本發(fā)明涉及一種光學測量裝置并且具體地涉及一種在負載搬運設(shè)備中的光學測量裝置。

背景技術(shù)：

門式起重機通常用于在港口中搬運貨物，在那里它們暴露在各種天氣條件、例如雨天條件下。例如當拾取或堆放貨物集裝箱時，驅(qū)動門式起重機需要很高的精度。在使用門式起重機的搬運貨物中發(fā)生的事故可能會對在事故中所涉及的設(shè)備和人員造成嚴重的后果。在發(fā)生事故的情況下，停止使用門式起重機進行的貨物搬運操作。單個事故也可能影響其它起重機的貨物搬運，例如阻礙其它起重機挪動成垛的集裝箱。因此，事故可能降低起重機甚至整個港口的運行效率。

激光掃描儀用在門式起重機上，以有助于驅(qū)動起重機和貨物。激光掃描儀發(fā)射激光束通過可透激光的表面并且通過所述表面接收反射回的激光束。發(fā)射和反射的激光用于測量至物體的距離。為了有助于正確操作激光掃描儀，激光束傳輸通過的可透光表面應(yīng)當清除掉污染物和水。然而，根據(jù)氣象條件、例如下雨、濕度、快速溫度變化，可在表面上形成雨滴或者霧形式的水。另一方面，顆粒、例如花粉隨著時間推移可積聚到表面上。然而，花粉和水引起通過表面?zhèn)鬏數(shù)募す馐乃p、折射和散射，這引起激光掃描儀操作不精確。數(shù)量少時，不精確可能減慢由門式起重機所搬運的貨物的速度，而數(shù)量多時，不精確可能引起危及設(shè)備和附近的人員的事故。由于激光掃描儀的位置難以接近、例如由于距地面的位置的高度，因此將水和污染物從激光掃描儀上清除可能是危險的并且耗費時間。由于人身安全要求，清潔激光掃描儀必須停止起重機，這導致也必須要停止在同一垛集裝箱上作業(yè)的其它起重機。這降低了貨物搬運的運行效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供解決以上不足的至少一部分的方案。該目的通過其特征在于獨立權(quán)利要求中所聲明的光學測量裝置、負載搬運設(shè)備和方法而獲得。本發(fā)明的優(yōu)選實施例在從屬權(quán)利要求中公開。

根據(jù)一個方面，提供了一種光學測量裝置，其包括用于將光傳輸至光學測量裝置以及從光學測量裝置傳輸光的可透光表面，其中，親水涂層布置在可透光表面上。

根據(jù)一個方面，提供了一種負載搬運設(shè)備，其中，所述負載搬運設(shè)備包括根據(jù)一個方面的光學測量裝置、驅(qū)動系統(tǒng)以及可操作地連接至驅(qū)動系統(tǒng)和光學測量裝置并構(gòu)造成獲得來自光學測量裝置的測量信息以及在測量信息的基礎(chǔ)上驅(qū)動負載搬運設(shè)備的控制器。

根據(jù)一個方面，提供了一種用于保護包括用于將光傳輸至光學測量裝置并從光學測量裝置傳輸光的可透光表面的光學測量裝置的方法，該方法包括將親水涂層涂覆至光學測量裝置的可透光表面。

根據(jù)一個方面，提供了一種用于更新負載搬運設(shè)備的方法，該方法包括：將根據(jù)一個方面的光學測量裝置安裝到負載搬運設(shè)備上。

某些方面提供了包括改進的測量精度的改進。改進的測量精度提供了在負載搬運中減少了碰撞的危險。

附圖說明

現(xiàn)在，參考所附的示意性的且簡化的附圖，借助于優(yōu)選的工作示例將更詳細地描述本發(fā)明，在附圖中：

圖1是本發(fā)明的門式起重機在其操作環(huán)境下的側(cè)視圖；

圖2是本發(fā)明的門式起重機在其操作環(huán)境下的俯視圖；以及

圖3示出了也可應(yīng)用本發(fā)明的門式起重機的橋；以及

圖4a示出了根據(jù)一實施例的光學測量裝置；

圖4b示出了根據(jù)一實施例的光學測量裝置的可透光表面的側(cè)視圖；

圖5示出了在負載搬運設(shè)備中的暴露至雨中的光學測量裝置；以及

圖6a和圖6b示出了對由根據(jù)一實施例的光學測量裝置所提供的測量結(jié)果的影響。

具體實施方式

圖1、圖2和圖3示出了安裝到負載搬運設(shè)備的根據(jù)一實施例的光學測量裝置。圖1和圖2示出了本發(fā)明的主要應(yīng)用，換言之，輪胎式門式起重機(RTG)1在港口中使用特別廣泛。它通常包括：框架，所述框架具有彼此之間具有一定距離的兩個水平頂梁2、連接至每個頂梁2的端部的豎直梁3、在框架的相對兩側(cè)上橫向于頂梁2并且連接到豎直梁3的底端的兩個底梁4；在兩個底梁4的端部處的輪式6小車結(jié)構(gòu)5；以及布置成以沿著頂梁2移動的吊車7。門式起重機的框架自然也可為不同的類型，由此它的主梁的數(shù)量和結(jié)構(gòu)可根據(jù)需要和應(yīng)用而變化。

圖1和圖2示出了起重機1在港口中的操作環(huán)境下的典型情況。由起重機1的框架所限定的空間具有多排不同高度的集裝箱C和正在卡車車道上等待的用于將集裝箱C裝載在其上的卡車T。起重機包括可用于附接至集裝箱以移動集裝箱的裝卸構(gòu)件10。裝卸構(gòu)件通過繩連接至吊車。裝卸構(gòu)件可通過起重機械降低和升高。在這種情況下，緊固至吊車7的集裝箱C必須以其不碰撞到另一集裝箱C的方式安全地移動至正在等待的卡車T。起重機械可用于將裝卸構(gòu)件提升至一定高度，該高度允許在拾取和堆放集裝箱時在不碰撞到集裝箱和/或卡車的情況下移動吊車和裝卸構(gòu)件。應(yīng)該理解的是，負載搬運設(shè)備、例如起重機也可搬運除集裝箱之外的其它種類的負載，并且此處所描述的各種實施例不限于所搬運的為集裝箱的負載。

根據(jù)本發(fā)明，至少一個激光掃描裝置8布置在吊車7中，用于檢測在吊車和所附接的負載(此處為集裝箱C)的操縱空間中的障礙物。激光掃描裝置8的激光束用附圖標記編號9來標記。激光掃描裝置8在吊車7的路徑中、可能在比直線掃描路徑還更寬的路徑上以激光束9的特定方向角度連續(xù)地掃描任何障礙物(此處為集裝箱C)。激光掃描裝置8連續(xù)地接收集裝箱的距離的實時信息，并且激光掃描裝置布置成以在集裝箱的操縱空間中測量集裝箱C的高度輪廓。正如更早所描述的，在沒有吊車7的位置信息的情況下，因此也能夠避開集裝箱C。激光掃描裝置8可為商業(yè)上可獲得的任何合適類型的激光掃描裝置、例如SICK LMS511。

由于在吊車7的路徑上可能存在不同長度的障礙物，此處為通常為20至40英尺的集裝箱(圖2)的集裝箱C，其中，20英尺的集裝箱只可能部分地在吊車路徑中并因此不能被安裝在吊車7的一個邊緣上的激光掃描裝置8檢測到，因此，優(yōu)選的是，如在圖2中所示的，將兩個激光掃描裝置8布置在吊車7上，當沿著吊車7的路徑的方向看時，在吊車7的每一側(cè)上均具有一個激光掃描裝置8。兩個激光掃描裝置8接著獨立地測量集裝箱C的高度輪廓，由此掃描結(jié)果是這兩個測量值的組合并且最高的輪廓一直成為最終的測量結(jié)果。如果有必要，可以有多個激光掃描裝置8。如果原本能夠確定只有一種尺寸的集裝箱C存儲在一個集裝箱列中，在吊車7的中間安裝一個激光掃描裝置8就足夠了。應(yīng)當從提升負載(此處為集裝箱C)到降低負載一直使用激光掃描。

圖3示出了門式起重機1′的橋，其中，吊車7′布置成以沿著在兩端處支撐到端支撐件3′的主支撐件2′移動，其中，主支撐件2′和吊車7′布置成在端支撐件上在旁側(cè)移動。在該起重機的吊車7′中，也能夠以與在以上所描述的門式起重機1中相對應(yīng)的方式和操作布置一個或更多個激光掃描裝置8，盡管操作環(huán)境、要移動的負載和在吊車7′的路徑上的障礙物可能與以上所描述的港口條件存在顯著的不同。裝卸構(gòu)件用附圖標記編號10′來標記。優(yōu)選地，激光掃描裝置附接至裝卸構(gòu)件，以使激光掃描裝置可接近被搬運的負載執(zhí)行測量。裝卸構(gòu)件可與被搬運的負載附接和分離。裝卸構(gòu)件的示例包括鉤和吊具。

圖4a示出了根據(jù)實施例的光學測量裝置400。光學測量裝置可為用于根據(jù)從物體上反射的激光束來測量到物體的距離的激光掃描裝置。距離可用于確定被搬運的負載、例如集裝箱的位置。

光學測量裝置包括用于將光414傳輸至光學測量裝置或者從光學測量裝置傳輸光的可透光表面406，并且親水涂層404、408布置在可透光表面上。親水涂層可在可透光表面的兩側(cè)上或者僅在一側(cè)上。傳感器402通過可透光的表面?zhèn)鬏敼?、例如激光束并且接收在光學測量裝置的測量范圍內(nèi)的從物體反射的傳輸?shù)墓狻ＳH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飛濺物在可透光表面上形成薄膜。光學測量裝置可具有外殼410，該外殼在除傳感器傳輸光的可透光表面的方向之外的其它方向上保護傳感器。應(yīng)當理解的是，可透光表面可布置在光學測量裝置執(zhí)行測量的所有方向上。因此，外殼在執(zhí)行測量的那些方向上可由可透光表面代替。優(yōu)選地，可透光表面覆蓋激光掃描儀的整個表面，以使在所有方向上都能夠執(zhí)行測量。

優(yōu)選地，親水涂層是具有納米顆粒的納米技術(shù)產(chǎn)品，該納米顆粒強烈地吸引水滴并使它們與可透光表面形成小的接觸角。因此液滴變平且合并成均勻、透明的薄片，而不是形成無數(shù)個單獨的光散射狀球。

圖4b示出了根據(jù)實施例的光學測量裝置的可透光表面的側(cè)視圖。光學測量裝置可以是圖4a的光學測量裝置。在側(cè)視圖中，通過可透光表面?zhèn)鬏數(shù)墓庥脦Ъ忸^的虛線表示?？赏腹獗砻嬖诒砻娴闹辽僖粋?cè)上具有親水涂層。如在圖4a中所示的，涂層也可在可透光表面的兩側(cè)上。由親水涂層所變平的水滴416在涂層和可透光表面上示出。水滴與可透光表面形成接觸角度α和β。接觸角度由涂層的親水性來確定，并且接觸角度優(yōu)選地介于0°和9°之間，以在測量中使由水引起的誤差很小。

當涂層在可透光表面的測量設(shè)備外部的一側(cè)上時，親水效應(yīng)使接收到可透光表面的水滴變平。水能夠以來自天空的雨水或者來自附近的物體的水的飛濺物的形式被接收。變平減少了在測量中由散射和反射所引起的誤差。

另一方面，在測量設(shè)備內(nèi)部，可透光表面未暴露至雨水或者飛濺中。然而，親水涂層可涂覆至可透光表面的在測量設(shè)備內(nèi)部的表面，以使由起霧至可透光表面上所引起的水滴變平。起霧可能例如由快速的溫度變化所引起。應(yīng)當理解的是，也可能引起可透光表面的光學測量裝置外部的一側(cè)起霧，由此，涂層促使由起霧也在光學測量裝置的外部引起的水滴變平。

通過變平水滴，可減少可透光表面的干燥時間。因此，可減少在暴露至雨水和/或雨水飛濺物之后可透光表面干燥且變得大致上完全透明的時間。此外，可透光表面的快速干燥促使水從可透光表面上的蒸發(fā)，這減少了在可透光表面上形成污漬。

在一實施例中，可透光表面上的涂層布置成利用光催化分解有機分子。通過該方式，可透光表面可通過將可透光表面暴露至紫外線(UV)光來清潔。有機分子的分解可通過在涂層中的TiO₂顆粒來提供。

在一實施例中，可透光表面上的涂層均是親水的并且布置成分解有機分子。這樣的涂層可為包括尺寸為1至100nm的納米結(jié)構(gòu)TiO₂顆粒的納米技術(shù)產(chǎn)品。顆粒可包括銳鈦礦形式的納米結(jié)構(gòu)的TiO₂、WO₃和/或SiO₂。納米結(jié)構(gòu)顆?？衫缤ㄟ^采用產(chǎn)生納米管和納米帶的熱液合成法從銳鈦礦中獲得。

圖5示出了在負載搬運設(shè)備中暴露至雨水510的光學測量裝置504。負載搬運設(shè)備可為例如港口中在負載搬運中通常使用的門式起重機、跨運車、叉車或者正面吊運機。光學測量裝置可為在圖1至圖3中的激光掃描裝置并且布置成在裝卸構(gòu)件和/或吊車的移動方向上測量至物體的距離。

參考圖5，光學測量裝置具有向上、例如朝向天空定向的可透光表面506以及被保護免受直接的雨水的可透光表面508。該保護可由蓋子和/或可透光表面的方向來提供。在圖中，可透光表面向下、例如朝向地面定向，以覆蓋它免受來自天空的直接的雨水。可透光表面可為圍繞光學測量裝置的單個表面或者可透光表面可為分開的表面。

應(yīng)當理解的是，負載搬運設(shè)備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護免受來自天空的直接雨水的不同位置。負載搬運設(shè)備的位置可包括負載搬運設(shè)備在負載搬運區(qū)域中的位置、裝卸構(gòu)件相對于在負載搬運設(shè)備的操作環(huán)境中的周圍結(jié)構(gòu)的位置和/或負載搬運設(shè)備相對于在操作環(huán)境中的負載、例如集裝箱垛的位置。在負載搬運設(shè)備的不同位置中，光學測量裝置和/或可透光表面可被保護以免受來自天空的直接的雨水和/或來負載搬運設(shè)備502和/或由負載搬運設(shè)備所搬運的負載的雨水的飛濺物。負載搬運設(shè)備和/或負載的多個表面可引起雨水飛濺至光學測量裝置的可透光表面。在表面接近可透光表面在小于1米的距離以內(nèi)時，從表面所飛濺的雨水可特別地被接收在可透光表面上。在負載搬運設(shè)備的不同位置中，表面能夠靠近或者遠離可透光表面移動不同距離處。在一個示例中，附接至裝卸構(gòu)件的光學測量裝置可接收來自附接至裝卸構(gòu)件的負載的雨水飛濺物。當負載與裝卸構(gòu)件分離時，分離的負載設(shè)置成距可透光表面的距離大于在負載搬運設(shè)備的負載附接至裝卸構(gòu)件的位置中距可透光表面的距離，并且可減少或者甚至完全地避免從分離的負載的表面飛濺至可透光表面的雨水。

在圖5中，由虛線所示的雨水碰撞向上定向的可透光表面，并且同樣地從負載搬運設(shè)備502或者由負載搬運設(shè)備搬運的負載處飛濺。當光學測量裝置非?？拷鈱W測量裝置測量至其距離的物體、例如負載搬運設(shè)備或者負載時，在雨水落在物體上時光學測量裝置暴露到來自物體的飛濺物。在光學測量裝置附接至裝卸構(gòu)件時，光學測量裝置非?？拷矬w，以使光學測量可用于測量靠近所搬運的負載的距離。光學測量裝置可附接至裝卸構(gòu)件、例如吊具。裝卸構(gòu)件的示例在圖1至圖3中示出。

來自物體的飛濺物可碰撞光學測量裝置的可透光表面并且使在可透光表面上存在水。光學測量裝置在可透光表面上優(yōu)選地具有親水涂層，以使直接地接收的來自天空和接收的來自飛濺物的水能夠變平成根據(jù)圖4b所示的薄膜。通過這種方式，可減少光從水中的反射和散射，以使甚至在光學測量裝置暴露至來自天空的雨水和來自附近結(jié)構(gòu)的飛濺物時都能夠提供測量的可靠性。

盡管在圖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個示例。其它方向可以是向下的和/或處于水平方向上。在可透光表面的各個方向中，可透光表面可暴露至雨水和來自一個或更多個表面的飛濺物中，一個或更多個表面可包括負載搬運設(shè)備的表面(例如在圖1中的裝卸構(gòu)件10的表面)、由負載搬運設(shè)備輸運的負載(例如在圖1中集裝箱C)的表面、共同協(xié)作的負載搬運設(shè)備的表面。共同協(xié)作的負載搬運設(shè)備可為搬運彼此靠近的集裝箱的至少兩個負載搬運設(shè)備中的一個。表面的進一步的示例由圖1至圖3中所示的元件來描述，該元件可引起到光學測量裝置的飛濺。

光學測量裝置可測量在負載搬運設(shè)備的一個或更多個移動方向上的距離。根據(jù)負載搬運設(shè)備的類型，可測量至被輸運的負載、至負載搬運設(shè)備的結(jié)構(gòu)或者至圍繞負載搬運設(shè)備的其它物體的距離。在一個示例中，光學測量裝置測量在豎直方向上的距離，其中，負載被提升、例如在圖1和圖2的起重機中提升集裝箱。在另一示例中，光學測量裝置可測量在水平方向上的距離，其中，負載在貨物搬運區(qū)域、例如港口中的不同的位置之間移動。

圖6a和圖6b示出了對由根據(jù)一實施例的光學測量裝置所提供的測量結(jié)果的影響。圖6a示出了根據(jù)一實施例的通過具有包括親水涂層的可透光表面的光學測量裝置602a所獲得的測量結(jié)果。圖6b示出了在可透光表面上不具有親水涂層的常規(guī)的光學測量裝置602b。在圖6a和圖6b中的光學測量裝置可以如在圖4a中所描述的一樣，其中不同之處在于在圖6b中的光學測量裝置在可透光表面上不具有親水涂層。在圖6b中，可透光表面的一部分經(jīng)受在可透光表面上形成水滴的水。

光學測量裝置在光和通過可透光表面?zhèn)鬏數(shù)墓獾姆瓷涞幕A(chǔ)上測量至物體的距離。光學測量裝置在圖6a和圖6b中處于完全相同的操作環(huán)境。因此，由光學測量裝置所測量的至其距離的結(jié)構(gòu)是同一結(jié)構(gòu)。光學測量裝置相對于形成光學測量裝置的操作環(huán)境的結(jié)構(gòu)被定位至同一位置。這些結(jié)構(gòu)可以是形成通道和在通道中的角部的直壁。這些結(jié)構(gòu)由示出了由結(jié)構(gòu)604a、606a、608a、604b、606b1、606b2、608b所獲得的測量結(jié)果的元件來圖示。在圖6a中，測量結(jié)果顯示了示出了壁的大體上筆直的線。在圖6b中，測量結(jié)果具有誤差。誤差通過不是筆直的線604b、606b1和606b2來示出，并且多個壁中的一個壁被分成兩個分開的部分606b1、606b2，而在圖6a中的同一壁為一個連續(xù)部分。由于水和污染物未積聚在可透光表面的用于測量至那個壁的距離的部分上，因此來自壁608b的測量結(jié)果未失真。因此，由于在光學測量裝置的可透光表面上的涂層，與來自對應(yīng)的結(jié)構(gòu)604a、606a的測量結(jié)果相比，測量結(jié)果604b、606b1和606b2顯示了測量精度的提高。來自對應(yīng)的結(jié)構(gòu)608a和608b的測量結(jié)果大體上相同，因為在圖6b中的光學測量裝置602b的可透光表面在朝向結(jié)構(gòu)608b的方向上未經(jīng)受水。

一實施例包括安裝了根據(jù)一實施例的光學測量裝置的負載搬運設(shè)備。負載搬運設(shè)備可包括驅(qū)動系統(tǒng)和可操作地連接至驅(qū)動系統(tǒng)和光學測量裝置的控制器。驅(qū)動系統(tǒng)可將動力從動力源轉(zhuǎn)化成負載搬運設(shè)備或者負載搬運設(shè)備的一部分的機械運動。在一示例中，驅(qū)動系統(tǒng)移動在起重機中的吊車或者裝卸構(gòu)件(例如在圖1至3中所示的那些部件)。驅(qū)動系統(tǒng)能夠例如在負載搬運區(qū)域、如港口中可替代地或者另外地移動整個門式起重機。

控制器可構(gòu)造成獲得來自光學測量裝置的測量信息并且在測量信息的基礎(chǔ)上驅(qū)動負載搬運設(shè)備?？刂破骺梢允秦撦d搬運設(shè)備的計算機或者可編程序邏輯控制器(PLC)。控制器可經(jīng)由可通過負載搬運設(shè)備的內(nèi)部通信總線提供的有線或者無線連接來連接至光學測量裝置。

一實施例包括用于更新已有的負載搬運設(shè)備的方法。該方法包括：為負載搬運設(shè)備安裝根據(jù)此處所描述的各種實施例的光學測量裝置。光學測量裝置可通過常規(guī)的附接方式安裝。光學測量裝置可向上(即朝向天孔)定向，以測量至在測量設(shè)備之上的物體的距離。由于在可透光表面上的親水涂層，能夠?qū)⒐鈱W測量裝置安裝到門式起重機、例如在圖1和圖2中的門式起重機的裝卸構(gòu)件上。通過這種方式，能夠測量從裝卸構(gòu)件向上至在裝卸構(gòu)件之上的吊車的距離。在裝卸構(gòu)件之上的結(jié)構(gòu)能夠從測量中很容易地識別，由此測量值可很容易地應(yīng)用于驅(qū)動裝卸構(gòu)件。即使測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離，親水涂層也提供了能夠使來自附近表面、例如裝卸構(gòu)件和/或貨物的飛濺物變平成根據(jù)此處的各種實施例所描述的薄膜。此處所描述的各種實施例應(yīng)用至負載搬運設(shè)備、例如門式起重機、橋式起重機、跨運車、叉車、正面吊運機或者能夠移動負載、例如貨物和/或集裝箱的其它相應(yīng)的裝置或者設(shè)備。

在此處所描述的各種實施例中，親水涂層用于保護包括用于將光傳輸至光學測量裝置或者從光學測量裝置傳輸光的可透光表面的光學測量裝置。親水涂層可例如通過噴涂或者涂刷而涂覆至可透光表面上。親水涂層可為在根據(jù)此處所描述的不同實施例的光學測量裝置中的親水涂層。在可透光表面例如通過直接的雨水或者飛濺物暴露至水中時，親水涂層允許保持測量的精度。親水涂層也可布置成采用光催化分解有機分子，以使可透光表面可自清潔。

本發(fā)明的以上描述僅旨在示出本發(fā)明的基本構(gòu)思。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可因此在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)改變它的細節(jié)。以上所描述的起重機類型因此只是本發(fā)明的應(yīng)用的優(yōu)選的示例。因此，本發(fā)明原則上適用于任何起重機類型，其中，吊車或者裝卸構(gòu)件或者類似裝置用于搬運負載，并且光學測量裝置用于確定用以確定負載位置的距離。此處所描述的各種實施例在負載搬運中提供了更精確的負載的位置的確定，由此可減少碰撞的危險。