用于线和电端子之间的接合的非破坏性测试的方法与流程

本发明总体上涉及用于线和电端子之间的接合的非破坏性测试的方法。

附图说明

现将通过示例的方式参照附图描述本发明，其中：

图1是根据本发明的第一实施例的被配置成用于线和电端子之间的接合的非破坏性测试的装置的示意图；

图2是根据本发明的第二实施例的用于线和电端子之间的接合的非破坏性测试的方法的流程图；

图3是根据本发明的第三实施例的被配置成用于线和电端子之间的接合的非破坏性测试的替代装置的示意图；

图4是根据本发明的第三实施例的图3的装置的换能器阵列的透视图；以及

图5是根据本发明的第四实施例的图3的装置的换能器阵列的横截面图。

具体实施方式

现在将详细参照实施例，在附图中示出这些实施例的示例。在以下详细描述中，阐述了众多具体细节以便提供对各个所描述的实施例的透彻理解。然而，对本领域的普通技术人员将显而易见的是，无需这些具体细节就可实践所描述的各种实施例。在其它实例中，并未对公知方法、程序、组件、电路以及网络进行详细描述以免不必要地模糊各实施例的各方面。

线缆组件包括附接到线缆的端部的电端子。端子和线缆之间的接合中可能存在缺陷，例如，由线缆和端子之间的空隙导致的缺陷，该缺陷可能不可通过视觉检查检测。期望的是非破坏性测试方法，其中高百分比的线组件必须被检查接合质量。此类方法在本文中呈现。

图1示出了超声地焊接到电端子(以下称为端子12)的绞合(stranded)线缆10的横截面图。超声焊接过程将线缆10的线束接合至电端子12并将线缆10的线束彼此接合，由此形成“焊接熔核10”。线缆10在图1中以横截面示出为焊接熔核10。如在图1中可以看到的，在焊接熔核10中的线束之间以及焊接熔核10和端子12之间形成了空隙14。这些空隙14的大小、密度和位置可不利地影响线缆10和端子12之间的焊接接合16的质量。如本文所使用的，空隙14可以指在焊接熔核10中的或在焊接熔核10和端子12之间的间隙或裂缝。空隙14可完全被包含在焊接熔核10内或它们可以延伸至焊接熔核10的表面。如图1中进一步示出的，连接到可变频率电信号发生器(在下文中称作信号发生器20)的超声换能器(在下文中被称作换能器18)被放置成与接合16接触。信号发生器20发送具有第一频率的电信号至换能器18。这使得换能器18发射具有第一频率的第一超声信号22。换能器18还连接到信号分析电路24。换能器18接收第一反射超声信号26，即，第一超声信号22的回波。第一反射信号26从换能器18被传送至信号分析电路24，并且被分析以用于确定可能存在于接合16中的任意空隙14的深度和大小。

信号分析电路24可包括数字信号处理器(dsp)和/或具有一个或多个处理器和存储器的控制器。处理器可以是微处理器、专用集成电路(asic)、或者由分立逻辑和定时电路构建(未示出)。对处理器编程的软件指令可以被存储在非易失性(nv)存储器设备(未示出)中。nv存储器设备可被包含在微处理器或asic中，或者它可以是单独的设备。可使用的nv存储器的类型的非限制性示例包括电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、掩模的只读存储器(rom)和闪存。

超声信号的不同频率在接合16中具有不同的传播特征。频率较低(即，波长较长)的超声信号如图1所示穿透进入接合16，而频率较高(即，波长较短)的超声信号如图1所示无法像频率较低的超声信号穿透进入接合16那么远。然而，较高频率的超声信号与较低频率的信号相比较提供空隙14的更佳的分辨率。

因此，信号发生器20将具有比第一频率高或低的第二频率的另一电信号发送至换能器18。这使得换能器18发射具有第二频率的第二超声信号28。换能器18接收第二反射超声30信号并且第二反射信号30由信号分析电路24分析以用于进一步确定可能存在于接合16中的任何空隙14的深度和大小。该分析可额外地或替代地检测接合16中的缺少熔合。

如图1所示，换能器18具有单个元件，例如，压电元件，该单个元件被用于传送第一超声信号22和第二超声信号28并且接收第一反射信号26和第二反射信号30。如图1中进一步示出的，换能器18可沿着接合16移动以提供有关接合16的各种区域的数据。

图2示出了端子12和被接合到端子12的线缆10之间的结合16的非破坏性测试的方法100的示例。方法100包括以下步骤：

步骤102“提供超声换能器”包括提供与信号发生器20以及信号分析电路24电通信的换能器18。换能器18可由如图1所示被配置成用于传送第一超声信号22和第二超声信号28并且接收第一反射信号26和第二反射信号30的单个元件组成。可选地，如图3和图4中所示，超声换能器可以是换能器阵列32，该换能器阵列32包括被配置成用于传送第一超声信号22和第二超声信号28的第一多个或第一行元件34以及与该第一多个元件34分开并且不同的第二多个或第二行元件36。第二多个元件36被配置成用于接收第一反射信号26和第二反射信号30。如图5所示，第一多个元件34可向着第二多个元件36倾斜(angled)并且第二多个元件36可向着第一多个元件34倾斜，以便将第一超声信号22和第二超声信号28引导至特定的感兴趣的位置，例如，在端子12和由超声焊接的线缆10形成的焊接熔核10之间的接口。换能器阵列32还可被配置成以使得第二多个元件36传送第一超声信号22和第二超声信号28而第一多个元件34接收第一反射信号26和第二反射信号30。换能器阵列32也可被操作为相控(phased)阵列，以便消除物理地移动阵列以用于将所传送的超声信号引导至不同的感兴趣的区域的需要。相控超声换能器阵列的配置和操作是本领域技术人员所熟知的。

步骤104“将超声换能器放置于与接合超声通信”包括将超声换能器18放置于与接合16超声通信。在一些实施例中，流体耦合介质被放置在超声换能器18和接合16中间。在替代实施例中，可以使用固体耦合介质。

步骤106“传送第一超声信号”包括通过从信号发生器20传送的具有第一频率的电信号经由换能器18的刺激传送第一超声信号22。第一频率优选地在5兆赫兹(mhz)到15mhz的范围内。

步骤108“接收第一反射信号”包括经由换能器18接收第一超声信号22的第一反射信号26。

步骤110“传送第二超声信号”包括通过从信号发生器20传送的具有与第一频率不同并且区别的第二频率的第二电信号经由换能器18的刺激传送第二超声信号28。第二频率也优选地在5mhz到15mhz的范围内。

步骤112“接收第二反射信号”包括经由换能器18接收第二超声信号28的第二反射信号30；以及

步骤114“确定接合的质量”包括通过分析第一反射信号26和第二反射信号30确定接合16的质量。接合16的质量可通过下列可选的子步骤中的一个或多个来确定：

步骤116“确定空隙在接合中的位置”是步骤114的可选子步骤，该子步骤包括通过分析第一反射信号26和第二反射信号30确定在接合16中的空隙14的位置。如果确定空隙14的位置是不可接受的位置，则端子12和绞合线缆10可能被丢弃或重做。

步骤116“确定多个空隙在接合中的分布”是步骤114的可选子步骤，该子步骤包括通过分析第一和第二反射信号确定在接合16中的多个空隙14的分布。如果确定空隙14的分布是不可接受的，则端子12和绞合线缆10可能被丢弃或重做。

步骤118“确定接合中的空隙的大小”是步骤114的可选子步骤，该子步骤包括通过分析第一反射信号和第二反射信号确定在接合16中的空隙14的大小。如果确定空隙14的大小超出了可允许大小阈值，则端子12和绞合线缆10可能被丢弃或重做。

步骤120“确定接合的孔隙度(porosity)”是步骤114的另一可选子步骤，该子步骤包括基于接合16中的空隙14的数量、多个空隙14的大小(即、体积)确定接合16的孔隙度。如果确定接合16的孔隙度超出了可允许孔隙度阈值，则端子12和绞合线缆10可能被丢弃或重做。

步骤122“确定空隙在接合中的位置”是步骤114的另一可选子步骤，该步骤包括通过使用信号分析电路分析第一和第二反射信号确定在接合16中的空隙14的位置。如果确定空隙14的位置不在接合的可接受的区域内，则端子12和绞合线缆10可能被丢弃或重做。

步骤124“确定在接合中缺少熔合”是步骤114的另一可选子步骤，该步骤包括通过使用信号分析电路分析第一和第二反射信号确定在接合中缺少熔合。如果确定缺少熔合超出百分比阈值，则端子12和绞合线缆10可能被丢弃或重做。如本文所使用的，缺少熔合指的是两个元件(诸如线缆10的两个线束或线束和端子12)之间的接口并未接合。缺少熔合也可由线缆10的两个线束之间或线束和端子12之间的氧化层导致。

相应地，提供了端子12和线缆10之间的接合16的非破坏性测试的方法100。方法100提供了通过使用具有不同频率的超声信号检查线缆10和端子12之间的接合的较大部分的益处。较高频率的信号能够提供对端子12和焊接熔核10之间的接口的较高分辨率检查，而较低频率的超声波信号能够提供对焊接熔核10的内部部分的检查。

本文所呈现的示例涉及端子12和被超声地焊接的线缆10之间的接合16的非破坏性测试的方法100，然而可以设想被适配用于电端子和使用不同的技术接合的线缆之间的接合的非破坏性测试的方法的其他实施例，该不同的技术诸如焊接、压接、电阻焊接、激光焊接或被用于在线缆和端子之间形成接合的其他工艺。

执行该方法100所需的装置可被结合到超声焊接设备中或可能被包括在独立测试站中。

尽管已经根据本发明的优选实施例描述了本发明，然而并不旨在受限于此，而是仅受所附权利要求书中所阐述的范围限制。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此组合地使用另外，可以做出许多修改以使特定情况或材料配置到本发明的教导，而不脱离本发明的范围。本文所描述的各种部件的尺寸、材料类型、定向以及各种部件的数量和位置旨在限定某些实施例的参数，并且决不是限制性的，而仅仅是原型实施例。

在阅读上述描述时，在权利要求书的精神和范围内的许多其他实施例和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围应当参考所附权利要求书以及此类权利要求书的等同例的完整范围来确定。

如本文中使用的，“一个或多个”包括由一个要素执行的功能，由多于一个要素例如以分布式方式执行的功能，由一个要素执行的几个功能，由几个要素执行的几个功能，或上述的任何组合。

还将理解的是，虽然在一些实例中，术语第一、第二等在本文中用于描述各种要素，但这些要素不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个要素与另一个区别开来。例如，第一接触件可被称为第二接触件，并且类似地，第二接触件可被称为第一接触件，而没有背离各个所描述的实施例的范围。第一接触件和第二接触件两者都是接触件，但它们并非相同的接触件。

在对本文中各个所描述的实施例的描述中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在构成限定。如在对各个所描述的实施例和所附权利要求的描述中所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解的是，本文所使用的术语“和/或”是指并且包含相关联的所列项目中的任一个以及相关联的所列项目中的一个或更多个的所有可能的组合。将进一步理解的是，术语“包括(includes)”、“包括有(including)”、“包含(comprises)”和/或“包含有(comprising)”当在本申请文件中使用时指明所陈述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、要素、组件和/或其群组的存在或添加。

如本文中所使用的，取决于上下文，术语“如果(if)”可选地被解释为表示“当…时或“在…时”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，取决于上下文，短语“如果被确定”或“如果检测到(所陈述的状况或事件)”被可选地解释为表示“在确定…后”或“响应于确定”或“在检测到(所陈述的状况或事件)后”或“响应于检测到(所陈述的状况或事件)”。

此外，尽管本文中可以使用条例或定向的术语，但这些要素不应受这些术语的限制。除非另有说明，否则所有条例或定向的术语用于区分一个元素与另一个元素的目的，并且除非另有说明，否则不表示任何特定顺序、操作顺序、方向或定向。