在上一篇《有了它，輕松拿捏電驅(qū)系統(tǒng)逆變器“制造”》（點(diǎn)擊查看）文章中，介紹了逆變器生產(chǎn)過(guò)程中清潔度控制和檢測(cè)方法以及逆變器元器件在組裝中的非接觸式檢測(cè)兩方面的內(nèi)容。除此以外，蔡司的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在全球也是遙遙領(lǐng)先。

該技術(shù)除了應(yīng)用到逆變器的生產(chǎn)制造過(guò)程中，還大量應(yīng)用于異步電機(jī)鑄鋁轉(zhuǎn)子的鑄鋁質(zhì)量檢測(cè)。

一、逆變器裝配完成后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)

1、接插件對(duì)插后的無(wú)損檢測(cè)

新能源汽車(chē)逆變器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。PCBA之間的連接通常會(huì)涉及到非目視對(duì)接以及盲插。內(nèi)部模塊化的逆變器產(chǎn)品一旦裝配完成，就無(wú)法確認(rèn)模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組裝狀態(tài)。

現(xiàn)階段，電控企業(yè)采取的是通過(guò)線(xiàn)下電性能測(cè)試來(lái)確認(rèn)模塊的功能完善性。EOL電性能測(cè)試，只能保證逆變器產(chǎn)品在下線(xiàn)時(shí)的功能是否滿(mǎn)足要求，卻無(wú)法保證元器件接觸狀態(tài)是否可靠，依舊可能會(huì)存在虛接、錯(cuò)位的風(fēng)險(xiǎn)。

逆變器裝配后主要的失效模式有如下情況：

首先，在生產(chǎn)過(guò)程中，由于尺寸公差的累加，或者PCBA貼片焊誤差，或者PCBA裝配后產(chǎn)生形變等一系列生產(chǎn)工藝的變化，都可能讓接插件匹配偏離設(shè)計(jì)，而導(dǎo)致電氣連接失效。

如下圖中，大電流銅排的公端貼在一塊PCBA上，母端貼在另一塊PCBA上，再通過(guò)盲插將PCBA之間連接起來(lái)。這時(shí)，所有的接插狀態(tài)被遮擋，通過(guò)常規(guī)檢測(cè)手段無(wú)法探測(cè)公端和母端之間是否實(shí)現(xiàn)了合格的連接。

▲圖1大電流銅排的公母端連接,圖片來(lái)源：蔡司

其次，在焊接時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)貼片位置不準(zhǔn)、盲插插歪了（或者沒(méi)插上）、插的外力太大，導(dǎo)致母端被撐大等等，以至于公母端接觸不良，就可能導(dǎo)致大電流狀態(tài)下，因銅排接觸不良而溫度上升。如果工作溫度持續(xù)超過(guò)限定的工作溫度，逆變器內(nèi)部零部件就可能產(chǎn)生失效。

而EOL下線(xiàn)電性能測(cè)試，難以發(fā)現(xiàn)接觸不良這類(lèi)物理性質(zhì)的問(wèn)題，無(wú)法覆蓋上述相關(guān)失效，從而影響產(chǎn)品可靠性。

此外，多合一控制器 PCBA的數(shù)量變多，連接端口更多，存在的風(fēng)險(xiǎn)也更高。

為避免以上情況，逆變器組裝產(chǎn)線(xiàn)中需要增加逆變器下線(xiàn)后對(duì)內(nèi)部元器件接觸狀態(tài)的無(wú)損檢測(cè)。

▲圖2蔡司ZEISS METROTOM 1500高精度工業(yè)CT,圖片來(lái)源: 蔡司

▲圖3逆變器下線(xiàn)后對(duì)內(nèi)部元器件接觸狀態(tài)的無(wú)損檢測(cè),圖片來(lái)源: 蔡司

▲圖4使用工業(yè)CT技術(shù)無(wú)損檢測(cè)內(nèi)部電連接,圖片來(lái)源: 蔡司

蔡司工業(yè)CT的解決方案中，不僅可以根據(jù)X-RAY的探傷原理將不同原材料的結(jié)構(gòu)件區(qū)分開(kāi)來(lái)，更可以使用測(cè)量型CT，在做3D探傷的同時(shí)，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)直接進(jìn)行尺寸測(cè)量，從而減少檢測(cè)工時(shí)，同時(shí)又避免了因?yàn)轭l繁調(diào)整測(cè)量基準(zhǔn)而帶來(lái)的尺寸偏差。

2、PCBA電路板、走線(xiàn)、錫焊質(zhì)量檢測(cè)

2D X-RAY在逆變器及各個(gè)子零件的生產(chǎn)過(guò)程中，作為一個(gè)探傷檢測(cè)設(shè)備并不少見(jiàn)。但是，隨著產(chǎn)品工藝越發(fā)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)越來(lái)越繁瑣，2D的探傷逐漸無(wú)法完全覆蓋現(xiàn)在的重要失效模型。故而3D工業(yè)CT技術(shù)也逐漸被引入產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中。尤其是斷層掃描技術(shù)對(duì)探測(cè)逆變器內(nèi)部復(fù)雜的連接結(jié)構(gòu)有著先天的優(yōu)勢(shì)。

▲圖5PCBA CT掃描檢測(cè),圖片來(lái)源：蔡司

集成電路板組裝后可能會(huì)出現(xiàn)裝配缺陷。無(wú)損檢測(cè)可對(duì)PCBA板的焊球質(zhì)量、焊錫缺陷、連接線(xiàn)短路、元器件缺失等進(jìn)行檢測(cè)。半導(dǎo)體邏輯器件檢測(cè)中，有多種材料需要達(dá)到很好的襯度，便于區(qū)別。同時(shí)在失效檢查中，需要進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，避免結(jié)構(gòu)破壞。

蔡司的高分辨率和高精度工業(yè)CT可以獲取完整的PCB圖像，通過(guò)重構(gòu)清晰的三維模型，了解內(nèi)部缺陷和連接情況；通過(guò)高級(jí)復(fù)合材料偽影縮減（AMMAR），清晰的區(qū)分出定位銷(xiāo)和塑料；可一次性?huà)呙瓒鄻蛹ㄟ^(guò)多樣件拆分功能，自動(dòng)分割成單獨(dú)體積。

▲圖6PCBA板不同層電路質(zhì)量CT掃描檢測(cè),圖片來(lái)源：蔡司

蔡司的高分辨率和高精度工業(yè)CT可無(wú)損檢測(cè)PCB內(nèi)部走線(xiàn)狀態(tài)，并進(jìn)行截面分析；元器件焊接后，通過(guò)重構(gòu)清晰的三維模型，了解內(nèi)部缺陷和連接情況。對(duì)每層layer的狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。

3、PCBA上貼片質(zhì)量檢測(cè)

蔡司的高分辨率和高精度工業(yè)CT可以對(duì)PCBA上的貼片進(jìn)行多角度掃描，并進(jìn)行觀測(cè)。可以快速準(zhǔn)確的確認(rèn)失效元器件的位置和尺寸。

▲圖7PCBA板貼片元器件CT掃描檢測(cè),圖片來(lái)源：蔡司

上圖中的紅色框內(nèi)為有缺陷的元器件，失效點(diǎn)可以通過(guò)測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)信息，供工程師進(jìn)行判斷。

▲圖8PCBA板貼片元器件CT掃描測(cè)量數(shù)據(jù),圖片來(lái)源：蔡司

二、異步電機(jī)鑄鋁轉(zhuǎn)子內(nèi)部缺陷檢測(cè)

隨著高性能電四驅(qū)的出現(xiàn)，因異步感應(yīng)電機(jī)的零扭損耗要比永磁同步小，而且兩驅(qū)變四驅(qū)時(shí)切換速度快，駕駛感受（NVH）比永磁+斷開(kāi)機(jī)構(gòu)要好，因此異步感應(yīng)電機(jī)已大規(guī)模應(yīng)用于電四驅(qū)車(chē)輛，尤其是低成本的鑄鋁轉(zhuǎn)子異步機(jī)。

鑄鋁轉(zhuǎn)子中需要鑄造的部分是鼠籠和兩側(cè)短路端環(huán)，但如果工藝過(guò)程控制不當(dāng)，鑄造部分內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。

轉(zhuǎn)子是要高速旋轉(zhuǎn)的，如果鑄鋁鼠籠或短路端環(huán)存在鑄造缺陷，且超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過(guò)程中，端環(huán)部分就會(huì)出現(xiàn)變形、斷裂等失效。因此，異步電機(jī)對(duì)鑄鋁質(zhì)量有著很高的技術(shù)要求，也就催生了異步機(jī)鑄鋁質(zhì)量檢查的要求。

異步機(jī)轉(zhuǎn)子在鑄造過(guò)程中，從涂層蒸發(fā)的氣體滲透在熔融金屬中，在鑄件的表面或內(nèi)部形成氣孔。如果鑄鋁合金液體中的氣體含量過(guò)高，則在固化過(guò)程中也會(huì)形成氣孔。

在鑄造鋁合金凝固過(guò)程中，由于溫度逐漸降低，金屬體積逐漸減小的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生縮孔?；蛘邿o(wú)法完全充滿(mǎn)鑄造腔體，產(chǎn)生缺料。加熱過(guò)程中，由于厚度不均勻或局部過(guò)熱，鑄件在某個(gè)位置緩慢固化，當(dāng)鑄件表面凹入時(shí)，體積縮小，產(chǎn)生縮孔。

▲圖9奧迪e-tron的鑄鋁轉(zhuǎn)子,圖片來(lái)源: 奧迪

▲圖10鑄鋁轉(zhuǎn)子短路端環(huán)缺陷檢測(cè),圖片來(lái)源：蔡司

蔡司高精度工業(yè)CT，通過(guò)大功率射線(xiàn)穿透查看鑄鋁轉(zhuǎn)子內(nèi)部質(zhì)量情況，可用于測(cè)試轉(zhuǎn)子短路端環(huán)中孔隙的大小和數(shù)量，然后通過(guò)ZEISS軟件對(duì)記錄的3D數(shù)據(jù)進(jìn)行孔隙度的分析和分類(lèi)。落地倉(cāng)門(mén)便于上下料，具有測(cè)量范圍大，長(zhǎng)時(shí)間工作，性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。

三、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前電驅(qū)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，尤其是在成本方面，研發(fā)工程師們需要不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝模式新技術(shù)能夠量產(chǎn)落地，也需要不斷提升良品率，來(lái)保障成本不會(huì)大幅度攀升。

此時(shí)，電機(jī)電控企業(yè)的質(zhì)量控制能力成為勝出的關(guān)鍵要素。需要企業(yè)對(duì)電機(jī)電控產(chǎn)品設(shè)計(jì)效果、裝配尺寸以及制造缺陷等能夠清晰掌握，及時(shí)發(fā)現(xiàn)瑕疵，并在每一步的質(zhì)量控制上都做到更好。

在電控的研發(fā)和生產(chǎn)中，通過(guò)光鏡和電鏡聯(lián)用技術(shù)，對(duì)金屬異物進(jìn)行采樣分析來(lái)實(shí)現(xiàn)更佳清潔度檢測(cè)。通過(guò)在產(chǎn)線(xiàn)上安裝和設(shè)置三維光學(xué)測(cè)量設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高接觸敏感度元器件來(lái)料的無(wú)接觸式檢測(cè)，通過(guò)CT技術(shù)探測(cè)逆變器內(nèi)部復(fù)雜的連接結(jié)構(gòu)來(lái)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品裝配完成后的虛接、錯(cuò)位的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)CT鑄鋁轉(zhuǎn)子的內(nèi)部缺陷，對(duì)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)出高性能和低成本的電機(jī)電控產(chǎn)品至關(guān)重要。

正所謂“工欲善其事，必先利其器”，更優(yōu)秀的電驅(qū)產(chǎn)品離不開(kāi)更高效有力的檢測(cè)工具。蔡司正在積極地探索檢測(cè)與成像技術(shù)，發(fā)掘自身的百年積淀，為電驅(qū)的性能提升和成本優(yōu)化，提供著更加“趁手的工具”，為行業(yè)發(fā)展發(fā)揮著更大的促進(jìn)勢(shì)能。