一種太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法，實(shí)施步驟為：1)建立各鏡面單元的空間位姿誤差與聚焦光斑特征一一對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫；2）聚光器在跟蹤太陽的狀態(tài)，圖像采集系統(tǒng)獲得待調(diào)焦鏡面單元單獨(dú)聚光在焦平面接收靶上的聚焦光斑圖像，并處理得到聚焦光斑的特征。3）將步驟2）的聚焦光斑特征與步驟1）建立的相同鏡面單元編號的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，得到聚焦光斑特征吻合的對應(yīng)的鏡面單元空間位姿誤差，并得到鏡面單元的球鉸螺栓的調(diào)節(jié)長度，對鏡面單元進(jìn)行定量的調(diào)整。本發(fā)明的鏡面單元調(diào)焦簡單，且可一步到位的消除鏡面單元的旋轉(zhuǎn)誤差，能夠有效的適應(yīng)現(xiàn)階段我國太陽能聚光系統(tǒng)高效、低成本的調(diào)焦需求。
【專利說明】
-種太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及太陽能光熱發(fā)電領(lǐng)域，特別設(shè)及一種太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝 的快速調(diào)焦方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碟式/斯特林太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)(DS-CSP)具有光電轉(zhuǎn)換效率高、布置靈活和模 塊化程度高等特點(diǎn)，是太陽能資源高效開發(fā)的重要裝備之一。DS-CSP的聚光器是由若干鏡 面單元拼接構(gòu)成拋物曲面，用于實(shí)現(xiàn)太陽光能的定向傳輸與高效聚集。本質(zhì)上，聚光器是一 套精密的光學(xué)裝置，但受到聚光器網(wǎng)架結(jié)構(gòu)制造和安裝的精度限制，鏡面單元安裝時(shí)的調(diào) 焦過程是必須的。此外，聚光器工作在高日照的室外環(huán)境，常年經(jīng)受風(fēng)沙、雨淋、高溫差等惡 劣氣候，在太陽能光熱電站服役期間（一般額度為20~25年)反射鏡面的破損或聚光效率降 低是必然的，而此時(shí)局部的若干反射鏡面的高效、高精度的更換也將變得尤為重要。因此， 提供一種聚光器鏡面單元安裝或破損更換的高效、精確的快速調(diào)焦方法是尤為迫切的，具 有重要的工程實(shí)際意義。
[0003] 目前使用的聚光器反射鏡面調(diào)焦方法主要有：
[0004] (1)聚光器工作在視日跟蹤狀態(tài)，操作人員1在聚光器的背面調(diào)整連接螺栓，在焦 平面位置放置有接收祀，且另外有操作人員2觀看接收祀接收的光斑偏移情況，并告知操作 人員1進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。很明顯，此反射鏡面的安裝方法至少需要兩個(gè)人進(jìn)行協(xié)同工作，且 調(diào)焦過程是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或光斑的偏移情況進(jìn)行的定性調(diào)整，調(diào)焦效率是非常低的。
[0005] (2)現(xiàn)有技術(shù)1(CN 104062743 A)中公開了一種用于太陽能聚光鏡片調(diào)整的自動 調(diào)焦系統(tǒng)及其調(diào)焦方法，該方法主要是通過觀測反射鏡的圖像顏色來判斷傾斜角度的大致 方位，并計(jì)算碟片上各顏色比例，同時(shí)對比預(yù)存的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，來告知操作人員進(jìn)行相應(yīng)的 調(diào)整動作。其中的核屯、部分是建立經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，而此專利并沒公開數(shù)據(jù)庫的具體內(nèi)容及建 立方法，導(dǎo)致該技術(shù)的實(shí)施性較差，且該技術(shù)也是基于定性的指導(dǎo)調(diào)整，不能準(zhǔn)確的告知操 作人員對鏡面單元的調(diào)整量及調(diào)整順序，整個(gè)調(diào)整效率有待于進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種通過聚焦光斑數(shù)據(jù)庫比對獲得鏡面單元 空間位姿，并快速、準(zhǔn)確的定量給出鏡面單元球較螺栓調(diào)整量的太陽能碟式聚光器鏡面單 元安裝的快速調(diào)焦方法。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[000引一種太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法，包括如下步驟：
[0009] 1)根據(jù)設(shè)計(jì)的碟式聚光器的扇形鏡面單元劃分情況，對鏡面單元進(jìn)行編號，并建 立各鏡面單元的空間位姿誤差與聚焦光斑特征參數(shù)一一對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫；
[0010] 2)聚光器在實(shí)時(shí)跟蹤太陽位置的狀態(tài)，在聚光器焦平面安裝一塊正方形的表面具 有朗伯效應(yīng)的平面接收祀，設(shè)定待調(diào)焦鏡面單元的編號，通過圖像采集系統(tǒng)獲得待調(diào)焦鏡 面單元單獨(dú)聚光在平面接收祀上的聚焦光斑圖像，并在數(shù)據(jù)處理終端進(jìn)行處理得到該聚焦 光斑的特征參數(shù)；當(dāng)此聚焦光斑特征符合安裝要求時(shí)，對鏡面單元的球較螺栓進(jìn)行固定，此 鏡面單元安裝完畢;否則，進(jìn)行下一步驟操作；
[0011] 3)將步驟2)獲得的聚焦光斑特征參數(shù)與步驟1)建立的相同鏡面單元編號的數(shù)據(jù) 庫進(jìn)行對比，得到聚焦光斑特征吻合的對應(yīng)的鏡面單元空間位姿誤差，并得到鏡面單元支 撐的球較螺栓的調(diào)節(jié)長度，對鏡面單元進(jìn)行定量的調(diào)整。
[0012] 上述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法中，步驟1)中數(shù)據(jù)庫建立 的具體步驟如下：
[0013] 1.1)在鏡面單元處于設(shè)計(jì)位姿情況下，在聚光器拋物曲面定點(diǎn)建立坐標(biāo)系0-xyz， Z軸指向拋物曲面的焦點(diǎn)F;對鏡面單元劃分光學(xué)網(wǎng)格，得到各網(wǎng)格中屯、點(diǎn)的位置矢量和內(nèi) 法線單位向量；
[0014] 1.2)計(jì)算鏡面單元支撐與調(diào)節(jié)的球較螺栓的球較中屯、位置矢量；
[0015] 1.3)通過鏡面單元的整體平移運(yùn)動和繞球較的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的組合來等效引入位姿 誤差，計(jì)算相應(yīng)位姿誤差工況下的各網(wǎng)格中屯、點(diǎn)的位置矢量和內(nèi)法線單位向量；
[0016] 1.4)對位于焦平面位置的正方形平面接收祀進(jìn)行矩形網(wǎng)格劃分，并對太陽入射光 錐進(jìn)行離散處理，采用光線跟蹤的方法計(jì)算位姿誤差工況下鏡面單元在平面接收祀上的聚 焦光斑能流密度分布；
[0017] 1.5)通過局部聚光比閥值來提取聚焦光斑的特征邊界點(diǎn)，并采用最小二乘方法對 邊界點(diǎn)進(jìn)行楠圓擬合，用平面楠圓幾何的中屯、點(diǎn)坐標(biāo)、位姿夾角和長短半軸尺寸作為聚焦 光斑的特征參數(shù)，并計(jì)算該位姿誤差下的球較螺栓的調(diào)整長度，形成聚焦光斑特征、鏡面單 元位姿誤差和球較螺栓調(diào)整量一一對應(yīng)的數(shù)據(jù)元素，并計(jì)算若干種鏡面單元位姿情況下的 數(shù)據(jù)元素，從而建立成位姿誤差的聚集光斑特征數(shù)據(jù)庫；
[0018] 1.6)對數(shù)據(jù)庫按照楠圓中屯、的X軸坐標(biāo)從小到大依次排序，方便聚焦光斑特征的 快速匹配。
[0019] 上述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法中，步驟2)中的獲得聚焦 光斑特征參數(shù)的具體步驟如下：
[0020] 2.1)正方形的平面接收祀的中屯、與拋物曲面焦點(diǎn)F重合，且正方形的兩直角邊分 別平移于坐標(biāo)系0-xyz的X軸和y軸;在接收祀的中屯、建立坐標(biāo)系F-XFyF，該坐標(biāo)系的各軸與 坐標(biāo)系0-xyz的各軸平行，并標(biāo)定圖像采集系統(tǒng)與平面接收祀的空間位姿關(guān)系；
[0021] 2.2)采集待調(diào)焦鏡面單元在平面接收祀上的聚焦光斑圖像，通過步驟1.5)中的聚 焦光斑的特征參數(shù)計(jì)算方法計(jì)算該聚焦光斑圖像的特征參數(shù)；
[0022] 上述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法中，步驟1.1)的具體步驟 如下：
[0023] 將鏡面單元沿半徑方向等長分為K份，沿圓周方向等夾角分為Μ份，W網(wǎng)格微元的 中屯、點(diǎn)來計(jì)算位置矢量和法線向量，則鏡面單元的編號為km的網(wǎng)格中屯、點(diǎn)的坐標(biāo)和內(nèi) 法線單位向量的公式如下：
[00%]式中，町為鏡面單元的內(nèi)圓半徑;成為網(wǎng)格微元的徑向尺寸;R2為鏡面單元的 K 徑向長度;為網(wǎng)格微元的周向夾角；Θ為鏡面單元的周向夾角；ez=[0,0，l]為Z軸的 Μ 單位方向向量;反射鏡曲面的統(tǒng)一空間方程為Fl(x，y，z) = z-fl(x，y)=0，坐標(biāo)系0-巧z建立 在反射鏡曲面的頂點(diǎn)，Ζ軸指向焦點(diǎn)位置，當(dāng)為拋物曲面時(shí)
f是焦距；函數(shù) Rot(e,0)為旋轉(zhuǎn)功能矩陣，用于實(shí)現(xiàn)任意向量繞任意單位向量e= [ex,ey,ez]旋轉(zhuǎn)角度β的 功能，具體為：
[0027]
[00 巧]式中，C = cos0; S = si 址。
[0029] sign為符號變量，
|Zpkm為點(diǎn)施坐標(biāo)中ζ軸分量。
[0030] 上述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法中，步驟1.2)中的球較中 屯、A~C的位置矢量按如下公式計(jì)算：
[0031]
[0032] 式中，球較中屯、在反射鏡面的投影點(diǎn)a~C的位置矢量依次為：
[0037] 式中：δι和δ2為支撐投影點(diǎn)與鏡面單元邊緣的距離;βι為投影點(diǎn)與原點(diǎn)連線同鏡面 單元邊緣的夾角;η為鏡面單元的球較支撐數(shù)量;δ3為平面abc與平面ABC的距離。
[0038] 上述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法中，步驟1.3)的計(jì)算步驟 及方法如下：
[0039] 1.3.1)鏡面單元由設(shè)計(jì)位置依次進(jìn)行若干繞軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和平移運(yùn)動組合，其中旋 轉(zhuǎn)軸線是由任意兩個(gè)球較中屯、構(gòu)成;鏡面單元旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的角度范圍為整體平移運(yùn)動 的各軸向分量范圍為-S~δ，將旋轉(zhuǎn)和平移的運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行組合，獲得鏡面單元的位姿誤差 矢量Terror = [Ri，化]，其中Ri為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動矢量，下標(biāo)i = 1~6為分別為A-B-C、A-C-B、B-A-C、Β- C-A、C-A-B、C-B-A共6種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動順序，=[巧，朽，巧];整體平移運(yùn)動矢量為Mi = [Xi ,yi, Zi];
[0040] 1.3.2)計(jì)算位姿誤差矢量下的各網(wǎng)格中屯、點(diǎn)的位置矢量和內(nèi)法線單位向量;步驟 如下：
[0041] (1)根據(jù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動順序，將第一個(gè)球較中屯、E繞軸線GP旋轉(zhuǎn)角度約，此時(shí)鏡面單元 內(nèi)網(wǎng)格km的中屯、點(diǎn)娩運(yùn)動到點(diǎn)地;然后再將第二個(gè)球較中屯、G繞軸線EP旋轉(zhuǎn)角度巧，此時(shí) 鏡面單元內(nèi)網(wǎng)格km的中屯、點(diǎn)地運(yùn)動到點(diǎn)妃巧將第；個(gè)球較中屯、P繞軸線EG旋轉(zhuǎn)角度媽， 此時(shí)鏡面單元內(nèi)網(wǎng)格km的中屯、點(diǎn)地運(yùn)動到點(diǎn)妃再將鏡面單元整體按向量Mi = [ xi，y i，Z i ] 進(jìn)行平移運(yùn)動；Ee[A，B，C]，Ge[A，B，C];Pe[A，B，C];E^G^p;
[0042] 鏡面單元內(nèi)網(wǎng)格km的中屯、點(diǎn)記。運(yùn)動到點(diǎn)娩。位置，運(yùn)動階段的相應(yīng)位置矢量分別 為：
[0043]
[0044] 式中，單位向1
向量 區(qū)1 =(E-P).Rot(ew，0HP;向量位1 =(G-P)'Rot似,W從)·f P ;矢量E，G，P分別為相應(yīng)旋轉(zhuǎn)順 序的第一球較中屯、、第二球較中屯、和第Ξ球較中屯、的位置矢量；
[0045] 引入位姿誤差，鏡面單元網(wǎng)格微元km的法線向量由iVl旋轉(zhuǎn)至W1，古下式計(jì)算：
[0046]
[0047] 式中，鏡面單元位姿的旋轉(zhuǎn)總矩陣巧3=齡作w，0)·化雌V，P2)·及如知,&-,，A)。
[004引上述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法中步驟1.5)的計(jì)算方法 如下：
[0049] 1.5.1)將聚焦光斑中局部聚光比接近或等于閥值Ct的位置提取為邊界點(diǎn);邊界點(diǎn)的 捜索方法是:結(jié)合平面接收祀劃分的網(wǎng)格，先從上往下逐列提取等值線的上邊界點(diǎn)及坐標(biāo)； 而后從下往上逐列提取等值線的下邊界點(diǎn)及坐標(biāo)。逐列捜索時(shí)查找滿 的2個(gè)鄰近網(wǎng)格，再根據(jù)
選取差值最小的相應(yīng)網(wǎng)格的中屯、點(diǎn)作為 邊界點(diǎn)，其坐標(biāo)記為Ci(xi，yi);其中，I(w，v)為平面接收祀內(nèi)網(wǎng)格編號為w，v的能流密度值， 由步驟1.4)計(jì)算得到;Wo為太陽直射福照強(qiáng)度值;函數(shù)min(a，b)為取a和b中最小的數(shù)；
[0050] 1.5.2)采用最小二乘法對邊界點(diǎn)進(jìn)行楠圓擬合，得到聚焦光斑的特征矢量Tfiux 為：
[0051] Tfiux=[d, Φι, <l)2，a，b] = [x0,y0, <l)2，a,b]
[0052] 式中，在焦平面的焦點(diǎn)F處建立坐標(biāo)系F-XFyF，該坐標(biāo)系與坐標(biāo)系0-xyz平行，楠圓 形狀的定量描述參數(shù)包括幾何中屯、點(diǎn)化坐標(biāo)(x〇，y〇)、楠圓長半軸的尺寸a及其與坐標(biāo)XF軸 的夾角Φ 2、短半軸尺寸b;
[0053] 1.5.3)計(jì)算出貢獻(xiàn)鏡面單元的旋轉(zhuǎn)誤差的球較中屯、A~C的螺桿調(diào)節(jié)長度dA~山：
[0化4]
[005引式中，向量C, =: (C - B,). RWCb,、,，執(zhí)）+ B,;
[0056] 1.5.4)形成聚焦光斑特征、鏡面單元位姿誤差和球較螺栓調(diào)整量等唯一對應(yīng)的數(shù) 據(jù)元素，并計(jì)算若干種鏡面單元位姿情況的數(shù)據(jù)元素，從而建立成位姿誤差的聚集光斑特 征數(shù)據(jù)庫。
[0057] 上述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法中，步驟2.2)中的聚焦光 斑圖像的特征參數(shù)按步驟1.5.1)和步驟1.5.2)的方法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)采用的太陽直射福 照強(qiáng)度值Wo是待調(diào)焦鏡面單元的聚焦光斑采集時(shí)刻的實(shí)測值。
[0058] 上述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法中，步驟2)的待調(diào)焦鏡面 單元的單獨(dú)聚光的聚焦光斑圖像的獲得方法為:通過將待調(diào)焦鏡面單元聚焦光斑移動到平 面接收祀的外面并采集接收祀表面此時(shí)的光斑圖像1，再將待調(diào)焦鏡面單元進(jìn)行初步安裝， 將聚集的光斑調(diào)整至接收祀?yún)^(qū)域內(nèi)，圖像采集系統(tǒng)采集接收祀表面此時(shí)的光斑圖像2,將光 斑圖像1的灰度值減去光斑圖像2的灰度值就可W得到待調(diào)焦鏡面單元的單獨(dú)聚光的聚焦 光斑圖像；
[0059] 或先將待調(diào)焦鏡面單元進(jìn)行初步安裝，并將聚集的光斑調(diào)整至接收祀?yún)^(qū)域內(nèi)，圖 像采集系統(tǒng)采集此時(shí)的接收祀表面的光斑圖像1，而后將待調(diào)焦鏡面單元進(jìn)行遮擋，并采集 此時(shí)的接收祀表面的光斑圖像2,將光斑圖像1的灰度值減去光斑圖像2的灰度值就可W得 到待調(diào)焦鏡面單元的單獨(dú)聚光的聚焦光斑圖像。
[0060] 上述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法中，步驟1.2)中的球較中 屯、A~C的位置矢量通過設(shè)計(jì)圖紙中直接獲得。
[0061] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0062] 1、本發(fā)明通過建立鏡面單元空間位姿誤差與其聚集光斑特征一一對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫， 直接將鏡面單元實(shí)際的聚焦光斑特征與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配對比，進(jìn)而反演出鏡面單元的空間 位姿，并將鏡面單元的螺栓調(diào)整量反饋給操作人員，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，可W-步到位的對鏡 面單元的旋轉(zhuǎn)誤差進(jìn)行消除，整個(gè)調(diào)焦過程是直接面向聚光性能的，使得太陽能碟式聚光 器鏡面單元調(diào)焦快速方便。
[0063] 2、本發(fā)明通過引入局部聚光比閥值Ct來提取聚焦光斑的邊界點(diǎn)，并進(jìn)行邊界點(diǎn)的 楠圓擬合;消除了太陽福照強(qiáng)度值對聚焦光斑特征的影響，將預(yù)先建立的數(shù)據(jù)庫與實(shí)際的 聚集光斑特征(不同的太陽福照值情況)聯(lián)系起來，在實(shí)際的鏡面單元調(diào)焦過程中，僅需要 監(jiān)測待調(diào)鏡面單元聚焦光斑采集時(shí)刻的太陽直射福照強(qiáng)度值;就可W得出相應(yīng)的調(diào)整量。
[0064] 3、本發(fā)明對鏡面單元的調(diào)焦具有實(shí)時(shí)的定量指導(dǎo)作用，能給出定量的調(diào)整指導(dǎo)， 該方法具有高效率和高精度等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明也可W應(yīng)用到其它面形的聚光器鏡面單元的調(diào) 整過程中。本發(fā)明建立了聚焦光斑特征與位姿誤差的一一對應(yīng)關(guān)系，并能從聚光器的聚焦 光斑中分離出單個(gè)鏡面單元的聚焦光斑，對其它鏡面單元不需要進(jìn)行遮擋處理或僅需對待 調(diào)焦的鏡面單元本身進(jìn)行短時(shí)間的遮擋處理，運(yùn)是本發(fā)明的主要創(chuàng)新內(nèi)容之一，能夠有效 的適應(yīng)太陽能聚光系統(tǒng)高效低成本的精確安裝的需求。
【附圖說明】
[0065] 圖1為碟式/斯特林太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0066] 圖2為圖1中鏡面單元的安裝與調(diào)焦的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0067] 圖3為本發(fā)明的鏡面單元快速調(diào)焦方法的流程圖。
[0068] 圖4為本發(fā)明的圖3中數(shù)據(jù)庫建立的流程圖。
[0069] 圖5為本發(fā)明的圖3中的待調(diào)焦鏡面單元單獨(dú)的聚焦光斑特征獲得的流程圖。
[0070] 圖6為鏡面單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)與光學(xué)網(wǎng)格劃分。
[0071] 圖7為鏡面單元聚焦光斑的楠圓幾何表征。
【具體實(shí)施方式】
[0072] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0073] 首先，為了更為清晰的了解鏡面單元在聚光器中的位置及其固定方式進(jìn)行說明。 如圖1所示的碟式/斯特林太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，鏡面單元2是安裝在聚光器 的巧架結(jié)構(gòu)1上的。具體的鏡面單元2的固定結(jié)構(gòu)如圖2所示，球頭螺栓3的球頭端與鏡面單 元2采用球較結(jié)構(gòu)連接，球頭螺栓3的另一端穿過巧架結(jié)構(gòu)1的通孔，并采用球形墊片和螺母 進(jìn)行固定在巧架結(jié)構(gòu)1上，鏡面單元的固定一般采用3個(gè)或4個(gè)球較支撐來進(jìn)行固定。鏡面單 元2的調(diào)焦過程是進(jìn)行球頭螺栓3的支撐長度調(diào)節(jié)的過程。
[0074] 如圖3所示，本發(fā)明的操作步驟如下：
[0075] 1)根據(jù)設(shè)計(jì)的碟式聚光器的扇形鏡面單元劃分情況，對鏡面單元進(jìn)行編號，并建 立各鏡面單元的空間位姿誤差與聚焦光斑特征參數(shù)一一對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。
[0076] 如圖4所示，數(shù)據(jù)庫的建立方法，具體步驟如下：
[0077] 1.1)在鏡面單元處于設(shè)計(jì)位姿情況下，對鏡面單元劃分光學(xué)網(wǎng)格，得到各網(wǎng)格中 屯、點(diǎn)的位置矢量和內(nèi)法線單位向量。如圖6所示，在聚光器反射鏡曲面的頂點(diǎn)處建立全局坐 標(biāo)系0-xyz，其中Z軸指向焦點(diǎn)位置。將鏡面單元沿半徑方向等長分為K份，沿圓周方向等夾 角分為Μ份，W網(wǎng)格微元的中屯、點(diǎn)來計(jì)算位置矢量和法線向量，則鏡面單元的編號為km的網(wǎng) 格中屯、點(diǎn)旅的坐標(biāo)和內(nèi)法線單位向量如式(1)和式(2)所示：
[0080]式中，Ri為鏡面單元的內(nèi)圓半徑;為網(wǎng)格微元的徑向尺寸;R2為鏡面單元的 A 徑向長度;為網(wǎng)格微元的周向夾角；Θ為鏡面單元的周向夾角；ez=[0,0，l]為Z軸的 Μ 單位方向向量;反射鏡曲面的統(tǒng)一空間方程為Fl(x，y，z) = z-fl(x，y)=0，坐標(biāo)系0-χyz建立 在反射鏡曲面的頂點(diǎn)，Ζ軸指向焦點(diǎn)位置，當(dāng)為拋物曲面時(shí)，化是焦距；函數(shù) Rot(e，0)為旋轉(zhuǎn)功能矩陣，用于實(shí)現(xiàn)任意向量繞任意單位向量e= [ex,ey，ez]旋轉(zhuǎn)角度β的 功能，具體為：
[0081]
[0082] 式中，C = cos0; S = si 址。
[0083] sign為符號變量
'Zpkm為點(diǎn).誠>.坐標(biāo)中z軸分量。
[0084] 1.2)在設(shè)計(jì)位姿情況下，計(jì)算鏡面單元支撐與調(diào)節(jié)的球較螺栓的球較中屯、位置矢 量。球較中屯、A~C的位置矢量的計(jì)算公式如下
[0085]
[0086] 式中，球較中屯、在反射鏡面的投影點(diǎn)a~C的位置矢量依次為：
[0091] 式中：δι和δ2為支撐投影點(diǎn)與鏡面單元邊緣的距離;βι為投影點(diǎn)與原點(diǎn)連線同鏡面 單元邊緣的夾角;η為鏡面單元的球較支撐數(shù)量，η = 3為Ξ球較支撐，η = 4為四球較支撐;δ3 為平面abc與平面ABC的距離。球較中屯、A~C的位置矢量還可W通過其他方式獲得，如通過 設(shè)計(jì)圖紙中直接獲得。
[0092] 1.3)通過鏡面單元的整體平移運(yùn)動和繞球較的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的組合來等效引入位姿 誤差，計(jì)算相應(yīng)位姿誤差工況的各網(wǎng)格中屯、點(diǎn)的位置矢量和內(nèi)法線單位向量。具體步驟如 下：
[0093] 1.3.1)鏡面單元由理想位置依次進(jìn)行若干繞軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和平移運(yùn)動組合，其中旋 轉(zhuǎn)軸線是由任意兩個(gè)球較中屯、構(gòu)成。鏡面單元旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的角度范圍為-P~0(單位rad),整 體平移運(yùn)動的各軸向分量范圍為-δ~δ(單位mm)，將旋轉(zhuǎn)和平移的剛體運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行組合， 獲得鏡面單元的位姿誤差矢量了6^。,=陽1，化]，其中私為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動矢量，下標(biāo)1 = 1~6為分別 為八8(：、4〔8、84(：、8〔4、〔48、〔84的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動順序，例如1 = 1時(shí)巧=[裕，腐，優(yōu)];整體平移運(yùn)動 矢量為 Ml=[Xl，yi，Zl]。
[0094] 1.3.2)計(jì)算位姿誤差矢量下的各網(wǎng)格中屯、點(diǎn)的位置矢量和內(nèi)法線單位向量;步驟 如下：
[0095] WA-B-功定轉(zhuǎn)運(yùn)動+平移運(yùn)動為例，步驟如下：
[0096] (1)鏡面單元位于設(shè)計(jì)位姿，將球較中屯、A繞軸線CB旋轉(zhuǎn)角度抗（規(guī)定:使球較中屯、 的Z軸坐標(biāo)分量增加的為正夾角，且對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸方向?yàn)檎较颍?，運(yùn)動到Ai位置；
[0097] (2)將球較中屯、B繞軸線AiC旋轉(zhuǎn)角度從，運(yùn)動到Bi位置；
[009引（3)將球較中屯、C繞軸線BiAi旋轉(zhuǎn)角度換超動到Cl位置；
[0099] (4)將鏡面單元整體按向量Ml = [ XI，y 1，Z1 ]進(jìn)行平移運(yùn)動。
[0100] 鏡面單元內(nèi)網(wǎng)格km的中屯、點(diǎn)說,,運(yùn)動到點(diǎn)邊m位置，運(yùn)動階段的相應(yīng)位置矢量分別 為：
[0101]
[0102] 式中，單位向量
響量 A.1 = (A. - C')> Rot(ecB，0,1) + C;向量 :=巧-C).. Rot(e，扣）+ C。
[0103] 引入位姿誤差，鏡面單元網(wǎng)格微元km的法線向量由旋轉(zhuǎn)至Λ'Ι，由下式計(jì)算：
[0104]
[0105] 式中，鏡面單元位姿的旋轉(zhuǎn)總矩陣?，仍）·化W(e ，稱)·化0<麟,*4,，從）。
[0106] 同理，可W根據(jù)上述方法得到其他旋轉(zhuǎn)順序工況的各網(wǎng)格中屯、點(diǎn)的位置矢量和內(nèi) 法線單位向量。
[0107] 1.4)對位于焦平面位置的正方形平面接收祀進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖7所示，平面接收 祀是W焦點(diǎn)F為中屯、的正方形，其邊長為L，劃分網(wǎng)格為WXV份，且W = V，網(wǎng)格起始編號在右 上角位置。并對太陽入射光進(jìn)行離散處理，采用光線跟蹤方法計(jì)算位姿誤差工況鏡面單元 在平面接收祀上的聚焦光斑能流密度分布。此部分的聚焦能流分布計(jì)算是大家公知的成熟 的計(jì)算方法，在此不再進(jìn)行詳述。
[0108] 1.5)通過局部聚光比閥值來提取聚焦光斑的特征邊界點(diǎn)，并采用最小二乘方法對 邊界點(diǎn)進(jìn)行楠圓擬合，用平面楠圓幾何的中屯、點(diǎn)坐標(biāo)、位姿夾角和長短半軸尺寸等5個(gè)參數(shù) 來表征聚焦光斑的特征，并計(jì)算該位姿誤差的球較螺栓的調(diào)整量，形成聚焦光斑特征、鏡面 單元位姿誤差和球較螺栓調(diào)整量等唯一對應(yīng)的數(shù)據(jù)元素，并計(jì)算若干種鏡面單元位姿情況 的數(shù)據(jù)元素，從而建立成位姿誤差的聚集光斑特征數(shù)據(jù)庫。其中聚焦光斑特征及球較螺栓 誤差距離的計(jì)算方法，其具體步驟如下：
[0109] 1.5.1)將聚焦光斑中局部聚光比接近或等于閥值Ct的位置提取為邊界點(diǎn)（取相應(yīng) 網(wǎng)格的中屯、點(diǎn)）。邊界點(diǎn)的捜索方法是:結(jié)合平面接收祀劃分的網(wǎng)格，先從上往下逐列提取 等值線的上邊界點(diǎn)及坐標(biāo)；而后從下往上逐列提取等值線的下邊界點(diǎn)及坐標(biāo)。逐列捜索時(shí) 查找滿足
定取差值 最小的相應(yīng)網(wǎng)格的中屯、點(diǎn)作為邊界點(diǎn)，其坐標(biāo)記為Ci(xi，yi)。其中，I(w，v)為平面接收祀內(nèi) 網(wǎng)格編號為w，v的能流密度值，由步驟1.4)計(jì)算得到;Wo為太陽直射福照強(qiáng)度值；函數(shù)min (a, b)為取a和b中最小的數(shù)。
[0110] 1.5.2)采用最小二乘法對邊界點(diǎn)進(jìn)行楠圓擬合，楠圓的幾何表征如圖7所示，得到 聚焦光斑的特征矢量Tflux為：
[0111] Tfiux=[d, Φι, <l)2，a,b] = [xo,yo, <l)2，a,b]
[0112] 式中，在焦平面的焦點(diǎn)F處建立坐標(biāo)系F-XFyF，該坐標(biāo)系與坐標(biāo)系0-xyz平行，楠圓 形狀的定量描述參數(shù)包括幾何中屯、點(diǎn)化坐標(biāo)(x〇，y〇)(也可用距離d和夾角Φι來共同確定）、 楠圓長半軸的尺寸a及其與坐標(biāo)XF軸的夾角Φ 2、W及短半軸尺寸b。夾角Φ 1和Φ 2的單位為 rad，表征長度的單位均為mm。
[0113] 1.5.3)貢獻(xiàn)鏡面單元的旋轉(zhuǎn)誤差的球較螺栓誤差，可W通過調(diào)節(jié)螺桿長度來進(jìn)行 完全消除，而平移運(yùn)動產(chǎn)生的誤差僅能通過鏡面單元的整體平移來進(jìn)行糾正，一般較難處 理。計(jì)算出貢獻(xiàn)鏡面單元的旋轉(zhuǎn)誤差的球較中屯、A~C的螺桿調(diào)節(jié)長度
[0114] 式中，向量
[0115] 1.5.4)形成聚焦光斑特征、鏡面單元位姿誤差和球較螺栓調(diào)整量的一一對應(yīng)的數(shù) 據(jù)元素，并計(jì)算若干種鏡面單元位姿情況的數(shù)據(jù)元素，建立成位姿誤差的聚集光斑特征數(shù) 據(jù)庫。
[0116] 1.6)對數(shù)據(jù)庫按照楠圓中屯、的X軸坐標(biāo)從小到大依次排序，W便后續(xù)的聚焦光斑 特征的快速匹配。
[0117] 2)聚光器在實(shí)時(shí)跟蹤太陽位置的狀態(tài)，在聚光器焦平面安裝一塊正方形的表面具 有朗伯效應(yīng)的平面接收祀，設(shè)定待調(diào)焦鏡面單元的編號，通過圖像采集系統(tǒng)獲得待調(diào)焦鏡 面單元單獨(dú)聚光在平面接收祀上的聚焦光斑圖像，并在數(shù)據(jù)處理終端進(jìn)行處理得到該聚焦 光斑的特征參數(shù)。當(dāng)此聚焦光斑特征符合安裝要求時(shí)，對鏡面單元的球較螺栓進(jìn)行固定，此 鏡面單元安裝完畢。否則，進(jìn)行下一步驟操作。
[0118] 獲得待調(diào)焦鏡面單元的聚焦光斑特征參數(shù)的步驟如下：
[0119] 2.1)在平面接收祀的中屯、位置（即聚光器的焦點(diǎn))建立坐標(biāo)系，并標(biāo)定圖像采集系 統(tǒng)與平面接收祀的空間位姿關(guān)系。
[0120] 2.2)采集待調(diào)焦鏡面單元在平面接收祀上的聚焦光斑圖像，采用與步驟1.5)相同 的聚光比閥值、特征提取及楠圓擬合方法，得到該聚焦光斑圖像的特征參數(shù)。
[0121] 待調(diào)焦鏡面單元的單獨(dú)聚光的聚焦光斑圖像的獲得方法如下:首先通過將鏡面單 元聚焦光斑移動到平面接收祀的外面并采集接收祀表面此時(shí)的光斑圖像1，再將待調(diào)焦鏡 面單元進(jìn)行初步安裝，并將聚集的光斑調(diào)整至接收祀?yún)^(qū)域內(nèi)，圖像采集系統(tǒng)采集接收祀表 面此時(shí)的光斑圖像2;將光斑圖像1的灰度值減去光斑圖像2的灰度值就可W得到待調(diào)焦鏡 面單元的單獨(dú)聚光的聚焦光斑圖像，此種方法是不需要對其它鏡面單元進(jìn)行遮擋處理的。
[0122] 待調(diào)焦鏡面單元的單獨(dú)聚光的聚焦光斑圖像的獲得還可W采用如下方法:首先將 待調(diào)焦鏡面單元進(jìn)行初步安裝，并將聚集的光斑調(diào)整至接收祀?yún)^(qū)域內(nèi)，圖像采集系統(tǒng)采集 此時(shí)的接收祀表面的光斑圖像1;而后將待調(diào)焦鏡面單元進(jìn)行遮擋，并采集此時(shí)的接收祀表 面的光斑圖像2;將光斑圖像1的灰度值減去光斑圖像2的灰度值就可W得到待調(diào)焦鏡面單 元的單獨(dú)聚光的聚焦光斑圖像。此方法僅需要對待調(diào)焦的鏡面單元本身進(jìn)行遮擋處理，整 個(gè)的操作也是高效方便的。
[0123] 3)將步驟2)獲得的聚焦光斑特征參數(shù)與步驟1)建立的相同鏡面單元編號的數(shù)據(jù) 庫進(jìn)行比對，得到聚焦光斑特征吻合的對應(yīng)的鏡面單元空間位姿誤差，并得到鏡面單元支 撐的球較螺栓的調(diào)節(jié)長度，對鏡面單元進(jìn)行定量的調(diào)整。
[0124] 由于本發(fā)明給出了聚焦光斑特征和鏡面單元位姿誤差的一一對應(yīng)關(guān)系，只需要一 次的定量調(diào)整就可W實(shí)現(xiàn)鏡面單元的準(zhǔn)確調(diào)焦，但考慮到實(shí)際鏡面單元的制造誤差，可能 會需要步驟2和步驟3進(jìn)行多次，直至鏡面單元的空間位姿滿足聚焦光斑的分布要求。
[0125] 本發(fā)明的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法，通過建立鏡面單元空 間位姿誤差及其聚集光斑特征的一一對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，直接將鏡面單元實(shí)際的聚焦光斑特征 與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配對比，進(jìn)而反演出鏡面單元的空間位姿，并將鏡面單元的螺栓調(diào)整量反 饋給操作人員，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，可W-步到位的對鏡面單元的旋轉(zhuǎn)誤差進(jìn)行消除，整個(gè)調(diào) 焦過程是直接面向聚光性能的，能夠有效的適應(yīng)現(xiàn)階段我國太陽能聚光系統(tǒng)高效、低成本 的精確安裝的工程應(yīng)用需求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法，包括如下步驟： 1) 根據(jù)設(shè)計(jì)的碟式聚光器的扇形鏡面單元劃分情況，對鏡面單元進(jìn)行編號，并建立各 鏡面單元的空間位姿誤差與聚焦光斑特征參數(shù)一一對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫； 2) 聚光器在實(shí)時(shí)跟蹤太陽位置的狀態(tài)，在聚光器焦平面安裝一塊正方形的表面具有朗 伯效應(yīng)的平面接收祀，設(shè)定待調(diào)焦鏡面單元的編號，通過圖像采集系統(tǒng)獲得待調(diào)焦鏡面單 元單獨(dú)聚光在平面接收祀上的聚焦光斑圖像，并在數(shù)據(jù)處理終端進(jìn)行處理得到該聚焦光斑 的特征參數(shù);當(dāng)此聚焦光斑特征符合安裝要求時(shí)，對鏡面單元的球較螺栓進(jìn)行固定，此鏡面 單元安裝完畢;否則，進(jìn)行下一步驟操作； 3) 將步驟2)獲得的聚焦光斑特征參數(shù)與步驟1)建立的相同鏡面單元編號的數(shù)據(jù)庫進(jìn) 行對比，得到聚焦光斑特征吻合的對應(yīng)的鏡面單元空間位姿誤差，并得到鏡面單元支撐的 球較螺栓的調(diào)節(jié)長度，對鏡面單元進(jìn)行定量的調(diào)整。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法，步驟1)中 數(shù)據(jù)庫建立的具體步驟如下： 1.1) 在鏡面單元處于設(shè)計(jì)位姿情況下，在聚光器拋物曲面定點(diǎn)建立坐標(biāo)系〇-xyz，z軸 指向拋物曲面的焦點(diǎn)F;對鏡面單元劃分光學(xué)網(wǎng)格，得到各網(wǎng)格中屯、點(diǎn)的位置矢量和內(nèi)法線 單位向量； 1.2) 計(jì)算鏡面單元支撐與調(diào)節(jié)的球較螺栓的球較中屯、位置矢量； 1.3) 通過鏡面單元的整體平移運(yùn)動和繞球較的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的組合來等效引入位姿誤差， 計(jì)算相應(yīng)位姿誤差工況下的各網(wǎng)格中屯、點(diǎn)的位置矢量和內(nèi)法線單位向量； 1.4) 對位于焦平面位置的正方形平面接收祀進(jìn)行矩形網(wǎng)格劃分，并對太陽入射光錐進(jìn) 行離散處理，采用光線跟蹤方法計(jì)算位姿誤差工況下鏡面單元在平面接收祀上的聚焦光斑 能流密度分布； 1.5) 通過局部聚光比閥值來提取聚焦光斑的特征邊界點(diǎn)，并采用最小二乘方法對邊界 點(diǎn)進(jìn)行楠圓擬合，用平面楠圓幾何的中屯、點(diǎn)坐標(biāo)、位姿夾角和長短半軸尺寸作為聚焦光斑 的特征參數(shù)，并計(jì)算該位姿誤差下的球較螺栓的調(diào)整長度，形成聚焦光斑特征、鏡面單元位 姿誤差和球較螺栓調(diào)整量一一對應(yīng)的數(shù)據(jù)元素，并計(jì)算若干種鏡面單元位姿情況下的數(shù)據(jù) 元素，從而建立成位姿誤差的聚集光斑特征數(shù)據(jù)庫； 1.6) 對數(shù)據(jù)庫按照楠圓中屯、的X軸坐標(biāo)從小到大依次排序，方便聚焦光斑特征的快速 匹配。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法，步驟2)中 的獲得聚焦光斑特征參數(shù)的具體步驟如下： 2.1) 正方形的平面接收祀的中屯、與拋物曲面焦點(diǎn)F重合，且正方形的兩直角邊分別平 移于坐標(biāo)系0-xyz的X軸和y軸;在接收祀的中屯、建立坐標(biāo)系F-xfyf，該坐標(biāo)系的各軸與坐標(biāo) 系0-xyz的各軸平行，并標(biāo)定圖像采集系統(tǒng)與平面接收祀的空間位姿關(guān)系； 2.2) 采集待調(diào)焦鏡面單元在平面接收祀上的聚焦光斑圖像，通過步驟1.5)中的聚焦光 斑的特征參數(shù)計(jì)算方法計(jì)算該聚焦光斑圖像的特征參數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法，步驟1.1) 的具體步驟如下： 將鏡面單元沿半徑方向等長分為K份，沿圓周方向等夾角分為Μ份，W網(wǎng)格微元的中屯、 點(diǎn)來計(jì)算位置矢量和法線向量，則鏡面單元的編號為km的網(wǎng)格中屯、點(diǎn)pL的坐標(biāo)和內(nèi)法線單 位向量公式如下：式中，町為鏡面單元的內(nèi)圓半徑;成為網(wǎng)格微元的徑向尺寸;R2為鏡面單元的徑向 K 長度;沁為網(wǎng)格微元的周向夾角；Θ為鏡面單元的周向夾角；ez=[〇,〇，l]為Z軸的單位 Μ 方向向量;反射鏡曲面的統(tǒng)一空間方程為Fi(x，y，z) = z-fi(x，y)=0,坐標(biāo)系0-巧Ζ建立在反 射鏡曲面的頂點(diǎn)，Z軸指向焦點(diǎn)位置，當(dāng)為拋物曲面時(shí)f是焦距；函數(shù)R〇t(e， 0)為旋轉(zhuǎn)功能矩陣，用于實(shí)現(xiàn)任意向量繞任意單位向量e=[ex，ey，ez]旋轉(zhuǎn)角度β的功能，具 體為：式中，C = cos0; S = sin0; sign為符號變量，ZpkM為點(diǎn)坐標(biāo)中Z軸分量。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法，步驟1.2) 中的球較中屯、A~C的位置矢量按如下公式計(jì)算：式中，球較中屯、在反射鏡面的投影點(diǎn)a~C的位置矢量依次為：式中：δι和δ2為支撐投影點(diǎn)與鏡面單元邊緣的距離;βι為投影點(diǎn)與原點(diǎn)連線同鏡面單元 邊緣的夾角;η為鏡面單元的球較支撐數(shù)量;δ3為平面abc與平面ABC的距離。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法，步驟1.3) 的計(jì)算步驟及方法如下： 1.3.1) 鏡面單元由設(shè)計(jì)位置依次進(jìn)行若干繞軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和平移運(yùn)動組合，其中旋轉(zhuǎn)軸 線是由任意兩個(gè)球較中屯、構(gòu)成;鏡面單元旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的角度范圍為-0…礦，整體平移運(yùn)動的各 軸向分量范圍為-S~δ，將旋轉(zhuǎn)和平移的運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行組合，獲得鏡面單元的位姿誤差矢量 Terror = [Ri，化]，其中Ri為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動矢量，下標(biāo)i = 1~6為分別為A-B-C、A-C-B、B-A-C、B-C-A、 C-A-B、C-B-A共6種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動順序，巧=[巧，口2,口3];整體平移運(yùn)動矢量為Mi = [xi,yi, zi]; 1.3.2) 計(jì)算位姿誤差矢量下的各網(wǎng)格中屯、點(diǎn)的位置矢量和內(nèi)法線單位向量；步驟如 下： (1)根據(jù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動順序，將第一個(gè)球較中屯、E繞軸線GP旋轉(zhuǎn)角度巧，此時(shí)鏡面單元內(nèi)網(wǎng)格 km的中屯、點(diǎn)祐運(yùn)動到點(diǎn)兒:然后再將第二個(gè)球較中屯、G繞軸線EP旋轉(zhuǎn)角度媽，此時(shí)鏡面單 元內(nèi)網(wǎng)格km的中屯、點(diǎn)Km運(yùn)動到點(diǎn)妃哺將第S個(gè)球較中屯、P繞軸線EG旋轉(zhuǎn)角度媽，此時(shí)鏡 面單元內(nèi)網(wǎng)格km的中屯、點(diǎn).地，運(yùn)動到點(diǎn)片m;再將鏡面單元整體按向量Mi = [ xi，yi，zi ]進(jìn)行平 移運(yùn)動；Ee[A，B，C]，Ge[A，B，C];Pe[A，B，C];E^G^p; 鏡面單元內(nèi)網(wǎng)格km的中屯、點(diǎn)施運(yùn)動到點(diǎn)城位置，運(yùn)動階段的相應(yīng)位置矢量分別為：式中，單位向量向量 E,=(E-巧·執(zhí)雜泌，如 + P;向量巧=(G-P)'Ro俄即，0!) + P;矢量E，G，P分別為相應(yīng)旋轉(zhuǎn)順 序的第一球較中屯、、第二球較中屯、和第Ξ球較中屯、的位置矢量； 引入位姿誤差，鏡面單元網(wǎng)格微元km的法線向量由旋轉(zhuǎn)至iVl，由下式計(jì)算：式中，鏡面單元位姿的旋轉(zhuǎn)總矩陣A =心哈PG，0 ) · ^0哈￡,/>，口2 ) · ,，巧）。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法，步驟1.5) 的計(jì)算方法如下： 1.5.1) 將聚焦光斑中局部聚光比接近或等于閥值Ct的位置提取為邊界點(diǎn);邊界點(diǎn)的捜 索方法是:結(jié)合平面接收祀劃分的網(wǎng)格，先從上往下逐列提取等值線的上邊界點(diǎn)及坐標(biāo);而 后從下往上逐列提取等值線的下邊界點(diǎn)及坐標(biāo);逐列捜索時(shí)查找滿足的2個(gè)鄰近網(wǎng)格，再根提選取差值最小的相應(yīng)網(wǎng)格的中屯、點(diǎn)作為 邊界點(diǎn)，其坐標(biāo)記為Ci(xi，yi);其中，I(w，v)為平面接收祀內(nèi)網(wǎng)格編號為w，v的能流密度值， 由步驟1.4)計(jì)算得到;Wo為太陽直射福照強(qiáng)度值;函數(shù)min(a，b)為取a和b中最小的數(shù)； 1.5.2) 采用最小二乘法對邊界點(diǎn)進(jìn)行楠圓擬合，得到聚焦光斑的特征矢量Tfiux為： Tfiux=[d, Φι, <l)2,a,b] = [xo,yo, <l)2,a,b] 式中，在焦平面的焦點(diǎn)F處建立坐標(biāo)系F-XFyF，該坐標(biāo)系與坐標(biāo)系0-xyz平行，楠圓形狀 的定量描述參數(shù)包括幾何中屯、點(diǎn)化坐標(biāo)(x〇，y〇)、楠圓長半軸的尺寸a及其與坐標(biāo)XF軸的夾 角Φ 2、短半軸尺寸b; 1.5.3) 計(jì)算出貢獻(xiàn)鏡面單元的旋轉(zhuǎn)誤差的球較中屯、A~C的螺桿調(diào)節(jié)長度dA~dc:1.5.4) 形成聚焦光斑特征、鏡面單元位姿誤差和球較螺栓調(diào)整量等唯一對應(yīng)的數(shù)據(jù)元 素，并計(jì)算若干種鏡面單元位姿情況的數(shù)據(jù)元素，從而建立成位姿誤差的聚集光斑特征數(shù) 據(jù)庫。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法，步驟2.2) 中的聚焦光斑圖像的特征參數(shù)按步驟1.5.1)和步驟1.5.2)的方法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)采用的 太陽直射福照強(qiáng)度值Wo是待調(diào)焦鏡面單元的聚焦光斑采集時(shí)刻的實(shí)測值。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法，步驟2)的 待調(diào)焦鏡面單元的單獨(dú)聚光的聚焦光斑圖像的獲得方法為:通過將待調(diào)焦鏡面單元聚焦光 斑移動到平面接收祀的外面并采集接收祀表面此時(shí)的光斑圖像1，再將待調(diào)焦鏡面單元進(jìn) 行初步安裝，將聚集的光斑調(diào)整至接收祀?yún)^(qū)域內(nèi)，圖像采集系統(tǒng)采集接收祀表面此時(shí)的光 斑圖像2,將光斑圖像1的灰度值減去光斑圖像2的灰度值就可W得到待調(diào)焦鏡面單元的單 獨(dú)聚光的聚焦光斑圖像； 或先將待調(diào)焦鏡面單元進(jìn)行初步安裝，并將聚集的光斑調(diào)整至接收祀?yún)^(qū)域內(nèi)，圖像采 集系統(tǒng)采集此時(shí)的接收祀表面的光斑圖像1，而后將待調(diào)焦鏡面單元進(jìn)行遮擋，并采集此時(shí) 的接收祀表面的光斑圖像2,將光斑圖像1的灰度值減去光斑圖像2的灰度值就可W得到待 調(diào)焦鏡面單元的單獨(dú)聚光的聚焦光斑圖像。10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能碟式聚光器鏡面單元安裝的快速調(diào)焦方法，步驟1.2) 中的球較中屯、A~C的位置矢量通過設(shè)計(jì)圖紙中直接獲得。
【文檔編號】F24J2/40GK105972836SQ201610348429
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】顏健, 彭佑多
【申請人】湖南科技大學(xué)