使用X射线CT成像检查蜂窝陶瓷结构的系统和方法与流程

背景技术：

1、本发明总体上涉及用于检查蜂窝陶瓷结构的系统和方法，例如用于气体微粒过滤器(gpf)、柴油微粒过滤器(dpf)和催化转化器中的蜂窝陶瓷结构，以处理工作流体中不需要的成分，例如燃烧废气中的污染物，本发明尤其涉及使用x射线计算机断层扫描(ct)技术检查蜂窝陶瓷结构的系统和方法。

技术实现思路

1、本文描述了各种方法，其中包括使用x射线ct成像技术提供蜂窝陶瓷结构的改进的制造和检查。例如，用于检查蜂窝陶瓷结构的方法包括，例如通过用x射线辐射蜂窝陶瓷结构的外围而获得的多个x射线图像，来生成三维体积文件。例如通过获取三维体积文件的横截面切片，将三维体积文件简化为二维数据集。例如通过识别二维数据集中的结构特征的部分并将这些部分关联在一起，在三维体积中跟踪一个或多个感兴趣的结构特征，例如网状平面或堵塞单元。表示结构特征的实际几何形状的几何轮廓从对应于二维数据集中的结构特征的数据导出。根据几何轮廓从三维体积文件中提取的强度数据生成平面表示。然后可以分析每个结构特征的平面表示，以确定结构特征的结构状况。

2、本文公开的系统和方法可用于在制造过程中提供快速反馈，以揭示蜂窝陶瓷结构是否不存在有意义的结构不规则性。本文公开的系统和方法还可以用于检查制造的产品总体的一小部分，以提供关于在制造的产品总体中是否存在有意义的结构不规则性的统计上显著的度量。申请人已经意识到并认识到，蜂窝陶瓷结构的物理或结构状况可以使用x射线ct成像和基于快速对比度的图像分析技术来自动且准确地检测和分析。没有基于快速对比度的图像分析技术的x射线ct成像技术仅可用于在制造期间偶尔对蜂窝陶瓷结构进行抽查，因为它需要由人对图像进行定性评估，这是昂贵且耗时的。使用x射线ct成像和基于快速对比度的图像分析技术，无需任何人工评估即可对图像进行准确的定量评估。

3、以下提及的所有示例和特征可以以任何技术上可能的方式组合。

4、在一些实施方案中，用于检查蜂窝结构的方法包括从x射线图像生成蜂窝结构的三维体积文件；将所述三维体积文件简化为二维数据集；通过在多个所述二维数据集中识别结构特征的一部分，在所述三维体积文件中跟踪一个或多个感兴趣的结构特征；从所述二维数据集中与所述感兴趣的结构特征相对应的数据导出所述感兴趣的结构特征的几何轮廓；通过根据所述几何轮廓从所述三维体积文件中提取数据来创建所述感兴趣的结构特征的平面表示；以及基于所述感兴趣的结构特征的平面表示来确定所述蜂窝结构的至少一个结构状况。

5、在一些实施方案中，所述蜂窝结构包括交叉的壁的阵列，其中所述壁在多个网状平面中横向延伸穿过所述蜂窝结构。

6、在一些实施方案中，所述感兴趣的结构特征是一个或多个网状平面，并且所述几何轮廓包括一系列线段，所述线段沿一个或多个网状平面中的每一个的壁行进。

7、在一些实施方案中，生成几何轮廓包括：在所述蜂窝结构的一个壁的厚度方向中心处，开始所述一系列线段中的第一线段；在沿着与所述第一线段的开端间隔开的所述壁的位置处，检测所述蜂窝结构的壁的中心的偏离；在所述偏离的位置处，终止第一线段；以及在所述第一线段的末端处，开始所述一系列线段中的第二线段。

8、在一些实施方案中，所述偏离被确定为大于预定阈值的距离或角度。

9、在一些实施方案中，简化三维体积文件包括：将所述三维体积文件切割成横截面切片序列，每个横截面切片具有沿所述蜂窝结构的轴向长度测量的厚度，并且将每个二维数据集生成为三维文件的一个相应横截面切片的轴向投影强度数据。

10、在一些实施方案中，所述横截面切片的厚度为50μm至200μm。

11、在一些实施方案中，所述结构特征的几何轮廓被生成为多个单独的几何轮廓，其分别对应于在横截面切片的二维数据集中识别的结构特征的每个部分。

12、在一些实施方案中，所述感兴趣的结构特征是蜂窝结构的壁沿其延伸的一个或多个网状平面，并且每一个单独的几何轮廓包括一系列线段，所述线段沿一个或多个网状平面中的每一个的壁行进。

13、在一些实施方案中，所述一系列线段沿着所述一个或多个网状平面中的每一个的厚度方向的中心线行进。

14、在一些实施方案中，所述感兴趣的结构特征是蜂窝结构的一个或多个堵塞单元，并且每个所述单独的几何轮廓包括每个堵塞通道的横截面。

15、在一些实施方案中，每个堵塞通道的横截面是在堵塞单元的对角相对的角柱之间截取的。

16、在一些实施方案中，创建平面表示包括从三维体积文件中提取每个单独的几何轮廓的强度数据，以及将强度数据投影到轴向层中的平面上，所述轴向层具有与二维数据集相对应的横截面切片的轴向厚度，其中每个单独的几何轮廓都是从该二维数据集生成的。

17、在一些实施方案中，所述方法进一步包括对三维体积文件进行定向，使得包括至少一个网状平面的一个或多个感兴趣的区域可以沿着蜂窝结构的轴向长度被跟踪。

18、在一些实施方案中，确定所述至少一个结构状况包括确定所述至少一个结构状况是添加到蜂窝陶瓷结构中的任何组分中的无不规则结构、非编织、薄网、夹杂物、针孔、撕裂、裂纹、几何变化和不均匀性中的至少一种。

19、在一些实施方案中，所述方法进一步包括确定至少一个结构状况的尺寸。

20、在一些实施方案中，确定至少一个结构状况包括分析平面表示中大于阈值变化值的强度变化。

21、在一些实施方案中，所述一个或多个感兴趣的结构特征包括一个或多个网状平面，所述蜂窝结构的壁沿着所述网状平面延伸，并且创建所述平面表示进一步包括滤除所述平面表示上规则出现的强度变化，所述强度变化对应于沿着所述一个或多个网状平面中的每一个的壁之间的规则交叉。

22、在一些实施方案中，创建所述平面表示还包括确定或获得强度全局阈值，以及抑制至少一个噪声区域以增加信噪比。

23、在一些实施方案中，创建平面表示还包括确定或获得单元开口与壁厚的比率，并基于该比率测量和减去x射线噪声以增加信噪比。

24、在一些实施方案中，所述方法还包括用x射线辐射蜂窝结构的外围以产生x射线图像。

25、在一些实施方案中，辐射蜂窝结构的外围包括相对于辐射源的辐射轴以一定角度定向蜂窝结构，使得每个x射线图像相对于蜂窝陶瓷结构的端面成一定角度。

26、在一些实施方案中，所述方法还包括在将所述三维体积文件简化成二维数据集之前，旋转所述三维体积文件的数据以使所述蜂窝陶瓷结构与至少一个分析轴对齐。

27、在一些实施方案中，所述方法还包括在显示器上显示蜂窝陶瓷结构中至少一个结构状况的信息。

28、在一些实施方案中，显示所述信息包括显示指示至少一个结构状况的位置的一个或多个指示。

29、在一些实施方案中，识别一个或多个感兴趣的结构特征的部分包括识别蜂窝陶瓷结构的堵塞和未堵塞的单元，并且其中识别堵塞和未堵塞的单元包括：识别所述壁和所述壁之间的单元内部的位置；截取壁之间的每个单元内部的横截面；以及沿着每个单元内部的横截面对三维体积文件的强度值进行采样。

30、在一些实施方案中，横截面是沿对角线穿过单元内部截取的。

31、在一些实施方案中，所述至少一个结构状况包括堵塞长度、有效堵塞深度、堵塞单元中堵塞材料的凹度、堵塞材料中的内部空隙、额外堵塞单元、或不存在堵塞单元、或堵塞单元之间的堵塞长度的周期性变化。

32、在一些实施方案中，所述方法还包括在显示器上显示所识别的堵塞单元的二维截面图中的至少一个，其显示所识别的至少一个结构状况或与所识别的至少一个结构状况相关的一个或多个指示。

33、在一些实施方案中，蜂窝结构处于陶瓷烧制状态或陶瓷生坯状态。

34、在一些实施方案中，制造陶瓷蜂窝结构的方法包括挤压陶瓷形成混合物以形成蜂窝结构；以及根据前述实施方案中任一项所述的方法检查蜂窝结构。

35、在一些实施方案中，当蜂窝结构处于生坯状态时进行检查。

36、在一些实施方案中，所述方法进一步包括烧制所述蜂窝结构，并且其中在烧制之后进行检查。

37、在一些实施方案中，用于检查蜂窝结构的方法包括通过扫描仪，用x射线辐射蜂窝结构的外围；通过一个或多个处理器，从x射线图像生成三维体积文件；通过所述一个或多个处理器，将所述三维体积文件简化为二维数据集；通过所述一个或多个处理器，识别所述三维体积文件的所述二维数据集中的一个或多个感兴趣的结构特征；通过所述一个或多个处理器，从所述二维数据集中导出一个或多个结构特征的几何轮廓；通过所述一个或多个处理器，基于所述几何轮廓，为来自三维体积文件的一个或多个感兴趣的结构特征中的每一个创建平面表示；以及通过所述一个或多个处理器，基于感兴趣的结构特征的平面表示，确定所述蜂窝陶瓷结构的至少一个结构状况。

38、提供本“
技术实现要素：
”是为了以简化的形式介绍将在以下“具体实施方式”中进一步描述的一些概念的选择。本“发明内容”不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。此外，应当注意，本发明不限于具体实施方式和/或本文件的其他部分中描述的具体的实施方案。本文中提出的此类实施例仅用于说明性目的。基于本文所包含的教导，附加实施方案对于相关领域的技术人员来说将是显而易见的。