基于SolidWorks的手持式激光測徑儀的改進設計

閻薈宇 王琳

摘 要：由于現(xiàn)代工業(yè)對零件、設備精度的要求越來越高，設計并制造更加便捷、精確的多功能測量儀器就變得尤為重要。該儀器不僅具有傳統(tǒng)手持式激光測徑儀的測量精確、方便攜帶易操作等優(yōu)點，同時改進了測量不穩(wěn)定的缺點。并在此基礎之上，通過多發(fā)射源發(fā)射和接收，可同步計算擬合出零件的直徑，從而能夠了解零件的變形程度。改進后的測徑儀能夠更加精確地掌握零件的微小成型缺陷，以此來調(diào)整機床工作狀態(tài)。

關鍵詞：SolidWorks;手持式激光測徑儀;設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.018

1 前言

激光測徑（測距）技術是目前應用較為廣泛的一種激光技術，它與其他常用測量方法相比，具有操作方便、精度高和攜帶方便、體積小等優(yōu)點。隨著激光、數(shù)字信號處理、集成電路、精密機械等技術的快速發(fā)展，激光測量儀器向著高精度、數(shù)字化、小型化、低功耗的方向不斷改進。手持式激光測徑儀主要用于測量軸類零件（尤其是直徑不是很小的軸類零件）或球類零件的直徑。該儀器可以從徑向方向?qū)S類零件進行測量，并對數(shù)據(jù)進行分析、擬合、鎖定，以便觀察。

2 工作原理及方法

2.1 工作原理

（1）測量軸類零件的直徑：將手持式激光測經(jīng)測徑儀置于零件的徑向方向上，安裝在導軌直線導軌上使其做勻速直線運動。測量的通過遮擋物的時間，因為儀器的運動速度已知。根據(jù)式：

X=vt

式中：X——位移（被遮擋距離即零件的直徑）;v——速度（手持式激光測徑儀的移動速度）;t——時間。

得出軸類零件的直徑。

（2）擬合出零件的理想直徑：根據(jù)發(fā)射頭發(fā)射的光束到零件的表面再從表面返回接收的時間可以計算出零件表面到測徑儀的距離。該原理類似于激光測距儀，光波測距中的一種測距方式，如果光以速度c在空氣中傳播在A（零件表面）、B（測徑儀接收處）兩點間往返一次所需時間為t，則A、B兩點間距離D可用下列表示：

D=ct/2°

式中：D——測站點A、B兩點間距離;c——光在大氣中傳播的速度;t——光往返A、B一次所需的時間。

2.2 工作方法

（1）相位測量方式。測量方式采用相位式激光測量法。相位式激光測量通常適用于中短距離的測量，測量精度可達毫米、微米級，也是目前測距精度最高的一種方式。相位式測量則是將一調(diào)制信號對發(fā)射光波的光強進行調(diào)制，通過測量相位差來間接測量時間，較直接測量往返時間的處理難度降低了許多。測量距離可表示為：

2L=?·c·T/2π

式中：L——為測量距離;C——為光在空氣中傳播的速度;T——為調(diào)制信號的周期時間;?——為發(fā)射與接收波形的相位差。

3 選擇及設計

（1）激光器的選擇。在現(xiàn)有諸多激光器中，本文選用的是半導體激光器，它有體積小、重量輕、可通過調(diào)制源直接調(diào)制、測量范圍寬、轉(zhuǎn)換功率高、壽命長等優(yōu)點。（2）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。通過查閱相關原理的手持式激光測距儀的相關資料及文獻，數(shù)據(jù)處理主要由前置放大電路、自動增益控制放大電路、混頻電路、采樣電路、門控技術電路組成。將接收的信號轉(zhuǎn)化為電信號進行計算和顯示。（3）系統(tǒng)供電。本文設計的手持式激光測徑儀作為一種便攜式測量儀，必須滿足普通的電池就能夠為系統(tǒng)提供充足的電源。（4）擬合計算系統(tǒng)。目前存在離散點擬合成圓的系統(tǒng)（例如MATLAB）。根據(jù)所測點的參數(shù)建立坐標系。擬合出離散點所得的弧長所在圓的理想直徑與實際直徑進行對比。（5）機構(gòu)設計。為保證手持式激光測徑儀的勻速直線運動，將儀器置于直線運動導軌上。導軌采用機械運動方式，將手持式激光測徑儀卡在導軌上，由動力裝置小型電動機帶動帶輪移動，從而帶動測徑儀勻速直線移動。該裝置可以卡在車床床身上，可以固定在工作臺面上，能夠很好的適應環(huán)境，方便攜帶可折疊后放入盒中。

4 創(chuàng)新點

（1）多束激光更加精準、測量效率高。（2）在儀器上加裝軟件編程計算，可以測出零件在加工中的微小變形。（3）設計的折疊式探針，可保護激光發(fā)射器。（4）解決現(xiàn)有手持式測量儀操作不穩(wěn)定的問題。

5 總結(jié)

本文主要研究創(chuàng)新了手持式激光測徑儀。相對于已有的手持式激光測距儀進進行創(chuàng)新探索。設計功能性強的測量儀器，為更加先進、便攜的測量儀器。在使用時可以使其勻速直線運動，在測量零件直徑的同時擬合出圓弧對應的理想圓的直徑與實際直徑進行對比，如果理想直徑大于實際直徑，說明在加工過程中刀具與零件之間有相對向遠離零件方向的運動。本創(chuàng)新設計為相領域提供新的思路和方向。

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