专利名称：太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及镜面检测领域，具体涉及一种太阳能槽式曲面反光镜的面形误差检测
直O
背景技术：
在太阳能利用领域，为了提高太阳辐射能流密度，需要采用太阳能聚光器。槽式聚光器是目前太阳能利用领域应用较广的聚光方式，在一些国家(如德国、西班牙)已经实现商业化生产，在我国仍处于起步阶段。槽式聚光器由多片曲面反光镜拼接而成，曲面反光镜的面形精度决定了槽式聚光器的聚光性能，因此对曲面反光镜面形误差的检测至关重要。 为实现槽式曲面反光镜的批量化、标准化生产，需要提供一种能快速、在线检测槽式曲面反光镜面形误差的检测方法及装置。槽式曲面反光镜的面形误差用镜面上某点法线方向与该点理想法线方向的偏角来表示，误差一般在毫弧度量级。目前，槽式曲面反光镜面形误差的检测方法主要有激光逐点扫描法、摄影测量法、 反射栅格摩尔条纹检测法等。激光逐点扫描法是利用激光束照射被测曲面反光镜，激光束经曲面反光镜反射后，投射到位于曲面反光镜约2倍焦距处的接收屏上，通过记录激光束在接收屏上的投射位置反推被测点的法线方向，该方法精度较高，但需要进行大量点的数据采集，非常耗时，不适合快速、在线检测槽式曲面反光镜。摄影测量法是先在被测曲面反光镜上粘贴大量标志点，利用相机在不同角度对这些标志点进行成像，通过像点、物点的空间位置关系求解标志点的坐标，并拟合出曲面反光镜的三维图形，该装置较简单，但需要在反光镜表面粘贴大量标志点，繁琐而耗时，也不适合快速、在线检测槽式曲面反光镜。反射栅格摩尔条纹检测法是利用相机拍摄栅格条纹经被测曲面反光镜反射所成的像，栅格条纹的像携带了被测曲面反光镜的调制信息，对栅格条纹的像进行图像处理，进而反演被测曲面反光镜的面形信息，该方法是一种可以实现快速检测的好方法，但对曲面反光镜的定位精度要求较高，并且后续的图像处理较为复杂。
发明内容
本发明为解决现有对槽式曲面反光镜面形误差的检测时存在检测过程繁琐耗时， 并且不适合快速、在线检测的问题，同时存在对后续的图像处理复杂的问题，提供一种太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置。一种太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置，该装置包括光源装置、自校准装置和图像采集与处理装置；所述光源装置包括激光器、扩束镜和分束镜组；图像采集与处理装置包括光屏、相机和计算机；所述激光器发出的光束经扩束镜扩束后再经分束镜组分束并反射，经分束镜组分束后的测试光束投射至被测曲面反光镜上，经分束镜组反射的自校准光束入射至自校准装置，所述自校准装置对投射至被测曲面反光镜上的测试光束的平行度校准；所述光屏接收被测曲面反光镜反射的光斑信息，相机采集光屏上的光斑信息并将光斑信息传输至计算机中，计算机通过接收的光斑信息判断被测曲面反光镜的面形误差。本发明的有益效果本发明太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置可快速、准确的对太阳能槽式曲面反光镜的面形进行在线检测；本装置是使用光学系统模拟平行太阳光入射到被测曲面反光镜上，使用相机拍摄曲面反光镜投射到焦平面上的光斑，对光斑进行图像处理，进而判断被测曲面反光镜的面形误差是否合乎使用要求。本装置对被测曲面反光镜的定位精度要求较低，图像处理简单，检测精度较高，检测速度快，结合扫描与调节机构可实现被测曲面反光镜的在线检测，易于操作，成本较低。
图1是本发明太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置的实施例1的结构图；图2是本发明太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置的实施例2的结构图。图中，1、激光器，2、扩束镜，3、分束镜组，4、倾斜分束镜，5、水平分束镜，6、分束镜单元，7、自校准光束，8、测试光束，9、f- θ透镜，10、C⑶探测器，11、滑动横梁，12、导轨，13、被测曲面反光镜，14、升降支杆，15、挡板，16、相机，17、三脚架，18、光屏，19、数据线一，20、数据线二，21、计算机，22、传送装置，23、快门。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图1说明本实施方式，太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置，包括光源装置、自校准装置和图像采集与处理装置。所述的光源装置包括激光器1、扩束镜2和分束镜组3 ；所述的分束镜组3由一系列的分束镜单元6组成，每个分束镜单元6由两片分束镜组成(倾斜分束镜4和水平分束镜5)，两片分束镜的夹角为45°。扩束镜2对激光器1发出的激光束进行扩束和准直，经分束镜组3分为一系列能量近似相等且相互平行的测试光束8，并投射到被测曲面反光镜13上。调节分束镜组3中各分束镜单元6的位置和倾斜，使投射到被测曲面反光镜13上的光束相互平行。分束镜组3中分束镜单元6的数量由被测曲面反光镜13的开口尺寸和测量精度需求决定。自校准装置接收由分束镜组3反射的光束，数据采集与处理部分包括光屏、相机和计算机，光屏在被测曲面反光镜的理想焦线处，与被测曲面反光镜的光轴呈一定角度，相机用于拍摄光屏上的光斑，相机通过数据线与计算机相连，计算机用于对相机拍摄的图像以及自校准装置图像采集与处理装置进行图像处理，并计算被测曲面反光镜的面形误差。本实施方式中还包括扫描与调节机构，所述扫描与调节机构包括滑动横梁11、导轨12、升降支杆14和挡板15，所述滑动横梁11用于安装光源装置和自校准装置，导轨12用于安装滑动横梁11，激光器1、扩束镜2、分束镜组3固定在位于导轨12上的滑动横梁11上，并呈一字排列，升降支杆14用于对被测曲面反光镜13的位置和姿态进行调整，挡板15用于固定被测曲面反光镜13的位置。其中，导轨12、升降支杆14和挡板15的相对位置事先固定，由被测曲面反光镜13的几何参数决定，挡板15用以支撑被测曲面反光镜13的一端，升降支杆14的升降高度事先由被测曲面反光镜13的几何参数计算得出，使平行扫描激光束的方向与被测曲面反光镜13的光轴方向相一致，滑动横梁11沿被测曲面反光镜13的焦线方向运动，保证扫描激光束扫描被测曲面反光镜13。
本实施方式中所述的自校准装置由f_ θ透镜9、(XD探测器10和数据线二 20，激光束经分束镜组3后，部分被反射的自校准光束7经f- θ透镜9会聚于CXD探测器10上， 若所有分束镜单元6反射的光束在CCD探测器上的光斑均重合，证明投射到被测反光镜13 上的测试光束8相互平行，否则，须调整分束镜单元6的位置及倾斜，直至所有分束镜单元 6反射的光束在CXD探测器10上的光斑重合。所述的图像采集与处理部分由光屏18、相机16、三脚架17、数据线一 19和计算机 21组成。光屏18放置在被测曲面反光镜13的标准焦线处，并与被测曲面反光镜13的光轴方向呈一定角度(0 90° )，用以接收由被测曲面反光镜13反射的光斑，光屏18的尺寸和倾斜角度需要根据被测曲面反光镜13的几何参数进行设计，以保证能够获取被测曲面反光镜13的所有反射光斑。相机16用于采集光屏18上的光斑信息，由三脚架17支撑并进行位置和角度的调整。当滑动横梁11沿被测曲面反光镜13的焦线方向扫描的时候，相机16会拍摄一系列图像，并通过数据线一 19将图像信息传输到计算21中，计算机21通过对图像信息的处理进而判断被测曲面反光镜13是否合格。本实施方式中还包括传送装置22，所述被测曲面反光镜13放置在生产线传送装置22上，经传送装置22输送至预订位置后停止。升降支杆14将被测曲面反光镜13的一端支起，升降支杆14的上升高度可根据被测曲面反光镜13的几何参数计算得出，保证由分束镜组3出射的测试光束6与被测曲面反光镜13的光轴方向一致。被测曲面反光镜13的另一端卡在挡板15上，测试光束8沿被测曲面反光镜13的光轴方向入射到被测曲面反光镜13上，经被测曲面反光镜13反射并会聚于光屏18上。由于被测曲面反光镜13存在一定的面形误差，使得光屏18上的光斑有一定的杂散分布。测试光束8随着滑动横梁11的运动对被测曲面反光镜13进行扫描，相机16拍摄光屏18上的光斑信息并通过数据线一 19 传送给计算机21，计算机21通过图像处理判断被测曲面反光镜是否合格，从而达到在线快速检测的目的。
具体实施方式
二、结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的区别在于，本实施方式在实施方式一的基础上在每个分束镜单元6中增加快门23，为了能够定量的对被测曲面反光镜13的面形误差进行测试，需要在每个分束镜单元中增加快门23， 在对被测曲面反光镜13进行面形误差检测时，当投射到光屏上的光斑偏离理想位置时，可将快门23全部关闭，并从左到右依次打开快门23，即能找到偏离光斑所对应的被测点，并由光斑的偏离量和被测点的坐标信息求得被测点的法线方向与理想法线方向的偏差。
权利要求
1.太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置，该装置包括光源装置、自校准装置和图像采集与处理装置；其特征是；所述光源装置包括激光器(1)、扩束镜( 和分束镜组(3)；图像采集与处理装置包括光屏(18)、相机(16)和计算机(21)；所述激光器(1)发出的光束经扩束镜( 扩束后再经分束镜组C3)分束并反射，经分束镜组C3)分束后的测试光束投射至被测曲面反光镜(1 上，经分束镜组C3)反射的自校准光束入射至自校准装置，所述自校准装置对投射至被测曲面反光镜(1 上的测试光束的平行度校准；所述光屏(18)接收被测曲面反光镜(13)反射的光斑信息，相机(16)采集光屏(18)上的光斑信息并将光斑信息传输至计算机中，计算机通过接收的光斑信息判断被测曲面反光镜(13)的面形误差。
2.根据权利要求1所述的太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置，其特征在于，该装置还包括扫描与调节机构，所述扫描与调节机构包括滑动横梁(11)、导轨(12)、升降支杆(14)和挡板(15)，所述滑动横梁(11)用于安装光源装置和自校准装置，导轨(12)用于安装滑动横梁(11)，升降支杆(14)用于对被测曲面反光镜(13)的位置和姿态进行调整，挡板(15)用于固定被测曲面反光镜(13)的位置。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置，其特征在于，所述自校准装置包括自校准装置包括θ透镜(9)和CCD探测器(10)；所述自校准光束经f_ θ透镜(9)会聚于CXD探测器(10)上。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置，其特征在于，所述激光器(1)、扩束镜( 和分束镜组C3)依次固定在滑动横梁(11)上，所述分束镜组(3)由多个分束镜单元(6)组成，每个分束镜单元(6)由两片分束镜组C3)组成。
5.根据权利要求4所述的太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置，其特征在于，所述两片分束镜分别为倾斜分束镜(4)和水平分束镜(5)，且倾斜分束镜(4)和水平分束镜(5)的夹角为45°。
6.根据权利要求4所述的太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置，其特征在于，所述分束镜单元(6)的数量由被测曲面反光镜(13)的开口尺寸和测量精度决定。
7.根据权利要求4所述的太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置，其特征在于，在每个分束镜单元(6)中设置快门(23)，在对被测曲面反光镜(1 进行面形误差检测时，光屏(18)上获得的被测曲面反光镜(13)的光斑信息偏离标准位置时，将快门03)全部关闭，并从左至右依次打开快门(23)，获得偏离光斑所对应的被测点。
8.根据权利要求1所述的太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置，其特征在于，所述图像采集与处理装置还包括三脚架(17)，所述相机(16)通过三脚架(17)支撑并进行位置和角度的调整。
9.根据权利要求1所述的太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置，其特征在于，所述图像采集与处理装置中光屏(18)与被测曲面反光镜(13)的光轴角度范围在O 90°。
全文摘要
太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置，涉及镜面检测领域，它解决现有对槽式曲面反光镜面形误差的检测时存在检测过程繁琐耗时，并且不适合快速、在线检测的问题，同时存在对后续的图像处理复杂的问题，本装置包括光源装置、自校准装置和图像采集与处理装置；光源装置包括激光器、扩束镜和分束镜组；激光器发出的光束经扩束镜扩束后再经分束镜组分束并反射，经分束镜组分束后的测试光束投射至被测曲面反光镜上，经分束镜组反射的自校准光束入射至自校准装置，自校准装置对投射至被测曲面反光镜上的测试光束的平行度校准；图像采集与处理装置接收被测曲面反光镜反射的光斑信息并判断被测曲面反光镜的面形误差。本发明易于操作，成本较低。
文档编号G01B11/24GK102564343SQ20111044927
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者任兰旭, 卢振武, 肖君, 魏秀东 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所