CN108475294B - 表征多孔陶瓷制品的等静压强度的非接触式方法 - Google Patents

表征多孔陶瓷制品的等静压强度的非接触式方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108475294B
CN108475294B CN201780006918.9A CN201780006918A CN108475294B CN 108475294 B CN108475294 B CN 108475294B CN 201780006918 A CN201780006918 A CN 201780006918A CN 108475294 B CN108475294 B CN 108475294B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ceramic article
isostatic
isostatic strength
web
max
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780006918.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108475294A (zh
Inventor
S·T·尼科尔森
D·J·沃西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Corning Inc
Original Assignee
Corning Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Corning Inc filed Critical Corning Inc
Publication of CN108475294A publication Critical patent/CN108475294A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108475294B publication Critical patent/CN108475294B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/10—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material
    • B32B3/12—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a discontinuous layer, i.e. formed of separate pieces of material characterised by a layer of regularly- arranged cells, e.g. a honeycomb structure
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/20—Image preprocessing
    • G06V10/34—Smoothing or thinning of the pattern; Morphological operations; Skeletonisation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V30/00—Character recognition; Recognising digital ink; Document-oriented image-based pattern recognition
    • G06V30/10—Character recognition
    • G06V30/14—Image acquisition
    • G06V30/144—Image acquisition using a slot moved over the image; using discrete sensing elements at predetermined points; using automatic curve following means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/18—Manufacturability analysis or optimisation for manufacturability
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V2201/00—Indexing scheme relating to image or video recognition or understanding
    • G06V2201/06—Recognition of objects for industrial automation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Press-Shaping Or Shaping Using Conveyers (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

对陶瓷元件或陶瓷制品的等静压强度进行表征的非接触式方法包括拍摄陶瓷制品的数字图像，然后基于拍摄的数字图像形成陶瓷制品及其网状物的二维示图。所述方法还包括利用选定量的模拟等静压力对陶瓷制品的二维示图进行有限元分析，以确定网状物的二维示图中的最大应力值。所述方法还包括利用最大应力值来表征陶瓷制品的等静压强度。

Description

表征多孔陶瓷制品的等静压强度的非接触式方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年1月15日提交的系列号为62/279,397的美国临时申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并通过引用将其全部结合入本文。
技术领域
本公开涉及多孔陶瓷制品，具体地，涉及表征陶瓷制品(例如挤出的多孔陶瓷制品)的等静压强度的方法。
本文中提及的任何出版物或专利文件的完整公开内容通过引用纳入本文，包括第US 2013/0212151号预授权公开的专利申请，以及S.T.Gulati等人的文章“Isostaticstrength of extruded cordierite ceramic substrates”[《挤出堇青石陶瓷基材的等静压强度》]，SAE 2004世界大会暨展览会，SAE技术论文2004-01-1135,2004,doi:10.4271/2004-01-1135；2004年3月8日出版。
背景技术
多孔陶瓷制品在内燃机中用作微粒过滤器和催化转化器。孔道可以密集排列以向催化材料提供相对较大的表面积来与通过孔道的排气反应。壁可以具有相对较薄的截面尺寸以提供显著较大的开放的前区域，从而降低整个排气系统中的背压。多孔陶瓷制品需要足够的机械完整性和热完整性以承受正常的汽车冲击和热要求。
特别地，用作车辆过滤器或催化转化器的陶瓷制品需具有足够的机械强度以在被称为“封装”的过程期间能够经受地住被放置在金属壳体中。陶瓷制品的机械强度的一个量度是其等静压强度。陶瓷制品的等静压强度可通过将对陶瓷制品的等静压力或压力增加到结构失效的量来测量。然而，这样的测量导致陶瓷制品损坏或毁坏，因此不是表征等静压强度的优选方法，尤其是在制造环境中不是优选的方法。这种直接测量等静压强度也非常耗时并且可使生产变慢。
发明内容
本公开的一个方法是表征陶瓷制品的等静压强度SC的非接触式方法，所述陶瓷制品具有由壁限定的网状物，所述壁进而限定孔道阵列。所述方法包括：a)拍摄网状物的数字图像；b)基于拍摄的数字图像形成包含有网状物的陶瓷制品的二维(2D)示图；c)模拟施加于2D示图的选定量的等静压力P等静压以确定网状物的2D示图中的最大应力值σC-最大；以及d)利用最大应力值σC-最大来确定陶瓷制品的等静压强度SC。
本公开的另一个方面是上述方法，其中步骤b)包括使用矩形梁元表示网状物。
本公开的另一个方面是上述方法，其中步骤c)包括进行有限元分析。
本公开的另一个方面是上述方法，其中步骤d)包括：定义应力集中系数σF＝σC-最大/P等静压；并且通过关系式1/σF＝α·SC–β确定计算的应力SC，其中α和β是通过对所述关系式进行最佳拟合，但是使用对测试用陶瓷制品测量得到的等静压强度SM的测量值来确定的常数。
本公开的另一个方面是上述方法，其中在步骤d)之后还包括：将等静压强度SC与阈值S阈值比较。
本公开的另一个方面是表征陶瓷制品的等静压强度SC的非接触式方法，所述陶瓷制品具有由壁限定的网状物，所述壁进而限定孔道阵列。所述方法包括：a)拍摄网状物的数字图像；b)基于拍摄的数字图像形成包含有网状物的陶瓷制品的2D示图；c)利用选定量的模拟等静压力P等静压对陶瓷制品的2D示图进行有限元分析，以确定网状物的2D示图中的最大应力值σC-最大；以及d)利用最大应力值σC-最大来确定陶瓷制品的等静压强度SC。
本公开的另一个方面是上述方法，其中步骤b)的形成陶瓷制品的2D示图包括使用2D矩形梁元表示网状物。
本公开的另一个方面是上述方法，其还包括在步骤a)与步骤b)之间，使用滤波操作、动态阈值操作、岛移除操作、平滑操作和孔填充操作中的至少一种来处理拍摄的数字图像以形成经过处理的图像，然后使用经过处理的图像来进行步骤b)至d)。
本公开的另一个方面是上述方法，其中步骤d)包括：定义应力集中系数σF＝σC-最大/P等静压；并且通过关系式1/σF＝α·SC–β确定计算的应力SC，其中α和β是通过对所述关系式进行最佳拟合，但是使用对测试用陶瓷制品测量得到的等静压强度SM的测量值来确定的常数。
本公开的另一个方面是上述方法，其中步骤a)包括利用二维图像传感器直接拍摄二维数字图像或利用线性图像传感器拍摄一系列的一维图像。
本公开的另一个方面是上述方法，其在步骤d)之后还包括：将等静压强度SC与阈值S阈值比较。
本公开的另一个方面是上述方法，其包括使阈值S阈值以陶瓷制品的预期用途为基础。
本公开的另一个方面是表征陶瓷制品的等静压强度SC的非接触式方法，所述陶瓷制品具有网状物，所述网状物包括限定孔道阵列的壁。所述方法包括：a)拍摄陶瓷制品及其网状物的数字图像；b)处理数字图像以形成经过处理的图像；c)由经过处理的图像形成陶瓷制品的2D示图，所述2D示图使用矩形梁元来表示网状物；d)通过模拟向陶瓷制品的2D示图施加的选定量的等静压力P等静压，确定网状物中的最大应力值σC-最大；以及e)利用最大应力值σC-最大来确定陶瓷制品的等静压强度SC。
本公开的另一个方面是上述方法，其中，处理数字图像包括进行滤波操作、动态阈值操作、岛移除操作、平滑操作和孔填充操作中的至少一种。
本公开的另一个方面是上述方法，其中步骤d)包括进行有限元分析。
本公开的另一个方面是上述方法，其中步骤d)包括：定义应力集中系数σF＝σC-最大/P等静压；并且通过关系式1/σF＝α·SC–β确定计算的应力SC，其中α和β是通过对所述关系式进行最佳拟合，但是使用对测试用陶瓷制品测量得到的等静压强度SM的测量值来确定的常数。
本公开的另一个方面是上述方法，其中步骤a)包括利用二维图像传感器直接拍摄二维数字图像或利用线性图像传感器拍摄一系列的一维图像。
本公开的另一个方面是上述方法，其在步骤e)之后还包括：将等静压强度SC与阈值S阈值比较。
本公开的另一个方面是上述方法，其包括使阈值S阈值以陶瓷制品的预期用途为基础。
本公开的另一个方面是上述方法，其中，预期用途是对陶瓷制品进行封装。
在以下的具体实施方式中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言是容易理解的，或通过实施文字描述和其权利要求书以及附图中所述实施方式而被认识。应理解，上面的一般性描述和下面的具体实施方式都仅仅是示例性的，并且旨在提供理解权利要求书的性质和特征的总体评述或框架。
附图说明
包括的附图提供了进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了一个或多个实施方式，并与具体实施方式一起用来解释各个实施方式的原理和操作。因此，结合附图，通过以下具体实施方式能够更好地理解本公开，其中：
图1是一种示例性多孔陶瓷制品(例如挤出的多孔陶瓷制品)的侧视图；
图2是图1的示例性多孔陶瓷制品的特写正视图；
图3A至3D是示例性多孔陶瓷制品的网状物的特写视图，它们例示了网状物的三种不同类型结构缺陷，这些缺陷可降低陶瓷制品的等静压强度；
图4A是示出了布置在多孔陶瓷制品前端附近的数码相机的示意图，该数码相机位于传送机上；
图4B类似于图4A并且例示了数码相机包括线性传感器的一个实例；
图5A表示原始拍摄图像的一个示例性部分；
图5B表示由图4B的原始拍摄图像形成的经过处理的图像的一个实例的示图；
图6A类似于图5B并且示出了从网状物的中心向下，并且用于确定沿着网状物壁的不同位置处的网状物厚度的骨架的一个实例；
图6B是示出了如何基于骨架来确定网状物壁厚度的特写视图；
图7A类似于图6A，并且示出了多孔陶瓷制品的二维示图，其中网状物用矩形梁元表示，所述矩形梁元的尺寸随着网状物壁厚度的变化而变化；
图7B类似于图6B，并且示出了限定图7A的一部分网状物壁的一些示例性矩形梁元的特写视图；
图8示出了陶瓷制品的一个示例性2D示图，其中大箭头示出了根据模拟向内施加在外表面处的等静压力P等静压；以及
图9是对于由建模，然后测试十一件相同类型的测试陶瓷制品而获得的数据来说，1/σF相对于测得的等静压强度SM(巴)的关系图，其中该图包括R2值为0.9的最佳拟合线。
具体实施方式
下面将详细说明本公开的各个实施方式，这些实施方式的实例在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同或类似的附图标记和符号来表示相同或类似的部分。附图不是必需按比例绘制的，并且本领域的技术人员能够识别附图被简化之处以说明本公开的关键方面。
如下所述的权利要求被纳入本具体实施方式中并且成为其组成部分。
在一些附图中示出了笛卡尔坐标(Cartesian coordinates)，其用于参考并且不旨在作为方向或取向的限制。
图1是一种示例性多孔陶瓷制品(“陶瓷制品”)10的侧视图。图2是图1的示例性陶瓷制品10的特写正视图。陶瓷制品10包括中心轴A1、前端12、后端14和外表面16。陶瓷制品包括由壁30限定的网状物18，所述壁30进而限定了孔道20。取决于用于形成陶瓷制品10的挤出模头类型，孔道20除正方形外可具有例如三角形、六边形等形状。外壁或表层40限定了陶瓷制品10的外形以及外表面16。图2的特写图例示了完美形成的网状物18的示例部分，其具有完美形成的壁30，所述壁30限定了完美的孔道20。
图3A至3D是示例性网状物18的特写视图，它们例示了可降低陶瓷制品10的等静压强度的三种不同类型的结构缺陷。图3A示出了形成扭曲孔道20的变形的“波形”壁30。图3B示出了一些壁具有表示壁缺陷30D的缺失部分，该图包括基本上完全缺失的一个壁。图3C示出了壁30中的局部变形的一个实例，其导致高度局部化的一组有缺陷或变形的孔道20D。图3D示出了定位在外壁或表层40附近的“波形”壁30。
考虑到网状物18的壁30在很大程度上用于限定陶瓷制品10的等静压强度，因此预计壁/孔道缺陷可降低等静压强度。然而，迄今为止，壁/孔道缺陷的类型和位置与等静压强度之间没有很好的相关性。这使得极难利用壁/孔道缺陷的表征和定位来实现合理估计等静压强度。
表征方法
本文公开的用于表征等静压强度的一种示例性方法包括四个主要步骤或动作：1)图像拍摄，2)限定陶瓷制品的2D示图，3)计算网状物中的最大应力和4)计算等静压强度。
在所述方法中还可包括第五步：将计算的等静压强度与阈值进行比较。
上述主要步骤中的每一步可包括如下所述的一步或多步子步骤、子操作、子动作等。
步骤1——图像拍摄
所述方法的第一步涉及拍摄陶瓷制品10及其网状物18的图像。图4A是示出了可操作地布置在陶瓷制品10的前端12附近的数码相机120的示意图。陶瓷制品10由传送机130支承，所述传送机130将陶瓷制品传送通过数码相机120。数码相机120包括具有像素124的图像传感器122。数字相机120被示出为可操作地(例如，电学地)连接到具有显示器142的计算机140。数码相机120被构造用于拍摄陶瓷制品前端12处的至少一部分网状物18的(原始)数字图像150R。
在图4B例示的实例中，图像传感器122是由在特写插图中示出的在y方向上运行的像素线124限定的线性图像传感器。线性图像传感器122用于在陶瓷制品传送通过数码相机120时拍摄陶瓷制品10的前端12的行式图。在一个实例中，线性图像传感器122用作行扫描器并且紧邻陶瓷制品10的前端12布置以拍摄扫描的数字图像。
在一个实例中，计算机140用于将网状物18的行扫描图像拼接在一起以形成更大的2D原始拍摄图像150R。在一个实例中，原始拍摄图像150R包括陶瓷制品10的整个前端12，因此其包括整个网状物18。图4A和4B示出了显示在计算机140的显示器142上的原始拍摄图像150R。拍摄陶瓷制品10的一端(例如前端12)的图像足以进行本文公开的方法，因为陶瓷制品通过挤出形成，并且任何缺陷往往是与挤出相关的缺陷，其沿着陶瓷制品的轴向尺寸基本上是一致的。
由此，拍摄的原始图像150R与第一分辨率相关，所述第一分辨率通过像素尺寸与拍摄的图像的尺寸之间的关系来限定。在一个实例中，数码相机120被构造成使图像传感器122的每个像素124表示网状物18的5微米×5微米的区域。可使用不同的光学分辨率以改变这一像素与区域的关系。可根据被测量的陶瓷制品10的特性(例如不同的孔道密度)来选择光学分辨率。陶瓷制品10的直径范围可为4英寸至14英寸。还可以改变截面形状，例如为圆形或卵形。因此，在5微米/像素水平下拍摄到的原始图像150R的尺寸范围可为4英寸部件的20,000×20,000像素至14英寸部件的70,000×70,000像素。图5A示出了一部分拍摄到的原始图像的一个实例。
一旦获得了陶瓷制品10的前端12的拍摄的原始图像150R，则可使用一步或多步处理步骤对该拍摄的原始图像150R进行处理以形成经过处理的图像150P，图5B示出了其一个实例。在一个实例中，经过处理的图像150P具有第二分辨率，该第二分辨率等于或小于拍摄的原始图像150R的第一分辨率。严格来说，虽然图像处理步骤在主要的图像拍摄步骤中是任选的，但是如下文所述，本文公开的表征方法得益于包括该图像处理步骤。
在一个实例中，图像处理步骤包括将内核大小合适的均值滤波器施加于拍摄的图像。对内核大小进行选择以使均值滤波器的结果代表整个部件的照度变化。在一个实例中，内核大小大到足以使经过滤波的图像不显示出单个的孔道(cell)，但是又小到足以使经过滤波的图像显示出图像的整体照明变化。在一个实例中，内核大小覆盖8至16个孔道，或者甚至是10至12个孔道。
接着，对拍摄的原生(原始)图像150R进行动态阈值操作。该操作找到比均值滤波图像中的对应像素值更亮一定量的所有像素值。在一个实例中，使用N个灰度的阈值。这选择了比均值滤波图像中可能属于陶瓷制品的对应像素值亮至少N个灰度的所有像素值。比该强度阈值暗的像素值被认为是不代表网状物18或表层40的背景像素。
接着，移除小于某个固定尺寸的连接的亮像素的任何孤立区域或“岛”。进行该“岛移除”过程以降低噪声，因为在经过处理的图像150P中的小的未连接的亮区域可被认为实际上不是陶瓷制品10的部分。这可以针对具有某一最小阈值尺寸(例如，小于100个像素)的岛来进行。
接着，通过首先关闭陶瓷制品中小于某一尺寸的任何小的暗区域，然后进行形态学开运算(morphological opening)以将陶瓷制品图像的轮廓返回到原始尺寸来进行形态平滑操作。在一个实例中，约3个像素的形态平滑半径是实用的。
接着，填充图像中不满足动态阈值的任何小孔，这些小孔用小的暗区域表示。例如，填充尺寸小于400个像素的孔。在孔道20为约160×160像素(面积为25,600个像素)的一个实例中，可填充尺寸是常规孔道尺寸的1.5％的孔。该操作在本文中被称为“孔填充”。
在经过处理的图像150P中的所有保持亮的像素被认为是陶瓷制品10的部分。图5A是拍摄的原生(原始)图像150R的示例性部分的图示，而图5B表示经过相应处理的拍摄图像150P的一个实例。
因此，在一个实例中，图像处理步骤包括滤波操作、动态阈值操作、岛移除操作、平滑操作和孔填充操作中的至少一种。
拍摄的原始图像150R和经过处理的图像150P各自限定了网状物18的二维示图。滤波操作、阈值操作、填充操作和平滑操作使得形成的经过处理的图像150P相比于初始拍摄的图像150R具有第二分辨率。分辨率降低简化了后续的方法步骤或动作，并且保留了足够的信息来实现对表征的陶瓷制品进行等静压强度的精确表征。例如，拍摄的原始图像150R通常包括可不利地影响等静压强度表征的噪声。以噪声比拍摄的原始图像150R有所降低的方式对经过处理的图像150P进行处理，因此可有效地利用经过处理的图像150P来实现等静态强度的更加精确的表征。
步骤2——限定陶瓷制品的2D示图
一旦完成了图像拍摄步骤，则将得到的图像(拍摄的图像150R或经过处理的图像150P)用于限定适用于进行多种模拟或建模(参见图7A，在下文有所介绍和论述)的陶瓷制品10的二维(2D)示图(“2D示图”)10R。在下文的论述中，出于说明的目的，假设将经过处理的图像150P用于限定2D示图10R。
在一个实例中，通过将经过处理的图像150P中的网状物18的壁30和外壁或表层402D表示为一系列2D梁元BE来形成2D示图10R。在一个实例中，2D梁元BE为矩形。参考图6A，这通过首先在经过处理的图像150P中找到网状物18的骨架200和外壁或表层40来完成。骨架200是顺着网状物18的中轴和表层40的一系列单像素线。
现在参考图6B，下一步骤涉及计算沿着骨架200从每个像素到最接近的背景(暗)像素的距离d。该距离d表示沿着骨架200在每个点处的壁30厚度的一半。该距离的两倍是在给定的测量点处的全部厚度或网状物厚度TH。图6B示出了在垂直壁30上沿着骨架200的一个点的距离d的测量。
下一步骤涉及产生一系列梁元BE，其近似于网状物18中的每个壁30的尺寸、形状和位置。在一个实例中，梁元BE具有矩形形状并且通过沿着给定壁30顺着骨架200的路径而生成(参见图7B，在下文有所介绍和论述)。给定的梁元BE的宽度等于在给定位置处的壁30的厚度TH。每当骨架200的方向偏离直线超过某一数量的像素时，或者壁厚TH变化超过某一数量的像素时，就产生新的梁元BE。
图7A类似于图6A，并且表示陶瓷10的一个示例性2D示图10R。2D示图10R包括网状物18R、壁30R和孔道20R。图6A与7A之间的差别微小，但是仔细检查显示出图7A在限定网状物18R的壁30R的亮部分与限定孔道20R的图像的暗背景部分之间具有更多的方形边缘。图7B是一部分网状物18R的特写视图，并且其示出了由虚线方框标识的多个示例性梁元BE。图7B中的梁元显示出稍小于它们的实际尺寸，从而可容易地看到它们。
在一个实例中，跟踪骨架200的方向变化或壁30R的厚度变化大于某一像素数目(例如1至3个像素)的情况，并且用于限定新的梁元BE。用于限定新梁元BE的变化阈值越小，则由2D示图10R拍摄的陶瓷制品10的实际几何形状就越精确。使用较大的变化阈值降低了精度，但是也减少了产生的梁元BE的数目，因而缩短了如下所述的计算应力所需的计算时间。
限定各个壁30R的梁元以组成网状物18R。在一个实例中，标准计算机技术可用于限定梁元BE并将它们连接在一起以形成网状物18R。这可以通过使用计算机140和标准计算机技术来完成，例如通过使用ANSYS文件来完成，所述ANSYS文件支持从ASCII编码文件读取矩形梁元数据。ANSYS文件描述了陶瓷制品10的各个矩形梁元以及这些梁元是如何连接在一起以形成网状物1R8和表层40R(参见图8，在下文有所介绍和论述)。
在一个实例中，计算机140包括非瞬时计算机可读介质中的指令实施方式，该非瞬时计算机可读介质遍历(walk)生成的梁元BE的列表以限定陶瓷制品10的2D示图10R中的网状物18R。
步骤3——计算网状物中的最大应力
然后使用标准数值技术将陶瓷制品的2D示图10R的2D机械响应建模(模拟)成选定的(模拟的)等静压力P等静压。图8示出了陶瓷制品10的一个示例性2D示图10R，其中箭头AR示出了根据模拟向内施加在表层40R的外表面16R处的等静压力P等静压。在一个实例中，施加的选定量的等静压力P等静压落在陶瓷制品10在本领域中通常可能经受的合理的等静压力的范围内，例如接近零至最高至其设计的等静压强度。
可例如使用有限元分析来完成该2D机械响应的建模或模拟，其中根据网状物18R中的各个位置(例如梁元BE)处的应力来测量机械响应。在一个实例中，有限元分析的输出包括每个矩形梁元RB的线性化计算应力值σC。例如可将结果作为ASCII文件储存在计算机140中。计算出的应力的最大值表示为σC-最大，并且可以由计算出的应力值σC的列表容易地确定。
在一个实例中，计算出的最大应力值σC-最大用于限定定义应力集中系数σF。定义应力集中系数σF通过计算的最大应力值σC-最大与施加的等静压力P等静压的比率来定义，例如σF＝σC-最大/P等静压。应力集中系数σF是无单位的，因为计算出的应力值与等静压力P等静压具有相同的单位，例如PSI或巴。在一个实例中，应力集中系数σF主要落在约5至约80的范围内，同时可具有更低和更高的极值。
步骤4——计算等静压强度
下一步骤涉及计算等静压强度SC。在一个实例中，这通过使用使应力集中系数σF与计算出的等静压强度SC相关的等式(关系)来完成。
一个示例性的等式可表示为：
1/σF＝α·SC–β   EQ.1
此处，α和β是利用对测试用陶瓷制品实际测量等静压强度SM来代替SC，通过最佳拟合成EQ1来确定的常数。还使用上述方法对测试用陶瓷制品进行建模以获得对应的σF值，使得可获得足够的测量的等静压强度SM的不同数值数据，以进行合理的曲线拟合。为了获得最佳结果，测试用陶瓷制品需与使用本文公开的非接触式方法来表征其等静压强度的陶瓷制品基本上相同(并且优选尽可能以相同的方式来形成)。
实施例
在一个实施例中，对由堇青石形成的测试用陶瓷制品进行等静压强度SM测量，所述测试用陶瓷制品具有正方形孔道，其密度为200孔道/英寸并且网状物壁厚度TH为0.008英寸。测试用陶瓷制品具有各种网状物缺陷和孔道缺陷，包括断开的孔道、扭曲的孔道和缺失的孔道壁，因此具有一系列测量的等静压强度SM。使用常规设备对等静压强度SM进行测量。对于每个测试用陶瓷制品，按照上述步骤进行建模以获得应力集中系数σF。使用的梁元BE为矩形。
图9是针对由对上述测试用陶瓷制品进行建模和测量获得的数据，1/σF相对于测量的等静压强度SM(巴)的关系图。实心的黑色圆圈表示具有断开的孔道20的测试用陶瓷制品，而填充有白色的圆圈表示具有切断的网状物18(即切断壁30)的测试用陶瓷制品。
基于下述EQ.2进行图9中的数据的最值拟合计算并且在图9中用虚线直线表示：
1/σF＝α·SM–β.   EQ.2
使用标准试算表软件进行最佳拟合计算并且得到的曲线拟合常数α和β的数值为α＝0.0041且β＝0.0054，同时R2值为0.9，表明应力集中系数σF与测量的等静压强度SM之间具有良好相关性。这些α和β的数值可用于EQ.1以非接触式地表征如上所述的相似的陶瓷制品。
无论陶瓷制品的组成、孔道设计(六边形、三角形、正方形、八边形(octasquare)、不对称形状等)和/或网状物/孔道几何形状(例如孔道尺寸和密度、壁厚度等)如何，可对任意类型的陶瓷制品10，尤其是挤出的陶瓷制品进行曲线拟合方法以确立应力集中系数σF与等静压强度之间的关系。
在表征等静压强度时，仅需要最大应力值σC-最大。因此，所述方法的一个实施方式包括仅使用最大应力值σC-最大来表征陶瓷制品的等静压强度SC。
步骤6——将计算的等静压强度与阈值比较。
一旦获得了计算的等静压强度SC，则可将其与阈值S阈值比较。阈值S阈值可由陶瓷制品10的用途以及将这种用途施加于特定陶瓷制品的需要来限定。例如，阈值S阈值可由封装过程以及陶瓷制品是否可经受得住该封装过程来限定或来要求。不是所有的封装过程均具有相同的等静压强度要求，因此，阈值S阈值可在不同的封装过程之间变化。例如，一些封装过程的等静压强度阈值可以为S阈值＝10巴，而其他封装过程的等静压强度阈值S阈值可以为S阈值＝30巴或50巴或更高。非接触式表征等静压强度的一个益处在于可在不破坏或毁坏陶瓷制品的情况下，通过它们所表征的等静压强度对陶瓷制品进行分组，然后将它们用于可符合阈值要求的应用。
本文所述的对陶瓷制品的等静压强度进行表征的非接触式方法的优点在于：其是基于单参数的，即，计算应力的最大值σC-最大(或应力集中系数，其仅基于最大应力值σC-最大)。所述方法不需要检查或表征许多种不同类型的可能的孔道缺陷或网状物缺陷，例如断开的孔道、扭曲的孔道、缺失的网状物、变薄的网状物等，并且不需要确定这些缺陷的位置。
不希望囿于理论，推测在陶瓷制品10的网状物18中的应力足够高的单个位置可损坏整个陶瓷制品的结构完整性并且导致等静压强度显著下降，例如降到低于期望的阈值S阈值以下。例如，当将等静压作用力或压力施加于包含孔道缺陷或网状物缺陷的陶瓷制品10的外表面16时，作用力通过网状物18传递并且到达应力最高的位置，该应力最高的位置可能不与网缺陷或孔道缺陷完全对应。该作用力可造成在高应力位置处或附近的网状物18中的一个或多个壁30失效。这种壁失效造成施加的作用力立即重新分布到最近的网状物18的周围的壁30。增加的作用力接着可导致一个或多个周围的壁失效，从而导致施加的作用力再次重新分布到相邻的周围壁30。该失效过程可最终传递通过大部分的网状物18，从而导致陶瓷制品结构失效。
在一个实例中，本文公开的非接触式方法用于生产陶瓷制品并且可在可获得网状物的图像的制造过程的任意步骤中进行所述方法。在一实例中，对刚挤出的湿的原材(log)进行所述非接触式方法，而在另一个实施方式中，对干燥的原材进行所述非接触式方法，而在另一个实施方式中，对干燥的且经过烧制的原材进行所述非接触式方法。在一个实例中，在小于1分钟内进行所述非接触式方法，从而相比于基于直接接触的方法，相对较快地表征等静压强度。因此，就这点而言，本文所述的术语“陶瓷制品”还旨在包括“形成陶瓷的制品”例如生坯件或未完工的器件，例如刚挤出的湿的原材、或经过干燥的原材或生坯原材、或经过烧制的原材、或刚挤出的湿的多孔结构主体、或经过干燥的多孔结构主体等。
对本领域的技术人员而言显而易见的是，可对本文所述的本公开的优选实施方式进行各种修改而不偏离如所附权利要求书限定的本公开的精神或范围。因此，本公开覆盖这些修改和变动，只要这些修改和变动在所附权利要求书及其等同内容的范围之内。

Claims (17)

1.一种表征陶瓷制品的等静压强度SC的非接触式方法，所述陶瓷制品具有由壁限定的网状物，所述壁进而限定孔道阵列，所述方法包括：
a)拍摄网状物的数字图像；
b)基于拍摄的数字图像形成包含有网状物的陶瓷制品的二维2D示图；
c)模拟施加于2D示图的选定量的等静压力P等静压，以确定网状物的2D示图中的最大应力值σC-最大；以及
d)利用最大应力值σC-最大来确定陶瓷制品的等静压强度SC，
其中步骤d)包括：
定义应力集中系数σF＝σC-最大/P等静压；以及
通过关系式1/σF＝α·SC–β确定计算的应力SC，
其中α和β是通过对所述关系式进行最佳拟合，但是使用对测试用陶瓷制品测量得到的等静压强度SM的测量值来确定的常数。
2.根据权利要求1所述的非接触式方法，其中步骤b)包括使用矩形梁元表示网状物。
3.根据权利要求2所述的非接触式方法，其中步骤c)包括进行有限元分析。
4.根据权利要求1所述的非接触式方法，其在步骤d)之后还包括：
将等静压强度SC与阈值S阈值比较。
5.一种表征陶瓷制品的等静压强度SC的非接触式方法，所述陶瓷制品具有由壁限定的网状物，所述壁进而限定孔道阵列，所述方法包括：
a)拍摄网状物的数字图像；
b)基于拍摄的数字图像形成包含有网状物的陶瓷制品的二维2D示图；
c)利用选定量的模拟等静压力P等静压对陶瓷制品的2D示图进行有限元分析，以确定网状物的2D示图中的最大应力值σC-最大；以及
d)利用最大应力值σC-最大来确定陶瓷制品的等静压强度SC，
其中步骤d)包括：
定义应力集中系数σF＝σC-最大/P等静压；以及
通过关系式1/σF＝α·SC–β确定计算的应力SC，
其中α和β是通过对所述关系式进行最佳拟合，但是使用对测试用陶瓷制品测量得到的等静压强度SM的测量值来确定的常数。
6.根据权利要求5所述的非接触式方法，其中步骤b)的形成陶瓷制品的2D示图包括使用2D矩形梁元表示网状物。
7.根据权利要求5所述的非接触式方法，其还包括在步骤a)与步骤b)之间，使用滤波操作、动态阈值操作、岛移除操作、平滑操作和孔填充操作中的至少一种来处理拍摄的数字图像以形成经过处理的图像，然后使用经过处理的图像来进行步骤b)至d)。
8.根据权利要求5所述的非接触式方法，其中步骤a)包括利用二维图像传感器直接拍摄二维数字图像或利用线性图像传感器拍摄一系列的一维图像。
9.根据权利要求5所述的非接触式方法，其在步骤d)之后还包括：
将等静压强度SC与阈值S阈值比较。
10.根据权利要求9所述的非接触式方法，其包括使阈值S阈值以陶瓷制品的用途为基础。
11.一种表征陶瓷制品的等静压强度SC的非接触式方法，所述陶瓷制品具有包括限定孔道阵列的壁的网状物，所述方法包括：
a)拍摄陶瓷制品及其中的网状物的数字图像；
b)处理数字图像，以形成经过处理的图像；
c)由经过处理的图像形成陶瓷制品的二维2D示图，该2D示图使用矩形梁元表示网状物；
d)通过模拟向陶瓷制品的2D示图施加的选定量的等静压力P等静压，确定网状物中的最大应力值σC-最大；以及
e)利用最大应力值σC-最大来确定陶瓷制品的等静压强度SC，
其中步骤d)包括：
定义应力集中系数σF＝σC-最大/P等静压；以及
通过关系式1/σF＝α·SC–β确定计算的应力SC，
其中α和β是通过对所述关系式进行最佳拟合，但是使用对测试用陶瓷制品测量得到的等静压强度SM的测量值来确定的常数。
12.根据权利要求11所述的非接触式方法，其中，处理数字图像包括进行滤波操作、动态阈值操作、岛移除操作、平滑操作和孔填充操作中的至少一种。
13.根据权利要求11所述的非接触式方法，其中步骤d)包括进行有限元分析。
14.根据权利要求11所述的非接触式方法，其中步骤a)包括利用二维图像传感器直接拍摄二维数字图像或利用线性图像传感器拍摄一系列的一维图像。
15.根据权利要求11所述的非接触式方法，在步骤e)之后还包括：
将等静压强度SC与阈值S阈值比较。
16.根据权利要求15所述的非接触式方法，其包括使阈值S阈值以陶瓷制品的用途为基础。
17.根据权利要求16所述的非接触式方法，其中所述用途为对陶瓷制品进行封装。
CN201780006918.9A 2016-01-15 2017-01-13 表征多孔陶瓷制品的等静压强度的非接触式方法 Active CN108475294B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662279397P 2016-01-15 2016-01-15
US62/279,397 2016-01-15
PCT/US2017/013400 WO2017123919A1 (en) 2016-01-15 2017-01-13 Non-contact method of characterizing isostatic strength of cellular ceramic articles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108475294A CN108475294A (zh) 2018-08-31
CN108475294B true CN108475294B (zh) 2023-04-04

Family

ID=58016796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780006918.9A Active CN108475294B (zh) 2016-01-15 2017-01-13 表征多孔陶瓷制品的等静压强度的非接触式方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11854180B2 (zh)
EP (1) EP3403203A1 (zh)
JP (1) JP6898333B2 (zh)
CN (1) CN108475294B (zh)
MX (1) MX2018008695A (zh)
WO (1) WO2017123919A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020236478A1 (en) 2019-05-20 2020-11-26 Corning Incorporated Apparatus and method for evaluating radial compressive strength of a ceramic honeycomb sample
JP7213198B2 (ja) 2020-03-09 2023-01-26 日本碍子株式会社 焼成前又は焼成後の柱状ハニカム成形体を検査する方法
WO2022035664A1 (en) * 2020-08-13 2022-02-17 Corning Incorporated Structural characteristic prediction for a honeycomb body using image abstraction
JP2023116337A (ja) 2022-02-09 2023-08-22 日本碍子株式会社 焼成後の柱状ハニカム成形体の強度と相関をもつ統計量を探索する方法、及び、所定の設計仕様の焼成後の柱状ハニカム成形体が得られるか否かを予測する方法
CN115420615B (zh) * 2022-10-21 2023-03-24 苏州洽盈自动化科技有限公司 一种双工位等静压测试机

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007248112A (ja) * 2006-03-14 2007-09-27 Consortium For Advanced Semiconductor Materials & Related Technologies 比誘電率の値を求める方法、及び比誘電率値求得装置

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3126697B2 (ja) * 1998-03-31 2001-01-22 日本碍子株式会社 高強度薄壁ハニカム構造体
JP3784718B2 (ja) * 1999-08-30 2006-06-14 日本碍子株式会社 波壁ハニカム構造体及びその製造方法
US6750466B2 (en) 2001-02-09 2004-06-15 Wintriss Engineering Corporation Web inspection system
US7212228B2 (en) 2002-01-16 2007-05-01 Advanced Telecommunications Research Institute International Automatic camera calibration method
US6820022B2 (en) 2002-08-07 2004-11-16 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. System and method for identifying and exploiting quality information associated with a web converting manufacturing process
JP4001855B2 (ja) 2003-10-28 2007-10-31 日本碍子株式会社 ハニカム構造体の隔壁表面の凹凸検査方法及び検査装置
US7279213B2 (en) * 2003-12-29 2007-10-09 Corning Incorporated High-strength thin-walled honeycombs
US7187995B2 (en) 2003-12-31 2007-03-06 3M Innovative Properties Company Maximization of yield for web-based articles
US20050192784A1 (en) 2004-02-26 2005-09-01 Ngk Insulators, Ltd. Method for analysis of cell structure, and cell structure
JP2005241448A (ja) * 2004-02-26 2005-09-08 Ngk Insulators Ltd セル構造体の構造解析法及びセル構造体
US7215808B2 (en) 2004-05-04 2007-05-08 Kla-Tencor Technologies Corporation High throughout image for processing inspection images
US7283224B1 (en) 2004-09-30 2007-10-16 Smithgall & Associates, Inc. Face lighting for edge location in catalytic converter inspection
US20060092274A1 (en) 2004-11-04 2006-05-04 Rockwell Automation Technologies, Inc. Image sensor annotation method and apparatus
US20060143671A1 (en) 2004-12-23 2006-06-29 Ens John E Digital process analysis and control camera system
JP2006298745A (ja) 2005-03-24 2006-11-02 Ngk Insulators Ltd ハニカム構造体の製造方法及びハニカム構造体
US8294809B2 (en) * 2005-05-10 2012-10-23 Advanced Scientific Concepts, Inc. Dimensioning system
US8832047B2 (en) 2005-07-27 2014-09-09 Adobe Systems Incorporated Distributed document version control
WO2007105825A1 (ja) 2006-03-16 2007-09-20 Ngk Insulators, Ltd. ハニカム構造体の外壁検査方法
JP2007273537A (ja) 2006-03-30 2007-10-18 Tdk Corp 多層基板及びその製造方法
US8218003B2 (en) 2007-10-05 2012-07-10 Seiko Epson Corporation Optimization strategies for GPU view projection matrix implementation
JP4944048B2 (ja) 2008-01-30 2012-05-30 日本碍子株式会社 挿入孔を有するハニカム構造体の強度測定方法
US8051703B2 (en) * 2009-02-27 2011-11-08 Corning Incorporated Methods for using a fluid stream to test a honeycomb body
JP2011060391A (ja) 2009-09-11 2011-03-24 Canon Inc 再生装置
US8285027B2 (en) * 2009-11-13 2012-10-09 Corning Incorporated High-resolution large-field scanning inspection system for extruded ceramic honeycomb structures
US8537215B2 (en) 2009-11-30 2013-09-17 Corning Incorporated Multi-camera skin inspection system for extruded ceramic honeycomb structures
US8270701B2 (en) 2010-01-08 2012-09-18 3M Innovative Properties Company Optical web-based defect detection using intrasensor uniformity correction
US8688421B2 (en) * 2010-03-31 2014-04-01 Compagnie Generale Des Etablissements Michelin Method to design honeycombs for a shear flexible structure
US9157318B2 (en) 2011-01-04 2015-10-13 Schlumberger Technology Corporation Determining differential stress based on formation curvature and mechanical units using borehole logs
US10346962B2 (en) * 2012-02-10 2019-07-09 Corning Incorporated Nondestructive method to predict isostatic strength in ceramic substrates
JP2013180566A (ja) * 2012-03-05 2013-09-12 Sumitomo Chemical Co Ltd ハニカム構造体の製造方法
CN108351310B (zh) * 2015-10-28 2021-05-18 日本碍子株式会社 蜂窝结构体的端面检查方法以及端面检查装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007248112A (ja) * 2006-03-14 2007-09-27 Consortium For Advanced Semiconductor Materials & Related Technologies 比誘電率の値を求める方法、及び比誘電率値求得装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《OOF: AN IMAGE-BASED FINITE-ELEMENT ANALYSIS OF MATERIAL MICROSTRUCTURES》;STEPHEN A. LANGER等;《COMPUTING IN SCIENCE & ENGINEERING》;20010501;第15-23页 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019512079A (ja) 2019-05-09
JP6898333B2 (ja) 2021-07-07
WO2017123919A1 (en) 2017-07-20
US20190026414A1 (en) 2019-01-24
EP3403203A1 (en) 2018-11-21
US11854180B2 (en) 2023-12-26
MX2018008695A (es) 2019-05-15
CN108475294A (zh) 2018-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108475294B (zh) 表征多孔陶瓷制品的等静压强度的非接触式方法
CN105139386B (zh) 一种快速自动检测电气接插件焊点不合格品的图像处理方法
Kothari Detecting welding defects in steel plates using machine learning and computer vision algorithms
JP4675949B2 (ja) 映像処理技法を利用した構造物及び製品のクラック幅測定方法および装置
US20110106459A1 (en) In-situ optical crack measurement using a dot pattern
CN104880389B (zh) 一种钢材晶粒混晶度的自动测量、精细分类方法及其系统
US9996766B2 (en) Imaging-based methods for detecting and measuring defects in extruded cellular ceramic articles
Payab et al. A brief review and a new graph-based image analysis for concrete crack quantification
US7187436B2 (en) Multi-resolution inspection system and method of operating same
CN114897855A (zh) 基于x射线图片灰度值分布判定缺陷类型的方法
Guerra et al. Standard quantification and measurement of damages through features characterization of surface imperfections on 3D models: an application on Architectural Heritages
Kadarla et al. Concrete crack detection from video footage for structural health monitoring
CN115841477A (zh) 多模视觉融合的无砟轨道结构隐性缺陷检测方法及系统
CN115170520A (zh) 一种基于结构对比信息叠层的金属网栅缺陷检测方法
JP2000002523A (ja) 構造物表面のひび割れ計測方法
CN117274251B (zh) 基于图像数据的药品生产过程中药片质量检测方法
CN117495791A (zh) 一种表面缺陷定位方法
JP7157380B2 (ja) 外観検査方法及び電子部品の製造方法
JP5067677B2 (ja) 欠陥検出方法、欠陥検出装置、及びプログラム
US7257248B2 (en) Non-contact measurement system and method
CN115937555A (zh) 一种基于标准化流模型的工业缺陷检测算法
CN113155648B (zh) 一种基于冲击试验的材料微观形变量测量方法及系统
CN114882009A (zh) 可适应多种表面状态的疲劳裂纹尖端自动检测方法及系统
JPH07111735B2 (ja) ひび割れ測定システム
JP4956077B2 (ja) 欠陥検査装置及び欠陥検査方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant