Click to edit Master title,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,第一章,光机电一体化系统的组成与应用,第一章光机电一体化系统的组成与应用,章节安排,光机电一体化系统的组成与实例,2,光机电一体化的相关技术,4,光机电一体化的概念,3,1,光机电一体化的特点,3,3,光机电一体化的发展趋势,5,章节安排光机电一体化系统的组成与实例2光机电一体化的相关技术,1-1,光机电一体化的概念,光机电一体化的概念萌芽可以追溯到德国提出的,精密工程,技术，精密工程技术定义为光、机、电一体化的综合技术，如图1-1所示。,精密工,程技术,机械技术,光学技术,电工与电子技术,电工与电子机械,光学,机械,光电子,技术,图1-1 精密工程技术的定义,1-1光机电一体化的概念 光机电一体化的概念萌芽可以追溯到,光学,软件,微电子学,信息处,理与控制,相关技术,机械学,光机电一体化,精密工程技术的定义从某种程度上说明了光机电一体化的涵义。,一般认为，光机电一体化是由光学、机械学、微电子学、信息处理与控制和软件等各种相关技术交叉融合而构成的群体技术。,光学软件微电子学信息处相关技术机械学光机电一体化精密工程技术,光机电一体化是在机电一体化的基础上引入光学技术而形成的一门新技术。,光学技术不是简单地加盟机电一体化技术，而是渗透在机电一体化的各个组成部分。,光机电一体化是在机电一体化的基础上引入光学技术而形成的一门新,在传感器方面的应用,航空中心利用原有的测距传感器测量卫星的高度误差为7,-,10m,利用激光的单色性强而制作的激光测距仪,而用了激光测量仪测量的误差仅为12cm,提高了测量的精度和量程,在传感器方面的应用航空中心利用原有的测距传感器测量卫星的高度,1-,2,光机电一体化的组成,与实例,图,1-2,为光机电一体化的组成，它大体包括,4,个部分，本体结构、计算机控制器、驱动装置、传感器。,一、光机电一体化的组成,1-2光机电一体化的组成与实例 图1-2为光机电一体化的组,控制器,由计算机和输入输出口组成；,控制系统分类：开环系统和闭环系统,控制算法：在控制器中完成,本体,结构,光机电一体化产品所有功能的支撑结构，完成系统的结构功能,控制器由计算机和输入输出口组成；本体光机电一体化产品所有功能,传感器,将被测对象的状态转化为电信号的装置,执行,装置,按照控制器发出的指令，将电信号转换为机械能,驱动装置的类型：电动、气动、液动,传感器将被测对象的状态转化为电信号的装置执行按照控制器发出的,脑,心脏,骨骼,五官,四肢,控制系统,动力装置,检测装置,执行机构,机械本体,光机电一体化各组成部分的关系与人体的脑、心脏、四肢、骨骼、五官相似,脑心脏骨骼五官四肢控制系统动力装置检测装置执行机构机械本体光,电子元器件对电磁干扰和,放射线的干扰非常,敏感,电动伺服系统的抗电磁干扰和放,射线干扰的性能较差，在实际工,作中容易引起误操作,光子元件和机械部件可以有,效防护电磁及放射线的干扰,在环境恶劣的条件下，用光子元件和机械部件组成的光-气伺服系统代替电子元器件构成的电动伺服系统是最佳选择。,二、,光机电一体化的实例,（1）光-气伺服系统,vs,电动伺服系统,电子元器件对电磁干扰和电动伺服系统的抗电磁干扰和放光子元件和,（2）VCD放像器,VCD和CD类似，只是结构更加复杂。,VCD盘面上以坑、岛形式记载着声音,和图像信息,当光盘放进影碟机的托架上，主轴伺服,系统带动托架和光盘作高速旋转运动,拾讯头的物镜将激光束聚焦后照射到光,盘的表面，盘面上的坑、岛对投射激光,的反射强弱不同,反射光通过光电转换、解调电路、将声音和,图像信息分开，分别送到放音系统和图像显,示设备,VCD,放像机（激光影碟机）是典型的光机电一体化产品,（2）VCD放像器VCD和CD类似，只是结构更加复杂。VC,实例 光盘存储,一光盘存储的类型,1,、记录用光盘,记录用光盘也称“写后直读型”,(draw),盘,它兼有写入和读出两种功能，并且写入后不需处理即可直接读出所记录的信息,可用作信息的追加记录,这类系统根据记录介质和记录方式的不同又可分为作一次写入和可擦重写两类。,实例 光盘存储 一光盘存储的类型,2,、专用再现光盘,专用再现光盘也称“只读”型(read nly)。,只能用来再现由专业工厂事先复制的光盘信息,不能由用户自行追加记录,各种各样光盘,2、专用再现光盘专用再现光盘也称“只读”型(read n,光盘,光盘,二、,光盘存储的特点,Company,LOGO,1)存储密度高、容量大,2)写入读出率高,3)存储寿命长,4)每信息位的价格最低，易复制、寿命长,5)有随机寻址能力，随机存取时间小于60ms,6)光盘存储是非接触写入读出,，防尘耐污染，操作方便，易与计算机联机使用,二、光盘存储的特点Company 1)存储密度高、容量大,三、,光盘存储的工作原理,在光盘上写入信息的装置称作光盘记录系统,光盘存储技术是利用激光在介质上写入并读出信息,存储介质最早是非磁性的，以后发展为磁性介质,非磁性,的写入的信息不能抹掉，是不可逆的存储介质,用磁性介质进行光存储记录时，可以抹去原来写入的信息，并能够写入新的信息，可擦可写反复使用,三、光盘存储的工作原理在光盘上写入信息的装置称作光盘记录系统,能从光盘上读出数据的装置是,光盘重放系统,。大多数光盘装置具有记录和重放的双重功能。,1、,只读型,实例：光盘存储,能从光盘上读出数据的装置是光盘重放系统。大多数光盘,原理,将载有音频、视频或文件信息的调制激光束被聚焦透镜缩小成直径,1 um,左右的光点,高能量密度的细束激光加热光盘的记录介质表面，使局部位置发生永久性变形，这造成介质表面光学特性的二值化改变,光盘的截面形状,原理将载有音频、视频或文件信息的调制激光束被聚焦透镜缩小成直,由于光盘是旋转的，,而写入头是平移的，在,光盘面上会形成轨迹为,螺旋状的一系列微小凹,坑或其它形式的信息记,录点,这些信息点的不同编码方式就代表了被存储的信息数据,由于光盘是旋转的，,读出数据时，与写入信息相同，光盘转动，读数头作平移运动，即合成螺旋运动,将照射激光束聚焦在光盘信息层上,当激光束全部照在光盘信息层的平,坦区域时，反射光为亮纹,而当部分激光束落到凹坑底部时，,反射光为暗纹,只要用光电检测器接收反射回来的被信息点调制的光强，就可得到：“,0”,或“,1”,的信号,读出数据时,读出数据时，与写入信息相同，光盘转动，读数头作平移运动，即,2,可擦型,同只读型类似，只是在激光束照射光盘时，使光盘表面的磁性膜磁化或使介质表面结晶状态发生变化。,另一种光存方法采用基于光热磁效应的光磁盘装置,基本设备也和光盘装置相类似，主要的区别在于采用的是磁性的记录介质,在细束激光的调制作用下，通过改变磁介质的磁化方向完成信息的存储,2可擦型同只读型类似，只是在激光束照射光盘时，使光盘表面的,读出时,在信息读出时不是检测光的反射率,而是通过检测反射光的偏振状态检测信息点处的磁化方向,读出时在信息读出时不是检测光的反射率,四光盘存储系统的关键技术,光学,系统,机械,系统,信号处理系统,伺服跟踪系统,M1,M2,M4,M3,光盘存储系统,主要包括,：,光学系统、机械系统、伺服跟踪系统和信号处理系统。,四光盘存储系统的关键技术 光学机械信号处理系统伺服跟踪系,光盘存储系统的核心装置是光盘驱动器，它是一种超精密光电子装置。,光盘驱动器,光盘存储系统的核心装置是光盘驱动器，它是一种超精密光电子装置,光盘驱动器的组成框图,光盘驱动器的组成框图,1,光学系统,(1)激光聚束光路,(2)写入光调制器,(3)循迹跟踪反射镜,(4)光电检测系统,2,机械系统,(1)转台机构,(2)滑板机构,(3)光电头机构,3,控制系统,(1),转台恒速控制系统,(2),滑板位移控制系统,(3),调焦控制系统,(4),循迹跟踪系统,4,信号处理系统,(1),写入信号处理器,(2),读出信号处理器,(3),控制器,总结,1光学系统 3控制系统总结,1.3光机电一体化的特点,特点,小型化、轻型化,知识密集,柔性化、,智能化,高精度、,多功能,可靠性高,1.3光机电一体化的特点特点小型化、轻型化知识密集柔性化、,1.4光机电一体化的相关技术,1.,机械技术,2.,光学技术,3,.,信息处理技术,4.,系统集成技术,5.,检测与传感技术,6.,自动控制技术,7.,伺服驱动技术,1.4光机电一体化的相关技术1.机械技术2.光学技术3.信,1.4光机电一体化的相关技术,1.,机械技术,2.,光学技术,3,.,信息处理技术,4.,系统集成技术,5.,检测与传感技术,6.,自动控制技术,7.,伺服驱动技术,1.4光机电一体化的相关技术1.机械技术2.光学技术3.信,微型化,未来的光机电一体化技术将朝着,微型化、智能化、模块化、数字化、网络化、集成化,的方向发展,。,微电子学、光学、计算机与控制技术的每一个新的进步都会极大的推动光机电一体化技术的发展。,智能化,模块化,数字化,集成化,1.5光机电一体化的发展趋势,微型化未来的光机电一体化技术将朝着微型化、智能化、模块,机器人为采用螺旋桨的直升飞机，可自动控制姿态、按事先指定的路线飞行。,FR-II,通过市场上销售的锂离子电池驱动。通过采用精工爱普生的陀螺仪“,XV-3500CB”,等，机身（不包括电池）的重量减轻了,0.3g,，仅为,8.6g,。包括电池在内，全部重量为,12.3g,。,微型化FR-II微型飞行机器人,机器人为采用螺旋桨的直升飞机，可自动控制姿态、按事先指定的路,MFR-II,微型飞行机器人螺旋桨长,136mm,，高约,85mm,。,第1章光机电一体化系统的课件,微型内窥镜,最新型的,M2A,微型内窥镜，也叫“装在药丸里的相机”。,用,M2A,微型内窥镜做检查不会给病人带来痛苦，还可以帮助医生看见人体长达,21,英尺的小肠内发生的病变，如不明显的内出血、侵犯胃肠道的克罗恩病，及小肠生长的肿瘤等。,微型内窥镜最新型的M2A微型内窥镜，也叫“装在药丸里的相机”,微型内窥镜,微型内窥镜,智能化,机器人图片 机器人动画,智能化 机器人图片 机器人动画,模块化,模块化,数字化,数字化,END!,END!,