本發(fā)明屬于光學(xué)定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種曲面建筑物的激光三維定位裝置及方法。

背景技術(shù)：

由于曲面建筑物的散熱性能良好，目前，化工廠和熱電廠的冷卻塔均采用曲面的外形。曲面建筑物中混凝土構(gòu)件的截面尺寸、位移偏差、垂直度的控制均比普通混凝土結(jié)構(gòu)工程困難許多，因此施工工藝復(fù)雜，施工質(zhì)量較難控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種曲面建筑物的激光三維定位裝置及方法。

本發(fā)明的裝置所采用的技術(shù)方案是：一種曲面建筑物的激光三維定位裝置，包括激光發(fā)射裝置、遠(yuǎn)程控制裝置、活動(dòng)機(jī)械臂；

所述若干激光發(fā)射裝置組成橫向激光發(fā)射裝置陣列，若干激光發(fā)射裝置組成縱向激光發(fā)射裝置陣列；所述活動(dòng)機(jī)械臂為兩個(gè)，方向相互垂直地設(shè)置在曲面建筑的兩側(cè)，其上分別固定設(shè)置有所述橫向激光發(fā)射裝置陣列和縱向激光發(fā)射裝置陣列；

所述遠(yuǎn)程控制裝置用于控制激光發(fā)射裝置發(fā)射激光的角度，從而確保曲面建筑的軸線所在曲面上每一點(diǎn)都能由兩束激光的交點(diǎn)確定。

本發(fā)明的方法所采用的技術(shù)方案是：一種曲面建筑物的激光三維定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：針對(duì)曲面建筑(1)，其外部輪廓為曲線：

f(x,y)＝0；

將曲面放入三維坐標(biāo)系中，其坐標(biāo)原點(diǎn)為距曲面的頂點(diǎn)0～1m的點(diǎn)；橫向激光發(fā)射裝置陣列(4)和縱向激光發(fā)射裝置陣列(5)分別設(shè)置在y軸和x軸兩側(cè)，橫向激光發(fā)射裝置陣列(4)中的激光發(fā)射裝置b1和縱向激光發(fā)射裝置陣列(5)中的激光發(fā)射裝置a1之間的距離為l；a1發(fā)射出的激光與y軸的夾角為α1，b1發(fā)射出的激光與x軸的夾角為β1；

取z0＝0的平面進(jìn)行研究，在這個(gè)平面內(nèi)，兩束激光的交點(diǎn)為p(x0,y0,0)，a1p的長(zhǎng)度為l1，b1p的長(zhǎng)度為l2，a1b1的長(zhǎng)度為l；

解方程組(1)和(2)可得：

l1sinα1＝l2sinβ1＝y(tǒng)0(1)；

l1cosα1+l2cosβ1＝l(2)；

可得：

當(dāng)z0≠0時(shí)，將p′(x0,y0,z0)點(diǎn)在xoy平面內(nèi)投影得到p(x0,y0,0)，激光發(fā)射裝置a1和激光發(fā)射裝置b1發(fā)射出的光束與z軸的夾角γ1和λ1分別為：

步驟2：當(dāng)p′點(diǎn)在坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)移動(dòng)時(shí)，根據(jù)步驟2求出α1、β1、γ1和λ1的值；把不同的坐標(biāo)點(diǎn)(α1,β1)、(α1,γ1)和(α1,λ1)繪制在以α1為x軸，分別以β1、γ1和λ1為y軸的坐標(biāo)系中，獲得β1、γ1和λ1隨α1變化的曲線；

步驟3：遠(yuǎn)程控制裝置(18)通過(guò)激光發(fā)射裝置a1中的信號(hào)接收器(10)與a1中的縱向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊(11)和橫向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊(17)進(jìn)行通信，進(jìn)而控制激光發(fā)射裝置a1發(fā)出激光光束的偏角α1從0度變到α0，α0<180°；由步驟2中的β1、γ1和λ1與α1的定量關(guān)系，能得到β1、γ1和λ1的大小，這個(gè)過(guò)程由數(shù)據(jù)處理模塊(8)實(shí)現(xiàn)；然后，由激光發(fā)射裝置a1中的信號(hào)發(fā)射器(9)將計(jì)算出的β1、γ1和λ1的大小發(fā)送到遠(yuǎn)程控制裝置(18)，遠(yuǎn)程控制裝置(18)通過(guò)a1和b1中的信號(hào)接收器(10)分別與a1和b1中的縱向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊(11)和橫向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊(17)進(jìn)行通信，進(jìn)而控制激光發(fā)射裝置a1發(fā)出激光光束夾角γ1和控制激光發(fā)射裝置b1發(fā)出激光光束夾角β1和λ1的大小；

步驟4：激光發(fā)射裝置a1發(fā)射的光束與x軸的夾角為α1，與z軸的夾角為γ1；激光發(fā)射裝置b1發(fā)射的光束與x軸的夾角為β1，與z軸的夾角為λ1；兩束激光的交點(diǎn)為p′；隨著α1的不斷變化，p′點(diǎn)的軌跡也不斷變化，將這些軌跡點(diǎn)連接起來(lái)，得到曲面建筑在z＝z0平面內(nèi)的軸線；同理，利用激光發(fā)射裝置ai與bi得到曲面建筑在z＝zi平面內(nèi)的軸線，其中，i＝2,3,...,n；

步驟5：當(dāng)zi均勻遍布建筑物的高度h時(shí)，由激光發(fā)射裝置ai與激光發(fā)射裝置bi確定的交點(diǎn)就能掃略曲面建筑軸線所在的曲面。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1：可以對(duì)曲面建筑的軸線進(jìn)行精確定位，從而實(shí)時(shí)控制施工精度，方法簡(jiǎn)單，施工效率高；

2：可以對(duì)建筑物的多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行定位，從而實(shí)現(xiàn)建筑物的三維重建。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的方法原理圖；

圖2和圖3為本發(fā)明實(shí)施例的激光發(fā)射裝置；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的滾軸的結(jié)構(gòu)詳圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的遠(yuǎn)程控制裝置圖；

圖6和圖7為本發(fā)明實(shí)施例的激光發(fā)射裝置陣列；

圖中，1為曲面建筑、2為軸線所在曲面、3為激光、4為橫向激光發(fā)射裝置陣列、5為縱向激光發(fā)射裝置陣列、6為激光發(fā)射器、7為信號(hào)控制模塊、8為數(shù)據(jù)處理模塊、9為信號(hào)發(fā)射器、10為信號(hào)接收器、11為縱向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊、12為伸縮裝置、13為滾軸、14為外層環(huán)、15為滾珠、16為內(nèi)層環(huán)、17為橫向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊、18為遠(yuǎn)程控制裝置、19為活動(dòng)機(jī)械臂。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)見(jiàn)圖2-圖7，本發(fā)明提供的一種曲面建筑物的激光三維定位裝置，包括曲面建筑1、軸線所在曲面2、激光3、橫向激光發(fā)射裝置陣列4、縱向激光發(fā)射裝置陣列5、伸縮裝置12、滾軸13、遠(yuǎn)程控制裝置18、活動(dòng)機(jī)械臂19；

激光發(fā)射裝置陣列4由很多激光發(fā)射裝置構(gòu)成，激光發(fā)射裝置包括激光發(fā)射器6、信號(hào)控制模塊7、數(shù)據(jù)處理模塊8、信號(hào)接收器10和/或信號(hào)發(fā)射器9、伸縮裝置12；伸縮裝置12兩端配置有滾軸13，滾軸13由外層環(huán)14、滾珠15和內(nèi)層環(huán)16構(gòu)成；橫向和縱向激光發(fā)射裝置陣列4和5固定在活動(dòng)機(jī)械臂19上面，每?jī)蓚€(gè)激光發(fā)射裝置之間的距離可以根據(jù)需要調(diào)整；兩個(gè)活動(dòng)機(jī)械臂19設(shè)置在曲面建筑1的兩側(cè)，并且方向相互垂直；伸縮裝置12用于根據(jù)需要調(diào)節(jié)激光發(fā)射器6到適當(dāng)高度；兩個(gè)激光發(fā)射裝置a1和b1之間的距離為l；激光發(fā)射裝置ai和bi發(fā)射出的光束分別與y軸和x軸方向的夾角為αi和βi；它們與z軸的夾角分別為γi和λi；遠(yuǎn)程控制裝置18可以對(duì)夾角αi、βi、γi和λi進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；軸線所在曲面2上的每一點(diǎn)都可以由兩束激光的交點(diǎn)確定。

請(qǐng)見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供的一種曲面建筑物的激光三維定位方法，包括以下步驟：

步驟1：針對(duì)曲面建筑(1)，其外部輪廓為曲線：

f(x,y)＝0；

將曲面放入三維坐標(biāo)系中，其坐標(biāo)原點(diǎn)為距曲面的頂點(diǎn)0～1m的點(diǎn)；橫向激光發(fā)射裝置陣列和縱向激光發(fā)射裝置陣列分別設(shè)置在y軸和x軸兩側(cè)，橫向激光發(fā)射裝置陣列中的激光發(fā)射裝置b1和縱向激光發(fā)射裝置陣列中的激光發(fā)射裝置a1之間的距離為l；a1發(fā)射出的激光與y軸的夾角為α1，b1發(fā)射出的激光與x軸的夾角為β1；

取z0＝0的平面進(jìn)行研究，在這個(gè)平面內(nèi)，兩束激光的交點(diǎn)為p(x0,y0,0)，a1p的長(zhǎng)度為l1，b1p的長(zhǎng)度為l2，a1b1的長(zhǎng)度為l；

解方程組(1)和(2)可得：

l1sinα1＝l2sinβ1＝y(tǒng)0(1)；

l1cosα1+l2cosβ1＝l(2)；

可得：

當(dāng)z0≠0時(shí)，將p′(x0,y0,z0)點(diǎn)在xoy平面內(nèi)投影得到p(x0,y0,0)，激光發(fā)射裝置a1和激光發(fā)射裝置b1發(fā)射出的光束與z軸的夾角γ1和λ1分別為：

步驟2：當(dāng)p′點(diǎn)在坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)移動(dòng)時(shí)，根據(jù)步驟2求出α1、β1、γ1和λ1的值；把不同的坐標(biāo)點(diǎn)(α1,β1)、(α1,γ1)和(α1,λ1)繪制在以α1為x軸，分別以β1、γ1和λ1為y軸的坐標(biāo)系中，獲得β1、γ1和λ1隨α1變化的曲線；

步驟3：遠(yuǎn)程控制裝置通過(guò)激光發(fā)射裝置a1中的信號(hào)接收器與a1中的縱向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊和橫向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊進(jìn)行通信，進(jìn)而控制激光發(fā)射裝置a1發(fā)出激光光束的偏角α1從0度變到α0，α0<180°；由步驟2中的β1、γ1和λ1與α1的定量關(guān)系，能得到β1、γ1和λ1的大小，這個(gè)過(guò)程由數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)；然后，由激光發(fā)射裝置a1中的信號(hào)發(fā)射器將計(jì)算出的β1、γ1和λ1的大小發(fā)送到遠(yuǎn)程控制裝置，遠(yuǎn)程控制裝置通過(guò)a1和b1中的信號(hào)接收器分別與a1和b1中的縱向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊和橫向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊進(jìn)行通信，進(jìn)而控制激光發(fā)射裝置a1發(fā)出激光光束夾角γ1和控制激光發(fā)射裝置b1發(fā)出激光光束夾角β1和λ1的大小；

步驟4：激光發(fā)射裝置a1發(fā)射的光束與x軸的夾角為α1，與z軸的夾角為γ1；激光發(fā)射裝置b1發(fā)射的光束與x軸的夾角為β1，與z軸的夾角為λ1；兩束激光的交點(diǎn)為p′；隨著α1的不斷變化，p′點(diǎn)的軌跡也不斷變化，將這些軌跡點(diǎn)連接起來(lái)，得到曲面建筑在z＝z0平面內(nèi)的軸線；同理，利用激光發(fā)射裝置ai與bi得到曲面建筑在z＝zi平面內(nèi)的軸線，其中，i＝2,3,...,n；

步驟5：當(dāng)zi均勻遍布建筑物的高度h時(shí)，由激光發(fā)射裝置ai與激光發(fā)射裝置bi確定的交點(diǎn)就能掃略曲面建筑軸線所在的曲面；進(jìn)而就可以進(jìn)行精確的施工。

盡管本說(shuō)明書較多地使用了曲面建筑1、軸線所在曲面2、激光3、橫向激光發(fā)射裝置陣列4、縱向激光發(fā)射裝置陣列5、激光發(fā)射器6、信號(hào)控制模塊7、數(shù)據(jù)處理模塊8、信號(hào)發(fā)射器9、信號(hào)接收器10、縱向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊11、伸縮裝置12、滾軸13、外層環(huán)14、滾珠15、內(nèi)層環(huán)16、橫向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊17、遠(yuǎn)程控制裝置18、活動(dòng)機(jī)械臂19等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其他術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更方便的描述本發(fā)明的本質(zhì)，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。