什么是光机电一体化技术以及他的国内外发展现状知识分享

什么是光机电一体化技术以及他的国内外

发展现状

什么是光机电一体化技术及其国内外发展现状

专业：机械制造及其自动化

姓名：王路路

学号：s120300298

摘要：随着科学技术的迅猛发展，机电一体化的概念被我们广泛地接受和普遍应用并为之发展。从系统科学的观点来看，机电一体化产品又可称之为机电一体化系统，它是集机械元件和电子元件于一体的复合系统。信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库，连洗衣机和其他消费品也用上了数据库驱动系

统。这样，对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集成以及并行工程设计和控制的实施日显重要。现在的机电一体化技术，是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，可以充分发挥这些技术的各自的长处和特点，实现整个系统的最优化，并综合应用到实际中去的综合技术。此外，光学也进入了机电一体化，产生了“光机电一体化”的新领域。现代化的自动生产设备几乎都是机电一体化的设备。

机电一体化技术的系统即机械电子学系统主要由机械主体、传感器、信息处理和执行机构等部分组成。较高级的系统不但有硬件，而且还有相应的软件，利用软件技术可以实现硬件难以实现的功能，使机械系统增加柔性。典型的机械电子系统有数控机床、加工中心、工业机器人等。机械电子学技术除用于单个机器、设备或一般的生产系统的技术改造之外，还用于柔性制造系统、计算机集成制造系统、工厂自动化、办公自动化、家庭自动化等方面。

关键字：光机电一体化；机械；特点；光学；电子；应用；发展现状

1、机电一体化技术的概念：

光机电一体化技术是指将光学、机械学、电子学、信息处理和控制及专用软件等当代各种新技术进行综合集成的一种群体技术。光机电一体化系统主要有五个组成部分:动力、机构、执行器、计算机和传感器,组成一个功能完善的柔性自动化系统,其中计算机、传感器和计算机软件是光机电一体化技术的重要组成要素。

2、光机电一体化技术特点：

采用光机电一体化技术与传统的机械结构相比，可以简化结构、提高精度、增强功能、提高稳定性和使用寿命，具体分析如下。

2.1 结构简化，操作方便

光机电一体化技术改变以往靠机械传动链连接的各个相关动作部分，改用几台电机分别驱动，或用电力电子器件，或用电子电控装置进行相关动作的控制来实现，使得机械结构大大简化，甚至使有些机械结构“脱胎换骨”，产生了质的变化。光机电一体化技术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节拍频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式，能够灵活方便地按需控制和改变生产操作程序。任何一台光机电一体化装置或系统各个相关传动机构的动作及功能协调关系，可由预设的程序一步一步地由电子控制系统指挥，如数控机床、柔性加工系统（FMS）等。有些光机电一体化装置，可实现操作全自动化，如工业机器人、印制电路板数控高速钻床等。有些更高级的光机电一体化系统，还可通过被控对象的数学模型以及根据任何时刻外界各种参数的变化情况，随机自寻最佳工作程序、动作程度和快慢以及协调关系，以实现最优化工作及最佳操作，例如微机控制的热连轧机钢板测厚自控系统、电梯群控系统，智能机器人等。

2.2 精度提高，功能增强

光机电一体化技术由于采用了电力电子技术，反馈控制水平的提高并能进行高速处理，可通过电子自动控制系统精确地按预设量使相应机构动作，因各种干扰因素造成的误差，又可通过自控系统自行诊断、校正、补偿去达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。因而光机电一体化产品应用领域宽，适用面广，易于满足各种需要。电子技术的引入，使产品面貌发生巨大变化，电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示，打印工作结果等等。

2.3 可靠性、稳定性和使用寿命大大提高

传统的机械装置的运动部分，一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差，而发出由于可动摩擦、撞击、振动等引起的噪声，这显然影响装置的寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用，可以利用激光加工、激光检测、激光清洗和激光成型，使装置的可动部件减少，磨损也大为减少。因此，装置的寿命提高，故障率降低，从而提高了产品的可靠性和稳定性。有些光机电一体化产品甚至做到不需维修或者具有自诊断功能。

3、光机电一体化技术的运用：

光机电一体化技术的运用主要包括在设计中和在加工制造中的运用。

光机电一体化技术在设计中的运用也就是光机电一体化设计,它要求设计者不仅要熟悉光学系统、机械结构、传感学、信息处理和控制等方面的知识,而且要熟悉计算机的硬件接口和软件设计方面的知识。

光机电一体化技术在加工制造中的运用主要包括各种激光加工技术、先进制造技术、工业生产过程控制和精密检测技术。

3.1 设计中的运用

对于光机电一体化系统的设计,需注意其从整体到局部的设计原则,应根据系统功能和设计要求提出系统设计的总任务,并进行系统的总体框图设计;然后,将总体框图分解成一个个独立的框图,可分解为光学系统、机械与执行机构、光

电传感、信号采集与处理、驱动与控制、软件设计、计算机及其接口等分框图,然后再进一步设计。设计制作完成后,先对光学系统、机械结构、计算机及其接口、软件进行单独调试,然后再将它们装配起来进行光、机、电、计算机联调[5]。

3.2 制造中的运用

1)激光加工技术

(1)金属表面的激光强化

(a)激光淬火,其特点是淬硬层深度可精确控制,易于实现数控,可实行自冷淬火,只要光束能照到的部位均可进行处理。在汽车生产中,如钢套、曲轴、活塞环和齿轮等经激光热处理后,不必再进行后处理,可直接送到装配线上安装;

(b激光合金化与熔覆,是将一种或多种合金元素与基材表面快速融凝,从而使基材表层具有预定的高合金特性的技术;

(c)激光表面非晶化和微晶化,非晶材料以其异常的电磁、机械和化学性能日益受到普遍关注,激光非晶化是用激光作用于材料,使材料表面满足形成非晶的急冷条件。

(2)激光焊接

激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺。激光用于车身面板的焊接可将不同厚度和具有不同表面涂镀层的金属板焊在一起,然后再进行冲压,这样制成的面板结构能达到最合理的金属组合。采用激光焊接,可以减少搭接宽度和一些加强部件。激光焊接可由CNC控制,一天可连续运行24h。激光也解决了异种金属焊接的难题。激光焊接还可以在焊条和电子束无法到达的三维构件内部细微区域中实施。

(3)激光切割

激光切割的主要特点有:(a)割缝窄,节省材料,还可割盲缝;(b)切割速度快,热影响区小,因而热畸变程度低;(c)割缝边缘垂直度好,切边光滑,可直接焊