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光機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

摘 要:光機(jī)電一體化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果,本文簡(jiǎn)述了光機(jī)電一體化技術(shù)的基本概要和發(fā)展背景。綜述了國(guó)內(nèi)外光機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀,分析了光機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

1、光機(jī)電一體化概要:
  光機(jī)電一體化包括產(chǎn)品和技術(shù)兩個(gè)方面。
光機(jī)電一體化產(chǎn)品是包含光學(xué)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)的高科技產(chǎn)品;光機(jī)電一體化技術(shù)是指其技術(shù)原理和使用光機(jī)電一體化產(chǎn)品得以實(shí)現(xiàn)、使用和發(fā)展的技術(shù)。光機(jī)電一體化產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能多、效率高,能耗低等特點(diǎn),它們一般由機(jī)械本體、傳感器、接口、微處理器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等5部分組成。如果把光機(jī)電一體化產(chǎn)品比做一個(gè)人,則計(jì)算機(jī)就是它的頭腦,傳感器就是它的五官,軟件就是使軀體(機(jī)械本體)能發(fā)揮效能的手段,所以,光機(jī)電一體化產(chǎn)品就是具有頭腦和五官,能夠感知外界環(huán)境的變化,并根據(jù)這種變化作出響應(yīng)的機(jī)器或機(jī)構(gòu)。機(jī)器人就是光機(jī)電一體化產(chǎn)品的典型代表。與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品比較,光機(jī)電一體化產(chǎn)品具有以下有點(diǎn):
  (1)綜合性與系統(tǒng)性:
 。2)多層次,覆蓋面廣;
 。3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,方便操作;
 。4)精度提高,功能增加:
 。5)高可靠性,高穩(wěn)定性和高使用壽命;
 。6)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上的只是密集性。
  目前,工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家光機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用已十分廣泛,不僅在單機(jī)產(chǎn)品中占有重要位置,而且在生產(chǎn)制造系統(tǒng)內(nèi)也十分活躍。例如,計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)、快速成型制造系統(tǒng)(RPM)、智能制造體統(tǒng)(IMS)等。
2、國(guó)內(nèi)外光機(jī)電一體化的發(fā)展概況:
  光電子技術(shù)是在20世紀(jì)6O年代激光器問(wèn)世之后,電子技術(shù)與瓜果女子技術(shù)的自然結(jié)合與擴(kuò)展,它不僅拓展了傳統(tǒng)電子技術(shù)的功能,并使之有更強(qiáng)的適應(yīng)性。目前,信息的探測(cè)、傳輸、存儲(chǔ)、顯示、運(yùn)算和處理已由光子和電子共同參與來(lái)完成。光通信、光存儲(chǔ)和光電顯示技術(shù)的興起希I它們?cè)诮?0年來(lái)的飛速發(fā)展,已使人們認(rèn)識(shí)到光電子學(xué)技術(shù)的重要性和它廣闊的發(fā)展前景,并且成為光電子領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)。
光電子科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)在促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和科學(xué)持續(xù)發(fā)展中起著巨大的作用,當(dāng)今:[業(yè)化的世界各國(guó)無(wú)不把發(fā)展光電子技術(shù)列為國(guó)家高技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)。

3、光機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì):
  光機(jī)電一體化是集機(jī)械、微電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合,其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步。其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人格化、微型化、集成化、帶源化和綠色化 .
  3.1數(shù)字化微處理器和微控制器的發(fā)展奠定了單機(jī)數(shù)字化的基礎(chǔ),如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人,而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起,為數(shù)字化制造鋪平了道路,如計(jì)算機(jī)集成制造。數(shù)字化要求光機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性和可維護(hù)性以及自診斷能力,其人機(jī)界面對(duì)用戶更加友好,易于使用,并且用戶能根據(jù)需要參與改進(jìn)。
  3.2智能化賦予光機(jī)電產(chǎn)品一定的智能,使它具有人的判斷推理,邏輯思考,自主決策能力。例如在CNC數(shù)控機(jī)床上增加了人一機(jī)對(duì)話功能,使之了智能I/O通道和智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù),給使用、操作和維護(hù)帶來(lái)了極大的方便。隨著人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步,為光機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)辟了發(fā)展的廣闊天地。大量的智能化光機(jī)電一體化產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),F(xiàn)在,模糊控制技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)普遍,甚至還出現(xiàn)了混沌控制的產(chǎn)品。
  3.3模塊化由于
光機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多,研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、l電氣接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的光機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又是非常重要的事。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元,具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元,以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置。這樣可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開(kāi)發(fā)出新產(chǎn)品。同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,這需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。一邊各部件、單元的匹配和接口。光機(jī)電一體化產(chǎn)品模塊化的發(fā)展促進(jìn)了新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā),品種不斷增多,花樣不斷翻新,縮短了開(kāi)發(fā)周期。
  以驅(qū)動(dòng)為核心的驅(qū)動(dòng)模塊單元,一伺服為核心的運(yùn)動(dòng)控制模塊單元,以兩根單線把各功能單元連接起來(lái)的總線或現(xiàn)場(chǎng)總線等,已形成了標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。

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