本發(fā)明涉及一種基于激光的防吊起檢測(cè)系統(tǒng)及方法，應(yīng)用在集裝箱碼頭的集裝箱龍門吊設(shè)備上，對(duì)外來集卡車作業(yè)時(shí)的拖架與集裝箱的分離狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，保護(hù)集卡車不會(huì)因拖架上的鎖頭與集裝箱未分離，而造成集卡車被龍門吊(即RTG)誤吊起。

背景技術(shù)：

在作業(yè)過程中，RTG起升的主要安全隱患之一是由于集卡鎖銷未完全打開，將集裝箱連同集卡一并吊起或是半邊吊起，通常稱之為吊集卡事故。

目前市場(chǎng)上針對(duì)集卡防吊起的安全檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，主要是利用光電開關(guān)裝置，在集裝箱吊起到一定距離時(shí)，通過對(duì)集裝箱與拖架之間空間的檢測(cè)判斷是否安全分離，這樣的裝置完全依賴于編碼器數(shù)據(jù)計(jì)算，且受集卡拖架的高度影響，箱車分離的檢測(cè)也存在很大的不確定性，無法滿足安全的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種基于激光的防吊起檢測(cè)系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于激光的防吊起檢測(cè)系統(tǒng)，包括邏輯運(yùn)算單元和分別與邏輯運(yùn)算單元連接的激光掃描儀和PLC控制系統(tǒng)，所述PLC控制系統(tǒng)將小車編碼器與起升編碼器的值發(fā)送給邏輯運(yùn)算單元；所述激光掃描儀將掃描到的集裝箱輪廓數(shù)據(jù)、地面輪廓數(shù)據(jù)和集卡輪廓數(shù)據(jù)發(fā)送給邏輯運(yùn)算單元；所述邏輯運(yùn)算單元接收激光掃描儀和PLC控制系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，對(duì)所接收數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和判斷，并向PLC控制系統(tǒng)發(fā)送防吊起控制信號(hào)，由PLC控制系統(tǒng)控制吊具停止上升。

本發(fā)明還提供了一種基于激光的防吊起檢測(cè)方法，包括如下步驟：

步驟一、在吊具開始作業(yè)對(duì)集卡上的集裝箱進(jìn)行起吊過程中，激光掃描儀實(shí)時(shí)將掃描到的集裝箱輪廓數(shù)據(jù)、地面輪廓數(shù)據(jù)和集卡輪廓數(shù)據(jù)發(fā)送給邏輯運(yùn)算單元；

步驟二、當(dāng)?shù)蹙咚衫|信號(hào)與著箱信號(hào)消失時(shí)，PLC控制系統(tǒng)將當(dāng)前的小車編碼器與起升編碼器的值發(fā)送給邏輯運(yùn)算單元；

步驟三、邏輯運(yùn)算單元對(duì)激光掃描儀掃描到的集裝箱輪廓數(shù)據(jù)、地面輪廓數(shù)據(jù)和集卡輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，并將運(yùn)算處理結(jié)果與PLC控制系統(tǒng)發(fā)送的小車編碼器與起升編碼器的值進(jìn)行比較，從而判斷集卡是否被吊起，并在集卡被吊起時(shí)進(jìn)行報(bào)警或向PLC控制系統(tǒng)發(fā)送防吊起控制信號(hào)、通過PLC控制系統(tǒng)控制吊具停止上升、將集卡安全放落。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是：本發(fā)明采用激光掃描測(cè)距原理、模式識(shí)別和自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)吊具、集裝箱、集卡等的實(shí)時(shí)位置檢測(cè)，并根據(jù)安全控制策略實(shí)現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)的運(yùn)行控制，實(shí)現(xiàn)防吊集卡功能，避免生產(chǎn)事故的發(fā)生；本發(fā)明采用了對(duì)集裝箱作業(yè)時(shí)側(cè)面輪廓的持續(xù)掃描識(shí)別，可以準(zhǔn)確地判斷集卡車被吊起的狀態(tài)，大大提升集裝箱裝卸的安全性。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1是本檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是激光掃描輪廓示意圖；

圖3為集卡車未被吊起時(shí)的激光掃描數(shù)據(jù)示意圖；

圖4為集卡車被吊起時(shí)的激光掃描數(shù)據(jù)示意圖。

具體實(shí)施方式

一種基于激光的防吊起檢測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示，包括：作業(yè)集卡車1、集卡車上集裝箱2、激光掃描儀3、邏輯運(yùn)算單元4、PLC控制系統(tǒng)5、小車駕駛室6、吊具7、RTG/RMG(集裝箱作業(yè)龍門吊)8。

所述系統(tǒng)設(shè)備的激光掃描儀3、邏輯運(yùn)算單元4安裝在RTG/RMG(集裝箱作業(yè)龍門吊)8的作業(yè)車道一側(cè)下方，激光掃描儀3安裝高度要求離地面180CM(因集卡車高度不超過150CM，該安裝高度相當(dāng)于高出集卡車至少30CM)，邏輯運(yùn)算單元4安裝在室外電氣機(jī)械內(nèi)，通過以太網(wǎng)線與激光掃描儀3進(jìn)行通訊連接，并且與PLC控制系統(tǒng)5通過數(shù)據(jù)電纜相連接，當(dāng)?shù)蹙?作業(yè)吊起作業(yè)集卡車1上的集裝箱2時(shí)，當(dāng)松纜信號(hào)與著箱信號(hào)消失時(shí)，PLC控制系統(tǒng)5將當(dāng)前的小車編碼器與起升編碼器的值，發(fā)送給邏輯運(yùn)算單元4；邏輯運(yùn)算單元4收取激光掃描儀3的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并在吊具7起吊的過程中持續(xù)進(jìn)行分析判斷；如圖2所示，11為激光掃描線示意，通過對(duì)激光掃描儀3獲取的掃描點(diǎn)的分析獲取集裝箱輪廓線9、地面輪廓線10和集卡輪廓線12；根據(jù)集裝箱輪廓線9與集卡輪廓線12的位置變化，以及與地面輪廓10的高度距離變化，可以分析獲得集卡是否被吊起，當(dāng)判斷吊起的高度達(dá)到保護(hù)限值(典型值：25CM)時(shí)，邏輯運(yùn)算單元4向PLC控制系統(tǒng)發(fā)送防吊起控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。

激光掃描儀的功能是實(shí)現(xiàn)集裝箱與集卡車側(cè)面垂直的輪廓掃描。

所述邏輯運(yùn)算單元4包含微處理器、存儲(chǔ)芯片、電源芯片、數(shù)據(jù)交互接口等。邏輯運(yùn)算單元的功能是實(shí)現(xiàn)激光掃描儀的控制和數(shù)據(jù)采集、輪廓的識(shí)別和防吊邏輯判斷等功能。邏輯運(yùn)算單元通過TCP/IP協(xié)議向激光掃描儀發(fā)送數(shù)據(jù)獲取命令，之后邏輯運(yùn)算單元將通過網(wǎng)絡(luò)接收到激光掃描儀的2D激光數(shù)據(jù)。

如圖2所示，激光掃描儀垂直于地面安裝，則當(dāng)集卡車在作業(yè)區(qū)域作業(yè)時(shí)，邏輯運(yùn)算單元可以獲得激光掃描的集卡輪廓點(diǎn)數(shù)據(jù)。對(duì)于集卡車側(cè)面輪廓，在激光數(shù)據(jù)中表現(xiàn)為離散點(diǎn)組成的豎直線，對(duì)于地面，在激光數(shù)據(jù)空間中表現(xiàn)為離散點(diǎn)組成的橫直線。通過聚類分割方式，在一個(gè)激光掃描周期的數(shù)據(jù)中，我們將依據(jù)激光掃描順序，將每?jī)蓚€(gè)相鄰激光點(diǎn)在X-Y坐標(biāo)系下的差值Δx和Δy

Δx＝x_n-x_n+1

Δy＝y(tǒng)_n-y_n+1

與初始設(shè)定閾值D_s進(jìn)行比較。如果某兩個(gè)相鄰的激光點(diǎn)符合以下條件：

Δx>D_s且Δy>D_s

則認(rèn)為激光數(shù)據(jù)第n個(gè)點(diǎn)之前與第n+1個(gè)點(diǎn)之后的數(shù)據(jù)應(yīng)分割成兩類數(shù)據(jù)。以圖3為例，則激光數(shù)據(jù)將被分成兩個(gè)部分。其一是集卡車側(cè)面輪廓數(shù)據(jù)，即圖3中1號(hào)虛線框區(qū)；另一部分是地面數(shù)據(jù)，即圖3中2號(hào)虛線框區(qū)。對(duì)兩個(gè)部分的數(shù)據(jù)分別依據(jù)以下公式進(jìn)行線性擬合。

根據(jù)擬合結(jié)果得到直線方程：

y＝K₁x+B₁

y＝K₂x+B₂

可依據(jù)其斜率K₁推算出1號(hào)框中的激光點(diǎn)數(shù)據(jù)為豎直線，并判斷1號(hào)框中激光點(diǎn)為集裝箱和集卡車拖架整體輪廓，然后通過計(jì)算1號(hào)框中首尾激光點(diǎn)的y值的差值得到集卡車上集裝箱側(cè)面加集卡車拖架側(cè)面整體長(zhǎng)度L。

當(dāng)集卡車被傾斜吊起時(shí)，激光掃描數(shù)據(jù)見圖4。此時(shí)仍通過上述聚類分割方法，圖4中的激光數(shù)據(jù)將被分成三個(gè)部分。其一是集裝箱側(cè)面輪廓數(shù)據(jù)，即圖4中1號(hào)虛線框區(qū)；其二是地面數(shù)據(jù)，即圖4中2號(hào)虛線框區(qū)；其三是集卡車拖架側(cè)面輪廓數(shù)據(jù)，即圖4中3號(hào)虛線框區(qū)所示的激光點(diǎn)聚類數(shù)據(jù)。此時(shí)，對(duì)框1中數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，通過計(jì)算該框中首尾點(diǎn)的y值的差值得到集裝箱的高度，然后利用圖3中框1的數(shù)據(jù)計(jì)算出的集裝箱側(cè)面加集卡車拖架側(cè)面整體長(zhǎng)度L減去集裝箱的高度即可計(jì)算出集卡車拖架的厚度(如果此時(shí)的集裝箱的高度等于L，則說明拖架無厚度)。再通過對(duì)框3中數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，可獲得集卡車拖架頂部的斜率，通過判斷斜率，可獲知集卡車拖架頂部是否傾斜，當(dāng)傾斜角度大于設(shè)定的角度時(shí)，則判斷集卡車被傾斜吊起。

當(dāng)集卡車被整體吊起時(shí)，集裝箱與集卡車拖架不分離，激光掃描數(shù)據(jù)亦如圖3所示，此時(shí)通過計(jì)算圖3中框1最下端的點(diǎn)的y值與吊具未起升時(shí)拖架底部的高度進(jìn)行比較，可判斷拖架是否上升，當(dāng)拖架上升到設(shè)定的高度時(shí)，則判斷集卡車被整體吊起。對(duì)于拖架無厚度的情形，若集卡被整體吊起，當(dāng)集卡被整體吊起到一定高度時(shí)，將會(huì)獲得拖架中心豎梁的側(cè)面輪廓數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)可計(jì)算出拖架上升的高度，當(dāng)拖架上升到設(shè)定的高度時(shí)，則判斷集卡車被整體吊起。

最終通過與PLC接口實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的獲取和控制命令的下發(fā)。

PLC為集裝箱龍門吊的核心電氣控制設(shè)備，負(fù)責(zé)將小車編碼器、起升編碼器、吊具的開閉鎖狀態(tài)、松纜信號(hào)、著箱信號(hào)等信息發(fā)送給邏輯運(yùn)算單元，并接收邏輯運(yùn)算單元的指令實(shí)現(xiàn)控制的執(zhí)行。

本發(fā)明的工作原理為：

本發(fā)明提供了一種用于集裝箱作業(yè)RTG/RMG的檢測(cè)作業(yè)集裝箱與集卡車分離狀態(tài)并提供自動(dòng)安全保護(hù)的系統(tǒng)裝置，利用二維激光掃描儀、邏輯運(yùn)算單元，與集裝箱龍門吊(RTG/RMG)的PLC系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)分析而獲取集裝箱與集卡拖架及吊具的位置與狀態(tài)，當(dāng)判斷吊具吊箱起升，并且集卡車一并吊起時(shí)進(jìn)行報(bào)警，通過PLC系統(tǒng)自動(dòng)控制吊具停止上升、安全放落，從而避免集卡車吊起事故的發(fā)生。

本發(fā)明裝置包含一個(gè)二維激光掃描儀與一個(gè)邏輯運(yùn)算單元；與RTG/RMG上原有PLC系統(tǒng)和司機(jī)控制臺(tái)上的功能啟停選擇開關(guān)和蜂鳴器等共同工作，實(shí)現(xiàn)報(bào)警與自動(dòng)保護(hù)功能。激光掃描儀安裝于RTG/RMG大車作業(yè)車道側(cè)的下方中心位置，面向作業(yè)集卡車，垂直地面進(jìn)行掃描；在集卡作業(yè)時(shí)，掃描儀可以掃描到地面、集卡側(cè)邊沿與其上集裝箱的側(cè)面，以及集裝箱上部的作業(yè)吊具；當(dāng)?shù)蹙唛]鎖提起集裝箱，吊具松繩和著箱信號(hào)消失的時(shí)刻，通過對(duì)激光掃描的輪廓的識(shí)別，判斷出集卡底部與箱頂部的位置；當(dāng)?shù)蹙咂鹕^程中，系統(tǒng)裝置持續(xù)對(duì)激光掃描輪廓進(jìn)行識(shí)別分析，識(shí)別出集裝箱與集卡拖架的分離情況，當(dāng)判斷集卡被吊起達(dá)到設(shè)定限值時(shí)，系統(tǒng)向PLC發(fā)出保護(hù)控制指令信號(hào)，控制吊具停止上升，從而達(dá)到防吊起的安全保護(hù)。

司機(jī)控制臺(tái)上提供功能啟停選擇開關(guān)、系統(tǒng)狀態(tài)指示燈。當(dāng)功能啟停選擇開關(guān)處于“關(guān)”位置時(shí)，防吊集卡功能停用，當(dāng)防吊集卡功能處于停用狀態(tài)時(shí)，指示燈熄滅；當(dāng)防吊集卡功能處于使用狀態(tài)時(shí)，指示燈長(zhǎng)亮；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，指示燈閃爍。同時(shí)，系統(tǒng)在司機(jī)控制臺(tái)上提供防吊起控制單次旁路開關(guān)，選用帶指示燈的復(fù)位開關(guān)。當(dāng)防吊起觸發(fā)時(shí)，系統(tǒng)控制吊具停止上升，指示燈亮起，司機(jī)可按下旁路開關(guān)，進(jìn)行單次控制旁路；當(dāng)防吊起未觸發(fā)或旁路時(shí)，指示燈熄滅。