DE4315005A1 - Vorrichtung zur meßtechnischen Erfassung von Winkellagen eines bewegten Gegenstandes gegenüber seiner Ausgangsstellung - Google Patents

Vorrichtung zur meßtechnischen Erfassung von Winkellagen eines bewegten Gegenstandes gegenüber seiner Ausgangsstellung

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    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66CCRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00Other constructional features or details
    • B66C13/04Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack
    • B66C13/06Auxiliary devices for controlling movements of suspended loads, or preventing cable slack for minimising or preventing longitudinal or transverse swinging of loads
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbe­ griff von Anspruch 1.
Es sind verschiedene Anwendungsbeispiele bekannt, bei de­ nen es gewünscht oder gar erforderlich ist, die Winkellage eines Gegenstandes gegenüber seiner Ausgangsstellung meß­ technisch zu erfassen. Bei der Verladung eines Containers von Bord eines Schiffes zu einem Lagerplatz an Land oder auch umgekehrt ist es üblich, den Container mittels eines Spreizkörpers (Spreader), der über Seile an einer Lauf­ katze einer Containerbrücke befestigt ist, zu ergreifen, anzuheben und zu transportieren. Bei einem derartigen Ver­ ladevorgang ist der Container erheblichen Schwingungen und Auslenkungen unterworfen, die nachteiligerweise zu zeitlichen Verzögerungen beim Containertransport und beim positionierten Absetzen des Containers an Land oder Bord eines Schiffes führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zu schaffen, die eine augenblendfreie und störsichere meß technische Ermittlung von Winkellagen eines bewegten Gegenstandes gegenüber seiner Ausgangsstellung ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gegenstand mit einer Strahlungsquelle für den nahen In­ frarotbereich ausgerüstet ist, daß die Strahlungsquelle von einer im nahen Infrarotbereich empfindlichen TV-Kame­ ra detektiert wird, wobei die Ausgangsstellung des Gegen­ standes die Referenzposition der Strahlungsquelle dar­ stellt, und daß der TV-Kamera ein mikroprozessorgesteuer­ tes Echtzeitbildverarbeitungssystem nachgeordnet ist, wel­ ches in dem von der TV-Kamera übermittelten Bild des Seh­ feldes die Strahlungsquelle und damit den Gegenstand de­ tektiert und kontinuierlich verfolgt sowie aus der Ablage der Strahlungsquelle gegenüber ihrer Referenzposition die Winkel des Gegenstandes gegenüber seiner Ausgangsstellung ermittelt.
Ein Vorteil der Erfindung liegt in der Blendfreiheit der Vorrichtung für einen Kranfahrer. Die Vorrichtung stellt exakte Winkelmeßergebnisse bereit, die vorteilhafterweise zur Gegensteuerung der unerwünschten Auslenkungen und Aus­ lenkwinkel eines transportierten Gegenstandes verwendet werden können, so daß ein schnelleres positioniertes Ab­ stellen des Gegenstandes an einem vorgesehenen Ort möglich ist.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 beschrieben.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Er­ findung dargestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 eine Containerbrücke mit einer erfindungsgemäßen (Pendelmeß-) Vorrichtung und
Fig. 2 die wesentlichen Bauelemente der Vorrichtung ge­ mäß Fig. 1 in einem Prinzipbild.
Aus Fig. 1 ist eine Laufkatze 1 einer mit 2 bezeichneten Containerbrücke ersichtlich, an deren Seilen 3 mittels einer zeichnerisch nicht dargestellten Greif-Spreizeinrich­ tung ein Container 4 oder ein anderer beliebiger Gegen­ stand befestigt ist. Die Greif-Spreizeinrichtung ergreift den Container 4 und transportiert diesen, beispielsweise zwecks Verladung von Bord eines Schiffes oder auch umge­ kehrt. Beim Transport des Containers in Richtung der ein­ gezeichneten Pfeile 5, 6 schwenkt der Container 4 in Rich­ tung der Pfeile 7, 8 aus, wobei ein durch die Transport­ geschwindigkeit und durch die Masse der Last vorgegebener Auslenkbereich eingezeichnet und mit 9 bezeichnet ist.
Zur meßtechnischen Erfassung der Winkel lagen des Contai­ ners 4 gegenüber seiner Ausgangsstellung ist an der Lauf­ katze 1 eine TV-Kamera 10 für den nahen Infrarotbereich angeordnet, der - wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist - ein vorzugsweise mikroprozessorgesteuertes Echtzeitbildver­ arbeitungssystem 11 nachgeordnet ist. An der Spreiz-Greif­ einrichtung (oder auch an dem Container) ist eine Strah­ lungsquelle 12 befestigt, die von der IR-Kamera 10 detek­ tiert wird. Hierbei stellt die Ausgangsstellung des Con­ tainers 4 beim Befestigen der Greif-Spreizeinrichtung an dem Container 4 die Referenzposition der Strahlungsquelle 12 dar, die vorteilhafterweise in der optischen Achse der TV-Kamera 10 liegt. Als Strahlungsquelle 12 kann eine vi­ brationsunempfindliche Halogenlampe mit vorgeschaltetem IR-Blendschutzfilter dienen.
In dem von der TV-Kamera 10, beispielsweise einer CCD-Ka­ mera mit einem CCIR-Norm-Videoausgangssignal, wodurch vor­ teilhafterweise eine hohe Meßgenauigkeit bei unterschied­ lichen Temperaturverhältnissen sichergestellt wird, über­ mittelten Bild des Sehfeldes wird die Strahlungsquelle 12 und damit der Container 4 von dem vorzugsweise nach einem Kontrasttrackverfahren arbeitenden Echtzeitbildverarbei­ tungssystem 11 detektiert und kontinuierlich verfolgt. Aus der Ablage der Strahlungsquelle 12 gegenüber ihrer Re­ ferenzposition werden für vorgegebene Zeitintervalle die Winkel des Containers 4 gegenüber seiner Ausgangsstellung ermittelt und als positive bzw. negative Winkel α rela­ tiv zur optischen Achse der TV-Kamera 10 ausgegeben. Hier­ bei kann die TV-Kamera 10 die Szene beispielsweise kon­ tinuierlich im 20 ms-Halbbildtakt aufnehmen, so daß die ermittelten Winkelwerte zyklisch mit einer Wiederholrate von 20 ms aktualisiert werden. Die ermittelten Winkelwer­ te können an einen Steuerrechner gegeben werden, der Stellsignale, die den durch den Transport hervorgerufenen Auslenkungen des Containers 4 entgegenwirken sollen, er­ rechnet und an eine zeichnerisch nicht dargestellte Gegen­ steuereinrichtung abgibt, so daß ein schnellerer Transport und ein positioniertes Abladen des Containers 4 möglich ist.
Der TV-Kamera 10 kann ein nicht gezeichneter Monitor zur visuellen Funktionskontrolle nachgeordnet sein, wobei in das Szenenbild des Monitors ermittelte Winkel- und Ent­ fernungswerte eingeblendet werden können.
Weiterhin ist es möglich, daß an der Spreiz-Greifeinrich­ tung oder an dem Container 4 zwei oder mehrere Strahlungs­ quellen 12 in einem definierten Abstand zueinander im Seh­ feld der Kamera angeordnet sind. Aus den von dem Echtzeit­ bildverarbeitungssystem 11 ermittelten unterschiedlichen Winkeln für die Strahlungsquellen können dann die Entfer­ nung des Gegenstandes 4 von dem Objektiv der TV-Kamera 10 sowie Ablagekoordinaten des Containers 4 in Absolutwerten gegenüber seiner Ausgangsstellung errechnet werden.
Die Erfindung ist auf das oben beschriebene Ausführungs­ beispiel nicht beschränkt. Vielmehr lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Winkellagen von bewegten Gegenständen allgemeiner Art erfassen.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur meßtechnischen Erfassung von Winkel­ lagen eines bewegten Gegenstandes gegenüber seiner Aus­ gangsstellung, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand (4) mit einer Strahlungsquelle (12) für den nahen Infra­ rotbereich ausgerüstet ist, daß die Strahlungsquelle (12) von einer im nahen Infrarotbereich empfindlichen TV-Kame­ ra (10) detektiert wird, wobei die Ausgangsstellung des Gegenstandes (4) die Referenzposition der Strahlungsquel­ le (12) darstellt, und daß der TV-Kamera (10) ein mikro­ prozessorgesteuertes Echtzeitbildverarbeitungssystem (11) nachgeordnet ist, welches in dem von der TV-Kamera (10) übermittelten Bild des Sehfeldes die Strahlungsquelle (12) und damit den Gegenstand detektiert und kontinuierlich verfolgt sowie aus der Ablage der Strahlungsquelle (12) gegenüber ihrer Referenzposition die Winkel des Gegenstan­ des (4) gegenüber seiner Ausgangsstellung ermittelt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzposition der Strahlungsquelle (12) in der optischen Achse der TV-Kamera (10) liegt, und daß das Echt­ zeitbildverarbeitungssystem (11) die ermittelten Winkel des Gegenstandes (4) als positive bzw. negative Winkel­ werte relativ zur optischen Achse der TV-Kamera (10) aus­ gibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Echtzeitbildverarbeitungssystem (11) die Winkel nach einem Kontrasttrackverfahren ermittelt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die TV-Kamera (10) eine Szene kontinuierlich im 20 ms-Halbbildtakt aufnimmt und somit die ermittelten Winkel zyklisch mit einer Wiederholrate von 20 ms aktuali­ siert werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der TV-Kamera (10) ein Monitor zur visu­ ellen Funktionskontrolle nachgeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Einblendung von Winkel- und/oder Entfernungsdaten in das Szenenbild des Monitors.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 4 oder 5, gekennzeich­ net durch die Verwendung einer CCD-Kamera mit einem CCIR- Norm-Videoausgangssignal.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Strahlungsquelle (12) eine vibrationsun­ empfindliche Halogenlampe mit vorgeschaltetem IR-Blend­ schutzfilter vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Gegenstand (4) zwei oder mehre­ re Strahlungsquellen (12) in einem definierten Abstand zu­ einander im Sehfeld der TV-Kamera (10) angeordnet sind, und daß das Echtzeitbildverarbeitungssystem (11) aus den unterschiedlichen Winkeln für die Strahlungsquellen (12) die Entfernung des Gegenstandes (4) von dem Objektiv der TV-Kamera (10) sowie Ablagekoordinaten des Gegenstandes (4) in Absolutwerten gegenüber seiner Ausgangsstellung ermit­ telt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Er­ mittlung von Winkel lagen eines an der Laufkatze einer Con­ tainerbrücke mittels Seilen befestigten Containers wäh­ rend des Transports, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Container (4) befestigte(n) Strahlungsquellen(n) (12) von einer oberhalb des Containers (4) angeordneten TV-Ka­ mera (10) detektiert wird (werden), und daß die von dem Echtzeitbildverarbeitungssystem (11) ermittelten Winkel­ werte an einen Steuerrechner gegeben werden, der den durch den Transport hervorgerufenen Auslenkungen des Containers (4) entgegenwirkende Stellsignale errechnet und an eine Ge­ gensteuereinrichtung abgibt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle(n) (12) an einer, den Container (4) ergreifenden, anhebenden und transportierenden Greif- Spreizeinrichtung (Spreader) befestigt ist bzw. sind.
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