微波濾波器自動調(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化調(diào)諧工藝，經(jīng)過研究，制造出了適應多種不同規(guī)格調(diào)試螺桿和蓋板的微波濾波器自動調(diào)諧裝備。裝備通過使用直角坐標的移動夾具，實現(xiàn)自動上下料、自動組裝、自動調(diào)諧等功能于一體，并且通用性好。通過使用工控機和液晶顯示器作為人機交互裝置，以固高運動控制卡為控制系統(tǒng)核心，最大化地滿足高階復雜的控制要求。所設計的微波濾波器自動調(diào)諧裝備在實際運用中表現(xiàn)高效穩(wěn)定，調(diào)諧效果好，具有良好的市場前景，為調(diào)諧自動化奠定了基拙。

關鍵詞：微波；濾波器；自動調(diào)試

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：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鍵元件，微波濾波器能夠進行電波的分離、將需要使用的電波分離開來，是較為常用的元件。而制作微波濾波器的過程目前是需要人力進行完成，但是由于國家相關勞動法規(guī)的改變，社會的不斷發(fā)展，企業(yè)需要從人工記性元件調(diào)諧向自動調(diào)諧進行轉(zhuǎn)變，為此需要對微波濾波器的自動調(diào)諧裝置進行研究。通過實驗進行實際組裝測試，經(jīng)過不斷調(diào)試讓微波濾波器自動調(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過濾，只留下所需信號的一種分離不同頻率微波信號的一種器件。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），采用不同的設計方法、參數(shù)和結構，工作時使用的工作頻率、頻帶寬度、功率容量指標也不相同。在微波電路系統(tǒng)中，濾波器的性能對性能指標具有很大影響，因此想要設計出好的微波電路系統(tǒng)，需要使用高性能的濾波器。

2微波濾波器自動調(diào)試裝備發(fā)展現(xiàn)狀

由于微波濾波器的產(chǎn)品結構和調(diào)諧特性的特殊性，目前，國際上加拿大的擁有自主知識產(chǎn)權的COM DEV公司進行基于計算機輔助波濾波器調(diào)諧裝備的產(chǎn)品生產(chǎn)。出于技術保密的原因，他們只在自己公司應用，用技術領先優(yōu)勢作為其企業(yè)核心競爭力之一。國內(nèi)只是進行相關機輔調(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，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，近年來隨著國家對工人勞動環(huán)境和勞動強度的監(jiān)督管理日益嚴格，人力成本費用增高，產(chǎn)業(yè)進入到發(fā)展的瓶頸。要想達到微波濾波器的自動化調(diào)諧，需要研究基于網(wǎng)絡分析儀的多調(diào)諧模式下的微波濾波器調(diào)諧軟件平臺，研究融合視覺識別技術和專家級系統(tǒng)的計算機輔助微波濾波器自動智能調(diào)諧的綜合和優(yōu)化方法，其中基礎工作是需要研制出一種不需要人工干預，高度自動化的微波濾波器自動調(diào)諧裝備。因此，我們研制出微波濾波器自動調(diào)諧裝備，不僅實現(xiàn)了微波濾波器的高效及高品質(zhì)的全自動化生產(chǎn)，而且填補了國內(nèi)自動化調(diào)諧的空白，促進了企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化結構升級[1]。

3微波濾波器自動調(diào)試裝備研制方法

3.1傳統(tǒng)微波濾波器結構及生產(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)過程中，操作者通過使用螺絲刀將調(diào)試螺桿安裝入蓋板上的對應螺絲孔，再根據(jù)設計要求對調(diào)試螺桿進行初調(diào)、復調(diào)，同時通過矢量網(wǎng)絡分析儀對調(diào)試螺桿進行參數(shù)檢測，對微博濾波器進行諧振頻率進行調(diào)諧位調(diào)試，證諧振頻率調(diào)試到位，調(diào)試指標符合產(chǎn)品指標要求。矢量網(wǎng)絡分析儀具有很多功能，是射頻微波領域的萬用表，需要操作人員具有相關的技術知識[2]。

3.2自動化工藝設計

研究表明實現(xiàn)微波濾波器自動化生產(chǎn)，需要研究能夠?qū)⑽⒉V波器預裝組件進行自動化調(diào)諧的設備，利用市場上相對成熟的自動螺絲機完成調(diào)諧組件與腔體的組裝。微波濾波器調(diào)諧自動化設備研制過程中，各種微波濾波器元件上下料是整個研究過程中的重點難題，包括蓋板、螺絲、螺母的上下料，對不同孔位需要的不同的螺桿、螺母進行識別、上料、下料。在設計自動化調(diào)諧裝置時需要考慮設備的模塊化、通用化、系列化，從而為企業(yè)能夠創(chuàng)造經(jīng)濟效益。在此基礎上，綜合考慮成品元件的美觀性，需要將調(diào)諧位調(diào)試螺桿對應不同的調(diào)諧長度，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度的調(diào)試螺桿進行安裝，在綜合考量裝備的通用性問題，自動調(diào)諧裝置需要能夠適應微波濾波器一定范圍內(nèi)的各種尺寸[3]。

在進行如圖1所示的自動化流程設計：通過預鎖緊機構進行耗材預裝，通過單自由度的水平驅(qū)動單元驅(qū)動夾持著耗材組件預鎖緊機構到預定工作位，通過視覺定位法將耗材逐漸與蓋板進行裝備，通過網(wǎng)絡分析儀和基輔調(diào)諧綜合優(yōu)化進行螺桿調(diào)諧和螺母鎖緊[4]。

3.3自動化組裝結構設計

自動化調(diào)諧裝置的總體結構是由上料模塊、傳輸模塊、組裝調(diào)諧模塊、移動夾具、機架組成。在上料模塊中，送螺桿裝置根據(jù)螺桿等徑，長度不一的特點，系列化單頭螺桿，將根據(jù)裝配工藝要求調(diào)試螺桿具有相對嚴格的方向性，可以采取對應系列化的快緩式螺桿料盒和特殊加工處理的送螺桿機構，使螺桿能夠區(qū)分開，實現(xiàn)所需螺桿精準上料，采用吹氣式送螺桿方法，能夠讓裝備布局更靈活，所使用的小馬達能夠讓裝備整體實現(xiàn)無縫結合，并且經(jīng)濟實用、耐用[5]。送螺母裝置時通過電磁振動料盤將鎖緊螺母進行定向有序的送至螺桿之上，使用一個氣缸推動夾具轉(zhuǎn)動閉合夾緊鎖緊螺母，使用另一個氣缸推動整體夾具，實現(xiàn)螺母上料，這種上料方式能夠通過調(diào)試達到上料滿意。輸送模塊是進行蓋板上料和最終成品下料的運輸模塊。通過使用齒輪減速電機驅(qū)動V帶機構、頂升機構、制動機構、傳感器、緩沖器。在進行蓋板上料環(huán)節(jié)，工人需要將蓋板放置到V帶機構上料端，通過傳感器感知到蓋板到位，齒輪減速電機帶動V帶輸送蓋板遷移，當運動到預定位置后，通過另一個傳感器進行定位，止動機構開始運作，阻擋蓋板，同時頂升機構運作，將蓋板推送至移動夾具，完成蓋板上料過程后，頂升機構復位。進行成品卸料時，成品有頂升機構下移，帶回置V帶機構，通過V帶機構將成品運送至指定位置，使用傳感器進行定位，同時提醒工人取走成品?？梢栽谛读隙诉M行相應的成品保護設施。移動夾具在使用過程中需要考慮運動的復雜程度和控制精準度。移動夾具可以采用伺服電機驅(qū)動的直角坐標移動平臺，包括兩個自由度。這種移動夾具使用蓋板范圍較廣，并且可以進行拓展[6]。蓋板的定位裝置主要由無桿氣缸馭動的L形夾緊塊、彈簧頂銷、壓板組成。當蓋板由輸送模塊中的頂升機構向上推進至上限位置的壓板，X軸和Y軸無桿氣缸馭動各自L形夾緊塊運動以帶動蓋板至基準位置，在L形夾緊塊、壓板和滑臺板的共同作用下實現(xiàn)定位夾緊，此時彈簧頂銷呈壓縮狀態(tài)，當需要卸料時X軸和Y軸無桿氣缸馭動各自L形夾緊塊回撤到初始位，彈簧頂銷自動彈性復位從而將調(diào)諧組件自動頂出到頂升機構承壓部位，在頂升機構的作用下實現(xiàn)調(diào)諧組件的卸料。組裝部件調(diào)諧裝置是整個自動化調(diào)諧裝置中的重點，包括水平驅(qū)動單元，預鎖緊機構、組合機械手、視覺模塊。水平驅(qū)動機構是有伺服電機驅(qū)動絲杠螺母副實現(xiàn)安裝在它上面的預鎖緊機構和組合機械手的單自由度移動，預鎖緊機構是有氣缸和電動螺絲批組合程自動螺絲鎖附裝置，實現(xiàn)耗材預裝，組件加持轉(zhuǎn)移以及耗材與蓋板的組裝，鳥嘴部分可以采取特殊工藝處理，保證夾持耗材組件過程中，調(diào)試螺桿與鳥嘴同軸。組合機械手主要是在水平驅(qū)動單元作用下自動對準調(diào)試螺桿并在控制作用下進行基于網(wǎng)絡分析儀和機輔調(diào)諧的綜合優(yōu)化方法和螺桿調(diào)試，在實現(xiàn)調(diào)諧后再次進行螺母鎖緊。螺母鎖緊是調(diào)諧完成后進給氣缸動作帶動鎖螺桿用的螺絲刀撤回，步進一臺電機再次馭動整個活動部件下移一定距離，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，保證在擰螺母的過程中最佳螺桿位置不變動），然后伺服電機運作驅(qū)動鎖螺母用鎖螺母套筒旋轉(zhuǎn)，進行螺母的鎖緊[7]。當力矩傳感器檢測到伺服電機的力矩達到一定值時，伺服電機在控制作用下停止工作，步進電機反轉(zhuǎn)帶動整個活動部件上移復位，如此便實現(xiàn)了微波濾波器一個調(diào)諧位的諧振頻率的調(diào)試。其中通過力矩檢測保證擰緊力以適時控制，并且可以設定多種扭力鎖附。

4自動化組裝裝備的控制系統(tǒng)設計

裝備控制系統(tǒng)采用PC機+GTS-800PV系列固高運動控制卡+CCD攝像機，中文全稱：電荷禍合元件。開放式運動控制方法，PC機為該控制系統(tǒng)的中心部分，CCD攝像機用于對調(diào)諧螺紋孔位置的精確反饋，GTS-800系列固高運動控制卡負責整個運動控制系統(tǒng)的完成。系統(tǒng)通過伺服、步進驅(qū)動控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)等構成。軟件控制程序在VS2008編譯環(huán)境下進行開發(fā)及設計控制系統(tǒng)結構。

5結語

經(jīng)過科學的研究，對微波濾波器調(diào)諧設計進行自動調(diào)諧設計，使用合理的設備設計，通過實踐進行整個裝置的調(diào)試，讓整個裝置能夠投入使用，并且具有實踐可行性、通用性，并且采用實際可用的自動化調(diào)諧控制系統(tǒng)，讓整個自動化調(diào)諧裝置能夠進行精準調(diào)諧，讓原材料能夠自動上下料，并完成調(diào)諧組裝，并將成品下料，整個過程減少人工使用，將人工成本降低，降低元件造價，實現(xiàn)企業(yè)利潤提升。

參考文獻

[1]汪芳勝，王楓紅，陳熾坤等.微波濾波器自動調(diào)諧裝備的研制[J].組合機床與自動化加工技術，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，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計[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].強激光與粒子束，2013，25（11）：2846-2850.

[6]祁春慧，裴麗，寧提綱等.一階無限抽頭響應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.