CN110857186A - 用于集装箱的检查系统 - Google Patents

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李昌钧
李英植
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Abstract

本发明提供一种检查系统，检查从船上卸载并待装载在装载空间中的集装箱(1)；检查系统包括：激光扫描仪(10)，通过向待装载在装载空间中的集装箱(1)发射激光束来扫描其外部形状；及控制设备，接收由激光扫描仪(10)获得的扫描数据并从接收的数据形成扫描目标的三维图像，当起重机向上移动集装箱(1)以将其装载在装载空间中时，激光扫描仪(10)配置成通过在安装激光扫描仪(10)的高度处顺序发射水平激光束来扫描集装箱(1)的外部形状并接收反射的激光束，控制设备从激光扫描仪(10)接收的数据形成与集装箱(1)轮廓相关的三维图像，在确定存在从集装箱(1)的下部端部的外形突出的部分的图像时确定扭锁锥未释放并产生警报信号。

Description

用于集装箱的检查系统
技术领域
本发明涉及一种用于集装箱的检查系统，具体地说，涉及一种发现集装箱异常的检查系统，该集装箱已经从船上卸载在堆货场处，待通过堆叠该集装箱的龙门起重机堆叠。
背景技术
当集装箱通过船运输时，集装箱以其竖直堆叠在船上的状态运输。作为用于固定集装箱的方法，在集装箱的每个角处设置被称为角铸件的设备。将被称为扭锁锥(twistlock cone)的设备插入角铸件中，以耦接放置在上侧处的集装箱的下端侧角铸件和放置在下侧处的集装箱的上端侧角铸件，使得集装箱彼此竖直耦接。
同时，在装载有货物的集装箱从船上卸载然后堆叠在港口的堆货场中的情况下，集装箱不是竖直耦接的，以便于运输堆叠的集装箱。因此，需要从已从船上卸载且将被堆叠在堆货场处的集装箱中移除耦接到集装箱下部端部处的角铸件的扭锁锥。
在从船上卸载集装箱之后执行移除扭锁锥的过程。如果没有移除扭锁锥的集装箱竖直堆叠在堆货场处，则在集装箱堆叠在堆货场处的状态下集装箱的一些角铸件保持耦接到扭锁锥。
在通过起重机将集装箱从堆货场抬起以取出集装箱(其中集装箱的下部端部处的角铸件中的一些或全部耦接到下侧处的集装箱的角铸件)的情况下，由于耦接的角铸件，放置在要取出的集装箱下侧处的集装箱也被抬起。
不打算取出的集装箱与要取出的集装箱一起被抬起的情况是导致问题的意外情况。当与将要取出的集装箱一起抬起的集装箱在仅上部端部处的一些角铸件耦接的状态下被抬起时，存在集装箱倾斜和对起重机施加偏心负载的问题。在严重的情况下，存在集装箱掉落或与其他集装箱碰撞、且造成起重机的提升机的损坏的问题。
因此，当通过使用设置在堆货场处的起重机抬起集装箱(其从船上卸载，装载在拖车上并运输到堆货场)时，操作员需要用肉眼检查是否存在未释放的扭锁锥(其没有从集装箱下侧处的角铸件移除并保持耦接到角铸件)，然后操作者需要移除剩余的扭锁锥然后堆叠集装箱。
然而，如果当由于操作员的粗心或疏忽而使操作员不能识别剩余的扭锁锥时执行该过程，则在取出堆叠的集装箱时经常会出现问题。
相关技术
WO2010 010977A1公开了一种用于检查从牵引车的拖车卸载集装箱的方法和设备，该设备包括框架、装载器件、用于感测集装箱且用于感测扭锁的传感器以及确定异常的控制设备。特别地，公开了一种抗偏斜系统，其感测集装箱运输车辆和集装箱之间的对准以引导装载和卸载操作，包括：偏斜感测超声传感器，其感测对应于集装箱的对准的集装箱的位置；倾斜缸，其根据由偏斜感测超声传感器感测到的集装箱的位置，调节集装箱运输车辆的扭锁的位置；倾斜位置超声传感器，其感测扭锁的位置；以及倾斜控制设备，用于比较和分析集装箱和扭锁的感测位置。
技术问题
考虑到在堆叠集装箱的过程中出现的上述问题，本发明致力于提供一种检查系统，该检查系统在堆叠集装箱的过程期间发现集装箱上是否存在未释放的扭锁锥。
具体地说，本发明致力于提供一种检查系统，该检查系统在通过使用起重机抬起堆叠在拖车上的集装箱的过程期间自动发现集装箱上是否存在未释放的扭锁锥，而无需操作员用肉眼观察集装箱。
另外，本发明致力于提供一种检查系统，该检查系统在通过使用起重机抬起堆叠在拖车上的集装箱的过程期间自动发现集装箱的异常，诸如集装箱的倾斜或门的打开。
发明内容
本发明的上述目的是通过根据本发明的检查系统实现的，该检查系统检查待由起重机装载的集装箱，该起重机用于将从船上卸载的集装箱装载在装载空间中。
本发明的集装箱检查系统包括：激光扫描仪，其通过向待装载在装载空间中的集装箱发射激光束来扫描集装箱的外部形状；以及控制设备，其接收由激光扫描仪获得的扫描数据，并根据接收的数据形成扫描目标的三维图像，其中当起重机向上移动集装箱以将集装箱装载在装载空间中时，激光扫描仪被配置成通过在安装激光扫描仪的高度处顺序地发射水平激光束来扫描集装箱的外部形状并接收反射的激光束，并且控制设备根据从激光扫描仪接收的数据形成与集装箱的轮廓相关的三维图像，在确定存在从集装箱的下部端部的外形突出的部分的图像时确定扭锁锥未释放并产生警报信号。
在本发明的检查系统中，当起重机抬起集装箱以将集装箱装载在装载空间中时，设置在预定高度处的激光扫描仪顺序地扫描集装箱，通过从扫描数据合成集装箱的图像来提取轮廓线，然后确定在被配置为直线的集装箱的轮廓线上是否存在突出部分，结果，可以自动确定扭锁锥(twistlockcone)是否未从待装载的集装箱释放并保持在待装载的集装箱上。
特别地，在本发明中，不需要在四处搬运集装箱的同时扫描集装箱，并且激光扫描仪被固定并安装在起重机上或起重机的周边处，并且执行装载集装箱的典型过程，使得可以检查集装箱上是否存在处于未释放状态的扭锁锥。
因此，可以通过使用简单的配置自动检查未释放的扭锁锥，而不改变使用中的起重机的配置或改变过程，结果，防止处于扭锁锥未释放的状态的集装箱被进行装载。
同时，根据本发明的上述配置，当在与集装箱的轮廓有关的三维图像中集装箱的下部端部的外形以预定或更大角度从水平状态倾斜时，控制设备可确定异常并产生警报信号，并且当确定与集装箱的轮廓相关的三维图像中存在从集装箱的后表面的外形突出的部分的图像时，控制设备确定集装箱的门被打开并产生警报信号。
可通过用于通过控制设备读出图像的算法来配置附加异常检测，而无需添加单独的硬件配置。
作为本发明的主要示例性实施例，在根据本发明的检查系统中，多个激光扫描仪可设置在这样的高度处，其高于用于将集装箱运输到装载空间之外的行进路径的运输车辆的高度，激光扫描仪彼此间隔开，其宽度大于集装箱的长度，并且激光扫描仪可朝向放置在行进路径上的集装箱发射预定角度内的水平激光束，并且激光扫描仪被配置成使得集装箱放置在从多个激光扫描仪发射的水平激光束彼此重叠的位置处。
根据示例性实施例，由于激光扫描仪安装得高于运输车辆，因此运输车辆不可能使激光扫描仪的扫描失真，或运输车辆不可能包括在由控制设备形成的图像中，若这样的话会导致读出图像时出错。
特别地，激光扫描仪设置在起重机侧处，并且激光扫描仪朝向与起重机相对的行进路径发射激光束，使得除了集装箱之外的其他物体几乎不可能包括在通过激光扫描仪的扫描形成的图像中，结果，改善形成和读出集装箱图像的精度。
另外，集装箱的图像是基于通过使用多个激光扫描仪(设置成在集装箱的纵向方向上彼此间隔开)扫描集装箱而获得的多个扫描数据形成的，使得形成图像的精度被改善，并且由于激光扫描仪的布置，没有未扫描到未释放的扭锁锥的情况。
附图说明
图1至图3各自是示出根据本发明示例性实施例的用于监控系统的龙门起重机的配置的正视图、侧视图和俯视图。
图4和图5各自是示出根据本发明示例性实施例的监控系统进行操作的状态的正视图和俯视图。
图6是通过根据本发明示例性实施例的监控系统获得的集装箱的图像。
具体实施方式
在下文中，根据本发明示例性实施例的检查系统的配置和操作将被描述为用于执行本发明的具体内容。
首先，将参考图1至图3描述应用根据本示例性实施例的检查系统的龙门起重机的配置和操作。
龙门起重机100具有在竖直方向(Z轴)上设置的四个支柱110，并且两个上部框架120设置在支柱110的上部端部处，该两个上部框架120彼此平行地设置并横穿用于集装箱的装载空间A。
两个支柱110设置在装载空间A的两侧的每侧的外侧，并且上部框架120耦接到两个支柱110的上部端部，该两个支柱110彼此间隔开，其中装载空间A设置在其间。
在上部框架120上设置有轨道(未示出)，并且在上部框架之间设置有吊运车130，吊运车130在垂直于上部框架120的延伸方向(X轴)的方向(Y轴)上延伸，并且被配置成沿上部框架120的轨道移动。另外，在吊运车130的下方设有由线缆悬挂并向上和向下移动的提升机160，并且拾取和运输集装箱的拾取臂161设置在提升机上。
两个加强框架140设置在上部框架120的纵向方向上的两个端部部分处，该两个加强框架140连接上部框架并且在垂直于同一平面上的上部框架的方向(Y轴)上延伸。
同时，两个支撑框架150设置在支柱110的下部端部处，该两个支撑框架150设置在垂直于上部框架120的Y轴方向上并连接支柱，并且两个支撑框架150被构造成使得包括支柱110的龙门起重机100的负载由支撑框架150支撑。
六个移动托架170设置在支撑框架150的下侧处，以支撑支撑框架150。当移动托架170沿在Y轴方向上安装在地面上的轨道(未示出)在支撑框架150的延伸方向上移动时，龙门起重机100可沿轨道在Y轴方向上移动。
行进路径R设置在装载空间A的外侧并且在支柱100和支撑框架150的外侧，装载有集装箱的拖车和牵引拖车的牵引车2沿该行进路径R行进和停止。
上部框架120穿过支柱100的位置并且在行进路径R上方延伸，使得吊运车130可在行进路径上方移动，并且提升机160可朝向停放在行进路径A上的拖车的上侧向下移动。
当移动托架170沿轨道移动时，龙门起重机100在Y轴方向上移动到集装箱将要堆叠的位置或要取出的集装箱被堆叠的位置，并且吊运车130在X轴方向上沿上部框架120移动。因此，用于移动集装箱的提升机160可在提升机160在装载空间中装载集装箱的位置和提升机160从拖车卸载集装箱的位置之间移动。
为了堆叠由拖车运输的集装箱1，牵引车2停在对应于堆叠位置的Y方向上的位置处，吊运车130在X轴方向上沿上部框架120移动到支柱110的外侧，然后移动到牵引车2停止的位置，提升机160向下移动，然后在拾取臂拾取集装箱1之后向上移动，并且提升机160移动到堆叠位置。
在下文中，将描述设置在如上所述配置的龙门起重机上的本示例性实施例的检查系统的配置和操作。
检查系统包括两个激光扫描仪(图4中的10)和控制设备(未示出)，该控制设备通过以太网通信从激光扫描仪接收由激光扫描仪获得的扫描数据。
控制设备用于处理从激光扫描仪10接收的数据以形成三维图像，读出形成的图像以发现异常，并产生警报信号。警报信号被传输到管理龙门起重机100的管理系统(未示出)的计算机，使得管理系统或操作员在异常情况下可停止龙门起重机的操作并且检查龙门起重机的操作。
图4和图5是示出安装和操作激光扫描仪10的状态的正视图、侧视图和透视图。为了便于说明和描述，在这些图中简要示出了龙门起重机的配置，放大了激光扫描仪10，并且省略了用于将激光扫描仪安装在龙门起重机100的支柱110上的元件等。
参考图4，两个激光扫描仪10成对配置并且在Y轴方向上的一侧处分别安装在两个支柱110上。一对激光扫描仪10还安装在Y轴方向上的相对侧处的支柱上。
激光扫描仪10设置在支撑框架150上方(其间具有大约50mm的高度差，以避免它们之间的干扰)并分别设置在支柱110上，以便以大于集装箱1的长度的宽度彼此间隔开，从而水平地发射激光束。安装激光扫描仪10的地面R上方的高度和激光扫描仪10发射激光束的高度高于用于运输集装箱的牵引车顶部的高度，使得激光束不发射到牵引车。
激光扫描仪10设置成朝向龙门起重机100的外侧发射水平激光束，即，朝向行进路径R的位置，牵引车2停在该位置处以装载或卸载集装箱1。
激光扫描仪10中的每个的激光扫描角度是90°。集装箱1放置在从两个激光扫描仪10发射的水平激光束彼此重叠的范围内，使得另一个激光扫描仪10可朝向集装箱的后侧发射激光束，该后侧与一个激光扫描仪10发射激光束所朝向的一侧相对。
当然，两个激光扫描仪10放置在集装箱的宽度方向上的一侧处，使得不扫描集装箱1的与龙门起重机100相对的一侧。然而，由于本示例性实施例的检查系统旨在检测集装箱的倾斜和扭锁锥的存在或不存在，因此不必扫描集装箱的后侧。
龙门起重机100移动到集装箱待在Y轴方向上堆叠的位置。当牵引车2停在该位置处时，装载在由牵引车牵引的拖车3上的集装箱1放置在激光扫描仪10的扫描角度彼此重叠的区域下方。
在这种状态下，龙门起重机的提升机160向下移动，并且提升机160耦接到集装箱1的四个角并竖直抬起集装箱。当集装箱向上移动时，两个激光扫描仪10以预定的时间间隔发射水平激光束并接收反射的激光束，并且从接收的激光束一次获得的扫描数据被传输到控制设备。
数据从激光扫描仪10按顺序输入到控制设备，集装箱的线形图像由通过一次发射激光束产生的反射激光束的数据形成，并且线形图像通过按时间顺序竖直堆叠来合成，使得形成集装箱的三维图像。
图6的(a)和(b)示出了由控制设备合成的尺寸为20英尺的集装箱的图像，其中图6的(a)示出了当集装箱以350mm/秒的速度向上移动时的合成图像，图6的(b)示出了当集装箱以2167mm/秒的速度向上移动时的合成图像。
如图6的(a)和(b)所示，在基于激光扫描合成的图像中指示集装箱的外轮廓，并且特别地，指示从集装箱的下部端部突出的未释放的扭锁锥。
在比较两个图像时，在集装箱的向上移动速度低的情况下，与其中集装箱向上移动速度高的情况相比，集装箱的单个图像通过组合更多数量的线图像来形成。
集装箱具有矩形平行六面体轮廓，集装箱的下端表面可特别地形成为平坦表面，使得集装箱可装载在拖车上并且可在堆货场、船等处堆叠在彼此之上，因此，集装箱的下端表面没有突出部分。
因此，在由从激光扫描仪10接收的数据合成的图像中包括集装箱的下部端部的轮廓线具有简单的线形状。然而，在集装箱上存在未释放的扭锁锥的情况下，对应于扭锁锥的部分指示为从直的轮廓线突出的部分。
特别是，即使在集装箱的向上移动速度变化的情况下，也可获得包括集装箱的轮廓线和突出部分的图像。
通过分析轮廓线，控制设备确定扭锁锥保持未从集装箱释放，并产生警报信号以操作单独的警报设备或将警报信号发送到管理系统的计算机(未示出)。
同时，当龙门起重机向上移动集装箱时，集装箱可能倾斜或者集装箱的门可能打开。
即使在这种状态下，在通过激光扫描仪的扫描形成的图像中，也可在集装箱的下端表面的轮廓上形成梯度，或可在集装箱的后表面的轮廓上指示突出部分。
类似于扭锁锥，梯度和突出部分也可由控制设备确定为异常，并且可产生警报信号且可将警报发送给操作员。
如上所述，根据本发明示例性实施例的检查系统，两个激光扫描仪顺序地将水平激光束发射到由龙门起重机向上移动的集装箱，并且合成通过接收反射的激光束获取的图像，使得可以确定扭锁锥附接到集装箱的状态，集装箱倾斜的状态，以及集装箱的门打开的状态，并且可以产生警报信号。
基于警报信号，操作员停止集装箱的向上运动，然后用肉眼再次观察集装箱。然后，操作员移除扭锁锥，关闭门，或调节提升机以使集装箱向上移动以维持集装箱的水平，然后操作员可重新开始堆叠集装箱的过程。
参考标号说明
1 集装箱
2 牵引车
3 拖车
10 激光扫描仪
100 龙门起重机
110 支柱
120 上部框架
130 吊运车
140 加强框架
150 支撑框架
160 提升机
170 移动托架
R 地面

Claims (8)

1.一种用于集装箱(1)的检查系统，所述集装箱从船上卸载并且待由起重机(100)装载在装载空间中，所述检查系统包括：
激光扫描仪(10)，所述激光扫描仪通过向待装载在所述装载空间中的所述集装箱发射激光束来扫描所述集装箱(1)的外部形状；以及
控制设备，所述控制设备接收由所述激光扫描仪(10)获得的扫描数据，并从所接收的数据形成扫描目标的三维图像，
其中，当所述起重机(100)向上移动所述集装箱(1)以将所述集装箱(1)装载在所述装载空间中时，所述激光扫描仪(10)被配置成通过在安装所述激光扫描仪(10)的高度处顺序地发射水平激光束来扫描所述集装箱(1)的外部形状并接收所反射的激光束，并且所述控制设备通过从所述激光扫描仪(10)接收的数据形成与所述集装箱(1)的轮廓相关的三维图像，在确定存在从所述集装箱(1)的下部端部的外形突出的一部分的图像时确定扭锁锥未释放并产生警报信号。
2.根据权利要求1所述的检查系统，其中，当所述集装箱(1)的下部端部的外形在与所述集装箱(1)的轮廓相关的所述三维图像中以预定角度或更大角度从水平状态倾斜时，所述控制设备确定异常并产生所述警报信号。
3.根据权利要求1所述的检查系统，其中，当确定在与所述集装箱(1)的轮廓相关的所述三维图像中存在从所述集装箱(1)的后表面的外形突出的一部分的图像时，所述控制设备确定所述集装箱(1)的门被打开并产生警报信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的检查系统，其中，多个激光扫描仪(10)设置在高于运输车辆(2、3)的高度的高度处，所述运输车辆用于将所述集装箱(1)运输至所述装载空间之外的行进路径，所述激光扫描仪(10)以大于所述集装箱(1)的长度的宽度彼此间隔开，并且朝向放置在所述行进路径上的所述集装箱(1)发射预定角度内的所述水平激光束，并且所述激光扫描仪(10)被配置成使得所述集装箱(1)放置在从所述多个激光扫描仪(10)发射的所述水平激光束彼此重叠的位置处。
5.一种使用用于感测集装箱(1)且用于感测扭锁的传感器来检查从牵引车(3)的拖车(2)卸载所述集装箱(1)的方法，其特征在于：
在所述拖车(2)沿龙门起重机(100)的一侧停放时，通过所述龙门起重机(100)实现卸载；
所述传感器是两个激光扫描仪(10)，所述两个激光扫描仪安装在高于所述牵引车的高度的高度处并且以大于所述集装箱(1)的长度的宽度彼此间隔开；
所述激光扫描仪(10)在所述集装箱(1)通过所述龙门起重机(100)从所述拖车(2)向上移动的同时朝向所述龙门起重机(100)的外侧并朝向所述集装箱发射预定角度内的水平激光束，其中从所述两个激光扫描仪(10)发射的所述水平激光束在所述集装箱(1)的水平延伸部上彼此重叠；并且
其中，当所述龙门起重机(100)向上移动所述集装箱(1)以将所述集装箱装载在装载空间中时，所述激光扫描仪(10)通过在所述激光扫描仪(10)安装的高度处顺序地发射所述水平激光束来扫描所述集装箱的外部形状，并接收所反射的激光束，并且控制设备通过从所述激光扫描仪(10)接收的扫描数据形成与所述集装箱(1)的轮廓相关的三维图像，并在确定在与所述集装箱(1)的轮廓相关的所述三维图像中所述集装箱(1)的下部端部以预定角度或更大角度从水平状态倾斜、或者存在从所述集装箱(1)的下部端部的外形突出的一部分的图像时，产生警报信号。
6.一种用于从牵引车(3)的拖车(2)卸载集装箱(1)的装置，所述装置包括框架、装载器件、用于感测所述集装箱(1)且用于感测扭锁的传感器以及确定异常的控制设备，其特征在于：
所述装置是具有支柱(110)的龙门起重机(100)；
所述传感器是两个激光扫描仪(10)，所述两个激光扫描仪在高于所述牵引车顶部的高度的高度处安装在所述支柱(110)上，并且彼此间隔开的宽度大于20英尺集装箱的长度；
所述激光扫描仪(10)在所述集装箱(1)通过所述龙门起重机(100)从所述拖车(2)向上移动的同时朝向所述龙门起重机(100)的外侧并朝向所述集装箱发射预定角度内的水平激光束，其中从所述两个激光扫描仪(10)发射的所述水平激光束在所述集装箱(1)的水平延伸部上彼此重叠；并且
所述控制设备通过从所述激光扫描仪(10)接收的扫描数据形成与所述集装箱(1)的轮廓相关的三维图像，并在确定在与所述集装箱(1)的轮廓相关的所述三维图像中所述集装箱(1)的下部端部以预定角度或更大角度从水平状态倾斜、或者存在从所述集装箱(1)的下部端部的外形突出的一部分的图像时，产生警报信号。
7.根据前述权利要求中任一项所述的检查系统、方法或装置，其中，两个所述激光扫描仪(10)成对配置并分别安装在所述起重机(100)的两个侧部支柱上或两个支柱(110)上，并且安装在所述起重机(100)的下部支撑框架(150)上方，所述激光扫描仪与所述下部支撑框架之间的最大高度差约为50mm。
8.根据前述权利要求中任一项所述的检查系统、方法或装置，其中，当所述集装箱(1)向上移动时，两个所述激光扫描仪(10)发射所述水平激光束并以预定时间间隔按顺序接收所反射的激光束，并且从所接收的激光束一次获得的扫描数据被传输到所述控制设备，所述控制设备由所述扫描数据通过按时间顺序竖直堆叠而形成所述集装箱的合成的线形图像，使得形成所述集装箱(1)的三维图像。
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