一種高精度光具座的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種高精度光具座，包括基座、沿基座長(zhǎng)度方向依次布設(shè)的激光器、光柵架以及光屏，在光柵架上設(shè)有光柵，所述激光器包括連接在所述基座上的支柱、設(shè)置在支柱上的電機(jī)、連接在電機(jī)的輸出軸上的轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤上布設(shè)有多個(gè)安裝孔，多個(gè)安裝孔沿轉(zhuǎn)盤的周向布設(shè)，安裝孔上安裝有激光光源，激光光源對(duì)應(yīng)所述光柵設(shè)置。采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，在轉(zhuǎn)盤的不同安裝孔上安裝不同種類的激光光源，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)激光光源的切換，使得待試驗(yàn)的激光光源與光柵準(zhǔn)確對(duì)位，保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性，該結(jié)構(gòu)具有調(diào)整和使用方便的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種高精度光具座
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬教學(xué)用具領(lǐng)域，具體涉及一種高精度光具座。
【背景技術(shù)】
[0002]物理是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，尤其是在實(shí)驗(yàn)中更需要通過(guò)各種方式來(lái)減小實(shí)驗(yàn)的誤差。作為一個(gè)物理競(jìng)賽的學(xué)生，當(dāng)我來(lái)到大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室操作光學(xué)儀器，完成光學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的光具座的問(wèn)題有很多。例如誤差偏大，精度不高，且只要輕輕觸碰其中的任意一個(gè)器材，都可能會(huì)造成較大的移動(dòng)，難以進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整，往往會(huì)讓實(shí)驗(yàn)失敗，只能從頭再來(lái)一次。普通的光具座主要包括基座、設(shè)置在基座上的激光器、光柵架以及光屏。這種光具座存在著調(diào)節(jié)不方便、激光光源切換較為麻煩的特點(diǎn)。
[0003]鑒于此，本案發(fā)明人對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行深入研究，遂有本案產(chǎn)生。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種方便調(diào)整、使用方便的高精度光具座。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用這樣的技術(shù)方案:
[0006]—種高精度光具座，包括基座、沿基座長(zhǎng)度方向依次布設(shè)的激光器、光柵架以及光屏，在光柵架上設(shè)有光柵，所述激光器包括連接在所述基座上的支柱、設(shè)置在支柱上的電機(jī)、連接在電機(jī)的輸出軸上的轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤上布設(shè)有多個(gè)安裝孔，多個(gè)安裝孔沿轉(zhuǎn)盤的周向布設(shè)，安裝孔上安裝有激光光源，激光光源對(duì)應(yīng)所述光柵設(shè)置。
[0007]在上述方案中，所述電機(jī)的輸出軸水平設(shè)置，所述轉(zhuǎn)盤的中心固定在該輸出軸上。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述基座上設(shè)有第一絲桿電機(jī)，第一絲桿電機(jī)上連接有第一絲桿，第一絲桿沿所述基座的長(zhǎng)度方向設(shè)置，第一絲桿上設(shè)有第一絲桿螺母，第一絲桿螺母上連接有第一滑座，第一滑座上設(shè)有第二絲桿電機(jī)，第二絲桿電機(jī)上連接有第二絲桿，第二絲桿沿水平方向設(shè)置且與第一絲桿垂直設(shè)置，第二絲桿上設(shè)有第二絲桿螺母，第二絲桿螺母上連接有第二滑座，第二滑座上設(shè)有第三絲桿電機(jī)，第三絲桿電機(jī)連接有第三絲桿，第三絲桿沿豎直方向設(shè)置，在第三絲桿上連接有第三絲桿螺母，所述光柵架通過(guò)第三滑座連接在第三絲桿螺母上。
[0009]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述光柵與所述光屏之間設(shè)有攝像頭，攝像頭對(duì)應(yīng)所述光屏設(shè)置，在所述光屏上設(shè)有第一定點(diǎn)和第二定點(diǎn)，還包括用以采集和處理圖像的圖像采集處理系統(tǒng)，攝像頭采集光屏上的圖像并發(fā)送至圖像采集處理系統(tǒng)。
[0010]作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方式，所述基座上連接有沿所述基座長(zhǎng)度方向移動(dòng)的滑座，所述攝像頭安裝在該滑座上。
[0011]采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，在轉(zhuǎn)盤的不同安裝孔上安裝不同種類的激光光源，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)激光光源的切換，使得待試驗(yàn)的激光光源與光柵準(zhǔn)確對(duì)位，保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性，該結(jié)構(gòu)具有調(diào)整和使用方便的特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型中單片機(jī)的控制原理圖；
[0014]圖中:
[0015]10-基座21-支柱
[0016]22-電機(jī)23-轉(zhuǎn)盤
[0017]24-安裝孔25-激光光源
[0018]30-第一絲桿電機(jī)31-第一滑座
[0019]32-第二絲桿電機(jī)33-第二滑座
[0020]34-第二絲桿電機(jī)35-第二絲桿[0021 ] 36-第二絲桿螺母37-第三滑座
[0022]38-光柵架39-光柵
[0023]40-光屏41-第一定點(diǎn)
[0024]42-第二定點(diǎn)43-光斑
[0025]50-滑座51-攝像頭
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了進(jìn)一步解釋本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0027]參照?qǐng)D1至圖2，一種高精度光具座，包括基座10、沿基座10長(zhǎng)度方向依次布設(shè)的激光器、光柵架38以及光屏40，在光柵架38上設(shè)有光柵39，所述激光器包括連接在所述基座10上的支柱21、設(shè)置在支柱21上的電機(jī)22、連接在電機(jī)22的輸出軸上的轉(zhuǎn)盤23，在轉(zhuǎn)盤23上布設(shè)有多個(gè)安裝孔24，多個(gè)安裝孔24沿轉(zhuǎn)盤23的周向布設(shè)，安裝孔24上安裝有激光光源25，激光光源25對(duì)應(yīng)所述光柵39設(shè)置。
[0028]在上述方案中，所述電機(jī)22的輸出軸水平設(shè)置，所述轉(zhuǎn)盤23的中心固定在該輸出軸上。
[0029]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述基座10上設(shè)有第一絲桿電機(jī)30，第一絲桿電機(jī)30固定在基座10上，第一絲桿電機(jī)30上連接有第一絲桿，第一絲桿沿所述基座10的長(zhǎng)度方向設(shè)置，第一絲桿上設(shè)有第一絲桿螺母，第一絲桿螺母上連接有第一滑座31，第一滑座31上設(shè)有第二絲桿電機(jī)32，第二絲桿電機(jī)32固定在第一滑座31上，第二絲桿電機(jī)32上連接有第二絲桿，第二絲桿沿水平方向設(shè)置且與第一絲桿垂直設(shè)置，第二絲桿上設(shè)有第二絲桿螺母，第二絲桿螺母上連接有第二滑座33，第二滑座33上設(shè)有第三絲桿電機(jī)34，第三絲桿電機(jī)34固定在第二滑座33上，第三絲桿電機(jī)34上連接有第三絲桿35，第三絲桿35沿豎直方向設(shè)置，在第三絲桿35上連接有第三絲桿螺母36，所述光柵架38通過(guò)第三滑座37連接在第三絲桿螺母36上，第三滑座37與第三絲桿螺母36固定連接。
[0030]在實(shí)施例中，第一絲桿電機(jī)30、第二絲桿電機(jī)32以及第三絲桿電機(jī)34采用相同的電機(jī)，具體選用B-04F3光驅(qū)步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)類型是2相4線，驅(qū)動(dòng)電壓為4-6V，絲桿(第一絲桿、第二絲桿以及第三絲桿35)長(zhǎng)度73mm，絲桿直徑3mm，絲桿螺母(第一絲桿螺母、第二絲桿螺母以及第三絲桿螺母)行程:6Imm，絲桿螺距:3mm，步距角18°，滑座(第一滑座31、第二滑座33以及第三滑座37)尺寸90*30mm。這個(gè)微型光驅(qū)步進(jìn)電機(jī)可以使光具座在調(diào)節(jié)的過(guò)程中所移動(dòng)的距離較小，不易產(chǎn)生偏差。采用這種結(jié)構(gòu)，通過(guò)第一絲桿電機(jī)30帶動(dòng)第一滑座31沿基座10的長(zhǎng)度方向移動(dòng)，通過(guò)第二絲桿電機(jī)32帶動(dòng)第二滑座33沿水平方向移動(dòng)，第二滑座33的移動(dòng)方向與第一滑座31的移動(dòng)方向垂直，通過(guò)第三絲桿電機(jī)34帶動(dòng)第三滑座37沿豎直方向移動(dòng)，從而帶動(dòng)光柵39架沿豎直方向移動(dòng)，如此本實(shí)用新型可以通過(guò)各絲桿電機(jī)的協(xié)同配合，實(shí)現(xiàn)光柵39在三維空間內(nèi)范圍的移動(dòng)調(diào)整，從而使得光柵39能夠與激光光源25準(zhǔn)確地對(duì)位，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
[0031]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述光柵39與所述光屏40之間設(shè)有攝像頭51，攝像頭51對(duì)應(yīng)所述光屏40設(shè)置，在所述光屏40上設(shè)有第一定點(diǎn)41和第二定點(diǎn)42，還包括用以采集和處理圖像的圖像采集處理系統(tǒng)，攝像頭51采集光屏40上的圖像并發(fā)送至圖像采集處理系統(tǒng)。
[0032]作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方式，所述基座10上連接有沿所述基座10長(zhǎng)度方向移動(dòng)的滑座50，所述攝像頭51安裝在該滑座50上。通過(guò)滑座50的移動(dòng)，使得攝像頭51能夠?qū)⒐馄?0上的第一定點(diǎn)41、第二定點(diǎn)42以及光斑43的圖像信息均能夠攝像到，并將圖像信息發(fā)送至圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行處理。
[0033]在本實(shí)用新型中還設(shè)有控制器，控制器采用stC12C5a60s2作為控制芯片，STC12C5A60S2單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘、機(jī)器周期(IT)的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S)，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。系列工作電壓為3.6V-2.2V。工作頻率范圍0-35MHz，相當(dāng)于普通8051的O?420MHz。通用I/O口(36/40/44個(gè))，可設(shè)置成四種模式:準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過(guò)55mA 7.1SP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應(yīng)用可編程)，無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器可通過(guò)串口(P3.0/P3.1)直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。有EEPROM功能(STCl2C5A62S2/AD/PWM無(wú)內(nèi)部EEPR0M)，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路(外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接IK電阻到地)，外部掉電檢測(cè)電路在P4.6 口有一個(gè)低壓門檻比較器5V單片機(jī)為1.32V，誤差為+/_5 %,3.3V單片機(jī)為1.30V，誤差為+/-3%。共4個(gè)16位定時(shí)器，兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，16位定時(shí)器TO和Tl，沒有定時(shí)器T2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器。2個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由TO的溢出在P3.4/T0輸出時(shí)鐘，可由Tl的溢出在P3.5/T1輸出時(shí)鐘15.外部中斷I/O 口 7路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，Power Down模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3 (也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.2),CCPl/Pl.4(也可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3)。也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器，也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持hA/D轉(zhuǎn)換，10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S(每秒鐘25萬(wàn)次)，通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)多串口。STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RxD2/P1.2(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通過(guò)寄存器設(shè)置到P4.3)<J/0 口不夠時(shí)，可用2到3根普通I/O 口線外接74HC164/165/595(均可級(jí)聯(lián))來(lái)擴(kuò)展I/O口，還可用A/D做按鍵掃描來(lái)節(jié)省I/O口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口。
[0034]在本實(shí)用新型中，控制器連接有驅(qū)動(dòng)模塊，第一絲桿電機(jī)、第二絲桿電機(jī)以及第三絲桿電機(jī)由該驅(qū)動(dòng)模塊控制，驅(qū)動(dòng)器模塊采用A4988驅(qū)動(dòng)模塊，A4988是一個(gè)完整的微電機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置的翻譯，便于操作.它的設(shè)計(jì)操作雙極步進(jìn)電機(jī)在全，半，季，第八，第十六屆步模式，輸出驅(qū)動(dòng)的能力35V和±2Α.該A4988包括一個(gè)固定關(guān)斷時(shí)間電流調(diào)節(jié)它有能力在慢或混合衰減模式運(yùn)作。Α4988接口是一個(gè)復(fù)雜的微處理器不可用或過(guò)載的應(yīng)用的理想選擇.在加強(qiáng)操作，在Α4988的斬波控制可自動(dòng)選擇電流衰變模式，慢或混合，在混合衰減模式，設(shè)備最初設(shè)置一個(gè)固定關(guān)斷時(shí)間的比例快速衰減，然后其余的關(guān)閉時(shí)間為慢衰減.混合的衰變電流在減少可聽到的電動(dòng)機(jī)噪音控制的結(jié)果，增加步進(jìn)精確度并減少功率耗散。Α4988界面非常適合復(fù)雜的微處理器不可用或過(guò)載的應(yīng)用。
[0035]在本實(shí)用新型中，圖像采集處理系統(tǒng)采用Visual Stud1 2012,Visual Stud1是微軟公司推出的開發(fā)環(huán)境，是最流行的Windows平臺(tái)應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境。微軟引入了建立在.NET框架上的托管代碼機(jī)制以及一門新的語(yǔ)言C# ο C#是一門建立在C++和Java基礎(chǔ)上的現(xiàn)代語(yǔ)言，是編寫NET的通用語(yǔ)言框架機(jī)制，其目的是在同一個(gè)項(xiàng)目中支持不同的語(yǔ)言所開發(fā)的組件。所有CLR支持的代碼都會(huì)被解釋成為CLR可執(zhí)行的機(jī)器代碼然后運(yùn)行。
[0036]Visual Stud1 2012采集原圖像，并進(jìn)行一系列的圖像處理。圖像處理的過(guò)程先是進(jìn)行灰度處理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行圖像二值化以及去除噪聲，得到較清晰的二值化圖像，根據(jù)二值化圖像找到最亮幾個(gè)光斑的中心點(diǎn)以及各光斑間的距離，自動(dòng)計(jì)算出像素值。在光屏上的衍射圖樣上方有兩個(gè)已經(jīng)固定好了的發(fā)光點(diǎn)(即第一定點(diǎn)和第二定點(diǎn))，第一定點(diǎn)與第二定點(diǎn)一同被攝像頭采集進(jìn)行一系列的圖像處理，并得到像素值。以這兩個(gè)固定的點(diǎn)像素值和距離值作為參照，計(jì)算像素值與距離值之間比例關(guān)系，從而根據(jù)光斑的像素值計(jì)算出相應(yīng)的光斑之間的距離值。在單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)本裝置可以測(cè)定不同激光光源的波長(zhǎng)或者驗(yàn)證不同光源的波長(zhǎng)。
[0037]在數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦的VS2012之后，會(huì)自動(dòng)根據(jù)先前所設(shè)定好的程序而進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，向?qū)W生展示了公式的運(yùn)用過(guò)程，處理好了之后會(huì)自動(dòng)繪制出一副光波圖，把光的夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)的意義和分析后的結(jié)論在光波圖上展現(xiàn)，并解釋其圖像意義。
[0038]采用本實(shí)用新型的高精度光具座，主要有如下特點(diǎn):
[0039]1、通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)不同激光光源的切換，激光光源的更換和調(diào)整較為方便，能夠迅速得到多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高了實(shí)驗(yàn)的效率；
[0040]2、光柵的前后、左右、上下移動(dòng)分別由3個(gè)光驅(qū)絲桿進(jìn)步機(jī)所帶動(dòng)，形成一個(gè)三維的空間設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，利用絲桿的螺旋可以達(dá)到較高的精確度，有效減小試驗(yàn)誤差，以及使各滑座的運(yùn)動(dòng)較為穩(wěn)定；
[0041]3、巧妙地利用攝像頭采集第一定點(diǎn)、第二定點(diǎn)以及光斑的圖像，并利用圖像采集處理系統(tǒng)分析第一定點(diǎn)與第二定點(diǎn)之間距離與像素值之間的比例關(guān)系，并通過(guò)光斑之間像素值計(jì)算出相應(yīng)的光斑之間的距離值，從而在單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射實(shí)驗(yàn)計(jì)算出相應(yīng)的激光光源的波長(zhǎng)或者驗(yàn)證激光光源的波長(zhǎng)。
[0042]本實(shí)用新型的產(chǎn)品形式并非限于本案圖示和實(shí)施例，任何人對(duì)其進(jìn)行類似思路的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本實(shí)用新型的專利范疇。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高精度光具座，包括基座、沿基座長(zhǎng)度方向依次布設(shè)的激光器、光柵架以及光屏，在光柵架上設(shè)有光柵，其特征在于:所述激光器包括連接在所述基座上的支柱、設(shè)置在支柱上的電機(jī)、連接在電機(jī)的輸出軸上的轉(zhuǎn)盤，在轉(zhuǎn)盤上布設(shè)有多個(gè)安裝孔，多個(gè)安裝孔沿轉(zhuǎn)盤的周向布設(shè)，安裝孔上安裝有激光光源，激光光源對(duì)應(yīng)所述光柵設(shè)置。2.如權(quán)利要求1所述的高精度光具座，其特征在于:所述電機(jī)的輸出軸水平設(shè)置，所述轉(zhuǎn)盤的中心固定在該輸出軸上。3.如權(quán)利要求1所述的高精度光具座，其特征在于:所述基座上設(shè)有第一絲桿電機(jī)，第一絲桿電機(jī)上連接有第一絲桿，第一絲桿沿所述基座的長(zhǎng)度方向設(shè)置，第一絲桿上設(shè)有第一絲桿螺母，第一絲桿螺母上連接有第一滑座，第一滑座上設(shè)有第二絲桿電機(jī)，第二絲桿電機(jī)上連接有第二絲桿，第二絲桿沿水平方向設(shè)置且與第一絲桿垂直設(shè)置，第二絲桿上設(shè)有第二絲桿螺母，第二絲桿螺母上連接有第二滑座，第二滑座上設(shè)有第三絲桿電機(jī)，第三絲桿電機(jī)連接有第三絲桿，第三絲桿沿豎直方向設(shè)置，在第三絲桿上連接有第三絲桿螺母，所述光柵架通過(guò)第三滑座連接在第三絲桿螺母上。4.如權(quán)利要求1所述的高精度光具座，其特征在于:在所述光柵與所述光屏之間設(shè)有攝像頭，攝像頭對(duì)應(yīng)所述光屏設(shè)置，在所述光屏上設(shè)有第一定點(diǎn)和第二定點(diǎn)，還包括用以采集和處理圖像的圖像采集處理系統(tǒng)，攝像頭采集光屏上的圖像并發(fā)送至圖像采集處理系統(tǒng)。5.如權(quán)利要求4所述的高精度光具座，其特征在于:所述基座上連接有沿所述基座長(zhǎng)度方向移動(dòng)的滑座，所述攝像頭安裝在該滑座上。
【文檔編號(hào)】G09B23/22GK205508234SQ201520981133
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月1日
【發(fā)明人】蘇靈鈴, 梁良飛, 陳思鑫, 楊利
【申請(qǐng)人】福建省泉州市第七中學(xué)