[發明專利]一種橢圓曲面建筑物的激光三維定位裝置及方法

在審

• 申請號: 201710563022.2
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107390228A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 王若林;朱道佩;桑農
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S17/48
• 分類號: G01S17/48
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 魏波

1.一種橢圓曲面建筑物的激光三維定位方法，采用橢圓曲面建筑物的激光三維定位裝置；所述裝置包括激光發射裝置、遠程控制裝置(18)、活動機械臂(19)；

若干所述激光發射裝置組成橫向激光發射裝置陣列(4)，若干激光發射裝置組成縱向激光發射裝置陣列(5)；所述活動機械臂(19)為兩個，方向相互垂直地設置在橢圓曲面建筑(1)的兩側，其上分別固定設置有所述橫向激光發射裝置陣列(4)和縱向激光發射裝置陣列(5)；

所述遠程控制裝置(18)用于控制激光發射裝置發射激光(3)的角度，從而確保橢圓曲面建筑(1)的軸線所在曲面(2)上每一點都能由兩束激光的交點確定；

其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：針對橢圓曲面建筑(1)，其外部輪廓為橢圓：

將橢圓曲面放入三維坐標系中，其坐標原點為橢圓曲面所構成的橢圓曲線的中心點；橫向激光發射裝置陣列(4)和縱向激光發射裝置陣列(5)分別設置在y軸和x軸兩側，橫向激光發射裝置陣列(4)中的激光發射裝置B₁和縱向激光發射裝置陣列(5)中的激光發射裝置A₁之間的距離為l；A₁發射出的激光與y軸的夾角為α₁，B₁發射出的激光與x軸的夾角為β₁；

取z₀＝0的平面進行研究，在這個平面內，兩束激光的交點為P(x₀,y₀,0)，A₁P的長度為l₁，B₁P的長度為l₂，焦距為l，長軸為a；解方程組(1)和(2)：

l₁+l₂＝2a (1)；

得：

步驟2：當P點在坐標系的第一象限內移動時，根據步驟1中確定的α₁與β₁的關系，繪制出β₁隨α₁變化的曲線；

步驟3：遠程控制裝置(18)通過激光發射裝置A₁中的信號接收器(10)與A₁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，進而控制激光發射裝置A₁發出激光光束的偏角α₁從0度變到α₀，α₀＜180°；由步驟2中的β₁與α₁的定量關系，能得到β₁的大小，這個過程由數據處理模塊(8)實現；然后，由激光發射裝置A₁中的信號發射器(9)將計算出的β₁的大小發送到遠程控制裝置(18)，遠程控制裝置(18)通過B₁中的信號接收器(10)與B₁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，進而控制激光發射裝置B₁發出激光光束夾角β₁的大小；

步驟4：激光發射裝置A₁和激光發射裝置B₁發射光束的偏角分別為α₁和β₁時，它們的交點為P；隨著α₁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，得到橢圓曲面建筑(1)的軸線；

步驟5：設激光發射裝置A₂發射的光束與y軸的夾角為α₂，與z軸的夾角為γ₂；激光發射裝置B₂發射的光束與x軸的夾角為β₂，與z軸的夾角為λ₂；當z₀≠0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表示橫向激光發射裝置陣列(4)和縱向激光發射裝置陣列(5)中相鄰兩個激光發射裝置之間的距離；l₁表示A₁P的長度；

由正弦定理可得：

即：

同理，可得：

此時，

步驟6：當P點的投影點P′在坐標系的第一象限內移動時，根據步驟5求出α₂、β₂、γ₂和λ₂的值；

把不同的坐標點(α₂,β₂)繪制在分別以α₂和β₂為x軸和y軸的坐標系中，獲得β₂隨α₂變化的曲線；同理獲得γ₂隨α₂變化的曲線，λ₂隨α₂變化的曲線；

步驟7：遠程控制裝置(18)通過激光發射裝置A₂中的信號接收器(10)與A₂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，進而控制激光發射裝置A₂發出激光光束的偏角α₂從0度變到α₀，α₀＜180°；由步驟6中的β₂與α₂、γ₂與α₂、λ₂與α₂的定量關系，得到β₂、γ₂和λ₂的大小，這個過程由數據處理模塊(8)實現；然后，由激光發射裝置A₂中的信號發射器(9)將計算出的β₂、γ₂和λ₂的大小發送到遠程控制裝置(18)，遠程控制裝置(18)通過A₂和B₂中的信號接收器(10)與A₂和B₂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，進而控制激光發射裝置A₂發出激光光束夾角γ₂的大小和激光發射裝置B₂發出激光光束夾角β₂和λ₂的大小；

步驟8：激光發射裝置A₂發射的光束與激光發射裝置B₂發射的光束交點為P，隨著α₂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，得到橢圓曲面建筑在z＝z₀平面內的軸線；

步驟9：由橫向激光發射裝置陣列(4)和縱向激光發射裝置陣列(5)確定橢圓曲面建筑軸線所在的曲面。