基于SolidWorks的手持式激光测径仪的改进设计
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摘 要：由于现代工业对零件、设备精度的要求越来越高，设计并制造更加便捷、精确的多功能测量仪器就变得尤为重要。该仪器不仅具有传统手持式激光测径仪的测量精确、方便携带易操作等优点，同时改进了测量不稳定的缺点。并在此基础之上，通过多发射源发射和接收，可同步计算拟合出零件的直径，从而能够了解零件的变形程度。改进后的测径仪能够更加精确地掌握零件的微小成型缺陷，以此来调整机床工作状态。
关键词：SolidWorks;手持式激光测径仪;设计
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.018
1 前言
激光测径（测距）技术是目前应用较为广泛的一种激光技术，它与其他常用测量方法相比，具有操作方便、精度高和携带方便、体积小等优点。随着激光、数字信号处理、集成电路、精密机械等技术的快速发展，激光测量仪器向着高精度、数字化、小型化、低功耗的方向不断改进。手持式激光测径仪主要用于测量轴类零件（尤其是直径不是很小的轴类零件）或球类零件的直径。该仪器可以从径向方向对轴类零件进行测量，并对数据进行分析、拟合、锁定，以便观察。
2 工作原理及方法
2.1 工作原理
（1）测量轴类零件的直径：将手持式激光测经测径仪置于零件的徑向方向上，安装在导轨直线导轨上使其做匀速直线运动。测量的通过遮挡物的时间，因为仪器的运动速度已知。根据式：
X=vt
式中：X——位移（被遮挡距离即零件的直径）;v——速度（手持式激光测径仪的移动速度）;t——时间。
得出轴类零件的直径。
（2）拟合出零件的理想直径：根据发射头发射的光束到零件的表面再从表面返回接收的时间可以计算出零件表面到测径仪的距离。该原理类似于激光测距仪，光波测距中的一种测距方式，如果光以速度c在空气中传播在A（零件表面）、B（测径仪接收处）两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列表示：
D=ct/2°
式中：D——测站点A、B两点间距离;c——光在大气中传播的速度;t——光往返A、B一次所需的时间。
2.2 工作方法
（1）相位测量方式。测量方式采用相位式激光测量法。相位式激光测量通常适用于中短距离的测量，测量精度可达毫米、微米级，也是目前测距精度最高的一种方式。相位式测量则是将一调制信号对发射光波的光强进行调制，通过测量相位差来间接测量时间，较直接测量往返时间的处理难度降低了许多。测量距离可表示为：
2L=?·c·T/2π
式中：L——为测量距离;C——为光在空气中传播的速度;T——为调制信号的周期时间;?——为发射与接收波形的相位差。
3 选择及设计
（1）激光器的选择。在现有诸多激光器中，本文选用的是半导体激光器，它有体积小、重量轻、可通过调制源直接调制、测量范围宽、转换功率高、寿命长等优点。（2）数据处理系统。通过查阅相关原理的手持式激光测距仪的相关资料及文献，数据处理主要由前置放大电路、自动增益控制放大电路、混频电路、采样电路、门控技术电路组成。将接收的信号转化为电信号进行计算和显示。（3）系统供电。本文设计的手持式激光测径仪作为一种便携式测量仪，必须满足普通的电池就能够为系统提供充足的电源。（4）拟合计算系统。目前存在离散点拟合成圆的系统（例如MATLAB）。根据所测点的参数建立坐标系。拟合出离散点所得的弧长所在圆的理想直径与实际直径进行对比。（5）机构设计。为保证手持式激光测径仪的匀速直线运动，将仪器置于直线运动导轨上。导轨采用机械运动方式，将手持式激光测径仪卡在导轨上，由动力装置小型电动机带动带轮移动，从而带动测径仪匀速直线移动。该装置可以卡在车床床身上，可以固定在工作台面上，能够很好的适应环境，方便携带可折叠后放入盒中。
4 创新点
（1）多束激光更加精准、测量效率高。（2）在仪器上加装软件编程计算，可以测出零件在加工中的微小变形。（3）设计的折叠式探针，可保护激光发射器。（4）解决现有手持式测量仪操作不稳定的问题。
5 总结
本文主要研究创新了手持式激光测径仪。相对于已有的手持式激光测距仪进进行创新探索。设计功能性强的测量仪器，为更加先进、便携的测量仪器。在使用时可以使其匀速直线运动，在测量零件直径的同时拟合出圆弧对应的理想圆的直径与实际直径进行对比，如果理想直径大于实际直径，说明在加工过程中刀具与零件之间有相对向远离零件方向的运动。本创新设计为相领域提供新的思路和方向。
参考文献：
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[2]周志，刘斯，吴定祥.细小线材扫描式激光测径仪[J].测控技术，2017（01）.
[3]齐卫东，赵敏，刘康.手持式激光测距仪检定方法及系统研究[J].计量学院，2016（01）.
[4]佘娜萍.手持式激光测距检定方法及应用研究[J].轻工标准与质量，2018（03）.
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