CN209639934U - 一种多相机定日镜镜面面形质量检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多相机定日镜镜面面形质量检测系统，所述系统包括摄影模块和计算模块，所述摄影模块利用摄影测量方法检测定日镜面形，所述摄影模块包括：多个摄像单元、多个定位标识支架、多个测量标识点和数据总线；其中：所述定位标识支架被固定于待检测定日镜组装工位周侧；所述测量标识点位于定日镜子镜上；所述数据总线连接计算模块。本实用新型所述系统检测速度快、精度高；在一次质量检测过程中不需要与被测的定日镜镜面接触，保证了质量检测的可靠性，可满足定日镜组装生产线上的实时质量检测要求。

Description

一种多相机定日镜镜面面形质量检测系统

技术领域

本实用新型涉及镜面面形的几何参数测量，特别涉及一种多相机定日镜镜面面形质量检测系统。

背景技术

太阳能光热发电技术（英文名Concentrating Solar Power，简称CSP）是新能源利用的一个重要的方向。其利用大规模阵列抛物或碟式镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。光热发电最大的优势在于，太阳能所加热的工质可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮机发电，使得电力输出平稳，可作为基础电力，可做调峰；另外，其成熟可靠的储能（储热）配置可以在夜间持续发电。太阳能光热发电不但可以单独使用太阳能运行，还可以安装成燃料混合（如与天然气，生物质气等）互补系统等多能互补的形式。

塔式太阳能光热发电技术是太阳能光热发电的重要技术之一，它使用定日镜将太阳光反射并聚焦在位于塔顶的集热器上。定日镜是塔式太阳能热发电站的重要装备之一，由定日镜组成的定日镜场通常占电站一次投资成本的50%左右。定日镜的面积通常很大，形状也多种多样。其子镜可以是平面镜，微弧面镜或球面镜，多个子镜拼接成一个大的定日镜。再通过驱动系统驱动定日镜跟踪太阳，将太阳光反射到位于塔顶的集热器上。定日镜要求的光学性能包括反射率，跟踪精度和光斑质量等。而定日镜各子镜的面形精度对定日镜在塔顶集热器上所形成的光斑质量有很大的影响。在实际的组装过程中，子镜分为玻璃反射镜，吸盘，支撑结构，调节螺栓和连接螺栓等五模块。反射镜是由作为反射镜的反射面的玻璃镜和作为反射镜的背板的钢化玻璃粘合而成。子镜的背面有5个吸盘。吸盘的一面与反射镜的背板粘接，吸盘的另一面通过螺纹和螺母与支撑结构连接。通过选择螺母，可以调节吸盘的位置，进而调节子镜的玻璃反射镜的面形。调节方法是，首先将四个角的吸盘调节到同一平面上，再向后拉中间的吸盘，使得反射镜形成微弧曲面，最终使得定日镜的所有子镜可以拼接形成一个球面，从而保证定日镜在集热器上所形成的光斑的质量。为了保证聚光效率，定日镜子镜的面形需要满足设计的要求。因此，定日镜子镜镜面安装的组装线上需要一种检测系统来检测定日镜中各个子镜面形的几何参数，从而达到检测组装质量的目的。

目前，常见的定日镜子镜面形质量检测方法是使用激光跟踪仪、三坐标测量机或激光雷达等设备来测量子镜的几何参数。这些方法所需要的测量时间长、效率很低，且测量时需要接触被测物体、容易引起一定的变形，由于应力的作用下，子镜的面形会在测量结束后发生改变，从而导致测量结果有一定的误差，难以满足组装线上的在线实时检测需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于利用摄影测量法，在保证定日镜子镜面形检测精度的条件下，尽可能地提高检测效率，提供一种可满足定日镜组装生产线质量检测需求的非接触式摄影检测系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种多相机定日镜镜面面形质量检测系统，所述系统包括摄影模块和计算模块，所述摄影模块包括：多个摄像单元、多个定位标识支架、多个测量标识点和数据总线；其中：

所述定位标识支架被固定于待检测定日镜组装工位周侧；

所述测量标识点位于定日镜子镜上；

所述数据总线连接计算模块;

进一步地，所述定位标识支架均匀分布于靠近定日镜组装工位周侧的被测区域内；

进一步地，所述定位标识支架上设有定位标识点；

进一步地，所述测量标识点被粘贴在定日镜的各个子镜的四个角处和中心位置中一种或多种；

进一步地，所述系统还包括摄像单元标定模块，所述摄像单元标定模块连接多个摄像单元；

进一步地，所述摄像单元被固定于定日镜组装工位上方，每个摄像单元的拍摄范围内均包括测量标识点；

进一步地，所述多个摄像单元通过数据总线分别连接计算机和电源；

进一步地，所述计算模块包括摄像单元与计算机通讯单元和摄影图片分析计算单元，所述摄像单元与计算机通讯单元一端通过所述数据总线连接多个摄像单元，另一端连接摄影图片分析计算单元；

进一步地，所述摄影模块还包括摄像单元检测安装钢支架；所述多个摄像单元均固定于所述摄像单元检测安装钢支架上；

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型所述系统检测速度快、精度高；

本实用新型所述系统，在一次质量检测过程中不需要与被测的定日镜镜面接触，保证了质量检测的可靠性，可满足定日镜组装生产线上的实时质量检测要求。

附图说明

图1是多摄像单元定日镜镜面面形质量检测系统示意图；

图例说明：

1 多个摄像单元 2 定日镜 3 定日镜子镜

4 测量标识 5 定位标识点 6 摄像单元与计算机通讯单元

7 摄影图片分析计算单元 8 数据总线 9 摄像单元检测安装钢支架。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明的多摄像单元定日镜镜面面形质量检测系统用于对定日镜的子镜生产组装质量进行检测。该系统总体上包括摄影模块和计算模块。

图1为一个实施例中将若干摄像单元固定安装在位于定日镜上方检测工位钢支架上的多摄像单元定日镜镜面面形质量检测系统示意图。如图所示，该检测系统中的摄影模块包括：多个摄像单元1、粘贴于各个定日镜子镜上的测量标识4、定位标识点5及其支架、数据总线8和摄像单元检测安装钢支架9；该质量检测系统中的计算模块包括：摄像单元与计算机通讯单元6、对摄影图片分析计算单元7。

所述定位标识点支架被放置于定日镜镜面面形质量检测工位的附近的特定位置并保持固定，且该特定位置需均匀分布于整个多摄像单元可拍摄区域，其三维空间绝对坐标在质量检测前由高精度测量设备，例如激光跟踪仪测量得到；粘贴于定日镜子镜上的测量标识点4被粘贴在定日镜的各个子镜的四个直角处和中心位置附近，其位置不固定。对于子镜的四个直角位置，在保证测量标识点可以完全粘贴于子镜上的情况下，可以粘贴于直角处附近的任意位置；在摄影测量之前需要先通过摄像单元标定模块，标定每个摄像单元1的内部参数及镜头畸变系数，进而消除摄像单元1内部因素所引起的测量误差。各摄像单元1被固定于定日镜组装工位上方的特定位置，其分布需要保证每个摄像单元1都可以拍摄到定日镜镜面上所粘贴的测量标识点4；数据总线8负责传输各摄像单元1所拍摄的照片到计算机中，并传输控制各摄像单元1的命令，同时也对各摄像单元1进行供电。所述摄像单元1为相机、摄录机或其他可拍摄设备。

所述摄像单元与计算机通讯单元6与所述数据总线8相连，发送所述多个摄像单元1的控制命令，并接收所述多个摄像单元1拍摄的照片；所述摄像单元与计算机通讯单元6根据相机型号以及其参数（例如：快门速度、光圈大小、曝光模式等）而改变，通过对所选相机的SDK二次开发实现与计算机之间的通讯，所述对摄影图片分析计算单元7从接收到的所述多个摄像单元1拍摄的图片中提取所述定位标识点5在图片中的像素坐标，根据所述定位标识点5的绝对坐标、定位标识点5在照片中的像素坐标以及摄像单元1的内部参数及镜头畸变系数，计算各摄像单元1的姿态与位置；所述对摄影图片分析计算单元7，从接收到的所述多个摄像单元1拍摄的图片中，提取所述粘贴于定日镜子镜上的测量标识点4在照片中的像素坐标，根据各摄像单元1的姿态与位置、粘贴于定日镜子镜上的测量标识点4在照片中的像素坐标，计算各粘贴于定日镜子镜上的测量标识点4的绝对坐标及其对应的子镜面的总体法线方向，并将计算结果与各定日镜子镜的标准模型进行对比，从而计算定日镜2镜面面形的组装质量。

上述描述中，所述像素坐标是指在照片中位于第几排第几列像素，所述绝对坐标是指在实际空间中的三维坐标；像素坐标与绝对坐标之间存在一个对应关系，在本申请中这一对应关系由拍摄相片的特定相机的外部参数以及内部参数决定，外部参数包括相机姿态、位置，具体为相机的平移和旋转矩阵等；相机的内部参数包括相机的镜头安装误差、焦距等。因此，只要知道像素坐标、绝对坐标和对应关系中的两个参数，就可以计算出另一个参数。其中，绝对坐标系由定日镜周围的标准比例尺获得，即根据标准比例尺及其上的标识点的像素信息、距离信息以及标准比例尺自身的位置信息等信息确定绝对坐标系；相对坐标为定日镜子镜上的测量标识相对于绝对坐标系的相对坐标值。具体的，对拍摄的每张照片中的图像边缘检测，提取出测量标识点的质心像素坐标，相机的内参和外参计算出测量标试点在以标准比例尺所构成的空间绝对坐标系中的坐标值。利用最小二乘法，解超定方程，通过对所有拍摄照片的坐标进行拟合，提高检测精度。

本发明的定日镜镜面面形质量检测系统在实际的检测过程中，多个摄像单元在一次拍摄后就可以由摄影图片分析计算单元快速给出计算结果，具有检测速度快、实时性好、对于不同规格定日镜，具有检测柔性大、非接触测量，检测质量可靠性高等优点。

本发明的定日镜镜面面形质量检测系统在检测前，首先标定检测系统中每个摄像单元，确定每个摄像单元的内部参数及镜头畸变系数。然后使用高精度测量设备（激光跟踪仪等）测量定位标识的绝对坐标，从而保证在每次检测中能由定位标识在照片中的像素坐标和绝对坐标精确计算各摄像单元的姿态和位置，排除每次检测中摄像单元可能存在的轻微震动带来的干扰；最终由各摄像单元的精确姿态、位置和测量标识在照片中的像素坐标精确计算出定日镜子镜上粘贴的测量标识的绝对坐标，使该定日镜镜面面形质量检测系统具有高精度的优点。

本发明的定日镜镜面面形质量检测系统在检测过程中不与被测定日镜子镜相接触，可减少由于撤销接触测量后，接触应力释放导致的子镜面形回弹变形，提高组装生产质量检测要求。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种多相机定日镜镜面面形质量检测系统，其特征在于，所述系统包括摄影模块和计算模块，所述摄影模块包括：多个摄像单元(1)、多个定位标识支架、多个测量标识点(4)和数据总线(8)；其中：

所述定位标识支架被固定于待检测定日镜组装工位周侧；

所述测量标识点(4)位于定日镜子镜上；

所述数据总线(8)连接计算模块。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定位标识支架上设有定位标识点(5)，所述定位标识点(5)均匀分布于靠近定日镜组装工位周侧的被测区域内。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量标识点(4)被粘贴在定日镜的各个子镜的四个角和中心位置中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括摄像单元标定模块，所述摄像单元标定模块连接多个摄像单元(1)。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述摄像单元(1)被固定于定日镜组装工位上方，每个摄像单元(1)的拍摄范围内均包括测量标识点(4)。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个摄像单元(1)通过数据总线(8)分别连接计算机和电源。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计算模块包括摄像单元与计算机通讯单元(6)和摄影图片分析计算单元(7)，所述摄像单元与计算机通讯单元(6)一端通过所述数据总线(8)连接多个摄像单元(1)，另一端连接摄影图片分析计算单元(7)。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述摄影模块还包括摄像单元检测安装钢支架(9)；所述多个摄像单元(1)均固定于所述摄像单元检测安装钢支架(9)上。