CN107422330B - 一种马鞍面建筑物的红外线三维定位装置及定位施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种马鞍面建筑物的红外线三维定位装置及定位施工方法，定位装置由红外线发射装置、滚轴、纵向转动控制模块、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；本发明首先将马鞍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；然后根据每一份马鞍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；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，再进行下一层的施工，直至到达建筑物的高度h。本发明方法简单，施工效率高；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。

Description

一种马鞍面建筑物的红外线三维定位装置及定位施工方法

技术领域

本发明属于光学定位技术领域，具体涉及一种马鞍面建筑物的红外线三维定位装置及定位施工方法。

背景技术

马鞍面建筑以其独有的空间活跃，曲面优美，布置灵活，受力合理等特点备受青睐。马鞍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

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种马鞍面建筑物的红外线三维定位装置及定位施工方法。

本发明的装置所采用的技术方案是：一种马鞍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；

若干所述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马鞍面建筑的两侧，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，从而确保马鞍面建筑的轴线所在马鞍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：一种马鞍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：设计马鞍面建筑物模板；

设马鞍面建筑物的厚度为t，高度为h，外部轮廓为双曲抛物面，双曲抛物面方程为：

首先，将马鞍面建筑物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小面板的高度；此时，马鞍面建筑物模板被分成m×n份，即马鞍面建筑物能由m×n块小面板拼接构成；接着将每一份曲面小面板的4个顶点设为关键点；最后，根据每一份小面板的曲率变化和每层的高度计算加工足够多块小面板；

步骤2：定位马鞍面建筑物轴线；

将双曲抛物面放入三维坐标系中，其坐标原点为马鞍面的顶点；横向红外线发射装置阵列和纵向红外线发射装置阵列分别设置在x轴和z轴，横向红外线发射装置阵列中的红外线发射装置A₁和纵向红外线发射装置阵列中的红外线发射装置B₁与原点之间的距离均为l；红外线发射装置A₁发射出的光束分别与x轴、y轴和z轴方向的夹角为α₁、α₂和α₃；红外线发射装置B₁发射出的光束分别与x轴、y轴和z轴方向的夹角为β₁、β₂和β₃；两束红外线的交点为P(x₀,y₀,z₀)，x₀为关键点在x轴的坐标，0≤m≤n；假设x轴、y轴和z轴方向的单位向量分别为和则：

远程控制装置分别通过信号接收器与纵向转动控制模块和横向转动控制模块进行通信，分别调整纵向转动控制模块和横向转动控制模块的转动角度，进而对红外线发射装置A₁和红外线发射装置B₁发射出的光束与x轴、y轴和z轴方向的夹角进行实时调整，逐一对轴线上的关键点进行定位；随着x₀和z₀的不断变化，P点的轨迹也在不断变化，将这些轨迹点连接起来，就可得到马鞍面建筑物的轴线；

步骤3：安装马鞍面建筑物模板；

首先，在最下面一层将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：马鞍面建筑物的施工；

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，拆掉该层的模板，然后在高度为处，在轴线所在曲面两侧设置第二层模板；依次进行下一层的施工，直至到达建筑物的高度h。

本发明的优点是：

1：可以对马鞍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为本发明实施例的马鞍面建筑物；

图2为本发明实施例的定位原理图；

图3和图4为本发明实施例的红外线发射装置；

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和图8为本发明实施例的红外线发射装置阵列；

图中，1为马鞍面建筑、2为轴线所在马鞍面、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1-图8，本发明提供的一种马鞍面建筑物的红外线三维定位装置，包括马鞍面建筑1、轴线所在马鞍面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、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设置在马鞍面建筑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与原点之间的距离均为l；红外线发射装置A₁发射出的光束分别与x轴、y轴和z轴方向的夹角为α₁、α₂和α₃；红外线发射装置B₁发射出的光束分别与x轴、y轴和z轴方向的夹角为β₁、β₂和β₃；远程控制装置18可以对夹角α_i和β_i(i＝1,2,3)进行实时调整。轴线所在马鞍面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，本发明提供的一种马鞍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：设计马鞍面建筑物模板；

设马鞍面建筑物的厚度为t，高度为h，外部轮廓为双曲抛物面，双曲抛物面方程为：

首先，将马鞍面建筑物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小面板的高度；此时，马鞍面建筑物模板被分成m×n份，即马鞍面建筑物能由m×n块小面板拼接构成；接着将每一份曲面小面板的4个顶点设为关键点；最后，根据每一份小面板的曲率变化和每层的高度计算加工足够多块小面板；

步骤2：定位马鞍面建筑物轴线；

将双曲抛物面放入三维坐标系中，其坐标原点为马鞍面的顶点；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分别设置在x轴和z轴，横向红外线发射装置阵列4中的红外线发射装置A₁和纵向红外线发射装置阵列5中的红外线发射装置B₁与原点之间的距离均为l；红外线发射装置A₁发射出的光束分别与x轴、y轴和z轴方向的夹角为α₁、α₂和α₃；红外线发射装置B₁发射出的光束分别与x轴、y轴和z轴方向的夹角为β₁、β₂和β₃；两束红外线的交点为P(x₀,y₀,z₀)，x₀为关键点在x轴的坐标，0≤m≤n；假设x轴、y轴和z轴方向的单位向量分别为和则：

远程控制装置18分别通过信号接收器10与纵向转动控制模块11和横向转动控制模块17进行通信，分别调整纵向转动控制模块11和横向转动控制模块17的转动角度，进而对红外线发射装置A₁和红外线发射装置B₁发射出的光束与x轴、y轴和z轴方向的夹角进行实时调整，逐一对轴线上的关键点进行定位；随着x₀和z₀的不断变化，P点的轨迹也在不断变化，将这些轨迹点连接起来，就可得到马鞍面建筑物的轴线；

步骤3：安装马鞍面建筑物模板；

首先，在最下面一层将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：马鞍面建筑物的施工；

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，拆掉该层的模板，然后在高度为处，在轴线所在曲面两侧设置第二层模板；依次进行下一层的施工，直至到达建筑物的高度h。

尽管本说明书较多地使用了马鞍面建筑1、轴线所在马鞍面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 (3)

1.一种马鞍面建筑物的红外线三维定位施工方法，采用马鞍面建筑物的红外线三维定位装置；

其特征在于：所述装置包括红外线发射装置、远程控制装置(18)、活动机械臂(19)；

若干所述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马鞍面建筑(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，从而确保马鞍面建筑(1)的轴线所在马鞍面(2)上每一点都能由两束红外线的交点确定；

所述方法包括以下步骤：

步骤1：设计马鞍面建筑物模板；

设马鞍面建筑物的厚度为t，高度为h，外部轮廓为双曲抛物面，双曲抛物面方程为：

首先，将马鞍面建筑物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小面板的高度；此时，马鞍面建筑物模板被分成m×n份，即马鞍面建筑物能由m×n块小面板拼接构成；接着将每一份曲面小面板的4个顶点设为关键点；最后，根据每一份小面板的曲率变化和每层的高度计算加工足够多块小面板；

步骤2：定位马鞍面建筑物轴线；

将双曲抛物面放入三维坐标系中，其坐标原点为马鞍面的顶点；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)分别设置在x轴和z轴，横向红外线发射装置阵列(4)中的红外线发射装置A₁和纵向红外线发射装置阵列(5)中的红外线发射装置B₁与原点之间的距离均为l；红外线发射装置A₁发射出的光束分别与x轴、y轴和z轴方向的夹角为α₁、α₂和α₃；红外线发射装置B₁发射出的光束分别与x轴、y轴和z轴方向的夹角为β₁、β₂和β₃；两束红外线的交点为P(x₀,y₀,z₀)，x₀为关键点在x轴的坐标，0≤m≤n；假设x轴、y轴和z轴方向的单位向量分别为和则：

远程控制装置(18)分别通过信号接收器(10)与纵向转动控制模块(11)和横向转动控制模块(17)进行通信，分别调整纵向转动控制模块(11)和横向转动控制模块(17)的转动角度，进而对红外线发射装置A₁和红外线发射装置B₁发射出的光束与x轴、y轴和z轴方向的夹角进行实时调整，逐一对轴线上的关键点进行定位；随着x₀和z₀的不断变化，P点的轨迹也在不断变化，将这些轨迹点连接起来，就可得到马鞍面建筑物的轴线；

步骤3：安装马鞍面建筑物模板；

首先，在最下面一层将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：马鞍面建筑物的施工；

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，拆掉该层的模板，然后在高度为处，在轴线所在曲面两侧设置第二层模板；依次进行下一层的施工，直至到达建筑物的高度h。

2.根据权利要求1所述的方法，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)、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所述的方法，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。