CN114577142B - 一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置，包括相对设置的光学杠杆组件和望远镜系统；所述光学杠杆组件包括反射镜固定架和转动连接于反射镜固定架上的镜面基座，镜面基座表面设有高反射镜；所述反射镜固定架底部设有支撑前脚，反射镜固定架底部中心处设有杠杆后脚，杠杆后脚与支撑前脚垂直设置；所述望远镜系统包括固定台座和竖直连接于固定台座上的挂靠连接杆；与现有技术相比，利用几何光学原理对光伏组件的弯曲程度进行快速、准确地测试，当光伏组件表面存在弯曲时，其弯曲会抬升或降低光伏组件的表面与边框之间的相对高度(微小量)，通过测量该微小量的变化情况，就能够反推出光伏组件的表面弯曲情况。

Description

一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及技术领域，具体涉及一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置及其检测方法。

背景技术

随着我国碳中和目标的提出，光伏作为可再生能源中的重要组成部分，在我国新能源规划中占据着重要的份额。然而，随着光伏技术的普及，许多光伏组件由于机械性能不可靠、材料质量不过关等因素导致光伏组件在应用过程中产生了大量的问题。这些问题的存在引起了应用端，如光伏电站，与制造商之间的质量仲裁。同样，由于制造商缺乏可靠、精细地测量组件微小弯曲量的方法，在组件整体弯曲测试中的测量仍属空白。

目前测量光伏大组件弯曲的方法仍然较为简单，主要是使用水平仪在待测组件的几个位置进行测量，通过水平仪的变化情况反推出组件可能存在的弯曲变化。然而这个方法存在几个不足：1、无法提供严格水平的测试平面保证组件测试过程中处于严格地基准水平状态；2、水平仪的体积与质检时间成本因素制约，无所进行对组件的弯曲进行更加精细地测量；3、水平仪的测试范围有限，无法确定组件的弯曲曲面的球心位置，故无法判断组件弯曲的成因。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种结构简单，通过改变光学杠杆组件的法线变化改变望远镜中读数直尺的刻度读数，进而反应光伏组件的曲率变化情况的光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置及其检测方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置，包括相对设置的光学杠杆组件和望远镜系统；其特征在于，所述光学杠杆组件包括反射镜固定架和转动连接于反射镜固定架上的镜面基座，镜面基座表面设有高反射镜；所述反射镜固定架底部两侧设有一对支撑前脚，反射镜固定架底部中心处设有杠杆后脚，杠杆后脚与支撑前脚交叉设置；所述望远镜系统包括固定台座和竖直连接于固定台座上的挂靠连接杆，挂靠连接杆上设有可调节的镜筒主体和读数直尺；所述镜筒主体的光轴与高反射镜的法线平行，且读数直尺的读数面与镜筒主体的光轴垂直；所述镜筒主体包括可调节的目镜和物镜。

作为本发明的一种优选方案，所述镜面基座两侧设有相对设置的紧固螺丝，紧固螺丝穿过反射镜固定架与镜面基座相连。

作为本发明的一种优选方案，所述支撑前脚相对设置于反射镜固定架底部两端，且支撑前脚沿反射镜固定架的高度方向竖直向下设置，杠杆后脚设置于相对设置的支撑前脚中部，且杠杆后脚沿反射镜固定架的高度方向水平设置。

作为本发明的一种优选方案，所述镜筒主体转动连接于挂靠连接杆上，且挂靠连接杆上设有支撑镜筒主体的支撑座，支撑座上设有升降螺丝。

作为本发明的一种优选方案，所述挂靠连接杆上还设有与读数直尺相适配的调节座，调节座上设有与读数直尺相连的调节螺丝。

作为本发明的一种优选方案，所述调节螺丝连接于调节座的上下两端。

作为本发明的一种优选方案，所述读数直尺和镜筒主体位于挂靠连接杆的相对两侧。

作为本发明的一种优选方案，所述镜筒主体上形成有相对应的缺口和准星。

作为本发明的一种优选方案，所述光学杠杆组件为有机玻璃材质。

一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤A：对光学杠杆组件和望远镜系统进行组装，并将光学杠杆组件的支撑前脚放置于待测光伏组件的边框上，光学杠杆组件的杠杆后脚放置于光伏组件玻璃上，望远镜系统放置于对应位置；

步骤B：测量光学杠杆组件中支撑前脚到杠杆后脚连线的锤线长度，并记该长度为b；

步骤C：调整望远镜系统的位置，使望远镜系统与光学杠杆组件的高反射镜大致在同一水平面上，并测量望远镜系统的物镜到光学杠杆组件的高反射镜之间的距离，并记该距离为B；

步骤D：通过望远镜系统的镜筒主体上方缺口和准星粗调望远镜系统与镜面基座位置，直至从准星方向能透过高反射镜看到读数直尺；

步骤E：调节目镜与物镜的焦距，从目镜中观察读数直尺与目镜中叉丝重合的位置并记录读数，记该读数为L，计算该读数与望远镜系统之间的高度差，记该高度差为ΔL。

步骤F：按照公式ΔL/2B=弓高/b，求解出组件弯曲的弓高，并根据，即可求解曲率半径；

步骤G：更换光学杠杆组件的位置重复上述步骤C-F，根据空间中两条曲率半径的交点即可找出曲面球心。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、利用几何光学原理对光伏组件的弯曲程度进行快速、准确地测试，当光伏组件表面存在弯曲时，其弯曲会抬升或降低光伏组件的表面与边框之间的相对高度(微小量)，通过测量该微小量的变化情况，就能够反推出光伏组件的表面弯曲情况；

2、对于空间中球心的确定，在产生相对高度差的同时，曲面也会产生水平方向的偏斜，由两个不同位置测得的曲率半径交点即可测得弯曲球面的球心；

3、该装置与方法成本低、测量速度快，也为质检仲裁提供可靠、精准的测量数据，对光伏组件的质量检测具有重要地意义。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是光学杠杆组件的结构示意图；

图3是望远镜系统的结构示意图；

图4是镜筒主体的结构示意图；

图5是本发明的原理图；

附图标记：光学杠杆组件1，望远镜系统2，镜面基座3，高反射镜4，紧固螺丝5，反射镜固定架6，支撑前脚7，杠杆后脚8，镜筒主体9，缺口10，准星11，挂靠连接杆12，固定台座13，升降螺丝14，调节螺丝15，读数直尺16，支撑座17，调节座18，目镜19，物镜20，叉丝21，内调焦透镜22。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

如图1-5所示，一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置，包括相对设置的光学杠杆组件1和望远镜系统2；所述光学杠杆组件1包括反射镜固定架6和转动连接于反射镜固定架6上的镜面基座3，镜面基座3表面设有高反射镜4；所述反射镜固定架6底部两侧设有一对支撑前脚7，反射镜固定架6底部中心处设有杠杆后脚8，杠杆后脚8与支撑前脚7交叉设置；所述望远镜系统2包括固定台座13和竖直连接于固定台座13上的挂靠连接杆12，挂靠连接杆12上设有可调节的镜筒主体9和读数直尺16；所述镜筒主体9的光轴与高反射镜4的法线平行，且读数直尺16的读数面与镜筒主体9的光轴垂直；所述镜筒主体9包括可调节的目镜19和物镜20。

高反射镜4由高反射膜镀制而成，高反射镜4内嵌于相对应的镜面基座3内，通过转动镜面基座3将高反射镜4转动至合适位置上，杠杆后脚8和支撑前脚7形成三角形结构，用于将反射镜固定架6进行倾斜式支撑，杠杆后脚8可与支撑前脚7垂直设置。

杠杆后脚8为直杆结构，通过杠杆后脚8和相对设置的支撑前脚7形成三角支撑结构，在三点成面的原理下，杠杆后脚8和相对设置的支撑前脚7底部形成一个平面，通过杠杆后脚8的位置调整，当待测光伏组件表面形成凹凸不平时，随着带动杠杆后脚8底部的位置变换，从而实现杠杆后脚8底部的升降，杠杆后脚8和相对设置的支撑前脚7底部形成一个不同的平面。

而镜筒主体9的光轴与高反射镜4的法线平行，且读数直尺16的读数面与镜筒主体9的光轴垂直，从而使得镜筒主体9的光轴、高反射镜4的法线和读数直尺16的读数面形成三角结构，从而从镜筒主体9处可观察到相对应的读数直尺16的读数。

镜面基座3两侧设有相对设置的紧固螺丝5，紧固螺丝5穿过反射镜固定架6与镜面基座3相连，镜面基座3两侧形成有与紧固螺丝5相适配的螺纹孔，同理反射镜固定架6上也形成有与紧固螺丝5相对应的螺纹孔，当镜面基座3转动到一定角度后，在紧固螺丝5的作用下，实现镜面基座3与反射镜固定架6之间的固定连接。

通过紧固螺丝5调节镜面基座3的旋转方向，使高反射镜4镜面的法线与望远镜系统2的主光轴平行，且紧固螺丝5在完成上述调节后可锁死镜面基座3，防止测量过程中高反射镜4的镜面滑动。

支撑前脚7相对设置于反射镜固定架6底部两端，且支撑前脚7沿反射镜固定架6的高度方向竖直向下设置，杠杆后脚8设置于相对设置的支撑前脚7中部，且杠杆后脚8沿反射镜固定架6的高度方向水平设置。

在实际使用过程中，支撑前脚7放置于待测光伏组件的边框上，杠杆后脚8放置于光伏组件的玻璃上，当光伏组件发生弯曲后，光伏玻璃的曲率半径会带动杠杆后脚8绕支撑前脚7的旋转轴升降。

镜筒主体9转动连接于挂靠连接杆12上，且挂靠连接杆12上设有支撑镜筒主体9的支撑座17，支撑座17上设有升降螺丝14，支撑座17套接于挂靠连接杆12上，且挂靠连接杆12与支撑座17设有相对应的锁紧螺丝，升降螺丝14竖直设置于支撑座17一端，镜筒主体9中部与支撑座17相连，升降螺丝14对应镜筒主体9一端，通过对镜筒主体9端部进行顶升，实现镜筒主体9在支撑座17上的转动，从而实现对镜筒主体9角度的调整，而支撑座17用于对镜筒主体9的高度进行调整。

望远镜系统2中的镜筒主体9可通过升降螺丝14改变镜筒主体9的俯仰角度，加快高反射镜4镜面的法线与望远镜系统2的主光轴平行的调节速度。

挂靠连接杆12上还设有与读数直尺16相适配的调节座18，调节座18上设有与读数直尺16相连的调节螺丝15。

调节座18套接于挂靠连接杆12上，调节座18上形成有用于夹持读数直尺16的开口，调节螺丝15用于调节该开口间隙，从而可精准对该读数直尺16进行夹持，调节螺丝15连接于调节座18的上下两端，位于调节座18上下两端的两个调节螺丝15确保开口间隙稳定性。

望远镜系统中的两颗调节螺丝15可完成非竖直(铅直)的固定，使读数直尺16的平面垂直于望远镜系统2的光轴。

读数直尺16和镜筒主体9位于挂靠连接杆12的相对两侧。

镜筒主体9上形成有相对应的缺口10和准星11，用于在目镜19观察光学杠杆组件1之前的粗略调整。

光学杠杆组件1为有机玻璃材质，光学杠杆组件1的整体使用刚性较强的有机玻璃，其他刚性较强的金属类材质会以重力影响测量结果。

光伏组件的曲率通过目镜19中读取的读数主尺16的位置差间接计算，其计算方法依照曲率弯曲的弓高弦长函数关系确定。

在实际使用过程中：

本实施例包括以下步骤：

步骤A：对光学杠杆组件1和望远镜系统2进行组装，并将光学杠杆组件1的支撑前脚7放置于待测光伏组件的边框上，光学杠杆组件1的杠杆后脚8放置于光伏组件玻璃上，望远镜系统2放置于对应位置。

光学杠杆组件1在支撑前脚7和杠杆后脚8的作用下呈倾斜式结构，且在支撑前脚7和杠杆后脚8形成三角形结构的作用下将镜面基座3和高反射镜4架空设置。

步骤B：测量光学杠杆组件1中支撑前脚7到杠杆后脚8连线的锤线长度，并记该长度为b，b为支撑前脚7到杠杆后脚8之间的水平间距。

步骤C：调整望远镜系统2的位置，使望远镜系统2与光学杠杆组件1的高反射镜4大致在同一水平面上，并测量望远镜系统2的物镜20到光学杠杆组件1的高反射镜4之间的距离，并记该距离为B。

步骤D：通过望远镜系统2的镜筒主体9上方缺口10和准星11粗调望远镜系统2与镜面基座3位置，直至从准星11方向能透过高反射镜4看到读数直尺16。

步骤E：调节目镜19与物镜20的焦距，从目镜19中观察读数直尺16与目镜19中叉丝21重合的位置并记录读数，记该读数为L，计算该读数与望远镜系统2之间的高度差，记该高度差为ΔL。

步骤F：按照公式ΔL/2B=弓高/b，求解出组件弯曲的弓高，并根据，即可求解曲率半径。

步骤G：更换光学杠杆组件1的位置重复上述步骤C-F，根据空间中两条曲率半径的交点即可找出曲面球心。

实施例：

将光伏组件使用本方案的结构，分别在不同位置测得曲率半径。

对比例：

在光伏组件上表面按照等面积分割原则将组件上表面分为9个不同的区域；分别在9处位置放置水平仪。

将实施例与对比例中的组件至于室外环境中由清晨逐渐至正午，测得组件表面温度由20℃升温至最高的60℃，实施例的测试结果如表：

根据以上实施例和对比例的数据信息分析说明如下：

1、分析实施例与对比例，本实施例能够通过几何光学的方法能够精确地测量光伏组件的曲率，而对比例则在光伏组件存在微曲的情况下无法做出判断，说明本发明的可行性。

2、对比实施例自身可以看出，组件的微曲随着温度升高曲率半径变小，说明温度升高导致组件上下表面的光程差拉大，该测量结果也说明温度会使组件上下表面温度分布不均匀，造成组件上下表面热膨胀的差异。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记：光学杠杆组件1，望远镜系统2，镜面基座3，高反射镜4，紧固螺丝5，反射镜固定架6，支撑前脚7，杠杆后脚8，镜筒主体9，缺口10，准星11，挂靠连接杆12，固定台座13，升降螺丝14，调节螺丝15，读数直尺16，支撑座17，调节座18，目镜19，物镜20，叉丝21，内调焦透镜22等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置的检测方法，包括相对设置的光学杠杆组件（1）和望远镜系统（2）；其特征在于，所述光学杠杆组件（1）包括反射镜固定架（6）和转动连接于反射镜固定架（6）上的镜面基座（3），镜面基座（3）表面设有高反射镜（4）；所述反射镜固定架（6）底部两侧设有一对支撑前脚（7），反射镜固定架（6）底部中心处设有杠杆后脚（8），杠杆后脚（8）与支撑前脚（7）交叉设置；所述望远镜系统（2）包括固定台座（13）和竖直连接于固定台座（13）上的挂靠连接杆（12），挂靠连接杆（12）上设有可调节的镜筒主体（9）和读数直尺（16）；所述镜筒主体（9）的光轴与高反射镜（4）的法线平行，且读数直尺（16）的读数面与镜筒主体（9）的光轴垂直；所述镜筒主体（9）包括可调节的目镜（19）和物镜（20）；所述支撑前脚（7）放置于待测光伏组件的边框上，杠杆后脚（8）放置于光伏组件的玻璃上，当光伏组件发生弯曲后，光伏玻璃的曲率半径会带动杠杆后脚（8）绕支撑前脚（7）的旋转轴升降，还包括以下步骤：

步骤A：对光学杠杆组件（1）和望远镜系统（2）进行组装，并将光学杠杆组件（1）的支撑前脚（7）放置于待测光伏组件的边框上，光学杠杆组件（1）的杠杆后脚（8）放置于光伏组件玻璃上，望远镜系统（2）放置于对应位置；

步骤B：测量光学杠杆组件（1）中支撑前脚（7）到杠杆后脚（8）连线的锤线长度，并记该长度为b；

步骤C：调整望远镜系统（2）的位置，使望远镜系统（2）与光学杠杆组件（1）的高反射镜（4）大致在同一水平面上，并测量望远镜系统（2）的物镜（20）到光学杠杆组件（1）的高反射镜（4）之间的距离，并记该距离为B；

步骤D：通过望远镜系统（2）的镜筒主体（9）上方缺口（10）和准星（11）粗调望远镜系统（2）与镜面基座（3）位置，直至从准星（11）方向能透过高反射镜（4）看到读数直尺（16）；

步骤E：调节目镜（19）与物镜（20）的焦距，从目镜（19）中观察读数直尺（16）与目镜（19）中叉丝（21）重合的位置并记录读数，记该读数为L，计算该读数与望远镜系统（2）之间的高度差，记该高度差为ΔL；

步骤F：按照公式ΔL/2B=弓高/b，求解出组件弯曲的弓高，并根据，即可求解曲率半径；

步骤G：更换光学杠杆组件（1）的位置重复上述步骤C-F，根据空间中两条曲率半径的交点即可找出曲面球心。

2.根据权利要求1所述的一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置的检测方法，其特征在于，所述镜面基座（3）两侧设有相对设置的紧固螺丝（5），紧固螺丝（5）穿过反射镜固定架（6）与镜面基座（3）相连。

3.根据权利要求2所述的一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置的检测方法，其特征在于，所述支撑前脚（7）相对设置于反射镜固定架（6）底部两端，且支撑前脚（7）沿反射镜固定架（6）的高度方向竖直向下设置，杠杆后脚（8）设置于相对设置的支撑前脚（7）中部，且杠杆后脚（8）沿反射镜固定架（6）的高度方向水平设置。

4.根据权利要求1所述的一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置的检测方法，其特征在于，所述镜筒主体（9）转动连接于挂靠连接杆（12）上，且挂靠连接杆（12）上设有支撑镜筒主体（9）的支撑座（17），支撑座（17）上设有升降螺丝（14）。

5.根据权利要求1所述的一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置的检测方法，其特征在于，所述挂靠连接杆（12）上还设有与读数直尺（16）相适配的调节座（18），调节座（18）上设有与读数直尺（16）相连的调节螺丝（15）。

6.根据权利要求5所述的一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置的检测方法，其特征在于，所述调节螺丝（15）连接于调节座（18）的上下两端。

7.根据权利要求1所述的一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置的检测方法，其特征在于，所述读数直尺（16）和镜筒主体（9）位于挂靠连接杆（12）的相对两侧。

8.根据权利要求1所述的一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置的检测方法，其特征在于，所述镜筒主体（9）上形成有相对应的缺口（10）和准星（11）。

9.根据权利要求1所述的一种光学杠杆测量组件弯曲变化的检测装置的检测方法，其特征在于，所述光学杠杆组件（1）为有机玻璃材质。