用于使用超声信号的端子压接装置的滤波器

摘要

端子压接装置(100)包括压接工具(104)，压接工具(104)包括砧座(114)和朝向砧座可移动的冲头(116)，压接区域限定在砧座和冲头之间、构造成接收电线(112)和端子(110)，端子(110)构造成由压接工具压接到电线。超声发射换能器(162)联接到砧座和冲头中的至少一个，以将声信号(158)传输通过电线和端子。滤波器(142)设置在砧座和冲头中的至少一个上、在声信号的路径中，影响声信号。

说明书

技术领域

本文主题一般地涉及使用超声信号的端子压接装置。端子典型地借助于常规压接压机被压接到电线上，压接压机具有用于支撑电端子的砧座以及朝向/背离砧座可移动以压接端子的冲头。在操作中，端子置于砧座上，电线端部插入端子的箍圈或者筒管，并且使冲头朝向砧座移动至压机冲程的极限，从而将端子压接到电线上。冲头然后退回到它的起点。

背景技术

随着压接过程持续进行，一些压接会存在质量问题，诸如错漏电线或者端子和电线之间的不当接触。因此，需要质量检验以验证是否形成连续的高质量压接件。当前的压接质量系统检查成品压接件的样品，或者监控压接过程。但是，样品检查是耗时的，并且缺陷仍可能未被发现。另外，当前的压接监控过程对于小电线可能执行不够良好。

超声波监控新技术已被提出，用在压接质量监控中。例如，美国专利7,181,942描述了一种超声装置以及一种方法，用于通过将声信号从发射换能器传输通过压接连接器至接收换能器且处理信号以指示压接状态来测量压接连接。

这种超声监控系统并非没有缺陷。例如，由于压接过程期间使电端子变形所需的压接工具形状，超声信号会受影响或减小。反射或者回波的信号基本为噪声，会扭曲接收换能器接收的信号。信号反射会降低接受信号的信噪比，并降低检测压接异常的分析法的有效性。信号质量的降低减弱了检测超声监控系统被设计检测的质量误差的能力。

发明内容

该问题通过如本文公开的具有在接收换能器处的改进信号接收的压接质量监控系统解决。端子压接装置包括压接工具，该压接工具包括砧座和朝向砧座可移动的冲头，压接区域限定在砧座和冲头之间、构造成接收电线和端子，端子构造成由压接工具压接到电线。超声发射换能器联接到砧座和冲头中的至少一个，将声信号传输通过电线和端子。滤波器设置在砧座和冲头中的至少一个上在声信号的路径中，影响声信号。

附图说明

现在将参考附图举例说明本发明，其中：

图1是根据示例性实施方式的端子压接装置的透视图。

图2示出了端子压接装置的一部分，示出超声换能器附接到砧座和冲头，并具有滤波器用于影响传输通过装置的声信号。

图3是图2所示的端子压接装置的侧视图。

图4是端子压接装置的一部分的局部截面侧视图，示出了用于影响传输通过装置的声信号的滤波器。

图5是端子压接装置的一部分的局部截面侧视图，示出了用于影响传输通过装置的声信号的滤波器。

图6是端子压接装置的一部分的局部截面图，示出了用于影响传输通过装置的声信号的滤波器。

图7是端子压接装置的一部分的局部截面图，示出了用于影响传输通过装置的声信号的滤波器。

图8是端子压接装置的一部分的局部截面图，示出了用于影响传输通过装置的声信号的滤波器。

图9是端子压接装置的一部分的局部截面图，示出了用于影响传输通过装置的声信号的滤波器。

具体实施方式

图1是根据示例性实施方式形成的端子压接装置100的透视图。端子压接装置100用于将端子压接到电线。在所示的实施方式中，端子压接装置100是具有施用器102的台架机。替代地，端子压接装置100可以是另一类型的压接机，诸如引线接合器或者手工工具。

端子压接装置100包括用以在挤压或者压接操作期间形成端子的压接工具104。端子压接装置100具有限定在压接工具104之间的端接区域或者压接区域。电连接器或者端子110和电线112端部被呈现在位于压接工具104之间的压接区域106中。在示例性实施方式中，用于压接的压接工具104包括砧座114和冲头116。砧座114和/或冲头116可具有在压接过程期间限定端子110形状或者轮廓的可拆装冲模。在所示的实施方式中，砧座114是施用器102的固定部件，而冲头116表示可移动部件。替代地，冲头116和砧座114两者均可以移动。例如，利用手工工具，压接工具104的两个半体典型地在压接操作期间朝向彼此闭合。

端子压接装置100包括设置为将端子110供给到压接区域106的进给装置118。进给装置118可以设置为邻近机械压接工具104，以将端子110传送到压接区域106。端子110可以由进给机构引导到压接区域106，以确保端子110在压接区域106中的正确布置和/或定向。电线112由电线送料器(未示出)传送到压接区域106。

端子压接装置100可以构造成使用侧面进给式施用器和/或端部进给式施用器来操作。侧面进给式施用器压接沿着载体带材并排布置的端子，而端部进给式施用器压接在载体带材上端对端连续地布置的端子。端子压接装置100可以构造成适应侧面进给式施用器以及端部进给式施用器两者，这两种施用器在端子压接装置100中能够可互换。

在压接操作期间，施用器102的冲头116由端子压接装置100的驱动机构120通过压接冲程起始地朝向固定砧座114且最后背离砧座114驱动。由此，压接冲程具有向下分量以及向上分量。端子110压接到电线112在压接冲程的向下分量期间发生。在压接操作中，端子110被装载到砧座114上的压接区域106中，并且电线112的端部被供给到端子110的压接筒管中。然后冲头116沿着压接冲程朝向砧座114被向下驱动。冲头116接合端子110的压接筒管，并且使压接筒管端部向内围绕电线112变形(例如，折叠或者卷起)。通过将端子110在冲头116和砧座114之间压缩或者冲压，压接工具104将端子110压接到电线112上。冲头116然后返回到向上位置。随着冲头116向上移动，冲头116从端子110释放或者分离。在示例性实施方式中，端子110和/或电线112的弹性特性使端子110从压接冲程向下部分的下死点略弹回。端子110的弹性屈服或者回弹将跟随冲头116发生在冲头116冲程的返回或者向上部分中的一部分上，直至端子110达到最终的或者稳定的尺寸。在此点，端子110具有在端子110的最底点和最顶点之间测量的特定压接高度。

控制模块130控制端子压接装置100的操作。例如，控制模块130可以控制驱动机构120的操作。控制模块130可以控制进给装置118的操作，使压接冲程的时序与进给装置118的进给冲程的时序同步。在示例性实施方式中，控制模块130包括确定特定压接的压接质量的压接质量模块132。如果压接质量不符合一些规范，则端子110会被报废。压接质量模块132可以基于诸如压接高度的特性确定压接质量。在现有的系统中，可以基于在压接过程中的力或力曲线的测量数据而确定压接高度。

在示例性实施方式中，控制模块130包括用于发送和接收超声声信号的超声模块140。虽然在此描述为独立于模块132的模块，但模块140和模块132的功能可组合到单个模块中。超声模块140可使声信号在压接操作中被传输通过端子110和电线112。压接质量模块132可以基于传输通过端子110和电线112的声信号确定压接质量。压接质量模块132可以基于传输通过端子110和电线112的声信号确定端子110的压接高度。压接质量模块132可以基于传输通过端子110和电线112的声信号确定压接后端子的形状。超声模块140可以使声信号在压接操作期间除了传输通过端子110和电线112之外还被传输通过冲头116和/或砧座114。例如，在一些实施方式中，声信号可以在冲头116中的换能器处产生，被传输通过冲头116，通过端子110，通过电线112并且通过砧座114，然后在砧座114中的换能器处被接收。在一些实施方式中，声信号可以在砧座114中的换能器处产生，传输通过砧座114，通过端子110，通过电线112并且通过冲头116，然后在冲头116中的换能器处被接收。在一些实施方式中，声信号可以在冲头116中的换能器处产生，传输通过冲头116，通过端子110，通过电线112，然后向回传输通过冲头116，然后在冲头116中的换能器处被接收，该换能器可以是产生声信号的相同的换能器。在一些实施方式中，声信号可以在砧座114中的换能器处产生，传输通过砧座114，通过端子110，通过电线112，然后向回被传输通过砧座114，然后在砧座114中的换能器处被接收，该换能器可以是产生声信号的相同的换能器。

在示例性实施方式中，端子压接装置100包括用于过滤声信号的至少一个滤波器(filter)142(见图2)，诸如用以改进用于压接质量模块132分析的信号检测。滤波器142可用以在特定方向上引导或集中(focus)声信号。滤波器142可用以在特定方向上，诸如在非撞击(non-impinging)方向上引导或集中声信号中的不需要部分，以便声波中的不需要部分不被检测或分析。例如，声信号的反射可被降低或最小化，以减少在接收换能器处接收到的噪声。

图2示出了端子压接装置100的一部分，示出了用以在压接操作中形成压接件的砧座114和冲头116。图3是压接工具104的侧视图，其中端子110和电线112设置在砧座114和冲头116之间。压接工具104可用以形成打开的筒管压接件，诸如F形-压接件；但是在替代实施方式中，其它形状的压接工具可形成具有其它形状的压接件。

砧座114具有支撑表面150，用以支撑端子110。在所示的实施方式中，支撑表面150是平坦且水平的；但是在替代实施方式中，支撑表面150可具有其它形状和/或定向。在冲头116移动通过压接冲程时，端子110停靠在支撑表面150上。

冲头116具有在压接过程期间接合端子110的成形表面152。在压接过程中，成形表面152向内挤压端子筒管的侧壁。在压接过程期间，成形表面152将侧壁压靠于电线112。当冲头116声学地联接到端子110时，声信号158可以跨过成形表面152传输到端子110和电线112中。声信号158可以跨过支撑表面150传输到砧座114中。声信号158可以在限定于成形表面152和支撑表面150之间的分界面处反射。

在示例性实施方式中，超声模块140(见图1)包括传输和/或接收超声频率范围内的声信号158的一个或多个超声换能器160。在所示的实施方式中，超声模块140包括超声发射换能器162和超声接收换能器164。超声发射换能器162联接到冲头116，而超声接收换能器164联接到砧座114。在其它实施方式中，超声接收换能器164可以联接到冲头116和/或超声发射换能器162可以联接到砧座114。在其它实施方式中，不是具有专用的发送和接收换能器，换能器162和/或164两个都可能够发射和接收声信号158。在其它实施方式中，仅需要能够发射和接收声信号158的一个换能器162或者164。超声换能器160可以联接到压接工具104的外表面。替代地，超声换能器160可以嵌入在压接工具104中。例如，超声换能器160可以布置在压接工具104的窗口或者开口166中。超声换能器160以超声方式联接到压接工具104的一个或多个表面168，其中声信号158可以传输到超声换能器160或者从超声换能器160传输到，或者从压接工具104跨过(一个或多个)表面168传输。超声换能器160经由压接工具104以超声方式联接到端子110和电线112。

在示例性实施方式中，超声换能器160是将电能转换成为声音或者将声波转换成为电能的压电式传感器。压电式传感器在施加有电压时改变大小。超声模块140包括联接到超声发射换能器162的电路，以对超声换能器162两端供给交流电，以引起非常高频的振荡，从而产生非常高频的声波。当从声信号158产生的力施加到超声接收换能器164时，超声接收换能器164产生电压，并且在超声接收换能器164处产生的电信号通过与之相联接的电路而传输到超声模块140和/或压接质量模块132(见图1)。在替代实施方式中可使用不同于压电式传感器的其它类型的超声换能器160，诸如是磁致伸缩换能器。

在示例性实施方式中，超声模块140用于通过在发射换能器162处产生超声声信号158，来确定压接端子的压接质量特性，诸如所形成电线112和端子110的压接高度。声信号158以纵向声波的形式行进通过压接工具104和压接的端子110和电线112，但是波可沿任何方向传播。超声接收换能器164接收声信号158，且将该信号转换为电信号用于处理，诸如由压接质量模块132处理。该处理可每压接周期重复近似500次或更多次。滤波器142用以过滤声信号158。滤波器142设置在声信号158的路径中并以某种方式影响声信号158，以改进超声接收换能器164接收的信号。滤波器142可提高接收换能器164处接收的声信号的信噪比。

在所示的实施方式中，滤波器142在冲头116上处于发射换能器162和端子110之间的声信号158路径中。滤波器142将声信号158朝向端子110和电线112集中。滤波器142将声信号158朝向砧座114和接收换能器164集中。在示例性实施方式中，滤波器142成形为沿朝向端子110的方向反射声信号158，以减少声信号158散射。可选地，滤波器142可以是瞄准仪，以使声信号158的空间横截面变得较小。声信号158在声波穿过滤波器142时改变。滤波器142可以成形为将声信号158在特定方向上集中。

在示例性实施方式中，滤波器142是冲头116中的、与围绕滤波器142的冲头116的材料具有不同密度的材料的块，用以集中声信号158。例如，当声信号158穿过滤波器142时，滤波器142改变波型形状，以在一定方向上集中声信号158，诸如朝向端子110和/或接收换能器164。可选地，冲头116可由不锈钢材料制成，而滤波器142由不同材料制成，诸如铝材料、黄铜材料、铅材料或者另一材料。

图4是端子压接装置100的一部分的局部截面侧视图，示出了端子110和电线112在砧座114和冲头116之间。图4示出了滤波器200在砧座114上，与冲头116上的滤波器142(见图2和3)不同。图4示出了设置在砧座114外表面202上的接收换能器164。在所示的实施方式中，接收换能器164从砧座114的中心轴线偏离，该中心轴线限定为与压接的端子的中心轴线大体对准。

滤波器200用以将声信号158朝向接收换能器164反射。使用滤波器200将声信号158朝向外表面202反射允许将接收换能器164沿着外表面202设置，与开口166(见图2)相比，这可能是更方便的安装位置。

在示例性实施方式中，滤波器200由砧座114中形成的气隙或者狭槽204限定。狭槽204成角度以朝向接收换能器164引导声信号158。滤波器200由与包围滤波器200的砧座114材料相比具有改变密度的区域限定。例如，在示例性实施方式中，砧座114由不锈钢材料制成，而滤波器200是空气。当声信号158与砧座114的不锈钢材料和狭槽204的空气之间的过渡段相交时，声信号158被反射。

滤波器200设置为截住声信号158的一部分，而一些声信号158旁通滤波器200。旁路滤波器200的声信号158不被接收换能器164捕获，而是这些声信号158围绕滤波器200反射或者超过滤波器200。旁路滤波器200和接收换能器164的波典型地具有较小分析有效性，因为这些波是反射波、或以其它方式被扭曲，诸如由非均一的压接工具形状而扭曲。这种波可能是从压接工具104、端子110和/或电线112的一个或多个表面离开的回波或者反射信号。消除该反射波或扭曲波提高了接收换能器164处接收的信号的信号强度或者质量，用于由压接质量模块132分析(见图1)。

在示例性实施方式中，砧座114的支撑表面150包括大体在电线压接件和端子110的绝缘压接件之间交界面处的台阶206。该台阶提供了用于端子110的过渡区域。台阶206可以产生通过砧座114的声波的反射或者扭曲。滤波器200可以设置为确保来自台阶206的反射或者扭曲波不被朝向接收换能器164反射。减小反射的幅值增大了可归因于通过压接端子的初始发射波的接受信号的总百分比。接收换能器164和压接质量模块132可接收和分析更好的信号(见图1)。在接收换能器164处所接收声信号的信噪比可增大。

图5是端子压接装置100的一部分的局部截面侧视图，示出端子110和电线112在砧座114和冲头116之间。图5示出了类似于滤波器200(见图案)的滤波器210；但是，滤波器210具有弯曲形状。在所示的实施方式中，滤波器210具有抛物线状，以将超声信号158朝向接收换能器164集中。滤波器210可以是连续形状或者可以是以大体抛物线状布置的一系列平坦或弯曲部段。接收换能器164设置在砧座114的外表面202上。

滤波器210被用以将声信号158朝向接收换能器164反射。滤波器210由与包围滤波器210的砧座114材料相比具有改变密度的区域限定。例如，在示例性实施方式中，砧座114由不锈钢材料制成，而滤波器210是空气。

图6是端子压接装置100的一部分的局部截面图，示出端子110和电线112在砧座114和冲头116之间。图6示出了设置在接收换能器164附近的滤波器220。接收换能器164示出为在如图2和3中所示在砧座114上的类似位置。

滤波器220包括在一对滤波器元件224、226之间的间隙或开口222。在替代实施方式中，可以设置任意数目的开口和滤波器元件224、226。滤波器220被用以将声信号158背离接收换能器164反射，而一些声信号158穿过开口222且在接收换能器164处被接收。滤波器220由与包围滤波器220的砧座114材料相比具有改变密度的区域限定。例如在示例性实施方式中，砧座114由不锈钢材料制成，而滤波器元件224、226是气穴(airpocket)。封挡一些声信号158的该滤波器220构造允许最强声信号传到接收换能器164，而在砧座114中的扭曲或者反射的声信号被滤波器220封当，或者绕过滤波器220且绕过接收换能器164，以便扭曲的或者反射的信号不由接收换能器164接收。减小反射的幅值增大了可归因于通过压接端子的初始发射波引起的接受信号的总百分比。接收换能器164和压接质量模块132(见图1)可接收和分析更好的信号。在接收换能器164处接收的声信号的信噪比可增大。

图7是端子压接装置100的一部分的局部截面图，示出端子110和电线112在砧座114和冲头116之间。图7示出了设置在端子110和发射换能器162之间的滤波器230，诸如在如滤波器142(见图2和3)的类似位置中。

滤波器230包括在一对滤波器元件234、236之间的间隙或者开口232。在替代实施方式中，可提供任意数目的开口232和滤波器元件234、236。在示例性实施方式中，开口232与端子110的某一区域对准，诸如压接端子110的顶端之一，以将声信号158集中在与端子110其它区域(诸如压接端子110的凹部)不同的、端子110的该区域上。在声信号158穿过压接端子时，由于声信号穿过具有更均一几何结构的端子110区域而引起较少扭曲、反射和回波，接收换能器164可接收更纯净的信号。将声信号158聚集通过压接端子110的最高部分会带来更准确的压接高度测量数据。在替代实施方式中，通过使用准确设置的开口232，诸如与压接端子的凹部或者压接端子的其它部分对准的开口，声信号158可以被集中在压接端子的其它部分上。

滤波器230用以将一些声信号158背离接收换能器164反射，而一些声信号158穿过开口232并到端子和接收换能器164上。滤波器230由与包围滤波器230的冲头116材料相比具有改变密度的区域限定。例如，在示例性实施方式中，冲头116由不锈钢材料制成，而滤波器元件234、236是气穴。阻挡一些声信号158的这种滤波器230构造允许较窄的声信号带传到端子110和接收换能器164，而较宽的声信号带被反射，从而减小了传到接收换能器164的在端子110、冲头116和砧座114中的回波数量。减小反射的幅值增大了可归因于通过压接端子的初始发射波引起的接受信号的总百分比。接收换能器164和压接质量模块132(见图1)可接收和分析更好的信号。在接收换能器164处接收的声信号的信噪比可增大。

图8是端子压接装置100的一部分的局部截面图，示出了端子110和电线112在砧座114和冲头116之间。图8示出了在冲头116的外表面242上的滤波器240、和在砧座116的外表面202上的滤波器244。滤波器240、244由分别与冲头116和砧座114的材料相比具有改变密度的区域限定。例如，滤波器240、244的外侧或外部是空气，而滤波器240、244内侧或内部是冲头116和砧座114的金属材料(例如，不锈钢)。

滤波器240、244可以包括消声特征部，以减少或消除接收换能器164接收的回波。例如，滤波器240、244包括分别用以将至少一些声信号158背离接收换能器164引导的成角度特征部246、248。成角度特征部246、248是分别形成在外表面242、202中的凹口或者凹槽。凹口可以以切割、化学蚀刻、激光蚀刻、雕刻或以其它方式形成在外表面242、202中。滤波器240、244用以将至少一些声信号158背离接收换能器164反射。例如，滤波器240、244可以将声信号158向后朝向发射换能器162反射。滤波器240、244成角度，以将声信号158在相对于接收换能器164的非撞击方向上引导。滤波器240降低了达到压接区域106的反射能，诸如回波信号。滤波器244降低了达到接收换能器164的反射能，诸如回波信号。降低反射幅值增大了可归因于通过压接端子的初始发射波引起的接受信号的总百分比。接收换能器164和压接质量模块132(见图1)可接收和分析更好的信号。接收换能器164处接收的声信号的信噪比可增大。

图9是端子压接装置100的一部分的局部截面图，示出了端子110和电线112在砧座114和冲头116之间。图9示出了在冲头116的外表面242上的滤波器250和、在砧座116的外表面202上的滤波器252。在示例性实施方式中，滤波器250、252包括在外表面242、202上的吸收材料254、256。吸收材料254、256可以限定滤波器250、252的消声特征部。吸收材料254、256可以构造成使入射到外表面242、202的波被吸收到该表面中，诸如通过将这些能量转换成为表面波。吸收材料254、256可以是任何合适的超声吸收材料，诸如铍、钨或者其它合适的超声吸收材料。能量能够在吸收材料254、256和压接工具104之间的交界面中被捕获和消散。例如，以大于最大入射角的入射角指向的能量可被吸收和/或转换成为表面波。最大入射角可以近似30°，但是在替代实施方式中，最大入射角依据使用的材料类型可以是其它角度。

将理解，以上描述旨在是说明性的，而不是限制性的。例如，上述实施方式(和/或其方面)可彼此组合使用。另外，可进行许多修改以使具体情形或材料适于本发明的教导，但不偏离本发明的范围。本文所述各种部件的尺寸、材料类型、定向以及各种部件的数目和位置旨在限定一些实施方式的参数，决不是限制性的且仅是示例性实施方式。在权利要求精神和范围内的许多其它实施方式和修改在阅读以上说明的基础上将对本领域技术人员变得明显。因此，本发明范围应参考所附权利要求以及这些权利要求等同物的完整范围来确定。