太阳能集热聚光器反射镜面安装位姿指示装置及调整方法
【专利说明】太阳能集热聚光器反射镜面安装位姿指示装置及调整方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及太阳能发电技术领域，更具体的说是涉及一种太阳能集热聚光器反射镜面安装位姿指示装置及调整方法。
【背景技术】
[0003]在太阳能光热发电技术领域，由于太阳光能的辐射资源存在能流密度低，而不能进行直接的采集利用，往往须将大面积的太阳光能聚集到吸热器腔体内，进而达到太阳光热的高品位热利用。太阳光能的大面积聚集是利用聚光器的反射镜曲面实现的，但随着光热发电系统功率级别的增加，聚光器的尺度将进一步增大。然而，大型聚光器受反射镜面成型工艺的限制而难以整体制造，当前一般采用多反射镜面单元进行拼合而成。
[0004]聚光器反射镜曲面是实现太阳光热聚集的关键，而大型聚光器是由许多块反射镜面拼合安装构成聚光特性的反射镜曲面，各反射镜面单元的安装精度直接决定聚光器的光学性能。因此，提高反射镜面的安装精度和效率是迫切的。
[0005]当前，对于聚光器反射镜面的安装主要是通过相匹配的弧板尺进行调整，这在大型聚光器中是较难实现的，且安装精度难以保证。现有技术I (CN 102620677 A)中公布了一种太阳能集热聚光器的面型检测及调整方法，是通过在反射镜面的调整机构附近布置测试点，并进行多位置的测试点的图像采集，处理得到反射镜面型及位姿状态，进而对反射镜面进行调整来实现的。该调整方法需要在反射镜面布置测试点，且需要从多角度拍摄测试点的图像才能得到当前位姿，其操作效率低，尤其在反射镜面的不断调整过程中更为明显。同时，由于反射镜面安装是工作人员位于调整机构附件，而采集图像过程中工作人员需要进行一定的避让，防止遮挡测试点在相机中的成像，导致整个调整过程实施不具备实时性。更为重要的是，该调整方法并不是面向聚光器聚光性能的调整过程，当反射镜面的调整机构本身制造存在误差时，则反射镜面的调整是达不到聚光要求的，这种调整方法具有调整效率和精度低的缺陷。
[0006]聚光器反射镜面的精确安装是在不断的调整过程中实现，安装效率的提高以及面向聚光性能的安装是核心。因此，安装调整过程的反射镜面空间位姿以及焦平面聚光分布的实时显示，对提高安装效率和精度是尤为重要的。
【发明内容】
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够提高聚光器反射镜面安装效率和精度的太阳能集热聚光器反射镜面安装位姿指示装置及调整方法。
[0008]本发明解决上述技术问题的技术方案是:一种太阳能集热聚光器反射镜面安装位姿指示装置，包括图像采集设备A、图像采集设备B、数据处理终端、实时显示设备、光源、棋盘靶A、棋盘靶B和位于聚光器的反射镜曲面焦平面的接收屏；所述光源位于聚光器的反射镜曲面焦点的上方，光源发射的光线与聚光器的反射镜曲面的焦轴平行；所述的图像采集设备A位于聚光器的上方，头部朝向聚光器，图像采集设备A与数据处理终端连接；所述的图像采集设备B位于接收屏的下方，头部朝向接收屏，图像采集设备B与数据处理终端连接；棋盘靶A的棋盘图案表面与聚光器的反射镜曲面的焦轴垂直，棋盘靶A的棋盘图案的中心位于反射镜曲面的顶点；棋盘靶B安装在聚光器的外沿，棋盘靶B和棋盘靶A的棋盘图案的表面平行；所述的数据处理终端与实时显示设备连接。
[0009]上述的太阳能集热聚光器反射镜面安装位姿指示装置中，还包括棋盘靶C，棋盘靶C位于光源的正下方，带棋盘图案的表面朝上。
[0010]上述的太阳能集热聚光器反射镜面安装位姿指示装置中，所述棋盘靶A、棋盘靶B和棋盘靶C均为工业相机标定用的表面带有黑白矩形的棋盘图案的工具。
[0011]上述的太阳能集热聚光器反射镜面安装位姿指示装置中，所述接收屏为工业相机标定用的表面带有黑白矩形的棋盘图案的工具，有棋盘图案的表面是光线接收面，且棋盘图案的中心位于聚光器反射镜曲面的焦点位置，接收屏和棋盘靶A的棋盘图案的黑白矩形边线平行。
[0012]上述的太阳能集热聚光器反射镜面安装位姿指示装置中，所述的聚光器划分成多个相同的扇形区域，所述光源的尺寸及形状与聚光器的扇形区域相匹配，光源对应的扇形区域内的各独立的反射镜面上至少接收到十根光线，且光线投射区域小于独立的反射镜面在反射镜的设计位置时沿光线投射方向的投影区域。
[0013]上述的太阳能集热聚光器反射镜面安装位姿指示装置中，所述的实时显示设备上设有光斑显示屏、反射镜面的安装支撑点的实际位置与反射镜的设计位置的坐标差值显示器及用于调整到位指示的鸣笛器。
[0014]一种太阳能集热聚光器反射镜面安装位姿的调整方法，包括以下步骤:
1)调整图像采集设备All，使得棋盘靶A和棋盘靶B在其视场内，并采集棋盘靶A和棋盘靶B的图像，将图像传输至数据处理终端进行处理，处理时以棋盘靶A的棋盘图案表面为XY平面，以棋盘图案表面中心为坐标系原点0，以指向焦点方向为Z轴，X轴和Y轴分别与棋盘图案的两条边线平行，建立空间笛卡尔坐标系，得到棋盘靶A和棋盘靶B的空间位姿关系;
2)开启待安装的反射镜面上方相应位置的光源，用棋盘靶C接收光源投射的光线，通过图像采集设备A采集棋盘靶C和棋盘靶A在同一视场的图像，或采集棋盘靶C和棋盘靶B在同一视场的图像，将采集的图像通过数据线传输到数据处理终端，处理得到棋盘靶C接收的各投射光线的空间方程；
3)手持反射镜面至待安装位置并接收光源投射的光线，图像采集设备A采集反射镜面的表面光斑和棋盘靶A或棋盘靶B在同一视场的图像，并通过数据线将图像传输到数据处理终端进行处理，结合步骤2)的光源的光线方程得到反射镜面的光斑空间坐标，而后根据最小二乘法拟合得到反射镜面的实际曲面方程，并将曲面方程进行标准化，得到相对于理想曲面方程的曲面方程的平移矩阵和旋转矩阵，进而得到反射镜面的安装支撑点的实际位置与反射镜的设计位置的坐标差值，并传输给实时显示设备的差值显示器进行显示；同时，图像采集单元B采集接收屏表面的光斑图像，并将图像传输给数据处理终端进行处理，得到焦平面的光斑分布，并通过无线网络传输给实时显示设备的光斑显示屏进行显示； 4)根据步骤3)的指示数据，手持反射镜面进行空间位姿调整，同时实时显示设备的数值也按照步骤3)的方法进行实时更新。
[0015]5)按照上述的步骤2)~ 4)进行反射镜扇形区域的下一块反射镜面的安装，当该扇形区域全部安装完成后，将聚光器整体旋转与反射镜扇形区域相等的夹角，进入下一反射镜扇形区域的反射镜面的安装，直至聚光器的反射镜面安装完毕。
[0016]上述的太阳能集热聚光器反射镜面安装位姿的调整方法中，步骤4)中反射镜面空间位姿调整的具体方法如下:首先依据差值显示器的指示值将反射镜面的第一支撑点移动至反射镜的设计位置，通过球铰螺栓将第一支撑点固定在聚光器网架上；然后依据差值显示器的指示值调整反射镜面的第二支撑点到达反射镜的设计位置，并通过球铰螺栓固定在聚光器网架上，最后通