一種集裝箱起重機自動化檢測標(biāo)定系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及起重機自動化檢測標(biāo)定系統(tǒng)及方法，更具體地說，涉及一種集裝箱起重機自動化檢測標(biāo)定系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在每個港口都有大量的集裝箱需要卸載、轉(zhuǎn)運到臨時堆場，而后再裝載到各種形式的運輸工具上，其裝卸過程需要投入大量的時間和人工成本。全自動化碼頭不僅可以提高生產(chǎn)效率，降低人工成本，還能夠改善工人的工作環(huán)境，降低勞動強度，提高港口的綜合競爭力，所以建設(shè)全自動化碼頭已成為國內(nèi)外眾多集裝箱碼頭發(fā)展的必然趨勢。
[0003]全自動化碼頭設(shè)備主要包括岸邊集裝箱起重機(QC)，軌道式集裝箱門式起重機(RMG)，自動導(dǎo)航小車(AGV)等設(shè)備。其中，軌道式集裝箱門式起重機，又稱為軌道吊(以下都稱為軌道吊)，是專門用來裝卸集裝箱的一種起重機，在碼頭的集裝箱堆場區(qū)域內(nèi)作業(yè)。軌道吊是采用大車和小車編碼器來進行位置定位的，使吊具粗定位于目標(biāo)集裝箱上方。為實現(xiàn)全自動抓放箱，需在起重機上裝有SDS(吊具檢測裝置)、TDS(目標(biāo)檢測裝置)。自動化檢測系統(tǒng)主要包括目標(biāo)檢測裝置(TDS)和吊具檢測裝置(SDS)。目標(biāo)檢測裝置用于檢測目標(biāo)集裝箱、AGV或集卡的相對于起重機的位置，吊具檢測裝置用于檢測當(dāng)前吊具相對于起重機的位置，用于起重機準(zhǔn)確的抓放集裝箱。
[0004]目前檢測吊具的方法較多采用的是機器視覺方式，目標(biāo)箱子檢測采用的是激光掃描測距的方式來實現(xiàn)。如果要精確檢測吊具位置和目標(biāo)箱子位置，就需要對吊具檢測傳感器(攝像機)和目標(biāo)位置檢測傳感器(激光掃描儀)進行標(biāo)定，以糾正吊具檢測傳感器和目標(biāo)位置檢測傳感器的坐標(biāo)系。但是起重機的機械結(jié)構(gòu)，如:大車軌道傾斜，彎曲，起重機大梁形變等，也會對吊具檢測傳感器和目標(biāo)檢測傳感器的測量精度產(chǎn)生影響。如果要減少或者消除機械結(jié)構(gòu)等因素的影響，一種方法是對每一個箱位進行一次標(biāo)定。但這種方法耗時耗力，操作復(fù)雜，很明顯這種標(biāo)定方法存在很多的不足之處。
[0005]現(xiàn)有標(biāo)定方法，需要對吊具檢測裝置和目標(biāo)檢測裝置標(biāo)定以及兩者共同標(biāo)定，再進行標(biāo)定過程中，主要存在以下一些不足:
[0006]1.標(biāo)定之前，需要準(zhǔn)備的東西較多，需要將堆場至少一個貝位清空，另準(zhǔn)備5個集裝箱，標(biāo)定進行時，堆場作業(yè)需要停止。
[0007]2.標(biāo)定過程相對繁瑣，需要專業(yè)人員進行操作，標(biāo)定結(jié)果，因人而異，不同人員標(biāo)定出來的精度有不一樣。
[0008]3.標(biāo)定時間較長。初步標(biāo)定完具檢測系統(tǒng)和目標(biāo)檢測裝置需要1個小時，標(biāo)定完以后，還要對兩個系統(tǒng)進行共同標(biāo)定，并在堆場進行疊箱測試，在測試過程中進一步微調(diào)標(biāo)定參數(shù)，此時耗時3-8小時，具體操作時間和此時標(biāo)定操作的人員以及機器狀態(tài)有關(guān)系。
[0009]4.每次標(biāo)定只能控制一臺起重機的標(biāo)定精度，對其它起重機的標(biāo)定精度無法準(zhǔn)確控制，在兩臺機進行互疊互抓時誤差會各不相同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種集裝箱起重機自動化檢測標(biāo)定系統(tǒng)及方法，通過本發(fā)明能夠快速、方便、準(zhǔn)確的完成目標(biāo)檢測裝置和吊具檢測裝置的標(biāo)定，極大的減少了目標(biāo)檢測裝置和吊具檢測裝置的維護時間，提高勞動效率，并能夠更準(zhǔn)確的完成抓放集裝箱。
[0011 ]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0012]—種集裝箱起重機自動化檢測標(biāo)定系統(tǒng)，包括軌道吊小車和連接于軌道吊小車下方的吊具，還包括標(biāo)定裝置、目標(biāo)檢測裝置和吊具檢測裝置；
[0013]所述的吊具檢測裝置設(shè)于軌道吊小車和吊具的連接處；
[0014]所述的目標(biāo)檢測裝置具有兩個，均連接于軌道吊小車下方，并對應(yīng)設(shè)于軌道吊小車的兩側(cè)；
[0015]所述的標(biāo)定裝置由六塊標(biāo)識組成，其中，第一標(biāo)識、第三標(biāo)識、第四標(biāo)識和第五標(biāo)識設(shè)置為一矩形，第一標(biāo)識和第四標(biāo)識之間的距離與第三標(biāo)識和第五標(biāo)識之間的距離一致，第一標(biāo)識和第三標(biāo)識之間的距離與第四標(biāo)識和第五標(biāo)識之間的距離一致，第二標(biāo)識對應(yīng)且平行設(shè)置于第三標(biāo)識的外側(cè)，第六標(biāo)識對應(yīng)且平行設(shè)置于第五標(biāo)識的外側(cè)，第一標(biāo)識、第三標(biāo)識、第四標(biāo)識和第五標(biāo)識的高度一致，第二標(biāo)識和第六標(biāo)識的高度一致并大于第一標(biāo)識、第三標(biāo)識、第四標(biāo)識和第五標(biāo)識的高度，每塊標(biāo)識均由有源標(biāo)識和無源標(biāo)識組成，其中，有源標(biāo)識用以吊具檢測裝置的標(biāo)定，無源標(biāo)識用以目標(biāo)檢測裝置的標(biāo)定。
[0016]所述的吊具檢測裝置采用帶紅外濾光片的攝像機。
[0017]所述的目標(biāo)檢測裝置采用激光掃描儀。
[0018]所述的有源標(biāo)識為圓形，且采用紅外燈的光源。
[0019]所述的無源標(biāo)識為菱形，且采用高能反光材料。
[0020]—種集裝箱起重機自動化檢測標(biāo)定的方法，包括以下步驟:
[0021]S1，將標(biāo)定裝置安裝并固定在集卡交互區(qū)的集卡車道兩側(cè)，通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺栓，使標(biāo)定裝置處于水平；
[0022]S2，架設(shè)徠卡坐標(biāo)系，測量出標(biāo)定裝置在小車坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值；
[0023]S3，將集裝箱起重機開到標(biāo)定的位置，吊具下降到離地7m高度；
[0024]S4，將有源標(biāo)識通電后，吊具檢測裝置對有源標(biāo)識進行圖像采樣，計算出有源標(biāo)識在相機坐標(biāo)系的像素坐標(biāo)，并將像素坐標(biāo)發(fā)送給PLC;
[0025]S5，PLC接收到有源標(biāo)識的像素坐標(biāo)后，根據(jù)有源標(biāo)識的像素坐標(biāo)，結(jié)合有源標(biāo)識之間的位置關(guān)系，計算出有源標(biāo)識在攝像機中三維坐標(biāo)值，結(jié)合有源標(biāo)識在小車坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，計算攝像機坐標(biāo)系與小車坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并將轉(zhuǎn)換矩陣存儲到PLC中，至此吊具檢測裝置的標(biāo)定完成；
[0026]S6，吊具檢測裝置的標(biāo)定完成后，PLC發(fā)送指令給目標(biāo)檢測裝置，裝置收到指令后，開始掃描地面上的無源標(biāo)識，激光掃描儀將無源標(biāo)識重心提取出來，得到無源標(biāo)識在激光掃描儀中的坐標(biāo)，結(jié)合無源標(biāo)識在小車坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，計算目標(biāo)檢測裝置的兩個激光掃描儀與小車坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并將計算出來的轉(zhuǎn)換矩陣存儲到PLC中；
[0027]S7，PLC自動校驗標(biāo)定結(jié)果，并顯示在界面上，若標(biāo)定結(jié)果顯示成功，則整個檢測標(biāo)定工作結(jié)束。
[0028]所述的S3中集裝箱起重機開到標(biāo)定的位置，包括軌道吊大車、小車和起升都需要到達指定的位置。
[0029]所述的S4中圖像采樣，至少要采集到六個有源標(biāo)識。
[0030]所述的S6中激光掃描儀分別獲取三個無源標(biāo)識的點云圖像，然后計算無源標(biāo)識在激光掃描儀坐標(biāo)系中的中心。
[0031]在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明具有的有益效果為，在標(biāo)定過程中，吊具檢測裝置檢測標(biāo)定裝置中的有源標(biāo)識，目標(biāo)檢測裝置檢測標(biāo)定裝置中的無源標(biāo)識，通過標(biāo)定裝置可以方便、快捷的將吊具檢測裝置的攝像機的空間坐標(biāo)系和目標(biāo)檢測裝置的激光掃描儀的空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同一基準(zhǔn)坐標(biāo)系(小車坐標(biāo)系)，而且標(biāo)定可以自動進行，設(shè)備維護人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)后就可以進行標(biāo)定操作，不需要專業(yè)人員來進行標(biāo)定操作，小車在一個位置就可以將目標(biāo)檢測裝置、吊具檢測裝置標(biāo)定好，在標(biāo)定過程時起重機開到指定位置后，就不需要再動了，整個標(biāo)定過程可以控制在10分鐘內(nèi)，大大提高了標(biāo)定的效率。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明目標(biāo)檢測裝置和吊具檢測裝置的示意圖；
[0033]圖2是本發(fā)明標(biāo)定裝置的俯視圖；
[0034]圖3是圖2的下視圖；
[0035]圖4是圖2中a的放大圖；
[0036]圖5是本發(fā)明工作區(qū)域坐標(biāo)信息以及標(biāo)定裝置安裝示意圖；
[0037]圖6是本發(fā)明標(biāo)定方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0039]請結(jié)合圖1所示，本發(fā)明的一種集裝箱起重機自動化檢測標(biāo)定系統(tǒng)，目標(biāo)檢測裝置3具有兩個，均連接于軌道吊小車1下方，并對應(yīng)設(shè)于軌道吊小車1的兩側(cè)，是基于激光測距技術(shù)的測量系統(tǒng)，檢測物體包括集裝箱、集卡、AGV、伴侶支架等等，協(xié)助起重機對目標(biāo)物體進行定位，從而進行自動化作業(yè)，本實施例中采用激光掃描儀；吊具檢測裝置2設(shè)于軌道吊小車1和吊具4的連接處，是利用光學(xué)原理及圖像處理技術(shù)，通過檢測安裝在吊具上的紅外結(jié)構(gòu)光位置，計算出吊具空間位置和姿態(tài)信息，借助此裝置可以實現(xiàn)吊具防搖、防傾轉(zhuǎn)、以及負(fù)載定位等功能，本實施例中采用帶紅外濾光片的攝像機，通過與目標(biāo)檢測裝置3配合，實現(xiàn)起重機自動作業(yè)。
[0040]請結(jié)合圖2和圖4所示，本發(fā)明的一種集裝箱起重機自動化檢測標(biāo)定系統(tǒng)，還包括標(biāo)定裝置5、目標(biāo)檢測裝置3和吊具檢測裝置2，所述的標(biāo)定裝置由六塊標(biāo)識501-506組成，其中，第一標(biāo)識501、第三標(biāo)識503、第四標(biāo)識504和第五標(biāo)識505設(shè)置為一矩形，第一標(biāo)識501和第四標(biāo)識504之間的距離dl與第三標(biāo)識503和第五標(biāo)識505之間的距離dl—致，第一標(biāo)識501和第三標(biāo)識503之間的距離d2與第四標(biāo)識504和第五標(biāo)識505之間的距離d2—致，第二標(biāo)識502對應(yīng)且平行設(shè)置于第三標(biāo)識503的外側(cè)，第六標(biāo)識506對應(yīng)且平行設(shè)置于第五標(biāo)識505的外側(cè)，第一標(biāo)識501、第三標(biāo)識503、第四標(biāo)識504和第五標(biāo)識505的高度h2—致，第二標(biāo)識502和第六標(biāo)識506的高度hi—致并大于第一標(biāo)識501、第三標(biāo)識503、第四標(biāo)識504和第五標(biāo)識505的尚度h2，每塊標(biāo)識均由有源標(biāo)識a 1和無源標(biāo)識a2組成，其中，有源標(biāo)識a 1用以吊具檢測裝置2的標(biāo)定，無源標(biāo)識a2用以目標(biāo)檢測裝置3的標(biāo)定，有源標(biāo)識al為圓形，且采用紅外燈的光源，無源標(biāo)識a2為菱形，且采用高能反光材料；吊具檢測裝置2采用采用帶紅外濾光片的攝像機，可以很好將可見光濾除，準(zhǔn)確的將有源標(biāo)識al進行識別，無源標(biāo)識a2采用高能反光材料，目標(biāo)檢測裝置3采用激光掃描儀用以識別無源標(biāo)識a2，激光點打在上面具有很高的能量值，激光器掃描出無源標(biāo)識a2的輪廓后，根據(jù)返回激光點的能量值，準(zhǔn)確的將無源標(biāo)識a2的輪廓提取出來。
[0041]在工作使用過程中，吊具檢測裝置2的工作范圍一般是4-26m，目標(biāo)檢測裝置3的工作距離一般是4-26m，為保證吊具檢測裝置2和目標(biāo)檢測裝置3在工作范圍內(nèi)檢測精度的一致性，因此第五標(biāo)識505和第六標(biāo)識506之間的高度差一般建議在3m以上，從而保證疊放五或六層集裝箱精度滿足實際使用要求。
[0042]請結(jié)合圖5所示，本發(fā)明的一種集裝箱起重機自動化檢測標(biāo)定系統(tǒng)，標(biāo)定裝置5安裝在軌道吊集卡交互區(qū)或者集裝箱箱區(qū)，占用兩個箱位，吊具4兩側(cè)各分布一個3.5m高之間和一個矮支架，優(yōu)勢就是，軌道吊小車1在同一位置，能夠同時標(biāo)定完兩個激光器掃描儀，在標(biāo)定過程中，軌道吊大車6、小車1、起升都不需要動，坐標(biāo)系ΟιΧιΥιΖι為軌道吊小車1坐標(biāo)系。ΟιΧι軸指向軌