一种太阳能聚光镜检测装置制造方法
【专利摘要】一种太阳能聚光镜检测装置，其包括：一太阳能聚光镜，通过第一转轴和第二转轴安装在支架上，第一转轴与第二转轴正交，且第一转轴与镜面平行，第二转轴与水平面垂直；一基准小反射镜位于第二转轴的轴线上；一接收屏，安装在太阳能聚光镜的光路上；接收太阳能聚光镜反射的光斑；一图像采集单元，由一摄像机连接计算机组成，摄像机的镜头对准接收屏上的光斑。
【专利说明】—种太阳能聚光镜检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于太阳能利用领域，涉及一种太阳能聚光镜检测装置。
【背景技术】
[0002]在太阳能利用领域，为了有效收集太阳辐射，需要采用大型太阳能聚光镜。大型太阳能聚光镜的采光口尺寸一般为几米到十几米，镜面采用钢架支撑结构，反射镜一般为镀银玻璃镜，整体面形为曲面，由几十至上百面小反射镜拼接而成，小反射镜的面形和拼接角度误差决定了聚光镜的光学性能。聚光镜面形误差用镜面上某点法向与该点理想法向的偏角来表示，单位为mrad。根据太阳能聚光镜的技术特点可知，聚光镜面形精度要比成像系统镜片的面形精度低的多，因此不能采用诸如牛顿环、摩尔条纹等检测成像系统镜片面形精度的方法来检测太阳能聚光镜。
[0003]目前，对抛物槽式太阳能聚光镜单个镜片曲率精度的检测方法有吸热管反射图像检测法、反射栅格摩尔条纹检测法等，上述方法可用于检测小反射镜的面形误差，但均无法检测各小反射镜间的拼接角度误差。基于激光束偏转法可以检测两平面反射镜间的夹角，但对反射镜面形精度要求很高，且累积误差很大，不适合检测大型的太阳能聚光镜。现有技术中，大型太阳能聚光镜的装调及检测一般采用校对光靶的方法，即通过调整小反射镜的倾斜角度，在某一时刻使小反射镜的光斑投射到光靶中心。这种方法会导致聚光镜实际面形与设计面形不相符，进而影响聚光镜的光学性能。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种太阳能聚光镜检测装置，以克服公知的太阳能聚光镜检测装置检测结果不准确，存在偏差的缺陷。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供的太阳能聚光镜检测装置，其包括:
[0006]一太阳能聚光镜，通过第一转轴和第二转轴安装在支架上，第一转轴与第二转轴正交，且第一转轴与镜面平行，第二转轴与水平面垂直；一基准小反射镜位于第二转轴的轴线上；
[0007]一接收屏，安装在太阳能聚光镜的光路上；接收太阳能聚光镜反射的光斑；
[0008]一图像采集单元，由一摄像机连接计算机组成，摄像机的镜头对准接收屏上的光斑。
[0009]所述的太阳能聚光镜检测装置中，太阳能聚光镜的光源为太阳或能够发射类似太阳光的人造光源，或能够跟踪太阳并将太阳光反射到被测聚光镜镜面的平面反射装置。
[0010]所述的太阳能聚光镜检测装置中，接收屏为表面涂有漫反射材料的平板，或具有透光率的平板(接收屏为具有透光率的平板时，摄像头安装在接收屏的后方)。
[0011]所述的太阳能聚光镜检测装置中，摄像机的镜头为光学镜头，视场角在30°左右，分辨率>50线/mm。
[0012]所述的太阳能聚光镜检测装置中，摄像头的镜头前安装有衰减片。[0013]所述的太阳能聚光镜检测装置中，摄像机安装在三脚架上，通过数据线与计算机相连。
[0014]本实用新型的优点在于:
[0015]1、本实用新型的检测装置能够实现对大型太阳能聚光镜的面形检测，检测精度较高，检测速度较快，且易于操作，这有利于提高聚光镜的光学性能和装调效率。
[0016]2、本实用新型的检测装置能够在太阳能聚光镜吊装后再进行检测与装调，避免在地面检测后再吊装而造成的镜面变形。
[0017]3、本实用新型的检测装置可对任意拼接面形的太阳能聚光镜进行检测，使用范围广。
[0018]4、本实用新型的检测装置可对太阳能聚光场中的所有聚光镜进行面形检测，简化了检测装置，降低了检测成本。
[0019]5、本实用新型的检测装置可同时对子镜的面形质量进行评价。
[0020]6、本实用新型采用了非接触式的测量方法，对镜面没有损伤。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型的太阳能聚光镜检测装置在一个实施例中的结构示意图；
[0022]图2是基准小反射镜的装调示意图；
[0023]图3是本实用新型的太阳能聚光镜检测装置在另一个实施例中的结构示意图；
[0024]图4是本实用新型的太阳能聚光镜检测装置在又一个实施例中的结构示意图。
[0025]附图中主要组件符号说明:
[0026]I太阳，2太阳能聚光镜，3接收屏，4图像采集单元，5摄像机，6三脚架，7数据线，8计算机，9基准小反射镜，10被测小反射镜，11第一光斑，12第二光斑，13相邻小反射镜，14第一转轴，15第二转轴，16太阳模拟器，17平面反射装置。
【具体实施方式】
[0027]本实用新型提供的太阳能聚光镜检测装置，用于对采用方位俯仰跟踪方式的太阳能聚光镜2进行检测，所述太阳能聚光镜2包括第一转轴14与第二转轴15 ;所述第一转轴14与第二转轴15正交，且第一转轴14与镜面平行，第二转轴15与水平面垂直；该检测装置包括:光源，接收屏3以及图像采集处理单元4 ;所述图像采集单元4包括摄像机5、三脚架6、数据线7、计算机8 ;所述摄像机5安装在所述三脚架6上，其通过数据线7与计算机8相连；其中，
[0028]所述光源所发出的光经被测聚光镜2反射后投射到位于所述被测聚光镜2附近的所述接收屏3上，在所述接收屏3上形成光斑；所述摄像机5拍摄所述接收屏3上的光斑，通过数据线7将所述光斑的信息传输到所述计算机8中，所述计算机8将光线实际投射所形成的光斑与理论计算得到的理想投射光斑进行比较，以检测聚光镜的面形质量。
[0029]上述技术方案中，所述光源为太阳1，或能够发射类似太阳光的人造光源，或能够跟踪太阳并将太阳光反射到被测聚光镜镜面的平面反射装置17。
[0030]上述技术方案中，所述接收屏3采用涂有漫反射材料的平板实现，或采用具有一定透光率的平板实现。[0031]上述技术方案中，所述摄像机5的镜头采用普通光学镜头，视场角在30°左右，分辨率>50线/mm。
[0032]上述技术方案中，所述摄像头5的镜头前还安装有衰减片。
[0033]本实用新型的太阳能聚光镜检测装置进行检测的方法，包括:
[0034]步骤1:令被测的太阳能聚光镜2绕所述第一转轴14转动至水平位置，选取该位置为基准位置；
[0035]步骤2:在被测的太阳能聚光镜2上安装基准小反射镜9，使所述基准小反射镜9的顶点或几何中心点位于所述第二转轴15的轴线上；
[0036]步骤3:调整所述基准小反射镜9，使所述基准小反射镜9的顶点切平面与平面平行；
[0037]步骤4:选取所述被测的太阳能聚光镜2上的若干小反射镜作为检测目标；
[0038]步骤5:控制所述被测的太阳能聚光镜2跟踪光源，在所述接收屏3上生成被测小反射镜10的第一光斑11与所述基准小反射镜9的第二光斑12 ；
[0039]步骤6:在一较短的时间内，通过所述摄像机5拍摄接收屏3上的第一光斑11和第二光斑12，通过数据线7将摄像机5中采集到的光斑信息传输到所述计算机8中；所述的一较短的时间是指在这段时间内光源的方位变化能够忽略不计；
[0040]步骤7:所述计算机8对所接收到的光斑信息进行图像处理，确定被测小反射镜10反射所生成的第一光斑11与基准小反射镜9反射所生成的第二光斑12之间的相对位置，并与理想光斑位置进行比较，获得被测小反射镜10的角度倾斜误差；
[0041]其中，所述角度倾斜误差为位置偏差与焦距之间的比值,其中的位置偏差为第一光斑11与理想光斑之间的位置偏差，焦距为被测的太阳能聚光镜2的焦距。
[0042]上述技术方案中，还包括:
[0043]步骤8:将被测小反射镜10反射所生成的第一光斑11的形状与理想投射光斑的形状进行比较，根据比较结果评价所述小反射镜10的面形质量。
[0044]上述技术方案中，在步骤4中还包括:将被选取作为检测目标的小反射镜的相邻小反射镜用不透光的布遮起来。
[0045]现结合附图对本实用新型作进一步的描述。
[0046]本实用新型的检测装置用于对太阳能聚光镜的面形与拼接角度进行检测。为了便于理解，在对本实用新型的检测装置进行说明前，首先对太阳能聚光镜的结构加以描述。
[0047]参考图1和图2，被测的太阳能聚光镜2由多面小反射镜拼接而成，该太阳能聚光镜2采用方位俯仰跟踪方式，即该太阳聚光镜2上具有两个旋转轴:第一转轴14与第二转轴15。所述第一转轴14与第二转轴15正交，且第一转轴14与镜面平行，第二转轴15与水平面垂直。聚光镜2可绕所述两个转轴旋转跟踪光源，并将光源发出的光线反射到某一固定方向。
[0048]图1为本实用新型的太阳能聚光镜检测装置在一个实施例中的结构示意图，该装置包括光源，接收屏3以及图像采集处理单元4 ;其中，所述图像采集单元4包括摄像机5、三脚架6、数据线7、计算机8 ;所述摄像机5安装在三脚架6上，其通过数据线7与计算机8相连；其中，所述光源所发出的光经被测聚光镜2反射后投射到位于所述被测聚光镜2附近的所述接收屏3上，在所述接收屏3上形成光斑；所述摄像机5拍摄所述接收屏3上的光斑，通过数据线7将所述光斑的信息传输到所述计算机8中，所述计算机8将光线实际投射所形成的光斑与理论计算得到的理想投射光斑进行比较，以检测聚光镜的面形质量。
[0049]下面对本实用新型的太阳能聚光镜检测装置中的各个部件做详细描述。
[0050]在本实施例中，所述光源是太阳1，在如图3所示的另一个实施例中，所述光源也可以是能够发射类似太阳光的人造光源，如太阳模拟器16。在图4所示的又一个实施例中，所述光源还可以是能够跟踪太阳并将阳光反射到被测聚光镜镜面的平面反射装置17。
[0051]所述接收屏3用于接收由被测聚光镜2反射的光斑，在本实施例中，所述接收屏3采用涂有漫反射材料的平板实现，在其他实施例中，也可采用具有一定透光率的平板实现。所述接收屏3的尺寸与被测聚光镜2的尺寸相关，若被测聚光镜2面积较大，则接收屏3的面积较大，反之，接收屏3的面积较小。所述接收屏3的位置与倾斜角度均可调。
[0052]所述摄像头5位于所述接收屏3的前方或后方(当接收屏3采用漫反射材料制成时，摄像头5在接收屏3的前方，当接收屏3采用一定透光率材料制成时，摄像头5在接收屏3的后方)，其可通过三脚架6进行位置和角度的调整。摄像机5的镜头采用普通光学镜头，视场角在30°左右，分辨率>50线/mm，摄像机5的图像采集卡采用像元尺寸小于20 μ m的面阵CCD探测器。作为一种优选实现方式，摄像机5的镜头前可安装衰减片，以获得清晰的光斑像。
[0053]所述的计算机8根据光斑的成像信息计算被测聚光镜中的被测小反射镜10的角度倾斜误差和评价子镜的面形质量，给出被测小反射镜10需要调整的倾斜角度值，实时指导被测聚光镜2的装调工作，使被测聚光镜2的面形与设计值相符。
[0054]以上是对本实用新型的太阳能聚光镜检测装置的说明，下面以图1所示实施例所披露的装置为基础，对利用本实用新型的装置进行检测的方法予以说明。
[0055]本实用新型的检测方法包括两大阶段，一是基准调试阶段，二是检测阶段。
[0056]一、基准调试阶段。该阶段包括以下步骤:
[0057]步骤101:令被测的太阳能聚光镜2绕第一转轴14转动至水平位置，选取该位置为基准位置；
[0058]步骤102:在被测的太阳能聚光镜2上安装基准小反射镜9，尽量使基准小反射镜9的顶点(或几何中心点)位于第二转轴15的轴线上；
[0059]步骤103:调整基准小反射镜9，使基准小反射镜9顶点切平面与平面平行，至此基准小反射镜9已经调好。
[0060]二、检测阶段。该阶段包括以下步骤:
[0061]步骤201:选取被测的太阳能聚光镜2上的若干小反射镜作为检测目标。
[0062]为了避免被测小反射镜与基准小反射镜9在接收屏3上的光斑发生叠加，应尽量选择与基准小反射镜9不相邻的小反射镜进行检测，如图1中所示的被测小反射镜10，并将与该被测小反射镜相邻的其它小反射镜用不透光的布遮起来，如图1中所示的相邻小反射镜13。
[0063]步骤202:控制聚光镜2跟踪光源，在接收屏3上即可获得被测小反射镜10的光斑11与基准小反射镜9的光斑12。
[0064]在图1所示的实施例中，由于光源为太阳1，因此需控制控制聚光镜2跟踪太阳。若光源为太阳模拟器16或平面反射装置17，由于太阳模拟器16的位置可以固定不变，或平面反射装置17反射的光线方向可以固定不变，因此聚光镜2可以固定不动，即不需要跟踪运转。
[0065]步骤203:在某一较短的时间内，通过摄像机5拍摄接收屏3上的光斑11和光斑12，通过数据线7将摄像机5中CXD采集到的光斑信息传输到计算机8中。所述的某一较短的时间是指在这段时间内太阳I的方位变化可忽略不计。
[0066]步骤204:计算机8对所接收到的光斑信息进行图像处理，确定被测小反射镜10反射所生成的光斑11与基准小反射镜9反射所生成的光斑12之间的相对位置，并与采用光线追迹法计算得到的理想光斑位置进行比较，即可获得被测小反射镜10的角度倾斜误差。
[0067]其中，所述角度倾斜误差为位置偏差与焦距之间的比值，单位为rad ;其中的位置偏差是指光斑11与理想光斑之间的位置偏差，焦距是指被测的太阳能聚光镜的焦距。
[0068]通过上述步骤，本实用新型的检测装置可得到被测的太阳能聚光镜中各个小反射镜的角度倾斜误差(即小反射镜的拼接误差)，在后续操作中，利用这一计算结果可指导被测小反射镜10进行角度调整，使被测小反射镜10的倾斜角度达到设计值。
[0069]本实用新型的检测装置还可以用于检测小反射镜10的面形质量。在检测时，首先获取被测小反射镜10的实际投射光斑11，然后将该光斑的形状与计算机8采用光线追迹法计算得到的理想投射光斑的形状进行比较，根据比较结果可以定性地评价小反射镜10的面形质量。例如，若两个光斑的形状相似，则小反射镜10的面形质量较佳，反之，则面形质量较差。
[0070]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种太阳能聚光镜检测装置，其特征是，包括: 一太阳能聚光镜，通过第一转轴和第二转轴安装在支架上，第一转轴与第二转轴正交，且第一转轴与镜面平行，第二转轴与水平面垂直；一基准小反射镜位于第二转轴的轴线上； 一接收屏，安装在太阳能聚光镜的光路上；接收太阳能聚光镜反射的光斑； 一图像采集单元，由一摄像机连接计算机组成，摄像机的镜头对准接收屏上的光斑。
2.根据权利要求1所述的太阳能聚光镜检测装置，其特征是，太阳能聚光镜的光源为太阳或能够发射太阳光的人造光源，或能够跟踪太阳并将太阳光反射到被测聚光镜镜面的平面反射装置。
3.根据权利要求1所述的太阳能聚光镜检测装置，其特征是，接收屏为表面涂有漫反射材料的平板。
4.根据权利要求1所述的太阳能聚光镜检测装置，其特征是，接收屏为具有透光率的平板，摄像头安装在接收屏的后方。
5.根据权利要求1所述的太阳能聚光镜检测装置，其特征是，摄像机的镜头为光学镜头，视场角为30°，分辨率>50线/mm。
6.根据权利要求5所述的太阳能聚光镜检测装置，其中，摄像头的镜头前安装有衰减片。
7.根据权利要求1所述的太阳能聚光镜检测装置，其特征是，摄像机安装在三脚架上，通过数据线与计算机相连。
【文档编号】G01B11/24GK203489848SQ201320557681
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】姚志豪 申请人:北京首航艾启威节能技术股份有限公司