CN102616656B - 吊车自动控制模式下夹取板坯的板坯信息检测方法 - Google Patents

Abstract

吊车自动控制模式下夹取板坯的板坯信息检测方法，其包括，将激光扫描传感器安装于吊车小车下，并与水平成一角度；且与一控制器连接；该控制器从过程管理计算机获得吊车作业指令数据及板坯信息；控制器连接夹钳高度传感器；板坯库吊车自动起吊板坯至一高度H停止，利用激光扫描传感器扫描得到板坯长度，与从过程管理计算机接收的板坯信息进行比较，判断板坯长度是否符合要求；若不符合要求，则认为板坯信息出错，进行报警，人工干预；如满足要求，计算出板坯中心的偏移量ΔL，将ΔL与系统中预设的阈值σ比较，根据比较结果进行下一步的作业步骤。

Description

吊车自动控制模式下夹取板坯的板坯信息检测方法

技术领域

本发明涉及板坯吊运控制，特别涉及吊车自动控制模式下夹取板坯的板坯信息检测方法。

背景技术

在工业控制高度自动化的今天，板坯库吊车已有采用无人化的趋势。当采用无人控制吊车进行自动吊运时，虽然吊车的定位精度比人工定位精度要高得多，但是在国内大多数钢厂的板坯库内，入库方式多种多样，无法保证入库时所有板坯中心点的对中。这就造成板坯入库时，板坯的中心与垛位的中心没有重合，在以后的倒垛、上料等作业中，吊车夹取板坯时在没有类似板坯中心检测的装置的情况下，夹取位置不在板坯中心。

如果夹取位置偏移太多，将可能产生如下严重后果：

1、影响吊车吊运过程的消摆效果，而且吊运过程中板坯将发生旋转摆动，如图1所示，1为板坯，2为夹钳，5为表示夹钳的钳爪。若吊车在自动控制的情况下进行此类吊运是极其危险的。

2、在板坯库中，经常需要将板坯吊入保温炉中进行保温。因此将板坯吊入保温炉时，如图2所示，1为板坯，3为表示保温炉，4为吊车。由于保温炉的位置为绝对位置，因此吊车在自动定位时，将定位在保温炉中垛位的中心，因此吊车夹钳夹取板坯时，没有夹在中心，那么吊车所吊的板坯有可能会跟保温炉壁发生碰撞，造成保温炉的损坏。

3、由于吊车夹钳夹取板坯时，没有夹在中心，因此板坯重量分配在夹钳的钳爪不是均等的，在这种情况下有可能造成其中一对钳爪受力超过其所能承受的重量，造成掉坯等重大事故。

国外有钢厂采用在吊车小车底部安装一个激光扫描传感器，如图3所示，1为板坯，2为夹钳，6为安装在小车底部的激光扫描传感器。在吊车定位完成后，先利用激光扫描传感器进行板坯尺寸的扫描，获得板坯的位置数据，然后微调吊车的位置，再进行起吊。

此方法有一个缺点：由于板坯库的吊车夹钳的体积较大，因此夹钳会对激光扫描传感器的检测信号造成遮挡，影响检测的效果，如图4所示，图中所示的夹钳2若没有进行特殊的设计以减少夹钳对激光扫描传感器6信号的遮挡，当夹钳的高处时，将对激光扫描传感器6的信号造成遮挡，造成图中箭头所示的区域为死区，必须使夹钳下降到低位时，才能减少对激光扫描传感器的遮挡，使得激光扫描传感器能够检测到板坯1，如图5所示。但是，如果所吊板坯的长度太短，如图6所示，7为所示夹钳2的体积范围对板坯1造成的遮挡，即使夹钳下降到低位，激光扫描传感器6也无法扫描到板坯1。

港口的集装箱起重机在吊运集装箱时，也有采用激光扫描传感器进行集装箱的扫描，一般在集装箱吊具上安装激光扫描传感器。由于板坯库吊车吊运的板坯的温度很高，有的可以达到几百度，造成激光扫描传感器的工作环境温度很高，而激光扫描传感器的正常工作温度一般在60℃以下，因此在板坯库吊车的夹钳上安装激光扫描传感器的方式不合适。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吊车自动控制模式下夹取板坯的板坯信息检测方法，这种方法可以不受夹钳的体积与板坯的长短的影响，能够检测夹取的板坯的尺寸以及中心位置，同时，在发生夹取位置偏移太多时，能够自动解决，或者报警人工干预，提高自动控制模式下吊车夹取板坯位置的准确性，提高吊车作业的安全性和可靠性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

吊车自动控制模式下夹取板坯的板坯信息检测方法，其包括，

a)将一激光扫描传感器通过一连杆安装于吊车小车下面；激光扫描传感器与水平成一角度，该角度应保证激光扫描传感器进行板坯扫描时，夹钳所处的高度大于库区内板坯垛位的最大高度，而且目标扫描面为所吊板坯的上表面，扫描线在板坯中心线附近；激光扫描传感器与作为吊车自动控制系统的控制器连接；该控制器与过程管理计算机通过无线网络进行通讯，从过程管理计算机获得所有的吊车作业指令数据以及板坯信息如板坯长宽、重量；控制器还连接一夹钳高度传感器，夹钳高度传感器检测夹钳所处的高度，并将所检测的高度数据发送给控制器；

b)激光扫描传感器可在0～180度之间扫描，在扫描到90度角时获得的距离即为激光扫描传感器与板坯面的直线距离h；由于从激光扫描传感器获得的数据为角度θ以及在此角度上的斜线距离m，角度θ的变化范围是0～180度，根据三角法则，可得到各个角度对应的hn＝mcosθ；由于板坯吊在半空中，在激光扫描传感器的0～180度的扫描面上，板坯扫描面所涵盖的激光扫描传感器扫描至板坯左右端点间的特定角度范围特定角度范围内的数据，通过三角法则计算得出的在上述角度范围中每个角度对应点距离激光扫描传感器之间的距离hn与激光扫描传感器扫描到90度角时的距离h相等；在板坯左右端点外的角度范围激光扫描传感器所获得的距离数据通过三角法则计算得出的在上述角度中每个角度对应点距离激光扫描传感器之间的距离hn大于板坯与激光扫描传感器之间的离h，通过比较hn与h的差别，可检测出板坯左右两端点；由此根据h可计算出板坯左端点与板坯中间点间的距离以及右端点与板坯中间点间的距离以及板坯的长度L＝L1+L2，m₂、m₃分别是指激光扫描传感器距离板坯左端点、右端点间的距离；由此可计算出板坯中心的偏移量ΔL＝L1-L2，然后将ΔL与系统中预设的一个阈值σ进行比较，根据比较结果进行下一步的作业；

c)板坯库吊车自动起吊板坯至一高度H停止，或者在起吊速度降为低速，吊车控制器启动激光扫描传感器进行扫描，得到所吊板坯的长度，将此长度与从过程管理计算机接收的板坯信息进行比较，判断所吊板坯的长度是否符合要求；若不符合要求，则认为板坯信息出错，进行报警，人工干预；如果长度满足要求，则根据前面所述，计算出ΔL。

d)如果|ΔL|≤σ，则认为此偏移量对作业流程的安全不会有影响，可继续执行下面的步骤，只需要在吊车自动运行到目标位置后，调整小车的目标位置为y＝y₀-ΔL，其中y₀为小车的初始目标位置；

e)如果|ΔL|>σ，则认为此偏移量太大，会影响后续作业流程的安全性，则采用如下处理办法：吊车停止作业，发送一个报警信息，进行人工干预；或，吊车自动下放板坯，然后打开夹钳，空载起升至一定高度，然后微调小车的位置为y＝y₀-ΔL，再空载下降，夹紧，起吊，在起升到检测高度后继续进行新一轮的检测，检测合格，继续后续作业步骤。

进一步，激光扫描传感器安装在一个顶部与吊车小车相连，底部处于小车下面的平台上，此平台可与吊车小车一起移动，激光扫描传感器可安装平台的上面，也可以安装在平台的下面。

如果板坯库的吊车属于旧车改造的情况，即原先为有人驾驶的吊车改造成无人驾驶的情况，则将激光扫描传感器安装在司机室的底部。

激光扫描传感器为一维激光扫描传感器，可在0～180度的角度范围内进行扫描，其根据测量激光往返目标所需要的时间，获得激光扫描传感器在特定角度上与物体相距的距离，再根据三角形法则，获得所扫描物体的外形尺寸数据。

本发明的有益效果

本发明板坯信息检测方法不受夹钳的体积与板坯的长短的影响，能够检测夹取的板坯的尺寸与中心位置，同时，在发生夹取位置偏移太多时，能够自行自动调整，或者报警人工干预。

附图说明

图1为吊车吊运过程中夹钳夹取板坯的示意图。

图2为板坯吊入保温炉中进行保温的示意图。

图3为现有钢厂吊车小车安装激光扫描传感器的示意图。

图4为吊车吊运过程中夹钳对激光扫描传感器的检测信号遮挡的示意图。

图5为减少夹钳对激光扫描传感器遮挡的示意图。

图6为夹钳的体积对板坯造成遮挡的示意图。

图7为本发明一实施例的示意图。

图8为本发明一实施例中激光扫描传感器安装位置的示意图。

图9为本发明另一实施例中激光扫描传感器安装位置的示意图。

图10为本发明一实施例中激光扫描传感器目标扫描面的示意图。

图11为本发明一实施例中激光扫描传感器扫描检测数据的示意图。

图12为本发明实施例中激光扫描传感器获得的数据根据三角法则计算的示意图。

图13为本发明实施例中偏移量太大情况下的一种处理方法作业流程图。

图14为本发明实施例中偏移量太大情况下另一种处理方法作业流程图。

具体实施方式

参见图7、图8、图10～图14，本发明的吊车自动控制模式下夹取板坯的板坯信息检测方法，其包括，

a)将一激光扫描传感器6通过一连杆8安装于吊车小车9下面；激光扫描传感器6与水平成一角度，该角度应保证激光扫描传感器6进行板坯1扫描时，夹钳2所处的高度大于库区内板坯垛位的最大高度，而且扫描线在板坯1中心线附近，目标扫描面为所吊板坯1的上表面，如图10所示。

激光扫描传感器6与作为吊车自动控制系统的控制器10连接；该控制器与过程管理计算机11通过无线网络进行通讯，从过程管理计算机11获得所有的吊车作业指令数据以及板坯信息如板坯长宽、重量；控制器10还连接一夹钳高度传感器12，夹钳高度传感器12检测夹钳2所处的高度，并将所检测的高度数据发送给控制器10；

b)激光扫描传感器6可在0～180度之间扫描，在扫描到90度角时获得的距离即为激光扫描传感器6与板坯1面的直线距离h，即板坯中间点101；由于从激光扫描传感器6获得的数据为角度θ以及在此角度上的斜线距离m，角度θ的变化范围是0～180度，根据三角法则，如图12所示，可得到各个角度对应的hn＝mcosθ；由于板坯吊在半空中，在激光扫描传感器6的0～180度的扫描面上，除了板坯1扫描面所涵盖的特定角度范围内的数据，在其余的角度激光扫描传感器所获得的距离数据通过三角法则计算得出的hn远远大于板坯与激光扫描传感器之间的距离h，通过比较hn与h的差别，可检测出板坯1左右两端点102、103；由此根据h可计算出图10中板坯左端点102与板坯中间点101间的距离以及右端点103与板坯中间点101间的距离以及板坯1的长度L＝L1+L2；由此可计算出板坯1中心的偏移量ΔL＝L1-L2，然后将ΔL与系统中预设的一个阈值σ进行比较，根据比较结果进行下一步的作业；

c)板坯库吊车自动起吊板坯1至一高度H停止，或者在起吊速度降为低速，吊车控制器10启动激光扫描传感器6进行扫描，得到所吊板坯1的长度，将此长度与从过程管理计算机11接收的板坯信息进行比较，判断所吊板坯1的长度是否符合要求；若不符合要求，则认为板坯信息出错，进行报警，人工干预；如果长度满足要求，则根据前面所述，计算出ΔL。

d)如果|ΔL|≤σ，则认为此偏移量对作业流程的安全不会有影响，可继续执行下面的步骤，只需要在吊车自动运行到目标位置后，调整小车的目标位置为y＝y₀-ΔL；如图13所示。

e)如果|ΔL|>σ，则认为此偏移量太大，会影响后续作业流程的安全性，则采用如下处理办法：吊车停止作业，发送一个报警信息，进行人工干预；或，吊车自动下放板坯，然后打开夹钳，空载起升至一定高度，然后微调小车的位置为y＝y₀-ΔL，再空载下降，夹紧，起吊，在起升到检测高度后继续进行新一轮的检测，检测合格，继续后续作业步骤。如图14所示。

控制器10作为吊车自动控制系统的中枢，完成对吊车的自动控制，以及对吊车整体状态的监控。其与过程管理计算机11通过无线网络进行通讯，从过程管理计算机11获得所有的吊车作业指令数据以及板坯信息，如板坯长宽、重量等。吊车执行机构13由控制器10进行控制，控制吊车的作业。

激光扫描传感器6安装位置如图8所示，激光扫描传感器6安装在一个平台15上，该平台15通过连杆8与吊车小车9相连，平台15处于吊车小车9下。此平台可与小车一起移动，激光扫描传感器6可安装平台的上面，也可以安装在平台的下面，如图8所示，激光扫描传感器6安装在平台15的下面。

参见图9，如果板坯库的吊车属于旧车改造的情况，即原先为有人驾驶的吊车改造成无人驾驶的情况，那么可将激光扫描传感器6安装在司机室的底部，14为吊车司机室。

激光扫描传感器6的安装需要与水平呈一定的角度，此角度的选择视实际情况进行选择，如图8、图9所示，此角度的选择原则为：

(1)激光扫描传感器6射出的激光射线受夹钳尺寸的影响最小，即不会由于板坯1长度太短，夹钳2太大而造成激光扫描传感器无法扫描板坯的情形。

(2)夹钳2所需提升的高度最小，但是需要保证在使用激光扫描传感器进行板坯扫描时，夹钳2所处的高度大于库区内板坯垛位的最大高度，而且扫描线在板坯中心线附近，以减少在需要重新进行调整夹取位置所需的时间。目标扫描面为所吊板坯1的上表面，如图10所示。

Claims (4)

1.吊车自动控制模式下夹取板坯的板坯信息检测方法，其包括，

a)将一激光扫描传感器通过一连杆安装于吊车小车下面；激光扫描传感器与水平成一角度，该角度应保证激光扫描传感器进行板坯扫描时，夹钳所处的高度大于库区内板坯垛位的最大高度，而且目标扫描面为所吊板坯的上表面，扫描线在板坯中心线附近；激光扫描传感器与作为吊车自动控制系统的控制器连接；该控制器与过程管理计算机通过无线网络进行通讯，从过程管理计算机获得所有的吊车作业指令数据以及板坯信息如板坯长宽、重量；控制器还连接一夹钳高度传感器，夹钳高度传感器检测夹钳所处的高度，并将所检测的高度数据发送给控制器；

b)激光扫描传感器可在0～180度之间扫描，在扫描到90度角时获得的距离即为激光扫描传感器与板坯面的直线距离h；由于从激光扫描传感器获得的数据为角度θ以及在此角度上的斜线距离m，角度θ的变化范围是0～180度，根据三角法则，可得到各个角度对应的hn＝mcosθ；由于板坯吊在半空中，在激光扫描传感器的0～180度的扫描面上，板坯扫描面所涵盖的激光扫描传感器扫描至板坯左右端点间的特定角度范围内的数据通过三角法则计算得出的在上述角度范围中每个角度对应点距离激光扫描传感器之间的距离hn与激光扫描传感器扫描到90度角时的距离h相等；在板坯左右端点外的角度范围激光扫描传感器所获得的距离数据通过三角法则计算得出的在上述角度中每个角度对应点距离激光扫描传感器之间的距离hn大于板坯与激光扫描传感器之间的距离h，通过比较hn与h的差别，可检测出板坯左右两端点；由此根据h可计算出板坯左端点与板坯中间点间的距离以及右端点与板坯中间点间的距离以及板坯的长度L＝L1+L2，m₂、m₃分别是指激光扫描传感器距离板坯左端点、右端点间的距离；由此可计算出板坯中心的偏移量ΔL＝L1-L2，然后将ΔL与系统中预设的一个阈值σ进行比较，根据比较结果进行下一步的作业；

c)板坯库吊车自动起吊板坯至一高度H停止，或者在起吊速度降为低速，吊车控制器启动激光扫描传感器进行扫描，得到所吊板坯的长度，将此长度与从过程管理计算机接收的板坯信息进行比较，判断所吊板坯的长度是否符合要求；若不符合要求，则认为板坯信息出错，进行报警，人工干预；如果长度满足要求，则计算出ΔL；

d)如果|ΔL|≤σ，则认为此偏移量对作业流程的安全不会有影响，可继续执行下面的步骤，只需要在吊车自动运行到目标位置后，调整小车的目标位置为y＝y₀-ΔL，其中y₀为小车的初始目标位置；

e)如果|ΔL|>σ，则认为此偏移量太大，会影响后续作业流程的安全性，则采用如下处理办法：吊车停止作业，发送一个报警信息，进行人工干预；或，吊车自动下放板坯，然后打开夹钳，空载起升至一定高度，然后微调小车的位置为y＝y₀-ΔL，再空载下降，夹紧，起吊，在起升到检测高度后继续进行新一轮的检测，检测合格，继续后续作业步骤。

2.如权利要求1所述的吊车自动控制模式下夹取板坯的板坯信息检测方法，其特征是，激光扫描传感器安装在一个顶部与吊车小车相连，底部处于小车下面的平台上，此平台可与吊车小车一起移动，激光扫描传感器可安装平台的上面，也可以安装在平台的下面。

3.如权利要求1所述的吊车自动控制模式下夹取板坯的板坯信息检测方法，其特征是，如果板坯库的吊车属于旧车改造的情况，即原先为有人驾驶的吊车改造成无人驾驶的情况，则将激光扫描传感器安装在司机室的底部。

4.如权利要求1所述的吊车自动控制模式下夹取板坯的板坯信息检测方法，其特征是，激光扫描传感器为一维激光扫描传感器，可在0～180度的角度范围内进行扫描，其根据测量激光往返目标所需要的时间，获得激光扫描传感器在特定角度上与物体相距的距离，再根据三角形法则，获得所扫描物体的外形尺寸数据。