[发明专利]一种镜面面形检测装置及其检测方法

说明书

本发明涉及一种镜面面形检测装置及其检测方法，其中，镜面面形检测装置包括待测镜面、投影幕、投影仪、标定相机、测量相机组以及计算机。检测方法为：计算机控制投影仪向投影幕投射条纹图像，投影幕上的条纹图像通过定日镜生成虚像，测量相机和标定相机采集相关图像信息并传输给计算机，计算机对采集数据进行处理，最终得到待测镜面的面形数据。本发明能够获取大面积的待测镜面的面形数据，解决了检测大面积待测镜面光斑质量的技术问题。

技术领域

本发明属于太阳能热发电领域，特别涉及用于检测大面积镜面面形的检测装置和检测方法。

背景技术

定日镜光斑质量是影响塔式太阳能电站效率的一个重要因素，因此在定日镜设计阶段必须将定日镜光斑质量作为一项重要的性能指标并在定日镜的制造、装配和运营阶段，并对该项指标进行实时跟踪以确保整个镜场的光学效率。现有技术中，对定日镜面形进行检测多采用接触式的激光测量方案、贴点法摄像测量方案、条纹面面形测量方案，其中，激光测量方案需要手持测量球对目标镜面逐点进行测量，测量效率低、测量精度受人工测量的干扰大；摄影法测量要求在镜面上贴上特制的反光点，不适合大面积定日镜的高效检测。条纹法面形测量方案通过投影仪投射调制的含相位信息的条纹图形至投影幕上，相机拍摄镜面内反射后变形的条纹图像，通过位相映射关系，拟合出待测镜面面形的法向量分布。该方法具有测量精度和效率高的优点，但针对大面积定日镜如几十方至上百方定日镜，要想通过相机观测到投影幕上的变形条纹，投影幕的尺寸至少应达到与定日镜面积相当的水平，而如此大面积的投影幕在定日镜装配检测车间的安装及投影仪的选型将会严重制约方案的实施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镜面面形检测装置，解决了检测大面积定日镜的光斑质量的技术问题；

本发明的第二目的在于提供一种镜面面形检测方法，解决了检测大面积定日镜的光斑质量的技术问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：

一种镜面面形检测装置，包括待测镜面、投影幕、投影仪、标定相机、测量相机组以及计算机；其中，

所述待测镜面与所述投影幕相对间隔设置，且其面积大于投影幕的面积；

所述计算机通过所述投影仪向投影幕发送条纹图像信号，同时控制标定相机采集投影幕上的条纹图像、控制测量相机组采集投影幕上的条纹图像通过待测镜面产生的虚像，以及处理标定相机和测量相机组拍摄得到的图片；

所述测量相机组包括至少两个测量相机，并且，各测量相机的视野通过拼接后，可观测得到表面铺满条纹图像虚像的完整待测镜面。

优选的，所述标定相机至少为一个。

一种镜面面形检测方法，采用如上所述的镜面面形检测装置，包括如下步骤：

(1)标定有效区域：在投影幕上顺次投射全黑图像和全白图像，所述标定相机分别采集投影幕上的全黑图像和全白图像，所述测量相机组依次采集所述投影幕上的全黑图像和全白图像在待测镜面中形成的虚像图像，以标定出标定相机和测量相机组采集到的图像中的有效区域；

(2)采集条纹图像投影图和条纹图像虚像图：在投影幕上顺次投射不同频率的条纹图像，通过所述标定相机依次采集投影幕上的条纹图像得到条纹图像投影图，通过所述测量相机组依次采集投影幕上的条纹图像在待测镜面中形成的虚像得到条纹图像虚像图；

(3)获取投影幕上的条纹图像在投影幕平面坐标系下的位相图：将步骤(2)中的所述条纹图像投影图通过相位解包裹算法解包，获得投影幕上的条纹图像在标定相机图像坐标系下各像素点对应的相位分布；由于投影幕上的条纹图像中的各点在投影幕平面坐标系下的二维坐标与其在标定相机图像坐标系下的像素坐标一一映射，进而可得到投影幕上的条纹图像在投影幕平面坐标系下的包含位置分布信息和相位分布信息的位相图；