光機電一體化技術(shù)

時間：2023-04-30 18:43:20 資料我要投稿

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光機電一體化技術(shù)

綜述

光機電一體化技術(shù)

!劉

摘要我國現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：光機電一體化技術(shù)中圖分類號：!

現(xiàn)狀

展望

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志朱文堅

綜述光機電一體化技術(shù)的概念；光機電一體化技術(shù)在設(shè)計和加工制造中的運用；展望光機電一體化的發(fā)展前景和

近幾年，全世界光機電一體化技術(shù)產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模將達)+*億美元，

產(chǎn)品銷售額的年平均增幅將達到+*,-(*,。據(jù)美國高級軍事專家調(diào)查，以光機電一體化技術(shù)為支撐的高技術(shù)武器系統(tǒng)，在美國關(guān)鍵軍事技術(shù)計劃中的比例約占$&,，在常規(guī)武器系統(tǒng)中約占+*,。

一、光機電一體化技術(shù)的基本概念

光機電一體化技術(shù)是指將光學、機械學、電子學、信息處理和控制及專用軟件等當代各種新技術(shù)進行綜合集成的一種群體技術(shù)。光機電一體化系統(tǒng)主要有五個組成部分：動力、機構(gòu)、執(zhí)行器、計算機和傳感器，組成一個功能完善的柔性自動化系統(tǒng)，其中計算機、傳感器和計算機軟件是光機電一體化技術(shù)的重要組成要素。

光機電一體化系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、功能多、效率高、精度高、能耗低的特點，與傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品比較，光機電一體化產(chǎn)品至少有以下#個優(yōu)點。

&.原有的機構(gòu)產(chǎn)品中增加信息處理裝置及相應(yīng)軟

件，來替代原有產(chǎn)品的部分機械控制機構(gòu)，不僅提高了自動化程度，而且能大大提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。

).以光機電一體化技術(shù)為主的新型產(chǎn)品，與原機械產(chǎn)品相比，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且功能增加，精度提高。#.將光電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)與機械技術(shù)各自的優(yōu)勢結(jié)合起來，形成綜合化優(yōu)勢，可開發(fā)出具有多種功能、智能化的高新技術(shù)產(chǎn)品。

二、光機電一體化技術(shù)的運用

光機電一體化技術(shù)的運用主要包括在設(shè)計中和在加工制造中的運用。光機電一體化技術(shù)在設(shè)計中的運用也就是光機電一體化設(shè)計，它要求設(shè)計者不僅要熟悉光學系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)、傳感學、信息處理和控制等方面的知識，而且要熟悉計算機的硬件接口和軟件設(shè)計方面的知識。光機電一體化技術(shù)在加工制造中的運用現(xiàn)代制造工程萬方數(shù)據(jù)!

（#!）主要包括各種激光加工技術(shù)、先進制造技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)過程控制和精密檢測技術(shù)。

&.設(shè)計中的運用

&）

信息處理技術(shù)（&）計算機!進行大量的數(shù)據(jù)采集和處理；

字式或圖像式生動明確的顯示結(jié)果；#對誤差進行修正和補償；$利用計算機的高速運算和存儲能力，提高系統(tǒng)的分析、實時反應(yīng)速度；%對圖像信息進行自動處理和自動識別；&通過網(wǎng)絡(luò)進行協(xié)同工作和信息共享；

’以計算機作為上位機、

可編程控制器（/01）作為下位機可使系統(tǒng)具有層次結(jié)構(gòu)，接口合理，便于維護。（)）軟件!人工智能（包含各種遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理方法、專家系統(tǒng)及決策支持系統(tǒng)），可優(yōu)化數(shù)據(jù)處理，提高運行速度，并可提高決策能力和正確率；

可共享資源（包括數(shù)據(jù)、硬件和信息）和協(xié)同工作；#仿真技術(shù)，可評估運行效果以輔助決策；$良好、

簡便的人機交互界面。)）

激光技術(shù)（&）單色性高，利用激光高單色性作精密測量時，可極大地提高測量精度和量程。如航天測控中心用原有測距儀器測量衛(wèi)星高度誤差為(-&*2，若改用激光測距儀器誤差可小到&-)32。

（)）高方向性，因具有很遠距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力，從而可以進行遠距離激光通信，激光測距，激光雷達，激光導(dǎo)航以及遙控。

（#）

高亮度性，大功率激光器的發(fā)光亮度比太陽光亮度高幾千億倍。利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦點附近可產(chǎn)生幾千到幾萬度的高溫，可使照射點物體熔化或汽化，因此在工業(yè)上逐漸以此作為一種光學加工手段，對各種各樣材料和產(chǎn)品進行特種加工，如激光打孔、熔覆、焊接、切割、退火、淬火、劃線、光刻、表面處理和微細加工等。

（4）

相干性極好，由于激光束頻率單一、相位相同、方向又相同，故其光線疊加幅度穩(wěn)定，在時間和空間上周期一定。因此適用于激光通信、全息照相、激光印刷

綜述

對于光機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計，需注意其從整體到局部的設(shè)計原則，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)功能和設(shè)計要求提出系統(tǒng)設(shè)計的總?cè)蝿?wù)，并進行系統(tǒng)的總體框圖設(shè)計；然后，將總體框圖分解成一個個獨立的框圖，可分解為光學系統(tǒng)、機械與執(zhí)行機構(gòu)、光電傳感、信號采集與處理、驅(qū)動與控制、軟件設(shè)計、計算機及其接口等分框圖，然后再進一步設(shè)計。

設(shè)計制作完成后，先對光學系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)、計算以及光學計算機的研制。而在實際運用中也會通過一些激光技術(shù)改變激光輻射的特性，常用的單元技術(shù)為：可使激光器輸出理想的單模相干光!選模技術(shù)，

源，從而滿足諸如光譜分析、干涉檢測、全息攝影等運用的相干性要求。

其特點是將激光能量壓縮在很短的

$激光調(diào)制技術(shù)，也就是如何將信息加載到激光束上去的技術(shù)，主要運用于信息傳輸。調(diào)制方法為幅高調(diào)制、頻率調(diào)制及相位調(diào)制。

%偏轉(zhuǎn)技術(shù)，

是激光打印、顯示、傳真、存儲和檢測應(yīng)用領(lǐng)域中的基礎(chǔ)技術(shù)之一。

&非線性光學技術(shù)，

當光強非常高時極化的非線性響應(yīng)導(dǎo)致了若干不同頻率電磁場之間的相互作用和轉(zhuǎn)換，從而出現(xiàn)許多非線性光學現(xiàn)象。

’放大技術(shù)，是獲得高能量和好的光束質(zhì)量激光輸出的方法。

+）傳感檢測技術(shù)（

（,）激光測速，利用多普勒效應(yīng)，可以進而確定運動物體的速度。其優(yōu)點是測速準確；非接觸測量；空間分辨率高，因而可測量速度分布和速度梯度；可在二維或三維空間內(nèi)測量，因而可測量物體運動的方向。（+）激光準直，能夠測量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三維空間的基準測量。

（-）激光測距，其探測距離遠，測距精度高，抗干擾性強，體積小，重量輕，但受天氣影響大。

（.）光纖探測器，在目標很小，間隔受限或危險的環(huán)境中，最常選用的是光纖探測器。（/）運用微光機電一體化技術(shù)（01203）研制出了多種微型傳感器件和系統(tǒng)。主要有：!慣性器件，例如微陀螺儀、微速度計、微加速度計等；

生物傳感器及生物芯片，可產(chǎn)生生物或化學過程來進行探測；$微光學開關(guān)，在光纖通信網(wǎng)中有著重要的地位。.-萬方數(shù)據(jù)

機及其接口、軟件進行單獨調(diào)試，然后再將它們裝配起來進行光、機、電、計算機聯(lián)調(diào)。

,4制造中的運用

激光加工技術(shù)（

!激光淬火，

其特點是淬硬層深度可精確控制，易于實現(xiàn)數(shù)控，可實行自冷淬火，只要光束能照到的部位均可進行處理。在汽車生產(chǎn)中，如鋼套、曲軸、活塞環(huán)和齒輪等經(jīng)激光熱處理后，不必再進行后處理，可直接送到裝配線上安裝；

（,）激光焊接

激光焊接在汽車工業(yè)中已成為標準工藝。激光用于車身面板的焊接可將不同厚度和具有不同表面涂鍍層的金屬板焊在一起，然后再進行沖壓，這樣制成的面板結(jié)構(gòu)能達到最合理的金屬組合。采用激光焊接，可以減少搭接寬度和一些加強部件。激光焊接可由565控制，一天可連續(xù)運行,-7。激光也解決了異種金屬焊接的難題。激光焊接還可以在焊條和電子束無法到達的三維構(gòu)件內(nèi)部細微區(qū)域中實施。

（+）激光切割

激光切割的主要特點有：!割縫窄，節(jié)省材料，還可割盲縫；

在汽車生產(chǎn)中大量使用二維和三維激光束切割機，對普通鋁、不銹鋼等薄板及帶材的切割加工，其切割速度已達

現(xiàn)代制造工程!

綜

（!）激光清洗技術(shù)

與機械清洗法、濕法化學清洗法、超聲波清洗法相比，激光清洗法技術(shù)作為一項新興的清洗技術(shù)，能適應(yīng)各種表面污物的清洗，對環(huán)境污染極小，也不損傷基體。其特點為：“干式”清洗；清洗污物范圍和適用基材范圍廣；可不損傷基材表面；可實現(xiàn)自動化操作；可長期使用，并且是一種“綠色”清洗工藝。

其他還有激光打孔、刻槽、標記、光化學沉積等加工技術(shù)。

先進制造技術(shù)

激光快速成型是利用計算機將復(fù)雜的三維物體轉(zhuǎn)化為二維層，然后利用“積分”的思想，將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結(jié)，由點、線構(gòu)造零件的面（層），然后逐層成型。激光快速成型技術(shù)可使新產(chǎn)品及早投放市場，極大地提高了汽車生產(chǎn)企業(yè)對市場的應(yīng)用能力和產(chǎn)品的競爭能力。

激光金屬塑性成形技術(shù)是一種較新的先進制造技術(shù)，它沒有任何的機械接觸就可以生產(chǎn)出金屬板料制品，而不需任何模具。板料成形是由于激光加熱后上、下表面收縮引起的。可用適當?shù)募䦅A持和操作系統(tǒng)來實現(xiàn)。

述

的深刻變革；光機電一體化技術(shù)正在

引導(dǎo)著一場新變革。美國商務(wù)部指出，誰在光電子產(chǎn)業(yè)方面取得主動權(quán)，誰就將在

國際上光機電一體化系統(tǒng)研究發(fā)展迅速，而我國在許多方面落后于國外，工藝技術(shù)水平低是一個重要原因。我國的光機電一體化技術(shù)要趕上世界先進水平，首先要重視基礎(chǔ)研究，了解國際的發(fā)展水平，再結(jié)合我國國情探索有中國特色的研究開發(fā)模式，例如“華工科技”上市融資為解決資金問題就提供了一個較好的思路，并且它依靠自身的技術(shù)優(yōu)勢和高校多學科的交叉優(yōu)勢與企業(yè)合作攻克世界技術(shù)難題，使得科研與實際運用相結(jié)合，對科研、教育和實際運用都起到了好的作用。

參

考

文

獻

左鐵釧、施定源、陳鎧’激光加工技術(shù)的優(yōu)勢及在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用’激光雜志，（!）&%%%

王家淳’激光焊接技術(shù)的發(fā)展與展望’激光技術(shù)，（

(梁進秋’微光機電系統(tǒng)國內(nèi)外研究進展’光機電信息，

三、發(fā)展前景及我國現(xiàn)狀

作者通訊地址：華南理工大學機電工程系（廣州

*+!#）

微電子技術(shù)曾引起新技術(shù)領(lǐng)域

收稿日期：