DE19725315A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung definierter mobiler Objekte bei Kranen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung definierter mobiler Objekte an nicht eindeutig deklarierten Positionen bei Kranen, insbesondere Hüttenwerkskrane gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beim Krantransport von feuerflüssigen Massen in Pfannen werden diese von Traversen mit Haken in den Hakenschlaufen aufgenommen. Zur Lastaufnahme sind die Haken so zu positionieren, daß die Zapfen des Pfannengehänges im Maul des Hakens liegen, mit dem der zum sicheren Anheben erforderliche Formschluß zwischen Tragmittel und Last hergestellt wird.

Der Anschlag wird manuell vom Kranführer gesteuert. Bei sicherheitsrelevanten Transporten wird er von einem Einweiser unterstützt. Der Einweiser steht in ständiger Sichtverbindung mit dem Kranführer und gibt diesem den subjektiv vom Einweiser optisch erfaßten IST-Zustand der Annäherung des Lastaufnahmemittels an das Objekt an. Erst wenn für den Einweiser subjektiv die Anschlagposition erreicht ist, gibt er dem Kranführer grünes Licht zum Anheben der Last.

Die Sicherheit beim Einhängen, also die ordnungsgemäße Ausführung des Anschlagvorganges, ist im wesentlichen von der Aufmerksamkeit und Qualifikation des Kranführers bzw. des Einweisers sowie den jeweiligen Sichtverhältnissen abhängig. Der Anschlagvorgang ist insofern mit einem hohen Risiko verbunden (Gefahrenpotential), als bei mangelnder Aufmerksamkeit oder unzureichenden Sichtverhältnissen nicht auszuschließen ist, daß die Pfanne nur einseitig von einem Haken erfaßt oder auf der Spitze des Hakens getragen wird. Das hat bereits zu Um- und Abstürzen von Pfannen geführt. Personenschäden und extrem hohe Sachschäden verbunden mit längerem Betriebsausfall waren die Folgen. Eines der Hauptprobleme beim bekannten Anschlagverfahren ist die schnelle und starke Ermüdung des Kranführers, so daß innerhalb einer Schicht mehrfach gewechselt werden muß. Außerdem ist die Zeitdauer für den Anschlagvorgang entsprechend hoch, da der Kranführer im Regelfall kein unnötiges Risiko eingeht, sich entsprechend absichert und nötigenfalls den Anfahrvorgang wiederholt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erfassung definierter mobiler Objekte an nicht eindeutig deklarierten Positionen bei Kranen, insbesondere Hüttenwerkskrane, anzugeben, das unter Wegfall eines Einweisers einen für den Kranführer nahezu ermüdungsfreien Programmablauf sicherstellt und mit dem eine vollautomatische Bedienung unter Entfall eines Kranführers möglich ist.

Ausgehend vom Oberbegriff wird diese Aufgabe mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden über eine Quasi-Analoge-Wegabbildung (QAW) die Raumkoordinate des Lastaufnahmemittels eingemessen. Die von den erfaßten Werten abgeleiteten Informationen werden dem Kranführer grafisch als Anfahrhilfe angeboten. Beispielsweise wird die aktuelle Hubhöhe des Lastaufnahmemittels dem Kranführer analog und digital auf einem Monitor angezeigt und bei Erreichen einer vorbestimmten Position als Klartext z. B. "Einfädelposition Hubhöhe" eingeblendet. Darüber hinaus wird der entscheidende Anschlagvorgang mittels mehrerer installierter Kameras visualisiert,- wobei es sich um eine Mustererkennung handelt. Dies hat den Vorteil, daß nicht das gesamte Objekt im Blickfeld der Kameras liegen muß, sondern es ausreichend ist, wenn das Objekt charakterisierende Kanten aus mehreren Blickpositionen erfaßt werden. Die Momentanbilder werden mit einem zuvor abgelegten Bildmuster verglichen und daraus die aktuelle Objektlage festgestellt. Sollte diese mit der zuvor über die Wegmessung erfaßte Position nicht übereinstimmen, erfolgt eine entsprechende Korrektur.

Der Anschlagvorgang wird zusätzlich durch unabhängig davon arbeitende Sicherheitssysteme d. h. Form- und Kraftschluß überwacht. Bezüglich des Formschlusses wird auf die DE 44 47 393 B1 der Anmelderin verwiesen. Die Kraftschlußüberwachung erfolgt durch eine fortwährende Wägung der angehobenen Last.

Für die angestrebte Vollautomatisierung des gesamten Transportvorganges ist es erforderlich, daß pendelfrei angefahren und auch abgesetzt wird. Dazu wird in bekannter Weise Pendelwinkel und Pendelgeschwindigkeit erfaßt und die Meßwerte der Regelung der Antriebe überlagert. Hierzu wird unter anderem auf die DE 35 13 007 A1 verwiesen. Falls das Erfassungssystem für den Pendelwinkel und/oder die Pendelgeschwindigkeit ausfallen sollte, erfolgt die Regelung entsprechend einem hinterlegten Rechenmodell abhängig von der Lastseillänge für das Lastaufnahmemittel.

Die Erfassungs- und Meßwerte werden alle einer speicherprogrammierbaren Steuereinheit zugeführt, die dann Daten für die grafischen Anzeigen sowie die Steuerungssignale für die Antriebe erzeugt.

Vorrichtungsmäßig erfolgt die visualisierte Unterstützung des kritischen Anschlagvorgangs in der Weise, daß im Tragrahmen des Kranes mindestens zwei vorzugsweise sechs mit einem Bildauswerte- und Bildspeichergerät sowie einem Monitor verbundene Kameras in Reihe sowie ein Scheinwerfer installiert sind. Die Strahlachsen sind so ausgerichtet, daß das zu betrachtenden Objekt voll erfaßt wird. Dabei ist es unerheblich, ob eine Kamera während des Anschlagvorganges beispielsweise durch das Katzfahrwerk verdeckt ist. Wesentlich ist nur, daß das erfaßte Bild immer die das Objekt charakterisierende Kanten im Sinne einer Mustererkennung miteinschließt. Für die Wegerfassung hat es sich als Vorteil herausgestellt, daß an den Rädern des Kran- und Katzfahrwerks sowie an der Trommel des Hubwerkes Absolutwertgeber installiert sind. Die Meßwerte der Absolutwertgeber werden in der Steuereinheit verarbeitet und als Steuersignale den geregelten Antrieben für das Hubwerk sowie für das Kran- und Katzfahrwerk zugeleitet. Für ein pendelfreies Anfahren und Absetzen wird eine Hall-Sonde angeordnet, die vorzugsweise am Seilfestpunkt des Haupthubwerkes angeordnet ist. Die Genauigkeit der Ansteuerung hängt auch wesentlich von der Feinfühligkeit der Steuerung der Antriebe ab. Aus diesem Grunde sind alle Antriebe mit einem an sich bekannten Frequenzumrichter verbunden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren ist darin zu sehen, daß der Kranführer stark entlastet wird und der erforderliche Zeitablauf für den Transportvorgang optimiert ist. Außerdem eignet sich das Verfahren für eine Vollautomatisierung, so daß zukünftig auf einen Kranfahrer zumindest auf den Einweiser verzichtet werden kann.

Anhand von Prinzipdarstellungen wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Draufsicht die Anfahr- und Einfädelposition eines Hüttenwerkskranes

Fig. 2 in einer halbperspektivischen Darstellung die erfindungsgemäße Installation einer optisch unterstützten Anfahrhilfe

Fig. 3 Fließbild einer erfindungsgemäß ausgebildeten Steuerung und Regelung eines Kranes.

Fig. 4 Beispiel einer Mustererkennung

Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht ein Anwendungsbeispiel eines Bereiches in einem Hüttenwerk, wo flüssiges Roheisen aus Pfannen entleert und in Roheisenmischer eingefüllt wird. Dazu sind in einem hier angedeuteten Hallenkomplex zwei Roheisenmischer 1, 2 angeordnet, die je zwei Einfüllöffnungen 3, 3'; 4, 4' aufweisen. Auf zwei parallel liegenden Gleisen 5, 6 können je ein Zug mit mehreren aneinander gekoppelten Pfannenwagen 8 positioniert werden. Auf den Pfannenwagen 8 befindet sich je eine Roheisenpfanne 7, die mit flüssigem Roheisen gefüllt oder leer ist. Der Transport der jeweiligen Roheisenpfanne 7 vom Pfannenwagen 8 in die Einleerposition erfolgt mittels eines Hüttenwerkskranes 9. Dieser weist ein Kranfahrwerk 10, zwei Katzfahrwerke 11, 11a und ein auf der Katze hier nicht sichtbares Hubwerk auf. Nach Abstellen der Wagenkolonne wird der Kran 9 bezüglich seines Kranfahrwerkes 10 in die Aufnahmeposition Kranfahrt verfahren. Dies ist die Mittelachse der auf dem Pfannenwagen 8 sich befindenden Roheisenpfanne. Das Rastermaß für die Kranfahrt ist kenntlich gemacht durch nach rechts zeigende Pfeile 13, 14. Die Aufnahmeposition für die Katze zeigt die strichpunktierte Linie 15, 16, die in diesem Falle deckungsgleich ist mit der Längsachse der Wagenkolonne. Zuvor muß aber das Lastaufnahmemittel 17, 17' (Fig. 2) in die Zapfen 18, 18' (Fig. 2) des Pfannengehänges 27, 27' (Fig. 2) eingefädelt werden. Dazu wird die Katze 11 auf Einfädelposition gefahren. Diese ist ebenfalls gekennzeichnet durch eine strichpunktierte Linie 19, 20, die parallel zur Aufnahmepostition 15, 16 liegt.

Nach der Aufnahme der jeweiligen Pfanne 7 durch den Kran 9 wird der Kran 9 in die Einleerposition verfahren. Dieses ist hier durch nach rechts zeigende Pfeile 21 gekennzeichnet. Die Einleerposition für die Katzfahrt ist wiederum mit einer strichpunktierten Linie 22 gekennzeichnet. Was hier nicht dargestellt ist, ist die sogenannte Z-Postition, d. h. die Hubhöhe des Lastaufnahmemittels 17, 17'.

Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung die erfindungsgemäße Installation einer optisch unterstützten Anfahrhilfe. Dabei sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet worden. In einem stilisiert dargestellten Tragrahmen 23 sind für die erfindungsgemäße optische Anfahrhilfe mehrere Kameras 24 in Reihe sowie ein Scheinwerfer 25 angeordnet. Die Strahlachsen der Kameras 24 sind so ausgerichtet, daß das jeweilige Kamerafeld 26 das Objekt, hier in diesem Falle die Roheisenpfanne 7 erfaßt. Der Scheinwerfer 25 erhellt diesen Bereich, so daß in den Kameras 24 ein scharf konturiertes Bild entsteht. Typische die Roheisenpfanne 7 kennzeichnende Kanten, z. B. das Pfannengehänge 18, 18' oder die Ausgießschnauze 28 werden für die Mustererkennung herangezogen. Im Abgleich mit einem hinterlegten Musterbild kann die wahre Objektlage damit erkannt werden. Das hinterlegte Musterbild und das jeweilige Momentanbild wird dem Kranführer übermittelt, so daß er unter Verzicht eines Einweisers genau sehen kann, wo die Lastaufnahmemittel 17, 17' in bezug auf die Roheisenpfanne 7 sich befinden. Diese optische Anfahrhilfe erfolgt zusätzlich zu der Wegerfassung des Kranfahrwerkes, des Katzfahrwerkes sowie des Hubwerkes.

In Fig. 3 ist in einem Fließbild die prinzipielle Verknüpfung aller erfaßten Daten dargestellt. Die bereits erwähnten Geber 31-33 für das Kranfahrwerk, das Katzfahrwerk und das Hubwerk erfassen den verfahrenen Weg und geben dies als Wert in eine speicherprogrammierte Steuereinheit (SPS) 34. Zusätzlich werden die Bilder der sechs Kameras 24 sowie einer Mischerkamera 35 in einem Bildaus­ werte- und Bildspeichergerät (Videomat) 36 verarbeitet und der zuvor genannten speicherprogrammierbaren Steuereinheit 34 zugeführt. Die Stellung des Steuerhebels 37 in der Kranfahrerkabine sowie die Werte der Pendelregelung 38 fließen in die Regelung mit ein. Die Pendelregelung 38 erhält ihre Werte von einer Hall-Sonde 39. Als zusätzliche Sicherung werden die Meßwerte 40 der dauernden Wägung bei angehobener Last sowie der Formschluß 41 der Lastaufnahmemittel 17, 17' verarbeitet. Die Meßwerte in der speicherprogrammierbaren Steuereinheit 34 werden umgesetzt in Daten 42, in Steuerungssignale für die Geschwindigkeit 43 sowie für die anzusteuernde Position 44. Die Antriebe 45, wo der Einfachheit halber hier nur einer dargestellt ist, sind mit einem Frequenzumrichter 46 verbunden. Die am Antrieb 45 abzugreifende Drehzahl wird über einen Geber 47 erfaßt und sowohl der speicherprogrammierbaren Steuereinheit 34 als auch der Pendelregelung 38 zugeführt. Dem Kranführer werden über zwei Monitore 48, 49 die erfaßten Daten bzw. Bilder als Anfahrhilfe sichtbar dargestellt. Im Bild des hier oben liegenden Monitors 48 werden die Wegerfassung, die Wägung und die Störmeldungen grafisch in analoger und digitaler Form dargestellt, wobei als weitere Hilfe Klartexte miteingeblendet werden können. Der zweite hier unten dargestellte Monitor 49 zeigt die Bilder der installierten Kameras 24, 35.

In Fig. 4 ist ein Beispiel einer Musterkennung dargestellt. Der auf einem Gleis 6 abgestellte, im Blickfeld der Kameras 24 (Fig. 2) liegende Pfannenwagen 8 ist mit einer gefüllten oder entleerten Roheisenpfanne 7 beladen. Das Momentanbild dieses Pfannenwagens 8 in bezug auf die Position des Hüttenwerkskranes 9 wird auf dem zuvor erwähnten Monitor 49 angezeigt. Zusätzlich wird ein zuvor abgelegtes Musterbild 50, das nur die wesentlichen, das Objekt charakterisierenden Kanten wiedergibt, auf dem Monitor eingeblendet. Der Kranführer kann nun ohne weitere Hilfsmittel durch das miteingeblendete Fadenkreuz 51 erkennen, wieweit seine IST-Position von der Position des Musterbildes (SOLL) abweicht. Die Abweichung ist durch den Abstand in X-Richtung 52 und in Y-Richtung 53 kenntlich gemacht und wird entsprechend Fig. 3 auf dem Monitor 48 digital und analog dargestellt.

Claims (13)

1. Verfahren zur Erfassung definierter mobiler Objekte an nicht eindeutig deklarierten Positionen bei Kranen, insbesondere Hüttenwerkskrane, bei dem durch Drehen des Hubwerkes, sowie Verfahren des Kran- und Katzfahrwerkes eine vorgegebene Raumkoordinate für das Lastaufnahmemittel ansteuerbar ist und zur Sicherung der Lastaufnahme optisch der Anschlagvorgang des Lastaufnahmemittels mit entsprechenden Aufnehmen des zu transportierenden Objektes überwacht und der jeweilige IST-Zustand der Annäherung des Lastaufnahmemittels an die Anschlagposition einem Steuerpult, insbesondere einem Führerstand des Kranes übermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Quasi-Analoge-Wegabbildung (QAW) der Weg des Lastseiles des Hubwerkes, sowie der Verfahrweg des Kran- und Katzfahrwerkes als Absolutwert erfaßt und abgebildet wird und die von den erfaßten Werten abgeleiteten Informationen in geeigneter ergonomischer Form dem Kranführer grafisch als Anfahrhilfen angeboten bzw. für Steuerungszwecke eingesetzt werden, wobei eine Raumkoordinate, die einen festen Bezugspunkt hat, eindeutig bestimmt und mit den beiden anderen Raumkoordinaten korreliert wird und nach Erreichen einer vorgegebenen Grobposition für das Lastaufnahmemittel das Objekt und typische das Objekt charakterisierende reproduzierbare Kanten aus verschiedenen Positionen als Momentanbild erfaßt und mit einem abgespeicherten Bildmuster verglichen und daraus die momentane Objektlage in bezug auf das Lastaufnahmemittel abgeleitet wird und die zuvor angezeigte Grobposition damit verglichen und nötigenfalls korrigiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle Position des Lastaufnahmemittels grafisch in analoger und digitaler Form angezeigt und bei Erreichen einer vorbestimmten Position diese als Klartext eingeblendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der Anschlagposition das formschlüssige Anschlagen des Lastaufnahmemittels mit den Aufnehmern des Objektes überwacht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von der Formschlußüberwachung durch ständige Wägung des angehobenen Objektes eine Kraftschlußüberwachung erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise Pendelwinkel und Pendelgeschwindigkeit erfaßt und die Meßwerte der Regelung der Antriebe überlagert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall des Erfassungssystems für Pendelwinkel und/oder Pendelgeschwindigkeit die Anordnung der Regelung nach einem hinterlegten Rechenmodell abhängig von der Lastseillänge des Lastaufnahmemittel erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Erfassungs- und Meßwerte einer speicherprogrammierbaren Steuereinheit zugeführt werden, die daraus Daten für die grafische Anzeige sowie Steuersignale für die Antriebe erzeugt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Kran, insbesondere Hüttenwerkskran, bestehend aus einem Tragrahmen an dem ein Lastaufnahmemittel aufweisendes Hubwerk, sowie ein Kran- und Katzfahrwerk angeordnet sind, sowie Geber zur Erfassung der Position des Lastseiles des Hubwerkes, der Position des Kran- und Katzfahrwerkes, ein Meßsystem für die Pendeldämpfung und einer Steuereinheit, die mit dem Steuerhebel in der Kranführerkabine einerseits und mit den Antrieben für Hubwerk, Kran- und Katzfahrwerk andererseits verknüpft ist,
dadurch gekennzeichnet, daß am Tragrahmen (23) mindestens zwei mit einem Bildauswerte- und Bildspeichergerät (36) sowie einem Monitor (49) verbundene Kameras (24) und ein Scheinwerfer (25) angeordnet sind, deren Strahlachsen so ausgerichtet sind, daß das zu betrachtende Objekt voll erfaßbar und ausreichend ausgeleuchtet ist und die Steuereinheit (34) mit einem Monitor (48) verbunden ist und Hubwerk, Kran- und Katzfahrwerk geregelte Antriebe (45).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sechs Kameras (24) in Reihe angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9 dadurch gekennzeichnet, daß an Rädern des Kran- und Katzfahrwerkes sowie an der Trommel des Hubwerkes Absolutwertgeber (31-33) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am Seilfestpunkt des Haupthubwerkes eine Hall-Sonde angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle Antriebe (45) des Kranes mit je einem Frequenzumrichter (46) verbunden sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Erkennungshilfe die grafische Oberfläche des mit der Steuereinheit (34) verbundenen Monitors (48) ein Fadenkreuz, Analogbalken, Digitalanzeigen und Klartexte aufweist.