專利名稱：一種定日鏡面型誤差檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定日鏡面型誤差檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，特別涉及基于激光定位及探測(cè)的定日鏡面型誤差檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
定日鏡是一種通過雙軸跟蹤太陽并將其輻射聚集到位于中心塔上的吸熱器上的能量聚集裝置，是塔式太陽能熱發(fā)電站中的最主要的部件，占電站總成本的一半以上。絕大部分的定日鏡是由多面子鏡所構(gòu)成。實(shí)際安裝中，子鏡的角度誤差最終會(huì)影響到定日鏡的整體面形，從而影響到反射到吸熱器上的光斑形狀。子鏡的精確安裝可以使反射到吸熱器上的太能輻射最大化，提高整個(gè)定日鏡場(chǎng)的運(yùn)行效率。另外，因?yàn)槎ㄈ甄R場(chǎng)由成百上千塊定日鏡構(gòu)成，因此需要一種可以快速測(cè)量的方法對(duì)定日鏡的面形誤差進(jìn)行檢驗(yàn)，安裝人員根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整定日鏡子鏡的角度，從而使定日鏡整體面形達(dá)到比較理想的曲面面形?，F(xiàn)有的定日鏡面形誤差檢測(cè)調(diào)整主要有直接觀測(cè)法、人工光源測(cè)量法及全站儀測(cè)量法。在實(shí)際檢測(cè)的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)存在以下問題直接觀測(cè)法，在早期對(duì)定日鏡面形檢測(cè)過程中，通常是直接觀察定日鏡反射到吸熱器附近白靶上的焦斑形狀及位置來調(diào)節(jié)各子鏡的角度，從而使得焦斑達(dá)到靶的中心位置。雖然此方法可直觀地獲得可靠的檢測(cè)結(jié)果，但還存在以下待完善之處(1)對(duì)天氣情況的依賴性較強(qiáng)；( 僅能獲取定日鏡的整個(gè)面形狀況，對(duì)于局部面形的誤差情形未能有效解決；C3)難以保證定日鏡整體面形的基準(zhǔn)平面與定日鏡俯仰旋轉(zhuǎn)軸平行；(4)定日鏡子鏡的調(diào)整過程需要高空作業(yè)；(5)由于太陽入射角度的不同，定日鏡在一天不同時(shí)刻形成的光斑形狀不同，因此用這種方法調(diào)整的定日鏡，定日鏡間面形的同一性不好。人工光源測(cè)量法(CN 101303270 B)，這種方法用在定日鏡吊裝完成之后，整個(gè)測(cè)量過程在夜間完成。每一面待測(cè)定日鏡的檢測(cè)均要求事先調(diào)整好人工光源、待測(cè)鏡，工作量大，對(duì)定日鏡子鏡的調(diào)整需要高空作業(yè)，再加上調(diào)整過程是在夜間完成，其安全性需要充分 ^慮ο全站儀測(cè)量法，這種方法是用全站儀測(cè)量定日鏡子鏡四個(gè)角點(diǎn)的標(biāo)高，通過調(diào)整定日鏡子鏡的角度，使該子鏡四個(gè)角點(diǎn)到理論曲面的距離相等。這種方法的優(yōu)級(jí)點(diǎn)在于檢測(cè)安裝過程在地面進(jìn)行，其不足之處在于調(diào)整過程至少需要有兩個(gè)人，一個(gè)人操作全站儀一個(gè)人調(diào)整定日鏡子鏡?；诂F(xiàn)有檢測(cè)方法的檢測(cè)裝置很簡(jiǎn)單，只有人工光源、全站儀等輔助設(shè)備，沒有用于定日鏡吊裝前的專用檢測(cè)設(shè)備，自動(dòng)化程度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)的不足，提供一種快速、簡(jiǎn)單、高效的定日鏡面形誤差檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，方便用戶根據(jù)誤差安裝調(diào)整定日鏡子鏡。本發(fā)明面形誤差檢測(cè)裝置主要由激光掃平儀、激光探測(cè)裝置、手持操控儀及上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等部分組成，上述四大部件以上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)為中心實(shí)現(xiàn)各部件之間的連接，激光掃平儀、激光探測(cè)裝置及手持操控儀與計(jì)算機(jī)之間的通訊均采用zigbee無線通訊技術(shù)。各個(gè)部件的組成結(jié)構(gòu)分述如下1、激光掃平儀激光掃平儀由激光發(fā)生器、伺服電機(jī)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、無線通訊模塊、底座及外殼組成；其中伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)編碼器采用多圈絕對(duì)型編碼器，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具有控制并驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)在0-360度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的功能，0度所指方向稱為激光掃平儀的基準(zhǔn)方向；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過Zigbee無線通訊模塊與上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通訊，接收并執(zhí)行上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的指令；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器位于激光掃平儀底座上方，伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸垂直向上固定安裝在激光掃平儀的外殼里，激光發(fā)生裝置安裝在伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上且所發(fā)射激光的方向與旋轉(zhuǎn)軸垂直；所述的伺服電機(jī)帶動(dòng)激光發(fā)生器水平旋轉(zhuǎn)；2、激光探測(cè)裝置激光探測(cè)裝置由底座、標(biāo)尺桿及探測(cè)靶組成；底座上安裝有標(biāo)尺桿；探測(cè)靶安裝在標(biāo)尺桿上，可沿標(biāo)尺桿上下移動(dòng)；探測(cè)靶由一維PSD傳感器、PSD信號(hào)處理電路以及與上位計(jì)算機(jī)連接的Zigbee無線通訊模塊及外殼組成；當(dāng)激光照射到一維PSD傳感器表面時(shí)， PSD信號(hào)處理電路將傳感器的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為激光光斑中心到傳感器中心的距離信號(hào)，通過 Zigbee無線通訊模塊將此距離信號(hào)傳送到上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；一維PSD傳感器豎直安裝在探測(cè)靶表面，PSD信號(hào)處理電路及Zigbee無線通訊模塊安裝在探測(cè)靶的外殼內(nèi)。3、手持操控儀手持操控儀由顯示屏及輸入鍵盤組成；手持操控儀與上位計(jì)算機(jī)通過無線方式交互數(shù)據(jù)。4、上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、上位控制軟件及Zigbee無線通訊模塊組成；上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的核心，與激光掃平儀、手持操控儀及激光探測(cè)裝置通過無線方式交互信息；上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)讀取手持操控儀輸入的待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)號(hào)，分析計(jì)算并控制激光掃平儀旋轉(zhuǎn)激光束到指定的角度，上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)讀取手持操控儀輸入的激光探測(cè)靶在標(biāo)尺桿上的位置信息以及激光探測(cè)靶發(fā)出的激光光斑所在的位置信息，分析計(jì)算出待測(cè)點(diǎn)到理論曲面的距離并將該距離在手持操控儀的顯示屏上顯示出來。本發(fā)明利用旋轉(zhuǎn)激光束可以形成一個(gè)平面的特點(diǎn)，并以此平面為基準(zhǔn)面調(diào)整定日鏡面形，本發(fā)明用于定日鏡吊裝前的定日鏡子鏡的安裝及整體面形調(diào)整。安裝定日鏡子鏡前先將定日鏡支架安裝固定好，然后將本發(fā)明裝置中的激光掃平儀(以下簡(jiǎn)稱掃平儀)安裝在定日鏡支架的中心位置，調(diào)整掃平儀的掃平面，使掃平儀的掃平面與定日鏡中心法線垂直；以激光掃平儀激光束的旋轉(zhuǎn)中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，以激光掃平面為XY平面建立三維坐標(biāo)系，在上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中確定并輸入定日鏡的理論曲面參數(shù)、 待測(cè)點(diǎn)的XY坐標(biāo)及與之對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)號(hào)，通過激光探測(cè)裝置檢測(cè)某一待測(cè)點(diǎn)到激光掃平面的距離，從而可以計(jì)算出待測(cè)點(diǎn)到理論曲面的高度差，調(diào)節(jié)該待測(cè)點(diǎn)的鏍絲，使該子鏡各待測(cè)點(diǎn)到理論曲面的高度差相等即可。待測(cè)點(diǎn)一般選在定日鏡子鏡的安裝點(diǎn)，這些安裝點(diǎn)的坐標(biāo)在支架設(shè)計(jì)階段已經(jīng)確定，通過調(diào)節(jié)這些點(diǎn)的高度可以調(diào)節(jié)定日鏡子鏡的傾斜角度。
計(jì)算機(jī)與掃平儀、探測(cè)裝置及手持操控儀通過無線通訊連接；將激光探測(cè)裝置放置在定日鏡的待測(cè)點(diǎn)。通過手持操控儀輸入待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)號(hào)，上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)讀取該坐標(biāo)號(hào)并通過掃平儀控制激光束射向待測(cè)點(diǎn)方向；通過手持操控儀手動(dòng)微調(diào)激光束的旋轉(zhuǎn)角度，上下移動(dòng)激光探測(cè)裝置的探測(cè)靶在標(biāo)桿尺上的位置，使激光光斑打在探測(cè)靶的有效區(qū)域；用戶讀取探測(cè)靶所處位置標(biāo)尺桿的刻度，并將該刻度值通過手持操控儀輸入到計(jì)算機(jī)中；探測(cè)靶通過PSD傳感器讀取激光所在位置的高度值發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)據(jù)此算出該待測(cè)點(diǎn)與理論曲面在高度方向的差值并送到手持操控儀的顯示屏；用戶調(diào)整該與該待測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)鏍絲，使待測(cè)子鏡的各待測(cè)點(diǎn)與理論曲面在高度度方向差值相等，則該定日鏡子鏡調(diào)整完畢。定日鏡所有待測(cè)點(diǎn)均調(diào)整到位后，則定日鏡調(diào)整完畢。利用本發(fā)明裝置檢測(cè)定日鏡面形誤差的方法的操作步驟如下1、準(zhǔn)備先將定日鏡的傳動(dòng)箱固定安裝在水平地面上，將定日鏡支架安裝在傳動(dòng)箱上并使支架的四個(gè)角點(diǎn)在同一平面內(nèi)，支架平面與地面平行。2、安裝掃平儀將激光掃平儀安裝在位于定日鏡中心的傳動(dòng)箱上；調(diào)整激光掃平儀掃平面與定日鏡中心法線垂直；將激光掃平儀與傳動(dòng)箱連接并固定；3、設(shè)定坐標(biāo)系以激光掃平儀旋轉(zhuǎn)激光束的旋轉(zhuǎn)中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，激光掃平儀掃平面為XY平面，激光掃平儀的基準(zhǔn)方向?yàn)閄軸，建立三維坐標(biāo)系；安裝掃平儀時(shí)要求基準(zhǔn)方向與定日鏡俯仰軸平行，Z軸與定日鏡中心法線平行；4、架設(shè)探測(cè)靶用戶安裝定日鏡某一子鏡，定日鏡子鏡與定日鏡支架的連接點(diǎn)是可以調(diào)整高度的，調(diào)節(jié)這些連接點(diǎn)的鏍絲高度，可以調(diào)整子鏡的安裝角度；選擇該子鏡的一個(gè)待測(cè)點(diǎn)，并在該待測(cè)點(diǎn)放置激光探測(cè)裝置；通過手持操控儀的人機(jī)交互界面輸入該待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)號(hào)；5、初始化上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將待測(cè)定日鏡的理論面形函數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)中； 定日鏡待測(cè)點(diǎn)一般選擇可以調(diào)整定日鏡子鏡傾斜角度的調(diào)節(jié)鏍絲的位置；定日鏡的這些待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)在支架設(shè)計(jì)完成后就是已知的，根據(jù)定日鏡設(shè)計(jì)圖將待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)及與之對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)中；6、控制流程上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)接收手持操控儀輸入的所述待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)號(hào)； 上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制掃平儀將激光束指向置于該待測(cè)點(diǎn)的激光探測(cè)裝置的探測(cè)靶；用戶通過手持操控儀手動(dòng)微調(diào)激光束的旋轉(zhuǎn)角度，人工調(diào)整探測(cè)靶的高度，使激光束打到探測(cè)靶的有效區(qū)域上；用戶讀取探測(cè)靶在標(biāo)桿尺上所處位置值并經(jīng)手持操控儀輸入到計(jì)算機(jī)中；激光探測(cè)裝置將PSD傳感器檢測(cè)到的高度信號(hào)發(fā)送到上位計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)據(jù)此可以計(jì)算出該待測(cè)點(diǎn)到理論曲面的距離并反饋到手持操控儀；7、定日鏡面形調(diào)整用戶根據(jù)該待測(cè)點(diǎn)到理論曲面的距離調(diào)整鏍絲高度。使定日鏡所有子鏡的所有可調(diào)點(diǎn)到理論曲面的距離相等。本發(fā)明具有如下特點(diǎn)第一，整個(gè)檢測(cè)調(diào)整過程只需一人就可以完成，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。第二，通過手持操控儀輸入待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)號(hào)，控制激光束指向置于待測(cè)點(diǎn)的探測(cè)靶； 手持操控儀的顯示屏顯示待測(cè)點(diǎn)到理論曲面的距離，用戶只要調(diào)整鏍絲使同一子鏡每個(gè)待測(cè)點(diǎn)的到理論曲面的距離相等，即可完成該子鏡的安裝流程，測(cè)量過程自動(dòng)完成，提高工作效率。
第三，整個(gè)檢測(cè)過程是在同一坐標(biāo)系中完成調(diào)整安裝，只要所有調(diào)節(jié)點(diǎn)到理論曲面的距離相等，定日鏡的整體面形就是連續(xù)光滑的，從而提高了定日鏡整體面型的美觀度。第四，本發(fā)明檢測(cè)方法所使用的激光掃平儀不同于現(xiàn)有技術(shù)的激光掃平儀，是為定日鏡面形檢測(cè)專門設(shè)計(jì)制作的，由激光發(fā)射裝置及伺服系統(tǒng)組成，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過 zigbee無線通訊模塊與上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通訊，和現(xiàn)有技術(shù)的激光掃平儀相比，該掃平儀能夠接收上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的指令，與激光探測(cè)裝置及手持操控儀一起構(gòu)成一個(gè)完整的整體；另外，該激光掃平儀沒有自動(dòng)調(diào)水平功能，成本低廉。第五，由于定日鏡的焦距遠(yuǎn)，同一子鏡各可調(diào)點(diǎn)的高差一般小于1cm，因此本發(fā)明探測(cè)裝置采用了在標(biāo)尺桿上移動(dòng)探測(cè)靶的方式；探測(cè)靶PSD傳感器的長(zhǎng)度不小于3cm即可， 完全可以滿足調(diào)節(jié)同一子鏡時(shí)不需要調(diào)整探測(cè)靶在標(biāo)尺桿上的高度。因此探測(cè)裝置的成本也不高。第六，上位計(jì)算機(jī)與掃平儀、探測(cè)靶及手持操控儀采用無線通訊，手持操控儀與探測(cè)裝置由電池供電，操作時(shí)沒有拉扯線纜的煩惱，操作方便快捷。第七，激光掃平儀固定安裝在傳動(dòng)箱上，掃平面不隨定日鏡支架的顫動(dòng)而顫動(dòng)，掃平面始終與傳動(dòng)箱的俯仰軸平行，從而保證了定日鏡法線與俯仰軸垂直。


圖1本發(fā)明檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2本發(fā)明激光探測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖；圖3本發(fā)明激光掃平儀結(jié)構(gòu)圖；圖4本發(fā)明手持操控儀結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明檢測(cè)裝置包括激光掃平儀、上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、手持操控儀和激光探測(cè)裝置，用于在組裝定日鏡時(shí)檢測(cè)定日鏡的面形誤差。激光掃平儀、手持操控儀以及激光探索測(cè)裝置與上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之間采用 zigbee無線通訊方式；手持操控儀通過上位計(jì)算機(jī)控制激光掃平儀旋轉(zhuǎn)。激光掃平儀由激光發(fā)生器、伺服電機(jī)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、無線通訊模塊、底座及外殼組成；其中伺服電機(jī)的編碼器采用多圈絕對(duì)型編碼器，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具有控制并驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)在0-360度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的功能，0度所指方向?yàn)榉Q激光掃平儀的基準(zhǔn)方向；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過Zigbee無線通訊模塊與上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通訊，接收并執(zhí)行上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的指令；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器位于激光掃平儀底座上方，伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸垂直向上固定安裝在激光掃平儀的外殼里，激光發(fā)生裝置安裝在伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上且所發(fā)射激光的方向與旋轉(zhuǎn)軸垂直；所述的伺服電機(jī)帶動(dòng)激光發(fā)生器水平旋轉(zhuǎn)；手持操控儀由操作鍵盤、顯示屏以及Zigbee無線通訊模塊組成，用戶通過鍵盤輸入待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)號(hào)，手持操控儀將該坐標(biāo)號(hào)傳送給上位計(jì)算機(jī)，上位計(jì)算機(jī)通過激光掃平儀將激光束指向探測(cè)靶，用戶手動(dòng)微調(diào)激光束的旋轉(zhuǎn)角度，使激光束打到探測(cè)靶上，如果激光束光斑位置不在探測(cè)靶的有效測(cè)量區(qū)域，手動(dòng)上下移動(dòng)探測(cè)靶，并將探測(cè)靶在標(biāo)桿尺上的位置通過手持操控儀輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)通過探測(cè)靶返回的位置值及用戶輸入的探測(cè)靶在標(biāo)尺桿上的位置值，計(jì)算得到待測(cè)點(diǎn)的到理論曲面的距離，然后將該距離在手持操控儀的顯示屏上顯示。如圖所示，顯示屏、操作鍵盤及Zigbee無線通訊模塊都是連接在手持操控儀內(nèi)的控制板上的，該控制板具有顯示信息處理輸入、鍵盤信息接收及通過zigbee 無線通訊模塊與上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通訊的功能。激光探測(cè)裝置由可以調(diào)整角度的底座、標(biāo)尺桿及探測(cè)靶組成。底座上安裝了標(biāo)有刻度的標(biāo)尺桿，探測(cè)靶安裝在標(biāo)尺桿上，可沿標(biāo)尺桿上下移動(dòng)。探測(cè)靶包含PSD傳感器、探測(cè)靶控制電路及zigbee無線通訊模塊，用戶上下調(diào)整探測(cè)靶標(biāo)尺桿的位置，可以使激光束打到PSD傳感器上；探測(cè)靶將激光束光斑在PSD傳感器上的位置信息發(fā)送到計(jì)算機(jī)中，用戶將探測(cè)靶在標(biāo)尺桿上的位置通過手持操控儀輸入到計(jì)算機(jī)中。PSD傳感器與Zigbee無線通訊模塊與探測(cè)靶控制電路連接，探測(cè)靶控制電路具有采集PSD傳感器信息的功能，可以分析并計(jì)算出激光光斑在PSD傳感器上的位置，并通過Zigbee無線通訊模塊將該位置值傳送給上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、上位控制軟件及zigbee無線通訊模塊組成。上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與手持操控儀、激光探測(cè)靶及激光掃平儀通過無線通訊方式相連接，上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送控制指令控制激光掃平儀旋轉(zhuǎn)，接收探測(cè)裝置、手持儀的信號(hào)確定待測(cè)點(diǎn)所處的空間位置，將待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)與對(duì)應(yīng)的理論曲面坐標(biāo)相比較，計(jì)算出該測(cè)點(diǎn)需要的調(diào)整量并顯示到手持儀的顯示屏上；用戶根據(jù)這個(gè)調(diào)整量調(diào)整鏍絲的高度，達(dá)到定日鏡面形檢測(cè)與調(diào)整的目的。在檢測(cè)調(diào)整定日鏡面形的過程中，上述四件部件缺一不可，這四件部件是為檢測(cè)與調(diào)整定日鏡面形專門設(shè)計(jì)的，相互之間通過Zigbee無線通訊模塊相連接。本發(fā)明檢測(cè)方法如下先將定日鏡的傳動(dòng)箱固定安裝在水平地面上，將定日鏡支架安裝在傳動(dòng)箱上并使支架的四個(gè)角點(diǎn)在同一平面內(nèi)，此平面必須與傳動(dòng)箱的俯仰軸平行。將掃平儀與定日鏡的傳動(dòng)箱固定，調(diào)整激光掃平儀底座的角度，使激光掃平儀發(fā)射的激光束形成的平面與定日鏡安裝支架四個(gè)角點(diǎn)形成的面平行；以旋轉(zhuǎn)激光束形成的平面為基準(zhǔn)面，以激光束的旋轉(zhuǎn)中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立三維坐標(biāo)系，其中基準(zhǔn)面為XY平面，激光掃平儀的基準(zhǔn)方向?yàn)閄軸且與定日鏡俯仰軸平行，坐標(biāo)系統(tǒng)的Z軸與XY平面垂直且與定日鏡中心法線平行；將待測(cè)定日鏡的面形函數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)中，并根據(jù)定日鏡支架設(shè)計(jì)圖輸入待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)及與之對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)號(hào)，待測(cè)點(diǎn)一般選在可以調(diào)節(jié)定日鏡子鏡傾斜角度的調(diào)節(jié)鏍絲的位置。為了便于安裝調(diào)試，用戶從定日鏡中心往四邊安裝調(diào)整定日鏡子鏡，將一塊子鏡基本固定后，選擇該子鏡的某一待測(cè)點(diǎn)，并在該點(diǎn)放置激光探測(cè)裝置；通過手持操控儀的人機(jī)交互界面輸入該待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)號(hào)；上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)接收手持操控儀輸入的坐標(biāo)號(hào)；上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過掃平儀將激光束指向置于該待測(cè)點(diǎn)的探測(cè)靶；用戶通過手持操控儀手動(dòng)微調(diào)激光束的旋轉(zhuǎn)角度，人工調(diào)整探測(cè)靶在標(biāo)尺桿上的位置，使所述激光束打到探測(cè)靶上；激光探測(cè)裝置將PSD傳感器檢測(cè)到的高度信號(hào)傳送到上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；用戶通過手持操控儀輸入探測(cè)靶在標(biāo)尺桿上的位置傳送到上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)尺讀數(shù)及PSD傳感器的值，確定該待測(cè)點(diǎn)與定日鏡標(biāo)準(zhǔn)面形在高度方向上的差值，并將該差值顯示到手持操控儀的顯示面板上，用戶根據(jù)該差值調(diào)整與該測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)鏍絲的高度。當(dāng)該子鏡所有可調(diào)點(diǎn)到標(biāo)準(zhǔn)曲面的高度方向的差值相等時(shí)，就完成了該子鏡的安裝調(diào)整過程。當(dāng)定日鏡所有可調(diào)點(diǎn)到標(biāo)準(zhǔn)曲面高度差相等時(shí)，就完成了整面定日鏡面形的調(diào)整過程。如圖2所示，將激光探測(cè)裝置放置在定日鏡子鏡待測(cè)點(diǎn)位置，如果激光掃平儀的激光束沒有打到PSD傳感器表面，可以上下移動(dòng)探測(cè)靶使掃平儀發(fā)射的激光束打到PSD傳感器表面。用戶從手持操控儀輸入激光探測(cè)裝置的探測(cè)靶在標(biāo)尺桿上的位置；探測(cè)靶所采用的傳感器是長(zhǎng)度不小于3cm的一維PSD傳感器，可以檢測(cè)出激光光斑偏離傳感器中心的距離。將PSD傳感器的測(cè)量值與探測(cè)靶在標(biāo)尺桿上的位置值相加，即可得到該待測(cè)點(diǎn)到激光基準(zhǔn)面的距離；上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)該距離值可以計(jì)算出該待測(cè)點(diǎn)到標(biāo)準(zhǔn)曲面的距離并顯示到手持操控儀的顯示屏幕上。用戶調(diào)整該待測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)鏍絲，隨著鏡面的調(diào)節(jié)激光光斑會(huì)在PSD傳感器表面上下移動(dòng)，即該待測(cè)點(diǎn)到激光基準(zhǔn)面的距離也就發(fā)生改變，所有待測(cè)點(diǎn)到標(biāo)準(zhǔn)曲面的距離相等時(shí)，就完成了定日鏡面形的安裝調(diào)整工作。由于定日鏡的焦距較遠(yuǎn)，因此定日鏡面形的弧度較小，通常定日鏡子鏡的各個(gè)待測(cè)點(diǎn)到激光掃平面的距離差小于3cm，即，只要PSD傳感器的長(zhǎng)度不小于3cm，就可以實(shí)現(xiàn)在調(diào)整同一面定日鏡子鏡時(shí)，探測(cè)靶在標(biāo)尺桿上的位置只需要調(diào)整一次。如圖3所示，激光掃平儀由激光發(fā)生器、伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、無線通訊模塊、底座及外殼組成。其中伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)編碼器采用多圈絕對(duì)型編碼器，伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)在0-360度范圍內(nèi)往復(fù)旋轉(zhuǎn)，0度所指方向?yàn)榉Q激光掃平儀的基準(zhǔn)方向；激光發(fā)生裝置安裝在電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上且所發(fā)射激光的方向與旋轉(zhuǎn)軸垂直；伺服電機(jī)帶動(dòng)激光束水平旋轉(zhuǎn)； 底座可以調(diào)節(jié)激光掃平儀的傾斜角度；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與上位計(jì)算機(jī)采用Zigbee無線通訊方式通訊。激光掃平儀安裝到定日鏡傳動(dòng)箱上時(shí)，掃平儀激光束的基準(zhǔn)方向與傳動(dòng)箱俯仰軸平行，上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送指令給激光掃平儀的伺服驅(qū)動(dòng)器，控制激光束旋轉(zhuǎn)到需要的角度。如圖4所示，手持操控儀由操作鍵盤、顯示屏以及Zigbee無線通訊模塊組成，用戶通過鍵盤輸入待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)號(hào)，通過上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制激光掃平儀將激光束指向探測(cè)靶，用戶通過手持操控儀輸入探測(cè)靶在標(biāo)尺桿上的位置值，計(jì)算機(jī)通過該位置值及探測(cè)靶返回的測(cè)量值計(jì)算出待測(cè)點(diǎn)到標(biāo)準(zhǔn)曲面的距離并在顯示屏上顯示。用戶通過該值調(diào)整對(duì)應(yīng)調(diào)鏍絲的高度，達(dá)到調(diào)整定日鏡面形的目的。
權(quán)利要求
1.一種定日鏡面形誤差檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的檢測(cè)裝置由激光掃平儀、激光探測(cè)裝置、手持操控儀及上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成；所述的上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與激光掃平儀、激光探測(cè)裝置及手持操控儀通過Zigbee無線通訊模塊交互信息；激光掃平儀安裝在待測(cè)定日鏡的中心位置，激光探測(cè)裝置放置在定日鏡的待測(cè)點(diǎn)，上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制激光掃平儀的激光束水平旋轉(zhuǎn)并射向激光探測(cè)裝置，激光探測(cè)裝置檢測(cè)激光光斑到待測(cè)點(diǎn)的距離。
2.按照權(quán)利要求1所述的定日鏡面形誤差檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的激光掃平儀由激光發(fā)生器、伺服電機(jī)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、無線通訊模塊、底座及外殼組成；所述的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制并驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)在0-360度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的功能，0度所指方向稱為激光掃平儀的基準(zhǔn)方向；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過Zigbee無線通訊模塊與上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通訊，接收并執(zhí)行上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的指令；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器位于激光掃平儀底座上方，伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸垂直向上固定安裝在激光掃平儀的外殼里，激光發(fā)生裝置安裝在伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上且所發(fā)射激光的方向與旋轉(zhuǎn)軸垂直；所述的伺服電機(jī)帶動(dòng)激光發(fā)生器水平旋轉(zhuǎn)。
3.按照權(quán)利要求2所述的定日鏡面形誤差檢測(cè)裝置，其特征在于，所述伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)編碼器采用多圈絕對(duì)型編碼器。
4.按照權(quán)利要求1所述的定日鏡面形誤差檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的激光探測(cè)裝置由底座、標(biāo)尺桿及探測(cè)靶組成；底座上安裝有標(biāo)尺桿；探測(cè)靶安裝在標(biāo)尺桿上，可沿標(biāo)尺桿上下移動(dòng)。
5.按照權(quán)利要求3所述的定日鏡面形誤差檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的探測(cè)靶由一維PSD傳感器、PSD信號(hào)處理電路以及與上位計(jì)算機(jī)連接的Zigbee無線通訊模塊及外殼組成；一維PSD傳感器豎直安裝在探測(cè)靶表面，PSD信號(hào)處理電路及Zigbee無線通訊模塊位于探測(cè)靶的外殼內(nèi)；當(dāng)激光照射到一維PSD傳感器表面時(shí)，PSD信號(hào)處理電路將一維PSD傳感器的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為激光光斑中心到傳感器中心的距離信號(hào)，通過Zigbee無線通訊模塊將此距離信號(hào)傳送到上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
6.按照權(quán)利要求1所述的定日鏡面形誤差檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的手持操控儀由操作鍵盤、控制電路、Zigbee無線通訊模塊及顯示屏組成，手持操控儀與上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)之間通過無線通訊交互信息。
7.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的定日鏡面形誤差檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的檢測(cè)方法步驟為1)將所述的激光掃平儀安裝在定日鏡支架的中心位置，調(diào)整激光掃平儀的掃平面，使所述的掃平面與定日鏡中心法線垂直；使激光掃平儀的基準(zhǔn)方向與定日鏡傳動(dòng)箱的俯仰軸平行；以激光掃平儀激光束旋轉(zhuǎn)中心為坐標(biāo)系原點(diǎn)，激光掃平儀基準(zhǔn)方向?yàn)閄方向，激光掃平面為XY平面建立坐標(biāo)系；2)在計(jì)算機(jī)中輸入定日鏡的面形參數(shù)，并輸入定日鏡子鏡待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)及與之對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)號(hào)，待測(cè)點(diǎn)選在能夠調(diào)節(jié)定日鏡子鏡傾斜角度的鏍絲的安裝位置；計(jì)算機(jī)與掃平儀、探測(cè)裝置及手持操控儀通過Zigbee無線通訊連接；將激光探測(cè)裝置放置在定日鏡的待測(cè)點(diǎn)； 通過手持操控儀輸入待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)號(hào)，上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)讀取該坐標(biāo)值并通過掃平儀的控制系統(tǒng)控制激光束射向待測(cè)點(diǎn)方向；通過手持操控儀手動(dòng)微調(diào)激光束的旋轉(zhuǎn)角度，上下移動(dòng)激光探測(cè)裝置的探測(cè)靶在標(biāo)桿尺上的位置，使激光光斑打在探測(cè)靶的有效區(qū)域；用戶讀取探測(cè)靶所處位置標(biāo)尺桿的刻度，并將該刻度值通過手持操控儀輸入到計(jì)算機(jī)中；探測(cè)靶通過PSD傳感器讀取激光光斑所在位置的高度值發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)據(jù)此算出該待測(cè)點(diǎn)與理論曲面在高度方向的差值并送到手持操控儀的顯示屏；用戶調(diào)整與該待測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)鏍絲，使待測(cè)定日鏡子鏡的各待測(cè)點(diǎn)與理論曲面在高度方向差值相等；所有待測(cè)點(diǎn)均調(diào)整到位后，則定日鏡調(diào)整完畢。
8.按照權(quán)利要求7所述的定日鏡面形誤差檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于，通過調(diào)節(jié)定日鏡子鏡的待測(cè)點(diǎn)的鏍絲，使定日鏡全部可調(diào)點(diǎn)到理論曲面的距離相等；若由于定日鏡子鏡的可調(diào)范圍的限制，不能保證全部測(cè)點(diǎn)到理論曲面的距離相等時(shí)，確保單面子鏡上可調(diào)點(diǎn)到理論曲面的距離相等，即可得到定日鏡理想的光斑效果。
全文摘要
一種定日鏡面型誤差檢測(cè)裝置，其上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與激光掃平儀、激光探測(cè)裝置及手持操控儀通過Zigbee無線通訊模塊交互信息。激光掃平儀安裝在待測(cè)定日鏡的中心位置，激光探測(cè)裝置放置在定日鏡的某一待測(cè)點(diǎn)，上位計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制激光掃平儀的激光束水平旋轉(zhuǎn)并射向激光探測(cè)裝置，激光探測(cè)裝置檢測(cè)激光光斑到待測(cè)點(diǎn)的距離。本發(fā)明檢測(cè)定日鏡面形誤差的方法利用旋轉(zhuǎn)激光束可以形成一個(gè)平面的特點(diǎn)，并以此平面為基準(zhǔn)面調(diào)整定日鏡面形。計(jì)算機(jī)根據(jù)激光探測(cè)裝置檢測(cè)激光光斑到待測(cè)點(diǎn)的距離，計(jì)算出該待測(cè)點(diǎn)與理論曲面在高度方向的差值并送到手持操控儀的顯示屏，用戶便可據(jù)此調(diào)整定日鏡面形，使待測(cè)定日鏡的各待測(cè)點(diǎn)與理論曲面在高度方向差值相等。
文檔編號(hào)G01B11/24GK102494632SQ20111039050
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者張鴻飛, 徐紫建, 朱會(huì)賓, 梁文峰, 王志峰, 閆忠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所