EP0656868B1

EP0656868B1 - Vorrichtung und verfahren zur steuerung eines containerkranes

Info

Publication number: EP0656868B1
Application number: EP93919193A
Authority: EP
Inventors: Johann F. Hipp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-08-28
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2013-08-26
Also published as: DE59305281D1; SG52219A1; EP0656868A1; WO1994005586A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Containerkranes. Mittels mindestens eines Sensors werden die Positionen von Punkten auf einer Kante des Ladegeschirrs oder eines darin aufgenommenen Containers sowie eines Punktes einer in einem Zielort befindlichen Kante vermessen und in Signale zur Ansteuerung des Kranantriebes umgesetzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Containerkranes.
Es werden eine Reihe unterschiedlicher Krantypen für den Umschlag von Containern eingesetzt. Darunter fallen übliche Schiffsentladekräne, die frei oder auf Schienen verfahrbar sind, sowie Portalkräne oder z.B. Schwenkkräne. Ihnen allen ist gemeinsam, daß sie eine bewegbare Hubvorrichtung aufweisen, an der ein Ladegeschirr hängend aufgenommen ist. Das Ladegeschirr ist so konzipiert, daß es die gängigen Containertypen ergreifen und halten kann.
Es gibt eine Reihe von unterschiedlichen Umschlagsituationen. Die häufigste Situation ist, daß mit einem leeren Ladegeschirr ein Container aufgenommen und zu einem Zielort transportiert wird. Dieser Zielort kann einerseits eine geeignete Abstellfläche, z.B. die Ladefläche eines LKWs oder eines Güterwaggons, andererseits aber auch ein weiterer Container sein, der als Stapelbasis dient.
Eine korrekte Steuerung des Ladegeschirrs zwischen einem Ausgangs- und einem Zielpunkt wird durch folgende Faktoren erschwert:

1. verhält sich das frei an der Hubvorrichtung hängende Ladegeschirr wie ein Pendel und kann aufgrund der Bewegung der Hubvorrichtung bzw. äußerer Einflüsse, wie Wind, in unerwünschte Schwingungen versetzt werden,
2. ist der Punkt, an dem das Ladegeschirr bzw. der daran hängende Container abgesetzt werden soll, nicht immer optimal einsehbar und
3. sind für den Fall, daß Container von einem Schiff auf Land oder umgekehrt umgeschlagen werden, strömungsbedingte Bewegungen des Schiffes auszugleichen.

Hinzu kommt, daß sich beim Be- bzw. Entladen von z.B. Schiffen, die Ladungskonfiguration (d.h. die Höhe der einzelnen, möglicherweise von dem Ladegeschirr zu überquerenden Containerstapel) kontinuierlich ändert, was zur Kollisionsvermeidung ebenfalls zu beachten ist.
Zum gegenwärtigen Zeitpunkt wird die Bewegung des Ladegeschirrs entlang des Transportweges in der Regel manuell unter Sicht von einem Kranführer gesteuert. Der Kranführer arbeitet in der Regel mit sogenannten Einweisern zusammen, die ihm z.B. über Funk bei dem Absetzen des leeren oder beladenen Ladegeschirrs am Zielort behilflich sind.
Es versteht sich, daß insbesondere der Kranführer eine äußerst verantwortungsvolle Aufgabe ausübt, die nur mit hochqualiiiziertem Personal auszufüllen ist. Aber auch in diesem Fall besteht immer die Gefahr menschlichen Versagens, bei der insbesondere die in der Nähe des Zielortes befindlichen Einweiser gefährdet werden und darüber hinaus auch die Fracht zu Schaden kommen kann. Unab hängig davon ist auch der zur Zeit erforderliche Personalaufwand beim Umschlag von Containern zu hoch.
Es gibt allerdings schon eine Reihe von Ansätzen, den Ladevorgang zu automatisieren. In diesem Zusammenhang ist aus der DE 40 05 066 eine Containerbrücke bekannt geworden, an der eine horizontal verfahrbare Hubeinrichtung mit nach unten hängendem Geschirr vorgesehen ist. Über einen an der Laufkatze angeordneten Entfernungsmesser wird die jeweilige Position über Grund ermittelt und daraus die Position des Ladegeschirrs über dem Absetzpunkt errechnet. Eine ähnliche Vorrichtung zeigt die US 4,753,357, bei der die Hubeinrichtung Entfernungsmesser zur Ermittlung der XY-Position trägt. In beiden Fällen handelt es sich allerdings um herkömmliche Entfernungsmesser, die jeweils nur die Distanz zu einem Punkt vermessen. Eine hierauf gestützte Automatisierung erfordert einen hohen Rechenvorgang und ist deswegen nur relativ schwierig zu verwirklichen.
In diesem Zusammenhang ist aus der EP 0 342 655 eine weitere Containerkrananlage bekannt geworden, bei der mittels eines an dem Ladegeschirr angeordneten Sensors Steuerbefehle für den Kranantrieb erzeugt werden. Der Sensor ist in der Lage, Oberflächenprofile aufzunehmen und Kanten, die einen Mindesthöhensprung aufweisen, zu erkennen. Vom Ladegeschirr aus können damit Kanten eines zu ergreifenden Containers bzw. Kanten eines Zellprofils erkannt werden, in dem ein Container abgesetzt werden soll. Nachteilig ist hieran jedoch, daß der Sensor außerhalb des Containerumrisses auf dem Ladegeschirr angeordnet sein muß. Ein derartig abstehender Sensor kann jedoch beim Absenken des Ladegeschirrs in einen Schacht stören und muß in diesem Fall relativ aufwendig in eine zurückgezogene Stellung verfahren werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen sich die beim Umschlag von Containern erforderliche Bewegung des Ladegeschirrs in besonders einfacher Weise kontrolliert steuern Läßt und die darüber hinaus auch in besonders einfacher Weise eine Kontrolle und Beherrschung von eventuell auftretenden Pendelschwingungen des Ladegeschirrs erlauben.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich die beim Umschlag von Containern erforderliche Bewegung des Ladegeschirrs zumindest partiell automatisch steuern läßt.
Die Aufgabe wird gelöst mittels einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 9.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet mit mindestens einem an der Hubeinrichtung befestigten Sensor, der in der Lage ist, innerhalb des Hubbereiches des Ladegeschirrs befindliche Oberflächen abzutasten und an darin befindlichen Kanten, die einen Mindesthöhensprung aufweisen, mindestens einen Punkt zu vermessen. Der Mindesthöhensprung wird im Hinblick auf die ausgewählte, abzutastende Kante so vorgegeben, daß der Sensor speziell diese Kante erkennt und auf weitere z. B. danebenliegende Kanten mit geringerem Höhensprung nicht reagiert.
Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Anordnung und Ausbildung des Sensors ist, daß der Sensor an der Hubvorrichtung ohne weiteres so angeordnet werden kann, daß er alle für die Kransteuerung interessanten Bereiche überblickt, ohne dabei im Stapelvorgang zu stören. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß von der Hubeinrichtung aus eventuelle Pendelschwingungen des Ladegeschirrs direkt erkannt und durch einfache entsprechende Fahrmanöver gedämpft bzw. ausgeglichen werden können.
Bei dem Sensor kann es sich um z.B. einen weiter unten beschriebenen Entfernungssensor handeln, der mit über die Entfernung abnehmender Auflösung in einem vorgegebenen Winkelbereich eine Linie oder eine Fläche abtastet. Der Sensor ist so ausgerichtet, daß er auf jeden Fall einen Punkt einer ausgewählten Kante, insbesondere einer Horizontalkante, des Ladegeschirrs oder einen Punkt einer ausgewählten Kante des in dem Ladegeschirr aufgenommenen Containers vermißt. Bei Annäherung an einen Container, der von dem Ladegeschirr ergriffen werden soll oder als Stapelbasis für einen abzuladenden Container dient, wird von dem Sensor weiterhin auch ein Punkt einer ausgewählten Kante dieses Zielcontainers vermessen. Die Vorrichtung ist so ausgelegt, daß sie aus den von dem Sensor ermittelten Meßdaten unter Zugrundelegung der bekannten Abmessungen des Ladegeschirrs oder darin aufgenommenen Containers Steuersignale für den Kranantrieb zur Lenkung des Ladegeschirrs in eine Eingriffsposition mit dem Zielcontainer erzeugt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht insbesondere eine automatische Höhensteuerung des leeren oder beladenen Ladegeschirrs in bezug auf einen Zielcontainer. Es kann davon ausgegangen werden, daß der Zielort für das Ladegeschirr häufig ein Zielcontainer ist. Genauso gut ist es aber auch möglich, daß ein beladenes Ladegeschirr an eine leere Abstellfläche, z.B. auf einem LKW oder Güterwaggon herangeführt wird. Auch derartige Abstellflächen besitzen in der Regel charakteristische Kanten, die mittels des Sensors in mindestens einem Punkt vermessen werden können. Wenn im Rahmen dieser Anmeldung der Begriff Zielcontainer verwendet wird, dann umschließt er stets auch solche (containerfreien) Zielorte, die mindestens eine mit dem Sensor detektierbare und die Position der Abstellfläche eindeutig festlegbare Kante aufweisen.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, beliebig ausgerichtete Kanten mittels des Sensors zu vermessen. Sinnvollerweise wird man zur Vermessung jedoch horizontal bzw. im wesentlichen horizontal ausgerichtete Kanten auswählen. Mit erhöhtem Rechenaufwand bzw. dem Einsatz mehrerer Sensoren lassen sich aber selbstverständlich auch Punkte auf geneigten, nicht horizontalen Kanten vermessen und zueinander in bezug setzen. So ist z.B. davon auszugehen, daß ein LKW in der Regel eine leicht abgeschrägte Abstellfläche mit entsprechend verlaufenden zu vermessenden Kanten aufweist. Auch derartige Zielortkonfigurationen lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfassen und berechnen.
In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen der Erfindung geschützt, mit denen sich eine weitergehende Automatisierung der Ladegeschirrsteuerung erreichen läßt.
Diese Ausgestaltungen können insbesondere in Kranen verwirklicht werden, die insgesamt parallel zu einer der Horizontalkanten des Zielcontainers verfahrbar sind und deren Hubvorrichtung (Laufkatze) quer dazu parallel zu einer weiteren oberen Horizontalkante des Zielcontainers bewegbar ist. Im Fall eines Schiffkrans kann der Kran auf z.B. Rädern oder Schienen parallel zu den Längskanten von in Querreihen auf einem Schiff gestapelten Zielcontainern verfahren werden. Die Hubvorrichtung ist in Richtung der Querreihen mit parallel zu den Zielcontainern ausgerichtetem Ladegeschirr bewegbar. Dieser Krantypus wird nur deswegen so ausführlich beschrieben, weil er gängigerweise für den Umschlag größerer Containermengen eingesetzt wird und aufgrund der vorgegebenen Raummachsen, in denen sich Kran und Hubvorrichtung bewegen, eine sensorgesteuerte Automatisierung besonders einfach macht. Unabhängig davon kann selbstverständlich aber auch jeder andere Kran, z.B. Portal- oder Schwenkkran, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet werden. Bei derartigen Kranen muß lediglich ein größerer Verarbeitungsaufwand bei der Umsetzung der ermittelten Meßdaten in Steuersignale betrieben werden. Prinzipiell ist hier aber auch ohne weiteres eine sensorgesteuerte Automatisierung der Ladegeschirrbewegung möglich.
Bereits oben wurde das Problem angesprochen, daß sich das an der Hubvorrichtung hängende leere oder beladene Ladegeschirr wie ein dynamisches System verhält. Bereits aufgrund der Bewegung der Hubvorrichtung, aber auch infolge von z.B. Wind kann es zu ungewünschten Schwingungen veranlaßt werden. Theoretisch läßt sich das Ausmaß dieser Pendelschwingung bereits durch Vermessung eines Punktes z.B. einer ausgewählten Kante des Ladegeschirrs oder des darin aufgenommenen Containers ermitteln, vorausgesetzt, daß die ausgewählte abzutastende Kante quer zur Schwingungsebene ausgerichtet ist und bleibt. Die zu erwartende Pendelbewegung läßt sich allerdings naturgemäß nicht immer voraussagen. Insbesondere bei Pendelbewegungen, die durch eine Drehung des hängenden Ladegeschirrs überlagert werden, z.B. bei Bewegung eines Containers mit Masseverteilung, kann die Messung eines einzelnen Kantenpunktes nicht mehr ausreichen, um den Grad einer möglichen Auslenkung zu ermitteln.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 sieht daher vor, daß mittels des Sensors zwei auf parallelen Kanten des Ladegeschirrs oder eines darin aufgenommenen Containers befindliche Punkte vermessen werden. Bei kontinuierlicher Messung kann aus den jeweils erhaltenen Meßwerten (die eine punktuelle Aussage über Auslenkung und Winkelposition des Ladegeschirrs erlauben) die Schwingungsbewegung ermittelt werden. In der Vorrichtung werden dann automatisch Signale erzeugt, die den Kranantrieb zur Dämpfung der Schwingung ansteuern.
Denkbar ist, daß die beiden parallelen Kanten mit einem Sensor abgetastet werden. Entsprechende Sensoren mit geeigneten Blickwinkeln stehen zur Verfügung. Allerdings läßt bei zunehmendem Blickwinkel die Auflösung derartiger Sensoren nach, weswegen eine Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 bevorzugt wird, die jeder abzutastenden Kante einen eigenen Sensor höherer Auflösung zuordnet. Werden diese Sensoren, wie in Anspruch 4 vorgeschlagen, in unterschiedlichen Axialpositionen, bezogen auf die abzutastenden Kanten, angeordnet, so werden Meßwerte erhalten, aus denen sich mit relativ geringem Rechnungsaufwand die Winkelposition und Auslenkung des Ladegeschirrs ermitteln lassen.
Insbesondere die letztgenannte Vorrichtung erlaubt auch eine besonders einfache parallele Ausrichtung des leeren oder beladenen Ladegeschirrs zu einem Zielcontainer. Werden weiterhin die Sensoren, wie in Anspruch 5 vorgeschlagen, etwas seitlich ausgestellt angeordnet (so daß sie unter das Ladegeschirr bzw. einen darin aufgenommenen Container schauen können), dann kann das leere oder beladene Ladegeschirr automatisch bis in eine Position verfahren werden, in der es sich über dem Zielcontainer und parallel dazu ausgerichtet befindet. Das leere bzw. beladene Ladegeschirr muß für eine "bündige" Eingriffsposition nur noch in Richtung der Containerlängsachse justiert werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den bislang geschilderten Ausgestaltungen lassen sich z.B. die Längskanten eines Ladegeschirrs zu den Längskanten eines Zielcontainers automatisch ausrichten. Damit werden dem Kranführer bereits mehrere schwierige Steuervorgänge abgenommen. Für eine bündige Absenkung z.B. des Ladegeschirrs auf einem Zielcontainer ist es aber zusätzlich erforderlich, daß auch noch eine Ausrichtung bezüglich der Querkanten vorgenommen wird. Diese Ausrichtung kann z.B. von Hand durch den Kranführer erfolgen. Weiterhin können neben den z.B. die Längskanten abtastenden Sensoren weitere Sensoren vorgesehen sein, die Punkte auf den Querkanten vermessen.
Vorteilhafterweise wird jedoch in einer Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 ein Sensor vorgesehen, der in Richtung der abzutastenden Kante bewegbar an der Hubeinrichtung aufgenommen ist. Ein derartiger Sensor kann entlang der abzutastenden Kante verfahren werden und ihren (bzw. ihre) Endpunkte vermessen. In Kenntnis mindestens eines Endpunktes einer abzutastenden Kante des Zielcontainers läßt sich dessen genaue Position festlegen und der Kran entsprechend verfahren. In dieser Ausgestaltung läßt sich also im einfachsten Fall mit einem einzigen Sensor die Ausrichtung des leeren oder beladenen Ladegeschirrs zu den Längs- und Querkanten des Zielcontainers steuern. In der Regel reicht es aus, diesen Meßvorgang einmal pro umzuschlagende Containerquerreihe durchzuführen. Sollen die Container allerdings z.B. auf ein Schiff geladen oder von diesem abgehoben werden, dann bietet es sich an, in regelmäßigen Abständen die Endpunkte der abzutastenden Kanten des Zielcontainers (bzw. in derselben Querreihe befindlicher Container) zu ermitteln und gegebenenfalls durch Strömung etc. bedingte Verschiebungen des Schiffes durch entsprechendes Verfahren des Kranes auszugleichen. Selbstverständlich ist es weiterhin auch möglich, gleichzeitig die Endpunkte der abzutastenden Kanten des Ladegeschirrs und eines gegebenenfalls darin aufgenommenen Containers sowie der abzutastenden Kante des Zielcontainers zu ermitteln.
Der Sensor kann gemäß Anspruch 7 als 2 D-Entfernungsbildsensor ausgebildet sein. Ein derartiger Sensor erzeugt einen in einer Ebene schwenkenden Meßstrahl unter ständiger Bestimmung des Aussendewinkels und der Strahllaufzeit. Unter Strahllaufzeit versteht man die Zeit, die z.B. ein Lichtimpuls nach Aussendung benötigt, um nach Reflexion an einem zu vermessenden Objekt zu einem Empfänger zurückzukehren. Über die Strahllaufzeit läßt sich die Entfernung eines Objektes zu dem Sensor berechnen. Ein übliches Beispiel für eine derartige Entfernungsmessung ist z.B. die Radarmessung. Mittels der von dem 2 D-Entfernungsbildsensor ermittelten Daten (Winkel, Strahllaufzeit) lassen sich die Raumkoordinaten eines vermessenen Punktes in Bezug auf den Sensor festlegen. Als Meßstrahl kann z.B. ein Laserstrahl oder ein Mikrowellenstrahl dienen.
Verschwenkt man zusätzlich die Abtastebene der oben beschriebenen 2 D-Entfernungsbildsensoren so erhält man einen Flächenscan, der einen z.B. Aufschluß über die Positionen von Punkten auf einer Längs- und einer Querkante des Zielcontainers geben kann. Ein derartiger Sensor (3 D-Entfernungsbildsensor) liefert zu den vermessenen Punkten alle drei Koordinaten.
Wie oben bereits erwähnt, werden die von den Sensoren ermittelten Meßdaten in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu Steuersignalen umgesetzt. Die hierfür erforderlichen Rechenvorgänge gehören zum fachmännischen Grundwissen genauso wie ihre rechnergesteuerte Umsetzung in Steuersignale für einen Kranantrieb. Es soll jedoch noch darauf hingewiesen werden, daß insbesondere bei der Ausgestaltung, bei der der Sensor bewegbar an dem Kran angeordnet ist, auch dessen jeweilige Position in bezug auf den Kran festgehalten und in die Ortsberechnungen einbezogen wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß unabhängig von der Position des Sensors an dem Kran die erforderlichen Steuersignale erzeugt werden können.
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf eine Vorrichtung zur Steuerung von Containerkränen. Es soll vielmehr auch ein entsprechendes Verfahren geschützt werden.
Diesbezüglich wird auf den unabhängigen Anspruch 8 verwiesen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 9 und 10 geschützt.
Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, von der Hubeinrichtung aus mindestens einen Punkt jeweils einer ausgewählten oberen insbesondere Horizontalkante des Ladegeschirrs, eines eventuell darin aufgenommenen Containers sowie bei Annäherung an einen Zielort mindestens einen Punkt einer ausgewählten Kante dieses Zielortes zu vermessen. In Kenntnis der Meßwerte kann die Höhenposition und auch die Seitenposition der Kanten zueinander bestimmt werden und aus den bekannten Abmessungen des Ladegeschirrs und eines gegebenenfalls darin aufgenommenen Containers die noch zu überbrückende Höhen- und Seitendifferenz zu dem Zielort (dessen Konfiguration ebenfalls bekannt ist) in den Kranrechner oder eine sonstige Recheneinheit, die den Kranantrieb steuert, eingegeben werden. Auch an dieser Stelle sei noch einmal darauf hingewiesen, daß ein Zielort sowohl z.B. durch einen zu ergreifenden oder als Stapelbasis dienenden Zielcontainer aber auch durch eine Abstellfläche für Container z.B. auf einem Schiff, Güterwaggon oder LKW repräsentiert werden kann. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist lediglich, daß sich in dem Zielortbereich eine vermeßbare Kante befindet, die in eindeutigem geometrischen Bezug zu der Zielortkonfiguration steht. Für den Fall, daß der Zielort ein Container ist, kann dies z.B. eine der oberen Horizontalkanten des Containers sein.
In Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß weitere Punkte weiterer Kanten des Ladegeschirrs, eines darin aufgenommenen Containers sowie gegebenenfalls des Zielortes vermessen werden. Auf diese Weise kann das Ladegeschirr nicht nur bezüglich seiner Hubhöhe, sondern auch bezüglich weiterer geometrischer Achsen zu dem Zielort ausgerichtet werden.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zu den Vorrichtungsansprüchen verwiesen.
Die bislang besprochenen Hauptanwendungsgebiete des erfindungsgemäßen Verfahrens (und auch der Vorrichtung) betreffen die Annäherung und Ausrichtung des Ladegeschirrs und eines eventuell darin aufgenommenen Containers zu einem Zielort sowie die automatische Dämpfung eventueller Schwingungen des Ladegeschirrs. Im folgenden soll auf eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingegangen werden, die insbesondere den Transportweg des Ladegeschirrs zwischen den Zielorten betrifft. Wie oben bereits ausgeführt, werden Container insbesondere z.B. auf Schiffen in Querreihen nebeneinander placiert und auf diese Container weitere Container aufgestapelt. Die Hubvorrichtung wird dabei über die auf- bzw (abzubauende) Containerreihe bewegt. Im Verlaufe des Umschlages ändert sich die Höhe der einzelnen in der Reihe befindlichen Containerstapel (in Abhängigkeit von dem Ladeplan) kontinuierlich. Es ist darauf zu achten, daß das Ladegeschirr jeweils in gebührendem Sicherheitsabstand auf seinem Transportweg über die oberen in der Reihe befindlichen Container geführt wird. Aufgrund der sich dauernd ändernden Konfiguration der auf- bzw. abzubauenden Containerstapelreihe erfordert eine manuelle Kontrolle des Transportweges ein hohes Maß an Konzentration. Gemäß Anspruch 10 wird daher vorgesehen, daß mindestens eine obere Horizontalkante eines jeden von dem Ladegeschirr überquerten Containers in mindestens einem Punkt vermessen wird. Hierzu kann der gleiche Sensor verwendet werden, der auch zur Vermessung von Punkten auf dem Ladegeschirr, eines eventuell darin aufgenommenen Containers und des Zielcontainers eingesetzt wird. Sinnvollerweise ist der Sensor dabei an der Hubvorrichtung befestigt und im wesentlichen senkrecht nach unten schauend ausgerichtet.
Anhand der Meßwerte kann mit einer Recheneinheit, z.B. im Kranrechner, ein Oberflächenprofil der Ladungskonfiguration ermittelt werden, das bei der Steuerung des Ladegeschirrs über die auf- bzw. abzubauenden Containerstapel berücksichtigt werden kann. Die in den Rechner eingegebenen Daten werden bei jeder Bewegung des Ladegeschirrs aktualisiert, wodurch Änderungen der Ladungskonfiguration während des Umschlages, aber auch bei z.B. dem Entoder Beladen des Schiffes eines durch Tidenhub hervorgerufene Veränderung der Schiffsposition berücksichtigt werden.
lm folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Darstellungen, die Ausführungsbeispiele betreffen, näher erläutert werden.

Fig. 1: zeigt schematisch einen Containerkran, der mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet ist.
Fig. 2: zeigt einen weiteren Kran,
Fig. 3: zeigt anhand einer Schemazeichnung die Annäherung eines transportierten Containers an einen Zielcontainer.

In Fig. 1 ist ein Containerkran 10 beim Umschlag von in einer Querreihe 11 gestapelten Containern 12 dargestellt. Der Containerkran 10 weist eine auf Rädern 13 verfahrbare Brücke 14 auf, an der eine in Längsrichtung der Brücke bewegbare Hubvorrichtung 15 aufgenommen ist. An der Hubvorrichtung 15 ist hängend ein Ladegeschirr 16 angeordnet, mit dem sich die Container 12 ergreifen und halten lassen. Das Ladegeschirr 16 kann von der Hubvorrichtung 15 in eine beliebige Vertikalposition unterhalb der Brücke 14 bewegt werden.
Soweit entspricht der in Fig. 1 dargestellte Containerkran 10 dem Stand der Technik. Erfindungsgemäß sind nun jedoch an der Hubvorrichtung 15 eine Reihe von Sensoren 17a, b, 18a, b angeordnet. Die Sensoren 17a, b sind so angeordnet, daß sie, wie gezeigt, jeweils in Längsrichtung versetzte Punkte 170a, b von Längskanten 160a, b des Ladegeschirrs 16 sowie ebenfalls zueinander versetzte Punkte 170a', b' von horizontalen Längskanten 120a, b eines Containers 120 vermessen. Wie später unter Fig. 3 erläutert, kann aus den jeweiligen ermittelten Punktemeßwerten insbesondere die Höhendifferenz zwischen Ladegeschirr 16 und der Oberfläche des Containers 120 ohne weiteres errechnet werden und weiterhin eine parallele Ausrichtung der Längsachsen des Ladegeschirrs 16 zu der Längsachse des Containers 120 überprüft werden. Wenn, wie im vorgegebenen Fall die Brücke 14 bereits zu der Containerreihe 11 ausgerichtet ist. kann mittels der von den Sensoren 17a, b ermittelten Meßdaten das Ladegeschirr 16 problemlos automatisch in einen Ladeeingriff mit einem der Container 12, z.B. den Container 120 gesteuert werden.
Weiterhin kann jedoch auch die Ausrichtung der Brücke 14 zu der Containerreihe 11 automatisiert werden. Hierzu dienen in der Abbildung die Sensoren 18a, b, von denen der Sensor 18a mit seinem Blickbereich 180a (aus Übersichtlichkeitsgründen wurde der Blickbereich des Sensors 18b nicht eingezeichnet) eine Linie parallel zu der Containerreihe 11 überstreicht. Zur Ausrichtung des Kranes 10 kann dieser z.B. so weit in Längsrichtung der Container 12 verfahren werden, bis der Blickbereich 180a des Sensors 18a die Stirnkanteneckpunkte der Container 12 erfaßt. Anhand dieser Meßwerte kann die Position der Containerreihe 11 zu dem Kran 10 eindeutig festgelegt werden. Es reicht dann, den Kran 10 so weit zu verfahren, bis das Ladegeschirr 16 mittig über der Reihe 11 angeordnet ist.
Diese Ausrichtung des Kranes kann allerdings auch mittels der Sensoren 17a, b erfolgen. Hierzu muß der Kran 10 in eine Richtung so weit verfahren werden, bis z.B. der Sensor 17a das näher gelegene Ende der von ihm abgetasteten oberen Horizontalkante 120a des Containers 120 erreicht. Aus der bekannten Beziehung des Ladegeschirrs 16 zu dem Kran 10 und dem Meßwert läßt sich dann eindeutig die Position der Reihe 11 zu dem Kran 10 ermitteln und entsprechend ausrichten. Eine weitere, oben beschriebene Möglichkeit bestünde darin, den oder die Sensoren 17a, b in Richtung der abgetasteten Kante 120a, b verfahrbar in der Hubvorrichtung 15 anzuordnen. In diesem Fall würde es ausreichen, den Sensor 17a (und nicht den gesamten Kran 10) entsprechend zu verfahren, um den Eckpunkt der abgetasteten Kante des Containers 120 zu ermitteln.
Fig. 2 zeigt einen Containerkran 20, der im Prinzip mit dem in Fig. 1 gezeigten Kran 10 übereinstimmt. Auch hier ist eine auf Rädern 21 verfahrbare Brücke 22 vorgesehen, an der in Längsrichtung der Brücke 22 bewegbar eine Hubvorrichtung 23 aufgenommen ist. Der Hubvorrichtung 23 zugeordnet und mit dieser bewegbar ist ein Führerhaus 50 an der Brücke 22 vorgesehen. Von dem Führerhaus 50 aus kann ein Kranführer die Ladetätigkeiten kontrollieren. An der Hubvorrichtung 23 ist hängend ein vertikal bewegbares Ladegeschirr 24 aufgenommen, das sich gerade im Ladeeingriff mit einem Container 25 befindet. Der Container 25 gehört zu einer ganzen Reihe von weiteren, ebenfalls mit dem Bezugszeichen 25 benannten Containern, die in einer Querreihe 26 in nebeneinander stehenden Stapeln 27, angeordnet sind. Im gezeigten Fall soll der von dem Ladegeschirr 24 ergriffene Container 25 auf einen LKW 28 umgeladen werden.
Zur Steuerung des Ladevorganges sind an der Hubvorrichtung 23 angeordnete Sensoren 29a und 29b vorgesehen, deren Sensorbereiche 290b, 290a jeweils einen Punkt der oberen Horizontallängskanten des Ladegeschirrs 24 vermessen.
Mit Hilfe der Sensoren 29a, 29b wurde zunächst das leere Ladegeschirr 24 auf den Container 25 zielgenau abgesenkt (dargestellter Zustand). Jetzt wird das mit dem Container 25 beladene Ladegeschirr 24 zu dem Lastkraftwagen 28 bewegt, wobei zusätzlich mittels der Sensoren 29a, 29b die Oberflächen der Containerstapel 27 überstrichen und dabei jeweils ein Punkt der die Oberflächen begrenzenden Längskanten der Container 25 vermessen wird. Anhand der Meßwerte wird in dem Kranrechner ein Profil der durch die Containerstapel definierten Oberflächen erstellt, das bei jeder Ladebewegung des Ladegeschirrs 24 bzw. der Hubvorrichtung 23 aktualisiert werden kann. Der Kranrechner kann damit also für jeden Containertransport einen kollisionsfreien Weg zu dem gewünschten Zielort, in diesem Fall dem Lastkraftwagen 28 automatisch vorgeben.
Der Lastkraftwagen seinerseits verfügt über obere Horizontalkanten 30, 31, die von den Sensoren 29a, 29b in mindestens einem Punkt vermessen werden können. Anhand der für den LKW ermittelten Meßwerte kann der von dem Ladegeschirr 24 ergriffene Container 25 zielgenau auf der Ladefläche des LKWs 28 abgesenkt werden.
Fig. 3 zeigt grob schematisch eine typische Umschlagsituation, in der ein Container 40 auf einem Zielcontainer 41 bündig abgestellt werden soll. Alle übrigen Bestandteile des den Container 40 transportierenden Krans etc. wurden aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen. Die Referenzzeichen 42 und 43 bezeichnen Punkte, die mittels eines an dem nicht dargestellten Kran befestigten Sensors 60 auf einer der oberen Längskanten des Containers 40 und des Containers 41 vermessen wurden. Zur Vermessung wird von dem Sensor 60 ein Meßstrahl 600 über einen Winkelbereich 61 in einer Ebene verschwenkt. Es wird jeweils bei einem definierten Ausstrahlwinkel die Strahllaufzeit bestimmt. Aus der Strahllaufzeit läßt sich die Entfernung zwischen dem Sensor und einem den Strahl reflektierenden Punkt aus dem Aussendewinkel des Strahles dessen Winkelposition zu dem Sensor bestimmen. Auf diese Weise können für jeden von dem Sensor vermessenen Punkt Koordinaten errechnet werden, die die Vertikal- und Horizontalposition des Punktes im Verhältnis zu dem Sensor angeben. Im vorliegenden Fall wurden mittels des Meßstrahles 600 in den Winkelpositionen A₁ und A₂ Punkte 42 und 43 auf oberen Horizontallängskanten der Container 40 und 41 vermessen. Aus den entsprechenden Koordinaten kann der vertikale Abstand Δ h und der horizontale Abstand Δ X zwischen den Punkten 42 und 43 ermittelt werden.
Zur zielgenauen Absetzung muß der Container 40 und mit ihm der Meßpunkt 42 so weit bewegt werden, daß der Wert Δ X gegen Null geht und der Wert Δ h gleich der bekannten Höhe des Containers 40 Δ C wird. In Kenntnis der laufend ermittelten und überprüften Position der Meßwerte 42 und 43 lassen sich die entsprechenden Steuersignale für den Kranantrieb ohne Probleme erzeugen.
Aufgrund der vorhergegangenen Beschreibung des Sensors 60 wird auch deutlich, daß ohne weiteres eine Mindesthöhe einer abzutastenden Kante vorgegeben werden kann. Hierzu genügt es, die einzelnen Abstandswerte der von dem Sensor in unterschiedlichen Winkelpositionen ausgesendeten Meßstrahlen 600 miteinander in bezug zu setzen. Tritt z.B. bei kleiner Winkeländerung eine größere Änderung des Abstandes ein, dann liegt ein Kantensprung vor. Die Beziehung zwischen Winkeländerung und ermittelten Abstandswerten läßt sich beliebig einstellen, so daß man den eine Messung auslösenden Kantensprung exakt an die abzutastende ausgewählte Kante anpassen kann. Auf diese Weise kann z.B. sichergestellt werden, daß der Sensor sicher eine äußere Horizontalkante des Containers erkennt und nicht auf z.B. kleinere Kanten von Versteifungsprofilen auf dem Container anspricht. Man könnte dem Sensor z.B. vorgeben, daß er erst auf Kanten anspricht, die einen Sprung in Höhe der Seitenwand des Containers aufweisen. Wie oben gesagt, besteht hier jedoch absolute Wahlfreiheit.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung eines Containerkranes (10, 20), der eine bewegbare Hubvorrichtung (15, 23) für ein an der Hubvorrichtung (15, 23) hängendes Ladegeschirr (16, 24) aufweist, mit dem Container (12, 120, 25, 40, 41) ergriffen und gehalten werden können, mit mindestens einem an dem Kran (10, 20) angeordneten, und nach unten schauenden Sensor (17a, b; 18a, b; 29a, b; 60), der in der Lage ist, an innerhalb seines Abtastbereiches befindlichen Kanten, die einen Mindesthöhensprung aufweisen, mindestens einen Punkt der Kante zu vermessen, wobei die Vorrichtung an Hand der Position der vermessenen Punkte Steuersignale für den Kranantrieb zur Lenkung des Ladegeschirrs (16, 24) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (17a, b; 18a, b; 29a, b; 60) oberhalb des Ladegeschirres (16, 23) an der Hubeinrichtung (15, 23) angeordnet ist, und sein Abtastbereich so ausgerichtet ist, daß Punkte (170a, b; 170a', b'; 42, 43) mindestens einer Kante (160a, b) des Ladegeschirres (16) und/oder mindestens einer oberen Kante eines im Ladegeschirr (24) aufgenommenen Containers (25) und bei Annäherung an einen zu ergreifenden oder als Stapelbasis dienenden Zielcontainer (120) mindestens einer oberen Kante (120a, b) des Zielcontainers (120) vermessen werden, wobei die Vorrichtung aus den Positionen der ermittelten Kantenpunkte (170a, b; 170a', b'; 42, 43) und aus den bekannten Abmessungen des Ladegeschirres (16, 24) bzw. der Container (12, 120, 25, 40, 41) Steuersignale für den Kranantrieb zur Lenkung des Ladegeschirres (16, 24) in eine Eingriffsposition mit dem Zielcontainer (120) umsetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mindestens zwei ausgewählte parallele Kanten des Ladegeschirrs, bzw. des darin aufgenommenen Containers überstreicht.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Sensoren (17a, b; 29a, b) vorgesehen sind, die jeweils gegenüberliegende parallele Kanten (160a, b) des Ladegeschirrs (16) oder eines in dem Ladegeschirr aufgenommenen Containers abtasten.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sensoren (17a, b) in Richtung der abzutastenden Kanten (160a, b) zueinander versetzt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (29a, b) außerhalb der lotrechten Projektion eines in dem Ladegeschirr (24) aufgenommenen Containers (25) an dem Kran angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor in Richtung der abgetasteten ausgewählten Kante bewegbar aufgenommen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (17a, b; 18a, b; 29a, b; 60) übliche 2 D-Entfernungsmesser sind, die einen in einer Ebene schwenkenden Strahl (600) erzeugen unter ständiger gleichzeitiger Bestimmung des Strahlwinkels und der Strahllaufzeit.
Verfahren zur Steuerung eines Containerkranes (10, 20), bei dem ein an einer bewegbaren Hubvorrichtung (15, 23) hängendes Ladegeschirr (16,24) für Container (12, 120, 25, 40, 41) im leeren oder beladenen Zustand zwischen zwei wechselnden Zielorten hin- und herbewegt wird, wobei die Zielorte im wesentlichen durch einen zu ergreifenden oder als Stapelbasis dienenden Zielcontainer (120) bzw. eine Abstellfläche mit charakteristischer Konfiguration repräsentiert werden, und bei dem mit mindestens einem an dem Kran (10, 20) angeordneten und nach unten schauenden Sensor (17a, b; 18a, b; 29a, b; 60) innerhalb seines Abtastbereiches befindliche Kanten, die einen Mindesthöhensprung aufweisen, in mindestens einem Punkt vermessen werden, und an Hand der Position der vermessenen Punkte Steuersignale für den Kranantrieb zur Lenkung des Ladegeschirrs (16, 24) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (17a, b; 18a, b; 29a, b; 60) an der Hubeinrichtung (15, 23) angeordnet ist und mindestens jeweils ein Punkt (170a, b; 170a', b'; 42) einer ausgewählten oberen Kante (160a, b) des Ladegeschirrs (16) und/oder eines darin aufgenommenen Containers (40) und bei Annäherung an den Zielort (120, 28, 41) ein Punkt (170a', b'; 43) einer ausgewählten im Zielort (120, 28) befindlichen Kante (120a, b; 30, 31) vermessen werden, aus den Meßergebnissen und den bekannten Abmessungen des Ladegeschirrs (16, 24) und eines eventuell darin aufgenommenen Containers (40) sowie der bekannten Zielortkonfiguration die Höhendifferenz und die Seitendifferenz zwischen Ladegeschirr (16, 24) und dem Zielort (120, 28, 41) ermittelt und in Steuersignale für den Kranantrieb umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor gegenüber oder zusammen mit dem Kran in Richtung der ausgewählten Horizontalkante des Zielortes verfahren und dabei mindestens einer der beiden Eckpunkte der ausgewählten Kante vermessen wird und der Kran dann entsprechend des ermittelten Meßwertes parallel zu der abgetasteten Kante so verfahren wird, daß sein Ladegeschirr ohne weitere Verschiebung in Richtung der abgetasteten Kante in den Zielort bewegbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Sensors jeweils mindestens ein Punkt jeweils einer Horizontalkante aller auf dem Weg zwischen dem Ausgangs- und dem Zielort befindlichen Oberflächen vermessen und aus den Meßwerten ein Profil der von dem Ladegeschirr überquerten Oberfläche errechnet und ergänzt wird.