本發(fā)明屬于光學(xué)定位技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種橢圓曲面建筑物的紅外線三維定位施工方法。
背景技術(shù):
由于橢圓曲面建筑物的外部輪廓美觀,并且受力性能良好,目前,化工廠、大型會(huì)展中心和劇院均有采用橢圓曲面的外形設(shè)計(jì)。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:
本發(fā)明的裝置所采用的技術(shù)方案是:一種橢圓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)置在橢圓曲面建筑的兩側(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,從而確保橢圓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:一種橢圓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)橢圓曲面建筑物模板;
設(shè)橢圓曲面建筑的厚度為t,外部輪廓為橢圓:
首先,將橢圓曲面建筑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
步驟2:定位橢圓曲面建筑的軸線;
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,半長(zhǎng)軸為a;
解方程組(1)和(2):
l1+l2=2a(1);
可得:
當(dāng)
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,可得:
此時(shí),
遠(yuǎn)程控制裝置通過(guò)紅外線發(fā)射裝置ai中的信號(hào)接收器與ai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,控制縱向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊和橫向轉(zhuǎn)動(dòng)控制模塊的轉(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),得到橢圓曲面建筑的軸線;
步驟3:安裝橢圓曲面建筑物模板;
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
步驟4:橢圓曲面建筑物的施工;
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
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)射裝置圖;
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為橢圓曲面建筑、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(jiàn)圖3-圖9,本發(fā)明提供的一種橢圓曲面建筑物的紅外線三維定位裝置,包括橢圓曲面建筑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)置在橢圓曲面建筑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(jiàn)圖1和圖2,本發(fā)明提供的一種橢圓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)橢圓曲面建筑物模板;
設(shè)橢圓曲面建筑的厚度為t,外部輪廓為橢圓:
首先,將橢圓曲面建筑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
步驟2:定位橢圓曲面建筑的軸線;
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,半長(zhǎng)軸為a;
解方程組(1)和(2):
l1+l2=2a(1);
可得:
當(dāng)
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,可得:
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),得到橢圓曲面建筑的軸線;圖10-13為a=5,b=3,z0=2和d=3時(shí),βi、γi和λi隨αi的變化曲線。
步驟3:安裝橢圓曲面建筑物模板;
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
步驟4:橢圓曲面建筑物的施工;
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
盡管本說(shuō)明書(shū)較多地使用了橢圓曲面建筑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(shū)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)。