本發(fā)明屬于光學定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種曲面建筑物的紅外線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，因此施工工藝復雜，施工質(zhì)量較難控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種曲面建筑物的紅外線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：一種曲面建筑物的紅外線三維定位裝置，包括紅外線發(fā)射裝置、遠程控制裝置、活動機械臂；

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；所述活動機械臂為兩個，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，從而確保曲面建筑的軸線所在曲面上每一點都能由兩束紅外線的交點確定。

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

步驟1：針對曲面建筑(1)，其外部輪廓為曲線：

f(x,y)＝0；

將曲面放入三維坐標系中，其坐標原點為距曲面的頂點0～1m的點；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)分別設(shè)置在y軸和x軸兩側(cè)，橫向紅外線發(fā)射裝置陣列(4)中的紅外線發(fā)射裝置b1和縱向紅外線發(fā)射裝置陣列(5)中的紅外線發(fā)射裝置a1之間的距離為l；a1發(fā)射出的紅外線與y軸的夾角為α1，b1發(fā)射出的紅外線與x軸的夾角為β1；

取z0＝0的平面進行研究，在這個平面內(nèi)，兩束紅外線的交點為p(x0,y0,0)，a1p的長度為l1，b1p的長度為l2，a1b1的長度為l；

解方程組(1)和(2)可得：

l1sinα1＝l2sinβ1＝y(tǒng)0(1)；

l1cosα1+l2cosβ1＝l(2)；

可得：

當z0≠0時，將p′(x0,y0,z0)點在xoy平面內(nèi)投影得到p(x0,y0,0)，紅外線發(fā)射裝置a1和紅外線發(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p′點在坐標系的第一象限內(nèi)移動時，根據(jù)步驟2求出α1、β1、γ1和λ1的值；把不同的坐標點(α1,β1)、(α1,γ1)和(α1,λ1)繪制在以α1為x軸，分別以β1、γ1和λ1為y軸的坐標系中，獲得β1、γ1和λ1隨α1變化的曲線；

步驟3：遠程控制裝置(18)通過紅外線發(fā)射裝置a1中的信號接收器(10)與a1中的縱向轉(zhuǎn)動控制模塊(11)和橫向轉(zhuǎn)動控制模塊(17)進行通信，進而控制紅外線發(fā)射裝置a1發(fā)出紅外線光束的偏角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，這個過程由數(shù)據(jù)處理模塊(8)實現(xiàn)；然后，由紅外線發(fā)射裝置a1中的信號發(fā)射器(9)將計算出的β1、γ1和λ1的大小發(fā)送到遠程控制裝置(18)，遠程控制裝置(18)通過a1和b1中的信號接收器(10)分別與a1和b1中的縱向轉(zhuǎn)動控制模塊(11)和橫向轉(zhuǎn)動控制模塊(17)進行通信，進而控制紅外線發(fā)射裝置a1發(fā)出紅外線光束夾角γ1和控制紅外線發(fā)射裝置b1發(fā)出紅外線光束夾角β1和λ1的大?。?/p>

步驟4：紅外線發(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；紅外線發(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；兩束紅外線的交點為p′；隨著α1的不斷變化，p′點的軌跡也不斷變化，將這些軌跡點連接起來，得到曲面建筑在z＝z0平面內(nèi)的軸線；同理，利用紅外線發(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zi均勻遍布建筑物的高度h時，由紅外線發(fā)射裝置ai與紅外線發(fā)射裝置bi確定的交點就能掃略曲面建筑軸線所在的曲面。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1：可以對曲面建筑的軸線進行精確定位，從而實時控制施工精度，方法簡單，施工效率高；

2：可以對建筑物的多個關(guān)鍵點進行定位，從而實現(xiàn)建筑物的三維重建。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的方法原理圖；

圖2和圖3為本發(fā)明實施例的紅外線發(fā)射裝置；

圖4為本發(fā)明實施例的滾軸的結(jié)構(gòu)詳圖；

圖5為本發(fā)明實施例的遠程控制裝置圖；

圖6和圖7為本發(fā)明實施例的紅外線發(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為信號控制模塊、8為數(shù)據(jù)處理模塊、9為信號發(fā)射器、10為信號接收器、11為縱向轉(zhuǎn)動控制模塊、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)動控制模塊、18為遠程控制裝置、19為活動機械臂。

具體實施方式

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請見圖2-圖7，本發(fā)明提供的一種曲面建筑物的紅外線三維定位裝置，包括曲面建筑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、遠程控制裝置18、活動機械臂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、信號控制模塊7、數(shù)據(jù)處理模塊8、信號接收器10和/或信號發(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固定在活動機械臂19上面，每兩個紅外線發(fā)射裝置之間的距離可以根據(jù)需要調(diào)整；兩個活動機械臂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)紅外線發(fā)射器6到適當高度；兩個紅外線發(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；遠程控制裝置18可以對夾角αi、βi、γi和λi進行實時調(diào)整；軸線所在曲面2上的每一點都可以由兩束紅外線的交點確定。

請見圖1，本發(fā)明提供的一種曲面建筑物的紅外線三維定位方法，包括以下步驟：

步驟1：針對曲面建筑(1)，其外部輪廓為曲線：

f(x,y)＝0；

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

取z0＝0的平面進行研究，在這個平面內(nèi)，兩束紅外線的交點為p(x0,y0,0)，a1p的長度為l1，b1p的長度為l2，a1b1的長度為l；

解方程組(1)和(2)可得：

l1sinα1＝l2sinβ1＝y(tǒng)0(1)；

l1cosα1+l2cosβ1＝l(2)；

可得：

當z0≠0時，將p′(x0,y0,z0)點在xoy平面內(nèi)投影得到p(x0,y0,0)，紅外線發(fā)射裝置a1和紅外線發(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p′點在坐標系的第一象限內(nèi)移動時，根據(jù)步驟2求出α1、β1、γ1和λ1的值；把不同的坐標點(α1,β1)、(α1,γ1)和(α1,λ1)繪制在以α1為x軸，分別以β1、γ1和λ1為y軸的坐標系中，獲得β1、γ1和λ1隨α1變化的曲線；

步驟3：遠程控制裝置通過紅外線發(fā)射裝置a1中的信號接收器與a1中的縱向轉(zhuǎn)動控制模塊和橫向轉(zhuǎn)動控制模塊進行通信，進而控制紅外線發(fā)射裝置a1發(fā)出紅外線光束的偏角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，這個過程由數(shù)據(jù)處理模塊實現(xiàn)；然后，由紅外線發(fā)射裝置a1中的信號發(fā)射器將計算出的β1、γ1和λ1的大小發(fā)送到遠程控制裝置，遠程控制裝置通過a1和b1中的信號接收器分別與a1和b1中的縱向轉(zhuǎn)動控制模塊和橫向轉(zhuǎn)動控制模塊進行通信，進而控制紅外線發(fā)射裝置a1發(fā)出紅外線光束夾角γ1和控制紅外線發(fā)射裝置b1發(fā)出紅外線光束夾角β1和λ1的大小；

步驟4：紅外線發(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；紅外線發(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；兩束紅外線的交點為p′；隨著α1的不斷變化，p′點的軌跡也不斷變化，將這些軌跡點連接起來，得到曲面建筑在z＝z0平面內(nèi)的軸線；同理，利用紅外線發(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zi均勻遍布建筑物的高度h時，由紅外線發(fā)射裝置ai與紅外線發(fā)射裝置bi確定的交點就能掃略曲面建筑軸線所在的曲面；進而就可以進行精確的施工。

盡管本說明書較多地使用了曲面建筑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、信號控制模塊7、數(shù)據(jù)處理模塊8、信號發(fā)射器9、信號接收器10、縱向轉(zhuǎn)動控制模塊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)動控制模塊17、遠程控制裝置18、活動機械臂19等術(shù)語，但并不排除使用其他術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語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。

應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，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)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。