專利名稱：吊車自動控制模式下夾取板坯的板坯信息檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉 及板坯吊運(yùn)控制，特別涉及吊車自動控制模式下夾取板坯的板坯信息檢測方法。
背景技術(shù)：
在エ業(yè)控制高度自動化的今天，板坯庫吊車已有采用無人化的趨勢。當(dāng)采用無人控制吊車進(jìn)行自動吊運(yùn)時(shí)，雖然吊車的定位精度比人工定位精度要高得多，但是在國內(nèi)大多數(shù)鋼廠的板坯庫內(nèi)，入庫方式多種多樣，無法保證入庫時(shí)所有板坯中心點(diǎn)的對中。這就造成板坯入庫時(shí)，板坯的中心與垛位的中心沒有重合，在以后的倒垛、上料等作業(yè)中，吊車夾取板坯時(shí)在沒有類似板坯中心檢測的裝置的情況下，夾取位置不在板坯中心。如果夾取位置偏移太多，將可能產(chǎn)生如下嚴(yán)重后果I、影響吊車吊運(yùn)過程的消擺效果，而且吊運(yùn)過程中板坯將發(fā)生旋轉(zhuǎn)擺動，如圖I所示，I為板坯，2為夾鉗，5為表示夾鉗的鉗爪。若吊車在自動控制的情況下進(jìn)行此類吊運(yùn)是極其危險(xiǎn)的。2、在板坯庫中，經(jīng)常需要將板坯吊入保溫爐中進(jìn)行保溫。因此將板坯吊入保溫爐時(shí)，如圖2所示，I為板坯，3為表示保溫爐，4為吊車。由于保溫爐的位置為絕對位置，因此吊車在自動定位時(shí)，將定位在保溫爐中垛位的中心，因此吊車夾鉗夾取板坯時(shí)，沒有夾在中心，那么吊車所吊的板坯有可能會跟保溫爐壁發(fā)生碰撞，造成保溫爐的損壞。3、由于吊車夾鉗夾取板坯時(shí)，沒有夾在中心，因此板坯重量分配在夾鉗的鉗爪不是均等的，在這種情況下有可能造成其中一對鉗爪受カ超過其所能承受的重量，造成掉坯等重大事故。國外有鋼廠采用在吊車小車底部安裝ー個(gè)激光掃描傳感器，如圖3所示，I為板坯，2為夾鉗，6為安裝在小車底部的激光掃描傳感器。在吊車定位完成后，先利用激光掃描傳感器進(jìn)行板坯尺寸的掃描，獲得板坯的位置數(shù)據(jù)，然后微調(diào)吊車的位置，再進(jìn)行起吊。此方法有一個(gè)缺點(diǎn)由于板坯庫的吊車夾鉗的體積較大，因此夾鉗會對激光掃描傳感器的檢測信號造成遮擋，影響檢測的效果，如圖4所示，圖中所示的夾鉗2若沒有進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)以減少夾鉗對激光掃描傳感器6信號的遮擋，當(dāng)夾鉗的高處時(shí)，將對激光掃描傳感器6的信號造成遮擋，造成圖中箭頭所示的區(qū)域?yàn)樗绤^(qū)，必須使夾鉗下降到低位吋，才能減少對激光掃描傳感器的遮擋，使得激光掃描傳感器能夠檢測到板坯1，如圖5所示。但是，如果所吊板坯的長度太短，如圖6所示，7為所示夾鉗2的體積范圍對板坯I造成的遮擋，即使夾鉗下降到低位，激光掃描傳感器6也無法掃描到板還I。港口的集裝箱起重機(jī)在吊運(yùn)集裝箱吋，也有采用激光掃描傳感器進(jìn)行集裝箱的掃描，一般在集裝箱吊具上安裝激光掃描傳感器。由于板坯庫吊車吊運(yùn)的板坯的溫度很高，有的可以達(dá)到幾百度，造成激光掃描傳感器的工作環(huán)境溫度很高，而激光掃描傳感器的正常工作溫度一般在60°C以下，因此在板坯庫吊車的夾鉗上安裝激光掃描傳感器的方式不合適。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種吊車自動控制模式下夾取板坯的板坯信息檢測方法，這種方法可以不受夾鉗的體積與板坯的長短的影響，能夠檢測夾取的板坯的尺寸以及中心位置，同時(shí)，在發(fā)生夾取位置偏移太多時(shí)，能夠自動解決，或者報(bào)警人工干預(yù)，提高自動控制模式下吊車夾取板坯位置的準(zhǔn)確性，提高吊車作業(yè)的安全性和可靠 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是吊車自動控制模式下夾取板坯的板坯信息檢測方法，其包括，a)將一激光掃描傳感器通過一連桿安裝于吊車小車下面；激光掃描傳感器與水平成一角度，該角度應(yīng)保證激光掃描傳感器進(jìn)行板坯掃描時(shí)，夾鉗所處的高度大于庫區(qū)內(nèi)板坯垛位的最大高度，而且掃描線在板坯中心線附近，目標(biāo)掃描面為所吊板坯的中心線；激光掃描傳感器與作為吊車自動控制系統(tǒng)的控制器連接；該控制器與過程管理計(jì)算機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，從過程管理計(jì)算機(jī)獲得所有的吊車作業(yè)指令數(shù)據(jù)以及板坯信息如板坯長寬、重量；控制器還連接一夾鉗高度傳感器，夾鉗高度傳感器檢測夾鉗所處的高度，并將所檢測的高度數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器；b)激光掃描傳感器可在O 180度之間掃描，在掃描到90度角時(shí)獲得的距離即為激光掃描傳感器與板還面的直線距離h,即板還中間點(diǎn)；由于從激光掃描傳感器獲得的數(shù)據(jù)為角度Θ以及在此角度上的斜線距離m，角度Θ的變化范圍是O 180度，根據(jù)三角法則，可得到各個(gè)角度對應(yīng)的hn = mcos Θ ;由于板坯吊在半空中，在激光掃描傳感器的O 180度的掃描面上，除了板坯掃描面所涵蓋的特定角度范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，在其余的角度激光掃描傳感器所獲得的距離數(shù)據(jù)通過三角法則計(jì)算得出的hn遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于板坯與激光掃描傳感器之間的距離h，通過比較hn與h的差別，可檢測出板坯左右兩端點(diǎn)；由此根據(jù)h可計(jì)
算出板坯左端點(diǎn)與板坯中間點(diǎn)間的距離Zl =」m22 +h2，以及右端點(diǎn)與板坯中間點(diǎn)間的距離LI = +h2，以及板坯的長度L = L1+L2 ；由此可計(jì)算出板坯中心的偏移量AL = L1-L2，
然后將AL與系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的一個(gè)閾值σ進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行下一步的作業(yè)；c)板坯庫吊車自動起吊板坯至一高度H停止，或者在起吊速度降為低速，吊車控制器啟動激光掃描傳感器進(jìn)行掃描，得到所吊板坯的長度，將此長度與從過程管理計(jì)算機(jī)接收的板坯信息進(jìn)行比較，判斷所吊板坯的長度是否符合要求；若不符合要求，則認(rèn)為板坯信息出錯(cuò)，進(jìn)行報(bào)警，人工干預(yù)；如果長度滿足要求，則根據(jù)前面所述，計(jì)算出AL。d)如果I AL| ( σ，則認(rèn)為此偏移量對作業(yè)流程的安全不會有影響，可繼續(xù)執(zhí)行下面的步驟，只需要在吊車自動運(yùn)行到目標(biāo)位置后，調(diào)整小車的目標(biāo)位置為I = Y0-AL;e)如果I AL| >。，則認(rèn)為此偏移量太大，會影響后續(xù)作業(yè)流程的安全性，則采用如下處理辦法吊車停止作業(yè)，發(fā)送一個(gè)報(bào)警信息，進(jìn)行人工干預(yù)；或，吊車自動下放板坯，然后打開夾鉗，空載起升至一定高度，然后微調(diào)小車的位置為I = I0-N L，再空載下降，夾緊，起吊，在起升到檢測高度后繼續(xù)進(jìn)行新一輪的檢測，檢測合格，繼續(xù)后續(xù)作業(yè)步驟。進(jìn)一步，激光掃描傳感器安裝在一個(gè)頂部與吊車小車相連，底部處于小車下面的平臺上，此平臺可與吊車小車一起移動，激光掃描傳感器可安裝平臺的上面，也可以安裝在平臺的下面。
如果板坯庫的吊車屬于舊車改造的情況，即原先為有人駕駛的吊車改造成無人駕駛的情況，則將激光掃描傳感器安裝在司機(jī)室的底部。激光掃描傳感器為一維激光掃描傳感器，可在O 180度的角度范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，其根據(jù)測量激光往返目標(biāo)所需要的時(shí)間，獲得激光掃描傳感器在特定角度上與物體相距的距離，再根據(jù)三角形法則，獲得所掃描物體的外形尺寸數(shù)據(jù)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明板坯信息檢測方法不受夾鉗的體積與板坯的長短的影響，能夠檢測夾取的板坯的尺寸與中心位置，同時(shí)，在發(fā)生夾取位置偏移太多時(shí)，能夠自行自動調(diào)整，或者報(bào)警
人工干預(yù)。


圖I為吊車吊運(yùn)過程中夾鉗夾取板坯的示意圖。圖2為板坯吊入保溫爐中進(jìn)行保溫的示意圖。圖3為現(xiàn)有鋼廠吊車小車安裝激光掃描傳感器的示意圖。圖4為吊車吊運(yùn)過程中夾鉗對激光掃描傳感器的檢測信號遮擋的示意圖。圖5為減少夾鉗對激光掃描傳感器遮擋的示意圖。圖6為夾鉗的體積對板坯造成遮擋的示意圖。圖7為本發(fā)明一實(shí)施例的示意圖。圖8為本發(fā)明一實(shí)施例中激光掃描傳感器安裝位置的示意圖。圖9為本發(fā)明另一實(shí)施例中激光掃描傳感器安裝位置的示意圖。圖10為本發(fā)明一實(shí)施例中激光掃描傳感器目標(biāo)掃描面的不意圖。圖11為本發(fā)明一實(shí)施例中激光掃描傳感器掃描檢測數(shù)據(jù)的示意圖。圖12為本發(fā)明實(shí)施例中激光掃描傳感器獲得的數(shù)據(jù)根據(jù)三角法則計(jì)算的示意圖。圖13為本發(fā)明實(shí)施例中偏移量太大情況下的一種處理方法作業(yè)流程圖。圖14為本發(fā)明實(shí)施例中偏移量太大情況下另一種處理方法作業(yè)流程圖。
具體實(shí)施例方式參見圖7、圖8、圖10 圖14，本發(fā)明的吊車自動控制模式下夾取板坯的板坯信息檢測方法，其包括，a)將一激光掃描傳感器6通過一連桿8安裝于吊車小車9下面；激光掃描傳感器6與水平成一角度，該角度應(yīng)保證激光掃描傳感器6進(jìn)行板坯I掃描時(shí)，夾鉗2所處的高度大于庫區(qū)內(nèi)板坯垛位的最大高度，而且掃描線在板坯I中心線附近，目標(biāo)掃描面為所吊板坯I的中心線,如圖10所示。激光掃描傳感器6與作為吊車自動控制系統(tǒng)的控制器10連接；該控制器與過程管理計(jì)算機(jī)11通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，從過程管理計(jì)算機(jī)11獲得所有的吊車作業(yè)指令數(shù)據(jù)以及板坯信息如板坯長寬、重量；控制器10還連接一夾鉗高度傳感器12，夾鉗高度傳感器12檢測夾鉗2所處的高度，并將所檢測的高度數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器10 ；b)激光掃描傳感器6可在O 180度之間掃描，在掃描到90度角時(shí)獲得的距離即為激光掃描傳感器6與板還I面的直線距離h,即板還中間點(diǎn)101 ;由于從激光掃描傳感器6獲得的數(shù)據(jù)為角度Θ以及在此角度上的斜線距離m，角度Θ的變化范圍是O 180度，根據(jù)三角法則，如圖12所示，可得到各個(gè)角度對應(yīng)的hn = m cos Θ ;由于板坯吊在半空中，在激光掃描傳感器6的O 180度的掃描面上，除了板坯I掃描面所涵蓋的特定角度范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，在其余的角度激光掃描傳感器所獲得的距離數(shù)據(jù)通過三角法則計(jì)算得出的hn遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于板坯與激光掃描傳感器之間的距離h，通過比較hn與h的差別，可檢測出板坯I左右兩端點(diǎn)102、103 ;由此根據(jù)h可計(jì)算出圖10中板坯左端點(diǎn)102與板坯中間點(diǎn)101間的距離LI =如22+h2，以及右端點(diǎn)103與板坯中間點(diǎn)101間的距離Z2 = ^32+が，以及板 I的長度L = L1+L2 ;由此可計(jì)算出板坯I中心的偏移量AL = L1-L2，然后將Λ L與系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的ー個(gè)閾值σ進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行下一歩的作業(yè)；c)板坯庫吊車自動起吊板坯I至一高度H停止，或者在起吊速度降為低速，吊車控制器10啟動激光掃描傳感器6進(jìn)行掃描，得到所吊板坯I的長度，將此長度與從過程管理計(jì)算機(jī)11接收的板坯信息進(jìn)行比較，判斷所吊板坯I的長度是否符合要求；若不符合要求，則認(rèn)為板坯信息出錯(cuò)，進(jìn)行報(bào)警，人工干預(yù)；如果長度滿足要求，則根據(jù)前面所述，計(jì)算出AL。d)如果I AL| < σ，則認(rèn)為此偏移量對作業(yè)流程的安全不會有影響，可繼續(xù)執(zhí)行下面的步驟，只需要在吊車自動運(yùn)行到目標(biāo)位置后，調(diào)整小車的目標(biāo)位置為I = ycrAL ;如圖13所示。e)如果I AL| >。，則認(rèn)為此偏移量太大，會影響后續(xù)作業(yè)流程的安全性，則采用如下處理辦法吊車停止作業(yè)，發(fā)送一個(gè)報(bào)警信息，進(jìn)行人工干預(yù)；或，吊車自動下放板坯，然后打開夾鉗，空載起升至一定高度，然后微調(diào)小車的位置為I = I0-N L，再空載下降，夾緊，起吊，在起升到檢測高度后繼續(xù)進(jìn)行新ー輪的檢測，檢測合格，繼續(xù)后續(xù)作業(yè)步驟。如圖14所示?？刂破?0作為吊車自動控制系統(tǒng)的中樞，完成對吊車的自動控制，以及對吊車整體狀態(tài)的監(jiān)控。其與過程管理計(jì)算機(jī)11通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，從過程管理計(jì)算機(jī)11獲得所有的吊車作業(yè)指令數(shù)據(jù)以及板坯信息，如板坯長寬、重量等。吊車執(zhí)行機(jī)構(gòu)13由控制器10進(jìn)行控制，控制吊車的作業(yè)。激光掃描傳感器6安裝位置如圖8所不,激光掃描傳感器6安裝在一個(gè)平臺15上，該平臺15通過連桿8與吊車小車9相連，平臺15處于吊車小車9下。此平臺可與小車ー起移動，激光掃描傳感器6可安裝平臺的上面，也可以安裝在平臺的下面，如圖8所示，激光掃描傳感器6安裝在平臺15的下面。參見圖9，如果板坯庫的吊車屬于舊車改造的情況，即原先為有人駕駛的吊車改造成無人駕駛的情況，那么可將激光掃描傳感器6安裝在司機(jī)室的底部，14為吊車司機(jī)室。激光掃描傳感器6的安裝需要與水平呈一定的角度，此角度的選擇視實(shí)際情況進(jìn)行選擇，如圖8、圖9所示,此角度的選擇原則為(I)激光掃描傳感器6射出的激光射線受夾鉗尺寸的影響最小，即不會由于板坯I長度太短，夾鉗2太大而造成激光掃描傳感器無法掃描板坯的情形。(2)夾鉗2所需提升的高度最小，但是需要保證在使用激光掃描傳感器進(jìn)行板坯掃描時(shí)，夾鉗2所處的高度大于庫區(qū)內(nèi)板坯垛位的最大高度，而且掃描線在板坯中心線附近，以 減少在需要重新進(jìn)行調(diào)整夾取位置所需的時(shí)間。目標(biāo)掃描面為所吊板坯I的中心線，如圖10所示。
權(quán)利要求
1.吊車自動控制模式下夾取板坯的板坯信息檢測方法，其包括， a)將一激光掃描傳感器通過一連桿安裝于吊車小車下面；激光掃描傳感器與水平成一角度，該角度應(yīng)保證激光掃描傳感器進(jìn)行板還掃描時(shí)，夾鉗所處的高度大于庫區(qū)內(nèi)板還垛位的最大高度，而且掃描線在板坯中心線附近，目標(biāo)掃描面為所吊板坯的中心線；激光掃描傳感器與作為吊車自動控制系統(tǒng)的控制器連接；該控制器與過程管理計(jì)算機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，從過程管理計(jì)算機(jī)獲得所有的吊車作業(yè)指令數(shù)據(jù)以及板坯信息如板坯長寬、重量；控制器還連接一夾鉗高度傳感器，夾鉗高度傳感器檢測夾鉗所處的高度，并將所檢測的高度數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器； b)激光掃描傳感器可在O 180度之間掃描,在掃描到90度角時(shí)獲得的距離即為激光掃描傳感器與板還面的直線距離h,即板還中間點(diǎn)；由于從激光掃描傳感器獲得的數(shù)據(jù)為角度Θ以及在此角度上的斜線距離m，角度Θ的變化范圍是O 180度，根據(jù)三角法貝U，可得到各個(gè)角度對應(yīng)的hn = mcos Θ ;由于板坯吊在半空中，在激光掃描傳感器的O 180度的掃描面上，除了板坯掃描面所涵蓋的特定角度范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，在其余的角度激光掃描傳感器所獲得的距離數(shù)據(jù)通過三角法則計(jì)算得出的hn遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于板坯與激光掃描傳感器之間的距離h，通過比較hn與h的差別，可檢測出板坯左右兩端點(diǎn)；由此根據(jù)h可計(jì)算出板坯左端點(diǎn)與板坯中間點(diǎn)間的距離Zl = ^m22 +h2，以及右端點(diǎn)與板坯中間點(diǎn)間的距離LI = ^m23 +h2，以及板坯的長度 L = L1+L2 ;由此可計(jì)算出板還中心的偏移量AL = L1-L2,然后將AL與系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的一個(gè)閾值σ進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行下一步的作業(yè)； c)板坯庫吊車自動起吊板坯至一高度H停止，或者在起吊速度降為低速，吊車控制器啟動激光掃描傳感器進(jìn)行掃描，得到所吊板坯的長度，將此長度與從過程管理計(jì)算機(jī)接收的板坯信息進(jìn)行比較，判斷所吊板坯的長度是否符合要求；若不符合要求，則認(rèn)為板坯信息出錯(cuò)，進(jìn)行報(bào)警，人工干預(yù)；如果長度滿足要求，則根據(jù)前面所述，計(jì)算出AL ; d)如果IAL| < σ，則認(rèn)為此偏移量對作業(yè)流程的安全不會有影響，可繼續(xù)執(zhí)行下面的步驟，只需要在吊車自動運(yùn)行到目標(biāo)位置后，調(diào)整小車的目標(biāo)位置為I = Y0-AL; e)如果IAL| > σ，則認(rèn)為此偏移量太大，會影響后續(xù)作業(yè)流程的安全性，則采用如下處理辦法吊車停止作業(yè)，發(fā)送一個(gè)報(bào)警信息，進(jìn)行人工干預(yù)；或，吊車自動下放板坯，然后打開夾鉗，空載起升至一定高度，然后微調(diào)小車的位置為1 = 1,-N L，再空載下降，夾緊，起吊，在起升到檢測高度后繼續(xù)進(jìn)行新一輪的檢測，檢測合格，繼續(xù)后續(xù)作業(yè)步驟。
2.如權(quán)利要求I所述的吊車自動控制模式下夾取板坯的板坯信息檢測方法，其特征是，激光掃描傳感器安裝在一個(gè)頂部與吊車小車相連，底部處于小車下面的平臺上，此平臺可與吊車小車一起移動，激光掃描傳感器可安裝平臺的上面，也可以安裝在平臺的下面。
3.如權(quán)利要求I所述的吊車自動控制模式下夾取板坯的板坯信息檢測方法，其特征是，如果板坯庫的吊車屬于舊車改造的情況，即原先為有人駕駛的吊車改造成無人駕駛的情況，則將激光掃描傳感器安裝在司機(jī)室的底部。
4.如權(quán)利要求I所述的吊車自動控制模式下夾取板坯的板坯信息檢測方法，其特征是，激光掃描傳感器為一維激光掃描傳感器，可在O 180度的角度范圍內(nèi)進(jìn)行掃描,其根據(jù)測量激光往返目標(biāo)所需要的時(shí)間，獲得激光掃描傳感器在特定角度上與物體相距的距離，再根據(jù)三角形法則，獲得所掃描物體的外形尺寸數(shù)據(jù)
全文摘要
吊車自動控制模式下夾取板坯的板坯信息檢測方法，其包括，將激光掃描傳感器安裝于吊車小車下，并與水平成一角度；且與一控制器連接；該控制器從過程管理計(jì)算機(jī)獲得吊車作業(yè)指令數(shù)據(jù)及板坯信息；控制器連接夾鉗高度傳感器；板坯庫吊車自動起吊板坯至一高度H停止，利用激光掃描傳感器掃描得到板坯長度，與從過程管理計(jì)算機(jī)接收的板坯信息進(jìn)行比較，判斷板坯長度是否符合要求；若不符合要求，則認(rèn)為板坯信息出錯(cuò)，進(jìn)行報(bào)警，人工干預(yù)；如滿足要求，計(jì)算出板坯中心的偏移量ΔL，將ΔL與系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的閾值σ比較，根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行下一步的作業(yè)步驟。
文檔編號B66C13/16GK102616656SQ20111003334
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月30日
發(fā)明者馮家慶, 劉方毅, 曹彧華, 榮鴻偉, 裴留鋒, 陳欣, 黃夏蘭 申請人:上海寶信軟件股份有限公司, 寶山鋼鐵股份有限公司