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封装外壳自动生产线控制系统发展现状以及结构设计要求

2022-05-21 11:33:26

[一]、金属外壳自动生产线控制系统发展现状
金属外壳自动生产线控制系统属于工业自动化控制系统范畴,目前金属外壳自动生产线控制系统包含工位控制系统和搬运装置控制系统,工位控制系统主要是指工序中单机控制系统,包括压力机、攻丝机和放置螺钉装置的控制系统,相对简单、容易设计。搬运装置控制系统主要是指搬运机械手控制系统,机械手需要速度适宜搬运待加工的金属外壳到工位指定位置,因此机械手控制系统实现性能稳定伺服电机加减速控制算法和优良的位置闭环控制算法。其中目前常见的伺服电机加减速控制算法有z型曲线加减速算法、指数曲线加减速算法、s型曲线加减速算法等。较常用的位置闭环控制算法为PID控制算法,由于机械手控制比较复杂,单一控制算法往往难以达到定位精度要求,现在新型的控制算法有模糊PID控制算法、自适应PID控制算法和前馈+PID复合控制算法等。
目前常采用可编程逻辑控制器(PLC)或者嵌入式控制器来控制金属外壳的生产过程,因此其控制系统主要有两种如下:
1)目前常用的控制系统是以小型PLC为主流控制器,根据功能需要增添扩展模块。工艺严格,软硬件抗干扰能力优良,优良性高,通用性好。
2)嵌入式工业控制器为核心的控制系统。嵌入式工业控制器主要是指以8位和16位单片机、32位控制器为核心控制芯片,搭配外围电路模块。嵌入式控制器优良性不如PLC,可以根据产品需要,对软硬件系统进行优化,提高其优良性。与小型PLC比较,嵌入式控制器具有:运算处理能力好、能够实现复杂的加减速控制算法和闭环控制算法;系统成本降低(相对相同性能指标的PLC);易于将过程控制、逻辑控制以及运动控制等合为一体;在工业4.0大背景下,自动控制技术向着智能化和网络化速度适宜发展,嵌入式控制器在这方面具有的优点。
[二]、微波器外壳的结构设计要求
TR组件目前常用的高功率发热芯片主要有GaAs,GaN和LTCC,其中典型的整体微波器壳体TR组件的几乎都为封闭式盒体结构。GaAs,GaN芯片直接或间接(有过渡层)焊接在壳体上,然后和印制板进行键合,然后整个盒体进行密封装。
该种形式TR的气密封装形式简便,但是厚度受限,一般不低于5mm。我所目前常用微波、毫米波TR组件主要是Ku,K,Ka频段,半波长在5~11毫米。当TR组件的厚度受限时,就采用局部气密封装的形式,将天线和TR做成LTCC然后将LTCC焊接在TR背板上,对LTCC进行局部气密封。
相控阵毫米波导引头TR组件由于厚度受限,设计采用局部气密封装方式。相控阵毫米波导引头天线的间距为9mm,TR组件封装外壳典型结构为间距9mm的砖式结构。双面焊接LTCC基板,单面焊接2片,该TR背板上要同时集成LTCC及收发电路,中间还有部分波导,尺寸小,器件集成度好,安装定位要素多,精度要求高。该TR背板不仅是所有元器件的安装载体,也是整个TR抵抗环境应力破坏的基体,对设计该背板的材料除应与LTCC进行热匹配外,还应有足够的强度抵抗冲击、振动等环境因素的破坏。
为了与芯片的热膨胀系数相匹配以减少工作时芯片受热应力破坏的可能,应根据芯片的热膨胀系数选择与之相近的硅铝合金复合材料,硅铝合金复合材料的导热系数目前外洋有5,6,7,9,11,13,15,17等规格,国内厂家的产品还不能全部覆盖外洋的规格。由于加工性能和采购周期的限制,结合对国内相关使用情况的调研结果,对膨胀系数为9和11两种规格的材料进行了相关的验证。从试验结果来看,膨胀系数为9和11的硅铝合金复合材料材料LTCC封装的TR组件壳体的要求
除上述电路总体要求外,由于相控阵毫米波导引头项目TR组件外壳采用新型封装材料硅铝合金复合材料为基体材料,因其高脆性特点,结合气密封装性与环境适应性要求,结构设计需保护其加工工艺性、镀覆性能、焊接性能以及使用性能等。

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