机电应用中的检测技术分析

      摘要:高等职业教育工学结合的中机电一体化专业的前端检测技术学习与分析，实现了学生的高素质技能型人才培养和教师的实践学习。

　　关键词:机电一体化;传感检测;传感器;机器视觉

　　高等职业教育作为高等教育发展中的一个类型，肩负着培养面向生产、建设、服务和管理第一线需要的高技能人才的使命，《国务院关于大力发展职业教育的决定》的2006年16号精神，要求以科学发展观为指导，促进高等职业教育健康发展，改革教学方法和手段，融“教、学、做”为一体，强化学生能力的培养，教学过程实践性、开放性和职业性，突出实验、实训、实习三个关键环节，加强学生的生产实习和社会实践及校内生产性实训基地建设的校企组合新模式等，提高学生的实际动手能力。

　　我院的机电一体化专业通过和周边区域、企业工学结合、顶岗实习，走产学结合发展道路，使学生、教师的实际能力获得了极大巩固和提高，为社会主义现代化建设培养千百万高素质技能型专门人才。

　　一、机电一体化

　　机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，它的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。

　　机电一体化具体包括以下内容：机械技术、计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术。

　　机电一体化主要课程机械方面有机械制图，机械设计，金属工艺学，数控编程技术，autoCAD；电工方面有可编程控制器PLC，单片机，自动控制原理，电工电子。实习课程：电力拖动，PLC，单片机，钳工，普通车、铣、刨床，数控车、铣，加工中心。

　　主要就业岗位：机电一体化设备的安装、调试、维修、销售及管理；普通机床的数控化改装等。次要就业岗位：机电一体化产品的设计、生产、改造、技术服务等。

　　二、传感检测技术

　　传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。

　　检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。

　　国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

　　可以用不同的观点对传感器进行分类：
　　按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器。
　　按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。

　　电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。

　　电阻应变式传感器。传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。

　　压阻式传感器。压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。

　热电阻传感器。热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。

　　按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量的开关型传感器；输出为模拟量的模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。

　　按传感器材料分类：可分为金属、聚合物、陶瓷、混合物传感器。
　　按传感器制造工艺分类：可分为集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器、陶瓷传感器。

　　集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。

　　薄膜传感器是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。

　　厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。

　　陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。

　　完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。
　　每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。

　　三、机器视觉技术

　　采用机器代替人眼来做测量和判断的“机器视觉”，第一步靠的就是传感器技术。
　　机器视觉系统是通过图像摄取装置把图像抓取到，然后将该图像传送到处理单元，再通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别。进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

　　机器视觉技术日臻成熟，在现代加工制造业中，广泛应用于食品和饮料、化妆品、制药、建材和化工、金属加工、电子制造、包装、汽车制造等行业。在现代自动化生产过程中，广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。机器视觉系统能提高生产的柔性和自动化程度，提高了生产效率和生产的自动化程度，机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。

　　四、机器视觉工业检测系统类型

　　机器视觉工业检测系统从检测性质和应用范围而言，分为定量和定性检测两大类，每类又分为不同的子类。机器视觉在工业在线检测的各个应用领域十分活跃，如：印刷电路板的视觉检查、钢板表面的自动探伤、大型工件平行度和垂直度测量、容器容积或杂质检测、机械零件的自动识别分类和几何尺寸测量等。此外，在许多其它方法难以检测的场合，利用机器视觉系统可以有效地实现。机器视觉的应用正越来越多地代替人去完成许多工作，这无疑在很大程度上提高了生产自动化水平和检测系统的智能水平。

　　用微波作为信号源，根据微波发生器发出不同波涛率的方波，测量金属表面的裂纹，微波的波的频率越高，可测的裂纹越狭小。

　　自动光学检测 (AOI) 指的是通过在受控照明条件下使检测目标（如 PCB 的一部分）成像进行的目标检测。

　　在AOI 系统中，捕获和重建3-D 形状的能力是非常必要的。3-D AOI从检测图像中可以萃取出不同类型的信息。其表面颜色一直被成功用于检查零部件情况，对于焊点检测，精确确定焊点质量，形状信息比颜色信息更有用。

　　高等职业教育坚持育人为本，德育为先，立德树人的根本任务，培养学生的社会适应性，教育学生树立终身学习理念，提高学习能力，学会交流沟通和团队协作，提高学生的实践能力、创造能力、就业能力和创业能力，培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人。

　　重视学生的职业道德教育和法制教育，重视培养学生的诚信品质、敬业精神和责任意识、遵纪守法意识，培养出一批高素质的技能性人才。

　　【参考文献】

　　1. 《专业化教育课程的理论样态与基本结构》柳海民、史宁中
　　2. 《关于过程性评价的思考》人高凌飚
　　3. 《教师技术标准研究》 张春霞、李龙
　　4. 《能力本位教育的四大理论支柱》陈庆合
　　5. 《教学的革命》 宇航出版社 [美]梅里尔.哈明