浅谈光机电一体化技术的研究与发展

摘 要：由于机电一体化技术的发展飞速，而光机电一体化是现代科学技术发展的必然结果。本文简述了光机电一体化技术的基本概要和技术特征，综述了国内外光机电一体化技术的现状，分析了光机电一体化技术的发展趋势。

关键词：光机电一体化 技术特征 发展趋势

中图分类号：TM6文献标识码：A文章编号：1672-3791(2011)03(b)-0142-01

1 光机电一体化基本概要

光机电一体化包括产品和技术两个方面。光机电一体化产品是包含光学技术、机械技术、微电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术和通讯技术的高科技产品;光机电一体化技术是指其技术原理和光机电一体化产品。光机电一体化产品具有结构简单、功能多、效率高,能耗低等特点,光机电一体化产品与传统的机械产品比较,具有以下特点:(1)综合性与系统性:(2)多层次,覆盖面广;(3)结构简化,方便操作;(4)精度提高,功能增加;(5)高可靠性,高稳定性和高使用寿命;(6)产品开发上的只是密集性。

2 国内外光机电一体化的发展概况简要

光电子技术是在20世纪60年代激光器问世之后,电子技术与瓜果女子技术的自然结合与扩展,它不仅拓展了传统电子技术的功能,并使之有更强的适应性。目前,信息的探测、传输、存储、显示、运算和处理已由光子和电子共同参与来完成。光通信、光存储和光电显示技术的兴起,已使人们认识到光电子学技术的重要性和它广阔的发展前景,并且成为光电子领域的支柱产业。

光电子科学技术和产业在促进国家经济和科学持续发展中起着巨大的作用,当今:[业化的世界各国无不把发展光电子技术列为国家高技术重点发展目标。美国政府已将光子学确定为国家发展的重点,认为光子学对国家安全与经济竞争有着深远的意义和潜力。德国政府已确定光子学是2l世界初对保持德国在国际市场上先进地位至关重要的九大关键技术之一。日本科技厅也一再把量子波光技术列为重大项目,予以支持。澳大利亚集团10个重要单位的力量成立了瓜果女子联合研究中心,重点开拓信心技术和新产品。l986年我国启动的863计划中,将光电子器件及其集成技术列为信息领域的三大主题之一,光机电一体化技术也被列为国家“十五”高新技术重点扶持项目。

3 光机电一体化技术特征

光机电一体化系统主要由动力、机构、执行器、计算机和传感器五个部分组成,相互构成一个功能完善的柔性自动化系统。其中计算机软硬件和传感器是光机电一体化技术的重要组成要素。光机电一体化产品与传统的机械产品比较,具有以下技术特征。

(1)体积小,重量轻,适应性强,操作更方便,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后频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式,可以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序。(2)功能增加,精度大幅提高,光机电一体化系统包括以激光、电脑等现代技术集成开发的自动化、智能化机构设备、仪器仪表和元器件。电子技术的采用使控制水平提高,运算速度加快,通过电子自动控制系统可精确按预设动作,其自行诊断、校正、补偿功能可减少误差,达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。(3)部分硬件实现软件化,智能化程度提高,传统机械设备一般不具有自维修或自诊断功能。光机电一体化技术使得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。通过改变程序,指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能,使机械控制功能内容的确定和变化趋势向“软件化”和“智能化”。(4)产品可靠性得到提高,使用寿命增长,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,导致可动摩擦、撞击、振动等加重,严格影响装置寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用,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。(5)融合了多种学科新技术,光机电一体化产品的研究开发涉及到许多学科和专业知识,包括数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电力电子学、电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和计算机科学等。光机电一体化技术将光电子技术、传感器技术、控制技术与机械技术各自的优势结合起来,衍生出许多功能更强、性能更好的新一代技术装备。(6)产品系统性增强,使光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。这就要求产品各种技术扬长避短,提高系统协调性。

4 光机电一体化的发展趋势

(1)光机电一体化是集机械、微电子、光学、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合,自从我国实行改革开放以来,科技领域急起直追,我国的光机电一体化技术已取得明显的成效,数控产品有了很大的提高,尤其是经济型灵敏数控装置发展很快,是我国特有的经济实用产品,不但适用国内市场的需要,部分产品还随主机配套出口。

(2)光机电一体化技术已经渗透到各个学科、领域,成为一种新兴的学科,并逐渐成为一种产业,而这些产业作为新的经济增长点越来越受到高度重视。从世界科学技术的发展情况来看,光机电一体化技术的未来技术热点主要包括:1)激光技术:①高单色性,利用激光高单色性作精密测量时,可极大地提高测量精度和量程。②高方向性,因具有很远距离传输光能和传输控制指令的能力,从而可以进行远距离激光通信、激光测距、激光雷达、激光导航以及遥控。③高亮度性,利用激光的高亮度特性,中等亮度激光束在焦点附近可产生几千到几万度的高温,可使照射点物体熔化或汽化,对各种各样材料和产品进行特种加工。④相干性,由于激光速频率单一、相位方向相同。适用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光学计算机的研制,而在实际运用中也会通过一些激光技术改变激光辐射的特性,应用范围更广。2)传感检测技术:①激光准直,能够测量平直度、平面度、平行度、垂直度,也可以做三维空间的基准测量。②激光测距,其探测距离远,测距精度高,抗干扰性强,体积小,重量轻,但受天然影响大。③光纤探测器,在目标很小,间隔受限或危险的环境中,最常选用的是光纤探测器。其他还有激光打孔、刻槽=标记、光化学沉积等加工技术。3)激光快速成型技术,激光快速成型是利用计算机将复杂的三维物体转化为二维层,将热塑性塑料粉末或胶粘衬底片材纸张烧结,由点、线构造零件的面(层),然后逐层成型。4)光能驱动技术,利用光致变形材料可制作光致动器和光机器人。现已研制成功一种光致动器,其工作原理是将光照在形状记忆合金上,反复地通、断使材料伸缩,再利用感温磁性体的温度特性,将材料末端吸附在衬底上。利用材料本身的伸缩和端部的吸附特性,加上光的通断便能实现所要求的动作。

5 结语

光机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶。是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然,与光机电一体化相关的技术还有很多,并且随着科学技术的发展,光机电一体化技术的前景也是广阔发展、越来越光明。

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