JP2015121545A - セラミック・フィルター体の欠陥検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の溝を画成するハニカム構造体を備えたセラミック・フィルター体の欠陥を検出する。【解決手段】栓体３０により選択溝２０の端部２２、２４が封止される。ハニカム構造体の第１及び第２端部１６、１８にそれぞれ動作可能に配された光源ユニット５２及び検出器ユニット６２が使用される。溝を通して、光源ユニットから検出器ユニットに光ビームＬＢが送出される。特定の栓体の欠陥により対応する光ビームの検出可能部分が検出される。検出器素子６４を用いて検出可能光ビームを検出することにより位置及び強度変化の情報が得られ、その情報により欠陥の正確な位置及び種類を推定できる。対向端部１６、１８に配された二組の光源ユニット５２、５２’及び対向端部１８、１６に配された検出器ユニット６２、６２’により、セラミック・フィルター体の両端において欠陥の同時測定が可能な両端型システムが構成される。【選択図】図５Ａ

Description

関連出願の相互参照

本出願は、米国出願第１２/９６６００号（２００８年８月２２日出願）の優先権を主張するものである。

本発明はセラミックを主成分とするフィルターに関し、特には、かかるフィルターの製造に用いられるセラミック・フィルター体の欠陥を検出するためのシステム及び方法に関するものである。

多孔壁によって画成されたハニカム構造を内部に有するセラミック体には幾つかの用途があり、例えば、固体粒子フィルター体や静止型熱交換器として使用されている。そのような場合、ハニカム構造における選択溝の一端又は両端をマニホールディング等により封止又は填塞する必要がある。

填塞セラミック・フィルターの作用において、加圧された汚染流体や気体が入口面に導かれ、入口面において端部が開放している溝を通してセラミック・フィルター体に入る。これ等の溝は対向（出口）面において封止されているため、汚染流体は強制的に隣接溝に向け薄い多孔壁に通される。多孔壁の開口部を通過できない流体内の大きな固体汚染物質粒子が残留することにより浄化された流体が出口溝を通してフィルターから出る。

選択した溝の開放端に填塞材料を挿入し、その填塞フィルターを乾燥することにより溝の封止が行われる。填塞ハニカム構造体を形成する従来の方法にはセラミックを主成分とする未焼成のハニカム構造体を押出成形する工程、その構造体を炉内で乾燥する工程、選択溝の開放端を填塞する工程、及びその填塞ハニカム構造体を焼成する工程が含まれている。

その填塞方法によって填塞欠陥が生じる可能性が潜在的にあり、それがフィルター漏洩の原因になっている。また、ハニカム構造体の溝は、溝壁面の崩壊あるいは余分な材料が溝内に残留することにより、セラミック・フィルター体そのものにおいて閉塞されることもある。従って、フィルターの製造工程において、最終的に形成されるフィルターの漏洩の原因となり得るセラミック・フィルター体の欠陥を素早く且つ効率的に検査できることが重要である。

本発明の１つの態様は第１端部、第２端部、及び第１端部と第２端部との間に延びる多数の縦溝を備えたハニカム構造体を有して成るセラミック・フィルター体の欠陥を検出する方法である。この方法は少なくとも１つの第１光源素子を備えた第１光源ユニット及び少なくとも１つの第１検出器素子を備えた第１検出器ユニットをそれぞれ第１及び第２端部の近傍に配置し、少なくとも１つの第１光源素子と少なくとも１つの第１検出器素子とを対応する少なくとも１つの第１溝を通して光学的に連絡させる工程を有している。また、この方法は、少なくとも１つの第１溝を通して、第１光源ユニットから第１検出器ユニットに対し少なくとも１つの第１光ビームを送出する工程も有している。更に、少なくとも１つの第１検出器素子により、少なくとも１つの第１光ビームから第１光を検出し、検出に即応して、検出した第１光を表す少なくとも１つの第１電気検出器信号を生成する工程も含んでいる。また、この方法は少なくとも１つの第１電気検出器信号を処理し、少なくとも１つの第１溝内における少なくとも１つの第１欠陥が存在するか否かを判定する工程も有している。

本発明の別の態様は第１端部、第２端部、及び第１端部と第２端部との間に延びる多数の縦溝を備えたハニカム構造体を有して成るセラミック・フィルター体の欠陥を検出するシステムである。このシステムは少なくとも１つの第１光源素子を有し、ハニカム構造体の第１端部近傍に配され、第１光ビームを生成するよう構成されて成る第１光源ユニットを有している。また、このシステムは少なくとも１つの第１検出器素子を備えた第１検出器ユニットも有している。第１検出器ユニットがハニカム構造体の第２端部近傍に配されることにより、少なくとも１つの第１光源素子と少なくとも１つの第１検出器素子とが対応する少なくとも１つの第１溝を通して光学的に連絡することができる。第１検出器ユニットは第１光ビームから第１光を検出すると第１電気検出器信号を生成するよう構成されている。また、このシステムは第１検出器ユニットに電気的に接続されたプロセッサーも有している。このプロセッサーは第１電気検出器信号を処理して少なくとも１つの第１溝内に少なくとも１つの第１欠陥があるか否かを判定するよう構成されている。

本発明の更に別の態様は第１端部、第２端部、並びに第１及び第２溝端部であって理想的には選択された溝端部が封止されるよう選択された第１及び第２溝端部に第１及び第２栓体を有する多数の縦溝を備えたセラミック・ハニカム構造体の欠陥を検出する方法である。この方法は１つ以上の第１溝を通して第１端部から第２端部に第１光を送出し、第２端部において少なくとも１つの第１欠陥を通過した第１光を検出する工程を有している。また、この方法は１つ以上の第２溝を通して第２端部から第１端部に第２光を送出し、第１端部において少なくとも１つの第２欠陥を通過した第２光を検出する工程も有している。更に、第１検出光及び第２検出光を処理して少なくとも１つの第１欠陥及び少なくとも１つの第２欠陥を検出する工程も含んでいる。

当業者にとって、以下の明細書の記載、クレーム、及び添付図面を参照することにより本発明の前記及び更なる効果について理解を深める共に正当な評価を下すことができる。

非填塞セラミック・フィルター体例の斜視図。 セラミック・フィルター体の遠位側面図及び溝の端部に交互に栓体が挿入されている様子を示すセラミック・フィルター体端部におけるＹ−Ｚ拡大挿入断面図。 フィルター漏洩の原因となる可能性があるセラミック・フィルター体における５つの欠陥例を示す、図２と同様の図。 セラミック・フィルター体が動作可能に配された本発明による光学ベースの欠陥検出システムを一般化した実施の形態の概略図。 セラミック・フィルター体端部の詳細、交互に端部内に設けられた栓体、及び光を検出器ユニットにまで通す栓体欠陥を示す図４のシステムの部分拡大図。 欠陥検出システムを用いて端部が填塞されていないセラミック・フィルター体を測定してハニカム構造体内部の材料欠陥を検出する例示的実施の形態を示す、図５Ａと同様の図。 検出器ユニットによって光が検出された位置を示す、コントローラにより生成され表示ユニットに表示されたセラミック・フィルター体の端部像の例示的実施の形態を示す図。 暗い背景に検出光が現れている端部像の“暗視野”形態を示す、図６Ａと同様の図。 光源ユニットが1つの光源素子を備え、検出器ユニットが1つの検出器素子を備えた、本発明の欠陥検出システムの“片端型”の例示的実施の形態を示す図。 小面積光源素子を構成するための光ファイバーを含む図７のシステムに好適な光源ユニットの例示的実施の形態を示す概略側面図。 小面積光源素子を構成するための光ファイバーを含む図７のシステムに好適な光源ユニットの例示的実施の形態を示す概略側面図。 線形光源ユニット及び線形検出器ユニットを備えた本発明の欠陥検出システムの“片端型”の例示的実施の形態を示す、図７と同様の概略図。 光ビームが内部を伝搬し欠陥のない栓体によって遮断されることにより線形検出器ユニットのどの検出器素子にも光が入射しない様子を示すセラミック・フィルター体の1つの溝の拡大図。 図１０Ａの欠陥がない場合における、検出器ユニットによって形成された溝端部像を示す図。 栓体に欠陥があり光ビームの検出可能光部分が欠陥を通り1つ以上の検出器素子に入射し検出される場合を示す、図１０Ａと同様の図。 溝端部に対する検出光の位置及び分布をグレースケールで示す、図１０Ｂと同様の図。 ファンアウト部を備えた光ケーブルの多数の光ファイバーによって構成した線形光源ユニットの例示的実施の形態を示す概略図。 円筒形発散レンズ及び収束レンズを用いてレーザー・ビームから平行光源を構成した線形光源ユニットの例示的実施の形態を示す概略図。 円筒形発散レンズのみを用いて発散ライン光源を構成した図１２Ｂと同様の光源ユニットを示す図。 光源ユニットが伸張光源素子として管状蛍光球を備えた欠陥検出システムの例示的実施の形態を示す、図９と同様の概略図。 二次元の光源ユニットと二次元の検出器ユニットとを用いてセラミック・フィルター体の全端部域に光を照射すると共にセラミック・フィルター体の対向端部全域において光を検出する欠陥検出システムの例示的実施の形態の概略側面図。

添付図面に例を示す、現在における本発明の例示的実施の形態について詳細に説明する。図面全体を通し、同一又は同様の部品については、可能な限り同一又は同様の参照番号又は参照符号を用いている。

図１は例示的な非填塞セラミック・フィルター体１０の斜視図である。セラミック・フィルター体１０は軸長Ｌ及び軸（縦）方向を規定する中心軸Ａ１を備えたハニカム構造体１２を有している。参考として直交座標が示してある。

ハニカム構造体１２は外壁１５に囲まれた薄い交差多孔質壁１４によって画成されている。壁１４は対向端部１６、１８の間にわたって延び多数の隣接する中空路、即ち“溝”を形成している。溝は同様に対向端部１６、１８の間に延び対向端部１６、１８においてそれぞれ溝端部２２、２４を有している（図５Ａ）．セラミック・フィルター体１０は、例えば、１平方インチ（約６．４５２ｃｍ^２）当り１００〜９００の溝を有することができる。例示的実施の形態において、壁１４は非常に薄く形成され、例えば、厚さ２〜１０ミル（約０．５０８〜０．２５４ｍｍ）、更には厚さ２〜６ミル（約０．５０８〜０．１５２ｍｍ）である。例示的実施の形態において、セラミック・フィルター体１０の直径Ｄは３〜１７インチ（約７．６２〜４３．１８ｃｍ）である。

セラミック・フィルター体１０は、例えば、コージライト、ムライト、炭化ケイ素、又はチタン酸アルミニウムの可塑化セラミック前駆体を押出金型で押出成形することにより製造される。次に、押出成形された“未焼成体”は切断され乾燥される。このような未焼成体は非常に脆弱であるため窯に移送して、その熱によって比較的軟らかく脆弱な未焼成体を硬いハニカム構造体１２を有する硬化焼成体とする必要がある。

図２はセラミック・フィルター体１０の遠位側面図及び端部１８において溝の端部２４に交互に栓体３０が挿入されている様子を示すセラミック・フィルター体の端部１８におけるＹ−Ｚ拡大挿入断面図である。溝端部２２、２４は当初開放されている（図２において溝端部２２は図示せず、図５Ｂ参照）。通常各溝の溝端部２２又は２４に交互に栓体３０が設けられ、セラミック・フィルター体の各端部１６、１８が互いに１溝ずれた栓体の“市松”模様を成し、各溝の１端のみが填塞されている。理想的には、各溝２０の１端１６又は１８が完全に開放され、他端が栓体３０によって完全に封止されると共に、溝２０が完全にクリア（即ち、完全に無閉塞）である。溝２０は溝幅Ｗｃを有している。

前記のように、溝の端部を選択的に填塞する填塞方法を含むフィルター製造工程には、填塞したセラミック・フィルター体をフィルターとして使用したとき漏洩や性能低下を招く欠陥が生じる可能性が潜在的にある。図３はフィルター漏洩の原因となるセラミック・フィルター体の５つの製造欠陥例ＤＥＦを示す、図２と同様の図である。ＤＥＦ１で示す最初の欠陥は、栓体３０の1つが完全に欠落している欠陥である。ＤＥＦ２で示す２番目の欠陥は、栓体３０が部分的にしか存在していない欠陥、即ち、栓体の軸方向の深さは正確であるが、溝２０を完全に填塞するには幅が足りない欠陥である。ＤＥＦ３で示す３番目の欠陥はＤＥＦ２に似ているが、軸方向の深さも基準から外れているため栓体３０のほんの一部しか存在しない欠陥である。以下、これ等の欠陥を“填塞”欠陥と呼ぶ。栓体の亀裂等の別の種類の填塞欠陥も起こり得る。

引き続き図３において、ＤＥＦ４で示す４番目の欠陥は、ハニカム構造体１２の内部欠陥であり、壁１４の一部が溝２０内に崩落している欠陥である。この崩落は図示のように全体の場合も部分的である場合もある。ＤＥＦ５で示す同様の種類の欠陥もハニカム構造体１２の内部欠陥であり、余分な材料が溝２０を部分的又は完全に塞ぐように溝の内部に存在している欠陥である。欠陥ＤＥＦ４、ＤＥＦ５はフィルター漏洩を招くことはないが、フィルターの流量を減らし性能を低下させる。欠陥ＤＥＦ４、ＤＥＦ５は非填塞のハニカム構造体１２にも填塞ハニカム構造体にも生じるが、図示の容易性から填塞ハニカム構造体に示してある。栓体３０に関連する“填塞”欠陥と区別するため、この種の欠陥を“材料”欠陥と呼ぶ。

ＤＥＦ６で示す別の種類の欠陥は壁１４に生じた開口（例えば、亀裂又は穴）欠陥である。穴型欠陥ＤＥＦ６は検出可能光量を隣接溝に通すのに充分な大きさを有する可能性があり、それによって以下詳細に検討するように、溝内を伝搬する光の強度が低下する。
光学ベースの欠陥検出システム
図４はセラミック・フィルター体１０が動作可能に配された本発明による光学ベースの欠陥検出システム（以下“システム”）５０を一般化した実施の形態の概略図である。システム５０は端部１６の近傍に配された光源ユニット５２及びそれに対応する端部１８の近傍に配された検出器ユニット６２を備えている。光源ユニット５２は少なくとも1つの光源素子５４を備え、検出器ユニット６２は少なくとも1つの検出器素子６４を備えている。光源ユニット５２と検出器ユニット６２とはＺ方向において、少なくとも１つの光源素子５４が少なくとも1つの検出器素子６４と位置合せされるよう、光路ＯＰに沿って位置合せされている。光源ユニット５２と検出器ユニット６２とは、欠陥のない栓体３０又は前記のような光を遮断する溝欠陥ＤＥＦが存在しない場合、少なくとも1つの溝２０を通して光学的に連絡している。

光源ユニット５２及び検出器ユニット６２の例について以下詳細に説明する。一般に、光源ユニット５２は、狭い領域（例えば、1つの溝端部２２）に光を発する“単一”即ち“点”光源、線状光（例えば、セラミック・フィルター体端部１６を横断する光）を発する線状光源、あるいはセラミック・フィルター体端部１６の全面に光を照射する二次元光源であってよい。同様に、検出器ユニット６２は、狭い領域（例えば、1つの溝端部２４）の光を検出する“単一検出器”、線に沿って光を検出する線状検出器、あるいはセラミック・フィルター体端部１８の全面の光を検出する二次元検出器であってよい。

引き続き図４の例示的実施の形態において、少なくとも1つの溝２０に欠陥のない栓体３０又は光を遮断する材料欠陥ＤＥＦが存在しない場合、その少なくとも1つの溝を通して両者が光学的に連絡するよう第２光源ユニット５２’が端部１８の近傍に配され、第２検出器ユニット６２’が端部１６の近傍に配されている。一般に、一方の溝端部から他方の溝端部に伝搬する光は発散するため、通常欠陥を通過した光も発散する。このため、システム５０が“両端型”である場合、検出器ユニット６２、６２’をセラミック・フィルター体端部１６、１８のできるだけ近くに配置することにより、栓体３０のできるだけ近くで光を検出することができる。システム５０が“片端型”である場合、光源端に存在する栓体３０を照明するということは、その栓体を透過した光が検出されるまでにセラミック・フィルター体１０のほぼ全長に亘り伝搬する必要があることを意味する。この光は溝２０内を伝搬するにつれ発散及び拡散するため減衰し検出が困難になる。

例示的実施の形態において、それぞれの検出器素子６４、６４’がそれぞれのセラミック体端部１８、１６から１ｍｍ〜１０ｍｍの距離になるよう検出器ユニット６２、６２’が配置される。

２つの光源ユニット５２、５２’と２つの検出器ユニット６２、６２’とを備えた図４の両端型構成のシステム５０は、セラミック・フィルター体１０の調整を必要とせずに光の詳細な検出を行うことができる。１つの光源ユニット５２及び１つの検出器ユニット６２のみを有する片端型システム５０の場合、セラミック・フィルター体端部１６、１８の両方において光のクローズアップ検出をするためには、Ｙ軸を中心にセラミック・フィルター体１０を１８０°回転させた後再度測定を行う必要がある。セラミック・フィルター体１０を反転させて２回目のクローズアップ測定を行う必要があるため、欠陥検出工程に余分な時間を要し工程が複雑になると共に余分なコストがかかる。従って、システム５０の一般化した実施の形態の以後の説明においては、主として２光源/２検出器、即ち、“両端型”の実施の形態について説明する。

例示的実施の形態において、光源ユニット５２及び検出器ユニット６２’が、第１Ｘ−Ｙ−Ｚステージ７０によって、セラミック・フィルター体端部１６の近傍に支持される一方、光源ユニット５２’及び検出器ユニット６２が第２Ｘ−Ｙ−Ｚステージ７０’によって対向するセラミック・フィルター体端部１８の近傍に支持される。これにより、２つの光源ユニットと２つの検出器ユニットとが同期して移動することができると共に、セラミック・フィルター体１０及び互いに対し固定位置を維持できる。各々のステージ７０、７０’がＺ方向に移動可能であるため、光源ユニット５２、５２’及び検出器ユニット６２、６２’をセラミック・フィルター体端部１６、１８の近傍に配置することができる。ステージ７０、７０’は個別に調整可能であり、位置の粗調整及び/又は微調整が容易であることが好ましい。

例示的実施の形態において、光源ユニット５２と検出器ユニット６２’との間に第１遮光体６８が設置され、光源ユニット５２’と検出器ユニット６２との間に第２遮光体６８’が設置されている。これにより、光源ユニット５２からの光のみが検出器ユニット６２によって検出され、光源ユニット５２’からの光のみが検出器ユニット６２’によって検出される。

例示的実施の形態において、光源ユニット５２、５２’及び検出器ユニット６２、６２’を越えてセラミック・フィルター体を移動するよう構成された搬送システム８０によってセラミック・フィルター体１０が支持搬送される。例示的実施の形態において、搬送システム８０はＸ−Ｙ面上、及び位任意としてＺ方向に沿って、セラミック・フィルター体１０を配置するためのステージ８２を備えている。搬送システム８０は検出器ユニット６２及び光源ユニット５２’が対応するユニット（それぞれ、５２及び６２’）と光学的に連絡するためのギャップＧを有している。別の例示的実施の形態において、セラミック・フィルター体１０が横、即ち、中心軸Ａ１をＹ方向に向けて配置されるようシステム５０が構成されている。

システム５０は光源ユニット５２、５２’、検出器ユニット６２、６２’、ステージ７０、７０’、及び搬送システム８０に動作可能に（例えば、電気的に）接続されたコントローラ１００を備えている。コントローラ１００はこれ等のシステム・コンポーネントの動作を制御し全体としてシステム５０として動作させるよう構成されている。例示的実施の形態において、コントローラ１００はプロセッサー１０２（例えば、デジタル・プロセッサー）及びプロセッサーに動作可能に接続され、コントローラに対し以下に詳細に説明する本発明の種々の方法の実行を指示するための命令を記憶できるコンピュータ可読媒体として機能するメモリ・ユニット１０４を備えている。例示的実施の形態において、コントローラ１００は、アナログの検出器信号Ｓ６４を受信し、それをデジタルの検出器信号に変換して、（デジタル）プロセッサー１０２で処理されるようにするアナログ/デジタル（Ａ/Ｄ）変換器１０３を備えている。

例示的実施の形態において、コントローラ１００が、デジタル論理演算、デジタル制御演算、及び/または画像処理を行うことができるプログラム可能なコンピュータを備えている。例示的実施の形態において、システム５０がコントローラ１００に動作可能に接続され、コントローラが収集し処理したデータをグラフ表示及び/又は可視表示するよう構成された表示ユニット１２０を有している。
一般的動作
説明の便宜上、ここでもシステム５０は両端型システムとする。1つの光源ユニット５２及び１つの検出器ユニット６２を備えた実施の形態も同様に動作するが、以下に説明する点が異なる。

システム５０の動作において、光源ユニット５２、５２’がそれぞれ関連する検出器ユニット６２、６２’と位置合せされると共に、セラミック・フィルター体１０に対し選択された位置に配置される。光学的に連絡するための位置合せ及び配置操作を容易にするため、例示的実施の形態において、システム５０からセラミック・フィルター体１０が除去され、光源ユニットを始動させそれぞれ対応する検出器ユニットの指示値を読み取ることにより、光源ユニット５２と検出器ユニット６２との位置合せ、光源ユニット５２’と検出器ユニット６２’との位置合せが行われる。

光源ユニット５２、５２’はコントローラ１００からの制御信号Ｓ５２、Ｓ５２’によってそれぞれ始動する。セラミック・フィルター体１０がシステム５０に動作可能に配置されたとき、それぞれの光源ユニット５２、５２’が、この制御信号Ｓ５２、Ｓ５２’により、それぞれの溝開放端部２２、２４から入射し各溝２０内を伝搬するそれぞれの光ビームＬＢ、ＬＢ’を生成する。しかし、セラミック・フィルター体１０が除去されると、光ビームＬＢ、ＬＢ’は検出器ユニット６２、６２’と直接光学的に連絡する。

光の検出に即応して、それぞれの検出器ユニット６２、６２’の検出器素子６４、６４’がそれぞれの電気検出器信号Ｓ６４、Ｓ６４’を生成し、生成された検出器信号がコントローラ１００に導かれる。検出器信号Ｓ６４、Ｓ６４’は位置合せ（例えば、光源ユニット５２、５２’と検出器ユニット６２、６２’とを調整することにより検出器の電気信号を最大化する）及び検出器の基準指示値の取得に用いられる。

光源ユニット５２、５２’とそれぞれ対応する検出器ユニット６２、６２’とが位置合わせされ光学的に連絡すると、セラミック・フィルター体１０がシステム５０内に収められ、光源ユニット５２、５２’と検出器ユニット６２、６２’との間の所定の位置に移動される。欠陥検出の測定を開始する前に、ステージ７０、７０’により、光源ユニット５２、５２’と検出器ユニット６２、６２’との相対位置及びセラミック・フィルター体１０に対するそれぞれの相対位置を調整することができる。

ステージ７０、７０’の動作はそれぞれコントローラ１００からの制御信号Ｓ７０、Ｓ７０’により制御される。搬送システム８０はコントローラ１００からの搬送制御信号Ｓ８０により制御され、セラミック・フィルター体１０のシステム５０内におけるＺ方向及びＸ−Ｙ平面配置に使用されると共に、必要に応じてセラミック・フィルター体１０のシステムへの装着又は取外しに使用される。コントローラ１００はステージ７０、７０’及び搬送システム８０の動作を監視することにより、光源ユニット５２、５２’及び検出器ユニット６２、６２’に対するセラミック・フィルター体１０の相対位置を把握している。

ここで、殆どのセラミック体１０の溝２０は比較的密であることを考慮する必要がある。例えば、１平方インチ（約６．４５２ｃｍ^２）当り６２５の溝を有するハニカム構造体１２はリニア・インチ（２．５４リニア・センチメートル）当り２５の溝を有している。換言すれば、中心間距離（即ち溝幅Ｗｃ）が約０．０４インチ（約１ｍｍ）になる。そのため、光源ユニット５２と検出器ユニット６２’とを互いに近接させてそれぞれ隣接する溝２０に位置合わせすることができない。従って、光源ユニット５２と検出器ユニット６２’との間隔を十分取って両者間の“クロストーク”を防止することが好ましい。例示的実施の形態において、隣接する光源ユニット５２と検出器ユニット６２’（及び隣接する光源ユニット５２’と検出器ユニット６２）との距離は５〜１５ｍｍである。正確な距離は光源ユニット５２と検出器ユニット６２’の寸法及び光ビームＬＢ、ＬＢ’の角拡散に依存する。

図５Ａはセラミック・フィルター体端部１６、１８の詳細及び溝２０の交互の端部２２、２４内に設けられた栓体３０を示す図４のシステムの部分拡大図である。光源ユニット５２が、セラミック・フィルター体端部１６において、１つ以上の開放溝端部２２に位置合わせされる一方、関連する検出器ユニット６２がセラミック・フィルター体端部１８において、対応する１つ以上の填塞溝端部２４に位置合わせされている。同様に、光源ユニット５２’が、セラミック・フィルター体端部１８において、１つ以上の開放溝端部２４に位置合わせされる一方、関連する検出器ユニット６２’がセラミック・フィルター体端部１６において、対応する１つ以上の填塞溝端部２２に位置合わせされている。

図４及び５Ａにおいて、光源ユニット５２、５２’及び関連する検出器ユニット６２、６２’が互いに適切に位置合わせされると共に、それぞれセラミック・フィルター体１０に対し所望の位置に配されると、コントローラ１００がそれぞれの制御信号Ｓ５６、Ｓ５６’により光源ユニットを動作させる。これにより、光源ユニット５２、５２’がそれぞれの光ビームＬＢ、ＬＢ’を再度発生させ、今度はその光ビームがそれぞれの開放端部２２、２４に入射し、それぞれの溝内を逆方向（即ち、それぞれ＋Ｚ方向及び−Ｚ方向）に伝搬する。選択されたそれぞれの溝端部２２、２４が適切に填塞されている場合には、光ビームＬＢ、ＬＢ’の光が対応する栓体３０を通してセラミック・フィルター体１０から出射することはない。従って、それぞれの検出器ユニット６２、６２’の１つ以上の検出器素子６４、６４’のいずれによっても光は検出されない。

栓体３０の１つに欠陥があり封止が完全ではない場合、対応する光ビームからの検出可能部分光が栓体を通過する。例えば、図５Ａにおいて、光ビームＬＢが伝搬する溝の両端部２２、２４に栓が設けられていない、光源ユニット５２及び検出器ユニット６２に位置合わせされている溝２０について検討する。この場合、対応する溝２０の端部２４近傍の１つ以上の検出器素子６４が光ビームＬＢから比較的多くの光を検出する。次に、１つ以上の検出器素子６４はそれぞれ検出した光量を表す検出器電気信号Ｓ６４を生成する。図５Ａにおいて、光源ユニット５２’からの光ビームＬＢ’は光ビームが伝搬する溝２０に直接近接している溝の端部２２において“良好”な栓体３０によって遮断される。従って、検出器ユニット６２’によって光が検出されることはない。

１つ以上の検出器素子６４の位置によって欠陥栓体の位置（この場合、栓体３０が欠落している溝端部２４のＸ−Ｙ位置）情報が得られる。この位置検出能力は、以下に詳細に説明するように、溝幅Ｗｃ当り多数の検出器素子を配置することにより更に向上する。欠陥位置情報は、例示的実施の形態において、ロボット・ツール（図示せず）を動かして特定の種類の欠陥、特に欠落した栓体３０の修理に利用されるため重要である。

図５Ｂはシステム５０を用いて溝端部２２、２４が填塞されていないセラミック・フィルター体１０を測定して、ＤＥＦ５（図３）のようなハニカム構造体１２内部の欠陥を検出する例示的実施の形態を示す、図５Ａと同様の図である。填塞されていないセラミック・フィルター体１０に対するシステム５０の動作は、溝２０内における障害物やその他の欠陥によって光が完全に遮断されるか、又は光ビームＬＢ、ＬＢ’が障害物のない溝２０内を伝播する場合と比較して、検出器ユニット６２、６２’に到達する光量が低下するという点において、填塞されたセラミック・フィルター体１０に対する動作と同様である。

光ビームＬＢ’の検出可能部分光（強度）ＬＢＤ’が、材料欠陥ＤＥＦ５を通過した場合、この部分光が検出器ユニット６２’によって検出され、検出された光量に対応する検出器電気信号Ｓ６４’がコントローラ１００に伝達される。例示的実施の形態において、填塞予定のハニカム構造体１２を填塞する前の非填塞状態で測定し、欠陥ＤＥＦ４〜ＤＥＦ６のような内部材料欠陥の有無を調べる。これは、欠陥ＤＥＦ４及びＤＥＦ５のような特定の種類の材料欠陥が、１つ以上の溝を遮断し、見掛け上１つ以上の欠陥のない栓体３０を創出することがあるためである。例示的実施の形態において、材料欠陥を検出する方法が、第１又は第１及び第２電気検出器信号Ｓ６４又はＳ６４、Ｓ６４’を処理して、欠陥のない溝２０内を伝搬した第１及び第２光ビームＬＢ，ＬＢ’の光強度と比較したときのこれらの光ビームのうちの少なくとも１つにおける強度低下を検出する工程を含んでいる。材料欠陥が明らかにされるか又はかかる欠陥が基本的に存在しないと断定されると、この測定済みハニカム構造体１２の填塞及び栓体欠陥の試験を行うことができる。

検出器ユニット６２、６２’によって検出された光量の変動によって欠陥が存在する溝の位置を特定することができる。溝幅Ｗｃ当り、多数の検出器素子６４、６４’を検出器ユニット５２、５２’に設けることにより、溝端部２２、２４から出射する光の強度変動の分析が可能になる。このような変動により、特定の溝２０内に存在する欠陥の種類及び位置を洞察することができる。

填塞又は填塞されていないセラミック・フィルター体１０のすべての溝２０の前記測定が終了すると、コントローラ１００によってメモリ・ユニットに収集された検出器電気信号Ｓ６４、Ｓ６４’がプロセッサー１０２によって処理される。例示的実施の形態において、処理されたデータが表示ユニット１２０に表示される。

図６Ａは検出器信号６４によって供給されコントローラ１００によって処理されたデータから形成された、測定を行ったセラミック・フィルター体１０の端部像１４０の例示的実施の形態を示す図である。この端部像は検出器ユニット６２によって光が検出された位置（ａ）〜（ｅ）を示している。この情報に基づき、選択された位置におけるセラミック・フィルター体１０のより詳細な検査及び/又はロボット操作による欠陥修理を行うことができる。検出器信号Ｓ６４’によるデータに基づく同種の端部像１４０も表示できるため、セラミック・フィルター体１０の両端部１６、１８において得られたデータを同時に見ることができる。

図６Ｂは、セラミック・フィルター体１０全体の測定を行ったとき、検出器ユニット６２が実際に“見た”ものにより近い端部像１４０の“暗視野”形態を示す、図６Ａと同様の図である。図６Ｂは暗い背景に光が検出された位置を白い点として示している。

コントローラ１００がセラミック・フィルター体１０に対する光源ユニット５２、５２’及び検出器ユニット６２、６２’の相対位置を制御しているため、検出された欠陥の正確な位置の追跡及びメモリ・ユニット１０４への記憶が可能であると共に、任意として表示ユニット１２０への表示又はシステム・ユーザへの伝達が可能である。

要約すると、例示的な動作方法は、少なくとも１つの第１光源素子５４を備えた第１光源ユニット５２及び少なくとも１つの第１検出器素子６４を備えた第１検出器ユニット６２をそれぞれセラミック・フィルター体１０の第１及び第２端部１６、１８の近傍に配置し、少なくとも１つの第１光源素子と少なくとも１つの検出器素子とを対応する少なくとも１つの第１溝を通して光学的に連絡できるようにすることにより、セラミック・フィルター体１０の欠陥を検出する工程を有している。ここで、“できるようにする”という表現を用いているのは、欠陥のない栓体３０又はハニカム構造体１２内部の材料欠陥（例えば、ＤＥＦ４及びＤＥＦ５）によって、光ビームＬＢが遮断され光学的な連絡が断たれる可能性があるためのである。

この方法は更に、少なくとも１つの第１溝２０を通して、第１光源ユニット５２から第１検出器ユニット６２に少なくとも１つの第１光ビームＬＢを送出する工程、及び少なくとも１つの第１検出器素子６４により少なくとも１つの第１光ビームから第１光（例えば、検出可能部分光ＬＢＤ）を検出し、その検出に即応して、検出した第１光を表す少なくとも１つの第１電気検出器信号を生成する工程も有している。

この方法は更に、少なくとも１つの第１電気検出器信号を処理することにより少なくとも１つの溝内に少なくとも１つの第１欠陥が存在するか否かを判定する工程も有している。“両端型”の方法においては、前記と同様の動作が実行されるが、それに加え、少なくとも１つの第２溝（即ち、第１溝２０と異なる溝）を通して第２光源ユニット５２’と第２検出器ユニット６２’との間で少なくとも１つの第２溝内に少なくとも１つの第２欠陥が存在するか否かが判定される。

システム５０の両端型形態において、セラミック・フィルター体１０が填塞されていない場合、検出器信号Ｓ６４、Ｓ６４’を用いて、光ビームＬＢ、ＬＢ’のいずれか一方又は両方において、基準強度、即ち“無欠陥”の溝強度からの強度低下の有無が判定される。光ビームＬＢ、ＬＢ’のいずれか一方又は両方における強度低下は、少なくとも１つの“第１”欠陥及び少なくとも１つの“第２”欠陥が、少なくとも１つの第１溝及び少なくとも１つの第２溝の一方又は両方に存在していることを意味している。
第１の例示的実施の形態
図７は光源ユニット５２が1つの光源素子５４を備え、検出器ユニット６２が1つの検出器素子６４を備えた例示的実施の形態を示す図である。例示的実施の形態において、光源素子５４は溝幅Ｗｃと略等しい幅を有している。例示的実施の形態において、溝幅Ｗｃは約２．５ｍｍ〜約０．０２５ｍｍである。

例示的実施の形態において、光源素子５４は、例えば、活性領域の寸法が１ｍｍ^２以下の発光フォトダイオードから成っている。図８Ａ、８Ｂに示す別の例示的実施の形態においては、光源ユニット５２は、例えば、コア２０２とそれを囲むクラッド２０４とを備え、コアの直径が略１０マイクロメータ（シングルモード・ファイバー）から数百マイクロメートルのマルチモード・ファイバーから成る光ファイバー２００を有している。光ファイバー２００は入射端部２１０と出射端部２１２とを備えている。光源ユニット５２は、ＬＥＤ又はレーザーのような光源２２０を備えている。光源２２０は、例えば、レンズ２３０を介して光ファイバーの入射端部２１０に光学的に接続されている。光ファイバーの出射端部２１２は、発散光ビームＬＢを発する比較的小さな（即ち、コア２０２と略等しい）“活性領域”を有する有効な光源素子５４として機能する。

図８Ｂの拡大図に示す例示的実施の形態において、光ファイバー２００の出射端部２１２の一部がコネクタ２４０の内部に保持されることにより、セラミック・フィルター体１０及びその内部の溝２０に対する光ファイバー出射端部の所定位置における支持及び所定位置への移動を容易にしている。例示的実施の形態において、図８Ａに示すように、コネクタ２４０はステージ７０によって支持されている。

図７に示すシステム５０の実施の形態においては光源ユニット５２と検出器ユニット６２とが協調して移動する必要がある。各々が１つの光源素子を備えた２つの光源ユニット５２、５２’及び各々が１つの検出器素子を備えた２つの検出器ユニット６２、６２’を使用して本システム５０の例示的実施の両端型システムを構成できる。システム５０の本例示実施の形態による片端型及び両端型システムは比較的複雑であり測定に時間を要するため、例えば１つの溝の検査が必要な場合やセラミック・フィルター体１０の選択領域を正確に検査する必要がある場合など、特別な検査を行う場合に特に適している。
第２の例示的実施の形態
図９は線形配列の光源素子５４を備えた“線形”光源ユニット５２及び線形配列の検出器素子６４を備えた“線形”検出器ユニット６２を有するシステム５０の“片端型”の例示的実施の形態を示す、図７と同様の概略図である。例示的実施の形態において、検出器ユニット６２が、約１２５μｍ〜約１０μｍの検出器素子（ピクセル）サイズに相当する、２００〜２４００ドット/インチ（ｄｐｉ）（約７９〜約９４５ドット/ｃｍ）の密度で検出器素子６４を備えたセンサーアレイを有している。例示的実施の形態において、検出器ユニット６２は、スキャナー、複写機、ファックス等に使用されているような種類の少なくとも１つの密着イメージ・センサーを備えている。例示的実施の形態において、多数の密着センサー・ユニットの端と端とを合わせて配列することにより長尺の線形検出器ユニット６２を形成できる。

幅が約１２５μｍ以下の検出器素子６４を多数用いて所定の溝端部２４（図９には表示せず、図５Ｂ参照のこと）を出射する光を検出することができる。例示的実施の形態において、溝幅Ｗｃ当りＮＩ個の検出器素子６４が存在し、特定の実施の形態において２≦ＮＩ≦２５である。これにより、検出器ユニット６２はセラミック・フィルター体１０における小さな欠陥を解明し位置を特定できる。

例示的実施の形態において、線形光源ユニット５２及び線形検出器ユニット６２がそれぞれの端部１６、１８上を走査される。別の例示的実施の形態において、セラミック・フィルター体１０が搬送システム８０によって線形光源ユニット５２及び線形検出器ユニット６２を越えて搬送される。例示的実施の形態において、２つの線形光源ユニット５２、５２’及び２つの線形検出器ユニット６２、６２’を用いて図４に示すような“両端型”システム５０が構成される。例示的実施の形態において、セラミック・フィルター体１０全体を走査しセラミック・フィルター体端部１６、１８の両方からデータを得るまでに要する時間が約５秒である。

走査型の１つの例示的実施の形態において、線形光源ユニット５２が静止して溝２０の選択行に光を照射する一方、線形検出器ユニット６２が対応する溝端部２４上を走査する。次に、線形光源ユニット５２が溝２０の次の行に移動され、次の対応する溝端部２４が線形検出器ユニット６２によって走査される。セラミック・フィルター体１０のすべての溝２０の検査が終了するまで、この“ステップ・アンド・スキャン”工程が繰り返される。光パルス毎に検出器素子６４が検出器素子幅（ピクセル幅）だけ走査方向に移動するようなタイミングで光源ユニット５２にパルスを与えるか又は光源ユニットを変調すると共に線形検出器ユニット６２を連続的に移動させるようこの工程を修正することができる。

別の例示的実施の形態において、線形検出器ユニット６２が溝２０のＸ及びＹ方向の全幅Ｗｃをカバーするのに充分な検出器素子行を有している。本発明において、この特別な配列の検出器ユニット６２は、一度に溝２０の１つの行、即ち“ライン”を検出するため、“線形検出器”と見なされる。

図１０Ａは光ビームＬＢが内部を伝搬して欠陥のない栓体３０によって遮断される様子を示す１つのセラミック・フィルター体溝２０の拡大図である。栓体３０に欠陥がないため、セラミック・フィルター体端部１６における溝端部２２から入射した光ビームＬＢのかなりの部分は検出器素子６４に到達せず、従って検出器信号Ｓ６４が生成されない。あるいは、検出光が“ゼロ”であることを表す基準検出器信号（破線で示す）が生成される。

図１０Ｂは特定の溝端部２４を通過した光を検出するよう配置された検出器素子６４の特定の組に基づき、コントローラ１００によって形成された溝端部像１３８である。光が全く検出されないため、溝端部像１３８は真黒である。図１０Ａにおいて、溝幅Ｗｃ当り４個の検出器素子６４が存在し、溝端部２４当り１６個の検出器素子６４が存在している。

図１１Ａは光ビームＬＢの検出可能部分光ＬＢＤを通過させる欠陥ＤＥＦ２が栓体３０にあることを示す、図１０Ａと同様の図である。検出可能部分光ＬＢＤは、特定の溝端部２４を通過した光を検出するよう配置された、検出器素子６４のサブセットによって検出される。これにより検出可能部分光ＬＢＤの情報を含む対応する検出器信号Ｓ６４が生成される。

図１１Ｂは部分光ＬＢＤによって活性化されたそれぞれの検出器素子に対応するグレースケール部分１３９Ａ〜１３９Ｄで示す検出された部分光ＬＢＤに基づいてコントローラ１００によって形成され、栓体３０の欠陥ＤＥＦ２の相対位置及び寸法を示すグレースケールの溝端部像１３８を示す、図１０Ｂと同様の図である。

セラミック・フィルター体１０が填塞されていない場合、内部材料欠陥が検出器ユニット６２から遠い位置にあればあるほど、光ビームＬＢの検出可能部分光ＬＢＤが検出器ユニットに到達したとき、より拡散している傾向にある。従って、材料欠陥によっては光ビームＬＢ全体の強度が低下すると共に、所定の溝２０における多数の検出器素子６４が各々略同一の光強度を検出する。検出器ユニット６２近傍の材料欠陥の場合には、光が発散及び拡散するための距離が短いため、一般に強度変化がより急峻になる。従って、所定の溝２０に関連した全体の強度低下及び強度変化から収集された情報により、セラミック・フィルター体１０の材料欠陥の位置及び種類を洞察することができる。

線形光源ユニット５２は様々な形態を成すことができる。図１２Ａは光ファイバー・ケーブル２０１が複数の光ファイバー２００を担持していることを除き、図８Ａと同様の線形光源ユニット５２の第１の例示的実施の形態の概略図である。ケーブル２０１の一端が光源２２０に接続されていると共に、ファイバー端部２１２が光源素子５４の列となるよう構成されたファンアウト部２０３を備えている。

図１２Ｂは光源がレーザーから成り、レンズ２３０が円筒形発散レンズ２３１及び平行線形光ビームＬＢを形成する円筒形収束レンズ２３２を含んで成る光源ユニット５２の別の例示的実施の形態の概略図である。

図１２Ｃはレンズ２３０に円筒形発散レンズ２３１のみを使用し発散線形光ビームＬＢを形成する光源ユニット５２の更に別の例示的実施の形態を示す、図１２Ｂと同様の概略図である。

図１３は線形光源ユニット５２が管状蛍光管２５０の形態を成す伸張光源素子５４を備えた例示的実施の形態を示す、図９と同様の概略図である。例示的実施の形態において、蛍光管２５０は比較的大量の光を出射する細長い開口部を備えたアパチャー蛍光ランプである。蛍光管２５０によりセラミック・フィルター体端部１６の大きな線形部分に光を照射することができる一方、線形検出器ユニット６２による光の検出は溝２０の選択されたライン（行）に限定される。蛍光管２５０による発散光により、ハニカム構造体１２おいて生じ得る溝位置合わせ補正の許容誤差を大きくすることができる。
第３の例示的実施の形態
図１４は光源ユニット５２がセラミック・フィルター体１０の端部１６全体又は略全体に光を照射するよう構成され、検出器ユニット６２がセラミック・フィルター体の端部１８全体から出射する光を検出するよう構成された図９と同様のシステム５０の例示的実施の形態の概略図である。本例示的実施の形態において、光源ユニット５２は、例えば、多数の蛍光管又は多数のＬＥＤから成っている。

検出器ユニット６２は、例えば、多数の密着イメージ・センサーから成る多数の線形検出器によってセラミック・フィルター体端部１８の全体又は略全体をカバーする二次元の検出器アレイを構成している。別の方法として、多数の小さな二次元検出器によって大きな二次元検出器ユニットを構成することができる。

セラミック体１０は約３インチ〜１７インチ（約７．６ｃｍ〜約４３．２ｃｍ）の直径を有することができるため、セラミック・フィルター体の径全体又は略全体をカバーする二次元の検出器ユニット及び二次元の光源ユニットを構成すると比較的高価になる。また、光源ユニット５２がセラミック・フィルター体端部１６全体をカバーし、検出器ユニット６２がセラミック・フィルター体端部１８全体をカバーすると、セラミック・フィルター体１０の両端近傍において同時に光を検出することができず、安価で簡単なシステム５０の望ましい“両端型”実施の形態を構成することが基本的に不可能になる。
第４の例示的実施の形態
前記のように、ハニカム構造体１２の壁１４は、隣接溝２０に光ビームＬＢの検出可能部分ＬＢＤを通す大きさの開口（例えば、亀裂又は穴）を成す欠陥ＤＥＦ６（図３）を有する場合がある。この検出可能部分光ＬＢＤは隣接溝の端部２４において検出器素子６４によって検出される。同様に、光ビームＬＢの一部の光が隣接溝へ移動すると光ビームＬＢの強度が低下する。光源ユニット５２’、検出器ユニット６２’、及び検出可能部分光ＬＢＤ’による反対方向においてもこれと同様の現象が生じ得る。従って、（本来の溝の検出器ユニットの電気信号から推測される）光ビームＬＢ及び/又はＬＢ’の強度低下を伴う、光ビームＬＢ及び/又はＬＢ’が伝搬する本来の溝の隣接溝における電気検出器信号Ｓ６４及び/又はＳ６４’の生成はハニカム構造体１２に開口型の欠陥ＤＥＦ６が存在していることを示している。

添付クレームによって規定される本発明の精神及び範囲を逸脱せずに、本明細書で説明した本発明の例示的実施の形態に対し各種修正が可能であることは当業者にとって自明である。従って、添付クレーム及びその均等物の範囲において、本発明はかかる修正及び変更も含むものである。

１０ セラミック・フィルター体
１２ ハニカム構造体
１４ 壁
１６、１８ セラミック・フィルター体端部
２０ 溝
２２、２４ 溝端部
３０ 栓体
５０ 欠陥検出システム
５２、５２’ 光源ユニット
５４、５４’ 光源素子
６２、６２’ 検出器ユニット
６４、６４’ 検出器素子
７０、７０’ Ｘ−Ｙ−Ｚステージ
８０ 搬送システム
１００ コントローラ
１０２ プロセッサー
１０３ Ａ/Ｄ変換器
１０４ メモリ・ユニット
１２０ 表示ユニット

Claims (1)

1. 第１端部、第２端部、及び該第１端部と該第２端部との間に延びる多数の縦溝を備えたハニカム構造体であって、該多数の縦溝の前記第１および前記第２の端部には交互に栓体が設けられ、前記セラミック・フィルター体の両端部が互いに１溝ずつずれた前記栓体の市松模様をなすハニカム構造体を有して成るセラミック・フィルター体における漏洩の原因となる欠陥を検出する方法であって、
   １つの第１光源素子を備えた第１光源ユニット及び１つの第１検出器素子を備えた第１検出器ユニットを、それぞれ前記第１及び第２端部の近傍に位置合わせする工程と、
   位置合わせされた前記第１光源ユニット及び前記第１検出器ユニットを、前記１つの第１光源素子と前記１つの第１検出器素子とを対応する１つの第１溝を通して光学的に連絡させるように配置する工程と、
   前記１つの第１溝を通して、前記第１光源ユニットから前記第１検出器ユニットに対し第１光ビームを送出する工程と、
   前記１つの第１検出器素子により、前記第１光ビームからの前記第１溝において製造上の欠陥により前記栓体が欠落している場合における第１光を検出し、該検出に即応して、該検出した第１光を表す第１電気検出器信号を生成する工程と、
   前記第１電気検出器信号を処理し、前記１つの第１溝内における前記欠陥を検出する工程と、
   １つの第２光源素子を備えた第２光源ユニット及び１つの第２検出器素子を備えた第２検出器ユニットを、それぞれ前記第２及び第１端部の近傍に位置合わせする工程と、
   位置合わせされた前記第２光源ユニット及び前記第２検出器ユニットを、前記１つの第２光源素子と前記１つの第２検出器素子とを対応する１つの第２溝を通して光学的に連絡させるように配置する工程と、
   前記１つの第２溝を通して、前記第２光源ユニットから前記第２検出器ユニットに対し第２光ビームを送出する工程と、
   前記１つの第２検出器素子により、前記第２光ビームからの前記第２溝において前記栓体が欠落している場合における第２光を検出し、該検出に即応して、該検出した第２光を表す第２電気検出器信号を生成する工程と、
   前記第２電気検出器信号を処理し、前記１つの第２溝内における前記欠陥を検出する工程と、
   前記第１光源ユニットおよび前記第２光源ユニットと、前記第１検出器ユニットおよび前記第２検出器ユニットとに対し、前記セラミック・フィルター体を相対移動し、前記セラミック・フィルター体の略全体にわたり前記欠陥を検出する工程と、
   コントローラにより、前記第１光源ユニットおよび前記第２光源ユニットと、前記第１検出器ユニットおよび前記第２検出器ユニットとに対する前記セラミック・フィルター体の相対位置を制御および監視する工程と、
   を有して成ることを特徴とする方法。

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