CN209927416U - 一种单相机定日镜镜面面形质量检测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单相机定日镜镜面面形质量检测***，涉及定日镜镜面测量技术领域，能够在保证定日镜子镜面形检测精度的条件下，提高检测效率，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；该***包括单相机、测量标识、标准比例尺和计算控制单元；所述单相机可活动的设于定日镜组装工位的上方，用于对所述测量标识和标准比例尺进行拍照；所述单相机与所述计算控制单元通信连接；所述测量标识为多个，且粘贴于待检测定日镜的子镜上；所述标准比例尺设于定日镜组装工位的预定位置。本实用新型提供的技术方案适用于定日镜组装质量检测的过程中。

Description

一种单相机定日镜镜面面形质量检测***

【技术领域】

本实用新型涉及定日镜镜面测量技术领域，尤其涉及一种单相机定日镜镜面面形质量检测***。

【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存储在巨大的容器中，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***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***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部分。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***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。这种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变化，从而导致测量结构有一定的误差，难以满足组装线上的在线实时检测需要。

因此，有必要设计一种新的测量***或测量方法，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【实用新型内容】

有鉴于此，本实用新型提供了一种单相机定日镜镜面面形质量检测***，能够在保证定日镜子镜面形检测精度的条件下，提高检测效率，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。

一方面，本实用新型提供一种单相机定日镜镜面面形质量检测***，其特征在于，包括单相机、测量标识、标准比例尺和计算控制单元；所述单相机可活动的设于定日镜组装工位的上方；所述单相机与所述计算控制单元通信连接；所述测量标识的数量为两个以上，且均粘贴于待检测定日镜的子镜上；所述标准比例尺设于定日镜组装工位的预设位置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述测量标识的数量为5个，且分别粘贴于定日镜子镜的四个角和中心位置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述标准比例尺为多个，且均匀分布在所述预设位置；所述预设位置为定日镜组装工位的周边，且位于单相机的拍摄范围内。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述标准比例尺上设有若干距离已知的标识点。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述单相机通过云台吊设在机械运动装置的下方；所述云台与所述机械运动装置可活动的连接；所述单相机与所述云台可活动的连接；所述机械运动装置设置在定日镜组装工位的上方。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述机械运动装置为行车式运动装置、导轨式运动装置和旋转机械臂式运动装置中的任意一种或多种。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述行车式运动装置包括行车和行车轨道；所述行车轨道为两根，且平行设置；所述行车垂直设置在两根行车轨道之间，且所述行车的两端分别所述行车轨道活动连接；所述云台可活动地吊设在所述行车的下方。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述导轨式运动装置包括水平设置的具有特定形状的轨道，所述云台可活动地吊设在所述轨道的下方。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述旋转机械臂式运动装置包括可活动的旋转机械臂，所述云台可活动地吊设在所述旋转机械臂的下方。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述计算控制单元包括通讯模块和对摄影图片进行处理的分析计算模块；所述分析计算模块通过所述通讯模块与所述单相机连接。

与现有技术相比，本实用新型可以获得包括以下技术效果：本实用新型的单相机定日镜镜面质量检测***，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。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型一个实施例提供的采用行车式运动***的单相机定日镜镜面面形质量检测***示意图；

图2是本实用新型一个实施例提供的采用导轨式运动***的单相机定日镜镜面面形质量检测***示意图；

图3是本实用新型一个实施例提供的采用旋转机械臂的单相机定日镜镜面面形质量检测***示意图。

其中，图中：

1、单相机；2、云台；3、测量标识；4、比例尺支架；5、数据链路；6、定日镜；7、定日镜子镜；8、标准比例尺；9、通讯模块；10、分析计算模块；11、行车；12、行车轨道；13、导轨；14、旋转机械臂。

【具体实施方式】

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

一种单相机定日镜镜面面形质量检测***，包括摄影部分，所述摄影部分包括：单相机1、云台2、机械运动装置、测量标识3、比例尺支架4、数据链路5和标准比例尺8；其中，

所述测量标识3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；所述比例尺支架4被设置于待检测定日镜组装工位附近的特定位置上并保持固定。比例尺支架4一般有多个，它们均匀地分布在靠近定日镜组装工位附近的被测区域内，也就是整个单相机的拍摄测量范围内。所述标准比例尺8被设置于比例尺支架4上，每个标准比例尺8上固定有距离已知的比例尺标识点。比例尺标识点在三维空间的绝对坐标应当在测量前由激光跟踪仪等高精度测量设备测量得到，用于构建三维空间坐标系；在摄影测量之前需要先通过相机标定部分，标定所述单相机1的内部参数及镜头畸变系数，进而消除单相机1内部因素所引起的测量误差。所述单相机1固定于所述云台2上；所述云台2能够进行旋转、翻滚和俯仰中的一种或几种运动，从而实现所述单相机1以不同姿态对所述测量标识3进行拍摄。所述机械运动装置带动所述云台2和所述单相机1在空间中移动，实现从不同的方位和姿态，对测量标识3进行拍摄。所述数据链路5负责传输所述单相机1拍摄的照片到计算机中，并传输所述单相机1、所述云台2和所述机械运动装置的控制命令，同时也对所述单相机1、所述云台2和所述机械运动装置供电。

上述技术方案中，该***还包括计算控制单元，所述计算控制单元包括相机与计算机进行通讯的通讯模块9、对摄影图片进行分析计算的分析计算模块10；分析计算模块10可采用PC等计算机来实现；通讯模块9的型号和参数需要满足相机与分析计算模块之间的通讯，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；其中，

所述通讯模块9与所述数据链路5相连，发送所述单相机1、所述云台2和所述机械运动装置的控制命令，并接收所述单相机1拍摄的照片；所述分析计算模块10从接收到的所述单相机1拍摄的照片中提取所述测量标识3在图片中的像素坐标，计算各测量标识3的相对坐标，并基于所述单相机1拍摄的照片中的像素坐标，对所述单相机1的内部参数、镜头畸变系数及单相机在每个拍照位的姿态与位置坐标进行自校准；所述分析计算模块10还根据所述标准比例尺8上比例尺标识点之间的距离，以及各测量标识3的相对坐标，计算出各测量标识3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，从而计算和判断定日镜6的镜面面形的组装质量。其中，绝对坐标系由定日镜周围的标准比例尺获得；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。

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。具体的，首先，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，就可以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。

机械运动装置根据运动方式不同划分为行车式运动装置、导轨式运动装置和旋转机械臂式运动装置，采用这三种运动装置的检测***的结构图分别如图1、图2和图3所示。

如图1所示，行车式运动装置包括行车11和行车轨道12；固定有单相机1的云台2吊装在所述行车11的下方，并在动力装置的驱动下沿行车11左右移动，所述行车11沿所述行车轨道12前后移动；行车轨道12则排布在定日镜镜面面形质量检测组装工位的上方，从而实现从不同的方位对测量标识进行拍摄。行车轨道12为两根，且平行设置；行车11为长条形，其两端分别与两根行车轨道12可活动的连接，并可在动力装置的驱动下沿行车轨道12前后运动。数据链路5负责传输所述单相机1拍摄的照片，传输所述单相机1、所述云台2和所述行车11的控制命令，同时对所述单相机1、所述云台2和所述行车11供电。

行车与行车导轨之间由步进电机进行控制。行车在行车导轨的轨道上移动，可以利用齿轮、齿条相互啮合的传动方式。云台与行车之间通过常用的机械性构件进行吊装式的连接。云台通过利用云台控制协议编写的MATLAB程序，由计算机控制可以进行旋转、翻滚和俯仰等动作。单相机与云台之间通过常用的机械性构件进行连接，相机与云台分别由计算机进行控制。相机安装固定在云台上，云台可以带着相机进行旋转，俯仰等运动。云台固定在行车上，由行车带着云台和相机进行平移运动。云台的动作、控制以及图像的采集和传输在摄像领域应用已经很广泛了，这里不对其具体连接方式工作过程做更详细的赘述。

如图2所示，导轨式运动装置包括导轨13，固定有单相机1的云台2沿所述导轨13进行移动。所述导轨13为几何图形，例如矩形，且设置在定日镜子镜组装工位的上方，从而实现从不同的方位对测量标识进行拍摄。数据链路5可传输所述单相机1拍摄的照片，传输所述单相机1和所述云台2的控制命令，也可对所述单相机1和所述云台2供电；所述导轨13包括但不限于规则的几何图形，还可根据具体情况设置为不规则的图形。云台和导轨13的连接方式以及云台的控制过程和行车式相同。

如图3所示，旋转机械臂式运动装置包括旋转机械臂14，固定有单相机1的云台2固定于所述旋转机械臂14上。旋转机械臂14则位于定日镜子镜组装工位上方，通过旋转机械臂的运动实现从不同的方位对测量标识进行拍摄。数据链路5可传输所述单相机1拍摄的照片，传输所述单相机1、所述云台2和所述旋转机械臂14的控制命令，也可对所述单相机1、所述云台2和所述旋转机械臂14供电。旋转机械臂利用了目前工业上常用的机械臂技术，将云台吊装在机械臂上，云台能够随着机械臂的旋转动作而移动，从而实现对定日镜的全方位拍照。云台与旋转机械臂的连接以及云台的控制过程和行车式相同。

以上对本申请实施例所提供的一种单相机定日镜镜面面形质量检测***，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者***中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (9)

1.一种单相机定日镜镜面面形质量检测***，其特征在于，包括单相机、测量标识、标准比例尺和计算控制单元；所述单相机可活动的设于定日镜组装工位的上方；所述单相机与所述计算控制单元通信连接；所述测量标识的数量为两个以上，且均粘贴于待检测定日镜的子镜上；所述标准比例尺设于定日镜组装工位的预设位置。

2.根据权利要求1所述的单相机定日镜镜面面形质量检测***，其特征在于，所述测量标识的数量为5个，且分别粘贴于定日镜子镜的四个角和中心位置。

3.根据权利要求1所述的单相机定日镜镜面面形质量检测***，其特征在于，所述标准比例尺为多个，且均匀分布在所述预设位置；所述预设位置为定日镜组装工位的周边，且位于单相机的拍摄范围内。

4.根据权利要求3所述的单相机定日镜镜面面形质量检测***，其特征在于，所述标准比例尺上设有若干距离已知的标识点。

5.根据权利要求1所述的单相机定日镜镜面面形质量检测***，其特征在于，所述单相机通过云台吊设在机械运动装置的下方；所述云台与所述机械运动装置可活动的连接；所述单相机与所述云台可活动的连接；所述机械运动装置设置在定日镜组装工位的上方。

6.根据权利要求5所述的单相机定日镜镜面面形质量检测***，其特征在于，所述机械运动装置为行车式运动装置、导轨式运动装置和旋转机械臂式运动装置中的任意一种或多种。

7.根据权利要求6所述的单相机定日镜镜面面形质量检测***，其特征在于，所述行车式运动装置包括行车和行车轨道；所述行车轨道为两根，且平行设置；所述行车垂直设置在两根行车轨道之间，且所述行车的两端分别所述行车轨道活动连接；所述云台可活动地吊设在所述行车的下方。

8.根据权利要求6所述的单相机定日镜镜面面形质量检测***，其特征在于，所述导轨式运动装置包括水平设置的具有几何形状的轨道，所述云台可活动地吊设在所述轨道的下方。

9.根据权利要求6所述的单相机定日镜镜面面形质量检测***，其特征在于，所述旋转机械臂式运动装置包括可活动的旋转机械臂，所述云台可活动地吊设在所述旋转机械臂的下方。

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