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Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensorik für einen Kran, insbesondere einen schienengebundenen Stapelkran oder Brückenkran, der in einen Container-Stapelplatz betreibbar ist.

In zunehmendem Maße wird die Forderung gestellt, den Kranbetrieb weitgehend zu automatisieren. Hierzu ist es erforderlich, die Positionen des Krans und die Verteilung der Container möglichst genau zu erfassen. Es ist bekannt, für derartige Vermessungen Lasersysteme vorzusehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Genauigkeit der Abtastung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch mindestens einen Abtastlaser gelöst, bei dem der Abtastwinkel in der Abtastebene von der Distanz eines Kranteils zum abgetasteten Container abhängig gemacht ist.

Auf diese Weise ist z. B. eine schnelle und präzise Erkennung des Stapelprofils der Container möglich. Ferner können mit einem derartigen System alle Echtzeitveränderungen des Containerprofils nach jeder Bewegung eines Containers erfaßt werden. Weiterhin kann mit diesem Lasersystem die Anwesenheit von automatischen Fahrzeugen in den Fahrspuren neben dem Containerstapelplatz erkannt werden. Ferner können durch ein derartiges Vermessungssystem Abweichungen der gemessenen Stapelplatzhöhe zu intern gespeicherten Datenbankaufstellungen über die Belegung des Stapelplatzes gewonnen und Störmeldungen abgegeben werden.

Zur Messung der Distanz zwischen Kran und Container kann der Abtastlaser und/oder ein zusätzlicher Laser vorgesehen werden und die beiden Lasersignale miteinander verknüpft werden.

Als Abtastlaser kann ein Laser mit oszillierendem Spiegel und einstellbaren Abtastwinkeln vorgesehen sein, wobei gegebenenfalls der Abtastwinkel durch einen motorgesteuerten Drehtisch zusätzlich veränderbar sein kann.

Mit einem derartigen Lasersystem kann man den Freiraum für die optimale Fahrwegplanung genau bestimmen.

Im Rahmen einer derartigen Sensorik ist es gegebenenfalls von Vorteil, einen zusätzlichen Laser zum Messen der Distanz zwischen einer festen Bezugskante am Kran und einer verfahrbaren Laufkatze vorzusehen.

Weiterhin kann es günstig sein, zusätzliche Laser zum Messen der Distanz zwischen Laufkatze (Trolley) und Greifvorrichtung (Spreader) für die Container vorzusehen.

Ein weiterer Einsatz der Lasersensorik ist auch möglich zum Erfassen der Containertopografie.

Zur Kollisionserkennung und zum Steuern des Sanftabsatzes der Greifvorrichtung können weitere Sensoren verwendet werden, die insbesondere auf Ultraschallbasis arbeiten.

Zusätzlich können zur Feinpositionierung der Greifvorrichtung des Krans über dem Ziel zusätzlich mit einem Bildauswertesystem zusammenarbeitende Kameras vorgesehen sein. Diese zusätzlichen Kameras können auch dazu dienen, Grundmarkierungen auf dem Stapelplatz zu erkennen und die Beladung entsprechend zu steuern.

Anhand eines in der Zeichnung ausgeführten Beispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 das Beladungsprofil in einer Containerreihe, während eines Lernzyklus,

Fig. 2 die ständige Abtastung des Profils durch den Laserstrahl,

Fig. 3 die Anpassung des Abtastwinkels, entsprechend der Distanz zwischen Kran und Containerstapel,

Fig. 4 die zusätzliche Vermessung der Position der Laufkatze und der Greifvorrichtung,

Fig. 5 die Abtastwege bei dem Abtasten eines Stapelprofils,

Fig. 6 die Berücksichtigung der Höhe der Container,

Fig. 7 die Abtastung eines gesamten Stapelplatzes mit mehreren Reihen von Containern,

Fig. 8 Einzelheiten der Greifvorrichtung,

Fig. 9 die Anordnung von Reflektoren auf automatischen Beladungswagen (AVG),

Fig. 10 Maßnahmen zur Erfassung der Ausrichtung der Container relativ zum automatisch gesteuerten Ladefahrzeug,

Fig. 11 den Einsatz von berührungslosen Gebern auf Ultraschallbasis zum Kollisionsschutz,

Fig. 12 Verfahrwege in einer Containerreihe und

Fig. 13 Gesamtsystem-Zusammenwirkung zwischen Abtastlaser und Kameras.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird über eine Reihe von nebeneinandergestapelten Containern 1 ein auf einer Katze (2) eines Krans angeordneter Laser 5 in X-Richtung geführt. Gleichzeitig wird der Strahl des Abtastlasers 5 in der dazu senkrechten Ebene um einen Abtastwinkel α bewegt. Durch die Bewegung in X-Richtung und durch die Abtastbewegung ergibt sich die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Linie 4 bei der Abtastung des Containerprofils. Gleichzeitig wird mit diesen 2-D Abtastlaser 5 auch die Distanz in Z-Richtung, d. h. die vertikale Distanz zwischen Laser 5 und jeweiligem Container 1 erfaßt.

In der Lernphase genügt es, einen Ausschnitt der Container abzutasten, um sich zu vergewissern, daß die tatsächliche Containeranordnung mit der vorher gespeicherten Containeranordnung übereinstimmt. Dieser Vorgang kann relativ rasch vorgenommen werden.

Wie Fig. 2 zeigt, wird während des Betriebes die gesamte Containerbreite abgetastet. Damit ergibt sich die in Fig. 2 mit den einzelnen Abtastpunkten 5 dargestellte Abtastung der einzelnen Container 1. Auch hier kann der Abtastlaser 5 zum Messen der Distanz in Z-Richtung eingesetzt werden.

Fig. 3 zeigt die Berücksichtigung des Abstandes zwischen der Laufkatze 2 mit Laser 5 und dem Stapel aus den Containern 1. Um jeweils die größte Genauigkeit zu erhalten, wird der Abtastwinkel α der Entfernung zwischen dem Stapel aus Container 1 und dem Laser 5 angepaßt. Wie ohne weiteres aus der Fig. ersichtlich, wird der Abtastwinkel immer größer werden, je geringer die Distanz zwischen Laser und Stapel wird und umgekehrt. Damit ist gesichert, daß nicht unnötig viele Abtastpunkte dort hingelegt werden, wo für die Containererfassung keine nutzbare Information gewonnen werden kann.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann zusätzlich zu dem geschilderten zweidimensionalen Abtastlaser 5 auch noch ein weiterer Distanzlaser 8 vorgesehen sein, der lediglich die Distanz zwischen Katze 2 und Container 1 erfaßt. Das gleichzeitige Vorhandensein der beiden Laser hat zum einen den Vorteil, daß die beiden Meßwerte koordiniert werden können und auch zum anderen den Vorteil, daß von beliebiger Seite die Containerstapelplätze beschickt werden können.

Wie aus der Fig. 4 ferner ersichtlich, ist zusätzlich zu den bereits genannten Lasermeßsystemen ein Lasersensor 16 vorgesehen, mit dem der Abstand a zwischen der festen Bezugskante 14 am Kran und der Laufkatze 2 erfaßbar ist.

Ferner ist auch noch eine Lasersensorik 17 vorgesehen, mit der der variable Abstand b zwischen Laufkatze 2 und Greifvorrichtung 7 (Spreader) erfaßbar ist.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ergibt sich aus der Bewegung in der Abtastebene und der Bewegung der Katze 2 die insgesamt gestrichelt gezeichnete Abtastung 5 des Stapels von Containern 1. Erfaßt kann damit auch die Länge der Container werden.

Fig. 6 zeigt, daß während des Abtastvorganges, der z. B. aus 2000 Abtastpunkten bestehen kann durch Linearverbindung der Meßpunkte und Kantenerkennung eine Identifikation der Container möglich ist.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich, können auch gegebenenfalls sämtliche Reihen 8 von Containern 1 durch entsprechendes Abfahren erfaßt werden. Hierzu wird zusätzlich das Brückenfahrwerk verfahren.

Wie aus Fig. 8 ersichtlich, ist an der Greifvorrichtung 7 eine optische Kameraanordnung angeordnet. Diese Kameraanordnung besteht aus vier Kameras 9 mit Strahler 10, die an den vier Ecken der Greifvorrichtung 7 befestigt sind. Diese Kameras 9 dienen in Verbindung mit einem Bildauswertesystem zur Feinpositionierung. Weiterhin sind der Greifvorrichtung 7 noch mehrere Ultraschallsensoren 11 zugeordnet, die ebenfalls zur Feinpositionierung und zur Kollisionsverhinderung dienen.

Gegebenenfalls kann es auch wichtig sein, zu erkennen, wie der zu beladende Wagen 6 steht und wie lang der Container ist. Hierzu können z. B. auch dem fahrbaren Fahrzeug 6 zusätzliche Reflektionsmarken 12, 13 angebracht werden. Die vier Kameras 9 erfassen dann sowohl gegebenenfalls die vier Marken 12 an den Eckpunkten des Wagens 6 (AVG) als auch die in der Mitte vorgesehenen Reflektoren 13. Je nachdem wie viele davon überdeckt sind, kann erkannt werden, wie der Beladungszustand des Fahrzeuges ist und wie lang gegebenenfalls der Container ist.

Wie aus Fig. 10 ersichtlich, wird mit den Kameras 9 gegebenenfalls auch eine Korrektur ausgeführt, falls die Achsen des zu beladenden Wagens oder des Containers 1 und der Greifvorrichtung 7 nicht übereinstimmen.

Fig. 11 läßt noch erkennen, wie die einzelnen Sensoren auf Ultraschallbasis angeordnet sind.

In Fig. 12 ist der Kran 15 mit der Laufkatze 7 gezeigt. Die Laufkatze 7 ist in der gezeigten Ebene verfahrbar, zusätzlich ist auch noch der Gesamtkran senkrecht zu dieser Ebene verfahrbar. Mit 18 sind mögliche Verfahrwege der Container 1 angedeutet.


Anspruch[de]
  1. 1. Sensorik für einen Kran, insbesondere einen schienengebundenen Stapelkran oder Brückenkran, der in einem Container- Stapelplatz betreibbar ist, mit mindestens einem Abtastlaser, mit dem der Abtastwinkel (α) in einer Abtastebene von der Distanz eines Kranteiles (2) zum abgetasteten Container (1) abhängig gemacht ist.
  2. 2. Sensorik nach Anspruch 1, bei der zur Messung der Distanz der Abtastlaser (5) und/oder ein zusätzlicher Distanzlaser (8) vorgesehen ist.
  3. 3. Sensorik nach Anspruch 1, bei der ein Abtastlaser (5) mit oszillierendem Spiegel und einstellbarem Abtastwinkel vorgesehen ist.
  4. 4. Sensorik nach Anspruch 3, bei der der Abtastwinkel (α) durch einen zusätzlichen motorgesteuerten Drehtisch im Abtastlaser (5) veränderbar ist.
  5. 5. Sensorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein zusätzlicher Laser (16) zum Messen der Distanz (a) zwischen einer festen Bezugskante (14) des Kranes und einer verfahrbaren Laufkatze (2) des Kranes vorgesehen ist.
  6. 6. Sensorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein zusätzlicher Laser (16) zum Messen der Distanz (b) zwischen Laufkatze (2) und Greifervorrichtung (7) für die Container (1) vorgesehen ist.
  7. 7. Sensorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der für die Kollisionsverhütung und zur Steuerung des Sanftabsatzes der Greifvorrichtung (7) zusätzliche Sensoren (11), insbesondere auf Ultraschallbasis, vorgesehen sind.
  8. 8. Sensorik nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Feinpositionieren der Greifvorrichtung (7) des Krans über dem Ziel zusätzlich mit einer Bildauswertevorrichtung zusammenwirkende Kameras (9) vorgesehen sind.
  9. 9. Sensorik nach Anspruch 8, bei der mit den zusätzlichen Kameras (9) Grundmarkierungen (18) auf dem Stapelplatz erkennbar sind.






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