光学测量装置、负载搬运设备、用于保护光学测量装置的方法以及用于更新负载搬运设备的方法与流程

本发明涉及一种光学测量装置并且具体地涉及一种在负载搬运设备中的光学测量装置。

背景技术：

门式起重机通常用于在港口中搬运货物，在那里它们暴露在各种天气条件、例如雨天条件下。例如当拾取或堆放货物集装箱时，驱动门式起重机需要很高的精度。在使用门式起重机的搬运货物中发生的事故可能会对在事故中所涉及的设备和人员造成严重的后果。在发生事故的情况下，停止使用门式起重机进行的货物搬运操作。单个事故也可能影响其它起重机的货物搬运，例如阻碍其它起重机挪动成垛的集装箱。因此，事故可能降低起重机甚至整个港口的运行效率。

激光扫描仪用在门式起重机上，以有助于驱动起重机和货物。激光扫描仪发射激光束通过可透激光的表面并且通过所述表面接收反射回的激光束。发射和反射的激光用于测量至物体的距离。为了有助于正确操作激光扫描仪，激光束传输通过的可透光表面应当清除掉污染物和水。然而，根据气象条件、例如下雨、湿度、快速温度变化，可在表面上形成雨滴或者雾形式的水。另一方面，颗粒、例如花粉随着时间推移可积聚到表面上。然而，花粉和水引起通过表面传输的激光束的衰减、折射和散射，这引起激光扫描仪操作不精确。数量少时，不精确可能减慢由门式起重机所搬运的货物的速度，而数量多时，不精确可能引起危及设备和附近的人员的事故。由于激光扫描仪的位置难以接近、例如由于距地面的位置的高度，因此将水和污染物从激光扫描仪上清除可能是危险的并且耗费时间。由于人身安全要求，清洁激光扫描仪必须停止起重机，这导致也必须要停止在同一垛集装箱上作业的其它起重机。这降低了货物搬运的运行效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供解决以上不足的至少一部分的方案。该目的通过其特征在于独立权利要求中所声明的光学测量装置、负载搬运设备和方法而获得。本发明的优选实施例在从属权利要求中公开。

根据一个方面，提供了一种光学测量装置，其包括用于将光传输至光学测量装置以及从光学测量装置传输光的可透光表面，其中，亲水涂层布置在可透光表面上。

根据一个方面，提供了一种负载搬运设备，其中，所述负载搬运设备包括根据一个方面的光学测量装置、驱动系统以及可操作地连接至驱动系统和光学测量装置并构造成获得来自光学测量装置的测量信息以及在测量信息的基础上驱动负载搬运设备的控制器。

根据一个方面，提供了一种用于保护包括用于将光传输至光学测量装置并从光学测量装置传输光的可透光表面的光学测量装置的方法，该方法包括将亲水涂层涂覆至光学测量装置的可透光表面。

根据一个方面，提供了一种用于更新负载搬运设备的方法，该方法包括：将根据一个方面的光学测量装置安装到负载搬运设备上。

某些方面提供了包括改进的测量精度的改进。改进的测量精度提供了在负载搬运中减少了碰撞的危险。

附图说明

现在，参考所附的示意性的且简化的附图，借助于优选的工作示例将更详细地描述本发明，在附图中：

图1是本发明的门式起重机在其操作环境下的侧视图；

图2是本发明的门式起重机在其操作环境下的俯视图；以及

图3示出了也可应用本发明的门式起重机的桥；以及

图4a示出了根据一实施例的光学测量装置；

图4b示出了根据一实施例的光学测量装置的可透光表面的侧视图；

图5示出了在负载搬运设备中的暴露至雨中的光学测量装置；以及

图6a和图6b示出了对由根据一实施例的光学测量装置所提供的测量结果的影响。

具体实施方式

图1、图2和图3示出了安装到负载搬运设备的根据一实施例的光学测量装置。图1和图2示出了本发明的主要应用，换言之，轮胎式门式起重机(RTG)1在港口中使用特别广泛。它通常包括：框架，所述框架具有彼此之间具有一定距离的两个水平顶梁2、连接至每个顶梁2的端部的竖直梁3、在框架的相对两侧上横向于顶梁2并且连接到竖直梁3的底端的两个底梁4；在两个底梁4的端部处的轮式6小车结构5；以及布置成以沿着顶梁2移动的吊车7。门式起重机的框架自然也可为不同的类型，由此它的主梁的数量和结构可根据需要和应用而变化。

图1和图2示出了起重机1在港口中的操作环境下的典型情况。由起重机1的框架所限定的空间具有多排不同高度的集装箱C和正在卡车车道上等待的用于将集装箱C装载在其上的卡车T。起重机包括可用于附接至集装箱以移动集装箱的装卸构件10。装卸构件通过绳连接至吊车。装卸构件可通过起重机械降低和升高。在这种情况下，紧固至吊车7的集装箱C必须以其不碰撞到另一集装箱C的方式安全地移动至正在等待的卡车T。起重机械可用于将装卸构件提升至一定高度，该高度允许在拾取和堆放集装箱时在不碰撞到集装箱和/或卡车的情况下移动吊车和装卸构件。应该理解的是，负载搬运设备、例如起重机也可搬运除集装箱之外的其它种类的负载，并且此处所描述的各种实施例不限于所搬运的为集装箱的负载。

根据本发明，至少一个激光扫描装置8布置在吊车7中，用于检测在吊车和所附接的负载(此处为集装箱C)的操纵空间中的障碍物。激光扫描装置8的激光束用附图标记编号9来标记。激光扫描装置8在吊车7的路径中、可能在比直线扫描路径还更宽的路径上以激光束9的特定方向角度连续地扫描任何障碍物(此处为集装箱C)。激光扫描装置8连续地接收集装箱的距离的实时信息，并且激光扫描装置布置成以在集装箱的操纵空间中测量集装箱C的高度轮廓。正如更早所描述的，在没有吊车7的位置信息的情况下，因此也能够避开集装箱C。激光扫描装置8可为商业上可获得的任何合适类型的激光扫描装置、例如SICK LMS511。

由于在吊车7的路径上可能存在不同长度的障碍物，此处为通常为20至40英尺的集装箱(图2)的集装箱C，其中，20英尺的集装箱只可能部分地在吊车路径中并因此不能被安装在吊车7的一个边缘上的激光扫描装置8检测到，因此，优选的是，如在图2中所示的，将两个激光扫描装置8布置在吊车7上，当沿着吊车7的路径的方向看时，在吊车7的每一侧上均具有一个激光扫描装置8。两个激光扫描装置8接着独立地测量集装箱C的高度轮廓，由此扫描结果是这两个测量值的组合并且最高的轮廓一直成为最终的测量结果。如果有必要，可以有多个激光扫描装置8。如果原本能够确定只有一种尺寸的集装箱C存储在一个集装箱列中，在吊车7的中间安装一个激光扫描装置8就足够了。应当从提升负载(此处为集装箱C)到降低负载一直使用激光扫描。

图3示出了门式起重机1′的桥，其中，吊车7′布置成以沿着在两端处支撑到端支撑件3′的主支撑件2′移动，其中，主支撑件2′和吊车7′布置成在端支撑件上在旁侧移动。在该起重机的吊车7′中，也能够以与在以上所描述的门式起重机1中相对应的方式和操作布置一个或更多个激光扫描装置8，尽管操作环境、要移动的负载和在吊车7′的路径上的障碍物可能与以上所描述的港口条件存在显著的不同。装卸构件用附图标记编号10′来标记。优选地，激光扫描装置附接至装卸构件，以使激光扫描装置可接近被搬运的负载执行测量。装卸构件可与被搬运的负载附接和分离。装卸构件的示例包括钩和吊具。

图4a示出了根据实施例的光学测量装置400。光学测量装置可为用于根据从物体上反射的激光束来测量到物体的距离的激光扫描装置。距离可用于确定被搬运的负载、例如集装箱的位置。

光学测量装置包括用于将光414传输至光学测量装置或者从光学测量装置传输光的可透光表面406，并且亲水涂层404、408布置在可透光表面上。亲水涂层可在可透光表面的两侧上或者仅在一侧上。传感器402通过可透光的表面传输光、例如激光束并且接收在光学测量装置的测量范围内的从物体反射的传输的光。亲水表面提供了在可透光表面上所接收的水、例如直接的雨水或者水的飞溅物在可透光表面上形成薄膜。光学测量装置可具有外壳410，该外壳在除传感器传输光的可透光表面的方向之外的其它方向上保护传感器。应当理解的是，可透光表面可布置在光学测量装置执行测量的所有方向上。因此，外壳在执行测量的那些方向上可由可透光表面代替。优选地，可透光表面覆盖激光扫描仪的整个表面，以使在所有方向上都能够执行测量。

优选地，亲水涂层是具有纳米颗粒的纳米技术产品，该纳米颗粒强烈地吸引水滴并使它们与可透光表面形成小的接触角。因此液滴变平且合并成均匀、透明的薄片，而不是形成无数个单独的光散射状球。

图4b示出了根据实施例的光学测量装置的可透光表面的侧视图。光学测量装置可以是图4a的光学测量装置。在侧视图中，通过可透光表面传输的光用带尖头的虚线表示。可透光表面在表面的至少一侧上具有亲水涂层。如在图4a中所示的，涂层也可在可透光表面的两侧上。由亲水涂层所变平的水滴416在涂层和可透光表面上示出。水滴与可透光表面形成接触角度α和β。接触角度由涂层的亲水性来确定，并且接触角度优选地介于0°和9°之间，以在测量中使由水引起的误差很小。

当涂层在可透光表面的测量设备外部的一侧上时，亲水效应使接收到可透光表面的水滴变平。水能够以来自天空的雨水或者来自附近的物体的水的飞溅物的形式被接收。变平减少了在测量中由散射和反射所引起的误差。

另一方面，在测量设备内部，可透光表面未暴露至雨水或者飞溅中。然而，亲水涂层可涂覆至可透光表面的在测量设备内部的表面，以使由起雾至可透光表面上所引起的水滴变平。起雾可能例如由快速的温度变化所引起。应当理解的是，也可能引起可透光表面的光学测量装置外部的一侧起雾，由此，涂层促使由起雾也在光学测量装置的外部引起的水滴变平。

通过变平水滴，可减少可透光表面的干燥时间。因此，可减少在暴露至雨水和/或雨水飞溅物之后可透光表面干燥且变得大致上完全透明的时间。此外，可透光表面的快速干燥促使水从可透光表面上的蒸发，这减少了在可透光表面上形成污渍。

在一实施例中，可透光表面上的涂层布置成利用光催化分解有机分子。通过该方式，可透光表面可通过将可透光表面暴露至紫外线(UV)光来清洁。有机分子的分解可通过在涂层中的TiO₂颗粒来提供。

在一实施例中，可透光表面上的涂层均是亲水的并且布置成分解有机分子。这样的涂层可为包括尺寸为1至100nm的纳米结构TiO₂颗粒的纳米技术产品。颗粒可包括锐钛矿形式的纳米结构的TiO₂、WO₃和/或SiO₂。纳米结构颗粒可例如通过采用产生纳米管和纳米带的热液合成法从锐钛矿中获得。

图5示出了在负载搬运设备中暴露至雨水510的光学测量装置504。负载搬运设备可为例如港口中在负载搬运中通常使用的门式起重机、跨运车、叉车或者正面吊运机。光学测量装置可为在图1至图3中的激光扫描装置并且布置成在装卸构件和/或吊车的移动方向上测量至物体的距离。

参考图5，光学测量装置具有向上、例如朝向天空定向的可透光表面506以及被保护免受直接的雨水的可透光表面508。该保护可由盖子和/或可透光表面的方向来提供。在图中，可透光表面向下、例如朝向地面定向，以覆盖它免受来自天空的直接的雨水。可透光表面可为围绕光学测量装置的单个表面或者可透光表面可为分开的表面。

应当理解的是，负载搬运设备可具有可使可透光表面暴露至雨水和/或可使可透光表面被保护免受来自天空的直接雨水的不同位置。负载搬运设备的位置可包括负载搬运设备在负载搬运区域中的位置、装卸构件相对于在负载搬运设备的操作环境中的周围结构的位置和/或负载搬运设备相对于在操作环境中的负载、例如集装箱垛的位置。在负载搬运设备的不同位置中，光学测量装置和/或可透光表面可被保护以免受来自天空的直接的雨水和/或来负载搬运设备502和/或由负载搬运设备所搬运的负载的雨水的飞溅物。负载搬运设备和/或负载的多个表面可引起雨水飞溅至光学测量装置的可透光表面。在表面接近可透光表面在小于1米的距离以内时，从表面所飞溅的雨水可特别地被接收在可透光表面上。在负载搬运设备的不同位置中，表面能够靠近或者远离可透光表面移动不同距离处。在一个示例中，附接至装卸构件的光学测量装置可接收来自附接至装卸构件的负载的雨水飞溅物。当负载与装卸构件分离时，分离的负载设置成距可透光表面的距离大于在负载搬运设备的负载附接至装卸构件的位置中距可透光表面的距离，并且可减少或者甚至完全地避免从分离的负载的表面飞溅至可透光表面的雨水。

在图5中，由虚线所示的雨水碰撞向上定向的可透光表面，并且同样地从负载搬运设备502或者由负载搬运设备搬运的负载处飞溅。当光学测量装置非常靠近光学测量装置测量至其距离的物体、例如负载搬运设备或者负载时，在雨水落在物体上时光学测量装置暴露到来自物体的飞溅物。在光学测量装置附接至装卸构件时，光学测量装置非常靠近物体，以使光学测量可用于测量靠近所搬运的负载的距离。光学测量装置可附接至装卸构件、例如吊具。装卸构件的示例在图1至图3中示出。

来自物体的飞溅物可碰撞光学测量装置的可透光表面并且使在可透光表面上存在水。光学测量装置在可透光表面上优选地具有亲水涂层，以使直接地接收的来自天空和接收的来自飞溅物的水能够变平成根据图4b所示的薄膜。通过这种方式，可减少光从水中的反射和散射，以使甚至在光学测量装置暴露至来自天空的雨水和来自附近结构的飞溅物时都能够提供测量的可靠性。

尽管在图5中，可透光表面是向上定向的，但是其它方向也是可行的。因此，可透光表面向上的方向只是一个示例。其它方向可以是向下的和/或处于水平方向上。在可透光表面的各个方向中，可透光表面可暴露至雨水和来自一个或更多个表面的飞溅物中，一个或更多个表面可包括负载搬运设备的表面(例如在图1中的装卸构件10的表面)、由负载搬运设备输运的负载(例如在图1中集装箱C)的表面、共同协作的负载搬运设备的表面。共同协作的负载搬运设备可为搬运彼此靠近的集装箱的至少两个负载搬运设备中的一个。表面的进一步的示例由图1至图3中所示的元件来描述，该元件可引起到光学测量装置的飞溅。

光学测量装置可测量在负载搬运设备的一个或更多个移动方向上的距离。根据负载搬运设备的类型，可测量至被输运的负载、至负载搬运设备的结构或者至围绕负载搬运设备的其它物体的距离。在一个示例中，光学测量装置测量在竖直方向上的距离，其中，负载被提升、例如在图1和图2的起重机中提升集装箱。在另一示例中，光学测量装置可测量在水平方向上的距离，其中，负载在货物搬运区域、例如港口中的不同的位置之间移动。

图6a和图6b示出了对由根据一实施例的光学测量装置所提供的测量结果的影响。图6a示出了根据一实施例的通过具有包括亲水涂层的可透光表面的光学测量装置602a所获得的测量结果。图6b示出了在可透光表面上不具有亲水涂层的常规的光学测量装置602b。在图6a和图6b中的光学测量装置可以如在图4a中所描述的一样，其中不同之处在于在图6b中的光学测量装置在可透光表面上不具有亲水涂层。在图6b中，可透光表面的一部分经受在可透光表面上形成水滴的水。

光学测量装置在光和通过可透光表面传输的光的反射的基础上测量至物体的距离。光学测量装置在图6a和图6b中处于完全相同的操作环境。因此，由光学测量装置所测量的至其距离的结构是同一结构。光学测量装置相对于形成光学测量装置的操作环境的结构被定位至同一位置。这些结构可以是形成通道和在通道中的角部的直壁。这些结构由示出了由结构604a、606a、608a、604b、606b1、606b2、608b所获得的测量结果的元件来图示。在图6a中，测量结果显示了示出了壁的大体上笔直的线。在图6b中，测量结果具有误差。误差通过不是笔直的线604b、606b1和606b2来示出，并且多个壁中的一个壁被分成两个分开的部分606b1、606b2，而在图6a中的同一壁为一个连续部分。由于水和污染物未积聚在可透光表面的用于测量至那个壁的距离的部分上，因此来自壁608b的测量结果未失真。因此，由于在光学测量装置的可透光表面上的涂层，与来自对应的结构604a、606a的测量结果相比，测量结果604b、606b1和606b2显示了测量精度的提高。来自对应的结构608a和608b的测量结果大体上相同，因为在图6b中的光学测量装置602b的可透光表面在朝向结构608b的方向上未经受水。

一实施例包括安装了根据一实施例的光学测量装置的负载搬运设备。负载搬运设备可包括驱动系统和可操作地连接至驱动系统和光学测量装置的控制器。驱动系统可将动力从动力源转化成负载搬运设备或者负载搬运设备的一部分的机械运动。在一示例中，驱动系统移动在起重机中的吊车或者装卸构件(例如在图1至3中所示的那些部件)。驱动系统能够例如在负载搬运区域、如港口中可替代地或者另外地移动整个门式起重机。

控制器可构造成获得来自光学测量装置的测量信息并且在测量信息的基础上驱动负载搬运设备。控制器可以是负载搬运设备的计算机或者可编程序逻辑控制器(PLC)。控制器可经由可通过负载搬运设备的内部通信总线提供的有线或者无线连接来连接至光学测量装置。

一实施例包括用于更新已有的负载搬运设备的方法。该方法包括：为负载搬运设备安装根据此处所描述的各种实施例的光学测量装置。光学测量装置可通过常规的附接方式安装。光学测量装置可向上(即朝向天孔)定向，以测量至在测量设备之上的物体的距离。由于在可透光表面上的亲水涂层，能够将光学测量装置安装到门式起重机、例如在图1和图2中的门式起重机的装卸构件上。通过这种方式，能够测量从装卸构件向上至在装卸构件之上的吊车的距离。在装卸构件之上的结构能够从测量中很容易地识别，由此测量值可很容易地应用于驱动装卸构件。即使测量了除向上方向以外的其它方向、例如向下或者在水平方向上的距离，亲水涂层也提供了能够使来自附近表面、例如装卸构件和/或货物的飞溅物变平成根据此处的各种实施例所描述的薄膜。此处所描述的各种实施例应用至负载搬运设备、例如门式起重机、桥式起重机、跨运车、叉车、正面吊运机或者能够移动负载、例如货物和/或集装箱的其它相应的装置或者设备。

在此处所描述的各种实施例中，亲水涂层用于保护包括用于将光传输至光学测量装置或者从光学测量装置传输光的可透光表面的光学测量装置。亲水涂层可例如通过喷涂或者涂刷而涂覆至可透光表面上。亲水涂层可为在根据此处所描述的不同实施例的光学测量装置中的亲水涂层。在可透光表面例如通过直接的雨水或者飞溅物暴露至水中时，亲水涂层允许保持测量的精度。亲水涂层也可布置成采用光催化分解有机分子，以使可透光表面可自清洁。

本发明的以上描述仅旨在示出本发明的基本构思。所属技术领域的技术人员可因此在所附的权利要求的范围内改变它的细节。以上所描述的起重机类型因此只是本发明的应用的优选的示例。因此，本发明原则上适用于任何起重机类型，其中，吊车或者装卸构件或者类似装置用于搬运负载，并且光学测量装置用于确定用以确定负载位置的距离。此处所描述的各种实施例在负载搬运中提供了更精确的负载的位置的确定，由此可减少碰撞的危险。