[发明专利]一种曲面建筑物的激光三维定位装置及方法

摘要

本发明公开了一种曲面建筑物的激光三维定位装置及方法，包括曲面建筑、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。

主权项

1.一种曲面建筑物的激光三维定位方法，采用曲面建筑物的激光三维定位装置；所述装置包括激光发射装置、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；其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：针对曲面建筑(1)，其外部轮廓为曲线：f(x,y)＝0；将曲面放入三维坐标系中，其坐标原点为距曲面的顶点0～1m的点；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，A1B1的长度为l；解方程组(1)和(2)可得：l1sinα1＝l2sinβ1＝y0                         (1)；l1cosα1+l2cosβ1＝l                         (2)；可得：当z0≠0时，将P′(x0,y0,z0)点在xoy平面内投影得到P(x0,y0,0)，激光发射装置A1和激光发射装置B1发射出的光束与z轴的夹角γ1和λ1分别为：步骤2：当P′点在坐标系的第一象限内移动时，根据步骤1求出α1、β1、γ1和λ1的值；把不同的坐标点(α1,β1)、(α1,γ1)和(α1,λ1)绘制在以α1为x轴，分别以β1、γ1和λ1为y轴的坐标系中，获得β1、γ1和λ1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、γ1和λ1与α1的定量关系，能得到β1、γ1和λ1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、γ1和λ1的大小发送到远程控制装置(18)，远程控制装置(18)通过A1和B1中的信号接收器(10)分别与A1和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A1发出激光光束夹角γ1和控制激光发射装置B1发出激光光束夹角β1和λ1的大小；步骤4：激光发射装置A1发射的光束与x轴的夹角为α1，与z轴的夹角为γ1；激光发射装置B1发射的光束与x轴的夹角为β1，与z轴的夹角为λ1；两束激光的交点为P′；随着α1的不断变化，P′点的轨迹也不断变化，将这些轨迹点连接起来，得到曲面建筑在z＝z0平面内的轴线；同理，利用激光发射装置Ai与Bi得到曲面建筑在z＝zi平面内的轴线，其中，i＝2,3,...,n；步骤5：当zi均匀遍布建筑物的高度h时，由激光发射装置Ai与激光发射装置Bi确定的交点就能扫略曲面建筑轴线所在的曲面。