DE102004012098B3 - Quality control process for use during the ultrasound welding of metal film conductors, comprises integrating the process with the welding by monitoring frequency and signal - Google Patents

Quality control process for use during the ultrasound welding of metal film conductors, comprises integrating the process with the welding by monitoring frequency and signal Download PDF

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Abstract

A quality control process for use during the ultrasound welding of plastic insulated metal film conductors, especially flexible flat cables or printed cables, comprises integrating the quality control with the welding process. The frequency and the signal of the ultrasound oscillations are monitored at the connection points (6) and the workpiece holder (5). The sonotrode (4) oscillations are analysed during welding. Frequency analysis is carried out by evaluating the frequency spectrum (17) using a processor (10). Laser measurement is used to determine the oscillations. The adhesive and plastic layers are altered by deformation. The plastic is then welded and the relative movement of the surfaces is changed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätskontrolle beim Ultraschallschweißen von kunststoffisolierten, metallischen Folienleitern, insbesondere FFC – Flexible Flat Cable – Leitern und/oder FPC – Flexible Printed Cable – Leitern, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method for quality control in ultrasonic welding of plastic insulated, metallic foil conductors, especially FFC - Flexible Flat Cable - Ladders and / or FPC - Flexible Printed Cable - Ladders, with the features mentioned in the preamble of claim 1, as well a circuit arrangement for carrying out the method.

Das Verfahren ist durch eine entsprechende Anpassung der elektrischen und mechanischen Komponenten auf kunststoffisolierte Metallteile jeder Querschnittsgeometrie übertragbar.The Procedure is through a corresponding adjustment of the electrical and mechanical components on plastic-insulated metal parts transferable to any cross-sectional geometry.

Es ist allgemein bekannt, das Ultraschallschweißen als Fügeverfahren zur elektrischen Kontaktierung elektronischer Schaltkreise, zur Herstellung von Draht-Draht-Verbindungen sowie zur mechanischen Verbindung von Kunststoffteilen einzusetzen. Ausgehend davon, dass Folienleiter mit den Vorteilen einer hohen Flexibilität, einem geringen Platzbedarf sowie mit einer Gewichtseinsparung verbunden sind, haben sich jedoch in zunehmendem Maße in der Kraftfahrzeugindustrie kunststoffisolierte, metallische Folienleiter, insbesondere FFC – Flexible Flat Cable – Leiter sowie FPC – Flexible Printed Cable – Leiter, für die Bordnetzkomponenten durchgesetzt.It is well known, ultrasonic welding as a joining method for electrical Contacting of electronic circuits, for the production of wire-wire connections and to use for the mechanical connection of plastic parts. Assuming that foil conductor with the advantages of a high Flexibility, a small footprint and associated with a weight saving are, however, increasingly in the automotive industry Plastic insulated, metallic foil conductors, in particular FFC - Flexible Flat Cable - Ladder as well as FPC - Flexible Printed Cable - Ladder, for the Wiring system components enforced.

So ist es beispielsweise nach der DE 100 52 579 A1 – siehe auch DE 100 64 694 A1 – bekannt, die Flachleiter, nachdem sie in ihren Überlappungsbereichen freigelegt sind, an den zu bildenden Kontaktstellen durch Schweißen miteinander zu verbinden, wobei die Isolierung zum Beispiel durch Laser entfernt wird. In bestimmten Anwendungsfällen ist auch bereits eine Kontaktierung, beispielsweise mittels Ultraschallschweißung, ohne vorher ein beidseitiges Abisolieren vorzunehmen, vorgesehen.So it is for example after the DE 100 52 579 A1 - see also DE 100 64 694 A1 - It is known, the flat conductors, after they are exposed in their overlap areas, to be joined together at the contact points to be formed by welding, wherein the insulation is removed, for example by laser. In certain applications, even a contact, for example by means of ultrasonic welding, without previously make a two-sided stripping, provided.

Um eine Kontaktierung von Flachleitern, so von FFC-, FPC- und FLC-Leitern vorzunehmen, sind gemäß der DE 101 01 236 A1 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verbinden derartiger Leiter bekannt, bei denen das Verbinden, also das Kontaktieren, mittels einer Ultraschallschwingungen erzeugenden Sonotrode erfolgt, die mit einer Gegenelektrode in Wirkverbindung steht, die durch die Werkstückhalterung der Vorrichtung zum Verschweißen der kunststoffisolierten, metallischen Flachleiter gebildet ist. Dabei erfolgt durch die Sonotrode nicht nur ein Verschweißen der Flachleiter, also von Metall, sondern auch die sich überlappenden Außenisolationen werden untereinander durch Kunststoffschweißen mittels Ultraschall verbunden. Um das zu ermöglichen, wird die Sonotrode derart ausgebildet, dass über einen Bereich ein Metallschweißen und über einen anderen Bereich, der senkrecht zur tatsächlichen bzw. scheinbaren Schwingungsrichtung der Sonotrode verläuft, ein Kunststoffschweißen erfolgt. Zusammen mit dem Verschweißen der Flachleiter ist aber gleichzeitig auch eine Qualitätsüberwachung vorgesehen, die wegabhängig mit Servoantrieb erfolgt.In order to make contact with flat conductors, such as FFC, FPC and FLC conductors, according to the DE 101 01 236 A1 a method and an apparatus for connecting such conductors are known in which the connecting, so contacting, by means of ultrasonic vibrations generating sonotrode, which is in operative connection with a counter electrode, which is formed by the workpiece holder of the device for welding the plastic-insulated, metallic flat conductor , The sonotrode not only welds the flat conductors, ie metal, but also the overlapping external insulations are connected to one another by plastic welding by means of ultrasound. In order to make this possible, the sonotrode is designed in such a way that plastic welding takes place over one area and metal welding over another area which is perpendicular to the actual or apparent direction of oscillation of the sonotrode. However, together with the welding of the flat conductors, quality monitoring is also provided at the same time, which takes place with servo drive depending on the path.

Obwohl bei diesem Verfahren zur Kontaktierung von Flachleitern und damit bei der dazu dienenden Vorrichtung gleichzeitig eine Qualitätsüberwachung erfolgt, ist dieses Verfahren und damit auch diese Vorrichtung nicht im erforderlichen Maße dazu geeignet, sicherzustellen, dass bei der Kontaktierung der Flachleiter, also der FFC- und FPC-Leiter, die gebildeten Kontaktstellen den auftretenden mechanischen Belastungen standhalten, um die erforderliche Strom- bzw. Signalleitung zu gewährleisten, wenn nicht bereits vor dem Ultraschallschweißen eine beidseitige Abisolierung der kunststoffisolierten, metallischen Flachleiter vorgenommen wurde, so dass auch kein prozesssicheres Verarbeiten möglich ist. Wird diese beidseitige Abisolierung jedoch vorgenommen, um von vornherein sicherzustellen, dass die Kontaktstellen den mechanischen Belastungen standhalten, dann ist das stets mit einem erheblichen, nicht vertretbaren zeitlichen Mehraufwand im Gegensatz zur einseitigen Abisolierung verbunden. Ursache der Prozessunsicherheiten ist das stark differierende Schwingungs-, Dämpfungs- und Verformungsverhalten der Metall- und Kunststoffkomponenten der kunststoffisolierten, metallischen Flachleiter unter dem Einfluss des Ultraschallfeldes.Even though in this method for contacting flat conductors and thus at the same time a quality control in the serving device is done, this method and thus this device is not to the extent necessary suitable to ensure that when contacting the flat conductor, So the FFC and FPC conductor, the contact points formed Withstand mechanical loads occurring to the required power or signal line to ensure, if not before the ultrasonic welding a double-sided stripping the plastic-insulated, metallic flat conductor was made, so that no process-reliable processing is possible. Will this be bilateral Stripping, however, made to ensure from the outset that the contact points withstand the mechanical loads, then it is always with a considerable, unacceptable temporal Added expenses in contrast to unilateral stripping connected. reason the process uncertainties is the widely differing vibrational, damping and deformation behavior of the metal and plastic components of plastic insulated, metallic flat conductor under the influence of the ultrasound field.

Bei dem weiterhin bekannten Verfahren zum Anschließen eines flexiblen Flachbandkabels mit einem flexiblen Substrat und voneinander getrennten elektrischen Leitern an ein elektrisches Bauteil mit voneinander getrennten Leitern an der Oberfläche eines Trägersubstrats und der zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehenen Vorrichtung nach der EP 0 191 175 B1 wird ebenfalls mit Ultraschall gearbeitet. Dabei kommt Ultraschall zuerst zwar zum Verschmelzen der Substrate zur Anwendung, aber auch in der Folge zum Verschmelzen der Leiter miteinander. Hierbei besitzt das Energieanlegemittel in Form einer Sonde, die zu ihrer Versorgung an einen Generator angeschlossen ist, an ihrer wirksamen Fläche Ausnehmungen in Form von Nuten, so dass unter Anwendung von Ultraschall zuerst die Substrate zwischen den elektrischen Leitern verschmolzen werden, bevor ein Verschmelzen der elektrischen Leiter erfolgt. Das aber bedeutet, dass auch durch dieses Verfahren und somit durch die dazu dienende Vorrichtung kein prozesssicheres Verarbeiten erreicht wird, also die gebildeten Kontaktstellen nicht immer die erforderliche Strom- bzw. Signalleitung gewährleisten.In the further known method for connecting a flexible ribbon cable with a flexible substrate and separate electrical conductors to an electrical component with separate conductors on the surface of a carrier substrate and the device provided for carrying out this method according to the EP 0 191 175 B1 is also working with ultrasound. Although ultrasound is first used for fusing the substrates together, but also for melting the conductors together. Here, the energy application means in the form of a probe, which is connected to its supply to a generator, at its effective surface recesses in the form of grooves, so that the application of ultrasound, the substrates between the electrical conductors are first fused, before merging the electrical Head takes place. But that means that even by this method and thus by the serving device no process-reliable processing is achieved, so the contact points formed do not always ensure the required power or signal line.

Nicht anders verhält es sich bei dem Verfahren nach der EP 1 014 515 A2 , bei dem bei Flachkabeln eine Kontaktierung ebenfalls durch Ultraschallschweißung erfolgt – siehe auch FR 2 515 917 , H05K, 1/11-, so dass auch hier durch die vorgenommene Ultraschallschweißung keine Kontaktstellen gebildet werden, die den auftretenden mechanischen Belastungen standhalten, um die erforderliche Strom- bzw. Signalleitung zu gewährleisten. Es erfolgt also ebenfalls kein prozesssicheres Verarbeiten.The situation is not different with the procedure ren after the EP 1 014 515 A2 , in which contacting of flat cables also takes place by ultrasonic welding - see also FR 2 515 917 , H05K, 1 / 11-, so that no contact points are formed here by the ultrasonic welding, which withstand the mechanical stresses occurring to ensure the required power or signal line. Thus, there is likewise no process-reliable processing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Qualitätskontrolle beim Ultraschallschweißen von kunststoffisolierten, metallischen Folienleitern, insbesondere FFC – Flexible Flat Cable – Leitern und/oder FPC – Flexible Printed Cable – Leitern entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, indem sowohl durch das Verfahren als auch durch die Schaltungsanordnung auch dann, wenn keine beidseitige Abisolierung der kunststoffisolierten, metallischen Folienleiter erfolgt, bei gleichzeitiger Einwirkung auf den Ultraschallschweißprozess, ein prozesssicheres Verarbeiten ermöglicht wird und dabei bei der Verbindung der beiden Trägerwerkstoffe Kontaktstellen durch die Bindungsstellen gebildet werden, die den auftretenden mechanischen Belastungen standhalten, so dass die erforderliche Strom- bzw. Signalleitung gewährleistet wird.Of the Invention is based on the object, a method for quality control in ultrasonic welding of plastic-insulated, metallic foil conductors, in particular FFC - Flexible Flat Cable - Ladders and / or FPC - Flexible Printed Cable - Ladders according to the preamble of claim 1 and a circuit arrangement to carry this out To create a process by both the procedure and by the circuit arrangement even if no two-sided Stripping of the plastic-insulated, metallic foil conductors occurs while acting on the ultrasonic welding process, a process-reliable processing is possible and thereby in the Connection of the two carrier materials Contact sites are formed by the binding sites that the Withstand mechanical loads occurring, so that the required Power or signal line guaranteed becomes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass die Qualitätskontrolle beim Ultraschallschweißen in den Schweißprozess derart integriert wird, dass beim Ultraschallschweißen im Sinne einer Frequenz- und Schwingungsanalyse die Ultraschallschwingungen, die sowohl aus den auf die Bindungsstelle wirkenden statischen Kräften als auch aus den durch die Bindungsstelle in die Werkstückhalterung übertragenen oder dort erzeugten dynamischen Kräften – den Körperschallschwingungen – resultieren, überwacht werden, wird erreicht, dass auch dann, wenn keine beidseitige Abisolierung der kunststoffisolierten, metallischen Folienleiter erfolgt, ein prozesssicheres Verarbeiten ermöglicht wird und dabei bei der Verbindung der beiden Trägerwerkstoffe Kontaktstellen durch die Bindungsstellen gebildet werden, die den auftretenden mechanischen Belastungen standhalten, so dass die erforderliche Strom- bzw. Signalleitung gewährleistet wird.These The object is achieved by a Method solved by the features mentioned in claim 1. Thereby, that quality control in ultrasonic welding in the welding process is integrated so that when ultrasonic welding in the sense a frequency and vibration analysis the ultrasonic vibrations, both from the static forces acting on the binding site also from the transmitted through the binding site in the workpiece holder or generated there dynamic forces - the structure-borne sound vibrations - result, monitored Be achieved, that is, even if no double-sided stripping the plastic-insulated, metallic foil conductor takes place enables process-reliable processing is and contact points in the connection of the two carrier materials are formed by the binding sites that occur withstand mechanical loads, so that the required Power or signal line guaranteed becomes.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Danach wird die Überwachung des Schwingungsverhaltens der auf die herzustellende Bindungsstelle ausgerichtete Sonotrode während des Ultraschallschweißens vorgenommen, indem eine Frequenz und eine Amplitude über die Zeit analysiert wird. Hierzu dient bei der Überwachung im Sinne der Frequenzanalyse ein Frequenzspektrum, deren Daten einer Auswerteeinheit zur Analyse übermittelt werden, nachdem zuvor eine Filterung vorgenommen wurde. Dabei wird vor der Übermittlung der Daten an die Auswerteeinheit ein zweifach gefiltertes Frequenzspektrum zur Verfügung gestellt, bei dem eine Tiefpassfilterung zur Ausblendung der statischen Kraftkomponente und eine Bandpassfilterung zur Ausblendung der Ultraschallkomponente vorgenommen wird. Da insbesondere die in der Werkstüfkhalterung verursachten Körperschallschwingungen stark mit der sich während der Bindungsbildung ändernden Impedanz der Bindungszone korelliert sind, erlauben diese die vorgenommene Filterung und damit durch Analyse eine Charakteristik des Bindungsverlaufes.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the others, mentioned in the dependent claims Features. After that, the surveillance the vibration behavior of the binding site to be produced aligned sonotrode during of ultrasonic welding made by adding a frequency and an amplitude over the Time is analyzed. This is used for monitoring in the sense of frequency analysis a frequency spectrum whose data is transmitted to an evaluation unit for analysis after filtering first. It will before the transmission the data to the evaluation a doubly filtered frequency spectrum to disposal in which a low-pass filtering to hide the static Force component and bandpass filtering to hide the ultrasonic component is made. In particular, those in the Werkstüfkhalterung caused structure-borne vibrations strong with the while changing the bond formation Impedance of the binding zone are corellated, these allow the made Filtering and thus by analysis a characteristic of the bonding process.

Bei der Durchführung des Verfahrens erfolgt in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zur Vornahme der Frequenzanalyse eine Auswertung von Frequenzkomponenten. Diese können beispielsweise aus dem Signal eines der Werkstoffhalterung zugeordneten Sensors resultieren oder aber auch aus der kontaktlosen Erfassung von Körperschallschwingungen, wobei diese durch Laser messverfahren vorgenommen wird und hierbei vorteilhaft Laserdopplerinterferometrie zur Anwendung kommt.at the implementation of the method takes place in a further embodiment of the invention for Performing the frequency analysis an evaluation of frequency components. these can for example, from the signal of one of the material holder assigned Sensors result or even from the contactless detection of structure-borne vibrations, this is done by laser measuring method and here advantageous laser Doppler interferometry is used.

Gemäß einem weiteren Verfahrensschritt sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung der Frequenzkomponenten über eine Regelstrecke Einfluss auf den Ultraschweißprozess genommen wird, so dass stets Bindungsstellen, also Kontaktstellen, zwischen den kunststoffisolierten, metallischen Folienleitern hergestellt werden, die eine störungsfreie Strom- bzw. Signalleitung gewährleisten.According to one Another process step sees the inventive method before, that in dependence from the result of the evaluation of the frequency components over one Controlled system influence is taken on the ultrasonic welding process, so that always bonding sites, ie contact points, between the plastic-insulated, Metallic film conductors are produced, which provide a trouble-free power or signal line.

Generell lässt sich in Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung der kunststoff- vom metalldominierten Verlauf des Ultraschallschweißprozesses trennen. Durch eine Auswertung von aus dem Signal resultierenden Frequenzparametern sowie aus der Parallelauswertung der statischen Kraftkomponente werden folgende Teilprozesse identifiziert:

  • – Änderungen in der Kleberschicht durch Verformen und Verdrängen,
  • – Änderungen in der Kunststoffschicht durch Verformen und Verdrängen,
  • – Schweißen im Kunststoffanteil der FFC- und/oder FPC-Leiter,
  • – Beginn des Ultraschallschweißens im Metallanteil der FFC- und/oder FPC-Leiter,
  • – Änderung der Relativbewegung der Grenzflächen zueinander infolge veränderter Oberflächenkontaminationen und Fremdstoffanteile im Kontaktbereich,
  • – Ende der Relativbewegung zwischen den Kontaktflächen und Beginn der Bindungsbildung,
  • – Ende der Bindungsbildung und Auflösung von Mikroverschweißungen in der Kontaktstelle, mit dem Ergebnis, dass sich eine Festigkeitsreduzierung durch einen hohen Energieeintrag anschließt und die Zerstörung der Bindungsstelle beginnt,
  • – Durchschweißen durch die Bindungsstelle und
  • – Fehlschweißungen infolge von Verunreinigungen und Kunststoffresten im Bereich der Bindungsstelle.
  • – Insbesondere können über den gesamten Schweißprozess die in der Kontaktstelle wirkenden Reibungskräfte zeitzugehörig ermittelt werden.
In general, the plastic-metal-dominated course of the ultrasonic welding process can be separated in carrying out the method according to the invention. By evaluating frequency parameters resulting from the signal as well as from the parallel evaluation of the static force component, the following subprocesses are identified:
  • Changes in the adhesive layer due to deformation and displacement,
  • - changes in the plastic layer due to deformation and displacement,
  • Welding in the plastic portion of the FFC and / or FPC conductors,
  • Beginning of the ultrasonic welding in the metal portion of the FFC and / or FPC conductors,
  • Change of the relative movement of the boundary surfaces to one another as a result of changed surface contaminations and foreign substance components in the contact area,
  • - End of the relative movement between the con contact surfaces and the beginning of bond formation,
  • End of bond formation and dissolution of micro welds in the pad, with the result that strength reduction is followed by high energy input and destruction of the binding site begins,
  • - Welding through the binding site and
  • - Misfires due to impurities and plastic residues in the region of the binding site.
  • - In particular, over the entire welding process, the frictional forces acting in the contact point can be determined in time.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Schaltungsanordnung zur Qualitätskontrolle beim Ultraschallschweißen von kunststoffisolierten, metallischen Folienleitern vorgesehen, bei der der Gegenelektrode und damit der Werkstückhalterung der Vorrichtung zum Ultraschallschweißen der kunststoffisolierten, metallischen Folienleiter ein aus seinem Signal eine Auswertung von Frequenzkomponenten ermöglichender Sensor zugeordnet ist, dem über einen eine Ausblendung der statischen Kraftkomponente vornehmenden Filter sowie über einen eine Ausblendung der Ultraschallkomponente vornehmenden Filter eine Auswerte einheit nachgeschaltet ist. Dabei steht die Auswerteeinheit über eine Regelstrecke mit der Sonotrode der Vorrichtung zum Ultraschallschweißen der kunststoffisolierten, metallischen Folienleiter in Verbindung, so dass ausgehend vom Ergebnis der Qualitätskontrolle ständig auf die Qualität der herzustellenden Bindungsstellen eingewirkt werden kann.to execution the method according to the invention is a circuit for quality control of ultrasonic welding of plastic-insulated, metallic foil conductors provided at the counter electrode and thus the workpiece holder of the device for ultrasonic welding the plastic-insulated, metallic foil conductor one from his Signal an evaluation of frequency components enabling Sensor is assigned to the over one performing a suppression of the static force component Filter as well as over a filter which eliminates the ultrasonic component an evaluation unit is connected downstream. The evaluation unit has a Controlled system with the sonotrode of the device for ultrasonic welding of plastic insulated, metallic foil conductor in conjunction, so that based on the result of quality control constantly on the quality the binding sites to be produced can be acted upon.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht allein auf die Bordnetztechnik von Kraftfahrzeugen begrenzt, sondern die durch sie erzielten Vorteile treten auch dann ein, wenn eine Anwendung in der Bordnetztechnik von Flugzeugen, Schiffen, Triebfahrzeugen etc. erfolgt.The Application of the invention is not solely to the on-board network technology limited by motor vehicles, but the benefits achieved by them occur even if an application in the on-board network technology of aircraft, ships, traction vehicles, etc. takes place.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings explained in more detail. It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von kunststoffisolierten, metallischen Folienleitern in Verbindung mit einer Schaltungsanordnung zur Qualitätskontrolle und 1 a schematic representation of a device for ultrasonic welding of plastic-insulated, metallic foil conductors in conjunction with a circuit arrangement for quality control and

2 die aus der gemäß 1 vorzunehmenden Qualitätskontrolle resultierende, durch ein Frequenzspektrum erfolgende Frequenzanalyse. 2 from the according to 1 quality control resulting from a frequency spectrum frequency analysis.

In der in 1 dargestellten Vorrichtung 1 zum Ultraschallschweißen von kunststoffisolierten, metallischen Folienleitern 2, 3, wobei diese durch FFC- und FPC-Leiter gebildet sind, wird im Wesentlichen nur die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentliche Sonotrode 4 sowie die als Gegenelektrode dienende Werkstückhalterung 5 gezeigt. Dabei erfolgt eine Versorgung der Sonotrode 4 zur Erzeugung von Ultraschallschwingungen zwecks Bildung von Bindungsstellen 6 mit einer Frequenz von 35 kHz; das Verfahren ist für jede andere Frequenz im Ultraschallbereich geeignet. Die Werkstückhalterung 5 steht mit einem Sensor 7 in Wirkverbindung, dessen Signal der Auswertung von Frequenzkomponenten dient. Diese resultieren aus der Überwachung sowohl der auf die Bindungsstelle 6 wirkenden, durch den Pfeil 8 dargestellten statischen Kräfte als auch aus den durch die Bindungsstelle 6 in die Werkstückhalterung 5 übertragenen dynamischen Kräften, den Körperschallschwingungen sowie longitudinalen und transversalen Quer- und Längsschwingungen, die durch die Pfeile 9 dargestellt sind. Dabei berücksichtigen die Pfeile 9 die auf die jeweils herzustellende Bindungsstelle 6 erforderliche Ausrichtung der Sonotrode 4 im Zuge der Überwachung des Schwingungsverhaltens während des Ultraschallschweißens. Bei dieser Überwachung werden eine oder mehrere Frequenzkomponenten (Oberschwingungen) und eine Amplitude über die Zeit analysiert, indem Daten eines Frequenzspektrums einer Frequenz analyse einer Auswerteeinheit 10 zur Analyse übermittelt werden. Zwischen der Auswerteeinheit 10 und dem Sensor 7 sind zwei Filter 11, 12 geschaltet, von denen der Filter 11 der Ausblendung der statischen Kraftkomponente und der Filter 12 der Ausblendung der Ultraschallkomponente dient. Statische und dynamische Komponenten werden hierbei getrennt ausgewertet. Über eine Regelstrecke 13, zu der ein Regler 14 gehört, steht die Auswerteeinheit 10 mit der Sonotrode 4 der Vorrichtung 1 zum Ultraschallschweißen in Wirkverbindung, so dass stets in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung des Frequenz- und Signalspektrums und damit der Frequenzanalyse Einfluss auf die herzustellende Bindungsstelle 6 genommen werden kann, so dass diese die erforderliche Strom- bzw. Signalleitung zwischen den kunststoffisolierten, metallischen Folienleitern 2, 3 gewährleistet.In the in 1 illustrated device 1 for ultrasonic welding of plastic-insulated, metallic foil conductors 2 . 3 where these are formed by FFC and FPC conductors, essentially only the sonotrode essential for carrying out the method according to the invention 4 as well as the counter holder serving as workpiece holder 5 shown. In this case, a supply of the sonotrode takes place 4 for generating ultrasonic vibrations for the purpose of forming binding sites 6 with a frequency of 35 kHz; the method is suitable for any other frequency in the ultrasonic range. The workpiece holder 5 stands with a sensor 7 in operative connection whose signal is used for the evaluation of frequency components. These result from monitoring both the binding site 6 acting, by the arrow 8th represented static forces as well as from the binding site 6 into the workpiece holder 5 transmitted dynamic forces, the structure-borne sound vibrations and longitudinal and transverse transversal and longitudinal vibrations by the arrows 9 are shown. The arrows take into account 9 the binding site to be prepared in each case 6 required alignment of the sonotrode 4 in the course of monitoring the vibration behavior during ultrasonic welding. In this monitoring, one or more frequency components (harmonics) and an amplitude over time are analyzed by data from a frequency spectrum of a frequency analysis of an evaluation unit 10 for analysis. Between the evaluation unit 10 and the sensor 7 are two filters 11 . 12 switched, of which the filter 11 the suppression of the static force component and the filter 12 the suppression of the ultrasonic component is used. Static and dynamic components are evaluated separately. About a controlled system 13 to which a regulator 14 heard belongs to the evaluation unit 10 with the sonotrode 4 the device 1 for ultrasonic welding in operative connection, so that always depending on the result of the evaluation of the frequency and signal spectrum and thus the frequency analysis influence on the binding site to be produced 6 can be taken so that they have the required power or signal line between the plastic-insulated, metallic foil conductors 2 . 3 guaranteed.

Durch den Pfeil 15 in 1 ist angegeben, dass eine Auswertung von Frequenzkomponenten auch aus der kontaktlosen Erfassung von Körperschallschwingungen vorgenommen werden kann, indem ein Lasermessverfahren, wie Laserdopplerinterferometrie, zur Anwendung kommt .By the arrow 15 in 1 is stated that an evaluation of frequency components can also be made from the contactless detection of structure-borne sound vibrations by using a laser measurement method, such as laser Doppler interferometry.

Aus dem aus 2 ersichtlichen, aus der plastischen Verformung in der Bindungsstelle 6 (1) resultierenden Körperschallsignal 16 und dem damit im Zusammenhang stehenden, aus dem Körperschallsignal 16 sich ergebenden Frequenzspektrum 17, dem wieder ein Ultraschallschweißprozess bei einer Frequenz von 35 kHz zugrunde liegt, wird nicht nur eine Auskunft über die Qualität der hergestellten Bindungsstelle 6 abgeleitet, sondern es werden auch die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass in den Prozessablauf beim Ultraschallschweißen eine Kontrolle des Bindungsvorganges integriert ist. Das aber bedeutet, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Qualität der Bindungsstelle 6 Einfluss auf eine Verbesserung der Qualität der Bindungsstelle 6 genommen werden kann.Out of the 2 apparent, from the plastic deformation in the binding site 6 ( 1 ) resulting structure-borne sound signal 16 and the associated, from the structure-borne sound signal 16 resulting frequency spectrum 17 , which is based again on an ultrasonic welding process at a frequency of 35 kHz, not only provides information about the quality of the binding site produced 6 but it also creates the conditions for the fact that in the process sequence in the ultrasonic welding control of the binding process is integrated. But this means that depending on the quality of the binding site 6 Influence on improving the quality of the binding site 6 can be taken.

Bevor jedoch das aus dem Körperschallsignal 16 resultierende Frequenzspektrum 17 zur weiteren Einflussnahme auf die Bindungsstelle 6 bereitgestellt wird, wird dieses mehrfach gefiltert. Diese Filterungen des Frequenzspektrums 17, das dreidimensional ebenfalls aus 2 hervorgeht, liegt eine Tiefpassfilterung zur Ausblendung der statischen Kraftkomponente sowie eine Bandpassfilterung für die Ausblendung der Ultraschallkomponente zugrunde. Dabei wird bei dem dreidimensional dargestellten Frequenzspektrum 17 davon ausgegangen, dass diesem ein Ultraschallschweißprozess zugrunde liegt, der während einer Zeit, die zwischen 40 und 280 ms liegt und bei einer Frequenz in einem Bereich von 34625 und 35250 Hz, also im Wesentlichen wieder bei 35 kHz liegt, durchgeführt wurde. Die Amplitude des Frequenzspektrums 17 ergibt sich aus einer Dämpfung in dem Bereich von -10 bis -60 dB.But before that from the structure-borne sound signal 16 resulting frequency spectrum 17 for further influence on the binding site 6 is provided, this is filtered several times. These filters of the frequency spectrum 17 , the three-dimensional also from 2 shows, is based on a low-pass filtering to hide the static force component and a bandpass filtering for the suppression of the ultrasonic component. In this case, in the three-dimensional frequency spectrum shown 17 it is assumed that this is based on an ultrasonic welding process, which was carried out for a time which is between 40 and 280 ms and at a frequency in the range of 34625 and 35250 Hz, ie essentially again at 35 kHz. The amplitude of the frequency spectrum 17 results from an attenuation in the range of -10 to -60 dB.

11
Vorrichtung zum Ultraschallschweißencontraption for ultrasonic welding
2, 32, 3
Folienleiterfoil conductor
44
Sonotrodesonotrode
55
WerkstückhalterungWorkpiece holder
66
Bindungsstellebinding site
77
Sensorsensor
8, 9, 158th, 9, 15
Pfeilearrows
1010
Auswerteeinheitevaluation
11, 1211 12
Filterfilter
1313
Regelstreckecontrolled system
1414
Reglerregulator
1616
KörperschallsignalBorne noise signal
1717
Frequenzspektrumfrequency spectrum

Claims (12)

Verfahren zur Qualitätskontrolle beim Ultraschallschweißen von kunststoffisolierten, metallischen Folienleitern, insbesondere FFC – Flexible Flat Cable – Leitern und/oder FPC – Flexible Printed Cable – Leitern, wobei beim Ultraschallschweißen der kunststoffisolierten, metallischen Folienleiter die zu ihrer elektrischen Kontaktierung vorgesehene jeweilige Bindungsstelle der sich überlappenden, kunststoffisolierten, metallischen Folienleiter auch ohne ein vorausgehendes Abisolieren durch Ultraschallschwingungen hergestellt wird, die durch eine auf die herzustellende Bindungsstelle ausgerichtete Sonotrode erzeugt werden, die mit einer Gegenelektrode in Wirkverbindung steht, die vorzugsweise durch die Werkstückhalterung der Vorrichtung zum Ultraschallschweißen der kunststoffisolierten, metallischen Folienleiter gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualitätskontrolle beim Ultraschallschweißen in den Schweißprozess derart integriert wird, dass beim Ultraschallschweißen im Sinne einer Frequenz- und Signalanalyse die Ultraschallschwingungen, die sowohl aus den auf die Bindungsstelle (6) wirkenden statischen Kräften als auch aus den durch die Bindungsstelle (6) in die Werkstückhalterung (5) übertragenen oder dort erzeugten dynamischen Kräften – den Körperschallschwingungen – resultieren, überwacht werden.Method for quality control in the ultrasonic welding of plastic insulated, metallic foil conductors, in particular FFC flexible flat cable conductors and / or FPC flexible printed cable conductors, wherein during ultrasound welding of the plastic insulated, metallic foil conductors the respective binding site provided for their electrical contacting overlaps, plastic-insulated, metallic foil conductor is also produced without a prior stripping by ultrasonic vibrations, which are generated by a trained on the binding site sonotrode, which is in operative connection with a counter electrode, which is preferably formed by the workpiece holder of the device for ultrasonic welding of the plastic-insulated, metallic foil conductor , characterized in that the quality control in the ultrasonic welding is integrated into the welding process such that the ultrasonic Schwschw in the sense of a frequency and signal analysis, the ultrasonic vibrations, both from the on the binding site ( 6 ) acting static forces as well as from the binding site ( 6 ) in the workpiece holder ( 5 ) transmitted or generated there dynamic forces - the structure-borne sound vibrations - result, be monitored. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung des Schwingungsverhaltens der Sonotrode (4) während des Ultraschallschweißens vorgenommen wird, indem ein Frequenz und eine Amplitude über die Zeit analysiert werden.A method according to claim 1, characterized in that the monitoring of the vibration behavior of the sonotrode ( 4 ) during ultrasonic welding by analyzing a frequency and an amplitude over time. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung im Sinne der Frequenzanalyse durch ein Frequenzspektrum (17) erfolgt, deren Daten einer Auswerteeinheit (10) zur Analyse übermittelt werden, nachdem zuvor eine Filterung vorgenommen wird.A method according to claim 2, characterized in that the monitoring in the sense of frequency analysis by a frequency spectrum ( 17 ), the data of an evaluation unit ( 10 ) are submitted for analysis after filtering is first performed. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Übermittlung der Daten an die Auswerteeinheit (10) ein mehrfach gefiltertes Frequenzspektrum (13) zur Verfügung gestellt wird, bei dem eine Tiefpassfilterung zur Ausblendung der statischen Kraftkomponente und eine Bandpassfilterung zur Ausblendung der Ultraschallkomponente vorgenommen wird.A method according to claim 3, characterized in that before the transmission of the data to the evaluation unit ( 10 ) a multiply filtered frequency spectrum ( 13 ) is provided, in which a low-pass filtering for masking the static force component and a band-pass filtering to hide the ultrasonic component is made. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vornahme der Frequenzanalyse eine Auswertung von Frequenzkomponenten erfolgt, die aus dem Signal eines der Werkstückhalterung (5) zugeordneten Sensors (7) resultieren.A method according to claim 4, characterized in that for carrying out the frequency analysis, an evaluation of frequency components takes place, which from the signal of one of the workpiece holder ( 5 ) associated sensor ( 7 ) result. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vornahme der Frequenzanalyse eine Auswertung von Frequenzkomponenten erfolgt, die aus der kontaktlosen Erfassung von Körperschallschwingungen resultieren.Method according to claim 4, characterized in that that for performing the frequency analysis an evaluation of frequency components takes place, from the contactless detection of structure-borne sound vibrations result. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktlose Erfassung von Körperschallschwingungen mittels Lasermessverfahren vorgenommen wird.Method according to Claim 6, characterized that the contactless detection of structure-borne sound vibrations means Laser measurement is made. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Lasermessverfahren Laserdopplerinterferometrie zur Anwendung kommt.Method according to claim 7, characterized in that that laser Doppler interferometry is used as the laser measuring method comes. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung der Frequenzkomponenten über eine Regelstrecke (13) Einfluss auf den Ultraschallschweißprozess genommen wird.Method according to Claims 5 and 6, characterized in that, depending on the result of the evaluation of the frequency components via a controlled system ( 13 ) Influence on the ultrasonic welding process is taken. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Auswertung von aus dem Signal resultierenden Frequenz- und Signalkomponenten sowie aus der Parallelauswertung der statischen Kraftkomponente folgende Teilprozesse identifiziert werden: – Änderungen in der Kleberschicht durch Verformen und Verdrängen, – Änderungen in der Kunststoffschicht durch Verformen und Verdrängen, – Schweißen im Kunststoffteil der FFC- und/oder FPC-Leiter, – Beginn des Ultraschallschweißens im Metallanteil der FFC- und/oder FPC-Leiter, – Änderung der Relativbewegung der Grenzflächen zueinander infolge veränderter Oberflächenkontaminationen und Fremdstoffanteile im Kontaktbereich, – Ende der Relativbewegung zwischen den Kontaktflächen und Beginn der Bindungsbildung, – Ende der Bindungsbildung und Auflösung von Mikroverschweißungen in der Bindungsstelle (6), – Durchschweißen durch die Bindungsstelle (6) und – Fehlschweißungen infolge von Verunreinigungen und Kunststoffresten im Bereich der Bindungsstelle (6). – Insbesondere können über den gesamten Schweißprozess die in der Kontaktstelle wirkenden Reibungskräfte zeitauflösend gemessen und zur Charakterisierung des Bindungsprozesses herangezogen werden.Method according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the following sub-processes are identified by an evaluation of frequency and signal components resulting from the signal as well as from the parallel evaluation of the static force component: - changes in the adhesive layer due to deformation and displacement, - Changes in the plastic layer by deformation and displacement, - Welding in the plastic part of the FFC and / or FPC conductor, - Beginning of ultrasonic welding in the metal portion of the FFC and / or FPC conductor, - Change in the relative movement of the interfaces to each other due to surface contamination and Impurity parts in the contact region, end of the relative movement between the contact surfaces and onset of bond formation, end of bond formation and dissolution of micro-welds in the binding site 6 ), - Welding through the binding site ( 6 ) and - incorrect welds due to impurities and plastic residues in the region of the binding site ( 6 ). In particular, over the entire welding process, the frictional forces acting in the contact point can be measured time-resolved and used to characterize the binding process. Schaltungsanordnung zur Qualitätskontrolle beim Ultraschallschweißen von kunststoffisolierten, metallischen Folienleitern (2, 3) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenelektrode und damit der Werkstückhalterung (5) der Vorrichtung (1) zum Ultraschallschweißen der kunststoffisolierten, metallischen Folienleiter (2, 3) ein aus seinem Signal eine Auswertung von Frequenzkomponenten ermöglichender Sensor (7) zugeordnet ist, dem über einen eine Ausblendung der statischen Kraftkomponente vor nehmender Filter (11) sowie über einen eine Ausblendung der Ultraschallkomponente vornehmenden Filter (12) eine Auswerteeinheit (10) nachgeschaltet ist.Circuit arrangement for quality control during ultrasonic welding of plastic-insulated, metallic foil conductors ( 2 . 3 ) for carrying out the method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the counter electrode and thus the workpiece holder ( 5 ) of the device ( 1 ) for ultrasonic welding of the plastic-insulated, metallic foil conductors ( 2 . 3 ) a signal enabling an evaluation of frequency components from its signal ( 7 ), which has a filter which suppresses the static force component ( 11 ) as well as a filter which suppresses the ultrasound component ( 12 ) an evaluation unit ( 10 ) is connected downstream. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (10) über eine Regelstrecke (13) mit der Sonotrode (4) der Vorrichtung (1) zum Ultraschallschweißen der kunststoffisolierten, metallischen Folienleiter (2, 3) in Verbindung steht.Circuit arrangement according to claim 11, characterized in that the evaluation unit ( 10 ) via a controlled system ( 13 ) with the sonotrode ( 4 ) of the device ( 1 ) for ultrasonic welding of the plastic-insulated, metallic foil conductors ( 2 . 3 ).
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