Barrido con foto emisor-receptor de una superficie

[aritza]

Hola gente! como os va todo?

Tengo una parábola como la de la foto. Intento diseñar una forma de comprobar que todos sus espejos estan bien colocados. En teoría deben de enviar, desde cualquier punto que les incida, la luz de un led emisor al centro o foco de la parábola.
Sabiendo ésto quiero diseñar un sistema que envíe un haz de laser (o laseres) a todos los puntos de la parabola de forma perpendicular a ésta, y comprobar en un receptor (o receptores) que todos los hazes o laseres enviados se reciben bien. En caso de no ser así significaría que algún espejo está mal colocado..

Me podéis dar alguna idea? estoy perdidísimo. En principio he pensado utilizar 1 fotoemisor normal que se mueva por un carril y vaya enviando haz de luz (o infrarojo) perpendicularmente y a su vez un receptor largo (varios me temo) vayan recibiendo la luz. La valoración de que la luz recibida es suficiente como para considerar que la parábola está bien la haría usando un PLC (en la empresa tienen uno de panasonic.. ) que a su vez controlaría el fotoemisor..

agradecería cualquier aporte bien sea en el problema del emisor , como poner el receptor, o como mover el carril por plc.. o alguna otra idea de cómo hacerlo vaya! es un proyecto interesante aunque me parece harto complicado saludos gente y gracias por vuestro tiempo!

URL de la foto por si no se ve aqui: http://iagua.es/wp-content/uploads/2008/01/termosolar.jpg

 

[tecnogirl]

artiza: La aplicacion del espejo parabolico es la calefaccion del tubo como el de la imagen que adjuntaste ?. Salu2.

 

[aritza]

Sí tecnogirl, es de una central termosolar. Se concentran los rayos en un tubo que lleva aceite, con un intercambiador se calienta agua y de ahí a una turbina xa transformar la energía

Mi misión en sí es la de comprobar que el montaje de los espejos es correcto (en posición y la propia deformación de los mismos).. vaya tela

 

[Eduardo]

Por que no usas directamente una plantilla en madera o aluminio?

 

[aritza]

La colocación de los espejos debe ser de mucha precision.. en sí aunque se usara una plantilla habría que comprobar la colocación después pues un pequeño error enfocaría los rayos fuera del tubo y acabaría no calentandolo como debe :/

Ando mirando emisores IR que envíen el haz desde muchos puntos al espejo y pensando cómo medir (con repetores.. o fototransistores o yo que sé y un PLC) después la cantidad de irradiación que llega para valorar si están bien colocados..

a ver si alguien me aporta algo de luz (he he)

 

[Eduardo]

Justamente, la plantilla la usas para control una vez montado.

La propiedad para concentrar los rayos no es como vos crees:
En teoría deben de enviar, desde cualquier punto que les incida, la luz de un led emisor al centro o foco de la parábola.
Los rayos incidentes deben ser paralelos al eje de la parabola. Tu haz de control debe emitirse con un angulo muy cerrado (preferiblemente un laser) y con la direccion muy precisa. Si no, si emitis un haz con un cierto angulo de apertura, vas a tener un error infernal.

Eso hace que tu sistema de arrastre mecanico tenga que ser muy preciso tanto en su construccion como en sus posibilidades de alineacion.

Si crees que te puede resultar dificil hacer una plantilla precisa, mucho mas dificil te va a resultar esto otro.



Te recomiendo repasar "Optica geometrica", y despues croquizar la parabola y los rayos para analizar la magnitud de los errores (mejor que 'a mano' con algun CAD)

 

[tecnogirl]

aritza: Unas dudas.
- Son espejos de vidrio y en el soporte tienen aditamentos mecanicos para ajustar su posicion ? y tambien para darle algun ajuste al perfil ?.

- Si la prueba la haces con el espejo montado en el campo, el tubo colector se puede quitar ?. o mejor lo usas como soporte para el equipo de calibracion ?.

Salu2

 

[aritza]

Gracias Edu! Sí, en principio pretendo enviar el laser de forma perpendicular hacia la parábola: 90º respecto de su centro. En teoría todos los rayos que la rebotan deben ir al centro, salbo un 2% de pérdidas o así.

No es mala idea lo de hacer entonces una plantilla.. aunque debo intentar hacerlo de la forma descrita según "ordenes" superiores he he he. Sí que debe ser preciso si, mecanicamente se puede hacer me han dicho, aunque yo me ocupo más bien de la parte electrónica del invento.. donde me he metido

 

[elbrujo]

Interpreto que vos construis esos paneles. Desde el foco yo mediria a modo de compas.

Antes de montar el tubo que ya estara definido su foco corres un triangulo con la forma de la parabola que deberia tener. Lo moves como pendulo para ver que se mentiene la distancia minima en toda la superfice.. asi en todo su recorrido.

Aun con el tubo montado, el pendulo que abrace al tubo y sirva de eje para hacer la medicion.

 

[aritza]

Hola tecnogirl!

Pues te contesto:

1- Los espejos son de vidrio sí, y hay un mecanismo mecanico-electronico que regula la posición de la parábola según se necesite

2- el tubo colector no se va a poner en la prueba de espejos, en su lugar ando buscando algún tipo de sensor (grande.. no he encontrado ningún fototransistor) que reciba la luz :/

elbrujo

Sí, es buena idea, lo había pensado antes de hacer escaneado pero me pusieron dos pegas irrefutables; 1- Si se hace un "útil" que compruebe a modo de compas, por ejemplo de madera, se podría saber cuándo la parabola tiene algún espejo que está más cerca de lo normal respecto del foco, pero si hay algún hueco será mas dificil de ver.. y a su vez no se podrían medir todos sus puntos, algo que se puede hacer con laser. 2- demasiado lento. Se quiere que se haga la comprobación en muy poco tiempo, de ahí que se haya decidido por un laser que "lea" irregularidades

gracias por contestar. necesito mucha ayuda he he

 

[tecnogirl]

aritza: Podria haber otra solucion...
No necesitas plantillas ni laseres ni leds... solo necesitas... el Sol y ese ya lo tienes!.

Este lo empleas como tu emisor de radiacion para la prueba. Solo tienes que diseñar un pequeño soporte que montaras en el tubo colector y que debe poderse desplazarse a lo largo del mismo. En el montaras 3 termocuplas como lo indica la imagen adjunta.

Lees las 3 temperaturas y comparandolas puedes determinar si los rayos solares estan convirgiendo sobre el tubo porque esa termocupla (TC2) debe alcanzar la mayor temperatura de las 3. Si la TC1 o TC3 son las de mayor temperatura es que esta mal ajustado el reflector y la TC que indique la mayor temperatura indicará hacia donde esta desviado el espejo.

Puedes usar un termometro portatil para termocuplas: J, K o Fe-Constantan, etc.
Construyes una llave selectora para conmutar entre las 3 termocuplas y eso es todo.

Es una forma muuuuy practica de hacer la calibracion y se hace directamente en el campo.

Qué dices ?. Salu2

 

[elbrujo]

Es optica, donde tengas mejor foco es que lo tenes al 100% tenes que recorrer el foco en su longitud e ir comparandolas mediciones, despues de todo la eficiencia estara dada en el promedio del ajuste.

Si queres leer irregularidades, con un laser puede ser realizando un sensor super preciso. La otra que veo viable es medir la distancia con ultrasonido, vas moviendo la sonda en el arco y en su longitud conformando una matriz en 3 D. La sonda en cuestion debe tener mucha precision es decir estamos hablando de 1 milimetro o decimas depende lo que busques..

 

[aritza]

Bueno tecnogirl increíble tu solución. Eso ni se me había pasado por la cabeza. Y tiene una lógica aplastante. Me parece muy pero que muy útil para reajustar "en campo" los espejos.

El "pero" :/ : El problema que igual debería haber dicho con antelación, es que se me ha pedido para hacerlo no en campo sino en el proceso de ensamblaje. Lo que se quiere hacer es montarlos "como churros" en 15 minutos cada "colector" por lo que no hay posibilidad de esperar a si hace sol etc para ajustarlo sobre la marcha sino que "debe" ser en un montaje "en seco".

Siento "deshechar" tantas buenisimas ideas de verdad, y todos los aportes que me estais dando sé que van a serme útiles en otros momentos del montaje. GRACIAS tecnogirl

elbrujo

Ahá, por ultrasonidos es otra opción que no había mirado. Voy a ponerme a ella ya que el precio en sí de los aparatos a utilizar en principio no es problema. Sí había buscado escanear la superficie con una camara 3D pero me insistieron (y mucho) en que "quieren" utilizar tecnología laser + PLC, y ahí sigo perdido.

Voy a llevar vuestras 2 propuestas tras buscar un poco más sobre ellas a ver si me dejan cambiar un poco el proyecto :/ muchas gracias a los dos!

 

[tiopepe123]

Aunque me salgo un poco por la tangente propongo otro sistema:

Utilizando una maquina de fotografiar o una webcam buenecilla y un ordenador.

A cierta altura utilizando una pertiga tomamos una foto para analizarla.


Para conocer deformaciones de los espejos utilizamos un foco de color con una rejilla de alambres(rejilla para las moscas de alambre) para que nos de un cuadriculado y analizamos.
(focos como el de batman o los que tienen en algunas tiendas o uno diy)



Para conocer el "foco" quitamos el tubo calentador y ponemos un tubo ranurado con un trozo de metraquilato esmerilado(papel de lija) donde incida la luz. Tomamos la foto por arriba y analizamos el gradiente de la lamina, coloreando segun la intensidad.
Esto es muy facil hacerlo con photoshop creo que se llama solarice.

Asi facilmente podemos ver si la lamina/colector se "calienta uniformemente", si esta bien enfocada o desviada.



Una vez comprobado que funciona te puedes pillar por ejemplo phyton y programar una aplicacion que lo haga automaticamente.

En python se trataria de capturar la imagen de una webcam que para ti convertirar en un array de numeros XY, copias XY puntos del color de la lampara en un segundo array.
Ahora informaticamente añades los puntos "ideales" en el segundo array.
Finalmente muestras el array en pantalla.
Sale una imagen con dos cuadriculas la ideal y la imaginaria.
(Se suele añadir una foto con luz natural).

FotoNatural->array_salida
Fotocuadriculada->deteccion alambre->array_salida+puntos_detectados

array_salida+regilla_virtual
array_salida->pantalla



En el caso del foco, aun es mas sencillo, simplemente detectas la potencia del color del foco y le asignas un color por cada nivel.(logaritmico)

FotoNatural->array_salida
Foto_lampara_color->conversion potencia a colores-> array _salida
array_salida->pantalla


Aunque no te lo creas se puede hacer "en tiempo real a camara lenta" por eso algunos utilizan una webcam de la PS3 que permite mas velocidad.

http://brunoprog64.wordpress.com/2009/03/08/jugando-con-webcams-en-python/



Por cierto, ahora que lo pienso, para hacer las "rayas" puedes utilizar un puntero con adaptadores de dibujitos o cruzeta o linea. Se trata de unas lentes que se ponen delante del laser para hacer dibujitos, mira en ebay.

Asi tienes rallas de color y con poca dispersion. Aunque para la webcam suelen ser de color blanco debido a su gran potencia, por lo menos para mi webcam.

Por cierto el laser no se le puede bajar la potencia reduciendo la tension, solo se puede hacer opticamente y eso degrada las caracteristicas del haz.


PS:Los cables USB funcionan bien hasta 5 metros a partir de ahi depende mucho del aparato que conectes o del material del cables , quien avisa no es traidor.

 

[aritza]

Siento haber estado 3 días sin responder. He estado fuera y no he abierto el ordenador hasta hoy.

@tiopepe123

He leído detenidamente tu post y suena interesante y compatible a lo que me están pidiendo. No se si lo he entendido del todo bien ya que soy un poco novadete:

Utilizarías un laser y un "filtro" de malla puesto en la punta (he visto unos cuantos, sí parece útil) dividiendo la superficie a escanear en "sectores". Envías el laser desde un tubo con ranuras y de papel de lija (ésto no lo he entendido muy bien) y sacas una foto.
La foto se analiza por sectores cambiando en photshop u otro la "intensidad" de la luz viendo zonas o sectores uniformes que veríamos ordenada dicha uniformidad con colores.
Siento mi torpeza!

 

[tecnogirl]

aritza: Tengo una duda de la manera como fabrican los espejos. Cómo es ?. Un documento que revise sobre el tema decia que se parte de una lamina de vidrio plana que se calienta en un horno y esta sujetada por los bordes. La gravedad le da la forma parabolica. Es asi ?. La pregunta tiene una conexion con el proposito de tu diseño: comprobar el perfil del espejo. Salu2.

 

[Eduardo]

... Un documento que revise sobre el tema decia que se parte de una lamina de vidrio plana que se calienta en un horno y esta sujetada por los bordes. La gravedad le da la forma parabolica...

Eso puede ser una forma practica de aproximarse a una parabola.
La curva que se forma con ese procedimiento es una catenaria (matematicamente es un coseno hiperbolico)

 

[tecnogirl]

Eduardo: Exacto. En tal caso, se puede hablar de un foco ?. Lo mas seguro es que no y fallarian los procedimientos que se han sugerido con el laser. Saludos

 

[Fogonazo]

Hay algo que no comprendo.
Los espejos, supongo, los fabricará una máquina en base a un cálculo previo.
Dentro de ese cálculo, sigo suponiendo, se debería conocer donde está el foco.
Si la máquina fabrica todos los espejos iguales, una ves conocido el punto focal, ¿ No será el mismo para todos los espejos ?

Suponiendo que se necesitara un "Banco" de ajustes, por que no buscar térmicamente el punto focal en lugar de detectar luz, por ejemplo con una tira de resistencias NTC situada donde debería ir el colector. Esto incluso se podría hacer con iluminación artificial para no depender del sol y delirando un poco, se podría automatizar la búsqueda del punto focal.

 

[Eduardo]

Con cualquier curva siempre vas a tener una zona de foco para angulos de apertura chicos.
La parabola te lo hace con rayos incidentes paralelos y la elipse con rayos radiales (se usaba un espejo eliptico para la excitacion de los laser de rubi).


Sobre el metodo mas apropiado de control de los espejos no se puede decir decir mucho porque Aritza no aporta mucha informacion.
Aca lo mas importante es la estructura que soporta los espejos y su procedimiento de fabricacion, y de eso no se sabe nada.

Si la estructura y el montaje de los espejos se hace como se acostumbra con estructuras de ese tipo, es decir, con plantillas, no haria falta ningun control de montaje.

Despues, una vez instalado, la principal causa de error de foco van a ser las deformaciones y alabeos de la estructura por dilatacion debido a que esto va a estar al rayo del sol, ademas del error en el seguimiento. Y ahi no se piensa controlar nada. Algo que realmente es medio dificil de hacer de manera sencilla y practica.