本發(fā)明屬于光學定位技術領域，具體涉及一種馬鞍面建筑物的激光三維定位裝置及定位施工方法。

背景技術：

馬鞍面建筑以其獨有的空間活躍，曲面優(yōu)美，布置靈活，受力合理等特點備受青睞。馬鞍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：

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種馬鞍面建筑物的激光三維定位裝置及定位施工方法。

本發(fā)明的裝置所采用的技術方案是：一種馬鞍面建筑物的激光三維定位裝置，其特征在于：包括激光發(fā)射裝置、遠程控制裝置、活動機械臂；

所述若干激光發(fā)射裝置組成橫向激光發(fā)射裝置陣列，若干激光發(fā)射裝置組成縱向激光發(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馬鞍面建筑的兩側，其上分別固定設置有所述橫向激光發(fā)射裝置陣列和縱向激光發(fā)射裝置陣列；

所述遠程控制裝置用于控制激光發(fā)射裝置發(fā)射激光的角度，從而確保馬鞍面建筑的軸線所在馬鞍面上每一點都能由兩束激光的交點確定。

本發(fā)明的方法所采用的技術方案是：一種馬鞍面建筑物的激光三維定位施工方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：設計馬鞍面建筑物模板；

設馬鞍面建筑物的厚度為t，高度為h，外部輪廓為雙曲拋物面，雙曲拋物面方程為：

首先，將馬鞍面建筑物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小面板的高度；此時，馬鞍面建筑物模板被分成m×n份，即馬鞍面建筑物能由m×n塊小面板拼接構成；接著將每一份曲面小面板的4個頂點設為關鍵點；最后，根據每一份小面板的曲率變化和每層的高度計算加工足夠多塊小面板；

步驟2：定位馬鞍面建筑物軸線；

將雙曲拋物面放入三維坐標系中，其坐標原點為馬鞍面的頂點；橫向激光發(fā)射裝置陣列和縱向激光發(fā)射裝置陣列分別設置在x軸和z軸，橫向激光發(fā)射裝置陣列中的激光發(fā)射裝置a1和縱向激光發(fā)射裝置陣列中的激光發(fā)射裝置b1與原點之間的距離均為l；激光發(fā)射裝置a1發(fā)射出的光束分別與x軸、y軸和z軸方向的夾角為α1、α2和α3；激光發(fā)射裝置b1發(fā)射出的光束分別與x軸、y軸和z軸方向的夾角為β1、β2和β3；兩束激光的交點為p(x0,y0,z0)，x0為關鍵點在x軸的坐標，0≤m≤n；假設x軸、y軸和z軸方向的單位向量分別為和則：

遠程控制裝置分別通過信號接收器與縱向轉動控制模塊和橫向轉動控制模塊進行通信，分別調整縱向轉動控制模塊和橫向轉動控制模塊的轉動角度，進而對激光發(fā)射裝置a1和激光發(fā)射裝置b1發(fā)射出的光束與x軸、y軸和z軸方向的夾角進行實時調整，逐一對軸線上的關鍵點進行定位；隨著x0和z0的不斷變化，p點的軌跡也在不斷變化，將這些軌跡點連接起來，就可得到馬鞍面建筑物的軸線；

步驟3：安裝馬鞍面建筑物模板；

首先，在最下面一層將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：馬鞍面建筑物的施工；

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，拆掉該層的模板，然后在高度為處，在軸線所在曲面兩側設置第二層模板；依次進行下一層的施工，直至到達建筑物的高度h。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1：可以對馬鞍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為本發(fā)明實施例的馬鞍面建筑物；

圖2為本發(fā)明實施例的定位原理圖；

圖3和圖4為本發(fā)明實施例的激光發(fā)射裝置；

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和圖8為本發(fā)明實施例的激光發(fā)射裝置陣列；

圖中，1為馬鞍面建筑、2為軸線所在馬鞍面、3為激光、4為橫向激光發(fā)射裝置陣列、5為縱向激光發(fā)射裝置陣列、6為激光發(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1-圖8，本發(fā)明提供的一種馬鞍面建筑物的激光三維定位裝置，包括馬鞍面建筑1、軸線所在馬鞍面2、激光3、橫向激光發(fā)射裝置陣列4、縱向激光發(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；

激光發(fā)射裝置陣列4由很多激光發(fā)射裝置構成，激光發(fā)射裝置包括激光發(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；橫向和縱向激光發(fā)射裝置陣列4和5固定在活動機械臂19上面，每兩個激光發(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設置在馬鞍面建筑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)激光發(fā)射器6到適當高度；兩個激光發(fā)射裝置a1和b1與原點之間的距離均為l；激光發(fā)射裝置a1發(fā)射出的光束分別與x軸、y軸和z軸方向的夾角為α1、α2和α3；激光發(fā)射裝置b1發(fā)射出的光束分別與x軸、y軸和z軸方向的夾角為β1、β2和β3；遠程控制裝置18可以對夾角αi和βi(i＝1,2,3)進行實時調整。軸線所在馬鞍面2上的每一點都可以由兩束激光的交點確定。

請見圖1和圖2，本發(fā)明提供的一種馬鞍面建筑物的激光三維定位施工方法，包括以下步驟：

步驟1：設計馬鞍面建筑物模板；

設馬鞍面建筑物的厚度為t，高度為h，外部輪廓為雙曲拋物面，雙曲拋物面方程為：

首先，將馬鞍面建筑物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小面板的高度；此時，馬鞍面建筑物模板被分成m×n份，即馬鞍面建筑物能由m×n塊小面板拼接構成；接著將每一份曲面小面板的4個頂點設為關鍵點；最后，根據每一份小面板的曲率變化和每層的高度計算加工足夠多塊小面板；

步驟2：定位馬鞍面建筑物軸線；

將雙曲拋物面放入三維坐標系中，其坐標原點為馬鞍面的頂點；橫向激光發(fā)射裝置陣列4和縱向激光發(fā)射裝置陣列5分別設置在x軸和z軸，橫向激光發(fā)射裝置陣列4中的激光發(fā)射裝置a1和縱向激光發(fā)射裝置陣列5中的激光發(fā)射裝置b1與原點之間的距離均為l；激光發(fā)射裝置a1發(fā)射出的光束分別與x軸、y軸和z軸方向的夾角為α1、α2和α3；激光發(fā)射裝置b1發(fā)射出的光束分別與x軸、y軸和z軸方向的夾角為β1、β2和β3；兩束激光的交點為p(x0,y0,z0)，x0為關鍵點在x軸的坐標，0≤m≤n；假設x軸、y軸和z軸方向的單位向量分別為和則：

遠程控制裝置18分別通過信號接收器10與縱向轉動控制模塊11和橫向轉動控制模塊17進行通信，分別調整縱向轉動控制模塊11和橫向轉動控制模塊17的轉動角度，進而對激光發(fā)射裝置a1和激光發(fā)射裝置b1發(fā)射出的光束與x軸、y軸和z軸方向的夾角進行實時調整，逐一對軸線上的關鍵點進行定位；隨著x0和z0的不斷變化，p點的軌跡也在不斷變化，將這些軌跡點連接起來，就可得到馬鞍面建筑物的軸線；

步驟3：安裝馬鞍面建筑物模板；

首先，在最下面一層將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：馬鞍面建筑物的施工；

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，拆掉該層的模板，然后在高度為處，在軸線所在曲面兩側設置第二層模板；依次進行下一層的施工，直至到達建筑物的高度h。

盡管本說明書較多地使用了馬鞍面建筑1、軸線所在馬鞍面2、激光3、激光發(fā)射裝置4、滾軸5、激光發(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、外層環(huán)13、滾珠14、內層環(huán)15、遠程控制裝置16、橫向轉動控制模塊17、活動機械臂18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。