JP6537610B2 - セラミックハニカム体を検査する装置及び方法 - Google Patents

Description

優先権

本出願は、２０１４年１１月２５日出願の米国仮特許出願第６２／０８４３５５号に対する優先権の利益を主張するものであり、上記仮特許出願の内容は信頼できるものであり、参照によりその全体が本出願に援用される。

本開示の例示的実施形態は、セラミックハニカム体を製造する装置及び方法に関し、より詳細には、セラミックハニカム体の製造において上記セラミックハニカム体を自動的に検査する装置及び方法に関する。

内燃機関からの排気ガスの後処理は、高表面積基材上に支持された触媒と、ディーゼル機関及びいくつかのガソリン直接噴射機関の場合は炭素すす粒子の除去のための触媒フィルタとを用いる場合がある。多孔性セラミックフロースルー（ｆｌｏｗ‐ｔｈｒｏｕｇｈ）ハニカム基材、及び壁面流ハニカムフィルタを、これらの用途において使用してよい。

上記「背景技術」節に開示された上記情報は、本開示の背景の理解を高めるためだけのものであり、従って上記情報は、従来技術が当業者に示唆し得る従来技術のいずれの部分も形成しない情報を内包する場合がある。

本開示の例示的実施形態は、セラミックハニカム体を自動的に検査するための検査装置を提供する。

本開示の例示的実施形態はまた、セラミックハニカム体を自動的に検査する方法も提供する。

本開示の更なる特徴は、以下の「発明を実施するための形態」に記載され、また部分的には「発明を実施するための形態」から明らかとなり、又は本開示の実施によって学習できる。

ある例示的実施形態は、セラミックハニカム体を自動的に検査するための検査装置を開示する。上記装置は：上記セラミックハニカム体の第１の端部に向かって光を放出するよう構成された光源；上記セラミックハニカム体のチャネルを通って伝達された上記光の少なくとも一部分を受承するよう構成されたレンズ；伝達された上記光の像を撮像するよう構成された撮像デバイス；上記ハニカム体を支持するよう構成された支持チャック；並びに上記撮像された画像を受信し、各上記撮像された画像を分析し、上記分析に基づいて上記支持チャックを調整し、上記分析に基づいて上記チャネル及びレンズ光軸を位置合わせするよう構成されたコントローラを含む。

ある例示的実施形態はまた、セラミックハニカム体を製造するための装置も開示する。上記装置は、検査装置を備え、上記検査装置は：上記セラミックハニカム体の第１の端部に向かって光を放出するよう構成された光源；上記セラミックハニカム体のチャネルを通って伝達された上記光の少なくとも一部分を受承するよう構成されたレンズ；伝達された上記光の像を撮像するよう構成された撮像デバイス；上記ハニカム体を支持するよう構成された支持チャック；並びに上記撮像された画像を受信し、各上記撮像された画像を分析し、上記分析に基づいて上記支持チャックを調整し、上記分析に基づいて上記チャネル及びレンズ光軸を位置合わせするよう構成されたコントローラを含む。

ある例示的実施形態はまた、セラミックハニカム体を自動的に検査する方法も開示する。上記方法は：上記セラミックハニカム体の第１の端部に向かって光を放出するステップであって、上記光の少なくとも一部分が、上記セラミックハニカム体のチャネルを通って伝達される、ステップ；レンズを通して、上記光の上記一部分を画像化するステップ；上記チャネルと上記レンズの光軸との間の増分角度において複数の画像を撮像するステップ；上記撮像された画像の少なくとも一部分を分析するステップ；並びに上記分析するステップに基づいて上記セラミックハニカム体を調整して、上記チャネル及びレンズ光軸を位置合わせするステップを含む。

ある例示的実施形態はまた、セラミックハニカム体を製造する方法も開示する。上記方法は、上記セラミックハニカム体を自動的に検査するステップを含み、上記検査するステップは：上記セラミックハニカム体の第１の端部に向かって光を放出するステップであって、上記光の少なくとも一部分が、上記セラミックハニカム体のチャネルを通って伝達される、ステップ；レンズを通して、上記光の上記一部分を画像化するステップ；上記チャネルと上記レンズの光軸との間の増分角度において複数の画像を撮像するステップ；上記撮像された画像の少なくとも一部分を分析するステップ；並びに上記分析するステップに基づいて上記セラミックハニカム体を調整して、上記チャネル及びレンズ光軸を位置合わせするステップを含む。

以上の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」はいずれも例示的及び説明的なものであり、本開示の更なる説明を提供することを意図したものであることを理解されたい。

添付の図面は、本開示の更なる理解を提供するために含まれており、また本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成するものであるが、これらは、本開示の原理を説明するために役立つ説明と共に、本開示の例示的実施形態を図示している。

本開示の例示的実施形態による検査装置の概略側面図 本開示の例示的実施形態による検査装置のセラミックハニカム体の壁によって部分的にブロックされた、散乱光源からの光の概略図 本開示の例示的実施形態による検査装置の概略上面図 本開示の例示的実施形態による検査装置の概略図 本開示の例示的実施形態による、散乱光源に向かって見た検査装置の支持チャックの一部の端面図 本開示の例示的実施形態による検査装置においてセラミックハニカム体のヨーを位置合わせするための例示的方法の概略的なフローチャート 本開示の例示的実施形態による検査装置においてセラミックハニカム体の例示的な位置合わせ方法における、平均光強度を算出するための方法の概略的なフローチャート 本開示の例示的実施形態による検査装置においてセラミックハニカム体のピッチを位置合わせするための例示的方法の概略的なフローチャート 本開示の例示的実施形態による、散乱光源に向かって見た、検査装置の支持チャック内の、欠陥を有する部分の端面図 本開示の例示的実施形態による、ヨー回転後の図７Ａに示した欠陥を有する部分の端面図

多孔性セラミックハニカム体の製造は、セラミック粉体バッチ混合物を可塑化し、ハニカム押出ダイを通して上記混合物を押し出してハニカム押出成形物を形成し、上記ハニカム押出成形物を切断、乾燥及び焼成して、第１の端面から第２の端面へと軸方向に延在するチャネルを有する高強度かつ高耐熱性のセラミックハニカム体を製造するプロセスによって達成できる。本明細書において使用される場合、セラミックハニカム体は、セラミックハニカムモノリス及びセラミックセグメント化ハニカム体を含む。

共押出された、又は後で塗布された外皮は、上記セラミックハニカム体の外側軸方向周縁表面を形成し得る。上記ハニカム体がモノリスであるかセグメント化されているかにかかわらず、上記ハニカム体の各チャネルを、入口面又は出口面において塞ぐことにより、フィルタを製造できる。いくつかのチャネルを塞がないままとする場合、部分フィルタを製造できる。上記ハニカム体がモノリスであるかセグメント化されているかにかかわらず、上記ハニカム体を触媒して基材を製造できる。更に、フィルタ及び部分フィルタを触媒して多機能性を生成できる。このようにして製造される上記セラミックハニカム体は、自動車排気系のセラミック触媒支持体として、並びにすす及び他の粒子をエンジン排気から除去するための触媒支持体及び壁面流粒子フィルタとして、幅広く使用される。

セラミックハニカム製造のための市販の良好な結果をもたらすプロセスの中には、セラミックハニカム押出成形物の混合及び押出のために大型の共回転２軸スクリュ押出機を利用するものがある。ラム押出、プレス加工、鋳造、吹付け、及び３次元印刷が、セラミックハニカム体製造のための他のプロセスである。

本開示の例示的実施形態は、ハニカム体を自動的に検査するための装置、及びセラミックハニカム体を自動的に検査する方法を提供する。これらの例示的実施形態によると、内部欠陥に関して基材を画像化するために、部品を検査システムの光軸と自動的に位置合わせする、装置及び方法が提供される。

自動ライトボックスシステムを用いた作業により、プロセスが再現可能な位置合わせ方法を有しない場合、ライトボックス法は再現性に乏しいことが明らかになっている。手動ライトボックス検査を用いた実験、及び研究室での実験により、検査対象の部品の配向の僅かな変化で内部欠陥の外見が変化することが実証されている。再現可能かつ正確な方法で、部品の平行チャネル内の空間における配向を自動的に見出すことにより、再現可能な画像分析及び欠陥検出のための再現可能な画像が提供されることが分かっている。

軸方向に延在するチャネルを有する押出成形された多孔性セラミックハニカム体（本明細書では「部品」と呼ぶ）は、本開示の例示的実施形態による焼成後に自動的に検査できる。本開示によって克服される自動検査システムの難点としては、検査対象の部品と検査デバイスとの自動位置合わせと、検査対象の基材の位置合わせに応じて出現したり、消滅したり、又は外見を変化させたりする場合がある欠陥を発見するための、再現可能な自動化された方法とが挙げられる。本開示は、これらの難点を克服する、内部欠陥のための自動光学検査の装置及び方法を提供する。

図１は、本開示の例示的実施形態による検査装置１００の概略側面図である。図１に概略的に示すように、散乱光源１０２は、セラミックハニカム体（部品）１０６の第１の面（例えば入口面）に向けて光１０４を提供する。散乱光源１０２（光源）は、ディフューザを通して伝達される光源とすることができ、又は散乱光源１０２は任意に、コリメート光源１０２とすることができる。例えば散乱光源１０２は、部品１０６の端部表面領域より大きい光放出表面領域を有するライトボックスとすることができ、上記端部表面領域は、部品１０６の軸方向と交差する、部品１０６を通る断面である。上記部品のチャネルを通って伝達される光１０８は、部品１０６の第２の面（例えば出口面）から、テレセントリックレンズ１１０に向かって放出される。テレセントリックレンズ１１０は任意に、フレネルレンズ１１０とすることができる。テレセントリックレンズ１１０（レンズ）は、上記部品の領域（直径）を通過する光を画像化する。例えばレンズ１１０は、部品１０６の端部表面領域より大きい領域を画像化し、上記端部表面領域は、部品１０６の軸方向と交差する、部品１０６を通る断面である。

レンズ１１０からの画像を受信するカメラ１１２は、上記画像を収集する検出器を内包する。支持チャック１１４は、垂直基準角度１１６における部品１０６の支持を提供する。垂直基準角度１１６は、部品１０６の外側周縁軸方向表面と、光源１０２からカメラ１１２まで、例えば光源１０２からカメラ１１２まで上記レンズの光軸に沿って、延在する、基準軸との間の角度であってよい。図１におけるように側部から見た垂直基準角度１１６を、本明細書ではピッチ角と呼ぶ場合がある。収集された画像は、カメラ１１２からコントローラ１１８へと伝達して分析してよい。

図２は、本開示の例示的実施形態による検査装置１００内において、上記セラミックハニカム体のチャネル壁１２０によって何らかの角度で部分的にブロックされた、光源１０２からの光１０４の概略図である。チャネル壁１２０は、部品１０６の外側周縁軸方向表面に対して概ね平行であるが、これらは、基準に関する基準角度１１６の関係のようになっている必要はない。図２に示すように、光１０８の一部分は、上記ハニカム体のチャネルを通って伝達される。確認できるように、上記ハニカム体チャネルが光源１０２からの光１０４と位置合わせされると、チャネル壁１２０がブロックする光１０４は少なくなり、光１０８のより多くの部分が伝達される。

図３は、本開示の例示的実施形態による検査装置１００の概略上面図を示す。図３に概略的に示すように、支持チャック１１４は、水平基準角度１２２における部品１０６の支持を提供する。水平基準角度１２２は、部品１０６の外側周縁軸方向表面と、光源１０２からカメラ１１２まで、例えばカメラ１１２から光源１０２までレンズ１１０の光軸に沿って、延在する、基準軸との間の角度であってよい。図３におけるように上から見た水平基準角度１２２を、本明細書ではヨー角と呼ぶ場合がある。

図４は、本開示の例示的実施形態による検査装置１００の概略図を示す。図４は、チャネル１２０の平均がレンズ１１０の光軸と位置合わせされる等の位置合わせプロセスの後の、側面図又は上面図であってよい。従って、コンベア、支持体又はロボットアームといった輸送デバイスは、例えばピッチ角１１６及び／又はヨー角１２２を有するレンズ光軸との位置合わせに対して斜めに、支持チャック１１４上に部品１０６を配置でき、また検査装置１００は、チャネル１２０を上記レンズ光軸と自動的に位置合わせできる。

図５は、本開示の例示的実施形態による、光源１０２に向かって見た検査装置１００の支持チャック１１４内の部品１０６の出口端面図を示す。図５は、チャネル壁１２０が互いに対して完璧に平行でなくてよいことを示している。図の右上から左下へと部品１０６の中央を横断する明色の部分５１０は、上記チャネルを通って伝達される光１０８を示す。一方、図の上部の暗色の部分５２０、及び図の下部の暗色の部分５３０は、光１０４がチャネル壁１２０によってブロックされていることを示す。

図６Ａは、本開示の例示的実施形態による検査装置１００においてセラミックハニカム体１０６のヨーを位置合わせするための例示的方法６００の概略的なフローチャートである。図１、３及び４を再び参照すると、検査装置１００は、本開示の方法６００の例示的実施形態を実施することによって、セラミックハニカム体１０６のヨーを位置合わせできる。操作６０２では、部品１０６が、装置１００内、例えば支持チャック１１４上に配置され、例えばコントローラ１１８によって水平基準角度１２２が記録される。操作６０４では、コントローラ１１８によって、伝達された光１０８の平均強度が算出される。

操作６０６では、コントローラ１１８は、支持チャック１１４を制御して、ある角度増分だけ、例えばヨーを＋０．１°だけ、上記部品を傾斜させる。この新しいヨー位置における、伝達された光１０８の平均強度が、操作６０８においてコントローラ１１８によって算出される。コントローラ１１８は、操作６１０において、上記新しいヨー位置における伝達された光１０８の平均強度を、以前のヨー位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値と比較する。上記新しいヨー位置における伝達された光１０８の平均強度が、上記以前のヨー位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値より大きい場合、操作６１２は、上記ヨー角度増分（＋０．１°）だけ上記部品を傾斜させる。

操作６１４は、上記新しいヨー位置における伝達された光１０８の平均強度を再び算出し、また操作６１６では、コントローラ１１８は、上記新しいヨー位置における伝達された光１０８の平均強度を、上記以前のヨー位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値と比較する。上記新しいヨー位置における伝達された光１０８の平均強度が、操作６１６で算出された上記以前のヨー位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値より大きい場合、操作６１２は、上記ヨー角度増分（＋０．１°）だけ上記部品を傾斜させる。操作６１４及び６１６を繰り返す。

上記新しいヨー位置における伝達された光１０８の平均強度が、操作６１６で算出された上記以前のヨー位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値より小さい場合、操作６１８は、例えば負の上記ヨー角度増分（‐０．１°）だけ、上記部品を上記以前のヨー位置に戻すように傾斜させる。操作６１８によって決定されるヨー位置は、上記基準軸に対して位置合わせされたヨー基準角度１２２であることが決定され、プロセス６００は６２０において終了する。

操作６１０を再び参照すると、コントローラ１１８が、操作６１０において、上記新しいヨー位置における伝達された光１０８の平均強度を、以前のヨー位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値と比較し、上記新しいヨー位置における伝達された光１０８の平均強度が、以前のヨー位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値より小さい場合、操作６２２は、例えば負の上記ヨー角度増分（‐０．１°）だけ、上記部品を上記以前のヨー位置に戻すように傾斜させる。操作６２４は、上記新しいヨー位置における伝達された光１０８の平均強度を算出し、また操作６２６では、コントローラ１１８は、上記新しいヨー位置における伝達された光１０８の平均強度を、以前のヨー位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値と比較する。

上記新しいヨー位置における伝達された光１０８の平均強度が、操作６２６で算出された上記以前のヨー位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値より大きい場合、操作６２２は、上記部品を負の上記ヨー角度増分（‐０．１°）だけ傾斜させる。操作６２４及び６２６を繰り返す。上記新しいヨー位置における伝達された光１０８の平均強度が、操作６２６で算出された上記以前のヨー位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値より小さい場合、操作６２８は、例えば上記ヨー角度増分（＋０．１°）だけ、上記部品を上記以前のヨー位置に戻すように傾斜させる。操作６２８によって決定されるヨー位置は、上記基準軸に対して位置合わせされたヨー基準角度１２２であることが決定され、プロセス６００は６３０において終了する。

図６Ａは、ヨー位置合わせを決定するヒルクライム法を示す。ヨー位置合わせを決定するための他の方法としては、例えばダウンヒル法又はアメーバ法が挙げられる。

図６Ｂは、本開示の例示的実施形態によるセラミックハニカム体１０６のヨーを位置合わせするための例示的な位置合わせ方法６００における、平均光強度を算出する方法６３２の概略的なフローチャートである。プロセス６３２は操作６３４において開始され、操作６３６では、例えばカメラ１１２によって部品１０６の画像が撮像される。撮像された画像の例が図５に示されており、本開示の例示的実施形態によると、検査装置１００の支持チャック１１４内の部品１０６の、散乱光源１０２に向かって見た出口端面図が撮像されている。ヨー位置合わせプロセス６００では、操作６０４、６０８、６１４、及び６２４において、平均光強度を算出するためのプロセス６３２を実施できる。平均光強度を算出するための方法６３２の操作６３８では、例えばコントローラ１１８によって、関心領域（ｒｅｇｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）を上記画像から抽出する。操作６４０では、コントローラ１１８は、上記ＲＯＩの平均ピクセル強度を算出して返送する。プロセス６３２は操作６４２において終了する。

図６Ｃは、本開示の例示的実施形態による検査装置１００内のセラミックハニカム体１０６のピッチを位置合わせするための例示的な方法６４４の概略的なフローチャートである。操作６４６では、部品１０６が、装置１００内、例えば支持チャック１１４上に配置され、例えばコントローラ１１８によって垂直基準角度１１６が記録される。操作６４８では、コントローラ１１８によって、伝達された光１０８の平均強度が算出される。図６Ｂに図示し上で説明した、平均光強度を算出するための方法６３２を、本開示の例示的実施形態によるこの例示的な位置合わせ方法６４４において使用してよい。

操作６５０では、コントローラ１１８は、支持チャック１１４を制御して、ある角度増分だけ、例えば＋０．１°のピッチだけ、上記部品を傾斜させる。この新しいピッチ位置における、伝達された光１０８の平均強度が、操作６５２においてコントローラ１１８によって算出される。コントローラ１１８は、操作６５４において、上記新しいピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度を、以前のピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値と比較する。上記新しいピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度が、上記以前のピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値より大きい場合、操作６５６は、上記ピッチ角度増分（＋０．１°）だけ上記部品を傾斜させる。

操作６５８は、上記新しいピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度を再び算出し、また操作６６０では、コントローラ１１８は、上記新しいピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度を、上記以前のピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値と比較する。上記新しいピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度が、操作６６０で算出された上記以前のピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値より大きい場合、操作６５６は、上記ピッチ角度増分（＋０．１°）だけ上記部品を傾斜させる。操作６５８及び６６０を繰り返す。

上記新しいピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度が、操作６６０で算出された上記以前のピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値より小さい場合、操作６６２は、例えば負の上記ピッチ角度増分（‐０．１°）だけ、上記部品を上記以前のピッチ位置に戻すように傾斜させる。操作６６２によって決定されるピッチ位置は、上記基準軸に対して位置合わせされたピッチ基準角度１１６であることが決定され、このプロセスは６６４において終了する。

操作６５４を再び参照すると、コントローラ１１８が、操作６５４において、上記新しいピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度を、以前のピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値と比較し、上記新しいピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度が、以前のピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値より小さい場合、操作６６８は、例えば負の上記ピッチ角度増分（‐０．１°）だけ、上記部品を上記以前のピッチ位置に戻すように傾斜させる。操作６７０は、上記新しいピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度を算出し、また操作６７２では、コントローラ１１８は、上記新しいピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度を、以前のピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値と比較する。

上記新しいピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度が、操作６７２で算出された上記以前のピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値より大きい場合、操作６６８は、上記部品を負の上記ピッチ角度増分（‐０．１°）だけ傾斜させる。操作６７０及び６７２を繰り返す。上記新しいピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度が、操作６７２で算出された上記以前のピッチ位置における伝達された光１０８の平均強度の記憶されている値より小さい場合、操作６７４は、例えば上記ピッチ角度増分（＋０．１°）だけ、上記部品を上記以前のピッチ位置に戻すように傾斜させる。操作６７４によって決定されるピッチ位置は、上記基準軸に対して位置合わせされたピッチ基準角度１１６であることが決定され、このプロセスは６７６において終了する。

図６Ｃは、ピッチ位置合わせを決定するヒルクライム法を示す。ピッチ位置合わせを決定するための他の方法としては、例えばダウンヒル法又はアメーバ法が挙げられる。

図６Ｂの、平均光強度を算出するための方法６３２の概略的なフローチャートを、本開示の例示的実施形態によるセラミックハニカム体１０６のピッチを位置合わせするための例示的な位置合わせ方法６４４において使用できる。ピッチ位置合わせプロセス６４４では、操作６４８、６５２、６５８、及び６７０において、平均光強度を算出するためのプロセス６３２を実施できる。

部品１０６の位置の移動に関して、ヨー及びピッチ位置合わせを説明したが、本開示はそのように限定されるものではない。本開示の例示的実施形態によると、部品１０６が静止したまま、レンズ１１０の角度位置を制御することもできる。図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃを参照して上述したものと同様の以下の方法による、レンズ１１０の位置の制御により、画像化対象の部品１０６の位置を制御して部品１０６をレンズ１１０の光軸と位置合わせすることと同一の効果を生成できる。このような実施形態では、上記レンズをコントローラ１１８によって制御することによって、ピッチ及びヨー方向に移動させることができる。

ピッチ角１１６及びヨー角１２２を、それぞれ側面図及び上面図に関して説明したが、ピッチ角１１６及びヨー角１２２はいずれの配向とすることができる。一般には、ピッチ角１１６及びヨー角１２２は互いに直交する。上部（ｔｏｐ）、底部（ｂｏｔｔｏｍ）、側部（ｓｉｄｅ）、上側（ｕｐｐｅｒ）、下側（ｌｏｗｅｒ）、垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）及び水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）といった用語が使用されているが、本開示はそれに関してこれらの例示的実施形態に限定されない。代わりに、空間に関する相対的な用語、例えば上部（ｔｏｐ）、底部（ｂｏｔｔｏｍ）、水平（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）、垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）、側部（ｓｉｄｅ）、直下（ｂｅｎｅａｔｈ）、下方（ｂｅｌｏｗ）、下側（ｌｏｗｅｒ）、上方（ａｂｏｖｅ）、上側（ｕｐｐｅｒ）等は、本出願においては、説明を容易にするために、別の１つ若しくは複数の要素又は１つ若しくは複数の特徴に対する、ある要素又は特徴の、図中に図示されている通りの関係を説明するために使用できる。空間に関する相対的な用語は、図示されている配向に加えて、使用又は動作時のデバイスの異なる複数の配向を包含することを意図していることを理解されたい。例えば図中のデバイスを反転させると、他の要素又は特徴の「下方」又は「直下」として説明されている要素は、上記他の要素又は特徴の「上方」に配向されることになる。従って、この例示的な用語「下方」は、上方及び下方の配向両方を包含できる。デバイスは他の配向であってよく（９０°又は他の配向で回転させてよく）、本出願において使用される空間に関する相対的記述子はこれに従って解釈してよい。従って、図１の検査装置を９０°回転させた場合、例示的な用語「側部（ｓｉｄｅ）」は「上部（ｔｏｐ）」となることができ、その逆も成り立つ。

部品１０６が撮像システム（レンズ１１０の光軸）と位置合わせされる、即ち部品１０６の均一に照明された画像の平均強度が最大化される位置（ピッチ角１１６及びヨー角１２２）が確立されると、この情報を用いて、上記部品を内部欠陥に関して検査してよい。撮像システム（レンズ１１０の光軸）と位置合わせされた部品１０６の位置（ピッチ角１１６及びヨー角１２２）を、本明細書では位置合わせ角度と呼ぶ。この位置合わせ角度は、いくつかの欠陥に関する最適な視認角度である。また、この位置合わせ角度が最適な視認角度でない他の欠陥を視認する方法を決定するために使用できるのは、基準位置である。コントローラ１１８は、画像撮像、平均強度を決定するための上記画像の分析、位置合わせプロセスに必要な運動、並びに欠陥の検出のための画像の撮像及び分析を含む、プロセス全体を制御できる。

セラミックハニカム構造体１０６は、本開示の例示的実施形態による検査装置１００を用いて検出可能な複数のタイプの内部欠陥を示し得る。焼成中に発生し得る内部割れは、多数の隣接するセルのセル壁が割れている領域である。内部裂けは、押出中に、ダイを通る不均一なバッチ流の領域によって引き起こされ得、これは、出口端部から光源１０２に向かって見た場合に、部品１０６の内部で「蜂の巣」のように見える。膨張したウェブもまた、押出中に、ダイを通る不均一なバッチ流の領域によって引き起こされ得、これは装置１００内のカメラ１１２からの画像において、厚いウェブのように見える場合がある。閉塞（ｄｅａｄ）チャネルは、部品１０６の周縁セルの不十分な形成によって引き起こされる欠陥であり、これは、剥皮プロセス中の周縁セルのブロックにつながる。本開示は、これらの欠陥（割れ、裂け、膨張ウェブ、閉塞チャネル等）のうちの少なくとも１つに関するセラミックハニカム構造体の自動検査のための方法及び装置を提供する。

異なるタイプの発生し得る欠陥それぞれに関して、欠陥特異的検査技法を採用してよい。例えば、内部割れは、本明細書に記載の装置１００との位置合わせ角度から画像化した場合、部品１０６の面を横断するかすかな線のように見える場合がある。上記部品の位置合わせを、上記位置合わせ角度から、上記割れを表す上記線に対して垂直（９０°）なある程度の成分を有する方向に変位させると、画像内の割れのコントラストが改善される。割れは、上記部品の上記面全体に影を落とすように見え始める。この例は、図７Ａ及び７Ｂにおいて確認できる。

図７Ａは、本開示の例示的実施形態による、散乱光源１０２に向かって見た、検査装置１００の支持チャック１１４内の、欠陥７１０（割れ）を有する部分１０６の出口端面図を示す。部品１０６の上記面が右に向かって移動して見えるように部品１０６を回転させると（ヨー角の変更）、影７２０がゆっくりと消滅して、割れ７１０の左側に影７３０が再び出現する。図７Ｂは、本開示の例示的実施形態による、ヨー回転後の図７Ａに示した割れ欠陥７１０を有する部分１０６の端面図を示す。

影７３０は、部品１０６が上記位置合わせ角度から移動した方向に基づいて分かる方向において、境界上に鋭角の勾配を示し得る。部品１０６がヨー軸に沿った正の変位を受けている場合、割れ７１０の影７３０は、上記画像内で大きな負の勾配を示す。部品１０６が上記位置合わせ角度から、ヨー軸に沿った負の変位を受けている場合、割れ７１０の影７２０は、大きな正の勾配を示す。コントローラ１１８は、画像を処理して、一方の勾配が存在し他方の勾配が存在しないことをチェックできる。上記変位角度は打ち消すことができ（部品１０６は上記位置合わせ角度から同一の距離だけ反対方向に移動する）、上記コントローラは再び、一方の勾配が存在し他方の勾配が存在しないことをチェックできる。この挙動は、セルラーセラミック基材の画像化の際に見られる特徴の中でも独自のものである。このようにして検査装置１００は、優れた再現性及び精度で、内部割れを検出できる。このタイプの観察及び検出は、これらの例示的実施形態による検査装置１００を用いて上記位置合わせ角度を最初に決定した後で可能である。

これらの例示的実施形態による検査装置１００を用いて、押出成形されたセルラーセラミック基材において一般的な他の内部欠陥も同様に検出できる。これらの例示的実施形態によると、本明細書に記載の装置及び方法は、ハニカム体１０６を繰り返し、及び自動的に検査できる。

更に、位置合わせ角度基準の決定により、検査装置１００は、上記位置合わせ角度に対して複数の角度で画像を撮像して、上記画像のコントラストを局所的に最大化できる。これは、図５に示すような基材１０６を画像化する場合に必要となり得る。支持体１１４をコントローラ１１８で操作することによって、上記位置合わせ角度の周りでの小さな角度変位を行うことにより、図５に示されているもののような部品１０６内の暗色の部分５２０、５３０を照明できる。即ち、明色の部分５１０が、部品１０６の画像の最大化された平均明度、即ち部品１０６の全面となる、第１の位置合わせ角度を確立できる。しかしながら、暗色の部分５２０において平均明度が最大化される第２の位置合わせ角度も確立できる。更に、暗色の部分５３０において平均明度が最大化される第３の位置合わせ角度を確立できる。部分５１０、５２０及び５３０は、部品毎に任意に分布していてよい。従って、上記部品の面を２つ以上のセクタに一貫して分割してよく、各セクタに関して、あるセクタが上記セクタの位置合わせ角度において位置合わせされた場合に、全てのチャネルが当該セクタ内となり、また１つの平均明度が最大化された部分内となるように、位置合わせ角度が確立される。

上記セクタ位置合わせ角度は、上記位置合わせ角度に関して複数の角度において撮像された画像から上記位置合わせ角度を確立するのと同様の様式で確立できる。部品１０６は、各セクタにおいて最大化された平均明度の複合画像によって画像化でき、ここで上記複合画像内の各画像は、部品１０６の端面の１つのセクタをカバーする。例えば、画像化された部品１０６は、１６個のセクタによって画像化してよく、各セクタは、最大化された平均明度と、これに関連するセクタ位置合わせ角度とを有する。この例では、上記画像は１６個の「パイスライス（ｐｉｅ ｓｌｉｃｅ）」に分割される。検査プロセスは、各セクタを、各セクタに特異的な位置合わせ角度の周りで検査して、欠陥を検出できる。即ち上記装置及びプロセスは、撮像した全ての画像を調査して、どの画像が各「パイスライス」に関して最良のコントラストを生成するかを発見できる。次に、最高コントラストのパイスライスを、割れ、内部裂け、内部膨張ウェブ又は閉塞チャネルといった内部欠陥に関して調査する。セクタの数は特に限定されず、例えば２〜６４個とすることができる。

本開示を、本開示の特定の例示的な、及び具体的な実施形態に関して、以下に更に説明する。上記実施形態は単なる例示であり、限定を意図したものではない。実施例のうちのいくつかによると、例えば図１〜４を参照して本明細書に記載されているような、散乱光源１０２、テレセントリックレンズ１１０、検出器を備えるカメラ１１２、ハニカム体支持チャック１１４、及びコントローラ１１８を備える、本開示の例示的実施形態による検査装置１００のプロトタイプを実装した。検査装置１００は、頑丈な基材１０６の自動内部観察のために使用され、ライトボックスを用いた手動検査に比べて改善された再現性及び精度を提供した。表１に記載されているように、「評価者内のκ値」は、装置１００の再現性の指標である。「評価者対基準のκ値」は、検査装置１００と、品質基準によって決定された基準値との間の一致の指標である。上記品質基準は、品質部門によって確立されたものである。本質的には、「κ値」は、偶然による一致を削除した、基準との再調整済みパーセント一致である。より高いκ値は、本開示の例示的実施形態による検査装置１００が基準値とより多く一致したことを意味する。換言すると、「評価者対基準のκ値」が高いほど、検査装置１００の精度が高いことを意味する。

データは、プロトタイプ装置１００を用いて実験を行うことによって取得した。２８個の部品１０６を、品質部門によって「合格」又は「不合格」として特性決定した（Ｒｅｆ（基準））。これらの部品１０６をそれぞれ３回の繰り返し（Ｒｅｐ）に関して、検査装置１００上で実験に供した。各繰り返しに関して、装置１００が部品１０６を合格としたか又は不合格としたか（Ｐ／Ｆ）を記録した。装置１００はまた、欠陥のタイプを、不合格に関する「理由」として識別した。このデータを表２に示す。次に統計的分析を用いて、「評価者内のκ値」及び「評価者対基準のκ値」を算出した。

誤った不合格（αリスク）：表２のデータは、Ｒｅｆによって合格とみなされた部品１０６に関して、３回のＲｅｐ全てにおいてＲｅｆとは不一致となり、不合格に戻された２つの実施例、１８８及び５２５を示す。２つの更なる実施例が、Ｒｅｆによって合格とみなされた部品１０６に不合格を与えた１回のＲｅｐ、それぞれ２２７‐３及び５０７‐２を有していた。

理由の不一致：２つの実施例３８１及び５０５、並びに第３の実施例３６８の２回のＲｅｐ（Ｒｅｐ３６８‐２及び３６８‐３）は、不合格の部品１０６についてＲｅｆと一致していたものの、不合格の理由、内部割れ、連続的な内部裂けが、Ｒｅｆと一致しなかった。

誤った合格（βリスク）：更なる実施例１３４は、Ｒｅｆによって不合格とみなされた部品１０６に合格を与えた１回のＲｅｐ、１３４‐２を有していた。「理由の不一致」において上述した実施例３６８のＲｅｐ１もまた、Ｒｅｆが部品１０６を不合格とみなしている場合に合格を示した。

本開示によって提供される、ハニカム体を検査する装置及び方法の利点としては、セラミックハニカム構造体の経済的な自動位置合わせ及び検査が挙げられる。即ち、位置合わせ及び検査は同一のハードウェアを用い、これは製造コストの節約及び効率を提供する。本開示の例示的実施形態は、再現可能な画像分析及び欠陥検出のための、欠陥の再現可能な画像を提供する。再現可能な画像を得るために、本開示の例示的実施形態は、部品の平行なチャネルの空間内に、再現可能かつ正確な方法で配向を提供する。本開示の例示的実施形態は、セラミック基材を、機械視覚的検査システムの光軸と、正確かつ再現可能な方法で位置合わせするための方法及び装置を提供する。本開示の例示的実施形態は、大型のセラミックハニカム構造体のための改善された位置合わせも提供する。本開示の装置及び方法は、大型部品内のチャネルの低い平行性を考慮し、最適な位置合わせを高い再現性で決定する。テレセントリックレンズ又はフレネルレンズの使用は、撮像システムの光軸に沿ったセラミック基材の極めて多数のチャネルを実現できるという利点を提供する。これにより、上記基材のより多くの平行でないチャネル（これは基材のサイズが増大するに従って頻発する）の効率的かつロバストな検査が可能となる。

本明細書に記載の、複数の画像を撮像及び分析することによってセラミック基材内の内部割れ及び割れではない内部欠陥を検出するための、本開示の例示的実施形態は、単一画像技法及び手動検査といった他の技法に比べて、精度及び再現性を改善する。本開示に従って提供される、ハニカム体を検査する装置及び方法の別の利点は、位置合わせ角度を決定するために、上記ハニカム体の面をチャネルに対して垂直にする必要がない点である。

本開示の目的のために、「Ｘ、Ｙ及びＺのうちの少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ Ｘ， Ｙ， ａｎｄ Ｚ）」は、Ｘのみ、Ｙのみ、Ｚのみ、又は２つ以上の項目Ｘ、Ｙ及びＺのいずれの組み合わせ（例えばＸＹＺ、ＸＹＹ、ＹＺ、ＺＺ）として解釈できることを理解されたい。

本明細書全体を通した例示的実施形態への言及、及び本明細書全体を通した同様の記述は、同一の実施形態に言及したものであってよいが、必ずしもそうでなくてよい。更に、ある例示的実施形態を参照して本出願に記載されている主題の、記載された特徴、構造又は特性は、１つ又は複数の例示的実施形態において、いずれの好適な方法で組み合わせることができる。

本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、本開示において様々な修正及び変更を実施できることは、当業者には明らかであろう。従って、添付の請求項は、添付の請求項及びその等価物の範囲内である限りにおいて、本開示の修正例及び変形例を包含することを意図している。

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
セラミックハニカム体を検査するための検査装置であって、
上記セラミックハニカム体のチャネル内へと光を向けるよう構成された光源；
上記セラミックハニカム体のチャネルを通って伝達された上記光の少なくとも一部分を受承するよう構成されたレンズ；
伝達された上記光の像を撮像するよう構成された撮像デバイス；
上記ハニカム体を支持するよう構成された支持チャック；並びに
上記撮像された画像を受信し、各上記撮像された画像を分析し、上記分析に基づいて上記支持チャック及び上記レンズのうちの少なくとも１つを調整し、上記チャネル及びレンズ光軸を位置合わせするよう構成されたコントローラ
を備える、装置。

実施形態２
前記光源は、散乱光源及びコリメート光源のうちの少なくとも１つを含む、実施形態１に記載の装置。

実施形態３
上記レンズは、テレセントリックレンズ及びフレネルレンズのうちの少なくとも１つを含む、実施形態１又は２に記載の装置。

実施形態４
上記コントローラは、上記支持チャック及び上記レンズのうちの少なくとも１つを調整して、上記チャネル及び上記レンズ光軸の位置合わせを実施することにより、上記ハニカム体内の少なくとも１つの欠陥を検出する、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の装置。

実施形態５
上記少なくとも１つの欠陥は、内部割れ、内部裂け、膨張ウェブ、及び閉塞チャネルのうちの少なくとも１つを含む、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の装置。

実施形態６
上記コントローラは、各上記画像を分析することによって、平均伝達光強度を決定し、上記平均伝達光強度が最大化される場合に上記チャネル及び上記レンズ光軸を位置合わせするよう構成される、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の装置。

実施形態７
上記撮像デバイスは、上記伝達された光の画像を撮像するための検出器を備えるカメラを含む、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の装置。

実施形態８
上記セラミックハニカム体を上記支持チャック上に配置するよう構成された輸送デバイスを更に備え、
上記チャネル及び上記レンズ光軸は、ヨー角及びピッチ角のうちの少なくとも１つに関して位置合わせされない、実施形態１〜７のいずれか１つに記載の装置。

実施形態９
上記コントローラは更に、各上記撮像された画像を分析し、上記分析に基づいて上記支持チャックを調整し、上記チャネルの複数のセクタと上記レンズ光軸とを位置合わせすることによってセクタ位置合わせを実施するよう構成され、
各上記セクタは、上記複数のセクタのうちの他の１つに対して平行でない少なくとも１つのチャネルを備える、実施形態１〜８のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１０
上記セクタの個数は２〜６４個である、実施形態１〜９のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１１
上記コントローラは、上記支持チャック及び上記レンズのうちの少なくとも１つを調整して、上記チャネルを各セクタ位置合わせの周りで傾けることにより、当該セクタ内で少なくとも１つの欠陥を検出するよう構成される、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１２
セラミックハニカム体を製造するための装置であって、
上記装置は、検査装置を備え、
上記検査装置は：
上記セラミックハニカム体のチャネル内へと光を向けるよう構成された光源；
上記セラミックハニカム体のチャネルを通って伝達された上記光の少なくとも一部分を受承するよう構成されたレンズ；
伝達された上記光の像を撮像するよう構成された撮像デバイス；
上記ハニカム体を支持するよう構成された支持チャック；並びに
上記撮像された画像を受信し、各上記撮像された画像を分析し、上記分析に基づいて上記支持チャック及び上記レンズのうちの少なくとも１つを調整し、上記チャネル及びレンズ光軸を位置合わせするよう構成されたコントローラ
を備える、装置。

実施形態１３
セラミックハニカム体を自動的に検査する方法であって、
上記セラミックハニカム体の第１の端部に向かって光を向けるステップであって、上記光の少なくとも一部分が、上記セラミックハニカム体のチャネルを通って伝達される、ステップ；
レンズを通して、上記光の上記一部分を画像化するステップ；
上記チャネルと上記レンズの光軸との間の増分角度において複数の画像を撮像するステップ；
上記撮像された画像の少なくとも一部分を分析するステップ；並びに
上記分析するステップに基づいて上記セラミックハニカム体及び上記レンズのうちの少なくとも１つを調整して、上記チャネル及びレンズ光軸を互いに対して位置合わせ角度に位置合わせするステップ
を含む、方法。

実施形態１４
上記チャネル及び上記レンズ光軸のうちの少なくとも１つを、上記位置合わせ角度の周りで調整することによって、上記ハニカム体内で少なくとも１つの欠陥を検出するステップを更に含む、実施形態１３に記載の方法。

実施形態１５
上記少なくとも１つの欠陥は、内部割れ、内部裂け、膨張ウェブ、及び閉塞チャネルのうちの少なくとも１つを含む、実施形態１３又は１４に記載の方法。

実施形態１６
上記セラミックハニカム体の識別子、及び欠陥が検出された場合の欠陥のタイプのうちの少なくとも１つを記録するステップを更に含む、実施形態１３〜１５のいずれか１つに記載の方法。

実施形態１７
上記分析するステップは、各上記画像を分析して、平均伝達光強度を算出し、上記平均伝達光強度が最大化される場合に上記チャネル及び上記レンズ光軸を位置合わせするステップを含む、実施形態１３〜１６のいずれか１つに記載の方法。

実施形態１８
上記分析するステップは、上記セラミックハニカム体のセクタに関する画像を分析するステップを含み、
上記セラミックハニカム体は複数の上記セクタを有し、少なくとも１つの上記チャネルは、少なくとも１つの他の上記セクタ内のチャネルに対して平行でなく、
上記分析に基づいて調整するステップは、上記チャネルの複数のセクタと上記レンズ光軸とを位置合わせするステップを含む、実施形態１３〜１７のいずれか１つに記載の方法。

実施形態１９
上記チャネル及び上記レンズ光軸の位置合わせのうちの少なくとも１つを、各セクタ位置合わせの周りで調整して、当該セクタ内で少なくとも１つの欠陥を検出するステップを更に含む、実施形態１３〜１８のいずれか１つに記載の方法。

実施形態２０
セラミックハニカム体を製造する方法であって、
上記方法は、上記セラミックハニカム体を検査するステップを含み、
上記検査するステップは：
上記セラミックハニカム体の第１の端部に向かって光を向けるステップであって、上記光の少なくとも一部分が、上記セラミックハニカム体のチャネルを通って伝達される、ステップ；
レンズを通して、上記光の上記一部分を画像化するステップ；上記チャネルと上記レンズの光軸との間の増分角度において複数の画像を撮像するステップ；
上記撮像された画像の少なくとも一部分を分析するステップ；並びに
上記分析するステップに基づいて上記セラミックハニカム体を調整して、上記分析するステップに基づいて上記チャネル及びレンズ光軸を位置合わせするステップ
を含む、方法。

１００ 検査装置
１０２ 散乱光源、光源
１０４ 光
１０６ 部品、セラミックハニカム体
１０８ 光
１１０ テレセントリックレンズ
１１２ カメラ
１１４ 支持チャック
１１６ 垂直基準角度、ピッチ角、ピッチ基準角度
１１８ コントローラ
１２０ チャネル壁
１２２ 水平基準角度、ヨー角、ヨー基準角度
５１０ 明色の部分
５２０ 暗色の部分
５３０ 暗色の部分
７１０ 欠陥、割れ、割れ欠陥
７２０ 影
７３０ 影

Claims (5)

1. セラミックハニカム体を検査するための検査装置であって、
   前記セラミックハニカム体のチャネル内へ光を向ける光源；
   前記セラミックハニカム体のチャネルを通って伝達された前記光の少なくとも一部分を受承するよう構成されたレンズ；
   前記チャネルと前記レンズの光軸のなす角度を段階的に変えた複数の各角度において、前記チャネルを通って伝達された前記光の像を撮像する撮像デバイス；
   前記セラミックハニカム体を支持する支持チャック；並びに
   前記撮像された画像を受信して分析し、前記チャネルと前記レンズの光軸のなす前記複数の各角度で撮像された前記複数の画像の平均光強度と比較して、該複数の画像間での平均光強度を最大化するように前記支持チャック及び前記レンズのうちの少なくとも１つを調整することによって、前記チャネルと前記レンズの光軸が位置合わせされる角度を決定して前記チャネルと前記レンズの光軸を位置合わせするコントローラ
   を備える、装置。
2. 前記コントローラは、前記チャネルの複数のセクタの各々について、前記対応するセクタと前記レンズの光軸が、前記チャネルと前記レンズの光軸のなす角度を段階的に変えた複数の各角度で撮像された前記画像の前記分析に基づいて、位置合わせされる角度を決定し、前記支持チャックと前記レンズの少なくとも１つを前記決定された位置合わせ角度に基づき調整することによって、前記セクタと前記レンズの前記光軸とを位置合わせするよう構成され、
   各前記セクタは、前記複数のセクタのうちの他の１つに対して平行でない少なくとも１つのチャネルを備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記セクタの個数は２〜６４個である、請求項２に記載の装置。
4. セラミックハニカム体を検査する方法であって、
   前記セラミックハニカム体の第１の端部に向かって光を向けるステップであって、前記光の少なくとも一部分が、前記セラミックハニカム体のチャネルを通って伝達される、ステップ；
   レンズを通して、前記光の前記一部分を画像化するステップであって、前記チャネルと前記レンズの光軸のなす角度を段階的に変えた複数の各角度において複数の画像を撮像するステップを含むステップ；
   前記段階的に変えた複数の各角度において前記撮像された画像の平均光強度を比較して、該複数の画像間での平均光強度を最大化することによって、前記チャネルと前記レンズの前記光軸が位置合わせされる位置合わせ角度を決定するステップ；並びに
   前記決定された位置合わせ角度に基づいて前記セラミックハニカム体及び前記レンズのうちの少なくとも１つを調整して、前記チャネル及び前記レンズの前記光軸を位置合わせするステップ
   を含む、方法。
5. 前記位置合わせ角度を決定するステップは、
   複数のセクタを有し、各セクタは、少なくとも１つの他のセクタ内のチャネルに対して平行でない少なくとも１つのチャネルを含む前記セラミックハニカム体であって、該セラミックハニカム体のセクタに関する画像を分析するステップを含み、
   前記チャネルおよび前記レンズの前記光軸を位置合わせするステップが、
   前記画像が分析される前記セクタと前記レンズの前記光軸とを位置合わせするステップを含む、請求項４に記載の方法。

Images