光機電一體化技術(shù)基本概念

光機電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)與機械技術(shù)的相互交叉與融合，是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。它包括產(chǎn)品和技術(shù)兩方面：光機電一體化產(chǎn)品是集光學(xué)、機械、微電子、自動控制和通信技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，具有豐富的功能和很高附加值；光機電一體化技術(shù)是指其技術(shù)原理和使光機電一體化產(chǎn)品得以實現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。

光機電一體化技術(shù)是由光學(xué)、光電子學(xué)、電子信息和機械制造及其他相關(guān)技術(shù)交叉與融合構(gòu)成的綜合性高新技術(shù)，是諸多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)裝備的基礎(chǔ)。它豐富和拓寬了光機電一體化技術(shù)的內(nèi)涵和外延。

光機電一體化技術(shù)多層次 覆蓋面廣

光機電一體化是一個總的技術(shù)指導(dǎo)思想，它不僅體現(xiàn)在一些機電一體化的單機產(chǎn)品之中，而且貫穿于工程系統(tǒng)設(shè)計之中。從簡單的單臺光機電一體化產(chǎn)品，到現(xiàn)代工業(yè)中的柔性加工系統(tǒng)；從簡單的單參數(shù)顯示，到復(fù)雜的多參數(shù)、多級控制；從機械零部件連續(xù)自動熱處理生產(chǎn)線，到各種現(xiàn)代高速重型機械自動化生產(chǎn)線等，光機電一體化技術(shù)都有不同層次、覆蓋面很廣的應(yīng)用領(lǐng)域。對于工程系統(tǒng)，需成套地進行開發(fā)和制造。對于光機電一體化單機產(chǎn)品(設(shè)備)，應(yīng)采用簡繁并舉、高低級并存的多層次發(fā)展途徑?？砂l(fā)展功能附加型的低級產(chǎn)品；也可發(fā)展功能替代型的中級產(chǎn)品；還可發(fā)展機電融合型的高級產(chǎn)品，成為前所未有的新一代產(chǎn)品。

光機電一體化技術(shù)結(jié)構(gòu)簡化 方便操作

光機電一體化技術(shù)可為過去依靠機械傳動鏈連接的各個相關(guān)動作部分，改為多臺電機獨立驅(qū)動，或使用電力電子器件，或使用電子電控裝置進行相關(guān)動作控制來實現(xiàn)。因此，機械結(jié)構(gòu)大大簡化，甚至使有些機械結(jié)構(gòu)"脫胎換骨"，產(chǎn)生了質(zhì)的變化。光機電一體化技術(shù)使得操作人員擺脫了以往必須按規(guī)定操作程序或節(jié)拍頻繁緊張地進行單調(diào)重復(fù)操作的工作方式，能以靈活方便地按需控制和改變生產(chǎn)操作程序。任何一臺光機電一體化裝置或系統(tǒng)各個相關(guān)傳動機構(gòu)的動作及功能協(xié)調(diào)關(guān)系，可由預(yù)設(shè)的程序一步一步地由電子控制系統(tǒng)指揮，如數(shù)控機床、柔性加工系統(tǒng)(FMS)等。有些光機電一體化裝置，可實現(xiàn)操作全自動化，如工業(yè)機器人、印制電路板數(shù)控高速鉆床等。有些更高級的光機電一體化系統(tǒng)，還可通過被控對象的數(shù)學(xué)模型以及根據(jù)任何時刻外界各種參數(shù)的變化情況，隨機自尋最佳工作程序、動作程度和快慢以及協(xié)調(diào)關(guān)系，以實現(xiàn)最優(yōu)化工作及最佳操作，例如微機控制的熱連軋機鋼板測厚自控系統(tǒng)、電梯群控系統(tǒng)、智能機器人等。

精度提高，功能增加

光機電一體化技術(shù)使機械傳動部件減少，因而使機械磨損及配合間隙等所引起的動作誤差大大減小，同時由于采用了電子技術(shù)，反饋控制水平的提高并能進行高速處理，可通過電子自動控制系統(tǒng)精確地按預(yù)設(shè)量使相應(yīng)機構(gòu)動作，因各種干擾因素造成的誤差，又可通過自控系統(tǒng)自行診斷、校正、補償去達到靠單純機械方式所不能實現(xiàn)的工作精度。因而光機電一體化產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?，適用面廣，易于滿足各種需要。電子技術(shù)的引入，使產(chǎn)品面貌發(fā)生巨大變化，電子裝置能按照人的意圖進行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調(diào)節(jié)、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、打印工作結(jié)果。通過改變程序、指令等軟件內(nèi)容而無需改動硬件部分就可變換產(chǎn)品的功能，使機械控制功能內(nèi)容的確定和變化趨“軟件比”和“智能化”。

高可靠性，高穩(wěn)定性和高使用壽命

傳統(tǒng)的機械裝置的運動部分，一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差，而發(fā)出由于可動摩擦、撞擊、振動等引起的聲響(噪聲)，這顯然影響裝置的壽命、穩(wěn)定性和可靠性。而光機電一體化技術(shù)的應(yīng)用，使裝置的可動部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開關(guān)甚至無可動部件、無機械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。有些光機電一體化產(chǎn)品甚至做到不需維修或者具有自診斷功能。

開發(fā)上的知識密集性

研制開發(fā)光機電一體化產(chǎn)品往往要涉及許多學(xué)-科和專業(yè)知識，如數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、聲學(xué)、機械工程學(xué)、電力電子學(xué)、電工學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)、光學(xué)、控制論、信息論和計算機科學(xué)等多門學(xué)科以及各門類的專業(yè)知識。比如，人們很熟悉的靜電復(fù)印機、彩色印像機等，就是一種由機、電、光、磁、化學(xué)等多種學(xué)科和技術(shù)復(fù)合創(chuàng)新的新型產(chǎn)品。設(shè)計這類產(chǎn)品的工程技術(shù)人員對自身的知識結(jié)構(gòu)提出更新更高的要求?，F(xiàn)代化的技術(shù)更需要現(xiàn)代化的人才來掌握和開發(fā)它。需要發(fā)揮多種功能的先進設(shè)備、必然要賦予它多種知識和智慧。

開發(fā)光機電一體化產(chǎn)品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術(shù)中恰當?shù)匾腚娮蛹夹g(shù)，產(chǎn)品的面貌和行業(yè)的面貌就可以迅速發(fā)生巨大變化。產(chǎn)品一旦實現(xiàn)光機電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，將給開發(fā)生產(chǎn)者和用戶帶來巨大的社會經(jīng)濟效益，從而造福于人民，有利于國家。

光機電一體化技術(shù)機械技術(shù)

機械技術(shù)是機電一體化的基礎(chǔ)，機械技術(shù)的著眼點在于如何與機電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統(tǒng)制造過程中，經(jīng)典的機械理論與工藝應(yīng)借助于計算機輔助技術(shù)，同時采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機械制造技術(shù)。

光機電一體化技術(shù)計算機與信息技術(shù)

其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計算機信息處理技術(shù)。

光機電一體化技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)

系統(tǒng)技術(shù)即以整體的概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，它是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。

光機電一體化技術(shù)自動控制技術(shù)

其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。

光機電一體化技術(shù)傳感檢測技術(shù)

傳感檢測技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高?，F(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴酷環(huán)境的考驗，它是機電一體化系統(tǒng)達到高水平的保證。

光機電一體化技術(shù)伺服傳動技術(shù)

包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。

本書共分7章，匯集了各類光機電一體化的產(chǎn)品實例。第1章對光機電一體化技術(shù)及其應(yīng)用進行了較為全面的闡述，其余各章分別介紹了光機電一體化技術(shù)在工業(yè)、生物和醫(yī)療、軍用、家用電器、儀器儀表產(chǎn)品和在汽車和交通上的應(yīng)用實例。全書配有大量說明圖表，盡量避免出現(xiàn)繁復(fù)冗長的公式推導(dǎo)，偏重普及性、實用性和新穎性，在內(nèi)容深度和語言敘述方法面力求面向不同層次的讀者。本書適合相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)人員，也可供大專院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。