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Die Erfindung betrifft einen Containerkran, mit
einer längs
eines Auslegers verfahrbaren Katze mit einem Hubwerk und einem daran
hängenden Lastaufnahmemittel
umfassend einen Spreader mit Headblock, über welches Lastaufnahmemittel
ein Container zum Bewegen von oder zu einem Transportmittel aufnehmbar
ist.
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Ein Containerkran dient beispielsweise
zum Be- und Entladen von Containerschiffen. Hierbei werden entweder
die am Schiff befindlichen Container auf ein kranexternes Transportmittel
verbracht oder im Beladebetrieb von zum Kran gefahrenen Transportmitteln
auf das Schiff geladen. Es sind unterschiedliche Kranausführungen
bekannt, nämlich
solche mit nur einer Katze, die einen Container unmittelbar vom
Schiff zum Transportmittel und umgekehrt verbringt, und zwei Katz-Krananlagen,
bei denen eine erste Katze (Hauptkatze) die Container vom Schiff
auf eine kranseitige Abstellfläche
(Laschplattform) und umgekehrt verbringt, und eine zweite Katze
(Portalkatze) die Container von der Abstellfläche zum Transportmittel und
umgekehrt transportiert. Bei modernen Krananlagen wird die eine
oder werden beide Katzen im automatischen oder zumindest halbautomatischen
Betrieb gesteuert. Dabei steht im Ladebetrieb insbesondere die Positionierung
einer Katze beziehungsweise ihres Lastaufnahmemittels (also des
Spreaders mit Headblock) mit oder ohne Container bezüglich eines
aufzunehmenden Containers oder eines Transportmittels im Vordergrund.
Es muss für
einen zügigen
Ladebetrieb sichergestellt sein, dass das Lastaufnahmemittel zum
Aufnehmen eines Containers z.B. von einem Transportmittel möglichst exakt
und möglichst
zügig bezüglich des
Containers positioniert wird, so dass es auf diesen aufgesetzt werden
kann und mit den Greifern, den sogenannten Flippern den Container
greifen kann. Gleichermaßen zügig und
exakt muss die Positionierung im Ent ladebetrieb erfolgen, wenn also
ein am Lastaufnahmemittel hängender
Container bezüglich
des Transportmittels positioniert und auf dieses abgestellt wird.
Die Ausrichtung des Lastaufnahmemittels ohne oder mit Container
bezüglich
des Transportmittels erfolgt häufig
durch den Kranführer
selbst, der insbesondere bei einem Zweikatz-Kran im Führerhaus
der Portalkatze, mit dieser verfahrend, im Wesentlichen vertikal
oberhalb des Lastaufnahmemittels sitzt und dieses optisch hinsichtlich
seiner Positionierung bezüglich
des Transportmittels überwacht.
Etwaige Positionierungsunterschiede sind manuell auszugleichen,
was der Kranführer
ebenfalls vornimmt. Dieses Vorgehen ist zum einen ungenau, es hängt insbesondere
von der Fähigkeit
des Kranführers
ab, eine Positionierungsdifferenz beziehungsweise einen Versatz
zu erkennen und diesen durch richtiges Steuern des Hubwerks oder
des Fahrwerks etc. auszugleichen, zum anderen ist es relativ zeitaufwendig,
was sich nachteilig auf den Containerumschlag auswirkt.
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Der Erfindung liegt damit das Problem
zugrunde, einen Containerkran anzugeben, der hier Abhilfe schafft.
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Zur Lösung dieses Problems ist ein
Containerkran der eingangs genannten Art vorgesehen, umfassend:
- a) mehrere an der Katze angeordnete optische Erfassungsmittel
zum Erfassen der Längs-
und Querkanten des Headblocks oder des Spreaders sowie des Transportmittels,
- b) eine den Erfassungsmitteln zugeordnete Verarbeitungseinrichtung
– zum Bestimmen
der räumlichen
Lage der Kanten, des Headblocks oder des Spreaders sowie des Transportmittels,
– zum Berechnen
der Lage der Längs-
und Quermittellinien des Headblocks oder des Spreaders sowie des
Transportmittels sowie deren räumlicher
Lage zueinander, und
– zur
Bestimmung eines möglichen
Versatzes der Mittellinien des Headblocks oder des Spreaders bezüglich derer
- des Transportmittels in Längs-
und Querrichtung sowie eines Verdrehwinkels der Mittellinien,
wobei
ein erfasster Versatz oder Verdrehwinkel durch eine Lageverschiebung
des Spreaders bezüglich
des Headblocks ausgeglichen wird.
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Der erfindungsgemäße Containerkran lässt ein
vollautomatisches Ausrichten des Headblocks beziehungsweise Spreaders
ohne oder mit Container bezüglich
des Transportmittels zu. Dies wird zum einen dadurch realisiert,
dass an der Katze mehrere optische Erfassungsmittel feststehend
und mit der Katze verfahrend vorgesehen sind. Diese dienen dazu,
den unterhalb der Katze hängenden
Headblock/Spreader sowie nach Positionierung der Katze oberhalb
des Transportmittels auch die Kanten des Transportmittels zu erfassen.
Anhand der erfassten Kanten werden nun vom Headblock/Spreader sowie vom
Transportmittel die jeweiligen Längs-
und Quermittellinien sowie deren räumliche Lage zueinander erfasst
und anhand dieser räumlichen
Lage ein möglicher
Versatz der Quermittellinie des Headblocks/Spreaders zu der des
Transportmittels und entsprechend für die Längsmittellinien. Auch ein entsprechender
Verdrehwinkel der Mittellinien zueinander wird hierüber erfasst.
Sind ein etwaiger Versatz oder Verdrehwinkel nun bekannt, ist klar,
wie der Headblock/Spreader bezüglich
des auf dem Transportmittel stehenden Containers beziehungsweise der
am Spreader hängende
Container bezüglich
des Transportmittels steht. Dabei wird davon ausgegangen, dass zum
einen ein auf dem Transportmittel stehender Container stets exakt
kantenparallel ausgerichtet positioniert ist, entsprechendes gilt
für einen am
Spreader hängenden
Container, so dass davon ausgegangen werden kann, dass die über die
jeweiligen Mittellinien definierte Mitte des Headblocks/Spreaders
der des Containers und entsprechend die Mitte des Transportmittels
der des auf ihm stehenden Containers entspricht.
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Ist nun ein entsprechender Versatz
oder Verdrehwinkel bekannt, wird ein solcher durch eine Lageverschiebung
des Spreaders bezüglich
des Headblocks über
geeignete von einer Steuerungseinrichtung angesteuerte Stellglieder,
vornehmlich Stellzylinder ausgeglichen. Das heißt der Spreader wird etwas
bezüglich
des Headblocks längs
und/oder quer verschoben beziehungsweise verdreht, um den über den
Mittellinienvergleich erfassten Versatz oder Verdrehwinkel zu kompensieren.
Die Kantenerfassung und Ermittelung eines Versatz oder Verdrehwinkels geschieht
unmittelbar dann, wenn die Katze oberhalb des Transportmittels positioniert
wurde. Das heißt
es erfolgt raschest möglich
die Verifizierung der Positionierung des Lastaufnahmemittels beziehungsweise der
Last bezüglich
des Transportmittels sowie eine entsprechende Kompensation einer
Fehlpositionierung. Es kann also auf schnellstmögliche Weise eine Positionsungenauigkeit
erfasst und ausgeglichen werden, wobei dies insoweit vollautomatisch
geschieht, als zum einen die Kantenerfassung und Ermittlung des
Versatzes/Verdrehwinkels automatisch vonstatten geht, wie auch eine
entsprechende Lageverschiebung des Spreaders bezüglich des Headblocks, die über eine
geeignete Steuerungseinrichtung, die die entsprechenden Versatz-
oder Verdrehwinkeldaten von der Verarbeitungseinrichtung erhält, gesteuert
wird.
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Zweckmäßigerweise wird ein Versatz
der Längs-
und Quermittellinien aus einem Versatz des Mittellinienschnittpunkts
der Längs-
und Quermittellinie des Headblocks oder des Spreaders zum Mittellinienschnittpunkt
der Längs-
und Quermittellinie des Transportmittels bestimmt. Ergibt sich lediglich
ein Versatz in x- oder y-Richtung, so wären die Längs- oder Quermittellinien
des Headblocks/Spreaders bezüglich
der des Transportmittels parallel verschoben und bezüglich einander
beabstandet. In diesem Fall könnte
eine Versatzermittlung unmittelbar anhand der Verläufe der
Quermittellinien beziehungsweise Längsmittellinien zueinander
erfolgen. Nachdem aber zumeist auch eine leichte Verdrehung vorliegt
ist es zweckmäßig, lediglich
die Mittellinienschnittpunkte der einzelnen Systeme miteinander
zu vergleichen und einen etwaigen Versatz zu ermitteln. Ein Verdrehwinkel
wird wiederum durch die relative Lage der Längs- oder Quermittellinien
zueinander erfasst.
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Als optische Erfassungsmittel können entweder
Kamera oder Laserscanner vorgesehen sein. Die Kameras nehmen Bilder
des unterhalb befindlichen Bereichs, also des Headblocks/Spreaders
sowie des Transportmittels auf, die anschließend ausgewertet werden. Zu
diesem Zweck ist den Kameras als Verarbeitungseinrichtung eine Bildverarbeitungseinrichtung
mit Mitteln zur Kantendetektion nachgeschaltet. Die Bildverarbeitungseinrichtung
umfasst also geeignete Softwaremittel, die eine im Bild gezeigte
Kante eines Spreaders/Headblocks sowie des Transportmittels detektieren
und in ihrer räumlichen
Lage bestimmen und darauf basierend die entsprechenden Arbeitsdaten
und den Versatz/Verdrehwinkel ermitteln können. Alternativ dazu können die
Erfassungsmittel als Laserscanner ausgebildet sein. Diese Laserscanner
emittieren einen bezüglich
des Headblocks/Spreaders sowie des Transportmittels gerichteten,
sich bewegenden und damit abtastenden Laserstrahls, wobei der Laserscanner
das Reflektionslicht auswertet und in entsprechende Signale umsetzt.
Den Laserscannern ist eine Signalverarbeitungseinrichtung mit Mitteln
zur Verarbeitung der von den Laserscannern gegebenen Signale zur
Kanten- und/oder Linienbestimmung sowie zur Versatzermittlung zugeordnet.
Hier werden also Reflektionssignale zur Kanten- oder Linienbestimmung
verarbeitet.
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Zur exakten Ermittlung des Kantenverlaufs sowie
der räumlichen
Lage ist es zweckmäßig, wenn die
Kameras oder Laserscanner an der Katze derart angebracht sind, dass
der Headblock oder der Spreader und das Transportmittel in verschiedenen Bereichen
aufgenommen beziehungsweise abgetastet werden. Das heißt man erhält Bild-
oder Signalinformationen aus verschiedenen Headblock-/Spreader-
und Transportmittelabschnitten, die jeweils Kanteninformationen
enthalten, so dass eine exakte Bestimmung der relevanten kantenbezogenen
Parameter erfolgen kann. Dabei sind zweckmäßigerweise vier Kameras oder
La serscanner vorgesehen, die an der Katze verteilt angeordnet sind.
Selbstverständlich
können
auch mehr als vier Kameras/Laserscanner vorgesehen sein, jedoch
lässt sich
unter Verwendung von vier Erfassungsmitteln eine hinreichend großräumige Abtastung
vornehmen, die eine hinreichend exakte Kantendetektion und damit
Versatz- oder Verdrehwinkelberechnung ermöglicht.
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Die Kameras oder die Laserscanner
sind zweckmäßigerweise
unter einem Winkel zur Senkrechten angeordnet, das heißt die Kameras/Laserscanner
blicken nicht senkrecht von oben nach unten, sondern sind etwas
bezüglich
der Vertikalen geneigt, sie nehmen also den Headblock/Spreader sowie
das Transportmittel etwas von der Seite her auf. Dieser Winkel,
auch Nick- und Rollwinkel
genannt, beträgt
nur wenige Grad, er liegt vornehmlich bei ca. 8° zur Senkrechten.
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Die mehreren Kameras oder Laserscanner können in
zwei verschiedenen Ebenen an der Katze angeordnet sein, ein Teil
ist also höher
und ein anderer etwas niedriger positioniert. Dabei können die
Kameras oder Laserscanner lediglich an einer Seite oder an beiden
Seiten der Katze angeordnet sein. Kommen beispielsweise vier Kameras/Laserscanner zum
Einsatz, so sind diese vier Erfassungsmittel in einer Linie liegend
angeordnet, gegebenenfalls in unterschiedlichen Ebenen. Auch eine
beidseitige Anordnung mit jeweils zwei Kameras/Laserscannern an einer
Seite, die dann vornehmlich alle in der gleichen Ebene liegen, ist
denkbar.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Verarbeitungseinrichtung
zum Bestimmen einer Neigung des Transportmittels bezüglich der
Horizontalebene ausgebildet ist. Dies ist beispielsweise dann denkbar, wenn
beispielsweise ein Reifen des Transportmittels platt ist oder zu
wenig Luft hat und sich die Aufstellebene des Transportmittels und
mit ihr gegebenenfalls der darauf befindliche Container etwas verkippt.
Dies führt
dazu, dass abhängig
von der Größe des Neigungswinkels
sich die Lage der Kante und damit auch der Verlauf der Mittellinien ändert. Ein
etwaiger hierüber
resultierender Fehler kann folglich erkannt und ausgeglichen werden.
Eine Neigung des Transportmittels ist natürlich auch dadurch möglich, dass der
Untergrund nicht eben ist etc. Ist eine etwaige Schräglage bekannt,
kann also vorteilhaft die Lastmitte, also die Mitte des Lastaufnahmemittels
und damit auch des möglicherweise
daran befindlichen Containers in Längs- und Querrichtung bezüglich der Transportmittelmitte
wie auch ein etwaiger Winkel zwischen den Längs- und/oder Querlinien um
die Schräglage
korrigiert werden.
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Die Bestimmung einer möglichen
Neigung des Transportmittels kann erfindungsgemäß dadurch erfolgen, dass die
Verarbeitungseinrichtung zum Erkennen ebener Flächen am Transportmittel und
deren räumlicher
Stellung sowie zur Ermittlung der Neigung des Transportmittels anhand
der Stellung der Fläche
ausgebildet ist. Im Rahmen der Bildaufnahme sowie der Laserscannerabtastung
werden zwangsläufig
auch die ebenen Transportmittelflächen, sei es die Aufstellfläche selbst
oder eine vertikale Transportmittelseitenwand und dergleichen erfasst.
Die jeweilige Verarbeitungseinrichtung ist nun imstande, aus den
ihr gegebenen Informationen (also Bilddaten oder Scannersignale)
auch die räumliche
Flächenstellung
oder -lage zu ermitteln und zu erkennen, ob nun beispielsweise eine
vertikale Transportmittelseitenwand etwas geneigt ist und wenn ja
in welche Richtung und um wie viel Grad bezüglich der Vertikalen, woraus
dann eine entsprechende Gesamtneigung in eine bestimmte Richtung
des Transportmittels gegeben ist.
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Ein Laserscanner definiert zweckmäßigerweise
mit seinem Laserstrahl einen Strahlkegel mit einem Öffnungswinkel
zwischen 2° bis
8°, insbesondere
von 4°.
Nachdem die Laserscanner relativ hoch angebracht sind (die Katze
verfährt
in einer Höhe
von > 20 m) ergibt
sich ein hinreichend großer
Abtastbereich sowohl am Headblock/Spreader, wenn dieser quasi durch
den Strahlkegel hindurch abgesenkt wird, wie auch bodenseitig am Transportmittel.
Hierdurch ist sichergestellt, dass stets Quer- und Längskanten
des Headblocks/Spreaders sowie des Transportmittels erfasst werden.
Selbstverständlich
sind auch die Kameras entsprechend ausgelegt, dass hinreichend große Flächen aufgenommen
werden.
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Weiterhin zweckmäßig ist es, wenn wenigstens
ein Neigungssensor zur Erfassung einer Neigung des Auslegers vorgesehen
ist, dessen Erfassungsergebnis im Rahmen der Ermittlung eines möglichen
Versatzes oder Verdrehwinkels berücksichtigt wird. Der Ausleger,
längs welchem
die Katze verfährt, kann
sich im Laufe der Zeit etwas neigen, das heißt die Katze verfährt nicht
mehr exakt in der Horizontalebene, diese ist etwas verkippt. Hierdurch
resultiert eine Verkippung der Erfassungsmittel und damit auch eine
Aufnahme der Quer- und Längskanten
unter einem bezüglich
der ursprünglichen
Eichung etwas neigungsbedingt geänderten
Winkels. Dies würde
letztlich zu Berechnungsunterschieden hinsichtlich der Lage der
Quer- und Längsmittellinien
und mithin auch eines etwaigen Versatzes oder Verdrehwinkels führen. Dies
kann dadurch kompensiert werden, dass über den Neigungssensor eine
etwaige Auslegerneigung und damit auch eine etwaige Neigung der
Erfassungsmittel erfasst wird.
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Die Verarbeitungseinrichtung kommuniziert zweckmäßigerweise
mit einer Steuerungseinrichtung, von der Informationen über den
Beladungszustand des Spreaders und einen etwaigen aufgenommenen
Container gegeben werden, die im Rahmen der Ermittlung eines etwaigen
Versatzes und Verdrehwinkels berücksichtigt
werden. Hieraus ergibt sich, welche Größe der aufgenommene oder aufzunehmende
Container hat und mithin wieweit der Spreader auseinander zu fahren
ist oder auseinandergefahren ist, um den Container zu greifen. Es
sind in der Regel lediglich drei Standardcontainerarten verwendet,
wobei der Containertyp der Verarbeitungseinrichtung mitgeteilt wird.
Bekannt sind 20''-, 40''- und 45''-Container.
Diese Daten dienen unter anderem auch dazu, über die Erfassungsmittel sowie die nachgeschaltete
Verarbeitungseinrichtung die Containerseiten zu vermessen, um quasi
die Containerunterseite – sofern
der Container bereits am Lastaufnahmemittel hängt – beziehungsweise die Containeroberseite – wenn der
Container auf dem Transportmittel steht – zu erfassen und so den Abstand zwischen
dem Headblock/Spreader und dem Transportmittel zu verifizieren.
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Weiterhin ist zweckmäßigerweise
eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, über die der Hubbetrieb der
Katze gesteuert wird, und die mit der Verarbeitungseinrichtung kommuniziert,
welcher Informationen über
die Hubhöhe
des Headblocks oder des Spreaders gegeben werden, die im Rahmen
der Ermittlung des etwaigen Versatzes oder Verdrehwinkels berücksichtigt
werden. Aus der Ist-Hubhöhe kann
nun seitens der Verarbeitungseinrichtung erfasst werden, in welcher
Höhenlage überhaupt
Informationen bezüglich
der Headblock- oder Spreaderkanten erwartet werden können, so
dass hierüber, wie
erfindungsgemäß ferner
vorgesehen ist, eine Filterung der gelieferten Bilddaten oder Bildsignale
zur Unterdrückung
etwaiger Bilddaten- oder
Signalartefakte in Abhängigkeit
der Hubhöhe
des Headblocks oder des Spreaders erfolgen kann. Befindet sich nämlich beispielsweise
ein Bilddaten- oder Signalartefakt, der eine Kante angibt, in einem
Bereich oberhalb der Ist-Hubhöhe des Headblocks,
dann handelt es sich hier um eine Kante, die auf jeden Fall nicht berücksichtigt
werden braucht, oder aber Schlichtweg um einen Fehler, der nicht
weiter verarbeitet werden muss. Es kann also hier auf einfache Weise eine
Daten- oder Signalfilterung realisiert werden, die Fehlinterpretationen
ausschließt.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, eine
den Fahrbetrieb der Katze steuernde Steuerungseinrichtung vorzusehen, über die
die Katze zunächst
in eine definierte Position oberhalb des Transportmittels gesteuert
wird, wonach die Versatz- und Verdrehwinkelerfassung erfolgt. Über diese
Steuerungseinrichtung wird also die Katze zunächst entsprechend bezüglich des Transportmittels
positioniert, wobei natürlich mehrere
hintereinander angeordnete Positionsmittel in mehreren Spuren vorgesehen
sein können. Über die
Steuerungseinrichtung gesteuert wird die Katze zu dem ausgewählten Transportmittel
fahren, wonach die eigentliche Positionsüberprüfung und der mögliche Ausgleich
erfolgt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der
Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Containerkrans in Form
einer Zweikatz-Containerbrücke,
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2 eine
Stirnseitenansicht der Portalkatze in Form einer Prinzipskizze zur
Darstellung der Anordnung der Erfassungsmittel,
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3 eine
Prinzipskizze zur Darstellung der Abtastung mit Blick auf die Stirnseite
des Transportmittels/Containers/Lastaufnahmemittels,
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4 eine
Prinzipskizze zur Darstellung der Abtastung mit Blick auf die Längsseite
des Transportmittels/Containers/Lastaufnahmemittels,
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5 eine
Prinzipskizze zur Darstellung der Abtast- oder Aufnahmebereiche
der Erfassungsmittel am Headblock beziehungsweise am Transportmittel,
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6 eine
Perspektivdarstellung in Form einer Prinzipskizze zur Darstellung
der Abtastbereiche,
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7 eine
Prinzipskizze zur Darstellung der Kommunikationsverbindung zwischen
den Erfassungsmitteln, der Verarbeitungseinrichtung und der zentralen
Steuerungseinrichtung,
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8 eine
Prinzipskizze zur Darstellung der ermittelten Versätze sowie
eines Verdrehwinkels, und
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9 eine
Prinzipskizze zur Darstellung einer Flächenabtastung am Transportmittel.
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1 zeigt
in Form einer Prinzipskizze einen erfindungsgemäßen Containerkran 1,
der längs
einer Kaimauer 2 entlang eines Schiffs 3 motorisch über ein
Fahrwerk verfahrbar ist. Am Krangestell 4 ist ein Ausleger 5 vorgesehen,
der das Schiff 3 in seiner Breite vollständig übergreift.
Am Ausleger 5 ist eine Katze 6 (Hauptkatze), an
der über
Hubseile 7 ein Container-Spreader 8 angeordnet
ist, verfahrbar (Doppelpfeil A). Der Spreader 8, der im
gezeigten Beispiel einen gestrichelt gezeichneten Container 9 gegriffen
hat, ist über
die Hubseile und ein katzseitiges Hubwerk vertikal bewegbar, wie
durch den Doppelpfeil B dargestellt ist.
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Gezeigt ist ferner eine Abstellfläche 10 auf der
der Container 9 abgestellt werden kann, wenn er vom Schiff 3 entladen
wird. Diese Abstellfläche 10, die
auch Laschplattform genannt wird, kann mehrere Container 9 aufnehmen,
im gezeigten Beispiel ist bereits ein anderer Container 9 auf
der Laschplattform abgestellt, der z.B. von der Katze 6 bereits
vorher dorthin gebracht wurde.
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Ferner ist ein zweiter Ausleger 11 vorgesehen,
an dem eine zweite Katze 12 (Portalkatze), an der ebenfalls über Hubseile 13 ein
Container-Spreader 14 angeordnet ist, verfahrbar ist. Diese
Katze 12 beziehungsweise der Spreader 14 haben
ebenfalls Zugriff auf die Abstellfläche, so dass ein dort befindlicher
Container 9 gegriffen und auf ein seitlich des Krangestells
positioniertes Transportmittel 15 abgestellt werden kann.
Auf dem linken Transportmittel 15, bei dem es sich beispielsweise
um einen Bahncontainerwagen oder ein fahrerloses Transportmittel handeln
kann, ist bereits ein gestrichelt gezeichneter Container 9 abgestellt.
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Der Be- und Entladebetrieb erfolgt
hier zweistufig. Zum Beladen wird ein Container 9 vom Schiff über die
Katze 6 geholt und auf die Abstellfläche 10 abgestellt,
der selbe Container wird anschließend von der Katze 12 von
der Abstellfläche
geholt und auf ein Transportmittel 15 abgestellt. In umgekehrter Weise
erfolgt der Beladebetrieb.
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Der gesamte Be- und Entladebetrieb
des Krans, also auch der Fahrbetrieb der Katzen und der Hubbetrieb
der Spreader wird über
eine speicherprogrammierbare Steuerungseinrichtung 16,
die kranseitig vorgesehen ist, gesteuert. Hierzu erfolgt eine bidirektionale
Datenkommunikation zwischen den Fahrwerken und Hubwerken und sonstigen
relevanten Betriebselementen und der Steuerungseinrichtung 16,
wie durch den Doppelpfeil C dargestellt ist. Zum Be- und Entladen
sind bestimmte containerspezifische Fahraufträge erforderlich, die bestimmte Fahrauftragdaten
umfassen, die zum einen den jeweiligen Container identifizieren
und zum anderen angeben, was mit ihm erfolgen soll. Diese Fahrauftragsdaten
werden in der Steuerungseinrichtung 16 abgearbeitet, die
in Abhängigkeit
dieser Daten den Kranbetrieb beziehungsweise den Katzfahr- und Hubbetrieb
entsprechend steuert.
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Die Fahrauftragsdaten werden der
Steuerungseinrichtung 16 über eine kranexterne Leitrechnereinrichtung 17 gegeben.
Diese kommuniziert, wie durch den Doppelpfeil D angegeben ist, ebenfalls
bidirektional mit der Steuerungseinrichtung 16. Die Fahrauftragsdaten
umfassen Informationen, die beispielsweise den von der Katze 6 zu
holenden Container sowie seine Position am Schiff identifizieren
oder die Zielposition angeben, wohin der Container über die
Katze 12 bezüglich
der mehreren zur Verfügung stehenden
Abstellpositionen auf verschiedenen Transportmitteln zu bringen
ist oder von wo er dort zu holen ist. Im gezeigten Beispiel sind
exemplarisch drei Transportmittel 15 vorgesehen.
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Ein zentrales Problem ist die genaue
Positionierung der Katze 12 und ihres Lastaufnahmemittels umfassend
den Spreader 14 sowie einen hier nicht dargestellten Headblock
bezüglich
eines Transportmittels 15. Um dies zu ermöglichen,
sind an der Katze 12 mehrere Erfassungsmittel 18 in
Form von Kameras oder Laserscannern vorgesehen, wobei in 1 nur ein Erfassungsmittel 18 dargestellt
ist. Über
dieses Erfassungsmittel 18 wird zum einen der unterhalb
der Katze hängende
Spreader beziehungsweise der Headblock sowie nach Positionierung
der Katze 12 über
dem ausgewählten
Transportmittel 15 auch das Transportmittel 15 erfasst
und hierüber,
worauf nachfolgend noch eingegangen wird, die räumliche Lage der Quer- und
Längskanten
des Headblocks sowie des Transportmittels bestimmt und anschließend ausgewertet,
um etwaige Versätze
oder Verdrehwinkel zu erfassen.
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2 zeigt
unter Auslassung nicht benötigter
Details die am Ausleger 11, an dem – siehe 1 – zusätzlich ein
Neigungssensor 19 zur Erfassung einer etwaigen Neigung
aus der Horizontalebene angeordnet ist – angeordnete Katze 12.
Ersichtlich sind vier Erfassungsmittel 18 vorgesehen, von
denen jeweils zwei in gleicher Höhe
angeordnet sind. Die Erfassungsmittel 18 sind quer zur
Fahrtrichtung der Katze 12 in einer Linie angeordnet. Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist jedes Erfassungsmittel 18 als Laserscanner mit einem
rotierenden Messlaser ausgeführt.
Der Messlaserstrahl wird durch ein rotierendes Prisma in einem Winkel
von 4° aus
der Senkrechten abgelenkt. Dadurch entsteht ein kegelförmiger Abtaststrahl,
worauf nachfolgend noch eingegangen wird. Dies bedeutet, dass ein
Kreis gescannt wird, dessen Radius mit dem Abstand zum Laserscanner
wächst.
Die Erfassungsmittel 18 sind dabei in einer Höhe von ≥ 20, vornehmlich
von ca. 24 m über
dem Boden angebracht.
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Bei einem Kegelwinkel von 4° und einer
Entfernung von ca. 20 m vom Prisma ergibt sich ein Kegelkreisdurchmesser
von ca. 2,8 m, wobei hier der Nick- und der Gier- oder Rollwinkel nicht
eingerechnet sind. Das Prisma dreht sich vorzugsweise in Winkelschritten
von 0,25°.
Ein Umlauf setzt sich somit aus 1440 Positionen zusammen. Man erhält also
für jeden
Umlauf rund 1440 Messwerte. Der Laserscanner misst neben dem Winkel
auch die Entfernung des Punktes, von wo er reflektiert wird.
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Die genaue Anordnung und Ausrichtung
eines Erfassungsmittels 18 in Form eines Laserscanners
ergibt sich aus den 3 und 4. 3 zeigt eine Seitenansicht in Form einer
Prinzipskizze zur Darstellung der Ausrichtung eines Laserscanners, 4 zeigt eine Stirnansicht
bezüglich
des Krans aus
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1.
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Gezeigt ist zum einen ein Transportmittel 15 sowie
ein auf ihm stehender Container 9 und der Headblock 20,
der an der nicht näher
gezeigten Katze hängt.
Auch das Erfassungsmittel, im Folgenden der Laserscanner 18,
hängt feststehend
an der Katze. Gezeigt ist zum einen der Laserkegel 21 mit
einem Kegelöffnungswinkel γ von wie
beschrieben ca. 4°.
Der Laserscanner ist nun zum einen bezüglich des Zentralstrahls Z,
der die Kegelmittel definiert, um einen Nickwinkel ϑ in
x-Richtung gekippt.
Dieser Nickwinkel beträgt
ca. 8°.
Dieser Nickwinkel ist bei allen vier Laserscannern 18 gleich.
Darüber
hinaus ist jeder Laserscanner auch um einen Rollwinkel ρ bezüglich des
Zentralstrahls Z in der y-Richtung verkippt, siehe 4. Dabei beträgt der Rollwinkel bei den beiden äußeren Laserscannern 18 ca.
6°, bei den
beiden inneren Laserscannern ca. 4°.
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Aus den 3 und 4 werden
auch die zu erfassenden Kanten und die zu ermittelnden Parameter
ersichtlich. Zum einen sind. bezüglich
des Transportmittels die Längskante
LKT und die Querkante QKT zu bestimmen, bezüglich des Headblocks entsprechender
Weise die Längskante
LKH sowie die Querkante QKH. Aus dem Abstand der beiden Längskanten
LKT und LKH zueinander ergibt sich als zu messende Größe der relative
Abstand zwischen der Headblockkante zur Transportmittelkante in Querrichtung, entsprechend
ergibt sich als zu messende Größe der relative
Abstand zwischen der Headblock-Querkante zur Transportmittel-Querkante in Längsrichtung.
Aus der relativen Lage der Längs- und Querkanten ergibt
sich dann die eigentliche zu berechnende Größe, nämlich der Versatz der Mittellinien
des Headblocks zu den Mittellinien des Transportmittels. Dies ist
der Versatz der Längsmittellinie LMH
des Headblocks 20 zur Längsmittellinie
LMT des Transportmittels 15 beziehungsweise der Versatz
der Quermittellinie QMH des Headblocks 20 zur Quermittellinie
QMT des Transportmittels 15. Hierauf wird nachfolgend noch
eingegangen.
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Die Erfassung der jeweiligen Versätze und nachfolgend
noch eines etwaigen Verdrehwinkels basiert darauf, dass unter Verwendung
der Erfassungsmittel das Transportmittel 15 wie auch der Headblock 20 kantenseitig
abgetastet werden.
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5 zeigt
in Form einer Prinzipskizze die Lage der beim Scannen erzeugten
Abtastkreise. Gezeigt sind die beiden äußeren Kreise KA sowie die beiden
inneren Kreise KI der äußeren und
inneren Laserscanner 18. Ersichtlich ergeben sich, wie
durch die Kreuze markiert, eine Vielzahl von kantenseitigen Messwerten
beziehungsweise Abtastpositionen. Die aufgenommenen Signale der
Laserscanner 18 werden – siehe die Prinzipskizze in 7 – einer Verarbeitungseinrichtung 21 gegeben.
Diese verfügt über geeignete
Signalverarbeitungssoftware die es ermöglicht, aus den einzelnen scannerspezifischen
Signalen den Verlauf der Längs-
und Querkanten des Transportmittels 15 und des Headblocks 20 zu
bestimmen. Bezüglich
der Längskanten
liegen jeweils mehrere erfasste Kantenpositionen vor, so dass deren
Verlauf einfach zu ermitteln ist. Nachdem die Querkanten stets im
rechten Winkel dazu stehen, ist auch die Ermittlung der Lage der
Querkanten ohne weiteres möglich.
Nachdem Headblock und Transportmittel jeweils feste Abmessungen
haben, kann so ohne weiteres die räumliche Lage des Transportmittels 15 wie
auch des Headblocks 20 erkannt werden. In die Auswertung
seitens der Verarbeitungseinrichtung 21 geht fer ner ein
etwaiges Signal des Neigungssensors 19 sowie Informationen
der zentralen Steuerungseinrichtung 16 über den Beladungszustands des
Headblocks wie auch den Container, der aufzunehmen oder abzusetzen
ist, ein.
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6 zeigt
entsprechend 5 eine
Perspektivansicht bezüglich
der Abtastung. Dargestellt ist das Transportmittel 15,
ein darauf befindlicher Container 9, der Spreader 14 (der
in 5 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht
gezeigt ist) sowie der Headblock 20. Ersichtlich ist die
kegelförmige
Abtastung über
die Laserscanner 18.
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8 zeigt
in Anlehnung an die 3 und 4 in einer Aufsicht die eigentlich
zu ermittelnden Versätze
beziehungsweise den Verdrehwinkel. Wie bezüglich der 3 bis 7 beschrieben,
werden die Längs-
und Querkanten des Headblocks 20 beziehungsweise des Transportmittels 15 aufgenommen, ihre
Verläufe
erfasst, sowie ihre räumlichen
Lagen bestimmt. Nachdem die Abmessung des Transportmittels wie auch
des Headblocks bekannt sind, können
hierüber
die jeweiligen Mittellinien in Längs-
und Querrichtung berechnet werden. Bezüglich des Transportmittels
sind dies die Längsmittellinie
LMT und die Quermittellinie QMT, bezüglich des Headblocks die Längsmittellinie
LMH und die Quermittellinie QMH. Anhand dieser Längs- und Quermittellinien werden
nun die Versätze
in x- und y-Richtung
sowie ein Verdrehwinkel α errechnet.
Dies ist aus 8 ersichtlich.
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Ein etwaiger x- und y-Versatz errechnet
sich anhand der jeweiligen Kreuzungspunkte der Längs- und Quermittellinien des
Headblocks und des Transportmittels. Der Schnittpunkt der Headblockmittellinien
ist mit SPH gekennzeichnet, der der Transportmittelmittellinien
mit SPT.
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Wie in 8 ersichtlich
sind die beiden Schnittpunkte SPH und SPT nicht deckungsgleich, das
heißt
es liegt ein Versatz im x- und/oder y-Richtung vor. Im gezeigten
Beispiel ist in beide Richtungen ein Versatz gegeben, in x-Richtung
der Versatz Δx,
in y-Richtung der Versatz Δy.
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In entsprechender Weise wird auf
Basis der Mittellinien auch ein Verdrehwinkel α ermittelt. Im gezeigten Beispiel
ergibt er sich aus dem Winkel zwischen der Längsmittellinie LMH des Headblocks
und der Längsmittellinie
LMT des Transportmittels. Dabei sei angenommen, dass der Headblock
korrekt und das Transportmittel schief positioniert ist.
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Sind nun diese Versätze Δx, Δy und der
Verdrehwinkel α erfasst,
kann über
nicht näher
gezeigte Stellzylinder, die zwischen Headblock 20 und Spreader 14 angreifen,
der jeweilige Versatz beziehungsweise Verdrehwinkel kompensiert
werden. Über
die Stellzylinder ist es möglich,
den Spreader 14 bezüglich
des Headblocks, der quasi lagestabil ist, zu verschieben und zu
verdrehen und so den Spreader bezüglich der Kanten des Transportmittels
und damit des Transportmittels selbst auszurichten. Beim Absetzen
(also der Lastfahrt) des Containers, der sich unter dem Spreader 14 befindet,
soll dieser also auf das Transportmittel abgesetzt werden. Hier
wird vorausgesetzt, dass auf Grund der geometrischen Abmessungen
die Headblockmitte stets die Lastmitte, also Spreader mit Container,
ist. Wird nun also die Headblockmitte unter Ausgleich eines etwaigen
Versatzes/Verdrehwinkels bezüglich
der Transportmittelmitte ausgerichtet, so ist damit automatisch
auch der am Spreader 14 befindliche Container 9 korrekt
ausgerichtet.
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Beim Aufnehmen eines Containers (Leerfahrt)
der sich auf einem Transportmittel 15 befindet, wird ebenfalls
der Headblock und das Transportmittel erfasst. Auf Grund der geometrischen
Abmessungen des Transportmittels kann der Container sich auf dem
Transportmittel nur in engen Grenzen befinden (einige mm). Es wird
hier davon ausgegangen, dass die Containermitte der Transportmittelmitte
entspricht. Wird hier nun die Headblockmitte bezüglich der Transportmittelmitte
ausgerich tet ist auch hier sichergestellt, dass die Spreadermitte
korrekt bezüglich
der Containermitte positioniert ist und der Container exakt aufgenommen
wird.
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9 zeigt
in Form einer Prinzipskizze den Verlauf des abtastenden Laserstrahls
an den Stirnseitenwänden
insbesondere des Transportmittels. Der rotierende Laserstrahl tastet
ersichtlich auch die Seitenfläche
am Transportmittel ab. Hierüber
kann die Verarbeitungseinrichtung 21 Die räumliche
Lage dieser Seitenfläche 22 am
Transportmittel 15 erfassen und feststellen, ob diese in
irgendeiner Weise bezüglich
der Vertikalen verkippt ist. Hierüber können etwaige Geländeunebenheiten
oder beispielsweise ein platter Reifen oder dergleichen erfasst
werden, die sich in einer Neigung des Transportmittels 15 und damit
auch in einer Neigung der Aufstellfläche und gegebenenfalls auch
des bereits darauf befindlichen Containers 9 äußern. Die
Erfassung etwaiger Neigungen dient dazu, diese neigungsbedingte
Lageänderung
der Kanten und damit der Mittellinien erfassen und kompensieren
zu können.
Auch dies geschieht mittels geeigneter Verarbeitungssoftware seitens
der Verarbeitungseinrichtung 21.
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Wie bereits bezüglich 7 beschrieben, kommuniziert die Verarbeitungseinrichtung 21 mit der
zentralen Steuerungseinrichtung 16. Der Verarbeitungseinrichtung 21 werden
von der Steuerungseinrichtung 16 Informationen bezüglich des
aufgenommenen oder aufzunehmenden Containers gegeben, aus denen
sich z.B. seine Höhe
ergibt. Auch der Beladungszustand des Spreaders, ob dieser also
bereits den Container aufgenommen hat oder nicht, wird hierüber mitgeteilt.
Weiterhin wird die Hubhöhe des
Headblocks beziehungsweise des Spreaders mitgeteilt, so dass also
kontinuierlich seitens der Verarbeitungseinrichtung 21 bekannt
ist, in welcher Höhe
sich der Headblock befindet. Dies dient dazu, um im Rahmen der Signalauswertung
(oder der Bilddatenauswertung im Falle der Verwendung von Kameras
als Erfassungsmittel) Messwerte (oder Bildartefakte) herauszufiltern,
die fälschlicherweise
z.B. eine Kante angeben oder vermuten lassen etc. Ist die Hubhöhe nämlich bekannt,
so ist die Ebene beziehungsweise der Höhenbereich bekannt, innerhalb dem
relevante Messwerte liegen müssen.
Messwerte oder Bilddaten, die außerhalb dieses Wertebereichs liegen
oder dort liegende Kanten vermuten lassen, werden nicht berücksichtigt.
Dieser Messwertebereich, innerhalb welchem also die Filterung erfolgt, kann
beispielsweise auch vorgegeben sein. Beispielsweise soll die eigentliche
Messung nur dann erfolgen, wenn der Headblock beim Aufnehmen eines auf
dem Transportmittel stehenden Containers sich in einem bestimmten
Abstand zur Containeroberseite befindet oder, beim Absetzen eines
Containers auf das Transportmittel, wenn sich die Containerunterseite
in einem bestimmten Abstand zur Transportmitteloberseite befindet.
Dieser maximale Abstand, ab welchem dann die eigentliche Positionsverifizierung erfolgt,
kann z.B. einen Meter betragen. Das heißt es wird ein Fenster bezüglich des
Headblocks definiert, innerhalb welchem die Headblockkanten liegen
können.
Beispielsweise ist angenommen, dass das Transportmittel eine Höhe von 2
Metern, der Container eine Höhe
von 2,5 Metern, der maximale Abstand 1 Meter, der Spreader eine
Höhe von
1 Meter und der Headblock eine Höhe
von 1 Meter aufweist. Insgesamt ergibt sich dann eine Maximalhöhe von 7,5
Meter. Befindet sich also der Headblock in einer Höhe von 7,5
Metern über
dem Boden, so setzt die Filterung ein bis zu dem Moment, wenn er
nach einem Absenken um einen weiteren Meter (= Maximalabstand) auf
dem Container aufsetzt beziehungsweise der Container auf dem Transportmittel
aufsetzt. Die Bestimmung der Hubhöhe, ab welcher die Filterung einsetzt,
hängt letztlich
von der Containerhöhe
ab, die der Verarbeitungseinrichtung 21 von der Steuerungseinrichtung 16 mitgeteilt
wird.
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Hat nun die Verarbeitungseinrichtung 21 einen
Versatz oder einen Verdrehwinkel ermittelt, so werden die relevanten
Daten an die Steuerungseinrichtung 16 gegeben. Über diese
werden zur Kompensation die Stellzylinder angesteuert. Selbstverständlich erfolgt
eine kontinuierliche Verifizierung des Kom pensationserfolgs der
Gestalt, dass über
die Erfassungsmittel kontinuierlich die Kanten erfasst beziehungsweise über die
Verarbeitungseinrichtung 21 kontinuierlich der oder die
Versätze
wie auch der Verdrehwinkel ermittelt werden. Hierüber wird
kontrolliert, ob die über
die Steuerungseinrichtung 16 eingeleitete Stellzylinderbewegung
tatsächlich
zu einer Kompensation führt,
indem überprüft wird,
ob die vormals bestimmten Versätze/der
Verdrehwinkel kleiner werden und der Spreader verschiebungsbedingt
bezüglich
der Transportmittelmitte ausgerichtet wird.
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Insgesamt lässt der erfindungsgemäße Containerkran
ein einfaches Überprüfen der
relativen Position der Last der Portalkatze bezüglich des Transportmittels
zu, was unter Verwendung eines Systems erfolgt, welches die relative
Position der Mitte der Last bezüglich
der Mitte des Transportmittels sowie eine Verdrehung zueinander
erkennt. Hierzu wird jeweils der relative Abstand zwischen den Headblock- und
Transportmittelaußenkanten
vermessen und unter Berücksichtigung
der Headblock- und Transportmitteltoleranzen aus der Lage der Transportmittelaußenkanten
die Mitte des Transportmittels und aus der Lage der Headblockaußenkanten
die Mitte des Headblocks berechnet. Diese Arbeitsweise erfolgt sowohl
beim Absetzen als auch beim Aufnehmen der Last. Je nach ermittelten
Versatz/Verdrehwinkel erfolgt eine ebenfalls vollautomatische Kompensation des
Versatzes/Verdrehwinkels durch eine Relativverschiebung des Spreaders
bezüglich
des Headblocks.