光機電一體化技術

光機電一體化技術是由機械技術與雷射－微電子等技術揉合融匯在一起的新興技術。它與傳統的機械產品比較，有很大的不同。光機電一體化是一門跨學科的邊緣科學，它是雷射技術、微電子技術、計算機技術、信息技術與機械技術結合而成的綜合性高技術。 其各個組成部分如機械技術、微電子技術、自動控制技術、信息技術、感測技術、電力電子技術、接口技術、模擬量與數字量交換技術以及軟體技術等在綜合成一個完整的系統中相互配合有嚴格的要求，這就需要取長補短，不斷向理想化方向發展。

基本介紹

• 中文名：光機電一體化技術
• 性質：諸多高新技術產業的基礎
• 特點：多層次，覆蓋面廣等
• 具體內容：機械技術等

基本概念

光機電一體化技術是微電子技術、計算機技術、控制技術、光學技術與機械技術的相互交叉與融合，是諸多高新技術產業和高新技術裝備的基礎。它包括產品和技術兩方面：光機電一體化產品是集光學、機械、微電子、自動控制和通信技術於一體的高科技產品，具有豐富的功能和很高附加值；光機電一體化技術是指其技術原理和使光機電一體化產品得以實現、使用和發展的技術。

光機電一體化技術是由光學、光電子學、電子信息和機械製造及其他相關技術交叉與融合構成的綜合性高新技術，是諸多高新技術產業和高新技術裝備的基礎。它豐富和拓寬了光機電一體化技術的內涵和外延。

特點

多層次，覆蓋面廣

光機電一體化是一個總的技術指導思想，它不僅體現在一些機電一體化的單機產品之中，而且貫穿於工程系統設計之中。從簡單的單台光機電一體化產品，到現代工業中的柔性加工系統；從簡單的單參數顯示，到複雜的多參數、多級控制；從機械零部件連續自動熱處理生產線，到各種現代高速重型機械自動化生產線等，光機電一體化技術都有不同層次、覆蓋面很廣的套用領域。對於工程系統，需成套地進行開發和製造。對於光機電一體化單機產品(設備)，應採用簡繁並舉、高低級並存的多層次發展途徑。可發展功能附加型的低級產品；也可發展功能替代型的中級產品；還可發展機電融合型的高級產品，成為前所未有的新一代產品。

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特點

結構簡化，方便操作

光機電一體化技術可為過去依靠機械傳動鏈連線的各個相關動作部分，改為多台電機獨立驅動，或使用電力電子器件，或使用電子電控裝置進行相關動作控制來實現。因此，機械結構大大簡化，甚至使有些機械結構"脫胎換骨"，產生了質的變化。光機電一體化技術使得操作人員擺脫了以往必須按規定操作程式或節拍頻繁緊張地進行單調重複操作的工作方式，能以靈活方便地按需控制和改變生產操作程式。任何一台光機電一體化裝置或系統各個相關傳動機構的動作及功能協調關係，可由預設的程式一步一步地由電子控制系統指揮，如數控工具機、柔性加工系統(FMS)等。有些光機電一體化裝置，可實現操作全自動化，如工業機器人、印製電路板數控高速鑽床等。有些更高級的光機電一體化系統，還可通過被控對象的數學模型以及根據任何時刻外界各種參數的變化情況，隨機自尋最佳工作程式、動作程度和快慢以及協調關係，以實現最最佳化工作及最佳操作，例如微機控制的熱連軋機鋼板測厚自控系統、電梯群控系統、智慧型機器人等。

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精度提高，功能增加

光機電一體化技術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，同時由於採用了電子技術，反饋控制水平的提高並能進行高速處理，可通過電子自動控制系統精確地按預設量使相應機構動作，因各種干擾因素造成的誤差，又可通過自控系統自行診斷、校正、補償去達到靠單純機械方式所不能實現的工作精度。因而光機電一體化產品套用領域寬，適用面廣，易於滿足各種需要。電子技術的引入，使產品面貌發生巨大變化，電子裝置能按照人的意圖進行自動控制、自動檢測、信息採集及處理、調節、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、列印工作結果。通過改變程式、指令等軟體內容而無需改動硬體部分就可變換產品的功能，使機械控制功能內容的確定和變化趨“軟體比”和“智慧型化”。

高可靠性，高穩定性和高使用壽命

傳統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，而發出由於可動摩擦、撞擊、振動等引起的聲響(噪聲)，這顯然影響裝置的壽命、穩定性和可靠性。而光機電一體化技術的套用，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，從而提高了產品的可靠性和穩定性。有些光機電一體化產品甚至做到不需維修或者具有自診斷功能。

開發上的知識密集性

研製開發光機電一體化產品往往要涉及許多學-科和專業知識，如數學、物理學、化學、聲學、機械工程學、電力電子學、電工學、系統工程學、光學、控制論、資訊理論和計算機科學等多門學科以及各門類的專業知識。比如，人們很熟悉的靜電複印機、彩色印像機等，就是一種由機、電、光、磁、化學等多種學科和技術複合創新的新型產品。設計這類產品的工程技術人員對自身的知識結構提出更新更高的要求。現代化的技術更需要現代化的人才來掌握和開發它。需要發揮多種功能的先進設備、必然要賦予它多種知識和智慧。

開發光機電一體化產品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術中恰當地引入電子技術，產品的面貌和行業的面貌就可以迅速發生巨大變化。產品一旦實現光機電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，將給開發生產者和用戶帶來巨大的社會經濟效益，從而造福於人民，有利於國家。

具體內容

機械技術

機械技術是機電一體化的基礎，機械技術的著眼點在於如何與機電一體化技術相適應，利用其它高、新技術來更新概念，實現結構上、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。在機電一體化系統製造過程中，經典的機械理論與工藝應藉助於計算機輔助技術，同時採用人工智慧與專家系統等，形成新一代的機械製造技術。

計算機與信息技術

其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智慧技術、專家系統技術、神經網路技術均屬於計算機信息處理技術。

系統技術

系統技術即以整體的概念組織套用各種相關技術，從全局角度和系統目標出發，將總體分解成相互關聯的若干功能單元，接口技術是系統技術中一個重要方面，它是實現系統各部分有機連線的保證。

自動控制技術

其範圍很廣，在控制理論指導下，進行系統設計，設計後的系統仿真，現場調試，控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。

感測檢測技術

感測檢測技術是系統的感受器官，是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強，系統的自動化程式就越高。現代工程要求感測器能快速、精確地獲取信息並能經受嚴酷環境的考驗，它是機電一體化系統達到高水平的保證。

伺服傳動技術

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