CN205352362U - 一种线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置，基于激光跟踪仪进行测量；检测装置包括能实现沿反射镜纵向和横向二维移动的滑轨，在滑轨上安装靶球夹持装置，靶球安装于靶球夹持装置内，可以在一定高度内相对靶球夹持装置上下移动，并在重力或者弹簧作用下保证与待测量的反射镜表面相接触，测量时沿调平的反射镜表面进行横向及纵向扫描，对测得的位置信息分析计算出镜面的平直度、横向截面的偏转及面形误差，可以实现快速检测及分析，并且移动运输方便。

Description

一种线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置

技术领域

本实用新型属于太阳能光热发电技术领域，特别涉及一种线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置。

背景技术

太阳能热发电技术是通过聚光器将太阳能聚集起来转化为热能，然后产生高温高压蒸汽驱动汽轮机发电。线性菲涅尔太阳能聚光热发电技术是目前太阳能热发电的一种常见的形式，通过多面线性反射镜构成的镜场将太阳能会聚成线状光斑，然后利用接收器将光能转化为热能，通过导热流体将热能吸收并传递到换热器。在换热器中导热流体的热量被用于加热水生成水蒸气，进而利用水蒸气驱动汽轮机做功发电。

在整个菲涅尔式太阳能热发电装置中，聚光镜场是最为关键的组件。镜场聚光效率直接关系到最终光能到电能的转化效率。典型的菲涅尔反射镜由多组平面镜构成，每组镜面独立跟踪太阳并将入射光反射到接收器。由于太阳能热发电技术中对于聚光比的要求以及接收器宽度有限，因此对线状光斑的宽度提出了一定的要求。为了得到宽度较窄的聚焦光斑，一种解决方法就是减小单列反射镜的镜面宽度，另一种解决方法是使用带有微小弧度的反射镜来代替平面镜。线性菲涅尔反射镜需要将入射的太阳光反射聚焦到3-15米外的线性吸热器上，并且吸热器的开口一般在200-800毫米以内，线性菲涅尔反射镜的面形精度要求比较高。反射镜要比较平直，不发生扭曲，保证反射光尽可能的照射到线性吸热器上。因此反射镜安装到框架后，需要对其面形精度的测量进行检测，确保满足设计要求。目前国内尚没有针对线性菲涅尔反射镜面形的快速检测方法。

发明内容

本实用新型解决的问题在于提供一种线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置，可以实现线性菲涅尔反射面形快速检测及分析，并且移动运输方便。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置，包括靶球移动装置和靶球跟踪仪；

所述的靶球移动装置包括在线性菲涅尔反射镜面上方的二维滑轨，在二维滑轨上安装靶球夹持装置，靶球安装于靶球夹持装置内，靶球相对于靶球夹持装置可进行上下和左右的偏转，靶球保持与待测量的线性菲涅尔反射镜面相接触；

所述的靶球跟踪仪非接触的跟踪靶球，记录靶球沿线性菲涅尔反射镜面移动时的轨迹及数据。

所述的靶球夹持装置包括套设在外管里的内管，内管可在外管内自由滑动，内管的下端连接有带有磁性的靶球座，靶球套设在靶球座内；

外管上设有销钉，内管上端相应的开设有供销钉穿过的通孔，以对内管限位。

所述的内管与外管之间还套设有弹簧，弹簧的一端与内管弹簧限位装置相连接，一端与外管弹簧限位装置相连接；弹簧使内管向外弹出伸长，保持靶球与反射镜面相接触。

所述的靶球座通过转轴与内管相连接，靶球座相对靶球夹持装置可左右旋转；靶球的两侧被靶球座夹住，并可在靶球座内上下旋转。

所述的二维滑轨包括横向滑轨和纵向滑轨，靶球夹持装置通过连接柱安装在横向滑轨上，可沿横向滑轨横向移动；横向滑轨安装在纵向滑轨上，带动靶球夹持装置可沿纵向滑轨纵向移动。

所述的靶球跟踪仪为激光跟踪仪或三坐标测量机。

或者，所述的靶球跟踪仪为光笔测量仪，并将靶球替换为光笔测量仪对应的可滚动探头。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型提供的一种线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置，基于激光跟踪仪进行测量，包括能实现沿反射镜纵向和横向二维移动的滑轨，在滑轨上安装靶球夹持装置，靶球安装于靶球夹持装置内，可以在一定高度内相对靶球夹持装置上下移动，保证与待测量的反射镜表面相接触(在重力或者弹簧作用下)，测量时沿调平的反射镜表面进行横向及纵向扫描，对测得的位置信息分析计算出镜面的平直度、与转轴的平行度、横向截面的偏转及面形误差，可以实现快速检测及分析，并且移动运输方便。

本实用新型提供的一种线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置，采用二维滑轨控制激光跟踪仪的靶球，按照设计路线进行测试，测试过程中，测量精度由激光跟踪仪自身决定，受移动速度影响小，能够以较快的速度测量得到反射镜的面形数据，滑轨的精度要求也不是很高。

本实用新型测量数据的测量分析方法也比较简便，可以很快确定反射镜框架是否满足要求。与三坐标测量方法相比，本测量方案测量速度更快，同时滑轨的精度要求比较低，滑轨可以采用比较轻便的结构，可以比较方便的运输，到不同场址开展相关测试。

附图说明

图1为靶球移动装置的结构示意图。

图2为靶球夹持装置的结构示意图。

图3为可以左右旋转的靶球座的示意图。

图4为线性菲涅尔反射镜快速检测装置测量时的扫描轨迹图。

图5为线性菲涅尔反射镜镜面偏转的示意图。

图6为线性菲涅尔反射镜面形误差的示意图。

图中，1.靶球，2.内管，3.靶球座，4.内管弹簧限位装置，5.通孔，6.销钉，7.外管，8.外管弹簧限位装置，9.弹簧，10.靶球夹持装置，11.横向滑轨，12.纵向滑轨，13.二维滑轨，14.连接柱，15.镜面，16.纵向移动轨迹，17.横向移动轨迹，18.镜面设计面形，19.镜面实测面形，31.靶球座。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

参见图1-图3，一种线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置，包括靶球移动装置和靶球跟踪仪；

所述的靶球移动装置包括在线性菲涅尔反射镜面上方的二维滑轨13)，在二维滑轨13上安装靶球夹持装置10，靶球1安装于靶球夹持装置10内，靶球1相对于靶球夹持装置10可进行上下和左右的偏转，靶球1保持与待测量的线性菲涅尔反射镜面相接触；

所述的靶球跟踪仪非接触的跟踪靶球，记录靶球沿线性菲涅尔反射镜面移动时的轨迹及数据。

进一步的，所述的靶球夹持装置10包括套设在外管7里的内管2，内管2可在外管7内自由滑动，内管2的下端连接有带有磁性的靶球座3，靶球1套设在靶球座3内；

外管7上设有销钉6，内管2上端相应的开设有供销钉6穿过的通孔5，以对内管2限位。

所述的内管2与外管7之间还套设有弹簧9，弹簧9的一端与内管弹簧限位装置4相连接，一端与外管弹簧限位装置8相连接；弹簧9使内管2向外弹出伸长，保持靶球1与反射镜面相接触。

所述的靶球座3通过转轴与内管2相连接，靶球座3相对靶球夹持装置10可左右旋转；靶球1的两侧被靶球座3夹住，并可在靶球座3内上下旋转。

所述的二维滑轨13包括横向滑轨11和纵向滑轨12，靶球夹持装置10通过连接柱14安装在横向滑轨11上，可沿横向滑轨11横向移动；横向滑轨11安装在纵向滑轨12，带动靶球夹持装置10可沿纵向滑轨12纵向移动。

所述的靶球跟踪仪为激光跟踪仪或三坐标测量机；

或者，所述的靶球跟踪仪为光笔测量仪，并将靶球替换为光笔测量仪对应的可滚动探头。

图1为本实用新型一种线性菲涅尔反射镜快速检测装置的实施例，图中未画出激光跟踪仪，能沿反射镜纵向和横向移动的二维滑轨13由横向滑轨11和纵向滑轨12组成，靶球夹持装置10通过连接柱14安装在横向滑轨11上，靶球1安装于靶球夹持装置10内，可以在一定高度内相对靶球夹持装置10上下移动，通过弹簧9的支撑作用，顶在了待测镜面15表面上。

图2显示了一种靶球夹持装置10，包括一个内管2和外管3，内管2可在外管3内自由滑动，内管2上端开有一通孔5(长条孔)，让固定在外管3上销钉6穿过，实现对内管2的限位，在外管3和内管2中间套有弹簧9，作用与外管和内管上的弹簧限位装置(外管弹簧限位装置8和内管弹簧限位装置4)，使内管2尽量向外弹出伸长，靶球1通过带有磁性的靶球座3与内管2相固定。如果靶球1能够在重力作用下，就保持与待测镜面15的良好接触，可以省去弹簧9及相关零件。

图3显示了本实用新型相对靶球夹持装置10可以左右旋转的靶球座3的一个实施例，靶球1两侧被靶球座3夹住可以上下旋转，靶球座3上端有转轴与内管2相连接，靶球1可以较顺滑的进行上下和左右偏转，保证瞄准激光跟踪仪使测试过程顺利进行。

基于所述的线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置的测量分析方法，包括以下操作：

将待测的反射镜轴线调节至水平状态，然后沿二维滑轨将靶球沿着反射镜面的纵向及横向分别进行移动，同时靶球跟踪仪跟踪靶球并测量，得到靶球的准确位置；在靶球移动时，纵向方向至少包括镜面中心和镜面两侧的三条轨迹，横向轨迹的间距要保证未测位置带来的镜面面形误差在可接受范围内；

基于靶球沿镜面移动测得的数据，进行以下分析，并对分析结果的精度进行检查检测反射镜是否符合设计要求：

1)用靶球沿纵向方向移动测得的数据进行平直度分析，检测镜面沿纵向的水平度；

2)基于靶球沿镜面两侧纵向轨迹移动的测量数据，根据高度偏差和镜面的宽度计算得到反射镜的偏转角度误差；

3)基于靶球沿镜面横向移动测得的数据，进行反射镜弯曲后的面形精度分析。

图4显示了本实用新型所述线性菲涅尔反射镜快速检测时的扫描轨迹图，测量时先借助水平仪或工装将反射镜轴线调节至水平状态，再用滑轨13控制靶球1沿着镜面15上的三条纵向移动轨迹16和多条横向移动轨迹17滑动，通过激光跟踪仪测量得到靶球1经过这些轨迹上的位置参数。如沿纵向移动轨迹16测得的高度不一致，说明反射镜沿纵向的平整度不够高，如果纵向有明显的高低差别，需要调整使反射镜基本水平。平直度分析要求相对转轴平行线的直线度误差低于5mm。

图5显示了本实用新型所述线性菲涅尔反射镜镜面偏转的示意图。待测镜面15水平放置状态，镜面设计面形为18，如沿待测镜面15两侧的纵向移动轨迹16在同一个横向位置上有高度差h，说明实测面形19相对镜面开口有偏转，假设待测镜面宽度为w，则该横向截面相对镜面整体开口偏转角度a可粗略计算为tana＝h/w，该扭转偏角应当与反射镜的跟踪误差在同一量级，最好低于反射镜的跟踪误差。

若待测镜面相对镜面开口没有偏转，而曲线不重合时存在面形误差(如图5所示，测得面形相对设计面形，开口的法向方向不一致，这是发生了偏转，如果开口的法向方向一致，但是曲线不重合，就是面形误差了)，对于接近圆弧的镜面面形，用圆弧对实测面形进行拟合，检测其曲率半径以及平均误差是否在允许误差范围内(用圆弧对测得的面形进行拟合，看圆弧的直径是否为设计值)。

图6本实用新型所述线性菲涅尔反射镜一种面形误差的示意图。待测镜面15水平放置状态，镜面设计面形为18，实测面形19相对设计面形18没有偏转，但是有面形误差。对于接近圆弧的镜面面形，可以对实测面形19进行圆弧拟合，看实测面形19的曲率半径以及平均误差是否在允许误差范围内。

所述的线性菲涅尔反射镜的测量分析方法，同样适用于用三坐标测量机、光笔测试仪对镜面进行检测，以及不借助本实用新型提出的二维滑轨及靶球夹持系统进行的激光跟踪仪手持靶球和其它夹持方式的检测过程。如用手持靶球，优选基于三维数模，用变截面扫描方式对镜面分别沿纵向及横向进行面形测量。

以上给出的实施例是实现本实用新型较优的例子，本实用新型不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本实用新型技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置，其特征在于，包括靶球移动装置和靶球跟踪仪；

所述的靶球移动装置包括在线性菲涅尔反射镜面上方的二维滑轨(13)，在二维滑轨(13)上安装靶球夹持装置(10)，靶球(1)安装于靶球夹持装置(10)内，靶球(1)相对于靶球夹持装置(10)可进行上下和左右的偏转，靶球(1)保持与待测量的线性菲涅尔反射镜面相接触；

所述的靶球跟踪仪非接触的跟踪靶球，记录靶球沿线性菲涅尔反射镜面移动时的轨迹及数据。

2.如权利要求1所述的线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置，其特征在于，所述的靶球夹持装置(10)包括套设在外管(7)里的内管(2)，内管(2)可在外管(7)内自由滑动，内管(2)的下端连接有带有磁性的靶球座(3)，靶球(1)套设在靶球座(3)内；

外管(7)上设有销钉(6)，内管(2)上端相应的开设有供销钉(6)穿过的通孔(5)，以对内管(2)限位。

3.如权利要求2所述的线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置，其特征在于，所述的内管(2)与外管(7)之间还套设有弹簧(9)，弹簧(9)的一端与内管弹簧限位装置(4)相连接，一端与外管弹簧限位装置(8)相连接；弹簧(9)使内管(2)向外弹出伸长，保持靶球(1)与反射镜面相接触。

4.如权利要求2所述的线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置，其特征在于，所述的靶球座(3)通过转轴与内管(2)相连接，靶球座(3)相对靶球夹持装置(10)可左右旋转；靶球(1)的两侧被靶球座(3)夹住，并可在靶球座(3)内上下旋转。

5.如权利要求1所述的线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置，其特征在于，所述的二维滑轨(13)包括横向滑轨(11)和纵向滑轨(12)，靶球夹持装置(10)通过连接柱(14)安装在横向滑轨(11)上，可沿横向滑轨(11)横向移动；横向滑轨(11)安装在纵向滑轨(12)上，带动靶球夹持装置(10)可沿纵向滑轨(12)纵向移动。

6.如权利要求1所述的线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置，其特征在于，所述的靶球跟踪仪为激光跟踪仪或三坐标测量机。

7.如权利要求1所述的线性菲涅尔反射镜面形快速检测装置，其特征在于，所述的靶球跟踪仪为光笔测量仪，并将靶球替换为光笔测量仪对应的可滚动探头。