用于检测陶瓷过滤器主体中的缺陷的系统和方法

专利名称：用于检测陶瓷过滤器主体中的缺陷的系统和方法
用于检测陶瓷过滤器主体中的缺陷的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2008年8月22日提交的美国申请S/N 12/196600的优先权。领域本发明涉及基于陶瓷的过滤器，且尤其涉及用于检测用于形成这种过滤器的陶瓷 过滤器主体中的缺陷的系统和方法。
背景技术：
具有由多孔壁限定的内部蜂窝结构的陶瓷主体具有若干用途，例如用作固体颗粒 过滤器主体和用作固定热交换器。这些用途要求通过歧管装置等将结构的所选通道在其各 端的一端或两端密封或堵塞。在陶瓷堵塞过滤器的操作中，被污染流体或气体在压力下被带到入口面并在入口 面经由这些具有开放端的通道进入陶瓷过滤器主体。因为这些通道在相对的(出口)面上 是密封的，所以被污染的流体被强制通过薄的多孔壁进入相邻的通道。流体中太大的以至 于不能通过壁中的多孔开口的固体颗粒污染物被留下，且净化的流体通过出口通道离开过
1 ' O对通道的密封包括将堵塞材料插入所选通道的开放端，随后对被堵塞的过滤器进 行干燥处理。形成堵塞蜂窝结构的先前方法包括形成挤压的基于陶瓷的未处理蜂窝结构， 在炉中干燥该结构，堵塞所选通道的开放端，以及烧制所得的堵塞蜂窝结构。堵塞材料可能潜在地引起塞子中的缺陷，这导致过滤器泄漏。蜂窝结构的通道还 可能由于通道壁的塌陷或由于过多材料遗留在通道中而在陶瓷过滤器主体本身内被阻塞。 因此，重要的是在过滤器制造过程中能够快速且有效地在陶瓷过滤器主体中检查可能最终 导致后面形成的过滤器中的泄漏的缺陷。

发明内容
本发明的一个方面是一种检测具有蜂窝结构的陶瓷过滤器主体中的缺陷的方法， 该蜂窝结构具有第一和第二端以及在所述第一和第二端之间的纵向通道阵列。该方法包括 将具有至少一个第一光源元件的第一光源单元和具有至少一个第一检测器元件的第一检 测器单元定位成分别与第一和第二端相邻，使得至少一个第一光源元件与至少一个第一检 测器元件能够通过对应的至少一个第一通道光学地连通。该方法还包括将来自第一光源单 元的至少一个第一光束通过至少一个通道发射到第一检测器单元。该方法还包括利用至少 一个第一检测器元件检测来自于至少一个第一光束的第一光，并响应于此生成表示所检测 的第一光的至少一个第一电检测器信号。该方法还包括处理至少一个第一电检测器信号以 确定至少一个第一通道内是否有至少一个第一缺陷。本发明的一个方面是一种检测具有蜂窝结构的陶瓷过滤器主体中的缺陷的系统， 该蜂窝结构具有第一和第二端以及在所述第一和第二端之间的纵向通道阵列。该系统包括 第一光源单元，该第一光源单元具有至少一个第一光源元件且定位成与第一蜂窝结构端相邻，该光源单元适于生成第一光束。该系统还包括具有至少一个第一检测器元件的第一检 测器单元。第一检测器单元定位成与第二蜂窝结构端相邻，使得至少一个第一光源元件与 至少一个第一检测器元件能够通过对应的至少一个第一通道光学地连通。第一检测器单元 被构造成响应于检测到来自于第一光束的第一光而生成第一电检测器信号。该系统还包括 处理器，该处理器电连接至第一检测器单元。该处理器适于处理第一电检测器信号以确定 至少一个第一通道中是否有至少一个第一缺陷。本发明的另一个方面是一种检测陶瓷蜂窝结构中的缺陷的方法，该陶瓷蜂窝结构 具有第一和第二端以及具有第一和第二通道端的纵向通道阵列，且理想地具有在所选第一 和第二通道端处的第一和第二塞子以便密封所选通道端。该方法包括将第一光通过第一端 通过一个或多个第一通道发射到第二端并在第二端处检测穿过至少一个第一缺陷的第一 光。该方法还包括将第二光通过第二端通过一个或多个第二通道发射到第一端并在第一端 处检测穿过至少一个第二缺陷的第二光。该方法还包括处理第一检测光和第二检测光以便 检测至少一个第一缺陷和至少一个第二缺陷。本领域技术人员将通过参考以下书面说明书、权利要求书以及附图进一步理解本 发明的这些及其他优点。


图1是示例未堵塞陶瓷过滤器主体的立体图；图2包括沿陶瓷过滤器主体的端部的特写Y-Z横截面插入视图的陶瓷过滤器主体 的远侧视图，其示出塞子如何被安置在交替的通道端中；图3类似于图2，但示出与陶瓷过滤器主体相关联的可能导致过滤器泄漏的缺陷 的五个不同示例；图4是根据本发明的基于光学的缺陷检测系统的一般化实施例的示意图，且陶瓷 过滤器主体可操作地安置在其中；图5A是图4的系统的一部分的特写图且示出陶瓷过滤器主体端、交替地形成于其 中的塞子以及允许光通过到达检测器单元的塞子缺陷的细节；图5B类似于图5A且示出其中缺陷检测系统被用于测量具有未堵塞端的陶瓷过滤 器主体以检测蜂窝结构内的材料缺陷的示例实施例；图6A是由控制器生成且在显示器上显示的陶瓷过滤器主体的端图像的示例实施 例，示出检测器单元检测到光的位置；图6B类似于图6A，但示出端图像的“暗场”实施例，其中所检测的光示为暗背景中 的白点；图7示出本发明的缺陷检测系统的“单端”版本的示例实施例，其中光源单元具有 单个光源元件且检测器单元具有单个检测器元件；图8A是适于在图7的系统中使用的且包括光纤以形成小区域光源元件的光源单 元的示例实施例的示意性侧视图；图8B是图8A的光源单元的特写侧视图，且示出陶瓷过滤器主体端的端部以及发 散光束如何从纤维端进入开放的通道端；图9是类似于图7的示意图，且示出本发明的包括线性光源单元和线性检测器单元的缺陷检测系统的“单端”版本的示例实施例；图IOA是单个陶瓷过滤器主体通道的特写图，且示出光束在通道中传播且被无缺 陷塞子阻挡使得没有光入射到线性检测器单元中的任意检测器元件上；图IOB是在图IOA的无缺陷的情况下由检测器单元形成的通道端图像；图IlA类似于图10A，但示出存在塞子缺陷的情况使得光束的可检测部分通过缺 陷并入射到检测器元件中的一个或多个上并被其检测到；图IlB类似于图10B，但按灰度示出所检测的光相对于通道端的位置和分布；图12A是利用包括扇出部分的光纤电缆中的多个光纤形成的线性光源单元的示 例实施例的示意图；图12B是利用圆柱发散和会聚透镜来从激光束形成准直线源的线性光源单元的 示例实施例的示意图；图12C示出类似于图12B的光源单元，但它仅使用圆柱发散透镜来形成发散线 源；图13是类似于图9的示意图且示出其中光源单元包括管状荧光灯作为扩充光源 元件的缺陷检测系统的示例实施例；以及图14是使用二维光源单元和二维检测器单元来照明整个陶瓷过滤器主体端并在 陶瓷过滤器主体的整个相对端上检测光的缺陷检测系统的示例实施例的示意性侧视图。
具体实施例方式现在将详细参考本发明的示例实施例，其示例在附图中示出。在可能时，将在所有 附图中使用相同或类似的附图标记或字母来指代相同或类似的部件。图1是未堵塞示例陶瓷过滤器主体10的立体图。陶瓷过滤器主体10具有蜂窝结 构12，该蜂窝结构12具有轴长L和限定轴(纵向)方向的中心轴Al。出于参考的目的，提 供笛卡尔坐标。蜂窝结构12由外部壁15围绕的交叉、薄、多孔壁14的基质来限定。壁14在相对 端16和18之上和之间延伸并形成大量毗连空心通路或“通道” 20，该毗连空心通路或“通 道”20也在端16和18之间延伸且因此具有相应的通道端22和24 (参见图5A)。陶瓷过滤 器主体10可具有例如每平方英寸100至900个通道。在示例实施例中，壁14 一般表现为 非常薄，例如，大约2-10密耳厚，或者甚至2-6密耳厚。在示例实施例中，陶瓷过滤器主体 10可具有从3”至17”范围的直径D。例如通过挤压模来挤压堇青石、多铝红柱石、碳化硅、钛酸铝的增塑陶瓷形成前体 来制造陶瓷过滤器主体10。然后切割并干燥经挤压的“未处理主体”。这种未处理主体非 常易碎且必须被运输到窑，在窑中产生的热将相对软且易碎的为处理主体转变成具有坚固 蜂窝结构12的硬化、烧制陶器。图2包括沿陶瓷过滤器主体10的远侧视图和陶瓷过滤器主体端18的端部的特写 Y-Z横截面插入视图，其示出塞子30如何在端18处被安置在交替的通道端M中。通道端 22和M最初是开放的(图2中未示出通道端22 ；参见图幻。塞子30通常以交替图案形 成在每个通道20的通道端22或M中，使得每个陶瓷过滤器主体端16和18具有相对于另 一主体端偏移一个通道的塞子的“棋盘”图案，从而每个通道仅有一个堵塞端。理想地，每个通道20在一端16或18完全开放，且在其另一端通过塞子30极好地密封，且通道20极 其畅通(即，完全未被阻塞)。通道20具有通道宽度Wc。如上所讨论的，过滤器制造过程，包括用于选择地堵塞通道端的堵塞方法，可能潜 在地导致在堵塞陶瓷过滤器主体被用作过滤器时可致使泄漏或性能下降的缺陷。图3类似 于图2，但示出五个可致使过滤器泄漏的示例制造缺陷DEF。由DEFl指示的第一类缺陷是 塞子30之一完全丢失。由DEF2指示的第二类缺陷是塞子30部分地存在，即，它具有正确 的轴深度，但不具有足以堵塞整个通道20的宽度。由DEF3指示的第三类确定类似于缺陷 DEF2，但轴深度偏离，使得仅存在塞子30的一小部分。在本文中将这些缺陷称为“塞子”缺 陷。诸如塞子中的缝隙之类的其它类型的塞子缺陷也可能发生。继续参考图3，由DEF4指示的第四类缺陷在蜂窝结构12内且其中壁14的一部分 塌陷到通道20中。这种塌陷可能是如图所示完全的，或者它可以是部分的。由DEF5指示 的相似类型的缺陷也在蜂窝结构12的内部且在额外材料以部分或完全阻塞通道的方式驻 留在通道20内时出现。尽管缺陷DEF4和DEF5可能不会导致过滤器泄漏，但它们可减少通 过过滤器的流动并降低过滤器性能。注意，缺陷DEF4和DEF5可以形成在未堵塞蜂窝结构 12以及堵塞蜂窝结构中，并且为了便于图示示出在堵塞蜂窝结构中。这些类缺陷被称为“材 料”缺陷，以便将它们和与塞子30相关联的“塞子”缺陷相区分。另一类材料缺陷由DEF6指示，且其中有开口(例如，缝隙或孔)形成在壁14中。 孔型材料缺陷DEF6可能相当大以将可检测到的光量传送到相邻通道，这也导致沿通道传 播的光强降低，如以下更详细讨论的。一般的基于光学的缺陷检测系统图4是根据本发明的基于光学的缺陷检测系统(“系统”)50的一般化实施例的 示意图，且陶瓷过滤器主体10可操作地安排在其中。系统50包括与端16相邻安排的光源 单元52和与端18相邻安排的相关联的检测器单元62。光源单元52包括至少一个光源元 件M，且检测器单元62包括至少一个检测器元件64。光源单元52和检测器单元62沿光 路0P’在Z方向上对齐，使得至少一个光源元件M与至少一个检测器元件64对齐。在没 有无缺陷塞子30或诸如以上所讨论的光阻挡通道缺陷DEF的情况下，光源单元52和检测 器单元62通过至少一个通道20光学连通。以下更详细地描述光源单元52和检测器单元62的示例类型。一般而言，光源单 元52可以是在小区域(例如，单个通道端22的区域)上发射光的“单个”或“点”光源、发 射一行光(例如，跨越陶瓷过滤器主体端16)的线性光源、或覆盖照明整个陶瓷过滤器主体 端16的二维光源。类似地，检测器单元62可以是在小区域(例如，单个通道端M的区域) 上检测光的“单个检测器”、沿一行检测光的线性检测器、或在整个陶瓷过滤器主体端18上 检测光的二维检测器。继续参考图4，在示例实施例中，第二光源单元52’被安排成与端18相邻且第二检 测器单元62’被安排成与端16相邻，以便在没有无缺陷塞子30或在至少一个通道内的光 阻挡材料缺陷DEF的情况下通过至少一个通道20光学地连通。从一个通道端传播到另一 的光通常是发散的，使得穿过缺陷的光一般也是发散的。因此，将检测器单元62和62’安 排成以系统50的“双端”配置尽可能地靠近陶瓷过滤器主体端16和18允许尽可能靠近塞 子30来检测光。在系统50的单端实施例中，照明驻留在光源端的塞子30意味着通过塞子的任意光在被检测到之前需要基本上传播过陶瓷过滤器主体12的整个长度。因为这种光 在其沿通道20传播时是发散和漫射的，所以它将衰减且变得很难检测。在示例实施例中，检测器单元62和62’被安排成其相应检测器元件64和64’与 其相应陶瓷主体端18和16的距离为Imm至10mm。利用单端系统50，光源将需要照射。具有如图4的双端系统50中构造的两个光源单元52和52’及两个检测器单元62 和62’允许近距离光检测而无需调节陶瓷过滤器主体10。利用仅具有一个光源单元52和 一个检测器单元62的单端系统50，陶瓷过滤器主体10将需要围绕Y轴旋转180°然后重 新测量以完成在两个陶瓷过滤器主体端16和18处的近距离光检测。需要翻转陶瓷过滤器 主体10来执行第二特写测量增加了缺陷检测过程的时间、复杂度和成本。因此系统50的 一般实施例的讨论的剩余部分主要集中在双光源/双检测器或“双端”实施例。在示例实施例中，光源单元52和检测器单元62’由与陶瓷过滤器主体端16相邻 的第一 X-Y-Z台70支承，而光源单元52’和检测器单元62由与相对的陶瓷过滤器主体端 18相邻的第二这种台70’支承。这允许两个光源单元和两个检测器单元同时移动并维持 相对于陶瓷过滤器主体10以及彼此的固定位置。每个台70和70’沿Z方向的移动性还允 许光源单元52和52’及检测器单元62和62’相对于陶瓷过滤器主体端16和18的靠近放 置。较佳地，台70和70’是可独立调节的以有助于粗和/或精细对齐。在示例实施例中，第一光屏蔽器68位于光源单元52和检测器单元62’之间，而第 二光屏蔽器68’位于光源单元52’和检测器单元62之间。这种配置确保仅来自光源单元 52的光被检测器单元62检测到，且仅来自光源52’的光被检测器单元62’检测到。在示例实施例中，陶瓷过滤器主体10被传送系统80支承并携带，该传送系统80 构造成使陶瓷过滤器主体移动越过光源单元52和52’及检测器单元62和62’。在示例实 施例中，传送系统80包括用于在X-Y平面中定位陶瓷过滤器主体10并任选地沿Z方向定 位陶瓷过滤器主体的台82。传送系统80包括间隙G，通过该间隙G检测器单元62和光源 单元52’可与其光源单元和检测器单元的相对方(分别是52和62’)光学地连通。在另一 个示例实施例中，系统50被配置成使得陶瓷过滤器主体10安排在其侧面，即其中心轴Al 在Y方向上。系统50包括可操作地(电)连接至光源单元52和52，、至检测器单元62和62，、 至台70和70’且至传送系统80的控制器100。控制器100被构造成控制这些系统组件的 操作，以整体上实现系统50的操作。在示例实施例中，控制器100包括处理器102(例如， 数字处理器)和可操作地连接至处理器的存储器单元104，该存储器单元104用作能够存储 指示控制器实施如下更详细描述的本发明的各方法的指令的计算机可读介质。在示例实施 例中，控制器100包括模数(A/D)转换器103，用于接收模拟检测器信号S64并将它们转换 成数字检测器信号以供(数字)处理器102处理。在示例实施例中，控制器100包括能够执行数字逻辑操作、数字控制操作和/或图 像处理的可编程计算机。在示例实施例中，系统50包括可操作地连接至控制器100的显示 器单元120，该显示器单元被构造成显示控制器收集并处理的数据的图形和/或视觉表示。一般操作方法为了便于图示，这里再次假设系统50是双端系统。具有单个光源单元52和单个 检测器单元62的实施例以类似方式工作，且具有一些差异，如下所讨论的。
在系统50的操作中，光源单元52和52’与其相关联的检测器单元62和62’对齐， 且定位在相对于陶瓷过滤器主体10的所选位置。为了便于对齐和定位操作以建立光学连 通，在示例实施例中，从系统50去除陶瓷过滤器主体10，通过激活光源单元并在相关联的 检测器单元上获取读数来实施光源单元52与检测器单元62的对齐以及光源单元52’与检 测器单元62’的对齐。光源单元52和52，经由从控制器100发送的相应控制信号S52和S52’来激活。 这些控制信号S52和S52’导致相应的光源单元52和52’产生相应光束LB和LB’，当陶瓷 过滤器主体10可操作地安排在系统50中时光束LB和LB’进入相应的开放通道端22和M 并沿每个通道20前进。然而，当去除陶瓷过滤器主体10时，光束LB和LB’与检测器单元 62和62’直接光学连通。响应于检测到光，相应检测器单元62和62’的检测器元件64和64’生成传导到 控制器100的相应电检测器信号S64和S64’。检测器信号S64和S64’用于建立对齐(例 如，通过调节光源单元52和52’和检测器单元62和62’以使检测器电信号最大化)并提 供检测器基线读数。一旦实施光源单元52和52’与其对应的检测器单元62和62’的对齐并建立光学 连通，就将陶瓷过滤器主体10置于系统50中并移动到光源单元52和52’与检测器单元62 和62’之间的位置。在开始缺陷检测测量方法之前，台70和70’也可用于调节光源单元52 和52’与检测器单元62和62’彼此相对的位置以及相对于陶瓷过滤器主体10的位置。台70和70’的移动受来自控制器100的相应控制信号S70和S70’的控制。传送 系统80受来自控制器100的传送控制信号S80的控制，且可用于按需将陶瓷过滤器主体10 移动到系统50内和从系统50移出，并在X-Y平面内及沿Z方向在系统内定位陶瓷过滤器 主体。控制器100跟踪台70和70’及传送系统80的移动，使得陶瓷过滤器主体10相对于 光源单元52和52’及检测器单元62和62，的位置是已知的。此处值得注意的是，对于大多数陶瓷主体10，通道20相对紧密地打包在一起。例 如，具有每平方英寸625个通道的蜂窝结构12具有每线性英寸上25个通道，这转换成约 0. 04英寸或约Imm的中心至中心间距(即，通道宽度。这使得将光源单元52与检测器 单元62’非常靠近地放置在一起以便与相邻通道20对齐是不切实际的。因此，光源单元52 和检测器单元62’较佳地间隔足够远以防止其间的“串扰”。在示例实施例中，相邻光源和 检测器单元52和62’之间(以及相邻光源和检测器单元52’和62之间)的间隔在5mm至 15mm之间。精确的间隔取决于光源单元52和检测器单元62’的大小以及光束LB和LB’的 角展度。图5A是如图4所示的系统50的一部分的特性图且示出具有形成在通道20的交 替端22和M中的塞子30的陶瓷过滤器主体端16和18的细节。光源单元52在陶瓷过滤 器主体端16处与一个或多个开放的通道端22对齐，而其相关联的检测器单元62在陶瓷过 滤器主体端18处与对应的一个或多个堵塞通道端M对齐。同样，光源单元52’在陶瓷过 滤器主体端18处与一个或多个开放的通道端M对齐，而其相关联的检测器单元62’在陶 瓷过滤器主体端16处与对应的一个或多个堵塞通道端22对齐。参考图4和图5A，一旦光源单元52和52’及相关联的检测器单元62和62’彼此 适当对齐且相对于陶瓷过滤器主体10处于相应的期望位置，控制器100经由相应控制信号S56和S56’开始光源单元的操作。这导致光源单元52和52’再次产生相应的光束LB 和LB’，光束LB和LB’现在进入相应的开放通道端22和M并沿相反方向(S卩，分别是+Z 和-Z方向)沿每个通道前进。在每个所选通道端22和对被适当堵塞的情况下，来自光束 LB和LB’的光不会穿过对应塞子30离开陶瓷过滤器主体10。因此，没有光被相应检测器 单元62和62’中的一个或多个检测器元件64或64’中的任一个检测到。在塞子30之一是有缺陷的使得未形成完美密封的情况下，来自对应光束的可见 测到的部分光将通过塞子。例如，继续参考图5A，考虑与光源单元52和检测器单元62对齐 的通道20，其中在光束LB传播通过的通道的任意通道端22或M上没有塞子。在这种情况 下，与对应通道20的端M相邻的一个或多个检测器元件64将检测到来自光束LB的相对 大量的光。一个或多个检测器元件64然后将生成表示所检测到的光量的相应一个或多个 检测器电信号S64。注意，在图5A中，来自光源单元52’的光束LB’被与光束传播通过的通 道20紧邻的通道端22处的“好”塞子30阻挡。因此，没有光被检测器单元62’检测到。一个或多个检测器元件64的位置提供关于塞子缺陷的位置的信息——即，在这种 情况下，塞子30丢失的通道端M的X-Y位置。如以下更详细讨论的，通过在每通道宽度Wc 上提供多个检测器元件64进一步提高了这种位置检测能力。缺陷位置信息是重要的，因为 在示例实施例中，它用于指引机器人工具(未示出)修复特定特定类型的缺陷，并尤其是丢 失塞子30。图5B类似图5A，且示出一示例实施例，其中系统50用于测量具有未堵塞通道端 22和M的陶瓷过滤器主体10，由此系统可检测诸如蜂窝结构12内的缺陷DEF5(图3)之 类的缺陷。应用到未堵塞陶瓷过滤器主体10的系统50的操作类似于用于堵塞陶瓷过滤器 主体的操作，因为与光束LB和LB’沿未阻塞通道20传播的情况相比，通道20内的阻塞或 其它缺陷要么完全阻挡要么减少到达检测器单元62和62’的光量。在来自光束LB’的光的可检测部分(光强)LBD’使其穿过材料缺陷DEF5的情况 下，该光部分被检测器单元62’检测到，且对应于所检测到的光量的检测器电信号S64’被 传达到控制器100。在示例实施例中，在蜂窝结构12的未被堵塞状态下测量将要被堵塞的 蜂窝结构12，以在被堵塞之前确定是否有诸如缺陷DEF4-DEF6之类的内部材料缺陷。这是 因为诸如缺陷DEF4和DEF5之类的某些类型的材料缺陷可阻挡一个或多个通道20并形成 一个或多个无缺陷塞子30的表象。在示例实施例中，检测材料缺陷的方法包括处理第一或 第一和第二电检测器信号S64或S64和S64’，以检测第一和第二光束LB和LB’中的至少一 个的强度相比于这些光束传播通过无缺陷通道20的光强的降低。一旦定性了材料缺陷或 一旦确定基本没有这种缺陷，则然后可堵塞所测量的蜂窝结构12然后测试塞子缺陷。由检测器单元62和62’检测的光量变化用于标识缺陷的通道位置。将每通道宽 度W。多个检测器元件64和64’用于检测器单元62和62’提供分辨离开通道端22和M的 光强变化的能力。这种变化提供了对特定通道20中存在的缺陷的类型和位置的洞察。一旦堵塞或未堵塞陶瓷过滤器主体10的所有通道20都经历上述测量过程，存储 器单元104中由控制器100收集的检测器电信号S64和S64，被处理器102处理。在示例 实施例中，经处理的处理显示在显示器120上。图6A是根据由检测器信号S64提供并由控制器100处理的数据形成的被测量陶 瓷过滤器主体10的端图形140的示例实施例。端图形示出光被检测器单元62检测到的位置(a)至(e)。该信息可用于在所选位置更接近地检查陶瓷过滤器主体10和/或指引机器 人修复缺陷。还可针对检测器信号S64’提供的数据显示相同类型的端图像140，使得能够 同时观看在陶瓷过滤器主体10的两端16和18处获取的数据。图6B类似于图6A，但示出端图像140的“暗场”实施例，它更能表示当整个陶瓷过 滤器主体10被测量时检测器单元62通常“看到”的情况。图6B将检测到光的位置示出为 暗背景上的白点。因为控制器100控制光源单元52和52’及检测器单元62和62’相对于陶瓷过滤 器主体10的位置，所以所检测到的缺陷的精确位置被跟踪并存储在存储器单元104中，并 任选地显示在显示器120上或以其它方式传达到系统用户。总之，操作的示例方法包括通过将具有至少一个第一光源元件M的第一光源单 元52和具有至少一个第一检测器元件64的第一检测器单元62定位成分别与陶瓷过滤器 主体端16和18的第一和第二端邻近，使得至少一个第一光源元件与至少一个第一检测器 元件能够通过对应的至少一个第一通道20光学地连通，以检测陶瓷过滤器主体10中的缺 陷，。这里，使用短语“能够”，因为无缺陷塞子30或蜂窝结构12内的材料缺陷可阻挡光束 LB因此切断光学连通。该方法还包括将来自第一光源单元52的第一光束LB通过至少一个第一通道20 发射到第一检测器单元62，以及利用至少一个第一检测器元件64检测来自至少一个第一 光束的第一光(例如，可检测的光部分LBD)以及响应于此生成表示所检测的第一光的至少 一个第一电检测器信号S64。该方法还包括处理至少一个第一电检测器信号以确定至少一个第一缺陷是否存 在于至少一个第一通道内。该方法的“双端”版本包括执行如上所述的相同操作，但利用第 二光源单元52’和第二检测器单元62’通过至少一个第二通道20 (即，不同于第一通道20) 来确定至少一个第二缺陷是否存在于至少一个第二通道内。在陶瓷过滤器主体10未被堵塞的情况下，在系统50的双端实施例中检测器信号 S64和S64’用于确定是否有一个或两个光束LB和LB’的强度偏离其基线或“无缺陷”通道 强度的降低。一个或两个光束LB和LB’的强度降低分别表示在至少一个第一通道和至少 一个第二通道之一或两者内分别存在至少一个“第一缺陷”和至少一个“第二缺陷”。第一示例实施例图7示出其中光源单元52具有单个光源元件M且检测器单元62具有单个检测 器元件64的示例实施例。在示例实施例中，光源元件64具有约为通道宽度W。尺寸的宽度。 在示例实施例中，通道宽度We的范围从约2. 5mm至约0. 025mm。在示例实施例中，光源元件64包括具有例如Imm2或更小尺寸(即有效面积)的 发光光电二极管。在图8A和图8B所示的另一个示例实施例中，光源单元52包括具有例如 芯202和周围的包层204的光纤200，且芯具有从约10微米(对于单模光纤)至对于多模 光纤的几百微米间的任意大小的直径。光纤200具有输入端210和输出端212。光源单元 52包括诸如LED或激光之类的光源220。光源220例如经由透镜230光耦合于光纤输入端 210。光纤输出端212然后被用作为发射发散光束LB的具有相对较小“有效面积”(即，基 本上是芯202的面积)的有效光源元件M。在图8B的特写图所示的示例实施例中，在输出端212处的一部分光纤200保持在连接器MO内以帮助支承光纤输出端并将其移动到相对于陶瓷过滤器主体10和其中的通 道20的位置。在示例实施例中，连接器MO由台70支承，如图8A所示。图7的系统50的实施例要求光源单元52和检测器单元62的协调移动。注意，系 统50的该示例实施例的双端版本可利用各自具有单个光源元件的两个光源单元52和52’ 和各自具有单个检测器元件的两个检测器单元62和62’形成。因为系统50的本示例实施 例的单端和双端版本操作相对复杂且耗时，所以它最好适用于特殊的检查情形，例如，当需 要单个通道检查时或当需要非常精确地检查陶瓷过滤器主体10的所选区域时。第二示例实施例图9是类似图7的示意图且示出系统50的“单端”版本的示例实施例，该系统50 采用具有光源元件M的线性阵列的“线性”光源单元52和具有检测器元件64的线性阵列 的“线性”检测器单元62。在示例实施例中，光源单元52包括传感器阵列，该传感器阵列具 有密度在从200至MOO “点每英寸”(dpi)范围内的检测器元件64，这对应于从约125μπι 至约ΙΟμπι范围内的检测器元件(“像素”)尺寸。在示例实施例中，检测器单元62包括诸 如扫描仪、复印机和传真机中所使用的类型的至少一个接触图像传感器。在示例实施例中， 可端对端地安排多个接触传感器单元以形成长线性检测器单元62。对于跨长约125 μ m或更小的检测器元件64，多个检测器元件可用于检测在给定 通道端M (图9中未示出；参见图5B)离开的光。在示例实施例中，每通道宽度W。上的检 测器元件64的数量为Ni，且在特定示例实施例中，2 < Nl ( 25。这允许检测器单元62分 辨并定位陶瓷过滤器主体10中的小缺陷。在示例实施例中，线性光源单元52和线性检测器单元62在陶瓷过滤器主体10的 相应端16和18上扫描。在另一个示例实施例中，利用传送系统80将陶瓷过滤器主体10 传送通过线性光源单元52和线性检测器单元62。在示例实施例中，两个线性光源单元52 和52’及两个线性检测器单元62和62’用于形成如图4所示的“双端”系统50。在示例实 施例中，扫描整个陶瓷过滤器主体10并从两个陶瓷过滤器主体端16和18获取数据所需时 间约为五秒。在示例扫描实施例中，线性光源单元52保持固定以照明所选的一行通道20而线 性检测器单元62在对应的通道端M上扫描。线性光源单元52然后移动到下一行通道20， 且线性检测器单元62扫描下一个对应通道端24。这种“步进并扫描”过程重复直到检查陶 瓷过滤器主体10的所有的通道20。可通过在线性检测器单元62连续移动时脉冲控制或调 制光源单元52来修改这种过程，且脉冲控制或调制的时序使得对于每个光脉冲检测器元 件64沿扫描方向移动检测器元件宽度(“像素宽度”)。在另一个示例实施例中，线性检测器单元62包括足够的检测器元件的行以在X和 Y方向上覆盖通道20的整个宽度Wc。在本发明的背景下，这种检测器单元62的特定布置 被认为是“线性检测器”，因为这一检测器单元一次检测或覆盖通道20的一行或“排”。图IOA是单个陶瓷过滤器主体通道20的特写图，示出在通道中传播的光束LB和 由无缺陷塞子30阻挡的光。因为塞子30中没有缺陷，在陶瓷过滤器主体端16处的通道端 22输入的光束LB没有实质部分到达任意检测器元件64，所以没有生成检测器信号S64。或 者，生成表示检测到“零”光的基线检测器信号S64(以虚线形式示出)。图IOB示出对于定位成检测穿过特定通道端M的光的特定组检测器元件64，由控制器100形成的通道端图像138。因为没有检测到光，所以通道端图像138是黑色的。注意 在图IOA中，对于每个通道端M总共16个检测器元件64，每通道宽度Wc有四个检测器元 件64。图IlA类似于图10A，但示出塞子30中的缺陷DEF2，该缺陷DEF2允许来自光束LB 的可检测的光部分LBD穿过。可检测的光部分LBD由定位成检测穿过特定通道端M的光 的检测器元件64的子集检测到。这导致生成包含关于可检测光部分LBD的信息的对应检 测器信号S64。图IlB类似于图IOB且示出由控制器100形成的灰度通道端图像138，其基于所检 测的光部分LBD将塞子30中的缺陷DEF2的相对位置和大小指示为与光部分LBD所激活的 各检测器元件64相对应的灰度部分139A至139D。对于陶瓷过滤器主体10未被堵塞的情况，内部材料缺陷越远离检测器单元62，来 自光束LB的可检测的光部分LBD在其最终到达检测器单元时往往更漫射。因此，一些材料 缺陷将导致光束LB强度的整体降低，使得对于给定通道20多个检测器元件64将各自检测 相同的光强。对于更接近检测器单元62的材料缺陷，光强变化一般更明显，因为光发散和 漫射的距离短。因此，从整体光强降低以及与给定通道20相关联的光强变化搜集的信息提 供对陶瓷过滤器主体10中材料缺陷的位置和类型的洞察。线性光源单元52可具有若干不同形式。图12A是与图8A所示相类似的线性光源 单元52的第一示例实施例的示意图，但光纤电缆201中携带多个光纤200。电缆201在一 端耦合到光源220且包括一扇出部分203，该扇出部分203被配置成使得光纤端212用作一 排光源元件M。图12B是光源单元52的另一个示例实施例的示意图，其中光源220是激光器，且 透镜230包括圆柱发散透镜231和圆柱会聚透镜232，其形成准直线光束LB。图12C是类似于图12B的光源单元52的另一个示例实施例的示意图，且示出透镜 230中仅使用圆柱发散透镜231来形成发散线型光束LB的示例实施例。图13是类似图10的示意图，但示出线形光源单元52包括荧光灯管250形式的扩 充光源元件M的示例实施例。在示例实施例中，荧光灯管250是荧光孔径灯，其包括细长 孔径，相对大量的光从该细长孔径发射。荧光灯管250允许容易地照明陶瓷过滤器主体端 16的一排的大部分，而线形检测器单元62将光检测限制在通道20的所选排(行)上。由 荧光灯管250提供的发散照明还允许在蜂窝结构12中可能出现的较大的通道对齐偏移公 差。第三示例实施例图14是类似于图10的系统50的示例实施例的示意图，但其中光源单元52配置 成照明陶瓷过滤器主体10的整个或基本上整个端16，而检测器单元62配置成在陶瓷过滤 器主体的整个端18上检测离开的光。在该示例实施例中，光源单元52包括例如荧光灯管 的阵列或LED阵列。检测器单元62包括例如线形检测器的阵列，例如接触图像传感器的阵列，以形成 覆盖整个或基本上整个陶瓷过滤器主体端18的2-D检测器阵列。或者，检测器单元62可 包括较小的2-D检测器的阵列以形成较大的2-D检测器单元。因为陶瓷体10具有约3”至17”(即约7. 6cm至约43. 2cm)的直径，形成覆盖整个或基本上整个陶瓷过滤器主体直径的2-D检测器单元和2-D光源单元相对昂贵。同样， 用光源单元52覆盖整个陶瓷过滤器主体端16并用检测器单元62覆盖整个陶瓷过滤器主 体端18既防止紧邻陶瓷过滤器主体10两端的光检测又本质上排出了形成系统50的期望 “双端”实施例的可承担且非复杂版本。第四示例实施例如上所讨论的，蜂窝结构12的壁14可具有开口(例如，足够大的缝隙或孔)形式 的缺陷DEF6 (参见图幻，该开口的尺寸使光束LB的可检测部分LBD穿过至相邻通道20。该 可检测的光部分LBD然后可在相邻通道的端M被检测器元件64检测到。同样，来自光束 LB的光部分到相邻通道的转移降低了光束LB的光强。该相同现象可应用到利用光源单元 52’、检测器单元62’和可检测的光部分LBD’的相反方向。因此，与光束LB和/或LB’光 传播的原始通道相邻的通道20中电子检测器信号S64和/或S64’的生成连同光束LB和 /或LB’光强的降低(从与原始通道的检测器单元相关联的电子信号推导出的)表示蜂窝 结构12中的开口类型缺陷DEF6。对本领域的技术人员而言，显然可对本文所述的本发明的示例实施例作各种修改 而不偏离所附权利要求书定义的本发明的精神或范围。因而，本发明旨在覆盖本发明的修 改和变体，只要这些修改和变体落在所附权利要求书及其等同项的范围之内。
权利要求
1.一种检测具有蜂窝结构的陶瓷过滤器主体中的缺陷的方法，所述蜂窝结构具有第一 和第二端以及在所述第一和第二端之间的纵向通道阵列，所述方法包括将具有至少一个第一光源元件的第一光源单元和具有至少一个第一检测器元件的第 一检测器单元定位成分别与所述第一和第二端相邻，使得所述至少一个第一光源元件和所 述至少一个第一检测器元件能够通过对应的至少一个第一通道光学连通；将来自所述第一光源单元的至少一个第一光束通过所述至少一个第一通道发射到所 述第一检测器单元；利用所述至少一个第一检测器元件检测来自所述至少一个第一光束的第一光，并响应 于此生成表示所检测的第一光的至少一个第一电检测器信号；以及处理所述至少一个第一电检测器信号以确定至少一个第一缺陷是否存在于所述至少 一个第一通道内。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述处理还包括对于所述至少一个第一缺陷计算相对于所述第二端的对应的至少一个缺陷位置。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括相对于所述第一光源单元和所述第一检测器单元移动所述陶瓷过滤器主体以便在基 本上整个陶瓷过滤器主体上检测至少一个第一缺陷。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括提供宽度在约10微米至约125微米之间的所述至少一个第一检测器元件。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，检测来自所述第一光束的第一光包括利用 Nl个第一检测器元件检测所述第一光，其中2 < m < 25。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个光源元件包括选自包括发光 二极管、激光器和荧光管的光源元件组的一个或多个光源元件。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括从一个或多个光纤形成所述第一光源单元。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷过滤器主体包括安排在与所述第 一检测器单元相邻的所选通道端中的多个第一塞子，且其中所述至少一个第一通道是指定 包括所述第一塞子之一的所选通道之一，所述方法还包括检测通过a)所述第一塞子中的缺陷或b)当缺少所述第一塞子时所述至少一个第一通 道端的第一光。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将具有至少一个第二光源元件的第二光源单元和具有至少一个第二检测器元件的第 二检测器单元定位成分别与所述第二和第一端相邻，使得所述至少一个第二光源元件和所 述至少一个第二检测器元件能够通过对应的至少一个第二通道光学连通；将来自所述第二光源单元的第二光束通过所述至少一个第二通道发射到所述第二检 测器单元；利用所述至少一个第二检测器元件检测来自所述第二光束的第二光，并响应于此生成 表示所检测的第二光的至少一个第二电检测器信号；以及处理所述第二电检测器信号以确定至少一个第二缺陷是否存在于所述至少一个第二 通道内。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述陶瓷过滤器主体包括安排在与所述第 一检测器单元相邻的所选通道端中的多个第一塞子、安排在与所述第二检测器单元相邻的 所选通道端中的多个第二塞子，且其中所述至少一个第一和第二通道是指定包括所述第一 和第二塞子的所选通道之一，所述方法还包括检测通过a)所述第一塞子中的缺陷或b)当缺少所述第一塞子时所述至少一个第一通 道端的第一光；以及检测通过a)所述第二塞子中的缺陷或b)当缺少所述第二塞子时所述至少一个第二通 道端的第二光。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，处理所述第一和第二电检测器信号包括检 测与穿过无缺陷通道的所述第一和第二光束的光强相比的所述第一和第二光束之一的光 强降低，以便检测蜂窝结构内的材料缺陷形式的所述第一和第二缺陷之一。
12.—种检测具有蜂窝结构的陶瓷过滤器主体中的缺陷的系统，所述蜂窝结构具有第 一和第二端以及在所述第一和第二端之间的纵向通道阵列，所述系统包括第一光源单元，所述第一光源单元具有至少一个第一光源元件且定位成与第一蜂窝结 构端相邻，所述光源单元适于生成第一光束；第一检测器单元，所述第一检测器单元具有至少一个第一检测器元件且定位成与第二 蜂窝结构端相邻，使得所述至少一个第一光源元件和所述至少一个第一检测器元件能够通 过对应的至少一个第一通道光学连通，所述第一检测器单元被构造成响应于检测到来自第 一光束的第一光而生成第一电检测器信号；以及处理器，所述处理器电连接至所述第一检测器单元且适于处理所述第一电检测器信号 以确定至少一个第一缺陷是否存在于所述至少一个第一通道中。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，每个通道具有通道宽度，且其中所述第一光源单元包括第一光源元件的线形阵列，所述第一光源元件生成传播通过多 个第一通道的多个第一光束；以及所述第一检测器单元包括跨越多个第一通道且具有多个第一检测器元件的接触传感 器，且每通道宽度具有2至25个第一检测器元件。
14.如权利要求12所述的系统，其特征在于，还包括第二光源单元，所述第二光源单元具有至少一个第二光源元件且定位成与第二蜂窝结 构端相邻，所述光源单元适于生成第二光束；第二检测器单元，所述第二检测器单元具有至少一个第二检测器元件且定位成与第二 蜂窝结构端相邻，使得所述至少一个第二光源元件和所述至少一个第二检测器元件能够通 过对应的至少一个第二通道光学连通，所述第二检测器单元被构造成响应于检测到来自第 二光束的第二光而生成第二电检测器信号；以及处理器，所述处理器电连接至所述第二检测器单元且适于处理所述第二电检测器信号 以检测所述至少一个第二通道内的一个或多个第二缺陷。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，通道各自具有通道宽度，且其中所述第一和第二光源单元包括具有相应第一和第二光源元件的相应第一和第二线形阵列，所述第一和第二光源元件生成传播通过相应多个第一和第二通道的相应多个第一和 第二光束；以及所述第一和第二检测器单元包括跨越相应多个第一和第二通道且具有相应多个第一 和第二检测器元件的相应第一和第二接触传感器，且每通道宽度具有2至25个第一和第二 检测器元件。
16.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述至少一个第一缺陷包括以下缺陷中 的一个或多个a)在所述第二通道端处安排在所选通道中的塞子中的一个或多个塞子缺陷；以及b)所述蜂窝结构内的一个或多个材料缺陷。
17.—种检测陶瓷蜂窝结构中的缺陷的方法，所述陶瓷蜂窝结构具有第一和第二端以 及具有第一和第二通道端的纵向通道阵列，且理想地具有在所选第一和第二通道端处的第 一和第二塞子以便密封所选通道端，所述方法包括将第一光通过第一端通过一个或多个第一通道发射到第二端并在第二端处检测穿过 至少一个第一缺陷的第一光；将第二光通过第二端通过一个或多个第二通道发射到第一端并在第一端处检测穿过 至少一个第二缺陷的第二光；以及处理第一检测光和第二检测光以便检测至少一个第一缺陷和至少一个第二缺陷。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，分别利用安排在第二和第一端处相应第 一和第二接触传感器来执行检测第一和第二光，包括利用多个第一检测器元件检测第一光 和利用多个第二检测器元件检测第二光。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述至少一个第一缺陷和所述至少一个 第二缺陷分别包括在所选第一和第二端处第一和第二丢失塞子。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括利用安排成与所述第一和第二端相邻的相应第一和第二线形光源单元分别生成第一 和第二光；利用安排成与所述第二和第一端相邻的相应第一和第二线形检测器单元分别检测第 一和第二光；或者相对于蜂窝结构移动第一和第二光源单元及第一和第二检测器单元，或者相对于 第一和第二光源单元及第一和第二检测器单元移动蜂窝结构，以便基本上在整个蜂窝结构 上检测至少一个第一缺陷和至少一个第二缺陷。
全文摘要
公开了用于检测具有限定多个通道(20)的蜂窝结构(12)的陶瓷过滤器主体(10)中的缺陷(DEF1-DEF5)的系统(50)和方法。塞子(30)用于密封所选通道端(22、24)。该方法包括利用第一光源单元(52)和第一检测器单元(62)，第一光源单元(52)和第一检测器单元(62)操作地安排在蜂窝结构的相应第一和第二端(16、18)以便能够光学连通。光束(LB)通过多个通道从第一光源单元发射到第一检测器单元。给定塞子中的缺陷使得对应光束的可检测部分(LBD)被检测到。多个检测器元件(64)用于检测可检测的光束部分以提供位置和光强变化信息，这有助于推导出缺陷的精确位置和性质。相对端(16、18)处的光源单元(52、52’)以及相对端(18、16)处的检测器单元(62、62’)形成“双端”系统，这种“双端”系统允许在两个陶瓷过滤器主体端同时测量缺陷。还公开了测量未堵塞陶瓷过滤器主体的缺陷(DEF4、DEF5)的系统和方法。
文档编号G01N21/95GK102132146SQ200980133677
公开日2011年7月20日 申请日期2009年8月21日 优先权日2008年8月22日
发明者L·R·左勒三世 申请人:康宁股份有限公司