EP0668237A1 - Method for handling a load with a crane - Google Patents
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- EP0668237A1 EP0668237A1 EP95101850A EP95101850A EP0668237A1 EP 0668237 A1 EP0668237 A1 EP 0668237A1 EP 95101850 A EP95101850 A EP 95101850A EP 95101850 A EP95101850 A EP 95101850A EP 0668237 A1 EP0668237 A1 EP 0668237A1
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- B66C13/06—Auxiliary 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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- B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements
Definitions
- the invention relates to a method for conveying a load by means of a crane, the load being picked up at a starting position, conveyed over a distance to a destination and deposited there.
- Cranes such as B. container cranes are used to pick up loads at a predetermined location, to promote them over a known route and to drop them at a specified destination, such as a destination container.
- the problem arises in practice that the exact actual position of the target is not known for the conveyance of the load in the direction of the target. Instead, a target position of the target is known, which can be defined, for example, by the center of a predetermined target area.
- the invention is based on the object of automating the conveying of the load from the starting position to the target, it being possible for the load to be positioned precisely on the target.
- the object is achieved in that in the method of the type specified above, the actual position of the load is detected by means of a path detection device and is fed to a path control which is a function of the difference between the detected actual position of the load and a predetermined target position of the target controls the conveyance of the load in the direction of the target, and that in the vicinity of the target, the actual position of the load and the actual position of the target are detected relative to one another by means of a sensor device and are fed to the path control, which is a function of the difference between the actual position of the load and the Actual position of the target controls the positioning of the load on the target, and when the load approaches the target, the different position variables supplied to the path control are blended.
- the actual position of the load is preferably detected by means of a path measuring device which continuously measures the position of a cat on which the load is attached.
- the displacement measuring device can be, for example, a displacement sensor or a laser distance measuring device that measures the distance between the cat and a fixed reference position.
- a more precise determination of the actual position of the load is achieved by additionally measuring the pendulum angle of the load and using it together with the measured position of the trolley to calculate the actual position of the load.
- the path control On the basis of the actual position of the load measured in this way, it is possible for the path control to regulate the conveyance of the load in such a way that oscillations of the load are largely avoided during the conveyance and in particular when arriving at the target position of the destination.
- the measurement of the pendulum angle of the load can, for example, by an optical scanner, such as. B. a camera or preferably laser distance profile measuring devices, which is arranged on the cat and scans the outer edges of the load in a scanning angle range open downwards.
- the pendulum angle of the load is measured in that a marking with a reflecting surface is arranged in the area of the load, that on the crane a lighting device directed at the marking and also a line camera also directed at the marking an image sensor line aligned along the pendulum direction is arranged and that in an evaluation device arranged downstream of the image sensor line, an output signal corresponding to the current position of the marking is generated from the signal of the image sensor line.
- This measuring principle can be used alone or together with the measurement by the laser distance profile measuring devices mentioned.
- the measurement of the pendulum angle with the aid of laser distance profile measuring devices and / or line scan cameras is explained in detail in European patent application 93 11 6998.1.
- the position variables supplied to the position control are faded from the measured actual position of the load and the target position of the target to the actual position of the load and the actual position of the target detected by the sensor device.
- the crossfading prevents a sudden change in the variables given to the displacement control, so that jerky load movements are prevented.
- the crossfade is preferably triggered by the sensor device.
- This can comprise an optical scanning device, which is arranged in the region of the crane and scans the outer edges of the load and the surrounding area of the load in a scanning angle range which is open downwards, the optical scanning device being a camera or preferably a laser distance profile measuring device acts.
- the cross-fading between the different position variables supplied to the displacement control takes place when the sensor device detects the load and the target at the same time. After the cross-fading, the precise placement of the load on the target is then regulated as a function of the difference between the actual positions of the load and the target determined by the sensor device.
- the scanning device forming the sensor device on the crane can also be arranged in the area of the load and in a scan opened downwards scan the area around the load.
- the fade is triggered as soon as the target is detected by the scanner. Since the scanner is arranged in the area of the load, it automatically detects the position of the target relative to the current position of the load.
- a scanning device arranged in the area of the load is explained in detail in European patent application 93 10 9943.6.
- FIG. 1 schematically shows a trolley 1 which can be moved on a jib 2 of a container crane, not shown here, and on which a load 3, here a container, hangs.
- this load 3 is to be picked up at the starting position xo and conveyed over a certain distance to a target position x z and placed there on a target container 4.
- the actual actual position x z of the target 4 is not known, but only a target position x z * , which is defined, for example, as the center of a target area Ax z * .
- the actual position XL of the load 3 is continuously measured and compared with the target position x z * of the target 4.
- the actual position x K of the trolley 1 and the current pendulum angle 4) L of the load 3 are continuously measured and the actual position XL of the load 3 is determined from them.
- the trolley 1 is moved towards the target 4 by rapid control.
- the cat 1 is moved along the boom 2, for example, with the travel speed denoted by v K , so that pendulum movements of the load 3 are largely avoided, in particular when the target 4 is reached.
- the actual position XL of the load 3 and the actual position x z of the target 4 relative to one another are detected by means of a sensor device, and the deposition of the load 3 as a function thereof controlled on target 4.
- FIG. 2 schematically shows the jib 2 with the cat 1 which can be moved thereon in the region of the target container 4.
- Lifting winches 5 are arranged on the cat 1, on which a load-carrying frame (spreader) 7 for the load 3 to be transported hangs via cables 6.
- the load 3 is to be placed precisely on the target container 4 which has already been parked.
- external interference such as. B. wind forces, the load 3 can be made to oscillate.
- oscillations of the load 3 take place essentially in the direction of travel x of the trolley 1, with additional oscillations of the load 3 occurring.
- a laser distance measuring device 8 is arranged on it, which measures in the direction of travel x of the cat 1 to a fixed reference position 9 in the form of a reflection mark.
- two scanning devices in the form of laser distance profile measuring devices 10 and 11 are on the trolley 1 Arranged over the two outer edges 12 and 13 of the load-bearing frame 7 which run transversely to the direction of travel x of the cat 1.
- Each of the two laser distance profile measuring devices 10 and 11 generates a laser beam 14 and 15, respectively, which is deflected in a scanning angle range which is open along the pendulum direction x and the outer edge 12 and 13 perpendicular to the respective laser distance profile measuring device 10 and 11, respectively.
- the current pendulum angle ⁇ L of the load 3 is determined with the aid of the two laser distance profile measuring devices 10 and 11 and together with that by the laser distance measuring device 8 specific actual positions tion x K of the cat 1 used to determine the actual position XL of the load 3.
- the actual position XL of the load 3 obtained in this way is compared with the target position x z * of the target 4 and the trolley 1 is moved as a function of the comparison result.
- the laser beams 14 and 15 also detect areas of the target container 4 when the load 3 approaches the target container 4. If the target container 4 is identified in this way, the path control for the trolley 1 is no longer dependent on the means of the laser distance measuring device 8 and the two laser distance profile measuring devices 10 and 11 ascertained the actual position XL of the load 3 and the target position x z * of the target 4, but instead the position deviation between the load 3 determined by the two laser distance profile measuring devices 10 and 11 and the target container 4 used for further displacement control of the trolley 1. As long as the load 3 is not positioned exactly above the target container 4, the laser beams 14 and 15 also detect areas of the target container 4. As soon as both laser beams 14 and 15 no longer strike the target container 4, the load 3 is positioned directly above the target container 4 and can be lowered onto this.
- the optimal position of the two laser distance profile measuring devices 10 and 11 in the x-direction is not directly above the respective outer edges 12 or 13 of the load-bearing frame 7, but somewhat outside thereof, so that there is none for the laser beams 14 and 15 below the outer edges 12 and 13 inaccessible blind spot.
- the two laser distance profile measuring devices 10 and 11 with their scanning angle ranges 14 and 15 are also arranged offset with respect to the x direction, that is to say offset in the z direction.
- a mark 16 is provided on the load-bearing frame 7 in addition to the two laser distance profile measuring devices 10 and 11, which is vertically moved over by one when the load 3 is at rest this headlight 17 held on the cat 1 is illuminated, the light reflected by the marking 16 being captured by a line camera 18 arranged directly next to or in the headlight 15.
- the marking 16 consists of a rectangular reflecting surface with an edge side parallel to the pendulum direction x, which is surrounded by a non-reflecting surface 19.
- the reflecting surface 16 consists of a multiplicity of triple reflector elements, not shown here, which radiate light incident on them in the direction from which it came.
- the line camera 16 is arranged on the trolley 1 in such a way that its scanning plane 20 intersects the marking 16 along the pendulum direction x.
- the serial output signal of the line camera 18 is searched with the greatest contrast in each case after the occurrence of the two brightness changes, and in this way the edges of the reflecting surface 16 running transverse to the scanning direction 20 are detected.
- the position of the center of the marking 16 is determined from the center between the two detected changes in brightness and is made available to the line camera 18 as the output signal.
- the measurements with the line camera 18 result in considerably shorter measuring times, which is advantageous for the regulation of load oscillations and for the load positioning regulation.
- no laser distance profile measuring devices are provided on the trolley 1, but instead two, but preferably four, laser distance profile measuring devices 21 and 22 are arranged on the load-bearing frame 7.
- Each of the laser distance profile measuring devices 21, 22 each generates a laser beam which is deflected in a predetermined scanning angle range.
- devices 23, 24 for beam deflection are each arranged in such a way that the laser distance profile measuring device, for. B.
- FIG 4 does not differ from that of FIG 2, so that the same parts are also provided with the same reference numerals.
- the actual position XL of the load 3 is continuously measured by means of the laser distance measuring device 8 and the two laser distance profile measuring devices 10 and 11 when the load 3 is conveyed from the starting position xo to the destination 4.
- the difference between the measured actual position XL of the load 3 and the predetermined target position x z * of the target 4 is formed in a subtracting node 26 and fed via a controllable switching device 27 to a path control 28 which, depending on the determined difference, drives a drive 29 for moving the Trolley 1 controls.
- the switching device 27 is activated so that now the difference between the actual position XL measured by the two laser distance profile measuring devices 10 and 11 the load 3 and the actual position x z of the target 4 of the path control 28 is supplied. So that there are no abrupt changes in the control process during the switchover, the input variables supplied immediately before and immediately after the switchover of the position control 28 are temporarily stored in a memory 30 and subtracted from one another. The difference obtained in this way is fed to the input of the displacement control 28 via a device 31 and is added there with a negative sign to the input signal for the displacement control 28 coming from the switching device 27.
- the input variable for the position control 28 does not change immediately after the switchover.
- the difference formed in the storage device 30 is reduced within a predetermined time interval to the value zero, so that after this time interval the input variable x Z -x L is fed to the position control 28. In this way, there is a crossfade between the input variables x Z * -x L and x Z -x L.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung einer Last mittels eines Krans, wobei die Last an einer Startposition aufgenommen, über eine Strecke bis zu einem Ziel gefördert und dort abgesetzt wird.The invention relates to a method for conveying a load by means of a crane, the load being picked up at a starting position, conveyed over a distance to a destination and deposited there.
Krane, wie z. B. Containerkrane, dienen dazu, Lasten an einer vorgegebenen Stelle aufzunehmen, sie über eine bekannte Strecke zu fördern und an einem festgelegten Ziel, beispielsweise einem Zielcontainer, abzusetzen. Dabei ergibt sich in der Praxis das Problem, daß für die Förderung der Last in Richtung auf das Ziel die genaue Istposition des Ziels nicht bekannt ist. Statt dessen ist eine Sollposition des Ziels bekannt, die beispielsweise durch die Mitte eines vorgegebenen Zielbereiches definiert werden kann.Cranes, such as B. container cranes are used to pick up loads at a predetermined location, to promote them over a known route and to drop them at a specified destination, such as a destination container. The problem arises in practice that the exact actual position of the target is not known for the conveyance of the load in the direction of the target. Instead, a target position of the target is known, which can be defined, for example, by the center of a predetermined target area.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Förderung der Last von der Startposition zu dem Ziel zu automatisieren, wobei ein positionsgenaues Absetzen der Last auf dem Ziel möglich ist.The invention is based on the object of automating the conveying of the load from the starting position to the target, it being possible for the load to be positioned precisely on the target.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren der eingangs angegebenen Art mittels einer Wegerfassungseinrichtung die Istposition der Last erfaßt wird und einer Wegregelung zugeführt wird, die in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der erfaßten Istposition der Last und einer vorgegebenen Sollposition des Ziels die Förderung der Last in Richtung auf das Ziel steuert, und daß in Zielnähe mittels einer Sensoreinrichtung die Istposition der Last und die Istposition des Ziels relativ zueinander erfaßt werden und der Wegregelung zugeführt werden, die in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Istposition der Last und der Istposition des Ziels die Positionierung der Last an dem Ziel steuert, wobei bei Annäherung der Last an das Ziel zwischen den unterschiedlichen, der Wegregelung zugeführten Positionsgrößen übergeblendet wird.According to the invention, the object is achieved in that in the method of the type specified above, the actual position of the load is detected by means of a path detection device and is fed to a path control which is a function of the difference between the detected actual position of the load and a predetermined target position of the target controls the conveyance of the load in the direction of the target, and that in the vicinity of the target, the actual position of the load and the actual position of the target are detected relative to one another by means of a sensor device and are fed to the path control, which is a function of the difference between the actual position of the load and the Actual position of the target controls the positioning of the load on the target, and when the load approaches the target, the different position variables supplied to the path control are blended.
Bei der Förderung der Last in Richtung auf das Ziel wird die Istposition der Last vorzugsweise mittels einer Wegmeßeinrichtung erfaßt, die laufend die Position einer Katze mißt, an der die Last hängt. Bei der Wegmeßeinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Weggeber oder ein Laser-Distanzmeßgerät handeln, das den Abstand zwischen der Katze und einer feststehenden Referenzposition mißt.When the load is conveyed in the direction of the target, the actual position of the load is preferably detected by means of a path measuring device which continuously measures the position of a cat on which the load is attached. The displacement measuring device can be, for example, a displacement sensor or a laser distance measuring device that measures the distance between the cat and a fixed reference position.
Eine genauere Bestimmung der Istposition der Last wird dadurch erreicht, daß zusätzlich der Pendelwinkel der Last gemessen wird und zusammen mit der gemessenen Position der Katze zur Berechnung der Istposition der Last herangezogen wird. Auf der Grundlage der so gemessenen Istposition der Last ist es für die Wegregelung möglich, die Förderung der Last so zu regeln, daß Pendelungen der Last während der Förderung und insbesondere bei Ankunft an der Sollposition des Ziels weitgehend vermieden werden. Die Messung des Pendelwinkels der Last kann beispielsweise durch eine optische Abtasteinrichtung, wie z. B. eine Kamera oder vorzugsweise Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte, erfolgen, die an der Katze angeordnet ist und in einem nach unten geöffneten Abtastwinkelbereich die Außenkanten der Last abtastet.A more precise determination of the actual position of the load is achieved by additionally measuring the pendulum angle of the load and using it together with the measured position of the trolley to calculate the actual position of the load. On the basis of the actual position of the load measured in this way, it is possible for the path control to regulate the conveyance of the load in such a way that oscillations of the load are largely avoided during the conveyance and in particular when arriving at the target position of the destination. The measurement of the pendulum angle of the load can, for example, by an optical scanner, such as. B. a camera or preferably laser distance profile measuring devices, which is arranged on the cat and scans the outer edges of the load in a scanning angle range open downwards.
Auf besonders einfache Weise und unter Erzielung besonders kurzer Meßzeiten wird der Pendelwinkel der Last dadurch gemessen, daß im Bereich der Last eine Markierung mit reflektierender Fläche angeordnet ist, daß an dem Kran eine auf die Markierung gerichtete Beleuchtungseinrichtung sowie eine ebenfalls auf die Markierung gerichtete Zeilenkamera mit einer längs zur Pendelrichtung ausgerichteten Bildsensorzeile angeordnet ist und daß in einer der Bildsensorzeile nachgeordneten Auswerteeinrichtung aus dem Signal der Bildsensorzeile ein der momentanen Position der Markierung entsprechendes Ausgangssignal erzeugt wird. Dieses Meßprinzip kann allein oder zusammen mit der Messung durch die erwähnten Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte verwendet werden. Die Messung des Pendelwinkels mit Hilfe von Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten und/oder Zeilenkamera ist in der europäischen Patentanmeldung 93 11 6998.1 ausfürlich erläutert.In a particularly simple manner and with the achievement of particularly short measuring times, the pendulum angle of the load is measured in that a marking with a reflecting surface is arranged in the area of the load, that on the crane a lighting device directed at the marking and also a line camera also directed at the marking an image sensor line aligned along the pendulum direction is arranged and that in an evaluation device arranged downstream of the image sensor line, an output signal corresponding to the current position of the marking is generated from the signal of the image sensor line. This measuring principle can be used alone or together with the measurement by the laser distance profile measuring devices mentioned. The measurement of the pendulum angle with the aid of laser distance profile measuring devices and / or line scan cameras is explained in detail in European patent application 93 11 6998.1.
Bei Annäherung der Last an das Ziel wird bezüglich der der Wegregelung zugeführten Positionsgrößen von der gemessenen Istposition der Last und der Sollposition des Ziels auf die von der Sensoreinrichtung relativ zueinander erfaßten Istposition der Last und Istposition des Ziels übergeblendet. Durch das Überblenden wird eine sprungartige Änderung der der Wegregelung aufgegebenen Größen verhindert, so daß ruckartige Lastbewegungen verhindert werden.When the load approaches the target, the position variables supplied to the position control are faded from the measured actual position of the load and the target position of the target to the actual position of the load and the actual position of the target detected by the sensor device. The crossfading prevents a sudden change in the variables given to the displacement control, so that jerky load movements are prevented.
Die Überblendung wird dabei vorzugsweise durch die Sensoreinrichtung ausgelöst. Diese kann eine optische Abtasteinrichtung umfassen, die im Bereich des Krans angeordnet ist und in einem nach unten geöffneten Abtastwinkelbereich die Außenkanten der Last und die darunter liegende Umgebung der Last abtastet, wobei es sich bei der optischen Abtasteinrichtung um eine Kamera oder vorzugsweise um Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte handelt. Die Überblendung zwischen den unterschiedlichen, der Wegregelung zugeführten Positionsgrößen erfolgt dann, wenn die Sensoreinrichtung gleichzeitig die Last und das Ziel erfaßt. Nach der Überblendung wird dann in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den von der Sensoreinrichtung ermittelten Istpositionen der Last und des Ziels das positionsgenaue Absetzen der Last auf das Ziel geregelt.The crossfade is preferably triggered by the sensor device. This can comprise an optical scanning device, which is arranged in the region of the crane and scans the outer edges of the load and the surrounding area of the load in a scanning angle range which is open downwards, the optical scanning device being a camera or preferably a laser distance profile measuring device acts. The cross-fading between the different position variables supplied to the displacement control takes place when the sensor device detects the load and the target at the same time. After the cross-fading, the precise placement of the load on the target is then regulated as a function of the difference between the actual positions of the load and the target determined by the sensor device.
Alternativ zu der Anordnung der die Sensoreinrichtung bildenden Abtasteinrichtung an dem Kran kann diese auch im Bereich der Last angeordnet sein und in einem nach unten geöffneten Abtastwinkelbereich die Umgebung der Last abtasten. In diesem Fall wird die Überblendung ausgelöst, sobald das Ziel von der Abtasteinrichtung erfaßt wird. Da die Abtasteinrichtung im Bereich der Last angeordnet ist, erfaßt sie automatisch die Position des Ziels relativ zu der jeweils momentanen Position der Last. Eine derartige im Bereich der Last angeordnete Abtasteinrichtung ist in der europäischen Patentanmeldung 93 10 9943.6 ausführlich erläutert.As an alternative to the arrangement of the scanning device forming the sensor device on the crane, it can also be arranged in the area of the load and in a scan opened downwards scan the area around the load. In this case, the fade is triggered as soon as the target is detected by the scanner. Since the scanner is arranged in the area of the load, it automatically detects the position of the target relative to the current position of the load. Such a scanning device arranged in the area of the load is explained in detail in European patent application 93 10 9943.6.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Zeichnungen der Figur Bezug genommen; im einzelnen zeigen
- FIG 1 den prinzipiellen Ablauf der Förderung einer Last mittels eines Containerkrans von einer Startposition zu einer Zielposition,
- FIG 2 einen die Last transportierenden Containerkran, dessen Laufkatze mit Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten und einer Zeilenkamera bestückt ist,
- FIG 3 eine Draufsicht auf die Last,
- FIG 4 einen Containerkran zum Transport einer an einem Lastaufnahmerahmen hängenden Last mit einer an dem Containerkran angeordneten Zeilenkamera und mit Laser-Entfernungsprofilmeßgerätenan dem Lastaufnahmerahmen und
- FIG 5 das Blockschaltbild einer Steuerungsstruktur für den Containerkran.
- 1 shows the basic sequence of conveying a load by means of a container crane from a starting position to a target position,
- 2 shows a container crane carrying the load, the trolley of which is equipped with laser distance profile measuring devices and a line scan camera,
- 3 shows a plan view of the load,
- 4 shows a container crane for transporting a load hanging on a load-bearing frame with a line camera arranged on the container crane and with laser distance profile measuring devices on the load-bearing frame and
- 5 shows the block diagram of a control structure for the container crane.
FIG 1 zeigt schematisch eine Laufkatze 1, die auf einem Ausleger 2 eines hier nicht weiter dargestellten Containerkrans verfahrbar ist und an der eine Last 3, hier ein Container, hängt. Diese Last 3 soll, wie die einzelnen Phasen in FIG 1 zeigen, an der Startposition xo aufgenommen und über eine bestimmte Strecke zu einer Zielposition xz gefördert und dort auf einem Zielcontainer 4 abgesetzt werden. Die tatsächliche Istposition xz des Zieles 4 ist jedoch nicht bekannt, sondern nur eine Sollposition xz *, die beispielsweise als Mitte eines Zielbereiches Axz * definiert ist. Beim Fördern der Last 3 von der Startposition xo zu dem Ziel 4 wird, wie später noch erläutert wird, laufend die Istposition XL der Last 3 gemessen und mit der Sollposition xz * des Ziels 4 verglichen. Dabei werden laufend die Istposition xK der Katze 1 und der aktuelle Pendelwinkel 4)L der Last 3 gemessen und aus ihnen die Istposition XL der Last 3 bestimmt. In Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Istposition XL der Last 3 und der Sollposition xz * des Ziels 4 wird die Katze 1 durch eile Wegsteuerung in Richtung auf das Ziel 4 verfahren. Dabei wird die Katze 1 beispielsweise mit der mit vK bezeichneten Verfahrgeschwindigkeit längs des Auslegers 2 bewegt, so daß Pendelbewegungen der Last 3 insbesondere beim Erreichen des Ziels 4 weitestgehend vermieden werden. Wenn sich die Last 3 in der Nähe des Ziels 4 befindet, werden, wie später noch erläutert wird, mittels einer Sensoreinrichtung die Istposition XL der Last 3 und die Istposition xz des Ziels 4 relativ zueinander erfaßt und in Abhängigkeit davon das Absetzen der Last 3 auf dem Ziel 4 gesteuert.1 schematically shows a trolley 1 which can be moved on a jib 2 of a container crane, not shown here, and on which a
FIG 2 zeigt schematisch den Ausleger 2 mit der darauf verfahrbaren Katze 1 im Bereich des Zielcontainers 4. Auf der Katze 1 sind Hubwinden 5 angeordnet, an denen über Seile 6 ein Lastaufnahmerahmen (Spreader) 7 für die zu transportierende Last 3 hängt. Die Last 3 soll auf dem bereits abgestellten Zielcontainer 4 positionsgenau aufgesetzt werden. Durch das Anfahren und Abbremsen der Katze 1 aber auch durch äußere Störeinflüsse, wie z. B. Windkräfte, kann die Last 3 in eine Pendelbewegung versetzt werden. Im folgenden wird davon ausgegangen, daß Pendelungen der Last 3 im wesentlichen in Verfahrrichtung x der Katze 1 erfolgen, wobei zusätzlich noch Drehpendelungen der Last 3 auftreten können.2 schematically shows the jib 2 with the cat 1 which can be moved thereon in the region of the
Zur Erfassung der Istposition xK der Katze 1 ist an dieser ein Laser-Distanzmeßgerät 8 angeordnet, daß in Verfahrrichtung x der Katze 1 auf eine feststehende Referenzposition 9 in Form einer Reflexionsmarke mißt.To detect the actual position x K of the cat 1, a laser distance measuring device 8 is arranged on it, which measures in the direction of travel x of the cat 1 to a fixed reference position 9 in the form of a reflection mark.
Um die jeweils momentane Istposition XL der Last 3 sowohl in bezug auf die Laufkatze 1 als auch in bezug auf die Umgebung der Last 3 (Zielcontainer 4) messen zu können, sind an der Laufkatze 1 zwei Abtasteinrichtungen in Form von Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten 10 und 11 über den beiden zur Verfahrrichtung x der Katze 1 quer verlaufenden Außenkanten 12 und 13 des Lastaufnahmerahmens 7 angeordnet. Jedes der beiden Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 10 und 11 erzeugt jeweils einen Laserstrahl 14 bzw. 15, der in einem längs zur Pendelrichtung x geöffneten und die dem jeweiligen Laser-Entfernungsprofilmeßgerät 10 bzw. 11 gegenüberliegende Außenkante 12 bzw. 13 senkrecht schneidenden Abtastwinkelbereich abgelenkt wird. In FIG 1 sind diejenigen Stellen auf dem Lastaufnahmerahmen 7 bzw. der Last 3 und deren Umgebung, auf die aie Laserstrahlen 14 und 15 auftreffen, durch eine dickere Strichstärke hervorgehoben. Durch Auswertung der Laufzeit des Laserlichts und des jeweiligen momentanen Abstrahlwinkels des Laserstrahls 14 bzw. 15 kann für jede Stelle, auf die der Laserstrahl 14 bzw. 15 auftrifft, deren Positionskoordinaten in der horizontalen x-Richtung und der vertikalen y-Richtung bestimmt werden. Während die Last 3 von der Startposition xo (FIG 1) in Richtung auf den Zielcontainer 4 gefördert wird, wird mit Hilfe der beiden Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 10 und 11 der aktuelle Pendelwinkel φL der Last 3 ermittelt und zusammen mit der durch das Laser-Distanzmeßgerät 8 bestimmten Istposition xK der Katze 1 zur Bestimmung der Istposition XL der Last 3 herangezogen. Wie bereits anhand von FIG 1 erläutert wurde, wird die so erhaltene Istposition XL der Last 3 mit der Sollposition xz * des Ziels 4 verglichen und in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis die Laufkatze 1 verfahren.In order to be able to measure the current actual position XL of the
Wie FIG 2 zeigt, erfassen die Laserstrahlen 14 und 15 bei Annäherung der Last 3 an den Zielcontainer 4 auch Bereiche des Zielcontainers 4. Wenn auf diese Weise der Zielcontainer 4 identifiziert wird, wird die Wegregelung für die Laufkatze 1 nicht mehr in Abhängigkeit von der mittels des Laser-Distanzmeßgerätes 8 und den beiden Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten 10 und 11 ermittelten Istposition XL der Last 3 und der Sollposition xz * des Ziels 4 gesteuert, sondern statt dessen die von den beiden Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten 10 und 11 ermittelte Positionsabweichung zwischen der Last 3 und dem Zielcontainer 4 zur weiteren Wegregelung der Laufkatze 1 herangezogen. Solange die Last 3 nicht exakt über dem Zielcontainer 4 positioniert ist, erfassen die Laserstrahlen 14 und 15 auch Bereiche des Zielcontainers 4. Sobald beide Laserstrahlen 14 und 15 nicht mehr auf den Zielcontainer 4 auftreffen, ist die Last 3 direkt über dem Zielcontainer 4 positioniert und kann auf diesen abgesenkt werden.As FIG 2 shows, the
Die optimale Position der beiden Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 10 und 11 in x-Richtung ist nicht unmittelbar über den jeweiligen Außenkanten 12 bzw. 13 des Lastaufnahmerahmens 7, sondern etwas außerhalb davon, so daß unterhalb der Außenkanten 12 und 13 kein für die Laserstrahlen 14 und 15 unzugänglicher toter Winkel entsteht. Wie die Draufsicht auf den Lastaufnahmerahmen 7 gemäß FIG 3 zeigt, sind ferner die beiden Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 10 und 11 mit ihren Abtastwinkelbereichen 14 und 15 quer zur x-Richtung, also in z-Richtung versetzt angeordnet. Dadurch ist es möglich, außer Pendelbewegungen in x-Richtung auch Drehpendelungen der Last zu messen, die sich darin äußern, daß sich mit den Laserstrahlen 14 und 15 gemessenen x-Koordinaten der Außenkanten 12 und 13 unterschiedlich ändern. Da Container unterschiedliche Konstruktionen aufweisen können, lassen sich die Außenkanten 12 und 13 am sichersten im Bereich der bei allen Containern gleichen Eckbeschläge des Containers 4 abtasten. Da Container darüber hinaus unterschiedliche Längen aufweisen können, sind die beiden Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 10 und 11 in z-Richtung verschiebbar an der Laufkatze 1 angeordnet.The optimal position of the two laser distance profile measuring
Zur Erfassung des Pendelwinkels der Last, also der Position der Last 3 in bezug auf die Laufkatze 1, ist ergänzend zu den beiden Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten 10 und 11 auf dem Lastaufnahmerahmen 7 eine Markierung 16 angebracht, die von einem bei Ruhestellung der Last 3 vertikal über dieser an der Katze 1 gehaltenen Scheinwerfer 17 beleuchtet wird, wobei das von der Markierung 16 reflektierte Licht von einer unmittelbar neben oder in dem Scheinwerfer 15 angeordneten Zeilenkamera 18 erfaßt wird. Die Markierung 16 besteht aus einer rechteckförmigen, mit einer Kantenseite parallel zur Pendelrichtung x ausgerichteten reflektierenden Fläche, welche von einer nichtreflektierenden Fläche 19 umgeben ist. Die reflektierende Fläche 16 besteht aus einer Vielzahl von hier nicht gezeigten Tripelreflektorelementen, die auf sie auftreffendes Licht in die Richtung zurückstrahlen, aus der es gekommen ist. Dadurch wird sichergestellt, daß das von dem Scheinwerfer 17 abgestrahlte Licht von der reflektierenden Fläche 16 in die dem Scheinwerfer 17 unmittelbar benachbarte Zeilenkamera 18 zurückgestrahlt wird, und zwar unabhängig von dem jeweiligen Betrag der Pendelauslenkung x. Die Zeilenkamera 16 ist derart an der Laufkatze 1 angeordnet, daß ihre Abtastebene 20 die Markierung 16 längs zur Pendelrichtung x schneidet. Zur Erfassung der Position der Markierung 16 wird das serielle Ausgangssignal der Zeilenkamera 18 nach dem Auftreten der beiden Helligkeitswechsel mit dem jeweils größten Kontrast abgesucht und auf diese Weise die quer zur Abtastrichtung 20 verlaufenden Kanten der reflektierenden Fläche 16 detektiert. Aus der Mitte zwischen den beiden detektierten Helligkeitswechseln wird die Position der Mitte der Markierung 16 bestimmt und als Ausgangssignal der Zeilenkamera 18 zur Verfügung gestellt. Im Unterschied zu den beiden Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten 10 und 11 ergeben sich bei den Messungen mit der Zeilenkamera 18 erheblich kürzere Meßzeiten, was für die Ausregelung von Lastpendelungen und für die Lastpositionierregelung von Vorteil ist.To detect the pendulum angle of the load, i.e. the position of the
Bei dem in FIG 4 gezeigten Ausführungsbeispiel des Containerkrans sind im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach FIG 2 keine Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte an der Laufkatze 1 vorgesehen, sondern statt dessen zwei, vorzugsweise jedoch vier Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 21 und 22 an dem Lastaufnahmerahmen 7 angeordnet. Jedes der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 21, 22 erzeugt jeweils einen Laserstrahl, der in einem vorgegebenen Abtastwinkelbereich abgelenkt wird. Im Bereich der Außenkanten des Lastaufnahmerahmens 7 sind Einrichtungen 23, 24 zur Strahlumlenkung jeweils in der Weise angeordnet, daß der von dem jeweils zugeordneten Laser-Entfernungsprofilmeßgerät, z. B. 21, erzeugte und in dem vorgegebenen Abtastwinkelbereich abgelenkte Laserstrahl in Richtung nach unten an dem Lastaufnahmerahmen 7 und der Last 3 vorbei umgelenkt wird und dabei die Umgebung des Lastaufnahmerahmens 7 und der Last 3 in einem senkrecht zum Verlauf der zugeordneten Außenkante 12 bzw. 13 des Lastaufnahmerahmens 7 geöffneten Winkelbereich 25 abtastet. Diejenigen Stellen, auf die der in dem Winkelbereich 25 abgelenkte Laserstrahl auftrifft, sind durch eine dickere Strichstärke hervorgehoben. Durch Auswertung der Laufzeit des Laserlichts und des jeweiligen momentanen Abstrahlwinkels des Laserstrahls kann für jede Stelle, auf die der Laserstrahl auftrifft, deren Positionskoordinaten in der horizontalen x-Richtung und der vertikalen y-Richtung bestimmt werden. Auf diese Weise wird mittels der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 21 und 22 die Istposition xz des Zielcontainers 4 in bezug auf die Istposition XL der Last 3, d. h. die Differenz zwischen diesen beiden Istpositionen xz und XL ermittelt.In the exemplary embodiment of the container crane shown in FIG. 4, in contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 2, no laser distance profile measuring devices are provided on the trolley 1, but instead two, but preferably four, laser distance
Im übrigen unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel nach FIG 4 nicht von dem nach FIG 2, so daß gleiche Teile auch mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.For the rest, the embodiment of FIG 4 does not differ from that of FIG 2, so that the same parts are also provided with the same reference numerals.
FIG 5 zeigt schließlich vereinfacht das Blockschaltbild einer Steuerungsstruktur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bezogen auf das Ausführungsbeispiel nach FIG 2 wird mittels des Laser-Distanzmeßgerätes 8 und den beiden Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten 10 und 11 beim Fördern der Last 3 von der Startposition xo bis zum Ziel 4 laufend die Istposition XL der Last 3 gemessen. In einem Subtrahierknoten 26 wird die Differenz zwischen der gemessenen Istposition XL der Last 3 und der vorgegebenen Sollposition xz * des Ziels 4 gebildet und über eine steuerbare Umschalteinrichtung 27 einer Wegregelung 28 zugeführt, die in Abhängigkeit von der ermittelten Differenz einen Antrieb 29 zum Verfahren der Laufkatze 1 ansteuert. Sobald sich die Last 3 dem Ziel 4 so weit annähert, daß dieses von den Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten 10 und 11 erfaßt wird, wird die Umschalteinrichtung 27 angesteuert, so daß nunmehr die von den beiden Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten 10 und 11 gemessene Differenz zwischen der Istposition XL der Last 3 und der Istposition xz des Ziels 4 der Wegregelung 28 zugeführt wird. Damit es bei der Umschaltung nicht zu sprunghaften Änderungen innerhalb des Regelvorganges kommt, werden die unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Umschalten der Wegregelung 28 Zugeführten Eingangsgrößen in einem Speicher 30 zwischengespeichert und voneinander subtrahiert. Die so erhaltene Differenz wird über eine Einrichtung 31 dem Eingang der Wegregelung 28 zugeführt und dort mit negativem Vorzeichen zu dem von der Umschalteinrichtung 27 kommenden Eingangssignal für die Wegregelung 28 hinzuaddiert. Dies hat zur Folge, daß sich unmittelbar nach dem Umschalten die Eingangsgröße für die Wegregelung 28 nicht ändert. Innerhalb der Einrichtung 31 wird nun die in der Speichereinrichtung 30 gebildete Differenz innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls bis auf den Wert Null verringert, so daß nach Ablauf dieses Zeitintervalls die Eingangsgröße xZ-xL der Wegregelung 28 zugeführt wird. Auf diese Weise erfolgt eine Überblendung zwischen den Eingangsgrößen xZ*-xL und xZ-xL.5 shows a simplified block diagram of a control structure for carrying out the method according to the invention. Based on the exemplary embodiment according to FIG. 2, the actual position XL of the
Die in FIG 5 in Klammern angegebenen Bezugszeichen beziehen sich auf das Ausführungsbeispiel nach FIG 4.The reference numerals given in brackets in FIG. 5 refer to the exemplary embodiment according to FIG. 4.
Claims (7)
dadurch gekennzeichnet,
daß mittels einer Wegerfassungseinrichtung (8, 10, 11, 18) die Istposition (XL) der Last (3) erfaßt wird und einer Wegregelung (28) zugeführt wird, die in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der erfaßten Istposition (xL) der Last (3) und einer vorgegebenen Sollposition (xz *) des Ziels (4) die Förderung der Last (3) in Richtung auf das Ziel (4) steuert, und daß in Zielnähe mittels einer Sensoreinrichtung (10, 11; 21, 22) die Istposition (xL) der Last (3) und die Istposition (xz) des Ziels (4) relativ zueinander erfaßt werden und der Wegregelung (28) zugeführt werden, die in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Istposition (XL) der Last (3) und der Istposition (xz) des Ziels (4) die Positionierung der Last (3) an dem Ziel (4) steuert, wobei bei Annäherung der Last (3) an das Ziel (4) zwischen den unterschiedlichen, der Wegregelung (28) zugeführten Positionsgrößen übergeblendet wird.1. Method for conveying a load (3) by means of a crane, the load (3) being picked up at a starting position (xo), conveyed over a distance to a destination (4) and deposited there,
characterized,
that the actual position ( XL ) of the load (3) is detected by means of a path detection device (8, 10, 11, 18) and is fed to a path control (28) which, depending on the difference between the detected actual position (x L ) of the load (3) and a predetermined target position (x z * ) of the target (4) controls the conveyance of the load (3) towards the target (4), and that in the vicinity of the target by means of a sensor device (10, 11; 21, 22) the actual position (x L ) of the load (3) and the actual position (x z ) of the target (4) relative to each other are detected and fed to the path control (28), which is a function of the difference between the actual position ( XL ) of the load (3) and the actual position (x z ) of the target (4) controls the positioning of the load (3) on the target (4), whereby when the load (3) approaches the target (4) between the different, the path control (28) supplied position sizes is faded.
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Förderung der Last (3) in Richtung auf das Ziel (4) die Istposition (XL) der Last (3) mittels einer Wegmeßeinrichtung (8) erfaßt wird, die laufend die Position einer Katze (1) mißt, an der die Last (3) hängt.2. The method according to claim 1,
characterized,
that when conveying the load (3) towards the target (4) the actual position ( XL ) of the load (3) is detected by means of a path measuring device (8) which continuously measures the position of a cat (1) at which the Load (3) hangs.
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich der Pendelwinkel (φ) der Last (3) gemessen wird und zusammen mit der gemessenen Position (XK) der Katze (1) zur Berechnung der Istposition (XL) der Last (3) herangezogen wird.3. The method according to claim 2,
characterized,
that in addition the pendulum angle (φ) of the load (3) is measured and together with the measured position ( XK ) of the trolley (1) is used to calculate the actual position ( XL ) of the load (3).
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der Last (3) eine Markierung (16) mit reflektierender Fläche angeordnet ist, daß an dem Kran eine auf die Markierung (16) gerichtete Beleuchtungseinrichtung (17) sowie eine ebenfalls auf die Markierung (16) gerichtete Zeilenkamera (18) mit einer längs zur Pendelrichtung (x) ausgerichteten Bildsensorzeile angeordnet ist und daß in einer der Bildsensorzeile (18) nachgeordneten Auswerteeinrichtung aus dem Signal der Bildsensorzeile ein der momentanen Position der Markierung (16) entsprechendes Ausgangssignal erzeugt wird.4. The method according to claim 3,
characterized,
that a mark in the area of the load (3) (16) with a reflecting surface is arranged on the crane, a lighting device (17) directed at the marking (16) and a line camera (18) also directed at the marking (16) with an image sensor line aligned along the pendulum direction (x) and that in an evaluation device arranged downstream of the image sensor line (18), an output signal corresponding to the current position of the marking (16) is generated from the signal of the image sensor line.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Überblendung zwischen den unterschiedlichen, der Wegregelung (28) zugeführten Positionsgrößen durch die Sensoreinrichtung (10, 11; 21, 22) ausgelöst wird.5. The method according to any one of the preceding claims,
characterized,
that the cross-fading between the different position variables supplied to the path control (28) is triggered by the sensor device (10, 11; 21, 22).
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoreinrichtung eine optische Abtasteinrichtung (10, 11) umfaßt, die im Bereich des Krans angeordnet ist und in einem nach unten geöffneten Abtastwinkelbereich (14, 15) die Außenkanten (12, 13) der Last (3) und die darunterliegende Umgebung der Last (3) abtastet.6. The method according to any one of the preceding claims,
characterized,
that the sensor device comprises an optical scanning device (10, 11) which is arranged in the region of the crane and in a scanning angle range (14, 15) which is open at the bottom, the outer edges (12, 13) of the load (3) and the area surrounding the load (3) scans.
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensoreinrichtung eine optische Abtasteinrichtung (21, 22) umfaßt, die im Bereich der Last (3) angeordnet ist und in einem nach unten geöffneten Abtastwinkelbereich (25) die Umgebung der Last (3) abtastet.7. The method according to any one of claims 1 to 5,
characterized,
that the sensor device comprises an optical scanning device (21, 22) which is arranged in the region of the load (3) and scans the surroundings of the load (3) in a scanning angle region (25) which is open at the bottom.
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