微波濾波器自動(dòng)調(diào)試裝備研制

黨志南

摘 要：目前普遍采用人工調(diào)節(jié)調(diào)試螺桿實(shí)現(xiàn)微波濾波器的諧振頻率調(diào)節(jié)，存在產(chǎn)品一致性差、生產(chǎn)效率低、人力成本高等不足。為了提高產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)能力，降低生產(chǎn)成本，提出了微波濾波器自動(dòng)化調(diào)諧工藝，經(jīng)過(guò)研究，制造出了適應(yīng)多種不同規(guī)格調(diào)試螺桿和蓋板的微波濾波器自動(dòng)調(diào)諧裝備。裝備通過(guò)使用直角坐標(biāo)的移動(dòng)夾具，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料、自動(dòng)組裝、自動(dòng)調(diào)諧等功能于一體，并且通用性好。通過(guò)使用工控機(jī)和液晶顯示器作為人機(jī)交互裝置，以固高運(yùn)動(dòng)控制卡為控制系統(tǒng)核心，最大化地滿足高階復(fù)雜的控制要求。所設(shè)計(jì)的微波濾波器自動(dòng)調(diào)諧裝備在實(shí)際運(yùn)用中表現(xiàn)高效穩(wěn)定，調(diào)諧效果好，具有良好的市場(chǎng)前景，為調(diào)諧自動(dòng)化奠定了基拙。

關(guān)鍵詞：微波；濾波器；自動(dòng)調(diào)試

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2017）08-0183-02

Abstract：at present， manual adjustment debugging screw is used to realize the resonance frequency adjustment of microwave filter. There are some problems such as low consistency of products， low production efficiency and high manpower cost. In order to improve the industrial production capacity， reducing production cost， the microwave filter automatic tuning process， after the study， made to adapt to the automatic tuning of microwave filters of different specifications and equipment debugging screw cover. The equipment can realize automatic feeding and unloading， automatic assembly， automatic tuning and other functions through the use of rectangular coordinates of mobile fixture， and the versatility is good. By using industrial computer and LCD as human-computer interaction device， the fixed high motion control card is the core of the control system， which can satisfy the high order and complex control requirements. The design of the microwave filter automatic tuning equipment in the actual application of high efficiency， stability， tuning effect， and has a good market prospect， and laid the foundation for the tuning automation.

Key Words：Tmicrowave； filter； automatic debugging

微波濾波器是微波電路中的關(guān)鍵元件，微波濾波器能夠進(jìn)行電波的分離、將需要使用的電波分離開(kāi)來(lái)，是較為常用的元件。而制作微波濾波器的過(guò)程目前是需要人力進(jìn)行完成，但是由于國(guó)家相關(guān)勞動(dòng)法規(guī)的改變，社會(huì)的不斷發(fā)展，企業(yè)需要從人工記性元件調(diào)諧向自動(dòng)調(diào)諧進(jìn)行轉(zhuǎn)變，為此需要對(duì)微波濾波器的自動(dòng)調(diào)諧裝置進(jìn)行研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)際組裝測(cè)試，經(jīng)過(guò)不斷調(diào)試讓微波濾波器自動(dòng)調(diào)諧裝置能夠順利投入使用。

1微波濾波器

微波濾波器是將信號(hào)過(guò)濾，只留下所需信號(hào)的一種分離不同頻率微波信號(hào)的一種器件。微波濾波器分低通、高通、帶通、帶阻四種類型（高通常用寬頻帶的帶通濾波器代替），采用不同的設(shè)計(jì)方法、參數(shù)和結(jié)構(gòu)，工作時(shí)使用的工作頻率、頻帶寬度、功率容量指標(biāo)也不相同。在微波電路系統(tǒng)中，濾波器的性能對(duì)性能指標(biāo)具有很大影響，因此想要設(shè)計(jì)出好的微波電路系統(tǒng)，需要使用高性能的濾波器。

2微波濾波器自動(dòng)調(diào)試裝備發(fā)展現(xiàn)狀

由于微波濾波器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和調(diào)諧特性的特殊性，目前，國(guó)際上加拿大的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的COM DEV公司進(jìn)行基于計(jì)算機(jī)輔助波濾波器調(diào)諧裝備的產(chǎn)品生產(chǎn)。出于技術(shù)保密的原因，他們只在自己公司應(yīng)用，用技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)作為其企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。國(guó)內(nèi)只是進(jìn)行相關(guān)機(jī)輔調(diào)諧理論的研究，生產(chǎn)這類微波濾波器幾乎都靠手工制作。人工調(diào)諧工作需要工作人員具有一定的諧調(diào)工作經(jīng)驗(yàn)，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和加工一致性受到員工操作影響。另外，近年來(lái)隨著國(guó)家對(duì)工人勞動(dòng)環(huán)境和勞動(dòng)強(qiáng)度的監(jiān)督管理日益嚴(yán)格，人力成本費(fèi)用增高，產(chǎn)業(yè)進(jìn)入到發(fā)展的瓶頸。要想達(dá)到微波濾波器的自動(dòng)化調(diào)諧，需要研究基于網(wǎng)絡(luò)分析儀的多調(diào)諧模式下的微波濾波器調(diào)諧軟件平臺(tái)，研究融合視覺(jué)識(shí)別技術(shù)和專家級(jí)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助微波濾波器自動(dòng)智能調(diào)諧的綜合和優(yōu)化方法，其中基礎(chǔ)工作是需要研制出一種不需要人工干預(yù)，高度自動(dòng)化的微波濾波器自動(dòng)調(diào)諧裝備。因此，我們研制出微波濾波器自動(dòng)調(diào)諧裝備，不僅實(shí)現(xiàn)了微波濾波器的高效及高品質(zhì)的全自動(dòng)化生產(chǎn)，而且填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)自動(dòng)化調(diào)諧的空白，促進(jìn)了企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)升級(jí)[1]。

3微波濾波器自動(dòng)調(diào)試裝備研制方法

3.1傳統(tǒng)微波濾波器結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)方式

諧振腔體濾波器主要有腔體、蓋板、調(diào)試螺桿、鎖緊螺母、緊固螺釘組成。在傳統(tǒng)濾波器生產(chǎn)過(guò)程中，操作者通過(guò)使用螺絲刀將調(diào)試螺桿安裝入蓋板上的對(duì)應(yīng)螺絲孔，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)調(diào)試螺桿進(jìn)行初調(diào)、復(fù)調(diào)，同時(shí)通過(guò)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)調(diào)試螺桿進(jìn)行參數(shù)檢測(cè)，對(duì)微博濾波器進(jìn)行諧振頻率進(jìn)行調(diào)諧位調(diào)試，證諧振頻率調(diào)試到位，調(diào)試指標(biāo)符合產(chǎn)品指標(biāo)要求。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有很多功能，是射頻微波領(lǐng)域的萬(wàn)用表，需要操作人員具有相關(guān)的技術(shù)知識(shí)[2]。

3.2自動(dòng)化工藝設(shè)計(jì)

研究表明實(shí)現(xiàn)微波濾波器自動(dòng)化生產(chǎn)，需要研究能夠?qū)⑽⒉V波器預(yù)裝組件進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)諧的設(shè)備，利用市場(chǎng)上相對(duì)成熟的自動(dòng)螺絲機(jī)完成調(diào)諧組件與腔體的組裝。微波濾波器調(diào)諧自動(dòng)化設(shè)備研制過(guò)程中，各種微波濾波器元件上下料是整個(gè)研究過(guò)程中的重點(diǎn)難題，包括蓋板、螺絲、螺母的上下料，對(duì)不同孔位需要的不同的螺桿、螺母進(jìn)行識(shí)別、上料、下料。在設(shè)計(jì)自動(dòng)化調(diào)諧裝置時(shí)需要考慮設(shè)備的模塊化、通用化、系列化，從而為企業(yè)能夠創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。在此基礎(chǔ)上，綜合考慮成品元件的美觀性，需要將調(diào)諧位調(diào)試螺桿對(duì)應(yīng)不同的調(diào)諧長(zhǎng)度，但是調(diào)諧螺桿外露部分需保證高度均勻，這種情況下需要使用不同長(zhǎng)度的調(diào)試螺桿進(jìn)行安裝，在綜合考量裝備的通用性問(wèn)題，自動(dòng)調(diào)諧裝置需要能夠適應(yīng)微波濾波器一定范圍內(nèi)的各種尺寸[3]。

在進(jìn)行如圖1所示的自動(dòng)化流程設(shè)計(jì)：通過(guò)預(yù)鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行耗材預(yù)裝，通過(guò)單自由度的水平驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)夾持著耗材組件預(yù)鎖緊機(jī)構(gòu)到預(yù)定工作位，通過(guò)視覺(jué)定位法將耗材逐漸與蓋板進(jìn)行裝備，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀和基輔調(diào)諧綜合優(yōu)化進(jìn)行螺桿調(diào)諧和螺母鎖緊[4]。

3.3自動(dòng)化組裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)化調(diào)諧裝置的總體結(jié)構(gòu)是由上料模塊、傳輸模塊、組裝調(diào)諧模塊、移動(dòng)夾具、機(jī)架組成。在上料模塊中，送螺桿裝置根據(jù)螺桿等徑，長(zhǎng)度不一的特點(diǎn)，系列化單頭螺桿，將根據(jù)裝配工藝要求調(diào)試螺桿具有相對(duì)嚴(yán)格的方向性，可以采取對(duì)應(yīng)系列化的快緩式螺桿料盒和特殊加工處理的送螺桿機(jī)構(gòu)，使螺桿能夠區(qū)分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)所需螺桿精準(zhǔn)上料，采用吹氣式送螺桿方法，能夠讓裝備布局更靈活，所使用的小馬達(dá)能夠讓裝備整體實(shí)現(xiàn)無(wú)縫結(jié)合，并且經(jīng)濟(jì)實(shí)用、耐用[5]。送螺母裝置時(shí)通過(guò)電磁振動(dòng)料盤(pán)將鎖緊螺母進(jìn)行定向有序的送至螺桿之上，使用一個(gè)氣缸推動(dòng)夾具轉(zhuǎn)動(dòng)閉合夾緊鎖緊螺母，使用另一個(gè)氣缸推動(dòng)整體夾具，實(shí)現(xiàn)螺母上料，這種上料方式能夠通過(guò)調(diào)試達(dá)到上料滿意。輸送模塊是進(jìn)行蓋板上料和最終成品下料的運(yùn)輸模塊。通過(guò)使用齒輪減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)V帶機(jī)構(gòu)、頂升機(jī)構(gòu)、制動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳感器、緩沖器。在進(jìn)行蓋板上料環(huán)節(jié)，工人需要將蓋板放置到V帶機(jī)構(gòu)上料端，通過(guò)傳感器感知到蓋板到位，齒輪減速電機(jī)帶動(dòng)V帶輸送蓋板遷移，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置后，通過(guò)另一個(gè)傳感器進(jìn)行定位，止動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)作，阻擋蓋板，同時(shí)頂升機(jī)構(gòu)運(yùn)作，將蓋板推送至移動(dòng)夾具，完成蓋板上料過(guò)程后，頂升機(jī)構(gòu)復(fù)位。進(jìn)行成品卸料時(shí)，成品有頂升機(jī)構(gòu)下移，帶回置V帶機(jī)構(gòu)，通過(guò)V帶機(jī)構(gòu)將成品運(yùn)送至指定位置，使用傳感器進(jìn)行定位，同時(shí)提醒工人取走成品。可以在卸料端進(jìn)行相應(yīng)的成品保護(hù)設(shè)施。移動(dòng)夾具在使用過(guò)程中需要考慮運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜程度和控制精準(zhǔn)度。移動(dòng)夾具可以采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直角坐標(biāo)移動(dòng)平臺(tái)，包括兩個(gè)自由度。這種移動(dòng)夾具使用蓋板范圍較廣，并且可以進(jìn)行拓展[6]。蓋板的定位裝置主要由無(wú)桿氣缸馭動(dòng)的L形夾緊塊、彈簧頂銷、壓板組成。當(dāng)蓋板由輸送模塊中的頂升機(jī)構(gòu)向上推進(jìn)至上限位置的壓板，X軸和Y軸無(wú)桿氣缸馭動(dòng)各自L形夾緊塊運(yùn)動(dòng)以帶動(dòng)蓋板至基準(zhǔn)位置，在L形夾緊塊、壓板和滑臺(tái)板的共同作用下實(shí)現(xiàn)定位夾緊，此時(shí)彈簧頂銷呈壓縮狀態(tài)，當(dāng)需要卸料時(shí)X軸和Y軸無(wú)桿氣缸馭動(dòng)各自L形夾緊塊回撤到初始位，彈簧頂銷自動(dòng)彈性復(fù)位從而將調(diào)諧組件自動(dòng)頂出到頂升機(jī)構(gòu)承壓部位，在頂升機(jī)構(gòu)的作用下實(shí)現(xiàn)調(diào)諧組件的卸料。組裝部件調(diào)諧裝置是整個(gè)自動(dòng)化調(diào)諧裝置中的重點(diǎn)，包括水平驅(qū)動(dòng)單元，預(yù)鎖緊機(jī)構(gòu)、組合機(jī)械手、視覺(jué)模塊。水平驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是有伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠螺母副實(shí)現(xiàn)安裝在它上面的預(yù)鎖緊機(jī)構(gòu)和組合機(jī)械手的單自由度移動(dòng)，預(yù)鎖緊機(jī)構(gòu)是有氣缸和電動(dòng)螺絲批組合程自動(dòng)螺絲鎖附裝置，實(shí)現(xiàn)耗材預(yù)裝，組件加持轉(zhuǎn)移以及耗材與蓋板的組裝，鳥(niǎo)嘴部分可以采取特殊工藝處理，保證夾持耗材組件過(guò)程中，調(diào)試螺桿與鳥(niǎo)嘴同軸。組合機(jī)械手主要是在水平驅(qū)動(dòng)單元作用下自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)調(diào)試螺桿并在控制作用下進(jìn)行基于網(wǎng)絡(luò)分析儀和機(jī)輔調(diào)諧的綜合優(yōu)化方法和螺桿調(diào)試，在實(shí)現(xiàn)調(diào)諧后再次進(jìn)行螺母鎖緊。螺母鎖緊是調(diào)諧完成后進(jìn)給氣缸動(dòng)作帶動(dòng)鎖螺桿用的螺絲刀撤回，步進(jìn)一臺(tái)電機(jī)再次馭動(dòng)整個(gè)活動(dòng)部件下移一定距離，使得鎖螺母用鎖螺母套筒套合鎖緊螺母的外緣（此時(shí)鎖螺桿用的螺絲刀頭部也卡合于調(diào)試螺桿的頭部，保證在擰螺母的過(guò)程中最佳螺桿位置不變動(dòng)），然后伺服電機(jī)運(yùn)作驅(qū)動(dòng)鎖螺母用鎖螺母套筒旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行螺母的鎖緊[7]。當(dāng)力矩傳感器檢測(cè)到伺服電機(jī)的力矩達(dá)到一定值時(shí)，伺服電機(jī)在控制作用下停止工作，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)整個(gè)活動(dòng)部件上移復(fù)位，如此便實(shí)現(xiàn)了微波濾波器一個(gè)調(diào)諧位的諧振頻率的調(diào)試。其中通過(guò)力矩檢測(cè)保證擰緊力以適時(shí)控制，并且可以設(shè)定多種扭力鎖附。

4自動(dòng)化組裝裝備的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

裝備控制系統(tǒng)采用PC機(jī)+GTS-800PV系列固高運(yùn)動(dòng)控制卡+CCD攝像機(jī)，中文全稱：電荷禍合元件。開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制方法，PC機(jī)為該控制系統(tǒng)的中心部分，CCD攝像機(jī)用于對(duì)調(diào)諧螺紋孔位置的精確反饋，GTS-800系列固高運(yùn)動(dòng)控制卡負(fù)責(zé)整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的完成。系統(tǒng)通過(guò)伺服、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、氣動(dòng)控制系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)等構(gòu)成。軟件控制程序在VS2008編譯環(huán)境下進(jìn)行開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

5結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)科學(xué)的研究，對(duì)微波濾波器調(diào)諧設(shè)計(jì)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧設(shè)計(jì)，使用合理的設(shè)備設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)踐進(jìn)行整個(gè)裝置的調(diào)試，讓整個(gè)裝置能夠投入使用，并且具有實(shí)踐可行性、通用性，并且采用實(shí)際可用的自動(dòng)化調(diào)諧控制系統(tǒng)，讓整個(gè)自動(dòng)化調(diào)諧裝置能夠進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)諧，讓原材料能夠自動(dòng)上下料，并完成調(diào)諧組裝，并將成品下料，整個(gè)過(guò)程減少人工使用，將人工成本降低，降低元件造價(jià)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)利潤(rùn)提升。

參考文獻(xiàn)

[1]汪芳勝，王楓紅，陳熾坤等.微波濾波器自動(dòng)調(diào)諧裝備的研制[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2014，（10）：150-153.

[2]翟世君.Ku波段接收前端的研制[D].電子科技大學(xué)，2009.

[3]李濤，王宇焯，王旭東等.全新布里淵散射可切換微波光子濾波器[J].紅外與激光工程，2016，45（8）：0820002-1-0820002-5.

[4]王巍，張愛(ài)華，楊鏗等.基于微環(huán)諧振器的超緊湊微波光子濾波器的設(shè)計(jì)[J].紅外與激光工程，2013，（8）：2162-2166.

[5] 張程，閆連山，潘煒等.基于偏振模干涉的可變系數(shù)微波光子濾波器[J].強(qiáng)激光與粒子束，2013，25（11）：2846-2850.

[6]祁春慧，裴麗，寧提綱等.一階無(wú)限抽頭響應(yīng)微波光子濾波器的品質(zhì)因數(shù)分析[J].紅外與激光工程，2011，40（7）：1314-1317.

[7]祁春慧，裴麗，寧提綱等.微波光子濾波器的平坦特性分析[J].紅外與激光工程，2011，40（5）：910-914.