大口径碟式抛物曲面反射镜的检测控制方法、系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102749060 A(43)申请公布日 2012.10.24CN102749060A*CN102749060A*(21)申请号 201210256096.9(22)申请日 2012.07.23G01B 21/20(2006.01)G01M 11/02(2006.01)G05D 3/12(2006.01)(71)申请人湘电集团有限公司地址 411101 湖南省湘潭市下摄司街302号(72)发明人马迎召 谭新华 朱楷 刘帅党安旺(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司 11227代理人魏晓波(54) 发明名称大口径碟式抛物曲面反射镜的检测控制方法、系统(57) 。

2、摘要本发明公开了一种大口径碟式抛物曲面反射镜的检测控制方法，包括如下步骤：1)确定所述抛物曲面反射镜的数学模型；2)预设本次测量参数，根据所述数学模型和所述预设参数获取所述抛物曲面反射镜的理想三维模型，并获取所述三维模型中采样点的理想坐标；3)检测所述抛物曲面反射镜在所述采样点的实际坐标；4)根据所述采样点的实际坐标重构所述抛物曲面反射镜的实际三维模型，分析所述理想三维模型和所述实际三维模型，获取所述抛物曲面反射镜的曲面精度。这种方法能够通过简单便捷的操作获取抛物曲面反射镜的曲面精度，具有较高的效率。本发明还公开了一种大口径碟式抛物曲面反射镜的检测控制系统。(51)Int.Cl.权利要求书2页。

3、 说明书6页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 3 页1/2页21.一种大口径碟式抛物曲面反射镜的检测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)确定所述抛物曲面反射镜的数学模型；2)预设本次测量参数，根据所述数学模型和所述预设参数获取所述抛物曲面反射镜的理想三维模型，并获取所述三维模型中采样点的理想坐标；3)检测所述抛物曲面反射镜在所述采样点的实际坐标；4)根据所述采样点的实际坐标重构所述抛物曲面反射镜的实际三维模型，分析所述理想三维模型和所述实际三维模型，获取所述抛物曲面反射镜的曲面精度。2.根据权利要求1所述的大口径碟式。

4、抛物曲面反射镜的检测控制方法，其特征在于，所述步骤2)中以坐标系中的水平坐标为基准，具体检测X轴实际坐标、Y轴实际坐标与理想坐标均相同的采样点所对应的Z轴实际坐标，以获取所述采样点的实际坐标。3.根据权利要求2所述的大口径碟式抛物曲面反射镜的检测控制方法，其特征在于，所述步骤2)中采用传感器检测所述抛物曲面反射镜在所述采样点的实际坐标。4.根据权利要求1-3任一项所述的大口径碟式抛物面反射镜的检测控制方法，其特征在于，所述步骤4)之后还包括步骤：5)根据所述检测结果发出控制指令，将所述抛物曲面反射镜的所述采样点的实际坐标调整至所述采样点的理想坐标。5.根据权利要求4所述的大口径碟式抛物曲面反射。

5、镜的检测控制方法，其特征在于，执行所述步骤5)后，返回执行所述步骤2)。6.一种大口径碟式抛物面反射镜的检测控制系统，其特征在于，包括：上位机(1)，用于根据所述抛物曲面反射镜的数学模型和预设的本次测量参数获取所述抛物曲面反射镜的理想三维模型，并获取所述三维模型中采样点的理想坐标；下位机(2)，与所述上位机(1)通信连接，用于检测并输出所述抛物曲面反射镜在所述采样点的实际坐标；所述上位机(1)还用于根据所述下位机(2)的检测结果重构所述抛物曲面反射镜的实际三维模型，分析所述理想三维模型和所述实际三维模型，获取所述抛物曲面反射镜的曲面精度。7.根据权利要求6所述的碟式抛物曲面反射镜的检测控制系统。

6、，其特征在于，所述下位机(2)具体用于检测X轴实际坐标、Y轴实际坐标与理想坐标均相同的采样点所对应的Z轴实际坐标，以获取所述采样点的实际坐标。8.根据权利要求7所述的碟式抛物曲面反射镜的检测控制系统，其特征在于，所述下位机(2)在所述抛物曲面反射镜中部设有水平延长杆(21)，所述延长杆(21)上设有用于检测所述采样点的实际坐标的传感器(25)；所述下位机(2)还设有控制所述延长杆(21)高度的升降机构(22)，控制所述延长杆(21)角度的旋转机构(23)，以及控制所述延长杆(21)长度的伸缩机构(24)。9.根据权利要求6-8任一项所述的碟式抛物曲面反射镜的检测控制系统，其特征在于，还包括：与。

7、所述上位机(1)连接的驱动系统，用于在所述上位机(1)的控制指令下调整所述抛物曲面反射镜的所述采样点的实际坐标值所述采样点的理想坐标。10.根据权利要求9所述的碟式抛物曲面反射镜的检测控制系统，其特征在于，所述检权 利 要 求 书CN 102749060 A2/2页3测控制系统为闭环控制系统。权 利 要 求 书CN 102749060 A1/6页4大口径碟式抛物曲面反射镜的检测控制方法、 系统技术领域0001 本发明涉及太阳能热发电技术领域，尤其涉及一种大口径碟式抛物曲面反射镜的检测控制方法和检测控制系统。背景技术0002 碟式抛物曲面反射镜的精度直接影响碟式太阳能热发电系统的光学聚光效率，对。

8、于大口径碟式抛物曲面反射镜，由于其制造工艺、安装误差、形变等诸多因素的影响，其聚焦精度较难达到要求。因此，如何检测碟式抛物曲面反射镜的曲面精度，以便通过后续校正的控制方法使其误差保持在允许范围内，避免由于焦斑能量密度不均导致烧蚀集热器等问题的出现，在太阳能行业及其他含有抛物面反射镜的行业均有着重要的意义。0003 现有技术中通常采用三坐标测量仪来检测任意形状和曲面的物体。首先，采用CAD方法构建物体详细的理想三维模型图；然后，采用三坐标测量仪的接触或非接触式探头沿物体表面检测，以获得物体的三维点云数据，再将上述点云数据逆向构建成实际三维模型。该方法在检测小型不规则物体(无理想数据模型的物体)时。

9、具有明显优势。0004 但是，传统的三坐标测量仪的方法并不适用于上述碟式抛物曲面反光镜的测量，主要原因在于：大口径碟式抛物曲面反射镜的体积非常大，采用探头沿物体表面获取三维点云数据、并通过三维点云数据逆向构建三维模型的操作过程非常复杂繁琐，需要花费较长的时间，这导致整个检测效率非常低。0005 有鉴于此，亟待针对上述技术问题，另辟蹊径设计一种大口径碟式抛物曲面反射镜的检测控制方法，以便通过简单方便的操作获取其曲面精度，缩短检测时间，提高检测效率。发明内容0006 本发明要解决的技术问题为提供一种碟式抛物曲面反射镜的检测控制方法和检测控制系统，能够通过简单方便的操作获取碟式抛物曲面反射镜的曲面精。

10、度，并且具有较高的检测效率。0007 为解决上述技术问题，本发明提供一种大口径碟式抛物曲面反射镜的检测控制方法，包括如下步骤：0008 1)确定所述抛物曲面反射镜的数学模型；0009 2)预设本次测量参数，根据所述数学模型和所述预设参数获取所述抛物曲面反射镜的理想三维模型，并获取所述三维模型中采样点的理想坐标；0010 3)检测所述抛物曲面反射镜在所述采样点的实际坐标；0011 4)根据所述采样点的实际坐标重构所述抛物曲面反射镜的实际三维模型，分析所述理想三维模型和所述实际三维模型，获取所述抛物曲面反射镜的曲面精度。0012 优选地，所述步骤2)中以坐标系中的水平坐标为基准，具体检测X轴实际坐。

11、标、Y轴实际坐标与理想坐标均相同的采样点所对应的Z轴实际坐标，以获取所述采样点的实际说 明 书CN 102749060 A2/6页5坐标。0013 优选地，所述步骤2)中采用传感器检测所述抛物曲面反射镜在所述采样点的实际坐标。0014 优选地，所述步骤4)之后还包括步骤：0015 5)根据所述检测结果发出控制指令，将所述抛物曲面反射镜的所述采样点的实际坐标调整至所述采样点的理想坐标。0016 优选地，执行所述步骤5)后，返回执行所述步骤2)。0017 发明提供一种大口径碟式抛物曲面反射镜的检测控制方法：首先，确定抛物曲面反射镜的数学模型；然后，预设本次测量参数，根据数学模型和预设参数获取抛物曲。

12、面反射镜的理想三维模型，并获取三维模型中采样点的理想坐标；再检测抛物曲面反射镜在采样点的实际坐标；最后根据采样点的实际坐标重构抛物曲面反射镜的实际三维模型，分析理想三维模型和实际三维模型，获取抛物曲面反射镜的曲面精度。0018 上述检测控制方法利用抛物曲面的已知数学模型，通过软件分析能够简单、快捷地获取抛物曲面反射镜的理想三维模型，不必采用传统的CAD方法手工构建详细的三维模型，因此上述两个步骤大大节省了检测控制方法的检测时间。并且该方法根据检测到的采样点的实际坐标，利用分析软件直接获取抛物曲面反射镜的实际三维模型，简化了现有技术中根据点云坐标逆向构建三维模型的过程，使得上述检测控制方法的效率。

13、进一步提高。0019 本发明还提供一种大口径碟式抛物面反射镜的检测控制系统，包括：0020 上位机，用于根据所述抛物曲面反射镜的数学模型和预设的本次测量参数获取所述抛物曲面反射镜的理想三维模型，并获取所述三维模型中采样点的理想坐标；0021 下位机，与所述上位机通信连接，用于检测并输出所述抛物曲面反射镜在所述采样点的实际坐标；0022 所述上位机还用于根据所述下位机的检测结果重构所述抛物曲面反射镜的实际三维模型，分析所述理想三维模型和所述实际三维模型，获取所述抛物曲面反射镜的曲面精度。0023 优选地，所述下位机具体用于检测X轴实际坐标、Y轴实际坐标与理想坐标均相同的采样点所对应的Z轴实际坐标。

14、，以获取所述采样点的实际坐标。0024 优选地，所述下位机在所述抛物曲面反射镜中部设有水平延长杆，所述延长杆上设有用于检测所述采样点的实际坐标的传感器；所述下位机还设有控制所述延长杆高度的升降机构，控制所述延长杆角度的旋转机构，以及控制所述延长杆长度的伸缩机构。0025 优选地，还包括：0026 与所述上位机连接的驱动系统，用于在所述上位机的控制指令下调整所述抛物曲面反射镜的所述采样点的实际坐标值所述采样点的理想坐标。0027 优选地，所述检测控制系统为闭环控制系统。0028 由于上述检测控制方法具有上述技术效果，因此，与上述检测控制方法对应的检测控制系统也应当具有相应的技术效果，在此不再赘述。

15、。附图说明0029 图1为本发明所提供抛物曲面反射镜的检测控制方法的一种具体实施方式的流说 明 书CN 102749060 A3/6页6程框图；0030 图2为本发明所提供抛物曲面反射镜的检测控制方法的另一种具体实施方式的流程框图；0031 图3为本发明所提供抛物曲面反射镜的检测控制系统的一种具体实施方式的结构示意图；0032 图4为图3的另一角度的结构示意图；0033 图5为图3中上位机的软件应用演示图。0034 其中，图3至图4中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：上位机1；下位机2；抛物曲面反射镜3；0035 延长杆21；升降机构22；旋转机构23；伸缩机构24；传感器25。具体实施方。

16、式0036 本发明的核心为提供一种碟式抛物曲面反射镜的检测控制方法和检测控制系统，其具有操作简便、检测时间较短和检测效率较高的特点。0037 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。0038 请参考图1，图1为本发明所提供抛物曲面反射镜的检测控制方法的一种具体实施方式的流程框图。0039 在一种具体实施方式中，如图1所示，本发明所提供的检测控制方法，用于检测抛物曲面反射镜的曲面精度，该检测控制方法具体包括如下步骤：0040 S11：确定抛物曲面反射镜的数学模型；0041 由于抛物曲面反射镜的形状为规则形状，其具有理想的数学模型，抛物。

17、曲面的一般方程为：0042 zAxm+Byn+C，通过设置不同的A、B、C、m、n值即可得到不同形状的抛物曲面，用户可以通过设定上述各个系数获取实际检测对象的数学模型。0043 S12：预设本次测量参数，根据数学模型和预设参数获取抛物曲面反射镜的理想三维模型，并获取三维模型中采样点的理想坐标；0044 例如图5所示，该图为上述上位机的应用演示图，该图中部显示输入的抛物曲面反射镜的数学标准方程式，下面显示输入的数学模型的各个系数，以及本次的预设测量参数。上述测量参数可以具体包括采样格点大小、取值范围、视角类型和误差容许范围等参数，预设上述各个测量参数后，向上位机的分析软件(例如PRO/E软件、C。

18、ATIA软件)输入上述数学模型，并输入上述各个测量参数，通过软件的预设程序自动分析、计算，能够生成图5中左上角的抛物曲面反射镜的理想三维模型，并生成各个采样点的理想坐标数据，然后利用将这些理想坐标数据保存下来，例如可以保存在txt文件中。0045 S13：检测抛物曲面反射镜在采样点的实际坐标；0046 下位机读取上位机的txt文件，获取各个采样点的理想坐标，并使检测装置按照预定的程序设置，检测上述采样点的实际坐标，保存并输出各个采样点的实际坐标。0047 S14：根据实际坐标重构抛物曲面反射镜的实际三维模型，分析理想三维模型和实际三维模型，获取抛物曲面反射镜的曲面精度。说 明 书CN 1027。

19、49060 A4/6页70048 上位机获取下位机返回的采样点的实际坐标后，根据这些采样点的实际坐标，并利用软件中已设定的程序重新获取抛物曲面反射镜的实际三位模型，如图5左下角的模型图所示，并通过进一步的分析对比获取抛物曲面反射镜的实际坐标与理想坐标的偏差，如图5右侧的3D对比图所示，该图中以不同深浅的颜色表示出实际曲面的误差，并且以等高方式标示出来，进而生成检测数据分析表，以查看误差的具体数值。0049 由上述检测过程可以看出，上述步骤S 11和步骤S 12利用抛物曲面的已知数学模型，通过软件分析能够简单、快捷地获取抛物曲面反射镜的理想三维模型，不必采用传统的CAD方法手工构建详细的三维模型。

20、，因此上述两个步骤大大节省了检测控制方法的检测时间。步骤S14根据步骤S13检测到的采样点的实际坐标，利用分析软件直接获取抛物曲面反射镜的实际三维模型，简化了现有技术中根据点云坐标逆向构建三维模型的过程，使得上述检测控制方法的效率进一步提高。0050 还可以进一步描述上述检测控制方法的具体步骤。0051 请参考图2，图2为本发明所提供大口径抛物曲面反射镜的检测控制方法的另一种具体实施方式流程框图。0052 在另一种具体实施方式中，如图2所示，上述检测控制方法具体包括如下步骤：0053 S21：确定抛物曲面反射镜的数学模型；0054 S22：预设本次测量参数，根据数学模型和预设参数获取抛物曲面反。

21、射镜的理想三维模型，并获取三维模型中采样点的理想坐标；0055 S23：以坐标系中的水平坐标为基准，具体检测X轴实际坐标、Y轴实际坐标与理想坐标均相同的采样点所对应的Z轴实际坐标，以获取采样点的实际坐标，即某采样点的理想坐标为(x1，y1，z1)，其实际坐标为(x1，y1，z2)。这使得后续过程通过比较Z轴坐标来分析、计算得到抛物曲面反射镜的曲面精度。0056 由于抛物面的数学模型为zAxm+Byn+C，Z轴坐标最能直观地反映其曲率，因此，上述检测方式中以X轴坐标、Y轴坐标为基准，而以Z轴坐标为对比量的检测方式，能够利用最简单的算法、最少的计算量获取抛物曲面反射镜的曲面精度。可以想到，上述检测。

22、控制也可以将Y轴坐标、Z轴坐标为基准，检测X轴实际坐标，最终通过比较目标采样点的X轴实际坐标与X轴理想坐标得到抛物曲面反射镜的偏差程度。当然，还可以将X轴坐标、Z轴为基准检测Y轴实际坐标，进而得到抛物面反射镜的偏差程度。用户可以根据实际需要自行选择。0057 S24：根据实际坐标重构抛物曲面反射镜的实际三维模型，分析理想三维模型和实际三维模型，获取抛物曲面反射镜的曲面精度。0058 进一步的方案中，上述步骤S23中可以采用光电位置传感器检测抛物曲面反射镜在采样点的实际坐标。0059 由于传感器具有灵敏度高、检测准确的优点，因此采用传感器检测采样点的实际坐标具有操作简单、精确度较高的特点。具体地。

23、，可以采用光电位置传感器检测，当然还可以采用其他传感器。0060 还可以进一步设置上述检测控制方法的控制步骤。0061 在另一种具体实施方式中，上述检测控制方法中步骤S24之后还包括步骤S25：根据检测结果发出控制指令，将抛物曲面反射镜的采样点的实际坐标调整至采样点的理想坐说 明 书CN 102749060 A5/6页8标。0062 该步骤S25利用前四个步骤的检测结果，采用偏差调整的控制方法微调上述各个采样点的实际坐标至理想坐标，以使抛物曲面反射镜的曲面精度的误差值保持在允许范围内，避免由于抛物曲面反射镜的曲面精度的误差较大而导致焦斑能量密度不均，进而导致集热器被烧坏等现象的发生，提高抛物曲。

24、面反射镜的工作可靠性和工作稳定性。0063 具体地，由于上述大口径抛物曲面反射镜通常有由多个小反射镜组装而成，因此上述步骤S25可以通过调整各个小反射镜的方位角和高度角，最终实现调整整个抛物曲面反射镜的曲面精度的目的。0064 更具体的方案中，上述检测控制方法还可以在执行步骤S25后，返回执行步骤S22。0065 这样，上述控制方法形成实时控制的闭环控制方法，即在每次执行完校正、调整步骤后，重新开始新一轮的检测控过程，这种实时检测-反馈-控制的闭环控制方法，能够时刻保证抛物曲面反射镜的曲面精度保持在允许范围内。0066 当然，上述检测控制方法并不仅限于上述实时控制的闭环控制系统，还可以为开环检。

25、测控制方法，例如，设定一定的时间段，当本次检测控制系统完成并间隔上述预定时间段后，下次检测控制系统开始运行。用户可以根据需要自行选择开环控制或者闭环控制。0067 请参考图3和图4，图3为本发明所提供大口径碟式抛物曲面反射镜的控制系统的一种具体实施方式的结构示意图，图4为图3的另一角度的结构示意图。0068 在一种具体实施方式中，如图3和图4所示，本发明还提供大口径碟式抛物面反射镜3的检测控制系统，其包括：0069 上位机1，用于根据抛物曲面反射镜的数学模型和预设的本次测量参数获取抛物曲面反射镜的理想三维模型，并获取三维模型中采样点的理想坐标；0070 下位机2，与上位机1通信连接，用于检测并。

26、输出抛物曲面反射镜在采样点的实际坐标；0071 上位机1还用于根据下位机2的检测结果重构抛物曲面反射镜的实际三维模型，分析理想三维模型和实际三维模型，获取抛物曲面反射镜的曲面精度。0072 与上述检测控制方法的技术效果类似，这种检测控制系统能够使操作人员通过简单、快捷的操作即可获得抛物曲面反射镜的曲面精度，大大提高了检测效率。0073 具体的方案中，下位机2具体用于检测X轴实际坐标、Y轴实际坐标与理想坐标均相同的采样点所对应的Z轴实际坐标，以获取采样点的实际坐标。0074 更进一步地，上述下位机2通过光电位置传感器25检测采样点的实际坐标。具体地，如图3所示，上述上位机1可以为PC机，上述下位。

27、机2可以具体包括上述传感器25，该传感器25可以设于抛物曲面反射镜中部的水平延长杆21上，下位机2还可以包括控制延长杆21高度的升降机构22，控制延长杆21旋转角度的旋转机构23，以及控制控制延长杆21长度的伸缩机构24。具体检测过程中，通过控制升降机构22、旋转机构23和伸缩机构24来调整传感器25的具体位置，进而实现对各个采样点的实际坐标的测量。0075 此外，上述碟式抛物曲面反射镜的检测控制系统还可以包括驱动机构，该驱动机构与上位机1连接，其用于在上位机1的控制指令下调整抛物曲面反射镜的采样点的实际坐标值采样点的理想坐标。说 明 书CN 102749060 A6/6页90076 更具体地。

28、，检测控制系统还可以为闭环控制系统。0077 由于上述检测控制方法具有如上的技术效果，因此，与上述检测控制方法相对应的检测控制系统也应当具有相应的技术效果，在此不再赘述。0078 以上对本发明所提供的一种大口径抛物曲面反射镜的检测控制方法和检测控制系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。说 明 书CN 102749060 A1/3页10图1说 明 书 附 图CN 102749060 A10。