專利名稱：太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鏡面檢測領(lǐng)域，具體涉及一種太陽能槽式曲面反光鏡的面形誤差檢測
直O(jiān)
背景技術(shù)：
在太陽能利用領(lǐng)域，為了提高太陽輻射能流密度，需要采用太陽能聚光器。槽式聚光器是目前太陽能利用領(lǐng)域應(yīng)用較廣的聚光方式，在一些國家(如德國、西班牙)已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，在我國仍處于起步階段。槽式聚光器由多片曲面反光鏡拼接而成，曲面反光鏡的面形精度決定了槽式聚光器的聚光性能，因此對曲面反光鏡面形誤差的檢測至關(guān)重要。 為實現(xiàn)槽式曲面反光鏡的批量化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，需要提供一種能快速、在線檢測槽式曲面反光鏡面形誤差的檢測方法及裝置。槽式曲面反光鏡的面形誤差用鏡面上某點法線方向與該點理想法線方向的偏角來表示，誤差一般在毫弧度量級。目前，槽式曲面反光鏡面形誤差的檢測方法主要有激光逐點掃描法、攝影測量法、 反射柵格摩爾條紋檢測法等。激光逐點掃描法是利用激光束照射被測曲面反光鏡，激光束經(jīng)曲面反光鏡反射后，投射到位于曲面反光鏡約2倍焦距處的接收屏上，通過記錄激光束在接收屏上的投射位置反推被測點的法線方向，該方法精度較高，但需要進行大量點的數(shù)據(jù)采集，非常耗時，不適合快速、在線檢測槽式曲面反光鏡。攝影測量法是先在被測曲面反光鏡上粘貼大量標(biāo)志點，利用相機在不同角度對這些標(biāo)志點進行成像，通過像點、物點的空間位置關(guān)系求解標(biāo)志點的坐標(biāo)，并擬合出曲面反光鏡的三維圖形，該裝置較簡單，但需要在反光鏡表面粘貼大量標(biāo)志點，繁瑣而耗時，也不適合快速、在線檢測槽式曲面反光鏡。反射柵格摩爾條紋檢測法是利用相機拍攝柵格條紋經(jīng)被測曲面反光鏡反射所成的像，柵格條紋的像攜帶了被測曲面反光鏡的調(diào)制信息，對柵格條紋的像進行圖像處理，進而反演被測曲面反光鏡的面形信息，該方法是一種可以實現(xiàn)快速檢測的好方法，但對曲面反光鏡的定位精度要求較高，并且后續(xù)的圖像處理較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有對槽式曲面反光鏡面形誤差的檢測時存在檢測過程繁瑣耗時， 并且不適合快速、在線檢測的問題，同時存在對后續(xù)的圖像處理復(fù)雜的問題，提供一種太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置。一種太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置，該裝置包括光源裝置、自校準(zhǔn)裝置和圖像采集與處理裝置；所述光源裝置包括激光器、擴束鏡和分束鏡組；圖像采集與處理裝置包括光屏、相機和計算機；所述激光器發(fā)出的光束經(jīng)擴束鏡擴束后再經(jīng)分束鏡組分束并反射，經(jīng)分束鏡組分束后的測試光束投射至被測曲面反光鏡上，經(jīng)分束鏡組反射的自校準(zhǔn)光束入射至自校準(zhǔn)裝置，所述自校準(zhǔn)裝置對投射至被測曲面反光鏡上的測試光束的平行度校準(zhǔn)；所述光屏接收被測曲面反光鏡反射的光斑信息，相機采集光屏上的光斑信息并將光斑信息傳輸至計算機中，計算機通過接收的光斑信息判斷被測曲面反光鏡的面形誤差。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置可快速、準(zhǔn)確的對太陽能槽式曲面反光鏡的面形進行在線檢測；本裝置是使用光學(xué)系統(tǒng)模擬平行太陽光入射到被測曲面反光鏡上，使用相機拍攝曲面反光鏡投射到焦平面上的光斑，對光斑進行圖像處理，進而判斷被測曲面反光鏡的面形誤差是否合乎使用要求。本裝置對被測曲面反光鏡的定位精度要求較低，圖像處理簡單，檢測精度較高，檢測速度快，結(jié)合掃描與調(diào)節(jié)機構(gòu)可實現(xiàn)被測曲面反光鏡的在線檢測，易于操作，成本較低。


圖1是本發(fā)明太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置的實施例1的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置的實施例2的結(jié)構(gòu)圖。圖中，1、激光器，2、擴束鏡，3、分束鏡組，4、傾斜分束鏡，5、水平分束鏡，6、分束鏡單元，7、自校準(zhǔn)光束，8、測試光束，9、f- θ透鏡，10、C⑶探測器，11、滑動橫梁，12、導(dǎo)軌，13、被測曲面反光鏡，14、升降支桿，15、擋板，16、相機，17、三腳架，18、光屏，19、數(shù)據(jù)線一，20、數(shù)據(jù)線二，21、計算機，22、傳送裝置，23、快門。
具體實施例方式具體實施方式
一、結(jié)合圖1說明本實施方式，太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置，包括光源裝置、自校準(zhǔn)裝置和圖像采集與處理裝置。所述的光源裝置包括激光器1、擴束鏡2和分束鏡組3 ；所述的分束鏡組3由一系列的分束鏡單元6組成，每個分束鏡單元6由兩片分束鏡組成(傾斜分束鏡4和水平分束鏡5)，兩片分束鏡的夾角為45°。擴束鏡2對激光器1發(fā)出的激光束進行擴束和準(zhǔn)直，經(jīng)分束鏡組3分為一系列能量近似相等且相互平行的測試光束8，并投射到被測曲面反光鏡13上。調(diào)節(jié)分束鏡組3中各分束鏡單元6的位置和傾斜，使投射到被測曲面反光鏡13上的光束相互平行。分束鏡組3中分束鏡單元6的數(shù)量由被測曲面反光鏡13的開口尺寸和測量精度需求決定。自校準(zhǔn)裝置接收由分束鏡組3反射的光束，數(shù)據(jù)采集與處理部分包括光屏、相機和計算機，光屏在被測曲面反光鏡的理想焦線處，與被測曲面反光鏡的光軸呈一定角度，相機用于拍攝光屏上的光斑，相機通過數(shù)據(jù)線與計算機相連，計算機用于對相機拍攝的圖像以及自校準(zhǔn)裝置圖像采集與處理裝置進行圖像處理，并計算被測曲面反光鏡的面形誤差。本實施方式中還包括掃描與調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述掃描與調(diào)節(jié)機構(gòu)包括滑動橫梁11、導(dǎo)軌12、升降支桿14和擋板15，所述滑動橫梁11用于安裝光源裝置和自校準(zhǔn)裝置，導(dǎo)軌12用于安裝滑動橫梁11，激光器1、擴束鏡2、分束鏡組3固定在位于導(dǎo)軌12上的滑動橫梁11上，并呈一字排列，升降支桿14用于對被測曲面反光鏡13的位置和姿態(tài)進行調(diào)整，擋板15用于固定被測曲面反光鏡13的位置。其中，導(dǎo)軌12、升降支桿14和擋板15的相對位置事先固定，由被測曲面反光鏡13的幾何參數(shù)決定，擋板15用以支撐被測曲面反光鏡13的一端，升降支桿14的升降高度事先由被測曲面反光鏡13的幾何參數(shù)計算得出，使平行掃描激光束的方向與被測曲面反光鏡13的光軸方向相一致，滑動橫梁11沿被測曲面反光鏡13的焦線方向運動，保證掃描激光束掃描被測曲面反光鏡13。
本實施方式中所述的自校準(zhǔn)裝置由f_ θ透鏡9、(XD探測器10和數(shù)據(jù)線二 20，激光束經(jīng)分束鏡組3后，部分被反射的自校準(zhǔn)光束7經(jīng)f- θ透鏡9會聚于CXD探測器10上， 若所有分束鏡單元6反射的光束在CCD探測器上的光斑均重合，證明投射到被測反光鏡13 上的測試光束8相互平行，否則，須調(diào)整分束鏡單元6的位置及傾斜，直至所有分束鏡單元 6反射的光束在CXD探測器10上的光斑重合。所述的圖像采集與處理部分由光屏18、相機16、三腳架17、數(shù)據(jù)線一 19和計算機 21組成。光屏18放置在被測曲面反光鏡13的標(biāo)準(zhǔn)焦線處，并與被測曲面反光鏡13的光軸方向呈一定角度(0 90° )，用以接收由被測曲面反光鏡13反射的光斑，光屏18的尺寸和傾斜角度需要根據(jù)被測曲面反光鏡13的幾何參數(shù)進行設(shè)計，以保證能夠獲取被測曲面反光鏡13的所有反射光斑。相機16用于采集光屏18上的光斑信息，由三腳架17支撐并進行位置和角度的調(diào)整。當(dāng)滑動橫梁11沿被測曲面反光鏡13的焦線方向掃描的時候，相機16會拍攝一系列圖像，并通過數(shù)據(jù)線一 19將圖像信息傳輸?shù)接嬎?1中，計算機21通過對圖像信息的處理進而判斷被測曲面反光鏡13是否合格。本實施方式中還包括傳送裝置22，所述被測曲面反光鏡13放置在生產(chǎn)線傳送裝置22上，經(jīng)傳送裝置22輸送至預(yù)訂位置后停止。升降支桿14將被測曲面反光鏡13的一端支起，升降支桿14的上升高度可根據(jù)被測曲面反光鏡13的幾何參數(shù)計算得出，保證由分束鏡組3出射的測試光束6與被測曲面反光鏡13的光軸方向一致。被測曲面反光鏡13的另一端卡在擋板15上，測試光束8沿被測曲面反光鏡13的光軸方向入射到被測曲面反光鏡13上，經(jīng)被測曲面反光鏡13反射并會聚于光屏18上。由于被測曲面反光鏡13存在一定的面形誤差，使得光屏18上的光斑有一定的雜散分布。測試光束8隨著滑動橫梁11的運動對被測曲面反光鏡13進行掃描，相機16拍攝光屏18上的光斑信息并通過數(shù)據(jù)線一 19 傳送給計算機21，計算機21通過圖像處理判斷被測曲面反光鏡是否合格，從而達到在線快速檢測的目的。
具體實施方式
二、結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一的區(qū)別在于，本實施方式在實施方式一的基礎(chǔ)上在每個分束鏡單元6中增加快門23，為了能夠定量的對被測曲面反光鏡13的面形誤差進行測試，需要在每個分束鏡單元中增加快門23， 在對被測曲面反光鏡13進行面形誤差檢測時，當(dāng)投射到光屏上的光斑偏離理想位置時，可將快門23全部關(guān)閉，并從左到右依次打開快門23，即能找到偏離光斑所對應(yīng)的被測點，并由光斑的偏離量和被測點的坐標(biāo)信息求得被測點的法線方向與理想法線方向的偏差。
權(quán)利要求
1.太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置，該裝置包括光源裝置、自校準(zhǔn)裝置和圖像采集與處理裝置；其特征是；所述光源裝置包括激光器(1)、擴束鏡( 和分束鏡組(3)；圖像采集與處理裝置包括光屏(18)、相機(16)和計算機(21)；所述激光器(1)發(fā)出的光束經(jīng)擴束鏡( 擴束后再經(jīng)分束鏡組C3)分束并反射，經(jīng)分束鏡組C3)分束后的測試光束投射至被測曲面反光鏡(1 上，經(jīng)分束鏡組C3)反射的自校準(zhǔn)光束入射至自校準(zhǔn)裝置，所述自校準(zhǔn)裝置對投射至被測曲面反光鏡(1 上的測試光束的平行度校準(zhǔn)；所述光屏(18)接收被測曲面反光鏡(13)反射的光斑信息，相機(16)采集光屏(18)上的光斑信息并將光斑信息傳輸至計算機中，計算機通過接收的光斑信息判斷被測曲面反光鏡(13)的面形誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置，其特征在于，該裝置還包括掃描與調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述掃描與調(diào)節(jié)機構(gòu)包括滑動橫梁(11)、導(dǎo)軌(12)、升降支桿(14)和擋板(15)，所述滑動橫梁(11)用于安裝光源裝置和自校準(zhǔn)裝置，導(dǎo)軌(12)用于安裝滑動橫梁(11)，升降支桿(14)用于對被測曲面反光鏡(13)的位置和姿態(tài)進行調(diào)整，擋板(15)用于固定被測曲面反光鏡(13)的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置，其特征在于，所述自校準(zhǔn)裝置包括自校準(zhǔn)裝置包括θ透鏡(9)和CCD探測器(10)；所述自校準(zhǔn)光束經(jīng)f_ θ透鏡(9)會聚于CXD探測器(10)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置，其特征在于，所述激光器(1)、擴束鏡( 和分束鏡組C3)依次固定在滑動橫梁(11)上，所述分束鏡組(3)由多個分束鏡單元(6)組成，每個分束鏡單元(6)由兩片分束鏡組C3)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置，其特征在于，所述兩片分束鏡分別為傾斜分束鏡(4)和水平分束鏡(5)，且傾斜分束鏡(4)和水平分束鏡(5)的夾角為45°。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置，其特征在于，所述分束鏡單元(6)的數(shù)量由被測曲面反光鏡(13)的開口尺寸和測量精度決定。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置，其特征在于，在每個分束鏡單元(6)中設(shè)置快門(23)，在對被測曲面反光鏡(1 進行面形誤差檢測時，光屏(18)上獲得的被測曲面反光鏡(13)的光斑信息偏離標(biāo)準(zhǔn)位置時，將快門03)全部關(guān)閉，并從左至右依次打開快門(23)，獲得偏離光斑所對應(yīng)的被測點。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置，其特征在于，所述圖像采集與處理裝置還包括三腳架(17)，所述相機(16)通過三腳架(17)支撐并進行位置和角度的調(diào)整。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置，其特征在于，所述圖像采集與處理裝置中光屏(18)與被測曲面反光鏡(13)的光軸角度范圍在O 90°。
全文摘要
太陽能槽式曲面反光鏡面形誤差檢測裝置，涉及鏡面檢測領(lǐng)域，它解決現(xiàn)有對槽式曲面反光鏡面形誤差的檢測時存在檢測過程繁瑣耗時，并且不適合快速、在線檢測的問題，同時存在對后續(xù)的圖像處理復(fù)雜的問題，本裝置包括光源裝置、自校準(zhǔn)裝置和圖像采集與處理裝置；光源裝置包括激光器、擴束鏡和分束鏡組；激光器發(fā)出的光束經(jīng)擴束鏡擴束后再經(jīng)分束鏡組分束并反射，經(jīng)分束鏡組分束后的測試光束投射至被測曲面反光鏡上，經(jīng)分束鏡組反射的自校準(zhǔn)光束入射至自校準(zhǔn)裝置，自校準(zhǔn)裝置對投射至被測曲面反光鏡上的測試光束的平行度校準(zhǔn)；圖像采集與處理裝置接收被測曲面反光鏡反射的光斑信息并判斷被測曲面反光鏡的面形誤差。本發(fā)明易于操作，成本較低。
文檔編號G01B11/24GK102564343SQ20111044927
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者任蘭旭, 盧振武, 肖君, 魏秀東 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所