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目录1.机电一体化概述2.检测与传感器3.步进及伺服电机4.机械传动5.控制系统6.接口技术7.伺服系统8.电液伺服系统机电一体化概述机电一体化概述z机电一体化概念z机电一体化系统的组成z机电一体化相关技术z构成机电一体化系统的要素z印制线路板焊接质量图像检测装置z集成电路芯线焊接机z基于定位模块的PLC位置控制z硅钢片横剪线控制系统z主－从驱动方式的速度／转矩与机械耦合同步控制系统机机电电一一体体化化技技术术机电一体化一词（Mechatronics）它取英语Mechanics（机械学）的前半部和Electronics的后半部拼合而成，字面上表示机械学和电子学两个学科的综合。但是机电一体化并不是机械技术和电子技术的简单叠加。对机电一体化产品的一种认识是“在机械产品的基础上应用微电子技术和计算机技术产生出来的新一代的机电产品”。这种认识的核心是“机电一体化产品必须是由计算机控制的伺服系统”。机电一体化技术机电一体化概述机电一体化概述概述机电一体化技术机电一体化概述机电一体化概述概述机电一体化系统的组成执行部分驱动部分动力部分传感部分控制部分控制指令被控的机械运动外界信息机电一体化概述机电一体化概述概述机械技术机械技术是机械一体化的基础。机电一体化的机械产品与传统的机械产品的区别在于：机械结构更简单、机械功能更强、性能更优越。传感检测技术传感检测装置是机电一体化系统的感觉器官，它是实现自动控制、自动调节的关键环节，其功能越强，系统的自动化程度越高。传感检测技术的内容：一是研究如何将各种被检测量（包括物理量化学量和生物量等）转换为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号的加工处理，如放大、补偿、标定及变换等。信息处理技术信息处理技术包括信息的交换存取运算判断和决策。实现信息处理的主要工具是计算机，因此信息处理技术与计算机技术是密切相关的。机电一体化系统中主要采用工业控制机（包括可编程控制器，单多回路调节器，单片微控制器，总线式工业控制机，分布式计算机控制系统）进行信息处理。机电一体化相关技术自动控制技术自动控制技术的目的在于实现机电一体化系统的目标最佳化。自动控制所依据的理论是自动控制原理（包括经典控制理论现代控制理论和智能控制理论），机电一体化系统中的自动控制技术主要包括位置控制、速度控制、最优控制、自适应控制和智能控制等。伺服传动技术伺服传动技术就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，使机械的运动部件按照指令要求运动，并具有良好的动态性能。伺服传动包括电动气动液压等各种类型的传动装置。伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置或部件，对机电一体化系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的作用。常见的伺服驱动系统主要有电气伺服和液压伺服。交流伺服驱动技术取得了突破性进展，为机电一体化系统提供了高质量的伺服驱动单元，极大地促进了机电一体化技术的发展。机电一体化概述机电一体化概述概述接口接口的作用是将各要素或子系统连接成为一个有机整体，使各个功能环节有目的协调一致运动，从而形成机电一体化的系统工程。机电一体化系统由许多要素或子系统组成，各要素或各子系统相接处必须具备一定的连接部件，这个部件称为接口，其基本功能主要有三个：一是交换，二是放大，三是传递。系统总体技术从全局的角度和系统的目标出发，将系统分解为若干个子系统，从实现整个系统技术调节的观点来考虑每个子系统的方案，机电一体化系统是一个技术综合体，它利用系统总体技术将各有关技术协调配合、综合应用而达到整体系统的最佳化。机电一体化概述机电一体化概述概述机电一体化概述机电一体化概述概述构成机电一体化系统的要素机电一体化概述机电一体化概述概述机电一体化系统典型例子——机器人印制线路板焊接质量图像检测装置纵向导轨检测平台线路板传输带机架纵向伺服电机横梁及横向导轨摄像机安装平台横向伺服电机伺服电机驱动装置电源及保护器件A向A向机电一体化概述机电一体化概述实例介绍①机电一体化概述机电一体化概述实例介绍印制线路板焊接质量图像检测装置②机电一体化概述机电一体化概述实例介绍③印制线路板焊接质量图像检测装置运动控制卡（PCI/ISA）连接板伺服电机驱动器机电一体化概述机电一体化概述实例介绍④印制线路板焊接质量图像检测装置运动控制卡（PCI/ISA）机电一体化概述机电一体化概述实例介绍⑤印制线路板焊接质量图像检测装置集成电路芯线焊接机①机电一体化概述机电一体化概述实例介绍IC芯线焊接工作台控制框图②微机伺服驱动伺服驱动SMSMPCPC正转脉冲指令正转脉冲指令反转脉冲指令反转脉冲指令X轴Y轴机电一体化概述机电一体化概述实例介绍项目技术条件项目技术条件运动部分质量15kgAC伺服电动机（低惯量电动机）额定功率100W运动部分速度125mm/s额定转速1500r/min滚珠丝杠螺距5mm额定转矩0.32Nm滚珠丝杠直径φ14mm光电编码器2500P/r（增量式）滚珠丝杠长度150mm减速机构联轴器（惯量0.1kgcm2）AC伺服控制器输入指令方式：正转/反转脉冲列最大60kP/s定位精度小于±1个脉冲摩擦系数0.05定位性能0.05s/2.5mm，停止时间0.15s停止精度小于0.005mmIC芯线焊接工作台技术指标③机电一体化概述机电一体化概述实例介绍1）必须在50ms内实现2.5mm的定位。不仅要响应快，而且要求加、减速平滑，尽量减少机械振动和噪声，定位精度小于±1个脉冲。2）当最大指令脉冲达到60kP/s时，应具有足够的快速响应，因此应采用分辨率较高的光电编码器，以保证精度达到2.5μs/P和提高生产率。机电一体化概述机电一体化概述实例介绍IC芯线焊接工作台技术指标④基于定位模块的PLC位置控制机电一体化概述机电一体化概述实例介绍①机电一体化概述机电一体化概述实例介绍光电编码器L、N三相交流伺服电机滚珠丝杠FX2N-32MTFX2N-1PGMR-J2S-10AU、V、W+24VRS422触摸屏SQ0.0SQ1.0EMGSTOPSQ1.0SQ2.0SQ0.0XYCN1ACN2CN1BSTOPDOG滑台②基于定位模块的PLC位置控制SGEMGSONRESLSPLSNRDYALMSGINPCOMOPPPSGNPSGCRSTOPDOGS/SPO0+PO0－VINFPCOM0RPCOM1CLRCN1ACN1ACN1BCN2PCUVWX2X3COMX5L1L3L11L21LNPDCTOPLCX0X1X2X3X4X5Y0Y1Y2Y3Y4Y5COM1SQ0.0正限位SQ1.0负限位EMGSTOPRDYALMINPCOMSQ2.0参考点数据总线FX2N－1PGFX2N－32MTMR－J2S－10ASM3~机电一体化概述机电一体化概述实例介绍基于定位模块的PLC位置控制③硅钢片横剪线控制系统①提高精度可以减少片缝气隙，降低剪切毛刺；提高送料速度直接影响到效率。对硅钢片横剪线的要求，不但要满足在高速下（240m/min）的片料定位要求，以保证±0.1mm的尺寸精度，而且还要满足去毛刺（＜0.02mm）的要求。辊子转动由交流伺服电动机驱动。控制辊子的转动角度就能控制传送料的长度，传送长度的检测由装在电动机非负载侧的光电编码器来实现，料的传送长度由光电编码器转化为脉冲，再反馈给伺服控制器计数后进行控制。由于伺服电动机速度较高而传送辊速度较低，需在两者之间装有减速器。有时，为了提高快速起、制动能力，上下辊都由伺服电动机进行驱动，但要保持两者同步运行。机电一体化概述机电一体化概述实例介绍功率模块电源模块插入式控制单元1FT5系列交流伺服电动机驱动电源机电一体化概述机电一体化概述实例介绍性能指标②三相交流电源机电一体化概述机电一体化概述实例介绍主－从驱动方式的速度／转矩与机械耦合同步控制系统①机电一体化概述机电一体化概述实例介绍主－从驱动方式的速度／转矩与机械耦合同步控制系统②龙门机床的横梁通常由两根丝杠驱动。当刀架或主轴箱不在横梁中心点时，则丝杠受力是不对称的，因而会发生横梁的倾斜。这时要根据刀架或主轴箱所在的位置对两边驱动电动机系统进行适当补偿，使之平衡。在速度/转矩耦合控制方式中，主动伺服电动机实现位置控制，从动伺服电动机则以主动伺服位置控制器大的输出为速度控制指令，实现速度控制。在两个伺服电动机输出中，获得了同一个位置控制器控制定位和同样的速度控制作用，而保持同步。如果因某种因素，两电动机输出不同步，机械耦合机构会产生动态变形应力和应力扭矩，应力扭矩测量信号经过滤波后送到PI调节器，其输出根据应力扭矩的正或负，分别加到主、从伺服电动机的速度指令上，改变电动机的运动速度，从而保持同步运行。机电一体化概述机电一体化概述实例介绍如果采用两台伺服电动机分别对两侧的电动机进行伺服控制，使他们始终保持同步，则可以获得较为理想的效果。加给两台电动机的指令完全相同，考虑到两个回路位置环参数的离散性，另外再加设一个位置控制器，将两台电动机的光电编码器的输出进行比较后再对其中一个位置环进行控制，形成校正环，这样就可以保证两台电动机同步。由于行车的跨度大，若是用一台电动机驱动单侧轮子，另一侧的轮子作为从动运动，则可能出现很大的不平衡力，产生歪斜，使行车行走不稳定。行车同步控制主轴电动机床身矩形镶钢导轨尾架直线滚动导轨主轴回转刀架X轴进给伺服电机X轴滚珠丝杠主轴卡盘回转油缸传动带液压系统主轴编码器数控车床及内部机构电主轴工作台X轴移动Y、Z两轴移动单元集成在箱型立柱内的刀库人造大理石整体铸造的床身五轴加工中心机机电电一一体体化化技技术术检测与传感器检测与传感器z概述z线位移传感器z角位移传感器z速度传感器z加速度传感器z测力传感器z压力传感器z光电传感器z光纤传感器z磁感应式接近开关z温度传感器z传感器的准确选择和使用z传感器的信号采集与处理机电一体化技术检测与传感器概述检测是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性与定量结果的过程。大脑感觉器官肌肉关节视觉嗅觉听觉味觉触觉神经神经四肢控制器驱动器执行机构传感器接口/通信接口/通信z机电一体化与人传感器相当于人的感觉器官，控制器相当于人的大脑，执行机构和驱动器相当于肌肉和关节，接口及通信系统相当于人的神经系统。要使机电一体化有效地发挥作用，必须首先借助传感器获取外部环境和系统内部各种各样的信息。机电一体化技术检测与传感器概述z传感器传感器是一种以测量为目的、以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于处理的另一种物理量的测量器件。传感器的输出信号多为易处理的电量，如电压、电流、频率等。传感器由敏感元件、传感元件及测量转换电路组成。敏感元件传感元件测量转换电路非电量非电量电参量电量（被测量）机电一体化技术检测与传感器概述电桥放大显示弹性敏感元件电阻应变片信号处理电路被测压力FRU在弹性敏感元件上粘贴有一种称电阻应变片的传感元件，该传感元件能将变形量转换为电阻值（电参量）的变化。应变片电阻值的变化由电桥电路转换成电压输出，电桥电路即为测量转换电路。因为在转换过程中，压力、变形量、电阻值及电压均成线性关系，因此，昀终压力与电压成线性对应关系。压力转换成电压后，经过放大等一系列处理，由手持式显示器显示出压力变化值。z传感器分类（1）按被测量分类位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器。（2）按测量原理分类电阻、电容、电感、光栅、热电偶、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。很多情况下，传感器的命名是将被测量和被测原理相结合的，如电容式加速度传感器，表示该传感器的测量对象是加速度，测量原理是电容的变化值。机电一体化技术检测与传感器概述机电一体化技术检测与传感器线位移传感器1-螺旋管式差动线圈2-铁心3-衔铁4-测杆5-工件测微是指测量几个微米（μm）至几个毫米（mm）位移量的变化。衔铁在线圈中伸入长度的变化将引起螺旋管线圈电感量的变化。当衔铁偏离中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形成差动形式。对于长螺旋管，衔铁工作在螺旋管中部一定区域时，线圈电感量与衔铁移动的微小距离成线性关系。差动式电感