本發(fā)明屬于光學定位技術領域，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：

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、大型會展中心和劇院均有采用橢圓曲面的外形設計。曲面建筑物中混凝土構件的截面尺寸、位移偏差、垂直度的控制均比普通混凝土結構工程困難許多，因此施工工藝復雜，施工質量較難控制。

技術實現要素：

本發(fā)明的裝置所采用的技術方案是：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，方向相互垂直地設置在橢圓曲面建筑的兩側，其上分別固定設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，從而確保橢圓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：設計橢圓曲面建筑物模板；

設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，每層的高度為即一塊曲面小面板的高度；此時，橢圓曲面建筑被分成m×n份，即它可由m×n塊曲面小面板拼接構成；接著將每一份曲面小面板的4個頂點設為關鍵點；最后，根據每一份曲面小面板的曲率變化和每層的高度計算加工足夠多塊曲面小面板；

步驟2：定位橢圓曲面建筑的軸線；

設紅外線發(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的平面進行研究，在這個平面內，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，焦距為l，半長軸為a；

解方程組(1)和(2)：

l1+l2＝2a(1)；

可得：

當時，將p(x0,y0,z0)點在xoy平面內投影得到p′(x0,y0,0)，假定a2p′的長度為x1，b2p′的長度為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紅外線發(fā)射裝置之間的距離；l1表示a1p的長度。

由正弦定理可得：

即：

同理，可得：

此時，

遠程控制裝置通過紅外線發(fā)射裝置ai中的信號接收器與ai中的縱向轉動控制模塊和橫向轉動控制模塊進行通信，控制縱向轉動控制模塊和橫向轉動控制模塊的轉動角度，進而對αi、βi、γi和λi進行實時調整；逐一對軸線上的關鍵點進行定位；隨著x0,y0和z0的不斷變化，αi、βi、γi和λi跟著變化，此時，p點的軌跡也在不斷變化，將這些軌跡點連接起來，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設置相同模板；

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，進行混凝土澆注，施工完畢后，將軸線所在曲面兩側的模板的高度從提高到再進行下一層的施工，直至到達建筑物的高度h。

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鍵點進行定位，從而實現建筑物的三維重建。

附圖說明

圖1和圖2均為本發(fā)明實施例的方法原理圖；

圖3和圖4為本發(fā)明實施例的紅外線發(fā)射裝置圖；

圖5為本發(fā)明實施例的滾軸的結構詳圖；

圖6為本發(fā)明實施例的遠程控制裝置圖；

圖7為本發(fā)明實施例的曲面建筑圖；

圖8和圖9為本發(fā)明實施例的紅外線發(fā)射裝置陣列；

圖10為本發(fā)明實施例的β1隨α1變化的曲線圖；

圖11為本發(fā)明實施例的β2隨α2變化的曲線圖；

圖12為本發(fā)明實施例的γ2隨α2變化的曲線圖；

圖13為本發(fā)明實施例的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為信號控制模塊、8為數據處理模塊、9為信號發(fā)射器、10為信號接收器、11為縱向轉動控制模塊、12為伸縮裝置、13為滾軸、14為外層環(huán)、15為滾珠、16為內層環(huán)、17為橫向轉動控制模塊、18為遠程控制裝置、19為活動機械臂。

具體實施方式

為了便于本領域普通技術人員理解和實施本發(fā)明，下面結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、數據處理模塊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和內層環(huán)16構成；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需要調整；兩個活動機械臂19設置在橢圓曲面建筑1的兩側，并且方向相互垂直；伸縮裝置12用于根據需要調節(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：設計橢圓曲面建筑物模板；

設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，每層的高度為即一塊曲面小面板的高度；此時，橢圓曲面建筑被分成m×n份，即它可由m×n塊曲面小面板拼接構成，如圖7所示；接著將每一份曲面小面板的4個頂點設為關鍵點；最后，根據每一份曲面小面板的曲率變化和每層的高度計算加工足夠多塊曲面小面板；

步驟2：定位橢圓曲面建筑的軸線；

設紅外線發(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的平面進行研究，在這個平面內，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，焦距為l，半長軸為a；

解方程組(1)和(2)：

l1+l2＝2a(1)；

可得：

當時，將p(x0,y0,z0)點在xoy平面內投影得到p′(x0,y0,0)，假定a2p′的長度為x1，b2p′的長度為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中相鄰兩個紅外線發(fā)射裝置之間的距離；l1表示a1p的長度。

由正弦定理可得：

即：

同理，可得：

此時，

遠程控制裝置(18)通過紅外線發(fā)射裝置ai中的信號接收器(10)與ai中的縱向轉動控制模塊(11)和橫向轉動控制模塊(17)進行通信，控制縱向轉動控制模塊(11)和橫向轉動控制模塊(17)的轉動角度，進而對αi、βi、γi和λi進行實時調整；逐一對軸線上的關鍵點進行定位；隨著x0,y0和z0的不斷變化，αi、βi、γi和λi跟著變化，此時，p點的軌跡也在不斷變化，將這些軌跡點連接起來，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，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設置相同模板；

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，進行混凝土澆注，施工完畢后，將軸線所在曲面兩側的模板的高度從提高到再進行下一層的施工，直至到達建筑物的高度h。

盡管本說明書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、信號控制模塊7、數據處理模塊8、信號發(fā)射器9、信號接收器10、縱向轉動控制模塊11、伸縮裝置12、滾軸13、外層環(huán)14、滾珠15、內層環(huán)16、橫向轉動控制模塊17、遠程控制裝置18、活動機械臂19等術語，但并不排除使用其他術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便的描述本發(fā)明的本質，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有技術。

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，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權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，本發(fā)明的請求保護范圍應以所附權利要求為準。