施例的具有套筒208和在线检查和控制系统230的挤压机前端204的示意图。挤压机前端204和套筒208可以被认为是挤压机210的一部分。套筒208可以包括模具以及在所述模具后面的流量板212，也就是说，增塑批料在流过所述模具之前流过流量板212。套筒208可以在所述模具之后包括附加硬件，如稍后更详细地描述的varigap，所述增塑批料在流过所述模具之后流过所述varigap硬件。

当沿箭头“A”的方向(轴向方向)离开挤压机210时，所述增塑批料变硬成为湿挤出物200，所述湿挤出物包括轴向延伸的交叉壁216(网)的网状物，所述交叉壁形成轴向延伸的通道220和轴向延伸的外周表面224。网216和通道220构成基体222。外周表面224布置在基体222的外周。外周表面224在本文中可以互换地称为共挤出外皮224、整体形成的共挤出外皮224或外皮224。

虽然流量板212已经被描述为布置在套筒208中，但是本披露还涵盖了没有流量板212布置在套筒208中的实施例。也就是说，下面更详细地描述的其他硬件可以与流量板212组合使用、或不使用流量板212来改变工艺参数。也就是说，可以单独使用或以任何组合使用挤压机前端204处的至少一个硬件部件以改变挤压工艺参数。此外，工艺参数可以包括挤压压力或温度，并且可以单独使用或与挤压机前端204处的一个或多个硬件部件组合使用以改变挤压工艺参数。

根据本披露的示例性实施例，当从前端204进行挤压时，挤出物200穿过在线检查和控制系统230。在从挤压机210中挤出所述增塑批料时，在线检查和控制系统230可以在原位对挤出物200进行检查。在线检查和控制系统230可以包括用于检查挤出物200表面224和整体挤出物形状质量的检查单元234。检查单元234可以包括用于发射光束242的光源(如激光单元238)以及用于检测从挤出物200的外皮散射的光束242的检测单元246(如电荷耦合设备(CCD)相机)。检查单元234基于从外皮224表面散射的检测到的光束242提供信号250。在线检查和控制系统230可以包括控制单元254，所述控制单元用于接收信号250、分析信号250、并且将控制信号258传输到过程控制器以响应于所述分析来对挤压系统210的过程进行控制。例如，所述过程控制器可以是用于对到达外周表面(外皮)层224的增塑批料流量进行控制的流量板212。

虽然控制单元254已经被描述为与检查单元234分隔开，但是本披露并不限于此，也就是说，控制单元254可以被包含在检查单元234中。此外，在线检查和控制系统230的任何单元或模块都可以与其任何其他单元或模块集成。例如，控制单元254可以与检测单元246成一体。而且，没有详细地示出或描述公知的结构、材料或操作，以避免模糊所披露的主题方面。例如，控制单元254可以包括存储设备、处理单元、电源等，并且可以通过电缆、光纤等或其组合来无线地传输信号250、258。

当挤出物200沿箭头“A”所指示的轴向方向离开挤压机210时，所述挤出物穿过从激光器238发射的光束242。光束242对与挤压方向“A”垂直的挤出物224的周边上的线进行照明。当挤出物200穿过从激光器238发射的光束242时，所述挤出物由检查单元234进行检查。检查单元234可以包括多个激光器238和检测单元246。因此，在本披露的这些示例性实施例中，包含湿的外皮224和湿的基体网222的挤出物200可以在离开挤压机210时进行实时检查。

虽然在这些示例性实施例中被描述为穿过光束242的挤出物200，但是本披露并不限于此。也就是说，挤出物200可以是静止的，并且检查单元234可以轴向地移动经过挤出物200，或者可以发生挤出物200和检查单元234移动的一些组合。

图3示出了根据本披露的示例性实施例的八个线激光器238和检测单元246的凸起部的示意性俯视图，所述凸起部以45度分隔开被定位成覆盖与蜂窝状挤出物200的纵向轴线垂直的外表面横截面。在这些示例性实施例中，线激光器238可以是共面的或交错的(非共面的)，并且检测单元246可以是共面的或交错的(非共面的)。图3所展示的用于线激光单元238和检测单元246安排的最大和最小挤出物200直径可分别是和在示例性实施例中，D7可以是约1.5英寸(3.81cm)，并且D8可以是约17英寸(43.18cm)。线激光单元238和包括其数量的检测单元246的安排取决于挤出物200周边224的尺寸和形状以及期望的圆周分辨率。虽然围绕所述部件的外周的距离被称为圆周，但这是为了便于描述，而不是旨在将挤出物横截面限制为圆形。在示例性实施例中，所述圆周分辨率足以检测1mm宽的外皮缺陷以及更大的外皮缺陷，例如，圆周分辨率可以足以检测700μm宽的外皮缺陷、500μm宽的缺陷、100μm宽的缺陷、50μm宽的外皮缺陷、10μm宽的外皮缺陷或者甚至1μm宽的外皮缺陷，其中缺陷的宽度是沿圆周方向(即与轴向方向垂直的方向)，而不管挤出物200形状如何。

在示例性实施例中，所述圆周分辨率足以检测1mm的形状缺陷以及更大的形状缺陷。不管外皮缺陷如何(即没有外皮缺陷或有外皮缺陷的情况)，都可以检测形状缺陷，检测和控制系统230可以确定挤出物200形状与无缺陷挤出物200形状的偏差。形状缺陷可以包括例如弓形或由于网216隆起或溃陷引起的形状偏差。例如，圆周分辨率可以足以检测700μm宽的形状缺陷、500μm宽的缺陷、100μm宽的缺陷、50μm宽的形状缺陷、10μm宽的形状缺陷或者甚至1μm宽的形状缺陷，其中缺陷的宽度是沿圆周方向(即与轴向方向垂直的方向)，而不管挤出物200形状如何。

检测单元246(在一些示例性实施例中可以是包括电荷耦合检测器(CCD)相机和滤光器的激光轮廓曲线仪)的扫描速率可以大于约1kHz，并且因此在这些示例性实施例中，在挤压速度可以在0.3至12英寸/秒(0.7至31cm/s)的范围内的情况下，对挤出物200的外表面的几乎连续的测量是可能的。可以以覆盖一定范围内的兴趣产品(例如约1.5英寸(3.81cm)至约17英寸(43.18cm)直径的圆柱形挤出物)所需的距离来刚性地安装所述激光轮廓曲线仪。在安装激光器238之后，可以捕获理想的表面和形状，这将表明完美的挤出物(无缺陷)。此轮廓可以捕获并且作为主轮廓(挤出物质量度量标准110)而被存储在存储设备中，并且用于与每个连续测得的轮廓进行比较。挤出物200的每个实时测量都从其中减去主轮廓，并且然后将每条激光线的长度分为几部分，如三个部分。结合来自八个激光器的数据然后将产生覆盖整个挤出物的24个这样的部分。然而，可以调整激光器的数量和部分的数量以满足应用。然后，控制器254的分析器搜索这些子部分中的每一个，并且从当前测量和主轮廓图中计算沿径向方向的最大偏差，并且以所述系统的采样率(例如，以1kHz)来报告此值。因而表示围绕挤出物200的最大径向缺陷测量的24个测量值可以被报告给控制器254而被存储在数据归档系统中并用于所述挤压过程的主动(实时)控制。

所述分析器可以被配置成用于在大于或等于一种频率下而从轮廓曲线仪接收信号，同时挤压机210可以被配置成用于以轴向速度挤压批料，使得连续的扫描和传输沿轴向方向间隔开不超过1mm。例如，所述激光轮廓曲线仪可以被配置成用于扫描照明线242并在大于或等于一种频率下而将信号250传输到控制器254，并且挤压机210可以被配置成用于以轴向速度挤压挤出物200，使得连续的扫描和传输沿轴向方向“A”间隔开约1mm至约50μm。例如，所述频率可以在约20Hz与约2kHz之间的范围内，并且挤压机210可以在2mm/s与100mm/s之间的范围内的轴向速度下挤压挤出物200。在这些示例性实施例中，所述轴向分辨率足以检测1mm长的缺陷，例如，所述轴向分辨率可以足以检测700μm长的缺陷、500μm长的缺陷、100μm长的缺陷、50μm长的缺陷或甚至10μm长的缺陷，其中所述缺陷的长度是沿轴向方向的，并且所述缺陷可以是外皮缺陷和整体形状缺陷。

图4是可变垫片厚度掩模(varigap)硬件400的示意图。根据本披露的示例性实施例，varigap 400可以由控制器254操纵来控制挤压过程。如美国专利申请2013/0300016中所述，可以操纵varigap 400来控制周边间隙以影响外皮速度，如同在此充分阐述的，所述申请的全部内容通过引用而结合在此。简而言之，varigap 400是关于以下进行描述：挤出物200沿轴向方向“A”流过模具406、流过用于形成挤出物200的基体网222的基体槽412以及流过用于形成挤出物200的外皮的周边槽418。当来自周边槽418的挤出物与间隙430中的掩模环424交会时，外皮224与挤出物基体222一体形成。Varigap硬件400被配置成用于通过掩模环424的移动来调整间隙430。例如，模具406的前面的掩模支撑件436可以通过调整器448来支撑调整环442。例如，调整器448可以是使调整环442沿轴向方向“A”朝向和远离模具406移动以分别减小和增加掩模环424与周边模具槽418处的模具面之间的间隙430的螺栓、凸台、活塞等。使用伺服马达、液压装置、气动装置等，调整器448的操纵可以是自动的。当varigap硬件400增加间隙430时，离开掩模环424的外皮速度降低。相反，减小间隙430增加了离开掩模环424的外皮速度。

图5是无级变速的、可从外部控制的流量板(flow plate)212的等距示意图，所述流量板能够在生产过程中调整围绕模具406的多个位置处的外皮－主体流速差异、并且允许对控制批料流量的内部部件的外部操纵而不必停止用于实现过程改变的制造操作。图6是穿过图5的流量板212的横截面的等距示意图。流量板212是如图5和图6所示的周边进料流量设备。流量板212由可移动地安装在环520上的区段510(例如6个至12个区段)组成。通过调整器540的操纵，可以将区段510径向地调整到所述材料批料的流动方向。例如，调整器540可以例如是通过螺栓540的旋转操纵而径向地移动区段510的螺栓、凸台、活塞等。

周边进料流量设备(流量板)212可被定位在模具406的入口面的上游或附近，如图7所示，并且用于调节进入周边进料孔418的批料流量。可以对区段510进行调整以控制一个或多个周边进料孔418中的、以及围绕模具406的一个或多个位置处的批料的流量。因此，流入间隙430的批料也由周边进料流量设备212来进一步控制。Varigap组件400和流量板212周边进料流量设备组合地用于控制模具418的外皮区域中的批料。

图7以分解图示出了挤压机前端204处的套筒208的中的示意性细节。套筒208可以容纳和支撑用于控制挤压过程的硬件设备700。套筒208可以具有检修孔704，所述检修孔用于接近过程控制硬件设备700上的调整器。在套筒208的内部，可以对孔环708支撑以提供在挤压机前端204附近的增塑批料的腔室空间和孔。邻近孔环708可以布置挤出物弓形校正器装置712。

于2003年12月16日发布的美国专利号6,663,378、于2004年8月26日公布的具有序列号10/370,840和公布号2004/0164464的美国专利申请以及于2013年10月23日提交的具有序列号14/061,129的美国专利申请中提供了用于校正挤压材料流中的弓形的挤出物弓形校正器设备的示例，如同在此充分阐述的，所述申请的全部内容通过引用而结合在此。模具406由周边进料孔和中心进料孔组成，所述孔在一端与入口面连通，并且在另一端与多个互连的周边排出槽418和中心排出槽412连通，在出口(离开)面形成中心销和周边销。

图7中展示的弓形偏转器设备712可以包括基座、水平调整构件716、水平连接器、竖直调整构件、竖直连接器以及弓形板。所述弓形偏转器基座具有孔720，通过所述孔达到增塑批料或挤出物的流量。所述弓形板可移动地安装至所述基座。所述弓形板可以可移动地安装至所述基座的下游侧或上游侧。所述弓形板具有由邻近基座孔720的边缘728限定的开口724。开口724可以与基座孔720直接相邻。开口724可以是恒定区域，并且可与被挤出的产品的形状相同。开口724可以具有孔720的相同的或不同的尺寸，例如，开口724的尺寸可以小于孔720。除挤出物流过开口724以外，所述弓形板阻止挤出物流动。

位于所述基座一侧的水平调整构件716控制所述弓形板的水平移动。水平调整构件716可以连接至所述弓形板的一侧。例如，水平调整构件716可以是推动和拉动所述弓形板的外周边缘的螺栓。类似的竖直调整构件可以位于图7中基座的顶部上，用于控制所述弓形板的竖直运动。例如，所述竖直调整构件可以是推动和拉动所述弓形板的外周边缘的螺栓。所述水平和竖直调整构件716可以在开口704处从外部进行操纵。这样允许在生产过程中无间断地进行外部操纵。调整构件716可以进行机械调整(例如，如图所展示的螺栓上的螺纹的旋转)，或者通过气动或液压设备(未示出)进行调整。

虽然使用了术语顶部、侧面、竖直和水平，但是本披露并不限于这些示例性实施例。而是，空间相关术语，如“顶部”、“底部”、“水平”、“竖直”、“侧面”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等可以在本文中使用是为了使得对如这些附图中所展示的一个元件或特征相对另外一个(多个)元件或一个(多个)特征的关系的描述易于阐释。可以理解的是，这些空间相对术语旨在涵盖除了在附图中描绘的定向以外的所述设备在使用或操作中的不同定向。例如，如果将图中的设备翻过来，那么描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件则可以取向为在所述其他元件或特征的“上方”。因此，示例性术语“下方”可以涵盖上方和下方的取向。所述设备可以按其他方式定向(旋转90度或处于其他取向)，并且本文使用的与空间相关的描述语句应相应地进行解释。因此，当图7中的弓形偏转设备712逆时针旋转90度时，示例性术语“侧面”可以变为“顶部”，反之亦然。

水平和竖直调整构件716分别连接至所述弓形板的侧面和顶部，以响应于水平和竖直调整构件716的向内和向外的移动来移动所述板。当所述弓形板沿水平方向移动时，开口724沿水平方向移动。同样地，当弓形板沿竖直方向移动时，开口724沿竖直方向移动。因此，开口724可以在保持恒定的开口尺寸(面积)和形状的同时相对于所述基座水平地和竖直地移动。改变开口724的位置不仅影响方向，而且影响可被校正的弓形幅度。

可以选择所述弓形板的位置以沿任何方向实现所需的弓形校正的幅度。例如，从中心向右和向下调整到中间位置的弓形板中的开口724以预定的弓形校正度来向下和向右校正弓形。

所述增塑批料在进入和穿过模具406之前流过弓形偏转器设备712。当所述塑料批料流过模具406时，所述塑料批料具有由所述弓形板的开口724的周边边缘728以及开口724的位置所确定的其上叠加的独特的流速。此流速梯度抵消了模具406中的优先流量，从而导致整个模具中的相等的批料流量。因此，当蜂窝状挤出物200从模具406中出现时，在任何方向上都不存在任何弓形。弓形偏转器设备712可以与模具406直接相邻，或者可以存在其他介入挤压硬件设备，如流量控制设备。例如，在图7中，展示了周边进料流量设备(流量板)212布置在弓形偏转器设备712与模具406之间。

所述弓形板可以通过竖直和水平调整构件716的调整而在所述基座的约束内在任何地方移动。左上位置的弓形板和弓形板开口724对挤出物200中的左上弓形进行计数。右上位置的弓形板和弓形板开口724对挤出物200中的右上弓形进行计数。处于右侧位置的弓形板和弓形板开口724和处于底部位置的弓形板和弓形板开口724分别对挤出物200中的右侧弓形和向下弓形进行计数。例如，弓形板和弓形板开口724可以通过转动竖直和水平调整构件716的螺栓而移动到这些描述的位置。当移动时，开口724的尺寸和形状可保持不变。

开口724可以被定位成根据需要提供最有效的流量校正，以提供直的挤出物，从而对抗阻止其自然顺直的问题，对挤出物的横截面形状的影响最小。例如，当挤出物横截面形状为椭圆形时，开口724可以是椭圆形的，或者当挤出物横截面形状为圆形时，开口724可以是圆形的。

就外皮成形组件(varigap)400而言，周边进料流量设备(流量板)212和弓形校正器设备712都可以在挤压装置210的外部进行调节。再次，可以使用合适的伺服电机、扳手、气动或液压单元来控制螺栓(调整器)540、716的运动，并且分别获得周边进给流量设备212和弓形校正器712的所需设置。可以存在各种垫片728、732以保持模具406，并且用紧固件740固定的星形轮环736可以用于将过程控制硬件700固持在套筒208中。

在操作中，流向模具406的批料首先与被定位成对所述批料中的任何弓形度进行校正的弓形校正器设备712交会。接下来，所述批料的外部与周边进料流量设备212交会，所述周边进料流量设备用于控制所述批料流入所述模具的周边进料孔。在周边流量设备212的出口处，所述批料进入模具406，所述批料在此被挤压。所述批料的周边区域与外皮形成组件400交会，所述外皮形成组件控制从周边排出槽418出来的批料的量和外皮厚度两者。可以在外部对所述挤压装置的各种部件进行控制。离开模具406的出口端的所得到的挤压结构200是在其上具有一体形成的外皮224的蜂窝体222。

用于所述挤压过程的控制架构可以响应于质量度量来调整关键系统参数，如挤压压力、外皮速度以及弓形校正。根据这些示例性实施例的检查方法允许控制器254对这些参数做出调整，以保持良好的外皮质量，保持良好的形状质量或减小扰动长度，从而减少所述过程中的浪费和成本。

根据示例性实施例的这种控制方法能以半自动方式或全自动模式来实现。在半自动模式中，控制器254可以使用来自检查单元234的数据并计算要进行的所需控制移动，并且在操作者可以决定是否进行所建议的移动的控制室中显示所述移动。在全自动方式下，控制器254可以自动进行移动。

具有挤出外皮的蜂窝体和蜂窝体区段的挤压是一种复杂的过程。已经参考过程控制硬件700(如弓形控制装置712、周边进料流量设备(流量板)212、流量硬件以及外皮形成组件(varigap)400)对外皮成形和外皮成形控制进行了描述。这些过程控制设备一起工作以在产品(挤出物200)周围形成均匀的外皮流量，并且在其离开挤压机210时形成均匀的形状。可以执行对过程控制硬件700的启动设置和调整，以产生均匀的挤出物和无缺陷的挤出外皮。

外皮缺陷可以包括快流量(波纹)、麻孔(air check)(由于慢流量而导致的外皮撕裂)以及裂纹。形状缺陷可以包括凹痕、凹槽和弓形。即使当过程控制硬件700被优化时，挤压中的条件随着时间可能改变(模具磨损、增塑批料变化、挤压压力以及温度变化等)，这样可能引入这些缺陷中的一个或多个。一旦例如通过检查单元234检测到缺陷，就可以实施例如控制单元254的控制策略来调整过程控制硬件700以重新建立外皮和形状质量。

本披露的示例性实施例允许立即检测外皮和形状缺陷，并且当通过可以自动移动的伺服式马达来控制过程控制硬件700(如弓形控制装置712、周边进料流量设备(流量板)212以及外皮形成组件(varigap)400)时可以向所述硬件提供位置特定信息。例如，激光单元238可以聚焦在对应于流量板212中的不同区段510的特定位置，以便控制确定位置中的外皮质量。另外，伺服控制的弓形控制装置712和varigap 400可以使用来自检查单元234的反馈来自动地对弓形进行校正。这种方法可以控制平均弓形，以使弓形始终在0毫米左右定中心。

由检查单元234提供的信号250可以是位置特定的，并且可以例如对应于流量板212中的区段510的对准。控制器254可以使用来自检查单元234的质量的反馈来驱动马达将流量板212的区段510移动到批料流量流中以减缓外皮流量，或者从所述批料流量流中拉出以促进外皮流量。另一方面，由检查单元234提供的信号250可以与挤出物200周围的均匀变化相关，并且对应于varigap 400的调整。控制器254可以使用来自检查单元234的质量的反馈来驱动马达而使varigap硬件400的调整环442沿轴向方向“A”朝向模具406移动以减小掩模环424与周边模具槽418处的模具面之间的间隙430从而增加外皮速度，或者沿轴向方向“A”离开模具406以增加在掩模环424与周边模具槽418处的模具面之间的间隙430从而降低外皮速度。

通常响应基体：

根据本披露的示例性实施例，在线检查和控制系统230可以在运行(在原位)期间连续监测挤出物200的外皮和形状质量，并且提供连续的实时反馈控制以调整过程控制硬件700从而自动地优化挤出物周围的增塑批料流量。

快流量外皮：

当穿过周边模具槽418的增塑批料速度与穿过中央排出槽412的速度相比过大时，会使外皮224弯曲；这种快流量外皮将导致外皮测量值比由控制单元254确定的挤出物质量度量标准110中的水平型目标线更高。

当由检查单元234检测到快流量外皮总体上均匀地分布在挤出物200周围时，控制单元254可以控制varigap 400来调节间隙430以均匀地影响外皮流量。在快流量外皮情况下，调整环442将被移动远离模具406面，以打开间隙430流腔并减少离开掩模的外皮速度。如果间隙430打开过多，则可发展为麻孔(如下面更详细地描述的)。

当快流量外皮不能单独用varigap硬件400解决时，可以通过控制单元254来调整流量板硬件212。对于快流量外皮，流量板212的区段510可以被推入增塑批料流量流中以减慢所述批料流量流进入所述外皮形成区域。

当检测单元234检测到快流量外皮在挤出物200的周边区域(被隔离为挤出物200的周边区域的一部分)周围是不均匀的时候，一个区段510或对应于具有快流量外皮的挤出物的周边区域的部分而定位的区段510的一部分可以通过控制单元254进行调整。以这种方式，可以根据检测到的缺陷轴向地控制挤压工艺参数以校正缺陷。

麻孔：

当穿过周边模具槽418的增塑批料速度与穿过中央排出槽412的速度相比过低时，会使外皮224撕裂；这种慢流量外皮将导致外皮测量值比由控制单元254确定的挤出物质量度量标准110中的水平型目标线更低。

控制单元254可以使用与上述用于控制快流量外皮的相同的过程硬件设备700来调整挤压过程。为了控制麻孔，可以执行与控制快流量外皮相反的调整。当由检查单元234检测到麻孔总体上均匀地分布在挤出物200周围时，控制单元254控制varigap 400来关闭间隙430。如果在间隙430减小之后需要附加控制，则流量板212的区段510可以由控制单元254移出到流量流之外，以促进更多地流向周边模具槽418和所述外皮形成区域。

在由检查单元234检测到的挤出物200的周边区域(隔离成挤出物200的周边区域的一部分)周围非均匀分布的麻孔可以由控制单元254来校正，所述控制单元对与所述挤出物的周边区域的具有麻孔的部分对应地定位的一个区段510或区段510的一部分进行控制。对于麻孔，流量板212的区段510可以被拉出增塑批料流量流以允许所述批料更快地流入麻孔的外皮形成区域。以这种方式，可以根据检测到的缺陷轴向地控制挤压工艺参数以校正缺陷。

如本文所述，根据本披露的示例性实施例，在挤压期间通过投射光束242对外皮224的外圆周上的各个位置处的线进行照明并记录所述线的曲率，在线检查和控制系统230可以监测挤出物200的外表面224。校准的检查单元234可以在没有可观察到的外皮或形状缺陷的时候拍摄被照明的外皮224的快照，并将这个快照记录为主轮廓(挤出物质量度量标准110)。可以通过在线检查和控制系统230将时间上连续的快照与这个主轮廓进行比较，并且所述主轮廓与当前轮廓之间的差异指示外皮和/或形状缺陷。位于挤出物200周围的多个检查单元234可以在所确定的位置(例如，轴向地与流量板212的区段510的过渡处成一直线)捕获外皮和/或形状质量测量值。所捕获的监测数据可由控制单元254使用来进行实时反馈，以便自动地基于所述比较来调整过程控制硬件700从而减少或消除外皮和形状缺陷。

根据本披露提供的挤压系统的在线检查和控制的优点包括：(1)触发即时流量控制响应以减少损失的对外皮和形状质量的实时即时反馈；(2)比手动的依赖操作者的响应更严格的控制算法和响应；(3)检测到比手动的操作者可检测到更精细的外皮流量细节，导致更一致的外皮和形状质量，导致更一致的挤出物；(4)更一致的外皮质量提供更好的等静压测试结果和更大的抗裂性；以及(5)具有挤压形状质量信息可以提供关于立即离开所述模具的流动特性的信息。

根据本披露的示例性实施例，进一步的优点包括：(6)可以改进微细凹痕或凹槽的检测，经由流量硬件调整或触发标记系统以从进一步的加工而在有缺陷的蜂窝体或蜂窝体区段将凹槽或凹痕去除；(7)由控制器254控制的自动调整器(如伺服马达)提供比手动操作更精细的对于流量板212区段510运动、弓形板运动和varigap 400运动的调整控制；(8)每个区段510运动可以处于闭合反馈控制回路中，该反馈控制回路在与用于最佳效率的流量板212区段510成一直线的检查单元234中带有光源(如激光单元238)和检测单元246(如电荷耦合设备(CCD)相机)；以及(9)在线检查和控制单元230可以在运行(在原位)期间连续监测挤出物的外皮和形状质量并提供连续的实时反馈控制。

在整个说明书中对示例性实施例的引用以及整个说明书中的类似语言可以但不一定是指同一实施例。此外，在一个或多个示例性实施例中，参考示例性实施例本文描述的主题的描述的特征、结构或特征可以以任何合适的方式进行组合。

对于本领域技术人员清楚的是，在不脱离本披露的精神或范围的情况下，可以对本披露进行各种修改和变化。因此，预期的是所附权利要求书覆盖本披露的修改和变化，只要所述修改和变化落入所附权利要求书及其等效物范围之内。

Claims (18)

1.一种在挤压系统中监测蜂窝状挤出物的至少一个缺陷的原位系统，所述系统包括：

检查单元，所述检查单元包括：

线照明器，所述线照明器被配置成用于在与所述蜂窝状挤出物轴向方向垂直的所述蜂窝状挤出物的外周表面上产生线照明，以及

检测器，所述检测器被配置成用于检测从所述挤出物的外周表面散射的线照明并基于所检测到的线照明而产生信号；以及

控制器，所述控制器被配置成用于接收由所述检测器产生的所述信号，将所接收到的信号与先前存储的无缺陷信号进行实时比较，并且基于所述比较来控制至少一个挤压工艺参数。

2.如权利要求1所述的原位系统，其中，所述比较被配置成用于识别所述蜂窝状挤出物中的弓形，并且所述控制被配置成用于产生弓形板位置调整信号以校正所识别的弓形。

3.如权利要求1-2中任一项所述的原位系统，其中，所述比较被配置成用于识别所述蜂窝状挤出物的快流量外皮，并且所述控制被配置成用于产生varigap间隙调整信号和流量板区段调整信号中的至少一个，以校正被识别的快流量外皮。

4.如权利要求1-3中任一项所述的原位系统，其中，所述比较被配置成用于识别所述蜂窝状挤出物的所述外皮中的麻孔，并且所述控制被配置成用于产生varigap间隙调整信号和流量板区段调整信号中的至少一个，以校正被识别的麻孔。

5.如权利要求1-4中任一项所述的原位系统，其中，所述线照明器包括激光器，并且所述检测器包括激光轮廓曲线仪，所述激光轮廓曲线仪包括电荷耦合检测器(CCD)相机和滤光器。

6.如权利要求5所述的原位系统，其中，所述激光轮廓曲线仪被配置成用于扫描所述照明线，并且以大于或等于所确定的轴向挤压速度的频率而将所述信号传输到所述控制器，使得连续的扫描和传输沿所述轴向方向间隔开不超过1mm。

7.如权利要求5所述的原位系统，其中，所述激光轮廓曲线仪被配置成用于扫描所述照明线，并且以大于或等于所确定的轴向挤压速度的频率而将所述信号传输到所述控制器，使得连续的扫描和传输沿所述轴向方向间隔开约1mm至约50μm。

8.如权利要求7所述的原位系统，其中，当所述挤压机被配置成以在0.7cm/s和31cm/s之间的范围内的轴向速度挤压所述蜂窝状挤出物时，所述频率在约20Hz与约2kHz之间的范围内。

9.如权利要求1-8中任一项所述的原位系统，其中，所述检查单元被配置成用于当所述蜂窝状挤出物位于挤压系统的前端、并且所述蜂窝状挤出物的至少一部分已经离开所述前端的时候开始检查。

10.如权利要求1至9中任一项所述的原位系统，其中，所述检查单元包括多个线照明器和检测器，并且所述控制器被进一步配置成用于从所述多个检测器接收多个信号。

11.如权利要求10所述的原位系统，其中，所述检查单元包括所述多个照明器和所述多个检测器，所述多个照明器在与所述轴向方向垂直的平面内围绕所述挤出物均匀间隔开，所述多个检测器在与所述轴向方向垂直的所述平面的上方和下方中的至少一个围绕所述挤出物均匀间隔开，使得沿与每个检测器的轴向方向垂直的方向的空间分辨率在所述蜂窝状挤出物的外周表面上小于500μm，并且所述控制器被配置成用于从所述检测器接收多个信号，所述多个信号对应于由相应的检测到的线照明所照亮的外周表面的一部分。

12.如权利要求11所述的原位系统，其中，所述控制器被配置成用于根据检测到的缺陷来轴向地控制所述至少一个挤压工艺参数。

13.一种制造挤压蜂窝体的方法，包括：

沿轴向方向挤压蜂窝状挤出物；

在原位对所述蜂窝状挤出物进行检查，包括：

对与所述轴向方向垂直的所述蜂窝状挤出物外周表面的线进行照明，

检测从所述蜂窝状挤出物外周表面散射的所述照明线，以及

基于所述检测而产生信号；

将所述信号与无缺陷蜂窝状挤出物检查的先前存储的信号进行实时比较；以及

基于所述比较来控制至少一个挤压工艺参数。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包括：

干燥所述蜂窝状挤出物；

切割所述蜂窝状挤出物；以及

烧制所述蜂窝状挤出物以产生多孔陶瓷蜂窝体。

15.如权利要求13-14中任一项所述的方法，其中，所述比较识别所述蜂窝状挤出物中的弓形，并且所述控制产生弓形板位置调整信号以校正所识别的弓形。

16.如权利要求13-15中任一项所述的方法，其中，所述比较识别所述蜂窝状挤出物的快流量外皮，并且所述控制产生varigap间隙调整信号和流量板区段调整信号中的至少一个以校正被识别的快流量外皮。

17.如权利要求13-16中任一项所述的方法，其中，所述比较识别所述蜂窝状挤出物的所述外皮中的麻孔，并且所述控制产生varigap间隙调整信号和流量板区段调整信号中的至少一个以校正被识别的麻孔。

18.如权利要求13-17中任一项所述的方法，其中

所述对与所述轴向方向垂直的所述外皮的线进行照明包括对所述蜂窝状挤出物外周表面的相邻区段上的多个共面线进行照明，

所述检测包括检测从所述蜂窝状挤出物外周表面散射的所述多个照明共面线，

产生所述信号包括产生对应于每个相应的检测到的共面线的多个信号，

比较所述信号包括将所述多个信号中的每一个与所述对应区段处的先前存储的无缺陷信号进行实时比较，以及

基于所述比较来控制至少一个挤压工艺参数。