基于SolidWorks的手持式激光測(cè)徑儀的改進(jìn)設(shè)計(jì)

閻薈宇 王琳

摘 要：由于現(xiàn)代工業(yè)對(duì)零件、設(shè)備精度的要求越來越高，設(shè)計(jì)并制造更加便捷、精確的多功能測(cè)量?jī)x器就變得尤為重要。該儀器不僅具有傳統(tǒng)手持式激光測(cè)徑儀的測(cè)量精確、方便攜帶易操作等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)改進(jìn)了測(cè)量不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。并在此基礎(chǔ)之上，通過多發(fā)射源發(fā)射和接收，可同步計(jì)算擬合出零件的直徑，從而能夠了解零件的變形程度。改進(jìn)后的測(cè)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(jī)床工作狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：SolidWorks;手持式激光測(cè)徑儀;設(shè)計(jì)

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

1 前言

激光測(cè)徑（測(cè)距）技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的一種激光技術(shù)，它與其他常用測(cè)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(diǎn)。隨著激光、數(shù)字信號(hào)處理、集成電路、精密機(jī)械等技術(shù)的快速發(fā)展，激光測(cè)量?jī)x器向著高精度、數(shù)字化、小型化、低功耗的方向不斷改進(jìn)。手持式激光測(cè)徑儀主要用于測(cè)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(jìn)行測(cè)量，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(cè)量軸類零件的直徑：將手持式激光測(cè)經(jīng)測(cè)徑儀置于零件的徑向方向上，安裝在導(dǎo)軌直線導(dǎo)軌上使其做勻速直線運(yùn)動(dòng)。測(cè)量的通過遮擋物的時(shí)間，因?yàn)閮x器的運(yùn)動(dòng)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(cè)徑儀的移動(dòng)速度）;t——時(shí)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?gòu)谋砻娣祷亟邮盏臅r(shí)間可以計(jì)算出零件表面到測(cè)徑儀的距離。該原理類似于激光測(cè)距儀，光波測(cè)距中的一種測(cè)距方式，如果光以速度c在空氣中傳播在A（零件表面）、B（測(cè)徑儀接收處）兩點(diǎn)間往返一次所需時(shí)間為t，則A、B兩點(diǎn)間距離D可用下列表示：

D=ct/2°

式中：D——測(cè)站點(diǎn)A、B兩點(diǎn)間距離;c——光在大氣中傳播的速度;t——光往返A(chǔ)、B一次所需的時(shí)間。

2.2 工作方法

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

2L=?·c·T/2π

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

3 選擇及設(shè)計(jì)

（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(dǎo)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(cè)量范圍寬、轉(zhuǎn)換功率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。（2）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。通過查閱相關(guān)原理的手持式激光測(cè)距儀的相關(guān)資料及文獻(xiàn)，數(shù)據(jù)處理主要由前置放大電路、自動(dòng)增益控制放大電路、混頻電路、采樣電路、門控技術(shù)電路組成。將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和顯示。（3）系統(tǒng)供電。本文設(shè)計(jì)的手持式激光測(cè)徑儀作為一種便攜式測(cè)量?jī)x，必須滿足普通的電池就能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供充足的電源。（4）擬合計(jì)算系統(tǒng)。目前存在離散點(diǎn)擬合成圓的系統(tǒng)（例如MATLAB）。根據(jù)所測(cè)點(diǎn)的參數(shù)建立坐標(biāo)系。擬合出離散點(diǎn)所得的弧長(zhǎng)所在圓的理想直徑與實(shí)際直徑進(jìn)行對(duì)比。（5）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。為保證手持式激光測(cè)徑儀的勻速直線運(yùn)動(dòng)，將儀器置于直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上。導(dǎo)軌采用機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式，將手持式激光測(cè)徑儀卡在導(dǎo)軌上，由動(dòng)力裝置小型電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)帶輪移動(dòng)，從而帶動(dòng)測(cè)徑儀勻速直線移動(dòng)。該裝置可以卡在車床床身上，可以固定在工作臺(tái)面上，能夠很好的適應(yīng)環(huán)境，方便攜帶可折疊后放入盒中。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）多束激光更加精準(zhǔn)、測(cè)量效率高。（2）在儀器上加裝軟件編程計(jì)算，可以測(cè)出零件在加工中的微小變形。（3）設(shè)計(jì)的折疊式探針，可保護(hù)激光發(fā)射器。（4）解決現(xiàn)有手持式測(cè)量?jī)x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(cè)徑儀。相對(duì)于已有的手持式激光測(cè)距儀進(jìn)進(jìn)行創(chuàng)新探索。設(shè)計(jì)功能性強(qiáng)的測(cè)量?jī)x器，為更加先進(jìn)、便攜的測(cè)量?jī)x器。在使用時(shí)可以使其勻速直線運(yùn)動(dòng)，在測(cè)量零件直徑的同時(shí)擬合出圓弧對(duì)應(yīng)的理想圓的直徑與實(shí)際直徑進(jìn)行對(duì)比，如果理想直徑大于實(shí)際直徑，說明在加工過程中刀具與零件之間有相對(duì)向遠(yuǎn)離零件方向的運(yùn)動(dòng)。本創(chuàng)新設(shè)計(jì)為相領(lǐng)域提供新的思路和方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]付波，陳卓，王子鵬.雙光路激光掃描測(cè)徑儀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018（04）.

[2]周志，劉斯，吳定祥.細(xì)小線材掃描式激光測(cè)徑儀[J].測(cè)控技術(shù)，2017（01）.

[3]齊衛(wèi)東，趙敏，劉康.手持式激光測(cè)距儀檢定方法及系統(tǒng)研究[J].計(jì)量學(xué)院，2016（01）.

[4]佘娜萍.手持式激光測(cè)距檢定方法及應(yīng)用研究[J].輕工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2018（03）.