桥吊下多层激光扫描集卡与吊具锁头对位方法与流程

本发明涉及用于集装箱装卸作业中集装箱卡车与吊具锁头对位，尤其适合港口集装箱桥吊双箱吊具吊运集装箱装卸作业。

背景技术：

目前，集装箱卡车与吊具对位系统：在桥吊侧面立柱横梁上安装光幕，对进入桥吊作业区的集装箱卡车进行定位，容易受到其他车道过往集卡的干扰；在桥吊横梁中央安装一个编程旋转云台和激光扫描测距仪，只能实现对车道上集卡与吊具的前后对位，无法实现集卡与吊具锁头对位。

技术实现要素：

本发明使用两个多层激光扫描仪，同时对多条工作车道上的重载或空载集卡进行多层扫描，实现集卡与吊具锁头对位。

本发明采用以下技术方案：两个多层激光扫描仪、一个电子控制旋转装置、微处理器、高亮度发光二极管显示屏、桥吊PLC、两个车道选择器，PLC通信模块。

两个多层激光扫描仪均安装在桥吊下车道上方的横梁上方，其中一个固定不动，对准集卡标准停车位置的集装箱顶面所在位置进行扫描，其扫描面与地面的交线垂直于车道前进方向；另一个放置在电子控制旋转装置上，可随电子控制旋转装置转动而转动，其扫描面与地面的交线平行于车道前进方向。

电子控制旋转装置具备一个步进电机带动转轴转动，从而带动安装在转轴上的激光扫描仪转动，装置内还有接近开关、限位开关和挡板，限制转轴的转动角度和决定起点步数。

显示屏共两类，一类是集卡显示屏共四个安装在桥吊海陆两侧横梁侧面，安装高度与集卡司机水平视线一致或略高，集卡正反行驶方向各有两个显示屏；另一类是桥吊显示屏横着面朝上安装在桥吊一侧横梁上，桥吊司机在驾驶室内也可获取集卡就位信息，针对桥吊使用单车道的情况，桥吊显示屏需要一个，而针对桥吊使用双车道的情况，桥吊显示屏需要两个。

车道选择器由车道加、减和系统开关三个按钮组成，用于工作车道的设置，一个桥边车道选择器安装在桥吊侧面下方，安装高度根据桥边工作人员设置车道和桥吊具体结构设定；另一个驾驶室车道选择器安装在桥吊驾驶室内，用于桥吊司机设置车道，通过PLC通信模块与微处理器实现通信。

微处理器与电子控制旋转装置、两个多层激光扫描仪、高亮度发光二极管显示屏以及车道选择器相连，控制电子控制旋转装置的旋转，处理两个多层激光扫描仪的测量数据以及将集卡对位信息显示到显示屏上。微处理器与桥吊PLC连接，根据扫描所得的重/空载集卡位置发送调整命令给桥吊PLC，桥吊PLC对吊具位置、油缸伸缩进行调整，最终实现集卡与吊具锁头对位；桥吊PLC提供20英尺、双20英尺、40英尺、45英尺吊具信号给微处理器，微处理器根据吊具信号具体分析实际集卡停车位置。

多层激光扫描仪具备四个扫描层。固定不动的多层激光扫描仪，其扫描面与地面的交线垂直于车道前进方向，同时扫描桥吊下所有车道，四个扫描层扫描重载集卡上集装箱或空载集卡的平板车，测量集卡在车道上左右偏离距离。根据车道选择器所设置的工作车道，电子控制旋转装置转动相应角度，安装在电子控制旋转装置上的多层激光扫描仪随之转动，由于其扫描面与地面的交线平行于车道前进方向，针对单车道使用情况，四个扫描层同时扫描一个车道，测量集卡在车道上前后偏离距离。

针对双吊具桥吊下双工作车道的情况，两个扫描面扫描一条车道，同时可扫描两条车道，测量集卡在车道上前后偏离距离，需要增加一个桥吊显示屏便于同时显示双车道上集卡对位信息。

所述的多层激光扫描仪是通过转轴带动棱镜转动多个角度，从而产生多个激光扫描层。棱镜可调，进而调整每个扫描层的位置，可以完全适用于在实际应用中各种扫描需要。

综合上述两个多层扫描仪的测量数据，通过微处理器的数据处理和分析，即可得知双车道上两辆集卡的具体位置，包括当前工作车道，重载集卡上集装箱前后左右偏离位置、集装箱箱顶高度、集装箱箱型、集装箱锁孔位置，以及空载集卡平板车前后左右偏离位置、平板车高度。

若集卡偏离距离大于吊具伸缩最大距离，微处理器把偏离距离信息通过显示屏显示，指示集卡司机移动卡车进行对位。若集卡偏离距离小于吊具伸缩最大距离，微处理器通过显示屏显示对位结束信息，指示集卡司机不要移动集卡，同时微处理器将所测的重/空载集卡的位置偏离信息发送给桥吊PLC，根据所测偏离距离控制吊具伸缩距离，完成重/空载集卡与吊具锁头的对位。

由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：实现桥吊下集卡与吊具锁头的自动对位，特别是实现了双车道上的双集卡与双吊具锁头的同时对位，自动识别当前工作车道，免去工作车道的选择，自动识别箱型，自动根据集卡停车位置指导集卡司机停车以及自动控制吊具伸缩，有效提高桥吊作业效率和安全性。

附图说明

附图1主要组成部件示意图

附图2系统安装位置示意图

附图3双车道40英尺集装箱对位图

附图4双车道双20英尺集装箱对位图

附图5电子控制旋转装置各组成部件示意图

附图6多层激光扫描仪工作原理示意图

附图中主要部件的符号说明：

(1)微处理器 (17)转轴

(2)电子控制旋转装置 (18)限位开关

(3)多层激光扫描仪1 (19)外壳

(4)多层激光扫描仪2 (20)轴承

(5)高亮度发光二极管显示屏 (21)挡板

(6)桥吊PLC (22)接近开关

(7)桥边车道选择器 (23)棱镜

(8)驾驶室车道选择器 (24)入射激光

(9)PLC通讯模块 (25)棱镜1面法线

(10)集卡 (26)1面反射激光

(11)桥吊 (27)棱镜2面法线

(12)40英尺集装箱 (28)2面反射激光

(13)垂直车道前进方向的扫描层 (29)棱镜3面法线

(14)平行车道前进方向的扫描层 (30)3面反射激光

(15)20英尺集装箱 (31)棱镜4面法线

(16)步进电机 (32)4面反射激光

具体实施方式

如图1所示，微处理器(1)分别与电子控制旋转装置(2)、多层激光扫描仪1(3)、多层激光扫描仪2(4)、高亮度发光二极管显示屏(5)、桥吊PLC(6)、桥边车道选择器(7)相连，其中多层激光扫描仪1(3)安装在电子控制旋转装置(2)上，可随电子控制旋转装置旋转而转动。驾驶室车道选择器(8)通过PLC通讯模块(9)与微处理器(1)实现通信。

如图2所示高亮度发光二极管显示屏(5)，安装在桥吊(8)海陆两侧横梁侧面，安装高度与集卡司机水平视线一致或略高，集卡正反行驶方向各有两个显示屏。还有桥吊显示屏横着面朝上安装在桥吊一侧横梁上，桥吊司机在驾驶室内也可获取集卡就位信息。电子控制旋转装置(2)、多层激光扫描仪1(3)、多层激光扫描仪2(4)安装在桥吊(8)车道上方的横梁中央。

如图3所示，双车道上两辆装载40英尺集装箱的集卡。垂直车道前进方向的扫描层(13)共四个，扫描集装箱顶面，针对一个集装箱获得四个宽度。平行车道前进方向的扫描层(14)共四个，两扫描层同时扫描一条车道，同时可扫两条车道，获得集卡长度、集装箱长度，进而可知集卡处于桥吊下方的位置，集装箱类型和位置。综合所得的集装箱宽度和长度可推算出集装箱锁孔的具体位置，在根据锁孔位置，通过微处理器(1)发送相应的吊具调整命令给桥吊PLC(6)控制吊具伸缩，从而实现双吊具锁头与集装箱锁孔对位。

如图4所示，双车道上两辆装载连个20英尺集装箱的集卡。垂直车道前进方向的扫描层(13)共四个，同时扫描两个集装箱顶面，针对一个集装箱获得两个宽度。平行车道前进方向的扫描层(14)共四个，两扫描层同时扫描一条车道，同时可扫两条车道，获得集卡长度、集装箱之间间隙距离、集装箱长度，进而可知集卡处于桥吊下方的位置，集装箱类型和位置。综合所得的集装箱宽度和长度可推算出集装箱锁孔的具体位置，在根据锁孔位置，通过微处理器(1)发送相应的吊具调整命令给桥吊PLC(6)控制吊具伸缩，从而实现双吊具锁头与集装箱锁孔对位。

如图5所示，电子控制旋转装置(2)主要由步进电机(16)、转轴(17)、限位开关(18)、外壳(19)、轴承(20)、挡板(21)以及接近开关(22)。系统开始运行时，步进电机(16)带动转轴(17)转动，挡板(21)往限位开关(18)和接近开关(22)一边转动。转轴(17)转动带动安装在转轴上的多层激光扫描仪1(3)转动，装置内还有限位开关(18)和挡板(21)，限制转轴的转动角度和决定起点步数。

如图6所示，多层激光扫描仪是通过转轴(17)带动棱镜(23)转动多个角度，从而产生多个激光扫描层(26、28、30、32)。棱镜(23)具备四个平面，四个平面分别有不同角度的倾斜，故每个平面的法线(25、27、29、31)均不同。所以当入射激光(24)射在棱镜(23)1面会有1面反射激光(26)。随后转轴(17)转动，棱镜(23)的2面替代1面，入射激光(24)射在棱镜(23)2面会有2面反射激光(28)。如此循环，棱镜(23)的3面替代2面，获得3面反射激光(30)；棱镜(23)的4面替代3面，获得4面反射激光(32)。使用不同的棱镜(23)可以得到不同角度的激光扫描层，适用于在实际应用中各种扫描需要。