CN105474479A - 用于确定压接电连接的压接高度的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种压接设备，使其包括压接工装(104)，所述压接工装(104)包括砧座(114)和可朝向砧座移动的冲头(116)，具有限定在砧座和冲头之间的压接区域，所述压接区域被配置为接收电线(112)和端子(110)，所述端子(110)被配置为通过压接工装压接到电线。超声换能器(160)联接到砧座和冲头中的至少一个，其接收穿过电线和端子发送的声信号(158)。压接质量模块接收来自超声换能器的信号。压接质量模块基于由超声换能器接收的声信号确定端子的压接高度(170)。
Description
技术领域
本文主题大体涉及确定压接电连接的压接高度的方法和***。
背景技术
端子通常用常规的压接机压接到电线上，所述常规的压接机具有用于支撑电端子的砧座以及可朝向和远离砧座移动、用于压接端子的冲头。在操作中，端子放置在砧座上，电线的端部被***端子的套管或套筒内，并且冲头被促使朝向砧座移动到压机的冲程极限，由此将端子压接到电线上。冲头然后缩回到其起点。
为了获得满意的压接连接，压接端子的压接高度和其他特性必须被严密控制。端子的压接高度是压接之后端子的给定部分的高度或最大竖直尺寸的度量。通常，如果端子没有被压接到用于特定的端子和电线组合的正确压接高度，则会导致不符合要求的压接连接。一些***通过端子的手动测量来测量压接高度，其可是缓慢并令人厌烦的。一些***基于冲头位移的测量来测量压接高度。例如，通过在压接处理期间准确测量压接高度来检测这样的有缺陷的压接连接的简单的无损方法在属于Yeomans的美国专利4,856,186和4,916,810中被公开。
另一方面，尽管如此，很多不符合要求的压接连接呈现“正确的”压接高度。压接高度的差异或压接端子中的其他物理差异并不是固有本质上是有缺陷的压接连接的原因，而是导致不良连接的另一因素的指示。这样的因素包括使用错误的端子或电线尺寸、遗漏电线线股、错误的电线类型、以及不正确的绝缘层剥离。由于这样的有缺陷的压接连接经常具有高质量压接连接的表象，因此难以辨别这些缺陷以使得能够采取及时的校正动作。通过在压接操作期间分析施加在端子上的压接力来检测有缺陷的压接连接的简单的无损方法在属于Strong的美国专利5,123,165和5,197,186中被公开。然而，由于压接力和压接机器部件位置中的意外改变，基于力的测量的压接高度和低质量压接的估计是不可靠的。另外，基于力的压接高度的估计需要复杂的计算机***来解译力和位置数据以推出估计的压接高度。
超声检测的新技术已被提出用于在压接质量监测中使用。例如，美国专利7,181,942描述了用于通过将信号与来自之前的压接的信号进行比较以测量压接连接的超声设备和方法，其通过破坏测试被确定为令人满意的。
发明内容
压接质量监测***提供了这些问题的解决方案，所述压接质量监测***使用超声监测确定压接端子的压接高度作为压接质量的度量，如这里所述。***包括端子压接设备，所述压接设备包括压接工装，所述压接工装包括砧座和可朝向砧座移动的冲头，并具有限定在砧座和冲头之间的压接区域，其被配置为接收电线和端子，端子被配置为通过压接工装压接到电线。超声换能器联接到砧座和冲头中的至少一个，其接收穿过电线和端子发送的声信号。压接质量模块接收来自超声换能器的信号。压接质量模块基于由超声换能器接收的声信号确定端子的压接高度。
附图说明
现在将通过示例、参考附图来描述本发明，其中：
图1是根据示例性实施例的端子压接设备的透视图；
图2例示了端子压接设备的一部分，其示出了附接至用于在压接操作期间成形压接端子的砧座和冲头的超声换能器；
图3示出了端子压接设备的控制模块的示例性实施例；
图4例示了端子压接设备的一部分，其示出了附接至用于在压接操作期间成形压接端子的砧座和冲头的超声换能器。
具体实施方式
图1是根据示例性实施例形成的端子压接设备100的透视图。端子压接设备100用于将端子压接至电线。在示出的实施例中，端子压接设备100是具有敷料器(applicator)102的台式机器。可替代地，端子压接设备100可以是另一类型的压接机器，诸如引线制造机(leadmaker)或手动工具。
端子压接设备100包括用于在冲压或压接操作期间成形端子的压接工装104。端子压接设备100具有限定在压接工装104之间的终端区域或压接区域106。电连接器或端子110和电线112的端部置于压接工装104之间的压接区域106中。在示例性实施例中，用于压接的压接工装104包括砧座114和冲头116。砧座114和/或冲头116可具有在压接处理期间限定端子110的形状或轮廓的可移除模具。在示出的实施例中，砧座114是敷料器102的静止部件，并且冲头116为可移动部件。替代地，砧座116和冲头114二者可均为可移动的。例如，使用手动工具时，在压接操作期间通常压接工装104的两个半部均朝向彼此闭合。
端子压接设备100包括馈送设备118，其被定位为向压接区域106供给端子110。馈送设备119可邻近机械压接工装104定位，以将端子110递送到压接区域106。端子110可被馈送机构引导到压接区域106，以保证端子110在压接区域106中的合适的放置和定向。电线112被电线馈送器(未示出)递送到压接区域106。
端子压接设备100可被配置为使用侧向馈送型敷料器和/或端部馈送型敷料器操作。侧向馈送型敷料器压接沿着装载带并排布置的端子，而端部馈送型敷料器压接在装载带上相继、首尾相连布置的端子。端子压接设备100可被配置以适应侧向馈送和端部馈送型敷料器二者，其可以在端子压接设备100内可互换。
在压接操作期间，敷料器102的冲头116被端子压接设备100的驱动机构120穿过压接冲程驱动，初始地朝向静止的砧座114，并且最终远离砧座114。因此，压接冲程具有向下分量和向上分量二者。端子110到电线112的压接发生在压接冲程的向下分量期间。在压接操作期间，端子110在压接区域106中被装载到砧座114上，并且电线112的端部被给送到端子的压接套管内。冲头116然后被向下沿着压接冲程朝向砧座114驱动。冲头116接合端子110的压接套管并且使压接套管的端部向内围绕电线112变形(例如合拢或卷绕)。压接工装104通过在冲头116和砧座114之间压缩或挤压端子110而将端子110压接到电线112上。冲头116随后返回到向上位置。当冲头116向上移动时，冲头116松开端子110或从端子110分离。在示例性实施例中，端子110和/或电线112的弹性性质导致端子110从压接冲程的向下部分的底部死点轻微地弹回。端子110的弹性屈服或回弹将跟随冲头116行进冲头116的冲程的返回或向上部分的一部分，直到端子110达到最终的或稳定的尺寸。对于这一点，端子110具有在端子110的底和顶极点之间度量的特定压接高度。
端子压接设备100的操作被控制模块130控制。例如，控制模块130可控制驱动机构120的操作。控制模块130可控制馈送设备118的操作并且使压接冲程的正时与馈送设备118的馈送冲程的正时同步。在示例性实施例中，控制模块130包括压接质量模块132，其确定特定压接的压接质量。如果压接质量不满足某些规范，端子110可被丢弃。在示例性实施例中，压接质量模块132确定端子的压接高度作为压接质量的度量。除了压接高度之外，或替代压接高度，压接质量模块132可基于其他特性确定压接质量，所述其他特性诸如压接期间的力分布或力的度量。
可选地，控制模块130可具有线性位置模块134用于确定压接高度，诸如通过确定冲头116和砧座114之间的间隔距离。例如，在校准后，线性位置模块134可被用于确定压接高度。线性位置模块134可被用于确定在特定时间(例如在底死点或当冲头116从端子110分离时)冲头116的位置用于一个压接到下一个的比较，其可以是质量控制检验。线性位置模块134可被用于确定何时压接工装在运转，并且因此基于来自线性位置模块134的信号操作其他模块。
可选地，控制模块130可具有力检测模块136用于确定在压接操作期间由压接工装104施加到端子的力。压接质量模块132可基于压接高度和测量的力确定压接质量。可选地，控制模块130可具有调整模块138用于调整冲头116和/或砧座114的相对位置。这样的调整可使用计算机控制的***实施。冲头116和/或砧座114的位置的调整可改变冲头116的底死点相对于砧座114的位置。冲头116和/或砧座114的位置的调整可改变端子的压接高度。调整可基于由压接质量模块132确定的压接质量而做出。
在示例性实施例中，控制模块130包括用于发射和接收超声波声信号的超声模块140。超声模块140可在压接操作期间使得超声信号被穿过端子110和电线112传输。压接质量模块132可基于穿过端子110和电线112传输的声信号确定压接质量。压接质量模块132可基于穿过端子110和电线112传输的声信号确定端子110的压接高度。压接质量模块132可基于穿过端子110和电线112传输的声信号确定压接端子的形状。超声模块140可在压接操作期间使得超声信号除了穿过端子110和电线112外还穿过冲头116传输。例如，在一些实施例中，声信号可在冲头116中的换能器处生成，传输穿过冲头116、穿过端子110、穿过电线112以及穿过砧座14，并且然后在砧座114中的换能器处被接收。在一些实施例中，声信号可在砧座114中的换能器处生成，传输穿过砧座114、穿过端子110、穿过电线112以及穿过冲头116，并且然后在冲头116中的换能器处被接收。在一些实施例中，声信号可在冲头116中的换能器处生成，传输穿过冲头116、穿过端子110、穿过电线112以及然后往回穿过冲头116，并且然后在冲头116中的换能器(其可以是生成声信号的同一换能器)处被接收。在一些实施例中，声信号可在砧座114中的换能器处生成，传输穿过砧座114、穿过端子110、穿过电线112以及然后往回穿过砧座114，并且然后在砧座114中的换能器(其可以是生成声信号的同一换能器)处被接收。
可选地，控制模块130可具有校准模块142，用于校准控制模块130的一个或多个模块。例如，控制模块142可被用于确定高度、距离、超声频率、***中使用的材料的系数等，其可被压接质量模块132或其他模块用来实施计算或用在运行算法中，以确定压接高度或***的其他特性。
可选地，任何模块的功能可被组合进一个或多个其他模块中。例如，校准和压接质量模块可组合进单独的模块等。
图2例示了端子压接设备100的一部分，其示出了用于在压接操作期间成形压接端子的砧座114和冲头116。在示例性实施例中，压接工装104形成F压接(F-crimp)；然而在替代实施例中其他形状的压接工装可形成具有其他形状的压接。
砧座114具有用于支撑端子110的支撑表面150。在所示的实施例中，支撑表面150是平的且是水平的；然而，在替换实施例中支撑表面150可以具有其他形状和定向。当冲头穿过压接冲程移动时端子110停靠在支撑表面150上。
冲头116具有在压接处理期间接合端子110的成形表面152。成形表面152在压接处理期间向内按压端子套管的侧壁。成形表面152在压接处理期间抵靠电线112压紧侧壁。当冲头116与端子110接触时，声信号158可横穿成形表面152传输进入端子110和电线112。声信号158可横穿支撑表面150传输进入砧座114。声信号158可在限定在成形表面152和支撑表面150处的交界面处被反射。
在示例性实施例中，超声模块140(图1中所示)包括传输和/或接收在超声频率范围内的声信号158的一个或多个超声换能器160。在示出的实施例中，超声模块140包括超声发射换能器162和超声接收换能器164。超声发射换能器162联接到冲头116，而超声接收换能器164联接到砧座114。在其他实施例中，超声接收换能器164可联接到冲头116，并且/或者超声发射换能器162可联接到砧座114。在其他实施例中，换能器162、164中的任一个或者全部两个可能够发射和接收声信号158，而不是具有专用的发射和接收换能器。在其他实施例中，仅需要能够发射和接收声信号158的一个换能器162或164。超声换能器160可被联接至压接工装104的外部表面。可替代地，超声换能器可嵌入压接工装104内。超声换能器160被超声地联接至压接工装104，其中声信号158可被从超声换能器160发射至压接工装104或从压接工装104发射至超声换能器160。超声换能器160经由压接工装104超声地联接至端子110和电线112。
在示例性实施例中，超声换能器160是将电能转换为声音的压电换能器。当电压施加到压电换能器时，压电换能器改变大小。超声模块140包括联接到超声发射换能器162的电气线路，以提供横跨超声换能器162的交流电来引起很高频率的振荡以产生很高频率的声波。当来自声信号158的力被施加至超声接收换能器164时该超声接收换能器164生成电压，并且在超声接收换能器164处生成的电信号由联接至其的电气线路传输至超声模块140和/或压接质量模块132(图1中所示)。不同于压电换能器的其他类型的超声换能器160可在替代实施例中被使用，诸如磁致伸缩换能器。
在示例性实施例中，超声模块140被用于通过在发射换能器162处生成超声波声信号158来确定形成的电线112和端子110的压接高度。声信号158以纵向声波的形式行进穿过压接工装104和压接端子110和电线112，然而波可以沿任何方向传播。超声接收换能器164接收声信号158并且将这样的信号转换为电信号用于诸如被压接质量模块132处理。这样的处理被重复，约每个压接循环500次或更多次。
超声波声信号158穿过冲头116(例如沿距离Y1)、穿过端子110和电线112(例如沿距离Y2)、以及穿过砧座114(例如沿距离Y3)所需的时间T可使用超声模块140和/或压接质量模块132处的超声信号生成和处理装置准确测量。冲头116和砧座114的距离，即Y1和Y3，由压接工装104固定，而端子110和电线112的距离Y2在压接处理期间改变。声信号158行进距离Y1的时间T1可被测量或确定，并且是基于冲头116的材料的声传输速度系数的。声信号158行进距离Y2的时间T2可被测量或确定，并且是基于端子110和电线112的材料的声传输速度系数的。声信号158行进距离Y3的时间T3可被测量或确定，并且是基于砧座114的材料的声传输速度系数的。
将信号从发射换能器162发送到接收换能器164的总时间T直接随Y2距离的变化而变化。Y2距离是端子110的压接高度170的度量。压接高度170(例如Y2距离)可在压接处理期间的任意点测量。例如，压接高度170可在冲头116的底死点测量，其对应压接处理期间的最小的测得的压接高度170。压接高度170可在冲头116从端子110分离的时刻被测量，因为当冲头116从端子110分离时声信号158将停止从发射换能器162向接收换能器164传播。所接收的最后的声信号158大体对应于压接端子110的稳定的压接高度或最终的压接高度。
在示例性实施例中，发射换能器162和成形表面152之间的距离Y1可使用校准模块142在校准处理期间被测量。距离Y1可被人工测量，比如使用诸如测微计的工具。距离Y1可通过其他方式测量，诸如通过使用超声模块140。例如，将信号发送穿过Y1距离两次所需的时间能够通过从换能器162发送信号并且然后等待在成形表面152反射后的回波信号回到换能器162来容易地测量。总时间被除以二，以得到单程传输时间T1。这样的处理可在压接处理开始之前执行，诸如在校准处理期间，使得压接表面可反射更强的信号，而不是将声信号158传输穿过成形表面152进入端子110。距离Y1可基于时间T1使用穿过冲头116的已知材料的声传输速度系数来计算。
在示例性实施例中，换能器162和支撑表面150之间的距离Y3可使用校准模块142在校准处理期间被测量。距离Y3可被人工测量，比如使用诸如测微计的工具。距离Y3可通过其他方式测量，诸如通过使用超声模块140。例如，将信号发送穿过Y3距离两次所需的时间能够通过从换能器164发送信号并且然后等待在支撑表面150反射后回波信号回到换能器164来容易地测量。总时间被除以二，以得到单程传输时间T3。这样的处理可在压接处理开始之前执行，诸如在校准处理期间，使得压接表面可反射更强的信号，而不是将声信输穿过支撑表面150进入端子110。距离Y3可基于时间T3使用穿过砧座114的已知材料的声传输速度系数来计算。
电线112和端子110可由各种类型的材料(诸如铜、铜合金、铝、铝合金等)制造。声信号158穿过压接电线和端子行进的速度需要被确定以准确测量压接高度170(例如距离Y2)。在示例性实施例中，为确定穿过电线112和穿过端子110的声速，测试或校准压接被执行并且校准压接的压接高度被通过使用诸如测微计的工具的手工测量或通过使用确定冲头116相对于砧座114的位置的线性编码器来确定。在校准压接期间在换能器162、164之间传输超声信号所需的总时间被测量和记录。针对冲头116和砧座114的压接工具传输时间T1和T3是已知的且是常数(例如基于上述校准处理是已知的)。压接工具传输时间T1和T3被从总时间T减去。剩余时间T2是声信号在压接端子中的时间。时间T2对应于测量的校准压接高度170，并且用于端子110和电线112的特定材料的声传播速度系数可基于校准压接高度170和时间T2计算。
对于使用相同材料电线和相同材料端子的未来的压接，校准处理期间计算的声传输速度系数可被用于在压接处理期间基于测量的时间T2计算其压接高度170。声传输速递系数作为常数使用，以计算未来的压接的距离Y2。当距离Y2在压接处理期间调整或变化时，超声波声信号158从发射换能器165传递到接收换能器164所需的总时间T将直接随Y2变化。一旦声传输速度系数常数(用于特定的电线和端子材料)已知，则确定Y2距离的过程可被执行，其与每个超声波声信号158被生成并被处理以用于总传输时间一样快。压接高度170的即时测量可贯穿压接处理被计算。端子110和电线112遭受弹性屈曲和回弹。在冲头116穿过底死点通过时，Y2距离将随着端子110回弹而开始变大。在越过底死点的点处，端子110和电线112回到稳定尺寸并且冲头116从端子110分离、阻止超声波声信号158的传输。分离的点可使用超声处理装置确定并且Y2距离可在分离的点被计算，所述分离的点对应最终压接高度170。由于在分离的点端子110已经回到稳定尺寸，最终收集的Y2的测量值与端子110和电线112的最终压接高度170相等。
图3例示了控制模块130的示例性实施例。压接质量模块132从超声模块140接收信号。例如，与超声波声信号158(图2所示)的发射和接收相关的信号被发送至压接质量模块132。来自超声模块140的信号被分析，诸如以确定压接端子的压接高度。例如，压接质量模块132可基于来自超声模块140的信号确定总传输时间T或穿过压接端子的传输时间T2。基于传输时间，压接端子的压接高度可由压接质量模块132确定。可选地，压接质量模块132可使用端子和电线的声传播速度系数来确定压接高度。
声传输速度系数可由校准模块142来确定并发送至压接质量模块132以在压接高度计算中使用。例如，在校准处理期间，校准或测试压接的压接高度可被测量并与校准压接处理期间的声信号的传输时间关联，以确定穿过端子和电线的特定材料的声传输速度系数。这样的声传输速度系数可在压接高度计算中用于未来的压接。其他方法或处理可被用于确定声传输速度系数。例如，声传输速度系数可基于端子和电线材料的材料特性来估计。这样的估计不太准确但是可以更快地获得和使用。在其他替代的实施例中，校准模块145可被用于确定其他常数或系数，以在压接质量模块132使用的算法中使用，以确定压接端子的压接高度或其他有意义的特性。
可选地，压接质量模块132可从与压接处理期间压接端子中测量的力相关的力检测模块接收信号。压接质量模块132可基于力的测量确定压接端子的压接轮廓(crimpprofile)。压接质量模块132可基于力的测量和压接高度确定压接端子的压接轮廓。来自超声模块140的信号可被压接质量模块132用于确定在确定压接端子的压接质量时使用哪些力信号。例如，在冲头116(图2所示)和端子110(图2所示)之间的分离的时刻，超声波声信号158停止从冲头传输穿过端子。由压接质量模块132使用的力的测量可在分离的时刻停止，其由超声模块140确定。
压接质量模块132可输出数据至控制模块130的另一部件或模块，诸如控制器180。控制器180可基于输出控制端子压接设备100的一个或多个操作。例如，控制器180可使得某些压接被丢弃，如果压接质量模块132确定这样的压接是有缺陷的或差的的话。控制器180可，基于输出，调整冲头116和砧座114(二者均在图2中示出)的相对位置，以控制压接高度。调整可通过发送信号至调整模块138(图1所示)来做出。例如，砧座114可被向上或向下调整，以缩短或增长用于给定的端子和电线组合的压接高度。
图4例示了端子压接设备100的一部分，其示出了用于在压接操作期间成形压接端子的砧座114和冲头116。多个超声换能器160在图4中例示，在冲头116上有两个超声发射换能器162并且在砧座114上有两个超声接收换能器164。任意数量的发射和接收换能器162、164可设置在压接工装104工件的任一个上。例如，发射换能器162可在端子110的一个侧部上联接至冲头116，并且接收换能器162可在端子110的另一侧部上连接至冲头114，同时相应声信号158从不穿过砧座114通过。换能器160可被配置为既可发射也可接收声信号158。附加地，在其他实施例中可使用多于两个压接工装104部件，诸如用于将端子110压接至电线112的四件套。
在示例性实施例中，两个接收换能器164均从全部两个发射换能器162接收超声波声信号。基于工装模具的形状以及由此端子110和电线112的形状，声信号158可具有至接收换能器164的不同的行进时间。压接质量模块132(图1中示出)可被用于基于在不同接收换能器164处接收的声信号在任意给定时间确定压接端子的形状。在其他实施例中，单独的接收换能器164可被用于通过使用任意数量的发射换能器162确定压接端子的形状。在其他实施例中，多个接收换能器164可被用于通过使用单独的发射换能器162确定压接端子的形状。
应理解，上述描述意图是说明性的，而非限制性的。例如，上述的实施例(和/或其方案)可以彼此结合使用。另外，可以进行多种改型以对本发明的教导采用特别的情形或材料，而不脱离保护范围。这里描述的尺寸、材料类型、各种部件的取向、以及各种部件的位置和数量意图限定特定实施例的参数，而不以任何方式进行限定，仅仅是示例性实施例。在权利要求的范围和理念内，本领域技术人员通过阅读上述说明容易想到很多其他实施例和改型。因此，应参考所附权利要求以及权利要求所限定的完全等值范围来确定本发明的范围。
Claims (10)
1.一种端子压接设备(100)包括：
压接工装(104)，包括砧座(115)和可朝向砧座移动的冲头(116)，压接区域(106)限定在砧座和冲头之间、被配置为接收电线(112)和端子(110)，所述端子(110)被配置为通过压接工装而被压接到电线；
超声换能器(160)，联接到砧座和冲头中的至少一个，超声换能器接收穿过电线和端子发送的声信号(158)；以及
压接质量模块(132)，接收来自超声换能器的信号，压接质量模块基于由超声换能器接收的声信号而确定端子的压接高度(170)。
2.如权利要求1所述的端子压接设备(100)，其中当冲头(116)从端子(110)分离时确定压接高度(170)。
3.如权利要求1所述的端子压接设备(100)，其中基于声信号(158)从超声发射换能器(162)到超声接收换能器(164)的传输时间确定压接高度(170)。
4.如权利要求1所述的端子压接设备(100)，其中基于端子(110)和电线(112)的声传输速度系数确定压接高度(170)。
5.如权利要求4所述的端子压接设备(100)，其中声传输速度系数由校准模块(142)确定，声传输速度系数具体取决于端子和电线的材料。
6.如权利要求1所述的端子压接设备(100)，进一步包括联接至砧座(114)和冲头(116)中的至少一个的超声发射换能器(162)，超声发射换能器产生声信号(158)，所述声信号(158)穿过端子(110)和电线(112)传输、并且穿过砧座和冲头中的至少一个传输，所述声信号在超声接收换能器处被接收。
7.如权利要求1所述的端子压接设备(100)，其中压接质量模块(132)基于接收的声信号(158)生成压接轮廓，所述压接质量模块基于压接轮廓的至少一个轮廓特性确定压接质量。
8.如权利要求1所述的端子压接设备(100)，进一步包括确定砧座(114)和冲头(116)中至少一个的位置的线性位置模块(134)，压接质量模块基于砧座和冲头中的至少一个的位置确定端子(110)的压接高度(170)。
9.如权利要求9所述的端子压接设备(100)，其中线性位置模块(134)确定砧座(114)和冲头(116)之间的分开距离，所述分开距离对应端子的压接高度(170)，压接质量模块(132)确定端子和冲头之间分离的时间，压接质量模块确定在分离的时间的压接高度。
10.如权利要求1所述的端子压接设备(100)，进一步包括确定由压接工装(104)施加到端子(110)的力的力检测模块(136)，压接质量模块(132)基于压接高度(170)和所述力确定压接质量。
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