JP4560762B2

JP4560762B2 - ハニカムフィルタの栓詰め方法

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Publication number: JP4560762B2
Application number: JP2003271277A
Authority: JP
Inventors: 展生勝部
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2003-07-07
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2023-07-07
Also published as: JP2005028299A

Description

本発明は、多数のセルを有するハニカムフィルタの製造方法に関し、セルの開口端を選択的に封止する栓詰めに係わるものである。

ハニカムフィルタは、主として内燃機関から排出される排気ガス中の固体微粒子を捕捉するために用いられ、多孔質材でつくられたハニカム構造体からなり、仕切り壁で分割されて両端面に開口している多数のセルを有している。ハニカムフィルタの一方の端面は、市松模様又はチェッカー盤模様をなすように一つおきのセルの一端に封止材が充填され、他方の端面は残りのセルの一端が前記一方の端面の市松模様と逆の市松模様をなすように封止されている。以後、セルの端面開口部をセル本体と区別してセル開口穴と呼び、セル開口穴を充填材で封止することを栓詰めと呼ぶ。

ハニカムフィルタ製造における栓詰めに係わる技術として、例えば下記特許文献１に開示されたものがある。即ち、ハニカム構造の選択されたセルの端部に流動性材料を充填する方法において、ハニカム構造の端面に溶融可能な材料で形成されたカバーを被せて多数のセル開口穴を閉鎖し、前記カバー上を走査して、選択されたセルの位置を決定し、そのセルの位置を示す第１の信号を発生し、その第１の信号に応じて穿孔手段を位置させるための第２の信号を発生し、その第２の信号に応じて穿孔手段を位置させ、その穿孔手段によって前記カバーに穴をあける工程からなることが記載されている。

また、下記特許文献２においては、セラミックハニカム成形体の端面に貼り付けたシートの所定のセルに対応した位置に穴を明けてハニカム成形体毎に対応したマスクを作成し、マスクを貼り付けた面を封止用スラリーに浸漬し、マスクに明けられた穴から封止用スラリーをセル中に充填することを特徴としたセラミック体の製造方法が開示されており、セルピッチが、穴明け位置に対して１セル以上の誤差が発生するような直径３００ｍｍ以上のハニカム成形体に対しても自動化できると記載されている。
特公平２−４５４８１号公報特開２００１−３００９２２号公報

ハニカム構造体が大型になりセル開口穴数が数千から数万個と膨大になると、いかに能率的にかつ正確に、栓詰めすべきセル開口穴の位置情報を得て、該穴を被うカバーを除去するかが重要となる。ハニカム構造体が、ほとんど歪みなく、セル開口穴がほぼ設計図面どおりに成形されていれば、セル穴の配列方向に合わせて回転方向を位置決めし、設計データをもとに数値制御を利用した設備で対応することができる。しかし、セル開口穴の配列が歪んで製品個々に異なったり、セル開口穴自体の形状も変形してくると、数値制御技術だけでは対応できず、画像処理を応用した測定技術と、位置制御の自由度が高い高速加工技術、例えばレーザ加工技術を用いて対応することが考えられる。
特許文献１においては、選択されたセルの位置を決定するための走査手段としてテレビカメラ等の光学装置を用い、光学装置がセルや仕切り壁の位置を示す信号を出力すること、また、穿孔手段としてピン状の加熱穿孔エレメントやレーザを用いることが記載されているが、どのようにして選択されたセルを決め、その位置を決定するのか、また、レーザを用いた場合の具体的な穿孔方法については説明されておらず、実際の栓詰め処理に適用することはできない。

また、特許文献２においては、セル位置の認識及びシートへの穴明けを、画像処理及びレーザ加工で実施すること、またシートへの穴明けを複数の小ブロックに分割して小ブロック毎に行うことが記載されている。しかし、セル位置の認識は、シートを貼り付ける前に行っており、その後のシートの貼り付け時やハンドリング時にハニカム成形体の位置がずれるとセル位置は認識できなくなる。このため、工程的及び設備的には、ハニカム成形体を撮像した後、その位置情報を保持できる状態でシートを貼り付けなければならないという制約がある。また、穴明けは、基本的には設計値通りのセルピッチで行う数値制御で行っており、セルピッチが大きく変形したハニカム成形体に対しては、端面に一気に実施すると１セル以上の誤差が発生するため、端面のセルを複数の小ブロック群に分割して小ブロック毎に実施することで１セル以内の誤差に収めると説明されている。また、セルの多少のピッチ変動に対しては、四角形のセルに対し小さな丸穴を明けることで対処するとも説明されている。

しかし、セルピッチが１セル以内となるような小ブロックをどのようにして設定するかの記載はなく、ハニカム成形体の外径やセルピッチから予め所定範囲を決めておくとすれば、ハニカム成形体の変形程度によっては誤差が１セル以上発生する場合もある。また、セルピッチ誤差が１セル以内であっても、セルの配列が１セル近くもずれると、正しい市松模様になるように穴明けさせられない恐れがあり、交互のセルに開口するという点で信頼性に問題がある。また、確実に栓詰め用封止材を充填するためには開口穴面積は大きい方が好ましいが、この点で封止品質の信頼性に問題がある。なお、画像処理で認識したセル位置情報は、どのような処理に使用されるのか具体的な説明はないが、小ブロックの穴明け基準位置を計算するためにだけ用いられていると推測される。
従って本発明は、ハニカムフィルタの製造方法において、ハニカム構造体に形成されたセル開口穴から、あるがままの連なり状態に対応した適切な栓詰めすべきセル開口穴を選定できる方法を提供することを第１の目的とし、効率的に選定できる方法を提供することを第２の目的としている。

軸方向に延びるセルが多数形成されたハニカム構造体のセル開口穴に栓詰めするハニカムフィルタの栓詰め方法における本発明の第１の目的は、軸方向に延びるセルが多数形成されたハニカム構造体のセル開口穴に栓詰めするハニカムフィルタの栓詰め方法において、ハニカム構造体の端面を複数のエリアに分割し、隣接するエリアの画像には同一のセル開口穴が共有されるよう一のエリアを基準に他のエリアを移動させてエリア毎に撮像し、各エリアの撮像画像ごとに、画像処理でセル開口穴の位置情報を算出し、所定のセル開口穴を基準として、画像処理で算出したセル開口穴の位置情報に基づき隣接するセル開口穴を順次求め、隣接するセル開口穴に栓詰め用穴とするか栓詰め不用穴とするかを識別するためのセル穴識別情報を割り付け、セル開口穴の位置情報と当該セル開口穴のセル穴識別情報とが一対一の関係となるよう設定することにより達成される。すなわち、複数のエリアに分割して撮像された画像ごとに、画像処理でセル開口穴の位置情報を算出し、所定のセル開口穴を基準とし、画像処理で算出したセル開口穴の位置情報に基づき隣接するセル開口穴を順次求めるので、セル開口穴の変形によらず適切に栓詰すべきセル開口穴が選定される。
また、本発明の第２の目的は、撮像時のエリアの移動距離に基づき当該エリアのセル開口穴の位置情報を変換し、変換された各エリアのセル開口穴の位置情報に基づき共有して撮像されたセル開口穴を検索し、検索されたセル開口穴のセル穴識別情報を基準として各エリアの撮像画像ごとに独自に付与されたセル開口穴のセル穴識別情報を端面全域で統一したセル穴識別情報に割り付け直し、栓詰めすべきセル開口穴を選定することにより達成される。すなわち、撮像時のエリアの移動距離に基づき当該エリアのセル開口穴の位置情報を変換し、変換された各エリアのセル開口穴の位置情報に基づき共有して撮像されたセル開口穴を検索し、検索されたセル開口穴のセル穴識別情報を基準として各エリアの撮像画像ごとに付与されたセル開口穴のセル穴識別情報を割り付け直すので、例えば共有して撮像されたセル開口穴の画像データを重ね合わせハニカム構造体の端面全体を再構成しセル穴識別情報を割り付け直す場合に比べ、選定の処理が高速化される。

本発明は次のような効果を有している。
１）セル開口穴の連なり状態に応じて合理的に隣接セル開口穴を選定し、隣接するセル開口穴に栓詰め穴用と非栓詰め穴用データが交互になるように割り付けるので、確実に栓詰めすべきセル開口穴を規定することができる。
２）画像処理で算出したセル座標情報をもとに、隣接セル探索ルールにより所定のセル開口穴を基準として順次隣接するセル開口穴を規定していくことで、セルが歪んでいてもセル開口穴の連接状態を適切に決めることができる。
３）連接したセル開口穴に連続した行列番号を割り付けることにより、栓詰めすべきセル開口穴に一連の行列番号を付与することで、他の栓詰めすべきセル開口穴を極めて容易に、短時間で選定することができる。

図１は、本発明を実施するためのシステム構成を示す一例である。
ハニカム構造体１は外周面が外殻をなす柱状で、軸方向に延び、軸方向に直交する断面が格子状をなす多数の仕切り壁で分割された多数のセルを有し、前工程で一端面或は両端面に栓詰め用封止材の侵入防止用のシートが貼られている。ハニカム構造体１は一端面を上にしてＸＹステージ２にセットされる。ＸＹステージ２の上方には、ハニカム構造体１の端面を撮像する手段としてのＣＣＤカメラ３と、シート除去手段としてのレーザ光を照射するレーザヘッド５が配設されている。ＸＹステージ２は、ハニカム構造体１をセット、取出しする位置と、ＣＣＤカメラ３で撮像する位置と、レーザ光を照射する位置との間を移動できるストロークを有している。制御装置４は、ＸＹステージ２の位置制御をするとともに、撮像時のＣＣＤカメラ３からの画像情報及びＸＹステージの移動情報を取込んで、栓詰めすべきセル開口穴の位置情報と形状を求め、シート除去時のレーザ光照射制御及びＸＹステージ２の位置制御を行うとともに、情報を格納するメモリーを有している。なお、セル開口穴はシートを通して撮像されるので、シートは光透過性を有しており、使用するレーザ光で良好に溶融するような材質、厚さのものを使用する。

ＣＣＤカメラ３は、セル開口穴の形状を規定するに十分の画像分解能が必要であり、セル開口穴の形状や大きさで視野が決定される。大型のハニカム構造体に対し、１視野で全端面を撮像すると画像分解能が低下し、セル開口穴の位置や形状を算出する位置情報を精度よく得ることができなくなるため、複数視野で端面を撮像することが望ましい。また、レーザ光による加工を高速に行うためには、光ビームをガルバノメータを用いて機械的に或いは電気的に偏向させて進行方向に振って行うのが一般的であり、この時加工できる範囲（以降、加工範囲と呼ぶ）は用いるレーザ加工機により決まってくる。光ビームの振れ幅が大きければ加工範囲は広くなるが、照射中心より離れるほど加工面に対しレーザ光は斜めに照射される。このため、端面全域が加工範囲内にあっても、中心部と周辺部では照射位置及びシート溶融状態に差が生じる。従って、栓詰め不良が発生しないような精度でシートが除去できるようなエリア（以降、加工エリアと呼ぶ）を設定し、これに合わせた加工を行うことが重要となる。

以下、格子状に形成された仕切り壁により１辺が約１ｍｍの正方形状のセル開口穴が一端面に約１５０００個形成された、ＤＰＦ用に利用される略円柱形状のハニカム構造体１を例に本発明を説明する。
栓詰めすべきセル開口穴は、一方の端面と他方の端面とで逆の市松模様をなすように選定すればよい。このためには、基本的には、セル開口穴の連なり状態に応じて合理的に隣接セル開口穴を選定し、予め栓詰めすべく設定したセル開口穴を基準として、隣接するセル開口穴に、栓詰め不用穴とするか栓詰め用穴とするかを識別するためのセル穴識別情報を、栓詰め穴用と非栓詰め穴用データが交互になるように割り付ければよい。このため、栓詰めすべく設定した基準穴には、センサなどで認識できるようなマーキングを施しておくことが好ましい。なお、一端面側においては、栓詰めすべき基準穴としては任意の穴でよいため特にマーキングを施す必要はないが、この場合の他端面側の基準穴は、一端面側の市松模様を構成するセルと異なるセルのうちから、任意に少なくとも一つの開口穴を自動的または人為的に選定する必要がある。以下、一端側の基準穴にも、これを被うシートに画像処理で識別できるマーキング、例えば黒丸印や貫通穴などが施されているとして説明する。

栓詰めすべきセル開口穴位置の選定方法の具体例を、図２に従って説明する。
最初に、図２のＳ１に示すように、ＣＣＤカメラ３でハニカム構造体１の一端面を撮像する。上記サイズのセル開口穴を良好な精度で計測するための画像分解能は約０．１ｍｍ／画素が必要であり、このためには、端面を４分割して撮像すればよいとする。撮像は、端面を４つのエリアに分けるようにＸＹステージ２を移動して行う。それぞれの撮像画像Ｇ１〜Ｇ４の模式図を図３の（ａ）から（ｄ）に示すが、隣接エリアと一部重なるように、かつ重なる部分（斜線で示す）には同じセル開口穴が含まれるように撮像する。続いてＳ２に示すように、制御装置４は、撮像した画像を画像処理し、各画像ごとの各セル開口穴の図形情報をもとに、各セル開口穴の図心座標（位置情報）、面積、辺長、対角線長などを求める。

次いで、Ｓ３に示すように、制御装置４は、任意のセル開口穴に対し隣接するセル開口穴を規定し、セル穴識別情報として連続した行列番号を割り付けていく。同一行番号を有するセル開口穴は、列番号順に行方向に合理的な並びで連接されていることを表し、同一列番号を有するセル開口穴は、行番号順に列方向に合理的な並びで連接されていることを表す。しかし、セルの歪み等によりセル配置がずれたりセル開口穴が変形したりしたハニカム構造体を、各セル開口穴の図心位置だけをもとにして隣接するセル開口穴を規定しようとすると、図心間距離のばらつきなどにより合理的な行又は列方向が得られない場合が生ずる。従って、セル仕切り壁の方向などセル開口穴の図形情報をもとに下記で詳述する隣接セル探索ルールに従い隣接セル開口穴を規定していく。

前記隣接セル探索ルールについて説明する。
探索開始用のセル開口穴は任意に決めてよいが、本説明では画像内のセル開口穴の図心座標のうち、例えば端面の輪郭線と画像境界線の交点座標に一番近い図心座標を探索し、この図心を擁するセル開口穴を探索開始用のセル開口穴とし、セル穴識別情報として例えば１行１列を割り付ける。行方向に隣接するセル開口穴を規定する場合、この１行１列のセル開口穴の図心を最初の起点とし、画像座標のＸ軸方向に仮走査し、最初に交わる仕切り壁面に対し、その両端から延びる隣接仕切り壁のうち、所定の仕切り壁に沿った方向を算出し、この方向を１行１列のセル開口穴の行方向とし、起点と行方向を基準に所定のサーチエリアを設け、この範囲内にある他の図心座標のうち、起点から直近にある図心座標を求め、この図心座標を擁するセル開口穴を隣接セル開口穴とし１行２列と割り付ける。次に、１行２列のセル開口穴の図心を起点とし、上記と同様な処理を行って隣接セル開口穴を規定し１行３列を割り付ける。以下、順次同様な処理を行って同一行の列付けを行う。同様にして、列方向に隣接するセル開口穴の規定も行うことができる。

以下、図３、４を参照しながら、画像Ｇ１を例にして、具体的に隣接セル開口穴の規定方法、即ち行列番号の割り付けについて説明する。
画像Ｇ１における探索開始用のセル開口穴は、セル開口穴の図心のうち、端面の輪郭線Ｇ１Ｌと画像境界線Ｇ１Ｘの交点ＧＫに最も近い図心を擁するセル開口穴１１とし、１行１列と割り付ける。右隣で１行２列と割り付けられるべきセル開口穴は、セル開口穴１１の図心１１ｚを最初の起点にして、行方向１１ｇに延びるように設定したサーチエリアＥ１（点線内のハッチングＡで示す）内にある図心座標のうち、直近にある図心座標を擁するセル開口穴１２とする。セル開口穴１１の行方向１１ｇは、図心１１ｚから画像座標のＸ軸方向に仮走査し、最初に交わる仕切り壁面に対し、その両端から延びる隣接仕切り壁のうち、例えば上側の仕切り壁に沿った方向とするが、本例のセル開口穴は正方形であることから、最初に交わる仕切り壁面に対し、直交した方向とする。

次いで、セル開口穴１２の図心１２ｚを起点として、セル開口穴１１の行方向１１ｇに仮走査して最初に交わる仕切り壁面に対して直交する方向を求め、この方向をセル加工穴１２の行方向１２ｇとし、上記と同様の処理を行うとセル開口穴１３が探索され１行３列となる。この処理を順次行うことにより、画像内の１行目に連なるセル開口穴が探索され、連続した列番号がつけられていく。
なお、図４に示したサーチエリアＥ１は、長手方向が設計上のセル開口穴間隔の１．５倍で、短手方向がセル開口穴間隔の１倍の範囲とし、図心を中心として短手方向を振分けるように設定しているが、セル開口穴形状が歪んだり配置がずれたりしていても、許容範囲内であれば隣接するセル開口穴が探索できるような範囲を設定すればよい。

続いて２行目の全列にセル開口穴番号を割り付けるために２行目の最初の起点を求める。本画像における２行目は１行目の上方に位置するので、２行目の最初の起点は、１行１列のセル開口穴１１から列方向上方に隣接するセル開口穴を探索することで求める。即ち、１行１列のセル開口穴１１の図心１１ｚを起点とし、行方向１１ｇに直交する上向の方向を列方向１１ｒとし、上述した行方向に設定したと同様範囲のサーチエリアＥ２を、列方向１１ｒに長手方向が延びるように設定し（点線内のハッチングＢで示す）、この中にある図心座標を抽出することで行う。図４においてはセル開口穴２１の図心２１ｚがこれに相当し、２行目の最初の起点が決まるとともに、セル開口穴２１がセル開口穴１１の列方向上方に隣接するセル開口穴と規定され、識別情報として２行１列を割り当てる。

続いて、セル開口穴２１の図心２１ｚを起点とし、上述したと同様にして求めたセル開口穴２１の行方向２１ｇにサーチエリアＥ１を設定し、その中にある図心座標を求め、セル開口穴２２を規定し、２行２列を割り付ける。このようにして２行目のセル開口穴に順次列番号を割り付けていく。
なお、前記設定したサーチエリアＥ２内に、セル開口穴の図心座標がない場合は、２行目の開始点は、１行目の開始点の右隣である１行２列のセル開口穴１２の図心から上記と同様にサーチエリアＥ２を設定することによって求める。この場合に求められた２行目の開始点を有するセル開口穴は、２行２列として割り付ける。

以上のようにして、１行目のセル開口穴の上方にあるセル開口穴全てについて行列番号を割付るが、ハニカム構造体１の回転方向セット姿勢によっては、行方向が画像座標軸に対し斜めに設定され、１行目のセル開口穴の下方のセル開口穴が未割り付けとなることがある。この場合は、引続いて１行目のセル開口穴の下方に対して行列番号割り付け処理を行い、行列番号が一連の数字で表されるように適宜修正すればよい。このようにして、画像Ｇ１内の全てのセル開口穴に行と列番号を割り付ける。

またその一方で、制御装置４は、画像Ｇ１の任意のセル開口穴、例えば行列番号が１行１列のセル開口穴を基準として各セル開口穴の図心座標（位置情報）を求め、例えば図８（ａ）に示すように、付与されたセル開口穴の行列番号に対し一対一でその図心座標が従属するマトリックス状のデータ構造でメモリーに格納する。ここで、図８に示す画像Ｇ１のデータは、横軸がセル開口穴の列番号、縦軸が行番号を示している。また、そのマトリックスのセル中の記号はセル開口穴の図心座標を示し、例えば「１Ｐ_{（１，１）}」は、「Ｐ」の前の「１」が画像Ｇ「１」のセル開口穴の図心座標であり、「Ｐ」のあとの「（１，１）」が行列番号１行１列の図心座標であるということを表している。また、マトリックスのセル中に表示された「−」という記号は、図心座標が格納されていない（いわゆるｎｕｌｌの）状態を示している。なお、言うまでもないが、上記図心座標は、Ｘ，Ｙ平面における図心の位置を示すものであり、Ｘ軸成分とＹ軸成分の２個のデータからなる。

制御装置４は、撮像された画像Ｇ２及びＧ３、Ｇ４の全てのセル開口穴に行列番号を割り付けるとともにそれぞれの図心座標を求め、図８（ｂ）において画像Ｇ３のデータとして例示するように同様なデータ構造でそのメモリーに格納する。なお、セル開口穴の位置情報としては、重心座標あるいはセル開口穴の所定の角部の座標などを用いてもよい。また、行列番号は、同一画像内及び違う画像であっても、番号の昇順方向が画像座標で同じ方向になるようにしておけば望ましい。

以上のようにして画像Ｇ１及びＧ２、Ｇ３、Ｇ４ごとにセル開口穴に付与した行列番号とその求められた図心座標をメモリーに格納した後、所定の画像の位置を基準とし各画像を撮像した際にＸＹテーブル２を移動させた量に基づいて各画像のセル開口穴の図心座標を変換する。具体的に説明すると、例えば画像Ｇ１に対し画像Ｇ２をＸ軸方向に−５０ｍｍ移動させて撮像した場合、画像Ｇ２で求められたセル開口穴の図心座標はそのＸ軸成分に５０ｍｍ加えらたものに変換される。同様に、画像Ｇ１に対し画像Ｇ３をＹ軸方向に５０ｍｍ移動させて撮像した場合、画像Ｇ３で求められた各セル開口穴の図心座標はそのＹ軸成分から５０ｍｍ除したものに変換される。

次に、Ｓ４に示すように、制御装置４は、画像Ｇ１及びＧ２、Ｇ３、Ｇ４を図心座標（位置情報）に基づいて各画像固有に割り付けた行列番号をハニカム構造体１の端面において統一的な行列番号となるように割り付け直す。すなわち、前述したように、各画像は、隣接エリアが一部重なるように、かつ重なる部分には同じセル開口穴が必ず共有されるように撮像されている。そこでまず、共有して撮像された画像の一方のセル開口穴から任意のセル開口穴を選定し、そのセル開口穴の図心座標とほぼ一致した図心座標を有する他方の画像のセル開口穴を検索しその行列番号を求める。次に、一方の画像において選定したセル開口穴の行列番号が、図心座標が一致した他方の画像のセル開口穴の行列番号と同一となる補正式を算出し、この補正式に基づいて他方の画像のセル開口穴の行列番号を補正し、端面全体として統一された行列番号に割り付け直す。

上記の動作を、図８に示す画像Ｇ１とＧ３のデータを例にして詳細に説明する。
制御装置４は、所定のセル開口穴、ここでは図８（ａ）に示すように画像Ｇ１のデータから１行１列のセル開口穴を選定し、その図心座標１Ｐ_{（１，１）}とほぼ同一の図心座標を有するセル開口穴を図８（ｂ）に示す画像Ｇ３のデータから検索する。検索されたセル開口穴の画像Ｇ３における行列番号は１１行１列であるとする。次に、画像Ｇ１の行列番号を画像Ｇ３の行列番号を基準として割り付け直す補正式を算出し、図８（ｃ）に示すように、該補正式で画像Ｇ１のセル開口穴の行列番号を補正して画像Ｇ１とＧ３において統一的な行列番号に割り付け直す。この例では、図心座標が一致したセル開口穴の行列番号は、画像Ｇ１では１行１列であり、画像Ｇ３では１１行１列なので、（補正後の画像Ｇ１の行番号＝−１×画像Ｇ１の行番号＋１２）という行番号のみを補正する補正式が算出される。同様の処理を画像Ｇ２、画像Ｇ４にも展開すれば、ハニカム構造体１の端面全面に形成された全てのセル開口穴に、連続した行と列の番号を重複することなく割り付けることができる。なお、行列番号の統一の基準となる画像は適宜選定すればよい。

次に、図２のフロー図のＳ５に示す、栓詰めすべきセル開口穴の規定方法について説明する。
前述したように、栓詰めすべき設定したセル開口穴の一つにはマーキングが施されているので、このマーキングを撮像時画像処理で認識し、このセル開口穴に割り付けられた行列番号を求める。この行列番号をもとにすると、栓詰めすべき他のセル開口穴は簡単な数値計算で求めることができ、極めて短時間で規定することができる。即ち、市松模様に栓詰めするには、マーキング部のセル開口穴の行と列番号を加算した値が偶数の時、栓詰めすべき他のセル開口穴は、行と列番号を加算した値が偶数となるセル開口穴である。マーキング部のセル開口穴の行と列番号を加算した値が奇数の場合は、行と列番号を加算した値が奇数となるセル開口穴である。行番号から列番号を減算した場合も同様である。また、各画像内のセル開口穴の図心座標は求められており、各画像の座標位置関係はＸＹステージの移動量から求めることができるので、端面の全セル開口穴の図心座標は、任意に設定したＣＣＤカメラ座標系で一義的に求めることができ、上記で求めた栓詰めすべきセル開口穴について、その図心や形状などを表す座標情報を行列番号とリンクして制御装置４に記憶させておくことができる。

上述したように、本発明における行列番号は、連続的な数値データであり、算術計算で栓詰めすべきセル開口穴を規定することができる識別情報としての機能だけでなく、ハニカム構造体端面内におけるアドレス情報としても使用でき、該セル開口穴の概略位置を知ることができ、後述するように端面を複数箇所に分けてシート除去をするような場合には好適である。また、各セル開口穴の位置、形状等の各種データをコンピュータ処理するときの管理用ラベルとして用いることもできる。

以上、栓詰め穴とするか栓詰め不用穴とするかを識別するためのセル穴識別情報として行列番号を用いた例を説明したが、栓詰め穴用と非栓詰め穴用が直接識別できるデータを有するセル穴識別情報を用い、隣接するセル開口穴に、栓詰め穴用と非栓詰め穴用データを交互に付与するようにしてもよい。前記データとしては、コンピュータ処理がし易いように、例えば「１」「０」を用いるとよい。この場合、最初から、栓詰めすべき穴は１、栓詰めしない穴は０として全セル開口穴に仮割り付けを行った後、基準穴に割り付けられたデータを参照し、そのデータが１であれば、各セル開口穴に付与した情報はそのまま保持し、０であればデータを反転して保持するようにしてもよいし、最初は単に１、０を割り付けて基準穴に割り付けられたデータを参照し、そのデータと同じ数値が割り付けられたセル開口穴を栓詰めすべき穴と規定するようにしてもよい。
なお、本説明は、端面を４視野で撮像した場合で行ったが、１視野で撮像した画像に対しても適用できることは言うまでもない。また、セル開口穴がほぼ設計図通りに正確に形成され、セル開口穴が一定方向になるように回転方向が位置決めされる場合は、隣接するセル開口穴は、画像処理で算出した座標情報をもとにして求めなくても、設計図で得られる座標情報から求めることもできる。

次に、シート除去方法について説明する。
栓詰めすべきセル開口穴が選定されると、ハニカム構造体１がレーザヘッド５の下方へ来るように、ＸＹステージ２を移動制御する。前述したように、光偏向式レーザ加工機を用いて、シートの所定箇所を良好な精度で除去するためには、光ビームの振れ幅が小さい範囲を加工エリアとすることが重要である。例えば、一辺が１００ｍｍ四方の加工範囲を有するレーザ加工機を用いた実験では、７０ｍｍ四方を超える位置にあるセル開口穴は、図心に対する溶融中心のずれが顕著になりシート除去精度が悪くなり、加工エリアを７０ｍｍ四方以下にすることが好ましく、さらには５０ｍｍ四方以下にすることが望ましいことを確認している。従って、端面のサイズが設定した加工エリアより大きな場合には、端面を複数の加工エリアに分けるようにハニカム構造体１を移動させ、都度加工する。なお、レーザヘッド座標系における座標情報は、ＣＣＤカメラ３とレーザヘッド５の機械的取り合い寸法が決まっているため、前記で求めたＣＣＤカメラ座標系におけるセル開口穴の座標情報を変換して求めることができ、レーザヘッド５はその座標情報をもとに加工を行う。

以下、図７に示すように端面を４分割して加工するとして説明する。この場合、上記の端面全域用に設定したＣＣＤカメラ座標系において、端面に外接する矩形エリアを構成する外形線６６、６７、６８、６９と、矩形エリアを縦横に２等分する中間線７０と７１を算出し、端面をこれらの線分で区切られた４つの矩形エリアＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に分けて各矩形エリアを加工エリアとし、加工エリアにおける加工中心は、各加工エリアの対角線の交点６１、６２、６３、６４とするとよい。これは、該交点位置が該加工エリアの４箇所のコーナーエッジから等距離の関係にあるからである。なお、各加工エリアの境界付近にあるセル加工穴については、どの加工エリアで加工するかを予め決定しておけばよい。この時、各加工エリアに含まれるセル開口穴を行列番号で管理しておくと、境界付近のセル開口穴を、行列番号で容易に抽出することができる。

シート除去加工は、レーザヘッド５の加工範囲の中心に、交点６１、６２、６３、６４が来るようにＸＹステージ２を移動させて行う。例えば、レーザヘッド５の加工範囲の中心が交点６１にある時は、図７に示す端面の左下の加工エリアＬ３にあるセル開口穴についてシート除去加工を行い、この領域の加工が終了すると、レーザヘッド５の加工範囲の中心が交点６２に来るようにＸＹステージ２を移動させ、右下の加工エリアＬ４にあるセル開口穴についてシート除去加工を行う。加工エリア内におけるシート加工順序は、セル開口穴に割り付けた行列番号に従い、栓詰めすべき開口穴として規定した行列番号順に行ってもよいし、座標系のＸＹ軸方向に従い、図心の座標値順に行うようにしてもよい。

また、シート除去に当たっては、レーザ光をセル仕切り壁に沿って照射し、シートをセル開口穴の開口部にできるだけ残さないようにすることが望ましい。セル開口穴面積に対する除去面積の割合は、セル開口穴面積や用いる封止材の粘度によって異なるが、５０％以上とすることが好ましく、８０％以上がさらに望ましい。なお、仕切り壁にレーザ光が照射されないことが好ましく、この点で９０％程度が上限である。即ち、本例の一辺が１ｍｍの正方形状セル開口穴では、セル開口穴の画像処理で求めた図心位置を中心にして、一辺が約０．７〜０．９ｍｍの正方形になるようなパターンで照射するとよい。しかし、前述したように大型のハニカム構造体は歪み易く、セル開口穴も変形し易いため、局部的にシールが残ったり、仕切り壁にレーザ光が照射されて損傷する恐れがある。このため、Ｓ７で示すように、シート除去すべきセル開口穴の変形程度を判定し、この結果でレーザ光の照射方式を切り替える。変形程度の大小判断は、セル開口穴の面積、辺長、対角線長などを、設計値に対するものと画像処理で求めた値とを比較して行うとよい。

変形が大きく、例えば図６に示すように、形成されたセル開口穴５１（実線で示す）が、正方形の設計形状のセル開口穴５２（点線で示す）に対して平行四辺形状に大きく変形したような場合、前述のパターン照射方式では開口穴隅５３、５４の部分はシートが除去できずに塞がれたままとなり、栓詰め不良が生じる恐れがある。従って、図２のフロー図のＳ６において変形が小さいと判定された場合は、前述したセル開口穴の画像処理で求めた図心位置を中心としたパターン照射方式でよいが、変形が大きいと判断されるとＳ７に進み、図６（ｂ）に示すように、画像処理で求めたセル開口穴エッジ部５５、５６、５７、５８の座標データをもとに、エッジ部より少し内部の座標点を結ぶような位置制御データを作成し、変形したセル開口穴の壁面に沿ってレーザ光を走査する方式に切り替え、変形形状に合わせた軌跡にレーザ光を照射し、シートを除去する。

以上のようにして、一端面に形成され行列番号付けされたセル開口穴についてシート除去処理が終了すると、ハニカム構造体１はＸＹステージ２から取外され、他端面に既にシートが貼られている場合は反転してセットされ、前述したと同様にして栓詰めすべきセル開口穴が選定され、該セル開口穴を被うシートが除去される。他端面にシートが貼られていない場合には、シート被覆工程でシートが貼られ、栓詰めすべきセル開口穴の一つにマーキングがされた後、他端面を上にしてＸＹステージにセットされ、前記と同様な処理が行われる。その後、ハニカム構造体は栓詰め工程に送られ、栓詰めが行われる。

以上、本発明をハニカム構造体をＸＹステージ上にセットし、ＸＹステージを移動制御して、栓詰めすべきセル開口穴を選定し、次いでシート除去をするようなシステム構成で説明したが、この構成に限定されるものではない。ハニカム構造体をＸＹθステージ上にセットし、ＣＣＤカメラで撮像時、セル開口穴の概略配列を、画像のＸ又はＹ方向に合わせるように、ハニカム構造体の回転方向を位置制御しておくと、行列番号の割り付けを簡潔に行うことができる。また、生産量や生産効率等に合わせて構成された、例えば、栓詰めすべきセル開口穴を選定する手段とシート除去手段を同時動作できるよう独立させ、この間をハニカム構造体をセットした治具が必要なデータの授受を行いつつ適宜搬送されるようなシステム形態にも適用することができる。

また、セル開口穴形状は正方形に限らず、略格子状の仕切り壁で分割されて形成された矩形、平行四辺形、菱形などの形状であればよく、また、前記各種四辺形状を同方向に２分割して形成した三角形状や、さらには格子状的な仕切り壁で分割された円形状であっても適宜対応できる。
また、レーザ加工方式は、セル開口穴の大きさ、レーザ光の強度などによっては、連続光方式に代えて、スポット光を順次照射していく方式とすることもできる。また、セル開口穴の面積が極めて小さかったり、形状が円形に近い場合は、図心にレーザ光を照射するだけで対応することもできる。なお、レーザ光の種類は、用いるシート材に合わせて、ＣＯ_２やＹＡＧなどを適宜選定すればよい。

本発明は、ハニカム構造体のみならず、例えば端面が閉塞された孔を有するワークの該端面を選択的に除去し開口させる分野においても適用することが可能である。

本発明を実施するシステム構成の一例を示す図である。本発明の概要を示すフローチャートである。ハニカム構造体端面を４分割した時の撮像画像を示す図である。行方向及び列方向を規定する方法を説明するための図である。４画像を統合して、行列番号を統一して割り付ける方法を説明するための図である。変形したセル開口穴に対するシート除去方法の違いを説明するための図である。ハニカム構造体端面を４分割してレーザ加工を行うことを説明するための図である。図１の制御装置のメモリーに格納されたセル開口穴に割り付けられた行列番号とその図心座標のデータ構造を示す図である。

符号の説明

１ハニカム構造体
２ＸＹステージ
３ＣＣＤカメラ
４制御装置
５レーザヘッド
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４端面の撮像画像
１１、１２、１３、２１、２２セル開口穴
１１ｚ、１２ｚ、２１ｚ各セル開口穴の図心
１１ｇ、１２ｇ、２１ｇ各セル開口穴の行方向
Ｅ１行方向サーチエリア
Ｅ２列方向サーチエリア
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４端面のレーザ加工エリア

Claims

軸方向に延びるセルが多数形成されたハニカム構造体のセル開口穴に栓詰めするハニカムフィルタの栓詰め方法において、
ハニカム構造体の端面を複数のエリアに分割し、隣接するエリアの画像には同一のセル開口穴が共有されるよう一のエリアを基準に他のエリアを移動させてエリア毎に撮像し、
各エリアの撮像画像ごとに、画像処理でセル開口穴の位置情報を算出し、所定のセル開口穴を基準として、画像処理で算出したセル開口穴の位置情報に基づき隣接するセル開口穴を順次求め、隣接するセル開口穴に栓詰め用穴とするか栓詰め不用穴とするかを識別するためのセル穴識別情報を割り付け、セル開口穴の位置情報と当該セル開口穴のセル穴識別情報とが一対一の関係となるよう設定し、
撮像時のエリアの移動距離に基づき当該エリアのセル開口穴の位置情報を変換し、変換された各エリアのセル開口穴の位置情報に基づき共有して撮像されたセル開口穴を検索し、検索されたセル開口穴のセル穴識別情報を基準として各エリアの撮像画像ごとに独自に付与されたセル開口穴のセル穴識別情報を端面全域で統一したセル穴識別情報に割り付け直し、
栓詰めすべきセル開口穴を選定するハニカムフィルタの栓詰め方法。