KR20160042044A - 압착된 전기 연결부의 압착 높이를 결정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
단자 압착 장치는 앤빌(114) 및 이 앤빌을 향해서 이동 가능한 램(116)을 포함하는 압착 공구(104)를 포함하며, 압착 공구에 의해 와이어에 압착되도록 구성된 단자(110) 및 와이어(112)를 수용하도록 구성된 램과 앤빌 사이에 정의된 압착 구역을 구비한다. 초음파 트랜스듀서(160)가 앤빌 및 램 중 적어도 하나에 결합되고, 와이어 및 단자를 통해 송출된 음향 신호(158)를 수신한다. 압착 품질 모듈이 초음파 트랜스듀서로부터의 신호를 수신한다. 압착 품질 모듈은 초음파 트랜스듀서에 의해 수신된 음향 신호에 기초하여 단자의 압착 높이(170)를 결정한다.
Description
본 명세서에서의 주제는 일반적으로 압착된 전기 연결부의 압착 높이를 결정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
단자는 통상적으로 전기 단자를 지지하기 위한 앤빌(anvil) 및 단자를 압착하기 위해 앤빌을 향해서 그리고 그로부터 멀리 이동 가능한 램(ram)을 갖는 통상의 압착 프레스에 의해 와이어 상에 압착된다. 작업 시, 단자가 앤빌 상에 배치되고, 와이어의 단부가 단자의 페룰(ferrule) 또는 베럴(barrel) 내에 삽입되며, 램이 앤빌을 향해서 프레스의 스트로크의 한계까지 이동하게 되어, 단자를 와이어 상에 압착한다. 그런 다음, 램이 그의 시작 지점으로 철수된다.
만족스러운 압착 연결부를 얻기 위해서, 압착된 단자의 압착 높이 및 다른 특징이 밀접하게 제어되어야 한다. 단자의 압착 높이는 압착 후에 단자의 주어진 부분의 높이 또는 최대 수직 치수의 척도이다. 통상적으로, 단자가 특정 단자 및 와이어 조합을 위해 정확한 압착 높이까지 압착되지 않는 경우, 만족스럽지 않은 압착 연결이 초래될 것이다. 일부 시스템은 느리고 지루할 수 있는 단자의 수동 측정에 의해 압착 높이를 측정한다. 일부 시스템은 램 변위 측정에 기초하여 압착 높이를 측정한다. 예를 들면, 압착 공정 동안에 압착 높이를 정확히 측정함으로써 이러한 결함 있는 압착 연결부를 검출하는 간단한 비파괴 수단이 Yeomans에 의한 미국 특허 제4,856,186호 및 제4,916,810호에 개시되어 있다.
한편, 그럼에도 불구하고, 많은 만족스럽지 않은 압착된 연결부가 "정확한" 압착 높이를 나타낼 것이다. 압착된 단자의 압착 높이 변동 또는 다른 물리적인 변동이 결함 있는 압착 연결의 원인 그 자체는 아니지만, 약한 연결을 야기하는 다른 요인을 나타낸다. 이러한 요인은 잘못된 단자 또는 와이어 크기의 사용, 와이어 스트랜드의 누락, 잘못된 와이어 유형, 및 절연의 부정확한 스트리핑(stripping)을 포함한다. 이러한 결함 있는 압착된 연결부가 빈번하게 고 품질의 압착된 연결부의 외관을 갖기 때문에, 이러한 결함을 식별해서 적시에 정확한 조치가 취해질 수 있도록 하는 것은 어렵다. 압착 작업 동안에 단자 상에 인가된 압착력을 분석함으로써 결함 있는 압착된 단자를 검출하는 간단한 비파괴 수단이 Strong에 의한 미국 특허 제5,123,165호 및 제5,197,186호에 개시되어 있다. 그러나, 힘 측정에 기초한 압착 높이 및 낮은 품질의 압착의 추정은 압착력 및 압착기 구성요소 위치의 예상치 못한 변화로 인해 신뢰할 수 없다. 또한, 압착 높이의 힘 기반 추정은 힘 및 위치 데이터를 해석하여 추정된 압착 높이를 전개하는 복잡한 컴퓨터 시스템을 필요로 한다.
초음파 모니터링(ultrasonic monitoring)의 새로운 기술이 압축 품질 모니터링에서 사용하기 위해 제안되어 있다. 예를 들면, 미국 특허 제7,181,942호는 파괴 시험을 통해 바람직하게 결정된 이전의 압착으로부터의 신호와 신호를 비교함으로써 압착 연결부를 측정하기 위한 초음파 장치 및 방법을 기술하고 있다.
이러한 문제점의 해결책은 본 명세서에 설명된 바와 같이 압착 품질의 척도로서의 압착 단자의 압착 높이를 결정하는 초음파 모니터링을 사용하는 압착 품질 모니터링 시스템에 의해 제공된다.
상기 시스템은 앤빌 및 이 앤빌을 향해서 이동 가능한 램을 포함하는 압착 공구(crimp tooling)를 포함하는 단자 압착 장치를 포함하며, 압착 공구에 의해 와이어에 압착되도록 구성된 단자 및 와이어를 수용하도록 구성된 램과 앤빌 사이에 정의된 압착 구역을 구비한다. 초음파 트랜스듀서(ultrasonic transducer)가 앤빌 및 램 중 적어도 하나에 연결되고, 와이어 및 단자를 통해 송출된 음향 신호(acoustic signal)를 수신한다. 압착 품질 모듈은 초음파 트랜스듀서로부터의 신호를 수신한다. 압착 품질 모듈은 초음파 트랜스듀서에 의해 수신된 음향 신호에 기초하여 단자의 압착 높이를 결정한다.
이제 본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 단자 압착 장치의 사시도이다.
도 2는 압착 작업 동안에 압착된 단자를 형성하는 데에 사용되는 앤빌 및 램에 부착된 초음파 트랜스듀서를 나타내는 단자 압착 장치의 일부분을 도시하고 있다.
도 3은 단자 압착 장치의 제어 모듈의 예시적인 실시예를 도시하고 있다.
도 4는 압착 작업 동안에 압착된 단자를 형성하는 데에 사용되는 앤빌 및 램에 부착된 초음파 트랜스듀서를 나타내는 단자 압착 장치의 일부분을 도시하고 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 단자 압착 장치의 사시도이다.
도 2는 압착 작업 동안에 압착된 단자를 형성하는 데에 사용되는 앤빌 및 램에 부착된 초음파 트랜스듀서를 나타내는 단자 압착 장치의 일부분을 도시하고 있다.
도 3은 단자 압착 장치의 제어 모듈의 예시적인 실시예를 도시하고 있다.
도 4는 압착 작업 동안에 압착된 단자를 형성하는 데에 사용되는 앤빌 및 램에 부착된 초음파 트랜스듀서를 나타내는 단자 압착 장치의 일부분을 도시하고 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라 형성된 단자 압착 장치(100)의 사시도이다. 단자 압착 장치(100)는 단자를 와이어에 압착하기 위해 사용된다. 도시된 실시예에서, 단자 압착 장치(100)는 애플리케이터(applicator)(102)를 갖는 벤치 머신(bench machine)이다. 대안적으로, 단자 압착 장치(100)는 다른 유형의 압착기, 예를 들어 리드 제조기(lead maker) 또는 손 공구(hand tool)일 수 있다.
단자 압착 장치(100)는 가압 또는 압착 작업 동안에 단자를 형성하는 데에 사용되는 압착 공구(104)를 포함한다. 단자 압착 장치(100)는 압착 공구(104) 사이에 정의된 종단 구역 또는 압착 구역(106)을 갖는다. 전기 커넥터 또는 단자(110) 및 와이어(112)의 단부는 압착 공구(104) 사이의 압착 구역(106) 내에 존재한다. 예시적인 실시예에서, 압착을 위해 사용되는 압착 공구(104)는 앤빌(114) 및 램(116)을 포함한다. 앤빌(114) 및/또는 램(116)은 압착 공정 동안에 단자(110)의 형상 또는 프로파일을 정의하는 제거 가능한 다이(die)를 가질 수 있다. 도시된 실시예에서, 앤빌(114)은 애플리케이터(102)의 고정식 구성요소이고, 램(116)은 이동식 구성요소를 나타낸다. 대안적으로, 램(116) 및 앤빌(114) 양쪽 모두는 이동식일 수 있다. 예를 들면, 손 공구에 의해, 통상적으로 압착 공구(104)의 양 절반이 압착 작업 동안에 서로를 향해서 가까워진다.
단자 압착 장치(100)는 단자(110)를 압착 구역(106)에 공급하도록 위치하는 공급 장치(feeder device)(118)를 포함한다. 공급 장치(118)는 단자(110)를 압착 구역(106)에 전달하기 위해서 기계식 압착 공구(104)에 인접하게 위치할 수 있다. 단자(110)는 공급 기구에 의해 압착 구역(106)으로 안내되어 압착 구역(106) 내의 단자(110)의 적절한 배치 및 배향을 보장할 수 있다. 와이어(112)는 와이어 공급기(도시하지 않음)에 의해 압착 구역(106)에 전달된다.
단자 압착 장치(100)는 측면-공급식(side-feed type) 애플리케이터 및/또는 단부-공급식(end-feed type) 애플리케이터를 사용하여 작동하도록 구성될 수 있다. 측면-공급식 애플리케이터는 캐리어 스트립을 따라 나란히(side-by-side) 배열되는 단자를 압착하는 한편, 단부-공급식 애플리케이터는 캐리어 스트립 상에 종단간(end-to-end) 연속적으로 배열되는 단자를 압착한다. 단자 압착 장치(100)는 이 단자 압착 장치(100) 내부에서 상호 교환될 수 있는, 측면-공급식 애플리케이터 및 단부-공급식 애플리케이터 양쪽 모두를 수용하도록 구성될 수 있다.
압착 작업 동안, 애플리케이터(102)의 램(116)은 처음에 고정식 앤빌(114)을 향해서 그리고 마지막으로 앤빌(114)로부터 멀어지게 단자 압착 장치(100)의 구동 기구(120)에 의한 압착 스트로크를 통해 구동된다. 따라서, 압착 스트로크는 하향 성분 및 상향 성분 양쪽 모두를 갖는다. 와이어(112)에 대한 단자(110)의 압착은 압착 스트로크의 하향 성분 동안에 생긴다. 압착 작업 동안, 단자(110)가 압착 구역(106) 내의 앤빌(114) 상에 로딩되고, 와이어(112)의 단부가 단자(110)의 압착 배럴 내부에 공급된다. 그런 다음, 램(116)이 압착 스트로크를 따라 앤빌(114)을 향해서 하향 구동된다. 램(116)은 단자(110)의 압착 배럴과 맞물리고 와이어(112) 주위에서 내향으로 압착 배럴의 단부를 변형시킨다(예를 들어, 접거나 만다). 압착 공구(104)는 램(116)과 앤빌(114) 사이에서 단자(110)를 압축하거나 핀칭(pinching)함으로써 단자(110)를 와이어(112) 상에 압착한다. 그런 다음, 램(116)이 상향 위치로 복귀한다. 램(116)이 상향 이동할 때, 램(116)은 단자(110)로부터 방출 또는 분리된다. 예시적인 실시예에서, 단자(110) 및/또는 와이어(112)의 탄성은 단자(110)가 압착 스트로크의 하향 부분의 하사점(bottom dead center)으로부터 약간 되팅기게 한다. 단자(110)의 탄성 항복(elastic yield) 또는 스프링 백(spring back)은, 단자(110)가 최종 또는 안정적인 크기에 이를 때까지 램(116)의 스트로크의 복귀 또는 상향부의 일부분에 대하여 램(116)을 추종할 것이다. 이러한 지점에서, 단자(110)는 이 단자(110)의 저부 지점과 최상부 지점 사이에서 측정된 특정 압착 높이를 갖는다.
단자 압착 장치(100)의 작동은 제어 모듈(130)에 의해 제어된다. 예를 들면, 제어 모듈(130)은 구동 기구(120)의 작동을 제어할 수 있다. 제어 모듈(130)은 공급 장치(118)의 작동을 제어할 수 있고 공급 장치(118)의 공급 스트로크의 타이밍과 압착 스트로크의 타이밍을 동기화할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제어 모듈(130)은 특정 압착의 압착 품질을 결정하는 압착 품질 모듈(132)을 포함한다. 단자(110)는 압착 품질이 소정의 규격을 충족하지 못하는 경우에 폐기될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 압착 품질 모듈(132)은 압착 품질의 척도로서의 단자의 압착 높이를 결정한다. 압착 품질 모듈(132)은 압착 높이에 추가적으로, 또는 대안적으로 다른 특징, 예를 들어 압착 동안의 단자의 힘 측정 또는 힘 프로파일에 기초하여 압착 품질을 결정할 수 있다.
선택적으로, 제어 모듈(130)은, 예를 들어 램(116)과 앤빌(114) 사이의 이격 거리를 결정함으로써 압착 높이를 결정하기 위한 선형 위치 모듈(134)을 가질 수 있다. 예를 들면, 교정(calibration) 후, 선형 위치 모듈(134)은 압착 높이를 결정하는 데에 사용될 수 있다. 선형 위치 모듈(134)은, 품질 제어 검사일 수 있는, 하나의 압착과 다음의 압착의 비교를 위해 특정 시간에(예를 들어, 하사점에서 또는 램(116)이 단자(110)로부터 분리될 때에) 램(116)의 위치를 결정하는 데에 사용될 수 있다. 선형 위치 모듈(134)은 압착 공구가 동작중인 때를 결정하고, 이에 따라 선형 위치 모듈(134)로부터의 신호에 기초하여 다른 모듈을 작동시키는 데에 사용될 수 있다.
선택적으로, 제어 모듈(130)은 압착 작업 동안에 압착 공구(104)에 의해 단자에 인가된 힘을 결정하기 위한 힘 검출 모듈(136)을 가질 수 있다. 압착 품질 모듈(132)은 압착 높이 및 측정된 힘에 기초하여 압착 품질을 결정할 수 있다. 선택적으로, 제어 모듈(130)은 램(116) 및/또는 앤빌(114)의 상대 위치를 조정하기 위한 조정 모듈(138)을 가질 수 있다. 이러한 조정은 컴퓨터 제어형 포지셔너(positioner)를 사용하여 수행될 수 있다. 램(116) 및/또는 앤빌(114)의 위치 조정은 앤빌(114)에 대한 램(116)의 하사점 위치를 변경할 수 있다. 램(116) 및/또는 앤빌(114)의 위치 조정은 단자의 압착 높이를 변경할 수 있다. 조정은 압착 품질 모듈(132)에 의해 결정된 압착 품질에 기초하여 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제어 모듈(130)은 초음파 음향 신호를 송신 및 수신하기 위한 초음파 모듈(140)을 포함한다. 초음파 모듈(140)은 음향 신호가 압착 작업 동안에 단자(110) 및 와이어(112)를 통해 송신될 수 있게 한다. 압착 품질 모듈(132)은 단자(110) 및 와이어(112)를 통해 송신된 음향 신호에 기초하여 압착 품질을 결정할 수 있다. 압착 품질 모듈(132)은 단자(110) 및 와이어(112)를 통해 송신된 음향 신호에 기초하여 단자(110)의 압착 높이를 결정할 수 있다. 압착 품질 모듈(132)은 단자(110) 및 와이어(112)를 통해 송신된 음향 신호에 기초하여 압착된 단자의 형상을 결정할 수 있다. 초음파 모듈(140)은 음향 신호가 압착 작업 동안에 단자(110) 및 와이어(112)에 더하여 램(116) 및/또는 앤빌(114)을 통해 송신될 수 있게 한다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 음향 신호는 램(116) 내의 트랜스듀서에서 생성되고, 램(116)을 통해, 단자(110)를 통해, 와이어(112)를 통해 그리고 앤빌(114)을 통해 송신되며, 그런 다음 앤빌(114) 내의 트랜스듀서에서 수신될 수 있다. 일부 실시예에서, 음향 신호는 앤빌(114) 내의 트랜스듀서에서 생성되고, 앤빌(114)을 통해, 단자(110)를 통해, 와이어(112)를 통해 그리고 램(116)을 통해 송신되며, 그런 다음 램(116) 내의 트랜스듀서에서 수신될 수 있다. 일부 실시예에서, 음향 신호는 램(116) 내의 트랜스듀서에서 생성되고, 램(116)을 통해, 단자(110)를 통해, 와이어(112)를 통해 그리고 다음에 다시 램(116)을 통해 송신되며, 그런 다음 음향 신호를 생성한 동일 트랜스듀서일 수 있는, 램(116) 내의 트랜스듀서에서 수신될 수 있다. 일부 실시예에서, 음향 신호는 앤빌(114) 내의 트랜스듀서에서 생성되고, 앤빌(114)을 통해, 단자(110)를 통해, 와이어(112)를 통해 그리고 다음에 다시 앤빌(114)을 통해 송신되며, 그런 다음 음향 신호를 생성한 동일 트랜스듀서일 수 있는, 앤빌(114) 내의 트랜스듀서에서 수신될 수 있다.
선택적으로, 제어 모듈(130)은 이 제어 모듈(130)의 하나 이상의 모듈을 교정하기 위한 교정 모듈(142)을 가질 수 있다. 예를 들면, 교정 모듈(142)은, 압착 높이 또는 시스템의 다른 특징을 결정하는 계산 또는 실행 알고리즘을 수행하는 압착 품질 모듈(132) 또는 다른 모듈에 의해 사용될 수 있는, 시스템에서 사용되는 재료의 계수, 초음파 주파수, 거리, 높이 등을 결정하는 데에 사용될 수 있다.
선택적으로, 임의의 모듈의 기능이 하나 이상의 다른 모듈에 조합될 수 있다. 예를 들면, 교정 및 압착 품질 모듈이 단일 모듈 등에 조합될 수 있다.
도 2는 압착 작업 동안에 압착부를 형성하는 데에 사용되는 앤빌(114) 및 램(116)을 나타내는 단자 압착 장치(100)의 일부분을 도시하고 있다. 압착 공구(104)는 도시된 실시예에서 F-압착부를 형성하지만, 대안적인 실시예들에서는 다른 형상의 압착 공구가 다른 형상을 갖는 압착부를 형성할 수 있다.
앤빌(114)은 단자(110)를 지지하는 데에 사용되는 지지면(150)을 갖는다. 도시된 실시예에서, 지지면(150)은 평평하고 수평이지만, 대안적인 실시예들에서는 지지면(150)이 다른 형상 및 배향을 가질 수 있다. 단자(110)는 램(116)이 압착 스트로크를 통해 이동될 때에 지지면(150) 상에 유지된다.
램(116)은 압착 공정 동안에 단자(110)와 맞물리는 형성면(152)을 갖는다. 형성면(152)은 압착 공정 동안에 단자 배럴의 측벽을 내향으로 가압한다. 형성면(152)은 압착 공정 동안에 측벽을 와이어(112)에 대하여 압축한다. 램(116)이 단자(110)와 접촉하고 있을 때, 음향 신호(158)는 형성면(152)을 가로질러서 단자(110) 및 와이어(112) 내로 송신될 수 있다. 음향 신호(158)는 지지면(150)을 가로질러서 앤빌(114) 내로 송신될 수 있다. 음향 신호(158)는 형성면(152) 및 지지면(150)에서 정의된 인터페이스에서 반사될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 초음파 모듈(140)(도 1에 나타냄)은 초음파 주파수 범위 내의 음향 신호(158)를 송신 및/또는 수신하는 하나 이상의 초음파 트랜스듀서(160)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 초음파 모듈(140)은 초음파 송신 트랜스듀서(162) 및 초음파 수신 트랜스듀서(164)를 포함한다. 초음파 송신 트랜스듀서(162)는 램(116)에 결합되는 한편, 초음파 수신 트랜스듀서(164)는 앤빌(114)에 결합된다. 다른 실시예들에서, 초음파 수신 트랜스듀서(164)는 램(116)에 결합될 수 있고/있거나 초음파 송신 트랜스듀서(162)는 앤빌(114)에 결합될 수 있다. 다른 실시예들에서는, 전용의 송신 및 수신 트랜스듀서를 갖기보다는, 트랜스듀서(162, 164) 중 하나 또는 양쪽 모두가 음향 신호(158)를 송신 및 수신할 수 있다. 다른 실시예들에서는, 음향 신호(158)를 송신 및 수신할 수 있는 하나의 트랜스듀서(162 또는 164)만이 필요하다. 초음파 트랜스듀서(160)는 압착 공구(104)의 외부 표면에 결합될 수 있다. 대안적으로, 초음파 트랜스듀서(160)는 압착 공구(104) 내부에 내장될 수 있다. 초음파 트랜스듀서(160)는 압착 공구(104)에 초음파적으로 결합되고, 여기서 음향 신호(158)는 초음파 트랜스듀서(160)로부터 압착 공구(104)로 또는 압착 공구(104)로부터 초음파 트랜스듀서(160)로 송신될 수 있다. 초음파 트랜스듀서(160)는 압착 공구(104)를 통해 단자(110) 및 와이어(112)에 초음파적으로 결합된다.
예시적인 실시예에서, 초음파 트랜스듀서(160)는 전기 에너지를 소리로 변환하는 압전 트랜스듀서(piezoelectric transducer)이다. 압전 트랜스듀서는 전압이 인가된 때에 크기를 변화시킨다. 초음파 모듈(140)은 초음파 송신 트랜스듀서(162)에 결합되어 초음파 송신 트랜스듀서(162)를 가로질러서 교류 전류를 공급해서 매우 높은 주파수에서의 진동이 매우 높은 주파수 음파를 생성하게 하는 전기 회로부를 포함한다. 초음파 수신 트랜스듀서(164)는, 음향 신호(158)로부터 초음파 수신 트랜스듀서로 힘이 인가된 때에 전압을 생성하고, 초음파 수신 트랜스듀서(164)에서 생성된 전기 신호는 그에 결합된 전기 회로부에 의해 초음파 모듈(140) 및/또는 압착 품질 모듈(132)(도 1에 나타냄)에 송신된다. 압전 트랜스듀서와는 다른 그 외의 유형의 초음파 트랜스듀서(160), 예를 들어 자기변형 트랜스듀서(magnetostrictive transducer)가 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 초음파 모듈(140)은 송신 트랜스듀서(162)에서 초음파 음향 신호(158)를 생성함으로써 형성된 와이어(112) 및 단자(110)의 압착 높이를 결정하는 데에 사용된다. 음향 신호(158)는 종 음파(longitudinal sound wave)의 형태로 압착 공구(104) 및 압착된 단자(110) 및 와이어(112)를 통해 주행하지만, 이 음파는 임의의 방향으로 전파될 수 있다. 초음파 수신 트랜스듀서(164)는 음향 신호(158)를 수신하고, 이러한 신호를 예를 들어 압착 품질 모듈(132)에 의해 처리하기 위한 전기 신호로 변환한다. 이러한 공정은 압착 사이클 당 대략 500회 이상 반복될 수 있다.
초음파 음향 신호(158)가 램(116)을 통해(예를 들어, 거리 Y1을 따라), 단자(110) 및 와이어(112)를 통해(예를 들어, 거리 Y2를 따라), 그리고 앤빌(114)을 통해(예를 들어, 거리 Y3을 따라) 주행하는데 필요한 시간 T는 초음파 모듈(140) 및/또는 압착 품질 모듈(132)에서 초음파 신호 생성 및 처리 장비를 사용하여 정확히 측정될 수 있다. 램(116) 및 앤빌(114)의 거리, 즉 Y1 및 Y3은 압착 공구(104)에 의해 고정되는 한편, 단자(110) 및 와이어(112)의 거리 Y2는 압착 공정 동안에 변한다. 거리 Y1을 주행하는 음향 신호(158)에 대한 시간 T1이 측정되거나 결정될 수 있고, 램(116)의 재료의 소리 전달 계수의 속도에 기초한다. 거리 Y2를 주행하는 음향 신호(158)에 대한 시간 T2가 측정되거나 결정될 수 있고, 단자(110) 및 와이어(112)의 재료의 소리 전달 계수의 속도에 기초한다. 거리 Y3을 주행하는 음향 신호(158)에 대한 시간 T3이 측정되거나 결정될 수 있고, 앤빌(114)의 재료의 소리 전달 계수의 속도에 기초한다.
송신 트랜스듀서(162)로부터 수신 트랜스듀서(164)로 신호를 송출하는 총 시간 T는 Y2 거리의 변화 결과로서 직접 가변된다. Y2 거리는 단자(110)의 압착 높이(170)의 척도이다. 압착 높이(170)(예를 들어, Y2 거리)는 압착 공정 동안에 임의의 지점에서 측정될 수 있다. 예를 들면, 압착 높이(170)는 압착 공정 동안에 최소 측정된 압착 높이(170)에 대응하는, 램(116)의 하사점에서 측정될 수 있다. 압착 높이(170)는, 램(116)이 단자(110)로부터 분리된 경우에 음향 신호(158)가 송신 트랜스듀서(162)로부터 수신 트랜스듀서(164)로 전파되는 것이 중단될 것이므로, 단자(110)로부터 램(116)의 분리 순간에 측정될 수 있다. 수신된 마지막 음향 신호(158)는 일반적으로 압착된 단자(110)의 안정적인 압착 높이 또는 최종 압착 높이에 대응한다.
예시적인 실시예에서, 송신 트랜스듀서(162)와 형성면(152) 사이의 거리 Y1은 교정 모듈(142)을 사용하는 교정 공정 동안에 측정될 수 있다. 거리 Y1은 수동으로, 예를 들어 마이크로미터(micrometer)와 같은 공구를 사용하여 측정될 수 있다. 거리 Y1은 다른 수단에 의해, 예를 들어 초음파 모듈(140)을 사용하여 측정될 수 있다. 예를 들면, 2배의 Y1 거리를 통해 신호를 송출하는 데에 필요한 시간은 트랜스듀서(162)로부터 신호를 송출하고, 그런 다음 형성면(152)을 튀어오른(bounce off) 후에 트랜스듀서(162)로 복귀하는 에코 신호를 기다림으로써 용이하게 측정될 수 있다. 총 시간은 일 방향 송신 시간 T1을 얻도록 절반으로 나뉜다. 이러한 공정은 압착 공정 시작 전에, 예를 들어 교정 공정 동안에 수행될 수 있어, 압착 표면이 음향 신호(158)를 형성면(152)을 통해 단자(110) 내로 송신하기보다는, 강한 신호를 반사할 수 있다. 거리 Y1은 램(116)의 공지된 재료를 통한 소리 전달 계수의 속도를 이용하여 시간 T1에 기초하여 계산될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 트랜스듀서(162)와 지지면(150) 사이의 거리 Y3은 교정 모듈(142)을 사용하는 교정 공정 동안에 측정될 수 있다. 거리 Y3은 수동으로, 예를 들어 마이크로미터와 같은 공구를 사용하여 측정될 수 있다. 거리 Y3은 다른 수단에 의해, 예를 들어 초음파 모듈(140)을 사용하여 측정될 수 있다. 예를 들면, 2배의 Y3 거리를 통해 신호를 송출하는 데에 필요한 시간은 트랜스듀서(164)로부터 신호를 송출하고, 그런 다음 지지면(150)을 튀어오른 후에 트랜스듀서(164)로 복귀하는 에코 신호를 기다림으로써 용이하게 측정될 수 있다. 총 시간은 일 방향 송신 시간 T3을 얻도록 절반으로 나뉜다. 이러한 공정은 압착 공정 개시 전에, 예를 들어 교정 공정 동안에 수행될 수 있어, 압착 표면이 음향 신호를 지지면(150)을 통해 단자(110) 내로 송신하기보다는, 강한 신호를 반사할 수 있다. 거리 Y3은 앤빌(114)의 공지된 재료를 통한 소리 전달 계수의 속도를 이용하여 시간 T3에 기초하여 계산될 수 있다.
와이어(112) 및 단자(110)는 다양한 유형의 재료, 예를 들어 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로부터 제조될 수 있다. 음향 신호(158)가 압착된 와이어 및 단자를 통해 주행하는 속도는 압착 높이(170)(예를 들어, 거리 Y2)의 정확한 측정을 위해 결정될 필요가 있다. 예시적인 실시예에서, 와이어(112)를 통해 그리고 단자(110)를 통해 소리의 속도를 결정하기 위해서, 테스트 또는 교정 압착이 수행되고, 교정 압착의 압착 높이는 마이크로미터와 같은 공구를 사용하는 수동 측정에 의해 또는 앤빌(114)에 대한 램(116)의 위치를 결정하는 리니어 인코더를 사용하여 결정된다. 교정 압착 동안, 트랜스듀서(162, 164) 사이에서 초음파 신호를 송신하는 데에 필요한 총 시간이 측정되고 기록된다. 램(116) 및 앤빌(114)에 대한 압착 공구 송신 시간 T1 및 T3은 공지되어 있고 상수이다(예를 들어, 상술한 교정 공정에 기초하여 공지되어 있다). 압착 공구 송신 시간 T1 및 T3이 총 시간 T로부터 감산된다. 남은 시간 T2는 음향 신호(158)가 압착된 단자 내에 있는 시간이다. 시간 T2는 측정된 교정 압착 높이(170)에 대응하고, 단자(110) 및 와이어(112)용으로 사용되는 특정 재료의 소리 전달 계수의 속도는 교정 압착 높이(170) 및 시간 T2에 기초하여 계산될 수 있다.
동일한 재료의 와이어 및 동일한 재료의 단자를 사용하는 장래 압착을 위해, 교정 공정 동안에 계산된 소리 전달 계수의 속도를 이용하여 압착 공정 동안에 수행된 측정 시간 T2에 기초하여 그의 압착 높이(170)를 결정할 수 있다. 소리 전달 계수의 속도는 장래 압착의 거리 Y2를 계산하는 상수로서 사용된다. 거리 Y2가 압착 공정 동안에 조정되거나 변경되었을 때, 초음파 음향 신호(158)가 송신 트랜스듀서(162)로부터 수신 트랜스듀서(164)로 전달되는데 필요한 총 시간 T가 Y2에 따라 직접 변할 것이다. 소리 전달 계수 상수의 속도(특정 와이어 및 단자 재료에 대하여)가 공지되어 있으면, Y2 거리를 결정하는 공정은 각 초음파 음향 신호(158)가 총 송신 시간 동안 생성되고 처리될 정도로 빠르게 수행될 수 있다. 압착 높이(170)의 즉각적인 측정이 압착 공정 전반에 걸쳐서 계산될 수 있다. 단자(110) 및 와이어(112)에는 탄성 항복 또는 스프링 백이 실시된다. 램(116)이 하사점을 통과한 후, Y2 거리는 단자(110)가 스프링 백할 때에 커지기 시작할 것이다. 하사점을 지난 지점에서, 단자(110) 및 와이어(112)가 안정적인 크기로 복귀되고, 램(116)이 단자(110)로부터 분리되어 초음파 음향 신호(158)의 송신을 방지한다. 분리 지점은 초음파 처리 장비를 사용하여 결정될 수 있고, Y2 거리는 최종 압착 높이(170)에 대응하는 분리 지점에서 계산될 수 있다. 단자(110)가 분리 지점에서 안정적인 크기로 복귀되기 때문에, 최종 수집된 Y2 측정은 단자(110) 및 와이어(112)의 최종 압착 높이(170)와 동일하다.
도 3은 제어 모듈(130)의 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 압착 품질 모듈(132)은 초음파 모듈(140)로부터 신호를 수신한다. 예를 들면, 초음파 음향 신호(158)(도 2에 나타냄)의 송신 및 수신에 관한 신호가 압착 품질 모듈(132)에 송출된다. 초음파 모듈(140)로부터의 신호가 분석되어, 예를 들어 압착된 단자의 압착 높이를 결정한다. 예를 들면, 압착 품질 모듈(132)은 초음파 모듈(140)로부터의 신호에 기초하여, 압착된 단자를 통해 총 송신 시간 T 또는 송신 시간 T2를 결정할 수 있다. 송신 시간에 기초하여, 압착된 단자의 압착 높이가 압착 품질 모듈(132)에 의해 결정될 수 있다. 선택적으로, 압착 품질 모듈(132)은 단자 및 와이어에 대한 소리 전달 계수의 속도를 이용하여 압착 높이를 결정할 수 있다.
소리 전달 계수의 속도는 교정 모듈(142)에 의해 결정되고 압착 품질 모듈(132)로 송출되어 압착 높이 계산에서 사용할 수 있다. 예를 들면, 교정 공정 동안, 교정 또는 테스트 압착의 압착 높이가 측정되고 교정 압착 공정 동안에 음향 신호의 송신 시간과 상관되어 단자 및 와이어의 특정 재료를 통한 소리 전달 계수의 속도를 결정할 수 있다. 이러한 소리 전달 계수의 속도가 압착 높이 계산에서 장래 압착을 위해 이용될 수 있다. 다른 수단 또는 공정이 소리 전달 계수의 속도를 결정하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들면, 소리 전달 계수의 속도는 단자 및 와이어의 재료의 재료 특징에 기초하여 추정될 수 있다. 이러한 추정은 좀 덜 정확하지만 취득 및 사용하기가 더 빠르다. 다른 대안적인 실시예들에서, 교정 모듈(142)은 압착된 단자의 압착 높이 또는 다른 의미 있는 특징을 결정하도록 압착 품질 모듈(132)에 의해 사용되는 알고리즘에서 사용하기 위한 다른 상수 또는 계수를 결정하는 데에 사용될 수 있다.
선택적으로, 압착 품질 모듈(132)은 압착 공정 동안에 압착된 단자에서 측정된 힘에 관한 힘 검출 모듈(136)로부터의 신호를 수신할 수 있다. 압착 품질 모듈(132)은 힘 측정에 기초하여 압착된 단자의 압착 프로파일을 결정할 수 있다. 압착 품질 모듈(132)은 힘 측정 및 압착 높이에 기초하여 압착된 단자의 압착 프로파일을 결정할 수 있다. 초음파 모듈(140)로부터의 신호가 압착 품질 모듈(132)에 의해 사용되어, 압착된 단자의 압착 품질을 결정하는 데에 어느 힘 신호를 사용할지를 결정할 수 있다. 예를 들면, 램(116)(도 2에 나타냄)과 단자(110)(도 2에 나타냄) 간의 분리 시에, 초음파 음향 신호(158)가 램으로부터 단자를 통해 송신되는 것을 중단한다. 압착 품질 모듈(132)에 의해 사용되는 힘 측정은 초음파 모듈(140)에 의해 결정된 분리 시에 중단될 수 있다.
압착 품질 모듈(132)은 데이터를 제어 모듈(130)의 다른 구성요소 또는 모듈, 예를 들어 제어기(180)에 출력할 수 있다. 제어기(180)는 출력에 기초하여 단자 압착 장치(100)의 하나 이상의 작업을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어기(180)는, 소정의 압착부가 결함이 있거나 질이 낮다고 압착 품질 모듈(132)이 결정한 경우에 이러한 압착부가 폐기될 수 있게 한다. 제어기(180)는 출력에 기초하여, 램(116) 및 앤빌(114)(모두 도 2에 나타냄)의 상대 위치를 조정하여 압착 높이를 제어할 수 있다. 상기 조정은 신호를 조정 모듈(138)(도 1에 나타냄)에 송출함으로써 이루어질 수 있다. 예를 들면, 앤빌(114)은 위로 또는 아래로 조정되어, 주어진 단자 및 와이어 조합을 위해 압착 높이를 짧게 또는 길게 할 수 있다.
도 4는 압착 작업 동안에 압착부를 형성하는 데에 사용되는 앤빌(114) 및 램(116)을 나타내는 단자 압착 장치(100)의 일부분을 도시하고 있다. 램(116) 상의 2개의 초음파 송신 트랜스듀서(162) 및 앤빌(114) 상의 2개의 초음파 수신 트랜스듀서(164)를 갖는 다수의 초음파 트랜스듀서(160)가 도 4에 도시되어 있다. 임의의 수의 송신 및 수신 트랜스듀서(162, 164)가 임의의 압착 공구(104) 단편 상에 제공될 수 있다. 예를 들면, 송신 트랜스듀서(162)는 단자(110)의 일 측면 상의 램(116)에 결합될 수 있고, 수신 트랜스듀서(162)는 단자(110)의 타 측면 상의 램(116)에 결합될 수 있으며, 대응하는 음향 신호(158)가 결코 앤빌(114)을 통과하지 않는다. 트랜스듀서(160)는 음향 신호(158)를 송신 및 수신 양쪽 모두를 행하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 다른 실시예들에서는 2개보다 많은 압착 공구(104) 구성요소, 예를 들어 단자(110)를 와이어(112)에 압착하는 데에 사용되는 4개의 단편이 사용될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 양쪽의 수신 트랜스듀서(164)는 양쪽의 송신 트랜스듀서(162)로부터 초음파 음향 신호(158)를 수신한다. 공구 다이 및 이에 따른 단자(110) 및 와이어(112)의 형상에 기초하여, 음향 신호(158)가 수신 트랜스듀서(164)에 대하여 상이한 주행 시간을 갖는다. 압착 품질 모듈(132)(도 1에 나타냄)은 상이한 수신 트랜스듀서(164)에서 수신된 음향 신호들에 기초하여 임의의 주어진 시간에 압착된 단자의 형상을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서는, 단일의 수신 트랜스듀서(164)가 임의의 수의 송신 트랜스듀서(162)를 사용함으로써 압착된 단자의 형상을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서는, 다수의 수신 트랜스듀서(164)가 단일의 송신 트랜스듀서(162)를 사용함으로써 압착된 단자의 형상을 결정하는 데에 사용될 수 있다.
상기 설명은 예시하고자 하는 것이고 한정하고자 하는 것이 아님을 이해해야 한다. 예를 들면, 상술한 실시예들(및/또는 그들의 양태들)은 서로 조합해서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 범주를 이탈하지 않고서 본 발명의 교시들에 특정 상황 또는 재료를 맞추도록 많은 변형예들이 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 설명된 치수, 재료들의 타입, 다양한 구성요소의 배향, 및 다양한 구성요소의 수 및 위치는 소정 실시예들의 파라미터들을 정의하고자 하는 것이고, 한정하려고 하는 것이 아니며, 단지 예시적인 실시예들일 뿐이다. 청구범위의 사상 및 범주 내에서 많은 다른 실시예 및 변형예가 상기 설명의 검토 시에 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위의 권리가 부여되어 있는 등가물들의 전체 범주와 함께, 이러한 청구범위를 참조하여 결정되어야 한다.
Claims (10)
- 단자 압착 장치(100)로서,
앤빌(anvil)(115) 및 상기 앤빌을 향해서 이동 가능한 램(ram)(116)을 포함하는 압착 공구(104)로서, 상기 압착 공구에 의해 와이어에 압착되도록 구성된 단자(110) 및 와이어(112)를 수용하도록 구성된 상기 램과 상기 앤빌 사이에 압착 구역(106)이 정의되는 상기 압착 공구;
상기 앤빌 및 상기 램 중 적어도 하나에 결합되며, 상기 와이어 및 상기 단자를 통해 송출된 음향 신호(acoustic signal)(158)를 수신하는 초음파 트랜스듀서(ultrasonic transducer)(160); 및
상기 초음파 트랜스듀서로부터의 신호를 수신하며, 상기 초음파 트랜스듀서에 의해 수신된 상기 음향 신호에 기초하여 상기 단자의 압착 높이(170)를 결정하는 압착 품질 모듈(132)을 포함하는 단자 압착 장치(100). - 제1항에 있어서,
상기 압착 높이(170)는 상기 램(116)이 상기 단자(110)로부터 분리될 때에 결정되는 단자 압착 장치(100). - 제1항에 있어서,
상기 압착 높이(170)는 초음파 송신 트랜스듀서(162)로부터 초음파 수신 트랜스듀서(164)로의 상기 음향 신호(158)의 송신 시간에 기초하여 결정되는 단자 압착 장치(100). - 제1항에 있어서,
상기 압착 높이(170)는 상기 단자(110) 및 상기 와이어(112)의 소리 전달 계수의 속도에 기초하여 결정되는 단자 압착 장치(100). - 제4항에 있어서,
상기 소리 전달 계수의 속도는 교정 모듈(calibration module)(142)에 의해 결정되고, 상기 소리 전달 계수의 속도는 상기 단자 및 상기 와이어의 재료에 특정되는 단자 압착 장치(100). - 제1항에 있어서,
상기 앤빌(114) 및 상기 램(116) 중 적어도 하나에 결합된 초음파 송신 트랜스듀서(162)를 더 포함하고, 상기 초음파 송신 트랜스듀서는 상기 단자(110) 및 상기 와이어(112)를 통해 송신되고 상기 앤빌 및 상기 램 중 적어도 하나를 통해 송신된 음향 신호(158)를 생성하며, 상기 음향 신호는 초음파 수신 트랜스듀서에서 수신되는 단자 압착 장치(100). - 제1항에 있어서,
상기 압착 품질 모듈(132)은 상기 수신된 음향 신호(158)에 기초하여 압착 프로파일을 생성하고, 상기 압착 품질 모듈은 상기 압착 프로파일의 적어도 하나의 프로파일 특징에 기초하여 압착 품질을 결정하는 단자 압착 장치(100). - 제1항에 있어서,
상기 앤빌(114) 및 상기 램(116) 중 적어도 하나의 위치를 결정하는 선형 위치 모듈(134)을 더 포함하고, 상기 압착 품질 모듈은 상기 앤빌 및 상기 램 중 적어도 하나의 위치에 기초하여 상기 단자(110)의 상기 압착 높이(170)를 결정하는 단자 압착 장치(100). - 제9항에 있어서,
상기 선형 위치 모듈(134)은 상기 단자의 압착 높이(170)에 대응하는 상기 앤빌(114)과 상기 램(116) 사이의 분리 거리를 결정하고, 상기 압착 품질 모듈(132)은 상기 단자와 상기 램 간의 분리 시간을 결정하며, 상기 압착 품질 모듈은 상기 분리 시간에 상기 압착 높이를 결정하는 단자 압착 장치(100). - 제1항에 있어서,
상기 압착 공구(104)에 의해 상기 단자(110)에 인가된 힘을 결정하는 힘 검출 모듈(136)을 더 포함하고, 상기 압착 품질 모듈(132)은 상기 압착 높이(170) 및 상기 힘에 기초하여 압착 품질을 결정하는 단자 압착 장치(100).
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