基于视觉测量的太阳能聚光器镜面定量调焦方法技术

本发明专利技术公开了一种基于视觉测量的太阳能聚光器镜面定量调焦方法，实施步骤为：1）固定聚光器网架结构，标定待形成的反射镜面和视觉测量的全局坐标系O‑xyz；2）在镜面单元反射镜表面粘贴3个呈三角形分布的圆形标志，将镜面单元固定在网架结构上；3）测量3个圆形标志的中心点坐标；4）计算镜面单元的空间位姿，以及支撑‑调节结构的球铰中心的坐标；5）计算各支撑‑调节结构的球头螺栓调节量；6）对各球头螺杆实施调节，完成镜面单元的定量校正。本发明专利技术的镜面单元调焦简单，可快速的确定镜面单元的空间位姿，并一步到位的消除镜面单元的轴线矢量误差，且可应用到不同类型聚光器镜面的位姿校准，能够有效的适应聚光器镜面安装的高效、低成本的调焦需求。

Quantitative focusing method of solar concentrator mirror based on vision measurement

The invention discloses a method for quantitative focusing solar concentrator mirror based on visual measurement, the implementation steps are as follows: 1) fixed condenser grid structure to be formed, calibration reflectors and vision measurement of the global coordinate system O XYZ; 2) in the mirror unit mirror surface paste the 3 round mark of triangular distribution, the the mirror unit is fixed on the grid structure; 3) coordinates of the center point measurement of 3 circular marks; 4) space mirror pose calculation unit, and coordinate support pivot structure adjustment; 5) to calculate the support adjusting ball head bolt structure adjustment; 6) the implementation of the regulation the ball screw, the quantitative correction unit mirror finish. The focusing mirror unit of the invention is simple, can mirror unit space Pose Determination of fast, and one step to eliminate the axis vector error mirror unit, and can be applied to pose calibration of different types of condenser mirror, can effectively meet the needs of the mirror focusing concentrator installed high efficiency and low cost.

【技术实现步骤摘要】
基于视觉测量的太阳能聚光器镜面定量调焦方法
本专利技术涉及太阳能光热发电领域，特别是涉及太阳能聚光器的镜面安装的调节技术，具体是一种基于视觉测量的太阳能聚光器镜面定量调焦方法。
技术介绍
聚光器是实现太阳光能定向传输与聚集的精密光学装置，是太阳能光热发电系统的重要装备。大型聚光器一般是由若干镜面单元拼接而成，其光学性能取决于镜面单元的面形精度和安装精度，任何环节的误差均会影响聚光器的整个服役周期，对光热电站的发电量及经济性能影响显著。然而，聚光器钢架结构的制造和安装精度远远无法满足光学精度要求，镜面单元安装后的调节(位姿校准，也称镜面调焦)不可避免，是太阳能光热电站建设中有待解决的共性问题。寻求高效率、高精度的镜面单元定量调节方法是关键，是聚光器缩短安装周期和降低建设成本的重要途径。中国专利(CN104062743A)中公开了一种用于太阳能聚光镜片调整的自动调焦系统及其调焦方法，该方法主要是通过观测反射镜的图像颜色来判断倾斜角度的大致方位，并计算碟片上各颜色比例，同时对比预存的经验数据库，来获得操作人员进行相应的调整动作，该技术需要反复的对镜面单元进行调整，不能准确的获得操作人员对镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视觉测量的太阳能聚光器镜面定量调焦方法，包括如下步骤：1)将聚光器网架结构固定在工作台上，并使其碗形开口朝上，将视觉测量用的棋盘格标靶或十字形标靶固定在聚光器网架结构的碗形底部，并在棋盘格标靶或十字形标靶的表面建立视觉测量的全局坐标系O‑xyz，使得坐标系O‑xyz与聚光器反射镜面的设计坐标系重合，用于确定待调焦的镜面单元的空间位姿；2)在待安装的镜面单元的反射镜表面的3个特征上分别粘贴1个视觉测量用的标志，3个标志的中心点作为视觉测量的特征点，分别记为T

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉测量的太阳能聚光器镜面定量调焦方法，包括如下步骤：1)将聚光器网架结构固定在工作台上，并使其碗形开口朝上，将视觉测量用的棋盘格标靶或十字形标靶固定在聚光器网架结构的碗形底部，并在棋盘格标靶或十字形标靶的表面建立视觉测量的全局坐标系O-xyz，使得坐标系O-xyz与聚光器反射镜面的设计坐标系重合，用于确定待调焦的镜面单元的空间位姿；2)在待安装的镜面单元的反射镜表面的3个特征上分别粘贴1个视觉测量用的标志，3个标志的中心点作为视觉测量的特征点，分别记为T1，T2和T3，3个特征点呈三角形分布；镜面单元位于设计位置时，3个特征点T1，T2和T3在O-xyz坐标系中的空间位置矢量分别为T1，T2，T3，从聚光器的设计图纸中获得；3)将镜面单元背部的3个球铰支撑-调节结构分别记为支撑1，支撑2和支撑3，镜面单元初步安装完毕后的空间位姿记为位姿1；对镜面单元，棋盘格标靶或十字形标志靶进行图像采集；将采集的图像数据通过数据线传输至数据处理终端，数据处理终端提取各图像中三个特征点的像素坐标，并计算得到镜面单元安装后三个特征点T1，T2和T3在O-xyz坐标系中的空间位置矢量，分别为T1t，T2t和T3t；4)根据步骤2)和步骤3)获得的3个特征点的空间位置矢量，计算得到镜面单元在位姿1的顶点位置矢量Ot和轴线矢量Nt，以及镜面单元背部支撑1，支撑2和支撑3的球铰中心A，B和C在O-xyz坐标系中的空间位置矢量，分别为At，Bt和Ct；5)计算将镜面单元从位姿1调节到设计位置的支撑1，支撑2和支撑3中球头螺杆所需的调节量dA，dB和dC；6)根据步骤5)计算的各球头螺杆的调节量dA，dB和dC，对支撑1，支撑2和支撑3的球头螺杆实施向上或向下的移动调节，即完成此镜面单元的轴线矢量误差的定量校正。2.根据权利要求1所述的基于视觉测量的太阳能聚光器镜面定量调焦方法，步骤2)中的视觉测量用的标志通过数控机床精确定位粘贴在镜面单元的特征上，将三个标志的中心作为特征点；或采用镜面单元的反射面的边缘线的交点作为特征点。3.根据权利要求1所述的基于视觉测量的太阳能聚光器镜面定量调焦方法，步骤3)中图像数据的采集方法如下：采用预先标定内参数和相对位姿外参数的双目视觉装置对镜面单元，棋盘格标靶或十字形标志靶成像一次或从n个角度成像n次对图像数据进行采集；或者采用一个内部参数已经标定的相机从2个及以上的不同角度对镜面单元，棋盘格标靶或十字形标志靶进行图像采集。4.根据权利要求1所述的基于视觉测量的太阳能聚光器镜面定量调焦方法，步骤4)具体的计算方法如下：式中，t1是特征点T1的位置误差矢量，满足T1t＝T1+t1；轴线矢量N0和顶点Q的位置矢量Q是镜面单元没有安装误差时的；镜面单元没有安装误差时，聚光器是抛物曲面镜时顶点Q与原点O重合，轴线矢量N0与z轴重合，即Q＝[0,0,0]，N0＝[0,0,1]。而镜面单元是平面镜时轴线矢量N0取平面镜的法线矢量，顶点Q取平面镜的形心；函数R(e,β)为旋转功能矩阵，用于实现任意向量绕任意单位向量e＝[ex,ey,ez]旋转角度β的功能，具体为旋转角旋转轴单位矢量旋转夹角为点到轴线T1tT3t的距离；旋转轴单位矢量镜面单元位于设计位置时，其支撑1，支撑2和支撑3的球铰中心A，B和C在O-xyz坐标系的位置矢量分布为A，B和C，从聚光器的设计图纸中获得；和分别为镜面单元的整体平移运动，使点T1从设计位置平移到点T1t位置时，点T2和T...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜健，彭佑多，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43