專利名稱:一種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置的制造方法
【專利摘要】在堆垛密度大的貨場，集裝箱遮擋視線以及攝像光路。吊運集裝箱時，對箱耗時多、且容易錯位；箱體之間的偏差逐層積累、有可能引發(fā)貨垛傾倒事故。本實用新型提供一種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置，包括安裝在吊具或堆垛機具上的照明光源、攝像機、圖像處理芯片或計算機、控制電路；本裝置的特點是：照明光源向下方投射一個或多個光斑，用攝像機采集光斑及環(huán)境的圖像信息，用圖像處理技術判斷目標箱體的頂板上有無光斑；所述控制電路接收到圖像處理芯片或計算機的檢測結果后，用聲光信號表示“對齊”或“未對齊”等信息，達到在視線以及攝像光路受阻的條件下，自動地引導堆垛機械在正確位置“抓箱、著箱”的目的。
【專利說明】
一種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置
技術領域
[0001] 本實用新型涉及集裝箱吊運裝置領域，具體涉及一種集裝箱吊運過程中自動檢測 抓箱和碼放位置的裝置。
【背景技術】
[0002] 在集裝箱吊運（或堆垛)作業(yè)中，機械運動和風力干擾等因素引起吊具及箱體擺 動，導致堆放位置出現(xiàn)偏差?，F(xiàn)有技術多采用激光、光學以及計算機視覺等裝置，檢測集裝 箱的裝卸位置。這些技術通常存在觀測盲區(qū)，不便快速、準確地檢測箱體錯位現(xiàn)象。
[0003] 在集裝箱多層堆垛的貨場，引起觀測盲區(qū)的原因之一是，安放在吊車(或地面）的 激光/光學測量裝置，被相鄰的集裝箱遮擋(或部分遮擋）。另一個原因是，隨著吊具下降，被 吊運集裝箱向支承集裝箱靠攏(例如距離小于30cm時），上方箱體遮擋下方箱體，吊車上的 激光/光學測量裝置不能完整、清晰地觀測支承箱體的頂部。一旦吊具進入"觀測盲區(qū)"，后 果堪憂:輕則原有的檢測功能失效、延長"對箱"時間，重則引起裝卸位置的誤差超標。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的現(xiàn)狀，提供一種集裝箱吊運過 程中自動檢測抓箱和碼放位置的裝置，以實現(xiàn)兩個目的：（1)無觀察盲區(qū)，從而實現(xiàn)在多層 碼放的環(huán)境中，在貨場的任一區(qū)域，均能自動檢測貨物的位置，所述"任一區(qū)域"，包括傳統(tǒng) 的光學、激光檢測裝置被相鄰的集裝箱遮擋或部分遮擋造成的光路受阻的作業(yè)區(qū)域；（2)為 機械或操作人員提供貨物起吊和碼放位置的引導信息，從而在集裝箱起吊階段，縮短吊具 對箱時間，在碼放階段，提高著箱命中率。
[0005] 為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：
[0006] -種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置，包括吊具或堆垛機具、照明 光源、攝像機、圖像處理芯片或計算機、控制電路;所述照明光源、攝像機、圖像處理芯片或 計算機、控制電路均安裝在吊具或堆垛機具上。
[0007] 所述裝置中至少有1個照明光源，向吊具下方或側下方投射光束，所述投射光束的 幾何中心線位于垂直于地面的平面內，并且所述平面與所述照明光源所在吊具一側的兩端 的鎖頭的連線平行。所述照明光源可以是激光器、或發(fā)光二極管、或電光源，發(fā)射光束的橫 截面形狀可以是點、圓、橢圓、條形、一字形，或一字形組合得到的 L、+、Γ等形狀之一;連 續(xù)發(fā)光或強度調制發(fā)光，照明光源的功率為O.lmw~2w;連續(xù)發(fā)光或強度調制發(fā)光，波長為 300nm~1064nm。如果吊具或堆垛機具上有激光測距和激光掃描裝置，那么這些裝置的光 束兼起照明的作用。
[0008] 所述裝置中至少有1個攝像機。當光束照射在任意表面時會形成照明光斑，所述攝 像機采集光斑及環(huán)境的圖像，可對距離攝像機鏡頭0.1m至5m選定位置的光斑清晰成像，并 將圖像發(fā)送給圖像處理芯片或計算機。一個攝像機檢測1個光斑，或者同時檢測多個光斑。 攝像機的個數(shù)不限，為降低成本，優(yōu)選為1~8個。
[0009] 所述圖像處理芯片或計算機通過檢測照明光源形成的光斑的位置，判斷吊具或堆 垛機具與目標箱體幾何位置是否對齊或對準，并將檢測結果發(fā)送給控制電路。在抓箱和碼 放作業(yè)中，目標箱體分別是被吊運箱體和支承箱體。判斷吊具或堆垛機具與目標箱體幾何 位置對齊或對準的依據(jù)是:攝像機視場中，目標箱體的頂板上無光斑。判斷吊具或堆垛機具 相對于目標箱體未對齊或對準的依據(jù)是:攝像機視場中，目標箱體的頂板上，或頂板與側壁 相交的棱線上，至少有1個光斑。
[0010] 所述控制電路接收到圖像處理芯片或計算機的檢測結果后，用聲光信號表示吊具 是否對準被吊運箱體，以及被吊運箱體是否對齊支承箱體等信息。
[0011] 從上述結構的描述可以發(fā)現(xiàn)，任何可堆垛的、規(guī)格相同（尺寸相近）的物體都可以 作為本實用新型抓取和碼放的對象。
[0012] 本實用新型的有益效果：
[0013] (1)在貨場任一位置，本檢測裝置均無觀測盲區(qū)。
[0014] 對傳統(tǒng)檢測技術而言，集裝箱多層堆放、產生遮擋作用，形成人眼和普通攝像機的 觀測盲區(qū)，導致"對箱"耗時多、且"著箱"容易錯位。本實用新型不受上述盲區(qū)的限制，可連 續(xù)、自動地提供引導信息，使得"抓箱"作業(yè)更快速、著箱命中率更高。
[0015] (2)增大堆垛密度、有效地利用寶貴的場地空間
[0016] 對傳統(tǒng)檢測技術而言，集裝箱碼放到4至8層時，箱體之間的偏差逐層積累、有可能 引發(fā)貨垛傾倒事故。本實用新型大幅度地減小了 "層間錯位"，可有效地預防貨垛歪斜(傾 倒）。利于提高堆放密集，增大碼高層數(shù)。
[0017] (3)人工駕駛方法依靠視覺觀察裝卸位置。本實用新型提供集裝箱自動"對箱"的 引導信息，可實現(xiàn)"無人"或全自動化吊運作業(yè)。
[0018] (4)本實用新型采用非接觸式/圖像檢測原理，在惡劣環(huán)境下，性能穩(wěn)定、可靠高。
【附圖說明】

[0019] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前 提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020] 圖1是本實用新型實施例一中、空載吊具抓箱示意圖；
[0021] 圖2是本實用新型實施例二中、載貨吊具著箱示意圖；
[0022]圖3是本實用新型實施例三中、載貨堆垛機具著箱過程"兩箱體有錯位"示意圖； [0023]圖4是本實用新型實施例三中、載貨堆垛機具著箱過程"兩箱體已對齊"示意圖； [0024]圖5是本實用新型實施例三中、載貨堆垛機具著箱過程中局部放大示意圖；
[0025] 圖6是本實用新型實施例四中、在多層疊放的作業(yè)中無觀測盲區(qū)的示意圖。
[0026] 附圖標記：
[0027] l、la、lb、lc、ld、le 均為照明光源；
[0028] 2、2a、2b、2c、2d、2e 均為光斑；
[0029] 3、3&、315、3(3、3(1、36均為攝像機；
[0030] 4、圖像處理芯片；
[0031] 5、控制電路；
[0032] 6、通訊和音頻提示電路；
[0033] 7、吊具；
[0034] 7a、7b均為鎖頭；
[0035] 8d、待運集裝箱；
[0036] 8、8a、8b均為被吊運集裝箱；
[0037] 9、9a、9b支承集裝箱；
[0038] 10、集裝箱；
[0039] H、堆垛機具；
[0040] 12、13均為集裝箱；
[00411 14、集裝箱運動路徑。
【具體實施方式】
[0042]在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語"連接" 應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是直接相 連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上 述術語在本實用新型中的具體含義。
[0043]下列實施例中，照明光源為連續(xù)發(fā)光的半導體激光器，功率為lOOmw，發(fā)射光的波 長為640nm。攝像機中的濾光片、光闌用于抑制日光及雜光干擾，光電探測器是線陣、CMOS器 件。圖像處理采用工控芯片。
[0044] 實施例一
[0045] 本實用新型實施例一提供了一種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置， 引導空載吊具抓箱的作業(yè)過程。
[0046] 如圖1所示，在起重機吊具7的四邊安裝了 12個照明光源1，4個攝像機3,吊具上方 安裝了圖像處理芯片4,控制電路5,通訊和音頻提示電路6。圖1中只標出了 6個照明光源和2 個攝像機，其余被吊具7遮擋。
[0047] 吊具7的四邊垂直地面，照明光源1向垂直地面方向發(fā)射光束。例如在圖1中，位于 吊具長邊上的照明光源1發(fā)射的光束的幾何中心線位于與地面垂直的平面內，并且所述平 面與鎖頭7a、7b的連線平行。攝像機3采集光斑及環(huán)境的圖像，并將圖像發(fā)送給圖像處理芯 片4,所述圖像處理芯片4可以檢測出全部光斑2均未落在集裝箱頂板及頂板與側壁相交的 棱線上。當圖像處理芯片4進一步檢測到任一光斑的邊緣參考點與待運集裝箱8d側壁的距 離均滿足多1mm、且<50mm時，將發(fā)送"吊具已經對準集裝箱"的檢測結果給控制電路5,并發(fā) 出用于表示"對準"的聲音提示，例如不同頻率的"嘟...、嗒..."聲音信號。在此條件下，吊 具下降，其四個鎖頭必將順利插入箱體的角件孔。
[0048] 實施例二
[0049] 本實用新型實施例二提供了一種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置， 引導載貨吊具著箱的作業(yè)過程。
[0050] 如圖2所示，照明光源lc垂直于地面投射的光斑2c落在支承集裝箱9的頂部，照明 光源la垂直于地面投射的光斑2a位于支承集裝箱9箱體外側，與箱壁的距離大于50mm。攝像 頭3采集到上述光斑及環(huán)境信號后，發(fā)送圖像給圖像處理芯片4。圖像處理芯片4將得到"待 運集裝箱8相對于下方支承集裝箱9未對準"的結論，并將該結果傳送給控制電路，發(fā)出聲音 信號，示意"未對準"。根據(jù)圖2顯示的情況，吊具7沿順時針方向轉動后，可使光斑2c移出集 裝箱9的頂板棱線，使集裝箱9的頂板上無光斑。從而，吊具7回到正確位置，使集裝箱8可整 齊地碼放在集裝箱9上。
[0051 ] 實施例三
[0052]本實用新型實施例三提供了一種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置， 引導載貨堆垛機具著箱的作業(yè)過程。
[0053]如圖3所示，堆垛機具11的頂部，安裝了圖像處理芯片4、控制電路5,通訊和音頻提 示電路6。堆垛機具11的四邊，安裝了 4個照明光源、4臺攝像機。由于機具遮擋，圖3中只標示 了 2個照明光源、2臺攝像機。如圖3中所示，照明光源Id或le所發(fā)射的光束的幾何中心線在 垂直于地面的平面內，且該平面與照明光源Id或le所在堆垛機具的一側的側壁面平行，所 述光束的幾何中心線與水平面呈約45度的夾角，該中心線在地面的投影與該光源所在堆垛 機具一側的側壁面的地面投影平行。所述光束產生長軸為500_、短軸為2_的橢圓形光斑 2d、2e;攝像機3d、3e的光軸朝照明光源所在側偏轉，分別觀測光斑2d、2e;當圖像處理芯片 檢測到照明光源Id投射的光斑2d和照明光源le投射的光斑2e均落在了支承集裝箱9a頂部 (位于棱線以內），圖像處理芯片4將得到待運集裝箱8a相對于下方支承集裝箱9a未對準的 結論?？刂齐娐穼l(fā)出聲音信號，示意"未對準"。
[0054] 如圖4所示，照明光源Id產生光斑2d，照明光源le產生光斑2e，攝像機3d觀測光斑 2d，攝像機3e觀測光斑2e;所述光斑均為長軸為1000mm、短軸為2mm的橢圓。如圖5中局部放 大圖像所示，橢圓光斑2e位于集裝箱9a和集裝箱10之間的縫隙處。當所有攝像機采集到的 信息均表明支承箱體頂板上無光斑，可以判斷待運集裝箱8a與支承集裝箱9a已對準。控制 電路將發(fā)出聲音信號，示意"已對準"。
[0055] 實施例四
[0056] 本實用新型實施例四提供了一種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置， 在密集排列/多層堆垛任務中，無觀測盲區(qū)的作業(yè)過程。
[0057]如圖6所示，實際作業(yè)中存在一些不利情況，例如當待運集裝箱8抵近支承集裝箱9 時，已有的集裝箱垛13將遮擋操作員的視線，不便觀看集裝箱％，或者已有的集裝箱垛13使 傳統(tǒng)的光電成像、激光測距等檢測方法的光路受阻而使其失效(或部分失效）。
[0058]本實用新型的特點是：照明光源和攝像機均指向吊具或堆垛機具下方或側下方， "對箱"的判據(jù)是光斑是否位于目標箱體的頂部，以及光斑邊緣線與目標箱體側壁的距離， 而該判據(jù)總是可以通過攝像機和圖像處理芯片得到，不會出現(xiàn)光路受阻導致檢測失效的情 況。如圖5所示，雖然集裝箱12和13對視線有遮擋作用，本裝置仍能發(fā)揮檢測功能，引導吊具 7運載集裝箱8b，沿箭頭組14標示的路徑，向支承集裝箱9b移動。所以本實用新型擅長在多 層堆放的場地，引導吊具或堆垛機具"對箱"。
[0059]綜上所述，傳統(tǒng)設備中，采用光電測距、激光掃描、計算機視覺等檢測原理，在光路 上無遮擋物的前提下，才能在檢測到下方集裝箱的位置。本裝置在四周有集裝箱遮擋(且人 員視線受阻）的不利條件下，仍然能夠提供"對箱"、"著箱"引導信息，實現(xiàn)在起吊時對準目 標集裝箱，在碼放時減小被吊運集裝箱相對于支承集裝箱的錯位，并多層整齊地疊放的目 的。
[0060]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本 領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則 之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置，包括： 吊具(7); 照明光源（1)，安裝在所述吊具（7)上，向吊具下方投射光束，形成光斑（2);照明光源 (1)投射光束的幾何中心線位于垂直于地面的平面內，并且所述平面與所述照明光源所在 吊具一側的兩端的鎖頭的連線平行； 攝像機(3)，安裝在所述吊具(7)上，采集所述光斑(2)及環(huán)境的圖像； 圖像處理芯片(4)，安裝在所述吊具（7)上，接收所述光斑(2)及環(huán)境的圖像信息，分析 所述光斑(2)的空間位置是否在目標箱體頂板上； 控制電路（5)，安裝在所述吊具（7)上，通過與圖像處理芯片（4)通訊獲取所述光斑（2) 的空間位置的信息，并根據(jù)上述信息發(fā)出聲光信號； 其中，所述目標箱體指被吊運集裝箱或支承集裝箱。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置，其特征 在于，所述裝置中至少包含1個照明光源（1);所述照明光源（1)可以是激光器、或電光源，發(fā) 射光束的橫截面形狀可以是點、圓、橢圓、一字形，或一字形組合得到的 L、十、「形狀之一； 照明光源（1)的功率為0 · lmw~2w;連續(xù)發(fā)光或強度調制發(fā)光，波長為300nm~1064nm。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置，其特征 在于:所述吊具(7)還可以是堆垛機具。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置，其特征 在于:所述圖像處理芯片(4)還可以是計算機。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置，其特征 在于:所述裝置中至少包含1個攝像機(3)，所述攝像機(3)可對0.1m至5m選定位置的光斑清 晰成像;一臺所述攝像機(3)可以檢測1個光斑，或者同時檢測多個光斑。6. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于集裝箱的自動檢測抓箱和碼放位置的裝置，其特征 在于:所述裝置還可用于其它可堆垛的、規(guī)格相同的物體。
【文檔編號】B66C13/18GK205709438SQ201620394068
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】曹動
【申請人】湖南科天健光電技術有限公司