CN1684900A - 确定起重机载荷以一沿升降方向延伸的摆动轴线摆动的方法和/或设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定在起重机(1、36)上载荷(23、24)摆动的方法和设备，该起重机有一个吊运小车(3)，在吊运小车(3)上装有一台摄像机(8)，该摄像机(8)可对准载荷(23、24)的方向。该载荷(23、24)有至少两个彼此远离的标记(29、30)，其中一个标记(30)处于沿升降方向延伸的摆动轴线内。根据两个标记(29、30)的位置可以确定载荷(23、24)的摆动，其中至少一个标记被摄像机(8)摄录并确定其位置。至少有时候在包含一个虚的标记位置的情况下来进行摆动的确定。

Description

确定起重机载荷以一沿升降方向延伸的摆动轴线 摆动的方法和/或设备

本发明涉及一种用于确定起重机载荷摆动的方法和设备。在钢绳上提升的载荷，例如集装箱，可导致转动和/或摆动，也称为扭动。这种扭动，亦即某种类型的摆动运动，目前借助一个用于确定载荷位置的系统检测，它有两台摄像机，采用两台摄像机成本很高。只用一台摄像机按先有技术是有问题的，因为对于能足够迅速地将有关载荷的新的位置实际值信息供给调节系统用于摆动控制而言，目前为了评估由摄像机摄录的图像所需要的计算时间太长了。

由专利文件DE 4190587C2已知一种只有一台摄像机的设备。为了确定载荷的位置，设备分析摄像机的图像。由摄像机摄录的图像有至少两个标记，它们用来计算位置。

采用这类如上述专利文件中的设备不能充分确定在钢绳上提升的载荷，例如集装箱，也称为扭动的转动和/或摆动，因为用于确定位置的扫描时间太长。也就是说，可测得的载荷位置实际值，对于为了消除扭动而要进行的调整而言时间上彼此隔得太久。这种计算时间方面的问题阻碍了能检测更多数量的载荷位置实际值。

本发明的目的是提供一种方法和设备，它们允许经济地检测转动和/或摆动。

此目的按权利要求1、6和7的特征成功地达到。

由从属权利要求2至4和8至14说明有利的设计。

在按本发明的确定起重机上载荷摆动的方法中，起重机有一个用于载荷水平和/或垂直运动的吊运小车，在吊运小车上装一台摄像机，摄像机可以对准载荷的方向，按本方法，载荷有至少两个彼此远离的标记。标记借助至少一个光源将光线反射和/或主动发送给摄像机。一个标记处于一载荷摆动轴线内，在这里所述的轴线沿升降方向延伸。载荷例如是一个有效载荷或是一个装在载荷承接装置上的有效载荷。有效载荷例如是集装箱，而载荷承接装置例如是集装箱吊钩。根据两个标记的位置识别载荷的摆动，其中至少一个标记由摄像机摄录并确定了其位置。对于在摆动轴线区域内的标记计算出它的一虚拟位置。

以此方式，当第二个标记的虚位置已知时，摄像机所摄录图像中的可供用于分析计算以确定位置的图像片段便可以减少到优选一个标记上。由此可以取得更多的载荷位置实际值。在摆动轴线区域内的这一个标记的虚位置，在不处于摆动轴线内的那个标记被至少一次或也可多次摄录后，通过图像分析用实际位置修正。因此，与先有技术相比较，对于每次载荷位置的测量只需分析计算例如一数字摄像机较少的像点。其结果是可以更多次地测量并因而更准确地确定载荷的摆动。因此可以提高摆动控制的调整精度。做到这一点的基础主要是在于，按本发明将一个标记安设在一个与其他标记相比有更小的运动摆幅的区域内。这例如是旋转摆动的旋转中心线，该旋转中心线在本实施例中平行于载荷的升降方向。

通过检测现在可能是实的抑或虚的标记位置，可以计算出载荷的摆角和/或位置。

处于沿升降方向延伸的摆动轴线内的标记的位置至少通过在摄像机两次摄录值之间内插取得。由此导致节省分析评估图像点的计算时间。图像点的分析评估可按这样的方式优化，即，只分析评估那些在它们上面预期有一个要寻找的标记的图像点。

按一种有利的方法，由摄像机摄录一个图像，它有至少两个标记。一个用于图像识别的装置识别这两个标记并计算它们的位置。同时识别出处于沿载荷升降方向延伸的摆动轴线内的那个标记。当摄像机又拍摄到另一个包含至少两个标记的图像时，则所述用于图像识别的装置仅计算出与在轴线内的标记不同的那个标记的位置。对于处于沿升降方向延伸的轴线内的那个标记的位置来说，则是利用它的一个虚位置来计算载荷的位置。

比较有利的是，在摄像机两次摄录并确定被记录的在处于沿载荷升降方向延伸的摆动轴线内的那个标记的位置之间，用摄像机至少两次摄录并确定另一个标记的位置。

实施上述方法例如通过一种设备进行，它有一台摄像机和一个用于内插处于摆动轴线内的标记位置的装置，所述摆动轴线沿升降方向延伸。在这里有不同类型的内插法，这些内插类型包括阶梯函数到多项式内插。

一种用于确定起重机上载荷摆动的设备，其中起重机有一个用于载荷水平和/或垂直运动的吊运小车，所述设备有至少一台在吊运小车上的摄像机。摄像机可以对准载荷的方向，载荷有至少两个可以由摄像机检测的标记，它们可以由摄像机摄录和处理。摄像机与用于图像识别的装置在数据技术上连接在一起。

有利的方式是，一个标记处于沿载荷升降方向延伸的摆动轴线内。在绕此轴线旋转摆动时，处于该轴线区域内的标记没有如处于此轴线之外的另一个标记那么大的位置改变。也就是说，在轴线区域内的标记的位置可以比另一些标记的位置更容易进行内插。因此，为了确定载荷的位置，或为了确定载荷的摆动，可以为在轴线内的标记的位置提供一个虚的(内插的)位置值。

按一项有利的设计，至少一个标记可以在载荷上自由定位。因此载荷可以方便地更换，但不会放弃对位置或摆动的准确确定。

若设一个装置用于确定载荷摆动沿升降方向延伸的摆动轴线，则由此也可以方便地更换载荷。若扭动运动的摆动轴线例如处于位置重心内，则光线可以从摄像机出发对准载荷上体现位置重心的点。

按有利的方式，通过一种在起重机中已经利用的摆动算法，确定有时候要计算其虚位置的标记的虚位置点。因此，只通过一个摄像机系统和一个红外探照灯以及一些有利地也能发射红外光的标记，便可以实现简单的扭动角检测。

附图表示本发明的实施例并在下面详细说明。其中：

图1示意表示一台设计为一台起重机的吊车；

图2示意表示作为起重机的集装箱装卸桥；

图3表示有两台摄像机的用于检测旋转摆动的设备；

图4表示载荷的悬挂和摄像机与两个标记的定位；

图5表示载荷的摆动；以及

图6表示有一台摄像机的用于检测旋转摆动的设备。

图1示意表示吊车1侧视图。图示的吊车1有起重臂2和可移动的吊运小车3。吊运小车3的运动方向用双向箭头20表示。吊运小车3本身有四个各有一个卷绳筒的提升机构，本图由于是侧视图所以只能看到两个提升机构4，其他的被遮挡。载荷24的升降方向用双向箭头21表示。作为举例，吊车1用作起重机，其中借助摄像机8可确定载荷24的位置或载荷承接装置23的位置，后者例如是集装箱用的吊钩。通过确定位置也可以确定载荷24或载荷承接装置23的摆动。载荷24或载荷承接装置有用于摄像机8位置识别的标记。

图2表示另一个用作起重机的例子，这里用侧视图表示用于集装箱传送的集装箱装卸桥36。集装箱装卸桥36有一个吊运小车3和一个升降装置。升降装置包括四个各有一个卷绳筒的提升机构，在这里由于是侧视图只能看到两个提升机构4和5。按此图，集装箱装卸桥36可在轨道34上移动。这种可移动性也可以通过无轨装置实现，但图中未表示。由于吊运小车3或集装箱装卸桥36移动或由于载荷24和/或载荷承接装置23沿升降方向21升和降，即使在集装箱装卸桥36的情况下也会出现载荷24和/或载荷承接装置23的摆动，例如旋转摆动(扭摆)。这种摆动可通过按本发明的位置确定方法和相应的设备识别。为了识别，尤其需要一台固定在吊运小车3区域内的摄像机8。

图3表示两台摄像机8。为每台摄像机8配设一个主动光源16，例如红外探照灯。摄像机8规定用于摄录一个象域11。标记9、10处于此象域11内。通过测定当绕载荷的位置重心17旋转摆动时标记9、10的位置偏离，可以确定摆动运动。为了区别标记9、10，将标记9相对于标记10成直角错移地设在载荷或载荷承接装置上。

为了便于理解图4表示一个三维视图。在吊运小车3上通过钢绳12、13、14和15悬挂一个载荷承接装置23，载荷24再悬挂在载荷承接装置23上。钢绳12、13、14和15的长度可通过示意表示的提升机构4、5、6和7改变。摄像机8通过一个朝载荷24的方向扩展的象域11摄录载荷24或载荷承接装置23。在载荷承接装置23上有两个标记9，它们通过由摄像机8摄录图像的图像处理识别。象域11比标记9的尺寸大。图像处理有利地只针对象域11的区域进行，这些区域含有规定用于确定载荷位置所需的标记。载荷24有一个位置重心17，它处于Z轴Z内。重合不是必要的，但便于画图。图中还画有垂直于Z轴Z的X轴X和Y轴Y。

图5夸大表示绕旋转中心33的旋转摆动，旋转中心33与Z轴Z或例如与位置重心重合。在X轴X与载荷中线37之间的夹角说明转角，即所谓的扭动角28。绕Z轴的转动用弯的双向箭头38表示。

图6与图3一样表示两个标记29和30，但只表示一台摄像机8。标记30处于摆动运动旋转轴线31的范围内，其中，旋转轴线31沿升降方向21延伸。因此，标记30的位置按本发明与第二个标记29相比不那么频繁地通过分析评估摄像机8的象域确定。在此图中象域11对准标记29。标记29的位置通过图像分析确定。标记30的位置可以内插确定。借助这两个标记29和30的位置，可以确定在它上面有这些标记的载荷的摆动。对于为控制绕旋转轴线31旋转摆动的调节而言，循环时间越短越好，在这里的循环时间处于毫秒范围内。因为现在为识别摆动时载荷的位置提供了标记30的一个虚的位置，而且现在只还有一个标记29可通过图像处理确定其位置，所以可以连续执行多次位置确定的任务。标记30的虚位置当然应在规定的时间范围内用实的实际位置加以修正。在这种情况下，象域11至少对准标记30和必要时也同时对准标记29。若在图像处理时要计算两个标记29和30的位置，则由此比只针对一个标记时需要更长的计算时间。这种附加的时间至少通过利用在这里处于旋转轴线31内的虚的重心位置和相应标记30位置的内插加以补偿。决定性的是，标记29的位置确定通过摄像机8比标记30更频繁地进行，因为标记30在转动时它的位置变化不那么大。例如，标记30位置的修正在每第十次确定标记29的位置后进行。扭角例如根据标记30的虚位置和标记29的实位置得出。

本发明有许多优点。首先省去了第二台摄像机。再一个优点是可以方便地改造已经有一台摄像机的起重机，使它也能检测绕沿升降方向的轴线的旋转摆动。为了改造，尤其要在载荷和/或载荷承接装置上设第二个标记。若这两个标记29和30有附加的发射闪光的主动光源，则可以进一步提高起重机的工作可靠性。闪光可通过来自摄像机方向的第一次闪烁触发。通过利用在标记30区域内一个虚的位置点，可以实现更长的扫描时间，由此可以达到更小的测量噪声。

Claims (14)

1.一种确定一起重机(1、36)上载荷(23、24)摆动的方法，该起重机有一个吊运小车(3)，在该吊运小车(3)上装设有一台摄像机(8)，其中，该摄像机(8)可对准载荷(24)的方向以及该载荷(24)有至少两个彼此远离的标记(29、30)，其中一个标记(30)在沿升降方向延伸的一摆动轴线内，其特征为：根据两个标记(29、30)的位置识别载荷(23、24)的摆动，其中，至少一个标记被摄像机(8)摄录并确定其位置。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征为：计算所述载荷的摆角和/或位置。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为：所述处于沿升降方向延伸的摆动轴线内的那个标记的位置在摄像机(8)两次摄录之间进行内插。

4.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征为：所述摄像机(8)摄录一个包含至少两个标记(29、30)的图像，并且一个用于图像识别的装置识别这两个标记(29、30)并计算它们的位置，以及识别出处于沿载荷(23、24)升降方向延伸的摆动轴线内的标记(30)，以及，由摄像机拍摄另一个包含至少两个标记的图像，以及所述用于图像识别的装置计算与所述在轴线内的那个标记不同的标记(29)的位置。

5.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征为：在摄像机(8)两次摄录并确定被记录的在处于沿载荷(24)升降方向的摆动轴线内的那个标记的位置之间，用摄像机(8)至少两次摄录并确定另一个标记的位置。

6.一种实施按照权利要求1至5之一所述的方法的设备，其特征为：该设备有一台摄像机(8)和一个用于内插处于沿升降方向延伸的摆动轴线内的标记位置的装置。

7.一种确定一起重机(1、36)上载荷(23、24)摆动的设备，该起重机有一个吊运小车(3)，其特征为：在吊运小车(3)上装一台摄像机(8)，该摄像机(8)可以对准载荷(23、24)的方向，该载荷(23、24)有至少两个可以由摄像机(8)抓拍到的标记(29、30)，该至少两个标记(29、30)可以由摄像机(8)摄录和处理，以及，所述摄像机(8)与一用于图像识别的装置在数据技术上连接在一起。

8.按照权利要求7所述的设备，其特征为：一个标记在一沿载荷的升降方向延伸的载荷摆动轴线内。

9.按照权利要求7或8所述的设备，其特征为：所述标记可以在载荷上自由定位。

10.按照权利要求7至9之一所述的设备，其特征为：设有一个用于确定沿升降方向延伸的载荷摆动轴线的装置。

11.按照权利要求7至10之一所述的设备，其特征为：所述标记是一个主动光源和/或一个被动光源。

12.按照权利要求7至11之一所述的设备，其特征为：一个主动光源从吊运小车(3)对准载荷标记的方向。

13.按照权利要求7至12之一所述的设备，其特征为：所述载荷(23、24)包括一个载荷承接装置(23)和/或一个有效载荷(24)。

14.按照权利要求7至12之一所述的设备用于实施按照权利要求1至5之一所述的方法。

Images