[发明专利]一种碟式Stirling太阳能聚光镜面质量检测方法

摘要

一种碟式Stirling太阳能聚光镜面质量检测方法，包括以下步骤：1)安装设备；2)相机内部参数校准；3)相机与LCD显示屏位置关系校准；4)初步建立相机与镜面位置关系；5)根据镜面初始模型估算镜面表面法向量的分布；6)根据法向量拟合新的镜面模型；7)重新计算镜面表面法向量分布，再次拟合镜面模型；9)比较相邻两次拟合模型的参数，直到模型收敛；10)根据收敛后的镜面模型计算镜面参考点处法向量；11)参考点处拟合的法向量与设计的法向量不同，通过镜面坐标系绕参考点的旋转，使得两法向量重合；12)计算被镜面表面法向量与理想值偏差的标准差，以此表征镜面的平整度。本发明检测效率较高、检测精度较高。

主权项

1.一种碟式Stirling太阳能聚光镜面质量检测方法，其特征在于：包括以下步骤：1)安装设备，测量设备为工业相机和LCD显示屏，将两设备固定在一起，放置在距离镜面2倍焦距处；调整相机角度，使得它看到的镜面反射区域全部在LCD屏幕上；2)相机内部参数校准，利用棋盘格标定板对相机的内部参数进行校准；3)相机与LCD显示屏位置关系校准，将长方形平面镜置于相机与屏幕前方，在LCD上显示标准棋盘格，调整镜面姿态，使得相机看到的镜面反射区域全部落在LCD上；4)初步建立相机与镜面位置关系，采用相机拍摄聚光镜面的图片，通过图像处理的方法提取各个角点的位置，结合各角点在镜面坐标系中的三维坐标位置，利用姿态估计算法，实现相机与镜面位置的初步估算；5)根据镜面初始模型估算镜面表面法向量的分布在完成相机响应与LCD亮度关系的校准后，在LCD上显示四步移相光栅，用相机拍摄各相的图片，然后即得到相机各像素与屏幕上各像素间的位置关系；然后利用相机像素与焦点形成的射线，找到该射线与镜面的交点的空间位置，至此计算出该焦点处镜面法向量的位置，交点的计算采用镜面的原始模型，模型如下：Z＝a×X2+b×Y2其中，X、Y和Z为镜面坐标系中三坐标轴，a、b为抛物碟面设计模型中的参数；6)根据法向量拟合新的镜面模型，拟合方式为最小二乘法，镜面的模型公式如下：Z＝A×X2+B×Y2+C×XY+D×X+E×Y+F其中，X、Y和Z为镜面坐标系三坐标轴，A、B、C、D、E和F为需要拟合的参数；由偏导公式可知，在(x,y,z)点处的法向量为(n1,n2,n3)n1＝2A×X+C×Y+Dn2＝2B×Y+C×X+En3＝‑1根据步骤6)计算出来的各点法向量，拟合出所有的参数，其中C值取两个拟合值的平均值，实现了新镜面模型的拟合；7)根据新镜面模型，利用步骤5)中同样的方式，重新计算镜面表面法向量分布；8)根据新计算的法向量，再次拟合镜面模型；9)比较相邻两次拟合模型的参数，如果两次模型的参数不相同，则重复步骤7)、8)、9)，直到模型收敛，进入步骤10)；10)根据以上得到的收敛后的镜面模型，计算镜面参考点处法向量，参考点在镜面两短边的平分线上，从较小短边到较大短边3/4处；11)比较参考点处拟合的法向量与设计的法向量是否相同，如果相同，则进入下一步；如果不同，则通过镜面坐标系绕参考点的旋转，使得两法向量重合，然后重复步骤5)到11)；12)根据以上拟合的镜面模型公式，计算被拟合的抛物镜面在X、Y方向上的焦距，计算镜面表面法向量与理想值偏差的标准差，以此表征镜面的平整度。