专利名称：一种定日镜校正设备及校正方法
技术领域：
本发明涉及对太阳能跟踪定标装置的校准设备及方法，具体设计一种可移动的能够实时对定日镜进行校正的定日镜校正设备及校正方法。
背景技术：
定日镜是用来将太阳或其他天体的光线反射到固定方向的光学装置，它通过跟踪机构将太阳光反射并聚集到某一目标，现有的定日镜包括反射镜、支撑框架、立柱、传动和跟踪数据处理系统等五大部分。然而在定日镜的使用过程中，由于各种因素的影响，其跟踪机构的精确度可能会有所下降，导致太阳光的反射光不反射到目标位置，这就需要对定日镜的精准度进行校准。对定日镜的校正过程实质上就是获得定日镜的旋转中心的过程，在定日镜对太阳光跟踪反射的过程中，方位-俯仰跟踪是最常见的方式，定日镜的方位旋转轴(竖轴)与俯仰旋转轴(横轴)互相垂直，通过两个轴的旋转配合可以使定日镜完成360度的旋转过程。现有技术中公开了多种定日镜的校准设备，如中国专利文献CN 102077035A公开了一种定日镜的校正方法及其校正装置，提供了一种能够对定日镜的镜面与中央反射器的镜面正对的情况一边进行实测一边在当场进行调整的调整方法和调整装置。上述技术方案中，在上部具有中央反射器且下部具有受热部，在中央反射器的周围配置有多台定日镜的集热装置，在连结中央反射器的上部焦点和定日镜的光路上，设置有向该中央反射器和定日镜分别照射激光的照射装置，在激光照射装置的附近排列设置有对从定日镜反射的发射激光进行检测的受光装置，并且校正装置具备使该照射装置和受光装置旋转以及俯仰的调整装置。在校正过程中，以被照射到定日镜的激光的反射光与被照射到中央反射器的上部焦点的激光形成同一轴线的方式，调整定日镜的俯仰角和/或旋转角。上述定日镜校正设备在使用过程中存在以下几个问题
首先，上述的定日镜校准设备，受光装置接收定日镜反射的激光时，由于受光面积较小，激光反射光的光束直径也很小，因此受光装置捕捉反射激光存在困难，使得校正的过程存在较大的难度；另外在确定激光是否照射到中央反射器上时，通过人为观察，肉眼进行判断，存在一定的误差。其次，上述技术方案中，每一组定日镜的校准设备一次只能校准一面定日镜，虽然可以将激光器从支架上拆下然后安装到其他的位置对其他的定日镜进行校准，但是操作过程复杂，当需要对大量的定日镜进行校准时，这一繁琐过程耗时很长，校正效率低。另外，现有中国专利文献CN 101903818A公开了一种安装姿势测定装置，提供了一种在安装定日镜的反射镜配合到旋转圆锥曲面的作业中，为了进行有效率且简易的安装调整，正确地测定下平面镜的安装姿势的调整方法和安装姿势测定装置。在设置构成太阳光聚光用的定日镜的反射镜的方法中，以小平面镜的激光反射光到达激光点测定部的假想通过点的方式设置上述小平面镜。上述技术方案中的激光发射装置安装在支撑构件上，支撑构件上设置有可移动机构，通过激光发射装置和激光接收装置配合来实现对小平面镜安装角度的调整。上述方案中的安装姿势测定装置应用于安装定日镜的反射镜过程中，定日镜的焦点位置确定后，入射激光的方向是已知的，那么反射激光要反射到定日镜的焦点的话必须要经过激光记测部上的假想点，而在执行这一过程时，必须要保证支撑构件与定日镜之间的相对位置为确定值才能进行，当定日镜发生旋转或者由于长期使用在旋转过程中产生了误差时，焦点位置可能发生了偏差，入射激光与反射镜的角度可能发生了变化，反射激光所要经过的假想点也发生了变化，上述过程就需要重新测定，因此上述装置不能实现对定日镜的旋转轴的实时校正；另外，在进行安装姿势的测定的过程中，需要不断的尝试反射激光有没有通过假象点来判断安装的位置是否准确，操作过程很繁琐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题有以下几个
(1)现有技术中的校正设备，是直接采用面积较小的接收装置接收直径很小的反射激光，然后对接收到的反射激光进行处理，容易采集不到反射激光无法实现对定日镜的校正。(2)现有技术中，在进行镜面的调整校正时，要严格要求校正设备的与镜面的相对位置关系确定，而且只能在安装过程中实现对镜面安装位置的调整，在日后定日镜的使用过程中出现的误差不能进行实时的调整和校正。(3)现有技术中的校正设备，在对大量定日镜进行校正时，校正的效率较低。为了解决上述技术问题，本发明提供一种定日镜校正设备，其包括支架，图像采集单元及图像处理单元；所述图像采集单元通过定位装置设置于所述支架上，包括至少一个摄像头用于采集定日镜的镜面状态影像；至少一个定位单元用于确定所述摄像头的空间位置；所述图像处理单元用于接收所述摄像头采集到的镜面状态影像，结合所述摄像头的空间位置信息，确定所述定日镜镜面的空间位置信息。所述定位装置包括设置于所述支架上的滑轨，所述图像采集单元包括一个摄像头，所述摄像头上设置有与所述滑轨滑动配合的滑块。所述定位装置包括设置于所述支架上的可360度旋转的旋转机构，所述图像采集单元包括一个摄像头，所述摄像头设置于所述旋转机构上。所述图像采集单元包括两个摄像头，所述两个摄像头通过所述定位装置固定于所述支架上。所述图像采集单元包括三个摄像头，所述三个摄像头通过所述定位装置固定于所述支架上。所述定位单元包括设置于所述支架上的至少三个定位模块。所述定位单元包括设置于所述支架上的倾斜角传感器和设置于所述摄像头上以及所述支架上的至少两个定位模块。所述定位单元包括设置于每个摄像头上的定位模块。所述定位模块为DGPS (差分全球定位系统)定位模块。所述定位模块为激光跟踪仪或激光扫描仪。所述支架底部设置有移动部件。本发明还公开一种获得定日镜实际旋转中心的方法，包括如下步骤a、设置支架在定日镜上方，利用图像采集单元中的摄像头拍摄定日镜在当前状态下镜面图像，发送到所述图像处理单元；
所述定位单元确定所述摄像头的位置信息发送至所述图像处理单元；
b、所述图像处理单元结合所述摄像头拍摄的镜面状态图像信息及所述摄像头的空间位置信息得到定日镜镜面的空间位置信息；
C、定日镜完成一组旋转，利用多个定日镜镜面的空间位置确定定日镜的实际旋转中心。步骤a中，所述定位装置包括设置于所述支架上的滑轨，所述图像采集单元包括一个摄像头，所述摄像头上设置有与所述滑轨滑动配合的滑块，通过改变摄像头在所述滑轨中的位置，拍摄同一定日镜不同的镜面图像；
并且，在完成上述步骤后，通过移动摄像头在滑轨中的位置，重复步骤b和c获取其他定日镜的实际旋转中心。步骤a中，所述定位装置包括设置于所述支架上的可360度旋转的旋转机构，所述图像采集单元包括一个摄像头，所述摄像头上设置于所述旋转机构上，利用所述旋转机构控制摄像头改变角度，拍摄同一定日镜不同的镜面图像；
并且，在完成上述步骤后，通过改变摄像头的角度，重复步骤b和c获取其他定日镜的实际旋转中心。步骤a中，所述图像采集单元包括两个摄像头，所述两个摄像头通过所述定位装置固定于所述支架上，利用所述两个摄像头得到定日镜在当前状态下的两幅镜面状态图像。步骤a中，所述图像采集单元包括通过所述定位装置固定在所述支架上的三个摄像头，利用三个摄像头分别拍摄定日镜镜面状态图像，得到定日镜在当前状态下的三幅镜面状态图像。步骤a中，采用至少三个定位模块按照不在同一条直线上的原则设置于所述支架上，确定所述支架的空间位置；
利用所述摄像头与所述支架的相对位置关系可以确定所述摄像头的空间位置。步骤a中，通过设置于所述支架上的倾斜角传感器和设置于所述支架上及摄像头上的至少两个定位模块结合确定所述支架的空间位置及所述摄像头的空间位置。步骤a中，通过设置于每个所述摄像头上的定位模块确定每个摄像头的空间位置；
利用所述支架与所述摄像头的相对位置关系确定所述支架的空间位置。所述定位模块为DGPS (差分全球定位系统)定位模块。所述定位模块为激光跟踪仪或激光扫描仪。所述支架底部设置有移动部件，在完成步骤c后，移动所述支架至另一面或者另一组定日镜上方，获取其他定日镜的实际旋转中心。发明的有益效果是
(1)本发明所述的定日镜校正单元，采用摄像头直接采集定日镜镜面的图像，是属于对实际存在的具体的物体进行图像采集，不会出现采集不到的情况，也不会出现采集到的图像不清晰不准确的情况，通过对实际的物体图像进行处理，可使得到的定日镜的空间位置更为精准。(2)本发明所述的设备，采用定位单元来确定支架的空间位置，图像采集单元的空间位置，可实时确定整个系统中每个部件的实际空间位置，因此不需要支架与定日镜的位置是固定的，只要能够通过图像采集单元采集到定日镜镜面的图像就能对定日镜进行校正，不论定日镜的角度如何以及支架相对于定日镜的位置如何，都可以随时实现对定日镜的旋转轴的确定，实现实时校正定日镜。(3)本发明所述的定日镜校准设备，根据需要，可以通过设置滑轨在支架上，这样可更加方便的移动图像采集单元来实现对下一面定日镜的校正；另外根据需要，还可以通过设置在支架上的可360度旋转的旋转机构，带动摄像头改变摄像头的角度，就可以实现对下一面的定日镜的校正，效率较高；并且根据需要，通过移动设置于支架底部的移动部件就可以移动校正设备对下一面或者下一组定日镜进行校正，在对大量定日镜进行校正时具有极高的校正效率。
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明所述定日镜校正设备具有一个摄像头的实施例的结构示意图； 图2为本发明所述定日镜校正设备具有两个摄像头的实施例的结构示意图； 图3为本发明所述定日镜校正设备具有三个摄像头的实施例的结构示意图； 图4为本发明所述定日镜校正设备的光路示意图； 其中附图标记为1-支架2-图像采集单元3-定日镜4-移动部件。
具体实施例方式实施例1
本实施例提供一种可移动定日镜校正设备，其包括支架，图像采集单元及图像处理单
元；
所述图像采集单元通过定位装置设置于所述支架上，包括 至少一个摄像头用于采集定日镜的镜面状态影像； 至少一个定位单元用于确定所述摄像头的空间位置；
所述图像处理单元用于接收所述摄像头采集到的镜面状态影像，结合所述摄像头的空间位置信息，确定所述定日镜镜面的空间位置信息。本实施例中，所述位置检测模块包括设置于所述支架上的至少三个定位模块，所述定位模块为DGPS (差分全球定位系统)定位模块。DGPS是英文Difference Global Positioning System的缩写，即差分全球定位系统，方法是在一个精确的已知位置上安装监测接收机，计算得到它能跟踪的每颗GPS卫星的距离误差。该差值通常称为PRC (伪距离修正值)，将此数据传送给用户接收机作误差修正，从而提高了定位精度。作为可选的实施方式，所述定位模块也可选择所述定位模块为激光跟踪仪或激光扫描仪。
本实施例中，所述定位装置包括设置于所述支架上的滑轨，如图1所示，所述图像采集单元包括一个摄像头，所述摄像头上设置有与所述滑轨滑动配合的滑块；
在具体实施时，所述图像处理单元通过得到镜面的至少三个不同的空间位置后确定镜面的旋转时的实际方位旋转轴和实际俯仰旋转轴。本实施例公开的一种获得定日镜实际旋转中心的方法，包括如下步骤
a、设置支架在定日镜上方，利用图像采集单元中的摄像头拍摄定日镜在当前状态下镜面图像，发送到所述图像处理单元；
所述定位单元确定所述摄像头的位置信息发送至所述图像处理单元； 本实施例中，采用至少三个DGPS定位模块按照不在同一条直线上的原则设置于所述支架上，确定所述支架的空间位置以及所述摄像头的空间位置与所述支架的相对位置关系可以确定所述摄像头的空间位置；
本实施例中，所述定位装置包括设置于所述支架上的滑轨，所述图像采集单元包括一个摄像头，所述摄像头上设置有与所述滑轨滑动配合的滑块，通过改变摄像头在所述滑轨中的位置，拍摄同一定日镜不同的镜面图像；
b、所述图像处理单元结合所述摄像头拍摄的镜面状态图像信息及所述摄像头的空间位置信息得到定日镜镜面的空间位置信息；
如图4所示为进行图像处理时的在分析计算时的光路原理简图，分析过程如下 图中所示ABCD为定日镜的镜面示意图，A1B1C1D1为所述摄像头采集到的其中一幅镜面状态图像示意图a，A2B2C2D2为摄像头采集到的另外一幅镜面状态图像示意图b，其中Op O2 为焦点，根据所述摄像头的空间位置即可确定A1B1C1及A^2C2的空间位置，又已知O1和02， 可得平面 A1B1O1, A2B2O2, B1C1O1 W^fM
平面 A1B1O1 的方程S1X + biF +C1Z^d1 = O
平面 A2IA 的方程a2x + b2y + c2z+ d2 = 0 平面 B1C1O1 的方程1B1X ^ fay ^g1Z + h; = 0 点 B 为面 A1B1O1、面 A2B2O2^M B1C1O1 的交点； 因此点B满足上述三个方程。得B得空间位置为(a，b，C)。其中
('bl^c2^hl 一 bl>-d2^gl 一匕2<1-、]1 + + cl^-dl^il — c2^dl>-fl 1 a=—:--
al-b2^gl - ai>c2-fl —十+ bl^c2><ei - b2-cl>-el
一 ^ ^ - Ii-Iil + ^- ^- + bl^d2^el -
同理得A，C, D的空间坐标，从而确定定日镜镜面的空间位置。c定日镜完成一组旋转，利用多个定日镜镜面的空间位置确定定日镜的实际旋转轴ο在具体实施时，控制定日镜在俯仰方向完成一组旋转，采用步骤b得到至少一个俯仰角下的镜面空间位置信息；选取至少两个不同俯仰角的镜面空间位置信息的交界面为定日镜的实际俯仰旋转轴；
控制定日镜在水平定位方向完成一组旋转，采用步骤b得到至少一个方位角的镜面空间位置信息；选取至少两个不同方位角的镜面空间位置信息的交界面为定日镜的实际定位旋转轴。并且，在完成步骤上述步骤后，通过移动摄像头在滑轨中的位置，重复上述步骤对其他定日镜进行校正。需要说明的是，本发明在确定定日镜实际旋转中心的过程中，实际的镜面旋转中心与实际俯仰旋转轴和实际的定位旋转轴之间有一定的距离，该方法得到的镜面上的旋转中心为两个实际旋转轴在镜面上的投影的交点。现有技术中常用的获得定日镜的两个旋转轴旋转角度的方法有两种一种是采用步进电机在控制的过程中，根据输出脉冲与旋转角度的对应关系直接获得两个旋转轴旋转的角度；另一种是在定日镜的两个旋转轴上设置角度传感器来测量定日镜两个旋转轴旋转的角度。第一种方法的精确度可以满足一般需求，但是第二种测量方法精度更高，可以更加精确的获得定日镜两个旋转轴旋转过的角度。而两个旋转轴旋转的旋转角度和本发明获得定日镜旋转中心时定日镜镜面的旋转角度之间存在一定的误差，两个实际旋转轴和镜面有一定距离，在校准后，将太阳光反射到指定点的算法会将此差别予以考虑。实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，所述定位装置包括设置于所述支架上的可360 度旋转的旋转机构，所述图像采集单元包括一个摄像头，所述摄像头设置于所述旋转机构上。在确定定日镜旋转中心的步骤a中，利用所述旋转机构控制摄像头在至少两个角度下分别拍摄定日镜镜面状态图像，得到定日镜镜面状态图像；
并且，在完成对一面定日镜的校正后，通过旋转摄像头的角度，重复步骤b和c就可以实现对其他定日镜进行校正。实施例3
在本实施例中，所述图像采集单元包括两个摄像头，所述两个摄像头通过所述定位装置固定于所述支架上。本实施例中，采用设置于所述支架上的倾斜角传感器和设置于所述摄像头上以及所述支架上的至少两个定位模块代替上述实施例中所述的设置于所述支架上的按照不在同一条直线的原则设置的至少三个定位模块。通过设置于所述支架上的倾斜角传感器和设置于每个摄像头上的至少两个定位模块结合确定所述支架的空间位置及所述每个摄像头的空间位置。在确定定日镜旋转方法的步骤a中，利用所述两个摄像头得到定日镜在当前状态下的两幅镜面状态图像。实施例4
在本实施例中，所述图像采集单元包括三个摄像头，所述三个摄像头通过所述定位装置固定于所述支架上。
本实施例中，在每个摄像头上设置定位模块，所述定位模块可以选择为DGPS定位模块或者所述定位模块为激光跟踪仪或激光扫描仪，也可以选择其他的定位模块。在确定定日镜旋转方法的步骤a中，利用三个摄像头分别拍摄定日镜镜面状态图像，得到定日镜在当前状态下的三幅镜面状态图像。事实上选择两幅镜面状态图像就可以确定出定日镜镜面的空间位置，但是也可以采用三幅图像，这样可以得到3组值后求取平均值获得最终的结果，这样求得的结果会更加精确。实施例5
本实施例在上述任一实施例的基础上，所述支架底部设置有适于移动的移动部件。利用本实施例中的设备，可以在对一面或者一组定日镜完成校正后，利用支架底部的移动部件将校正设备移动到其他定日镜的上方对其他定日镜进行校正，提高校正的工作效率。虽然本发明已经通过具体实施方式
对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化， 均属于本发明所要保护的范围。
权利要求
1.一种定日镜校正设备，其包括支架，图像采集单元及图像处理单元；其特征在于 所述图像采集单元通过定位装置设置于所述支架上，包括至少一个摄像头用于采集定日镜的镜面状态影像； 至少一个定位单元用于确定所述摄像头的空间位置；所述图像处理单元用于接收所述摄像头采集到的镜面状态影像，结合所述摄像头的空间位置信息，确定所述定日镜镜面的空间位置信息。
2.根据权利要求1所述的定日镜校正设备，其特征在于所述定位装置包括设置于所述支架上的滑轨，所述图像采集单元包括一个摄像头，所述摄像头上设置有与所述滑轨滑动配合的滑块。
3.根据权利要求1所述的定日镜校正设备，其特征在于所述定位装置包括设置于所述支架上的可360度旋转的旋转机构，所述图像采集单元包括一个摄像头，所述摄像头设置于所述旋转机构上。
4.根据权利要求1所述的定日镜校正设备，其特征在于所述图像采集单元包括两个摄像头，所述两个摄像头通过所述定位装置固定于所述支1 ο
5.根据权利要求1所述的定日镜校正设备，其特征在于所述图像采集单元包括三个摄像头，所述三个摄像头通过所述定位装置固定于所述支1 ο
6.根据权利要求1-5任一所述的定日镜校正设备，其特征在于 所述定位单元包括设置于所述支架上的至少三个定位模块。
7.根据权利要求1-5任一所述的定日镜校正设备，其特征在于所述定位单元包括设置于所述支架上的倾斜角传感器和设置于所述摄像头上以及所述支架上的至少两个定位模块。
8.根据权利要求5所述的定日镜校正设备，其特征在于 所述定位单元包括设置于每个摄像头上的定位模块。
9.根据权利要求6-8任一所述的定日镜校正设备，其特征在于 所述定位模块为DGPS (差分全球定位系统)定位模块。
10.根据权利要求6-8任一所述的定日镜校正设备，其特征在于 所述定位模块为激光跟踪仪或激光扫描仪。
11.根据权利要求1-10任一所述的定日镜校正设备，其特征在于 所述支架底部设置有移动部件。
12.—种获得定日镜实际旋转中心的方法，包括如下步骤a、设置支架在定日镜上方，利用图像采集单元中的摄像头拍摄定日镜在当前状态下镜面图像，发送到所述图像处理单元；所述定位单元确定所述摄像头的位置信息发送至所述图像处理单元；b、所述图像处理单元结合所述摄像头拍摄的镜面状态图像信息及所述摄像头的空间位置信息得到定日镜镜面的空间位置信息；c、定日镜完成一组旋转，利用多个定日镜镜面的空间位置确定定日镜的实际旋转中
13.根据权利要求12所述的获得定日镜实际旋转中心的方法，其特征在于步骤a中，所述定位装置包括设置于所述支架上的滑轨，所述图像采集单元包括一个摄像头，所述摄像头上设置有与所述滑轨滑动配合的滑块，通过改变摄像头在所述滑轨中的位置，可拍摄同一定日镜不同的镜面图像；并且，在完成上述步骤后，通过移动摄像头在滑轨中的位置，重复步骤b和c获取其他定日镜的实际旋转中心。
14.根据权利要求12所述的获得定日镜实际旋转中心的方法，其特征在于步骤a中，所述定位装置包括设置于所述支架上的可360度旋转的旋转机构，所述图像采集单元包括一个摄像头，所述摄像头设置于所述旋转机构上，利用所述旋转机构控制摄像头改变角度，拍摄同一定日镜不同的镜面图像；并且，在完成上述步骤后，通过改变摄像头的角度，重复步骤b和c获取其他定日镜的实际旋转中心。
15.根据权利要求12所述的获得定日镜实际旋转中心的方法，其特征在于步骤a中，所述图像采集单元包括两个摄像头，所述两个摄像头通过所述定位装置固定于所述支架上，利用所述两个摄像头得到定日镜在当前状态下的两幅镜面状态图像。
16.根据权利要求12所述的获得定日镜实际旋转中心的方法，其特征在于步骤a中，所述图像采集单元包括通过所述定位装置固定在所述支架上的三个摄像头，利用三个摄像头分别拍摄定日镜镜面状态图像，得到定日镜在当前状态下的三幅镜面状态图像。
17.根据权利要求12-16任一所述的获得实际旋转中心的方法，其特征在于步骤a中，采用至少三个定位模块按照不在同一条直线上的原则设置于所述支架上， 确定所述支架的空间位置；利用所述摄像头与所述支架的相对位置关系可以确定所述摄像头的空间位置。
18.根据权利要求12-16任一所述的获得定日镜实际旋转中心的方法，其特征在于 步骤a中，通过设置于所述支架上的倾斜角传感器和设置于所述支架上及摄像头上的至少两个定位模块结合确定所述支架的空间位置及摄像头的空间位置。
19.根据权利要求16所述的获得定日镜实际旋转中心的方法，其特征在于 步骤a中，通过设置于每个所述摄像头上的定位模块确定每个摄像头的空间位置； 利用所述支架与所述摄像头的相对位置关系确定所述支架的空间位置。
20.根据权利要求17-20任一所述的获得定日镜实际旋转中心的方法，其特征在于 所述定位模块为DGPS (差分全球定位系统)定位模块。
21.根据权利要求17-20任一所述的获得定日镜实际旋转中心的方法，其特征在于 所述定位模块为激光跟踪仪或激光扫描仪。
22.根据权利要求13-21所述的获得定日镜实际旋转中心的方法，其特征在于所述支架底部设置有移动部件，在完成步骤c后，移动所述支架至另一面或者另一组定日镜上方，获取其他定日镜的实际旋转中心。
全文摘要
本发明公开一种动定日镜校正设备，其包括支架，图像采集单元及图像处理单元；所述图像采集单元直接采集定日镜镜面的图像信息，发送至所述图像处理单元，所述图像处理单元根据定日镜镜面的图像信息结合所述图像采集单元及支架的空间位置信息得到定日镜镜面的空间位置信息，所述图像处理单元通过得到镜面的多个空间位置后确定镜面的实际旋转中心，完成对定日镜的校准工作。本发明中所述的定日镜校正设备通过图像采集单元直接采集定日镜镜面的图像信息准确率高，并且本发明所述设备还配有多种移动方式，而且在校正大量定日镜的过程中具有较高的效率。
文档编号G01M11/00GK102298194SQ201110222588
公开日2011年12月28日 申请日期2011年8月4日 优先权日2011年8月4日
发明者孙海翔, 朱亮, 王威, 窦新国, 许迪, 钟强 申请人:深圳市联讯创新工场科技开发有限公司