一种定日镜子镜姿态检测系统及方法与流程

本发明涉及一种定日镜子镜姿态检测系统及方法，属于定日镜的镜面面形技术领域。

背景技术：

塔式光热发电站需要数以千计的定日镜将太阳光汇聚到吸热器区域，为了获得更高的能量密度，定日镜需要设计成具有汇聚特性的离散曲面，即定日镜由多个平面子镜组成，且子镜间存在三维空间的姿态差异。镜场规模的扩大使得定日镜的工作距离不断增长，微小的角度偏差可能会导致定日镜反射的光斑无法落在吸热器区域内，所以定日镜子镜面形的加工精度要求不断提高，同时需要有一种高精度的检测方法以保证定日镜子镜的空间姿态精度。

中国专利cn105571470a提供了一种基于位移传感器的接触式测量方法，通过同时获得多个位移传感器的数据获得定日镜子镜的空间姿态信息。这种接触式的方法不适用于精密的光学镜面，并且位移传感器会对子镜产生力的作用，影响位移数据的准确度，难以实现高精密的检测。中国专利cn103267495b提供了一种通过解算条纹图像获取定日镜面形信息。该方法所使用的一幅正弦条纹图像一次只能获得与条纹垂直方向的面形变化信息，如果需要获得定日镜各个子镜的空间姿态信息，就需要进行多次测量，并且该方法仅适用于子镜边缘相连的连续型镜面，无法实现高精度的实时监测。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对目前技术不能满足现有的需要，提供一种定日镜子镜姿态检测系统及方法，通过图像处理技术实现像素级别的高精度空间位置偏差距离计算，检测精度高，图像采集模块和标板主要检测部件均安装在定日镜子镜的正上方，空间利用效率高，并且方便定日镜的移动，有效保障检测效率。

本发明所采用的技术方案是：一种定日镜子镜姿态检测系统，至少包括图像采集模块、检测用标板和处理模块，图像采集模块安装在标板背面，图像采集模块的数量与待测定日镜的子镜数量匹配，每个图像采集模块通过标板上的透光孔拍摄目标子镜，且图像采集模块的光轴与标板的法线平行。

一种定日镜子镜姿态检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、将定日镜固定在测量区域，并调节至待测状态；

（2）、根据定日镜上的子镜间隔调节图像采集模块的间距，使得图像采集模块与定日镜子镜相互匹配；

（3）、通过图像采集模块分别拍摄各自的目标子镜，获得相应的标板区域图像；

（4）、每个图像采集模块将采集得到的图像传输给处理模块，用于图像识别、视场中心坐标计算和姿态角计算的数据处理工作；

（5）、当子镜的镜面与大地水平面平行时，图像采集模块的视场中心应与该图像采集模块的镜头中心重合，此时视场中心在标板上的坐标为(x0,y0)；

（6）、利用图像处理的区域识别算法，计算图像采集模块实际的视场中心的标板坐标系坐标即图像采集模块的实际视场中心，根据视场中标志物的排布方式，利用图像处理的相关算法可以计算此时场中心在标板上的坐标为(x1,y1)；

（7）、单个子镜x轴对应的姿态角和y轴对应的姿态角满足如下关系：

式中(x0,y0)为图像采集模块镜头中心的标板坐标系坐标，(x1,y1)为图像采集模块实际视场中心的标板坐标系坐标，h为标板到子镜中心的垂直距离；

（8）、多个图像采集模块可以同时采集并向处理模块传输图像，按第5步至第7步计算各个子镜的空间姿态，输出两个轴对应的姿态角，实现单台定日镜子镜姿态的快速检测。

本发明的有益效果：

1.本发明采用基于光线反射定律的非接触式的定日镜子镜姿态检测系统，通过图像采集模块实际视场中心的空间位置偏差，不与子镜直接接触，保证检测的准确性；

2.本发明系统结构简单，通过图像处理技术实现像素级别的高精度空间位置偏差距离计算，检测精度高；

3.本发明基于反射定律计算各个子镜的精确空间姿态，对连续型镜面和分离型镜面均能实现高精度的空间姿态解算，并且不需要额外增加复杂的预处理算法，减少误差的引入；

4.本发明中图像采集模块和标板等主要检测部件均安装在定日镜子镜的正上方，每台定日镜只需要移动到相应区域即可开始检测，不需要额外的工作条件，能够提高空间利用效率，而且方便定日镜的移动，有效保障检测效率。

附图说明

图1是本发明的检测系统示意图；

图2是本发明中的子镜空间姿态示意图；

图3是本发明中的图像采集模块视场示意图；

图4是本发明中的子镜姿态分解示意图。

图中：1.图像采集模块；2.标板；3.处理模块；4.子镜；5.定日镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种定日镜子镜姿态检测系统，包括图像采集模块1、检测用标板2和处理模块3，图像采集模块1的数量与待测定日镜5的子镜4数量匹配，经过标定的标板2与大地水平面平行；图像采集模块1安装在标板2背面，每个图像采集模块1通过标板2上的透光孔拍摄目标子镜4，且图像采集模块1的光轴与标板的法线平行；图像采集模块1将采集的图像通过数据线发送给处理模块3计算。

如图2为子镜4空间姿态的一种描述方式，即通过绕两个正交的x轴和y轴的姿态角和表述子镜4的空间姿态。待测定日镜5由一定数量的子镜4组成，当每个子镜4均保持设定的空间姿态时，它们所组成的离散汇聚曲面即为定日镜5的镜面面形。由于子镜4在定日镜5上的安装位置固定，所以通过检测子镜4的空间姿态就可精确描述定日镜5的镜面面形。

一种单台定日镜的单个子镜姿态检测方法，包括如下步骤：

（1）、如图1所示，将定日镜固定在测量区域，并调节至待测状态；

（2）、根据定日镜上的子镜间隔调节图像采集模块的间距，使得图像采集模块与定日镜子镜相互匹配；

（3）、通过图像采集模块分别拍摄各自的目标子镜，获得相应的标板区域图像；

（4）、每个图像采集模块将采集得到的图像传输给处理模块，用于图像识别、视场中心坐标计算和姿态角计算的数据处理工作；

（5）、如图3a所示，当子镜的镜面与大地水平面平行时，图像采集模块的视场中心应与该图像采集模块的镜头中心重合，此时视场中心在标板上的坐标为(x0,y0)；

（6）、利用图像处理的区域识别算法，计算图像采集模块实际的视场中心的标板坐标系坐标即图像采集模块的实际视场中心（图3b），根据视场中标志物的排布方式，利用图像处理的相关算法可以计算此时场中心在标板上的坐标为(x1,y1)；

（7）、如图4所示，单个子镜x轴对应的姿态角和y轴对应的姿态角满足如下关系：

式中(x0,y0)为图像采集模块镜头中心的标板坐标系坐标，(x1,y1)为图像采集模块实际视场中心的标板坐标系坐标，h为标板到子镜中心的垂直距离；

（8）、多个图像采集模块可以同时采集并向处理模块传输图像，按第5步至第7步计算各个子镜的空间姿态，输出两个轴对应的姿态角，实现单台定日镜子镜姿态的快速检测。

以上对本发明的具体实施方式进行了描述，但本发明并不限于以上描述。对于本领域的技术人员而言，任何对本技术方案的同等修改和替代都是在本发明的范围之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。