CN109689275A - 用于产生测试焊接接头的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在两个接触对象(11、12)之间产生测试焊接接头的装置和方法，接触对象(11、12)在焊接平面S中彼此接合在一起，所述装置包括用于容置接触对象(11、12)的压缩室，其中，压缩室在第一轴线方向上于彼此相对的两侧处由传递超声波振荡的超声波发生器的工作表面以及对向电极(16)的对向表面(15)限制，并且所述压缩室在第二轴线方向上于彼此相对的两侧处由限制元件的限制表面限制，限制元件彼此相对定位，其中，所述装置具有邻近压缩室的测试头部(27)，并且测试头部能够从压缩室外部的位置转移至压缩室内的位置，其中，在装置的用于将大致平行于焊接平面S定向的剪切力施加至先前产生的焊接接头的一个接触对象(12)的测试模式中，测试头部(27)被设置在打开的压缩室内，并且在装置的用于产生焊接接头的焊接模式中，测试头部(27)被设置在压缩室的外部。

Description

用于产生测试焊接接头的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于在于焊接平面S中接合在一起的两个接触元件之间产生测试焊接接头的装置，该装置包括用于容置接触元件的压缩空间，所述压缩空间在第一轴线方向上于两个相对侧处由传递超声波振荡的超声波发生器的工作表面以及对向电极的对向表面限制，并且在第二轴线方向上于两个相对侧处由相对的限制元件的限制表面限制，并且至少一个限制元件被实现为横向滑块元件，横向滑块元件被实现为能够通过前进装置相对于上述对向电极移位。此外，本发明涉及用于产生在焊接平面中的两个接触元件之间产生的测试焊接接头的方法。
背景技术
申请人通常使用上述制造的装置来在线导体的连接端部与连接装置——连接装置通常被实现为金属片部件并且在技术术语中通常被称为端子——之间产生焊接接头，焊接接头在下文中被称为端子接头。在本文中，线导体的连接端部与连接装置形成端子连接部的在焊接平面中通过超声波连接接合在一起的接触元件。
在本文中，线导体的连接端部可以由线导体的线股直接形成，所述线股的平面在通过超声波发生器受到超声波期间在焊接平面中紧密配合抵靠接触装置的接触突片，或者线导体的连接端部还可以由接触表面元件形成，接触表面元件也实现为金属片部件并且在产生焊接接头之前连接至线导体的用于形成线导体的接触端部的线股。在这种情况下，两个接触元件都由金属片制成。
为了产生测试焊接接头，从DE 10 2014 013 452 A1中已知，在于压缩空间中产生焊接连接部的同时对在压缩空间中原位产生的接头装置的工艺参数或几何形状进行测试并且在检查到故障——例如，超过限定阈值——时自动启动测量装置，以使得通过从端子切断线导体而不可能在后续使用被焊接至端子的故障线导体。
替代性地或与通过对在焊接过程中产生的接头装置的工艺参数或几何形状进行监测而对上述焊接接头的原位测试组合，在端子连接部中至少间歇地执行接头装置的机械应力测试，其中，线导体的连接端部被焊接至端子，以确保端子连接部不会屈服于在端子连接部的预期使用期间发生的机械应力。出于此目的，对端子连接部执行剪切测试，其中，接触元件在焊接平面中受到横向于线导体的纵向延伸的剪切力的作用。迄今为止，这些测试是在焊接过程之后以及从压缩空间中移除焊接过程中产生的接头装置之后进行的。端子连接部的另外的处理与此相关联，由于与此相关联的支出，因此在实践中对批量生产的仅相当少的端子连接部进行测试。
发明内容
本发明的目的是提出一种简化对端子连接部执行机械测试的装置和方法。
为了实现该目的，根据本发明的装置具有权利要求1的特征。
根据本发明，该装置包括测试头部，该测试头部靠近压缩空间并设置有用于使测试头部向平行于焊接平面的前进轴线前进的前进装置，并且所述的对向表面用于在前进轴线的方向上以固定的方式容置接触元件，所述测试头部能够从压缩空间外部的位置转移至压缩空间内的位置，使得测试头部在装置的用于使先前生产的焊接接头的另一接触元件经受大致平行于焊接平面定向的剪切力的测试模式中设置在敞开的压缩空间内，并且测试头部在装置的焊接模式中设置在压缩空间外以产生焊接接头。
因此，根据本发明的装置在端子连接部仍处于压缩空间中时能够执行端子连接部的机械测试。因此，端子连接部的用于执行机械测试的另外的处理不是必须的。实际上，端子连接部在执行焊接过程之后保持处于压缩空间中的位置并且直到已经执行了机械测试之后才从压缩空间移除。因此，批量生产的实际测试的端子连接部的数目可能显著增加而无需大幅增加批量生产的生产时间。
优选地，测试头部的前进装置由横向滑块元件的前进装置形成使得分开的前进装置不旨在用于使测试头部前进。
如果测试头部设置在横向滑块元件处，则横向滑块元件可以用于安装测试头部。
在优选的实施方式中，测试头部设置在横向滑块头部处，横向滑块头部以可更换的方式连接至横向滑块元件的横向滑块承载件，使得能够通过简单更换横向滑块头部来改装通常用于产生端子连接部的焊接装置。
如果测试头部可枢转地连接至横向滑块元件，则测试头部可以迅速地转移至压缩空间。
出于此目的，特别有利的是，测试头部通过平行于所述对向电极的对向表面并沿横向于横向滑块元件的前进方向的第三轴线方向延伸的枢转轴连接至横向滑块元件，使得用于枢转测试头部的驱动装置可以设置在横向滑块元件的上方并从而使压缩空间的可接近性受到尽可能小的阻碍。
如果测试头部可以通过设置在横向滑块元件处的驱动装置相对于横向滑块元件枢转，则可以得到用于将测试头部设置成紧靠压缩空间的特别紧凑的解决方案。
优选地，测试头部包括接触元件容置部，接触元件容置部具有大致平行于焊接平面设置的压紧装置以及用于向接触元件传递力的力传递装置。由于通过接触元件容置部的形成而防止受到测试力作用的接触元件特别地从另一接触元件抬起，因此通过以该方式实现的测试头部确保了从测试头部作用在接触对象上的测试力在焊接平面内起作用。
如果力传递装置设置成使得力传递装置以横向偏移定向成移位至接触元件的中间轴线，所述中间轴线平行于测试头部的前进轴线延伸并且所述接触元件设置在对向表面上，则剪切力可以通过剪切力矩叠加。
如果接触元件容置部具有在第一轴线方向上有效的旋转止挡件，则另一方面，在必要时还可以防止经受测试力的接触元件在焊接平面中相对于另一接触元件旋转。
优选地，压紧装置被实现为平行于焊接平面S的邻接表面，旋转止挡件被实现为邻接边缘，以及力传递装置被实现为止挡边缘使得压紧装置、旋转止挡件以及受制表面形成空间的限定角部并且测试力在接触元件的整个宽度上均匀地传递并且排除了接触元件的旋转。
特别优选的是，处理装置设置成靠近压缩空间，所述处理装置能够在测试过程之后对连接至接触元件的线导体或连接至接触元件的端子进行处理。
优选地，处理装置被实现为用于切断线导体的切断装置，因此如果连接装置在剪切测试中失效，则可以切断线导体以使得连接装置在之后立即无效。
如果处理装置被实现为对端子进行再成形的再成形装置也是有利的，因此如果连接装置在剪切测试中失效，则端子可以被再成形或不被再成形以将连接装置标记为无用的。
为了实现本发明，根据本发明的方法具有权利要求15的特征。
根据本发明，为了在焊接过程之后执行测试过程，在焊接过程——所述焊接过程在装置的焊接模式中被执行并且在所述焊接过程中压缩空间经由超声波发生器关闭——期间设置在压缩空间外部的测试头部在装置的具有敞开的压缩空间的测试模式中被引入到压缩空间内的位置中以执行测试，焊接接头的保持在焊接位置中的接触元件在测试头部的前进轴线的方向上经受剪切力以执行测试，并且另一接触元件在测试头部的前进方向的对向方向上以固定的方式保持在对向表面上。
为了在装置的测试模式中执行测试过程，测试头部从在装置的焊接模式中设置在横向滑块元件上方的位置枢转至敞开的压缩空间中的测试位置。
如果根据在焊接过程期间确定的至少一个工艺参数来执行测试过程，则测试可以总是独立于固定的测试名单而被执行，例如，如果在工艺参数中检查到显著偏差，则测试名单旨在以对每个第n个端子连接部进行测试的方式定义测试频率。这种工艺参数例如可以是超声波发生器或连接至超声波发生器的转换器的功率消耗、焊接时间或甚至焊接接头的几何参数。
为了执行测试过程，测试头部的力传递装置优选地移位以抵靠接触元件邻接，然后力稳定地增加。
如果测试头部的前进装置设置有路径测量装置使得在力增加的同时对测试头部的前进路径进行测量，则可以特别地在接触元件被实现为线股的情况下、在接触元件受到太大损害时、即在力路径有太大偏差时实施端子连接部的坏部件的限定。
独立于由坏部件限定定义的参数，如果与测试的端子连接部相关的数据和分配被记录并同时被保存、特别地生成日志文件，则有利于测试过程和/或测试结果的记录。
如果接触元件在执行测试过程时用测试标记进行标记，则可以在执行测试过程的同时证明执行的测试。
优选地，在测试过程期间，对经由测试头部施加的力进行测量，以便如果限定的测试力降低到限定值以下，则可以通过切断装置来切断连接至接触元件的线导体。
替代性地，在测试过程期间，可以对经由测试头部施加的剪切力进行测量，并且如果限定为目标值的测试力降低至目标值以下，则可以通过作用于接触元件的再成形装置来抑制用于在接触元件与连接至接触元件的线导体之间产生机械连接的接触元件的再成形。
附图说明
在下文中，通过附图对该装置的优选实施方式进行进一步描述，并通过该装置对要被执行的方法进行描述。
在下文中：
图1图示了根据现有技术的具有封闭的压缩空间的装置；
图2图示了根据现有技术的具有敞开的压缩空间的装置；
图3图示了根据本发明的具有设置在压缩空间外部的测试头部的装置的实施方式；
图4图示了图3中图示的具有在压缩空间中枢转的测试头部的装置。
具体实施方式
图1图示了根据现有技术的装置在进行超声波焊接过程时的压缩空间10。在进行焊接过程时，压缩空间10容置下接触元件11和上接触元件12，并且压缩空间10在第一轴线方向上——在这种情况下由z轴限定——于两个相对侧处由在y轴方向上受到超声波振荡的超声波发生器14的工作表面13以及对向电极的被实现为砧座的对向表面15限制。
在第二轴线方向——在这种情况下由x轴限定——上，压缩空间10由限制元件的相对限制表面17、18限制，所述限制元件各自由横向滑块元件19、20形成，在这种情况下横向滑块元件19、20各自可以相对于对向电极16沿x轴移位，如图2中特别地所图示的。
在图1中所图示的焊接模式中，接触元件11、12在焊接位置中处于限定的上层装置中，下接触元件11容置在砧座容置部21中，砧座容置部21将接触元件11沿x轴方向固定。通过超声波发生器14在限定压力处压靠接触元件11的上接触元件12位于下接触元件11与超声波发生器14的工作表面13之间。上接触元件12相对于下接触元件11的位置在焊接模式中通过横向滑块元件19、20的限制表面17、18被限定，横向滑块元件19、20沿x轴方向抵靠上接触元件12移位。在接触元件11、12在封闭的压缩空间10内的这种相对布置中，超声波发生器14受到振荡使得接触元件11、12被焊接在形成于接触元件11、12之间的焊接平面S中。
在这种情况下，在图1和图2中图示的两个接触元件11、12为由金属片形成的端子22的接触端部——对下接触元件11的情况而言——以及连接至端子22的用于产生端子连接部23的线导体24的线股端部——对上接触元件12的情况而言，由于经过超声波发生器14的加压，所述线股端部的横截面被压缩成近似矩形(图3)。
在图1中所图示的压缩空间10中产生焊接接头之后，压缩空间10被打开，如图2中所图示，使得横向滑块元件19、20沿x轴方向移位并且超声波发生器14沿z轴方向移位，并且最终的端子连接部23可以从压缩空间10被移除。
图3以等距视图图示了根据本发明的装置的实施方式，该装置在构型方面具有对应于图2的压缩空间25，即在已经执行焊接过程之后，端子连接部23仍然在压缩空间25中设置处于焊接位置，而与图2中所图示的压缩空间10一致形成的部件在图3中具有相同的附图标记。
如图3与图2之间的比较所阐明的，压缩空间25包括设置有测试头部27的横向滑块元件26，与之相比，压缩空间10不包括横向滑块元件26。测试头部27设置在横向滑块头部28上，横向滑块头部28以可更换的方式设置在横向滑块承载件30上，横向滑块头部28类似于横向滑块元件19的横向滑块头部29。
如图3中所图示，测试头部27在横向于横向滑块元件26的前进方向——即，在这种情况下横向于x轴并平行于对向电极16的对向表面15——延伸的枢转轴31处安装在横向滑块头部28上。作为用于测试头部27的枢转驱动部，测试头部27连接至在这种情况下被实现为气动缸并设置在横向滑块承载件30上的驱动装置32。
图3图示了测试头部27在压缩空间25外相对地布置在横向滑块元件26上，其中，测试头部27在焊接过程正在被执行时，即在焊接装置处于焊接模式中时设置在压缩空间25中。在将压缩空间25转移至如图3中图示的打开位置——在该打开位置中，横向滑块元件26、20设置在距接触元件11、12一定距离处并且超声波发生器14从接触元件11、12被向上抬起——后，端子连接部23与接触元件11、12一起在焊接位置中保持在对向电极16上，接触元件11、12在焊接平面S中被焊接在一起，在焊接过程之后，下接触元件11在x轴方向上以固定的方式保持在砧座容置部中。
从图3中所图示的非操作位置开始，测试头部27被枢转至其操作或测试位置以执行测试过程，测试头部27的所述测试位置在本示例性实施方式的情况下由测试头部的枢转臂33、34的抵靠设置在横向滑块头部28上的枢转止挡件35、36的止挡件限定，所述枢转臂33、34铰接地安装在枢转轴31上。从测试头部27的该测试位置开始，测试头部27连同如图3中所图示的止挡边缘37抵靠上接触元件12的沿y轴方向延伸的纵向边缘42移位，止挡边缘37与邻接边缘38和邻接表面39一起形成接触元件容置部41，接触元件容置部41形成为测试头部27的下侧40处的空间角部，其中，邻接边缘38和邻接表面39各自垂直于止挡边缘37定向。
如图4中所图示，上接触元件12在测试头部27的力传递位置中容置在形成于测试头部27上的接触元件容置部41中，接触元件容置部41的力传递位置在止挡边缘37已经抵靠上接触元件12的纵向边缘42使得邻接表面39用作压紧装置并且邻接表面38用作旋转止挡件之后被获得。上接触元件12由于横向滑块元件26的前进装置正在被执行而在x轴方向上受到横向力——横向力在焊接平面S中引起剪切力，因此排除了上接触元件12在z轴方向和y轴方向的偏离并且仅可能在x轴方向偏离。
如图3中所图示，止挡边缘37设置有能够对上接触元件12施加测试标记的测试印记43。如果限定为目标值的测试力降低到目标值以下，则连接至上接触元件12的线导体24可以通过如图3中所图示的在y轴方向上靠近压缩空间25设置的切断装置44被切断，以排除在低于测试力后被确定为有缺陷的端子连接部23的使用。

Claims (22)

1.一种用于在于焊接平面S中接合在一起的两个接触元件(11、12)之间产生测试焊接接头的装置，所述装置包括用于容置所述接触元件(11、12)的压缩空间(25)，所述压缩空间(25)在第一轴线方向上于两个相对侧处由传递超声波振荡的超声波发生器(14)的工作表面(13)以及对向电极(16)的对向表面(15)限制，并且所述压缩空间(25)在第二轴线方向上于两个相对侧处由相对的限制元件的两个限制表面(17、18)限制，并且至少一个限制元件被实现为横向滑块元件(26)，所述横向滑块元件(26)实现为能够通过前进装置相对于所述对向电极(16)移位，
其特征在于，
所述装置包括测试头部(27)，所述测试头部(27)靠近所述压缩空间(25)并设置有用于使所述测试头部(27)向平行于所述焊接平面S的前进轴线前进的前进装置，并且其特征在于，所述对向表面(15)用于在所述前进轴线的方向上以固定的方式容置接触元件(11)，所述测试头部能够从所述压缩空间外部的位置转移至所述压缩空间内的位置，使得所述测试头部(27)在所述装置的用于使先前产生的焊接接头的另一接触元件(12)经受大致平行于所述焊接平面S定向的剪切力的测试模式中设置在敞开的所述压缩空间(25)内，并且其特征在于，所述测试头部(27)在所述装置的用于产生所述焊接接头的焊接模式中设置在所述压缩空间(25)的外部。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述测试头部(27)的前进装置由所述横向滑块元件(26)的前进装置形成。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，
所述测试头部(27)设置在所述横向滑块元件(26)处。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，
所述测试头部(27)以可更换的方式设置在横向滑块头部(28)上，所述横向滑块头部(28)连接至所述横向滑块元件(26)的横向滑块承载件(30)。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，
所述测试头部(27)以可枢转的方式连接至所述横向滑块元件(26)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述测试头部(27)通过枢转轴(31)连接至所述横向滑块元件(26)，所述枢转轴(31)平行于所述对向电极(16)的所述对向表面(15)并且沿横向于所述横向滑块元件(26)的前进装置的第三轴线方向延伸。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述测试头部(27)能够通过设置在所述横向滑块元件(26)处的驱动装置(32)相对于所述横向滑块元件(26)枢转。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，
所述测试头部(27)包括接触元件容置部(41)，所述接触元件容置部(41)具有大致平行于所述焊接平面S设置的压紧装置以及用于向所述接触元件(12)传递力的力传递装置。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述力传递装置设置成使得所述力传递装置定位成相对于所述接触元件的中间轴线横向偏移，所述中间轴线平行于所述测试头部(27)的前进轴线延伸，并且所述接触元件设置在所述对向表面上。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述接触元件容置部包括对围绕所述第一轴线方向的旋转有效抵抗的旋转止挡件。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，
所述压紧装置被实现为平行于所述焊接平面S设置的邻接表面(39)，所述旋转止挡件被实现为邻接边缘(38)，并且所述力传递装置被实现为止挡边缘(37)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于，
邻近所述压缩空间(25)设置有处理装置，所述处理装置能够在测试过程之后对连接至接触元件(12)的线导体或连接至所述接触元件的端子进行处理。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，
所述处理装置被实现为用于切断所述线导体(22)的切断装置(44)。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，
所述处理装置被实现为用于对端子(22)进行再成形的再成形装置。
15.一种用于在接触元件(11、12)之间于焊接平面S中产生测试焊接接头的方法，在于压缩空间(25)中在所述接触元件(11、12)的焊接位置所执行的焊接过程之后打开所述压缩空间(25)，所述压缩空间(25)在第一轴线方向上于两个相对侧处由传递超声波振荡的超声波发生器(14)的工作表面(13)以及对向电极(16)的对向表面(15)限制，并且所述压缩空间(25)在第二轴线方向上于两个相对侧处由相对的限制元件经由限制表面(17、18)限制，
其特征在于，
在所述焊接过程——所述焊接过程在装置的焊接模式期间被执行并且在所述焊接过程中所述压缩空间(25)被所述超声波发生器(14)关闭——期间设置在所述压缩空间外部的测试头部(27)在所述装置的具有敞开的所述压缩空间(25)的测试模式中被引入到敞开的所述压缩空间内的位置中以在所述焊接过程之后执行测试过程，焊接接头的保持在所述焊接位置中的接触元件(12)在所述测试头部的前进轴线的方向上经受剪切力以执行所述测试过程，并且另一个接触元件(11)在所述测试头部(27)的前进装置的相反方向上以固定的方式保持在所述对向表面(15)上。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，
为了在所述装置的测试模式中执行所述测试过程，所述测试头部(27)从在所述装置的焊接模式中设置在横向滑块元件(26)上方的位置枢转至敞开的所述压缩空间(25)中的测试位置。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，
所述测试过程根据在所述焊接过程期间确定的至少一个工艺参数执行。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，
为了执行所述测试过程，所述测试头部(27)的力传递装置移位成在所述接触元件(12)处停止，然后力稳定地增加。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，
所述测试头部的所述前进装置设置有路径测量装置使得在力增加的同时对所述测试头部(27)的前进路径进行测量。
20.根据权利要求15至19中的任一项所述的方法，其特征在于，
在执行所述测试过程的同时用测试标记对接触元件(12)进行标记。
21.根据权利要求15至20中的任一项所述的方法，其特征在于，
在所述测试过程期间，对经由所述测试头部(27)施加的力进行测量和/或对所述测试头部(27)的前进路径进行测量，并且，如果定义为目标值的测试力降到目标值以下或定义为最大路径的前进路径超过最大路径，则通过切断装置(44)来切断连接至接触元件(12)的线导体(24)。
22.根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，其特征在于，
在所述测试过程期间，对经由所述测试头部(27)施加的力进行测量和/或对所述测试头部(27)的前进路径进行测量，并且，如果定义为目标值的测试力降到目标值以下或定义为最大路径的前进路径超过最大路径，则通过作用于所述接触元件(12)的再成形装置来抑制用于在所述接触元件与连接至所述接触元件的线导体(22)之间产生机械接头的所述接触元件(11、12)的再成形。
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