一种椭圆曲面建筑物的激光三维定位装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种椭圆曲面建筑物的激光三维定位装置及方法，装置包括椭圆曲面建筑、轴线所在曲面、激光、横向和纵向激光发射装置阵列、远程控制装置；横向和纵向激光发射装置阵列均由n个激光发射装置构成；激光发射装置由激光发射器、信号控制模块、数据处理模块、信号发射器或信号接收器、纵向和横向转动控制模块构成；该装置能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；同时，也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。

Laser 3D positioning device and method for elliptic surface building

The invention discloses a three-dimensional elliptic surface building laser device and method, device including elliptic surface construction, the axis of the laser surface, and horizontal and vertical laser emission device array, a remote control device; the horizontal and vertical laser emission device array by N laser device; laser emitting device comprises a laser transmitter, signal control module, data processing module, signal transmitter or receiver and the vertical and horizontal rotation control module; the device can accurately locate on the surface of the building axis, so the real-time control of construction precision, simple method, high construction efficiency; at the same time, also can locate several key points on the 3D reconstruction of buildings, and to achieve the building.

【技术实现步骤摘要】
一种椭圆曲面建筑物的激光三维定位装置及方法
本专利技术属于光学定位
，具体涉及一种椭圆曲面建筑物的激光三维定位装置及方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种椭圆曲面建筑物的激光三维定位装置及方法。本专利技术的装置所采用的技术方案是：一种椭圆曲面建筑物的激光三维定位装置，其特征在于：包括激光发射装置、远程控制装置、活动机械臂；所述若干激光发射装置组成横向激光发射装置阵列，若干激光发射装置组成纵向激光发射装置阵列；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激光发射装置阵列和纵向激光发射装置阵列；所述远程控制装置用于控制激光发射装置发射激光的角度，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激光的交点确定。本专利技术的方法所采用的技术方案是：一种椭圆曲面建筑物的激光三维定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：针对椭圆曲面建筑(1)，其外部轮廓为椭圆：将椭圆曲面放入三维坐标系中，其坐标原点为椭圆曲面所构成的椭圆曲线的中心点；横向激光发射装置阵列(4)和纵向激光发射装置阵列(5)分别设置在y轴和x轴两侧，横向激光发射装置阵列(4)中的激光发射装置B1和纵向激光发射装置阵列(5)中的激光发射装置A1之间的距离为l；A1发射出的激光与y轴的夹角为α1，B1发射出的激光与x轴的夹角为β1；取z0＝0的平面进行研究，在这个平面内，两束激光的交点为P(x0,y0,0)，A1P的长度为l1，B1P的长度为l2，焦距为l，长轴为a；解方程组(1)和(2)：l1+l2＝2a(1)；得：步骤2：当P点在坐标系的第一象限内移动时，根据步骤1中确定的α1与β1的关系，绘制出β1随α1变化的曲线；步骤3：远程控制装置(18)通过激光发射装置A1中的信号接收器(10)与A1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，进而控制激光发射装置A1发出激光光束的偏角α1从0度变到α0，α0<180°；由步骤2中的β1与α1的定量关系，能得到β1的大小，这个过程由数据处理模块(8)实现；然后，由激光发射装置A1中的信号发射器(9)将计算出的β1的大小发送到远程控制装置(18)，远程控制装置(18)通过B1中的信号接收器(10)与B1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，进而控制激光发射装置B1发出激光光束夹角β1的大小；步骤4：激光发射装置A1和激光发射装置B1发射光束的偏角分别为α1和β1时，它们的交点为P；随着α1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，得到椭圆曲面建筑(1)的轴线；步骤5：设激光发射装置A2发射的光束与y轴的夹角为α2，与z轴的夹角为γ2；激光发射装置B2发射的光束与x轴的夹角为β2，与z轴的夹角为λ2；当z0≠0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表示横向激光发射装置阵列和纵向激光发射装置阵列中相邻两个激光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，步骤6：当P点的投影点P′在坐标系的第一象限内移动时，根据步骤5求出α2、β2、γ2和λ2的值；把不同的坐标点(α2,β2)绘制在分别以α2和β2为x轴和y轴的坐标系中，获得β2随α2变化的曲线；同理获得γ2随α2变化的曲线，λ2随α2变化的曲线；步骤7：远程控制装置(18)通过激光发射装置A2中的信号接收器(10)与A2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，进而控制激光发射装置A2发出激光光束的偏角α2从0度变到α0，α0<180°；由步骤6中的β2与α2、γ2与α2、λ2与α2的定量关系，得到β2、γ2和λ2的大小，这个过程由数据处理模块(8)实现；然后，由激光发射装置A2中的信号发射器(9)将计算出的β2、γ2和λ2的大小发送到远程控制装置(18)，远程控制装置(18)通过A2和B2中的信号接收器(10)与A2和B2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，进而控制激光发射装置A2发出激光光束夹角γ2的大小和激光发射装置B2发出激光光束夹角β2和λ2的大小；步骤8：激光发射装置A2发射的光束与激光发射装置B2发射的光束交点为P，随着α2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，得到椭圆曲面建筑在z＝z0平面内的轴线；步骤9：由横向激光发射装置阵列(4)和纵向激光发射装置阵列(5)确定椭圆曲面建筑轴线所在的曲面。本专利技术的优点是：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均为本专利技术实施例的方法原理图；图3和图4为本专利技术实施例的激光发射装置；图5为本专利技术实施例的滚轴的结构详图；图6为本专利技术实施例的远程控制装置图；图7和图8为本专利技术实施例的激光发射装置阵列；图9为本专利技术实施例的β1随α1变化的曲线图；图10为本专利技术实施例的β2随α2变化的曲线图；图11为本专利技术实施例的γ2随α2变化的曲线图；图12为本专利技术实施例的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为激光、4为横向激光发射装置阵列、5为纵向激光发射装置阵列、6为激光发射器、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专利技术，下面结合附图及实施例对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。请见图3-图8，本专利技术提供的一种椭圆曲面建筑物的激光三维定位装置，包括椭圆曲面建筑1、轴线所在曲面2、激光3、横向激光发射装置阵列4、纵向激光发射装置阵列5、伸缩装置12、滚轴13、远程控制装置18、活动机械臂19；激光发射装置阵列4由很多激光发射装置构成，激光发射装置包括激光发射器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；横向和纵向激光发射装置阵列4和5固定在活动机械臂19上面，每两个激光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用于根据需要调节激光发射器6到适当高度；两个激光发射装置A1和B1之间的距离为l；激光发射装置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；远程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种椭圆曲面建筑物的激光三维定位装置，其特征在于：包括激光发射装置、远程控制装置(18)、活动机械臂(19)；所述若干激光发射装置组成横向激光发射装置阵列(4)，若干激光发射装置组成纵向激光发射装置阵列(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激光发射装置阵列(4)和纵向激光发射装置阵列(5)；所述远程控制装置(18)用于控制激光发射装置发射激光(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激光的交点确定。

【技术特征摘要】
1.一种椭圆曲面建筑物的激光三维定位装置，其特征在于：包括激光发射装置、远程控制装置(18)、活动机械臂(19)；所述若干激光发射装置组成横向激光发射装置阵列(4)，若干激光发射装置组成纵向激光发射装置阵列(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激光发射装置阵列(4)和纵向激光发射装置阵列(5)；所述远程控制装置(18)用于控制激光发射装置发射激光(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激光的交点确定。2.根据权利要求1所述的椭圆曲面建筑物的激光三维定位装置，其特征在于：所述激光发射装置包括激光发射器(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)；所述激光发射装置还配置有伸缩装置(12)，用于根据需要调节激光发射器(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激光三维定位装置，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激光三维定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：针对椭圆曲面建筑(1)，其外部轮廓为椭圆：将椭圆曲面放入三维坐标系中，其坐标原点为椭圆曲面所构成的椭圆曲线的中心点；横向激光发射装置阵列(4)和纵向激光发射装置阵列(5)分别设置在y轴和x轴两侧，横向激光发射装置阵列(4)中的激光发射装置B1和纵向激光发射装置阵列(5)中的激光发射装置A1之间的距离为l；A1发射出的激光与y轴的夹角为α1，B1发射出的激光与x轴的夹角为β1；取z0＝0的平面进行研究，在这个平面内，两束激光的交点为P(x0,y0,0)，A1P的长度为l1，B1P的长度为l2，焦距为l，长轴为a；解方程组(1)和(2)：l1+l2＝2a(1)；得：步骤2：当P点在坐标系的第一象限内移动时，根据步骤1中确定的α1与β1的关系，绘制出β1随α1变化的曲线；步骤3：远程控制装置(18)通过激光发射装置A1中的信号接收器(10)与A1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，进而控制激光发射装置A1发出激光光束的偏角α1从0度变到α0，α0<180°；由步骤2中的β1与α1的定量关系，能得到β1的大小，这个过程由数据处理模块(8)实现；然后，由激光发射装置A1中的信号发射器(9)将计算出的β1的大小发送到远程控制装置(18)，远程控制装置(18)通过B1中的信号接收器(10)与B1中的纵向转动控制模块(11)和横向...

【专利技术属性】
技术研发人员：王若林，朱道佩，桑农，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42