CN107229808A - 一种椭圆曲面建筑物的红外线三维定位装置及定位施工方法 - Google Patents
一种椭圆曲面建筑物的红外线三维定位装置及定位施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种椭圆曲面建筑物的红外线三维定位装置及定位施工方法，装置由红外线发射装置阵列、滚轴、转动控制模块、伸缩装置和远程控制装置构成，能对曲面建筑的轴线进行精确定位；方法首先将椭圆曲面建筑物轴线所在曲面在水平方向和竖直方向分别分成m份和n层，共计分成m×n份；然后，根据每一份曲面建筑的高度和曲率变化计算加工足够多块小面板；接着，在最下面一层将小面板沿着轴线方向进行水平拼接，然后利用螺栓固定，组成模板；拼接过程中由红外线三维定位装置进行定位安装，在最下面一层模板安装完毕后，进行混凝土浇注，施工完毕后，将轴线所在曲面两侧的模板的高度提高一层，再进行下一层的施工，直至到达建筑物的高度h。
Description
技术领域
本发明属于光学定位技术领域，具体涉及一种椭圆曲面建筑物的红外线三维定位施工方法。
背景技术
由于椭圆曲面建筑物的外部轮廓美观，并且受力性能良好，目前，化工厂、大型会展中心和剧院均有采用椭圆曲面的外形设计。曲面建筑物中混凝土构件的截面尺寸、位移偏差、垂直度的控制均比普通混凝土结构工程困难许多，因此施工工艺复杂，施工质量较难控制。
发明内容
本发明的装置所采用的技术方案是：一种椭圆曲面建筑物的红外线三维定位装置，其特征在于：包括红外线发射装置、远程控制装置、活动机械臂；
所述若干红外线发射装置组成横向红外线发射装置阵列，若干红外线发射装置组成纵向红外线发射装置阵列；所述活动机械臂为两个，方向相互垂直地设置在椭圆曲面建筑的两侧，其上分别固定设置有所述横向红外线发射装置阵列和纵向红外线发射装置阵列；
所述远程控制装置用于控制红外线发射装置发射红外线的角度，从而确保椭圆曲面建筑的轴线所在曲面上每一点都能由两束红外线的交点确定。
本发明的方法所采用的技术方案是：一种椭圆曲面建筑物的红外线三维定位施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：设计椭圆曲面建筑物模板；
设椭圆曲面建筑的厚度为t，外部轮廓为椭圆：
首先，将椭圆曲面建筑的轴线所在曲面在水平方向分成m份；然后，在高度方向分成n层，每层的高度为即一块曲面小面板的高度；此时，椭圆曲面建筑被分成m×n份，即它可由m×n块曲面小面板拼接构成；接着将每一份曲面小面板的4个顶点设为关键点；最后，根据每一份曲面小面板的曲率变化和每层的高度计算加工足够多块曲面小面板；
步骤2：定位椭圆曲面建筑的轴线；
设红外线发射装置Ai和红外线发射装置Bi发射出的光束分别与y轴和x轴方向的夹角为αi和βi；它们与z轴的夹角分别为γi和λi；其中，i＝1,2,...,n；
首先取z0＝0的平面进行研究，在这个平面内，两束红外线的交点为P(x0,y0,0)，A1P的长度为l1，B1P的长度为l2，焦距为l，半长轴为a；
解方程组(1)和(2)：
l1+l2＝2a (1)；
可得：
当时，将P(x0,y0,z0)点在xoy平面内投影得到P′(x0,y0,0)，假定A2P′的长度为x1，B2P′的长度为x2；
由余弦定理可得：
其中，d表示横向红外线发射装置阵列和纵向红外线发射装置阵列中相邻两个红外线发射装置之间的距离；l1表示A1P的长度。
由正弦定理可得：
即：
同理，可得：
此时，
远程控制装置通过红外线发射装置Ai中的信号接收器与Ai中的纵向转动控制模块和横向转动控制模块进行通信，控制纵向转动控制模块和横向转动控制模块的转动角度，进而对αi、βi、γi和λi进行实时调整；逐一对轴线上的关键点进行定位；随着x0,y0和z0的不断变化，αi、βi、γi和λi跟着变化，此时，P点的轨迹也在不断变化，将这些轨迹点连接起来，得到椭圆曲面建筑的轴线；
步骤3：安装椭圆曲面建筑物模板；
首先，在最下面一层将曲面小面板沿着轴线方向进行水平拼接，然后固定，组成模板，此模板距离轴线所在曲面的距离为然后在距离轴线所在曲面为的另外一侧设置相同模板；
步骤4：椭圆曲面建筑物的施工；
在最下面一层模板安装完毕后，进行混凝土浇注，施工完毕后，将轴线所在曲面两侧的模板的高度从提高到再进行下一层的施工，直至到达建筑物的高度h。
本发明的优点是：
1：可以对曲面建筑的轴线进行精确定位，从而实时控制施工精度，方法简单，施工效率高；
2：可以对建筑物的多个关键点进行定位，从而实现建筑物的三维重建。
附图说明
图1和图2均为本发明实施例的方法原理图；
图3和图4为本发明实施例的红外线发射装置图；
图5为本发明实施例的滚轴的结构详图；
图6为本发明实施例的远程控制装置图；
图7为本发明实施例的曲面建筑图；
图8和图9为本发明实施例的红外线发射装置阵列；
图10为本发明实施例的β1随α1变化的曲线图；
图11为本发明实施例的β2随α2变化的曲线图；
图12为本发明实施例的γ2随α2变化的曲线图；
图13为本发明实施例的λ2随α2变化的曲线图。
图中，1为椭圆曲面建筑、2为轴线所在曲面、3为红外线、4为横向红外线发射装置阵列、5为纵向红外线发射装置阵列、6为红外线发射器、7为信号控制模块、8为数据处理模块、9为信号发射器、10为信号接收器、11为纵向转动控制模块、12为伸缩装置、13为滚轴、14为外层环、15为滚珠、16为内层环、17为横向转动控制模块、18为远程控制装置、19为活动机械臂。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请见图3-图9，本发明提供的一种椭圆曲面建筑物的红外线三维定位装置，包括椭圆曲面建筑1、轴线所在曲面2、红外线3、横向红外线发射装置阵列4、纵向红外线发射装置阵列5、伸缩装置12、滚轴13、远程控制装置18、活动机械臂19；
红外线发射装置阵列4由很多红外线发射装置构成，红外线发射装置包括红外线发射器6、信号控制模块7、数据处理模块8、信号接收器10和/或信号发射器9、伸缩装置12；伸缩装置12两端配置有滚轴13，滚轴13由外层环14、滚珠15和内层环16构成；横向和纵向红外线发射装置阵列4和5固定在活动机械臂19上面，每两个红外线发射装置之间的距离可以根据需要调整；两个活动机械臂19设置在椭圆曲面建筑1的两侧，并且方向相互垂直；伸缩装置12用于根据需要调节红外线发射器6到适当高度；两个红外线发射装置A1和B1之间的距离为l；红外线发射装置Ai和Bi发射出的光束分别与y轴和x轴方向的夹角为αi和βi；它们与z轴的夹角分别为γi和λi；远程控制装置18可以对夹角αi、βi、γi和λi进行实时调整；轴线所在曲面2上的每一点都可以由两束红外线的交点确定。
请见图1和图2，本发明提供的一种椭圆曲面建筑物的红外线三维定位施工方法，包括以下步骤：
步骤1：设计椭圆曲面建筑物模板；
设椭圆曲面建筑的厚度为t，外部轮廓为椭圆：
首先，将椭圆曲面建筑的轴线所在曲面在水平方向分成m份；然后，在高度方向分成n层，每层的高度为即一块曲面小面板的高度；此时，椭圆曲面建筑被分成m×n份，即它可由m×n块曲面小面板拼接构成，如图7所示；接着将每一份曲面小面板的4个顶点设为关键点；最后，根据每一份曲面小面板的曲率变化和每层的高度计算加工足够多块曲面小面板；
步骤2：定位椭圆曲面建筑的轴线；
设红外线发射装置Ai和红外线发射装置Bi发射出的光束分别与y轴和x轴方向的夹角为αi和βi；它们与z轴的夹角分别为γi和λi；其中，i＝1,2,...,n；
首先取z0＝0的平面进行研究，在这个平面内，两束红外线的交点为P(x0,y0,0)，A1P的长度为l1，B1P的长度为l2，焦距为l，半长轴为a；
解方程组(1)和(2)：
l1+l2＝2a (1)；
可得：
当时，将P(x0,y0,z0)点在xoy平面内投影得到P′(x0,y0,0)，假定A2P′的长度为x1，B2P′的长度为x2；
由余弦定理可得：
其中，d表示横向红外线发射装置阵列4和纵向红外线发射装置阵列5中相邻两个红外线发射装置之间的距离；l1表示A1P的长度。
由正弦定理可得：
即：
同理，可得：
此时，
远程控制装置(18)通过红外线发射装置Ai中的信号接收器(10)与Ai中的纵向转动控制模块(11)和横向转动控制模块(17)进行通信，控制纵向转动控制模块(11)和横向转动控制模块(17)的转动角度，进而对αi、βi、γi和λi进行实时调整；逐一对轴线上的关键点进行定位；随着x0,y0和z0的不断变化，αi、βi、γi和λi跟着变化，此时，P点的轨迹也在不断变化，将这些轨迹点连接起来，得到椭圆曲面建筑的轴线；图10-13为a＝5，b＝3，z0＝2和d＝3时，βi、γi和λi随αi的变化曲线。
步骤3：安装椭圆曲面建筑物模板；
首先，在最下面一层将曲面小面板沿着轴线方向进行水平拼接，然后固定，组成模板，此模板距离轴线所在曲面的距离为然后在距离轴线所在曲面为的另外一侧设置相同模板；
步骤4：椭圆曲面建筑物的施工；
在最下面一层模板安装完毕后，进行混凝土浇注，施工完毕后，将轴线所在曲面两侧的模板的高度从提高到再进行下一层的施工，直至到达建筑物的高度h。
尽管本说明书较多地使用了椭圆曲面建筑1、轴线所在曲面2、红外线3、横向红外线发射装置阵列4、纵向红外线发射装置阵列5、红外线发射器6、信号控制模块7、数据处理模块8、信号发射器9、信号接收器10、纵向转动控制模块11、伸缩装置12、滚轴13、外层环14、滚珠15、内层环16、横向转动控制模块17、远程控制装置18、活动机械臂19等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (4)
1.一种椭圆曲面建筑物的红外线三维定位装置，其特征在于：包括红外线发射装置、远程控制装置(18)、活动机械臂(19)；
所述若干红外线发射装置组成横向红外线发射装置阵列(4)，若干红外线发射装置组成纵向红外线发射装置阵列(5)；所述活动机械臂(19)为两个，方向相互垂直地设置在椭圆曲面建筑(1)的两侧，其上分别固定设置有所述横向红外线发射装置阵列(4)和纵向红外线发射装置阵列(5)；
所述远程控制装置(18)用于控制红外线发射装置发射红外线(3)的角度，从而确保椭圆曲面建筑(1)的轴线所在曲面(2)上每一点都能由两束红外线的交点确定。
2.根据权利要求1所述的椭圆曲面建筑物的红外线三维定位装置，其特征在于：所述红外线发射装置包括红外线发射器(6)、信号控制模块(7)、数据处理模块(8)、信号接收器(10)和/或信号发射器(9)、纵向转动控制模块(11)、横向转动控制模块(17)；
所述红外线发射装置还配置有伸缩装置(12)，用于根据需要调节红外线发射器(6)到适当高度。
3.根据权利要求2所述的椭圆曲面建筑物的红外线三维定位装置，其特征在于：所述伸缩装置(12)两端配置有滚轴(13)，滚轴(13)由外层环(14)、滚珠(15)和内层环(16)构成。
4.一种椭圆曲面建筑物的红外线三维定位施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：设计椭圆曲面建筑物模板；
设椭圆曲面建筑的厚度为t，外部轮廓为椭圆：
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</mrow>
首先，将椭圆曲面建筑的轴线所在曲面在水平方向分成m份；然后，在高度方向分成n层，每层的高度为即一块曲面小面板的高度；此时，椭圆曲面建筑被分成m×n份，即它可由m×n块曲面小面板拼接构成；接着将每一份曲面小面板的4个顶点设为关键点；最后，根据每一份曲面小面板的曲率变化和每层的高度计算加工足够多块曲面小面板；
步骤2：定位椭圆曲面建筑的轴线；
设红外线发射装置Ai和红外线发射装置Bi发射出的光束分别与y轴和x轴方向的夹角为αi和βi；它们与z轴的夹角分别为γi和λi；其中，i＝1,2,...,n；
首先取z0＝0的平面进行研究，在这个平面内，两束红外线的交点为P(x0,y0,0)，A1P的长度为l1，B1P的长度为l2，焦距为l，半长轴为a；
解方程组(1)和(2)：
l1+l2＝2a (1)；
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当时，将P(x0,y0,z0)点在xoy平面内投影得到P′(x0,y0,0)，假定A2P′的长度为x1，B2P′的长度为x2；
由余弦定理可得：
<mrow>
<mi>c</mi>
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<mi>s</mi>
<mrow>
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其中，d表示横向红外线发射装置阵列(4)和纵向红外线发射装置阵列(5)中相邻两个红外线发射装置之间的距离；l1表示A1P的长度；
由正弦定理可得：
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同理，可得：
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远程控制装置(18)通过红外线发射装置Ai中的信号接收器(10)与Ai中的纵向转动控制模块(11)和横向转动控制模块(17)进行通信，控制纵向转动控制模块(11)和横向转动控制模块(17)的转动角度，进而对αi、βi、γi和λi进行实时调整；逐一对轴线上的关键点进行定位；随着x0,y0和z0的不断变化，αi、βi、γi和λi跟着变化，此时，P点的轨迹也在不断变化，将这些轨迹点连接起来，得到椭圆曲面建筑的轴线；
步骤3：安装椭圆曲面建筑物模板；
首先，在最下面一层将曲面小面板沿着轴线方向进行水平拼接，然后固定，组成模板，此模板距离轴线所在曲面的距离为然后在距离轴线所在曲面为的另外一侧设置相同模板；
步骤4：椭圆曲面建筑物的施工；
在最下面一层模板安装完毕后，进行混凝土浇注，施工完毕后，将轴线所在曲面两侧的模板的高度从提高到再进行下一层的施工，直至到达建筑物的高度h。
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