CN1056959A - 确定压接的电连接质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种确定电连接体的压接质量的方 法。该方法通过在压接时采集受力和位移数据，并把 这些数据和标准的代表高质量压接的数据相比较。 对于采集的数据，将选定的那部分与标准数据相对应 的那部分相关，如果偏差大于一定数量，则产生一个 不通过信号，并显示给机器的操作者。根据在较长期 操作下环境情况的缓慢变化，标准数据可以不断刷 新。

Description

本发明涉及端头和导线的端接，以及控制这种端接质量的方法。

采用常规的压接装置，可把端头压接到导线上，该压接装置有一个支撑端接头的砧座，以及一个可朝着砧座或背离砧座而移动的对压接起作用的冲模。在压接过程中，端头放在砧座上，导线的一端插入端接头的线箍或小园筒内，冲模朝砧座移动，在有限程度上压接，这样就使端接头压接到导线上，然后，冲模退回其起始位置。

为了使压接效果满意，被压接的端接头的压接厚度及其它指标必须严格控制。端接头的压接厚度就是压接以后，端接头与导线相连那部分的最大垂直尺寸或高度的实测值。常规情况下，如果某些端接头和导线连接时没有压接到正确的压接厚度，就会产生不令人满意的压接效果。另一方面，有些压接厚度虽然显得是“正确”的，但压接效果也不令人满意，在压接的端子上的压接厚度的变化或者其它物理变化不是由于压接本身的原因，而是由于其它原因造成的这种质量差的连接。这些原因包括：使用不合规格的端接头或导线、多股导线丢失股线、导线型号不对以及尚有不完全剥离导线的绝缘层。由于这些有缺陷的压接件经常出现在高质量的压接中，并且这些缺陷的识别是困难的，所以需要不时地克服这些缺陷。

在1989年8月15日颁布给尤曼斯（Yeomans）的美国专利第4，856，186和1990年4月17日颁给同一人的美国专利第4，916，810中公开了一种简单的无损设备，可在压接过程中通过精确测量压接厚度来检测这些有缺陷的压接。这两个专利如已被在前文摘录的在这里被引作参考。

利用上述参考专利的学说，在此所要的是一种装置和方法，这种装置和方法通过分析在实际压接过程中加在端接头上的压接力而测出有缺陷的压接端接头。

本发明正是一种用于确定压接到导线上的电端接头的压接质量的方法。在压接过程中，测出端接头的变形量，随之对应出影响几种不同的变形所要施加的力，由此，定义出多个具有受力值和端子变形值的受力和变形的数据单元对。根据压接的已知质量给出多个标准数据单元对。选择实测的数据单元对的各个数据单元对使其与多个相应的标准数据单元对的各个数据单元对相关，由此确定被压接端接头的压接质量。

现通过参阅附图的实例来说明本发明：

图1是本发明方案的压接机的立体图;

图2是本发明操作过程中采用的典型功能部件的方框图;

图3是把端接头压接到导线上时，压接力和压头的位移量之间的关系图;

图4表示实际被压接的端接头的曲线关系。

在图1中，压接机10有基座12和压头14，压头14可相对于基座12作上下运动。在本例中，压接机10是具有飞轮和用于将上下运动传到压头14上的离合器的类型的压接机，然而，其他类型的具有合适的压头冲程（ram  stroke）的压接机同样适用于本发明。

通常，基座12和压头14各自带有一半相匹配的压接冲模组。如图1所示，这个冲模组包括砧座16和冲模18，砧座16放在基座平台17上，并可移动，冲模18放置在压头14上，也可移动。基座平台17联到基座12上，该联接方式是使平台17垂直移动。图1示出一个典型的端接头20被压接到导线上。

如图1所示，变形计24用环氧树脂以通常方法粘在或焊在砧座16上。两根引线26带载正比于加在砧座16上的压力的信号，该压力是通过端接头20及导线22的压接而从压头14传到砧座16上的。因此，引线26上的信号表示在压接时，端接头20受到的力。这在前面提到的美国专利4，856，186中对此有更详细的描述。

线性距离传感器30用来测量相对于基座12的压头14的位移。此传感器30有一个用支架34刚性固连在基座上的定子32，在定子内有一个如图1所示的在垂直方向上可动的钢筋。导杆36从定子32中伸出，一头连在可移动的钢筋上，另一头通过支架38和调整螺母40可调节地固定在压头14上。两根引线42输出的信号正比于定子内钢筋的垂直位置，因此，如在4，856，186号专利中详细描述的，这个信号指示砧座16和冲模18之间的垂直距离。正如前文所述，通过监控两对引线26和42上的信号，就可以精确测定被压接的端接头20的实际压接厚度。应当理解，引线42上的信号也指示了端接头被砧座16和冲模18所挤压的变形量。此外，也可以测定其它一些参数，例如加在端接头20上的峰值受力以及完成压接所做功的大小。

前面已提过，这里介绍的测量受力和压头位移在各个引线26和42上产生信号的装置和方法只以实例给出。任何适合的公知的设备都可以用来实现这些功能。例如，在压头上连接一些永磁铁并在基座上装一个霍尔效应装置，由它来感应磁铁与传感器30的相对位置。其它适用的用于感测和发出压头位移受力信号的设备将会以已有技术出现并可被优化地实现本发明的方案。

图2表示本机器的主要功能。注意：导线压接机中的16、18和17分别表示砧座、冲模以及可移动的基座平台，24和30分别表示力传感器和压头位置传感器，本例中分别代表变形计和线性距离传感器。图2中的绝缘体压接机50是另外一台设备的实例，该设备可以以同导线压接机相类似的方式来控制。其它的类似设备也可以以类似的方式来控制。在用导线压接机的情况下，实际调整指的是物理位移或对基座平台17的调整，在用绝缘体压接机的情况下可能会采用其它可调节装置，它们都是用步进电机52和54分别来驱动的。任何可由计算机输入/输出通道接口驱动的适合的传动机构都可以代替步进电机52和54。具有存储器58的计算机56用来存储数据库且输入/输出设备60用于操作装置之间的通信，该计算机56用于驱动步进电机52和54。通过输入/输出设备60，可响应进入操作装置的输入，且这些输入是从力传感器24或压头位置传感器30来的输入。

引线26上的信号指示加在端接头上的力，引线42上的信号指示压接冲模16和18的相配对的各一半的相对位置，这两个信号由计算机56监控并以已有技术方式记录在存储器58中。这些信号被记录后作为数据单元对，在压接过程中，每一对为一离散的时间增量，它每秒钟采样4000次，诸如这样的采样速率参见表1已成功地用在对已知质量情况的压接头的90次的测试中。所记录的采样数字的精度并不重要，只要有足够的数目用来定义如图3所示的工作曲线100即可，图3中有位置坐标轴和压力坐标轴，曲线以下即表示了在压接期间所作的总功。

表1

采样号  条件  产生的信号

1  好  通过

2  丢失股线  不通过

3  绝缘  不通过

4  绝缘  不通过

5  绝缘  不通过

6  好  通过

7  丢失股线  不通过

8  丢失股线  不通过

9  好  通过

10  绝缘  不通过

11  绝缘  不通过

12  丢失股线  不通过

13  绝缘  不通过

14  好  通过

15  绝缘  不通过

16  绝缘  不通过

17  丢失股线  不通过

18  丢失股线  不通过

19  绝缘  不通过

20  绝缘  不通过

采样号  条件  产生的信号

21  丢失股线  不通过

22  好  通过

23  丢失股线  不通过

24  好  不通过

25  绝缘  不通过

26  丢失股线  不通过

27  丢失股线  不通过

28  好  通过

29  丢失股线  不通过

30  好  通过

31  丢失股线  不通过

32  丢失股线  不通过

33  丢失股线  不通过

34  绝缘  不通过

35  好  通过

36  丢失股线  不通过

37  绝缘  不通过

38  好  通过

39  丢失股线  不通过

40  好  通过

41  绝缘  不通过

42  绝缘  不通过

43  绝缘  不通过

采样号  条件  产生的信号

44  好  通过

45  丢失股线  不通过

46  好  通过

47  丢失股线  不通过

48  好  通过

49  好  通过

50  绝缘  不通过

51  好  通过

52  绝缘  不通过

53  丢失股线  不通过

54  丢失股线  不通过

55  丢失股线  不通过

56  绝缘  不通过

57  绝缘  不通过

58  好  通过

59  绝缘  不通过

60  绝缘  不通过

61  丢失股线  不通过

62  绝缘  不通过

63  丢失股线  不通过

64  好  通过

65  好  通过

66  绝缘  不通过

采样号  条件  产生的信号

67  绝缘  不通过

68  丢失股线  不通过

69  丢失股线  不通过

70  丢失股线  不通过

71  好  通过

72  丢失股线  不通过

73  好  通过

74  好  通过

75  好  通过

76  好  通过

77  好  通过

78  丢失股线  不通过

79  好  通过

80  绝缘  不通过

81  好  通过

82  绝缘  不通过

83  绝缘  不通过

84  好  通过

85  丢失股线  不通过

86  绝缘  不通过

87  绝缘  不通过

88  好  通过

89  好  通过

采样号  条件  产生的信号

90  丢失股线  不通过

换言之，采样的发生可基于相对位置值的增量变化或压力值的增量变化而不是时间值的增量变化。重要的是要有足够的采样数量，以便恰当地限定工作曲线100。

图4表示了几种曲线，它根据所选的测试采样中的不同数据单元对，以示出在压接联接中丢失股线和压接在导线绝缘包皮部分的影响。仔细观察图4可知，实际有三组曲线，每组三条线共九条分离的线。第一组曲线70表示已知高质量的压接。第二组曲线72表示41股的多股导线中丢失4股线的条件下的压接状态。第三组曲线74则表示压接在导线的绝缘包皮部分上的压接状态。曲线74中压力的峰值较小，原因是绝缘包皮起到了缓冲作用，使得导线的股线的各股被挤压断并从被压接的端接头中滑出。

图3所示的曲线100是一条数据单元对的假设的、典型端接头压接时的工作状态曲线。位于位置轴的点E₁和点E₂之间的曲线102的一部分代表从匹配的冲模的各半上在端子头20上啮合使它开始变形时从冲头18上受到的力。从点E₂之外直到点E₃这一段，是由曲线104的一部分代表，表示端接头20在实际压接时的情况。在E₃处，力达到峰值，在该点上，冲模18开始从砧座16上撤除。曲线106部分表示了这种力撤除时的工作状态。从E₃到E₄，力逐渐跌至基本为零。随着冲模18接近点E₁，不再需收集数据对，且由于在冲模的这些运动期间，在端子20上不再做功，故从点E₄跌下来。

曲线102部分是最明显地表示压接时是否发生问题的区段，例如丢失股线、导线规格不符或在104部分的端接头情况等。曲线104部分显示了力的变化是激增的并线性地增加。从曲线104部分定义的曲线上选一组数据单元对，在曲线104部分上的受力值为峰值受力的约35%至40%和在位置E₃的约90%至95%之间。这些力的百分率值极值不是临界的，只要所选的数据单元的组不包括曲线102的二个部分110，因为110已明显脱离104部分的线性区。这些数据单元对的组被分析并与在已知高质量压接期得到的标准数据单元对的组相比较，就可以确定现行的压接质量。

方法之一是通过“最小二乘方法”，把这些成组的数据对拟合成一条直线，这种方法是公知技术。借助于已有知识可将“最小二乘方法”表示如下：

对于（F_i，P_i）的n个点上，直线的斜率m和截距b给出如下：

$m=\frac{1}{d}(n\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{FiPi}-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Fi}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Pi})$ $d=\frac{1}{d}(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_i^2-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Pi}-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Fi}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Fi\; Pi})$ $d={(n\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{F}_i^2-(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Fi})}^2$

一旦直线106被确定，由图3可见，该直线最好地拟合了成组的数据单元对，则在直线上的点108被确定，它对应的受力值约为在组中的受力数据单元的最大值和最小值的平均值。这被指示在力轴上位于最大受力值的65%的点处。随之在位置轴上建立相应的点并在位置轴上标为P点。正是这个P点可以加以比较类似地建立、然而又是统计推定的许多高质量的压接端子的P′点，并且由此而对现行的P点表示的压接质量做出判断。

可以通过准备一些适合数量的头部完全剥干净绝缘包皮的导线及要被压接的端接头来确定P′点。每根导线和相应的端接头依次放在压接机10的压接位置上并被压接，同时，记录下从一组标准的压力和标准的位置的数据单元对中得出的表示工作曲线的数据单元对。然后，位置P随之以上面介绍的用图3表示的方法加以计算。这样每压接一次，压接的质量可手工检查一次。当压接质量不满足要求时相应的数据对从存储器58中被清除。当形成了适当数量的高质量的压接时状态数据后，在本例中为5次，则可计算出5个P值的平均值P′及其标准偏差。

工作时，由如上所述，压接机10通过该平均值P′被标定下来并在存储器58中存入计算出的标准偏差。因此，每个生产压接期间都和存储的已知的质量的标准相比较来确定压接产品的质量。

在每个产品压接期间，出现在引线26和42上的信号作为实测的数据单元对记录在存储器58中。以那些被曲线102的部分104定义的实测数据单元对中选取一组数据单元对，这组数据单元对的压力值为在E₃点峰值力F的约35%至约95%。在本例中，以成组实测的数据单元对拟合出一条直线并用上面介绍的方法确定了点P，这个点P和计算后的平均值P′相比较，如果P点没有在预先确定的P′点的标准偏差范围内，则由计算机56产生一个不通过的信号并在输入/输出装置60上显示出来。在本例中使用三个偏差标准。如果点P在标准偏差极限内，则对应的压接被认为是满足质量要求的。

反之，如果没有不通过的信号产生在这点上，这成组的实测的数据单元对可以分解到计算的平均值P′和相关的标准偏差中，以便在后面比较时涉及这个新的平均值P′。这是很有用处的，因为压接机10易受周围环境缓慢变化的影响，例如温度的变化或由于长期工作而引起的其它条件的变化。在这些变化的条件下，必须不断重新修正标准以保持有效。可以用任何适当的方式把成组的实测数据单元对分解到平均值P′中，例如通过在计算平均值P′和标准偏差以及这些变量的重复计算之前，分解成包括具有成组的标准受力和位置数据单元对的一系列成组测量数据对。

以上描述了将成组的实测的数据单元对和成组的标准数据对进行比较的方法，通过拟合一条直线而产生出非常满意的结果。然而，通过对数据对拟合出已知的曲线，可对同一方法不断地使用。将成组的实测数据对和成组的标准数据对相比较的其它适合的方法对那些能读出所揭示的数据的熟练人员来说是很显然的，并且这些方法被认为是包括在本发明的精神实质和所附的权利要求范围内的。

关于上文描述的确定压接质量的方法的重要改进是：在比较成组的实测的数据对和成组的标准数据对时，引入峰值力F。

如上所述，在标定压接机10时，一平均值F′和峰值力的标准偏差用于对成组的已知高质量端接的计算，这一端接还被用于计算平均值P′并存储在存储装置58中。在产品压接期间，当选出成组的实测的数据单元对时，在曲线102的位置E₃点峰值力F也被选定并可以把它和计算出的平均值F′相比较，如果受力F不在平均值F′的特定的偏差间隔内，则计算机56产生一个不通过信号，并在输入/输出设备60上显示出来。在本例中，采用了F′的三个标准偏差，然而，在其它间隔内，还可以确定一些其他特定的缺陷，例如，在压接时压在绝缘体上。正如前文所述，如果没有不通过信号产生，成组的实测的数据单元对可以分解到对平均值P′的计算中。类似地，实测的力F也可以分解到平均值F′中，从而修正由于较长时间工作而引起环境条件的缓慢变化。

本发明的突出特点是可以在压接完成时立刻测出丢失股线或压接在绝缘部分上的情况，而且在压接期间之后于下一个压接动作以前，立即自动产生不合格信号。这种能力可集中在自动化设备中，在该设备中每次压接的质量能够检测出，并可将不符标准的产品自动废除掉。这一系列动作是在压接机正常操作过程中进行，而且不影响机器的运转速度。

Claims (10)

1、一种测定采用压接装置将电端接头压接到导线上的压接质量的方法，所采用的压接装置包括一台具有其基座和压头可彼此相对作上下运动的压接机，该基座和该压头各自携带相匹配的半个冲模，测定方法的步骤为：

(a)在所述压接装置中把端接头和导线放在压接位置上；

(b)使所述基座和所述压头至少有一个向另一个相对运动，使所述冲模相啮合，以将所述端头压接到所述导线上，再松开；

(c)在步骤(b)中所述的啮合、压接和松开过程中，同时测出所述冲模在端接头啮合部分之间的距离以及由冲模相对于所述冲模的所述匹配的各半的多个不同的相对位置而加到所述端接头上的力，由此确定分别具有受力值和位置值的多个测出的受力和位置数据单元对；

(d)给出对应于已知压接质量的多个标准数据单元对；

(e)使选择的所述的多个实测的数据单元对的各个数据单元对和所述多个对应的标准数据单元对的各个数据单元对相关，从而确定所述的压接端接头的压接质量。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于：步骤（e）所选的多个实测的数据单元对的各个数据单元对包括了只在步骤（c）的在啮合和压接期间定义的所述数据对的第一组数据对，并且这组数据对的受力值为所述多个数据单元对的最大实测的受力值的约35%至95%。

3、根据权利要求2的方法，其特征在于：步骤（e）所述的相并包括如下步骤：

（e1）把所说的数据单元对的第一组数据单元对用最小二乘方法拟合成一直线;

（e2）计算出位置P，它对应于在所述直线上受力值F约等于实测的最大受力和最小受力的平均值的点;

（e3）将步骤（e2）中的所述计算出的位置P与对应于受力值基本上等于F的所述多个标准数据单元对的对应数据单元对的位置值相比较。

4、根据权利要求3的方法，其特征在于：步骤（d）所述的提供多个标准数据单元对包括：

（d1）给出一个已知的性能良好的端接头和一个剥净绝缘包皮的导线，并把所述端接头和导线放在所述压接装置的压接位置上;

（d2）使上述基座和压头至少有一个向另一个相向运动，以使所述冲模相啮合，以将所述端接头压接到所述导线上，然后松开;

（d3）在步骤（d2）中所述的啮合、压接和松开过程中，同时确定冲模端接头啮合部分之间的距离以及经所述冲模相对所述冲模的所述匹配的各半的多个不同相对位置而加到所述端接头上的力，由此确定出多个标准受力和位置数据单元对;

（d4）至少重复步骤（d1）、（d2）和（d3）一次，以便定义至少两套标准受力和位置数据单元对的一个采样;

（d5）从所述每套数据对中选一组相邻的数据对;

（d6）采用最小二乘方法，对每套所述成组的数据对拟合出一直线;

（d7）对每根直线计算出位于这些直线上的一点位置P，该点P的受力值F约为对应于所述直线上所述一组数据单元对的最大和最小受力平均值;

（d8）为所述采样的位置P计算出平均值P′和标准偏差。

5、根据权利要求4的方法，其特征在于：所说的比较步骤（e3）包括把所述实测数据单元对的所述计算的位置P与所述采样的计算的平均值P′相比较的步骤。

6、根据权利要求5的方法，其特征在于它包括以下步骤：

（f）如果所述实测的数据单元对的计算的位置P大于所述计算的平均值P′的标准偏差-预定数目，则给出一个不通过信号。

7、根据权利要求6的方法，其特征在于它包括如下步骤：

（d7）计算所述采样中每套数据单元对的最大受力值的平均值F′和标准偏差，其中步骤（e3）所述的比较包括将实测的数据单元对的最大受力与所述采样的最大受力的计算的平均值F′相比较。

8、根据权利要求7的方法，其特征在于所述的步骤（f）包括：如果所述实测的数据单元对的最大受力大于所述采样的最大受力的所述计算出的平均值F′的标准偏差-预定数目，则给出一个不通过信号。

9、根据权利要求8的方法，其特征在于它包括如下步骤：

（g）如果步骤（f）中不出现不通过信号，则对采样中的位置P的平均值P′和标准偏差重复计算，就好象所述的采样已经包括了在步骤（e）中的所述第一组的数据对，作为附加的一套数据对。

10、确定电端接头压接到导线上的压接质量的方法，其步骤为：

（a）在将所述端接头压接到所述导线上的期间，测出所述端接头的变形量，同时测出对于所述变形的多个不同的变形量的引起这种变形而对应的受力量，以便确定出多个具有受力值和端子变形值的测量的受力和变形数据单元对;

（b）给出对应于已知压接质量的多个标准数据单元对;

（c）将选择的所述实测的数据单元对的各个数据单元对与所述多个标准数据单元对各个对应的数据单元对相关，从而确定所述压接的端接头的压接质量。

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