大面积拼接式定日镜面形检测方法的研究

Heliostat has been the core equipment of solar thermal power tower plant, a fast and accurate measurement method of heliostat shape is critical to guarantee high-efficiency operation of the plant. In this project, the principle and method of the heliostat shape measurement based on fringe reflection technology and binocular vision will be deeply studied, content of this research are given: (1) The shape measurement method of heliostat based on combined orthogonal fringe reflection is proposed; (2) The fast and precise calibration method and algorithm of this measurement system will be proposed in detail; (3) The shape surface of large stitched heliostat is reconstructed based on measured multi-view gradient data. This project mainly discusses from four aspects as proposing the combined orthogonal fringe reflection method, presenting calibration method 3D shape reconstruction and matching corresponding data. The research of this project would provide theoretical basis and technology support for the shape measurement of heliostat, the result having a better application prospect will enhance the shape measurement efficiency and competitiveness of heliostat.

定日镜是塔式太阳能热发电站中的核心装置，对定日镜面形进行快速精确检测是保证电站高效运行的关键。本项目将对大面积拼接式定日镜面形的快速检测的基本原理与方法进行研究，具体研究内容为：（1）提出基于复合正交条纹反射的定日镜面形多视角检测方法；（2）建立大视场条件下镜面面形检测系统的快速标定及匹配策略；（3）研究基于多视角条件下海量梯度数据的快速融合及重构。本项目拟从复合正交条纹检测理论、标定方法研究，三维重构及多视角数据匹配等方面进行全面研究。本研究将为定日镜面形的快速精确检测提供理论与技术支撑，研究成果将提升定日镜的面形检测效率及产品竞争力，具有很好的应用前景。

定日镜是塔式太阳能热发电站中的核心设备，定日镜镜面面形的微小偏差会造成反射的太阳光斑发生偏移甚至偏离出吸热器，直接导致定日镜场的聚光效率下降，从而降低整个电站的运行效率。因此，对定日镜面形的快速精确检测是保障电站高效运行的关键。本项目主要研究内容如下：.（1）建立基于复合条纹技术的镜面面形检测系统中镜面相位偏移量与梯度分布的数学模型。提出基于二维条纹反射技术的镜面面形检测方法及基于傅里叶变换的相位提取算法。针对待测镜面面积较大的特点，提出基于Zernike多项式和最小二乘算法的虚拟参考面相位分布；.（2）进行了基于复合条纹的镜面面形检测系统的几何标定。采用定物对相机的内外参数进行了标定，而后对检测系统中待测镜、白屏及相机的几何位置及其它参数（如投射条纹的间隔周期、相机采集角度等）进行了标定，获得检测系统的相关标定参数；.（3）针对所测镜面梯度数据基于紧径向基函数的广义Hermite插值技术进行待测镜面形三维形貌重建。对获取的海量梯度数据首先基于单元划分方法进行分区域划分，在每个子域中进行面形重构，然后对重构的子域结合最小二乘方法进行整体面形重构，获取待测镜的表面形貌信息；.（4）搭建镜面检测系统平台，对定日镜反射镜进行面形检测实验。.科学意义或应用前景：为大型塔式太阳能热发电站可实时、高精度现场大面积定日镜面形检测提供坚实的理论研究基础，为镜场高效运行提供保障，并为电站的各项测试提供相关参数。本项目的目的在于提供塔式太阳能热发电站定日镜面形检测关键技术。对大面积定日镜在安装拼接过程中及外部环境因素影响下产生的面形变形问题进行系统分析，利用复合条纹反射测量理论和技术，结合多视觉技术、边界检测技术、窗口傅里叶变换，及旋转矢量滤波理论，建立实时高精度的定日镜面形检测理论，为提高塔式电站聚光效率提高支撑。.