WO1999038791A1 - Zieldetektionseinrichtung - Google Patents

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Publication number
WO1999038791A1
WO1999038791A1 PCT/EP1999/000568 EP9900568W WO9938791A1 WO 1999038791 A1 WO1999038791 A1 WO 1999038791A1 EP 9900568 W EP9900568 W EP 9900568W WO 9938791 A1 WO9938791 A1 WO 9938791A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
detection system
remote detection
remote
directional
directional beams
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/000568
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Tax
Dieter Bauer
Klaus HÖSLER
Original Assignee
Tax Technical Consultancy Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tax Technical Consultancy Gmbh filed Critical Tax Technical Consultancy Gmbh
Publication of WO1999038791A1 publication Critical patent/WO1999038791A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66C—CRANES; LOAD-ENGAGING ELEMENTS OR DEVICES FOR CRANES, CAPSTANS, WINCHES, OR TACKLES
    • B66C13/00—Other constructional features or details
    • B66C13/18—Control systems or devices
    • B66C13/46—Position indicators for suspended loads or for crane elements

Definitions

  • the invention relates to a target detection device according to the preamble of claim 1.
  • a target detection device of this type is known, for example, from WO 97/37926.
  • EP 0 342 655 A2 describes a detection device based on the transit time measurement of an electromagnetic beam, in particular a laser beam, in use on ship and port crane systems, which requires a container suspended from a trolley to a specific destination with a high target approach speed spend. Both details of the destination monitoring and a crane control derived from it are shown.
  • DE 44 16 707 A1 provides further details on the crane control and also a further development of the target detection device, which is based on the emission of a field of laser beams.
  • the invention is based on the object of developing a target detection device of the type mentioned at the outset in accordance with the preamble of claim 1 in such a way that an even better target detection is possible.
  • a target detection device of the type mentioned at the outset in accordance with the preamble of claim 1 in such a way that an even better target detection is possible.
  • the target approach can take place even more precisely - even with a higher target approach speed.
  • a major advantage of the first remote detection system is that flat structures can also be detected in the detection area, e.g. structures obtained by surface coating by means of color, and that a large detection area with great resolution can be surveyed without great effort.
  • a major advantage of the second remote detection system (based on the transit time measurement) is that, regardless of lighting conditions, in particular lighting shadows, spatial structures, e.g. Entry shafts for containers or spatially designed container fittings can be detected.
  • the target detection device can be used, irrespective of whether an optical image is to be created based on the electrical data obtained, which an operator is to monitor - 3 - and, if necessary, the manipulation of the object approaching the target or whether, based on this data, a fully automatic control that is independent of human influence should take place, as described in detail in DE 44 1 6 707 A1 (based on the displacement of a cable carrier between a hoist and a load-carrying cable element of a hoisting cable system in an area close to the hoisting cable carrier.
  • control commands from the second remote detection system for direct motion control of a target object is known from EP 0 342 655 A2 and DE 44 1 6 707 A1.
  • the control of such an object by means of the data obtained in a line camera is also known and easily imaginable for a person skilled in the art: the electrical impulses which are generated by means of a line camera I.e. can be received and, in the case of image display on a television screen, can be used to modulate the intensity of the electron beam moved in a line-like manner, after corresponding electrical processing, can also be used for direct control of control means which serve to control the movement of the target object.
  • claims 2 can be used. The operator then has two images in front of him at the same time, if desired only one at a time and the other on demand, and can thus take advantage of the advantages of both systems mentioned above.
  • the measure of claim 3 is based on the knowledge that the closer the two images are to each other, the easier it is for the operator. - 4 -
  • the measure of claim 4 serves the aim of being able to use conventional electronic devices. Of course, other image display systems from the prior art should not be excluded.
  • the term “line camera” is also intended to include other remote observation cameras that are known from television technology.
  • the proposal of claim 5 again serves to arrange two images as close as possible or in superimposition. It is also conceivable for the second remote detection system to correct or supplement any defects as a result of lighting shadows which appear in the image of the first remote detection system. Such defects can also be identified and used for correction if the computer is used accordingly.
  • the common screen can be implemented with one or more electron beam systems.
  • the operator can select the location of the smaller detection area on the screen by touching the image representing the larger detection area.
  • the remote detection system covering the smaller detection area is then adjusted by touch and position and focal length.
  • the relative position of the detection areas to be displayed can be set using optical or electronic means, for example in accordance with the touching of a touch screen.
  • a preferred relative positioning of the first and second remote detection system provides that the line camera is arranged in the region of the "optical axis" of a movable system of laser beams, as is the case, for example, in WO 97/37926 there in FIGS. 3a and 3b is shown. - 6 -
  • FIG. 1 shows a crane system with a target detection device according to the invention
  • FIG. 2 shows a directional beam according to the invention as a detail of FIG.
  • FIG. 4 shows a destination structure-identifying corner structure of a container with a corner fitting for engaging a spreader
  • FIG. 5 shows a block diagram of the functional sequence of a detection process by means of transit time measurement
  • Fig. 9 is a schematic representation for explaining the scanning and
  • a port facility is drawn with a quay edge; this is designated 1 0 and runs perpendicular to the plane of the drawing.
  • 1 0 runs perpendicular to the plane of the drawing.
  • Ship 14 is stowed on the quay edge and is to be loaded with containers. On the left side of the quay edge you can see a driving surface 1 5 of the port area. Rails 1 6, on which a crane trestle or crane tower 1 8 travels, are laid on this driving surface 1 5.
  • the crane gantry or crane tower 1 8 carries a bridge girder 20. This bridge girder 20 extends orthogonally to the quay edge over the ship 14.
  • a trolley 22 can be moved in the longitudinal direction of the bridge girder 20 by wheels 24.
  • the trolley 22 is driven along the entire bridge girder 20 by means of a traction cable 26 which extends between two deflection rollers 28 and is provided with a drive.
  • the traction cable 26 is connected to the hoist cable carrier 22 at 30 so that the hoist cable carrier 22 can be moved over the entire length of the bridge carrier 20 by longitudinal movement of the lower run of the traction cable 26.
  • a container 36 hangs on the spreader 34 and is to be supplied to a stand within the ship 14.
  • the ship 40 shows the entrance 40 of a container receiving shaft in which a plurality of containers 36 can be stacked one above the other.
  • the container receiving shaft 42 forms with its upper entrance 40 a target position for the container 36.
  • the container 36 was received by a container stack 44 in the area of the crane system by the spreader 34 and from left to right by moving the trolley 22 into that shown in FIG. 1 Move position. During this traversing movement, appropriate control of the movement of the pulling cable 26 was used to ensure that the load carrier 34 is approximately aligned with the container shaft entrance 40. Furthermore, appropriate accelerations and decelerations of the pulling cable 26 have already been used to ensure that no vibratory movements of the load carrier 34 take place parallel to the plane of the drawing or, if such oscillatory movements had already occurred, these oscillatory movements were substantially suppressed - 8 - be. It can therefore be assumed that the load carrier 34 with the container 36 in the situation shown in FIG.
  • the load carrier 34 with the container 36 is not yet in exact alignment with the container shaft entrance 40, so that further correction movements of the load carrier 34 in the horizontal direction parallel to the drawing plane and possibly also perpendicular to the drawing plane are necessary , so that the load carrier 34 with the container 36 can be lowered without standing still at the entrance 40 of the container shaft 42 in the latter in the course of its lowering movement.
  • the hoist cable 50 shown on the left in FIG. 1 will now be described in detail by two hoist cables 50 of the hoisting cable system 32 according to FIG. 1.
  • This hoisting cable 50 runs from a cable drum 52 which is mounted on the trolley 22 in a stationary and rotatable manner via a cable deflection pulley 54 on the spreader 34 to a cable anchoring point 56 which is in turn attached to the trolley 22. It can easily be seen that a total of four such hoist cables 50 can be attached to the spreader 34, each of which cooperates with a deflection roller 54.
  • the deflection rollers 54 can be arranged in the four corners of a rectangular spreader 34.
  • the anchoring point 56 of the hoist cable lies on a carriage 58 which is guided in a horizontal direction parallel to the plane of the drawing on the trolley 22, ie on the frame of the trolley.
  • a hydraulic power device 60 is provided for displacing the cable anchoring point 56 with the slide 58, so that the course of the cable element 50 ′ of the hoisting cable 50 can be changed. It is readily apparent to the person skilled in technical mechanics that by shifting the cable element 50 'from the position shown to the left a change in equilibrium occurs and that this change in equilibrium causes a force K on the load carrier 34 - 9 - is exercised in the horizontal direction shown by the arrow K parallel to the plane of the drawing.
  • this force K can be influenced by the course of movement of the carriage 58. It can also be seen that the magnitude of the force K depends on the inclination of the cable element 50 ′ at the beginning and at the end of its displacement, in addition to the dependence on the course of movement of the cable anchorage point 56, which is given to it by the hydraulic power device 60.
  • the force K described in its history of origin can be used as a correction force in order to bring the load carrier 34 and the container 36 carried by it into alignment with the target position 40, which is determined by the entrance of the container receiving shaft 42 .
  • the load carrier 34 at the point in time which is represented by FIG. 1, has a lowering speed v s and possibly also a horizontal speed v h , possibly also an acceleration in the direction of the arrow v h representing the horizontal speed .
  • the load carrier 34 and the container 36 may be subject to a wind force W.
  • the lower end of the container 36 still has a distance .DELTA.h in the vertical direction with respect to the target position 40 and that the load carrier 34 with the container 36 also has the - 1 0 -
  • the state variables ⁇ h, ⁇ x, v s , v h , W and the mass M described above and also the inclination of the cable element 50 ′ are responsible for the position of the load carrier 34 and the container 36 relative to the target position 40 in the event of an uncorrected further lowering profile when the target position approach path is not corrected. These state variables are therefore also responsible for the necessary size and direction of a correction force K, which, as described above, must be generated if one wants to achieve that the container when it arrives with its bottom at level D of the ship 14 , actually hits the target position 40 and can enter the container receiving shaft 42 without stopping.
  • a disengageable target detection device 64 is attached to the load carrier 34.
  • the target detection device 64 can be pivoted about a pivot point 70.
  • a characteristic structure of the container shaft entrance 40 i.e. of the destination is the corner angle 72 of the container shaft entrance 40. It is readily conceivable that the position of the spreader 34 when the container 36 enters the container shaft 42 is such that two diagonally opposite corners of the container 36 are in vertical alignment with one another diagonally opposite corners of the container shaft 42 are. One must therefore ensure that this escape position is reached at the latest when the container 36 enters the container shaft 42. To achieve this escape position, as already indicated, i.a. the height ⁇ h can be measured, but also the horizontal deviation ⁇ x and possibly also a horizontal deviation in the direction of the axis y.
  • the target detection device 64 may first of all have the corner angle 72 as a characteristic structure of the destination, ie of the container shaft entrance 40 must determine.
  • the target detection device 64 is designed, as can be seen from FIGS. 2, 3a and 3b.
  • the target detection device 64 comprises a frame 74, which can also be referred to as a directional beam transmission unit.
  • a large number of laser emitters 76 are arranged distributed over an approximately rectangular field 78, so that all laser emitters 76 emit directional beams 80 in the form of a vertically downward directional beam bundle 82.
  • the frame 74 is at the pivot point 70 s. i swiveling, both about a pivot axis orthogonal to the drawing plane and about a horizontal pivot axis parallel to the drawing plane.
  • Corner angle area 72 falls. Understandably the dimensions of the
  • the frame 74 and the number of laser emitters 76 are limited once with regard to the spatial accommodation of the frame 74 in the area of the spreader
  • frame 74 would have to assume a practically barely acceptable size with a corresponding number of laser emitters 76. For this reason, the laser emitters 76 - as shown in FIG. 3a - are arranged in a divergent manner. As a result of this diverging arrangement of the laser emitters 76, the frame 74 can be small and relatively smaller - 1 2 -
  • Number of laser emitters 76 especially at a high height of the spreader 34 above the ship level D, a large detection area can be detected which, on the one hand, offers a high probability of quickly identifying the corner angle 72 and completely including it in the detection area. In this way it is then possible to obtain an approximate image of the corner angle region 72 through the laser emitters 76.
  • the laser emitters 76 are connected to a common ignition device 84, which makes it possible to ignite the laser emitters 76 one after the other in time, so that each of the laser emitters 76 emits a pulsed directional beam 80 at short time intervals. If the frame 74 is oriented towards a corner angle region 72, the pulsed directional beams 80 emitted one after the other are partially reflected in the corner angle region at the level D of the ship's surface, partly on the bottom of the container receiving shaft 42 (not shown) or on the surface of a container located there. The individual directional rays reflected under scatter strike the reflection receiver unit 86 as scatter reflection 88.
  • the transit time of the directional beam 88 or the scattered reflection 88 from the laser emitter 76 to the reflection receiver unit 86 is measured electronically for each of the successively ignited directional beams. This transit time measurement makes it possible to decide, depending on the transit time, for individual directional beams 80 emitted one after the other, whether these have been reflected on the surface D or in the depth of the container shaft 42.
  • the course of the corner angle region 72 with respect to the spreader-fixed coordinate system and thus the position of the spreader 34 or of the container 36 relative to this corner angle region 72 can be determined by a large number of such operations. If the position of two is diagonally opposite one another in this way If the corners of the spreader 34 or the container 36 have data in relation to the associated corner angle regions 72, then one can use this data to either image the position of the spreader 34 or container 36 relative to the corner angle regions 72 on a screen, so that an operator is aware of the Relative position of spreader 34 and container 36 on the one hand and corner angle regions 72 on the other hand can give position correction impulses to the power devices 60.
  • the data obtained with respect to the relative position of the spreader 34 and container 36 with respect to the corner angle regions 72 can also be used to directly generate control signals for actuating the power devices 60 such that they correct the target travel of the spreader 34 and on the remaining lowering path ⁇ h Bring the container 36, which leads to the immersion of the spreader 34 or container 36 in the container receiving shaft 42 in the further lowering process.
  • the distance between adjacent points of incidence of the directional rays 80 is responsible for the imaging accuracy of the corner angle regions 72.
  • the divergence of the beam bundle 82 of the directional rays 80 which had been declared to be valuable for maintaining a large detection range, has therefore been proven for the determination of a precise image of the corner angle regions - 14 -
  • the orientation of the laser emitters 76 which result in a directional beam bundle which diverges downward according to FIG. 3a, can be changed in the direction of the state of FIG. 3b, where the laser emitters 76 and the directional beams 80 emerging downward converge .
  • the distance between the points of incidence of the directional beams 80 on the plane D becomes smaller while the detection area is reduced, so that a precise image of the corner angle 72 is obtained.
  • the corner angle region 72 of interest lies on the edge of the detection region defined by the points of incidence of the directional beams 80 on the plane D, one can do before the transition from the angle adjustment 3a for angular adjustment according to FIG. 3b, pivot the frame 74 at the pivot point 70 so that the central axis ZA of the directional beam emitting unit formed by the laser emitters 76 falls in the corner angle region 72. Then he is- It is sufficient that, even after the transition to the state according to FIG. 3b has taken place, the corner angle region 72 lies completely in the detection region defined by the points of incidence of the directional beams 80.
  • the laser emitters 76 are rod-shaped according to FIGS. 3a and 3b.
  • the rod-shaped laser emitters 76 are mounted at their lower ends with universal joint heads 90 in spherical bearing openings 92 in a base plate 94.
  • the bearing openings 92 which are adjacent to one another in the direction parallel to the drawing plane and in the direction orthogonal to the drawing plane, have the same spacings a.
  • the rod-shaped laser emitters penetrate an elastomer plate 96 in passage openings 98, which in the direction parallel to the plane of the drawing and in the direction orthogonal to the plane of the drawing in turn have the same distances a '.
  • the elastomer plate 96 can be loaded in the direction parallel to the plane of the drawing by means of two mutually opposite edge engagement strips 100, so that it can be transferred from the state according to FIG. 3b to the state according to FIG. 3a by the application of force when these edge attack strips 100 are approached.
  • Corresponding edge attack strips 1 00 are also provided on the edge surfaces of the elastomer plate 96 which are parallel to the plane of the drawing.
  • the edge-engaging strips 100 can be subjected to tensile forces, so that one can move from an initial state according to FIG. 3a to the state according to FIG. 3b by the action of tensile force.
  • the elastomer plate 96 can also be designed as a relatively thin film, so that there is no risk of folding or kinking.
  • the elastomer plate 96 can be subjected to a large number of different load conditions, each of which corresponds to a specific orientation of the laser emitter 76. If one now determines the orientation of the laser emitters 76 for each of these loading conditions, then each state of the elastomer plate stands for - 1 6 -
  • orientation data are available for the individual laser emitters 76.
  • This orientation data can be stored in a data memory in association with the respective load values, so that by entering the respective load values, the orientation data can be easily retrieved from the memory when they are required to determine the location coordinates of the points of incidence of the directional beams 80 on plane D. determine.
  • FIG. 4 where the corner of a container 36 is shown.
  • a corner fitting 1 02 can be seen on this corner.
  • This corner fitting 1 02 has an undercut opening for coupling coupling elements of the spreader 34.
  • the undercut opening is labeled 104.
  • Their contour can be recognized by determining the location of adjacent points of incidence of directional beams, which have different transit times depending on the level difference inside and outside the hole area.
  • the directional beam emitting unit formed by the entirety of the laser emitters 76 is pivoted in the pivot point 70 with one or two axes, it is also necessary to determine the position coordinates of the points of incidence of the directional beams on the plane D, the pivot angle values in the pivot point 70 approximately to be determined by goniometer units and to take into account the measured values determined in the goniometer units when calculating the location coordinates of the points of incidence of the directional beams 76 on plane D.
  • the laser emitters 76 are ignited one after the other by the ignition unit 84; ignition takes place each time a start signal 108 is sent from a computer 106 to the ignition unit 84.
  • the pulsed directional beams 80 emanating from the laser emitters 76 successively arrive at the reflection receiver unit 86.
  • the transit times of the individual directional beams 80 are measured in succession in the transit time measuring device 110, which in each case the starting time of a pulsed laser beam 80 from the ignition unit 84 and from the reflection receiver unit 86 den Received time of the backscattered laser radiation 88 is notified.
  • the results of the transit time measurements are communicated to the computer 106 in a sequence corresponding to the ignition of the laser emitters 76 via a line 1 1 2.
  • the computer 106 is provided with a data memory 114 in which the location coordinates for the laser beam 76 within the frame 74 and the orientation data for each load state of the elastomer plate 96 are stored. Furthermore, the computer 106 is connected to goniometer units 1 1 6 and 1 1 8, which deliver to the computer 106 the respective angle settings of the frame 74 about the pivot point 70 with respect to the spreader-fixed coordinate system.
  • the computer 1 06 determines the load states of the elastomer plate 96 and for this purpose transmits 20 load setting signals to a power device 1 22 acting on the strips 100 via a line 1.
  • a signal identifying the respective load state is sent via line 1 24 from the power device 1 22 Memory 1 14, so that each of the orientation data relating to the laser emitters 76, via line 1 26, reaches the computer 1 06 from the memory 1 14 and corresponds to the load state set on the elastomer plate 96.
  • the location data of the laser emitters 76 reach the computer from the memory 1 1 4 via a line 1 28 - 1 8 -
  • Screen control signals can be obtained from the data supplied to the computer 1 06, which generate a spatial image of the respective detection area on a screen 1 30.
  • the computer 1 06 can also send signals to the power device 60 (FIG. 1) via a line 1 32 which, taking into account the parameters v s , v h , W, M, ⁇ x and ⁇ h, the necessary correction force of the Determine strength device 60.
  • the pulsed directional beams 80 are emitted one after the other with a time delay.
  • the total time between the ignition of a first of the laser emitters 76 and the ignition of the last laser emitter is referred to as the detection time.
  • This detection time is so short that, taking into account the expected movements of the spreader 34 and the ship 14, the relative position between spreader and ship remains essentially unchanged during the detection time.
  • directional beam in the sense of the invention can also mean a plurality of successive directional beams having the same geometric assignment to the spreader-fixed coordinate system.
  • FIG. 6a, 6b, 6c and 7a, 7b, 7c show a further embodiment of a target detection device according to the invention.
  • the target detection device 64a can be seen in different operating states.
  • the target detection unit 64a comprises a single laser emitter 76a, which directs a basic beam 77a against a swivel mirror 1 34a.
  • the swivel mirror 1 34a can be swiveled about a swivel axis 1 36a in the direction of the swivel arrow 1 38a.
  • the central position of the pivoting mirror 1 34a is shown in FIG. 6a, and the current angular coordinate of the pivoting path is designated by a.
  • successively pulsed basic beams 77a are ignited, which result in a downwardly diverging bundle of directional beams 80a due to the adjustment of the pivoting mirror 1 34a during the firing sequence, which beams hit the cover surface D one after the other and thereby describe the detection area DB6.
  • the divergence of the beam of the directional rays 80a is indicated by the central angle y6. This is the angle between the two directional beams 80a, which arise in each direction at maximum deflection ⁇ of the pivoting mirror 1 34a.
  • the further directional rays lying between the two outermost directional rays 80a are not shown; only the central beam 80a is shown.
  • each of the directional beams is determined by the instantaneous angle value a.
  • the course of the angle value a as a function of time is shown in FIG. 6b.
  • the outermost rays 80a 6a of the directional beam according to FIG. 6a arise when the angular deflection ⁇ of the pivoting mirror 134a reaches the value ⁇ max6 + or ⁇ max6-.
  • FIG. 6a corresponds to a large detection area DB6
  • FIG. 7a corresponds to a small detection area DB7.
  • the operating state of FIG. 6a therefore roughly corresponds to the search for a target structure, while the state according to FIG. 7a serves for a closer examination of the fine structure of a target structure.
  • the difference in the operating states of FIGS. 6a and 7a is based on the fact that the movement sequence of the pivoting movement of the pivoting mirror 1 34a according to FIG. 6b, which corresponds approximately to a sine line, has a larger amplitude ⁇ max6 and according to FIG. 7b a smaller amplitude ⁇ max7. It is therefore possible, by simply changing the amplitude of the periodic swivel profile a, to obtain different opening widths of the bundles of directional beams 80a and thus different detection areas.
  • analog components of a directional beam transmission unit 64b are provided with the same reference numerals as in the embodiment according to FIGS. 3a and 3b, but supplemented by the addition b.
  • a frame 74b can be seen in which rod-shaped laser emitters 76b by means of universal joint heads 90b in spherical bearing openings 92b - 21 -
  • the rod-shaped laser emitters 76b are designed with partially spherical control heads 1 50b at their upper ends. These control heads 1 50b engage in control bores 1 52b of a control piston 1 54b serving as a control surface carrier, which can be displaced in the frame 74b in the direction of the double arrow 1 56b.
  • the control bores 1 52b are arranged on concentric circles around the central axis ZA and inclined such that when the control piston 1 54b is displaced in the direction of the double arrow 1 56b, a change in the angle between the laser emitters 76b occurs, similar to the angle change that occurs in the The embodiment according to FIGS. 3a and 3b occurs due to the elastic deformation of the elastomer plate 96.
  • a double rotation arrow 1 58b indicates that the target detection device 64b can also be pivoted as a whole. This pivotability corresponds, based on FIG. 1, to pivoting about pivot point 70. In this way, on the one hand, pivoting movement of frame 74b can be carried out, so that central axis ZA of directional beam emitting unit 64b formed by laser emitters 76b enters the Corner angle area 72 falls.
  • the target detection device 64b can be subjected to a scanning movement of a small angular amplitude in the direction of the double rotary arrow 1 58b, so that without changing the relative angular position of the laser emitters 76b, a bundle of laser emitters 76b and thus the directional beams 80b emanating from them execute a synchronized scanning movement with respect to an edge 72b to be observed according to FIG. 9 of a corner angle 72 (see FIG. 1).
  • the angles between the directional beams 80b on the one hand and the directional beams 80b 'on the other hand will be made smaller than the angles between successive directional beams 80b. It is also possible to carry out time-of-flight measurements in the course of a scan movement in more than two time and location phases and in turn to each of these time-of-flight measurements assign the location coordinates which apply to neighboring directional beams in different phases of the scan movement. If one then knows the geometrical location of the directional beams for each of the directional beams 80b or 80b ', one learns for a group of successive directional beam pairs whether the edge 72b has already been forked, is still forked or is no longer forked.
  • the position of the edge 72b can in turn be determined with increased accuracy by time measurement in conjunction with the associated geometrical position data of the directional beams, without the number of laser emitters 76b having to be increased.
  • This scanning technique can also be used in the previously described embodiments; For example, in Fig. 3a and 3b of the target detection device 64, scan movements in the direction of the double arrows 65 and 67 can be superimposed by having the auxiliary drive device 69 and a corresponding auxiliary drive device (not shown) act in the direction of the double arrow 67 approximately in the direction of the double arrow 65.
  • the target detection device 64a by moving the target detection device 64a around the pivot point 70a in the direction of the double arrows 65a and 67a moved by means of an additional drive device 69a.
  • This scanning movement is generally only used if the angle y1 according to FIG. 7a is already small anyway and cannot be reduced further in order to then obtain a higher resolving power through this scanning movement.
  • the detection area DB7 then moves around the central position shown in FIG. 7a.
  • a scanning movement is carried out, for example, in the direction of the double arrow 65 with the aid of the additional drive device 69.
  • the points of incidence 81 of all the directional beams 80 are measured on a screen 83.
  • a parameter p which corresponds to the respective position of the additional drive device 69 in FIG. 3a
  • data about the orientation of the laser emitters 76 relative to one another or with respect to a coordinate system, which is defined by the central axis, for the respective distance P of the edge attack strips 100 ZA is defined.
  • This data can now be stored in the data memory 1 1 4 as a function of the parameter p for various parameters P, so that for - 24 - each pair of parameter values p, P can be called up in the data memory 1 14, orientation data of the respective laser emitters 76 and thus of the respective directional beams 80 and, with the aid of the transit time data, determine the points of incidence which are required for the spatial mapping of, for example, a corner area 72. It can be easily seen that an increased resolution is achieved by the scanning, even if the points of incidence of adjacent directional beams, which correspond to a certain value of the parameter P, are still relatively large.
  • the displacement of the detection device for example by means of the additional drive device 69 of FIGS. 3a and 3b or by means of the additional drive device 69a of FIGS. 6a-7c or by pivoting the detection device 64b in the direction of the double arrow 1 58b of FIG. 8, has so far been described in the above description discussed as a measure that leads to an improvement in the resolving power, in that two adjacent directional beams 80b according to FIG. 9, together with the position unchanged relative to one another, are slightly displaced relative to the edge 72b by an amount that is smaller than the distance between the two directional beams 80b .
  • a movement with the aid of the same additional drive device 69 of FIGS. 3a and 3b or the additional drive device 69a of FIGS. 6a-7c can also be used to move a specific target structure, for example again the corner structure 72 of FIG to bring the respective center of the detection area in the sense of "tracking".
  • This tracking can also be brought about in that, for example in FIGS. 3a and 3b, the laser emitters 76 and thus their directional beams 80 together substantially while maintaining the relative position of adjacent laser emitters 76 and their directional beams 80 relative to one another relative to the frame 74 of FIGS. 3a and 3b we shifted, whereby a shift of the central axis ZA is achieved in the sense of tracking the "viewing direction". So you can have a fine structure, like the corner structure - 25 -
  • a line camera is attached to the spreader 34 in addition to the first target detection device 64, which is based on transit time measurement, as a second remote detection system.
  • This line scan camera can be moved back within the contour area of the spring 34 when the spring 34 enters the container shaft 42 with the container 36.
  • the line camera 21 0 is stationary in operation with respect to the spraeder 34, while the first remote detection system 64 can be pivoted in the pivot point 70, so that it can approach different detection areas, in particular partial detection areas within the detection area detected by the first remote detection system 210.
  • a line camera 21 0a is fixedly or movably attached to the first remote detection system 64.
  • a line camera 210c is arranged in the center of the rod-shaped and relatively movable laser emitters 76, preferably a television camera suitable for zoom. Because of the special behavior of the overall device according to FIG. 3a, this television camera is always stationary with respect to the housing 74. The detection area detected by the line camera 210c is thus always centered on the detection area which is detected by the laser emitters 76.
  • the zooming of the television camera 21 0 can be done in a conventional manner by adjusting the lens.
  • the lens adjustment for the purpose of zooming the television camera 210c can be rigidly or variably coupled to the pivoting of the laser emitters 76, which also corresponds to zooming. - 26 -
  • the screen 130 shown in FIG. 5 can be common to the two remote detection systems. However, a separate screen can also be provided for each of the remote detection systems.
  • a line camera can also be provided, as indicated at 21 OD in FIG. 6a.
  • the 10 shows a screen system 21 1-212 attached to the location of the operator with two screens 21 1 and 212.
  • the screen 21 1 is assigned to the first remote detection system (line scan camera) and shows the container receiving shaft 42. It also depicts color markings 214, which are intended to make it easier for a container to approach the container receiving shaft.
  • a shadow area 215 can be seen in the figure, which is caused by poor lighting of, for example, a ship's deck, so that the image on the screen 21 may be inadequate.
  • a complete image of the container receiving shaft 42 can be seen on the screen 212, which is assigned to the second remote detection system (based on transit time measurement), this time based on transit time measurement. Although this image does not show the color markings 21 and also flat fine structures 216, it is complete regardless of the illumination of the detection area and therefore also in the top left corner in which the image of the screen 211 has a defect.
  • a complete image 42k of the container shaft obtained by the line camera and additionally a corner 42e of the container shaft can be seen on a single screen 220.
  • the image 42k comes from the line scan camera and the image 42e comes from the
  • CORRECTED SHEET (RULE 91) ISA / EP - 27 - solution based second remote detection system.
  • the position and the size of the detection area to be detected by the second remote detection system can be determined, for example, by touching the points T with a ballpoint pen on the outline of the complete shaft 42k.
  • Fig. 1 1 one has the television picture and the picture based on transit time measurement next to each other.
  • the image 42e based on transit time measurement can also be represented three-dimensionally, because depth differences due to transit time differences can be displayed there.

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Abstract

Eine Zieldetektionseinrichtung zum Detektieren des Zielorts eines bewegten Lastträgers (34) umfaßt mit dem bewegten Lastträger (34) zur gemeinsamen Bewegung verbundene Fernerkennungsmittel und ist gekennzeichnet durch die Kombination: a) eines ersten Fernerkennungssystems (210) mit einer Zeilenkamera (210) und b) eines zweiten Fernerkennungssystems (64) mit einer Richtstrahl-Aussendeeinheit (64), welche dazu ausgebildet ist, um zeitlich versetzte, gepulste Richtstrahlen (80) in Richtung auf einen Detektionsbereich auszusenden, diese Richtstrahl-Aussendeeinheit (64) in Wirkverbindung mit einer Rückstrahlungs-Empfängereinheit in bekannter geometrischer Zuordnung zu der Richtstrahl-Aussendeeinheit (64), wobei diese Rückstrahlungs-Empfängereinheit dazu ausgebildet ist, die einzelnen gepulsten Richtstrahlen (80) entsprechende Rückstrahlung (88) zu empfangen, ferner in Wirkverbindung mit Laufzeit-Meßmitteln, um die Laufzeit gepulster Richtstrahlen (80) vom Zeitpunkt der Aussendung bis zum Zeitpunkt des Empfangs zu bestimmen und ferner in Wirkverbindung mit Berechnungsmitteln, welche dazu ausgebildet sind, um aufgrund der gemessenen Laufzeiten Daten entsprechend einer räumlichen Abbildung zumindest eines Teils des Detektionsbereichs zu gewinnen.

Description

Zieldetektionseinrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Zieldetektionseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Zieldetektionseinrichtung dieser Art ist beispielsweise bekannt aus der WO 97/37926. Wegen weiterer Informationen über die betrachteten Zieldetektionseinrichtungen wird verwiesen auf die EP 0 342 655 A2 und die DE 44 16 707 A1 .
Die EP 0 342 655 A2 bechreibt eine auf Laufzeitmessung eines elektro- magnetischen Strahls, insbesondere eines Laserstrahls beruhende Detek- tionseinrichtung in Anwendung auf Schiffs- und Hafenkrananlagen, bei denen gefordert wird, einen an einer Laufkatze hängenden Container an einen bestimmten Zielort mit hoher Zielanfahrgeschwindigkeit zu verbringen. Dabei sind sowohl Einzelheiten der Zielortbeobachtung als auch einer davon abgeleiteten Kransteuerung dargestellt.
In der DE 44 16 707 A1 sind weitere Einzelheiten über die Kransteuerung dargestellt und darüber hinaus eine Weiterbildung der Zieldetektionseinrichtung, welche auf der Aussendung eines Felds von Laserstrahlen beruht.
Aus der DE 44 16 707 A1 , z.B. Spalte 25, Zeilen 14 - 25, ist es auch bekannt, Fernsehaugen zur Beobachtung eines Zielfeldes zu benutzen, also z.B. Fernsehkameras wie sie in Seite 184 des Nachschlagewerks "Wie funktioniert das ? - Die Technik im Leben von heute", Bibliografisches Institut Mannheim-Wien-Zürich, Meyers Lexikon Verlag, Bibliografisches Institut 1978, ISBN 3-41 1 -01732-5, beschrieben ist. - 2 -
Der Erfindung liegt die Aufabe zugrunde, eine Zieldetektionseinrichtung der eingangs bezeichneten Art nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahin weiterzubilden, daß eine noch bessere Zieldetektion möglich wird. Für den Anwendungsfall beim Anfahren von Zielen durch Lasten soll ggf. weiter erreicht werden, daß das Zielanfahren noch genauer - auch bei größerer Zielanfahrgeschwindigkeit - erfolgen kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die Kombination nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Zur Ausbildung des ersten Femerkennungssystems wird auf die bereits zitierte Schrifttumstelle aus dem Meyer-Nachschlagewerk, Seite 1 84, verwiesen. Zur Ausbildung des zweiten Fernerkennungssystem wird auf die oben bereits genannten Patentschriften verwiesen, nämlich WO 97/37926, EP 342 655 A2 und DE 44 1 6 707 A1 .
Die erfindungsgemäße Kombination erlaubt es, die Vorteile beider Fern- erkennungssysteme miteinander zu vereinigen. Ein wesentlicher Vorteil des ersten Fernerkennungssystem ist es, daß auch flächige Strukturen im Detektionsbereich erkannt werden können, z.B. durch Oberf lächenbeschich- tung mittels Farbe gewonnene Strukturen, und daß ohne großen Aufwand ein großer Detektionsbereich mit großem Auflösungsvermögen überschaut werden kann.
Ein wesentlicher Vorteil des zweiten Femerkennungssystems (beruhend auf der Laufzeitmessung) ist es, daß unabhängig von Beleuchtungsverhältnissen, insbesondere Beleuchtungsschatten, räumliche Strukturen, z.B. Einfahrschächte für Container oder räumlich gestaltete Containerbeschläge detektiert werden können.
Die erfindungsgemäße Zieldetektionseinrichtung ist anwendbar, gleichgültig, ob nach den gewonnenen elektrischen Daten eine optische Abbildung geschaffen werden soll, welche einem Bedienungsmann die Überwachung - 3 - und ggf. die Manipulation des zielanfahrenden Objekts erlaubt oder ob aufgrund dieser Daten eine von menschlicher Einwirkung unabhängige vollautomatische Steuerung erfolgen soll, wie sie z.B. in der DE 44 1 6 707 A1 im einzelnen beschrieben ist (beruhend auf Verlagerung eines zwischen einem Hubseilträger und einem Lastträger verlaufenden Seilelements eines Hubseilsystems in einem dem Hubseilträger nahen Bereich.
Die Ableitung von Steuerungsbefehlen aus dem zweiten Fernerkennungssystem zur unmittelbaren Bewegungssteuerung eines zieianfahrenden Objekts ist aus der EP 0 342 655 A2 und der DE 44 1 6 707 A1 bekannt. Die Steuerung eines solchen Objekts mittels der in einer Zeilenkamera gewonnenen Daten ist ebenfalls bekannt und für den Fachmann ohne weiteres vorstellbar: Die elektrischen Impulse, die mittels einer Zeilenkamera I.e. empfangen werden können und im Falle der Bilddarstellung auf einem Fernsehschirm zur Intensitätsmodulation des zeilenartig bewegten Elektronenstrahls verwendet werden, können nach entsprechender elektrischer Verarbeitung auch zur direkten Ansteuerung von Steuerungsmitteln benutzt werden, welche der Bewegungssteuerung des zielanfahrenden Objektes dienen.
Wenn eine Beobachtung und ggf. eine zielsteuernde Manipulation eines Bedienungsmanns stattfinden soll, so kann nach dem Anspruch 2 vorgegangen werden. Der Bedienungsmann hat dann zwei Bilder gleichzeitig vor sich, gewünschtenfalls nur eines ständig und das andere auf Abruf, und kann damit die oben erwähnten Vorteile beider Systeme sich zunutze machen.
Die Maßnahme des Anspruchs 3 beruht auf der Erkenntnis, daß der Bedienungsmann sich um so leichter tut, je näher die beiden Bilder nebeneinander liegen. - 4 -
Die Maßnahme des Anspruchs 4 dient dem Ziele, herkömmliche elektronische Einrichtungen verwenden zu können. Selbstverständlich sollen andere Bilddarstellungssysteme aus dem Stand der Technik nicht ausgeschlossen sein. Auch soll der Begriff "Zeilenkamera" andere Fernbeob- achtungskameras mitumfassen, die aus der Fernsehtechnik bekannt sind.
Der Vorschlag des Anspruchs 5 dient wieder der Anordnung zweier Bilder in größtmöglicher Nähe oder in Überlagerung. Denkbar ist auch, durch das zweite Fernerkennungssystem etwaige Fehlstellen infolge Beleuchtungs- schatten, die sich im Bild des ersten Fernerkennungssystem einstellen, zu korrigieren oder zu ergänzen. Dabei können auch solche Fehlstellen bei entsprechendem Rechnereinsatz erkannt und der Korrektur zugeführt werden. Der gemeinsame Bildschirm kann mit einem oder mehreren Elektronenstrahlsystemen ausgeführt sein.
Denkbar ist auch die Lösung nach Anspruch 6, die es gestattet, auf einfache handelsübliche Bildschirme zurückzugreifen.
Aus den Überlegungen heraus, die im einzelnen in der WO 97/37926 dargelegt sind, ist es vorteilhaft, mindestens eines der beiden Fernerken- nungssysteme zum Zoomen auszubilden. Zur Bedeutung des Begriffs "Zoomen" wird wieder auf Meyers Lexikon I.e. verwiesen, und zwar auf Seite 222 (Zoom-Objektive in Verbindung mit den auf Seite 1 84 erwähnten Objektiven von Fernsehkameras). Das Zoomen bei Fernerkennungssystemen mit Laufzeitmessung ist in der WO 97/37926 in mehreren Ausführungen im einzelnen dargestellt und beschrieben.
Das Zusammenspielen der beiden Fernerkennungssystemen nach dem Prinzip des Zoomens kann nach den Ansprüchen 8 und 9 erfolgen. - 5 -
Will man das jeweils eine der beiden Fernerkennungssysteme als Ergänzung oder Korrekturhilfe für das jeweils andere benutzen, so wählt man die Möglichkeit des Anspruchs 10.
Will man das eine Fernerkennungssystem zur Gewinnung eines allgemeinen Überblicks und das andere zur Feinstrukturuntersuchung engerer Bereiche benutzen, so kann man auf den Vorschlag nach den Ansprüchen 1 1 und 1 2 zurückgreifen. Man kann beispielsweise einen Containerschacht auf einem Schiff durch die Zeilenkamera als ganzen beobachten und eine bestimmte Ecke mittelsdes zweiten, auf Laufzeitmessung beruhenden Femerkennungssystems. Hierzu wird insbesondere auch auf Anspruch 1 3 verwiesen.
Der Bedienungsmann kann beispielsweise durch Betasten des den größeren Detektionsbereich darstellenden Bildes auf dem Bildschirm den Ort des kleineren Detektionsbereichs wählen. Durch das Betasten wird dann das den kleineren Detektionsbereich erfassende Fernerkennungssystem nach Lage und Brennweite eingestellt.
Die Relativlage der darzustellenden Detektionsbereiche kann mit optischen oder elektronischen Mitteln eingestellt werden, beispielsweise nach Maßgabe des Betastens eines Tastbildschirms. Es ist aber auch denkbar, die beiden Fernerkennungssysteme relativ zueinander mechanisch verstellbar zu machen und die mechanische Relativverstellung nach Detektionsbereichs- größe und relativer Lage der Detektionsbereiche durch Einsatz von Servo- Motoren zu veranlassen, die die beiden Fernerkennungssysteme relativ zueinander bewegen.
Eine bevorzugte Relativpositionierung von erstem und zweitem Fernerkennungssystem sieht vor, daß die Zeilenkamera im Bereich der "opti- sehen Achse" eines beweglichen Systems von Laserstrahlen angeordnet ist, wie es beispielsweise in der WO 97/37926 und zwar dort in den Fig. 3a und 3b dargestellt ist. - 6 -
Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen; es stellen dar:
Fig. 1 eine Krananlage mit erfindungsgemäßer Zieldetektionsein- richtung;
Fig. 2 als Detail zur Fig. 1 eine erfindungsgemäße Richtstrahl-
Aussendeeinheit, schematisch dargestellt;
Fig. 3a und 3b eine erfindungsgemäße Ricitstrahl-Aussendeeinheit in verschiedenen Betriebszuständen;
Fig. 4 eine zielortkennzeichnende Eckstruktur eines Containers mit einem Eckbeschlag zum Einkuppeln eines Spreaders;
Fig. 5 ein Blockdiagramm zum Funktionsablauf eines Detektionsvor- gangs mittels Laufzeitmessung;
Fig. 6a, 6b, 6c und 7a, 7b, 7c eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Scannens und
Fig. 10 und 1 1 verschiedene Darstellungsmöglichkeiten dererfindungs- gemäßen Fernerkennung auf Bildschirmsystemen.
In Fig. 1 ist eine Hafenanlage gezeichnet mit einer Quai-Kante; diese ist mit 1 0 bezeichnet und verläuft senkrecht zur Zeichenebene. Seitlich der Quai- Kante 1 0 erkennt man ein Hafenbecken 1 2, in dem ein Schiff 1 4 liegt. Das - 7 -
Schiff 14 sei an der Quai-Kante vertaut und soll mit Containern beladen werden. Auf der linken Seite der Quai-Kante erkennt man eine Fahrfläche 1 5 des Hafengeländes. Auf dieser Fahrfläche 1 5 sind Schienen 1 6 verlegt, auf denen ein Kranbock oder Kranturm 1 8 fährt. Der Kranbock oder Kranturm 1 8 trägt einen Brückenträger 20. Dieser Brückenträger 20 erstreckt sich orthogonal zur Quai-Kante über das Schiff 14. An dem Brückenträger 20 ist eine Laufkatze 22 in Längsrichtung des Brückenträgers 20 durch Laufräder 24 verfahrbar. Der Transportantrieb der Laufkatze 22 längs des gesamten Brückenträgers 20 erfolgt durch ein Zugseil 26, das sich zwischen zwei Umlenkrollen 28 erstreckt und mit einem Antrieb versehen ist. Das Zugseil 26 ist mit dem Hubseilträger 22 bei 30 antriebsmäßig verbunden, so daß durch Längsbewegung des unteren Trums des Zugseils 26 der Hubseilträger 22 über die ganze Länge des Brückenträgers 20 verfahren werden kann. An dem Hubseilträger hängt über ein Hubseilsy- stem 32 ein Lastträger in Form eines sogenannten Spreaders, der mit 34 bezeichnet ist. An dem Spreader 34 hängt ein Container 36, der einem Standplatz innerhalb des Schiffes 14 zugeführt werden soll. Man erkennt an dem Schiff 14 den Eingang 40 eines Containeraufnahmeschachts, in welchem eine Mehrzahl von Containern 36 übereinander gestapelt werden können. Der Containeraufnahmeschacht 42 bildet mit seinem oberen Eingang 40 eine Zielposition für den Container 36. Der Container 36 wurde von einem Containerstapel 44 im Bereich der Krananlage durch den Spreader 34 aufgenommen und von links nach rechts durch Bewegung der Laufkatze 22 in die in Fig. 1 gezeigte Position verfahren. Während dieser Verfahrbewegung wurde bereits durch entsprechende Steuerung der Bewegung des Zugseils 26 darauf hingewirkt, daß der Lastträger 34 ungefähr in Flucht mit dem Containerschachteingang 40 gelangt. Weiterhin wurde bereits durch entsprechende Beschleunigungen und Verzögerungen des Zugseils 26 darauf hingewirkt, daß möglichst keine Schwin- gungsbewegungen des Lastträgers 34 parallel zu der Zeichenebene stattfinden oder, falls solche Schwingungsbewegungen bereits aufgetreten waren, diese Schwingungsbewegungen im wesentlichen unterdrückt - 8 - werden. Man hat also davon auszugehen, daß der Lastträger 34 mit dem Container 36 in der in Fig. 1 dargestellten Situation bereits annähernd in Flucht mit der Zielposition, d. h. mit dem Eingang 40 des Containeraufnahmeschachts 42, ist und im wesentlichen schwingungsfrei ist. Dennoch ist der Lastträger 34 mit dem Container 36, wie in Fig. 1 übertrieben dargestellt, noch nicht in exakter Flucht zu dem Containerschachteingang 40, so daß weitere Korrekturbewegungen des Lastträgers 34 in horizontaler Richtung parallel zur Zeichenebene und unter Umständen auch senkrecht zur Zeichenebene notwendig sind, damit der Lastträger 34 mit dem Container 36 ohne Stillstand am Eingang 40 des Containerschachts 42 in den Letzteren im Verlauf seiner Senkbewegung abgesenkt werden kann.
Von zwei Hubεeilzügen 50 des Hubseilsystems 32 gemäß Fig. 1 wird nun der in Fig. 1 links dargestellte Hubseilzug 50 detailliert bechrieben. Dieser Hubseilzug 50 läuft von einer an der Laufkatze 22 ortsfest und drehbar gelagerten Seiltrommel 52 über eine Seilumlenkrolle 54 an dem Spreader 34 zu einem Seilverankerungspunkt 56, der wiederum an der Laufkatze 22 angebracht ist. Man erkennt ohne weiteres, daß an dem Spreader 34 insgesamt vier solcher Hubseilzüge 50 angebracht sein können, die jeweils mit einer Umlenkrolle 54 zusammenwirken. Die Umlenkrollen 54 können in den vier Ecken eines rechteckig ausgebildeten Spreaders 34 angeordnet sein. Man erkennt, daß der Verankerungspunkt 56 des Hubseilzugs an einem Schlitten 58 liegt, welcher in horizontaler Richtung parallel zur Zeichenebene an der Laufkatze 22, d. h. am Rahmen der Laufkatze, verschiebbar geführt ist. Zur Verschiebung des Seilverankerungspunkts 56 mit dem Schlitten 58 ist ein hydraulisches Kraftgerät 60 vorgesehen, so daß der Verlauf des Seilelements 50' des Hubseilzugs 50 verändert werden kann. Es ist für den Sachkundigen technischer Mechanik ohne weiteres er- sichtlich, daß durch Verlagerung des Seilelements 50' aus der gezeichneten Stellung nach links eine Gleichgewichtsveränderung eintritt und daß durch diese Gleichgewichtsveränderung eine Kraft K auf den Lastträger 34 - 9 - ausgeübt wird in der durch den Pfeil K dargestellten horizontalen Richtung parallel zur Zeichenebene. Es ist weiter zu erkennen, daß die Größe und Richtung dieser Kraft K durch den Bewegungsverlauf des Schlittens 58 beeinflußt werden kann. Weiter ist zu erkennen, daß die Größe der Kraft K von der Neigung des Seilelements 50' zu Beginn und am Ende seiner Verlagerung abhängig ist zusätzlich zu der Abhängigkeit von dem Bewegungsverlauf des Seilverankerungspunkts 56, der diesem durch das hydraulische Kraftgerät 60 erteilt wird.
Als Fazit kann man festhalten, daß durch die Verlagerung des Seilverankerungspunkts 56 gegenüber dem Hubseilträger, d. h. gegenüber der Laufkatze 22, die Größe der Kraft K bestimmt werden kann. Es ist weiter zu ersehen, daß zur Verlagerung des Seilverankerungspunkts 56 nur eine relativ geringe Masse in Bewegung gesetzt werden muß und daß jedenfalls die Hauptmasse der Laufkatze 22 nicht bewegt werden muß, um den Seilverankerungspunkt 56 zur Erzeugung der Kraft K zu verlagern.
Man erkennt in Fig. 1 , daß die in ihrer Entstehungsgeschichte beschriebene Kraft K als Korrekturkraft benutzt werden kann, um den Lastträger 34 und den von ihm getragenen Container 36 in Fluchtstellung gegenüber der Zielposition 40 zu bringen, die durch den Eingang des Containeraufnahmeschachts 42 bestimmt ist. Man muß nun bedenken, daß der Lastträger 34 im Zeitpunkt, welcher durch die Fig. 1 dargestellt ist, eine Senkgeschwindigkeit vs und möglicherweise auch eine Horizontalgeschwindigkeit vh besitzt, möglicherweise auch eine Beschleunigung in Richtung des die Horizontalgeschwindigkeit darstellenden Pfeils vh. Weiter muß man berücksichtigen, daß der Lastträger 34 und der Container 36 möglicherweise einer Windkraft W unterliegen.
Man erkennt weiter, daß der Container 36 mit seinem unteren Ende noch einen Abstand Δh in vertikaler Richtung gegenüber der Zielposition 40 besitzt und daß ferner der Lastträger 34 mit dem Container 36 um die - 1 0 -
Strecke Δx entlang der Koordinatenachse x gegenüber der Zielposition 40 versetzt ist. Die vorstehend beschriebenen Zustandsgrößen Δh, Δx, vs, vh, W und die Masse M sowie ferner die Neigung des Seilelements 50' sind dafür verantwortlich, welche Position der Lastträger 34 und der Container 36 bei unkorrigiertem weiterem Absenkverlauf relativ zu der Zielposition 40 einnehmen, wenn eine Korrektur des Zielpositionsannäherungswegs nicht vorgenommen wird. Diese Zustandsgrößen sind deshalb auch verantwortlich für die notwendige Größe und Richtung einer Korrekturkraft K, die man, wie vorstehend beschrieben, erzeugen muß, wenn man erreichen will, daß der Container dann, wenn er mit seinem Boden auf dem Niveau D des Schiffes 1 4 ankommt, tatsächlich in die Zielposition 40 trifft und in den Containeraufnahmeschacht 42 ohne Stopp einfahren kann.
Um die Werte Δh und Δx bestimmen zu können, ist an dem Lastträger 34 eine ausrückbare Zieldetektionseinrichtung 64 angebracht. Die Zieldetektionseinrichtung 64 ist um einen Schwenkpunkt 70 schwenkbar.
Eine charakteristische Struktur des Containerschachteingangs 40, d.h. des Zielorts, ist der Eckwinkel 72 des Containerschachteingangs 40. Es ist ohne weiteres vorstellbar, daß die Lage des Spreaders 34 bei Eintritt des Containers 36 in den Containerschacht 42 so ist, daß zwei diagonal einander gegenüberliegende Ecken des Containers 36 in vertikaler Flucht zu zwei einander diagonal gegenüberliegenden Ecken des Containerschachts 42 sind. Man muß also dafür sorgen, daß spätestens zum Zeitpunkt des Eintritts des Containers 36 in den Containerschacht 42 diese Fluchtstellung erreicht ist. Um diese Fluchtstellung zu erreichen, muß - wie bereits angedeutet - u.a. die Höhe Δh gemessen werden, daneben aber auch die Horizontalabweichung Δx und ggf. auch eine Horizontalabweichung in Richtung der Achse y.
Auch wenn die Grobeinstellung des Spreaders und des Containers 34 bzw. 36 beispielsweise durch Vorgabe eines Adressensignals bezüglich des zu - 1 1 - wählenden Containerschachts 42 bereits hergestellt ist wenn der Spreader 34 mit dem Container 36 in den Bereich des Containerschachts 42 gelangt, so kann durchaus die Notwendigkeit sich ergeben, daßdie Zieldetektionseinrichtung 64 zunächst einmal den Eckwinkel 72 als eine charakteristische Struktur des Zielorts, d.h. des Containerschachteingangs 40 ermitteln muß. Hierzu ist die Zieldetektionseinrichtung 64, wie aus Fig. 2, 3a und 3b zu ersehen, ausgebildet.
In Fig. 2 erkennt man, daß die Zieldetektionseinrichtung 64 einen Rahmen 74 umfaßt, den man auch als Richtstrahl-Aussendeeinheit bezeichnen kann. In diesem Rahmen ist eine Vielzahl von Laserstrahlern 76 über ein etwa rechteckiges Feld 78 verteilt angeordnet, so daß sämtliche Laserstrahler 76 Richtstrahlen 80 in Form eines vertikal abwärts verlaufenden Richtstrahlenbündels 82 aussenden. Der Rahmen 74 ist in dem Schwenkpunkt 70 s. iwenkbar gelagert, und zwar sowohl um eine zur Zeichnungsebene orthogonale Schwenkachse als auch um eine zur Zeichenebene parallele horizontale Schwenkachse.
Durch Schwenken des Rahmens 74 um die beiden Schwenkachsen kann man erreichen, daß das parallele Strahlenbündel 82 annähernd auf einen
Eckwinkelbereich 72 fällt. Verständlicherweise sind die Abmessungen des
Rahmens 74 und die Zahl der Laserstrahler 76 beschränkt einmal im Hinblick auf die räumliche Unterbringung des Rahmens 74 im Bereich des Spreaders
34 und zum anderen im Hinblick auf die mit der Anzahl der Laserstrahler 76 ansteigenden Kosten. Um dennoch insbesondere bei großer Höhe des
Spreaders 34 über dem Niveau D durch das Richtstrahlbündel 82 einen
Eckbereich 72 mit seinen charakteristischen Merkmalen erfassen zu können, müßte der Rahmen 74 eine praktisch kaum akzeptable Größe mit einer entsprechenden Anzahl von Laserstrahlern 76 annehmen. Aus diesem Grunde sind die Laserstrahler 76 - wie in Fig. 3a dargestellt - divergierend angeordnet. Zufolge dieser divergierenden Anordnung der Laserstrahler 76 kann bei geringer Größe des Rahmens 74 und verhältnismäßig geringer - 1 2 -
Anzahl von Laserstrahlern 76 gerade bei großer Höhe des Spreaders 34 über dem Schiffsniveau D ein großer Detektionsbereich erfaßt werden, der zum einen eine hohe Wahrscheinlichkeit bietet, den Eckwinkel 72 rasch zu identifizieren und in den Detektionsbereich vollständig aufzunehmen. Auf diese Weise ist es dann möglich, durch die Laserstrahler 76 ein ungefähres Bild des Eckwinkelbereichs 72 zu erhalten.
Hier ist es nun zunächst einmal erforderlich, die Wirkung der Zieldetektionseinrichtung 64 kurz zu beschreiben. Die Laserstrahler 76 sind mit einer gemeinsamen Zündeinrichtung 84 verbunden, die es erlaubt, die Laserstrahler 76 zeitlich nacheinander zu zünden, so daß jeder der Laserstrahler 76 in kurzen Zeitabständen einen gepulsten Richtstrahl 80 aussendet. Die nacheinander ausgesandten gepulsten Richtstrahlen 80 werden, sofern der Rahmen 74 auf einen Eckwinkelbereich 72 hin ausgerichtet ist, in dem Eckwinkelbereich teilweise auf dem Niveau D der Schiffsoberfläche reflektiert, teilweise am nicht eingezeichneten Boden des Containeraufnahmeschachts 42 oder an der Oberfläche eines dort befindlichen Containers. Die einzelnen unter Streuung reflektierten Richtstrahlen treffen als Streurückstrahlung 88 auf die Rückstrahlungsempfängereinheit 86 auf. Die Laufzeit des Richtstrahls 88 bzw. der Streurückstrahlung 88 von dem Laserstrahler 76 zu der Rückstrahlungsempfängereinheit 86 wird elektronisch für jeden einzelnen der nacheinander gezündeten Richtstrahlen gemessen. Diese Laufzeitmessung erlaubt es, für einzelne nacheinander ausgesandte Richtstrahlen 80 je nach Laufzeit zu entscheiden, ob diese auf der Fläche D oder in der Tiefe des Containerschachts 42 reflektiert worden sind. Wenn man nun den Ort und die Orientierung der Laserstrahler 76 und damit der Richtstrahlen 80 kennt, und wenn man ferner die Höhe der Zieldetektionseinheit 64 beispielsweise aus den jeweils kürzeren Laufzeiten kennt, so kann man aus der Kenntnis dieser Größen durch einfache trigonometrische Rechenoperationen die Auftreffpunkte oder Auftreffbereiche der Richtstrahlen 80 in der Ebene D bestimmen, und zwar bezogen auf ein spreaderfestes Koordinatensystem. Hat man nun festgestellt, daß zwei - 1 3 - benachbarte Richtstrahlen 80 unterschiedliche Laufzeit haben und erkennt man die Koordinaten der Auftreffpunkte dieser benachbarten Richtstrahlen 80 auf die Ebene D, so erfährt man aus der Tatsache der unterschiedlichen Laufzeit, daß zwischen diesen Auftreffpunkten der Richtstrahlen 80 ein Niveausprung vorliegen muß und hat damit den Ort einer Kante des Eckwinkels 72 eingegabelt.
Durch eine Vielzahl solcher Operationen läßt sich der Verlauf des Eckwinkelbereichs 72 in bezug auf das spreaderfeste Koordinatensystem feststellen und damit die Lage des Spreaders 34 bzw. des Containers 36 relativ zu diesem Eckwinkelbereich 72. Wenn man nun auf diese Weise die Position von zwei einander diagonal gegenüber liegende Ecken des Spreaders 34 oder des Containers 36 bezüglich zugehöriger Eckwinkelbereiche 72 datenmäßig festgelegt hat, so kann man aufgrund dieser Daten entweder eine Abbildung der Lage des Spreaders 34 oder Containers 36 gegenüber den Eckwinkelbereichen 72 auf einem Bildschirm erzeugen, so daß eine Bedienungsperson aus Kenntnis der Relativposition von Spreader 34 und Container 36 einerseits und Eckwinkelbereichen 72 andererseits Lagekorrekturimpulse an die Kraftgeräte 60 geben kann. Alternativ kann man die gewonnenen Daten bezüglich der Relativposition des Spreaders 34 und Containers 36 gegenüber den Eckwinkelbereichen 72 auch dazu benutzen, um unmittelbar Steuersignale für die Betätigung der Kraftgeräte 60 zu erzeugen derart, daß diese auf dem Restabsenkweg Δh eine Korrektur des Zielwegs des Spreaders 34 und Containers 36 herbeiführen, die zum Eintauchen des Spreaders 34 bzw. Containers 36 in den Containeraufnahmeschacht 42 im weiteren Absenkvorgang führt.
Der Abstand benachbarter Auftreffpunkte der Richtstrahlen 80 ist verantwortlich für die Abbildungsgenauigkeit der Eckwinkelbereiche 72. Die Divergenz des Strahlenbündels 82 der Richtstrahlen 80, die als wertvoll für die Erhaltung eines großen Detektionsbereichs erklärt worden war, erweist sich deshalb für die Ermittlung eines präzisen Bildes der Eckwinkelbereiche - 14 -
72 als nachteilig, da sie zu großen Abständen der Auftreffpunkte benachbarter Richtstrahlen 80 führt. Aus diesem Grunde ist vorgesehen, daß die Orientierung der Laserstrahler 76, welche gemäß Fig. 3a ein nach unten divergierendes Richtstrahlbündel ergeben, geändert werden kann in Richtung auf den Zustand von Fig. 3b, wo die Laserstrahler 76 und die nach unten austretenden Richtstrahlen 80 konvergieren. Auf diese Weise wird der Abstand der Auftreffpunkte der Richtstrahlen 80 auf der Ebene D bei gleichzeitiger Verkleinerung des Detektionsbereichs kleiner, so daß ein präzises Bild der Eckwinkel 72 erhalten wird. Man kann auch sagen "das Auflösungsvermögen wird verbessert".
Die Ermittlung der Abbildung erfolgt in dem Zustand gemäß Fig. 3b genauso wie vorher für den Zustand der Fig. 3a beschrieben.
Es ist beispielsweise möglich, in einer bestimmten Höhe des Spreaders 34 und des Containers 36 zunächst die Laserstrahler in der gegenseitigen Orientierung gemäß Fig. 3a zu verwenden, um ein grobes Bild der Umgebung des Containerschachteingangs zu ermitteln und dabei die für den Zielort charakteristischen Eckwinkelbereiche 72 zu identifizieren. Sind diese einmal identifiziert, so kann man durch Übergang zu dem Zustand gemäß Fig. 3b das Auflösungsvermögen erhöhen mit der Folge, daß ein scharfes Bild der Eckwinkelbereiche 72 erhalten wird, das scharf genug ist, um die notwendigen Lagekorrekturen des Spreaders 34 bzw. Containers 36 durchzuführen. Stellt man fest, daß bei der anfänglichen Zielbeobachtung mit der Anordnung der Laserstrahler 76 gemäß Fig. 3a der interessierende Eckwinkelbereich 72 am Rande des durch die Auftreffpunkte der Richtstrahlen 80 auf die Ebene D definierten Detektionsbereichs liegt, so kann man vor Durchführung des Übergangs von der Winkeleinstellung der Laserstrahler 76 gemäß Fig. 3a zur Winkeleinstellung gemäß Fig. 3b eine Schwenkbewegung des Rahmens 74 im Schwenkpunkt 70 vornehmen, so daß die Zentralachse ZA der von den Laserstrahlern 76 gebildeten Richtstrahl-Aussendeeinheit in den Eckwinkelbereich 72 fällt. Dann ist er- - 1 5 - reicht, daß auch nach erfolgtem Übergang zum Zustand gemäß Fig. 3b der Eckwinkelbereich 72 voll in dem durch die Auftreffpunkte der Richtstrahlen 80 definierten Detektionsbereich liegt.
Die Laserstrahler 76 sind gemäß den Fig. 3a und 3b stabförmig ausgebildet. Die stabförmigen Laserstrahler 76 sind an ihren unteren Enden mit Kardangelenkköpfen 90 in sphärischen Lageröffnungen 92 einer Grundplatte 94 gelagert. Die in Richtung parallel zur Zeichenebene und in Richtung orthogonal zur Zeichenebene einander benachbarten Lageröffnungen 92 haben untereinander gleiche Abstände a. Nahe ihren oberen Enden durchdringen die stabförmigen Laserstrahler eine Elastomerplatte 96 in Durchtrittsöffnungen 98, die in Richtung parallel zur Zeichenebene und in Richtung orthogonal zur Zeichenebene wiederum gleiche Abstände a' haben. Die Elastomerplatte 96 ist in Richtung parallel zur Zeichenebene durch zwei einander gegenüberliegende Randangriffsleisten 100 belastbar, so daß sie durch Annäherung dieser Randangriffsleisten 100 unter Krafteinwirkung von dem Zustand gemäß Fig. 3b in den Zustand gemäß Fig. 3a überführt werden kann. Entsprechende Randangriffsleisten 1 00 sind auch an den zur Zeichenebene parallelen Kantflächen der Elastomerplatte 96 vorgesehen.
Es ist natürlich auch möglich, die Randangriffsleisten 100 Zugkräften zu unterwerfen, so daß man von einem Ausgangszustand gemäß Fig. 3a durch Zugkrafteinwirkung in den Zustand gemäß Fig. 3b kommen kann. In diesem Fall kann die Elastomerplatte 96 auch als relativ dünne Folie ausgebildet sein, so daß keine Faltungs- oder Knickgefahr besteht.
Zur Eichung der Zieldetektionseinrichtung kann man die Elastomerplatte 96 einer Vielzahl von unterschiedlichen Belastungszuständen unterwerfen, deren jeder einer bestimmten Orientierung der Laserstrahler 76 entspricht. Wenn man nun für jeden dieser Belastungszustände die Orientierung der Laserstrahler 76 ermittelt, so stehen für jeden Zustand der Elastomerplatte - 1 6 -
96 entsprechende Orientierungsdaten für die einzelnen Laserstrahler 76 zur Verfügung. Diese Orientierungsdaten können in einem Datenspeicher in Zuordnung zu den jeweiligen Belastungswerten gespeichert werden, so daß durch Eingabe der jeweiligen Belastungswerte die Orientierungsdaten aus dem Speicher leicht abgerufen werden können, wenn sie benötigt werden, um die Ortskoordinaten der Auftreffpunkte der Richtstrahlen 80 auf der Ebene D zu bestimmen.
Es ist ohne weiteres zu ersehen, daß man mit Hilfe der bisher beschriebenen Mittel auch andere zielortkennzeichnende Strukturen identifzieren und in ihrer Lage bezüglich eines spreaderfesten Koordinatensystems bestimmen kann. Es wird beispielsweise verwiesen auf Fig. 4, wo die Ecke eines Containers 36 dargestellt ist. An dieser Ecke ist ein Eckbeschlag 1 02 zu erkennen. Dieser Eckbeschlag 1 02 weist eine hinterschnittene Öffnung zur Ankupplung von Kupplungselementen des Spreaders 34 auf. Die hinterschnittene Öffnung ist mit 104 bezeichnet. Ihre Kontur ist durch Ortsbestimmung einander benachbarter Auftreffpunkte von Richtstrahlen erkennbar, die unterschiedliche Laufzeiten entsprechend der Niveaudifferenz innerhalb und außerhalb des Lochbereichs haben.
Wenn, wie dargestellt, die von der Gesamtheit der Laserstrahler 76 gebildete Richtstrahl-Aussendeeinheit im Gelenkpunkt 70 einachsig oder zweiachsig schwenkbar gelagert ist, so ist es zur Bestimmung der Ortskoordinaten der Auftreffpunkte der Richtstrahlen auf der Ebene D auch notwendig, die Schwenkwinkelwerte im Schwenkpunkt 70 etwa durch Goniometer-Einheiten zu ermitteln und die in den Goniometer-Einheiten ermittelten Meßwerte bei der Berechnung der Ortskoordinaten der Auftreffpunkte der Richtstrahlen 76 auf der Ebene D zu berücksichtigen.
Nach der Erfindung ist es möglich, mit zunehmender Annäherung des Spreaders 34 bzw. der Last 36 an die Ebene D kontinuierlich oder stufenweise von der divergenten Orientierung der Laserstrahler 76 gemäß Fig. 3a - 1 7 - zu einer Parallelbündelung oder der konvergenten Orientierung gemäß Fig. 3b überzugehen, um dadurch das "Auflösevermögen" zu verbessern.
In Fig. 5 erkennt man wieder die Laserstrahler 76 in Zuordnung zu der Deckfläche D. Die Laserstrahler 76 werden von der Zündeinheit 84 nacheinander gezündet; eine Zündung findet jeweils dann statt, wenn von einem Computer 106 ein Startsignal 108 an die Zündeinheit 84 gegeben wird. Die von den Laserstrahlern 76 ausgehenden gepulsten Richtstrahlen 80 gelangen nacheinander zu der Rückstrahlungsempfängereinheit 86. Die Laufzeiten der einzelnen Richtstrahlen 80 werden nacheinander in der Laufzeitmeßeinrichtung 1 1 0 gemessen, welche von der Zündeinheit 84 jeweils den Startzeitpunkt eines gepulsten Laserstrahls 80 und von der Rückstrahlungsempfängereinheit 86 den Empfangszeitpunkt der rückgestreuten Laserstrahlung 88 mitgeteilt bekommt. Die Ergebnisse der Laufzeitmessun- gen werden in einer der Zündung der Laserstrahler 76 entsprechenden Reihenfolge über eine Leitung 1 1 2 an den Rechner 106 mitgeteilt. Der Rechner 106 ist mit einem Datenspeicher 1 14 versehen, in welchem zu jedem Laserstrahler 76 die Ortskoordinaten innerhalb des Rahmens 74 und die Orientierungsdaten für jeden Belastungszustand der Elastomerplatte 96 eingespeichert sind. Ferner ist der Rechner 106 mit Goniometereinheiten 1 1 6 und 1 1 8 verbunden, die an den Rechner 106 die jeweiligen Winkeleinstellungen des Rahmens 74 um den Schwenkpunkt 70 in bezug auf das spreaderfeste Koordinatensystem liefern. Der Rechner 1 06 legt die Belastungszustände der Elastomerplatte 96 fest und gibt hierzu über eine Leitung 1 20 Belastungseinstellsignale an ein auf die Leisten 100 einwirkendes Kraftgerät 1 22. Von dem Kraftgerät 1 22 gelangt ein den jeweiligen Belastungszustand identifizierendes Signal über eine Leitung 1 24 an den Speicher 1 14, so daß von dem Speicher 1 14 jeweils diejenigen Orientierungsdaten bezüglich der Laserstrahler 76 über die Leitung 1 26 an den Rechner 1 06 gelangen, die dem eingestellten Belastungszustand an der Elastomerplatte 96 entsprechen. Außerdem gelangen von dem Speicher 1 1 4 über eine Leitung 1 28 die Ortsdaten der Laserstrahler 76 an den Rechner - 1 8 -
1 06, d. h. diejenigen Daten, welche die Lage der Kugelgelenkköpfe 90 in der Grundplatte 94 definieren. Aus den dem Rechner 1 06 zugeführten Daten lassen sich Bildschirm-Ansteuerungssignale gewinnen, welche ein räumliches Bild des jeweiligen Detektionsbereichs auf einem Bildschirm 1 30 erzeugen.
Alternativ oder zusätzlich können von dem Rechner 1 06 über eine Leitung 1 32 auch Signale an das Kraftgerät 60 (Fig. 1 ) gegeben werden, welche unter Berücksichtigung der Parameter vs, vh, W, M, Δx und Δh die notwendige Korrekturkraft des Kraftgeräts 60 bestimmen.
Es wurde darauf hingewiesen, daß die gepulsten Richtstrahlen 80 in zeitlicher Versetzung nacheinander ausgesandt werden. Die Gesamtzeit zwischen der Zündung eines ersten der Laserstrahler 76 und der Zündung des letzten Laserstrahlers sei als die Detektionszeit bezeichnet. Diese Detektionszeit ist so kurz bemessen, daß unter Berücksichtigung der zu erwartenden Bewegungsvorgänge des Spreaders 34 und des Schiffes 1 4 die Relativposition zwischen Spreader und Schiff während der Detektionszeit im wesentlichen unverändert bleibt.
Es ist auch noch einmal darauf hinzuweisen, daß dann, wenn von einem Richtstrahl gesprochen wird, der Begriff "Richtstrahl" im Sinne der Erfindung auch eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Richtstrahlen gleicher geometrischer Zuordnung zu dem spreaderfesten Koordinatensystem bedeuten kann. Durch die Verwendung einer solchen Folge von Richtstrahlen, die auf den gleichen Auftreffpunkt an der Deckfläche D treffen, wird erreicht, daß man eine Vielzahl von Laufzeitmessungen zur Verfügung hat, um durch Mittelwertbildung einen möglichst genauen Wert der Laufzeit zu erhalten.
In den Fig. 6a, 6b, 6c und 7a, 7b, 7c ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zieldetektionseinrichtung dargestellt. In Fig. 6a - 1 9 - und 7a erkennt man die Zieldetektionseinrichtung 64a in verschiedenen Betriebszuständen.
Die Zieldetektionseinheit 64a umfaßt einen einzigen Laserstrahler 76a, der einen Grundstrahl 77a gegen einen Schwenkspiegel 1 34a richtet. Der Schwenkspiegel 1 34a ist um eine Schwenkachse 1 36a in Richtung des Schwenkpfeils 1 38a schwenkbar. In Fig.6a ist die Mittelstellung des Schwenkspiegels 1 34a eingezeichnet, und die laufende Winkelkoordinate des Schwenkwegs ist mit a bezeichnet. In der Laserstrahlquelle 76a werden nacheinander gepulste Grundstrahlen 77a gezündet, welche infolge der während der Zündfolge sich ändernden Einstellung des Schwenkspiegels 1 34a ein nach unten divergierendes Bündel von Richtstrahlen 80a ergeben, die nacheinander auf die Deckfläche D auftreffen und dabei den Detektionsbereich DB6 beschreiben.
Man kann natürlich auch ein räumliches Bündel von Richtstrahlen 80a erzeugen, indem man den Spiegel zusätzlich mit einer Schwenkwelle 140a in Richtung des Schwenkpfeils 142a oszillierend rotieren läßt. Im folgenden wird nur der ebene Fall betrachtet.
Die Divergenz des Strahlenbündels der Richtstrahien 80a ist durch den Zentriwinkel y6 bezeichnet. Dies ist der Winkel zwischen den beiden Richtstrahlen 80a, die jeweils bei Maximalausschlag σdes Schwenkspiegels 1 34a in der einen bzw. anderen Richtung entstehen.
Die zwischen den beiden äußersten Richtstrahlen 80a liegenden weiteren Richtstrahlen sind nicht eingezeichnet; lediglich der Zentralstrahl 80a ist eingezeichnet.
Jeder der Richtstrahlen ist in seiner Orientierung bestimmt durch den augenblicklichen Winkelwert a. Der Verlauf des Winkelwerts a in Abhängigkeit von der Zeit ist in Fig. 6b dargestellt. Die äußersten Strahlen 80a - 20 - des Richtstrahlenbündels gemäß Fig. 6a entstehen dann, wenn der Winkelausschlag σ des Schwenkspiegels 134a den Wert σmax6 + bzw. <τmax6- erreicht.
Während in Fig. 6a ein relativ weitwinkeliges Bündel von Richtstrahlen 80a mit dem Zentriwinkel y6 entsteht, wird nach Fig. 7a ein sehr viel engeres Bündel von Richtstrahlen 80a mit dem Zentriwinkel γl erreicht. Der Fig. 6a entspricht ein großer Detektionsbereich DB6, und der Fig. 7a entspricht ein kleiner Detektionsbereich DB7. Der Betriebszustand von Fig. 6a entspricht deshalb etwa dem Aufsuchen einer Zielstruktur, während der Zustand gemäß Fig. 7a der näheren Untersuchung der Feinstruktur einer Zielstruktur dient.
Der Unterschied der Betriebszustände von Fig. 6a und Fig. 7a beruht darauf, daß der etwa einer Sinuslinie entsprechende Bewegungsablauf der Schwenkbewegung des Schwenkspiegels 1 34a gemäß Fig. 6b eine größere Amplitude σmax6 und gemäß Fig. 7b eine kleinere Amplitude σmax7 besitzt. Es ist also durch einfache Amplitudenänderung des periodischen Schwenkverlaufs a möglich, unterschiedliche Öffnungsweiten der Bündel von Richt- strahlen 80a und damit unterschiedliche Detektionsbereiche zu erhalten.
In den Fig. 6c und 7c ist angedeutet, daß im Falle einer schrittweisen Schwenkbewegung des Schwenkspiegels 1 34a bei Übergang von der großen Amplitude σmaxδ zur kleinen Amplitude σmax7 auch die Schritt- große der jeweiligen Schwenkwinkeländerung a verkleinert werden muß.
In der Ausführungsform nach Fig. 8 sind analoge Bauteile einer Richtstrahl- Aussendeeinheit 64b mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in der Ausführungsform nach Fig. 3a und 3b, jedoch ergänzt durch den Zusatz b.
Man erkennt einen Rahmen 74b, in dem stabförmige Laserstrahler 76b mittels Kardangelenkköpfen 90b in sphärischen Lageröffnungen 92b einer - 21 -
Grundplatte 94b gelagert sind. Die stabförmigen Laserstrahler 76b sind an ihren oberen Enden mit teilsphärischen Steuerköpfen 1 50b ausgeführt. Diese Steuerköpfe 1 50b greifen in Steuerbohrungen 1 52b eines als Steuerflächenträger dienenden Steuerkolbens 1 54b ein, welcher in dem Rahmen 74b in Richtung des Doppelpfeils 1 56b verschiebbar ist. Die Steuerbohrungen 1 52b sind auf konzentrischen Kreisen um die Zentralachse ZA angeordnet und derart schräggestellt, daß bei einer Verschiebung des Steuerkolbens 1 54b in Richtung des Doppelpfeils 1 56b eine Veränderung der Winkel zwischen den Laserstrahlern 76b eintritt, ähnlich der Winkelver- änderung, die bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3a und 3b durch die elastische Deformation der Elastomerplatte 96 eintritt.
Durch einen Doppeldrehpfeil 1 58b ist angedeutet, daß die Zieldetektionseinrichtung 64b auch als ganze verschwenkt werden kann. Diese Verschwenk- barkeit entspricht, bezogen auf Fig. 1 , einer Verschwenkung um den Schwenkpunkt 70. Auf diese Weise kann zum einen eine Schwenkbewegung des Rahmens 74b vorgenommen werden, so daß die Zentralachse ZA der von den Laserstrahlern 76b gebildeten Richtstrahl-Aussendeeinheit 64b in den Eckwinkelbereich 72 fällt. Darüber hinaus besteht folgende Möglich- keit: Man kann in einer bestimmten Winkelanordnung der Laserstrahler 76b zueinander entsprechend einer bestimmten Achslage des Steuerkolbens 1 54b gegenüber dem Rahmen 74b die Zieldetektionseinrichtung 64b einer Scanbewegung kleiner Winkelamplitude in Richtung des Doppeldrehpfeils 1 58b unterwerfen, so daß ohne Veränderung der relativen Winkellage der Laserstrahler 76b ein Bündel von Laserstrahlern 76b und damit die von diesen ausgehenden Richtstrahlen 80b eine synchronisierte Scanbewegung gegenüber einer zu beobachtenden Kante 72b nach Fig. 9 eines Eckwinkels 72 (siehe Fig. 1 ) ausführen.
In Fig. 9 erkennt man in voller Linie gezeichnet zwei einander unmittelbar benachbarte Richtstrahlen 80b in einer ersten Zeit- und damit Winkelphase der Scanbewegung, und mit gestrichelter Linie dargestellt die Richtstrahlen - 22 -
80b' in einer zweiten anschließenden Zeit- und damit Winkelphase der Scanbewegung in Richtung des Doppeldrehpfeils 1 58b.
Man wird die Winkel zwischen den Richtstrahlen 80b einerseits und den Richtstrahlen 80b' andererseits kleiner machen als die Winkel zwischen aufeinander folgenden Richtstrahlen 80b. Man kann auch im Verlauf einer Scanbewegung in mehr als zwei Zeit- und Ortsphasen Laufzeitmessungen vornehmen und jeder dieser Laufzeitmessungen wiederum die Ortskoordinaten zuordnen, die in verschiedenen Phasen der Scanbewegung für benachbarte Richtstrahlen gelten. Wenn man dann für jeden der Richtstrahlen 80b bzw. 80b' den geometrischen Ort der Richtstrahlen kennt, so erfährt man für eine Gruppe von aufeinander folgenden Richtstrahlpaarungen jeweils, ob die Kante 72b schon eingegabelt ist, noch eingegabelt ist oder nicht mehr eingegabelt ist. Auf diese Weise läßt sich wiederum durch Lauf zeitmessungen in Verbindung mit den zugehörigen geometrischen Lagedaten der Richtstrahlen die Lage der Kante 72b mit erhöhter Genauigkeit ermitteln, ohne daß die Zahl der Laserstrahler 76b erhöht werden muß. Diese Scantechnik ist auch bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen anwendbar; beispielsweise kann man in Fig. 3a und 3b der Zieldetektionseinrichtung 64 Scanbewegungen in Richtung der Doppelpfeile 65 und 67 überlagern, indem man etwa in Richtung des Doppelpfeils 65 die Zusatzantriebseinrichtung 69 und eine entsprechende nicht dargestellte Zusatzantriebseinrichtung in Richtung des Doppelpfeils 67 wirken läßt.
Diese Zusatzantriebseinrichtungen können dann eine scannende Schwenkbewegung um den Schwenkpunkt 70 gemäß Fig. 1 erzeugen; alternativ ist es auch denkbar, zur Erzeugung der scannenden Schwenkbewegung die Randangriffsleisten 1 00 unter Beibehaltung ihres Abstands P voneinander gemeinsam einer Hin- und Herbewegung in Richtung der Doppelpfeile 1 01 zu unterwerfen, wobei während dieser Scanbewegung der Verformungszustand der Platte 96 im wesentlichen unverändert bleibt, so daß die Winkel zwischen den Laserstrahlern 76 unverändert bleiben. - 23 - im Fall der Ausführungsform nach den Fig. 6a - 7c kann man eine eindimensionale oder zweidimensionale Scanbewegung für jede der Winkeleinstellungen der Richtstrahlen 80a, beispielsweise gemäß Fig. 7a, herbeiführen, indem man die Zieldetektionseinrichtung 64a um den Schwenkpunkt 70a in Richtung der Doppelpfeile 65a und 67a mittels einer Zusatzantriebseinrichtung 69a bewegt. Hier ist es alternativ auch möglich, die Scanbewegung dadurch zu erzeugen, daß man mindestens einer der Drehbewegungen des Schwenkspiegels 1 34a in der jeweiligen für den Winkel y bzw. yl verantwortlichen Stellung eine modulierende Scanbewegung mitteilt. Man wird in der Regel von dieser Scanbewegung nur dann Gebrauch machen, wenn der Winkel yl gemäß Fig. 7a ohnehin schon klein ist und nicht weiter verkleinert werden kann, um durch diese Scanbewegung dann ein höheres Auflösevermögen zu erhalten. Bei dieser Scanbewegung wandert dann der Detektionsbereich DB7 um die in Fig. 7a gezeichnete Mittelstellung.
Der bereits früher angedeutete Eichvorgang kann bei der Ausführungsform nach Fig. 3a etwa wie folgt vorgenommen werden:
Für jede Winkeleinstellung zwischen den stabförmigen Laserstrahlern 76 und damit zwischen den von diesen ausgehenden Richtstrahlen 80, welche durch einen bestimmten Abstand der Randangriffsleisten 1 00 vorgegeben ist, wird eine Scanbewegung beispielsweise in Richtung des Doppelpfeils 65 mit Hilfe der Zusatzantriebseinrichtung 69 durchgeführt.
In einer Mehrzahl von Zeitphasen innerhalb dieser Scanbewegung werden die Auftreffpunkte 81 sämtlicher Richtstrahlen 80 auf einem Schirm 83 vermessen. Damit erhält man in Abhängigkeit von einem Parameter p, welcher in Fig. 3a der jeweiligen Stellung der Zusatzantriebseinrichtung 69 entspricht, für den jeweiligen Abstand P der Randangriffsleisten 100 Daten über die Orientierung der Laserstrahler 76 relativ zueinander oder bezogen auf ein Koordinatensystem, welches durch die Zentralachse ZA definiert ist. Diese Daten kann man nun in Abhängigkeit von dem Parameter p für verschiedene Parameter P in dem Datenspeicher 1 1 4 speichern, so daß für - 24 - jedes Parameterwertepaar p,P in dem Datenspeicher 1 14 Orientierungsdaten der jeweiligen Laserstrahler 76 und damit der jeweiligen Richtstrahlen 80 abgerufen werden können und mit Hilfe der Laufzeitdaten die Auftreffpunkte bestimmen, die man für die räumliche Abbildung etwa eines Eckbereichs 72 benötigt. Es ist ohne weiteres zu ersehen, daß durch das Scannen ein erhöhtes Auflösungsvermögen erreicht wird, auch wenn die Auftreffpunkte benachbarter Richtstrahlen, die einem bestimmten Wert des Parameters P entsprechen, noch relativ groß sind.
Die Verlagerung der Detektionseinrichtung, beispielsweise mittels der Zusatzantriebseinrichtung 69 der Fig. 3a und 3b oder mittels der Zusatzantriebseinrichtung 69a der Fig. 6a - 7c oder durch Schwenkbewegung der Detektionseinrichtung 64b in Richtung des Doppelpfeils 1 58b der Fig. 8, wurde in der vorstehenden Beschreibung bisher als eine Maßnahme erörtert, die zu einer Verbesserung des Auflösevermögens führt, indem zwei benachbarte Richtstrahlen 80b gemäß Fig. 9 bei unveränderter Lage relativ zueinander gegenüber der Kante 72b gemeinsam geringfügig um ein Maß verlagert werden, das kleiner ist als der Abstand zwischen den beiden Richtstrahlen 80b. Eine Bewegung mit Hilfe der gleichen Zusatzantriebsein- richtung 69 der Fig. 3a und 3b oder der Zusatzantriebseinrichtung 69a der Fig. 6a - 7c kann aber auch dazu benutzt werden, um eine bestimmte Zielstruktur, beispielsweise wiederum die Eckstruktur 72 der Fig. 1 , in das jeweilige Zentrum des Detektionsbereichs im Sinne des "Nachführens" zu bringen.
Dieses Nachführen kann auch dadurch bewirkt werden, daß beispielsweise in Fig. 3a und 3b die Laserstrahler 76 und damit deren Richtstrahlen 80 gemeinsam im wesentlichen unter Erhaltung der Relativlage von benachbarten Laserstrahlern 76 und deren Richtstrahlen 80 relativ zueinander gegenüber dem Rahmen 74 der Fig. 3a und 3b verlagert we den, wobei eine Verlagerung der Zentralachse ZA im Sinne eines Nachführens der "Blickrichtung" erreicht wird. Man kann also eine Feinstruktur, etwa die Eckstruktur - 25 -
72 der Fig. 1 vor der Verkleinerung des Detektionsbereichs, dadurch in das Zentrum des Detektionsbereichs verlagern, daß man in der Ausführungsform nach den Fig. 3a und 3b die beiden Randangriffsleisten 1 00 gemeinsam unter Erhaltung ihres Abstands P in Richtung der Doppelpfeile 1 01 verlagert.
In Fig. 1 ist an dem Spreader 34 zusätzlich zu der ersten Zieldetektionseinrichtung 64, welche auf Laufzeitmessung beruht, eine Zeilenkamera als zweites Fernerkennungssystem angebracht. Diese Zeilenkamera kann innerhalb des Umrißbereichs des Spraeders 34 zurückbewegt werden, wenn der Spraeder 34 mit dem Container 36 in den Containerschacht 42 einfährt. Im Falle der Fig. 1 ist die Zeilenkamera 21 0 im Betrieb ortsfest gegenüber dem Spraeder 34 während das erste Fernerkennungssystem 64 im Schwenkpunkt 70 schwenkbar ist, so daß es verschiedene Detektionsbereiche anfahren kann, insbesondere Teildetektionsbereiche innerhalb des von dem ersten Fernerkennungssystem 210 erfaßten Detektionsbereich.
In Fig. 2 ist eine Zeilenkamera 21 0a an dem ersten Fernerkennungssystem 64 fest oder beweglich angebracht.
In Fig. 3a und 3b ist im Zentrum der stabförmigen und relativ zueinander beweglichen Laserstrahler 76 eine Zeilenkamera 210c angeordnet, bevorzugtermaßen eine zoomgeeignete Fernsehkamera. Diese Fernsehkamera ist aufgrund des besonderen Verhaltens des Gesamtgeräts nach Fig. 3a gegenüber dem Gehäuse 74 stets ortsfest. Damit ist der von der Zeilenkamera 210c erfaßte Detektionsbereich stets zentriert auf den Detektionsbereich, welcher von den Laserstrahlern 76 erfaßt wird. Das Zoomen der Fernsehkamera 21 0 kann in herkömmlicher Weise durch Objektivverstellung erfolgen. Dabei kann die Objektivverstellung zum Zwecke des Zoomens der Fernsehkamera 21 0c starr oder veränderlich an die Verschwenkung der Laserstrahler 76 gekoppelt sein, die ebenfalls einem Zoomen entspricht. - 26 -
Der in Fig. 5 dargestellte Bildschirm 130 kann den beiden Fernerkennungssystemen gemeinsam sein. Es kann aber auch für jedes der Fernerkennungssysteme ein gesonderter Bildschirm vorgesehen sein.
Auch im Falle der Ausführungsform des zweiten Femerkennungssystems gemäß den Fig. 6a - 7c kann zusätzlich eine Zeilenkamera vorgesehen sein, wie in Fig. 6a bei 21 Od angedeutet.
In Fig. 8 ist eine Zeilenkamera bei 21 Oe angedeutet; sie kann aber auch an der Stelle 21 Of angebracht werden.
In Fig. 10 erkennt man ein am Standort des Bedienungsmannes angebrachtes Bildschirmsystem 21 1-212 mit zwei Bildschirmen 21 1 und 212. Der Bildschirm 21 1 ist dem ersten Fernerkennungssystem (Zeilenkamera) zugeordnet und bildet den Containeraufnahmeschacht 42 ab. Außerdem bildet er Farbmarkierungen 214 ab, die das Aufsuchen des Containeraufnahmeschachts durch einen anfahrenden Container erleichtem sollen. Man erkennt in der Abbildung einen Schattenbereich 215, welcher durch mangelhafte Beleuchtung etwa eines Schiffdecks zustandekommt, so daß das Bild auf dem Bildschirm 21 unzureichend sein kann. Auf dem Bildschirm 212, welcher dem zweiten Fernerkennungssystem (auf Laufzeitmessung beruhend) zugeordnet ist, erkennt man eine vollständige Abbildung des Containeraufnahmeschachts 42, diesmal beruhend auf Laufzeitmessung. Dieses Bild läßt zwar die Farbmarkierungen 21 und auch flache Feinstrukturen 216 nicht erkennen, ist aber unabhängig von der Beleuchtung des Detektionsbereichs und deshalb auch in der linken oberen Ecke komplett, in welcher das Bild des Schirms 211 eine Fehlstelle hat.
In Figl 1 1 erkennt man auf einem einzigen Bildschirm 220 eine durch die Zeilenkamera gewonnene Komplettabbildung 42k des Containerschachts und zusätzlich eine Ecke 42e des Containerschachts. Das Biid 42k stammt von der Zeilenkamera und das Bild 42e stammt von dem auf Laufzeitmes-
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP - 27 - sung beruhenden zweiten Fernerkennungssystem. Die Lage und die Größe des jeweils von dem zweiten Fernerkennungssystem zu erfassenden Detektionsbereichs kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, daß man mit einem Kugelschreiber auf dem Umriß des Komplettschachts 42k die Punkte T betastet. In Fig. 1 1 hat man also das Fernsehbild und das auf Laufzeitmessung beruhende Bild nebeneinander. Das Bild 42e beruhend auf Laufzeitmessung, läßt sich auch dreidimensional darstellen, weil dort Tiefenunterschiede aufgrund von Laufzeitunterschieden dargestellt werden können.

Claims

- 28 -Ansprüche
1 . Zieldetektionseinrichtung zum Detektieren des Zielorts eines beweg- ten Lastträgers (34) umfassend mit dem bewegten Lastträger (34) zur gemeinsamen Bewegung verbundene Fernerkennungsmittel, gekennzeichnet durch die Kombination a) eines ersten Femerkennungssystems (210) mit einer Zeilenkamera (210) und b) eines zweiten Femerkennungssystems (64) mit einer Richtstrahl-Aussendeeinheit (64), welche dazu ausgebildet ist, um zeitlich versetzte, gepulste Richtstrahlen (80) in Richtung auf einen Detektionsbereich auszusenden, diese Richtstrahl- Aussendeeinheit (64) in Wirkverbindung mit einer Rück- strahlungs-Empfängereinheit in bekannter geometrischer
Zuordnung zu der Richtstrahl-Aussendeeinheit (64), wobei diese Rückstrahlungs-Empfängereinheit dazu ausgebildet ist, die einzelnen gepulsten Richtstrahlen (80) entsprechende Rückstrahlung (88) zu empfangen, ferner in Wirkverbindung mit Laufzeit-Meßmitteln, um die Laufzeit gepulster Richtstrahlen (80) vom Zeitpunkt der Aussendung bis zum Zeitpunkt des Empfangs zu bestimmen und ferner in Wirkverbindung mit Berechnungsmitteln, welche dazu ausgebildet sind, um aufgrund der gemessenen Laufzeiten Daten entsprechend einer räumlichen Abbildung zumindest eines Teils des Detektionsbereichs zu gewinnen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Fernerkennungssystem (21 0) und dem zweiten Fernerkennungssystem (64) ein Bildwiedergabesystem (21 1 ,21 2) zugeordnet ist, welches einem Beobachter die gleichzeitige Be- - 29 - obachtung je eines von den beiden Fernerkennungssystemen (210,64) gelieferten Bildes gestattet.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildwiedergabesystem (220) eine gemeinsame Bildfläche umfaßt, auf welcher je ein von dem ersten Fernerkennungssystem und von dem zweiten Fernerkennungssystem abgeleitetes Bild (42k, 42e) des jeweils beobachteten Detektionsbereichs erscheint.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildwiedergabesystem (21 1 ,21 2) auf der Verwendung mindestens eines elektronenstrahlbeaufschlagten Bildschirms (21 1 ,21 2) beruht.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten (21 0) und dem zweiten (64) Fernerkennungssystem ein gemeinsamer elektronenstrahlbeaufschlagter Bildschirm (220) zugeordnet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten (210) und dem zweiten (64) Fernerkennungssystem je ein gesonderter elektronenstrahlbeaufschlagter Bildschirm (21 1 ,21 2) zugeordnet ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der beiden Fernerkennungssysteme (21 0,64) zoom-geeignet ausgebildet sind. - 30 -
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (21 0) und das zweite (64) Fernerkennungssystem zu einem synchronisierten Zoomen ausgebildet sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (21 0) und das zweite (64) Fernerkennungssystem zu einem voneinander unabhängigen Zoomen ausgebildet sind.
1 0. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (210) und das zweite (64) Fernerkennungssystem annähernd auf jeweils ein und denselben Detektionsbereich gerichtet sind.
1 1 . Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (210) und das zweite (64) Fernerkennungssystem auf unterschiedliche Detektionsbereiche gerichtet oder richtbar sind.
1 2. Einrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fernerkennungssystem (210) auf einen größeren Detektionsbereich und das zweite Fernerkennungssystem (64) auf einen kleineren, gewünschtenfalls in seiner Größe durch Zoomen einstellbaren Detektionsbereich gerichtet sind oder umgekehrt.
1 3. Einrichtung nach Anspruch 1 1 oder 1 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fernerkennungssystem (64) auf einen variierenden Detektionsbereich innerhalb des Detektionsbereichs des ersten - 31 -
Femerkennungssystems (21 0) einstellbar ist, welcher hinsichtlich seiner relativen Größe und seiner relativen Lage innerhalb des Detektionsbereichs des ersten Femerkennungssystems (64) einstellbar ist oder umgekehrt.
14. Einrichtung nach Anspruch 1 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Größe und/oder Lage des dem zweiten Fernerkennungssystem (64) zugeordneten Detektionsbereichs in bezug auf den dem ersten Fernerkennungssystem (21 0) zugeordneten Detektionsbereich oder umgekehrt der mindestens eine Bildschirm (220) als ein Tastbildschirm (touch-screen) ausgebildet ist.
1 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fernerkennungssystem (210) in mechanisch betriebsmäßig fester Lage zu dem zweiten Fernerkennungssystem (64) angebracht ist.
1 6. Einrichtung nach Anspruch 1 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Lage und/oder Größe der Detektionsbereiche der beiden Fernerkennungssysteme (210,64) relativ zueinander elektronische oder/und optische Beeinflussungsmittel vorgesehen sind.
1 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 1 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (210) und das zweite Fernerkennungssystem (64) relativ zueinander mechanisch verstellbar sind. - 32 - 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 1 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fernerkennungssystem (210) unabhängig von der jeweiligen Einstellung stets koaxial zur optischen Achse des zweiten Femerkennungssystems (64) angeordnet ist.
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