VERFAHREN UND/ODER EINRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG EINER PENDELUNG EINER LAST EINES HEBEZEUGES, WOBEI DIE ACHSE SICH IN HUBRICHTUNG BEFINDET
Beschreibung
Verfahren und/oder Einrichtung zur Bestimmung einer Pendelung einer Last eines Hebezeuges
Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Pendelung einer Last eines Hebezeuges . Bei einer an Seilen gehobenen Last, wie z.B. einem Container kann es zu Dreh- und/oder Taumelbewegungen, die auch als Skew bezeichnet werden, kommen. Derartige Skew-Bewegungen, also eine bestimmte Art einer Pendelbewegung, werden derzeit mit einem System zur Lagebestimmung einer Last erfasst, welches zwei Kameras aufweist, wobei die Verwendung zweier Kameras kostenintensiv ist. Die Verwendung nur einer Kamera ist nach dem Stand der Technik problematisch, da die Rechenzeit zur
Auswertung des von der Kamera aufgenommenen Bildes derzeit zu lange ist, um ein Regelsystem zur Pendellregelung ausreichend schnell mit Informationen bezüglich neuer Lageistwerte der Last zu versorgen.
Aus der Patentschrift DE 4190587 C2 ist eine Vorrichtung mit nur einer Kamera bekannt. Zur Positionsbestimmung einer Last wertet eine Vorrichtung das Bild der Kamera aus. Das von der Kamera aufgenommene Bild weist zumindest zwei Markierungen auf, die zur Errechnung der Lage herangezogen werden.
Mit derartigen Anordnung wie in der obigen Patentschrift sind Dreh- und/oder Taumelbewegungen, welche auch Skew genannt werden, einer an Seilen gehobenen Last, wie z.B. einem Con- tainer, nicht ausreichend feststellbar, da die Abtastzeit zur
Positionsbestimmung sehr groß ist. Die ermittelbaren Istwerte der Position der Last sind also für eine Regelung welche dem Skew entgegenwirkt zeitlich zu weit auseinander. Einer größeren Anzahl von erfassten Istwerten der Position der Last steht die Rechenzeitproblematik entgegen.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche eine kostengünstige Erfassung einer Dreh- und/oder Taumelbewegung ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe gelingt gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 , 6 und 7.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 4 und 8 bis 14.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer Pendelung einer Last an einem Hebezeug, welches eine Laufkatze zur horizontalen und/oder vertikalen Bewegung der Last aufweist, wobei an der Laufkatze eine Kamera angebracht ist, wobei die Kamera in Richtung der Last ausrichtbar ist, weist die Last zumindest zwei voneinander entfernte Merkmale auf. Die Merkmale reflektieren und/oder senden aktiv mit Hilfe zumindest einer Lichtquelle Licht in die Kamera. Ein Merkmal befindet sich in der Achse einer Pendelung der Last, wobei die Achse sich in Hubrichtung befindet. Die Last ist beispielsweise eine Nutzlast oder eine Nutzlast welche von einem Lastaufnahmemittel aufgenommen wurde. Die Nutzlast ist beispielsweise ein Container und das Lastaufnahmemittel beispielsweise ein Spreader. Aus der Position zweier Merkmale, wobei zumindest ein Merkmal von der Kamera aufgenommen wird und dessen Position bestimmt wird, wird eine Pendelung der Last erkannt. Für das Merkmal im Bereich der Achse der Pendelung wird eine virtuelle Position errechnet .
Auf diese Weise ist der Bildausschnitt des von der Kamera aufgenommenen Bildes, welcher zur Positionsbestimmung auszuwerten ist auf vorzugsweise ein Merkmal reduzierbar, wenn die virtuelle Position eines zweiten Merkmales bekannt ist. Damit ist einer Erhöhung der Istwerte für die Position der Last er- zielbar. Die virtuelle Position des einen Merkmales im Bereich der Achse der Pendelung ist nach zumindest einer oder auch mehreren Aufnahmen des sich nicht in der Pendelachse be-
findlichen Merkmales durch eine Bildauswertung mit der Istposition abzugleichen. Pro Messung der Position der Last sind folglich im Vergleich zum Stand der Technik weniger Bildpunkte, z.B. einer digitalen Kamera, auszuwerten. Dies ermöglicht mehr Messungen und damit eine genauere Bestimmung der Pendelung der Last. Dadurch ist die Regelgenauigkeit einer Ausregelung der Pendelung verbesserbar. Dies liegt insbesondere darin begründet, dass erfindungsgemäß ein Merkmal in einem Bereich angebracht ist, welcher im Vergleich zu einem anderen Merkmal eine kleinere Bewegungsauslenkung aufweist. Dies ist beispielsweise der Drehpunkt der Drehpendelung, welcher im vorliegenden Fall parallel zur Hubrichtung der Last ist.
Durch die Erfassung der Position der Merkmale, sei diese nun real oder virtuell, ist ein Pendelwinkel und/oder eine Position der Last berechenbar.
Die Position des Merkmals, welches in der Achse der Pendelung liegt, die sich in Hubrichtung befindet, wird zumindest zwi- sehen zwei Aufnahmen der Kamera interpoliert. Dadurch ergibt sich eine Rechenzeitersparnis bezüglich der Auswertung der Bildpunkte. Die Auswertung der Bildpunkte ist derart optimierbar, dass nur die Bildpunkte ausgewertet werden, auf welchen ein gesuchtes Merkmal erwartet wird.
In einem vorteilhaften Verfahren wird von der Kamera ein Bild aufgenommen, welches zumindest zwei Merkmale aufweist. Ein Mittel zur Bilderkennung erkennt die beiden Merkmale und wertet deren Position aus. Das Merkmal, welches in der Achse der Pendelung liegt, die sich in Hubrichtung der Last befindet, wird erkannt. Wird von der Kamera ein weiteres Bild erfasst, welches zumindest zwei Merkmale aufweist wird von dem Mittel zur Bilderkennung das von dem Merkmal in der Achse unterschiedliche Merkmal in dessen Position ausgewertet. Für die Position des Merkmals in der Achse, welche sich in Hubrichtung befindet, wird eine virtuelle Position zur Berechung der Position der Last herangezogen.
Vorteilhaft wird beispielsweise zwischen zwei Aufnahmen der Kamera und der Bestimmung der Position des aufgenommenen Merkmals in der Achse der Pendelung, welche sich in Hubrichtung der Last befindet, zumindest zweimal die Position eines weiteren Merkmals mit der Kamera aufgenommen und bestimmt.
Die Ausführung der obig beschriebenen Verfahren erfolgt beispielsweise durch eine Vorrichtung, welche eine Kamera und ein Mittel zur Interpolation einer Position des Merkmales aufweist, welches in der Achse der Pendelung liegt, die sich in Hubrichtung befindet . Dabei gibt es verschiedene Arten der Interpolation, die von einer Treppenfunktion bis zu einer Polynominterpolation reichen.
Eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Pendelung einer Last an einem Hebezeug, welches eine Laufkatze zur horizontalen und/oder vertikalen Bewegung der Last aufweist, weist zumindest eine Kamera an der Laufkatze auf. Die Kamera ist in Richtung der Last richtbar, wobei die Last zumindest zwei von der Kamera erfassbare Merkmale, die von der Kamera aufnehmbar und verarbeitbar sind aufweist. Die Kamera ist mit einem Mittel zur Bilderkennung datentechnisch verbunden.
Vorteilhafter Weise ist ein Merkmal in der Achse einer Lastpendelung, welche sich in Hubrichtung der Last befindet. Dieses Merkmal im Bereich der Achse weist bei einer Drehpen- delung um diese Achse keine so große Positionsänderung auf wie andere Merkmale, welche außerhalb dieser Achse liegen. Die Position des Merkmals im Bereich der Achse ist also leichter interpolierbar als die Position anderer Merkmale.
Somit ist zur Bestimmung der Position der Last, bzw. zur Bestimmung einer Pendelung einer Last für die Position das Merkmal in der Achse ein virtueller - interpolierter - Positionswert angebbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zumindest ein Merkmal an der Last frei positionierbar. Somit sind Lasten leicht
austauschbar, ohne dass auf eine genaue Positionsbestimmung bzw. eine Bestimmung einer Pendelung zu verzichten ist.
Ist ein Mittel zur Bestimmung der Pendelachse in Hubrichtung für die Lastpendelung vorgesehen, so ist auch damit ein leichter Austausch von Lasten möglich. Liegt die Pendelachse einer Skewbewegung beispielsweise im Lageschwerpunkt , so kann ein Lichtstrahl von der Kamera aus auf den Punkt der Last gerichtet werden, welcher den LageSchwerpunkt darstellt.
In vorteilhafter Weise erfolgt die Bestimmung eines virtuellen Lagepunktes des zeitweise in seiner Position virtuell errechneten Merkmals über einen im Hebezeug bereits genutzten Pendelalgorithmus. So ist eine einfache Skewwinkelerfassung über nur ein Kamerasystem mit einem Infrarotscheinwerfer und Merkmalen, die vorteilhaft auch Infrarotlicht ausstrahlen können, realisierbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den folgenden Fi- guren dargestellt und im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung eines Krans als ein Hebezeug, FIG 2 eine schematische Darstellung einer
Containerbrücke als ein Hebezeug, FIG 3 eine Vorrichtung mit zwei Kameras zur Erfassung einer Drehpendelung, FIG 4 die Aufhängung einer Last und die Positionierung • einer Kamera und zweier Merkmale,
FIG 5 die Darstellung einer Pendelung einer Last und FIG 6 eine Vorrichtung mit einer Kamera zur Erfassung einer Drehpendelung.
Die Darstellung gemäß FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung eine Krans 1 in einer Seitenansicht. Der dargestellte Kran 1 weist einen Ausleger 2 auf mit einer verfahrbaren Laufkatze 3 auf. Die Bewegungsrichtung der Laufkatze 3 ist durch einen Doppelpfeil 20 symbolisiert. Die Laufkatze 3 selbst weist, vier Hubwerke mit je einer Seiltrommel auf, wobei in der vorliegenden Zeichnung aufgrund der Seitenansicht nur die zwei Hubwerke 4 und dargestellt sind und die anderen verdeckt sind. Die Hubrichtung einer Last 24 ist durch einen Doppelpfeil 21 symbolisiert. Der Kran 1 dient als Beispiel für ein Hebezeug, bei welchem mittels einer Kamera 8 die Position der Last 24 bzw. die Position eines Lastaufnahmemittels 23, wie z.B. einem Spreader für einen Container feststellbar ist. Durch Feststellbarkeit der Position ist auch eine Pendelung der Last 24 bzw. des Lastaufnahmemittels 23 feststellbar. Die Last 24 bzw. das Lastaufnahmemittel weisen Merkmale zur Positionserkennung für die Kamera 8 auf.
Die Darstellung gemäß FIG 2 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Hebezeug, hier eine zum Umschlag von Containern genutzte
Containerbrücke 36 in einer Seitenansicht. Die Containerbrük- ke 36 weist eine Laufkatze 3 sowie eine Hubvorrichtung auf. Die Hubvorrichtung weist vier Hubwerke mit je einer Seiltrommel auf, wobei aufgrund der Seitenansicht nur die zwei Hub- werke 4 und 5 dargestellt sind. Die Containerbrücke 36 ist gemäß der Darstellung auf einer Schiene 34 verfahrbar. Die Verfahrbarkeit ist auch durch eine schienenlose Einrichtung ermöglichbar, jedoch nicht dargestellt. Aufgrund des Verfahrens der Laufkatze 3 bzw. der Containerbrücke 36 bzw. durch Heben und Senken der Last 24 und/oder des Lastaufnahmemittels
23 in Hubrichtung 21 können auch bei Containerbrücken 36 Pendelungen, wie z.B. Drehpendelungen (Skewpendelung) der Last
24 und/oder des Lastaufnahmemittel 23 auftreten. Derartige
Pendelungen sind durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur
Positionsbestimmung bzw. eine entsprechende Vorrichtung erkennbar. Zur Erkennung wird unter anderem eine Kamera 8 benötigt, welche im Bereich der Laufkatze 3 befestigt ist.
Die Darstellung gemäß FIG 3 zeigt zwei Kameras 8. Jeder Kamera 8 ist eine aktive Lichtquelle 16, wie z.B. ein Infrarotscheinwerfer zugeordnet. Die Kameras 8 sind zur Aufnahme eines Bildfeldes 11 vorgesehen. In den Bildfeldern 11 liegen Merkmale 9, 10. Durch Ermittlung der Positionsabweichungen der Merkmale 9, 10 bei einer Drehpendelung um einen Lageschwerpunkt 17 einer Last ist die Pendelbewegung bestimmbar. Zur Unterscheidung der Merkmale 9, 10 ist das Merkmal 9 im rechten Winkel zum Merkmal 10 auf der Last bzw. dem Lastauf- nahmemittel versetzt angebracht. Die Auswertung der von den Kameras 8 aufgenommenen Bilder erfolgt in einer Auswertevorrichtung.
Die Darstellung gemäß FIG 4 zeigt zur Verdeutlichung eine dreidimensionale Darstellung. An der Laufkatze 3 hängt über die Seile 12, 13, 14 und 15 ein Lastaufnahmemittel 23, an welchem wiederum die Last 24 hängt. Die Länge der Seile 12, 13, 14 und 15 ist über schematisch dargestellte Hubwerke 4, 5, 6 und 7 veränderbar. Die Kamera 8 nimmt über ein sich zur Last 24 hin weitendes Bildfeld 11 die Last 24 bzw. das Lastaufnahmemittel 23 auf. Auf dem Lastaufnahmemittel 23 befinden sich zwei Merkmale 9, welche durch eine Bildverarbeitung des von der Kamera 8 aufgenommenen Bildes erkannt werden. Das Bildfeld 11 ist im Vergleich zur Größe der Merkmale 9 größer. Die Bildverarbeitung erfolgt vorteilhaft nur für die Bereiche des Bildfeldes 11, welche das zur Positionsbestimmung der Last notwendige bestimmte Merkmal aufweisen. Die Last 24 weist einen Lageschwerpunkt 17 auf, welcher in einer Z-Achse z liegt. Die Übereinstimmung ist nicht notwendig, jedoch
zeichnerisch von Vorteil. Senkrecht zur z-Achse z ist noch eine x-Achse x und eine y-Achs y aufgespannt .
Die Darstellung gemäß FIG 5 zeigt eine für die Figur stark verdeutlichte Drehpendelung um einen Drehpunkt 33, welcher mit der z-Achse z bzw. z.B. dem LageSchwerpunkt zusammenfällt. Der Winkel zwischen der x-Achse x und einer Lastmittellinie 37 gebe den Drehwinkel, den sogenannten Skewwinkel 28 an. Die Drehbewegung um die z-Achse wird durch den geboge- nen Doppelpfeil 38 angegeben.
Die Darstellung gemäß FIG 6 zeigt wie FIG 3 zwei Merkmale 29 und 30 jedoch nur eine Kamera 8. Das Merkmal 30 liegt im Bereich der Drehachse 31 einer Pendelbewegung, wobei die Dreh- achse 31 in der Hubrichtung 21 verläuft. Dieses Merkmal 30 wird in seiner Position also erfindungsgemäß weniger oft durch die Auswertung eines Bildfeldes der Kamera 8 bestimmt als das zweite Merkmal 29. In der Darstellung ist das Bildfeld 11 auf das Merkmal 29 gerichtet. Die Position dieses Merkmales 29 wird durch eine Bildauswertung bestimmt. Die Position des Merkmals 30 ist interpolierbar. Mit Hilfe der Position beider Merkmale 29 und 30 ist eine Pendelung der Last, auf der sich die Merkmale befinden bestimmbar. Eine Regelung zur Ausregelung einer Drehpendelung um die Drehachse 31 ist um so besser je kleiner die Zykluszeit ist, wobei sich diese im Millisekundenbereich befindet. Da nunmehr eine virtuelle Position eines Merkmales 30 für die Erkennung der Position der Last bei einer Pendelung zur Verfügung steht und nunmehr nur noch ein Merkmal 29 durch eine Bildverarbeitung in seiner Position bestimmbar ist können hintereinander mehr Positionsbestimmungen vollzogen werden. Die virtuelle Position des Merkmals 30 ist natürlich in bestimmten Zeitabschnitten mit der realen Istposition abzugleichen. Für diesen Fall richtet sich das Bildfeld 11 zumindest auf das Merkmal 30 und gegebe- nenfalls auch gleichzeitig auf das Merkmal 29. Sind bei der Bildverarbeitung zwei Merkmale 29 und 30 in ihrer Position
auszuwerten, dann wird dadurch mehr Auswertungszeit benötigt als nur bei einem Merkmal. Diese zusätzliche Zeit wird durch die Verwendung eines virtuellen Lageschwerpunktes hier in der Drehachse 31 und der Interpolation der Position des entspre- chenden Merkmales 30 zumindest kompensiert. Entscheidend ist, dass die Positionsbestimmung des Merkmals 29 über die Kamera 8 häufiger erfolgt als beim Merkmal 30, da dieses seine Position bei einer Drehung weniger stark ändert. Beispielhaft erfolgt ein Abgleich der Position des Merkmals 30 nach jeder zehnten Positionsbestimmung des Merkmals 29. Der Skewwinkel ergibt sich z.B. aus der virtuellen Position des Merkmales 30 und der realen Position des Merkmals 29.
Die Erfindung hat mehrere Vorteile. Zum einen wird eine zwei- te Kamera eingespart. Zum anderen kann ein Hebezeug, welches bereits eine Kamera aufweist, leicht derart nachgerüstet werden, dass auch eine Drehpendelung um eine Achse in Hubrichtung erfassbar ist. Zur Nachrüstung ist insbesondere ein zweites Merkmal an der Last und/oder dem Lastaufnahmemittel anzubringen. Weisen die zwei Merkmale 29 und 30 zusätzliche aktive Lichtquellen auf, welche einen Blitz aussenden so ist die Betriebssicherheit des Hebezeuges weiter steigerbar. Der Blitz ist durch einen ersten Blitz, welcher aus Richtung der Kamera kommt triggerbar. Durch die Verwendung eines virtuel- len Lagepunktes im Bereich des Merkmals 30 sind höher Abtastzeiten realisierbar, wodurch sich ein geringeres Messrauschen erzielen lässt.