太陽能集熱聚光器反射鏡面安裝位姿指示裝置及調(diào)整方法
【專利說明】太陽能集熱聚光器反射鏡面安裝位姿指示裝置及調(diào)整方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及太陽能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種太陽能集熱聚光器反射鏡面安裝位姿指示裝置及調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0003]在太陽能光熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，由于太陽光能的輻射資源存在能流密度低，而不能進(jìn)行直接的采集利用，往往須將大面積的太陽光能聚集到吸熱器腔體內(nèi)，進(jìn)而達(dá)到太陽光熱的高品位熱利用。太陽光能的大面積聚集是利用聚光器的反射鏡曲面實(shí)現(xiàn)的，但隨著光熱發(fā)電系統(tǒng)功率級(jí)別的增加，聚光器的尺度將進(jìn)一步增大。然而，大型聚光器受反射鏡面成型工藝的限制而難以整體制造，當(dāng)前一般采用多反射鏡面單元進(jìn)行拼合而成。
[0004]聚光器反射鏡曲面是實(shí)現(xiàn)太陽光熱聚集的關(guān)鍵，而大型聚光器是由許多塊反射鏡面拼合安裝構(gòu)成聚光特性的反射鏡曲面，各反射鏡面單元的安裝精度直接決定聚光器的光學(xué)性能。因此，提高反射鏡面的安裝精度和效率是迫切的。
[0005]當(dāng)前，對(duì)于聚光器反射鏡面的安裝主要是通過相匹配的弧板尺進(jìn)行調(diào)整，這在大型聚光器中是較難實(shí)現(xiàn)的，且安裝精度難以保證?，F(xiàn)有技術(shù)I (CN 102620677 A)中公布了一種太陽能集熱聚光器的面型檢測(cè)及調(diào)整方法，是通過在反射鏡面的調(diào)整機(jī)構(gòu)附近布置測(cè)試點(diǎn)，并進(jìn)行多位置的測(cè)試點(diǎn)的圖像采集，處理得到反射鏡面型及位姿狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)反射鏡面進(jìn)行調(diào)整來實(shí)現(xiàn)的。該調(diào)整方法需要在反射鏡面布置測(cè)試點(diǎn)，且需要從多角度拍攝測(cè)試點(diǎn)的圖像才能得到當(dāng)前位姿，其操作效率低，尤其在反射鏡面的不斷調(diào)整過程中更為明顯。同時(shí)，由于反射鏡面安裝是工作人員位于調(diào)整機(jī)構(gòu)附件，而采集圖像過程中工作人員需要進(jìn)行一定的避讓，防止遮擋測(cè)試點(diǎn)在相機(jī)中的成像，導(dǎo)致整個(gè)調(diào)整過程實(shí)施不具備實(shí)時(shí)性。更為重要的是，該調(diào)整方法并不是面向聚光器聚光性能的調(diào)整過程，當(dāng)反射鏡面的調(diào)整機(jī)構(gòu)本身制造存在誤差時(shí)，則反射鏡面的調(diào)整是達(dá)不到聚光要求的，這種調(diào)整方法具有調(diào)整效率和精度低的缺陷。
[0006]聚光器反射鏡面的精確安裝是在不斷的調(diào)整過程中實(shí)現(xiàn)，安裝效率的提高以及面向聚光性能的安裝是核心。因此，安裝調(diào)整過程的反射鏡面空間位姿以及焦平面聚光分布的實(shí)時(shí)顯示，對(duì)提高安裝效率和精度是尤為重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠提高聚光器反射鏡面安裝效率和精度的太陽能集熱聚光器反射鏡面安裝位姿指示裝置及調(diào)整方法。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:一種太陽能集熱聚光器反射鏡面安裝位姿指示裝置，包括圖像采集設(shè)備A、圖像采集設(shè)備B、數(shù)據(jù)處理終端、實(shí)時(shí)顯示設(shè)備、光源、棋盤靶A、棋盤靶B和位于聚光器的反射鏡曲面焦平面的接收屏；所述光源位于聚光器的反射鏡曲面焦點(diǎn)的上方，光源發(fā)射的光線與聚光器的反射鏡曲面的焦軸平行；所述的圖像采集設(shè)備A位于聚光器的上方，頭部朝向聚光器，圖像采集設(shè)備A與數(shù)據(jù)處理終端連接；所述的圖像采集設(shè)備B位于接收屏的下方，頭部朝向接收屏，圖像采集設(shè)備B與數(shù)據(jù)處理終端連接；棋盤靶A的棋盤圖案表面與聚光器的反射鏡曲面的焦軸垂直，棋盤靶A的棋盤圖案的中心位于反射鏡曲面的頂點(diǎn)；棋盤靶B安裝在聚光器的外沿，棋盤靶B和棋盤靶A的棋盤圖案的表面平行；所述的數(shù)據(jù)處理終端與實(shí)時(shí)顯示設(shè)備連接。
[0009]上述的太陽能集熱聚光器反射鏡面安裝位姿指示裝置中，還包括棋盤靶C，棋盤靶C位于光源的正下方，帶棋盤圖案的表面朝上。
[0010]上述的太陽能集熱聚光器反射鏡面安裝位姿指示裝置中，所述棋盤靶A、棋盤靶B和棋盤靶C均為工業(yè)相機(jī)標(biāo)定用的表面帶有黑白矩形的棋盤圖案的工具。
[0011]上述的太陽能集熱聚光器反射鏡面安裝位姿指示裝置中，所述接收屏為工業(yè)相機(jī)標(biāo)定用的表面帶有黑白矩形的棋盤圖案的工具，有棋盤圖案的表面是光線接收面，且棋盤圖案的中心位于聚光器反射鏡曲面的焦點(diǎn)位置，接收屏和棋盤靶A的棋盤圖案的黑白矩形邊線平行。
[0012]上述的太陽能集熱聚光器反射鏡面安裝位姿指示裝置中，所述的聚光器劃分成多個(gè)相同的扇形區(qū)域，所述光源的尺寸及形狀與聚光器的扇形區(qū)域相匹配，光源對(duì)應(yīng)的扇形區(qū)域內(nèi)的各獨(dú)立的反射鏡面上至少接收到十根光線，且光線投射區(qū)域小于獨(dú)立的反射鏡面在反射鏡的設(shè)計(jì)位置時(shí)沿光線投射方向的投影區(qū)域。
[0013]上述的太陽能集熱聚光器反射鏡面安裝位姿指示裝置中，所述的實(shí)時(shí)顯示設(shè)備上設(shè)有光斑顯示屏、反射鏡面的安裝支撐點(diǎn)的實(shí)際位置與反射鏡的設(shè)計(jì)位置的坐標(biāo)差值顯示器及用于調(diào)整到位指示的鳴笛器。
[0014]一種太陽能集熱聚光器反射鏡面安裝位姿的調(diào)整方法，包括以下步驟:
1)調(diào)整圖像采集設(shè)備All，使得棋盤靶A和棋盤靶B在其視場(chǎng)內(nèi)，并采集棋盤靶A和棋盤靶B的圖像，將圖像傳輸至數(shù)據(jù)處理終端進(jìn)行處理，處理時(shí)以棋盤靶A的棋盤圖案表面為XY平面，以棋盤圖案表面中心為坐標(biāo)系原點(diǎn)0，以指向焦點(diǎn)方向?yàn)閆軸，X軸和Y軸分別與棋盤圖案的兩條邊線平行，建立空間笛卡爾坐標(biāo)系，得到棋盤靶A和棋盤靶B的空間位姿關(guān)系;
2)開啟待安裝的反射鏡面上方相應(yīng)位置的光源，用棋盤靶C接收光源投射的光線，通過圖像采集設(shè)備A采集棋盤靶C和棋盤靶A在同一視場(chǎng)的圖像，或采集棋盤靶C和棋盤靶B在同一視場(chǎng)的圖像，將采集的圖像通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理終端，處理得到棋盤靶C接收的各投射光線的空間方程；
3)手持反射鏡面至待安裝位置并接收光源投射的光線，圖像采集設(shè)備A采集反射鏡面的表面光斑和棋盤靶A或棋盤靶B在同一視場(chǎng)的圖像，并通過數(shù)據(jù)線將圖像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理終端進(jìn)行處理，結(jié)合步驟2)的光源的光線方程得到反射鏡面的光斑空間坐標(biāo)，而后根據(jù)最小二乘法擬合得到反射鏡面的實(shí)際曲面方程，并將曲面方程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到相對(duì)于理想曲面方程的曲面方程的平移矩陣和旋轉(zhuǎn)矩陣，進(jìn)而得到反射鏡面的安裝支撐點(diǎn)的實(shí)際位置與反射鏡的設(shè)計(jì)位置的坐標(biāo)差值，并傳輸給實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的差值顯示器進(jìn)行顯示；同時(shí)，圖像采集單元B采集接收屏表面的光斑圖像，并將圖像傳輸給數(shù)據(jù)處理終端進(jìn)行處理，得到焦平面的光斑分布，并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的光斑顯示屏進(jìn)行顯示； 4)根據(jù)步驟3)的指示數(shù)據(jù)，手持反射鏡面進(jìn)行空間位姿調(diào)整，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示設(shè)備的數(shù)值也按照步驟3)的方法進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。
[0015]5)按照上述的步驟2)~ 4)進(jìn)行反射鏡扇形區(qū)域的下一塊反射鏡面的安裝，當(dāng)該扇形區(qū)域全部安裝完成后，將聚光器整體旋轉(zhuǎn)與反射鏡扇形區(qū)域相等的夾角，進(jìn)入下一反射鏡扇形區(qū)域的反射鏡面的安裝，直至聚光器的反射鏡面安裝完畢。
[0016]上述的太陽能集熱聚光器反射鏡面安裝位姿的調(diào)整方法中，步驟4)中反射鏡面空間位姿調(diào)整的具體方法如下:首先依據(jù)差值顯示器的指示值將反射鏡面的第一支撐點(diǎn)移動(dòng)至反射鏡的設(shè)計(jì)位置，通過球鉸螺栓將第一支撐點(diǎn)固定在聚光器網(wǎng)架上；然后依據(jù)差值顯示器的指示值調(diào)整反射鏡面的第二支撐點(diǎn)到達(dá)反射鏡的設(shè)計(jì)位置，并通過球鉸螺栓固定在聚光器網(wǎng)架上，最后通