CN106443957B - 空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构，属于新能源领域。一种空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构，包括：调平地脚、导轨安装基座、横向导轨、横向导轨滑块、横向丝杠、横向丝杠滑块、横向丝杠基座、纵向导轨安装滑块、纵向导轨、纵向丝杆、纵向丝杆基座、纵向丝杆滑块、纵向导轨滑块、纵向导轨安装滑块连接梁、光源支架安装基座、光源支架、激光阵面光源、子孔径拼接镜以及成像系统。本发明能够准确、简单、直观、可靠地检测太阳能聚光的面型并能够根据检测的结果进行实时调整，非常便捷，而且对子孔径拼接镜面型有非常好的适用性。
Description
技术领域
本发明属于新能源领域，具体涉及一种空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构。
背景技术
子孔径拼接镜是离散化了的曲面镜结构，它通过若干个小型化的镜面拼接而成具有一定尺寸的大型曲面镜，以达到扩大空间新型能量系统聚光镜面积的目的，以克服当前空间大型聚光镜在整体加工、装调等研制方面问题，解决与运载可搭载设备空间尺寸间的矛盾问题。目前，子孔径拼接镜技术因其技术简单，易于实现，具有良好的技术继承性而被广泛应用于空间大型聚光镜及成像系统镜面研制项目中，子孔径拼接镜面型调整技术也越来越丰富。
与本发明最为接近的已有技术是中国肖君著硕士论文《太阳能热发电曲面反光镜面形检测技术研究》一文中第7页图13所示VSHOT法。如图1所示，被测镜61到目标屏67的距离为两倍焦距，激光器65由一个能沿两个轴转动的扫描仪68控制，激光光束入射到被测镜61上经反射后打在目标屏67上，以确定发射光束的中心点位置69，通过计算确定被测镜61在该点的法线方向。这种结构的最大缺点是结构复杂、构件多、被测镜偏斜角度不直观、检测装置的装配精度要求较高且该方法不适用于系统的初始快速装调阶段，尤其不适于子孔径拼接镜面型调整过程。
发明内容
为克服已有技术存在的缺陷，本发明为保证子孔径拼接镜拼接面型精度的前提下，提供一种简单、便捷的，空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构。
本发明的技术方案如下：
一种空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构，包括：调平地脚、导轨安装基座、横向导轨、横向导轨滑块、横向丝杠、横向丝杠滑块、横向丝杠基座、纵向导轨安装滑块、纵向导轨、纵向丝杆、纵向丝杆基座、纵向丝杆滑块、纵向导轨滑块、纵向导轨安装滑块连接梁、光源支架安装基座、光源支架、激光阵面光源、子孔径拼接镜以及成像系统；其中：
调平地脚与导轨安装基座连接，通过调平地脚可调整辅助光路调整结构的水平位置；导轨安装基座承担两根相互平行的横向导轨和一根横向丝杠的安装基准面；横向丝杠滑块安装在横向丝杠基座上；横向导轨滑块安装在横向导轨上；
纵向导轨安装滑块连接梁两端与两个纵向导轨安装滑块通过螺钉连接组成一根纵向丝杆和两根圆形截面的纵向导轨的安装基面；纵向导轨安装滑块连接梁底部连接横向丝杠滑块，横向丝杠滑块与横向丝杠连接，两个纵向导轨安装滑块分别与两个横向导轨连接；通过调整横向丝杠滑块和纵向导轨安装滑块的位置实现横向丝杠的回转运动实现纵向导轨安装滑块连接梁沿圆形截面的横向导轨的平稳往复运动；
纵向丝杆通过位于其两端的两个纵向丝杆基座与纵向导轨安装滑块连接梁连接，两根圆形截面的纵向导轨通过连接螺钉与纵向导轨安装滑块连接梁连接，安装过程中保证单个纵向丝杆和两根纵向导轨互相平行，纵向丝杆滑块与纵向丝杆连接，两个纵向导轨滑块分别与其对应的圆形截面的纵向导轨连接，光源支架安装基座通过连接螺钉与两个纵向导轨滑块和纵向丝杆滑块连接；通过调整两个纵向导轨滑块和纵向丝杆滑块的位置实现纵向丝杆的回转运动实现光源支架安装基座沿圆形截面的两根纵向导轨的平稳往复运动；
激光阵面光源和光源支架以一定角度连接，保证激光阵面光源的出射光线与被测镜表面夹角与实际太阳光照射情况一致，光源支架通过支架底部连接孔位与光源支架安装基座连接，并保证激光阵面光源的出射光线指向被测镜表面，纵向丝杆的回转运动实现激光阵面光源沿圆形截面的两根纵向导轨的平稳往复运动，横向丝杠的回转运动实现激光阵面光源沿圆形截面的两根横向导轨的平稳往复运动；
所述激光阵面光源的出射光束充满单个子孔径拼接镜，通过单个子孔径拼接镜的激光光束经子孔径拼接镜反射后光线汇聚于成像系统上，通过子孔径拼接镜的位置的调整使成像系统的激光入射光线满足聚光系统设计使用要求；依次通过调整每个子孔径拼接镜的位置可获得满足聚光系统设计使用要求的大型聚光镜面型。
在上述技术方案中，所述激光阵面光源由多个激光器光源组成；所述多个激光器光源位于子孔径拼接镜上的圆心、1/4R、1/2R、3/4R的位置，排列组成“#”、“米”或“十”字的形状，R为半径。
在上述技术方案中，纵向丝杆滑块和纵向导轨滑块通过螺钉与光源支架安装基座，纵向丝杆滑块与纵向丝杆连接，通过纵向丝杆的回转运动实现光源支架安装基座沿圆形截面的纵向导轨的往复运动。
在上述技术方案中，纵向导轨安装滑块与纵向导轨安装滑块连接梁连接后，再与横向导轨连接，组成二维平动机构，横向丝杠滑块与纵向导轨安装滑块连接梁连接，通过横向丝杠的回转运动实现光源支架安装基座沿圆形截面的横向导轨的往复运动。
在上述技术方案中，所述导轨安装基座与横向导轨垂直相交位置的底部分别设置有所述调平地脚。
本发明的有益效果：
1、通过激光阵面光源模拟子孔径拼接镜入射光源，激光阵面光源的出射光束充满单个子孔径拼接镜便于子孔径拼接镜的快速装调和标定；
2、聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构实现了子孔径拼接镜的宽光束光源快速模拟，并可快速实现每个子孔径拼接镜的光路全覆盖，便于实现大型聚光镜全口径横向和纵向子孔径拼接镜的面型调整；
3、聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构简单，加工装配极其容易，避免了复杂组合结构所引起的加工制造难题，可大幅降低大型聚光镜全口径装调所需大尺寸装调工装加工装调成本，缩短加工周期；
4、利用该聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构可快速实现大型聚光镜全口径子孔径拼接镜的镜面调整，整个系统调整方案简单、快捷，通过激光光路可显示太阳光传播路径，非常便于进行现场装调实施，该方案非常利于大型空间聚光镜子孔径拼接镜的快速装调，该方案环境适应性好，使用范围广泛，尤其适用于空间子孔径拼接镜的装调和初始检测。
5、本发明能够准确、简单、直观、可靠地检测太阳能聚光的面型并能够根据检测的结果进行实时调整，非常便捷，而且对子孔径拼接镜面型有非常好的适用性。
附图说明
图1是已有技术VSHOT法示意图。
图2是本发明的空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构的结构示意图。
图3(1)～3(3)是本发明的激光阵面光源示意图，其中，图3(1)为“#”字光源示意图，图3(2)为“米”字光源示意图，图3(3)为“十”字光源示意图。
图4是本发明的空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构的纵向导轨组件示意图。
图5是本发明的空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构的快速装调及使用原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做以详细说明。
本发明按图2，3(1)～3(3)，以及4、5所示的结构实施。本发明的空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构，如图2所示，由调平地脚1、导轨安装基座2、横向导轨3、横向导轨滑块4、横向丝杠5、横向丝杠滑块6、横向丝杠基座7、纵向导轨安装滑块8、纵向导轨9、纵向丝杆11、纵向丝杆基座12、纵向丝杆滑块13、纵向导轨滑块16、纵向导轨安装滑块连接梁17、光源支架安装基座10、光源支架14和激光阵面光源15组成。
如图2所示，导轨安装基座2为标准铝型材拼接成型，主要承担两根相互平行的横向导轨3和一根横向丝杠5的安装基准面，导轨安装基座2与横向导轨3垂直相交的两处平行铝型材底部分别均布安装3个调平地脚1，在设备非工作状态6个调平地脚1共同承担整个辅助光路调整结构的重量，在设备工作状态时则使用其中3个调平地脚1(取互相平行的铝型材一侧两端的2个调平地脚1和另一侧中间的1个调平地脚1)进行辅助光路调整结构的水平调平，以满足设备使用要求。
纵向导轨安装滑块连接梁17两端与两个纵向导轨安装滑块8通过螺钉连接组成一根纵向丝杆11和两根圆形截面的纵向导轨9的安装基面，纵向导轨安装滑块连接梁17底部连接横向丝杠滑块6，横向丝杠滑块6与横向丝杠5连接，两个纵向导轨安装滑块8分别与两个横向导轨3连接，通过调整横向丝杠滑块6和纵向导轨安装滑块8的位置实现横向丝杠5的平滑回转运动，横向丝杠5的回转运动实现纵向导轨安装滑块连接梁17沿圆形截面的横向导轨3的平稳往复运动，要求整个运动过程平滑无卡滞。
纵向丝杆11通过位于其两端的两个纵向丝杆基座12与纵向导轨安装滑块连接梁17连接，两根圆形截面的纵向导轨9通过连接螺钉与纵向导轨安装滑块连接梁17连接，安装过程中保证单个纵向丝杆11和两根纵向导轨9互相平行，纵向丝杆滑块13与纵向丝杆11连接，两个纵向导轨滑块16与分别与其对应的圆形截面的纵向导轨9连接，光源支架安装基座10通过连接螺钉与两个纵向导轨滑块16和纵向丝杆滑块13连接，通过调整两个纵向导轨滑块16和纵向丝杆滑块13的位置实现纵向丝杆11的平滑回转运动，纵向丝杆11的回转运动实现光源支架安装基座10沿圆形截面的两根纵向导轨9的平稳往复运动，要求整个运动过程平滑无卡滞。
激光阵面光源15，由多个激光器光源组成，如图3(1)～3(3)所示，根据子孔径拼接镜18上的圆心、1/4R、1/2R、3/4R等特征点，多个激光器光源排列组成“#”、“米”或“十”字的形状，且每个激光器光源为三顶三拉调整结构，在激光阵面光源15使用前通过激光器光源三顶三拉调整结构对激光器出射光线进行平行性校正，模拟照射到被测镜表面的平行入射光源，使得激光面阵光源15的出射光线并行充满单个子孔径拼接镜18。
激光阵面光源15和光源支架14以一定角度连接，保证激光阵面光源15的出射光线与被测镜表面夹角与实际太阳光照射情况一致，光源支架14通过支架底部连接孔位与光源支架安装基座10连接，并保证激光阵面光源15的出射光线指向被测镜表面，纵向丝杆11的回转运动实现激光阵面光源15沿圆形截面的两根纵向导轨9的平稳往复运动，横向丝杆5的回转运动实现激光阵面光源15沿圆形截面的两根横向导轨3的平稳往复运动。
本发明的空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构在实际工作状态时，激光阵面光源15的出射光束充满单个子孔径拼接镜18，并经其反射后，反射光线汇聚于成像系统19上，调整子孔径拼接镜18的位置使成像系统19的激光入射光束满足聚光系统设计使用要求，同理，依次调整每个子孔径拼接镜18的位置可获得满足聚光系统设计使用要求的大型聚光镜面型，通过横向导轨3、横向丝杠5、纵向丝杆11、纵向导轨9的配合运动可快速实现大型聚光镜横向和纵向子孔径拼接镜18的面型调整。
图4所示为纵向导轨9组件，纵向丝杆滑块13和纵向导轨滑块16通过螺钉与光源支架安装基座10连接，纵向丝杆滑块13与纵向丝杆11连接，通过纵向丝杆11的回转运动实现光源支架安装基座10沿圆形截面的纵向导轨9的往复运动，纵向导轨滑块16起限位导向和润滑作用，整个纵向导轨结构安装在纵向导轨安装滑块8上，纵向导轨安装滑块8与纵向导轨安装滑块连接梁17连接后，再与横向导轨3连接，组成二维平动机构，横向丝杠滑块6与纵向导轨安装滑块连接梁17连接，通过横向丝杠5的回转运动实现光源支架安装基座10沿圆形截面的横向导轨3的往复运动。
调平地脚1与导轨安装基座2连接，通过调平地脚1调整辅助光路调整结构的水平位置。
工作原理说明：空间太阳能聚光子孔径拼接镜面入射光为宽光束平行光，子孔径拼接镜18是离散化了的曲面镜结构，它通过若干个小型化的镜面拼接而成具有一定尺寸的大型曲面镜，以达到扩大空间新型能量系统聚光镜面积的目的。激光阵面光源15，由多个激光器光源组成，并根据需要排列组成“#”、“米”或“+”字的形状，模拟入射太阳光，同时通过激光光路展示太阳光传播路径。
如图5所示，激光阵面光源15的出射光束充满单个子孔径拼接镜18，通过单个子孔径拼接镜18的激光光束经子孔径拼接镜18反射后光线汇聚于成像系统19上，通过子孔径拼接镜18的位置的调整使成像系统19的激光入射光线满足聚光系统设计使用要求。同理，依次通过调整每个子孔径拼接镜18的位置可获得满足聚光系统设计使用要求的大型聚光镜面型。通过横向导轨3、横向丝杠5、纵向丝杆11、纵向导轨9的配合运动可实现大型聚光镜横向和纵向子孔径拼接镜18的面型调整。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构，其特征在于，包括：调平地脚(1)、导轨安装基座(2)、横向导轨(3)、横向导轨滑块(4)、横向丝杠(5)、横向丝杠滑块(6)、横向丝杠基座(7)、纵向导轨安装滑块(8)、纵向导轨(9)、纵向丝杆(11)、纵向丝杆基座(12)、纵向丝杆滑块(13)、纵向导轨滑块(16)、纵向导轨安装滑块连接梁(17)、光源支架安装基座(10)、光源支架(14)、激光阵面光源(15)、子孔径拼接镜(18)以及成像系统(19)；其中：
调平地脚(1)与导轨安装基座(2)连接，通过调平地脚(1)可调整辅助光路调整结构的水平位置；导轨安装基座(2)承担两根相互平行的横向导轨(3)和一根横向丝杠(5)的安装基准面；横向丝杠滑块(6)安装在横向丝杠基座(7)上；横向导轨滑块(4)安装在横向导轨(3)上；
纵向导轨安装滑块连接梁(17)两端与两个纵向导轨安装滑块(8)通过螺钉连接组成一根纵向丝杆(11)和两根圆形截面的纵向导轨(9)的安装基面；纵向导轨安装滑块连接梁(17)底部连接横向丝杠滑块(6)，横向丝杠滑块(6)与横向丝杠(5)连接，两个纵向导轨安装滑块(8)分别与两个横向导轨(3)连接；通过调整横向丝杠滑块(6)和纵向导轨安装滑块(8)的位置实现横向丝杠(5)的回转运动实现纵向导轨安装滑块连接梁(17)沿圆形截面的横向导轨(3)的平稳往复运动；
纵向丝杆(11)通过位于其两端的两个纵向丝杆基座(12)与纵向导轨安装滑块连接梁(17)连接，两根圆形截面的纵向导轨(9)通过连接螺钉与纵向导轨安装滑块连接梁(17)连接，安装过程中保证单个纵向丝杆(11)和两根纵向导轨(9)互相平行，纵向丝杆滑块(13)与纵向丝杆(11)连接，两个纵向导轨滑块(16)分别与其对应的圆形截面的纵向导轨(9)连接，光源支架安装基座(10)通过连接螺钉与两个纵向导轨滑块(16)和纵向丝杆滑块(13)连接；通过调整两个纵向导轨滑块(16)和纵向丝杆滑块(13)的位置实现纵向丝杆(11)的回转运动实现光源支架安装基座(10)沿圆形截面的两根纵向导轨(9)的平稳往复运动；
激光阵面光源(15)和光源支架(14)以一定角度连接，保证激光阵面光源(15)的出射光线与被测镜表面夹角与实际太阳光照射情况一致，光源支架(14)通过支架底部连接孔位与光源支架安装基座(10)连接，并保证激光阵面光源(15)的出射光线指向被测镜表面，纵向丝杆(11)的回转运动实现激光阵面光源(15)沿圆形截面的两根纵向导轨(9)的平稳往复运动，横向丝杠(5)的回转运动实现激光阵面光源(15)沿圆形截面的两根横向导轨(3)的平稳往复运动；
所述激光阵面光源(15)的出射光束充满单个子孔径拼接镜(18)，通过单个子孔径拼接镜(18)的激光光束经子孔径拼接镜(18)反射后光线汇聚于成像系统(19)上，通过子孔径拼接镜(18)的位置的调整使成像系统(19)的激光入射光线满足聚光系统设计使用要求；依次通过调整每个子孔径拼接镜(18)的位置可获得满足聚光系统设计使用要求的大型聚光镜面型。
2.根据权利要求1所述的空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构，其特征在于，所述激光阵面光源(15)由多个激光器光源组成；所述多个激光器光源位于激光阵面光源(15)上的圆心、1/4R、1/2R、3/4R的位置，排列组成“#”、“米”或“十”字的形状，R为半径。
3.根据权利要求1所述的空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构，其特征在于，纵向丝杆滑块(13)和纵向导轨滑块(16)通过螺钉与光源支架安装基座(10)连接，纵向丝杆滑块(13)与纵向丝杆(11)连接，通过纵向丝杆(11)的回转运动实现光源支架安装基座(10)沿圆形截面的纵向导轨(9)的往复运动。
4.根据权利要求1所述的空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构，其特征在于，纵向导轨安装滑块(8)与纵向导轨安装滑块连接梁(17)连接后，再与横向导轨(3)连接，组成二维平动机构，横向丝杠滑块(6)与纵向导轨安装滑块连接梁(17)连接，通过横向丝杠(5)的回转运动实现光源支架安装基座(10)沿圆形截面的横向导轨(3)的往复运动。
5.根据权利要求1所述的空间太阳能聚光子孔径拼接镜面型调整辅助光路调整结构，其特征在于，所述导轨安装基座(2)与横向导轨(3)垂直相交位置的底部分别设置有所述调平地脚(1)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181225 Termination date: 20200816 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |