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Die Erfindung betrifft einen Containerkran, mit einer längs eines Auslegers verfahrbaren Katze mit einem Hubwerk und einem daran hängenden Lastaufnahmemittel umfassend einen Spreader mit Headblock, über welches Lastaufnahmemittel ein Container zum Bewegen von oder zu einem Transportmittel aufnehmbar ist.
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Ein Containerkran dient beispielsweise zum Be- und Entladen von Containerschiffen. Hierbei werden entweder die am Schiff befindlichen Container auf ein kranexternes Transportmittel verbracht oder im Beladebetrieb von zum Kran gefahrenen Transportmitteln auf das Schiff geladen. Es sind unterschiedliche Kranausführungen bekannt, nämlich solche mit nur einer Katze, die einen Container unmittelbar vom Schiff zum Transportmittel und umgekehrt verbringt, und zwei Katz-Krananlagen, bei denen eine erste Katze (Hauptkatze) die Container vom Schiff auf eine kranseitige Abstellfläche (Laschplattform) und umgekehrt verbringt, und eine zweite Katze (Portalkatze) die Container von der Abstellfläche zum Transportmittel und umgekehrt transportiert. Bei modernen Krananlagen wird die eine oder werden beide Katzen im automatischen oder zumindest halbautomatischen Betrieb gesteuert. Dabei steht im Ladebetrieb insbesondere die Positionierung einer Katze beziehungsweise ihres Lastaufnahmemittels (also des Spreaders mit Headblock) mit oder ohne Container bezüglich eines aufzunehmenden Containers oder eines Transportmittels im Vordergrund. Es muss für einen zügigen Ladebetrieb sichergestellt sein, dass das Lastaufnahmemittel zum Aufnehmen eines Containers z. B. von einem Transportmittel möglichst exakt und möglichst zügig bezüglich des Containers positioniert wird, so dass es auf diesen aufgesetzt werden kann und mit den Greifern, den sogenannten Flippern den Container greifen kann. Gleichermaßen zügig und exakt muss die Positionierung im Entladebetrieb erfolgen, wenn also ein am Lastaufnahmemittel hängender Container bezüglich des Transportmittels positioniert und auf dieses abgestellt wird. Die Ausrichtung des Lastaufnahmemittels ohne oder mit Container bezüglich des Transportmittels erfolgt häufig durch den Kranführer selbst, der insbesondere bei einem Zweikatz-Kran im Führerhaus der Portalkatze, mit dieser verfahrend, im Wesentlichen vertikal oberhalb des Lastaufnahmemittels sitzt und dieses optisch hinsichtlich seiner Positionierung bezüglich des Transportmittels überwacht. Etwaige Positionierungsunterschiede sind manuell auszugleichen, was der Kranführer ebenfalls vornimmt. Dieses Vorgehen ist zum einen ungenau, es hängt insbesondere von der Fähigkeit des Kranführers ab, eine Positionierungsdifferenz beziehungsweise einen Versatz zu erkennen und diesen durch richtiges Steuern des Hubwerks oder des Fahrwerks etc. auszugleichen, zum anderen ist es relativ zeitaufwendig, was sich nachteilig auf den Containerumschlag auswirkt.
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Aus der Druckschrift
WO 94/05586 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Containerkranes bekannt, bei der beziehungsweise bei dem mittels mindestens eines Sensors die Position von Punkten auf einer Kante eines Ladegeschirrs oder eines darin aufgenommenen Containers sowie eines Punktes einer in einem Zielort befindlichen Kante vermessen und in Signale zur Ansteuerung des Kranantriebes umgesetzt werden. Daraufhin werden aus den bekannten Abmessungen des Ladegeschirrs beziehungsweise der Container Steuersignale für den Kranbetrieb zur Lenkung des Ladegeschirrs oder eines daran befestigten Containers erzeugt.
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Aus der Druckschrift
DE 100 23 756 A1 ist ein Verfahren zum Korrigieren der Position eines Lastträgers bekannt. Dabei erfolgt die Korrektur über Seile einer Seilverlauf-Beeinflussungseinheit, an denen der Lastträger aufgenommen ist.
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Aus der Druckschrift
WO 00/23347 ist ein Verfahren zum Aufstapeln von Containern bekannt, bei dem ein Container auf einem anderen Container eines Stapels abgestellt werden soll. Dabei geht es insbesondere darum zu bestimmen, ob ein hinreichender Überlapp zwischen der Position eines unteren Containers und eines oberen Containers, auf dem der neu hinzukommende Container abzustellen ist, gegeben ist. Daneben werden die Positionen benachbarter Containerstapel berücksichtigt.
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In der Druckschrift
DE 198 41 570 C2 wird ein Kaikran zum Be- und Entladen von Containern beschrieben, bei dem mittels Sensoren die Oberflächen von bereits in einem Schiff gestapelten Containern vermessen werden, woraus Ausgangsdaten für die Steuerung einer Last berechnet werden. Wesentlich ist dabei die Optimierung des Fahrwegs zum Abladen eines weiteren Containers in dem Schiff.
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Aus der Druckschrift
DE 44 23 797 A1 ist eine Vorrichtung zum zielgenauen Positionieren und Stapeln von Behältern bekannt, bestehend aus einem Kran mit einem pendelarmen Seilschacht zwischen einer Laufkatze und einem Lastaufnahmemittelkopf, einem Lastaufnahmemittel, mindestens einer Sensorik zur Lageerkennung eines Behälters, einer Feinpositionierung am Lastaufnahmemittel und einer Recheneinheit, die den automatischen Betrieb der Vorrichtung überwacht. Als Sensorik wird eine Bilderkennungseinrichtung, vorzugsweise eine Videokamera vorgeschlagen.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Containerkran anzugeben, der automatisch eine genaue Positionierung von Containern erlaubt.
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Zur Lösung dieses Problems wird ein Containerkran mit den in Patentanspruch 1 genannten Merkmalen vorgeschlagen.
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Der erfindungsgemäße Containerkran lässt ein vollautomatisches Ausrichten des Headblocks beziehungsweise Spreaders ohne oder mit Container bezüglich des Transportmittels zu. Dies wird zum einen dadurch realisiert, dass an der Katze mehrere optische Erfassungsmittel feststehend und mit der Katze verfahrend vorgesehen sind. Diese dienen dazu, den unterhalb der Katze hängenden Headblock/Spreader sowie nach Positionierung der Katze oberhalb des Transportmittels auch die Kanten des Transportmittels zu erfassen. Anhand der erfassten Kanten werden nun vom Headblock/Spreader sowie vom Transportmittel die jeweiligen Längs- und Quermittellinien sowie deren räumliche Lage zueinander erfasst und anhand dieser räumlichen Lage ein möglicher Versatz der Quermittellinie des Headblocks/Spreaders zu der des Transportmittels und entsprechend für die Längsmittellinien. Auch ein entsprechender Verdrehwinkel der Mittellinien zueinander wird hierüber erfasst. Sind ein etwaiger Versatz oder Verdrehwinkel nun bekannt, ist klar, wie der Headblock/Spreader bezüglich des auf dem Transportmittel stehenden Containers beziehungsweise der am Spreader hängende Container bezüglich des Transportmittels steht. Dabei wird davon ausgegangen, dass zum einen ein auf dem Transportmittel stehender Container stets exakt kantenparallel ausgerichtet positioniert ist, entsprechendes gilt für einen am Spreader hängenden Container, so dass davon ausgegangen werden kann, dass die über die jeweiligen Mittellinien definierte Mitte des Headblocks/Spreaders der des Containers und entsprechend die Mitte des Transportmittels der des auf ihm stehenden Containers entspricht.
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Ist nun ein entsprechender Versatz oder Verdrehwinkel bekannt, wird ein solcher durch eine Lageverschiebung des Spreaders bezüglich des Headblocks über geeignete von einer Steuerungseinrichtung angesteuerte Stellglieder, vornehmlich Stellzylinder ausgeglichen. Das heißt der Spreader wird etwas bezüglich des Headblocks längs und/oder quer verschoben beziehungsweise verdreht, um den über den Mittellinienvergleich erfassten Versatz oder Verdrehwinkel zu kompensieren. Die Kantenerfassung und Ermittelung eines Versatz oder Verdrehwinkels geschieht unmittelbar dann, wenn die Katze oberhalb des Transportmittels positioniert wurde. Das heißt es erfolgt raschest möglich die Verifizierung der Positionierung des Lastaufnahmemittels beziehungsweise der Last bezüglich des Transportmittels sowie eine entsprechende Kompensation einer Fehlpositionierung. Es kann also auf schnellstmögliche Weise eine Positionsungenauigkeit erfasst und ausgeglichen werden, wobei dies insoweit vollautomatisch geschieht, als zum einen die Kantenerfassung und Ermittlung des Versatzes/Verdrehwinkels automatisch vonstatten geht, wie auch eine entsprechende Lageverschiebung des Spreaders bezüglich des Headblocks, die über eine geeignete Steuerungseinrichtung, die die entsprechenden Versatz- oder Verdrehwinkeldaten von der Verarbeitungseinrichtung erhält, gesteuert wird.
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Zweckmäßigerweise wird ein Versatz der Längs- und Quermittellinien aus einem Versatz des Mittellinienschnittpunkts der Längs- und Quermittellinie des Headblocks oder des Spreaders zum Mittellinienschnittpunkt der Längs- und Quermittellinie des Transportmittels bestimmt. Ergibt sich lediglich ein Versatz in x- oder y-Richtung, so wären die Längs- oder Quermittellinien des Headblocks/Spreaders bezüglich der des Transportmittels parallel verschoben und bezüglich einander beabstandet. In diesem Fall könnte eine Versatzermittlung unmittelbar anhand der Verläufe der Quermittellinien beziehungsweise Längsmittellinien zueinander erfolgen. Nachdem aber zumeist auch eine leichte Verdrehung vorliegt ist es zweckmäßig, lediglich die Mittellinienschnittpunkte der einzelnen Systeme miteinander zu vergleichen und einen etwaigen Versatz zu ermitteln. Ein Verdrehwinkel wird wiederum durch die relative Lage der Längs- oder Quermittellinien zueinander erfasst.
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Als optische Erfassungsmittel können entweder Kamera oder Laserscanner vorgesehen sein. Die Kameras nehmen Bilder des unterhalb befindlichen Bereichs, also des Headblocks/Spreaders sowie des Transportmittels auf, die anschließend ausgewertet werden. Zu diesem Zweck ist den Kameras als Verarbeitungseinrichtung eine Bildverarbeitungseinrichtung mit Mitteln zur Kantendetektion nachgeschaltet. Die Bildverarbeitungseinrichtung umfasst also geeignete Softwaremittel, die eine im Bild gezeigte Kante eines Spreaders/Headblocks sowie des Transportmittels detektieren und in ihrer räumlichen Lage bestimmen und darauf basierend die entsprechenden Arbeitsdaten und den Versatz/Verdrehwinkel ermitteln können. Alternativ dazu können die Erfassungsmittel als Laserscanner ausgebildet sein. Diese Laserscanner emittieren einen bezüglich des Headblocks/Spreaders sowie des Transportmittels gerichteten, sich bewegenden und damit abtastenden Laserstrahls, wobei der Laserscanner das Reflektionslicht auswertet und in entsprechende Signale umsetzt. Den Laserscannern ist eine Signalverarbeitungseinrichtung mit Mitteln zur Verarbeitung der von den Laserscannern gegebenen Signale zur Kanten- und/oder Linienbestimmung sowie zur Versatzermittlung zugeordnet. Hier werden also Reflektionssignale zur Kanten- oder Linienbestimmung verarbeitet.
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Zur exakten Ermittlung des Kantenverlaufs sowie der räumlichen Lage ist es zweckmäßig, wenn die Kameras oder Laserscanner an der Katze derart angebracht sind, dass der Headblock oder der Spreader und das Transportmittel in verschiedenen Bereichen aufgenommen beziehungsweise abgetastet werden. Das heißt man erhält Bild- oder Signalinformationen aus verschiedenen Headblock-/Spreader- und Transportmittelabschnitten, die jeweils Kanteninformationen enthalten, so dass eine exakte Bestimmung der relevanten kantenbezogenen Parameter erfolgen kann. Dabei sind zweckmäßigerweise vier Kameras oder Laserscanner vorgesehen, die an der Katze verteilt angeordnet sind. Selbstverständlich können auch mehr als vier Kameras/Laserscanner vorgesehen sein, jedoch lässt sich unter Verwendung von vier Erfassungsmitteln eine hinreichend großräumige Abtastung vornehmen, die eine hinreichend exakte Kantendetektion und damit Versatz- oder Verdrehwinkelberechnung ermöglicht.
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Die Kameras oder die Laserscanner sind zweckmäßigerweise unter einem Winkel zur Senkrechten angeordnet, das heißt die Kameras/Laserscanner blicken nicht senkrecht von oben nach unten, sondern sind etwas bezüglich der Vertikalen geneigt, sie nehmen also den Headblock/Spreader sowie das Transportmittel etwas von der Seite her auf. Dieser Winkel, auch Nick- und Rollwinkel genannt, beträgt nur wenige Grad, er liegt vornehmlich bei ca. 8° zur Senkrechten.
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Die mehreren Kameras oder Laserscanner können in zwei verschiedenen Ebenen an der Katze angeordnet sein, ein Teil ist also höher und ein anderer etwas niedriger positioniert. Dabei können die Kameras oder Laserscanner lediglich an einer Seite der Katze angeordnet sein. Kommen beispielsweise vier Kameras/Laserscanner zum Einsatz, so sind diese vier Erfassungsmittel in einer Linie liegend angeordnet, gegebenenfalls in unterschiedlichen Ebenen. Auch eine beidseitige Anordnung mit jeweils zwei Kameras/Laserscannern an einer Seite, die dann vornehmlich alle in der gleichen Ebene liegen, ist denkbar.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Verarbeitungseinrichtung zum Bestimmen einer Neigung des Transportmittels bezüglich der Horizontalebene ausgebildet ist. Dies ist beispielsweise dann denkbar, wenn beispielsweise ein Reifen des Transportmittels platt ist oder zu wenig Luft hat und sich die Aufstellebene des Transportmittels und mit ihr gegebenenfalls der darauf befindliche Container etwas verkippt. Dies führt dazu, dass abhängig von der Größe des Neigungswinkels sich die Lage der Kante und damit auch der Verlauf der Mittellinien ändert. Ein etwaiger hierüber resultierender Fehler kann folglich erkannt und ausgeglichen werden. Eine Neigung des Transportmittels ist natürlich auch dadurch möglich, dass der Untergrund nicht eben ist etc. Ist eine etwaige Schräglage bekannt, kann also vorteilhaft die Lastmitte, also die Mitte des Lastaufnahmemittels und damit auch des möglicherweise daran befindlichen Containers in Längs- und Querrichtung bezüglich der Transportmittelmitte wie auch ein etwaiger Winkel zwischen den Längs- und/oder Querlinien um die Schräglage korrigiert werden.
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Die Bestimmung einer möglichen Neigung des Transportmittels kann erfindungsgemäß dadurch erfolgen, dass die Verarbeitungseinrichtung zum Erkennen ebener Flächen am Transportmittel und deren räumlicher Stellung sowie zur Ermittlung der Neigung des Transportmittels anhand der Stellung der Fläche ausgebildet ist. Im Rahmen der Bildaufnahme sowie der Laserscannerabtastung werden zwangsläufig auch die ebenen Transportmittelflächen, sei es die Aufstellfläche selbst oder eine vertikale Transportmittelseitenwand und dergleichen erfasst. Die jeweilige Verarbeitungseinrichtung ist nun imstande, aus den ihr gegebenen Informationen (also Bilddaten oder Scannersignale) auch die räumliche Flächenstellung oder -lage zu ermitteln und zu erkennen, ob nun beispielsweise eine vertikale Transportmittelseitenwand etwas geneigt ist und wenn ja in welche Richtung und um wie viel Grad bezüglich der Vertikalen, woraus dann eine entsprechende Gesamtneigung in eine bestimmte Richtung des Transportmittels gegeben ist.
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Ein Laserscanner definiert zweckmäßigerweise mit seinem Laserstrahl einen Strahlkegel mit einem Öffnungswinkel zwischen 2° bis 8°, insbesondere von 4°. Nachdem die Laserscanner relativ hoch angebracht sind (die Katze verfährt in einer Höhe von > 20 m) ergibt sich ein hinreichend großer Abtastbereich sowohl am Headblock/Spreader, wenn dieser quasi durch den Strahlkegel hindurch abgesenkt wird, wie auch bodenseitig am Transportmittel. Hierdurch ist sichergestellt, dass stets Quer- und Längskanten des Headblocks/Spreaders sowie des Transportmittels erfasst werden. Selbstverständlich sind auch die Kameras entsprechend ausgelegt, dass hinreichend große Flächen aufgenommen werden.
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Weiterhin zweckmäßig ist es, wenn wenigstens ein Neigungssensor zur Erfassung einer Neigung des Auslegers vorgesehen ist, dessen Erfassungsergebnis im Rahmen der Ermittlung eines möglichen Versatzes oder Verdrehwinkels berücksichtigt wird. Der Ausleger, längs welchem die Katze verfährt, kann sich im Laufe der Zeit etwas neigen, das heißt die Katze verfährt nicht mehr exakt in der Horizontalebene, diese ist etwas verkippt. Hierdurch resultiert eine Verkippung der Erfassungsmittel und damit auch eine Aufnahme der Quer- und Längskanten unter einem bezüglich der ursprünglichen Eichung etwas neigungsbedingt geänderten Winkels. Dies würde letztlich zu Berechnungsunterschieden hinsichtlich der Lage der Quer- und Längsmittellinien und mithin auch eines etwaigen Versatzes oder Verdrehwinkels führen. Dies kann dadurch kompensiert werden, dass über den Neigungssensor eine etwaige Auslegerneigung und damit auch eine etwaige Neigung der Erfassungsmittel erfasst wird.
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Die Verarbeitungseinrichtung kommuniziert zweckmäßigerweise mit einer Steuerungseinrichtung, von der Informationen über den Beladungszustand des Spreaders und einen etwaigen aufgenommenen Container gegeben werden, die im Rahmen der Ermittlung eines etwaigen Versatzes und Verdrehwinkels berücksichtigt werden. Hieraus ergibt sich, welche Größe der aufgenommene oder aufzunehmende Container hat und mithin wieweit der Spreader auseinander zu fahren ist oder auseinandergefahren ist, um den Container zu greifen. Es sind in der Regel lediglich drei Standardcontainerarten verwendet, wobei der Containertyp der Verarbeitungseinrichtung mitgeteilt wird. Bekannt sind 20'-, 40'- und 45'-Container. Diese Daten dienen unter anderem auch dazu, über die Erfassungsmittel sowie die nachgeschaltete Verarbeitungseinrichtung die Containerseiten zu vermessen, um quasi die Containerunterseite – sofern der Container bereits am Lastaufnahmemittel hängt – beziehungsweise die Containeroberseite – wenn der Container auf dem Transportmittel steht – zu erfassen und so den Abstand zwischen dem Headblock/Spreader und dem Transportmittel zu verifizieren.
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Weiterhin ist zweckmäßigerweise eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, über die der Hubbetrieb der Katze gesteuert wird, und die mit der Verarbeitungseinrichtung kommuniziert, welcher Informationen über die Hubhöhe des Headblocks oder des Spreaders gegeben werden, die im Rahmen der Ermittlung des etwaigen Versatzes oder Verdrehwinkels berücksichtigt werden. Aus der Ist-Hubhöhe kann nun seitens der Verarbeitungseinrichtung erfasst werden, in welcher Höhenlage überhaupt Informationen bezüglich der Headblock- oder Spreaderkanten erwartet werden können, so dass hierüber, wie erfindungsgemäß ferner vorgesehen ist, eine Filterung der gelieferten Bilddaten oder Bildsignale zur Unterdrückung etwaiger Bilddaten- oder Signalartefakte in Abhängigkeit der Hubhöhe des Headblocks oder des Spreaders erfolgen kann. Befindet sich nämlich beispielsweise ein Bilddaten- oder Signalartefakt, der eine Kante angibt, in einem Bereich oberhalb der Ist-Hubhöhe des Headblocks, dann handelt es sich hier um eine Kante, die auf jeden Fall nicht berücksichtigt werden braucht, oder aber schlichtweg um einen Fehler, der nicht weiter verarbeitet werden muss. Es kann also hier auf einfache Weise eine Daten- oder Signalfilterung realisiert werden, die Fehlinterpretationen ausschließt.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, eine den Fahrbetrieb der Katze steuernde Steuerungseinrichtung vorzusehen, über die die Katze zunächst in eine definierte Position oberhalb des Transportmittels gesteuert wird, wonach die Versatz- und Verdrehwinkelerfassung erfolgt. Über diese Steuerungseinrichtung wird also die Katze zunächst entsprechend bezüglich des Transportmittels positioniert, wobei natürlich mehrere hintereinander angeordnete Positionsmittel in mehreren Spuren vorgesehen sein können. Über die Steuerungseinrichtung gesteuert wird die Katze zu dem ausgewählten Transportmittel fahren, wonach die eigentliche Positionsüberprüfung und der mögliche Ausgleich erfolgt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Containerkrans in Form einer Zweikatz-Containerbrücke,
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2 eine Stirnseitenansicht der Portalkatze in Form einer Prinzipskizze zur Darstellung der Anordnung der Erfassungsmittel,
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3 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Abtastung mit Blick auf die Stirnseite des Transportmittels/Containers/Lastaufnahmemittels,
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4 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Abtastung mit Blick auf die Längsseite des Transportmittels/Containers/Lastaufnahmemittels,
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5 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Abtast- oder Aufnahmebereiche der Erfassungsmittel am Headblock beziehungsweise am Transportmittel,
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6 eine Perspektivdarstellung in Form einer Prinzipskizze zur Darstellung der Abtastbereiche,
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7 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Kommunikationsverbindung zwischen den Erfassungsmitteln, der Verarbeitungseinrichtung und der zentralen Steuerungseinrichtung,
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8 eine Prinzipskizze zur Darstellung der ermittelten Versätze sowie eines Verdrehwinkels, und
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9 eine Prinzipskizze zur Darstellung einer Flächenabtastung am Transportmittel.
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1 zeigt in Form einer Prinzipskizze einen erfindungsgemäßen Containerkran 1, der längs einer Kaimauer 2 entlang eines Schiffs 3 motorisch über ein Fahrwerk verfahrbar ist. Am Krangestell 4 ist ein Ausleger 5 vorgesehen, der das Schiff 3 in seiner Breite vollständig übergreift. Am Ausleger 5 ist eine Katze 6 (Hauptkatze), an der über Hubseile 7 ein Container-Spreader 8 angeordnet ist, verfahrbar (Doppelpfeil A). Der Spreader 8, der im gezeigten Beispiel einen gestrichelt gezeichneten Container 9 gegriffen hat, ist über die Hubseile und ein katzseitiges Hubwerk vertikal bewegbar, wie durch den Doppelpfeil B dargestellt ist.
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Gezeigt ist ferner eine Abstellfläche 10 auf der der Container 9 abgestellt werden kann, wenn er vom Schiff 3 entladen wird. Diese Abstellfläche 10, die auch Laschplattform genannt wird, kann mehrere Container 9 aufnehmen, im gezeigten Beispiel ist bereits ein anderer Container 9 auf der Laschplattform abgestellt, der z. B. von der Katze 6 bereits vorher dorthin gebracht wurde.
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Ferner ist ein zweiter Ausleger 11 vorgesehen, an dem eine zweite Katze 12 (Portalkatze), an der ebenfalls über Hubseile 13 ein Container-Spreader 14 angeordnet ist, verfahrbar ist. Diese Katze 12 beziehungsweise der Spreader 14 haben ebenfalls Zugriff auf die Abstellfläche, so dass ein dort befindlicher Container 9 gegriffen und auf ein seitlich des Krangestells positioniertes Transportmittel 15 abgestellt werden kann. Auf dem linken Transportmittel 15, bei dem es sich beispielsweise um einen Bahncontainerwagen oder ein fahrerloses Transportmittel handeln kann, ist bereits ein gestrichelt gezeichneter Container 9 abgestellt.
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Der Be- und Entladebetrieb erfolgt hier zweistufig. Zum Beladen wird ein Container 9 vom Schiff über die Katze 6 geholt und auf die Abstellfläche 10 abgestellt, der selbe Container wird anschließend von der Katze 12 von der Abstellfläche geholt und auf ein Transportmittel 15 abgestellt. In umgekehrter Weise erfolgt der Beladebetrieb.
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Der gesamte Be- und Entladebetrieb des Krans, also auch der Fahrbetrieb der Katzen und der Hubbetrieb der Spreader wird über eine speicherprogrammierbare Steuerungseinrichtung 16, die kranseitig vorgesehen ist, gesteuert. Hierzu erfolgt eine bidirektionale Datenkommunikation zwischen den Fahrwerken und Hubwerken und sonstigen relevanten Betriebselementen und der Steuerungseinrichtung 16, wie durch den Doppelpfeil C dargestellt ist. Zum Be- und Entladen sind bestimmte containerspezifische Fahraufträge erforderlich, die bestimmte Fahrauftragdaten umfassen, die zum einen den jeweiligen Container identifizieren und zum anderen angeben, was mit ihm erfolgen soll. Diese Fahrauftragsdaten werden in der Steuerungseinrichtung 16 abgearbeitet, die in Abhängigkeit dieser Daten den Kranbetrieb beziehungsweise den Katzfahr- und Hubbetrieb entsprechend steuert.
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Die Fahrauftragsdaten werden der Steuerungseinrichtung 16 über eine kranexterne Leitrechnereinrichtung 17 gegeben. Diese kommuniziert, wie durch den Doppelpfeil D angegeben ist, ebenfalls bidirektional mit der Steuerungseinrichtung 16. Die Fahrauftragsdaten umfassen Informationen, die beispielsweise den von der Katze 6 zu holenden Container sowie seine Position am Schiff identifizieren oder die Zielposition angeben, wohin der Container über die Katze 12 bezüglich der mehreren zur Verfügung stehenden Abstellpositionen auf verschiedenen Transportmitteln zu bringen ist oder von wo er dort zu holen ist. Im gezeigten Beispiel sind exemplarisch drei Transportmittel 15 vorgesehen.
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Ein zentrales Problem ist die genaue Positionierung der Katze 12 und ihres Lastaufnahmemittels umfassend den Spreader 14 sowie einen hier nicht dargestellten Headblock bezüglich eines Transportmittels 15. Um dies zu ermöglichen, sind an der Katze 12 mehrere Erfassungsmittel 18 in Form von Kameras oder Laserscannern vorgesehen, wobei in 1 nur ein Erfassungsmittel 18 dargestellt ist. Über dieses Erfassungsmittel 18 wird zum einen der unterhalb der Katze hängende Spreader beziehungsweise der Headblock sowie nach Positionierung der Katze 12 über dem ausgewählten Transportmittel 15 auch das Transportmittel 15 erfasst und hierüber, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, die räumliche Lage der Quer- und Längskanten des Headblocks sowie des Transportmittels bestimmt und anschließend ausgewertet, um etwaige Versätze oder Verdrehwinkel zu erfassen.
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2 zeigt unter Auslassung nicht benötigter Details die am Ausleger 11, an dem – siehe 1 – zusätzlich ein Neigungssensor 19 zur Erfassung einer etwaigen Neigung aus der Horizontalebene angeordnet ist – angeordnete Katze 12. Ersichtlich sind vier Erfassungsmittel 18 vorgesehen, von denen jeweils zwei in gleicher Höhe angeordnet sind. Die Erfassungsmittel 18 sind quer zur Fahrtrichtung der Katze 12 in einer Linie angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedes Erfassungsmittel 18 als Laserscanner mit einem rotierenden Messlaser ausgeführt. Der Messlaserstrahl wird durch ein rotierendes Prisma in einem Winkel von 4° aus der Senkrechten abgelenkt. Dadurch entsteht ein kegelförmiger Abtaststrahl, worauf nachfolgend noch eingegangen wird. Dies bedeutet, dass ein Kreis gescannt wird, dessen Radius mit dem Abstand zum Laserscanner wächst. Die Erfassungsmittel 18 sind dabei in einer Höhe von ≥ 20, vornehmlich von ca. 24 m über dem Boden angebracht.
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Bei einem Kegelwinkel von 4° und einer Entfernung von ca. 20 m vom Prisma ergibt sich ein Kegelkreisdurchmesser von ca. 2,8 m, wobei hier der Nick- und der Gier- oder Rollwinkel nicht eingerechnet sind. Das Prisma dreht sich vorzugsweise in Winkelschritten von 0,25°. Ein Umlauf setzt sich somit aus 1440 Positionen zusammen. Man erhält also für jeden Umlauf rund 1440 Messwerte. Der Laserscanner misst neben dem Winkel auch die Entfernung des Punktes, von wo er reflektiert wird.
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Die genaue Anordnung und Ausrichtung eines Erfassungsmittels 18 in Form eines Laserscanners ergibt sich aus den 3 und 4. 3 zeigt eine Seitenansicht in Form einer Prinzipskizze zur Darstellung der Ausrichtung eines Laserscanners, 4 zeigt eine Stirnansicht bezüglich des Krans aus 1.
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Gezeigt ist zum einen ein Transportmittel 15 sowie ein auf ihm stehender Container 9 und der Headblock 20, der an der nicht näher gezeigten Katze hängt. Auch das Erfassungsmittel, im Folgenden der Laserscanner 18, hängt feststehend an der Katze. Gezeigt ist zum einen der Laserkegel 21 mit einem Kegelöffnungswinkel γ von wie beschrieben ca. 4°. Der Laserscanner ist nun zum einen bezüglich des Zentralstrahls Z, der die Kegelmittel definiert, um einen Nickwinkel ϑ in x-Richtung gekippt. Dieser Nickwinkel beträgt ca. 8°. Dieser Nickwinkel ist bei allen vier Laserscannern 18 gleich. Darüber hinaus ist jeder Laserscanner auch um einen Rollwinkel ρ bezüglich des Zentralstrahls Z in der y-Richtung verkippt, siehe 4. Dabei beträgt der Rollwinkel bei den beiden äußeren Laserscannern 18 ca. 6°, bei den beiden inneren Laserscannern ca. 4°.
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Aus den 3 und 4 werden auch die zu erfassenden Kanten und die zu ermittelnden Parameter ersichtlich. Zum einen sind bezüglich des Transportmittels die Längskante LKT und die Querkante QKT zu bestimmen, bezüglich des Headblocks entsprechender Weise die Längskante LKH sowie die Querkante QKH. Aus dem Abstand der beiden Längskanten LKT und LKH zueinander ergibt sich als zu messende Größe der relative Abstand zwischen der Headblockkante zur Transportmittelkante in Querrichtung, entsprechend ergibt sich als zu messende Größe der relative Abstand zwischen der Headblock-Querkante zur Transportmittel-Querkante in Längsrichtung. Aus der relativen Lage der Längs- und Querkanten ergibt sich dann die eigentliche zu berechnende Größe, nämlich der Versatz der Mittellinien des Headblocks zu den Mittellinien des Transportmittels. Dies ist der Versatz der Längsmittellinie LMH des Headblocks 20 zur Längsmittellinie LMT des Transportmittels 15 beziehungsweise der Versatz der Quermittellinie QMH des Headblocks 20 zur Quermittellinie QMT des Transportmittels 15. Hierauf wird nachfolgend noch eingegangen.
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Die Erfassung der jeweiligen Versätze und nachfolgend noch eines etwaigen Verdrehwinkels basiert darauf, dass unter Verwendung der Erfassungsmittel das Transportmittel 15 wie auch der Headblock 20 kantenseitig abgetastet werden.
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5 zeigt in Form einer Prinzipskizze die Lage der beim Scannen erzeugten Abtastkreise. Gezeigt sind die beiden äußeren Kreise KA sowie die beiden inneren Kreise KI der äußeren und inneren Laserscanner 18. Ersichtlich ergeben sich, wie durch die Kreuze markiert, eine Vielzahl von kantenseitigen Messwerten beziehungsweise Abtastpositionen. Die aufgenommenen Signale der Laserscanner 18 werden – siehe die Prinzipskizze in 7 – einer Verarbeitungseinrichtung 21 gegeben. Diese verfügt über geeignete Signalverarbeitungssoftware die es ermöglicht, aus den einzelnen scannerspezifischen Signalen den Verlauf der Längs- und Querkanten des Transportmittels 15 und des Headblocks 20 zu bestimmen. Bezüglich der Längskanten liegen jeweils mehrere erfasste Kantenpositionen vor, so dass deren Verlauf einfach zu ermitteln ist. Nachdem die Querkanten stets im rechten Winkel dazu stehen, ist auch die Ermittlung der Lage der Querkanten ohne weiteres möglich. Nachdem Headblock und Transportmittel jeweils feste Abmessungen haben, kann so ohne weiteres die räumliche Lage des Transportmittels 15 wie auch des Headblocks 20 erkannt werden. In die Auswertung seitens der Verarbeitungseinrichtung 21 geht ferner ein etwaiges Signal des Neigungssensors 19 sowie Informationen der zentralen Steuerungseinrichtung 16 über den Beladungszustands des Headblocks wie auch den Container, der aufzunehmen oder abzusetzen ist, ein.
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6 zeigt entsprechend 5 eine Perspektivansicht bezüglich der Abtastung. Dargestellt ist das Transportmittel 15, ein darauf befindlicher Container 9, der Spreader 14 (der in 5 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt ist) sowie der Headblock 20. Ersichtlich ist die kegelförmige Abtastung über die Laserscanner 18.
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8 zeigt in Anlehnung an die 3 und 4 in einer Aufsicht die eigentlich zu ermittelnden Versätze beziehungsweise den Verdrehwinkel. Wie bezüglich der 3 bis 7 beschrieben, werden die Längs- und Querkanten des Headblocks 20 beziehungsweise des Transportmittels 15 aufgenommen, ihre Verläufe erfasst, sowie ihre räumlichen Lagen bestimmt. Nachdem die Abmessung des Transportmittels wie auch des Headblocks bekannt sind, können hierüber die jeweiligen Mittellinien in Längs- und Querrichtung berechnet werden. Bezüglich des Transportmittels sind dies die Längsmittellinie LMT und die Quermittellinie QMT, bezüglich des Headblocks die Längsmittellinie LMH und die Quermittellinie QMH. Anhand dieser Längs- und Quermittellinien werden nun die Versätze in x- und y-Richtung sowie ein Verdrehwinkel α errechnet. Dies ist aus 8 ersichtlich.
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Ein etwaiger x- und y-Versatz errechnet sich anhand der jeweiligen Kreuzungspunkte der Längs- und Quermittellinien des Headblocks und des Transportmittels. Der Schnittpunkt der Headblockmittellinien ist mit SPH gekennzeichnet, der der Transportmittelmittellinien mit SPT.
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Wie in 8 ersichtlich sind die beiden Schnittpunkte SPH und SPT nicht deckungsgleich, das heißt es liegt ein Versatz im x- und/oder y-Richtung vor. Im gezeigten Beispiel ist in beide Richtungen ein Versatz gegeben, in x-Richtung der Versatz Δx, in y-Richtung der Versatz Δy.
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In entsprechender Weise wird auf Basis der Mittellinien auch ein Verdrehwinkel α ermittelt. Im gezeigten Beispiel ergibt er sich aus dem Winkel zwischen der Längsmittellinie LMH des Headblocks und der Längsmittellinie LMT des Transportmittels. Dabei sei angenommen, dass der Headblock korrekt und das Transportmittel schief positioniert ist.
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Sind nun diese Versätze Δx, Δy und der Verdrehwinkel α erfasst, kann über nicht näher gezeigte Stellzylinder, die zwischen Headblock 20 und Spreader 14 angreifen, der jeweilige Versatz beziehungsweise Verdrehwinkel kompensiert werden. Über die Stellzylinder ist es möglich, den Spreader 14 bezüglich des Headblocks, der quasi lagestabil ist, zu verschieben und zu verdrehen und so den Spreader bezüglich der Kanten des Transportmittels und damit des Transportmittels selbst auszurichten. Beim Absetzen (also der Lastfahrt) des Containers, der sich unter dem Spreader 14 befindet, soll dieser also auf das Transportmittel abgesetzt werden. Hier wird vorausgesetzt, dass auf Grund der geometrischen Abmessungen die Headblockmitte stets die Lastmitte, also Spreader mit Container, ist. Wird nun also die Headblockmitte unter Ausgleich eines etwaigen Versatzes/Verdrehwinkels bezüglich der Transportmittelmitte ausgerichtet, so ist damit automatisch auch der am Spreader 14 befindliche Container 9 korrekt ausgerichtet.
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Beim Aufnehmen eines Containers (Leerfahrt) der sich auf einem Transportmittel 15 befindet, wird ebenfalls der Headblock und das Transportmittel erfasst. Auf Grund der geometrischen Abmessungen des Transportmittels kann der Container sich auf dem Transportmittel nur in engen Grenzen befinden (einige mm). Es wird hier davon ausgegangen, dass die Containermitte der Transportmittelmitte entspricht. Wird hier nun die Headblockmitte bezüglich der Transportmittelmitte ausgerichtet ist auch hier sichergestellt, dass die Spreadermitte korrekt bezüglich der Containermitte positioniert ist und der Container exakt aufgenommen wird.
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9 zeigt in Form einer Prinzipskizze den Verlauf des abtastenden Laserstrahls an den Stirnseitenwänden insbesondere des Transportmittels. Der rotierende Laserstrahl tastet ersichtlich auch die Seitenfläche am Transportmittel ab. Hierüber kann die Verarbeitungseinrichtung 21 die räumliche Lage dieser Seitenfläche 22 am Transportmittel 15 erfassen und feststellen, ob diese in irgendeiner Weise bezüglich der Vertikalen verkippt ist. Hierüber können etwaige Geländeunebenheiten oder beispielsweise ein platter Reifen oder dergleichen erfasst werden, die sich in einer Neigung des Transportmittels 15 und damit auch in einer Neigung der Aufstellfläche und gegebenenfalls auch des bereits darauf befindlichen Containers 9 äußern. Die Erfassung etwaiger Neigungen dient dazu, diese neigungsbedingte Lageänderung der Kanten und damit der Mittellinien erfassen und kompensieren zu können. Auch dies geschieht mittels geeigneter Verarbeitungssoftware seitens der Verarbeitungseinrichtung 21.
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Wie bereits bezüglich 7 beschrieben, kommuniziert die Verarbeitungseinrichtung 21 mit der zentralen Steuerungseinrichtung 16. Der Verarbeitungseinrichtung 21 werden von der Steuerungseinrichtung 16 Informationen bezüglich des aufgenommenen oder aufzunehmenden Containers gegeben, aus denen sich z. B. seine Höhe ergibt. Auch der Beladungszustand des Spreaders, ob dieser also bereits den Container aufgenommen hat oder nicht, wird hierüber mitgeteilt. Weiterhin wird die Hubhöhe des Headblocks beziehungsweise des Spreaders mitgeteilt, so dass also kontinuierlich seitens der Verarbeitungseinrichtung 21 bekannt ist, in welcher Höhe sich der Headblock befindet. Dies dient dazu, um im Rahmen der Signalauswertung (oder der Bilddatenauswertung im Falle der Verwendung von Kameras als Erfassungsmittel) Messwerte (oder Bildartefakte) herauszufiltern, die fälschlicherweise z. B. eine Kante angeben oder vermuten lassen etc. Ist die Hubhöhe nämlich bekannt, so ist die Ebene beziehungsweise der Höhenbereich bekannt, innerhalb dem relevante Messwerte liegen müssen. Messwerte oder Bilddaten, die außerhalb dieses Wertebereichs liegen oder dort liegende Kanten vermuten lassen, werden nicht berücksichtigt. Dieser Messwertebereich, innerhalb welchem also die Filterung erfolgt, kann beispielsweise auch vorgegeben sein. Beispielsweise soll die eigentliche Messung nur dann erfolgen, wenn der Headblock beim Aufnehmen eines auf dem Transportmittel stehenden Containers sich in einem bestimmten Abstand zur Containeroberseite befindet oder, beim Absetzen eines Containers auf das Transportmittel, wenn sich die Containerunterseite in einem bestimmten Abstand zur Transportmitteloberseite befindet. Dieser maximale Abstand, ab welchem dann die eigentliche Positionsverifizierung erfolgt, kann z. B. einen Meter betragen. Das heißt es wird ein Fenster bezüglich des Headblocks definiert, innerhalb welchem die Headblockkanten liegen können. Beispielsweise ist angenommen, dass das Transportmittel eine Höhe von 2 Metern, der Container eine Höhe von 2,5 Metern, der maximale Abstand 1 Meter, der Spreader eine Höhe von 1 Meter und der Headblock eine Höhe von 1 Meter aufweist. Insgesamt ergibt sich dann eine Maximalhöhe von 7,5 Meter. Befindet sich also der Headblock in einer Höhe von 7,5 Metern über dem Boden, so setzt die Filterung ein bis zu dem Moment, wenn er nach einem Absenken um einen weiteren Meter (= Maximalabstand) auf dem Container aufsetzt beziehungsweise der Container auf dem Transportmittel aufsetzt. Die Bestimmung der Hubhöhe, ab welcher die Filterung einsetzt, hängt letztlich von der Containerhöhe ab, die der Verarbeitungseinrichtung 21 von der Steuerungseinrichtung 16 mitgeteilt wird.
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Hat nun die Verarbeitungseinrichtung 21 einen Versatz oder einen Verdrehwinkel ermittelt, so werden die relevanten Daten an die Steuerungseinrichtung 16 gegeben. über diese werden zur Kompensation die Stellzylinder angesteuert. Selbstverständlich erfolgt eine kontinuierliche Verifizierung des Kompensationserfolgs der Gestalt, dass über die Erfassungsmittel kontinuierlich die Kanten erfasst beziehungsweise über die Verarbeitungseinrichtung 21 kontinuierlich der oder die Versätze wie auch der Verdrehwinkel ermittelt werden. Hierüber wird kontrolliert, ob die über die Steuerungseinrichtung 16 eingeleitete Stellzylinderbewegung tatsächlich zu einer Kompensation führt, indem überprüft wird, ob die vormals bestimmten Versätze/der Verdrehwinkel kleiner werden und der Spreader verschiebungsbedingt bezüglich der Transportmittelmitte ausgerichtet wird.
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Insgesamt lässt der erfindungsgemäße Containerkran ein einfaches Überprüfen der relativen Position der Last der Portalkatze bezüglich des Transportmittels zu, was unter Verwendung eines Systems erfolgt, welches die relative Position der Mitte der Last bezüglich der Mitte des Transportmittels sowie eine Verdrehung zueinander erkennt. Hierzu wird jeweils der relative Abstand zwischen den Headblock- und Transportmittelaußenkanten vermessen und unter Berücksichtigung der Headblock- und Transportmitteltoleranzen aus der Lage der Transportmittelaußenkanten die Mitte des Transportmittels und aus der Lage der Headblockaußenkanten die Mitte des Headblocks berechnet. Diese Arbeitsweise erfolgt sowohl beim Absetzen als auch beim Aufnehmen der Last. Je nach ermittelten Versatz/Verdrehwinkel erfolgt eine ebenfalls vollautomatische Kompensation des Versatzes/Verdrehwinkels durch eine Relativverschiebung des Spreaders bezüglich des Headblocks.