本發(fā)明涉及一種定日鏡子鏡姿態(tài)檢測系統(tǒng)及方法，屬于定日鏡的鏡面面形技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

塔式光熱發(fā)電站需要數(shù)以千計的定日鏡將太陽光匯聚到吸熱器區(qū)域，為了獲得更高的能量密度，定日鏡需要設(shè)計成具有匯聚特性的離散曲面，即定日鏡由多個平面子鏡組成，且子鏡間存在三維空間的姿態(tài)差異。鏡場規(guī)模的擴大使得定日鏡的工作距離不斷增長，微小的角度偏差可能會導致定日鏡反射的光斑無法落在吸熱器區(qū)域內(nèi)，所以定日鏡子鏡面形的加工精度要求不斷提高，同時需要有一種高精度的檢測方法以保證定日鏡子鏡的空間姿態(tài)精度。

中國專利cn105571470a提供了一種基于位移傳感器的接觸式測量方法，通過同時獲得多個位移傳感器的數(shù)據(jù)獲得定日鏡子鏡的空間姿態(tài)信息。這種接觸式的方法不適用于精密的光學鏡面，并且位移傳感器會對子鏡產(chǎn)生力的作用，影響位移數(shù)據(jù)的準確度，難以實現(xiàn)高精密的檢測。中國專利cn103267495b提供了一種通過解算條紋圖像獲取定日鏡面形信息。該方法所使用的一幅正弦條紋圖像一次只能獲得與條紋垂直方向的面形變化信息，如果需要獲得定日鏡各個子鏡的空間姿態(tài)信息，就需要進行多次測量，并且該方法僅適用于子鏡邊緣相連的連續(xù)型鏡面，無法實現(xiàn)高精度的實時監(jiān)測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：針對目前技術(shù)不能滿足現(xiàn)有的需要，提供一種定日鏡子鏡姿態(tài)檢測系統(tǒng)及方法，通過圖像處理技術(shù)實現(xiàn)像素級別的高精度空間位置偏差距離計算，檢測精度高，圖像采集模塊和標板主要檢測部件均安裝在定日鏡子鏡的正上方，空間利用效率高，并且方便定日鏡的移動，有效保障檢測效率。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種定日鏡子鏡姿態(tài)檢測系統(tǒng)，至少包括圖像采集模塊、檢測用標板和處理模塊，圖像采集模塊安裝在標板背面，圖像采集模塊的數(shù)量與待測定日鏡的子鏡數(shù)量匹配，每個圖像采集模塊通過標板上的透光孔拍攝目標子鏡，且圖像采集模塊的光軸與標板的法線平行。

一種定日鏡子鏡姿態(tài)檢測方法，其特征在于：包括如下步驟：

（1）、將定日鏡固定在測量區(qū)域，并調(diào)節(jié)至待測狀態(tài)；

（2）、根據(jù)定日鏡上的子鏡間隔調(diào)節(jié)圖像采集模塊的間距，使得圖像采集模塊與定日鏡子鏡相互匹配；

（3）、通過圖像采集模塊分別拍攝各自的目標子鏡，獲得相應的標板區(qū)域圖像；

（4）、每個圖像采集模塊將采集得到的圖像傳輸給處理模塊，用于圖像識別、視場中心坐標計算和姿態(tài)角計算的數(shù)據(jù)處理工作；

（5）、當子鏡的鏡面與大地水平面平行時，圖像采集模塊的視場中心應與該圖像采集模塊的鏡頭中心重合，此時視場中心在標板上的坐標為(x0,y0)；

（6）、利用圖像處理的區(qū)域識別算法，計算圖像采集模塊實際的視場中心的標板坐標系坐標即圖像采集模塊的實際視場中心，根據(jù)視場中標志物的排布方式，利用圖像處理的相關(guān)算法可以計算此時場中心在標板上的坐標為(x1,y1)；

（7）、單個子鏡x軸對應的姿態(tài)角和y軸對應的姿態(tài)角滿足如下關(guān)系：

式中(x0,y0)為圖像采集模塊鏡頭中心的標板坐標系坐標，(x1,y1)為圖像采集模塊實際視場中心的標板坐標系坐標，h為標板到子鏡中心的垂直距離；

（8）、多個圖像采集模塊可以同時采集并向處理模塊傳輸圖像，按第5步至第7步計算各個子鏡的空間姿態(tài)，輸出兩個軸對應的姿態(tài)角，實現(xiàn)單臺定日鏡子鏡姿態(tài)的快速檢測。

本發(fā)明的有益效果：

1.本發(fā)明采用基于光線反射定律的非接觸式的定日鏡子鏡姿態(tài)檢測系統(tǒng)，通過圖像采集模塊實際視場中心的空間位置偏差，不與子鏡直接接觸，保證檢測的準確性；

2.本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通過圖像處理技術(shù)實現(xiàn)像素級別的高精度空間位置偏差距離計算，檢測精度高；

3.本發(fā)明基于反射定律計算各個子鏡的精確空間姿態(tài)，對連續(xù)型鏡面和分離型鏡面均能實現(xiàn)高精度的空間姿態(tài)解算，并且不需要額外增加復雜的預處理算法，減少誤差的引入；

4.本發(fā)明中圖像采集模塊和標板等主要檢測部件均安裝在定日鏡子鏡的正上方，每臺定日鏡只需要移動到相應區(qū)域即可開始檢測，不需要額外的工作條件，能夠提高空間利用效率，而且方便定日鏡的移動，有效保障檢測效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的檢測系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明中的子鏡空間姿態(tài)示意圖；

圖3是本發(fā)明中的圖像采集模塊視場示意圖；

圖4是本發(fā)明中的子鏡姿態(tài)分解示意圖。

圖中：1.圖像采集模塊；2.標板；3.處理模塊；4.子鏡；5.定日鏡。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。

如圖1所示，一種定日鏡子鏡姿態(tài)檢測系統(tǒng)，包括圖像采集模塊1、檢測用標板2和處理模塊3，圖像采集模塊1的數(shù)量與待測定日鏡5的子鏡4數(shù)量匹配，經(jīng)過標定的標板2與大地水平面平行；圖像采集模塊1安裝在標板2背面，每個圖像采集模塊1通過標板2上的透光孔拍攝目標子鏡4，且圖像采集模塊1的光軸與標板的法線平行；圖像采集模塊1將采集的圖像通過數(shù)據(jù)線發(fā)送給處理模塊3計算。

如圖2為子鏡4空間姿態(tài)的一種描述方式，即通過繞兩個正交的x軸和y軸的姿態(tài)角和表述子鏡4的空間姿態(tài)。待測定日鏡5由一定數(shù)量的子鏡4組成，當每個子鏡4均保持設(shè)定的空間姿態(tài)時，它們所組成的離散匯聚曲面即為定日鏡5的鏡面面形。由于子鏡4在定日鏡5上的安裝位置固定，所以通過檢測子鏡4的空間姿態(tài)就可精確描述定日鏡5的鏡面面形。

一種單臺定日鏡的單個子鏡姿態(tài)檢測方法，包括如下步驟：

（1）、如圖1所示，將定日鏡固定在測量區(qū)域，并調(diào)節(jié)至待測狀態(tài)；

（2）、根據(jù)定日鏡上的子鏡間隔調(diào)節(jié)圖像采集模塊的間距，使得圖像采集模塊與定日鏡子鏡相互匹配；

（3）、通過圖像采集模塊分別拍攝各自的目標子鏡，獲得相應的標板區(qū)域圖像；

（4）、每個圖像采集模塊將采集得到的圖像傳輸給處理模塊，用于圖像識別、視場中心坐標計算和姿態(tài)角計算的數(shù)據(jù)處理工作；

（5）、如圖3a所示，當子鏡的鏡面與大地水平面平行時，圖像采集模塊的視場中心應與該圖像采集模塊的鏡頭中心重合，此時視場中心在標板上的坐標為(x0,y0)；

（6）、利用圖像處理的區(qū)域識別算法，計算圖像采集模塊實際的視場中心的標板坐標系坐標即圖像采集模塊的實際視場中心（圖3b），根據(jù)視場中標志物的排布方式，利用圖像處理的相關(guān)算法可以計算此時場中心在標板上的坐標為(x1,y1)；

（7）、如圖4所示，單個子鏡x軸對應的姿態(tài)角和y軸對應的姿態(tài)角滿足如下關(guān)系：

式中(x0,y0)為圖像采集模塊鏡頭中心的標板坐標系坐標，(x1,y1)為圖像采集模塊實際視場中心的標板坐標系坐標，h為標板到子鏡中心的垂直距離；

（8）、多個圖像采集模塊可以同時采集并向處理模塊傳輸圖像，按第5步至第7步計算各個子鏡的空間姿態(tài)，輸出兩個軸對應的姿態(tài)角，實現(xiàn)單臺定日鏡子鏡姿態(tài)的快速檢測。

以上對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但本發(fā)明并不限于以上描述。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，任何對本技術(shù)方案的同等修改和替代都是在本發(fā)明的范圍之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。