本发明涉及对太阳能跟踪定标装置的校准设备 及方法， 具体涉及一种可移 动的能够实时对定日镜进行校正的定日镜校正 设备及校正方法。

背景技术

定日镜是用来将太阳或其他天体的光线反射到 固定方向的光学装置， 它通 过跟踪机构将太阳光反射并聚集到某一目标， 现有的定日镜包括反射镜、 支撑 框架、 立柱、 传动和跟踪数据处理系统等五大部分。 然而在定日镜的使用过程 中， 由于各种因素的影响， 其跟踪机构的精确度可能会有所下降， 导致太阳光 的反射光不反射到目标位置， 这就需要对定日镜的精准度进行校准。

对定日镜的校正过程实质上就是获得定日镜的 旋转中心的过程， 在定日镜 对太阳光跟踪反射的过程中， 方位-俯仰跟踪是最常见的方式， 定日镜的方位旋 转轴 （竖轴） 与俯仰旋转轴 （横轴） 互相垂直， 通过两个轴的旋转配合可以使 定日镜完成 360度的旋转过程。

现有技术中公开了多种定日镜的校准设备， 如中国专利文献 CN 102077035A公开了一种定日镜的校正方法及其校� �装置， 提供了一种能够对定 日镜的镜面与中央反射器的镜面正对的情况一 边进行实测一边在当场进行调整 的调整方法和调整装置。 上述技术方案中， 在上部具有中央反射器且下部具有 受热部， 在中央反射器的周围配置有多台定日镜的集热 装置， 在连结中央反射 器的上部焦点和定日镜的光路上， 设置有向该中央反射器和定日镜分别照射激 光的照射装置， 在激光照射装置的附近排列设置有对从定日镜 反射的发射激光 进行检测的受光装置， 并且校正装置具备使该照射装置和受光装置旋 转以及俯 仰的调整装置。 在校正过程中， 以被照射到定日镜的激光的反射光与被照射到 中央反射器的上部焦点的激光形成同一轴线的 方式， 调整定日镜的俯仰角和 /或 旋转角。

上述定日镜校正设备在使用过程中存在以下几 个问题：

首先， 上述的定日镜校准设备， 受光装置接收定日镜反射的激光时， 由于 受光面积较小， 激光反射光的光束直径也很小， 因此受光装置捕捉反射激光存 在困难， 使得校正的过程存在较大的难度； 另外在确定激光是否照射到中央反 射器上时， 通过人为观察， 肉眼进行判断， 存在一定的误差。

其次， 上述技术方案中， 每一组定日镜的校准设备一次只能校准一面定 日 镜， 虽然可以将激光器从支架上拆下然后安装到其 他的位置对其他的定日镜进 行校准， 但是操作过程复杂， 当需要对大量的定日镜进行校准时， 这一繁琐过 程耗时很长， 校正效率低。

另外， 现有中国专利文献 CN 101903818A公开了一种安装姿势测定装置， 提供了一种在安装定日镜的反射镜配合到旋转 圆锥曲面的作业中， 为了进行有 效率且简易的安装调整， 正确地测定下平面镜的安装姿势的调整方法和 安装姿 势测定装置。 在设置构成太阳光聚光用的定日镜的反射镜的 方法中， 以小平面 镜的激光反射光到达激光点测定部的假想通过 点的方式设置上述小平面镜。 上 述技术方案中的激光发射装置安装在支撑构件 上， 支撑构件上设置有可移动机 构， 通过激光发射装置和激光接收装置配合来实现 对小平面镜安装角度的调整。

上述方案中的安装姿势测定装置应用于安装定 日镜的反射镜过程中， 定日 镜的焦点位置确定后， 入射激光的方向是已知的， 那么反射激光要反射到定日 镜的焦点的话必须要经过激光记测部上的假想 点， 而在执行这一过程时， 必须 要保证支撑构件与定日镜之间的相对位置为确 定值才能进行， 当定日镜发生旋 转或者由于长期使用在旋转过程中产生了误差 时， 焦点位置可能发生了偏差， 入射激光与反射镜的角度可能发生了变化， 反射激光所要经过的假想点也发生 了变化， 上述过程就需要重新测定， 因此上述装置不能实现对定日镜的旋转轴 的实时校正； 另外， 在进行安装姿势的测定的过程中， 需要不断的尝试反射激 光有没有通过假象点来判断安装的位置是否准 确， 操作过程很繁琐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题有以下几个：

( 1 )现有技术中的校正设备， 是直接采用面积较小的接收装置接收直径很 小的反射激光， 然后对接收到的反射激光进行处理， 容易采集不到反射激光无 法实现对定日镜的校正。

(2 ) 现有技术中， 在进行镜面的调整校正时， 要严格要求校正设备的与镜 面的相对位置关系确定， 而且只能在安装过程中实现对镜面安装位置的 调整， 在日后定日镜的使用过程中出现的误差不能进 行实时的调整和校正。

( 3 ) 现有技术中的校正设备， 在对大量定日镜进行校正时， 校正的效率较 低。

为了解决上述技术问题， 本发明提供一种定日镜校正设备， 其包括支架， 图像采集单元及图像处理单元； 所述图像采集单元通过定位装置设置于所述支 架上， 包括： 至少一个摄像头： 用于采集定日镜的镜面状态影像； 至少一个定 位单元： 用于确定所述摄像头的空间位置； 所述图像处理单元用于接收所述摄 像头采集到的镜面状态影像， 结合所述摄像头的空间位置信息， 确定所述定日 镜镜面的空间位置信息。

所述定位装置包括设置于所述支架上的滑轨， 所述图像采集单元包括一个 摄像头， 所述摄像头上设置有与所述滑轨滑动配合的滑 块。 所述定位装置包括设置于所述支架上的可 360度旋转的旋转机构， 所述图 像采集单元包括一个摄像头， 所述摄像头设置于所述旋转机构上。

所述图像采集单元包括两个摄像头， 所述两个摄像头通过所述定位装置固 定于所述支架上。

所述图像采集单元包括三个摄像头， 所述三个摄像头通过所述定位装置固 定于所述支架上。

所述定位单元包括设置于所述支架上的至少三 个定位模块。

所述定位单元包括设置于所述支架上的倾斜角 传感器和设置于所述摄像头 上以及所述支架上的至少两个定位模块。

所述定位单元包括设置于每个摄像头上的定位 模块。

所述定位模块为 DGPS (差分全球定位系统） 定位模块。

所述定位模块为激光跟踪仪或激光扫描仪。

所述支架底部设置有移动部件。

本发明还公开一种获得定日镜实际旋转中心的 方法， 包括如下歩骤： 歩骤 a、 设置支架在定日镜上方， 利用图像采集单元中的摄像头拍摄定日镜 在当前状态下镜面图像， 发送到所述图像处理单元；

所述定位单元确定所述摄像头的位置信息发送 至所述图像处理单元； 歩骤 b、所述图像处理单元结合所述摄像头拍摄的� �面状态图像信息及所述 摄像头的空间位置信息得到定日镜镜面的空间 位置信息；

歩骤 c、 定日镜完成一组旋转， 利用多个定日镜镜面的空间位置确定定日镜 的实际旋转中心。

歩骤 a 中， 所述定位装置包括设置于所述支架上的滑轨， 所述图像采集单 元包括一个摄像头， 所述摄像头上设置有与所述滑轨滑动配合的滑 块， 通过改 变摄像头在所述滑轨中的位置， 拍摄同一定日镜不同的镜面图像； 并且， 在完成上述歩骤后， 通过移动摄像头在滑轨中的位置， 重复歩骤 b 和 C获取其他定日镜的实际旋转中心。

歩骤 a中， 所述定位装置包括设置于所述支架上的可 360度旋转的旋转机 构， 所述图像采集单元包括一个摄像头， 所述摄像头上设置于所述旋转机构上， 利用所述旋转机构控制摄像头改变角度， 拍摄同一定日镜不同的镜面图像； 并且， 在完成上述歩骤后， 通过改变摄像头的角度， 重复歩骤 b和 c获取 其他定日镜的实际旋转中心。

歩骤 a 中， 所述图像采集单元包括两个摄像头， 所述两个摄像头通过所述 定位装置固定于所述支架上， 利用所述两个摄像头得到定日镜在当前状态下 的 两幅镜面状态图像。

歩骤 a 中， 所述图像采集单元包括通过所述定位装置固定 在所述支架上的 三个摄像头， 利用三个摄像头分别拍摄定日镜镜面状态图像 ， 得到定日镜在当 前状态下的三幅镜面状态图像。

歩骤 a 中， 采用至少三个定位模块按照不在同一条直线上 的原则设置于所 述支架上， 确定所述支架的空间位置；

利用所述摄像头与所述支架的相对位置关系可 以确定所述摄像头的空间位 置。

歩骤 a 中， 通过设置于所述支架上的倾斜角传感器和设置 于所述支架上及 摄像头上的至少两个定位模块结合确定所述支 架的空间位置及所述摄像头的空 间位置。

歩骤 a 中， 通过设置于每个所述摄像头上的定位模块确定 每个摄像头的空 间位置； 利用所述支架与所述摄像头的相对位置关系确 定所述支架的空间位置。 所述定位模块为 DGPS (差分全球定位系统） 定位模块。

所述定位模块为激光跟踪仪或激光扫描仪。

所述支架底部设置有移动部件， 在完成歩骤 c 后， 移动所述支架至另一面 或者另一组定日镜上方， 获取其他定日镜的实际旋转中心。

发明的有益效果是：

( 1 ) 本发明所述的定日镜校正单元， 采用摄像头直接采集定日镜镜面的图 像， 是属于对实际存在的具体的物体进行图像采集 ， 不会出现采集不到的情况， 也不会出现采集到的图像不清晰不准确的情况 ， 通过对实际的物体图像进行处 理， 可使得到的定日镜的空间位置更为精准。

(2) 本发明所述的设备， 采用定位单元来确定支架的空间位置， 图像采集 单元的空间位置， 可实时确定整个系统中每个部件的实际空间位 置， 因此不需 要支架与定日镜的位置是固定的， 只要能够通过图像采集单元采集到定日镜镜 面的图像就能对定日镜进行校正， 不论定日镜的角度如何以及支架相对于定日 镜的位置如何， 都可以随时实现对定日镜的旋转轴的确定， 实现实时校正定日 镜。

(3 ) 本发明所述的定日镜校准设备， 根据需要， 可以通过设置滑轨在支架 上， 这样可更加方便的移动图像采集单元来实现对 下一面定日镜的校正； 另外 根据需要， 还可以通过设置在支架上的可 360度旋转的旋转机构， 带动摄像头 改变摄像头的角度， 就可以实现对下一面的定日镜的校正， 效率较高； 并且根 据需要， 通过移动设置于支架底部的移动部件就可以移 动校正设备对下一面或 者下一组定日镜进行校正， 在对大量定日镜进行校正时具有极高的校正效 率。 附图说明 图 1为本发明所述定日镜校正设备具有一个摄像� �的实施例的结构示意图； 图 2为本发明所述定日镜校正设备具有两个摄像� �的实施例的结构示意图； 图 3为本发明所述定日镜校正设备具有三个摄像� �的实施例的结构示意图； 图 4为本发明所述定日镜校正设备的光路示意图� �

其中附图标记为： 1-支架 2-图像采集单元 3-定日镜 4-移动部件

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一歩说 明本发明的技术方案。

实施例 1

本实施例提供一种可移动定日镜校正设备， 其包括支架， 图像采集单元及 图像处理单元；

所述图像采集单元通过定位装置设置于所述支 架上， 包括：

至少一个摄像头： 用于采集定日镜的镜面状态影像；

至少一个定位单元： 用于确定所述摄像头的空间位置；

所述图像处理单元用于接收所述摄像头采集到 的镜面状态影像， 结合所述 摄像头的空间位置信息， 确定所述定日镜镜面的空间位置信息。

本实施例中， 所述位置检测模块包括设置于所述支架上的至 少三个定位模 块， 所述定位模块为 DGPS (差分全球定位系统） 定位模块。

DGPS是英文 Difference Global Positioning System的缩写， 即差分全球定位 系统， 方法是在一个精确的已知位置上安装监测接收 机， 计算得到它能跟踪的 每颗 GPS卫星的距离误差。 该差值通常称为 PRC (伪距离修正值）， 将此数据 传送给用户接收机作误差修正， 从而提高了定位精度。

作为可选的实施方式， 所述定位模块也可选择所述定位模块为激光跟 踪仪 或激光扫描仪。 本实施例中， 所述定位装置包括设置于所述支架上的滑轨， 如图 1 所示， 所述图像采集单元包括一个摄像头， 所述摄像头上设置有与所述滑轨滑动配合 的滑块；

在具体实施时， 所述图像处理单元通过得到镜面的至少三个不 同的空间位 置后确定镜面的旋转时的实际方位旋转轴和实 际俯仰旋转轴。

本实施例公开的一种获得定日镜实际旋转中心 的方法， 包括如下歩骤： 歩骤 a、 设置支架在定日镜上方， 利用图像采集单元中的摄像头拍摄定日镜 在当前状态下镜面图像， 发送到所述图像处理单元；

所述定位单元确定所述摄像头的位置信息发送 至所述图像处理单元； 本实施例中， 采用至少三个 DGPS定位模块按照不在同一条直线上的原则 设置于所述支架上， 确定所述支架的空间位置以及所述摄像头的空 间位置与所 述支架的相对位置关系可以确定所述摄像头的 空间位置；

本实施例中， 所述定位装置包括设置于所述支架上的滑轨， 所述图像采集 单元包括一个摄像头， 所述摄像头上设置有与所述滑轨滑动配合的滑 块， 通过 改变摄像头在所述滑轨中的位置， 拍摄同一定日镜不同的镜面图像；

歩骤 b、所述图像处理单元结合所述摄像头拍摄的� �面状态图像信息及所述 摄像头的空间位置信息得到定日镜镜面的空间 位置信息；

如图 4所示为进行图像处理时的在分析计算时的光� �原理简图， 分析过程 如下：

图中所示 ABCD为定日镜的镜面示意图， A1B1C1D1为所述摄像头采集到 的其中一幅镜面状态图像示意图 a， A2B2C2D2为摄像头采集到的另外一幅镜面 状态图像示意图 b， 其中 01、 02为焦点， 根据所述摄像头的空间位置即可确定 A1B1C1及 A2B2C2的空间位置，又已知 01和 02，可得平面 A1B101, A2B202, B1C101的方程：

平面 AIBIOI的方程： a.x + b.y + c.z + d^O 平面 A2B202的方程： a ₂ x + b ₂ y + c ₂ z + d ₂ =0 平面 BICIOI的方程： e _x x + f _x y + g _x z + h =0 点 B为面 A1B101、 面 A2B202、 面 BICIOI的交点；

因此点 B满足上述三个方程。

得 B的空间位置为 （a, b， c)。

其中：

_ (bl*c2*hl-bl*d2*gl-b2*cl*hl + b2*dl*g\ + cl*d2*fl-c2*dl*fl) a~ a\*b2*g\-a\*c2* f\-al*b\*g\ + a2*c\* f\ + b\*c2*e\-b2*c\*e\ b_a\*c2*h\-a\*d2*g\-a2*c\*h\ + a2*d\*g\ + c\*d2*e\-c2*d\*e\

一 a\*b2*g\-a\*c2* f\-a2*b\*g\ + a2*c\* f\ + b\*c2*e\-b2*c\*e\ 同理得 A，C,D的空间坐标， 从而确定定日镜镜面的空间位置。

步骤 c、定日镜完成一组旋转， 利用多个定日镜镜面的空间位置确定定日镜 的实际旋转轴。

在具体实施时， 控制定日镜在俯仰方向完成一组旋转， 采用步骤 b得到至 少一个俯仰角下的镜面空间位置信息； 选取至少两个不同俯仰角的镜面空间位 置信息的交界面为定日镜的实际俯仰旋转轴；

控制定日镜在水平定位方向完成一组旋转， 采用步骤 b得到至少一个方位 角的镜面空间位置信息； 选取至少两个不同方位角的镜面空间位置信息 的交界 面为定日镜的实际定位旋转轴。

并且， 在完成步骤上述步骤后， 通过移动摄像头在滑轨中的位置， 重复上 替换 (细则第 26条) 需要说明的是， 本发明在确定定日镜实际旋转中心的过程中， 实际的镜面 旋转中心与实际俯仰旋转轴和实际的定位旋转 轴之间有一定的距离， 该方法得 到的镜面上的旋转中心为两个实际旋转轴在镜 面上的投影的交点。

现有技术中常用的获得定日镜的两个旋转轴旋 转角度的方法有两种： 一种 是采用歩进电机在控制的过程中， 根据输出脉冲与旋转角度的对应关系直接获 得两个旋转轴旋转的角度； 另一种是在定日镜的两个旋转轴上设置角度传 感器 来测量定日镜两个旋转轴旋转的角度。 第一种方法的精确度可以满足一般需求， 但是第二种测量方法精度更高， 可以更加精确的获得定日镜两个旋转轴旋转过 的角度。

而两个旋转轴旋转的旋转角度和本发明获得定 日镜旋转中心时定日镜镜面 的旋转角度之间存在一定的误差， 两个实际旋转轴和镜面有一定距离， 在校准 后， 将太阳光反射到指定点的算法会将此差别予以 考虑。

实施例 2

本实施例与实施例 1 的不同之处在于， 所述定位装置包括设置于所述支架 上的可 360度旋转的旋转机构， 所述图像采集单元包括一个摄像头， 所述摄像 头设置于所述旋转机构上。

在确定定日镜旋转中心的歩骤 a 中， 利用所述旋转机构控制摄像头在至少 两个角度下分别拍摄定日镜镜面状态图像， 得到定日镜镜面状态图像；

并且， 在完成对一面定日镜的校正后， 通过旋转摄像头的角度， 重复歩骤 b 和 c就可以实现对其他定日镜进行校正。

实施例 3

在本实施例中， 所述图像采集单元包括两个摄像头， 所述两个摄像头通过 所述定位装置固定于所述支架上。

本实施例中， 采用设置于所述支架上的倾斜角传感器和设置 于所述摄像头 上以及所述支架上的至少两个定位模块代替上 述实施例中所述的设置于所述支 架上的按照不在同一条直线的原则设置的至少 三个定位模块。

通过设置于所述支架上的倾斜角传感器和设置 于每个摄像头上的至少两个 定位模块结合确定所述支架的空间位置及所述 每个摄像头的空间位置。

在确定定日镜旋转方法的歩骤 a 中， 利用所述两个摄像头得到定日镜在当 前状态下的两幅镜面状态图像。

实施例 4

在本实施例中， 所述图像采集单元包括三个摄像头， 所述三个摄像头通过 所述定位装置固定于所述支架上。

本实施例中， 在每个摄像头上设置定位模块， 所述定位模块可以选择为 DGPS定位模块或者所述定位模块为激光跟踪仪� �激光扫描仪，也可以选择其他 的定位模块。

在确定定日镜旋转方法的歩骤 a 中， 利用三个摄像头分别拍摄定日镜镜面 状态图像， 得到定日镜在当前状态下的三幅镜面状态图像 。

事实上选择两幅镜面状态图像就可以确定出定 日镜镜面的空间位置， 但是 也可以采用三幅图像， 这样可以得到 3 组值后求取平均值获得最终的结果， 这 样求得的结果会更加精确。

实施例 5

本实施例在上述任一实施例的基础上， 所述支架底部设置有适于移动的移 动部件。 利用本实施例中的设备， 可以在对一面或者一组定日镜完成校正后， 利用支架底部的移动部件将校正设备移动到其 他定日镜的上方对其他定日镜进 行校正， 提高校正的工作效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例， 并不用于限制本发明， 对于本领域技 术人员而言， 本发明可以有各种改动和变化。 凡在本发明的精神和原理之内所 作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。