CN103250309B - 具有压接质量监测系统的压接设备 - Google Patents

Abstract

一种压接设备，包括具有用于在压接冲程过程中压接端子到导线的压接装置的压头、和用于检测在压接冲程过程中的压接力的力传感器。压接设备还包括控制器，该控制器基于压接冲程的频率分布图监测压接的压接质量。还提供监测压接质量的方法，包括：测量在压接冲程过程中的压接力(102)；形成力分布图(104)；通过利用变换算法将压接力转化为频率分布图(106)；以及分析频率分布图以确定压接质量(108)。

Description

具有压接质量监测系统的压接设备

技术领域

在此的主题总体上涉及压接设备，更特别地，涉及用于压接设备的压接质量监测系统。

背景技术

电端子典型地通过压接设备压接到导线上以形成引线。压接设备具有压接装置，该压接装置由安装到用于支撑电端子的基底的第一部分和安装到可向着和远离基底运动以实施压接的压头（ram）的第二部分。在操作中，端子布置在压接装置的第一部分上，导线末端插入到端子的套圈或者筒中。使得压头向着基底移动通过一压接冲程，从而压接端子到导线上。

期望监测压接质量，并且已经研发出监测压接质量的系统。当检测到有缺陷的压接时，该引线被废弃。一些已知的压接质量监测系统通过测量压接高度而测量压接质量。通常，如果端子没有压接到用于特定端子和导线组合的正确的压接高度，则将导致不令人满意的压接连接。但是，虽然如此，许多不令人满意的压接连接呈现出“正确的”压接高度。如此，基于压接高度来监测压接质量的系统可能使得来自压接设备的有缺陷的引线通过质检。此外，压接端子中的压接高度变动或者其它的物理变动本身并不是有缺陷的压接连接的原因，而是，其会表现出导致差的连接的另一因素。这样的因素包括使用错误的端子或者导线尺寸、错失导线的股线、短的刷子、压接中的绝缘、端子的异常位置、错误的导线类型、不正确的绝缘层剥离，等等。因为这样的有缺陷的压接连接通常具有高质量压接连接的外观，因此难以识别这些缺陷以便可以实施实时的纠正动作。

其它的已知的质量监测系统通过分析在实际压接操作过程中施加在端子上的压接力而检测有缺陷的压接端子。例如，系统收集在压接冲程期间的力和位移并将该数据与在学习阶段从已知的良好压接中收集的正常数据进行比较。该比较被用于确定特定的压接是否满足可接受的标准。但是，基于力分布图（profile）监测压接质量的压接质量监测系统不是没有问题。所述系统在测量某些类型的有缺陷的压接方面并不准确。例如，该系统易于不正确地识别在筒中具有绝缘物的压接为良好的压接。该系统还易于错误地识别一些良好的压接为有缺陷的。

发明内容

所述解决方案通过在此描述的压接设备提供，该设备包括具有用于在压接冲程过程中压接端子到导线的压接装置的压头、和用于检测在压接冲程过程中的压接力的力传感器。压接设备还包括控制器，该控制器基于压接冲程的频率分布监测压接的压接质量。该设备提供监测压接质量的方法，包括：测量在压接冲程过程中的压接力；形成力分布图；通过利用频率变换算法将压接力转化为频率分布图；以及分析频率分布图以确定压接质量。

附图说明

现将参照附图通过例子形式描述本发明，在附图中：

图1示出根据示例性实施例形成的具有压接质量监测系统的示例性压接设备；

图2是示出用于压接设备的控制系统的方框图；

图3是示出利用如图1所示的压接质量监测系统的监测压接质量的示例性方法；

图4是示出由如图1所示的压接质量监测系统形成的示例性的力分布图；

图5是示出由如图1所示的压接质量监测系统产生的示例性的频率分布图；

图6示出如图5所示的图形的一部分。

具体实施方式

图1示出根据一示例性实施例形成的具有压接质量监测系统12的示例性压接设备10。压接设备10具有基底13和安置用于相对于基底13进行往复相对运动的压头14。任选地，压接设备10可以为具有用于给予压头14往复运动的飞轮和离合器配置的类型的。但是，在替代实施例中也可以使用具有合适的压头冲程的其它类型的压接设备。尽管压接设备10示出为施加器，但是，也可以使用其它类型的压接设备，例如，引线制作机、手持挤压工具，等等。

基底13和压头14每个承载压接装置15的配合半体。压接装置15包括砧16，其代表可移除地附连到底板17的压接装置15的固定部件。压接装置15包括压接器18，其代表压接装置15的可移动部件，并可移除地附连到压头14。任选地底板17可以以将允许板17的竖直运动的方式耦连到基底13。例如，调节机构，例如调节螺钉，可以用于调节底板17的竖直位置。图1示出压接到导线22上的典型端子20。许多不同类型和尺寸的端子20和导线22可以用于压接设备10。压接装置15用于端接端子20到导线22。例如，压接器18沿着压接冲程最初向着砧16驱动，最后远离砧16驱动。在压接冲程的初始部分，压接器18接合端子20并压接端子20到导线22上。

在一示例性实施例中，力传感器24例如通过环氧树脂或者其它的胶粘剂附连到砧16。力传感器24可以为任何类型的，例如，测压元件、压电传感器、应变仪等等。一对引线26传送与布置在砧16上的应力成比例的信号。应力从压头14传递通过端子20和被压接的导线22到达砧16。引线26上呈现的信号代表在压接过程中施加在端子20上的力。任选地，而不是利用引线26，信号可以无线地或者以其它方式传递。

在一示例性实施例中，直线距离传感器30安置来测量压头14相对于基底13的位置。距离传感器30包括通过合适的支架34刚性地附连到基底13的定子32，以及可以沿着压接冲程在竖直方向在定子32内运动的电枢(未示出)。推杆36从定子32向上突出并具有附连到可移动电枢的一个端部以及依靠合适的支架38和调节螺母40可调节地附连到压头14的另一末端。在替代实施例中，可以利用其它类型和构型的距离传感器。一对引线42承载与电枢在定子32内的竖直位置成比例的信号。该信号代表在冲程底部在砧16和压接器18之间的竖直距离。任选地，不利用引线42，信号可以无线地或者以其它方式进行传输。

通过监测引线26和42上的信号，压接品质可以得以监测。例如，压接端子20的压接高度可以例如通过分析来自引线42的与距离传感器30相关联的信号进行确定。或者，距离基线的压接高度的变动可以被确定用于压接的端子20。此外，来自引线42的信号可以代表通过砧16和压接器18压接的端子的变形量。

通过分析来自引线26的信号，可以分析其它的压接特征。例如，可以分析关于施加在端子20上的力的特征。力数据可以被收集并用于确定压接质量。例如，可以形成并分析力分布图，例如以分析诸如施加在端子20上的峰值力和执行完成压接的工作量的参数。

在一示例性实施例中，力数据和/或力分布图被用于产生频率数据和/或频率分布图。例如，频率变换算法被用于产生频率数据以构成频率分布图。任选地，可以利用快速傅里叶变换算法。或者，其它的变换算法、数学等式、或者软件程序可以使用力数据或者其它的数据以提取有意义的频率数据。任选地，力数据可以与其它数据一起使用以产生频率数据。例如关于时间的数据(例如在特定采样时间采集的数据)或者压接装置15的位置的数据(例如在特定压接装置15位置采集的数据)可以与力数据一起使用以产生频率数据。通过聚焦于特定部件的空间频率而传递力、时间和/或位置数据到频率域，可以以不同的方式使用数据以监测压接质量。

用于测量力和压头位移、在引线26和42上产生各自的信号、以及将数据转换到频率域的方法和设备仅仅是例子形式的。本领域熟知的任何合适的装置都可以被用于这些功能。例如，代替传感器30，永久磁体可以与压头相关联，霍耳效应装置可以附连到基底并安置来传感磁体的相对位置。其它的合适的用于传感力和压头位移并发出信号的装置也可以有利地用于实施压接设备10。

图2是示出用于压接设备10的控制系统44的方框图。压接质量监测系统12形成控制系统44的一部分。导线压接机构标为16，18和17，其分别代表砧、压接器和可移动底板。力和直线距离传感器24，30示出在图2中。绝缘压接机构50在图2中示出为其它可以以类似于导线压接机构的方式进行控制的装置的例子。其它相似的装置也可以以类似的方式进行控制。在导线压接机构的情形中物理移动或者调节底板17的实际调节装置，或者在绝缘压接机构的情形中的其它可调节装置，分别由电机52和54驱动。可以被驱动通过计算机输入/输出通道的任何合适的致动器可以用作电机52和54，例如伺服电机、步进电机等。

具有用于操作者或者外部通信的输入/输出装置60的控制器56安置来驱动电机52和54。控制器可以具有用于存储数据的内存储器或者数据库，或者替代地，可以提供外部数据库或者存储器。控制器56可以用于驱动其它的部件，例如弹射器(未示出)，其用于丢弃具有质量差的压接的端子的引线。控制器56可以用于驱动压接电机传动压头14(如图1所示)通过压接冲程。控制器56可作为控制原理的一部分或者基于通过装置60的操作者输入和/或来自力传感器24或者压头位置传感器30的输入自动地驱动部件。

压接质量监测系统12通常包括控制器56、传感器24，30、和输入/输出装置60。在替代实施例中，压接质量监测系统12可包括其它的部件。任选地，控制器56和/或输入/输出装置60可以为计算机的一部分。控制器56可以具有用于处理来自传感器24，30和输入/输出装置60的信号的微处理器。任选地，输入/输出装置60可以为与控制器56通信的任何类型的装置，例如指针装置、键盘、小键盘、计算机、便携电子装置、监测器等。压接质量监测系统12利用控制器56分析和/或操控来自传感器24，30和/或输入/输出装置60的数据以监测压接质量。

呈现在引线26上的代表施加在端子20上的力的信号、呈现在引线42上的代表压接装置15的配合半体的相对位置的信号，由控制器56监测并记录。信号可以被记录为成对的数据要素，一对数据要素用于压接周期中的一个离散时间增量。如此，每个力单元与特定的时间分量和压接装置15的特定的位置分量相关联。

在操作中，在压接冲程的开始被检测到后，例如，通过检测引线42上的位置信号的预定变化，引线26和42上的信号在一百毫秒间隔内以每隔两百微秒进行采样。对于每个压接周期总共五百次测量，这提供每秒五千个样本的样品密度。一百毫秒的测量间隔已经足以覆盖压接冲程的整个压接周期。

图3是示出利用压接质量监测系统12(如图1所示)监测压接质量的示例性方法的流程图。所述方法总的包括利用压接力以通过利用频率变换算法产生频率分布图，并分析频率分布图以确定压接质量。

在示例性实施例中，压接力在压接冲程过程中通过力传感器24(如图1所示)被测量102。压接力基于时间或者压接装置位置以预定间隔进行测量。例如，可以选取预定的采样时间，压接力可以在每个离散采样时间进行测量。替代地，或者额外地，压接力可以在当压接装置15(如图1所示)处于预定压接高度位置时被测量。压接装置15的位置可以通过距离传感器30(如图1所示)进行检测。

任选地，控制器56(如图1所示)可以用于基于测量的压接力产生104力分布图。力分布图可以由控制器56使用以监测压接质量。例如，力分布图可以被分析以确定特定的压接是否是有缺陷的。关于力大小、峰值力、在力曲线以下的区域的量、力曲线的形状等的数据可以被分析以确定压接是否是有缺陷的。一些测量和/或统计噪声误差可以通过力分布图呈现。任选地，控制器56可以通过利用变换方法或算法转换并分解力压接信号曲线为分量频率（componentfrequency）。这样，可以以替代方法通过从力压接频率分布图提取有意义的关于压接质量的信息来观察和分析数据。

在示例性实施例中，测量的压接力和/或力分布图可以用于产生频率分布图。例如，频率变换算法可以用于106将压接力和/或力分布图转化为频率分布图。频率变换算法可以为数学变换，其将在离散时间或者压接器位置采样的压接力振幅转换为在离散频率的力振幅。任选地，频率变换算法可以为傅里叶变换算法，例如快速傅里叶变换算法。快速傅里叶变换算法是用于计算在固定的时间间隔或者位置具有两个样品的功率的信号的计算因子算法。其它的变换方法而非快速傅里叶变换也可以用于将力信号转换为频率分量。控制器56可以用于转化106数据到频率域。或者，离散分量可以用于将力数据变换到频率数据。

一旦产生频率分布图，108可分析频率分布图。任选地，控制器56可以用于108分析频率分布图。例如，频率分布图的特征可以被分析108以确定110特定压接是否是有缺陷的。频率分布图的特征可以被分析108以确定112缺陷类型。在示例性实施例中，测量的压接的频率与目标压接进行比较。控制器56可使用统计方法以确定给定的力频率分布图是否明显不同于了解的相对于正常压接的平均和标准偏差。当测量的频率超出目标频率范围时，压接会是有缺陷的。任选地，当预设量的频率超出频率的目标或者正常值范围时，压接被确定为有缺陷的压接。例如，如果四个或者更多的频率超出目标频率范围，压接是有缺陷的。在示例性实施例中，取决于处于目标频率范围之外的频率，可以确定缺陷类型。例如，当控制器56分析频率时，控制器56可以给出可能导致有缺陷的压接的异常类型的表征。当低频的振幅减小时，可能的缺陷原因可以是由缺少股线所致的压接中的材料减少或者短的刷子缺陷。当更高频减少时，缺陷可能是导线筒中的绝缘。

图4是示出由压接质量监测系统12(如图1所示)产生的示例性力分布图140。力分布图140描绘力相对于采样量。在所示实施例中，力由磅代表，间隔由基于时间的采样量代表。或者，间隔由基于压接装置位置的采样量代表。

在如图4所示的例子中，正常或者目标压接曲线142和关于有缺陷的样品压接的样品压接曲线144被示出。样品曲线144代表在具有延伸到导线筒中的绝缘物的压接期间的压接力曲线。曲线142，144包括初始压接部分146、中间压接部分148和最后的压接部分150。初始压接部分146代表其中压接器18接合端子20并最初绕导线22驱动端子20的压接部分。中间压接部分148代表其中压接器18形成绕导线22的端子筒的压接部分。中间压接部分148延伸到顶点152。最后压接部分150代表其中压接器18完成端子筒到导线22的压接的压接部分。最后压接部分150从顶点152延伸到对应压接末尾的位置。

力分布图140可以被分析以确定压接是否是有缺陷的。力分布图140可以被分析以确定缺陷类型，如果有的话。如果曲线被确定在样品压接曲线144中具有与目标曲线142相比的任何不规则性，则引线可以被丢弃。在所示实施例中，样品压接曲线144的初始压接位置146具有变平的区域，与在正常曲线142中发现的振荡相反。变平的区域由导线筒中的绝缘物引起。但是，因为样品压接曲线144以便遵循正常曲线142，所以控制器56通过仅分析力分布图不会将压接识别为有缺陷的。例如，因为在曲线下方的区域仅稍微受到变平区域的影响，所以控制器56不能识别缺陷。但是，如将在下面描述的，频率分布图的分析可以识别缺陷。

在示例性实施例中，力分布图140可以变换为频率分布图，例如如图5所示的频率分布图160。任选地，构成力分布图140的后台数据可以用于构成或者产生频率分布图。力分布图140和频率分布图160二者的分析可以被利用来确定压接是否是有缺陷的和/或缺陷类型。或者，控制器可仅分析力分布图140或者频率分布图160以确定压接是否是有缺陷的和/或缺陷类型。

图5和6是示出来自力分布图140(如图4所示)的由压接质量监测系统12(如图1所示)产生的示例性频率分布图160。图5示出整个频率分布图160。图6示出如图5所示的图形的一部分，其示出力值的更小振幅。图5和6是频率直方图。

频率分布图160描绘力数据相对于频率。图5和6示出用于每个频率段或者间隔的正常或者目标的频率162，以及示出用于每个频率的可接受的频率值范围的频带164。任选地，频带164可代表置信区间。频带164可以为3σ统计学带(其中σ是标准偏差)，其中几乎所有的值都位于3个平均标准偏差。图5和6还示出用于每个频率间隔的样品压接频率166。如果样品压接频率166落在用于相应频率间隔的频带164之外，则压接会是有缺陷的。任选地，控制器56或者其它的分析频率分布图160的程序可以确定当预选量的频率166超出相应频带164的范围时压接是有缺陷的。例如，如果四个或者更多个频率166超出频带164范围，则压接被确定为有缺陷的。

在所示实施例中，如上所述，样品压接代表有缺陷的压接在于压接具有在导线筒中的绝缘物。如图5所示，更高振幅、更低频率的直方图带大大地受到导线筒中的绝缘物的影响。但是，参照示出更低振幅、更高频率的直方图频率的图6，一些频率，例如频率25和29-32，良好地位于关于正常压接的3σ频带164之下。认识到，不同频率会基于缺陷类型而不同地受到影响。当更高频率，例如在频率16和32之间的频率，减少时，缺陷可能是在导线筒中的绝缘物。例如，如果力分布曲线具有更少的波动和/或更加平滑(例如如果绝缘物处于导线筒中)，更高频率趋于减少。但是，当更低频率，例如在频率0和6之间的频率，减少时，缺陷可能是由于缺失股线所致的压接材料减少或者短的刷子缺陷引起。例如，如果力分布曲线的平均力和/或峰值力更低或者更少(例如具有短的刷子或者缺失股线的缺陷类型)，更低频率倾向于减少。当更低频率升高时，缺陷可能由压接中的材料增多引起，例如由于使用了错误的端子或者导线尺寸。通过分析频率分布以及通过确定样品压接中的哪些频率不同于正常压接，其它类型的缺陷可以被监测和检测。例如，诸如错误的端子或者导线尺寸、缺失导线股线、短的刷子、压接中的绝缘物、不规则的端子位置、错误的导线类型、不正确的绝缘物剥离等可以被分析。不同频率会基于缺陷类型而受到不同影响。

在一示例性实施例中，取决于监测的缺陷类型和/或端子和导线的类型和尺寸，压接质量监测系统12(如图1所示)可以仅仅分析来自频率子集的数据。例如，不是分析来自全部频率(例如频率0-128)的数据，当前质量监测系统12可仅仅分析来自频率0-36的数据，通过从分析中移除更高频率而过滤力分布。结果，控制器56分析的数据量可以减少，这将减少控制器56的计算时间。

应当理解，上面的描述意在为示例性的，而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可以用于彼此组合。此外，可以根据本发明的各实施例的教导进行许多修改以适应特定情形或材料，而不超出本发明的范围。尽管在此描述的材料的类型、各个部件的取向以及各个部件的数量和位置意在限定某些实施例的参数，但是绝不是限制性的，而仅仅是示例性实施例。在权利要求的精神和范围内的许多其它实施例和修改对于本领域技术人员在回顾以上描述时是明显的。本发明的范围因此应当参照所附权利要求连同与权利要求限定的主题等效的范围一起被确定。在所述权利要求中，术语“包括”和“其中”用作术语“包含”和“在其中”的等效用语。而且，在权利要求中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是用作标记，并不意在施加该数字要求对它们的对象。进一步地，下面权利要求的限定并未写成装置+功能的形式，并且并不意在基于35USC§112第六段落进行解释，除非这样的权利要求限定明确使用术语“用于……的装置”，其中省略部分为缺少进一步结构的功能的声明。

Claims (9)

1.一种压接设备(10)，包括：

压头(14)，该压头具有用于在压接冲程过程中压接端子(20)到导线(22)的压接装置(15)；

测量在所述压接冲程过程中的压接力的力传感器(24)；和

控制器(56)，该控制器通过将测量的压接力转换为频率分布图(160)并分析该频率分布图以确定所述压接的压接质量来监测压接的压接质量，其中所述控制器(56)利用所述频率分布图(160)的频率的不同预定子集以分析不同的压接缺陷。

2.如权利要求1所述的压接设备(10)，其中，所述控制器(56)利用频率变换算法基于力分布图(140)产生频率分布图(160)。

3.如权利要求2所述的压接设备(10)，其中，所述频率变换算法是快速傅里叶变换算法。

4.如权利要求1所述的压接设备(10)，其中，所述控制器(56)基于由所述力传感器(24)检测的压接力产生力分布图(140)，该控制器将力分布图转换到频率分布图(160)并分析所述力分布图和所述频率分布图的至少一个以确定压接质量。

5.如权利要求1所述的压接设备(10)，其中，所述力传感器(24)以选取的间隔测量压接力，该间隔是基于时间和压接装置位置的至少一个。

6.如权利要求1所述的压接设备(10)，其中，所述控制器(56)基于频率分布图(160)确定压接缺陷的类型。

7.如权利要求1所述的压接设备(10)，其中，所述控制器(56)基于用于所述压接的导线(22)和端子(20)的尺寸和类型的至少一个利用所述频率分布图(160)的频率的预定子集。

8.如权利要求1所述的压接设备(10)，其中，当所述频率分布图(160)的选取数量的频率(162)处于关于所述频率的正常值范围之外时，所述控制器(56)确定压接是有缺陷的压接。

9.一种监测压接质量的方法，所述方法包括步骤：

测量在压接冲程过程中的压接力(102)；

产生力分布图(104)；

利用频率变换算法将所述压接力转化到频率分布图(106)；和

分析所述频率分布图以确定压接质量(108)，其中该分析包括利用所述频率分布图(160)的频率的不同预定子集以分析不同的压接缺陷。