一种自动水平校准的实验台的制作方法

本实用新型涉及实验仪器领域，具体是涉及一种自动水平校准的实验台。

背景技术：

水平校准是很多大学物理实验进行正式测量之前进行的必要步骤之一，尤其是在力学、光学等实验中有明显体现，例如气垫导轨测量、刚体的转动惯量、杨氏模量测量、光学基本测量等实验。由于实验场地有限以及参与实验操作学生的变化，实验仪器需要更换或者实验仪器位置发生变化，为了获得准确的实验数据，每一次实验仪器的调整都需要水平校准。

虽然有些仪器设备上设置有水准仪，但是由于手动调节过程复杂等原因使很多学生直接忽视或放弃了这一步骤，这样必然会影响测量结果的准确性。若实验台在每一次实验之前进行自动校准，不仅能够满足多项实验需求，而且也适应仪器位置的变化，同时能够提醒学生实验测量之前进行水平校准，加强学生实验研究的严谨性。

本实用新型就是针对上述技术问题设计一种自动水平校准的实验台。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，提供了一种能够自动进行水平校准的实验台。

为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案如下：一种自动水平校准的实验台，包括：桌面，固定架，桌腿和底部控制系统。

所述的桌面包括：台面，轨道，滑块，测距传感器，万向滚珠，其中

所述的台面为矩形，所述的台面的每条边均设有矩形凹槽，并且所述的矩形凹槽的中心与所述的台面的每条边的中心重合；

所述的轨道置于所述的矩形凹槽内；

所述的滑块为长方体，所述的滑块置于所述的轨道之上，所述的滑块的中心与所述的矩形凹槽的中心重合；

所述的测距传感器置于所述的矩形凹槽纵向内壁的两侧，所述的测距传感器与所述的滑块在同一条直线上，所述的测距传感器用于测量矩形凹槽内壁与滑块之间的距离；

所述的万向滚珠的滚珠底部设有螺纹孔，所述的万向滚珠有四个，所述的万向滚珠置于所述的台面底部的四个顶角位置；

所述的桌腿包括：连接杆，弹簧，六角螺母，旋转杆，电机，电机槽，外壳，紧固螺栓，其中

所述的外壳为内部设有开口朝下的第二六棱柱空腔的圆柱体，所述的外壳顶部设有第三紧定螺纹孔，所述的外壳侧壁顶部设有第四贯穿的紧固螺栓孔，所述的外壳侧壁底部设有第五贯穿的紧定螺纹孔；

所述的连接杆由连接柱和螺纹杆组成，所述的连接柱底部设有环形凹陷轨道，所述的螺纹杆顶部设有环形凸起轨道，所述的环形凹陷轨道与所述的环形凸起轨道相匹配，所述的连接柱顶部为带螺纹的圆柱体，所述的万向滚珠的螺纹孔与所述的连接柱顶部带螺纹的圆柱体相匹配连接，所述的螺纹杆为内部设有开口朝下的第一六棱柱空腔的圆柱体，所述的螺纹杆外表面设有螺纹；

所述的弹簧的内径大于所述的螺纹杆的外径，所述的弹簧的外径小于所述的外壳内部第二六棱柱空腔对应内切圆的直径，使所述的弹簧包裹所述的螺纹杆并且处在所述的外壳内部第二六棱柱空腔内部；

所述的六角螺母与所述的螺纹杆外表面的螺纹相匹配，所述的六角螺母对应的六边形尺寸与所述的外壳内部第二六棱柱空腔对应的六边形尺寸一致，所述的第二六棱柱空腔对所述的六角螺母起到限位作用；

所述的旋转杆为内部设有开口朝下的圆柱体空腔的六棱柱体，所述的旋转杆对应的六边形尺寸与所述的螺纹杆内部第一六棱柱空腔对应的六边形尺寸一致，所述的旋转杆置于所述的螺纹杆内部第一六棱柱空腔之中，所述的旋转杆的转动能够带动所述的螺纹杆同步转动，所述的旋转杆底部侧壁设有第二贯穿的紧定螺纹孔；

所述的电机的轴的外径与所述的旋转杆的内部圆柱体空腔的内径一致，所述的电机的轴与所述的旋转杆连接，由紧定螺钉固定，所述的电机的底座为圆柱体，所述的电机底座设置带有第三贯穿的紧定螺纹孔的第二法兰结构；

所述的弹簧有两个，分别位于所述的外壳内部第二六棱柱空腔顶部与所述的六角螺母形成腔体和所述的六角螺母与所述的电机形成的腔体之中；

所述的电机槽为内部带有开口朝上的圆柱体槽的六棱柱体，所述的电机槽对应的六边形尺寸与所述的外壳内部的第二六棱柱空腔对应的六边形尺寸一致，所述的电机槽顶部设有第一紧定螺纹孔，所述的电机槽侧壁设有第二紧定螺纹孔，所述的电机的底座置于所述的圆柱体槽内，所述的电机的第二法兰结构的第三贯穿的紧定螺纹孔与所述的电机槽顶部的第一紧定螺纹孔相对应并由紧定螺钉固定连接，所述的外壳侧壁底部的第五贯穿的紧定螺纹孔与所述的电机槽侧壁的第二紧定螺纹孔相对应并由紧定螺钉固定连接；

所述的紧固螺栓与所述的外壳侧壁顶部的第四贯穿的紧固螺栓孔相匹配，所述的紧固螺栓用于锁定连接杆的高度；

所述的连接杆，弹簧，六角螺母，旋转杆，电机和电机槽均处在所述的外壳内部；

所述的固定架为矩形的框架结构，所述的固定架的四个顶角位置设置有第一法兰结构，所述的第一法兰结构上设有第一贯穿的紧定螺纹孔，所述的第一法兰结构的第一贯穿的紧定螺纹孔与所述的外壳顶部的第三紧定螺纹孔相对应并由紧定螺钉固定连接，所述的固定架对所述的桌腿起到固定作用；

所述的底部控制系统是所述的实验台的中央控制器，所述的底部控制系统位于所述的实验台的底部，负责控制所述实验台的信号采集、处理并发出针对电机的指令进而实现实验台自动水平校准功能，所述的底部控制系统外形为矩形，所述的底部控制系统的四个角分别设有圆柱体凹陷槽，所述的桌腿置于所述的底部控制系统的圆柱体凹陷槽内，所述的底部控制系统的底面设置有横竖交叉的肋板。

桌面与桌腿通过万向滚珠连接，使每条桌腿能够独立上下移动而对其他桌腿不造成影响。

底部控制系统的底面采用横竖交叉肋板的设置使底面不易发生形变，能够保证桌腿处在同一面上，即倾斜面或水平面，避免因地面凹凸不平使得固定架与桌腿外壳接触部位发生损毁。

外壳侧壁底部的第五贯穿的紧定螺纹孔与电机槽侧壁的第二紧定螺纹孔相对应并有紧定螺钉固定连接，即电机槽将外壳内部开口朝下的第二六棱柱空腔封住而形成一个高度固定的腔体并由六角螺母分隔为两部分，两个弹簧分别置于这两个分隔而形成腔体之中；底部控制系统控制电机转动使得旋转杆能够连续顺时针或逆时针旋转，螺纹杆环形凸起轨道与连接柱环形凹陷轨道相匹配，旋转杆的转动能够带动螺纹杆同步转动，并且外壳内部的第二六棱柱空腔限制六角螺母的转动，在上下两个弹簧弹力的作用下最终实现使得连接杆相对外壳能够上下移动。

测距传感器位于台面的矩形凹槽纵向内壁的两侧，分别测量出滑块和两侧内壁的纵向距离L1、L2，底部测量系统判断L1、L2的大小关系，然后底部控制系统控制电机旋转调整连接杆的高度，桌腿的连接杆可以相对独立地运动，使得L1＝L2从而实现桌面达到水平位置。

根据上述技术方案，利用本实用新型进行自动水平校准具有以下优点：

本实用新型提供的实验台的台面底部设置有万向滚珠可是使每条桌腿能够相互独立的进行上下移动，底部控制系统控制测距传感器检测滑块位置并且控制电机转动调节桌腿的高度变化使得滑块处于矩形凹槽中心位置，从而实现实验台自动水平校准功能，总之本实验台根据所处位置自动进行水平校准，操作简单，使用方便，能够满足多项实验需求，而且也适应仪器位置的变化。

附图说明

图1实验台示意图 图2桌面示意图

图3桌面上视图 图4轨道及滑块示意图

图5固定架示意图 图6桌腿示意图

图7桌腿爆炸图 图8连接杆示意图

图9螺纹杆上侧视图 图10螺纹杆下侧视图

图11连接柱示意图 图12电机示意图

图13电机槽示意图 图14旋转杆示意图

图15外壳上侧视图 图16外壳下侧视图

图17底部控制系统示意图 图18底部控制系统下视图

图19实验台工作流程图

标号说明：

1.桌面，2.固定架，3.桌腿，4.底部控制系统

11.台面，12.测距传感器，13.滑块，14.万向滚珠，15.轨道，16. 矩形凹槽

21.第一法兰结构，22.第一贯穿的紧定螺纹孔

31.连接杆，32.弹簧，33.六角螺母，34.旋转杆，35.电机，36.电机槽，37.外壳，38.紧固螺栓

311.连接柱，312.螺纹杆，313.环形凸起轨道，314.第一六棱柱空腔， 315.带螺纹的圆柱体，316.环形凹陷轨道

341.第二贯穿的紧定螺纹孔，342.圆柱体空腔

351.轴，352.第二法兰结构，353.第三贯穿的紧定螺纹孔，354.底座

361.第一紧定螺纹孔，362.圆柱体槽，363.第二紧定螺纹孔

371.第三紧定螺纹孔，372.第四贯穿的紧固螺栓孔373.第五贯穿的紧定螺纹孔，374.第二六棱柱空腔

41.凹陷槽，42.肋板

具体实施例

本实用新型涉及一种自动水平校准的实验台，包括：桌面，桌腿，固定架和底部控制系统，所述的桌面的底部设置有万向滚珠，所述的万向滚珠与所述的桌腿连接，这样所述的桌腿能够相互独立的进行上下移动，所述的固定架与所述的底部控制系统分别从上下与所述的桌腿连接，对所述的实验台进行加固，所述的桌面四个边均设有矩形凹槽，所述的矩形凹槽中设有测距传感器、滑块和轨道，所述的底部控制系统控制所述的测距传感器检测所述的滑块位置并且控制所述的桌腿中的电机转动调节所述的桌腿的高度，使得所述的滑块处于所述的矩形凹槽的中心位置，从而实现实验台自动水平校准功能，下面对实验台的结构以及实验台的水平校准工作流程分别结合说明书附图进行具体介绍：

实验台的结构：

一种自动水平校准的实验台，包括桌面1，固定架2，桌腿3，底部控制系统4，所述的桌面1与所述的桌腿3通过所述的桌面1底部的万向滚珠14连接，这样可以使所述的桌腿3的连接杆31能够相互独立的上下运动；

所述的桌腿3包括：连接杆31，弹簧32，六角螺母33，旋转杆34，电机 35，电机槽36，外壳37，紧固螺栓38，所述的外壳37底部与所述的电机槽36 连接而形成一个高度固定的六棱柱腔体并由所述的六角螺母33分隔为两部分，即外壳37内部第二六棱柱空腔374顶部与六角螺母33形成腔体和六角螺母33 与电机35形成的腔体，所述的弹簧32有两个分别置于这两个腔体内；

所述的固定架2顶角位置的第一贯穿的紧定螺纹孔22与所述的外壳37顶部的第三紧定螺纹孔371相对应并由紧定螺钉固定连接，所述的底部控制系统 4的底面采用横竖交叉肋板42的设置使底面不易发生形变，能够保证所述的桌腿3的底部处在同一面上，即倾斜面或水平面，避免因地面凹凸不平使得所述的固定架2与所述的桌腿3的外壳37接触部位发生损毁，这样所述的桌腿3在所述的固定架2与所述的底部控制系统4共同作用下更加牢固；

所述的底部控制系统4控制所述的电机35转动使得所述的旋转杆34能够连续顺时针或逆时针旋转，螺纹杆312顶部的环形凸起轨道313与连接柱311 底部的环形凹陷轨道316相匹配，所述的旋转杆34的转动能够带动螺纹杆312 同步转动，并且所述的外壳37内的第二六棱柱空腔374限制所述的六角螺母 33的转动，在上下两个弹簧32弹力的作用下最终实现所述的连接杆31相对外壳37能够上下移动；

滑块13与位于矩形凹槽16内壁两侧之上的测距传感器12处于同一条直线，两侧的测距传感器12分别测量得矩形凹槽16内壁与滑块13相对应侧面的距离，记为L1、L2，所述的底部控制系统4分析比较L1、L2的大小关系，然后输出控制信号调节所述的电机35旋转，直到L1＝L2方停止转动，即达到实验台水平，最后由紧固螺栓38锁定连接杆31的高度。

实验台的水平校准工作流程：

第一步：底部控制系统4输出控制信号至电机35，驱动电机35带动旋转杆34转动连接杆31，使得所有连接杆31降至最低位置。

第二步：实验台横向水平调节：底部控制系统4控制处于台面11中横向两个矩形凹槽16内的测距传感器12测量滑块13与矩形凹槽16内壁之间的距离，两组数据分别记为l1、l2和l′1、l′2。

第三步：底部控制系统4对比l1、l2的大小关系以及l′1、l′2大小关系，若 l1＝l2且l′1＝l′2，则执行第四步；若l1≠l2或l′1≠l′2，则进行如下调节，以l1＞ l2情况为例进行说明：底部控制系统4输出控制信号至电机35，使测量结果为 l2的测距传感器12所在顶角位置对应的台面11底部万向滚珠14连接的连接杆 31转动并提高高度，然后执行第二步。

第四步：实验台纵向水平调节：底部控制系统4控制处于台面11中纵向两个矩形凹槽16内的测距传感器12测量滑块13与矩形凹槽16内壁之间的距离，两组数据分别记为l3、l4和l′3、l′4。

第五步：在完成实验台横向水平调节操作的基础上，此时台面11为一个平面或斜面，即此时有l3＝l′3且l4＝l′4，因此只需要对比l3、l4和l′3、l′4中的任意一组数据大小关系即可，底部控制系统4选择对比l3、l4的大小关系：若l3＝l4，则执行第六步；若l3≠l4，则进行如下调节，以l3＞l4情况为例进行说明：底部控制系统4输出控制信号至电机35，使测量结果为l4和l′4的两个测距传感器 12所在顶角位置对应的台面11横向底部万向滚珠14连接的两个连接杆31同步转动并提高高度，然后执行第四步。

第六步：使用紧固螺栓38固定连接杆31的高度，实验台的水平校准完成。

本实用新型中测距传感器使用的HG-C1050型激光测距传感器，底部控制系统采用STC89C54型芯片，电机采用STP-42D2060型步进电机。以上所述的硬件材料是本领域的常见型号，且仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本实用新型实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。