光机电一体化的发展趋势-中国光学光电子行业协会.doc

光机电一体化的发展趋势 摘要：机电一体化技术是跨学科技术, 近年来发展迅速。本文首先介绍了机电一体化技术从20 世纪60 年代至今的发展历程;其次从数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化几个主要方面介绍了其发展方向;最后介绍了这一技术在典型产品中应用的发展趋势。 关键词：机电一体化;技术;应用;发展趋势 引 言 近些年来 ，光机电一体化技术得到迅猛发展，在民用工业和军事领域得到广泛地应用。光机电一体化技术作为光学、微电子学、计算机信息、控制技术和机械制造及其他相关技术交叉与融合构成的综合性高新技术，是诸多高新技术产业和高新技术装备的基础。它从系统过程的角度出发，引进光学技术，有效地改进传统机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统，使产品或系统实现整体优化川.因此，光机电一体化技术成为当今机械工业技术发展的一个主要趋势。 一、机电一体化技术的发展历程 “机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上世纪60年代末作商业注册时最先创用的。当时及70 年代, 人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结合。国内早期将“机电一体化技术”与“机械电子学”并用, 近年来“机电一体化”更流行使用。 80 年代, 信息技术崭露头角。微处理机的性能提高, 为更高级的机电一体化产品所采用, 典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微机作为关键技术引入了飞行器系统后, 使机械—电子系统在高度控制、排气控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库, 连洗衣机和其他消费品也用上了数据库驱动系统。这样, 对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集成以及并行工程设计和控制的实施日显重要。此外, 光学也进入了机电一体化, 产生了“光机电一体化”的新领域。 进入90 年代, 通信技术进入了机电一体化, 机器可像机器人系统那样遥控和虚拟现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。有些机电一体化机械可两用, 有的在性能上更是多用途的, 尤其是微传感器和执行器技术的发展, 和半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合, 开创了以精密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支“微机电一体化”。虽然微加工方法尚未成熟, 但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。之后, 机电一体化随着自动化技术的发展而日益发展, 稳步进入了21 世纪。 二.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。与传统的机械产品比较，光机电一体化产品具有以下技术特征。 2.1 体积小,质量轻，适应性强，操作更方便 传统的机电一体化设备主要靠机械传动来连接的各个子系统的相关动作部件，这样使得设备体积庞大，非常笨重。光机电一体化技术通过采用电力电子器件或用电子装置进行相关动作控制，使得产品机械结构大大简化。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拍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。任何一台光机电一体化装置的动作，可由预设的程序一步一步控制实现，甚至实现操作全自动化和智能化. 2.2 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。电子技术的采用使得反馈控制水平提高，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。同时，由于机械传动部件减机械磨损及配合间隙等引起的误差也大大减小。因此，光机电一体化产品应用领域宽，适用面广，易于满足各种需要。 2.3 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向“软件化”和“智能化”。 2.4 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，导致可动靡擦、撞击、振动等加重，严重影响装置寿命、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，像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。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. 2.5 融合了多种学