[0001] Im wachsenden Welthandel leistet die Container-Logistik erhebliche Beiträge. Sie
zeichnet sich durch ständig wachsende Effizienz durch immer weitergehende Automatisierung
aus. Viele Container-Umschlagplätze sind mithilfe von Kränen stark automatisiert.
[0002] Ladekrane werden auf Güterumschlagplätzen, Lagerplätzen, in Montagehallen und Werften
sowie beim Gleisbau eingesetzt. Bei einem Ladekran für Kraftfahrzeuge ist der Boden
gegenüber dem Ladekran geneigt, damit Wasser abfließen kann. Weiterhin sind auf dem
Boden unter dem Ladekran Spuren für Lastwagen markiert. Eine Ausführung eines Ladekrans
ist ein Portalkran. Dieser überspannt einen Lade- und Arbeitsbereich wie ein Portal.
In der Regel laufen seine Seitenwände mit Rädern auf zwei parallelen Schienen. Auf
der Kranbrücke, dem horizontalen Teil des Portalkrans, bewegt sich eine Laufkatze
mit einem Hubwerk. Alternativ kann auch ein Schienendrehkran auf der Kranbrücke montiert
sein. Weiterhin kommen als Ladekran auch ein Brückenkran, ein Halbportalkran, ein
Bockkran sowie ein Portaldrehkran in Betracht.
[0003] Ein Containergeschirr (engl. Bezeichnung "Spreader") ist ein Hebezeug, mit welchem
ISO-genormte Container ergriffen werden können. Es ist sowohl ein starres Containergeschirr
bekannt, welches nur für eine Containergröße bestimmt ist, als auch ein teleskopierendes
Containergeschirr, dessen mehrere Tonnen schwerer Teleskoprahmen flexibel auf die
Länge unterschiedlicher normierter Container (Normgrößen 20'-45') eingestellt werden
kann. Für die weitere Betrachtung ist vor allem die maximale Höhe eines "Highcube-"Containers
von 2,896 m relevant.
[0004] Auch Portalhubwagen, Portalstapler, Gabelstapler oder Quergabelstapler können mit
einem Containergeschirr ausgerüstet werden. Das Containergeschirr ist auch hier ein
Anbaugerät, dessen sogenannte Twistlocks in die vier oberen genormten Eckbeschläge
eines Containers eingreifen oder die diesen von der Seite her greifen. Hierbei wird
ein Element des Twistlocks um 90° rotiert, wodurch eine formschlüssige Verbindung
zur Verriegelung gewährleistet ist. Die Größe der Twistlocks ist normiert und beträgt
in etwa 104 mm in der Länge sowie 56 mm in der Breite.
[0005] Häufige Arbeitsvorgänge in der Container-Logistik sind das Verankern eines Containers
am Containergeschirr, mit welchem der Container anschließend bewegt wird, sowie das
Verankern der Container auf Bahnwaggons oder Ladeflächen von LKWs. Diese Aufgaben
werden heute ausschließlich von Kranfahrern bewältigt, die teilweise an entfernten
Stationen sitzen und unterschiedliche Kräne mithilfe von Videobildern bedienen.
[0006] Zur Verankerung eines Containers auf einer Ladefläche eines LKW oder Bahnwaggons
kommen erneut Twistlocks zum Einsatz. Beim Aufsetzen des Containers müssen die genormten
Eckbeschläge des Containers genau über den Twistlocks des LKW oder Bahnwaggons positioniert
werden. Die erforderliche Genauigkeit für die Positionierung kann hierbei mit 25 mm
abgeschätzt werden, wobei die Höhengenauigkeit weniger kritisch ist.
[0009] Es stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zur Bestimmung einer Zielposition für ein
Containergeschirr sowie ein Containergeschirr anzugeben, mit welchen die häufigen
Verankerungsvorgänge von Containern besser unterstützt werden.
[0010] Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Bestimmung einer Zielposition für ein
Containergeschirr gelöst, wobei mindestens ein bildgebender Sensor an dem Containergeschirr
montiert ist und Messwerte von einer Umgebung des Containergeschirrs ermittelt. Das
Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Recheneinheit aus den Messwerten dreidimensionale
Daten bildet, aus welchen sie Verankerungs-Positionen, insbesondere Positionen von
Twistlocks oder Eckbeschlägen, ermittelt, und die Recheneinheit aus den Verankerungs-Positionen
die Zielposition für das Containergeschirr berechnet.
[0011] Das Containergeschirr ist mit mindestens einem bildgebenden Sensor ausgerüstet, welcher
an dem Containergeschirr montiert und zur Ermittlung von Messwerten von einer Umgebung
des Containergeschirrs eingerichtet ist. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass der bildgebende
Sensor zur Ermittlung von Messwerten geeignet und eingerichtet ist, aus welchen dreidimensionale
Daten berechenbar sind, aus welchen wiederum Verankerungs-Positionen, insbesondere
Positionen von Twistlocks oder Eckbeschlägen, ermittelbar sind.
[0012] Das Verfahren sowie das Containergeschirr stellen eine zuverlässige Lösung zur automatisierten
Positionierung des Containergeschirrs bereit. Die Genauigkeit ist aufgrund der dreidimensionalen
Datenverarbeitung so hoch, dass nach erfolgter Positionierung Twistlocks automatisch
in Eckbeschlägen eines Container verriegelt werden können. Dies erlaubt das automatisierte
Beladen von LKWs für den Straßenverkehr oder Bahnwaggons, bei denen die zu transportierenden
Container mit Twistlocks auf der Ladefläche gesichert werden müssen. Die Positionierung
des bildgebenden Sensors am Containergeschirr erzielt aufgrund der Nähe zu den zu
erkennenden Objekten eine hohe Genauigkeit und in der Folge eine hohe Zuverlässigkeit
bei der Positionierung. Letztere ist unerlässlich, um Sachund Personenschäden zu vermeiden.
So wird es erstmals möglich, das Be- und Entladen von Fahrzeugen mit Twistlock-Sicherung
zu automatisieren.
[0013] In einer Weiterbildung ist der mindestens eine bildgebende Sensor ein 2D-Laserscanner,
ein 3D-Laserscanner, eine 3D-Kamera oder ein Streifenprojektionssensor oder umfasst
mehrere dieser Sensoren. Dies hat den Vorteil, dass der bildgebende Sensor die dreidimensionalen
Daten zur Erkennung der Twistlocks oder Eckbeschläge unmittelbar erstellen kann, wodurch
eine zuverlässige Erkennung und Positionsbestimmung ermöglicht wird. Beispielsweise
werden die dreidimensionalen Daten durch einen Schwenk eines 2D-Laserscanners gewonnen.
[0014] Gemäß einer Ausführungsform ist der mindestens eine bildgebende Sensor eine Kamera
ist. Das Containergeschirr ist zusätzlich mit mindestens einem Laser ausgerüstet.
Die Recheneinheit extrahiert aus den Messwerten Punkte, Linien oder Muster, welche
der Laser auf ein Twistlock oder einen Eckbeschlag projiziert. Die Recheneinheit ermittelt
aus einer Geometrie der Punkte, Linien oder Muster die Verankerungs-Positionen.
[0015] Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Punkte, Linien oder Muster, welche
der Laser auf das Twistlock oder den Eckbeschlag projiziert, auch im Freien bei ungünstigen
Witterungsbedingen wie Regen, direkter tropischer Sonneneinstrahlung oder Verschmutzung
durch Rost oder Öl, einen hinreichenden Kontrast erzeugen, welcher durch die Kamera
detektiert wird und die Extraktion der Punkte, Linien oder Muster aus den Messwerten
gewährleistet. Es wird eine sehr robuste Positionserkennung erzielt.
[0016] Weiterhin bietet der Einsatz einer einfachen Kamera den Vorteil, dass diese in robuster
Ausführung gewählt werden kann, wodurch die in anbetracht der heftigen Erschütterungen
am Kran und insbesondere am Containergeschirr erforderliche mechanische Stabilität
gewährleistet wird. Auch kann bei diesen einfachen und kostengünstigen Komponenten
mit einer langen Lebensdauer gerechnet werden. Dies ist von Vorteil, da ein häufiger
Komponentenwechsel mit Nachkalibrierung im industriellen Einsatz nicht in Frage kommt.
[0017] In einer Weiterbildung ist der Laser ein Linienlaser, welcher in einem definierten
Abstand zu dem mindestens einen bildgebenden Sensor am Containergeschirr montiert
ist und eine Laserlinie in einem definierten Winkel zu einer Senkrechten abstrahlt.
Das Containergeschirr wird über mindestens einem Twistlock oder Eckbeschlag zumindest
teilweise abgesenkt, wobei die Laserlinie das Twistlock oder den Eckbeschlag überstreicht.
Die Recheneinheit extrahiert die Laserlinie fortlaufend aus den Messwerten und ermittelt
aus der Geometrie der Laserlinie als dreidimensionale Daten eine 3D-Kontur. Anhand
der 3D-Kontur erkennt die Recheneinheit das Twistlock oder den Eckbeschlag.
[0018] Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass der Linienlaser fest am Containergeschirr
montiert wird und keine dreh- oder schwenkbare Aufhängung benötigt. Auch kann der
Linienlaser selbst in robuster Ausführung gewählt werden. Beide Aspekte tragen den
industriellen Anforderungen an die Robustheit der Sensorik Rechnung.
[0019] Gemäß einer Ausführungsform berechnet die Recheneinheit zur Extraktion der Laserlinie
aus den Messwerten ein Differenzbild, welches aus der Differenz eines Kamerabilds
mit der Laserlinie mit einem zeitnahen Kamerabild ohne die Laserlinie gebildet wird.
[0020] Die Berechnung eines Differenzbildes bietet den Vorteil, dass als Störfaktoren a
priori unbekannte Veränderungen des Hintergrunds durch wechselnde Lichtverhältnisse,
Rost, Verschmutzung o.ä. ausgeschaltet werden können, wodurch die Robustheit der Erkennung
deutlich erhöht wird.
[0021] In einer Weiterbildung ist die Kamera mit einem an eine Wellenlänge des Lasers angepassten
Bandpassfilter ausgerüstet. Der Bandpassfilter erhöht die Robustheit der Bilderkennung
bei Sonnenlicht, da alle Wellenlängen des Sonnenlichts außerhalb der Wellenlängen
des Lasers gefiltert und somit als Störfaktoren im Kamerabild ausgeschaltet werden.
[0022] Gemäß einer Ausführungsform wird das Containergeschirr an der Zielposition vollautomatisch
an einem Container verankert, indem Twistlocks des Containergeschirrs in Eckbeschläge
des Containers eingreifen und sich verriegeln.
[0023] Bei einer alternativen Ausführungsform wird ein an dem Containergeschirr verankerter
Container an der Zielposition vollautomatisch auf einer Ladefläche eines LKW oder
Bahnwaggons verankert wird, indem Twistlocks des LKW oder Bahnwaggons in Eckbeschläge
des Containers eingreifen und sich verriegeln.
[0024] In einer Weiterbildung wird das Containergeschirr in die Zielposition bewegt, wobei
zwei Bewegungsabschnitte durchlaufen werden. Im ersten Bewegungsabschnitt besteht
ein Sichtkontakt zwischen mindestens einer Verankerungs-Position und dem bildgebenden
Sensor besteht. Weiterhin erfolgt im ersten Bewegungsabschnitt in einer Regelschleife
eine fortlaufende Neuberechnung der Zielposition. Im zweiten Bewegungsabschnitt besteht
kein Sichtkontakt zwischen den Verankerungs-Positionen und dem bildgebenden Sensor.
Daher wird die zuletzt berechnete Zielposition im zweiten Bewegungsabschnitt gesteuert
angefahren.
[0025] Diese Weiterbildung trägt der Tatsache Rechnung, dass die Twistlocks im zweiten Bewegungsabschnitt
durch den Container selbst verdeckt sein können. Durch die Weiterbildung kann die
Zielposition auch in dieser Situation angenähert werden.
[0026] Gemäß einer Ausführungsform ermittelt mindestens ein stationärer Sensor Orientierungs-Messwerte
von einer Umgebung des Containergeschirrs ermittelt. Eine Recheneinheit ermittelt
aus den Orientierungs-Messwerten eine Orientierungs-Position für das Containergeschirr,
welche sich in der Nähe der Zielposition befindet. Das Containergeschirr wird in die
Orientierungs-Position manövriert, bevor die Zielposition bestimmt wird. Diese Ausführungsform
beschleunigt den Vorgang, indem das Containergeschirr mithilfe der stationären Sensoren
vorab zeitsparend in die Orientierungs-Position gebracht wird.
[0027] In einer Weiterbildung ist das Containergeschirr mit weiteren Sensoren, insbesondere
2D-Laserscannern, 3D-Laserscannern, Kameras, 3D-Kameras, Streifenprojektionssensoren,
Abstandssensoren, Näherungsschaltern und/oder Druckschaltern ausgerüstet. Dies ermöglicht
eine weitere Steigerung der Genauigkeit der Positionsbestimmung sowie zusätzliche
Sicherheit im Betrieb.
[0028] Ein Kran ist ausgebildet als Ladekran, Portalkran, Brückenkran, Halbportalkran, Bockkran
oder Portaldrehkran, und mit dem Containergeschirr ausgerüstet.
[0029] In einer Weiterbildung ist der Kran zusätzlich mit stationären Sensoren, insbesondere
Kameras und/oder Laserscanner, welche am Kran montiert sind, ausgerüstet.
[0030] Die stationären Sensoren dienen zur Messung (bzw. Schätzung) der Position und Lage
beweglicher Objekte, z.B. eines Containers. Als weitere Verwendungen kommen die Messung
der Position und Lage eines Fahrzeugs oder eines beweglichen Bauteils des Krans selbst
in Betracht. Im Kontext eines Ladekrans dienen die Messungen der stationären Sensoren
als Grundlage, um LKW-Fahrern zu signalisieren, wo sie anzuhalten haben. Weiterhin
kann aufgrund solcher Messungen der Kran selbst gesteuert werden.
[0031] Die stationären Sensoren können beispielsweise aus einem oder mehreren der folgenden
Elemente zusammengesetzt sein: einem 3D-Laserscanner, einem schwenkbaren 2D-Laserscanner
oder einer Videokamera. Sie werden üblicherweise derart im Tragwerk des Krans angebracht,
dass - im Falle eines Portalkrans - mehrere Spuren für LKW oder Gleise für Eisenbahnwaggons
überstrichen werden.
[0032] Das Flurförderzeug ist als Portalhubwagen, Portalstapler, Gabelstapler oder Quergabelstapler
ausgeführt und mit einem Containergeschirr nach einem der Ansprüche 11 bis 16 ausgerüstet.
[0033] Auf dem computerlesbaren Datenträger ist ein Computerprogramm gespeichert, welches
das Verfahren ausführt, wenn es in einem Computer abgearbeitet wird. Das Computerprogramm
wird in einem Computer abgearbeitet und führt dabei das Verfahren aus.
[0034] Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
- Figur 1
- einen Kran mit stationären Sensoren sowie ein Frachtgut unter dem Kran,
- Figur 2
- ein Containergeschirr bei der Annäherung an einen Container,
- Figur 3
- einen Container bei der Annäherung an einen LKW,
- Figur 4
- ein Containergeschirr, welches mit bildgebenden Sensoren ausgerüstet ist,
- Figur 5
- Montagepositionen der bildgebenden Sensoren,
- Figur 6
- eine Ermittlung von Messwerten von einer Umgebung eines Containergeschirrs,
- Figur 7
- eine Laserlinie, welche neben einem Twistlock verläuft, und
- Figur 8
- eine Laserlinie, welche über ein Twistlock verläuft.
[0035] Figur 1 zeigt einen Kran 10. An dem Kran 10 sind stationäre Sensoren 6 angebracht.
Weiterhin gezeigt ist ein Frachtgut 12, beispielsweise ein Container auf einem LKW,
welches durch die stationären Sensoren 6 erfasst wird. Ebenfalls in Figur 1 zu sehen
sind Räder 14, mit denen der Kran 10 auf Schienen bewegt werden kann. Ein Boden 15
unter dem Kran 10 ist geneigt, so dass Wasser abfließen kann. Auf dem Boden 15 sind
Spurmarkierungen 13 angebracht, welche Spuren für Fahrzeuge markieren. An einer Laufkatze
4 ist ein Containergeschirr 1 beweglich aufgehängt. Das Containergeschirr 1 verfügt
über Twistlocks 2, mit denen Container gegriffen werden können.
[0036] Figur 2 zeigt ein Containergeschirr 1 bei der Annäherung an einen Container 10. Hierbei
müssen Twistlocks 2 des Containergeschirrs 1 passgenau über genormten Eckbeschlägen
11 des Containers 10 positioniert werden.
[0037] Figur 3 zeigt einen Container 10 bei der Annäherung an eine Ladefläche 21 eines LKW
20. Hier müssen Eckbeschläge 11 des Containers 10 passgenau über Twistlocks 2 des
LKW 20 positioniert werden. Der Container 10 wird mithilfe eines Containergeschirrs
1 durch einen Kran transportiert.
[0038] Figur 4 zeigt ein Containergeschirr 1, welches mit bildgebenden Sensoren 3 ausgerüstet
ist. Das Containergeschirr 1 ist auf einem Container 10 abgesetzt.
[0039] Als bildgebende Sensoren 3 eignen sich alle Sensoren, aus deren Messwerten sich dreidimensionale
Bilddaten erzeugen lassen, beispielsweise Laserscanner oder Streifenprojektionssensoren.
[0040] Werden als bildgebende Sensoren 3 lediglich einfache Kameras eingesetzt, so ist eine
zuverlässige Erkennung der Twistlocks durch die Vielfalt der Erscheinungsformen von
Ladeflächen und Twistlocks, welche sich durch Farbe, Rost, Dreck, Witterung etc. voneinander
abweichen, allein anhand des Kamerabildes technologisch sehr schwierig. Diese Hürde
wird durch die Erzeugung dreidimensionaler Bilddaten überwunden.
[0041] Eine Recheneinheit, beispielsweise ein Mikroprozessor, bildet aus den Messwerten
dreidimensionale Bilddaten, aus welchen sie Verankerungs-Positionen, insbesondere
Positionen von Twistlocks oder Eckbeschlägen, ermittelt. Die Verankerungs-Positionen
müssen jedoch nicht mit den Positionen der Twistlocks identisch sein, sondern dürfen
auch Positionen von Strukturen sein, die sich leicht ermitteln lassen und deren Relativposition
zum Twistlock bekannt ist. Ferner berechnet die Recheneinheit aus den Verankerungs-Positionen
eine Zielposition für das Containergeschirr 1. An der Zielposition kann das Containergeschirr
1 beispielsweise den Container 10 aufnehmen oder auf einer Ladefläche eines LKW oder
Bahnwaggons absetzen. Die Twistlocks und Eckbeschläge erscheinen in den dreidimensionalen
Bilddaten mit einer typischen 3D-Kontur. Dies gilt für das Twistlock sowohl im ausgefahrenen
als auch im eingezogenen Zustand.
[0042] Diese Art der Positionsbestimmung kann einmalig oder auch fortlaufend erfolgen, solange
ein durch den bildgebenden Sensor 3 anvisiertes Twistlock nicht vom Container 10 verdeckt
wird. Unter diesen Voraussetzungen kann der Kran in einer Regelschleife angesteuert
werden und das Containergeschirr in Richtung der Zielposition bewegen. Sobald das
anvisierte Twistlock durch den Container 10 jedoch verdeckt wird, kann der Kran das
letzte Stück bis zur Zielposition lediglich gesteuert (blind) anfahren.
[0043] Stationäre Sensoren, welche an einer Brücke oder Laufkatze des Krans montiert sind,
beispielsweise hoch hängende Laserscanner oder Kameras, erlauben es, die Anfahrt der
Zielposition zu beschleunigen, indem sie das Containergeschirr zunächst in eine geeignete
Grobposition oder Orientierungsposition in der Nähe der Zielposition bringen, an der
der bildgebenden Sensors 3 ein Twistlock an der Zielposition in seinem lokalen Blickfeld
erfassen kann. Dieses lokale Blickfeld kann beispielsweise 0,5m x 0,5m betragen, sodass
die Orientierungsposition, welche die stationären Sensoren bestimmen, die Zielposition
mit dieser Genauigkeit annähern muss. Auch haben die stationären Sensoren sowie ggf.
weitere Abstandssensoren des Containergeschirrs 1 dafür Sorge zu tragen, dass es bei
der Anfahrt der Orientierungsposition zu keine Kollision kommt.
[0044] Um sicherzustellen, dass mindestens zwei Twistlocks visuell erfasst werden können,
wenn die bildgebenden Sensoren 3 an allen vier Ecken des Containergeschirrs 1 angeordnet
sind, empfiehlt es sich, die Orientierungsposition etwas dezentriert zur vermuteten
Zielposition zu wählen.
[0045] Figur 5 zeigt Montagepositionen von bildgebenden Sensoren 3 an einem Containergeschirr
1 aus unterschiedlichen Perspektiven. Teilweise sind auch Twistlocks 2 des Containergeschirrs
1 sichtbar.
[0046] Figur 6 zeigt eine Ermittlung von Messwerten von einer Umgebung eines Containergeschirrs
1. Links ist eine Frontalansicht des Containergeschirrs 1 sowie eines daran aufgehängten
Containers 10 dargestellt, rechts eine Seitenansicht. Unterhalb der jeweiligen Darstellung
ist eine Ladefläche 21 eines LKW oder Bahnwaggons mit einem Twistlock 2 gezeigt, welche
sich jeweils 4m bzw. 5m unterhalb des Containergeschirrs 1 befindet. Ein bildgebender
Sensor 3, hier eine einfache Kamera, ist mit 180mm bzw. 150mm Überhang gegenüber dem
Container 10 am Containergeschirr 1 montiert. Aus Figur 6 wird ersichtlich, dass der
bildgebende Sensor 3 das Twistlock 2 in 4m bzw. 5m Entfernung gerade noch in seinem
Sichtbereich erfassen kann, bevor das Twistlock 2 vollständig durch den Container
10 verdeckt wird. Die Höhe des Containers 10 wird hierbei mit 2,960m angenommen.
[0047] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Linienlaser 30 an der Front des Containergeschirrs
1 montiert und beleuchtet die Ladefläche 21 unter einem bekannten festen Winkel zur
Senkrechten (dem Lot durch das Containergeschirr 1) bzw. zur Ladefläche 21 mit einer
einzelnen Laserlinie. Die Montageposition an der Front des Containergeschirrs 1 macht
das Verfahren unabhängig von Größenänderungen eines Teleskoprahmens des Containergeschirrs.
Aus dem von der Laserlinie beleuchteten Schnitt durch das Kamerabild des bildgebenden
Sensors 3 werden dreidimensionale Daten berechnet, beispielsweise absolute metrische
dreidimensionale Daten.
[0048] Hierzu wird das Containergeschirr aus 5 Metern Höhe über der Ladefläche 21 auf 4
Meter Höhe abgesenkt, wie in Figur 6 gezeigt, wobei die Laserlinie die Ladefläche
21 überstreicht. Sofern das Containergeschirr 1 sich bereits in einer geeigneten Orientierungsposition
befindet (vgl. Beschreibung der Figur 4), wird hierbei auch das Twistlock 2 überstrichen.
Folglich erscheint in den dreidimensionalen Daten eine 3D-Kontur des Twistlocks 2.
Anhand der 3D-Kontur lässt sich das Twistlock 2 unabhängig von Farbe, Rost, Regen
etc. eindeutig identifizieren, da die zu suchende 3D-Form genau bekannt ist.
[0049] Figur 7 zeigt hierzu eine Laserlinie 31, welche neben einem Twistlock 2 verläuft.
Die Laserlinie 31 ist zur Verdeutlichung gepunktet dargestellt, kann jedoch in der
Realität auch als durchgehende Linie projiziert werden.
[0050] Figur 8 zeigt entsprechend eine Laserlinie 31, welche über ein Twistlock 2 verläuft,
weil sie beispielsweise wie zu Figur 6 beschrieben das komplette Twistlock 2 überstreicht.
Die Laserlinie 31 ist zur Verdeutlichung gepunktet dargestellt, kann jedoch in der
Realität auch als durchgehende Linie projiziert werden.
[0051] Der bildgebende Sensor zur Erfassung der Laserlinie 31 ist beispielsweise eine gewöhnliche
Kamera, welche jedoch vorzugsweise mit einem Bandpassfilter ausgerüstet ist, der an
die Wellenlänge des verwendeten Lasers angepasst ist. Hierdurch wird die Robustheit
der Bildverarbeitung gegenüber dem Störfaktor Sonnenlicht deutlich erhöht. Ein besonders
schmales Band in Verbindung mit einer LED mit einem schmalen Spektrum oder einer monochromatischen
Laserdiode ist hierbei von Vorteil. Als Laser eignen sich folglich entsprechende LEDs
oder Laserdioden, die grundsätzlich auch andere Muster als eine Linie, beispielsweise
ein Gitter abstrahlen können. Beispielsweise kann ein Infrarotlaser oder ein roter
Laser verwendet werden. Zur Einhaltung der Laserschutzbestimmungen für das menschliche
Auge empfiehlt es sich, die Bestrahlungszeiten des Lasers auf einen Bereich von jeweils
einigen zehn Mikrosekunden zu reduzieren.
[0052] Ein guter Kompromiss zur Einhaltung der Laserschutzbestimmung bei gleichzeitig hoher
Strahlungsdichte der Laserlinie 31 zur Überstrahlung des Sonnenlichts wird durch eine
20µs Linienprojektion mit einer 1,35W Laserdiode erzielt. Als Laserleistung empfiehlt
sich ein Bereich von 200mW - 300mW. Der bildgebende Sensor muss in diesem Fall in
der Lage sein, Bilder mit einer Belichtungszeit von lediglich 20µs aufzuzeichnen.
Eine Schwarz-Weiß-Kamera ist hierzu ausreichend. Im Pulsbetrieb kann eine Kühlung
für den Laser ggf. entfallen.
[0053] Zur Fokussierung der Laserlinie 31 bieten sich bei Verwendung einer Laserdiode Powell-Linsen
oder Zylinderlinsen an, um eine möglichst schmale Laserlinie 31 zu erzielen, welche
über einen relativ weiten Tiefenbereich von 0,5m - 1,2m scharf abgebildet wird.
[0054] Um einen ausreichenden Kontrast der Laserlinie 31 vor dem Bildhintergrund auch bei
direktem Einfall von Sonnenlicht sicherzustellen, bietet es sich an, ein Differenzbild
zu erzeugen. Hierzu werden von der zu vermessenden Oberfläche unmittelbar aufeinander
folgend zwei Bilder erfasst, wobei das eine Bild mit und das andere Bild ohne die
Laserlinie 31 aufgenommen wird. Die Differenz beider Bilder bringt die Laserlinie
31 besonders deutlich hervor, indem sie den Einfluss von Umgebungslicht und anderen
störenden Strukturen im Bild beseitigt. Anschließend empfiehlt es sich, den Grauwertbereich
des Bildes zu dehnen.
[0055] Ein 3D-Sensor wird direkt am Spreader (dem Containergeschirr) montiert und tastet
Twistlocks bzw. Eckbeschläge von Containern in der Umgebung des Spreaders ab. Hieraus
lassen sich die Positionen der Twistlocks berechnen, wodurch sich Container vollautomatisch
auf Ladeflächen von LKW oder Bahnwaggons absetzen lassen. Als besonders kostengünstige
und robuste Lösung eignet sich der Einsatz herkömmlicher Kameras mit einem Bandpassfilter,
welcher auf die Wellenlänge eines Linienlasers abgestimmt ist und zur Filterung der
Sonneneinstrahlung aus dem Kamerabild dient. Der Linienlaser überstreicht bei der
Annäherung des Spreaders die Ladefläche, wodurch sich 3D-Konturen der Twistlocks aus
dem Kamerabild extrahieren lassen. Hierbei werden die Probleme herkömmlicher Bildverarbeitung,
welche durch unterschiedliche Farben der Twistlocks, Verschmutzung durch Rost und
Öl, Witterung, Sonneneinstrahlung etc. hervorgerufen werden, elegant umgangen. Die
Lösung eignet sich für Kräne an Containerumschlagplätzen, aber auch für Portalhubwagen,
Portalstapler oder Gabelstapler.
[0056] Die beschriebenen Ausführungsbeispiele, Weiterbildungen und Ausführungformen lassen
sich frei miteinander kombinieren.
1. Verfahren zur Bestimmung einer Zielposition für ein Containergeschirr (1), wobei mindestens
ein bildgebender Sensor (3) an dem Containergeschirr (1) montiert ist und Messwerte
von einer Umgebung des Containergeschirrs (1) ermittelt,
dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Recheneinheit aus den Messwerten dreidimensionale Daten bildet, aus welchen
sie Verankerungs-Positionen, insbesondere Positionen von Twistlocks (2) oder Eckbeschlägen
(11), ermittelt, und
- die Recheneinheit aus den Verankerungs-Positionen die Zielposition für das Containergeschirr
(1) berechnet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
- bei dem der mindestens eine bildgebende Sensor (3) ein 2D-Laserscanner, ein 3D-Laserscanner,
eine 3D-Kamera oder ein Streifenprojektionssensor ist oder mehrere dieser Sensoren
umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
- bei dem der mindestens eine bildgebende Sensor (3) eine Kamera ist,
- bei dem das Containergeschirr (1) zusätzlich mit mindestens einem Laser ausgerüstet
ist,
- bei dem die Recheneinheit aus den Messwerten Punkte, Linien oder Muster extrahiert,
welche der Laser auf ein Twistlock (2) oder einen Eckbeschlag (11) projiziert, und
- bei dem die Recheneinheit aus einer Geometrie der Punkte, Linien oder Muster die
Verankerungs-Positionen ermittelt.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
- bei dem der Laser ein Linienlaser (30) ist, welcher in einem definierten Abstand
zu dem mindestens einen bildgebenden Sensor (3) am Containergeschirr (1) montiert
ist und eine Laserlinie (31) in einem definierten Winkel zu einer Senkrechten abstrahlt,
- bei dem das Containergeschirr (1) über mindestens einem Twistlock (2) oder Eckbeschlag
(11) zumindest teilweise abgesenkt wird, wobei die Laserlinie (31) das Twistlock (2)
oder den Eckbeschlag (11) überstreicht,
- bei dem die Recheneinheit die Laserlinie (31) fortlaufend aus den Messwerten extrahiert
und aus der Geometrie der Laserlinie (31) als dreidimensionale Daten eine 3D-Kontur
ermittelt, und
- bei dem die Recheneinheit anhand der 3D-Kontur das Twistlock (2) oder den Eckbeschlag
(11) erkennt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
- bei dem die Recheneinheit zur Extraktion der Laserlinie (31) aus den Messwerten
ein Differenzbild berechnet, welches aus der Differenz eines Kamerabilds mit der Laserlinie
(31) mit einem zeitnahen Kamerabild ohne die Laserlinie (31) gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
- bei dem das Containergeschirr (1) an der Zielposition vollautomatisch an einem Container
(10) verankert wird, indem Twistlocks (2) des Containergeschirrs (1) in Eckbeschläge
(11) des Containers (10) eingreifen und sich verriegeln.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
- bei dem ein an dem Containergeschirr (1) verankerter Container (10) an der Zielposition
vollautomatisch auf einer Ladefläche eines LKW (20) oder Bahnwaggons verankert wird,
indem Twistlocks (2) des LKW (20) oder Bahnwaggons in Eckbeschläge (11) des Containers
(10) eingreifen und sich verriegeln.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
- bei dem das Containergeschirr (1) in die Zielposition bewegt wird, wobei zwei Bewegungsabschnitte
durchlaufen werden,
- bei dem im ersten Bewegungsabschnitt ein Sichtkontakt zwischen mindestens einer
Verankerungs-Position und dem bildgebenden Sensor (3) besteht,
- bei dem im ersten Bewegungsabschnitt in einer Regelschleife eine fortlaufende Neuberechnung
der Zielposition erfolgt,
- bei dem im zweiten Bewegungsabschnitt kein Sichtkontakt zwischen den Verankerungs-Positionen
und dem bildgebenden Sensor (3) besteht, und
- bei dem im zweiten Bewegungsabschnitt die zuletzt berechnete Zielposition gesteuert
angefahren wird.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem
- mindestens ein stationärer Sensor (6) Orientierungs-Messwerte von einer Umgebung
des Containergeschirrs (1) ermittelt,
- eine Recheneinheit aus den Orientierungs-Messwerten eine Orientierungs-Position
für das Containergeschirr (1) ermittelt, welche sich in der Nähe der Zielposition
befindet, und
- bei dem das Containergeschirr (1) in die OrientierungsPosition manövriert wird,
bevor die Zielposition bestimmt wird.
10. Containergeschirr (1),
- ausgerüstet mit mindestens einem bildgebenden Sensor (3), welcher an dem Containergeschirr
(1) montiert und zur Ermittlung von Messwerten von einer Umgebung des Containergeschirrs
(1) eingerichtet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der bildgebende Sensor zur Ermittlung von Messwerten geeignet und eingerichtet ist,
aus welchen dreidimensionale Daten berechenbar sind, aus welchen wiederum Verankerungs-Positionen,
insbesondere Positionen von Twistlocks (2) oder Eckbeschlägen (11), ermittelbar sind.
11. Containergeschirr (1) nach Anspruch 10,
- bei dem der bildgebende Sensor (3) als 2D-Laserscanner, 3D-Laserscanner, 3D-Kamera
oder Streifenprojektionssensor ausgebildet ist oder mehrere dieser Sensoren umfasst.
12. Containergeschirr (1) nach Anspruch 10,
- bei dem der mindestens eine bildgebende Sensor (3) eine Kamera ist,
- zusätzlich ausgerüstet mit mindestens einem Laser.
13. Containergeschirr (1) nach Anspruch 12,
- bei dem der Laser ein Linienlaser (30) ist, welcher in einem definierten Abstand
zu dem mindestens einen bildgebenden Sensor (3) am Containergeschirr (1) montiert
ist und eine Laserlinie (31) in einem definierten Winkel zu einer Senkrechten abstrahlt.
14. Containergeschirr (1) nach Anspruch 12 oder 13,
- bei dem die Kamera mit einem an eine Wellenlänge des Lasers angepassten Bandpassfilter
ausgerüstet ist.
15. Containergeschirr (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
- ausgerüstet mit weiteren Sensoren, insbesondere 2D-Laserscannern, 3D-Laserscannern,
Kameras, 3D-Kameras, Streifenprojektionssensoren, Abstandssensoren, Näherungsschaltern
und/oder Druckschaltern.
16. Kran (5),
- ausgebildet als Ladekran, Portalkran, Brückenkran, Halbportalkran, Bockkran oder
Portaldrehkran, und
- ausgerüstet mit einem Containergeschirr (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 15.
17. Kran (5) nach Anspruch 16,
- zusätzlich ausgerüstet mit stationären Sensoren (6), insbesondere Kameras und/oder
Laserscanner, welche am Kran (5) montiert sind.
18. Flurförderzeug,
- ausgeführt als Portalhubwagen, Portalstapler, Gabelstapler oder Quergabelstapler,
und
- ausgerüstet mit einem Containergeschirr (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 15.
19. Computerlesbarer Datenträger,
- auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches das Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 9 ausführt, wenn es in einem Computer abgearbeitet wird.
20. Computerprogramm,
- welches in einem Computer abgearbeitet wird und dabei das Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 9 ausführt.