激光测距雷达LIDAR Lite v3结构设计

　　做嵌入式传感配套结构设计快八年，经手的测距类部件少说也有几十款，这次拆解复现LIDAR Lite v3的结构，最开始是给户外巡检无人机做避障模块配套适配，当时客户要求整机载荷不能超过18g，测距盲区要控制在10cm以内，找遍市售成品模块的安装孔位都和现有飞控仓的预留位对不上，索性照着原厂实物做了全参数的结构复刻。

　　先从实际落地的场景说，这款激光测距模块现在用得最多的除了小型无人机的定高避障，还有智能仓储的AGV小车防撞、服务机器人的沿墙行走检测，甚至户外光伏板清扫设备的距离校准也会用到，核心就是它的光学发射接收同轴度做的很稳，户外强光下的测距漂移比普通红外测距小很多。做结构设计的时候最先卡的是光学腔体的隔离，两个圆柱形的镜筒分别对应发射端和接收端，中间的隔光筋厚度留了1.2mm，特意选了哑光ABS的材质参数，避免发射端的红外光在壳体内壁漫反射串到接收端，造成近距离测距的数值跳变，之前做过一款低成本测距模块就是省了这道隔光结构，20cm以内的测距误差直接飘到5cm以上，根本没法用在工业场景。

　　再说到安装边界的设计，底部的安装耳是特意做的下沉式结构，两个安装孔的中心距严格卡了25.4mm的英制标准，适配市面上绝大多数开源飞控和传感扩展板的孔位，安装耳的厚度做了1.5mm，M2螺丝锁紧的时候不会出现开裂，同时耳片和主体的连接处做了R0.8的圆角过渡，避免跌落的时候应力集中断脚。主体底座的高度控制在12mm，加上两个镜筒的总高度是24mm，整体外轮廓的宽度是30mm，长度是42mm，这个尺寸刚好能塞进绝大多数小型无人机的机头预留仓，不会和GPS模块或者图传天线产生结构干涉。镜筒的内径做了精准的公差配合，发射端的镜筒内径是8.1mm，刚好卡入直径8mm的发射透镜，接收端的镜筒内径是9.1mm，适配9mm的接收滤光片，镜筒内壁做了一圈圈的消光齿，每圈齿的深度0.3mm，角度15度，进一步减少内壁反光对测距精度的影响。

　　底座侧面预留的矩形开口是通讯接口的位置，开口尺寸做了10mm*4mm，既能兼容标准的4P排针接口，也能走软排线连接，开口边缘做了0.5mm的倒角，方便装配的时候排线顺利插入，不会刮破线皮。之前做结构评审的时候有人提过要不要把镜筒和底座做成一体化的注塑件，实际核算下来如果做一体化，模具的抽芯结构太复杂，小批量试产的成本会高30%，最后还是把镜筒和底座设计成卡扣加超声焊接的组合结构，镜筒底部的三个定位卡爪对准底座上的定位槽卡入后，超声焊接的溢胶槽特意留在了内侧，不会在外观面留下胶痕，同时焊接后的连接强度能承受1.5米高度的自由跌落，不会出现镜筒脱落的情况。

　　做安装适配的时候还要考虑电磁兼容的问题，底座内壁预留了0.2mm的金属屏蔽层安装槽，用户可以根据自己的EMC需求贴铜箔或者装金属屏蔽罩，不会额外增加整体的安装尺寸。两个镜筒的顶部特意做了0.3mm高的凸台，安装防尘镜片的时候可以直接点胶固定在凸台上，胶层不会溢到镜片的有效通光区域，凸台的平面度控制在0.05mm以内，保证镜片安装后不会出现倾斜，避免光路偏移影响测距范围。

　　实际做装配验证的时候，特意测了不同安装姿态下的结构稳定性，不管是水平安装、垂直安装还是倾斜45度安装，内部的电路板固定柱都能牢牢卡住PCB板，四个固定柱的高度差控制在0.1mm以内，PCB安装后不会出现翘曲，避免板上的光学元件和镜筒的同轴度出现偏差。固定柱的内孔是M1.6的铜螺母预埋孔，螺母热熔压入后能承受至少50次的螺丝拆装，不会出现滑牙的情况，这一点对需要反复调试的研发场景来说很实用，很多低成本模块的固定柱是直接打自攻螺丝，拆个两三次柱就裂了。

　　另外在设计的时候特意把整体的重量控制在了16g，比原厂成品还轻2g，就是因为在非受力区域做了壁厚优化，底座非安装面的壁厚从1.5mm减到了1mm，同时在内部加了十字形的加强筋，既保证了整体结构强度，又减轻了重量，对载荷敏感的无人机场景来说，每一克的重量节省都能换来更长的续航时间。之前给客户做适配的时候，就是靠这个轻量化的结构设计，让客户的无人机续航提升了将近2分钟，顺利通过了项目验收。

　　还有个容易被忽略的细节，就是底座底部做了1mm高的支撑脚，把整个模块的底面和安装面之间留出了1mm的间隙，一方面可以避免安装面不平整导致模块翘曲，另一方面也能给底部的散热焊盘留出空气流通的空间，长时间连续工作的时候模块的温升能比贴平安装低3-4度，提升长时间工作的稳定性。毕竟激光测距模块在连续高频测距的时候，发射管的发热量不小，如果散热不好很容易出现温漂，测距数值会随着工作时间慢慢偏移，留这个间隙也是实际踩过坑之后总结出来的经验。