光機(jī)電系統(tǒng)手冊

前言

　　過去二十年發(fā)生了一場持續(xù)的技術(shù)變革，促進(jìn)了設(shè)備、機(jī)器、工藝、系統(tǒng)的進(jìn)步，提高了它們的性能，并創(chuàng)造了新的價值和功能。綜合機(jī)械、電子和計算機(jī)技術(shù)的機(jī)電一體化技術(shù)，無疑在這場技術(shù)變革中發(fā)揮了重要作用?！　〗陙?，光學(xué)技術(shù)和機(jī)電一體化系統(tǒng)日益加速合并，可能的原因是，光學(xué)集成技術(shù)可解決單靠機(jī)電一體化技術(shù)不能解決的復(fù)雜問題，取得需要的功能和性能。因此，機(jī)電一體化或光學(xué)產(chǎn)品、機(jī)器、系統(tǒng)越來越朝“高精度、小尺寸、高智能和高度自動化”方向發(fā)展。今后這一趨勢將繼續(xù)為大部分機(jī)電和光學(xué)工程領(lǐng)域相關(guān)的下一代技術(shù)指明發(fā)展方向?！　”緯谝环N新模式下所指的技術(shù)融合是綜合了光學(xué)和機(jī)電一體化的光機(jī)電一體化技術(shù)，把該技術(shù)開發(fā)的設(shè)備、產(chǎn)品、機(jī)器、工藝、系統(tǒng)稱為光機(jī)電一體化系統(tǒng)。盡管光機(jī)電一體化系統(tǒng)早已投入商業(yè)應(yīng)用，但這種定義在以前的文獻(xiàn)中并未出現(xiàn)過。上述討論表明，光學(xué)和機(jī)電一體化集成技術(shù)本質(zhì)上無疑涉及多個層面。盡管如此，迄今為止在完整的項目中，從概念產(chǎn)生到設(shè)計制造，光學(xué)工程師和機(jī)電工程師也很少合作。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能和性能的并行設(shè)計方法很少有人去嘗試。　　真誠希望本書可以消除兩大技術(shù)領(lǐng)域之間的巨大障礙。因此，本書有以下三個主要目的：首先，介紹光機(jī)電技術(shù)的定義、技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用領(lǐng)域；其次，為讀者提供對光機(jī)電一體化系統(tǒng)的綜合看法，使他們了解光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)電一體化系統(tǒng)在設(shè)計和生產(chǎn)階段如何互相融合；最后，幫助讀者了解光學(xué)系統(tǒng)在總體系統(tǒng)性能中的作用，并了解其協(xié)同效應(yīng)?！　　豆鈾C(jī)電系統(tǒng)手冊——技術(shù)和應(yīng)用》一書涉及技術(shù)與應(yīng)用，分為五大部分，共23章，涵蓋光機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本元件和應(yīng)用。各章節(jié)由北美、亞洲和歐洲學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的國際一流專家小組編寫?！　〉谝徊糠质橇私夤鈾C(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用，包含前兩章，通過說明和分類實例，向讀者介紹光機(jī)電一體化系統(tǒng)的定義、基本功能和分類，并提供設(shè)計光機(jī)電一體化產(chǎn)品和系統(tǒng)需要考慮的因素?！　〉诙糠质枪鈱W(xué)元件，傳感器和測量，包含第3～7章，第3～5章重點介紹激光器、光學(xué)傳感器和分布式光纖傳感的基本原理、理論和應(yīng)用；第6章闡述基于生物學(xué)的可用于簡單信號檢測和信號轉(zhuǎn)換的光學(xué)傳感器，另外，簡要介紹光機(jī)電一體化應(yīng)用必不可少的光學(xué)計量，重點介紹基于三維結(jié)構(gòu)的位移傳感；第7章討論視覺傳感和成像的電子處理技術(shù)的原理及其對光機(jī)電一體化實際應(yīng)用的重要性。

內(nèi)容概要

本書以一種新的模式，提出綜合光學(xué)和機(jī)電一體化技術(shù)的技：術(shù)融合——光機(jī)電一體化技術(shù)，首次將利用該技術(shù)開發(fā)的設(shè)備、產(chǎn)品、機(jī)器、工藝、系統(tǒng)稱為光機(jī)電一體化系統(tǒng)。本書共分五大部分23章，涵蓋光機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本要素和應(yīng)用，通過介紹光機(jī)電技術(shù)的定義、技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用領(lǐng)域，使讀者綜合了解光機(jī)電一體化系統(tǒng)及其在總體系統(tǒng)性能中的作用和協(xié)同效應(yīng)，以達(dá)到消除光學(xué)和機(jī)電一體化兩大技術(shù)領(lǐng)域之間隔閡的目的。    本書可作為從事機(jī)電工程領(lǐng)域或其他工程領(lǐng)域中光機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用和開發(fā)人員的技術(shù)參考書，也可作為大專院校光學(xué)、機(jī)電工程類相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的學(xué)習(xí)參考書。

作者簡介

　　趙恒錫（Hyungsuck Cho），博士，1971年于韓國漢城國立大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位；1973年于美國伊利諾伊州埃文斯頓西北大學(xué)獲碩士學(xué)位；1977年于加州大學(xué)伯克利分校獲博士學(xué)位。1977～1978年，在加州大學(xué)伯克利分校機(jī)械工程學(xué)院做了一年博士后。從1978年開始，Cho博士被聘為漢城大學(xué)產(chǎn)品工程、自動化與設(shè)計系的教授，同時兼任韓國太田高等科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（KAIST）的研究員。1984～1985年，Cho博士作為德國IPA的訪問學(xué)者，進(jìn)行了基于機(jī)器人組裝的研究，并應(yīng)邀在日本立命館大學(xué)（1987年）、德國帕德博恩大學(xué)（1992年）、美國新澤西州理工學(xué)院（1998年）等幾所大學(xué)做短期訪問學(xué)者。1995～1996年，受聘為美國圣地亞哥加州大學(xué)研究生院先進(jìn)生產(chǎn)項目（AMP）的客座教授?！　ho博士的研究方向集中在以下領(lǐng)域：運用移動機(jī)器人、機(jī)器視覺和模式分類、人工智能／機(jī)器智能的應(yīng)用對環(huán)境的感知和識別。他出版了七部著作，發(fā)表了超過377篇科研論文（307篇發(fā)表在國際期刊或者國際會議上，70篇發(fā)表在朝鮮語刊物上）。并受邀在五個國際期刊上撰文，包括：Jaurnal of Robotic Systems、Robotica、Control Engineering Practice（IFAC）、JourHal of Advanced Robotics和Journal of Engineering Manufacture（PIME）。1998年，受邀擔(dān)任.Robotica關(guān)于“智能機(jī)器人大會”的客座編輯?！　〕藢W(xué)術(shù)活動，Cho博士一直在機(jī)器人、先進(jìn)生產(chǎn)、機(jī)器人測量等領(lǐng)域，擔(dān)任IFAC和IMEK（）委員會委員。他組織并參加國際專題討論會，并任職于七個國際會議的項目委員會，包括IEEE R&A、IEEE／RSJ IROS、IFAC、ASME和SPIE等。Cho博士發(fā)起了有關(guān)光機(jī)電系統(tǒng)的會議（ISAM），主持或參與主持了幾次專題會議，包括：兩次美國機(jī)械工程師學(xué)會（ASME）年度研討會動機(jī)會議（1991年，1993年）、IFAC智能生產(chǎn)研討會（1997年）、IEEE／RSJ IROS（1999年）、機(jī)械電子科技國際研討會（1999年）和SPIE光電一體化系統(tǒng)會議（2000年，2001年）。　　1984年，Cho博士獲得德國Alexander von Humboldt獎學(xué)金，并于1994年獲得ISAM會議的最佳論文獎。1998年，基于其在機(jī)器人與自動化方向的研究，英國機(jī)械工程師協(xié)會授予其撒切爾兄弟獎。2001年受聘為韓國控制自動化與系統(tǒng)工程學(xué)院的校長。

書籍目錄

譯者序前言致謝作者簡介第1章　光機(jī)電技術(shù)及其應(yīng)用第2章　光機(jī)電產(chǎn)品和制作流程——設(shè)計中考慮的問題第3章　半導(dǎo)體激光器原理及其應(yīng)用第4章　光學(xué)傳感器及其應(yīng)用第5章　分布式光纖傳感　第6章　基于生物學(xué)的光學(xué)傳感和變換器第7章　機(jī)器視覺基礎(chǔ)及其在機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用第8章　體全息成像第9章　模式識別第10章　實時特征提取第11章　實時圖像識別第12章　光學(xué)模式識別第13章　光機(jī)電系統(tǒng)的實時控制　第14章　特征提取與視覺伺服規(guī)劃　第15章　視覺伺服：理論及其應(yīng)用第16章　基于光學(xué)方法的過程監(jiān)控第17章　半導(dǎo)體制造過程的監(jiān)視、與控制的光學(xué)方法第18章　基于光學(xué)的制造工藝——監(jiān)控第19章　電子部件裝配過程的檢查和控制第20章　服務(wù)型機(jī)器人的光學(xué)技能獲取和視覺導(dǎo)航第21章　硬盤存儲系統(tǒng)的光學(xué)拾取裝置　第22章　光學(xué)MEMS——光源陣列第23章　基于光學(xué)系統(tǒng)的微型裝配　索引　

章節(jié)摘錄

　　機(jī)電系統(tǒng)發(fā)展緩慢，可能有以下幾個原因：首先，在很多情況下，機(jī)電元件作為特定的系統(tǒng)設(shè)計，不能夠單獨地完成特定的功能，也不能達(dá)到理想的性能；其次，就算機(jī)電元件可以單獨完成特定的功能或達(dá)到理想的性能，由于它們的低感知和執(zhí)行能力以及不協(xié)調(diào)的軟、硬件的組合，使得最終的效果不能令人滿意。事實上，由于系統(tǒng)固有的特性，很多情況下對系統(tǒng)的測量是很困難的，甚至是不可能的。其他的情況下，由常規(guī)的傳感器得到的測量數(shù)據(jù)，對于進(jìn)一步的處理來說是不夠準(zhǔn)確、不夠可靠的。這些數(shù)據(jù)可能會有噪聲，需要對其進(jìn)行一些濾波和信號波形加工。上述制約因素限制了機(jī)電系統(tǒng)的功能和性能的進(jìn)一步提升，這需要機(jī)電技術(shù)和其他技術(shù)的融合。　　近年來，光學(xué)技術(shù)和機(jī)電系統(tǒng)的融合速度越來越快，有一大批光機(jī)電產(chǎn)品（帶有光學(xué)元件的機(jī)電系統(tǒng)）已經(jīng)投放到市場。如圖1.1 所示，隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)元件和機(jī)電元件組成了一個系統(tǒng)，很好地解決了技術(shù)上的難題，從而大大提升了系統(tǒng)的價值和性能。　　2000年和2001年由國際光學(xué)工程學(xué)會（SPIE）出版的光機(jī)電系統(tǒng)會議論文集表明了光學(xué)集成技術(shù)使得系統(tǒng)特性得以提升，同時也創(chuàng)造了許多新的功能，而這些功能是傳統(tǒng)技術(shù)無法獨立實現(xiàn)的。光學(xué)技術(shù)使得產(chǎn)品和系統(tǒng)有著完全不同的功能和更有效的模式，展示出更好的功能，而且可以實現(xiàn)實時監(jiān)控和控制系統(tǒng)的狀態(tài)，從而達(dá)到更高的精度和可靠性。光學(xué)集成技術(shù)使得系統(tǒng)的空間尺寸減小和緊湊，并且把傳感器、制動器和處理元件集成到一個很小的單元里。　　1.2 光機(jī)電技術(shù)的歷史背景　　光機(jī)電集成技術(shù)的發(fā)展得益于機(jī)電技術(shù)和光電子技術(shù)的發(fā)展，光機(jī)電技術(shù)發(fā)展的歷史如圖1.2 所示?！　　?/pre>








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