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【摘要】针对就业市场对光电专业学生实践动手能力的需求,为有效提高光电专业学生的实践动手能力和综合素质,通过构建光机电一体化平台,既可接近实际工业生产测控现场,又可使学生强化光机电一体化测量与控制系统的原理知识,提高分析、光、机、电、计单元设计、系统安装与调试能力.

【关键词】就业市场；光电；光机电一体化平台

随着光电行业的快速发展,其已经在社会生产的各个领域中占有举足轻重的地位,大力发展光电产业是国家高新技术发展规划中的重要组成部分.光电专业旨在培养符合光电行业发展和企业需求的光电显示技术方面的高级专业人才,但随着社会的发展和科技的进步,要求高等院校培养的学生必须是基础扎实、专业能力强、综合素质高、具有创新精神和国际视野的复合型人才.而传统的高等教育模式,偏重专业理论学习,弱化了实践环节的训练,导致培养的学生动手能力不强,发展后劲不足,难以满足社会和企业的需求.因此,培养具有实践能力和富有创新精神的高级专业人才,是企业期望,社会认同,学校努力的共同目标.如何在各门基础和专业课程、实验课程、课程设计中培养学生的综合能力、创新设计能力和工程实践能力,是一个复杂的系统工程,也是众多高校所面临的共同课题之一.因此对光电专业的实践进行研究,探索新型实践教学内容、方法及组织管理模式,可以进一步提高光电专业学生的培养质量,培养出具有实践能力和富有创新精神的高级人才.

“光机电一体化测控系统综合实训平台”是依据上述要求而提出的.其要求测控实训接近实际工业生产测控现场,又要针对教学及实训目的进行理论及技术高度提升,强化光机电一体化测量与控制系统的工作原理分析,提高光、机、电、计单元设计、系统安装与调试能力.

一、实践动手能力的需求

实践教学环节是光电专业教学中的一项重要内容,在培养和提高学生的综合动手能力方面起到至关重要的作用.江苏省常州工学院光光电工程学院设立于2006年,现有学院目前下设测控技术系、光电工程系、新能源工程系三个系,24个教学班,目前学院已有900余名本科毕业生活跃在各企事业单位从事光伏、测量与控制领域内相关技术、科技开发、应用研究、运行管理等方面的工作.根据学生就业信息反馈和相关的市场调研,当前就业市场对学生的综合素质要求越来越高,不仅要求学生理论功底扎实,而且越来越看重实践动手能力.光电专业学生一般具有较强的光伏、测控方面的理论知识,但缺乏电子技术类相关能力,而学生实践能力的培养需要各方面的训练条件和机会,因此对于实践环节硬件建设提出了新的课题.这是当前光电专业培养过程中必须要解决的课题,也是国内其他学校同类专业所面临的共同课题.

常州工学院在现有的实验室硬件环境基础上,整合资源,借助科研平台,积极发挥教师主动性,研制出光机电一体化平台,让学生能够更好的理论联系实践,学以致用.该平台将研究与理论教学内容紧密结合、充分发挥现有实践教学硬件条件的实践教学内容体系和培养模式,是解决理论和实践统一的有效途径.

二、光机电一体化测控系统综合实训平台

光电相关专业的课程既要求学生掌握传感器、工程光学、控制工程、计算机控制技术、误差理论与数据处理、信号分析与处理的基础理论知识,又要求学生能够利用测控仪器技术、光电测试技术、自动检测技术解决一些实际问题.目前大多数高校光电专业学生都只停留在基础理论知识的学习上,缺少亲自利用光电测控处理方法解决实际问题的训练环节,更缺乏学生进行创新实验的条件和环境,严重影响了教学的质量和效果,不利于培养学生的实际动手能力和创新思维能力.鉴于上述原因,在研究和技术积累的基础上,研制一种低成本、高精度、可扩展、基础性与创新性并举的光机电一体化测控教学创新实验平台,对提高教学质量和培养创新型人才是十分必要的.

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该实训平台由激光测距装置、二维可控传送机构、单片微机控制器、数据采集卡、数控信号驱动器、上位监控计算机、系统测控软件及下微机测控数显器等组成.通过本系统实训,让学生可以掌握测控系统的全过程的综合知识和技术,包括信号测量技术、信号处理技术、运动驱动技术、系统仿真技术、上下位机通信技术、电子线路设计技术、计算机监控界面设计技术、系统设备安装与调试技术.

1.平台原理.光机电一体化测控技术综合实训平台基于激光三角的原理实现,其通过激光三角测量能够实现微小位移的精密测量.该平台采用非接触式测量,可以方便无损地测量被测物的厚度.该技术开发的检测仪器也可广泛应用于太阳能电池片测厚、印刷电阻测量、汽车四轮定位、造船、机械、石油、化工等行业的精密测量.

光机电一体化平台在光电专业实验中的应用参考属性评定
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2.平台组成和各部分功能.光机电一体化测控技术综合实训平台主要由C型支架、激光测量装置、二维可控传送机构、测控箱、下位机测控数显器、计算机及系统测控软件等组成.C型支架主要支撑传感器测量装置往复扫描运动,由丝杠带动.激光测量装置安装于C型机构上下两端.二维可控传送机构主要模拟实际锂电池生产线薄膜的平面运动,控制被测物移动,由丝杠带动,光栅位移实现测量.测控箱内包含下位机控制器、电源、传动电机驱动、传感器信号驱动和上下位机数据采集卡通讯接口.下位机测控数显器能在脱离上位机时,实现系统测控与液晶显示.计算机包括数据采集卡和人机界面软件实现数据测量、分析和显示.

3.平台主要技术指标.测量范围：26-34mm；测量精度：1%；显示分辨率：1um；传感器测量扫描行程：0-450mm；被测物体传送行程：0-350mm；传送装置光栅位移数字测量：0～300mm；具有上下位机独立的测控与显示：被测物平均厚度、被测物瞬间厚度、实时测量曲线显示、报警等功能；带有系统仿真、数据处理模块；提供测量及监控系统软件源代码；供电要求：额定电压交流220V；额定功率小于2kW.

此外,平台间通过网络互联,可自动生成实验报告、保存实验数据、管理和考评成绩.

4.平台实训项目.本平台提供7个难易程度不同的实训项目.实验一为基于VisualBasic/Matlab的串口通信.主要实现上下传感器采集数字信号和计算机之间的串口通信,并通过相关工具软件实现数据的采集和实时显示.实验二为基于MatlabGUI实现上位机监控界面的编程设计.该实验需要学生掌握Matlab的基本功能和人机界面的实现.需要学生合理布局并设计完整、合理、直观、漂亮的人机界面图.实验三为静态厚度高精度测量和控制.主要让学生掌握差动式激光传感器静态测厚原理、了解静态测量误差的来源和抑制方法并采用Matlab人机界面实现静态被测物的厚度测量.实验四为二维动态厚度高精度测量和控制.主要让学生掌握差动式激光传感器动态测厚原理、了解动态测量误差的来源和抑制方法并采用Matlab人机界面实现C型机构不同扫描速度下动态被测物的厚度测量.实验五为多种测量数据软件的处理设计.主要让学掌握Matlab常规滤波方法：比如算术平均法、中位值滤波法、滑动平均法和