本文的主題總體上涉及使用超聲波換能器的端子壓接裝置。端子通常通過常規(guī)的壓接沖壓機被壓接到導線上，所述常規(guī)的壓接沖壓機具有用于支撐電氣端子的砧座，以及可朝向和遠離砧座移動以用于壓接端子的壓頭。在操作中，端子被安置于砧座上，導線的端部被插入端子的套圈或筒中，且使得壓頭朝向砧座移動至沖壓機的沖程的極限，從而將端子壓接在導線上。壓頭隨后回縮至其起始點。

背景技術(shù)：

已經(jīng)提出超聲波監(jiān)測中的新技術(shù)，以用于壓接質(zhì)量監(jiān)測。例如，美國專利No.7,181,942和No.8,490,463描述了用于測量壓接連接的超聲波裝置和方法，其將信號與來自先前的壓接的信號(其通過破壞性測試確定為滿足期望的)進行比較。

這樣的超聲波監(jiān)測系統(tǒng)是有缺點的。例如，超聲波監(jiān)測系統(tǒng)通常通過當壓頭位于沖壓機的沖程的下限時發(fā)送超聲波信號來測量壓接的質(zhì)量。雖然在沖程的下限處采樣的超聲信號提供了壓接的質(zhì)量的一個指標，但是該測量沒有揭示在壓接完全完成之前可能已經(jīng)形成的壓接的內(nèi)部的缺陷。該缺陷可能由以下因素導致，例如使用錯誤的端子或?qū)Ь€尺寸、缺失導線的股線、使用錯誤的導線類型、錯誤的絕緣剝離、和/或諸如此類。由于這種有缺陷的壓接連接經(jīng)常具有高質(zhì)量壓接連接的外觀，所以難以識別這些缺陷，以便可以采取及時的糾正措施。

仍然需要一種壓接質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，其使用超聲波監(jiān)測以確定壓接質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

上述問題由根據(jù)權(quán)利要求1所述的端子壓接裝置來解決。端子壓接裝置包括包括砧座(anvil)和壓頭(ram)的壓接工具。在砧座和壓頭之間限定壓接區(qū)域。壓接區(qū)域被配置為接收導線和端子。壓接工具在壓接沖程期間將端子壓接至導線。端子壓接裝置還包括超聲波換能器模塊，其具有由砧座或壓頭中的至少一者保持的至少一個超聲波換能器。超聲波換能器在壓接沖程期間產(chǎn)生多個超聲波脈沖，并引導超聲波脈沖通過端子。超聲波換能器接收超聲波脈沖，并基于接收到的超聲波脈沖產(chǎn)生超聲波數(shù)據(jù)。端子壓接裝置還包括壓接質(zhì)量模塊，其通信地耦接至超聲波換能器模塊。壓接質(zhì)量模塊執(zhí)行超聲波數(shù)據(jù)的相干處理，從而確定壓接質(zhì)量。

附圖說明

現(xiàn)在將通過示例并參考附圖來描述本發(fā)明，在附圖中：

圖1是根據(jù)示例性實施例形成的端子壓接裝置的透視圖。

圖2圖示了根據(jù)實施例的壓接工具的一部分，其示出了用于在壓接操作期間形成壓接的砧座和壓頭。

圖3是根據(jù)實施例的壓接工具的側(cè)視圖，端子和導線定位在圖2所示的端子壓接裝置中的壓接區(qū)域中。

圖4是根據(jù)實施例的在壓接沖程期間獲取的超聲波數(shù)據(jù)的曲線圖。

圖5是示出了根據(jù)實施例的多個超聲波數(shù)據(jù)曲線的曲線圖，該多個超聲波數(shù)據(jù)曲線示出了通過壓接沖程從多個脈沖接收的超聲波數(shù)據(jù)。

具體實施方式

圖1是根據(jù)示例性實施例形成的端子壓接裝置100的透視圖。端子壓接裝置100用于將端子壓接至導線。在示出的實施例中，端子壓接裝置100是具有施加器102的臺機(bench machine)。替代地，端子壓接裝置100可以是其他類型的壓接機器，例如引線制造器或手工工具。

端子壓接裝置100包括壓接工具104，其用于在壓合或壓接操作期間形成端子。在示例性實施例中，用于壓接的壓接工具104包括砧座114和壓頭116。端子壓接裝置100具有在砧座114和壓頭116之間限定的端接區(qū)域或壓接區(qū)域106。電連接器或端子110以及導線112的端部呈現(xiàn)在壓接工具104之間的壓接區(qū)域106中。在壓接沖程期間，壓接工具104將端子110壓接至導線112。砧座114和/或壓頭116可以具有可移除的模具，其在壓接過程期間限定端子110的形狀或輪廓。在示出的實施例中，砧座114是施加器102的固定部件，且壓頭116代表可移動部件。替代地，壓頭116和砧座114可以都是可移動的。例如，在手工工具的情況下，通常來說，壓接工具104的兩個半部在壓接操作期間朝向彼此閉合。

端子壓接裝置100包括供給裝置118，其設(shè)置為向壓接區(qū)域106供給端子110。供給裝置118可以鄰接機械壓接工具104設(shè)置，以便向壓接區(qū)域106遞送端子110。可以通過供給機構(gòu)引導端子110到壓接區(qū)域106，以確保端子110在壓接區(qū)域106中的適當?shù)陌仓煤腿∠颉Ｍㄟ^導線供給器(未示出)將導線112遞送至壓接區(qū)域106。

端子壓接裝置100可以被配置為使用側(cè)供給型施加器和/或端供給型施加器來操作。側(cè)供給型施加器壓接沿載體帶并排地布置的端子，而端供給型施加器壓接在載體帶上連續(xù)地端對端布置的端子。端子壓接裝置100可以被配置為適應(yīng)側(cè)供給型施加器和端供給型施加器兩者，其在端子壓接裝置100內(nèi)可以是可互換的。

壓接工具104在壓接沖程期間將端子110壓接至導線112。壓接沖程具有向下分量和向上分量。在壓接沖程期間，施加器102的壓頭116由端子壓接裝置100的驅(qū)動機構(gòu)120驅(qū)動通過壓接沖程，初始朝向固定砧座114，然后遠離砧座114。端子110至導線112的壓接發(fā)生在壓接沖程的向下分量期間，且包括若干階段。壓接沖程開始于壓頭116定位在上部或初始起點。然后，端子110裝載在壓接區(qū)域106中的砧座114上，且導線112的端部被供給在端子110的壓接筒內(nèi)。在裝載端子之后，會合階段開始于壓頭116沿著壓接沖程朝向砧座114向下驅(qū)動，并且當壓頭116與端子110接觸時結(jié)束。壓接階段在壓頭116與端子110接觸之后開始。在壓接階段，壓接工具104通過在壓頭116和砧座114之間壓縮或擠壓端子110而將端子110壓接到導線112上。壓頭116接合壓接筒的端部并使其圍繞導線112向內(nèi)變形(例如折疊或卷曲)。一旦壓頭116到達下止點處的極點，收縮階段開始。在到達下止點之后，壓頭116改變方向并返回向上位置。換言之，收縮階段在壓頭116開始移動遠離砧座114之后開始。當壓頭116向上移動時，壓頭116最終從端子110釋放或分離，這指示釋放階段的開始。在示例性實施例中，端子110和/或?qū)Ь€112的彈性性質(zhì)使得端子110從壓接沖程的向下部分的下止點稍微回彈。端子110的彈性屈服或彈性回復將跟隨壓頭116到壓頭116的沖程的返回部分或向上部分的一部分，直到端子110到達最終或穩(wěn)定尺寸。壓頭116可以隨后返回初始起點，在此之后，可以重復壓接沖程以將另一端子壓接至另一導線。

控制模塊130控制端子壓接裝置100的操作。例如，控制模塊130可以控制驅(qū)動機構(gòu)120的操作?？刂颇K130可以控制供給裝置118的操作，并使得壓接沖程的時序與供給裝置118的供給沖程的時序同步。

控制模塊130包括超聲波換能器模塊140和/或與其通信，超聲波換能器模塊140用于發(fā)送和/或接收超聲波信號。超聲波換能器模塊140產(chǎn)生多個超聲波脈沖158(在圖2和圖3中示出)，以在壓接沖程期間通過端子110和導線112發(fā)送，從而基于由超聲波換能器模塊140接收到的超聲脈波沖來產(chǎn)生超聲波數(shù)據(jù)。超聲波換能器模塊140可以數(shù)字化和/或分析接收到的超聲波脈沖。超聲波換能器模塊140和/或控制模塊130可以基于接收到的超聲波脈沖158來確定壓接的質(zhì)量。在各種實施例中，控制模塊130包括多個換能器模塊140。

在示例性實施例中，控制模塊130和/或超聲波換能器模塊140包括壓接質(zhì)量模塊132，其如下文所討論的確定特定壓接的壓接質(zhì)量。壓接質(zhì)量模塊132可以通信地耦接至超聲波換能器模塊140，使得壓接質(zhì)量模塊132接收在壓接沖程期間從換能器模塊140產(chǎn)生的超聲波數(shù)據(jù)。壓接質(zhì)量模塊132基于由超聲波換能器模塊140產(chǎn)生的超聲波數(shù)據(jù)來確定壓接質(zhì)量。壓接質(zhì)量模塊132可以執(zhí)行超聲波數(shù)據(jù)的相干處理，以確定壓接質(zhì)量。相干處理涉及處理對于給定壓接的超聲波數(shù)據(jù)的多個點。相干處理可以代表在多個不同的脈沖上的脈沖間分析，使得維持脈沖之間的一致性?？梢酝ㄟ^保持脈沖之間的關(guān)系以使得脈沖不彼此獨立來維持一致性。相干處理可以用于確定一個或多個鑒別器(discriminator)，其包括最大能量的確定、能量隨時間的積分或統(tǒng)計性能指標中的至少一者。例如，統(tǒng)計性能指標可以包括平均數(shù)、標準偏差、均值和/或諸如此類。如果壓接質(zhì)量沒有滿足某些規(guī)范，則端子110可以被丟棄。

圖2圖示了壓接工具104的一部分，其示出了用于在壓接操作期間形成壓接(crimp)的砧座114和壓頭116。圖3是壓接工具104的側(cè)視圖，端子110和導線112定位在壓接區(qū)域106中。在示出的實施例中，壓接工具104形成F壓接；然而，在替代實施例中，其他壓接工具可以形成具有其他形狀的壓接。

砧座114具有用于支撐端子110的支撐表面150。在示出的實施例中，支撐表面150是平坦且水平的；然而，在替代實施例中，支撐表面150可以具有其他形狀和取向。當壓頭116移動通過壓接沖程時，端子110停靠在支撐表面150上。

壓頭116形成表面152，其在壓接過程期間接合端子110。當壓頭116朝向砧座114移動時，形成表面152向內(nèi)按壓端子筒的側(cè)壁，從而形成壓接。換言之，形成表面152在壓接過程期間壓縮側(cè)壁抵靠導線112。

在示例性實施例中，超聲波換能器模塊140(在圖1中示出)包括總體以160示出的至少一個超聲波換能器，其在超聲波頻率范圍中發(fā)送和/或接收超聲波脈沖158。在示出的實施例中，超聲波換能器模塊140包括超聲波發(fā)送換能器162和超聲波接收換能器164。壓頭116可以保持超聲波發(fā)送換能器162，而砧座114可以保持超聲波接收換能器164，或反之亦然。例如，在一些實施例中，壓頭116中的發(fā)送換能器162可以產(chǎn)生超聲波脈沖158，其隨后被發(fā)送通過壓頭116、通過端子110、以及導線112，隨后通過砧座114，在砧座114處，超聲波脈沖158被接收換能器164接收。在其他實施例中，超聲波接收換能器164可以耦接至壓頭116和/或超聲波發(fā)送換能器162可以耦接至砧座114。在其它實施例中，不是具有專用的發(fā)送換能器或接收換能器，而是換能器162、164中的任一者或兩者能夠發(fā)送和接收超聲波脈沖158。在其他實施例中，僅設(shè)置一個換能器160且將其被配置為發(fā)送器/接收器或者收發(fā)器，其可以在能夠發(fā)送和接收超聲波脈沖158的回波模式中操作。

超聲波換能器160可以耦接至壓接工具104的外表面。替代地，超聲波換能器160可以嵌入壓接工具104內(nèi)。超聲波換能器160超聲耦接至壓接工具104，其中超聲波脈沖158可以發(fā)送至超聲波換能器160或從超聲波換能器160發(fā)送，發(fā)送至壓接工具104或從壓接工具104發(fā)送。超聲波換能器160經(jīng)由壓接工具104超聲耦接至端子110和導線112。

在示例性實施例中，超聲波換能器160是壓電換能器，其在發(fā)送時將電能轉(zhuǎn)換為聲能，并且當接收時將聲能轉(zhuǎn)換為電能。當施加電壓時，壓電換能器改變尺寸。超聲波換能器模塊140包括耦接至發(fā)送換能器162的電路以在發(fā)送換能器162兩端提供激勵電壓，從而在各種頻率下引起振蕩以產(chǎn)生聲波。例如，激勵電壓可以施加至發(fā)送換能器162以使得發(fā)送換能器162在各種頻率下產(chǎn)生諧振。當從超聲波脈沖158向其施加力時，接收換能器164產(chǎn)生電壓，且在接收換能器164處產(chǎn)生的電信號通過耦接其的電路發(fā)送至超聲波換能器模塊140和/或壓接質(zhì)量模塊132(在圖1中示出)。超聲波換能器模塊140則產(chǎn)生超聲波數(shù)據(jù)，其代表與超聲波脈沖158相關(guān)聯(lián)的能量的測量。在替代實施例中，可以使用除了壓電換能器之外的其他類型的超聲波換能器160，例如磁致伸縮換能器。

在示例性實施例中，超聲波換能器模塊140用于執(zhí)行由接收換能器164處的超聲波脈沖158產(chǎn)生的超聲波數(shù)據(jù)的相干處理。相干處理是指多個脈沖或數(shù)據(jù)點的信號數(shù)據(jù)處理，例如壓接形成之前、期間、以及之后的超聲波數(shù)據(jù)。可以在壓接沖程的基本上整個壓接過程期間執(zhí)行相干處理，從壓頭116與端子110開始接觸，直到壓頭116從端子110釋放。例如，在一個實施例中，壓接質(zhì)量模塊132在以下時間段執(zhí)行相干處理：收縮階段之前的時間段至收縮階段之后的時間段期間，并且在這些時間段期間包括多個脈沖。發(fā)送換能器162在整個壓接沖程遞送多個超聲波脈沖158。例如，發(fā)送換能器162可以在壓接過程期間以至少3個或更多個脈沖的速率遞送超聲波脈沖158。作為另一示例，發(fā)送換能器162可以每秒遞送1000個或更多個脈沖。超聲波脈沖158以縱向聲波的形式行進通過壓接工具104、端子110和導線112，然而，波可以在任何方向上傳播。超聲波接收換能器164接收超聲波脈沖158，并通過壓接質(zhì)量模塊132將這些信號轉(zhuǎn)換為用于相干處理的電信號。

壓接中的缺陷影響超聲波數(shù)據(jù)。各種因素可能導致缺陷，例如使用錯誤的端子或?qū)Ь€尺寸、缺失導線的股線、錯誤的導線類型、錯誤的絕緣剝離、和/或諸如此類。例如，導線112可以包括導電股線的線束。一個或多個股線可能沒有由端子110完全包封，從而產(chǎn)生空隙。空隙可能使得超聲波脈沖158反射或折射遠離接收換能器164，或以其他方式導致到達和通過導線112和/或端子110的能量傳播的損失。這種空隙可能在不同時間更加明顯，例如在壓接階段期間，更具體地，在壓接階段的開始。空隙可能在壓接過程期間被填充，因此，在收縮階段可能無法檢測到空隙。因此，在完全壓接端子110時可能無法證實缺陷。通過使用相干處理，可以在壓接過程中較早地檢測到缺陷，例如在壓接階段期間。

圖4是在壓接沖程期間獲取的超聲波數(shù)據(jù)的曲線圖170。曲線圖170圖示了來自超聲波換能器模塊140(在圖2和圖3中示出)的超聲波數(shù)據(jù)。曲線圖170代表的數(shù)據(jù)可以由壓接質(zhì)量模塊132(在圖1中示出)使用，以確定壓接的質(zhì)量。在示出的實施例中，曲線圖170示出了曲線172，其代表與超聲波脈沖158(在圖2和圖3中示出)相關(guān)聯(lián)的能量的測量，所述能量沿y軸繪示，作為沿x軸繪示的時間的函數(shù)。

曲線172代表當端子壓接裝置100(在圖1中示出)移動通過各種壓接階段時，由超聲波換能器模塊140接收的超聲波能量的測量。區(qū)域174代表壓頭116(在圖1中示出)朝向砧座114(在圖1中示出)移動的會合階段。如區(qū)域174所表示，曲線172保持基本恒定，直到壓頭116(在圖1中示出)與端子110(在圖1中示出)接觸，如峰值176所表示。峰值176標示由區(qū)域178所表示的壓接階段的開始。當曲線172達到由峰值180表示的近似最大值時，壓接階段結(jié)束。峰值180代表壓頭116到達下止點時的點。區(qū)域183代表壓頭116釋放端子110的收縮階段的結(jié)束。在壓頭116釋放端子110之后，開始釋放階段，如區(qū)域185所表示。在區(qū)域185中，曲線172可具有與區(qū)域174基本上相似的值，這是因為壓頭116可不再與端子114接觸。

在實施例中，可以使用一個鑒別器壓接質(zhì)量模塊132以確定壓接的質(zhì)量是當壓接形成時的各個時間的能量。例如，壓接質(zhì)量模塊132可以確定壓頭116位于下止點的時間，并使用此時的能量值。壓接質(zhì)量模塊132可以確定在壓接沖程期間接收到的最大能量值，并將該最大能量值等同于下止點。大的能量值可以是良好的壓接的指示。更多的能量傳輸指示在導線112(在圖1中示出)和端子110之間存在較少的空隙或其它缺陷，空隙或其它缺陷反射和/或折射超聲波脈沖158遠離超聲波換能器模塊140。例如，壓接質(zhì)量模塊132與代表下止點處的能量的峰值180相關(guān)聯(lián)的能量的量。下止點處的大能量值指示當端子完全壓接時，更多的超聲波能量被發(fā)送到并通過端子110。

此外，壓接質(zhì)量模塊132可以在壓接沖程的基本上整個壓接過程期間執(zhí)行相干處理，從壓頭116與端子110開始接觸，直到壓頭116從端子110釋放。作為鑒別器，壓接質(zhì)量模塊132可以確定并分析曲線172的一個或多個頻率分量。例如，壓接質(zhì)量模塊132可以基于曲線172執(zhí)行快速傅里葉變換(FFT)。作為另一鑒別器，壓接質(zhì)量模塊132可以積分，并估算曲線172下方的面積。例如，在示出的實施例中，壓接質(zhì)量模塊132可以確定曲線172下方的面積。通過確定曲線172下方的面積，壓接質(zhì)量模塊132可以在壓接形成之前和之后檢測端子110的變化。因此，曲線172的積分允許壓接質(zhì)量模塊132將階段變化期間發(fā)生的變化納入考慮?？梢允褂帽绢I(lǐng)域中通常使用的任何數(shù)值積分技術(shù)以估算曲線172下方的面積(例如，Runge-Kutta近似、梯形近似，Simpson近似、和/或諸如此類)。

可選地，壓接質(zhì)量模塊132通過對與壓接沖程相關(guān)聯(lián)的至少一部分超聲波數(shù)據(jù)的能量進行積分來執(zhí)行相干處理。對曲線172的一部分進行積分允許壓接質(zhì)量模塊132檢測在所有壓接階段中可能不明顯的缺陷。例如，導線112中的導電纖維的缺失股線可能導致在壓接階段期間通過端子110發(fā)送的能量的量的減少。這可能導致曲線172在區(qū)域178中的下方的面積低于預(yù)期值。在某些實施例中，壓接質(zhì)量模塊132可以在峰值176和峰值180之間的面積中執(zhí)行相干處理。

超聲波換能器160可以在多個頻帶上發(fā)送脈沖。壓接質(zhì)量模塊132則可以對從超聲波換能器160接收的超聲波數(shù)據(jù)中的每個頻率進行濾波，從而比較數(shù)據(jù)中的特征以分析壓接質(zhì)量。換言之，壓接質(zhì)量模塊132可以將若干脈沖與一組正常脈沖進行比較以確定壓接質(zhì)量。超聲波換能器160可以具有操作頻率，并且可以被配置為在操作頻率附近的多個頻帶發(fā)送和/或接收聲信號158。在示例性實施例中，超聲波換能器160在大約10兆赫(MHz)的操作頻率下操作。例如，超聲波換能器160可以在7MHz和13MHz之間操作。超聲波數(shù)據(jù)可以在操作頻率附近被濾波。例如，采集濾波器可以對高頻進行濾波，允許壓接質(zhì)量模塊132分析例如在7MHz和10MHz之間的較低頻率。替代地，采集濾波器可以對低頻進行濾波，以允許壓接質(zhì)量模塊132分析例如10MHz和13MHz之間的高頻。對超聲波數(shù)據(jù)進行濾波允許在某些頻率范圍中更明顯的某些缺陷被暴露。例如，某些缺陷，例如缺失股線，在低頻中更加明顯，而高頻使其他缺陷更加明顯。作為另一選擇，超聲波換能器模塊160可以以預(yù)定頻率發(fā)送多個脈沖，然后單獨地分析每個脈沖。作為另一選擇，超聲波換能器模塊160可以在預(yù)定的頻率發(fā)送多個脈沖，然后單獨地分析每個脈沖。

圖5是示出了多個超聲波數(shù)據(jù)曲線的曲線圖181，其示出了通過壓接沖程從多個脈沖接收到的超聲波數(shù)據(jù)。如圖所示，曲線圖181示出了通過若干壓接沖程繪示的曲線集182。如上文所述，集182中的每個曲線可以在各個頻帶中以各種頻率進行采樣。如圖所示，集182中的第一曲線184包括預(yù)期或理想化數(shù)據(jù)曲線184a，其代表來自沒有缺點的壓接的超聲波數(shù)據(jù)。實際的數(shù)據(jù)曲線184b代表從超聲波換能器160(在圖2和圖3中示出)接收的數(shù)據(jù)。在示出的曲線圖中，曲線184b示出來自具有兩個缺失股線的壓接的數(shù)據(jù)。壓接質(zhì)量模塊132可以使用來自曲線集182的超聲波數(shù)據(jù)來確定壓接質(zhì)量。

壓接質(zhì)量模塊132可以確定作為另一個鑒別器的統(tǒng)計性能指標來確定壓接質(zhì)量。例如，可以使用統(tǒng)計分析來將預(yù)期數(shù)據(jù)曲線184a與實際數(shù)據(jù)曲線184b進行比較。例如，可以計算預(yù)期數(shù)據(jù)曲線184a與實際數(shù)據(jù)曲線184b中的數(shù)據(jù)之間的方差。性能指標可以基于集182中的多個超聲波數(shù)據(jù)曲線的統(tǒng)計分析。在實施例中，性能指標可以是隨時間和脈沖的、曲線184a和184b之間的差異的歸一化的和。例如，等式1可以用于確定性能指標。

等式1中的AV可以代表包括實際數(shù)據(jù)曲線184b的超聲波數(shù)據(jù)，EV可以代表預(yù)期數(shù)據(jù)曲線184a中的超聲波數(shù)據(jù)，并且Var_EV代表期望值的方差。然后可以將集182中的每個曲線的超聲波數(shù)據(jù)相加以確定性能指標。

應(yīng)當理解的是，上述描述意在為說明性的，而不是限制性的。例如，上文所描述的實施例(和/或其方面)可以彼此結(jié)合使用。此外，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以做出許多修改以使特定的情況或材料適應(yīng)于本發(fā)明的教導。本文描述的尺寸、材料的類型、各種部件的取向、以及各種部件的數(shù)量和位置意在限定某些實施例的參數(shù)，而絕非限制性的，且僅為示例性實施例。在閱讀上述描述的情況下，在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的許多其他實施例和修改將對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見。因此，本發(fā)明的精神應(yīng)當參考隨附的權(quán)利要求、以及這些權(quán)利要求所聲稱的等價物的全部范圍來確定。