Anordnung zur Lastpositionierung bei Kranen

Abstract

 Bei einem bekannten Kran mit einem Lastaufnahmerahmen zum Transport einer unter dem Lastaufnahmerahmen mit diesem verriegelbaren Last sind an dem Lastaufnahmerahmen Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte mit zugeordneten Einrichtungen zur Strahlumlenkung im Bereich der Außenkanten des Lastaufnahmerahmens angeordnet, um eine Abtastung der Umgebung des Lastaufnahmerahmens in einem nach unten geöffneten Abtastwinkelbereich zu ermöglichen.
Um von der Konstruktion des Lastaufnahmerahmens (5) und der jeweiligen Anordnung der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte (21) unabhängige Positionsdaten der Umgebung des Lastaufnahmerahmens (5) zu erhalten, sind an dem Lastaufnahmerahmen (5) an vorgegebenen Stellen innerhalb der Abtastwinkelbereiche (30) Kanten (54) ausgebildet, die das Laserlicht zurückreflektieren; die Auswertung der Positionsdaten der Umgebung des Lastaufnahmerahmens (5) erfolgt relativ zu den für die Kanten (54) ermittelten Positionsdaten.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lastpositionierung bei Kranen mit einem Lastaufnahmerahmen zum Transport einer an der Unterseite des Lastaufnahmerahmens mit diesem verriegelbaren Last, mit Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten, die auf dem Lastaufnahmerahmen angeordnet sind, wobei den quer zur Transportrichtung verlaufenden Außenkanten des Lastaufnahmerahmens jeweils zumindest eines der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte zugeordnet ist, mit Einrichtungen zur Strahlumlenkung, die einzeln im Strahlengang jedes Laser-Entfernungsprofilmeßgerätes im Bereich der zugeordneten Außenkante des Lastaufnahmerahmens derart angeordnet sind, daß ein von jedem einzelnen der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte innerhalb eines Abtastwinkelbereiches erzeugter Laserstrahl die Umgebung des Lastaufnahmerahmens und der gegebenenfalls daran hangenden Last in einem senkrecht zum Verlauf der zugeordneten Außenkante geöffneten Winkelbereich nach unten hin abtastet, und mit einer an den Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten angeschlossenen Auswerteeinrichtung zur Ermittlung von Positionsdaten der Umgebung des Lastaufnahmerahmens und der Last aus dem von der Umgebung in die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte zurückreflektierten Laserlicht.

[0002] Eine derartige Anordnung ist aus der EP-A-0 342 655 bekannt. Bei der bekannten Anordnung werden die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte mit den Einrichtungen zur Strahlumlenkung aus ihrer über die Außenkanten des Lastaufnahmerahmens hinausragenden Position zurückgezogen, wenn aufgrund der ermittelten Positionsdaten eine Kollision mit Objekten in der Umgebung des Lastaufnahmerahmens vorhersehbar ist. Darüber hinaus ist es aber auch erforderlich, die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte stoßgedämpft an dem Lastaufnahmerahmen anzuordnen, da dieser im Betrieb erheblichen Stoßbelastungen ausgesetzt ist. Bei einer stoßgedämpften Lagerung der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte ergibt sich jedoch das Problem, daß die Lage der Geräte nicht eindeutig definiert ist, insbesondere, wenn diese aufgrund von Stößen in Schwingbewegung versetzt werden. Hieraus können Meßfehler bei der Erfassung der Positionsdaten aus der Umgebung des Lastaufnahmerahmens resultieren.

[0003] Ein weiteres Problem besteht darin, daß Lastaufnahmerahmen oft sehr unterschiedliche Konstruktionen aufweisen, woraus sich in der Regel unterschiedliche Stellen für die mögliche Anbringung der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte und daher unterschiedliche Ergebnisse für die Entfernungsprofilmessungen ergeben.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung betriebsgerecht so weiterzubilden, daß eine genaue Ermittlung von Positionsdaten aus der Umgebung des Lastaufnahmerahmens mit der gegebenenfalls daran hängenden Last möglich ist.

[0005] Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei der Anordnung der eingangs angegebenen Art an dem Lastaufnahmerahmen an vorgegebenen Stellen, die in den Abtastwinkelbereichen der Laserstrahlen liegen, das Laserlicht zurückreflektierende Kanten ausgebildet sind und daß die Auswerteeinrichtung die Positionsdaten der Umgebung des Lastaufnahmerahmens relativ zu den für die Kanten ermittelten Positionsdaten auswertet.

[0006] Da die Positionsdaten der Umgebung des Lastaufnahmerahmens relativ zu den mit ihnen gemeinsam ermittelten Positionsdaten der vorgegebenen Reflexionskanten an dem Lastaufnahmerahmen ausgewertet werden, hat die jeweilige Lage der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte an dem Lastaufnahmerahmen auf das Ergebnis der für die Umgebung ermittelten Positionsdaten keinen Einfluß. Die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte mit den Einrichtungen zur Strahlumlenkung können daher je nach Anforderung an unterschiedlichen Stellen des Lastaufnahmerahmens angeordnet werden, wobei sie insbesondere auch stoßgedämpft, d. h. schwingend montiert werden können, ohne daß dadurch das Ergebnis der Entfernungsprofilmessung beeinträchtigt wird. Dabei können die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte allein oder gemeinsam mit den Einrichtungen zur Strahlumlenkung stoßgedämpft angeordnet sein.

[0007] Damit die an dem Lastaufnahmerahmen ausgebildeten und das Laserlicht zurückreflektierenden Kanten nicht über die Außenabmessungen des Lastaufnahmerahmens hinausragen, sind die Kanten vorzugsweise in Form von Absätzen innerhalb von Aussparungen in den senkrecht verlaufenden Außenflächen des Lastaufnahmerahmens ausgebildet.

[0008] Lastaufnahmerahmen für Container, sogenannte Spreader, können unterschiedliche Konstruktionen aufweisen; ihnen ist jedoch gemeinsam, daß sie an den Ecken Mittel, sogenannte Twist-Locks, zum Verriegeln der Container aufweisen und daß die Ecken außen senkrechte plane Außenflächen aufweisen, um den Lastaufnahmerahmen mit dem Container beispielsweise in Containeraufnahmeschächte in Schiffen einführen zu können. Dementsprechend weisen auch die Container unabhängig von Form und Größe alle die gleichen Eckbeschläge auf. Im Rahmen der Erfindung ist daher vorgesehen, daß bei Containerkranen die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte an mindestens zwei, vorzugsweise allen äußeren Ecken des Lastaufnahmerahmens angeordnet sind, so daß beim positionsgenauen Absenken des Lastaufnahmerahmens auf einen Zielcontainer sich dessen Eckbeschläge in den Abtastwinkelbereichen der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten befinden. Die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte erfassen daher in ihren Abtastwinkelbereichen diejenigen Stellen des Zielcontainers, nämlich dessen Eckbeschläge, die als einzige Stellen bei allen Containertypen gleich sind, so daß durch die Auswerteeinrichtung eine vom jeweiligen Containertyp unabhängige Auswertung der Lage des Lastaufnahmerahmens - gegebenenfalls zusammen mit einem an ihm hängenden weiteren Container - in bezug auf den Zielcontainer erfolgt, auf dem der Lastaufnahmerahmen - gegebenenfalls mit dem an ihm hängenden Container - abgesetzt werden soll. Bei Längspendelungen des Lastaufnahmerahmens in Transportrichtung genügen zwei Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte an jeweils einer Außenecke der beiden quer zur Transportrichtung verlaufenden Außenkanten des Lastaufnahmerahmens. Da jedoch beim Transport der Last neben Längsbewegungen der Last in Transportrichtung zusätzlich auch Drehbewegungen auftreten können, sind die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte vorzugsweise an allen äußeren Ecken des Lastaufnahmerahmens angeordnet.

[0009] Die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte sind vorzugsweise in Hohlräumen des Lastaufnahmerahmens angeordnet, die zur Aufnahme von Betätigungseinrichtungen für Mittel zum Verriegeln der Last vorgesehen sind.

[0010] Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß die Einrichtungen zur Strahlumlenkung jeweils durch die Kraft einer Feder in einer Anschlagposition gehalten werden, in der die Einrichtungen über die ihnen zugeordneten Außenkanten des Lastaufnahmerahmens hinausragen, daß die Einrichtungen zur Strahlumlenkung jeweils entgegen der Kraft der Feder aus ihrer Anschlagposition auslenkbar sind und daß die Einrichtungen zur Strahlumlenkung in ihren über die Außenkanten hinausragenden Bereichen mit Auflaufschrägen versehen sind. Hierdurch wird beim Zusammenstoßen des Lastaufnahmerahmens mit möglichen Kollisionsobjekten, wie z. B. Containerstapeln, oder beim Einführen der Last in einen Schacht vermieden, daß die zwangsweise über den Lastaufnahmerahmen hinausragenden Einrichtungen zur Strahlumlenkung beschädigt werden. In diesem Zusammenhang sind den Einrichtungen zur Strahlumlenkung vorzugsweise Meldekontakte zugeordnet, die Auslenkungen der Einrichtungen aus ihren Anschlagpositionen detektieren. In einem solchen Fall werden dann die Meßergebnisse des zugeordneten Laser-Entfernungsprofilmeßgerätes ignoriert oder unterdrückt, um Fehlmessungen zu verhindern.

[0011] Um bereits vor einem Zusammenstoßen des Lastaufnahmerahmens mit einem Kollisionsobjekt die Einrichtungen zur Strahlumlenkung in eine geschützte Position bringen zu können, weist die erfindungsgemäße Anordnung in vorteilhafter Weise eine die Umgebung des Lastaufnahmerahmens abtastende Kollisionsüberwachungseinrichtung und Betätigungseinrichtungen zum automatischen Auslenken der Einrichtungen zur Strahlumlenkung in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Kollisionsüberwachungseinrichtung auf. Dabei sind im einfachsten Falle die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte mit der nachgeordneten Auswerteeinrichtung Bestandteile der Kollisionsüberwachungseinrichtung, wobei die Abtastung der Umgebung des Lastaufnahmerahmens nach möglichen Kollisionsobjekten durch die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte selbst erfolgt. Da der Abtastbereich der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte durch die Einrichtungen zur Strahlumlenkung nach unten gelenkt ist, weist die Kollisionsüberwachungseinrichtung als Alternative oder Ergänzung zu den Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten vorzugsweise Ultraschallsensoren auf, die zur Abtastung der Umgebung des Lastaufnahmerahmens im Bereich seiner Außenkanten angeordnet sind.

[0012] Um beim Transport der Last und vor deren Absetzen auf die Zielposition Lastpendelungen ausregeln zu können, ist es erforderlich, die Pendelbewegung der Last gegenüber dem Kran zu erfassen. Hierzu ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, daß zur Erfassung der Lastpendelungen auf dem Lastaufnahmerahmen eine Markierung mit einer reflektierenden Fläche angeordnet ist, daß an dem Kran eine auf die Markierung gerichtete Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist, daß an dem Kran ferner eine ebenfalls auf die Markierung gerichtete Zeilenkamera mit einer längs zur Transportrichtung ausgerichteten Bildsensorzeile angeordnet ist und daß der Zeilenkamera eine Signalauswerteeinheit nachgeordnet ist, die aus dem Signal der Bildsensorzeile ein der momentanen Position der Markierung entsprechendes Ausgangssignal erzeugt. Mit der Zeilenkamera lassen sich Lastbewegungen in horizontaler Richtung mit kurzen Meßzeiten und innerhalb eines großen Lastpendelbereiches erfassen. Um zusätzlich auch die vertikale Position der Last gegenüber dem Kran erfassen zu können, ist in vorteilhafter Weise eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der jeweiligen Pendellänge vorgesehen, wobei das Meßsignal der Meßeinrichtung in der Signalauswerteeinheit zusammen mit dem Signal der Bildsensorzeile zur Ermittlung der momentanen Lastposition ausgewertet wird. Bei der Meßeinrichtung zur Bestimmung der Pendellänge kann es sich beispielsweise um einen Winkelschrittgeber oder Absolutwertgeber an der Seiltrommel des Krans handeln; es ist auch möglich, die Pendellänge durch Laserdistanzmessung zwischen dem Kran und dem Lastaufnahmerahmen zu ermitteln.

[0013] Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zeigen:

FIG 1 einen Containerkran zum Transport einer an einem Lastaufnahmerahmen hängenden Last mit einer an dem Containerkran angeordneten Zeilenkamera und mit Laser-Entfernungsprofilmeßgerätenan dem Lastaufnahmerahmen,

FIG 2 eine Draufsicht auf den Lastaufnahmerahmen,

FIG 3 ein schematisches Blockschaltbild der Zeilenkamera,

FIG 4 ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte zusammen mit jeweils einer Einrichtung zur Strahlumlenkung im Bereich einer Ecke des Lastaufnahmerahmens und

FIG 5 das Blockschaltbild einer Steuerungsstruktur für den Containerkran.

[0014] FIG 1 zeigt schematisch eine Laufkatze 1, die entlang eines hier nur abschnittsweise dargestellten Auslegers 2 eines Containerkrans verfahrbar ist. Auf der Katze 1 sind Hubwinden 3 angeordnet, an denen über Seile 4 ein Lastaufnahmerahmen (Spreader) 5 für eine zu transportierende Last 6, hier ein Container, hängt. Der Container 6 soll beispielsweise auf einem bereits abgestellten weiteren Container (Zielcontainer) 7 positionsgenau aufgesetzt werden. Beiderseits des Containers 7 sind weitere Container 8, 9 und 10, teilweise aufeinandergestapelt, abgesetzt. Durch das Anfahren und Abbremsen der Laufkatze 1 aber auch durch äußere Störeinflüsse, wie z. B. Windkräfte, kann die Last 6 in eine Pendelbewegung versetzt werden. Im folgenden wird davon ausgegangen, daß die Pendelungen der Last im wesentlichen in Verfahrrichtung x der Laufkatze 1 erfolgen, wobei zusätzlich noch Drehpendelungen der Last 6 auftreten können.

[0015] Um die Pendelbewegung der Last 6 messen zu können, ist auf dem Lastaufnahmerahmen 5 eine Markierung 11 angebracht, die von einem bei Ruhestellung der Last 6 lotrecht über dieser an der Laufkatze 1 gehaltenen Scheinwerfer 12 beleuchtet wird, wobei das von der Markierung 11 reflektierte Licht von einer unmittelbar neben oder in dem Scheinwerfer 12 angeordneten Zeilenkamera 13 erfaßt wird. Wie die Draufsicht auf den Lastaufnahmerahmen 5 in FIG 2 zeigt, besteht die Markierung 11 aus einer rechteckförmigen, mit einer Kantenseite parallel zur Pendelrichtung x ausgerichteten reflektierenden Fläche, welche von einer nichtreflektierenden Fläche 14 umgeben ist. Die reflektierende Fläche 11 besteht aus einer Vielzahl von hier nicht gezeigten Triplereflektorelementen, die auf sie auftreffendes Licht in die Richtung zurückstrahlen, aus der es gekommen ist. Dadurch wird sichergestellt, daß das von dem Scheinwerfer 15 abgestrahlte Licht von der reflektierenden Fläche 11 in die dem Scheinwerfer 12 unmittelbar benachbarte Zeilenkamera 13 zurückgestrahlt wird, und zwar unabhängig von dem jeweiligen Betrag der Pendelauslenkung der Last 6 in x-Richtung. Die Zeilenkamera 13 ist derart an der Laufkatze 1 angeordnet, daß ihre Abtastebene 15 die Markierung 11 längs zur Pendelrichtung x schneidet.

[0016] Wie FIG 3 zeigt, weist die Zeilenkamera 13 eine Bildsensorzeile 16 mit einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden Bildsensorelementen 17 auf, deren Bildinformationen parallel in ein Schieberegister 18 überfuhrt und von dort seriell an eine Signalauswerteeinheit 19 weitergeleitet werden. Zur Erfassung der Position der Markierung 11 sucht die Signalauswerteeinheit 19 das serielle Signal S der Bildsensorzeile 16 nach dem Auftreten der beiden Helligkeitswechsel mit dem jeweils größten Kontrast ab und detektiert auf diese Weise die quer zur Abtastrichtung 15 verlaufenden Kanten der reflektierenden Fläche 11. Aus der Mitte zwischen den beiden detektierten Helligkeitswechsel wird in der Signalauswerteeinheit 19 die Position der Mitte der Markierung 11 bestimmt. Bei einer Pendelbewegung um die Weglänge x ergibt sich eine entsprechende Verschiebung in dem Signalverlauf S' der Bildsensorzeile 16, woraus in der Signalauswerteeinheit 19 die Weglänge x detektiert wird. Mit Hilfe eines Winkelschrittgebers 20 oder eines Absolutwertgebers an einer der Seilwinden 3 wird die Hubhöhe und damit die Pendellänge gemessen und der Signalauswerteeinheit 19 zugeführt, die ausgangsseitig ein die Pendelauslenkung der Last 6 in x-Richtung und die Pendellänge bezeichnendes Ausgangssignal A für eine weitere Verarbeitung im Rahmen einer Lastpositionierregelung und Ausregelung von Pendelschwingungen zur Verfügung stellt.

[0017] Bei der Anordnung der Zeilenkamera 13 wurde davon ausgegangen, daß Lastpendelungen hauptsächlich in Verfahrrichtung x der Laufkatze 1 erfolgen. Sollen auch mögliche Pendelungen quer dazu erfaßt werden, so kann hierzu eine weitere, hier nicht gezeigte Zeilenkamera vorgesehen werden, deren Bildsensorzeile in z-Richtung ausgerichtet ist. Die Messung der Pendellänge kann alternativ zu dem vorstehend angegebenen Beispiel auch mit Hilfe eines Laser-Distanzmeßgerätes erfolgen, das an der Laufkatze 1 angeordnet ist und die Distanz beispielsweise zur Markierung 11 auf dem Lastaufnahmerahmen 5 mißt.

[0018] Wie die Figuren 1 und 2 in vereinfachter Darstellung zeigen, sind an den Ecken des Lastaufnahmerahmens 5 mehrere Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 21 bis 24 angeordnet. Die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 21 bis 24 dienen zur Bestimmung der Position des Lastaufnahmerahmens 5 mit der daran hängenden Last 6 in bezug auf ihre Umgebung mit dem Zielcontainer und den übrigen Containern 8, 9 und 10. Jedes Laser-Entfernungsprofilmeßgerät, z. B. 21, erzeugt jeweils einen Laserstrahl 25, der in einem vorgegebenen Winkelbereich abgelenkt wird. Im Bereich der Außenkanten des Lastaufnahmerahmens 5 sind Einrichtungen 26 bis 29 zur Strahlumlenkung jeweils in der Weise angeordnet, daß der von dem jeweils zugeordneten Laser-Entfernungsprofilmeßgerät, z. B. 21, erzeugte und in dem vorgegebenen Winkelbereich abgelenkte Laserstrahl 25 in Richtung nach unten an dem Lastaufnahmerahmen 5 und der daran hängenden Last 6 vorbei umgelenkt wird und dabei die Umgebung des Lastaufnahmerahmens 5 und der Last 6 in einem senkrecht zum Verlauf der zugeordneten Außenkante des Lastaufnahmerahmens 5 geöffneten Abtastwinkelbereich 30 abtastet. In FIG 1 sind diejenigen Stellen, auf die der in dem Abtastwinkelbereich 30 abgelenkte Laserstrahl 25 auftrifft, durch eine dickere Strichstärke hervorgehoben. Durch Auswertung der Laufzeit des Laserlichts und des jeweiligen momentanen Abstrahlwinkels des Laserstrahls 25 kann für jede Stelle, auf die der Laserstrahl 25 auftrifft, deren Positionskoordinaten in der horizontalen x-Richtung und der vertikalen y-Richtung bestimmt werden.

[0019] Jeder der beiden quer zur Verfahrrichtung x der Laufkatze 1 verlaufenden Außenkanten 31 und 32 des Lastaufnahmerahmens 5 ist jeweils mindestens ein Laser-Entfernungsprofilmeßgerät, z. B. 21 und 24, zugeordnet. Wie FIG 2 zeigt, sind diese beiden Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 21 und 24 über Eck, und somit in z-Richtung versetzt, angeordnet, so daß es möglich ist, außer Pendelbewegungen in x-Richtung auch Drehpendelungen der Last 6 zu messen, die sich darin äußern, daß sich die mit den Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten 21 und 24 gemessenen x-Koordinaten von markanten Punkten in der Umgebung der Last 6 zeitlich unterschiedlich ändern. Vorzugsweise ist jedoch, wie dies FIG 2 zeigt, an jeder Ecke des Lastaufnahmerahmens 5 jeweils ein Laser-Entfernungsprofilmeßgerät 21 bis 24 angeordnet.

[0020] Wahrend die Last 6 bei Annäherung an den Zielcontainer 7 über diesen in x-Richtung hinweggeführt wird, erfassen die beiden Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 22 und 24 zunächst die mit 33 bezeichnete Außenkante des Zielcontainers 7 im Bereich seiner Eckbeschläge 34 und 35. Später, wenn die Last 6 sich teilweise direkt über dem Zielcontainer 7 befindet, wird die Außenkante 34 im Bereich der Eckbeschläge 37 und 38 von den beiden Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten 22 und 24 erfaßt. In dem Moment, wenn die Last 6 über den Ziecontainer 7 hinwegtransportiert wird, gerät die Außenkante 34 aus dem Blickfeld der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 22 und 24, während gleichzeitig die Außenkante 33 durch die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 21 und 23 erfaßt wird. Die Last 6 befindet sich also genau dann exakt über dem Zielcontainer 7, wenn beide Außenkanten 33 und 34 des Zielcontainers 7 gleichzeitig aus dem Blickfeld der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 21 bis 24 verschwinden. Da der Zielcontainer 7 oben offen oder durch eine unregelmäßige Plane abgedeckt sein kann, lassen sich seine Außenkanten 33 und 34 am sichersten im Bereich der Eckbeschläge 35 bis 38 abtasten, die bei einer Aufnahme des Zielcontainers 7 durch einen Lastaufnahmerahmen zur Verriegelung an diesem dienen und auch bei unterschiedlichen Containertypen immer gleich sind. Deswegen sind auch die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 21 bis 27 im Bereich der äußeren Ecken des Lastaufnahmerahmens 5 angeordnet.

[0021] Da beispielsweise aufgrund von Windkräften auch Pendelungen der Last 6 quer zur Transportrichtung x, also in z-Richtung, auftreten können, kann gegebenenfalls auch im Bereich der jeweils in x-Richtung verlaufenden Außenkanten 39 und 40 des Lastaufnahmerahmens 5 jeweils ein hier nicht gezeigtes Laser-Entfernungsprofilmeßgerät mit einer zugeordneten Einrichtung zur Strahlumlenkung angeordnet sein.

[0022] FIG 4 zeigt ein Beispiel für die Anordnung der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte,hier das Gerät 21, an den äußeren Ecken des Lastaufnahmerahmens 5. Lastaufnahmerahmen für Container können sehr unterschiedlich aufgebaut sein und unterschiedliche, oft verstellbare Außenabmessungen zur Anpassung an verschiedene Containertypen aufweisen. Relativ einheitlich für alle Lastaufnahmerahmen sind jedoch deren Ausbildungen an den äußeren Ecken, die außen senkrechte plane Außenseiten 41 zum Einführen in Containeraufnahmeschächte in Schiffen aufweisen und sogenannte Twist-Locks 42 zum Verriegeln des Lastaufnahmerahmens 5 mit dem jeweils aufzunehmenden Container aufweisen, welche durch einen Antriebsmechanismus 43 in einem Hohlraum 44 in der jeweiligen Ecke des Lastaufnahmerahmens 5 betätigbar sind. In diesem Hohlraum 44 ist das Laser-Entfernungsprofilmeßgerät 21 in einem Schutzgehäuse 45 stoßgedämpft (hier durch eine federnde Lagerung symbolisiert) untergebracht. An dem Schutzgehäuse 45 ist ein Strahlführungsrohr 46 für den von dem Laser-Entfernungsprofilmeßgerät 21 erzeugten Laserstrahl 25 angebracht, das in einer mit Auflaufschrägen 47 versehenen, vorzugsweise kegeligen Spitze 48 endet. Im Bereich dieser Spitze 48 ist die Einrichtung 26 zur Strahlumlenkung, beispielsweise ein Umlenkspiegel oder ein Umlenkprisma, in einer festen Winkelstellung angeordnet. In ihrem unteren Bereich enthält die Spitze 48 eine Öffnung 49, durch die der Laserstrahl mit dem Abtastwinkelbereich 30 nach unten austritt. Das Strahlführungsrohr 46 ist in einer zu der Außenseite 41 des Lastaufnahmerahmens 5 hin offenen Führungshülse 50 verschiebbar gelagert, wobei es durch die Kraft einer Feder 51 in einer Anschlagposition gehalten wird, in der sich die Einrichtung 26 zur Strahlumlenkung jenseits der Außenseite 41 des Lastaufnahmerahmens 5 befindet. Für den Fall, daß es zu einem Zusammenstoß zwischen dem Lastaufnahmerahmen 5 und irgendeinem Kollisionsobjekt, z. B. dem Container 9 in FIG 1, kommen sollte, wird das Strahlführungsrohr 46 mit der darin enthaltenen Einrichtung 26 zur Strahlumlenkung beim Auftreffen gegen das Kollisionsobjekt entgegen der Kraft der Feder 51 in der Führungshülse 50 zurückverschoben, ohne daß es zu einer Beschädigung der Einrichtung 26 kommt. Aufgrund der Auflaufschrägen 47 erfolgt die Zurückverschiebung der Einrichtung 26 zur Strahlumlenkung unabhängig davon, ob die Kollision bei einer Auf-oder Abwärtsbewegung des Lastaufnahmerahmens in y-Richtung oder aufgrund von Verfahr- oder Pendelbewegungen des Lastaufnahmerahmens 5 in x-Richtung erfolgt. Da bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Schutzgehäuse 45 für das Laser-Entfernungsprofilmeßgerät 21 mit dem verschiebbaren Strahlführungsrohr 46 verbunden ist, wird bei einer Kollision auch das Laser-Entfernungsprofilmeßgerät 21 zurückverschoben. Es ist jedoch auch möglich, das Schutzgehäuse 45 mit dem Laser-Entfernungsprofilmeßgerät 21 in dem Hohlraum 44 der Ecke des Lastaufnahmerahmens 5 fest anzuordnen und nur das Strahlführungsrohr 46 mit der darin enthaltenen Einrichtung 26 zur Strahlumlenkung verschiebbar anzuordnen. Im Bereich der Anschlagposition des Strahlführungsrohres 46 ist ein Meldekontakt 52 angeordnet, der über eine Signalleitung 53 mit dem Laser-Entfernungsprofilmeßgerät 21 verbunden ist und eine Unterbrechung des Meßvorganges bewirkt, sobald das Führungsrohr 46 aus seiner Anschlagposition zurückverschoben wird.

[0023] An seiner Außenseite 41 weist der Lastaufnahmerahmen 5 an einer vorgegebenen, innerhalb des Abtastwinkelbereiches 30 liegenden Stelle eine das Laserlicht zurückreflektierende Kante 54 auf. Diese ist in Form eines Absatzes innerhalb einer Aussparung 55 in der Außenseite 41 ausgebildet, so daß sie nicht über die von der Außenseite 41 gebildete senkrechte Führungsfläche hinausragt. Beim Abtasten der Umgebung des Lastaufnahmerahmens 5 werden daher zusätzlich zu den Positionsdaten der Umgebung auch die Positionsdaten der Kante 54 erfaßt. Die Positionsdaten der Umgebung werden dabei relativ zu denen der Kante 54 ausgewertet, so daß als Ergebnis nicht die relative Lage des Laser-Entfernungsprofilmeßgeräts 21 zu der Umgebung des Lastaufnahmerahmens 5, sondern die relative Lage der Kante 54 an dem Lastaufnahmerahmen 5 zu dessen Umgebung erhalten wird. Wenn also die Kante 54 unabhängig von der Größe und Konstruktion des jeweiligen Lastaufnahmerahmens 5 immer an der gleichen definierten Stelle an den Ecken des Lastaufnahmerahmens 5 ausgebildet wird, sind die für die Umgebung des Lastaufnahmerahmens 5 ermittelten Positionsdaten unabhängig von der jeweiligen Konstruktion des Lastaufnahmerahmens und den jeweiligen Einbaupositionen, an denen die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 21 bis 24 an dem Lastaufnahmerahmen 5 angebracht sind. Hinzu kommt, daß durch die stoßgedämpfte Anordnung der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 21 bis 24 deren Lage an dem Lastaufnahmerahmen 5 nicht eindeutig festgelegt ist, was jedoch dadurch, daß die Positionsdaten der Umgebung des Lastaufnahmerahmens 5 relativ zu den für die Kante 54 ermittelten Positionsdaten ausgewertet werden, keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit hat.

[0024] Wie bereits erwähnt, wird durch die Anordnung der Einrichtung 26 zur Strahlumlenkung in dem verschiebbaren und mit Auflaufschrägen 47 versehenen Strahlführungsrohr 46 eine Beschädigung der Einrichtung 26 bei Kollisionen mit Fremdobjekten vermieden. Ein noch weitergehender Schutz der Einrichtung 26 bis 29 zur Strahlumlenkung vor Kollisionsschäden wird dadurch erreicht, daß auf dem Lastaufnahmerahmen 5 im Bereich der Außenkanten 35, 36, 39 und 40 Ultraschallsensoren 56 angeordnet sind, die die Umgebung des Lastaufnahmerahmens 5 abtasten (FIG 2). Wie FIG 4 am Beispiel der Einrichtung 26 zur Strahlumlenkung zeigt, ist jeder dieser Einrichtungen jeweils eine Betätigungseinrichtung 57 zugeordnet, die bei zu dichter Annäherung des Lastaufnahmerahmens 5 an ein mögliches Kollisionsobjekt von den Ultraschallsensoren 56 angesteuert wird und daraufhin eine automatische Auslenkung der Einrichtung 26 zur Strahlumlenkung aus ihrer Anschlagposition heraus bewirkt.

[0025] FIG 5 zeigt das Blockschaltbild einer Steuerungsstruktur für den Containerkran. Die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte, von denen hier lediglich die Geräte 21 und 22 gezeigt sind, sind an einer gemeinsamenen Einrichtung 58 zur Datenvorverarbeitung angeschlossen, die aus den innerhalb der Abtastwinkelbereiche 30 von den in der Umgebung des Lastaufnahmerahmens 5 mit der daran gehaltenen Last 6 erhaltenen Abtastwerten die Koordinaten x und y; aller erfaßten Kanten i = 1,...,n der in FIG 1 durch dickere Strichstärken hervorgehobenen Abtastbereiche ermittelt. Aus diesen in dem durch die Kanten 54 (FIG 4) definierten Koordinatensystem des Lastaufnahmerahmens 5 ermittelten Kantenkoordinaten werden in einer übergeordneten Steuereinheit 59 in Abhängigkeit von Außenabmessungen des Zielcontainers 7, die der Steuereinheit 59 über eine Eingabeeinheit 60 mitgeteilt werden, die Zielkoordinaten _Xz, y_z für das Absetzen der Last 6 berechnet. Zusätzlich zu diesen Positionskoordinaten werden auch die Verdrehwinkel des Lastaufnahmerahmens 5 mit der Last 6 gegenüber dem Zielcontainer 7 berechnet. Schließlich werden die Koordinaten möglicher Kollisionsobjekte beiderseits des Zielcontainers 7 ermittelt. Zur Ergänzung der Kollisionsüberwachung durch die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 21 und 22 sind die Ultraschallsensoren 56 direkt an der Steuereinheit 59 angeschlossen. Wie bereits anhand von FIG 4 erläutert wurde, sind außerdem an den Ultraschallsensoren 56 die Betätigungseinrichtungen 57 zum automatischen Auslenken der Einrichtungen 26 und 27 zur Strahlumlenkung im Falle einer drohenden Kollisionsgefahr angeschlossen.

[0026] Die von der Signalauswerteeinrichtung 19 in Abhängigkeit von den Signalen der Zeilenkamera 13 und des Winkelschrittgebers 20 erzeugten Positionsdaten werden ebenfalls der Steuereinheit 59 zugeführt und dort in Abhängigkeit von der Steuereinheit 59 über die Eingabeeinheit 60 mitgeteilten Außenabmessungen des Lastaufnahmerahmens 5 und der Last 6 in Positionskoordinaten _Xs, y_s des Lastaufnahmerahmens 5 und in Lastkoordinaten _Xc, y_c der Last 6 bezogen auf das Koordinatensystem der Laufkatze 1 umgerechnet. Zur Umrechnung dieser Positionskoordinaten in kranbezogene oder landbezogene Koordinaten werden der Steuereinheit 59 von einer Katzpositionsmeßeinrichtung 61 und einer Kranpositionsmeßeinrichtung 62 die jeweils aktuelle Position der Laufkatze 1 und des Containerkrans mitgeteilt.

[0027] Die auf diese Weise erhaltenen aktuellen Positionskoordinaten _Xs, y_s des Lastaufnahmerahmens 5 bzw. _Xc, y_c der Last 6 und _Xz, y_z des Zielcontainers 7 werden innerhalb der Steuereinheit 59 zur Ausregelung von Lastpendelungen sowie für eine Lastpositionierregelung herangezogen. Diese führt in Abhängigkeit von den Koordinatenwerten und von ihr mitgeteilten Fahrdaten, wie z. B. aktuellen Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerten der Laufkatze 1 und der Hubwinden 3, eine zeitoptimale und Pendelungen der Last 6 dämpfende Steuerung des Antriebs 63 für die Laufkatze 1 und des Antriebs 65 für die Hubwinden 3 durch. Dabei werden die von der Zeilenkamera 13 und dem Winkelschrittgeber 20 gelieferten Positionswerte der Last 6 bzw. des Lastaufnahmerahmens 5 zur Grobpositionierung und die mit Hilfe der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte 21 bis 24 erhaltenen Daten über die relative Position des Lastaufnahmerahmens 5 mit der daran hängenden Last 6 zu dem Zielcontainer 7 zur Feinpositionierung des Lastaufnahmerahmens 5 bzw. der Last 6 herangezogen.

Ansprüche

1. Anordnung zur Lastpositionierung bei Kranen mit einem Lastaufnahmerahmen (5) zum Transport einer an der Unterseite des Lastaufnahmerahmens (5) mit diesem verriegelbaren Last (6), mit Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten (21 bis 24), die an dem Lastaufnahmerahmen (5) angeordnet sind, wobei den quer zur Transportrichtung (x) verlaufenden Außenkanten (35, 36) des Lastaufnahmerahmens (5) jeweils zumindest eines der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte (21 bis 24) zugeordnet ist, mit Einrichtungen (26 bis 29) zur Strahlumlenkung, die einzeln im Strahlengang (25) jedes Laser-Entfernungsprofilmeßgerätes (z. B. 21) im Bereich der zugeordneten Außenkante (35) des Lastaufnahmerahmens (5) derart angeordnet sind, daß ein von jedem einzelnen der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte (z. B. 21) innerhalb eines Abtastwinkelbereiches erzeugter Laserstrahl (25) die Umgebung des Lastaufnahmerahmens (5) und der gegebenenfalls daran hängenden Last (6) in einem senkrecht zum Verlauf der zugeordneten Außenkante (35) geöffneten Winkelbereich (30) nach unten hin abtastet, und mit einer an den Laser-Entfernungsprofilmeßgeräten (21 bis 24) angeschlossenen Auswerteeinrichtung (59) zur Ermittlung von Positionsdaten der Umgebung des Lastaufnahmerahmens (5) und der Last (6) aus dem von der Umgebung in die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte (21 bis 24) zurückreflektierten Laserlicht,
dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Lastaufnahmerahmen (5) an vorgegebenen Stellen, die in den Abtastwinkelbereichen (30) der Laserstrahlen liegen, das Laserlicht zurückreflektierende Kanten (54) ausgebildet sind und daß die Auswerteeinrichtung (59) die Positionsdaten der Umgebung des Lastaufnahmerahmens (5) relativ zu den für die Kanten (54) ermittelten Positionsdaten auswertet.

2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die das Laserlicht zurückreflektierenden Kanten (54) in Form von Absätzen innerhalb von Aussparungen (55) in den senkrecht verlaufenden Außenflächen (41) des Lastaufnahmerahmens (5) ausgebildet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Containerkranen die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte (21 bis 24) an mindestens zwei, vorzugsweise allen äußeren Ecken des Lastaufnahmerahmens (5) angeordnet sind, so daß beim positionsgenauen Absenken des Lastaufnahmerahmens auf einen Zielcontainer (7) sich dessen Eckbeschläge (34) in den Abtastwinkelbereichen (30) der Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte befinden.

4. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte (z. B. 21) in Hohlräumen (44) des Lastaufnahmerahmens (5) angeordnet sind, die zur Aufnahme von Betätigungseinrichtungen (43) für Mittel (42) zum Verriegeln der Last (6) vorgesehen sind.

5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen (26 bis 29) zur Strahlumlenkung jeweils durch die Kraft einer Feder (51) in einer Anschlagposition gehalten werden, in der die Einrichtungen (26 bis 29) über die ihnen zugeordneten Außenkanten (35, 36) des Lastaufnahmerahmens (5) hinausragen, daß die Einrichtungen (26 bis 29) zur Strahlumlenkung jeweils entgegen der Kraft der Feder (51) aus ihrer Anschlagposition auslenkbar sind und daß die Einrichtungen (26 bis 29) zur Strahlumlenkung in ihren über die Außenkanten (35, 36) hinausragenden Bereichen mit Auflaufschrägen (47) versehen sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß den Einrichtungen (26 bis 29) zur Strahlumlenkung Meldekontakte (52) zugeordnet sind, die die Auslenkungen der Einrichtungen (26 bis 29) aus ihren Anschlagpositionen herausdetektieren.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6,
gekennzeichnet durch eine die Umge bung des Lastaufnahmerahmens abtastende Kollisionsüberwachungseinrichtung (56) und Betätigungseinrichtungen (57) zum automatischen Auslenken der Einrichtungen (26 bis 29) zur Strahlumlenkung in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Kollisionsüberwachungseinrichtung.

8. Anordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Laser-Entfernungsprofilmeßgeräte (21 bis 24) mit der nachgeordneten Auswerteeinrichtung (59) Bestandteile der Kollisionsüberwachungseinrichtung sind.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kollisionsüberwachungseinrichtung Ultraschallsensoren (50) aufweist, die zur Abtastung der Umgebung des Lastaufnahmerahmens (5) im Bereich seiner Außenkanten (35, 36, 39, 40) angeordnet sind.

10. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erfassung von Lastpendelungen auf dem Lastaufnahmerahmen (5) eine Markierung (11) mit einer reflektierenden Fläche angeordnet ist, daß an dem Kran eine auf die Markierung gerichtete Beleuchtungseinrichtung (12) angeordnet ist, daß an dem Kran ferner eine ebenfalls auf die Markierung (11) gerichtete Zeilenkamera (13) mit einer längs zur Transportrichtung (x) ausgerichteten Bildsensorzeile (16) angeordnet ist und daß der Zeilenkamera (13) eine Signalauswerteeinheit (19) nachgeordnet ist, die aus dem Signal der Bildsensorzeile (16) ein der momentanen Position der Markierung (11) entsprechendes Ausgangssignal (A) erzeugt.

11. Anordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Meßeinrichtung (20) zur Bestimmung der jeweiligen Pendellänge vorgesehen ist und daß das Meßsignal der Meßeinrichtung (20) in der Signalauswerteeinheit (19) zusammen mit dem Signal der Bildsensorzeile (16) zur Ermittlung der momentanen Lastposition ausgewertet wird.

Zeichnung