[發明專利]塔式太陽能熱發電用單元鏡面形檢測方法及檢測系統

有效

• 申請號: 201310145191.6
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103267495A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 朱會賓;王志峰;王華榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種塔式太陽能熱發電用單元鏡面形檢測方法和系統。

背景技術

塔式太陽能熱發電是一種由大量定日鏡和位于高塔上的吸熱器組成的太陽能熱發電方式。塔式太陽能熱發電站可實現較高的聚光比，具備提高電站年均效率的潛力。定日鏡系統利用數量眾多的定日鏡將太陽光反射并匯聚到位于高塔上的吸熱器，通過吸熱器將光能轉換成熱能，再經過熱力循環來發電。定日鏡是塔式太陽能熱發電站中的核心部件，是實現系統高效光熱轉換的載體，其通用結構為由多面單元鏡拼接而成。因此，高精度單元鏡面形是保證定日鏡反射太陽輻射能夠準確地到達吸熱器的前提，精確的單元鏡面形對塔式太陽能熱發電站的發電效率和發電成本至關重要。目前，單元鏡面形檢測技術主要分為接觸式和非接觸式。相比而言，非接觸式檢測技術由于在檢測范圍和檢測效率上的優勢，在單元鏡面形檢測中應用較廣。單元鏡面形檢測技術中非接觸式檢測技術包括激光掃描采點法、攝影測量法和結構光方法。激光掃描采點法由于要求將粉末等材料噴涂在鏡面表面，改變其反射特性為漫反射，然后進行逐點掃描，其檢測時間較長、效率較低，且對于較大面積的鏡面檢測系統成本較高。攝影測量法要求在鏡面按照一定的空間分布貼數目眾多的反光片，不利于鏡面面形的高效檢測。結構光檢測技術可以分為點結構光檢測技術、線結構光檢測技術和面結構光檢測技術。利用點結構光檢測技術或線結構光檢測技術檢測單元鏡，由于一次測量只能獲得鏡面中的一個點或者一條線上的數據，因此測量時間長，需通過專用旋轉、移動裝置才能完成整個鏡面面形的檢測。面結構光檢測技術可分為編碼圖案投影法和條紋反射法。編碼圖案投影法通常把某種編碼圖案投射到被測物體上，利用受物體表面形貌調制的變形圖案獲取物體的面形信息，但該技術匹配像素和光源出射點的算法比較復雜，通常對被測面面形和成像模型增加一定的約束來簡化難度，造成檢測精度不高，應用范圍有限。條紋檢測方法是通過CCD相機采集被測物體鏡面反射后的變形條紋，根據條紋相位與被測鏡面面形的對應映射關系，實現面形重構。與編碼圖案投影法相比，條紋反射檢測方法具有檢測速度快、系統組成簡單、抗干擾強、檢測精度較高等優點。中國專利CN1945204公開了一種鏡面物體表面三維輪廓測量裝置和方法，此系統采用移動平板顯示器顯示條紋圖像，利用攝像機采集平板顯示器在兩個不同位置時鏡面物體反射的變形條紋圖像進行處理，獲取條紋圖像的相位分布；根據像素坐標和攝像機參數確定鏡面表面的出射光線方向；根據像素對應的兩個相位值和平板顯示器參數確定鏡面表面的入射光線方向；最終由出射光線和入射光線的交點坐標獲取鏡面表面的坐標。但是，采用此移動平板顯示器測量裝置主要針對小面積的鏡面類物體的面形檢測，由于塔式太陽能熱發電用單元鏡鏡面面積較大，若采用此方法系統較為復雜，實施難度較大。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術檢測面積較大的塔式太陽能熱發電用單元鏡鏡面操作不便的不足，提出一種簡易、快速、高效的塔式太陽能熱發電用單元鏡鏡面面形檢測方法即檢測裝置。本發明不依賴參考標準平面鏡獲取參考相位，而是采用投影儀與白屏代替平板顯示器，從而不用移動平板顯示器就可實現檢測。本發明利用計算機生成虛擬參考平面的相位分布。

本發明采用以下技術方案：

本發明檢測方法利用投影儀將多幅條紋圖像投影至投影幕，利用CCD相機采集單元鏡反射的變形條紋圖像獲取鏡面相位分布，通過計算機模擬虛擬參考平面的相位信息獲得塔式太陽能熱發電用單元鏡面條紋相位偏移量，根據確定的白屏、CCD相機和待測單元鏡的空間幾何關系，利用相移技術和時間解包裹技術對采集的待測單元鏡變形條紋進行圖像處理所獲取的待測單元鏡上各點相位分布信息，以及待測單元鏡面條紋相位偏移量-鏡面斜率的映射關系計算單元鏡面的斜率分布，通過將斜率積分的方法獲得單元鏡面的面形信息。

采用本發明方法的檢測裝置的結構如下：

太陽能熱發電用單元鏡面形檢測系統，由白屏、DLP投影儀、CCD相機和計算機組成。所述的白屏垂直固定在白屏支架上。所述的DLP投影儀通過數據線與計算機連接，將由計算機生成的多幅正弦條紋圖像投影至白屏上，在白屏上呈現由DLP投影儀投影的正弦條紋圖像。待測單元鏡垂直固定在單元鏡支架上，位于白屏前方，白屏上的正弦條紋反射到待測單元鏡上；所述的CCD相機通過圖像采集卡與計算機連接，CCD相機采集待測單元鏡所反射的正弦條紋的變形圖像，并將所采集的變形圖像信息傳輸至計算機進行處理；所述的計算機將采集的變形圖像經過數據處理獲取待測單元鏡的面形。