CN105674915A - 太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置，包括光源、跟踪平台、输送装置、光斑接收装置、光斑采集装置、校对装置、控制系统和数据处理终端，输送装置安装在跟踪平台上，与控制系统连接，用于输送待待测镜面的夹具并控制夹具运动到镜面检测位置；校对装置包括安装在跟踪平台上的夹具和安装在夹具内的标准镜面；光斑采集装置安装在跟踪平台上，与数据处理终端连接，用于采集待测镜面和标准镜面的反射光线在光斑接收装置上呈现的光斑图像，并将待测镜面和标准镜面的反射光线呈现的光斑图像通过数据线传输到数据处理终端进行处理。本发明的结构简单、检测过程简单直观，适应性好，且便于实现流水线批量作业模式，提高了检测效率。

Description

太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置

技术领域

本发明属于太阳能聚光发电技术领域，具体的说是涉及一种太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置。

背景技术

在太阳能聚光集热领域，吸热器与聚光器反射镜面一般相距较远，而反射镜面的制造成型不可避免的存在面形误差，过大的面形误差可能导致聚光器聚集的太阳光能在吸热器表面分布不合理或聚光效果不理想，更为严重的将导致部分光能偏离接收窗口或吸热器产生过热等情况。因此，对制造的反射镜单元进行面形误差的检测与评价是非常重要的。

目前，聚光器反射镜单元的面形误差检测方法主要有激光逐点扫描法、视觉摄影测量法、反射栅格摩尔条纹检测法等。前两者并不适合反射镜单元的快速检测，相对于前两种方法而言，反射栅格摩尔条纹检测法虽能在一定程度的实现快速检测，但对反射镜单元的定位精度要求较高，并且后续的图像处理过程较为复杂，具有检测过程复杂，不直观的缺陷。现有技术1(CN102564343A)中公开了一种太阳能槽式曲面反光镜面形误差检测装置,其工作原理是：激光器发出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，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。

现有技术1虽能在一定程度提升镜面单元的检测速度，但实质上也是对全镜面进行光线扫描的，与此同时还要对光斑图像实时采集。此外，现有技术1要实现全镜面的检测，投射的光线需要进一步的密集，整个平行光源装置将变得更为复杂。这样看来，聚光器反射镜单元的检测速度仍有待于进一步提高，且需要降低检测装置的复杂性。更为重要的是，如果镜面单元检测过程能实现或逼近真实的太阳聚光过程，则面形误差的检测结果将更为直观，且能有效的评价反射镜单元的合格与否或依据质量等级进行分类应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、检测过程简单直观且效率高，能实现面向真实太阳光源聚集过程的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置，它还能对检测后的反射镜单元按面形质量等级进行自动标识。

本发明采用的技术方案是：一种太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置，包括光源、跟踪平台、输送装置、光斑接收装置、光斑采集装置、校对装置、控制系统和数据处理终端，所述的输送装置安装在跟踪平台上，与控制系统连接，用于输送待待测镜面的夹具并控制夹具运动到镜面检测位置；

所述的夹具包括夹具座、压紧滑块及压紧弹簧；夹具座内设有定位凸台，压紧滑块设置在夹具座内，压紧滑块上设有导向销，导向销插装在夹具座一侧壁上的导向销孔内，导向销上套装有弹簧，弹簧两端分别与压紧滑块和夹具座的设有导向销孔的侧壁连接，夹具座上设有定位面I和定位面Ⅱ，定位面I和定位面Ⅱ垂直；

所述的校对装置包括安装在跟踪平台上的夹具和安装在夹具内的标准镜面；校对装置的夹具的定位凸台顶面与待测镜面的夹具的定位凸台的顶面重合，校对装置的夹具的定位面I和定位面II分别与待测镜面的夹具的定位面I和定位面II平行；

光斑采集装置安装在跟踪平台上，与数据处理终端连接，用于采集待测镜面和标准镜面的反射光线在光斑接收装置上呈现的光斑图像，并将待测镜面和标准镜面的反射光线呈现的光斑图像通过数据线传输到数据处理终端进行处理。

上述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置中，所述的跟踪平台包括底板、脚轮、上机架板及伸缩推杆，脚轮安装在底板的底部，底板的上表面一侧设有支撑立柱，另一侧与伸缩推杆的下端铰接；支撑立柱的顶端与上机架板铰接；伸缩推杆的顶端与上机架板铰接，伸缩推杆的动力驱动部分与控制系统连接。

上述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置中，所述的跟踪平台包括方位角跟踪装置，底板固定在方位角跟踪装置上，方位角跟踪装置的旋转轴线垂直于底板。

上述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置中，所述的输送装置包括安装座I、线性导轨、滑块、安装座及齿条；安装座I及安装座Ⅱ固定安装在上机架板上，线性导轨固定在安装座I上，滑块与线性滑轨配合，齿条固定在安装座Ⅱ上；齿条与线性导轨平行；所述的待测镜面的夹具安装在滑块上，待测镜面的夹具上设有电机，电机的输出轴上设有齿轮，齿轮与齿条啮合；电机与控制系统连接。

上述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置中，所述夹具的夹具座的底部设有两个导向槽，导向槽与导向销的轴线平行，对应于导向槽，压紧滑块的底部设有凸台，凸台与导向槽配合。

上述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置中，光斑接收装置包括多个接收靶，多个接收靶分别位于待测镜面和标准镜面的上方，固定在龙门架的横梁上；龙门架安装在上机架板上。

上述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置中，所述光斑采集装备包括固定在龙门架的立柱上的多个图像采集设备，多个图像采集设备分别对准相对应的接收靶。

上述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置中，还包括贴标装置，贴标装置位于待测镜面的检测位置的上方，贴标装置包括门架、贴标器和直线推杆，直线推杆竖直安装在门架上，所述的贴标器固定在直线推杆的下端，并位于待测镜面的上方，所述的直线推杆的动力部分与控制系统连接。

上述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置中，所述的光源为太阳非平行光源、远场照射的近似平行光源或其他太阳光源模拟器得到的人造的光源。

上述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置中，所述的上机架板上安装有位置传感器，位置传感器与控制系统连接，能够待测镜面的夹具中的待测镜面与标准镜面处于平行且底面重合的位置。

上述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置中，包括多个输送装置，相对应的，跟踪平台设有多个光斑接收装置、多个光斑采集装置及多个贴标装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用跟踪平台来跟踪光源，在待测镜面和标准镜面处于相同的聚光和反射光线接收条件下，通过光斑采集装置来采集待测镜面和标准镜面的反射光线在光斑接收装置上呈现的光斑图像，并传输给数据处理终端进行处理，得到待测镜面的质量等级及面形误差值。本发明可以有效地实现反射镜单元在太阳光照射下的聚光情况，通过与标准镜面的聚焦光斑进行比较，直观的判断待测镜面的面形质量；同时本发明对太阳位姿的跟踪精度要求低，因为采用的自校对的方式来检测反射镜面形误差，仅需要保证待测镜面和标准镜面处于相同的聚光和反射光线接收条件即可，降低了检测难度，检测过程简单直观。

2、本发明设有用于自动粘贴质量等级标签的贴标器，能够对反射镜单元产品进行质量等级进行标识，方便后续镜面的使用与质量跟踪。此外，本发明前端可与待测镜面自动输送线路连接，后端可与反射镜单元质量分拣流水线连接，能实现反射镜单元自动化的质量分级分拣工作，适应了大批量的反射镜单元的面形检测的流水线作业，有效提高了生产效率。

3、本发明使用时，待测镜面通过夹具进行定位和输送，其中，夹具的夹具座上加工有与待测镜面特征基准面匹配的定位凸台，由于待测镜面一般采用模具成型工艺，其特征基准面的精度能得到有效保证，因此夹具中安装的待测镜面和校对装置中安装的标准镜面能够处于相同的聚光条件；当改变待测镜面的几何形状时，仅需要对夹具座的相应定位凸台的结构进行匹配更改，即可以进行待测镜面的面形检测工作，本发明的适应性好。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的立体图。

图3为本发明的输送装置和夹具的立体图。

图4为本发明的输送装置和夹具的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1和图2所示，本发明包括用于跟踪或对准光源10的跟踪平台1、两个输送装置35、光斑接收装置33、光斑采集装置32、校对装置28、贴标装置34、控制系统30和数据处理终端31。所述的光源采用的是太阳非平行光源、远场照射的近似平行光源或其他太阳光源模拟器得到的人造的光源。

所述跟踪平台1包括安装在底板2、多个脚轮3、上机架板37及伸缩推杆26，所述的多个脚轮3安装在底板2的底部，所述的底板2上表面一侧固定安装有两支撑立柱，支撑立柱的顶端与上机架板37铰接，所述的底板2上表面的另一侧铰接有两伸缩推杆26，伸缩推杆26的顶端和上机架板37铰接，构成高度角驱动机构，伸缩推杆26的动力部分与控制系统30连接，用于控制伸缩推杆26的伸缩运动，以调节上机架板37的高度角。

跟踪平台1还可以设有实现旋转运动的方位角跟踪装置，底板2固定在方位角跟踪装置上，方位角跟踪装置的旋转轴线垂直于底板2，从而构成高度角和方位角双向跟踪的双轴跟踪平台。

所述的光斑接收装置33包括的接收靶13、接收靶16、接收靶18及龙门架9，龙门架9通过螺栓固定安装在上机架板37上，所述的接收靶13、接收靶16、接收靶18固定安装在龙门架9的横梁上，接收靶13和接收靶16、接收靶18分别接收标准镜面6和两待测镜面19的反射光线，且接收反射光线的表面具有朗伯效应并平面重合。

所述的光斑采集装备32包括固定在龙门架9的立柱侧面上的图像采集设备8、图像采集设备7和图像采集设备20，图像采集设备8、图像采集设备7和图像采集设备20可以采用CCD相机，其镜头分别对准接收靶13、接收靶16、接收靶18的接收反射光线的表面，且在相机镜头前方设置有防止感光元件饱和的中性密度滤光片。图像采集设备8、图像采集设备7和图像采集设备20分别与数据处理终端31连接，将采集到的数据传输到数据处理终端31进行分析处理。得到待测镜面19的质量等级及面形误差值，数据处理终端31通过数据线29将检测结果传输至控制系统30，并由控制系统30来控制贴标装置34在待测镜面19的表面贴标相应的质量等级标签。

如图1~图4所示，所述的输送装置35包括线性导轨22、滑块52及齿条24-1，线性导轨22通过螺钉43安装在多个安装座Ⅰ23上，安装座Ⅰ23固定安装在上机架板3上，所述的滑块52安装在线性导轨22上，与线性导轨22配合且能够在线性导轨22上移动。所述的齿条24-1通过安装座Ⅱ25固定安装在上机架板3上，齿条24-1与线性导轨22平行。待测镜面19的夹具21底部上设有电机安装座46，电机安装座46上安装有电机40，电机40的输出轴上通过螺钉47安装有齿轮39，齿轮39与齿条24-1啮合，电机40通过数据线29与控制系统30连接。电机40转动带动齿轮39转动，齿轮39与齿条24-1啮合，在线性导轨22的导向作用下带动夹具21沿线性导轨22移动。所述的上机架板上安装有位置传感器，位置传感器与控制系统30连接，能够使待测镜面的夹具中的待测镜面19与标准镜面6处于平行且底面重合的位置。可见，所述的输送装置35用于输送待待测镜面19的夹具21并控制夹具21运动到镜面检测位置。

如图4所示，所述的夹具21包括夹具座42、压紧滑块41及弹簧48；所述的夹具座42内底部设有有若干与待测镜面19底部面吻合的定位凸台49，夹具座42的左侧和后侧分别设有与待测镜面19的左侧面和后侧面的面形吻合的定位面Ⅰ42-1和定位面Ⅱ42-2，定位面Ⅰ42-1和定位面Ⅱ42-2垂直。所述的夹具座42的右侧壁上设有轴向平行的两个导向销孔，导向销孔为阶梯圆孔，内部直径大于外部直径。两压紧滑块41置于夹具座42内，压紧滑块41的右侧面上设有导向销，两压紧滑块41的导向销分别插装在夹具座42的右侧壁上的两个导向销孔内，导向销与导向销孔间隙配合。导向销上套装有弹簧48，弹簧48的两端分别与压紧滑块41和夹具座42的右侧壁内侧连接，两压紧滑块41在弹簧48的作用下夹紧待测镜面19或标准镜面6。夹具座42底部还设有导向槽44，压紧滑块41的底部设有与导向槽44配合的凸台45，导向槽44和导向销孔共同起到压紧滑块41的滑动导向作用。所述的压紧滑块41上用于压紧标准镜面6或待测镜面19的侧面上部为斜面50，斜面50向外倾斜，便于标准镜面6或待测镜面19的安装。

所述的校对装置28包括标准镜面6及夹具21，标准镜面6安装在夹具21内，夹具21通过安装座Ⅲ5安装在上机架板37上，该夹具21的定位面Ⅰ42-1和定位面Ⅱ42-2与待测镜面19的夹具的定位面Ⅰ42-1和定位面Ⅱ42-2分别平行；该夹具的定位凸台49的顶面与待测镜面19的夹具的定位凸台49的顶面重合。校对装置28位于输送装置35的一侧。

所述的贴标装置34位于两个待测镜面19的检测位置的上方，包括门架17、用于自动粘贴质量等级标签的贴标器11、贴标器14和可伸缩运动的直线推杆12、直线推杆15，直线推杆12、直线推杆15安装在门架17上，竖直设置。贴标器11、贴标器14分别固定在直线推杆12、直线推杆15的下端，并位于两个待测镜面19的上方，对检测后的待测镜面19进行质量等级标签的粘贴，直线推杆12、直线推杆15的动力部分与控制系统30进行电连接，用于控制其伸缩运动来实现待测镜面19的贴标。

Claims (10)

1.一种太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置，包括光源、跟踪平台、输送装置、光斑接收装置、光斑采集装置、校对装置、控制系统和数据处理终端，其特征是：所述的输送装置安装在跟踪平台上，与控制系统连接，用于输送待待测镜面的夹具并控制夹具运动到镜面检测位置；

所述的夹具包括夹具座、压紧滑块及压紧弹簧；夹具座内设有定位凸台，所述的压紧滑块设置在夹具座内，压紧滑块上设有导向销，导向销插装在夹具座一侧壁上的导向销孔内，导向销上套装有弹簧，弹簧两端分别与压紧滑块和夹具座的设有导向销孔的侧壁连接，夹具座上设有定位面I和定位面Ⅱ，定位面I和定位面Ⅱ垂直；

所述的校对装置包括安装在跟踪平台上的夹具和安装在夹具内的标准镜面；校对装置的夹具的定位凸台顶面与待测镜面的夹具的定位凸台的顶面重合，校对装置的夹具的定位面I和定位面II分别与待测镜面的夹具的定位面I和定位面II平行；

光斑采集装置安装在跟踪平台上，与数据处理终端连接，用于采集待测镜面和标准镜面的反射光线在光斑接收装置上呈现的光斑图像，并将待测镜面和标准镜面的反射光线呈现的光斑图像通过数据线传输到数据处理终端进行处理。

2.根据权利要求1所述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置，其特征是：所述的跟踪平台包括底板、脚轮、上机架板及伸缩推杆，脚轮安装在底板的底部，底板的上表面一侧设有支撑立柱，另一侧与伸缩推杆的下端铰接；支撑立柱的顶端与上机架板铰接；伸缩推杆的顶端与上机架板铰接，伸缩推杆的动力驱动部分与控制系统连接。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置，其特征是：所述的跟踪平台包括方位角跟踪装置，底板固定在方位角跟踪装置上，方位角跟踪装置的旋转轴线垂直于底板。

4.根据权利要求1所述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置，其特征是：所述的输送装置包括安装座I、线性导轨、滑块、安装座及齿条；安装座I及安装座Ⅱ固定安装在上机架板上，线性导轨固定在安装座I上，滑块与线性滑轨配合，齿条固定在安装座Ⅱ上；齿条与线性导轨平行；所述的待测镜面的夹具安装在滑块上，待测镜面的夹具上设有电机，电机的输出轴上设有齿轮，齿轮与齿条啮合；电机与控制系统连接。

5.根据权利要求1所述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置，其特征是：所述夹具的夹具座的底部设有两个导向槽，导向槽与导向销的轴线平行，对应于导向槽，压紧滑块的底部设有凸台，凸台与导向槽配合。

6.根据权利要求1所述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置，其特征是：光斑接收装置包括多个接收靶，多个接收靶分别位于待测镜面和标准镜面的上方，固定在龙门架的横梁上；龙门架安装在上机架板上。

7.根据权利要求6所述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置，其特征是：所述光斑采集装备包括固定在龙门架的立柱上的多个图像采集设备，多个图像采集设备分别对准相对应的接收靶。

8.根据权利要求1所述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置，其特征是：还包括贴标装置，贴标装置位于待测镜面的检测位置的上方，贴标装置包括门架、贴标器和直线推杆，直线推杆竖直安装在门架上，所述的贴标器固定在直线推杆的下端，并位于待测镜面的上方，所述的直线推杆的动力部分与控制系统连接。

9.根据权利要求1所述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置，其特征是：所述的光源为太阳非平行光源、远场照射的近似平行光源或其他太阳光源模拟器得到的人造的光源。

10.根据权利要求1或4所述的太阳能聚光器反射镜单元的面形检测装置，其特征是：所述的上机架板安装有位置传感器，位置传感器与控制系统连接，能够待测镜面的夹具中的待测镜面与标准镜面处于平行且底面重合的位置。