JP4618532B2 - ハニカム体の検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハニカム体の検査装置に関し、特にハニカム体のセルの状態を検査するに好適な検査装置に係るものである。

ハニカム体の一例として、ディーゼルエンジンから排出される排ガス中に含まれる粒子状物質（以下ＰＭ＝Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｍａｔｔｅｒと称する。）を浄化するために使用されるディーゼル・パティキュレート・フィルター(以下ＤＰＦと称する。)が知られている。

ＤＰＦは、図１に示すように、耐熱性を有する多孔質セラミックスからなるセル壁７２と該セル壁７２で画成された流体通路７６からなり、流体通路７６の両端面が開口した多数のセル７１を有するハニカム体７である。ＤＰＦとして使用されるハニカム体７では、市松模様またはチェッカー盤模様となるように一つおきのセル７１の一方端面（以下第１開口端面と称する。）７３の側の端が、それと逆の模様となるように残りのセル７１の他方端面（以下第２開口端面と称する。）７４の側の端が封止材で封止される。

ハニカム体７をＤＰＦとして使用する場合、セル７１に異常が生じると次のような問題が発生する。例えば、セル壁７２が変形しセル７１に詰まりが生じると、排ガスが通過できる断面積が減少し、排ガスが充分に排気されず、ＤＰＦが連結されたエンジンの性能の低下につながる。また、その詰まりにＰＭが堆積し，ＰＭが燃焼される際に堆積したＰＭが過熱してセル壁７２が溶損する場合がある。溶損が生じると背圧が変化したり、ＤＰＦの濾過性能が低下したり、ＤＰＦが破壊する可能性が大きくなる。

従って、ハニカム体７をＤＰＦとして用いる場合には、セル７１に詰まりなどの異常がない状態であることを確認するために検査をする必要がある。そのような目的のセル７１の検査装置の一例が、下記特許文献１に開示されている。

特許文献１の検査装置９は、図３に示すように、第２開口端面７４の側から複数のセル７１を通過するように光９４を照射する照明手段９２と、セル７１を通過し第１開口端面７３から出た光９４を集光して複数のセル７１に対応する検査像を形成するテレセントリック光学系９１２と検査像を撮像するカメラ９１１を備えた撮像手段９１を有している。

上記検査装置９によれば、光９４の光軸とセル７１の軸とがほぼ一致するようにハニカム体７に対し照明手段９２が位置決めされ、第２開口端面７４の側からセル７１を通過するように光９４が照射される。セル７１を通過した光９４は、第１開口端面７３から出る。第１開口端面７３から出た光９４は、テレセントリック光学系９１２で集光されて複数のセル７１に対応した検査像が形成される。検査像は、カメラ９１４で撮像されモニタ等で表示される。表示された検査像の輝度が規定値以上の場合にはセル７１は貫通していると判断する。また、規定値未満の場合にはセル７１は貫通していないと判断する。特許文献１の検査装置９によれば撮像されたセル７１の検査像に基づいてセル７１の貫通度合を適確に判断できる利点がある。

ここで、ＤＰＦとして採用されるハニカム体７は、たとえばＳｉＣ系のセラミックス粉末原料を主体として調整されたスラリーを押出し成形する成形工程と、ハニカム成形体を乾燥する乾燥工程と、ハニカム乾燥体を焼成する焼成工程などを経て製造される。従ってハニカム体７は、例えば、スラリー成分の不均一さや、乾燥または焼成条件の不均一さに起因する不可避のセル７１の曲がりを有している。この曲がりは、特に熱的影響に左右されやすい外周部において著しい場合が多い。

このように曲がりの生じたハニカム体７の検査に、特許文献１の検査装置９を適用した場合、光９４は、曲がっていないセル７１は通過しやすく、曲がったセル７１は通過しにくくなる。この結果、照明手段９２から照射される光９４の光量が同一であるにも拘わらず、第１開口端面７３から出てくる光９４の光量がセル７１曲がりの状態で変化し、たとえば図６に示すように、ハニカム体７の第１開口端面７３の中心付近では明るく、外周部では暗くなる。このため、暗くなった部分では正常なセル７１と詰まったセル７１の輝度の差が小さくなるため詰まったセル７１を検出できなくなる場合があり、検査の信頼性が損なわれる
特開２００３−２７０１５８号公報

本発明は、ハニカム体を検査するにあたり、セルの曲がりの状態によらずにセルの状態を確度よく検査可能な検査装置を提供することを目的としている。

本発明は、並列した多数のセルを有するハニカム体のセルの状態を検査する検査装置であって、前記ハニカム体の一端面にセルを通過する平行光を照射する照明手段と、前記セルを通過し前記ハニカム体の他端面から出た前記光を受光する受光手段と、前記受光手段で受光する光が所望の光量となるよう前記受光手段で受光した光の光量に基いて前記照明手段で照射する光の光量を制御する調光手段とを有し、前記照明手段は、前記ハニカム体の一端面の全体を包含する検査領域を複数に分割した区画の各区画毎に光量を調整した光を照射可能に構成され、前記受光手段は、前記照明手段から各区画毎に照射された光を各区画毎に受光可能に構成されており、前記区画は複数のセルを含み、前記調光手段は、前記各区画毎に前記ハニカム体の他端面から出て前記受光手段が受光する光の光量が各区画毎に同一レベルとなるよう、当該受光手段を通じて撮像された区画に含まれるハニカム体の画像の面積に基づき前記照明手段が照射する光の光量を制御するよう構成されている検査装置である。かかる検査装置によれば、ハニカム体の一端面を複数の区画に分割した区画の各区画毎に照明手段によって平行光が照射される。各区画毎に照射された光は、ハニカム体のセルを通過し、ハニカム体の他端面から出て受光手段によって各区画毎に受光される。調光手段は、各区画毎に前記ハニカム体の他端面から出て前記受光手段で受光する光の光量が各区画毎に同一レベルとなるよう、受光手段を通じて撮像された区画に含まれるハニカム体の画像の面積に基づいて照明手段から照射される光の光量を制御する。したがって、セルの曲がりの状態が区画ごとに異なった場合でも、該区画の他端面から出る光の光量は同じレベルとなる。なお、上記検査装置において、前記受光手段により各区画毎に撮像された画像を合成して前記ハニカム体の一端面に対応する全体画像を作成する画像合成部を有することが好ましい。

ここで、前記照明手段は、前記ハニカム体の一端面を含む検査領域を複数に分割した区画の各区画に対応し照射される範囲を調整した光を照射可能に構成されていることが好ましい。

上記検査装置は、検査を能率的に行うため、前記検査領域を複数に分割した区画の各区画は同一寸法であり、前記照明手段は前記区画に対応した範囲に光を照射可能に構成されており、さらに前記照明手段と前記受光手段の位置関係を保持しつつ一体として各区画毎に移動させる移動手段を有することが望ましい。

本発明の検査装置によれば、照明手段で照射する光の光量は、ハニカム体の他端面から出てくる光の光量が常にほぼ一定となるようにセルの曲がりの状態に応じて制御される。その結果、他端面から出てくる光で形成されるセルの検査像の明るさは、セルの曲がりによらず常に同じレベルとなり、セルの状態の良否を確度よく判定することが可能になる。

本発明について、その実施態様の一例に基き図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施態様のハニカム体の検査装置の概略構成図である。図２は、図１の検査装置の調光手段における光量計算のフロー図である。図４は、図１の検査装置を用いて検査した際の検査像の概略図である。図５は、図１の検査装置の調光手段において光量の計算に用いる検量線の例である。なお、以下の説明で対象となるハニカム体は、上述したハニカム体７と同様の物であるが、本発明は、例えば金属や樹脂からなるハニカム体の検査にも同様に適用される。さらに、下記説明される検査装置の構成要素は、それぞれ単独に或いは適宜組合せて実施される。

本態様の検査装置１は、図１に示すようにハニカム体７の第２開口端面７４の一区画にセル７１を通過するようにほぼ平行な光１４を照射する照明手段１２と、第１開口端面７３から出た光１４を受光する受光手段１１と、受光手段１１で受光した光１４の光量に基づいて照明手段１２で照射する光１４の光量を制御する調光手段１３ａを内蔵した処理部１３を有している。なお、図１においてハニカム体７は、支持手段である支持台１６１の上に載置されているが、ハニカム体７の支持手段は、特に図示に限定されることはない。以下、照明手段１２、受光手段１１、調光手段１３ａについて説明する。

照明手段１２は、光１４を生成する光源１２１とコリメータレンズ１２２を備えている。コリメータレンズ１２２は、光源１２１の光をほぼ平行な光１４に変換するものである。光源１２１は、後述する調光手段１３ａによる調光が容易なように所定の制御信号で光量を自在に制御可能なものが好ましい。なお、照明手段１２を、図４（ａ）に示すハニカム体７の第２開口端面７４の区画ａに対応するように光１４を照射する範囲が調整可能に構成すれば、明確な検査像を得ることができ有利である。

受光手段１１は、照明手段１２から区画ａへ照射され、セル７１を通過し第１開口端面７３から出た光１４を受光し、該区画ａのセル７１の検査像を形成するためのテレセントリックレンズ１１２と、該テレセントリックレンズ１１２を通した光を受光し、検査像を撮像するカメラとしてのＣＣＤカメラ１１１を備えている。なお、本態様では、受光した光１４の光量に対応する情報としてセル７１の検査像の輝度を採用し、その輝度に基づいて照明手段１２における光１４の光量の制御をするため、およびモニタ等にセル７１の検査像を表示させるために受光手段１１としてテレセントリックレンズ１１２とＣＣＤカメラ１１１を組み合わせたものを使用しているが、受光手段１１としては光１４を受光し光量を計測可能なセンサ（例えば光量、照度センサ等）をカメラ等と別途に配したものでもよい。

ここで、図１において、水平方向をＸ軸、鉛直方向をＺ軸、Ｘ軸、Ｚ軸に直行する方向をＹ軸、Ｙ軸廻りの軸をθｙ、Ｚ軸廻りの軸をθｚと座標系を定義する。

照明手段１２は、図１に示すように、ハニカム体７の第２開口端面７４の側に配置される。光１４の光軸とセル７１の軸がほぼ一致するようにハニカム体７と照明手段１２の相互の各軸の関係は調整される。受光手段１１は、照明手段１２から照射され第一開口端面７３から出た光１４を受光するため、ハニカム体７の第１開口端面７３の側にその光軸と照明手段１２の光軸とが一致するように配置される。

検査台１６１は、ハニカム体７のセル７１の軸と光１４の軸とを容易に一致させるために、ハニカム体７をθｙ軸およびθｚ軸方向に回転させる光軸合わせ手段１６を備えていることが望ましい。なお、光１４の光軸とセル７１の軸は、照明手段１２および受光手段１１の軸を一定に保ったまま方向を適宜調整して合わせてもよい。

図４（ａ）に示すように、本態様においてハニカム体７の全体を検査をする場合には、ハニカム体７の第２開口端面７４の全体が入るように検査領域Ａが設定され、さらに検査領域Ａが分割され複数の区画ａ（ａ１・・・ａ３５）が設定される。照明手段１２と受光手段１１は、例えば区画ａ１からａ２・・・ａ３５の順序で移動され、各区画ａ毎に検査を繰り返しハニカム体７の全体を検査する。

照明手段１２と受光手段１１は区画ａごとに人手で移動されてもよいが、照明手段１２と受光手段１１の位置関係を保持しつつ一体としてＹおよびＺ軸方向に移動させる移動手段１５で移動されることが望ましい。例えば移動手段１５としては、照明手段１２と受光手段１１をそれぞれにＹおよびＺ軸方向に直動可能に固定したリニアガイドと、サーボモータまたはステッピングモータ等を組合わせて構成することができる。なお移動手段１５の移動範囲は、少なくともハニカム体７の直径程度であればハニカム体７の所望の部位の検査が可能となり好ましい。また、上記移動手段１５は、ハニカム体７をＹ軸、Ｚ軸方向に移動させる機構であってもよい。

次に、調光手段１３ａについて説明する。調光手段１３ａは、受光手段１１で受光した光の光量に基づいて照明手段１２で照射する光の光量を制御するものであり、受光手段１１で撮像された検査像の輝度情報をディジタル値に変換する変換部１３１と、検査像の輝度情報に基づき区画ａの輝度を算出する輝度演算部１３７と、輝度演算部１３７で算出された区画ａの輝度に基づき照明手段１２で照射する光１４の光量を算出する光量演算部１３２と、光量演算部１３２で算出された光量を制御信号に変換し，照明手段１２へ出力する入出力部１３３と、検査像の輝度情報などのデータを格納するためのメモリ１３６を有している。

変換部１３１は、受光手段１１で撮像された区画ａに対応する検査像の輝度をＣＣＤカメラ１１１の画素ごとにディジタル的な階調に変換する。例えば、ディジタル的な階調として２５６階調を採用した場合、適宜定めた輝度の最低値を０とし、最高値を２５５とし、その間の輝度は比例して変換される。

メモリ１３６は、ＣＣＤカメラ１１１の画素の位置とその画素における変換された輝度とを関連付けた輝度情報として格納する領域と、後述するフィルタ画像に係わるデータを格納する領域および光量の補正データを格納する領域を有している。

輝度演算部１３７における動作の原理について説明する。輝度演算部１３７は、図４（ｂ）に示すように、区画ａを複数の小区画ｗに分割し、各小区画ｗの平均輝度を求め、各小区画ｗの輝度を平均し区画ａの輝度とする。例えばＣＣＤカメラ１１１の画素数を１００万画素とし、図４（ｂ）に示すように区画ａ９を２５個の小区画ｗ（ｗ１〜ｗ２５）に分割した場合には、各小区画ｗには４万画素が存在する。小区画ｗの輝度はこの画素に対応した輝度を平均することにより得ることができる。なお、区画ａを小区画ｗに分割するルールや小区画ｗの平均輝度の求め方は、使用する演算装置の性能等により適宜定めてよい。

ここで、図４（ｂ）に示すように、小区画ｗの検査像には、小区画ｗ２５のように全領域にハニカム体７の像が写るもの（第１種の検査像）、小区画ｗ１のようにハニカム体７の像が写らないもの（第２種の検査像）、小区画ｗ８のようにハニカム体７の像が部分的に写るもの（第３種の検査像）の３種の検査像が存在する。輝度演算部１３７は、第１種の検査像の場合には、その小区画ｗの輝度を上記の通り区画ａの輝度の計算に算入するように判断する。第２種の検査像の場合には計算から除外するように判断する。第３種の検査像の場合には、例えばハニカム体７の像の面積比が設定値以上であれば区画ａの輝度の計算に算入し、設定値以下であれば除外するように判断する。

ここで、上記第１種の検査像に含まれるセル７１が正常で光１４が良好にセル７１を通過する場合、第１種の検査像と検査の第２種の検査像の輝度がほぼ同等になってしまうため、その検査像のみに基いて輝度演算部１３７が上記した判断をすることは難しい。そのため、本態様では、小区画ｗに対応したフィルタ画像と呼ぶデータをメモリ１３６に格納しておき、フィルタ画像と実際の検査像を比較して上記判断を行うこととした。このフィルタ画像は、例えば、検査対象となるハニカム体７の直径と等しい開口径をもつ平板を準備し、本態様におけるハニカム体７の検査と同様にその平板を検査し、区画ａごとに得られた画像データである。このようにして得られたフィルタ画像の例を図８に示す。このフィルタ画像は画像処理で２値化処理されたものであり、ハニカム体７の像が予定される部分が白く、予定されない部分が黒く表示される。

ハニカム体７を検査する場合には、輝度計算部１３７は、ハニカム体７の区画ａに対応したフィルタ画像の区画ａのフィルタ画像をメモリーから取り出し、ハニカム体７の区画ａを小区画ｗに区分するのと同じルールでフィルタ画像の区画ａを小区画ｗに分割する。輝度計算部１３７は、フィルタ画像の小区画ｗにおいて白い部分（ハニカム体７の像があると予定される部分）の小区画ｗの面積に対する面積比を計算する。輝度計算部１３７は、算出した面積比に基づいてハニカム体７の小区画ｗの輝度を区画ａの輝度計算に算入するかしないかを判断する。

上記輝度演算部１３７の動作のフローを図２を参照し説明する。

メモリ１３６に格納されている区画ａに対応した検査像を取込む（Ｓ１）。

区画ａの検査像について、所定数の小区画ｗに予め設定したルールに基づき分割する（Ｓ２）。

小区画ｗ毎に検査像の面積比により区画ａの輝度の計算に算入するかどうかを判断する（Ｓ３）。算入する場合には、ステップＳ４に進む。算入しない場合には、ステップＳ５に進む。

小区画ｗに含まれる画素に対応した輝度の平均値を求め、小区画ｗの輝度とする（Ｓ４）。

計算が終了した小区画ｗの数をメモリ１３６に予め設定しておいた全ての小区画ｗの数と比較する（Ｓ５）。計算が終了した小区画ｗの数が少ない場合にはステップＳ３に戻り、次の小区画ｗについて処理をする。このようにして小区画ｗ１〜ｗ２５の輝度を求める。計算が終了した小区画ｗの数が等しい場合には、ステップＳ６に進む。

区画ａにおける各小区画ｗの輝度平均値を求め区画ａの輝度とする（Ｓ６）。

次に、光量演算部１３２について説明する。
照明手段１２から照射される光１４の光量と区画ａにおける検査像の輝度との関係は、図５において実線（以下検量線と称する。）３１で示すように、所定の数式で表現可能な曲線で表わされる。従って、図示するように所望の輝度３２１に対し、輝度演算部１３７で算出された輝度３２２が低い場合には、それぞれの輝度に対応する光の光量３３１、３３２を求め、その差分（Ｉ）を補正するように光源１２１を制御すればよい。したがって、光量演算部１３２は、輝度演算部１３７で算出された区画ａの輝度３２２と所望の輝度３１１を比較し光源１２１における光の光量を制御するための制御信号を生成する。ここで、上述した検量線３１に対応した補正データはメモリ１３６に格納されている。

光量演算部１３２の動作について図２を参照し説明する。

輝度演算部１３７の動作フローのステップＳ６において計算された区画ａの輝度が図５における所望の輝度３２１に対し所定の範囲の中に入っているかを判断する（Ｓ７）。区画ａの輝度がその範囲に入っている場合には、区画ａにおける処理は終了する。

所定の範囲に入っていない場合には、メモリ１３６に格納した、図５に示される検量線３１に対応する補正データから区画ａの輝度３２２に対応する光源１２１の光量のデータ３３２を求め、所望の輝度３２１に対応した光量３３１との差分（Ｉ）を求める（Ｓ８）。

次に求めた差分Ｉを現在の照明の制御値に加え、照射する光量の新たな制御値とする（Ｓ９）。

入出力部１３３は、制御値を制御信号に変換し、照明手段１２に出力する（Ｓ１０）。

新たな照明の制御値を用いて照明手段１２から光１４を照射し、図２で説明した処理を第一開口端面７３から出た光１４の光量が所定の範囲に入るまで繰り返す。

検査装置１の動作を説明する。
ハニカム体７を検査台１６１にセットする。ハニカム体７が撮像できる位置に照明手段１２と受光手段１１を移動し、ハニカム体７の第２開口端面７４に光１４を照射しつつ、ハニカム体７のセル７１の軸と光１４の光軸の方向とを一致させる。次に図４（ａ）に示すようにハニカム体７の区画ａ１に対応した位置に照明手段１２と受光手段１１を移動し、光１４を区画ａ１に照射する。第１開口端面７３から出た光１４を受光手段１１は受光し、区画ａ１部の検査像を撮像する。区画ａ１における検査像の輝度を上述したように輝度演算部１３７にて計算し、区画ａ１の輝度が所望の輝度でなければ光源１２１の光の光量が所定の明るさとなるような制御信号を生成する。目標範囲に入ればそのときの画像を区画の検査像としてメモリに格納する。次に区画ａ２の位置に移動し、区画ａ２の検査像を撮像する。このようにして区画ａ１〜ａ２５の検査像を撮像する。なお、区画ａを移動するごとに光軸合わせを行えば、セル７１の曲がりによる検査像の明暗の差がより小さくなるので有効である。

なお、上記の検査装置では比較的簡単に装置を構成するために、照明手段１２は区画ａごとに光１２を照射し、受光手段１１は区画ａごとに受光する物としているが、照明手段１２は、ハニカム７の第２開口端面７４の全体に光１４を照射し、受光手段１１は第１開口端面７３の全てのセル７１から出た光を受光する物としてもよい。この場合、照明手段１２としては、照射する光１４の光量を部分的に調整可能な物が選択される。

目視検査を行う場合において、区画ａごとに検査像を確認することは不便であり、検査効率の悪化を招く。これを容易かつ効率的に行うために、本態様の検査装置１は、画像合成部１３４を処理部１３に組み込んでいる。

画像合成部１３４は、メモリ１３６に蓄えられた区画ａごとの検査像を合成し、ハニカム体７全体の検査像を形成するものである。これは、受光手段１２にて撮像された第１開口端面７３の各区画ａの検査像の画像情報と、所定の各区画ａの検査像を撮像した際の移動手段１５の移動量に基づいた各検査像の座標情報からなり、検査像の座標に基づいて各区画ａの検査像を合成し、ハニカム体７全体としての検査像を作成する。このように作成された全体検査像は、例えばモニタ等からなる表示部１３５にて表示され、これを目視確認することで良否判別することができる。

表示部１３５に表示された検査像を確認した場合、図７（ｂ）に示すように白く表示されている部分に対応するセル７１は、貫通していることが判る。また、図７（ｃ）に示すように複数のセル７１に渉って黒く表示されている部分がある場合、セル７１は損傷を受け、詰まりが生じていることが判る。さらに、図７（ｄ）に示すように複数のセル壁７２が表示されない部分がある場合、流体通路７６が完全に画成されていないことが判る。

本発明は、ハニカム体のように多数のセルを有するものだけでなく、例えば長尺の筒体の内部の損傷状態を検査する用途にも利用されうる。

本発明の一実施態様の検査装置の概略構成図である。 図１の検査装置の調光手段における光量計算のフロー図である。 従来の検査装置の概略構成図である。 図１の検査装置の調光手段における検査像の一例である。 図１の検査装置の調光手段における検量線の一例である。 従来の検査装置による検査像の一例である。 図１の検査装置における検査像の一例である。 図１の検査装置におけるフィルタ画像の一例である。

符号の説明

１ 検査装置
１１ 受光手段
１２ 照明手段
１３ ＰＣ処理部
１４ 光
１５ 移動手段
１６ 光軸合わせ手段
３ 検量線図
３１ 検量線
７ ハニカム体
７１ セル
７２ セル壁
７３ 第１開口端面
７４ 第２開口端面
７５ 外周面
９ 従来の検査装置

Claims (4)

1. 並列した多数のセルを有するハニカム体のセルの状態を検査する検査装置であって、前記ハニカム体の一端面にセルを通過する平行光を照射する照明手段と、前記セルを通過し前記ハニカム体の他端面から出た前記光を受光する受光手段と、前記受光手段で受光する光が所望の光量となるよう前記受光手段で受光した光の光量に基いて前記照明手段で照射する光の光量を制御する調光手段とを有し、前記照明手段は、前記ハニカム体の一端面の全体を包含する検査領域を複数に分割した区画の各区画毎に光量を調整した光を照射可能に構成され、前記受光手段は、前記照明手段から各区画毎に照射された光を各区画毎に受光可能に構成されており、前記区画は複数のセルを含み、前記調光手段は、前記各区画毎に前記ハニカム体の他端面から出て前記受光手段が受光する光の光量が各区画毎に同一レベルとなるよう、当該受光手段を通じて撮像された区画に含まれるハニカム体の画像の面積に基づき前記照明手段が照射する光の光量を制御するよう構成されている検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、前記受光手段により各区画毎に撮像された画像を合成して前記ハニカム体の一端面に対応する全体画像を作成する画像合成部を有する検査装置。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の検査装置において、前記照明手段は、前記ハニカム体の一端面を含む検査領域を複数に分割した区画の各区画に対応し照射される範囲を調整した光を照射可能に構成されている検査装置。
   
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の検査装置において、前記検査領域を複数に分割した区画の各区画は同一寸法であり、前記照明手段は前記区画に対応した範囲に光を照射可能に構成されており、さらに前記照明手段と前記受光手段の位置関係を保持しつつ一体として各区画毎に移動させる移動手段を有する検査装置。