JP2022545552A - ハニカム体の検品システムおよび方法 - Google Patents

ハニカム体の検品システムおよび方法 Download PDF

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アンドリュー バーンズ,ジョシュア
ウェイン マダラ,ラッセル
ジュニア,ロバート ジョゼフ オロフリン
ジェイムズ シューバ,クリスティ
ダニエル トレーシー,エリック
エドワード ウォッシュバーン,ポール
イェン-ティン ウー,マイケル
ゾウ,シアオティエン
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Abstract

ハニカム体上に表面欠陥があるかを調べて識別する改良された検品技術を開示する。改良された検品では、ハニカム体の外面の道程の測定を利用して、外面の画像を収集する。画像を組み合わせて、ハニカム体の外面を示す複合画像にする。複合画像を分析して、表面欠陥を識別する。

Description

関連出願の相互参照
本願は、米国特許法第120条の下、2019年8月30日出願の米国仮特許出願第62/893,906号の優先権の利益を主張し、その内容は依拠され、全体として参照により本明細書に組み込まれる。
本願は、ハニカム体の検品システム、および、検品方法に関する。
ハニカム体は、燃焼排気中の汚染物質などの作業流体内の不要物を処理する微粒子フィルタおよび触媒コンバータの構成など、様々な利用例で用いられている。ハニカム体の製造は、ハニカム体の衝撃性能に悪影響を与えうる表面欠陥があるかを検品する工程を含みうる。
本明細書において、特に、ハニカム体の撮像および検品を改良するための様々なアプローチを記載する。
例えば、ハニカム体の検品装置は、ハニカム体の全外面を正確に撮像するように構成されうる。検品装置は、多数の収集した画像に基づく複合画像を形成するように構成されうる。各画像の撮像は、ハニカム体の円周方向道程を基に指示されうる。
1つの態様において、ハニカム体の検品装置を提供する。装置は、ハニカム体を支持する作動部であって、ハニカム体を、回転軸を中心にハニカム体の1フル回転の少なくとも一部に亘って連続して回転させるように構成された作動部と、ハニカム体の外周面の検品領域を網羅する視野範囲を有するカメラと、ハニカム体が作動部によって回転される時に、ハニカム体の円周部に沿った円周方向道程を測定するセンサであって、カメラに、ハニカム体の検品領域の画像を円周方向道程の所定の増分毎に収集させるように構成されたセンサと、ハニカム体の外周面の検品領域を網羅する照射領域を有する光源とを含む。
いくつかの実施形態において、光源の照射軸とカメラの光軸の間の角度は、15°以下である。いくつかの実施形態において、光源は、複数の光源を含み、各複数の光源の照射軸とカメラの光軸の間の角度は、15°以下である。いくつかの実施形態において、複数の光源は、合わせて、少なくとも2,000,000ルクスの強度を有するものである。
いくつかの実施形態において、カメラは、検品領域の中心で、ハニカム体の外周面を中心に、そこから外側に約5mmおよび内側に約5mm延伸する被写界深度を有するものである。
いくつかの実施形態において、光源は、少なくとも1,000,000ルクスの強度を有するものである。いくつかの実施形態において、センサは、0.2μm以下の測定分解能を有するエンコーダである。
いくつかの実施形態において、カメラは、複数のカメラを含むものである。いくつかの実施形態において、複数のカメラは、ハニカム体の円周部の周りに分布し、各カメラの視野範囲は、ハニカム体の全長以上である回転軸に平行に測定された長さを有するものである。いくつかの実施形態において、複数のカメラは、回転軸に平行に分布し、合わせて、ハニカム体の全長以上である回転軸に平行に測定された合計長さを有する視野範囲を有するものである。
いくつかの実施形態において、視野範囲は、回転軸に平行に測定されたハニカム体の全長以上である回転軸に平行に測定された長さを有するものである。いくつかの実施形態において、装置は、カメラとハニカム体の間のカメラの光軸に平行な方向の距離を特定するように構成された距離センサを、更に含む。
いくつかの実施形態において、装置は、ハニカム体を作動部上に配置するよう構成された載置機構を、更に含む。
いくつかの実施形態において、装置は、画像を分析して、1つ以上の表面欠陥を識別するように構成された制御部を、更に含む。
いくつかの実施形態において、装置は、ハニカム体を、識別された表面欠陥の数が所定の閾値以上であることに少なくとも部分的に基づいて、不合格容器に移動するように構成された不合格作動部を、更に含む。
いくつかの実施形態において、装置は、識別された表面欠陥の数が所定の閾値以未満であることに少なくとも部分的に基づいて、ハニカム体の表面に印を付与するように構成された印付与装置を、更に含む。いくつかの実施形態において、印は、ハニカム体が検品に合格したことを示すものである。
いくつかの実施形態において、作動部は、検品領域のハニカム体の端面とハニカム体の外周面との交差部分から離間するものである。
他の態様において、ハニカム体の検品装置を提供する。装置は、ハニカム体の外周面と係合し支持するように構成された作動部であって、ハニカム体を、回転軸を中心にハニカム体の1フル回転の少なくとも一部に亘って連続して回転させるように構成された作動部と、ハニカム体の外周面の検品領域を網羅する視野範囲を有するカメラと、カメラに、ハニカム体の外周面の検品領域の画像を所定間隔で収集させるように構成されたセンサと、ハニカム体の外周面の検品領域を網羅する照射領域を有する光源とを含む。
いくつかの実施形態において、作動部は、ハニカム体を受け付けるように構成された1対のローラを含み、ローラの少なくとも一方を回転させることで、ハニカム体の外周面と少なくとも一方のローラとの摩擦係合により、ハニカム体を回転させるものである。
いくつかの実施形態において、センサは、ハニカム体が作動部によって回転される時に、ハニカム体の円周部に沿った円周方向道程を測定するものであり、所定間隔は、円周方向道程の増分を含むものである。
いくつかの実施形態において、第1の光源の照射軸とカメラの光軸の間の角度は、15°以下であり、第2の光源の照射軸とカメラの光軸の間の角度は、15°以下である。
いくつかの実施形態において、第1の光源は、少なくとも1,000,000ルクスの強度を有し、第2の光源は、少なくとも1,000,000ルクスの強度を有するものである。いくつかの実施形態において、センサは、エンコーダである。いくつかの実施形態において、センサは、0.2μm以下の測定分解能を有するものである。
他の態様において、ハニカム体の外周面の検品方法を提供する。方法は、ハニカム体を、ハニカム体の外周面と係合した作動部を介して、連続して回転させる工程と、ハニカム体の外周面の円周部に沿って、円周方向道程を測定する工程と、カメラに、ハニカム体の外周面の複数の画像を収集させる工程であって、複数の画像は、ハニカム体の1回転に亘って、外周面の円周方向道程の所定の増分毎に収集されるものである工程と、複数の画像を組み合わせて複合画像にする工程と、複合画像を分析して、ハニカム体の外周面上の1つ以上の表面欠陥を識別する工程とを含む。
いくつかの実施形態において、方法は、ハニカム体を、識別された表面欠陥の数が所定の閾値以上であることに少なくとも部分的に基づいて、不合格にする工程を、更に含む。
いくつかの実施形態において、方法は、識別された表面欠陥の数が所定の閾値以未満であることに少なくとも部分的に基づいて、ハニカム体の表面に印を付与する工程を、更に含む。
いくつかの実施形態において、センサが、円周方向道程を、0.2μm以下の分解能で測定する。
いくつかの実施形態において、作動部は、ハニカム体を受け付けるように構成された1対のローラを含み、ハニカム体を連続して回転させる工程は、ローラの少なくとも一方を回転させて、ハニカム体の外周面と少なくとも一方のローラとの摩擦係合により、ハニカム体をハニカム体の縦軸を中心に回転させる工程を含むものである。
この概要は、次の詳細な記載において更に記載する概念を、選択して、簡略に示すものである。この概要は、請求する主題の主要な特徴も不可欠な特徴も特定することを意図せず、更に、請求する主題の範囲を限定するように用いられることも意図しない。更に、本発明は、詳細な記載、および/または、本明細書の他の部分で記載した特定の実施形態に限定されるものではない。本明細書において、そのような実施形態は、例示にすぎない。当業者には、本明細書の教示に基づいて、更なる実施形態が明らかであろう。
添付の図面は、本明細書に組み込まれて、その一部を形成するものであり、本発明の実施形態を図示し、更に、明細書の記載と共に、包含される原理を説明して、当業者が、開示した技術を製造および使用可能にする役割を果たしている。
開示した技術の特徴および利点は、以下の詳細な記載を、類似の参照符号が全図を通して対応要素を特定している図面と共に読むことで、より明らかになるだろう。図面において、類似の参照番号は、概して、同一、機能的に同様、および/または、構造的に同様の要素を示す。要素が最初に示される図の番号を、対応する参照番号中の左寄りの数字に示している。
例示的なハニカム体の斜視図である。 図1のハニカム体の側面図である。 実施形態による例示的なハニカム体の検品装置の前面図である。 図3の例示的な装置の一部の側面図である。 図3の例示的な装置の一部の斜視図である。 検品領域を含むハニカム体の外面を概略的に示す側面図である。 実施形態による例示的なハニカム体の検品装置の前面図である。 実施形態による例示的なハニカム体の検品装置の一部の側面図である。 欠陥を含むハニカム体の斜視図である。 図9のハニカム体を概略的に示す斜視図である。 図9のハニカム体の外面の複合画像の上面図である。 実施形態による例示的なハニカム体の外面の検品方法のフローチャートである。
以下の詳細な記載は、本開示の実施形態を示す添付の図面を参照する。しかしながら、本発明の範囲は、これらの実施形態に限定されるものではなく、添付の請求項によって画定されるものである。したがって、図示した実施形態の変更例など、添付の図面に示したものを超えた実施形態も、本発明に包含されうる。
本明細書において、「一実施形態」、「実施形態」、「例」などと記載する場合は、記載した実施形態が、特定の特徴物、構造、または、特徴を含みうるが、必ずしも、全ての実施形態が、その特定の特徴物、構造、または、特徴を含むものではないことを意味する。更に、そのような語句は、必ずしも、同じ実施形態を称するものではない。更に、特定の特徴物、構造、または、特徴を、ある実施形態に関連して記載する場合、明示したかに関わらず、他の実施形態に関して、そのような特徴物、構造、または、特徴を実施することは、当業者の知識の範囲内である。
本明細書に記載の実施形態は、ハニカム体の外面を検品するのに用いられる従来の検品システムを改良するものである。本明細書に記載の実施形態の利点は、部品を作動部に正確に配置することを要しない簡略な載置を含み、その結果、労働コストを削減する。開示した実施形態は、回転速度の変化による歪んだ、または、不完全な画像となることを避ける。実施形態は、ハニカム体の円周方向道程を直接測定した結果に基づく正確な撮像を提供する。更なる利点は、本明細書に記載の実施形態は、ハニカム体上の表面の異常部の特徴および大きさを特定して、任意の異常部が存在するかを判断し、更に、存在する場合には、任意のそのような異常部が、ハニカム体の修理または廃棄を必要とする欠陥であるかを判断することを可能にする。実施形態は、品質制御および処理監視のために、拡大画像の収集も可能にする。
図1、2は、例示的なハニカム体100を示している。ハニカム体100は、概して、押出成形されたセラミック材料から形成される。ハニカム体100は、複数の交差する内壁部102を含み、それらは、ハニカム体100を通って、縦軸Lに略平行に第1の端部104から第2の端部106に縦方向に延伸する。内壁部102は、合わせて、第1の端部104から第2の端部106までハニカム体100を通って延伸する孔または内腔を形成する複数のチャネルまたはセル108を画定し、ハニカム体100の多孔性ハニカム構造を形成する。ハニカム体100は、多孔性セラミック材料から構成されうる。
外被覆部109は、内壁部102を囲み、ハニカム体100の外面110を画定する。外面110は、ハニカム体100の両端部104、106の間に縦方向に延伸する円周方向表面を称する。本明細書における記載を容易にするために、円周方向(および/または、円周)という用語を用いているが、ハニカム体100は、円筒以外の形状でありうるもので、円周面は、そのような任意の形状の外周縁面を称することを意図する。外被覆部109は、ハニカム体100の外形を形成し画定する。本明細書に開示のシステムおよび方法は、任意の異常部が、外被覆部109に、および/または、その上に存在するかを検出するように配列される。異常部を検出した場合、これらの異常部のいくつかは、単に美的点での異常部であるが、他の異常部は、検品でハニカム体が不合格になり、例えば、ハニカム体100の修理または廃棄が必要になる欠陥でありうる。本明細書に記載の実施形態は、異常部が、そのような欠陥を構成するかを判断可能である。美的点での異常部の例は、限定されるものではないが、サイドスティック、緩んだファイバ、管ゲージマーク、および、波形を含む。(修理または廃棄を必要としうる)欠陥の例は、限定されるものではないが、大/小の完全な亀裂、大/小の部分的亀裂、油亀裂、隆起した亀裂、空気割れ目、および、縁部欠けを含む。
ハニカム体の検品方法および装置を、本明細書に記載する。そのような検品装置は、全外面110の複合画像を提供するように構成され、繰返し可能に、外面110を完全に網羅して検品する。例えば、検品装置は、ハニカム体100の全長およびハニカム体100の円周の所定の部分に亘って延伸する検品領域112に対応する一連の画像を取得するように構成されうる。検品領域の画像は組み合わされて、全外面110を示す複合画像を形成する。
図3~5を参照して、ハニカム体100を検品する例示的な装置300を記載する。装置300は、作動部302、カメラ304、センサ306、および、光源アセンブリ308を含む。作動部302は、検品中、ハニカム体100を支持し、ハニカム体100を回転させるように構成される。実施形態において、作動部302は、ハニカム体100を、縦軸Lを中心にハニカム体100の少なくとも1フル回転に亘って連続して回転させるように構成される。実施形態において、作動部302は、モータ512によって駆動されてハニカム体100を回転させる少なくとも1つの駆動ローラ310を含む。駆動ローラ310は、ハニカム体100の外面110に接触し、少なくとも部分的には、駆動ローラ310と外面110との間で摩擦を生じさせる材料で構成されうる。このようにして、ハニカム体100の表面110が駆動ローラ310と係合する場合には、駆動ローラ310の回転が、ハニカム体100の回転を生じさせる。駆動ローラ310は、比較的柔軟な材料を含み、ハニカム体100の衝撃を吸収しうる。例えば、材料は、ポリウレタンでありうる。
実施形態において、作動部302は、例えば、自由に回転自在な第2のローラ314も含む。第2のローラ314は、駆動ローラ310と組み合わさり、ハニカム体100の支持部を形成する。例えば、第2のローラ314と駆動ローラ310は、ハニカム体100を駆動ローラ310と第2のローラ314の間に形成された間隙315に受け付けた時に、ハニカム体100を支持しうる。ハニカム体100は、水平の向きに支持されうるが、ハニカム体100は、任意の適した向きに支持されうるものである。第2のローラ314は、駆動ローラ310によって回転させられたハニカム体100の回転と共に回転するように構成される。実施形態において、駆動ローラ310と第2のローラ314は、ハニカム体100の検品領域112の反対側に、ローラ310、314が検品領域112の周囲から離間するように配置される。そのように離間させることで、ローラ310、314が、カメラ304の視野範囲も、作動部302からの反射を生じることによってなど、光源アセンブリ308から提供された照明光も、確実に妨げないようにする。作動部302のローラシステムによる利点は、ハニカム体100の縦軸Lと作動部の回転軸との正確な位置合わせを必要としないことである。その代わりに、ハニカム体100は、ローラ310、314と係合した時に、縦軸L(例えば、ハニカム体100が円筒の場合には、ハニカム体の中心軸)を中心に回転することになる。更に、外面110がローラ310、314と係合するので、ハニカム体100は、概して外被覆部109より破損し易い端部104、106を接触も係合もさせる必要なく、ローラ310、314上に載置されうる点で有利である。
ハニカム体100は、作動部302に、手動または自動で載置されうる。例えば、操作者は、ハニカム体100を作動部302に手動で載置しうる。他の例において、装置は、ロボットなど、ハニカム体100を作動部302に配置するように構成された載置機構を含む。
図5に示すように、モータ512は、駆動ローラ310に連結されて、駆動ローラ310がモータ512を介して回転するのを可能にする。実施形態において、モータ512は、ギアボックス516を介して駆動ローラ310に連結される。ギアボックス516は、ベルトまたはチェーン駆動部などの駆動機構318に連結されうる。その代わりに、モータ512またはギアボックス516は、駆動ローラ310に直接連結されうる。モータ512は、サーボモータでありうるが、電気モータまたは空気圧モータなどの他のモータも用いうる。実施形態において、モータ512の回転速度は、ハニカム体100の外面110が少なくとも125mm/s、ある実施形態においては、少なくとも150mm/s、更に、ある実施形態においては、少なくとも250mm/sの速度で進行するように設定される。
カメラ304は、ハニカム体100に対して、カメラ304がハニカム体100の外面110の望ましい検品領域112を網羅する視野範囲FOVおよび被写界深度DOFを画定するように配列される。例えば、視野範囲FOVは、ハニカム体100の回転軸(例えば、縦軸L)に平行な方向に、検品領域112の長さ寸法IL以上の長さ寸法CLを有する大きさにして、カメラ304がハニカム体100の全長を撮像するように構成しうる。実施形態において、視野範囲FOVの長さ寸法CLは、検品領域112の長さ寸法IL、および/または、ハニカム体の端部104、106の間の全長より、少なくとも約3%、約5%、または、約10%長い。更に、視野範囲FOVは、検品領域112の弧状部長さである幅寸法IWを網羅する幅寸法CWを有するようにして、カメラ304がハニカム体100の円周部の特定の長さを撮像するように構成される。実施形態において、検品領域112の幅寸法IWは、2~20μmの範囲であり、更なる実施形態において、5~15μmの範囲であり、更なる実施形態において、約10μmである。
更に、カメラ304は、被写界深度DOFが、検品領域112に含まれる外面110の全体を合焦可能にするように選択される。例えば、外面110は、概して、ハニカム体100の縦軸Lを中心に湾曲している。その結果、カメラ304の光軸OPに平行に測定した時に、検品領域112内の外面110の部分同士がカメラ304から異なる距離になる。検品領域112の外面110からカメラまでの最小距離とカメラまでの最大距離の差は、図6に示すような線分深さSを画定し、カメラの被写界深度DOFは、線分深さS以上である。実施形態において、検品装置は、10mm(つまり、外面110から+/-5mm)の被写界深度内で、約6.2”(約15.7cm)の長さ寸法ILおよび約10μmの幅寸法IW有する検品領域112を撮像するように構成されたカメラを備えることによって、約6.0”(約15.2cm)の直径を有するハニカム体100を検品するように構成されうる。
カメラ304は、レンズ305に連結されて、拡大、および/または、カメラ304の視野範囲FOVの変更を行うようにしうる。実施形態において、レンズは、テレセントリックレンズである。実施形態において、レンズは、マクロレンズである。実施形態において、レンズは、×0.05~×2.0の範囲の拡大を行う。実施形態において、レンズは、×0.35の拡大を行う。
更に、カメラ304は、60秒より非常に短い検品周期時間を支援するデータ転送速度を提供するように選択される。実施形態において、データ転送速度は、ハニカム体100の全外面110の画像を撮像して、撮像した画像を記憶部に20秒未満で転送するのに十分速い速度である。実施形態において、周期時間は、約5秒未満、約2秒未満、または、より好ましくは、約1.5秒未満である。実施形態において、カメラ304は、ラインスキャンカメラである。一実施形態において、カメラ304は、0.5μm~7.5μmの分解能を有する10k~20k画素のリニアアレイから構成され、更に、ある実施形態において、3.5μmの画素分解能を有する16k画素のリニアアレイから構成される。
検品装置300は、カメラ304とハニカム体100とが、カメラの光軸OPに平行な方向に相対移動するように構成された移動自在な固定部も含みうる。例えば、移動自在な固定部は、カメラマウント320および少なくとも1つの摺動レール322を含む平行移動摺動機構でありうる。カメラマウント320は、カメラマウント320が平行移動可能なように、摺動レール322に移動自在に連結される。摺動レール322は、ハニカム体100に対して固定されうる。カメラ304は、カメラマウント320に、カメラ304がカメラ304の光軸OPに平行な方向に摺動レール322およびハニカム体100に対して平行移動可能となる向きに固定連結されうる。実施形態において、摺動レール322は、垂直に向けられて、カメラ304は垂直軸方向にハニカム体100に向かって、および、離れるように、平行移動自在である。実施形態において、カメラ304は、被写界深度DOFの中心が、検査されているハニカム体100の公称直径上に概して位置するように配置され、例えば、被写界深度は、検品領域112の幅寸法IWの中心Cで、ハニカム体100の公称外径から外側に5mmおよび内側に5mm延伸する合焦領域を画定する(つまり、+/-5mm)。
センサ306は、検品装置300に含まれ、ハニカム体100が作動部302の駆動ローラによって回転される時に、ハニカム体100の円周方向道程を測定するように構成される。センサ306は、ハニカム体が回転される時に、カメラ304にハニカム体100の検品領域112の画像を収集させるために、つまり、カメラ304を指示または他の態様で作動させる信号を送るために採用される。円周方向道程を用いて、カメラ304に画像を収集させるので、有利には、ハニカム体100の回転速度の変化が複合画像に影響しないし、撮像中に、外面110の一部を意図せずに抜かすことがない。例えば、センサ306は、カメラ304に、ハニカム体100の外面110の円周方向道程の所定の増分毎に検品領域112の画像を収集させるように構成される。実施形態において、センサ306は、駆動ローラ310に連結される。駆動ローラ310は、ハニカム体100の外面110に直接接触して、回転中に、駆動ローラ310の円周方向道程が外面110の円周方向道程と同じになるようにする。実施形態において、センサ306は、駆動ローラ310に連結されたエンコーダであるが、センサ306は、エンコーダに限定されず、接触または非接触の道程測定装置を含みうる。センサ306は、可撓性回転連結部507を用いて、駆動ローラ310に連結され、回転中に、ローラ310、および/または、センサ306が互いに拘束も破損もされ合わないようにしうる。実施形態において、センサ306は、0.5μm未満の測定分解能を有するエンコーダであり、ある実施形態において、0.2μm未満の測定分解能であり、更に、ある実施形態において、0.1μm未満の測定分解能である。実施形態において、ハニカム体100を連続して回転させる時に、センサ306は、カメラ304に、画像を、外面110の円周方向道程の10μmの増分毎に収集させる。
光源アセンブリ308は、光を発して、その光をハニカム体100の外面110に向けるように構成される。発せられた光は、外面110上に、検品領域112を網羅する照射領域112を形成し、カメラ304によって撮像される間、検品領域112が照らされるようにする。光源アセンブリ308は、照射軸Iを画定する少なくとも1つの光源324を含み、更に、複数の光源324を含みうる。光源324は、LED光源アレイから構成された光源324など、高強度の単色LED光源でありうる。光源324によって発せられた光は、少なくとも1つの波長によって画定され、波長は、望ましい画質を提供するためにハニカム体100の材料に合うように選択されうる。実施形態において、光源アセンブリ308は、白色光を発するように構成され、更に、他の実施形態において、光源アセンブリ308は、赤色光を発するように構成される。各光源324は、レンズ325も含み、ハニカム体100の一部をライン状に照射など、非常によく合焦された狭い照射領域を提供しうる。実施形態において、光源は、少なくとも200mmの長さを有する照射領域を提供するように構成される。
図示した実施形態において、光源アセンブリ308は、1対の光源324を含み、各々、照射軸Iを画定する。複数の光源324を含む実施形態において、各光源324は、合焦した高強度光源であり、複数の光源324の照射領域が重なるように、検品領域を網羅する照射領域が外面110に形成されるように構成されうる。実施形態において、光源324は、照射軸Iとカメラの光軸OPの間の照射角θを画定するように向けられる。実施形態において、照射角θは、できるだけ0°に近く、波形など、いくつかの表面異常部の視認性を低下させる。実施形態において、照射角θは、15°以下、12°以下、または、10°以下である。実施形態において、1対の光源が含まれ、光源は、カメラ304の光軸OPの両側に配置されて、+θ、および、-θの照射角を提供する。光源アセンブリ308は、合わせて、少なくとも1,000,000ルクスの強度など、高強度の光を発するように構成され、ある実施形態において、少なくとも2,000,000ルクスの強度でありうる。例えば、合わせて2,000,000ルクスの強度の複数の光源が含まれうる。
検品装置300は、カメラ304とハニカム体100の間の距離に関する情報を提供する距離センサ326も含みうる。距離センサ326は、カメラ304とハニカム体100の間のカメラ304の光軸OPに平行な方向の距離を特定するように構成される。実施形態において、距離センサ326は、カメラ304と移動自在なように、カメラマウント320に連結される。距離センサ326によって提供された測定情報を、ハニカム体100を作動部302に載置した後に用いて、カメラ304をハニカム体100に対して、カメラ304の被写界深度DOFがハニカム体100の検品領域112を網羅するように配置する。距離センサは、レーザ光をハニカム体100の外面110に向けて、レーザ光の反射を感知し、更に、その情報を距離データに変換するレーザ近接センサなどのレーザ系システムでありうる。
いくつかの実施形態において、検品装置300は、制御部328を含む。制御部328は、ハニカム体100の外面110の画像を分析して、異常部を欠陥として分類すべきかを判断することによって、1つ以上の表面欠陥を識別し、更に、分析結果を出力するように構成されうる。例えば、制御部328は、ハニカム体100を回転させる間にカメラ304によって撮像された検品領域の画像を順に繋ぎ合わせて、複合画像を形成しうる。複合画像は、欠陥でありうる表面異常部を含む全外面110を示す。制御部328は、測定情報の収集、および/または、異常部を形状または他の特徴によって種類に分類することなどによって、異常部を分析し、異常部が欠陥であるかを判断する。制御部328は、欠陥を数えて、欠陥数が、欠陥数の所定の閾値を超えるかを判断するようにも構成されうる。実施形態において、欠陥数の閾値は、10である。他の実施形態において、欠陥数の閾値は、5、または、3、または、1である。ある例において、制御部328からの判断結果を用いて、ハニカム体100をソート、または、ハニカム体100に印を付与しうる。
実施形態において、装置300は、検品したハニカム体をソートするのに用いられる不合格作動部330を含む。実施形態において、不合格作動部330は、選択的に延伸してハニカム体100の一部に接触する移動自在な楔形部として配列される。一例において、不合格作動部330は、ハニカム体100の下方で、駆動ローラ310と第2のローラ314に間に配置される。他の例において、不合格作動部330は、ハニカム体100の横側に配置される。不合格作動部330の移動は、少なくとも部分的には、制御部328によって判断された識別欠陥の数に基づいて行われうる。例えば、ハニカム体100が、10、5、または、1などの閾値以上の数の表面欠陥を有する場合、ハニカム体100は不合格になりうる。ハニカム体100が、不合格になるのに十分な数の欠陥を含むと判断された場合、不合格作動部330は、ハニカム体100に向かって平行移動され、その作動部330(例えば、楔形体)は、ハニカム体100を作動部302から、作動部302に隣接して配置された不合格容器332に排出する。
実施形態において、装置300は、印付与装置334を含む。印付与装置334は、ハニカム体100の外面110へのインクの吹き付けなどによって、少なくとも1つの印を、ハニカム体100の表面に付与するように構成される。印付与装置334は、ハニカム体100の表面に「合格」、「可」、「不可」、または、「不合格」と書くこと、および/または、符号(例えば、チェックマーク、X、円、または、他の形状、象徴的記号、文字、色、シンボル、若しくは、それらの組合せ)の印を付与することによって、合格、および/または、不合格の検品結果を、ハニカム体100によって示すように動作しうる。印付与装置334の動作は、少なくとも部分的には、制御部328によって判断された識別欠陥の数に基づきうる。例えば、ハニカム体100は、上記閾値に基づいて、合格または不合格とされ、それに応じて、ハニカム体100は、印を付与されうる。ある例において、識別表面欠陥が閾値未満の場合には、印付与装置334を用いて(例えば、「合格」または「可」を外面110に付与することによって)、ハニカム体100は、検品に合格した印を付与される。
部分存在検知センサ336が、装置300に備えられ、ハニカム体100が作動部302上に配置された時に識別するようにし、ハニカム体100の検品を開始するのに用いられうる。部分存在検知センサ336は、作動部302の一部に固定されて、載置されたハニカム体100が占める駆動ローラ310の隣接位置に向けられうる。部分存在検知センサ336は、レーザ存在検知センサでありうる。実施形態において、ハニカム体100が存在するかを、部分存在検知センサ336の代わりに、距離センサ326によって判断しうる。
ここで、図7を参照して、他の例示的なハニカム体100の検品装置700を記載する。装置700は、ハニカム体100の円周部の周りに分布した複数のカメラによって、ハニカム体100の全外面の検品を行う時間を短縮しうる構成を提供する。装置700は、作動部302、第1のカメラ304a、第2のカメラ304b、センサ306、第1の光源アセンブリ308a、および、第2の光源アセンブリ308bを含む。装置700は、制御部328、第1の距離センサ326a、および、第2の距離センサ326bも含みうる。本明細書における記載を容易にするために、基本の参照番号の後にアルファベット(例えば、「a」、「b」など)を付した任意の構成要素の記載は、後にアルファベットを付していない基本の参照番号で識別される構成要素の記載と概して共通である。例えば、距離センサ326a、326bの構造および動作は、距離センサ326の記載から、理解される。このようにして、作動部302、センサ306、光源アセンブリ308a、308b、制御部328、および、距離センサ326a、326bは、上記実施形態で組み込んだものなので、更に詳細に記載しない。
装置700は、ハニカム体100の円周部の周りに分布した第1のカメラ304aおよび第2のカメラ304bを含み、両方のカメラ304a、304bは、センサ306による道程の測定結果に基づいて動作する。それ以外の点では、カメラ304a、304bは、既に記載したように構成される。実施形態において、各カメラは、ハニカム体100の直径方向に反対の位置で、外面110の画像を撮像する。第1のカメラ304aおよび第2のカメラ304bは、各々、ハニカム体100の長さ以上であるハニカム体100の縦軸Lなどの回転軸に平行に測定した視野範囲を有するように構成される。その結果、ハニカム体100が縦軸Lを中心に1フル回転の半分だけ回転した後で、制御部328によって、画像を組み合わせて、全外面110の複合画像を生成しうる。上記実施形態と同様に、装置は、カメラとハニカム体100とが、カメラの光軸OPと略平行な方向に互いに相対的に移動するように構成される。
ここで、図8を参照して、ハニカム体100の検品装置800を記載する。装置800は、複数のカメラを用いてハニカム体100の外面110の画像を撮像する他の構成を提供する。この構成の利点は、更なるカメラを組み込んで、撮像しうる検品領域112の長さ寸法ILを長くして、より長いハニカム体を収めることである。装置800は、作動部302、第1のカメラ304a、第2のカメラ304b、センサ306、および、光源アセンブリ308を含む。装置800は、距離センサ326、および、部分存在検知センサ336も含みうる。作動部302、センサ306、光源アセンブリ308、距離センサ326、および、部分存在検知センサ336は、既に記載した実施形態でも組み込んだものなので、更に詳細に記載しない。
装置800は、ハニカム体100の回転軸、縦軸Lに平行に分布した第1のカメラ304cおよび第2のカメラ304dを含み、両方のカメラ304c、304dは、センサ306による道程の測定結果に基づいて動作する。それ以外の点では、カメラ304c、304dは、既に記載したように構成される。第1のカメラ304c、および、第2のカメラ304dは、合わせて、ハニカム体100の長さ以上である回転軸に平行に測定した視野範囲を有するように構成される。その結果、ハニカム体100が、縦軸Lを中心に1フル回転した後で、制御部(例えば、制御部328)によって、画像を組み合わせて、全外面110の複合画像を生成しうる。上記実施形態と同様に、装置は、カメラとハニカム体100とが、カメラの光軸OPと略平行な方向に互いに相対的に移動自在ように構成される。
装置300、800を用いたような実施形態において、ハニカム体100の連続した1フル回転に亘って画像を取得することによって、全外面110を撮像しうる。装置700を用いたような実施形態において、ハニカム体100の連続した部分回転に亘って画像を取得することによって、外面110を撮像しうる。回転量は、ユーザによって予め決定されるか、または、制御部が、必要な回転を、少なくとも部分的には、外径などのハニカム体100の寸法属性に基づいて決定するように構成しうる。寸法属性は、ユーザによって入力されるか、または、装置に含まれる1つ以上のセンサを用いて測定されうる。更に、回転量は、複合画像の端部では、重複画像を取得して、全外面を確実に撮像するように選択されうる。実施形態において、装置は、円筒状ハニカム体100の回転距離が、公称直径に基づくようにして構成され、更に、所定のパーセントで距離を長くするなどして、所定の許容度を距離に与えるようにする。実施形態において、その所定のパーセントは、10%以下であり、ある実施形態においては、5%以下であり、更に、ある実施形態においては、3%以下である。
ここで、図9~11を参照して、多数の欠陥を有するハニカム体900を記載する。上記のように、ハニカム体は、完全な亀裂、部分的亀裂、油亀裂、および、空気割れ目を含む広範囲の様々な表面欠陥を有しうる。完全な亀裂以外の全ては、ハニカム体の長さの一部のみに沿って延伸する。例えば、完全亀裂942、部分的亀裂944、および、油亀裂946を有するハニカム体900を図示している。本明細書に記載のハニカム体の検品装置の実施形態は、ハニカム体の外面910の検品領域を撮像することによって、全外面910を撮像する。撮像は、外面910の円周方向道程の測定結果に基づいて行われ、更に、カメラの視野範囲は、ハニカム体900の全長を撮像するように選択されるので、外面910の一部が画像にないということがない。その結果、ハニカム体900の全長に亘っては延伸しない欠陥が、検品で漏れることがない。
複合画像1150は、ハニカム体900が検品領域に基づいて回転される時に撮像した、ハニカム体900の円周部の周りの一連の部分を網羅する複数の画像P~Pから、形成される。上記のように、同じ領域の1つ以上の追加の画像(例えば、画像Pn+1、Pn+2など)を重複して、第1の画像(例えば、P、Pなど)として撮像し、次に、重複画像を廃棄するか、または、他の態様で、複合画像1150の形成に用いないようにしうる。図11に概略的に示したように、複合画像1150は、複合画像1150の長さAがハニカム体900の円周長さに対応し、高さBがハニカム体900の全長に対応するように、外被覆部がハニカム体900から剥がされて、平らに置かれて撮像されたかのように形成するのが効果的である。最終複合画像1150は、複数の画像Pを、撮像したのと同じ順序で繋ぎ合わせて形成されて、最終複合画像1150が、ハニカム体900上の任意の欠陥を含む全外面910の外見を正確に表示する。
図12は、例示的なハニカム体の外面の検品方法のフローチャート1200を示している。フローチャート1200の処理は、例えば、図3、7、8に各々示した検品装置300、700、800の任意の実施形態を用いて行いうる。当業者には、更なる構造的および動作的実施形態も、フローチャート1200の記載を基に明らかだろう。
図12に示すように、フローチャート1200の方法は、工程1260で始まる。工程1260において、ハニカム体(例えば、ハニカム体100)は、回転される。実施形態において、ハニカム体を回転させる工程は、少なくとも1フル回転を通してなど、ハニカム体を連続して回転させる工程を含む。ハニカム体は、作動部302などの作動部を用いて、回転されうる。
工程1262において、ハニカム体の外面の円周方向道程を測定する。実施形態において、工程1262の円周方向道程の測定工程は、円周方向道程を、ハニカム体の外面の円周部に沿って測定する工程を含む。実施形態において、センサ306を用いて、円周方向道程を測定する。
工程1264において、カメラに、複数の画像を収集させる。実施形態において、工程1264のカメラを動作させる工程は、カメラに、ハニカム体の外面の複数の画像を収集させる工程を含む。ハニカム体の1回転の間に、複数の画像が、外面の円周方向道程の所定の増分毎に収集される。実施形態において、カメラの視野範囲は、カメラに撮像させるのに用いた道程量に一致するハニカム体の円周部の一部を撮像する。実施形態において、カメラ304を用いて、複数の画像を収集する。
工程1266において、複数の画像を組み合わせる。工程1266の複数の画像を組み合わせる工程は、複数の画像を組み合わせて、複合画像にする工程を含む。実施形態において、複合画像は、ハニカム体の全外面を表示する。実施形態において、制御部328を用いて、複数の画像を繋ぎ合わせる。
工程1268において、複合画像を分析する。工程1268の複合画像の分析工程は、複合画像を分析して、ハニカム体の外面上の1つ以上の表面欠陥を識別する工程を含む。実施形態において、制御部328を用いて、複合画像を分析する。例えば、分析工程を、機械学習アルゴリズム、画像処理アルゴリズムなどの1つ以上のアルゴリズムによって行って、異常部が存在するかを検出、および/または、異常部の種類を分類しうる。例えば、閾値を用いたものなど、画像処理アルゴリズムを用いて、明暗差による色の異常部(例えば、明るい色の外面110上の暗い異常部)の検出を補助しうる。一実施形態において、ディープラーニングアルゴリズム、例えば、ResNetなど、画像分類を行うように構成されたニューラルネットワークを用い、それは、合格および不合格ハニカムの画像を管理するように学習して、ニューラルネットワークが更に学習して、不合格ではない異常部と比べて、どの異常部が不合格な欠陥であるかを検出するようになる。例えば、異なる種類の欠陥または異常部を示す数百または数千の画像を、異常部のないハニカム体の画像と共に、アルゴリズムに提供して、アルゴリズムが各シナリオを特定するように学習させ、それに応じて、ハニカムを分類しうる。当業者は、収集した画像に基づく検出およびハニカム体の分類に適した他のアルゴリズムが分かるだろう。
方法は、少なくとも部分的には、識別した表面欠陥の数が所定の閾値より大きいことに基づいて、ハニカム体を不合格にする工程も含みうる。実施形態において、識別された表面欠陥の数が、10以上の場合、更に、他の実施形態においては、5以上の場合に、ハニカム体は、不合格になる。更に、方法は、少なくとも部分的には、表面欠陥の数などの合格/不合格閾値に基づいて、印をハニカム体の表面に付与する工程を含みうる。実施形態において、識別された表面欠陥の数が10未満、更に、他の実施形態において、5未満の場合に、ハニカム体は、検品に合格した印を付与される。
構造的特徴、および/または、動作に特有の表現で、主題を記載したが、添付の請求項に記載の主題は、必ずしも、上記のような具体的な特徴にも動作にも限定されないと理解すべきである。そうではなく、上記のような具体的な特徴および動作は、請求項を実施する例として開示したものであり、他の等価の特徴および動作も、請求項の範囲であることを意図する。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
ハニカム体の検品装置において、
ハニカム体を支持する作動部であって、該ハニカム体を、回転軸を中心に該ハニカム体の1フル回転の少なくとも一部に亘って連続して回転させるように構成された作動部と、
前記ハニカム体の外周面の検品領域を網羅する視野範囲を有するカメラと、
前記ハニカム体が前記作動部によって回転される時に、該ハニカム体の円周部に沿った円周方向道程を測定するセンサであって、前記カメラに、該ハニカム体の前記検品領域の画像を該円周方向道程の所定の増分毎に収集させるように構成されたセンサと、
前記ハニカム体の前記外周面の前記検品領域を網羅する照射領域を有する光源と
を含む装置。
実施形態2
前記光源の照射軸と前記カメラの光軸の間の角度は、15°以下である、実施形態1に記載の装置。
実施形態3
前記光源は、複数の光源を含み、各該複数の光源の前記照射軸と前記カメラの前記光軸の間の角度は、15°以下である、実施形態2に記載の装置。
実施形態4
前記複数の光源は、合わせて、少なくとも2,000,000ルクスの強度を有するものである、実施形態3に記載の装置。
実施形態5
前記カメラは、前記検品領域の中心で、前記ハニカム体の前記外周面を中心に、そこから外側に約5mmおよび内側に約5mm延伸する被写界深度を有するものである、実施形態1から4のいずれか1つに記載の装置。
実施形態6
前記光源は、少なくとも1,000,000ルクスの強度を有するものである、実施形態1から5のいずれか1つに記載の装置。
実施形態7
前記センサは、0.2μm以下の測定分解能を有するエンコーダである、実施形態1から6のいずれか1つに記載の装置。
実施形態8
前記カメラは、複数のカメラを含むものである、実施形態1から7のいずれか1つに記載の装置。
実施形態9
前記複数のカメラは、前記ハニカム体の前記円周部の周りに分布し、各該カメラの前記視野範囲は、該ハニカム体の全長以上である前記回転軸に平行に測定された長さを有するものである、実施形態8に記載の装置。
実施形態10
前記複数のカメラは、前記回転軸に平行に分布し、合わせて、前記ハニカム体の全長以上である該回転軸に平行に測定された合計長さを有する視野範囲を有するものである、実施形態8に記載の装置。
実施形態11
前記視野範囲は、前記回転軸に平行に測定された前記ハニカム体の全長以上である該回転軸に平行に測定された長さを有するものである、実施形態1から10のいずれか1つに記載の装置。
実施形態12
前記カメラと前記ハニカム体の間の該カメラの光軸に平行な方向の距離を特定するように構成された距離センサを、
更に含む、実施形態1から11のいずれか1つに記載の装置。
実施形態13
前記ハニカム体を前記作動部上に配置するよう構成された載置機構を、
更に含む、実施形態1から12のいずれか1つに記載の装置。
実施形態14
前記画像を分析して、1つ以上の表面欠陥を識別するように構成された制御部を、
更に含む、実施形態1から13のいずれか1つに記載の装置。
実施形態15
前記ハニカム体を、識別された表面欠陥の数が所定の閾値以上であることに少なくとも部分的に基づいて、不合格容器に移動するように構成された不合格作動部を、
更に含む、実施形態14に記載の装置。
実施形態16
識別された表面欠陥の数が所定の閾値以未満であることに少なくとも部分的に基づいて、前記ハニカム体の表面に印を付与するように構成された印付与装置を、
更に含む、実施形態14に記載の装置。
実施形態17
前記印は、前記ハニカム体が検品に合格したことを示すものである、実施形態16に記載の装置。
実施形態18
前記作動部は、前記検品領域の前記ハニカム体の端面と該ハニカム体の前記外周面との交差部分から離間するものである、実施形態1から17のいずれか1つに記載の装置。
実施形態19
ハニカム体の検品装置において、
ハニカム体の外周面と係合し支持するように構成された作動部であって、該ハニカム体を、回転軸を中心に該ハニカム体の1フル回転の少なくとも一部に亘って連続して回転させるように構成された作動部と、
前記ハニカム体の前記外周面の検品領域を網羅する視野範囲を有するカメラと、
前記カメラに、前記ハニカム体の前記外周面の前記検品領域の画像を所定間隔で収集させるように構成されたセンサと、
前記ハニカム体の前記外周面の前記検品領域を網羅する照射領域を有する光源と
を含む装置。
実施形態20
前記作動部は、前記ハニカム体を受け付けるように構成された1対のローラを含み、該ローラの少なくとも一方を回転させることで、該ハニカム体の前記外周面と該少なくとも一方のローラとの摩擦係合により、該ハニカム体を回転させるものである、実施形態19に記載の装置。
実施形態21
前記センサは、前記ハニカム体が前記作動部によって回転される時に、該ハニカム体の円周部に沿った円周方向道程を測定するものであり、前記所定間隔は、円周方向道程の増分を含むものである、実施形態19または20に記載の装置。
実施形態22
第1の光源の照射軸と前記カメラの光軸の間の角度は、15°以下であり、第2の光源の照射軸と該カメラの該光軸の間の角度は、15°以下である、実施形態19から21のいずれか1つに記載の装置。
実施形態23
第1の光源は、少なくとも1,000,000ルクスの強度を有し、第2の光源は、少なくとも1,000,000ルクスの強度を有するものである、実施形態19から22のいずれか1つに記載の装置。
実施形態24
前記センサは、エンコーダである、実施形態19から23のいずれか1つに記載の装置。
実施形態25
前記センサは、0.2μm以下の測定分解能を有するものである、実施形態19から24のいずれか1つに記載の装置。
実施形態26
ハニカム体の外周面の検品方法において、
ハニカム体を、該ハニカム体の外周面と係合した作動部を介して、連続して回転させる工程と、
前記ハニカム体の前記外周面の円周部に沿って、円周方向道程を測定する工程と、
カメラに、前記ハニカム体の前記外周面の複数の画像を収集させる工程であって、該複数の画像は、該ハニカム体の1回転に亘って、該外周面の円周方向道程の所定の増分毎に収集されるものである工程と、
前記複数の画像を組み合わせて複合画像にする工程と、
前記複合画像を分析して、前記ハニカム体の前記外周面上の1つ以上の表面欠陥を識別する工程と
を含む方法。
実施形態27
前記ハニカム体を、識別された表面欠陥の数が所定の閾値以上であることに少なくとも部分的に基づいて、不合格にする工程を、
更に含む、実施形態26に記載の方法。
実施形態28
識別された表面欠陥の数が所定の閾値以未満であることに少なくとも部分的に基づいて、前記ハニカム体の表面に印を付与する工程を、
更に含む、実施形態26または27に記載の方法。
実施形態29
センサが、前記円周方向道程を、0.2μm以下の分解能で測定する、実施形態26から28のいずれか1つに記載の方法。
実施形態30
前記作動部は、前記ハニカム体を受け付けるように構成された1対のローラを含み、
前記ハニカム体を連続して回転させる工程は、前記ローラの少なくとも一方を回転させて、該ハニカム体の前記外周面と該少なくとも一方のローラとの摩擦係合により、該ハニカム体を該ハニカム体の縦軸を中心に回転させる工程を含むものである、実施形態26から29のいずれか1つに記載の方法。
100 ハニカム体
302 作動部
304 カメラ
306 センサ
308 光源アセンブリ
310、314 ローラ
324 光源
328 制御部
330 不合格作動部
334 印付与装置
336 部分存在検知センサ

Claims (5)

  1. ハニカム体の検品装置において、
    ハニカム体を支持する作動部であって、該ハニカム体を、回転軸を中心に該ハニカム体の1フル回転の少なくとも一部に亘って連続して回転させるように構成された作動部と、
    前記ハニカム体の外周面の検品領域を網羅する視野範囲を有するカメラと、
    前記ハニカム体が前記作動部によって回転される時に、該ハニカム体の円周部に沿った円周方向道程を測定するセンサであって、前記カメラに、該ハニカム体の前記検品領域の画像を該円周方向道程の所定の増分毎に収集させるように構成されたセンサと、
    前記ハニカム体の前記外周面の前記検品領域を網羅する照射領域を有する光源と
    を含む装置。
  2. 前記画像を分析して、1つ以上の表面欠陥を識別するように構成された制御部を、
    更に含む、請求項1に記載の装置。
  3. 識別された表面欠陥の数が所定の閾値以未満であることに少なくとも部分的に基づいて、前記ハニカム体の表面に印を付与するように構成された印付与装置を、
    更に含む、請求項2に記載の装置。
  4. ハニカム体の外周面の検品方法において、
    ハニカム体を、該ハニカム体の外周面と係合した作動部を介して、連続して回転させる工程と、
    前記ハニカム体の前記外周面の円周部に沿って、円周方向道程を測定する工程と、
    カメラに、前記ハニカム体の前記外周面の複数の画像を収集させる工程であって、該複数の画像は、該ハニカム体の1回転に亘って、該外周面の円周方向道程の所定の増分毎に収集されるものである工程と、
    前記複数の画像を組み合わせて複合画像にする工程と、
    前記複合画像を分析して、前記ハニカム体の前記外周面上の1つ以上の表面欠陥を識別する工程と
    を含む方法。
  5. 前記作動部は、前記ハニカム体を受け付けるように構成された1対のローラを含み、
    前記ハニカム体を連続して回転させる工程は、前記ローラの少なくとも一方を回転させて、該ハニカム体の前記外周面と該少なくとも一方のローラとの摩擦係合により、該ハニカム体を該ハニカム体の縦軸を中心に回転させる工程を含むものである、請求項4に記載の方法。
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