专利名称：用于探测蜂窝结构中的缺陷的准直光方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及对壁流式颗粒过滤器检査，尤其是涉及探测壁流式颗粒过 滤器中的缺陷的方法和装置。
背景技术：
通常采用具有蜂窝结构的壁流式颗粒过滤器来除去诸如废气之类流体中
的固体颗粒。图1示出一典型的壁流式蜂窝结构颗粒过滤器100。蜂窝结构过 滤器100具有一入口端面102和一出口端面104，以及一排从入口端面102到 出口端面104纵向地延伸的多孔壁106。多孔壁106彼此相交而形成大致平行 的入口蜂窝单元108和出口蜂窝单元110的格栅。出口蜂窝单元IIO较佳地在 它们毗邻入口端面102的地方用塞子112塞住，而在它们毗邻出口端面104的 地方敞开。同样地，入口蜂窝单元108较佳地在它们毗邻出口端面104的地方 用塞子(未示出)塞住，而在它们毗邻入口端面102的地方敞开。在一典型的 蜂窝结构中，每个入口蜂窝单元108在一个或多个侧面处与出口蜂窝单元110 接壤，反之亦然，最好呈西洋跳棋盘图形。入口和出口蜂窝单元108、 110可 具有如图l所示的方形截面，或可具有其它单元几何形状，例如，矩形、三角 形或六角形。
在操作中，蜂窝结构过滤器IOO安装在一合适的筒内并插入装有柴油机的 车辆排气系统内。在车辆操作过程中，柴油废气在蜂窝结构过滤器100的入口 端面102处被引导。柴油废气流入蜂窝结构过滤器100的入口蜂窝单元108内， 通过多孔壁106进入出口蜂窝单元110内，并在出口端面104处排出过滤器。 多孔壁106保留所要求的废气中的固体颗粒量部分。
采用诸如蜂窝结构过滤器IOO那样的蜂窝结构过滤器，过滤效率可达到和 超过柴油废气颗粒的90% (按重量计)。然而，如果蜂窝过滤器中有泄漏，则 可达到的过滤效率会大大地降低。如此的泄漏可因多孔内壁中的直通缺陷(开裂、撕裂、大孔)和/或过滤器塞子中的缺陷(缺陷包括失去的塞子)而引起。 如此的缺陷使得废气毫无阻碍地通过过滤器的内壁和/或塞子。在颗粒过滤应用 场合中，需要在使用蜂窝过滤器之前找出这样的缺陷并修好它们(如果可能的 话)。在蜂窝过滤器通过挤压法由诸如堇青石、钛酸铝和碳化硅之类的陶瓷材 料制成的情形中，缺陷可在焙烧蜂窝体之前或之后进行探测。在前一情形中， 内壁是非多孔的。在后一情形中，内壁是多孔的。通常地，蜂窝体尚处于未焙 烧或为湿坯时，缺陷较容易修好。
从以上所述，应该认识到，需要有一种能减少检査时间和提高探测效率的 探测蜂窝结构过滤器内直通缺陷的改进的方法。
发明内容
在一个方面，本发明是一种探测蜂窝体内的缺陷蜂窝单元的系统，该系统 包括 一光源，光源较佳地是基本上准直的光源，该光源发出光，并将光偶联 到蜂窝体第一端面处的蜂窝单元内；以及一投射介质，该投射介质在蜂窝体第 二端面处接受光线。光在投射介质上的图形可表示出缺陷的蜂窝单元，并可以 由观测器成像，然后就有可能进行修理。
在另一方面，本发明是一种探测蜂窝体内的缺陷蜂窝单元的方法，该方法 包括将光发射到蜂窝体第一端面处的蜂窝单元内，以及在蜂窝体第二端面处接 受光线。光线出现在第二端面上对应于蜂窝体内有缺陷的蜂窝单元的部位处。 光线可被接受在一投射介质上或另由观测器成像。较佳地，光线包括基本上准 直的光线。
从以下的描述和附后权利要求书中将会明白本发明其它的特征和优点。
图1是现有技术的壁流蜂窝过滤器的立体图。
图2A和2B示出根据本发明用来探测蜂窝体中直通缺陷的系统的侧视截面图。
具体实施方式
现将参照几个优选实施例来详细描述本发明，这些实施例在附图中示出。 在以下描述中，阐述了许多具体的细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本 技术领域内的技术人员将会明白，即使没有某些或所有这些具体细节，也可实 践本发明。在其它情形中，为了勿不必要地模糊本发明，没有对众所周知的特 征和/或过程步骤进行描述。参照附图和以下的讨论可以更好地理解本发明的 特征和优点。图2A是一个探测蜂窝体300内的缺陷单元的系统200的示意图。蜂窝体 300具有端面302、304以及较佳地在端面302、304之间延伸的平行薄内壁306。 为了探测蜂窝体300内的直通缺陷，内壁306可以是多孔的或非多孔的。为过 滤固体颗粒，内壁306是多孔的，就如一焙烧的蜂窝体中那样。内壁306相交 而形成入口和出口蜂窝单元308、 310的网格。塞子312较佳地分别插入单元 308毗邻端面302的端部内和单元310毗邻端面304的端部内，而单元308毗 邻端面304的端部和单元310毗邻端面302的端部没有插入塞子。塞子312的 材料可以是任何合适的密封/过滤材料，例如，混合有粘结剂和增塑剂的陶瓷 材料。在焙烧后，塞子312也可以是多孔的。蜂窝体300可用挤压法或其它合适工艺过程进行制造。通常地，挤压材料 是塑化的陶瓷形成材料，例如，它形成堇青石、钛酸铝或碳化硅，但也可以是 玻璃、玻璃-陶瓷、塑料、或金属材料。在陶瓷形成材料的情形中，它们可以 与诸如石墨或淀粉之类的孔形成体混合，与纤维质的粘结剂材料混合，然后， 在火中焙烧出孔形成体和粘结剂，由此，形成具有多孔内壁的固体陶瓷体。较 佳地，内壁306的厚度和多孔性应不影响蜂窝体300的结构一体性。例如，内 壁306可以包括直径范围在1至60um内的中间大小的孔，直径范围更佳地是 在10至50um内。 一般来说，内壁306的厚度可向上变化，从提供结构一体性 的约为0.010英寸(约0.25mm)的最小尺寸变化到约为0.060英寸(1.5mm)。通常 地，约0.010至0.030英寸(约为0.25至0.76mm)范围内的壁厚是优选的蜂窝单 元密度下最常选用的。蜂窝体300具有的蜂窝单元密度可在约10和350蜂窝 单元/平方英寸之间(约为1.5至52.5蜂窝单元/ cm2)。在操作中，蜂窝体300安装在一准直光线盒202中。该准直光线盒202包 括外壳204，外壳内安装有光源206和诸如准直透镜208之类的准直器。通常6地，光源206是漫射光源。任何合适的漫射光源都可以采用，例如，白光源。 例如，光源可以是功率在约30瓦和1200瓦之问的卤素灯泡。当装置被放置在 黑暗的房间内时，50瓦的光源就能良好地工作了。准直透镜208将从漫射光源 发出的发散光束转换为大致准直的光束。可采用任何合适的准直透镜。在一实 例中，准直透镜208是一菲涅耳(Fresnel)透镜板。然而，任何具有菲涅耳透镜 功能的透镜(S卩，它能准直光线)都可以釆用。对大多数过滤器尺寸来说，具有 约24"焦距、200槽/英寸和直径14英寸的菲涅耳透镜板工作性能就很好。 应该认识到，准直光源可以是任何能对第一端提供基本上准直光的光源。所需 准直度取决于基底长度和蜂窝单元几何形状。需要对光准直从而能通过蜂窝。 外壳204的一端设置有窗212，窗最好由一种平面的和非色散的、非散射光的 透明材料制成，例如，回火过的玻璃板。窗212的平面最好大致垂直于准直光 的光路。这通过将窗与准直透镜208的光学平面对准就可最好地实现，g卩，窗 212和准直透镜较佳地大致平行。蜂窝体300支承在窗212上，以使从准直光 盒202中发出的光线直接偶联到蜂窝体300的蜂窝单元中。诸如一不透明介质 的光线阻挡块214盖住窗212的暴露部分，并紧邻蜂窝体300的外周缘，由此， 经受从准直光盒202到蜂窝体300端面302的大致准直的光线。可供选择地， 光线阻挡块214可以是一围绕其周缘固定过滤器的气囊。该光线阻挡块可以是 能基本上防止或最大程度地减小光线通过过滤器周围的任何形式。为了探测蜂窝体300中的直通缺陷，准直光盒202在蜂窝体300的端面302 处引导大致准直的光线。从准直光盒202发出的基本上准直的光有效地偶联和 发射到蜂窝体300内的每个蜂窝单元310内。如果在端面302处的塞子312内 存在缺陷，则光线也会发射到蜂窝单元308内。发射到蜂窝体300内的准直光 通过有缺陷的蜂窝单元出现在端面304处。投射介质216安装在端面304上， 较佳地搁置在端面上并与其接触。投射介质216接收从端面304出现的光线， 其中，如此的光线可被观测器218观察到。在一实例中，投射介质216由半透 明材料制成，例如，纸或薄膜。在另一实施例中，投射介质是一屏幕，最好展 开在一框架上。该屏幕最好是聚酯单丝精纺而成的屏幕，其具有约460线/英 寸的纺织密度和约31pm的线径。通过观察形成在投射介质216上的图像，观 测器218可以从实质上任何位置实时地对蜂窝体300内所有直通缺陷位置显像。缺陷在投射介质216上显现为光斑。诸如塞子中的较大的孔、部分填充、 以及塞子的缺失之类的缺陷显现为明亮的光斑。在对应于塞子312的位置处的 显现为不均匀的光斑代表塞子中的非一致性缺陷。这种非一致性缺陷可以归结 于塞子深度、塞子材料密度、塞子中气泡、几乎完全填充、以及上述因素的组 合。不见的外围塞子非常容易被探测到。 一旦找到塞子中的缺陷，可以对缺陷 修理/再加工，或者可将过滤器判为不合格。准直光盒202确保光同时合适地发射到蜂窝体300内的蜂窝单元中，包括 在蜂窝体300处或其外围处进入到蜂窝单元内，并确保光被导向投射介质216。 其结果，观测器218的光轴不必为了确定蜂窝单元是否具有直通缺陷而与蜂窝 体300内的每一个蜂窝单元对齐。此外，对投射图像的观测可以由观测器218 进行，其可以是人也可以是一成像设备。后者可用于自动探测和修理蜂窝体300 内蜂窝单元的方法中。图2B示出作为成像装置(诸如照相机)的观测器218，成像装置218偶联到 处理器220，该处理器220从成像装置218中接收图像并处理图像以横贯蜂窝 体300端面304确定有缺陷的蜂窝单元的x-y坐标。然后，可修理蜂窝体300 内的有缺陷的蜂窝单元。在此实例中，投射介质216显示为一透镜，其将来自 于蜂窝体300端面304的基本上准直的光聚焦在成像装置218内。或者，投射 介质216可以是如上所述的半透明材料，成像装置218可包括诸如照相机那样 的光学器件，以捕捉透明材料的质量图像。本发明典型地提供以下优点。不管有缺陷的蜂窝单元在蜂窝体300内的位 置如何，系统200都能瞬时和同时地探测到有缺陷的蜂窝单元的"直通缺陷"。 这对于探测未塞住的边缘蜂窝单元(它们位于离开过滤器外围或表皮的一个单 元内)特别地有用。该系统200还能实时地探测塞子的一致性。该系统不需要 观测器的光轴与有缺陷的蜂窝单元对齐。因此，系统200提高产品产量并提高 探测可靠性。使用本系统来探测有缺陷单元的方法有效地独立于操作人员，艮P， 探测结果不随操作人员的不同而变化。尽管参照有限数量的实施例描述了本发明，但本技术领域内的技术人员获 益于本发明的介绍，他们将会认识到也可设计出其它的实施例而不脱离这里所 揭示的本发明的范围。因此，本发明的范围只应由所附权利要求书予以规定。8
权利要求
1.一种探测蜂窝体内有缺陷的蜂窝单元的系统，该系统包括光源，该光源发出光，并将光偶联到蜂窝体第一端面处的蜂窝单元内；以及投射介质，该投射介质在邻近蜂窝体第二端面处接受光线。
2. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，光包括基本上准直的光。
3. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，光源包括一光源和一准直器。
4. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，光源包括一漫射光源和一准直 透镜，漫射光源和准直透镜定位成光通过准直透镜从漫射光源射到第一端面。
5. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，准直透镜是一菲涅耳透镜。
6. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，系统还包括一由透明材料制成 的窗，光通过窗射到第一端面。
7. 如权利要求6所述的系统，其特征在于，窗基本上平行于准直透镜的聚 焦平面，其中，所述窗为蜂窝体提供安装表面。
8. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，还包括围绕蜂窝体安装的光阻 挡块。
9. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，光阻挡块包括不透明的介质。
10. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，投射介质包括一种半透明的材料。
11. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，投射介质包括屏幕。
12. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，投射介质包括透镜。
13. 如权利要求l所述的系统，其特征在于，观测器包括成像装置。
14. 一种探测蜂窝体内有缺陷的蜂窝单元的方法，该方法包括以下步骤 将光发射到蜂窝体第一端面处的蜂窝单元内；以及 在蜂窝体第二端面处接受光线，其中，光线出现在第二端面上对应于蜂窝体内有缺陷的蜂窝单元的部位处。
15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，光包括基本上准直的光。
16. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，发射光的步骤包括光从光源 通过准直器射到第一端面处。
17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，准直器是准直透镜。
18. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，接收步骤还包括将光线投射 到投射介质上的步骤。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，投射介质是一种半透明的材料。
20. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括使用成像装置在第二 端面处捕捉光的图像的步骤。
全文摘要
一种探测蜂窝体内缺陷蜂窝单元的系统和方法，其包括光源，光源发出光，并将光偶联到蜂窝体第一端面处的蜂窝单元内；以及投射介质，其在蜂窝体第二端面处接受光线。光源较佳地是准直光源。
文档编号G01N21/88GK101326435SQ200680046449
公开日2008年12月17日 申请日期2006年12月6日 优先权日2005年12月12日
发明者B·R·拉加, D·J·沃斯, J·C·斯彼卡尔特, P·M·加佳诺, W·P·拉滋蒂维斯杰 申请人:康宁股份有限公司