JP2013529307A

JP2013529307A - 基板欠損を検知する超音波音響放射

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Publication number: JP2013529307A
Application number: JP2013512648A
Authority: JP
Inventors: オリバー，キース，ジー．; カスター，トーマス
Original assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Current assignee: Tenneco Automotive Operating Co Inc
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2013-07-18
Also published as: US8281661B2; ZA201208366B; WO2011149686A2; DE112011101809T5; KR20130094210A; US20110290025A1; WO2011149686A3; CN103026219A

Abstract

製造工程の間に構成要素内で生じる欠損を検出する方法は、構成要素と行う音響通信において音響センサーの位置決めを含む。製造工程は、構成要素と行う音響通信において音響センサーが残存している間は機能する。製造工程の間の構成要素からの音響放射を示す信号は、上記構成要素が破損しているか否かを上記信号に基づいて判定する制御装置に提供される。

Description

本開示は、触媒コンバータの組み立て方法や他の排出処理装置に関する。さらに詳しくは、基板からの超音波音響放射を検出する方法について述べる。

この項では、本開示が必ずしも先行技術ではないことを述べた背景情報を提供する。

触媒コンバータは、酸化窒素、一酸化炭素、および／または、炭化水素を、より環境に優しい化合物に変換するために、自動車の排ガスシステムに役立てられている。触媒コンバータのあるタイプは、板状の金属筐体内部に取り付けられた、一つもしくは多くのセラミックのモノリス、または基板を含んでいる。基板は一般的に、触媒でコーティングされた、複数の縦長のストレート流排ガス経路を含んでいる。

多くの事例で、商業上条件を満たしている変換器として用いられる金属筐体は”パンケーキ”か”クラムシェル”デザインとして形成されている。これらのデザインは、お互いに略同一の型打ちされた上部と下部のシェルを含む。シェルは、筐体の縦の軸を含む平面に沿って互いに周辺のフランジが溶接されることで、嵌め合わさっている。触媒筐体の異なる商業上の形として、個々の末端錐状体が互いの管の末端に溶接された管を含む３つの部品から形つくられるものがあげられる。

他のより経済的に生産された触媒コンバータは、触媒でコーティングされたセラミック基板が差し込まれた、単一の開放端の金属管を含む。触媒コンバータの組み立ての一つの方法では、金属管は基板の周りに半径方向内向きに圧縮される。別の工程では、基板は固定位置の為に小型管の中に圧縮される。製造工程に関わらず、相対的にもろいセラミック基板の損傷を避けるように気をつけなければならない。その上、組み立ての間、基板にひびが入ったり別に損傷をうけたりすることは、いったん触媒コンバータ組み立て工程が完了すると検査を行うことが相対的に難しく、金属筐体が実質的に基板に近づくことを不可能にしている。組み立てが完了したものの非破壊検査として好ましいような、信頼できるようなものは無いだろう。組み立て後の検査に関する費用や時間は、また、とても高いものとなるだろう。従って、触媒コンバータ組み立ての間に基板欠損を検知する非破壊検査手法を提供することは有益となるだろう。

この項は本開示の全般的な要約を提供し、本開示の全範囲や、本開示の全特徴を包括的に開示しているものではない。

製造工程の間に排気ガス処理装置の構成要素内で生じる欠損を検出する方法は、排ガス処理装置と行う音響通信において音響センサーの位置決めを含む。製造工程は、排ガス処理装置と行う音響通信において音響センサーが残存している間は機能する。音響センサーからの信号は、製造工程の間、排ガス処理装置からの音響放射表示として出力される。この方法は音響センサーからの信号出力と所定の値と比較することと、構成要素が比較に基づいて破損したかどうかを判断することを含んでいる。

さらに、適用される範囲はここに提供される記述により明らかになるだろう。この要約の中の記述と具体例は、実例の目的を意図しただけであり、本開示の範囲を制限するものではない。

ここに記述されている図は選択された実施態様の目的を解説するだけのものであり、実施できるすべてを示すものではなく、本開示の範囲を制限する意図のものではない。
図１は、模範的な触媒コンバータの組み立て部品に関連した製造工程の概要の描写である。図２は、組み立て工程の間の構成要素の欠損を検出する音響センサーの組み立て部品の断面図である。図３は、構成要素に加わった力に対する、図１の装置を用いて行った処理による音響センサーの出力に対応する変位量を描写しているグラフである。図４は、触媒コンバータでサイズ処理操作を実行する為の別の作業台の概要図である。図５は、図４の装置を用いて行った製造操作に関連した音響出力信号を機械操作特性として描写しているグラフである。

参照の数の一致は、図面のいくつかの図を通して部品が一致していることを示す。

実施態様例は、添付図面への言及により、すぐにより十分に述べられるだろう。

図１に言及すると、触媒コンバータ組立機械が参照番号８として特定されている。組立機械８は、模範的な触媒コンバータ１０の少なくとも組立部品の一部分に対して配置されている。触媒コンバータ１０は、圧縮性のマット１４に包まれ、管状筐体１６の中に配置されたセラミック基板１２を含む。

筐体１６は、第１の開放端１８と反対の端２０を持つ空のまっすぐな円形のシリンダとして描写されている。筐体１６は、内側の円柱面２２と外側の円柱面２４を含む。それは他の管状の形もまた本開示の範囲となるように評価されている。その結果、筐体１６は、引き伸ばしたようなスロット、楕円形、四角形、多角形、その他の形を含む、いくつもの断面の形を持てる。

基板１２は、外側の円柱面２６と第１の実質的に平面な端面２８と反対の実質的に平面な端面３０を持つまっすぐな円状のシリンダとして形成されている。組立工程の始まりにおいて、マット１４は、面２６と接触する基板１２を包み込む。その上、マット１４は、筐体１６が熱と音響の遮蔽を備える範囲内で基板１２を支持する機能をはたす。所定の厚さに圧縮されたときマット１４は上述の機能を最もよく機能させると定義されている。マット１４の外側の円柱面３１は外径が内側の円柱面２２の内径より大きいと定義する。従って、マット１４の放射状の圧縮は触媒コンバータ１０の組み立てに要求される。

放射状の圧縮の一つの方法としては、特許文献１米国特許Ｎｏ６５３２６５９と特許文献２米国特許Ｎｏ６７３２４３２に示されているように、マット／基板の組み合わせを筐体１６に軸の方向に挿入して結合し、詰め物をしたコーンを利用することを含む。これらの特許で示されている装置として、詰め物をしたコーンの出口が筐体１６の開口部１８に近接して配置されている。コーン構造は内径が筐体の内径よりも小さい。マットと基板の組み合わせが筐体に対して詰め物をしたコーンを進むように、コーンは部分組立品が筐体１６に軸に対して平行移動できる故に基板１２に従事する圧縮性のマット１４に圧縮される。マットと基板の組み合わせが詰め物をしたコーンの密かに先細りした内部に対して滑らかに滑るように、マット１４は、この組み合わせが内側の柱面２２の内径より小さい外径を持つまで基板１２に従事して圧縮される。この時点で、マットと基板の組み合わせは筐体１６に押し込まれるか、詰め込まれる。別法では、特許文献３公表米国特許出願ＵＳ２００７／０１４８０５７で開示されているように、マットは流動性の軸受部を通して圧縮できる。

詰め込み操作の間、基板１２は、うっかりと筐体１６に接触するだろう。この接触の間、基板１２の端のような一部分は削れるだろう、もしくは基板にひびが入るだろう。詰め込み操作は、また、詰め込み工程の間にマット１４と基板１２の間で生じる剪断力によって、マット１４に起伏やひだを生じさせるだろう。基板１２とマット１４がさらに筐体１６に進めば、基板１２に欠損や別の損傷を与えるためのストレスが増加するだろう。

組立機械８は、詰め込み操作を行い、板３４に固定されたラム３２を含む。ラム３２は、水圧プレスに連結され、ラム３２の中心に沿って動くように操作可能である。センサー組立部品３８は、板３４に連結されている。センサー組立部品３８は、据え付け台４２、ばね４４、センサー４６、導波管４８を含み、図２に示すように描写されている。据え付け台４２は、デルリン（登録商標）のようなプラスチック材質か極超分子量材質で構成されることが好ましい。据え付け台４２は、板３４に固定され、ばね４４、センサー４６、と少なくとも導波管４８の一部を内包したポケットを含む。

センサー４６は、基板１２から放射される音響波の量と周波数を示す信号を出力することが可能な音響モニタリング装置である。センサー４６は、制御装置５４と通信して（図１）、所定の音響出力に対してセンサー４６により供給された信号を比較するようにプログラムされ、基板が削られたか、ひびが入ったか、他の損傷を受けていないかを判定する。

導波管４８は、組立工程の間起こりうる損害からセンサー４６を保護するのに役立ち、ポケット５０の中で軸に対して平行移動するように打ち抜き加工された同じ大きさの金属で構成されるだろう。導波管４８は、センサー４６を受け取る収納部５６を含む。ばね４４は、据え付け台４２の壁５８にかみ合っており、据え付け台４２から離れるようにセンサー４６および導波管を偏らせる。導波管４８は、板３４の底面６２から突き出す凸面６０を含む。導波管４８と据え付け台４２の間に与えられた軸方向の移動量は、凸面６０が板３４の面６２を超えて展開する距離を超える。このようにラム３２から供給される負荷は、板３４を通して基板１２に転送され、センサー４６を通過しない。センサー４６と導波管８は、ばね４４が許可する範囲内で基板１２に対してだけ負荷をかける。

正確な音響信号を取得する為に、触媒コンバータ組立工程の間に生じるノイズを最小限にするのが好ましい。一つのノイズ源は、導波管４８が基板１２の端面２８に相対的に動くときに生じる。このノイズ生成源を最小限にするために、導波管４８の端の形は前もって論じた通り曲がっている。その上、潤滑剤、もしくは音響接着媒質６４を凸面６０と端面２８の境界の間に加える。

オートメーション化した製造工程で、基板１２ごとに導波管４８がかみあうのに先んじて表面６０に対し接触媒質６４を自動的に分配することが好ましいだろう。接触媒質６４は容器６６の中で貯えられ、ライン６８を通して、ポンプで注入もしくは他の方法で分配され、通路７０は導波管４８を通して伸びるだろう。通路７０は出口７２の位置、もしくは凸面６０の頂点近くで終結する。既に述べたように、センサー組立部品３８は板３４に対して相対的に配置されることで、導波管４８はラム３２による挿入力の適用に先んじて基板１２に接触するだろう。音響監視もしくはひび検知は、基板１２に対して負荷が適用される全体の工程の間行われる。ラム３２によって提供される軸方向の付加が重要であることは評価すべきである。なぜなら、マット１４のさらなる圧縮が、詰め込み工程の間発生することを必要とするためである。

図３について言及すると、模範的な詰め込み操作を描写している、変位に対する力のグラフは、詰め込み工程の間、基板内でひびが形成されることに相当する時間に対する音響出力の軌跡に重ねている。さらにとりわけ、第１の軌跡８０は、詰め込み操作の間、ラム３２により与えられる軸方向の力を描写している。この軌跡は、”適切に設置された”基板とマットに対する軸方向の力を描写している。マット１４の起伏やひだのような好ましくない出来事が発生した時に、同様の曲線が結果として生じるだとうと評価すべきである。従って、基板１２が詰め込み工程の間損傷を受けているならば、測定するためのセンサー４６を活用することは好ましくないだろう。図３は、また、要求された、もしくは”通常の”詰め込み工程の間、マット１４と基板１２に影響を与える放射状の圧力を示す軌跡８２を描写している。最大の放射状の圧力は、直線８４で示された放射状の圧力限界と同じである。軌跡８６は、不具合ある触媒コンバータ１０の組立の間、マット１４と基板１２に影響を与える圧力の影響を示している。グラフに表示されているように、放射状の圧力は、放射状の圧力限界８４より十分に大きい頂点出力８８へと急速に増加している。放射状の圧力の最高点において、基板１２にひびが入る。マット１４と基板１２が筐体１６内で詰め込まれ続けるにつれて、圧力が軽減され、放射状の圧力が減少する。

図３の別軌跡９０は、センサー４６からの模範的な出力を描写している。音響軌跡の頂点は、点９２で生じる。点９２は、基板１２でのひびの発生と一致する。ひびが生じている間、基板１２から音が放射される。測定された音響放射の大きさが所定の最大値よりも大きい時、制御装置５４は点９２と一致する信号を出力するようにプログラムできる。

図４について言及すると、別の触媒コンバータ組立機械を、参照番号１００とする。組立機械１００は、さらに安定して基板１２を筐体１６内で、半径方向内向きに圧縮されるように操作可能である。組立機械１００は、組立機械８によって行われた詰め込み操作後のサイズ処理が操作可能である。サイズ処理操作は、マット１４を先に述べた所定の厚さに圧縮する。変換装置１０２は、その間に、管状筐体１６をかみ合わせて捕えるように操作可能な上部クランプ板１０４と下部クランプ板１０６を含む。十分な負荷が、組立機械１００の放射状の可動クリップ１１２とやりとりする組立機械８により作られた基板１２，マット１４および筐体１６の組み立て部品を組み付けるために、上部の棒１０８と下部の棒１１０を通して与えられる。

クリップ１１２は、空洞１１４の周辺について周囲に間隔をあけている。空洞１１４の内径は、クリップ１１２の放射状の位置に基づき変化できる。オープンポジションにおいて、クリップ１１２は、放射状の外へ向かう位置に縮められ、そのために内径の最大として定義されている。現時点で、基板、マット、筐体組立は、軸方向に平行移動するロッド１０８、１１０により空洞１１４の中で位置づけられる。

格納式のセンサー先端１１６は前述のセンサー組立部品３８と実質的に同様に構成されている。従って、同様の構成要素に対しては、それらの以前につけた参照番号をそのままとする。格納式のセンサー先端１１６は、軸に対する可動スライド１１８と連結される。スライド１１８と格納式のセンサー先端１１６は、上部クランプ板１０４に形成された開口１２０を通る。導波管４８は、クリップ１１２の放射状の内部への動きに先んじて端面２８と接触して取り付けられる。必要に応じて、スライド１１８は、筐体１６にクランプ板１０４、１０６がかみ合うのに先んじて、導波管４８を端面２８と接触させるために作動させてもよい。

一旦、基板、マット、筐体組立部品が空洞１１４の中で位置づけられると、上部棒１０８と下部棒１０４は相互に離れて入口１１２の通信の外で上部クランプ板１０４と下部クランプ板１０６を縮めるように軸に対して平行に移動する。クリップ１１２は、外側の円柱面２４と接触するために半径方向内向きに移動され、筐体１６の外径を減少させる。筐体１６の円筒形の壁が、半径方向内向きに移動することで、マット１４はさらに圧縮される。クリップ１１２は、筐体１６を正確なサイズの大きさにするために要求される量、半径方向内向きに移動するように制御され、要求された厚みになるようにマット１４を圧縮する。サイズ処理の終わりに、クリップ１１２は、空洞１１４の内径を最大にするように再度半径方向に外向きに移動する。組立機械１００は、空洞１１４の外でサイズ処理された基板、マット、筐体組立部品を平行に移動するために、上部棒１０８と下部棒１１０を互いに移動するようにし、筐体１６の端と上部クランプ板１０４をかみ合わせ、筐体１６の反対の端と下部クランプ板１０６をかみ合わせる。

図５は、クリップ１１２の放射状の位置を表示する軌跡１４０を提供している。軌跡１４２は、サイズ処理操作の間のマット１４と基板１２に影響する放射状の圧力を表している。軌跡１４４は、サイズ処理操作の間の音響センサー４６の出力を表している。クリップ１１２が半径方向内向きに移動するとき、すなわち軌跡１４０が下向きに傾斜して表示されているとき、軌跡１４２によって表示される放射状の圧力は増加する。放射状圧力の最大点１４６かその付近で、基板１２にひびが発生する。音響放射はひびのはいった場所から放射される。センサー４６は音響放射を検出し、点１４８で最大の音響センサー信号出力を出力する。制御装置５４は、軌跡１４４の最大検出値が予め設定された無難な最大値を超えるか否かを決める。実際の値が、所定の最大値を超えたとき、不良信号が出力される。

上記の描写から、本開示はひびの検出と、製品組立環境の音響モニタリングに関するものであることが理解されるはずである。一つ、もしくはもっと多くの組立段階での音響データを集め、そして、ひびを検出するために、数多くの音響センサー部品３８を、組立工程を通して位置づけられることが検討される。さらに、追加の音響センサー組立部品３８は、それぞれ平行移動および／または、ハンドリングステップの前と、その間に基板１２に接触するように位置づけられることが検討される。このように、リアルタイムのひび検出は、組み立て後の触媒コンバータの検査の必要性を最小限にそしてできるだけ無くすようにできるだろう。少なくとも、ここに述べられている組立機械と工程は、組立工程が完了した後に個別の検査が要求される個々のセラミック基板を識別するように有用であると検討される。

さらなる詳細、すなわちひび割れ開始についての要求であれば、３つかもしくはそれより多いセンサー組立部品３８を単一の基板１２と接触するように位置づける。制御装置５４は、３Ｄ空間で基板のひびを見つけるための三角測量方法を行うために実時間基準で各センサー組立部品３８の出力を比較することが操作可能である。さらに、センサー組立部品３８は、セラミック基板１２と連絡するのに用いられるものであり、そのうえ、他の構成要素で実行されるハンドリングと組立のための音響検出に同様に用いることが検討される。

前述の実施形態の描写は図解と描写の目的で提供されている。これは網羅的なものではなく、また本発明を制限するものでもない。特定の実施形態の個々の要素や特性はその特定の実施形態に一様に限定するものではないが、たとえはっきりとしめされたり、描写されたりしていなくても、適用できる場合では、交換でき、選択した実施形態で利用することができる。同一のものもまた多くの方法で変化する。このような変化は本発明からの逸脱とはみなされず、このような変更は本発明の範囲内に含まれる。

Claims

製造工程の間に構成要素内で発生する欠損を検出する方法であって、
構成要素との音響通信の状態で、音響センサーを位置決めし、
音響センサーが構成要素との音響通信を維持した状態で製造工程を実行し、
制御装置に対し、製造工程の間、構成要素からの音響放射を示す信号を提供し、
上記信号に基づき、構成要素が欠損しているかどうかを判定する方法。
さらに、部材に音響センサーを傾けて（biasedly）かみあわせることを含む、請求項１に記載の方法。
さらに,音響センサーを定義する金属製の導波管と接触する変換器の位置を決定することを含む、請求項２に記載の方法。
さらに、導波管に凸面を提供し、構成要素を上記凸面にかみあわせることを含む、請求項３に記載の方法。
さらに、導波管と構成要素の境界面における音響接触媒質を自動的に分配することを含む、請求項４に記載の方法。
信号の大きさを所定の最大のものと比較することを含み構成要素が欠損しているかどうかを判定する、請求項１に記載の方法。
さらに、信号の大きさが所定の最大値を超えるとき、欠損が生じていることを示すことを含む、請求項６に記載の方法。
上記製造工程は、触媒コンバータ基板を筐体に挿入することを含む、請求項１に記載の方法。
さらに音響放射信号を提供する間、筐体の外径を減少させることを含む、請求項８に記載の方法。
音響センサーは、基板と接触して位置決めされる、請求項８に記載の方法。
基板はセラミック材質を含む、請求項１０に記載の方法。
製造工程の間に排ガス処理装置の構成要素内で発生する欠損を検出する方法であって、
排出処理装置との音響通信の状態で、音響センサーを位置決めし、
排出処理装置が構成要素との音響通信を維持した状態で、排ガス処理装置上で製造工程を実行し、
製造工程の間、排ガス処理装置からの音響放射を表示する音響センサーからの信号を出力し、
所定の値と信号を比較し、そして、
比較に基づき、排ガス処理装置が欠損しているかどうかを判定する方法。
さらに、排ガス処理装置に音響センサーを傾けて（biasedly）かみあわせることを含む、請求項１２に記載の方法。
上記センサーは、製造工程の開始より前にセンサーが排ガス処理装置と傾けて（biasedly）かみ合わされる請求項１３に記載の方法。
製造工程は、筐体に対し軸の方向にセラミック基板を平行に移動させることを含む、請求項１２に記載の方法。
製造工程は、半径方向に筐体の大きさを減少させることを含む、請求項１２に記載の方法。
製造工程は、製造作業台の間で排ガス処理装置の構成要素を運ぶことを含む、請求項１２に記載の方法。
さらに、スライドの為に音響センサーを実装し、排ガス処理装置に影響を与えるクランプ装置に関係なく、排ガス処理装置に相対的に上記センサーを移動することを含む、請求項１２に記載の方法。