CN114046608A - 一种定日镜多点面形自动调节系统及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种定日镜多点面形自动调节系统及装配方法，定日镜多点面形自动调节系统包括控制系统和柔性调节单元，所述柔性调节单元为多个，多个柔性调节单元均与控制系统电信号连接；所述柔性调节单元与定日镜镜面固定连接，所述柔性调节单元用于定日镜面形调整，所述控制系统用于根据定日镜所需镜面曲率，计算并控制各柔性调节单元的位移量，使镜子的曲率达到目标值。本发明采用柔性调节单元可以对定日镜的面形进行调整，通过控制系统控制多个柔性调节点以获得任意目标定日镜面形的多点柔性面形调节，降低了现有塔式光热定日镜的镜面误差，进而提升了定日镜的聚光质量。

Description

一种定日镜多点面形自动调节系统及装配方法

技术领域

本发明属于太阳能热发电聚光器装配技术领域，具体涉及一种定日镜多点面形自动调节系统及装配方法。

背景技术

定日镜是塔式光聚热发电系统的核心设备，是用于将太阳光线反射到集热塔的光学装置，定日镜的光学质量是保障聚光集热系统效率的关键指标。为了汇聚太阳光线并将其反射到吸热塔，定日镜承载的反射镜面必须是具有一定弧度的凹面镜。整个凹面镜的表面形态，包括各点弧度和由弧度引起的高度差，被称为定日镜的面型，面型精度直接影响定日镜的聚光效果。

定日镜的理想面型与其距吸热塔的距离有关，不同的距离需要不同的镜面反射弧度，距离越远，镜面弧度越大。工程上为了降低生产难度，会将弧度近似的定日镜归结为同一个面型类别组织加工，但这一定程度上会降低聚光集热的效果。

如何针对工业化大批量应用，快速加工制造出高精度、低成本的定日镜，是塔式光聚热电站建设中的核心技术问题之一。尤其是对于由多个子镜面拼接起来的大型定日镜，为了获得更好的聚光效果，就必须要在加工和使用过程中对定日镜面型进行精确控制。

目前定日镜面形曲率控制方法主要采用检测调整法，定日镜初步组装完成后，通过各类光学仪器检测镜面的实际面型，并根据检测结果与理想面型之间的偏差，通过镜面支撑机构进行调节。镜面支撑机构调整通常需要采用人工或半自动的方法进行，由于需要大量操作，其过程复杂且镜面曲率调节效果难以精确控制，因此该方法效率低、成本高、可靠性较低且无法实现任意连续镜面曲率的快速调节。

镜面曲率检测一般采用基于光线反射技术的定日镜面形检测技术，该技术具有检测精度高、检测效率快、系统构架简易等优点，广泛应用于太阳能热发电聚光器镜面面形检测中。然而增设定日镜面形检测工艺过程，使得整个定日镜面形调整变得复杂繁琐，严重影响大型定日镜的装配生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定日镜多点面形自动调节系统，克服现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的另一个目的在于提供一种定日镜装配方法，可根据需求获得任意目标定日镜的面形，且整个调节过程自动化程度高、可控性强、精度高、误差较低。

为此，本发明提供的技术方案如下：

一种定日镜多点面形自动调节系统，包括控制系统和柔性调节单元，所述柔性调节单元为多个，多个柔性调节单元均与控制系统电信号连接；

所述柔性调节单元与定日镜镜面固定连接，所述柔性调节单元用于定日镜面形调整，所述控制系统用于根据定日镜所需镜面曲率，计算并控制各柔性调节单元的位移量，使组成定日镜的每个反射镜的曲率达到目标值。

所述柔性调节单元包括驱动器、伸缩杆和位移传感器，所述伸缩杆可以在驱动器的驱动下沿竖直方向伸缩，所述伸缩杆的顶端设有镜子固定装置，所述位移传感器安装在驱动器或伸缩杆上。

所述定日镜安装在定位框架内，所述定位框架包括主支撑梁和辅助支撑桁架，所述辅助支撑桁架固设在主支撑梁上且两者垂直设置。

所述镜子固定装置为真空吸盘，所述真空吸盘连接有真空泵，所述真空泵与控制系统电信号连接。

一种定日镜装配方法，包括采用定日镜多点面形自动调节系统对定日镜曲率进行调整。

一种定日镜装配方法，具体步骤如下：

步骤1）将组成定日镜的多面反射镜放置在定位框架内，镜面朝下，背面朝上；

步骤2）控制系统控制真空泵打开，使位于反射镜下方的柔性调节单元上的真空吸盘将反射镜吸住；

步骤3）根据当前反射镜所需面形，控制系统计算每个柔性控制单元中伸缩杆的位移增量，通过驱动器精确调节伸缩杆的伸缩量，使当前反射镜的面形达到目标值；

步骤4）重复步骤3），依次对其余面反射镜进行面形调整，完成定日镜的曲率调整；

步骤5）将面形调整完毕的定日镜安装在固定桁架上；

步骤6）控制系统控制真空泵关闭，使真空吸盘释放反射镜，完成定日镜装配。在对每一面镜子进行面形调整前，各柔性控制单元中的伸缩杆均处在初始位置上。

步骤1）中采用反射镜吊装机构将反射镜吊装到定位框架内，且每面反射镜边缘到定位框架的距离相等。

步骤3）的具体过程如下：输入当前反射镜的目标面形，控制系统计算出各柔性调节单元的伸缩杆末端真空吸盘在面形空间上的坐标点，然后通过控制各个位置点上伸缩杆的伸出长度，使真空吸盘到达面形空间上的坐标点；当所有伸缩杆末端的真空吸盘到达目标位置后，面形调整完毕。

步骤5）具体过程如下：将镜面固定桁架吊装到已经完成面型调整的各个反射镜上部，然后采用多个镜面连接件将各个反射镜的背面连接到镜面固定桁架上，使反射镜与镜面固定桁架成为一个整体。

本发明的有益效果是：

本发明提供的这种定日镜多点面形自动调节系统，采用柔性调节单元可以对定日镜的面形进行调整，通过控制系统控制多个柔性调节点以获得任意目标定日镜面形的多点柔性面形调节，降低了现有塔式光热定日镜的镜面误差，进而提升了定日镜的聚光质量。

本发明可以极大地提升定日镜面形调节速率，从而提高整个定日镜的装配生产效率，整个调节过程自动化程度高、可控性强、精度高、误差较低。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式结构示意图；

图2是柔性调节单元的一种实施方式结构与安装示意图；

图3是镜子与镜面固定桁架组装过程示意图；

图4是镜子与镜面固定桁架组装完成示意图；

图5是本发明具体实施例的定日镜布局图；

图6是本发明具体实施例的单面反射镜上连接点布置示意图。

图中：1、柔性调节单元；2、控制系统；3、定位框架；4、反射镜；5、反射镜吊装机构；6、真空泵；7、镜面固定桁架；8、连接点；101、电机；102、伸缩杆；103、气管；104、真空吸盘；301、主支撑梁；302、辅助支撑桁架。

具体实施方式

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

本实施例提供了一种定日镜多点面形自动调节系统，包括控制系统2和柔性调节单元1，所述柔性调节单元1为多个，多个柔性调节单元1均与控制系统2电信号连接；

所述柔性调节单元1与定日镜镜面固定连接，所述柔性调节单元1用于定日镜面形调整，所述控制系统2用于根据定日镜所需镜面曲率，计算并控制各柔性调节单元1的位移量，使组成定日镜的每个反射镜4的曲率达到目标值。

本发明提供的这种定日镜多点面形自动调节系统，采用柔性调节单元1可以对定日镜的面形进行调整，通过控制系统2控制多个柔性调节点以获得任意目标定日镜面形的多点柔性面形调节，降低了现有塔式光热定日镜的镜面误差，进而提升了定日镜的聚光质量。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种定日镜多点面形自动调节系统，所述柔性调节单元1包括驱动器、伸缩杆102和位移传感器，所述伸缩杆102可以在驱动器的驱动下沿竖直方向伸缩，所述伸缩杆102的顶端设有镜子固定装置，所述位移传感器安装在驱动器或伸缩杆102上。

定日镜使用的超薄玻璃是有弹性的，可以在外力作用下发生形变，本发明采用伸缩杆102作用在反射镜4上，通过伸缩杆102的伸出长度将玻璃上的坐标点调整到目标位置，并停留保持在目标位置，实现了镜子上坐标点的定位，完成面形调整。

驱动器采用电机101，位移传感器为旋转编码器，安装在电机101轴上，旋转编码器和电机101均与控制系统2电信号连接；伸缩杆102采用电动伸缩杆102。控制系统2根据反射镜4所需曲率，计算得到各柔性调节装置中电动伸缩杆102的伸出长度，在调整过程中，控制系统2通过旋转编码器实时监测位移数据，当达到预算值时，控制系统2发送信号使电机101停止，从而实现反射镜4面形的精确调整。

位移传感器也可以为直线传感器，安装在电动伸缩杆102上，工作过程及原理同上。除此之外，驱动器也可选择液压油缸或气缸。

实施例3：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种定日镜多点面形自动调节系统，所述定日镜安装在定位框架3内，所述定位框架3包括主支撑梁301和辅助支撑桁架302，所述辅助支撑桁架302固设在主支撑梁301上且两者垂直设置。

如图1所示，主支撑梁301和辅助支撑桁架302均为多根，两者垂直交叉设置，分割成多个框，将组成定日镜的多面反射镜4进行定位。如图2所示，安装时，伸缩杆102的顶部穿过辅助支撑桁架302。

实施例4：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种定日镜多点面形自动调节系统，所述镜子固定装置为真空吸盘104，所述真空吸盘104连接有真空泵6，所述真空泵6与控制系统2电信号连接。

在面形调整完成后，控制系统2发送信号使驱动器停止，之后发送停止信号给真空泵6。

在本实施例中，采用真空吸盘104将反射镜4牢牢吸住，防止后续面形调整操作过程中，镜子位置发生变动。同时，在调整完成后，方便与镜面分离，不破坏镜面光滑度。

实施例5：

本实施例提供一种定日镜装配方法，包括采用定日镜多点面形自动调节系统对定日镜曲率进行调整。

该装配方法使用多点柔性调节装置可以极大地提升定日镜面形调节速率，从而提高整个定日镜的装配生产效率。此外，多点柔性调节可以获得任意目标定日镜的面形，且整个调节过程自动化程度高、可控性强、精度高、误差较低。

实施例6：

在实施例5的基础上，本实施例提供了一种定日镜装配方法，具体步骤如下：

步骤1）将组成定日镜的多面反射镜4放置在定位框架3内，镜面朝下，背面朝上；

步骤2）控制系统2控制真空泵6打开，使位于反射镜4下方的柔性调节单元1上的真空吸盘104将反射镜4吸住；

步骤3）根据当前反射镜4所需面形，控制系统2计算每个柔性控制单元中伸缩杆102的位移增量，通过驱动器精确调节伸缩杆102的伸缩量，使当前反射镜4的面形达到目标值；

步骤4）重复步骤3），依次对其余面反射镜4进行面形调整，完成定日镜的曲率调整；

步骤5）将面形调整完毕的定日镜安装在固定桁架上；

步骤6）控制系统2控制真空泵6关闭，使真空吸盘104释放反射镜4，完成定日镜的装配。

步骤3）的具体过程如下：输入当前反射镜4的目标面形，控制系统2计算出各柔性调节单元1的伸缩杆102末端真空吸盘104在面形空间上的坐标点，然后通过控制各个位置点上伸缩杆102的伸出长度，使真空吸盘104到达面形空间上的坐标点；当所有伸缩杆102末端的真空吸盘104到达目标位置后，面形调整完毕。

步骤5）具体过程如下：将镜面固定桁架7吊装到已经完成面型调整的各个反射镜4上部，然后采用多个镜面连接件将各个反射镜4的背面连接到镜面固定桁架7上，使反射镜4与镜面固定桁架7成为一个整体。

在本实施例中，控制系统2为面形生成计算机，调整过程中通过真空吸盘104将反射镜4吸住，避免调整过程中反射镜4位置发生偏移，导致面形调整位置出现误差。调整完成后，将定日镜安装在固定桁架上后，真空吸盘104定位框架3一起与反射镜4分离。

实施例7：

在实施例5的基础上，本实施例提供了一种定日镜装配方法，在对每一面镜子进行面形调整前，各柔性控制单元中的伸缩杆102均处在初始位置上。

初始位置即为伸缩杆102位移的零点，确保伸长量为预算值。

实施例8：

在实施例6的基础上，本实施例提供了一种定日镜装配方法，步骤1）中采用反射镜吊装机构5将反射镜4吊装到定位框架3内，且每面反射镜4边缘到定位框架3的距离相等。

本实施例以有效反射面积为50m²的定日镜为例，对本发明的定日镜装配方法做进一步说明。

如图5所示，50m²定日镜共由9块镜子组成，其排布方式按3×3的方式排列，如下图所示，其中单块定日镜的面积为5.558 m²，单块镜子的长为2.8m，宽为1.985m，相邻两块镜子的间距均为10mm，因而整个定日镜的镜面长为8.42m，宽为5.975m。

通过计算分析，单面镜子共需20个连接点8，其连接点8的布置方式如图6所示，通过连接点8处的镜面连接件将镜子固定在镜面固定桁架7之上。

在实施例中，为了更好地调节定日镜面形，在每个相应的连接点8处安装一个柔性控制单元，所以单面镜子所需柔性控制单元数量为20个，50m²定日镜共有9块镜子，因而本实例中的镜面曲率调节装置中共需9×20=180个柔性控制单元。每个柔性控制单元的安装位置与镜子固定连接点8的位置相对应，相邻两块镜子的间距为10mm，镜子定位框架3中定位隔板的厚度尺寸为8mm，在镜子安放定位过程中，确保镜子与镜子定位框架3边缘的距离为1mm。柔性控制单元的数量、布局以及安装方式可根据定日镜形状、反射面积、目标曲率大小做相应的调整，其并不影响本专利的特征。

具体过程如下：

在调节曲率时，首先复位，确保所有柔性控制单元的电动伸缩杆102处在初始位置上，然后将干净整洁的镜子通过反射镜吊装机构5吊装到曲率调节装置（柔性控制单元）上，反射镜4面朝下；依次吊放并调节镜子的位置，使其准确无误地安放在镜子定位框架3之内，且镜子边缘到定位框架3的距离相等，均为1mm；镜子位置调整完成之后，控制系统2启动真空泵6通过气管103和真空吸盘104将镜子牢牢吸住，防止后续操作过程中，镜子位置发生变动。

根据当前定日镜所需镜面曲率参数，控制系统2将预先设定的面形曲率参数计算转化成每个柔性控制单元中电动伸缩杆102的位移增量参数，进而通过调节每个柔性控制单元中电动伸缩杆102末端真空吸盘104的位置来获得相应的镜面曲率。

本实例中共有9面镜子，依次调整每一面镜子的曲率，使其整体曲率达到目标值，该过程由控制系统2自动控制操作，无需人工干预；待镜面曲率调节完成后，如图3和图4所示，采用专用起吊工装将镜面固定桁架7起吊后，再与镜子进行连接组装，待组装完成后，控制系统2控制真空泵6通过气管103释放镜子，然后将镜子与镜面固定桁架7一起从曲率调节装置上脱离，再进行下一组镜面曲率的调节。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种定日镜多点面形自动调节系统，其特征在于：包括控制系统（2）和柔性调节单元（1），所述柔性调节单元（1）为多个，多个柔性调节单元（1）均与控制系统（2）电信号连接；

所述柔性调节单元（1）与定日镜镜面固定连接，所述柔性调节单元（1）用于定日镜面形调整，所述控制系统（2）用于根据定日镜所需镜面曲率，计算并控制各柔性调节单元（1）的位移量，使组成定日镜的每个反射镜（4）的曲率达到目标值。

2.根据权利要求1所述的一种定日镜多点面形自动调节系统，其特征在于：

所述柔性调节单元（1）包括驱动器、伸缩杆（102）和位移传感器，所述伸缩杆（102）可以在驱动器的驱动下沿竖直方向伸缩，所述伸缩杆（102）的顶端设有镜子固定装置，所述位移传感器安装在驱动器或伸缩杆（102）上。

3.根据权利要求1所述的一种定日镜多点面形自动调节系统，其特征在于：

所述定日镜安装在定位框架（3）内，所述定位框架（3）包括主支撑梁（301）和辅助支撑桁架（302），所述辅助支撑桁架（302）固设在主支撑梁（301）上且两者垂直设置。

4.根据权利要求2所述的一种定日镜多点面形自动调节系统，其特征在于：

所述镜子固定装置为真空吸盘（104），所述真空吸盘（104）连接有真空泵（6），所述真空泵（6）与控制系统（2）电信号连接。

5.一种定日镜装配方法，其特征在于：包括采用权利要求4所述的定日镜多点面形自动调节系统对定日镜曲率进行调整。

6.根据权利要求5所述的一种定日镜装配方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1）将组成定日镜的多面反射镜（4）放置在定位框架（3）内，镜面朝下，背面朝上；

步骤2）控制系统（2）控制真空泵（6）打开，使位于反射镜（4）下方的柔性调节单元（1）上的真空吸盘（104）将反射镜（4）吸住；

步骤3）根据当前反射镜（4）所需面形，控制系统（2）计算每个柔性控制单元（1）中伸缩杆（102）的位移增量，通过驱动器精确调节伸缩杆（102）的伸缩量，使当前反射镜（4）的面形达到目标值；

步骤4）重复步骤3），依次对其余面反射镜（4）进行面形调整，完成定日镜的曲率调整；

步骤5）将面形调整完毕的定日镜安装在镜面固定桁架（7）上；

步骤6）控制系统（2）控制真空泵（6）关闭，使真空吸盘（104）释放反射镜（4），完成定日镜的装配。

7.根据权利要求6所述的一种定日镜装配方法，其特征在于：在对每一面镜子进行面形调整前，各柔性控制单元中的伸缩杆（102）均处在初始位置上。

8.根据权利要求6所述的一种定日镜装配方法，其特征在于：步骤1）中采用反射镜吊装机构（5）将反射镜（4）吊装到定位框架（3）内，且每面反射镜（4）边缘到定位框架（3）的距离相等。

9.根据权利要求6所述的一种定日镜装配方法，其特征在于：步骤3）的具体过程如下：输入当前反射镜（4）的目标面形，控制系统（2）计算出各柔性调节单元（1）的伸缩杆（102）末端真空吸盘（104）在面形空间上的坐标点，然后通过控制各个位置点上伸缩杆（102）的伸出长度，使真空吸盘（104）到达面形空间上的坐标点；当所有伸缩杆（102）末端的真空吸盘（104）到达目标位置后，面形调整完毕。

10.根据权利要求6所述的一种定日镜装配方法，其特征在于，步骤5）具体过程如下：将镜面固定桁架（7）吊装到已经完成面型调整的各个反射镜（4）上部，然后采用多个镜面连接件将各个反射镜（4）的背面连接到镜面固定桁架（7）上，使反射镜（4）与镜面固定桁架（7）成为一个整体。

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