一種雙曲面建筑物的紅外線三維定位裝置及定位施工方法與流程

本發(fā)明屬于光學(xué)定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙曲面建筑物的紅外線三維定位裝置及定位施工方法。

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)明提供了一種雙曲面建筑物的紅外線三維定位裝置及定位施工方法。

本發(fā)明的裝置所采用的技術(shù)方案是：一種雙曲面建筑物的紅外線三維定位裝置，其特征在于：包括紅外線發(fā)射裝置、遠(yuǎn)程控制裝置、活動(dòng)機(jī)械臂；

所述若干紅外線發(fā)射裝置組成橫向紅外線發(fā)射裝置陣列，若干紅外線發(fā)射裝置組成縱向紅外線發(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)置在雙曲面建筑的兩側(cè)，其上分別固定設(shè)置有所述橫向紅外線發(fā)射裝置陣列和縱向紅外線發(fā)射裝置陣列；

所述遠(yuǎn)程控制裝置用于控制紅外線發(fā)射裝置發(fā)射紅外線的角度，從而確保雙曲面建筑的軸線所在曲面上每一點(diǎn)都能由兩束紅外線的交點(diǎn)確定。

本發(fā)明的方法所采用的技術(shù)方案是：一種雙曲面建筑物的紅外線三維定位施工方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：設(shè)計(jì)雙曲面建筑物模板；

設(shè)雙曲面建筑物的厚度為t，外部輪廓為雙曲線，雙曲線方程為：首先，將雙曲面建筑物的軸線所在曲面在水平方向分成m份，然后，在高度方向分成n層，每層的高度為即一塊小面板的高度；此時(shí)，雙曲面建筑物被分成m×n份，即它可由m×n塊曲面小面板拼接構(gòu)成；接著將每一份曲面小面板的4個(gè)頂點(diǎn)設(shè)為關(guān)鍵點(diǎn)；最后，根據(jù)每一份曲面小面板的曲率變化和每層的高度計(jì)算加工足夠多塊小面板；

步驟2：定位雙曲面建筑物的軸線；

設(shè)紅外線發(fā)射裝置ai和紅外線發(fā)射裝置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；其中，i＝1,2,...,n；

首先取z0＝0的平面進(jìn)行研究，在這個(gè)平面內(nèi)，兩束紅外線的交點(diǎn)為p(x0,y0,0)，a1p的長(zhǎng)度為l1，b1p的長(zhǎng)度為l2，焦距為l，實(shí)半軸為a；

解方程組(1)和(2)：

l1-l2＝2a(1)

得：

當(dāng)時(shí)，將p(x0,y0,z0)點(diǎn)在xoy平面內(nèi)投影得到p′(x0,y0,0)，假定a2p′的長(zhǎng)度為x1，b2p′的長(zhǎng)度為x2；

由余弦定理可得：

其中，d表示橫向紅外線發(fā)射裝置陣列和縱向紅外線發(fā)射裝置陣列中相鄰兩個(gè)紅外線發(fā)射裝置之間的距離；l1表示a1p的長(zhǎng)度；

由正弦定理可得：

即：

同理：

此時(shí)，

遠(yuǎn)程控制裝置(18)通過(guò)紅外線發(fā)射裝置ai中的信號(hào)接收器(10)與ai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，控制縱向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊(11)和橫向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊(17)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，進(jìn)而對(duì)αi、βi、γi和λi進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；逐一對(duì)軸線上的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行定位；隨著x0,y0和z0的不斷變化，αi、βi、γi和λi跟著變化，此時(shí)，p點(diǎn)的軌跡也在不斷變化，將這些軌跡點(diǎn)連接起來(lái)，得到曲面建筑的軸線；

步驟3：安裝雙曲面建筑物模板；

首先，在最下面一層將曲面小面板沿著軸線方向進(jìn)行水平拼接，然后固定，組成模板，此模板距離軸線所在曲面的距離為然后在距離軸線所在曲面為的另外一側(cè)設(shè)置相同模板；

步驟4：雙曲面建筑物的施工；

在最下面一層模板安裝完畢后，進(jìn)行混凝土澆注，施工完畢后，將軸線所在曲面兩側(cè)的模板的高度從提高到再進(jìn)行下一層的施工，直至到達(dá)建筑物的高度h。

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和圖2均為本發(fā)明實(shí)施例的方法原理圖；

圖3和圖4為本發(fā)明實(shí)施例的紅外線發(fā)射裝置、滾軸和伸縮裝置；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的滾軸的結(jié)構(gòu)詳圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的遠(yuǎn)程控制裝置圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的曲面建筑圖；

圖8和圖9為本發(fā)明實(shí)施例的紅外線發(fā)射裝置陣列；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例的β1隨α1變化的曲線圖；

圖11為本發(fā)明實(shí)施例的β2隨α2變化的曲線圖；

圖12為本發(fā)明實(shí)施例的γ2隨α2變化的曲線圖；

圖13為本發(fā)明實(shí)施例的λ2隨α2變化的曲線圖。

圖中，1為雙曲面建筑、2為軸線所在曲面、3為紅外線、4為橫向紅外線發(fā)射裝置陣列、5為縱向紅外線發(fā)射裝置陣列、6為紅外線發(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)見圖3-圖9，本發(fā)明提供的一種雙曲面建筑物的紅外線三維定位裝置，包括雙曲面建筑1、軸線所在曲面2、紅外線3、橫向紅外線發(fā)射裝置陣列4、縱向紅外線發(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；

紅外線發(fā)射裝置陣列4由很多紅外線發(fā)射裝置構(gòu)成，紅外線發(fā)射裝置包括紅外線發(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；橫向和縱向紅外線發(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)紅外線發(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)置在雙曲面建筑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)紅外線發(fā)射器6到適當(dāng)高度；兩個(gè)紅外線發(fā)射裝置a1和b1之間的距離為l；紅外線發(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)都可以由兩束紅外線的交點(diǎn)確定。

請(qǐng)見圖1和圖2，本發(fā)明提供的一種雙曲面建筑物的紅外線三維定位施工方法，包括以下步驟：

步驟1：設(shè)計(jì)雙曲面建筑物模板；

設(shè)雙曲面建筑物的厚度為t，外部輪廓為雙曲線，雙曲線方程為：首先，將雙曲面建筑物的軸線所在曲面在水平方向分成m份，然后，在高度方向分成n層，每層的高度為即一塊小面板的高度；此時(shí)，雙曲面建筑物被分成m×n份，即它可由m×n塊曲面小面板拼接構(gòu)成，如圖7所示；接著將每一份曲面小面板的4個(gè)頂點(diǎn)設(shè)為關(guān)鍵點(diǎn)；最后，根據(jù)每一份曲面小面板的曲率變化和每層的高度計(jì)算加工足夠多塊小面板；

步驟2：定位雙曲面建筑物的軸線；

設(shè)紅外線發(fā)射裝置ai和紅外線發(fā)射裝置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；其中，i＝1,2,...,n；

首先取z0＝0的平面進(jìn)行研究，在這個(gè)平面內(nèi)，兩束紅外線的交點(diǎn)為p(x0,y0,0)，a1p的長(zhǎng)度為l1，b1p的長(zhǎng)度為l2，焦距為l，實(shí)半軸為a；

解方程組(1)和(2)：

l1-l2＝2a(1)

得：

當(dāng)時(shí)，將p(x0,y0,z0)點(diǎn)在xoy平面內(nèi)投影得到p′(x0,y0,0)，假定a2p′的長(zhǎng)度為x1，b2p′的長(zhǎng)度為x2；

由余弦定理可得：

其中，d表示橫向紅外線發(fā)射裝置陣列4和縱向紅外線發(fā)射裝置陣列5中相鄰兩個(gè)紅外線發(fā)射裝置之間的距離；l1表示a1p的長(zhǎng)度；

由正弦定理可得：

即：

同理：

此時(shí)，

遠(yuǎn)程控制裝置(18)通過(guò)紅外線發(fā)射裝置ai中的信號(hào)接收器(10)與ai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，控制縱向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊(11)和橫向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊(17)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，進(jìn)而對(duì)αi、βi、γi和λi進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；逐一對(duì)軸線上的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行定位；隨著x0,y0和z0的不斷變化，αi、βi、γi和λi跟著變化，此時(shí)，p點(diǎn)的軌跡也在不斷變化，將這些軌跡點(diǎn)連接起來(lái)，得到曲面建筑的軸線；圖10-13為a＝4，b＝3，z0＝2和d＝3時(shí)，βi、γi和λi隨αi的變化曲線；

步驟3：安裝雙曲面建筑物模板；

首先，在最下面一層將曲面小面板沿著軸線方向進(jìn)行水平拼接，然后固定，組成模板，此模板距離軸線所在曲面的距離為然后在距離軸線所在曲面為的另外一側(cè)設(shè)置相同模板；

步驟4：雙曲面建筑物的施工；

在最下面一層模板安裝完畢后，進(jìn)行混凝土澆注，施工完畢后，將軸線所在曲面兩側(cè)的模板的高度從提高到再進(jìn)行下一層的施工，直至到達(dá)建筑物的高度h。

盡管本說(shuō)明書較多地使用了雙曲面建筑1、軸線所在曲面2、紅外線3、橫向紅外線發(fā)射裝置陣列4、縱向紅外線發(fā)射裝置陣列5、紅外線發(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)。