DE10202399A1

DE10202399A1 - Einrichtung und Verfahren zur Positionierung von Transportfahrzeugen

Info

Publication number: DE10202399A1
Application number: DE2002102399
Authority: DE
Inventors: Stefan Klement
Original assignee: Noell Crane Systems GmbH
Current assignee: Noell Crane Systems GmbH
Priority date: 2002-01-19
Filing date: 2002-01-19
Publication date: 2003-08-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Positionierung eines Transportfahrzeugs 13 im Umschlagbereich 12 eines Containerkrans 9 in eine definierte Be- und Entladeposition (Zielposition), DOLLAR A mit einem optischen Objekterkennungssystem 1 bis 8 und wenigstens einem Laserscanner 2, welcher an einen Containerkran 9 angeordnet ist und mit einem Computer zur Steuerung und Signalauswertung der Scannersignale und eine oder mehrere Ampelanlagen 18. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist eine mechanische Schwenkeinrichtung 8 zur Aufnahme eines 2-D-Laserscanners 2 vorgesehen, wodurch ein 3-D-Laserscanner robuster Bauart entsteht, der in der Lage ist, die Position eines Transportfahrzeugs 13 und deren Containerladung vor Einfahrt und innerhalb des Umschlagbereichs 12 zu bestimmen. Die Erfindung ermöglicht auch die Positionsbestimmung und Positionierung mehrerer Transportfahrzeuge gleichzeitig und im Bewegungszustand des Containerkrans 9.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Positionierung eines Transportfahrzeuges im Umschlagbereich eines Containerkrans, bezüglich einer durch den Arbeitsbereich der Hebeeinrichtung des Kranes vordefinierten Be- und Entladeposition (Zielposition).
Zur Bewältigung des weltweit ständig wachsenden Güterverkehrs, erlangt der schnelle Güterumschlag zwischen den einzelnen Verkehrsträgern eine besondere Bedeutung.
Dabei werden insbesondere für die Be- und Entladeeinrichtungen in den Umschlagzentren neue Techniken entwickelt, um kürzere Umschlagzeiten, beispielsweise beim Umschlag von Containern, zu erreichen.
Da auch der Seetransport von Containem zu immer größeren Containerschiffen mit einer steigenden Containerzahl führt, sind die Umschlagzeiten beim Be- und Entladen in den Containerhäfen ein nicht unerheblicher Kostenfaktor in der Transportkette der Verkehrsträger.
Zahlreiche Entwicklungen beschäftigen sich demzufolge auch mit technischen Neuerungen in der Umschlagtechnik von Containerhäfen.
Ein wesentlicher Zeitfaktor für den Containerumschlag zwischen dem Laderaum eines Containerschiffes und einem Transportfahrzeug im Umschlagsbereich des Containerkranes, ist die genaue Positionierung des Spreaders über den aufzunehmenden oder abzusetzenden Containern. Beispielsweise müssen die Twistlocks des Spreaders präzise in die Aufnahmeösen des Containers eingreifen und verriegeln. Voraussetzung dafür ist die genaue Einhaltung der Übergabepunkte (Zielposition) für die Container. Allerdings bereitet es den Fahrern von Transportfahrzeugen für den Containertransport einige Schwierigkeiten, die genaue Position im Umschlagbereich eines Containerkrans ohne zeitaufwendige Einweisung durch einen Kranführer zu erreichen, da die momentane Position und der Abstand zu der Zielposition, wo die Container Be- und Entladen werden nicht genau bekannt sind.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Containerabmessungen international genormt sind und die Geometrie der verschiedenen Typen von Aufliegerchassis bekannt sind, wurden verschiedene Methoden vorgeschlagen, die aktuelle Position von Containern auf den Aufliegerchassis von Transportfahrzeugen und der Aufliegerchassis selbst im Umschlagbereich des Containerkrans zu bestimmen.

So ist aus der DE 36 06 363 C2 eine Einrichtung zur Bestimmung der Lage eines Fahrzeugs relativ zu einer Container-Hebevorrichtung bekannt, bei der die Fahrbalken der Hebevorrichtung mit mehreren berührungslos arbeitenden Ultraschallsensoren bestückt sind. Die ausgehenden Ultraschallwellen werden mittels Reflektoren, die am Transportfahrzeug befestigt sind, zurückgeworfen und zur Entfernungsmessung und damit zur Lagebestimmung des Transportfahrzeugs verwendet. Die gewonnenen Entfernungsangaben können dann auf einem Anzeigegerät dargestellt oder mit einem Prozeßrechner verarbeitet werden.

Nachteilig bei dieser bekannten Erfindung ist, neben der notwendigen Anordnung mehrerer Ultraschallreflektoren am Transportfahrzeug, auch die oft unterschiedliche zu berücksichtigende Höhendifferenzen zwischen dem Aufliegerchassis und dem Fahrbalken des Containerkrans mit den Ultraschallsensoren.

Die als Lösung vorgeschlagene Schrägstellung der Ultraschallsensoren oder der Einsatz von Zwischenstücken zur Höhenanpassung zwischen Ultraschallsender und Reflektoren sind für die Praxis oft wenig geeignet, aufwendig und störanfällig.

Die Lage und die Position des Transportfahrzeugs können mit dieser Einrichtung auch erst unmittelbar nach dessen Einfahrt in den Umschlagbereich des Containerkrans bestimmt werden. Eine Detektion des Transportfahrzeugs vor Einfahrt in den Umschlagsbereich ist mit diesem Messsystem nicht möglich.

Bei den bisher bekannt gewordenen Positioniereinrichtungen ist eine Positionsbestimmung des Transportfahrzeugs nur in Ruhestellung des Containerkrans während des Messvorgangs möglich, so dass der Kran für jeden Messvorgang angehalten werden muß, was mit erheblichem Zeitverlust verbunden ist.

Aus der EP 342655 B1 ist eine Messmethode zur Positionsbestimmung von Containern bekannt, die zwar keine Lösung für das Problem der Positionsbestimmung und Positionierung von Container-Transportfahrzeugen anbietet, wo aber Messmittel zur genauen Vermessung einer seitlichen Standplatzbegrenzung für Container angegeben werden. Die beschriebene Methode ermöglicht das genaue Absenken und Positionieren eines Containers oder des Spreaders in eine Schiffzelle.

Als gut geeignetes Messmittel wird ein Fernerkennungssystem mit einem gepulstem Richtstrahlsender verwendet, dessen Empfangssensoren an seitlich befestigten verstellbaren Auslegern des Spreaderrahmens angebracht sind.

Als Strahlungsquelle wurden aus dem Bereich der elektromagnetischen Strahlung, gepulste Laserstrahlen ausgewählt, welche eine besonders enge Strahlenbegrenzung erlauben. Der gepulste Laserstrahl ermöglicht ferner eine sehr exakte Vermessung von Objekten und damit auch von Positionsangaben der vermessenen Container. Zur Ermittlung eines Gesamtprofils des Containerstandplatzes, kann der im Richtstrahlweg des Lasers liegende Umlenkspiegel verschwenkt werden, wodurch eine Scanbewegung in einer Ebene stattfindet. Zur Darstellung einer einzigen Profilecke sind nach dieser Methode allerdings zwei Fernerkennungssysteme notwendig.

Ferner wurden Lasermesssysteme zur Objekterkennung bekannt, die neben dem ersten Umlenkspiegel für eine Scanbewegung in einer Ebene einen zweiten Umlenkspiegel im Strahlengang des Laserstrahls aufweisen, der ebenfalls um einen bestimmten Winkel schwenkbar ist.

Solche hochauflösenden 3D-Laserscanner sollen in der Lage sein, auch größere Bereiche dreidimensional zu scannen und die Geometrie der darin vorhandenen Objekte messtechnisch zu erfassen.

Es ist aber davon auszugehen, dass diese Messanordnung durch die Mehrfachreflexion des Lasers auf den Spiegeloberflächen und deren Verschmutzungsgefahr für den in der Praxis erforderlichen Dauerbetrieb als Objekterkennungssystem (OES) weniger geeignet ist. Auch die während des Betriebs des Containerkrans unvermeidbaren Erschütterungen und die Schwingungen durch die Hubseilantriebe wirken sich nachteilig auf das vorgeschlagene empfindliche optische Spiegelsystem aus, so dass diese bekannten Lasermesssysteme keine geeignete und praxistaugliche Methode darstellen, die Position von Transportfahrzeugen und Containern im Umschlagbereich eines Containerkrans zu bestimmen.

Aus den vorgenannten Problemen leitet sich die Aufgabe für die vorliegende Erfindung ab, die darin besteht, eine Einrichtung und ein Verfahren zur Positionierung von Transportfahrzeugen anzugeben, welche mit einer minimalen Anzahl von Lasersensoren und ohne zusätzliches Anbringen und justieren von Reflektoren eine schnelle und zuverlässige Positionsbestimmung von Transportfahrzeugen innerhalb des Umschlagbereich eines Containerkrans ermöglicht, wobei eine Detektion auch schon vor dessen Einfahrt möglich sein soll. Dabei sollen die verwendeten Mittel von praxistauglicher robuster Bauart sein.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1, 7 und 8 gelöst. In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Die erfindungsgemäße Lösung beschreibt eine Einrichtung zur Positionierung eines Transportfahrzeugs im Umschlagbereich eines Containerkrans in eine definierte Be- und Entladeposition (Zielposition), welche ein optisches Objekterkennungssystem, auch OES abgekürzt mit wenigstens einem Laserscanner umfasst, der an einer geeigneten Stelle des Containerkrans angeordnet ist und mit einem Computer zur Steuerung und Signalauswertung der Scannersignale sowie mit der Kransteuerung verbunden ist.

Erfindungsgemäß sind 2D-Laserscanner bekannter Bauart an einer Elektromotorbetriebenen mechanischen Schwenkeinrichtung befestigt, wodurch ein dreidimensionaler Scannvorgang eines großflächigen Bereichs möglich wird und die genaue Position eines Transportfahrzeugs mit Containerladung vor Einfahrt in den Umschlagbereich und innerhalb des Umschlagbereichs messbar wird.

Das die an den Transportfahrzeugen/Containern gestreuten Laserimpulse auswertende OES, ist einerseits mit einem Computer zur Auswertung der Scanbilder und zur Steuerung der Schwenkeinrichtung verbunden und andererseits mit der elektronischen Kransteuerung. Zur Erzielung der gewünschten exakten Messergebnisse, müssen dem OES die Daten zu den wichtigsten geometrischen Abmessungen der im Umschlagbereich des Containerkrans eingesetzten Transportfahrzeuge, insbesondere des Aufliegerchassis und der Container bekannt sein. Diese Daten können meist problemlos aus den in vielen Häfen vorhandenen Terminal-Kontrollsystem oder mittels der Kransteuerung übernommen werden.

Die erfindungsgemäße Positionsbestimmung vor und innerhalb des Umschlagbereichs erfolgt durch scannen festgelegter markanter Konturen des Transportfahrzeugs. Als dafür besonders geeignet hat sich der hintere Querträger des Aufliegerchassis (Endtraverse) erwiesen. Markante Messpunkte an den Containem sind dessen obere vordere und/oder hintere Kante (Hauptmesspunkte).

Der Scanvorgang der Laserscanner sucht zuerst diese Hauptmesspunkte zu erfassen.

Wurden die Positionskoordinaten dieser Hauptmesspunkte ermittelt, können durch deren Vergleich mit dem im Computer oder der Kransteuerung gespeicherten Abmessungsprofilen der Fahrzeugtyp die Ausrichtung der Container auf dem Aufliegerchassis und seine genaue aktuelle Position ermittelt werden.

Die derart erhaltenen aktuellen Positionskoordinaten werden dann mit denen der Zielposition durch ein in den Computer implementiertes Softwaremodul abgeglichen und die Entfernungs- und Richtungswerte der noch bestehende Differenz zwischen beiden Positionen zur Anzeige gebracht.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung mehrere optische Anzeigeeinrichtungen auf, die dem Fahrer jedes einzelnen in verschiedenen Fahrspuren befindlichen Transportfahrzeugs ebenfalls die Entfernungs- und Richtungswerte zur Erreichung der vorgesehenen Zielposition für seine spezielle Fahrspur, mit minimalem Zeitaufwand die zu erreichen.

Die angezeigten Werte sind dabei derart ausgestaltet oder codiert, dass der Fahrer daraus Richtung und Entfernung, in die er das Transportfahrzeug bewegen muß, entnehmen kann.

Vorzugsweise wird dazu eine speziell ausgebildete Ampelanlage verwendet, die mehrere farblich unterschiedliche Signallampen aufweist und durch den Computer des Objekterkennungssystems entsprechend der für jede Fahrspur einzeln ermittelten Richtungswerte angesteuert wird.

Statt der farblich unterschiedlichen Signallampen, ist auch die Verwendung eines Displays mit alphanumerischer Anzeige denkbar.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfinderischen Einrichtung, ist deren Fähigkeit, eine dynamische Positionsbestimmung und Positionierung eines oder mehrerer Transportfahrzeuge während der Fahrbewegung des Containerkrans durchzuführen. Gemäß dem aufgezeigtem Stand der Technik, ist es nicht möglich die Position eines Transportfahrzeuges zur erfassen, während der Containerkran in Bewegung ist. Dieser Bewegungszustand des Kranes auf seinen Fahrschienen parallel zum Kai ist aber im Normalbetrieb vorherrschende Betriebsart, so dass die durch die vorliegende Erfindung geschaffene Möglichkeit einer Positionserfassung des Transportfahrzeugs während der Bewegung besonders Vorteilhaft ist.

Es sei hier nur auf die große Zeitersparnis durch diese dynamische Positionierung verwiesen.

Der erfindungsgemäße Lösungsvorschlag dieses Problems, besteht nun im Wesentlichen darin, die augenblickliche beliebige Containerkranposition als Zielposition des Transportfahrzeugs und dessen Aufliegerchassis elektronisch zu speichern.

Dieser Vorgang wird beispielsweise durch Betätigung eines speziell dafür vorgesehenen Schaltelement durch den Kranführer ausgelöst. Dadurch werden die momentanen Ortskoordinaten des Containerkrans in der Kransteuerung oder dem Computer des OES gespeichert. Diese Ortskoordinaten der momentanen Containerkranposition bilden die "Aufliegerchassisposition" und dienen als Basis für die augenblickliche Positionsbestimmung des Transportfahrzeugs mittels OES und dessen Positionierung (Führung) zu den gespeicherten Koordinaten des Containerkrans. Da diese Positionsdaten auch im Steuerrechner der Kransteuerung abgelegt sind, kann dieser jederzeit exakt zu dieser Position zurückkehren und das in Zielposition befindliche Transportfahrzeug Be- und Entladen.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, ein Objekterkennungssystem vorzusehen, dass aus mehreren Schwenkeinrichtungen mit 3D-Laserscannern besteht, die über den Computer (Steuerrechner) des OES miteinander gekoppelt sind.

Durch Implementierung geeigneter Softwaremodule auf dem Computer, können die eingescannten Messdaten der gekoppelten Laserscanner synchron ausgewertet und zur Anzeige gebracht werden.

Dadurch erlangt das System die Fähigkeit, mehrere Transportfahrzeuge und die auf ihren Aufliegerchassis befindlichen Container gleichzeitig vor der Einfahrt in den Umschlagbereich und innerhalb des Umschlagbereichs auf der jeweiligen Fahrspur eines Containerkrans zu detektieren.

Unter detektieren im Umschlagbereich soll hier eine genaue Bestimmung der Lage und der Winkelabweichung der Transportfahrzeuge und des geladenen Containers relativ zu dem einzunehmenden Be- und Endladepunkt (Zielposition) verstanden werden.

Die gleichzeitige Detektion mehrerer Transportfahrzeuge erfordert eine spezielle Anordnung und Befestigung der erfindungsgemäßen Schwenkeinrichtung mit den 2D- Laserscannern oberhalb der jeweiligen Fahrspuren. Besonders geeignet ist beispielsweise eine Befestigung an den Trägern des unteren Querrahmens eines Containerkrans.

Dabei muß nicht unbedingt jeder Fahrspur eine Schwenkeinrichtung mit Laserscanner zugeordnet sein. Bei geeigneter Software zur Objekterkennung können auch die Reflexionsbilder eines 3D-Laserscanners von zwei oder mehr Fahrbahnen erfaßt und ausgewertet werden. Die 3D-Laserscanner müssen allerdings in entsprechenden Winkeln ausgerichtet und der Schwenkbereich der Schwenkeinrichtung entsprechend ausgelegt sein.

Eine gleichzeitige Positionierung mehrerer Transportfahrzeuge in der jeweiligen Fahrspur unter dem Containerkran erfordert neben der exakten augenblicklichen Positionsbestimmung jedes Fahrzeuges auch eine für jedes Fahrzeug und den darin befindlichen Fahrer geeignete Richtungsanzeige.

Dazu weist die erfindungsgemäße Einrichtung mehrere optische Anzeigeeinrichtungen auf, die dem Fahrer jedes einzelnen in verschiedenen Fahrspuren befindlichen Transportfahrzeugs ebenfalls die Entfernungs- und Richtungswerte zur Erreichung der vorgesehenen Zielposition für seine spezielle Fahrspur, mit minimalem Zeitaufwand die zu erreichen.

Entsprechendes gilt auch, wenn die Transportfahrzeuge aus entgegengesetzten Richtungen, also parallel zum Kai in den Umschlagbereich einfahren.

Erfindungsgemäß sind die Schwenkeinrichtungen mit den Laserscannern und die Ampelanlagen dann symmetrisch zu den Zufahrtsrichtungen an den Quertraversen des Containerkrans angeordnet.

Die einzelnen Ampeln können aber auch an anderer, für den Fahrer sichtbaren Stelle in beiden Zufahrtsrichtungen angeordnet sein.

In einer einfachen Ausführungsart wird die Erfindung auf einen Portalstapler angewendet. In diesem Fall ist die Positionsbestimmung nur eines Transportfahrzeugs mit Container in einer Fahrspur notwendig.

Das für diese Anwendung ausgelegte Objekterkennungssystem besteht nur aus einem 2D-Laserscanner, der auch am Trägerrahmen eines Portalstablers befestigt ist, dessen Messdaten ebenfalls durch einen Computer erfaßt und zur Anzeige gebracht werden. Dieser 2D-Laserscanner ist nur in einer Ebene parallel zur Fahrspur eines vor- oder im Umschlagbereich des Portalstaplers befindlichen Transportfahrzeugs schwenkbar. Durch scannen der markanten Hauptmesspunkte, wie der Quertraverse des Aufliegerchassis, ist auch der 2D-Laserscanner in der Lage, die Position des Transportfahrzeugs vor Einfahrt und innerhalb des Umschlagbereichs eines Portalstablers zu bestimmen.

Auch hier werden die Containerkanten als markante Messpunkte zur Erfassung der Containerpositionen benötigt.

Die Erfindung soll nun anhand von mehreren Figuren und einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 erfindungsgemäße Schwenkeinrichtung in Vorderansicht
Fig. 2 gleiche Schwenkeinrichtung in Seitenansicht
Fig. 3 Anordnung mehrerer Laserscanner oberhalb der zu scannenden Transportfahrzeuge mit und ohne Container in mehreren Fahrspuren eines Containerkrans;
Fig. 4 Seitenansicht zu Fig. 3 mit Darstellung des Scanwinkels in Fahrtrichtung;
Fig. 5 eine Draufsicht zu den Fig. 3 und 4;
Fig. 6 markante Messpunkte (Hauptmesspunkte) des Transportfahrzeugs mit Aufliegerchassis und Container in Fahrtrichtung;
Fig. 7 markante Messpunkte des Transportfahrzeugs wie in Fig. 6, aber in Laufkatze-Richtung (rechtwinklig zur Fahrtrichtung);
Fig. 8 Ampelanlage mit Anzeigeelementen zur Richtungsanzeige.
Die Fig. 1 und 2 zeigen die erfindungsgemäße Schwenkeinrichtung 8 zur Aufnahme eines Messsystems 2, welches insbesondere als Laserscanner 2 eines Objekterkennungssystems ausgebildet ist, jeweils in Vorderansicht und Seitenansicht. Die Schwenkeinrichtung wird mit der Befestigungsplatte 6 an einer geeigneten Stelle des Containerkrans 9 befestigt, vorzugsweise an dessen Quertraversen, derart, dass die Fahrspuren 10 für die Transportfahrzeuge 13 zum Transport der Container 16 im Erfassungsbereich der Laserscanner liegen (Fig. 3). Der 2D-Laserscanner 2 ist lösbar mit dem Schwenkbügel 3 der Schwenkeinrichtung verbunden und kann maximal um 180 grad geschwenkt werden. Dazu ist der Schwenkbügel 1 über eine Pleulstange 5 mit Schwingbügel 3 und eine Kurbelscheibe 7 mit einem Antriebsmotor 1 verbunden. Der Antriebsmotor 1 wird von der Steuerung (Computer, nicht dargestellt) des Objekterkennungssystems (OES) angesteuert und ist mit der Kurbelscheibe 7 verbunden. Das durch den Antriebsmotor 1 erzeugte Drehmoment entspricht der von dem OES-Steuerung eingestellten Schwenkwinkel für die Laserscanner 2 am Schwenkbügel 3. Das angesteuerte Drehmoment wird mittels Pleulstange 5 und Schwingbügel 5 auf den Schwenkbügel 3 übertragen und der Laserscanner 2 nimmt den gewünschten Schwenkwinkel ein. Mittels Positionssensor 4 wird die Winkelstellung des Messsystems (Laserscanner) 2 überwacht, an den Computer gemeldet und gegebenenfalls korrigiert. Zur ständigen Überwachung des Umschlagbereichs 12 und seinem unmittelbaren Randbereich wird die Schwenkeinrichtung 8 in zeitlich einstellbaren Zyklen betätigt. Die Größe des Schwenkwinkels kann entsprechend den Erfordernissen des Umfangs des Scanbereiches variabel eingestellt werden.
Diese Einstellungen werden durch Parametereingabe in die Steuersoftware des Computers vorgenommen.
In Fig. 3 ist die Anordnung der Schwingeinrichtung 8 mit Laserscanner 2 an einem Containerkran 9 dargestellt. Im Erfassungsbereich dieses Objekterkennungssystems liegen die Fahrspuren 10 mit den Transportfahrzeugen 13. Dargestellt sind auch die optischen Anzeigeeinrichtungen 11, welche hier als Ampelanlagen 18 (Fig. 8) ausgebildet sind und im Sichtbereich der Fahrer liegen.
Fig. 4 zeigt die Seitenansicht von Fig. 3 mit dem durch die Laserscanner 2 erfaßten Umschlagbereich 12 und der Laufkatze mit Spreader 14 des Containerkrans 9.
Fig. 5 stellt die Draufsicht der Fig. 3 und 4 dar, und verdeutlicht den in Fahrtrichtung der Transportfahrzeuge 13 erweiterten Umschlagbereich 12 (Erfassungsbereich der Laserscanner 8).
In den Fig. 6 und 7 erkennt man die für den Laserscanner 2 als Hauptmesspunkte 15, 16 und 17 ausgebildeten markanten Konturen der Transportfahrzeuge 13 und der beladenen Container. Die Koordinaten der Messpunkte 15, 16 und 17 werden insbesondere zum Vergleich mit den typenabhängigen abgespeicherten Abmessungen der bekannten Hauptmesspunkte der für den Containerumschlag verwendeten Transportfahrzeuge 13 herangezogen. Die entsprechenden Abmessungen (Koordinaten) markanter Konturen und Abmessungen für die im Bereich des Containerkrans 9 verwendeten Transportfahrzeuge 13 und ihrer Aufliegerchassis müssen zur Konfiguration und Optimierung des Objekterkennungssystem einmalig eingegeben werden. Besonders die Daten des rückseitigen Hauptmesspunktes 15 des Aufliegerchassis und die der in Fahrtrichtung nachfolgenden Baugruppen der Chassisplattform müssen gespeichert sein um eine eindeutige Objekterkennung durch den Laserscanner 2 zu sichern.
Schließlich ist in Fig. 8 eine Ampelanlage 18 mit mehreren optischen Anzeigeelementen 19 dargestellt. Die Anzeigeelemente 19 zeigen dem Fahrer des Transportfahrzeugs 13 an, in welche Richtung er sein Fahrzeug steuern muß um die Zielposition zur Be- und Entladung der Container zu erreichen.
In einem Ausführungsbeispiel sollen weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert werden.
Wie schon teilweise beschrieben besteht die erfindungsgemäße Einrichtung zur Positionierung von Transportfahrzeugen 13 mit Containern im Wesentlichen aus zwei zusammenwirkenden Komponenten.
Die erste Komponente (Objekterkennungssystem, Computer) dient vorrangig der Positionsbestimmung eines Transportfahrzeugs 13, also der Ermittlung der aktuellen Lage des Aufliegerchassis und der Container, während die zweite Komponente (Anzeigeeinrichtung) der Positionierung eines Transportfahrzeugs im Umschlagbereich des Containerkrans 9 dient. Laserscanner in 2D-Messtechnik sind an sich bekannt und werden häufig zur Positionsbestimmung von Objekten verwendet. Sie stehen in kompakter Bauweise und für unterschiedliche Reichweiten zur Verfügung. In Verbindung mit Reflexionsfolie sind gegenwärtig Objektvermessungen bis zu einer Entfernung von 200 m möglich und ohne Reflexionsfolie können Objekte in mehr als 100 m Entfernung gescannt werden. Der Laser sendet dabei extrem kurze Lichtimpulse in Richtung auf das zu scannende Objekt aus. Die gemessenen Profile oder Reflexionspositionen werden über eine spezielle Schnittstelle auf einen Computer übertragen und online weiterverarbeitet. Je nach Pulsdauer kann beispielsweise das Profilbild eines Transportfahrzeugs bis zu 5 mal pro Sekunde erzeugt und verarbeitet werden. Praktisch orientierte Werte liegen bei etwa 3 Messzyklen pro Sekunde. Wird der 2D-Laserscanner jedoch in eine in ihrem Schwenkwinkel elektronisch steuerbare mechanische Schwenkeinrichtung 8 für 2D-Laserscanner 2 integriert, entsteht ein robuster 3D-Laserscanner, der die Koordinaten markanter Konturen dreidimensionaler Objekte, wie einem Transportfahrzeug 13 mit Aufliegerchassis und Containern genau erfassen kann.
In dem vorliegenden Beispiel sind vier Schwenkeinrichtungen mit jeweils einem 2D- Laserscanner 8 symmetrisch an den Quertraversen eines Containerkrans 9 angeordnet (Fig. 3 bis Fig. 5). Dabei sind jeweils zwei Schwenkeinrichtungen 8 mit 3D- Laserscannern 2 in eine der möglichen Einfahrtrichtungen des Containerkrans 9parallel zum Kai ausgerichtet. Der Schwenkwinkel der Schwenkeinrichtung 8 ist parallel zu den Fahrspuren 10 auf einen Winkel von etwa 90 grad eingestellt, so dass die unterhalb der 3D-Laserscanner 2 befindlichen Fahrspuren 10 weit über die Grenze des Umschlagbereichs 12 gescannt werden
Wie erwähnt müssen dem Objekterkennungssystem (OES) die Konturen und Abmessungen der Transportfahrzeuge 13, die aus Zugmaschine und Aufliegerchassis bestehen, bekannt sein.
Das trifft auch für die verwendeten Containerabmessungen zu.
Die notwendigen Daten werden dem Computer (der auch als SPS ausgebildet sein kann) des OES in der Regel von einem in Containerhäfen vorhandenen Terminal- Kontrollsystem über die Steuerung des Containerkrans zur Verfügung gestellt.
Diese Daten können beispielsweise durch folgende Eingabe Parameter erzeugt werden:

- der Typ, die Höhe oder die Breite des Aufliegerchassis,
- der Abstand zwischen dem Frontteil der Zugmaschine und dem Aufliegerchassis,
- Zeichnungen und Darstellungen der genannten Baugruppen,
- die Position des Containers relativ zur rückseitigen Quertraverse des Chassis 15,
- die Position der Fahrspuren 10 in Richtung Laufkatze relativ zur Wasserseite der Containerkran-Schienen

Es ist auch denkbar die Daten der verschiedenen im Hafenbereich verwendeten Fahrzeugtypen und Container direkt in den Computer des OES einzugeben.
Ferner müssen dem OES auch die Koordinaten (Daten) für die erforderliche Containerposition (Zielposition) bekannt sein.
Überfährt nun ein Transportfahrzeug 13 mit Containern die Grenze des Umschlagbereichs 12 des Containerkrans 9, wird es von den 3D-Laserscannern mit Schwenkeinrichtung 8 detektiert und der Kransteuerung übermittelt. Das OES informiert die Kransteuerung und damit natürlich auch den Kranführer über die benutzte Fahrspur 10 des Transportfahrzeugs 13.
In einer ersten Betriebsart wird nun der Kran angehalten und der Fahrspur zugeordnete 3D-Laserscanner 2 des OES sucht den rückseitigen Hauptmesspunkt des Aufliegerchassis 15 (Endtraverse). Wurden die momentanen Koordinaten dieser als Hauptmesspunkt 15 fungierenden Endtraverse ermittelt, errechnet der Computer des OES aus den ermittelten Daten und den für diesen Auflegerchassistyp gespeicherten Daten, sowie den Koordinaten der Zielposition die aktuelle Entfernung und die aktuelle Winkelabweichung der Transporterposition zur Zielposition.
Die errechneten Entfernungs- und Richtungswerte werden in Signale umgesetzt und mittels Ampelanlage 18 für den Fahrer des Transportfahrzeugs 13 sichtbar zur Anzeige gebracht. Dazu weist die Ampelanlage 18 mehrere optische Anzeigeelemente 19 auf, die dem Fahrer durch aufleuchten in verschiedenen Farben und mit Richtungspfeil-Symbolen die Richtung anzeigen, in die er sein Fahrzeug zur Erreichung der Zielposition steuern muß.
Meldet das OES, dass die Zielposition erreicht ist, leuchtet das Anzeigeelement "Stop" auf.
Im nächsten Verfahrensschritt ermittelt das OES nun die Position des Aufliegerchassis in Bewegungsrichtung der Laufkatze 14.
Dazu werden durch die 3D-Laserscanner die markanten Konturen der seitlichen Hauptmesspunkte 17 (Seitenstreben) des Aufliegerchassis und die Lasthöhe der Container ermittelt und als Messwerte an die Steuerung des Containerkrans übertragen.
Mit diesen erfindungsgemäß ermittelten Werten aktualisiert die Kransteuerung die Zielparameter der Zielposition der Laufkatze, wodurch eine automatische Positionierung des Spreaders über der Zielposition ermöglicht wird.
Für den Fall, dass die mittels Spreader angehobene Last (Container) den Strahlengang der 3D-Laserscanner verdeckt, und eine Positionsbestimmung nicht möglich ist, beginnt das "Stopsignal" der Ampelanlage 18 zu blinken bis eine erneute Messung möglich ist.
Das vorbeschriebene Verfahren und die Einrichtung lassen sich besonders vorteilhaft auch für mehrere Fahrspuren im Umschlagbereich 12 eines Containerkrans 9 durchführen.
Gemäß dem vorbeschriebenen Verfahren können auch mehrere Transportfahrzeuge 13 gleichzeitig in den jeweils verschiedenen Fahrspuren 10 oder auch nacheinander mittels Objekterkennungssystem detektiert und positioniert werden. Dazu werden bis zu vier, in Fig. 3 bis Fig. 5 dargestellte Schwenkeinrichtungen 8 mit 3D-Laserscanner 2 an dem Portalgerüst des Containerkrans 9 angeordnet und gleichzeitig betrieben. Die einzeln ermittelten Positionsdaten der Transportfahrzeuge 13 mit Container in ihrer jeweiligen Fahrspur 10 werden zur Auswertung an den nicht dargestellten Computer des OES übermittelt.
Auch in dieser Betriebsart findet der beschriebene Vergleich der aktuell ermittelten Positionsdaten mit den gespeicherten Daten aus der Terminal- oder Kransteuerung statt und es werden entsprechend der errechneten Positionsabweichungen der einzelnen Fahrzeuge 13 Richtungssignale für den jeweiligen Fahrer durch die Ampelanlagen 18 Angezeigt.
Die beschriebene Verfahrensweise bietet insbesondere den Vorteil eines schnellen automatisierten Containerumschlags, was insbesondere durch eine genauere Positionsbestimmung der Container mittels Schwenkeinrichtung 8 mit 3D-Laserscanner erreicht wird.
Durch die Anordnung mehrerer Schwenkeinrichtungen 8 mit Laserscannern 2 am Trägerrahmen des Containerkrans 9 oberhalb des Umschlagbereichs 12, können vorteilhaft mehrere Transportfahrzeuge mit Containern gleichzeitig gescannt und positioniert werden, was Leerlaufzeiten vermeidet und zu erheblichen Einsparungen in der Umschlagszeit führt. Bezugszeichenliste 1 Antriebsmotor der Schwenkeinrichtung
2 Laserscanner (Messsystem)
3 Schwenkbügel
4 Positionssensor
5 Pleulstange und Schwingbügel
6 Befestigungsplatte
7 Kurbelscheibe
8 Schwenkeinrichtung mit Laserscanner (2D-Laserscanner)
9 Containerkran
10 Fahrspuren für Transportfahrzeuge
11 optische Anzeigeeinrichtung
12 Umschlagbereich/Scanbereich
13 Transportfahrzeug
14 Laufkatze mit Spreader
15 rückseitiger Hauptmesspunkt des Aufliegerchassis (Endtraverse)
16 vorderer und hinterer Hauptmesspunkt des oberen Container-Umfangs in Fahrtrichtung
17 seitliche Hauptmesspunkte des Aufliegerchassis (Seitenstreben) in Laufkatzenfahrtrichtung
18 Ampelanlage
19 optische Anzeigelemente der Ampelanlage

Claims

1. Einrichtung zur Positionierung eines Transportfahrzeugs (13) im Umschlagbereich (12) eines Containerkrans (9) in eine definierte Be- und Entladeposition, umfassend ein optisches Objekterkennungssystem (1 bis 8), mit wenigstens einem Laserscanner (2), welcher an einer geeigneten Stelle des Containerkrans (9) angeordnet ist und mit einem Computer zur Steuerung und Signalauswertung der Scannersignale sowie mit der Kransteuerung verbunden ist, und einer optischen Anzeigeeinrichtung (11) zur Darstellung der von den Laserscannern (2) gelieferten Messergebnisse, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Schwenkeinrichtung (8) für Messsysteme (2), zur Aufnahme eines Laserscanners (2) vorgesehen ist, wodurch die Position eines Transportfahrzeugs (13) und deren Containerladung vor Einfahrt in den Umschlagbereich (12) und innerhalb des Umschlagbereichs (12) bestimmbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Anzeigeeinrichtung (11) zur eindeutigen Darstellung von Positionsabweichungen zwischen der aktuell gemessenen Position und der Zielposition (Be- und Entladeposition) des Transportfahrzeugs (13) vorgesehen ist, welche über die Steuerung des Objekterkennungssystems (1 bis 8) angesteuert wird, und vom Fahrer des Transportfahrzeugs (13) einsehbar am Containerkran (9) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Steuerung des Objekterkennungssystems ein Softwaremodul implementiert ist, welches nach einer entsprechenden Eingabe des Kranführers, die Daten der augenblicklichen Kranposition bei einem sich in Bewegung befindlichen Containerkran (9) als Zielposition des Transportfahrzeuges (13) abspeichert, wodurch eine Positionsbestimmung und eine Positionierung des Transportfahrzeugs (13) auch während der Fahrbewegung des Containerkrans (9) möglich ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekterkennungssystem (1 bis 8) mehrere Schwenkeinrichtungen 8 mit 3D- Laserscanner (2) umfaßt, welche derart am Containerkran (9) angeordnet sind, dass die Position mehrerer Transportfahrzeuge (13) gleichzeitig oder einzeln vor Einfahrt und innerhalb des Umschlagbereichs (12) auf verschiedenen Fahrspuren (10) bestimmbar (detektierbar) ist, wobei die Transportfahrzeuge (13) mittels optischer Anzeigeeinrichtung (11) in ihrer jeweiligen Fahrspur (10) einzeln positionierbar sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anzeigeeinrichtung (11) aus mehreren Ampelanlagen (18) besteht, welche derart am Containerkran (9) angeordnet sind, das von jeder Fahrspur (10) aus mindestens eine Ampelanlage (18) erkennbar ist, wobei jede Ampelanlage (18) mehrere einzeln ansteuerbare optische Anzeigeelement (19) aufweist, die verschiedenfarbig ausgebildet sein können.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Containerkran (9) als Portalstapler mit einer Fahrspur (10) ausgebildet ist und ein Objekterkennungssystem mit einem 2D-Laserscanner umfaßt oder als Container- Brückenkran mit wenigstens zwei Fahrspuren (10) ausgebildet ist und ein Objekterkennungssystem mit wenigstens zwei Schwenkeinrichtungen 8 mit 3D- Laserscannern (2) umfaßt, welche vorzugsweise an der Quertraverse des Container-Brückenkrans befestigt sind.

7. Schwenkeinrichtung für Messsysteme, zur Verwendung in einer Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, mit einer Befestigungsplatte und Befestigungsbügel (6) zur Befestigung an einem Träger einer Hebeeinrichtung zur Aufnahme eines Messsystems, insbesondere eines Laserscanner (2), wobei der Laserscanner (2) an einem Schwenkbügel (3) befestigt und über einen Schwingbügel mit Pleulstange (5) und eine Kurbelscheibe (7) mit einem Antriebsmotor (1) zur Winkelauslenkung gekoppelt ist, und ein Positionssensor (4) an der Drehachse des Schwenkbügels (3) angeordnet ist, der Erfassung der Schwenkwinkelposition des Laserscanners (2) dient und mit der Steuerung der Schwenkeinrichtung verbunden ist.

8. Verfahren zur Positionierung eines oder mehrerer Transportfahrzeuge (13) im Umschlagbereich (12) eines Containerkrans (9) mit einer Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion jedes Transportfahrzeugs (13) schon vor der Einfahrt in den Umschlagbereich (12) und die Positionsbestimmung jedes Transportfahrzeugs (13) innerhalb des Umschlagbereichs (12), durch schwenken wenigstens eines, am Containerkran (9) angeordneten Laserscanner (2) parallel zur Fahrtrichtung erfolgt,

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion und die Positionsbestimmung der Transportfahrzeuge (13) vor und innerhalb des Umschlagbereichs (12) des Containerkrans (9) durch scannen markanter Konturen (15, 17) des Transportfahrzeugs (13) und/oder der Container (16) erfolgt, wobei insbesondere der hintere Querträger (15) des Aufliegerchassis und die vordere und/oder hintere Kante der auf dem Aufliegerchassis befindlichen Container (16) das als markante Messpunkte erfaßt werden, und die ermittelten Messdaten an den Computer des Objekterkennungssystems (1 bis 8) zur Auswertung übertragen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die im Computer des Objekterkennungssystems und/oder der Kransteuerung für jeden Transportfahrzeug-, Aufliegerchassis- und Containertyp gespeicherten charakteristischen geometrischen Daten mit denen durch den Scannvorgang ermittelten Positionsdaten des im Umschlagbereich (12) befindlichen Transportfahrzeugs (13) verglichen werden, und die ermittelte Lageabweichung von der Zielposition oder ein codiertes Signal zur optischen Anzeige mittels Ampelanlage (18) gelangt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Anzeige der Ampelanlage (18)dem Fahrer des Transportfahrzeugs durch aufleuchten der jeweiligen Anzeigeelemente (19) anzeigt, welche Strecke und in welche Richtung er das Transportfahrzeug (13) fahren muß, um die vorgesehene Zielposition zu erreichen.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbestimmung und Positionierung vor Einfahrt und innerhalb des Umschlagbereichs (12) für mehrere Transportfahrzeuge (13) in verschiedenen Fahrspuren (10) gleichzeitig erfolgt, wobei mehrere, an verschieden Messpunkten des Containerkrans angeordnete schwenkbare 3D- Laserscanner (2) jeweils unabhängig voneinander die markanten Konturen (15, 17) eines Transportfahrzeugs (13) in der jeweiligen Fahrspur (10) scannen und die ermittelten Daten an den Computer des Objekterkennungssystems zur Auswertung und Anzeige weiterleiten.

13. Verfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbestimmung und die Positionierung des Transportfahrzeugs (13) innerhalb des Umschlagbereichs (12) auf die jeweilige Be- und Entladeposition des Containerkrans (9) auch während der Fahrbewegung des Containerkrans (9) durchgeführt wird.