激光测距技术在集装箱拖车定位中的应用
激光测距技术在集装箱拖车定位中的应用
作者:张勇
1 集装箱拖车定位技术的现状
岸桥下吊具与集装箱拖车的对位方法一般是靠拖车司机目测对位 ,当吊具下降到接近集装箱时 ,拖车司机通过目测 ,反复移动拖车进行对位 ,如此操作对岸桥操作效率有很大影响 ,也增加了司机的操作疲劳和作业中的安全隐患。近几年来 ,随着集装箱装卸技术的发展 ,基于激光测距仪的双起升岸桥的应用越来越广泛。双起升岸桥下两个吊具作业时需要同时与岸桥下两辆拖车上的集装箱对位 ,对位成为制约双起升岸桥发挥高装卸效率的瓶颈 ,是必须攻克的技术难题。
目前 ,岸桥下集装箱的对位主要采用以下几种方法 :
(1)光幕光电接收原理 :岸桥一侧发射红外光 ,类零件的磨损、划伤等。
(2)零件在修复过程中 ,始终处于常温状态 ,无热变形、无内应力集中。
(3)修复量控制精确 ,可进行复杂曲面的随形修复。
(4)所得镀层与基体结合牢固 ,镀层致密。
(5)提高修复位置的机械性能及表面光洁度 ,通过选择不同的单一金属镀液或合金镀液 ,使修复处硬度达 HRC50~62,耐磨性为 #45钢调质处理后的 2~3倍 ,防腐性是不锈钢的 1~1. 5倍。
(6)针对损伤部位进行局部施镀 ,不会对其他部位造成损伤 ,未磨损区域不会出现多余的尺寸变化。
2 岸桥下多通道拖车激光立体扫描定位系统的工作原理和功能
2. 1 工作原理
本方案是在拖车车道上方岸桥的横梁中央安装一个可编程控制转动角度的云台 ,该云台在岸桥横梁下垂直于拖车车道的平面内旋转 ,同时在此云台上安装了一台激光扫描测距仪 ,激光沿平行于拖车车道中心线对集装箱及拖车车顶面扫描测距 ,激光扫描测距仪跟随云台转动 ,实现对岸桥下多条拖车车道扫描测距,。
激光扫描测距仪测得扫描测距点距离码头平面的垂直高度及测距点到岸桥起吊点中心的距离 ,同时设定车道测距范围 ,将初始设定数据储存在微处理器中。当激光测距仪对拖车车道进行测距时 ,微处理器控制云台旋转的角度 ,云台带动激光扫描测距仪旋转 ,激光测到车道上物体离激光测距点的距离 ,通过微处理器的计算 ,得到被侧物体的高度及离测距点的距离。由于云台的转动 ,激光测距仪可对岸桥下的多条车道扫描测距 ,通过微处理器的计算和分析 ,判断拖车的位置及离岸桥基准起吊点的偏差距离 ,同时把拖车偏离岸桥起吊点的数据显示在LED显示屏上 ,以供拖车司机调整拖车停车位置。
拖车作业时行驶需按照左右两个方向来考虑 ,同时考虑拖车司机视线左视习惯 ,因而 LED显示屏安装在拖车行驶方向左侧岸桥下横梁侧面。激光扫描测距仪能同时对两条车道测距 ,在拖车行驶方向的两侧岸桥下横梁侧面各安装了 2台显示屏 ,在岸桥侧面横梁上共安装 4台显示屏。
采用以上测距方法不仅可对拖车上的集装箱进行测距对位 ,还可对空载拖车进行测距对位 ,进而可以实现卸船作业时的对位功能 ,为进一步提高岸桥作业效率提供了技术保障。
激光测距对位系统由可编程控制转动角度的云台、激光扫描测距仪、微处理器、高亮度发光二极管显示屏、控制器等组成 ,系统工作流程见图 2。系统开机后 ,微处理器控制云台旋转寻找云台水平位置 ,当控制器通过开关信号设定工作车道后 ,微处理器发送脉冲信号控制云台转动的角度 ,使激光扫描测距仪对准工作车道位置扫描 ,扫描测距的数据通过RS422串行接口传送给微处理器 ,经过微处理器的计算和分析 ,将对位信息通过 RS485串行接口传送到多个显示屏。
2.2 激光扫描测距对位系统实现的功能
(1)能对岸桥下多条车道上的拖车扫描测距 ,同时能对单车道和相邻两个车道拖车测距对位。
(2)能自动判定装船作业和卸船作业时岸桥下准确停车位置。
(3)能自动识别 45英尺、40英尺、双 20英尺集装箱作业时岸桥下拖车的停车位置。
(4)可通过无线遥控设定和在线控制设定拖车工作车道 ,变换灵活。
(5)显示屏用 LED显示 , LED亮度可满足全天候工作需要。可显示中文汉字“向前 ”、“向后 ”及 “停 ”(可根据实际需求增加显示方向符号 ) 、车道号显示、偏离位置距离数字显示 ,单位为 cm。
3 多通道拖车激光立体扫描定位的工作过程和技术关键
3. 1 多通道拖车激光立体扫描定位的工作过程
激光立体扫描可以对岸桥下多条车道进行拖车测距定位 ,岸桥作业前先设置集装箱起吊的工作车道 ,可以设置单车道作业 ,也可以设置相邻两条车道同时作业。激光立体扫描可以对装船和卸船作业情况下的拖车进行定位 ,可以实现单 45英尺、40英尺及双 20英尺集装箱的多点定位。
当拖车装载集装箱或空拖车进入测距仪测距范围时 ,云台带动激光扫描测距仪旋转 ,激光对测距范围进行扫描 ,当测到岸桥下有物体时 ,通过判断程序进行分析 ,如空拖车或拖车带箱进入测距范围 ,微处理器根据其相应的特征作出判断。由于扫描测距仪激光扫描测距速度很快 (每秒钟可扫描测距 25次 ) ,对测距范围反复循环测距扫描 ,因此激光扫描测距仪能对多条车道的集装箱进行测距定位。
当测距系统测得单 45英尺或单 20英尺集装箱时 ,微处理器控制系统根据集装箱的中心位置判断定位。当测距系统测得 40英尺或双 20英尺集装箱时 ,为了区分这两种拖车的装载状态 ,微处理器控制系统根据拖车行驶状态及测得的数据进行分析 ,判断拖车装载状况 ,确定拖车的停车位置。当拖车装载前后两个 20英尺集装箱分别起吊时 ,拖车进入岸桥测距范围 ,按照集装箱装卸工艺 ,先进入前 20英尺测距范围 ,前 20英尺集装箱定位起吊后 ,系统判别后 20英尺集装箱中心位置。集装箱双箱吊具对拖车装载前后两个 20英尺集装箱一次起吊 ,定位判断与 40英尺集装箱大致相同。
岸桥下空载拖车的定位判断方法与拖车带箱相同 ,空载拖车不是一个面 ,激光测到的数据不在一个平面上 ,需通过程序判别寻找拖车上的基准点进行测距定位。
3. 2 多通道拖车激光立体扫描定位的技术关键
在多通道集装箱拖车对位系统的总体设计中 ,通过激光扫描测距仪对距离的测量和旋转编码云台对角度的测量 ,对在不同车道上的集装箱或不同规格的集装箱作出准确的位置判断 ,以数字显示提供给拖车司机和岸桥司机。在系统基本硬件配置的基础上 ,开发应用智能软件是实现系统各项功能指标的技术关键。
(1)激光对拖车车道的立体扫描 ,微处理器对每一个扫描测距点都要进行计算和分析 ,数据的计算量大 ,在软件编制过程中需研究相应的算法 ,并经过实际测试 ,看是否满足测距结果。
(2)在对空载拖车的对位时 ,拖车表面不是一个平面 ,从测距计算得到的大量离散的数据中 ,分析寻找拖车平板车的轮廓 ,计算出对位基准点 ,再运用位置分析和逻辑分析方法来区分 20英尺和 40英尺集装箱。
(3)激光测距过程中要克服岸桥的振动带来的影响。由于岸桥振动的影响 ,经激光反射测得的数据还不十分精确 ,因此激光扫描测距仪采取了防振措施 ,同时用软件方法对测得的数据进行数字滤波 , 大大提高了测距数据的准确性和激光测距的稳定性。
4 使用多通道拖车激光立体扫描定位系统的意义
4. 1 减轻司机的劳动强度
在传统的作业工况下 ,拖车司机将集装箱运送到岸桥下 ,需反复观察并调整拖车位置以适应岸桥吊箱 ,岸桥司机也需要反复调整吊具来适应拖车集装箱位置以达到准确抓箱目的 ,耗费大量时间用于对箱。使用激光定位装置后 ,拖车司机预先通过定位系统实现准确停车 ,岸桥司机可以在很短的时间内完成抓放箱作业 ,减轻了操作人员的劳动强度。
4. 2 消除不安全因素
由于拖车在岸桥下实现了准确定位 ,这样便大大减少了装船作业中吊具与集装箱及在卸船作业中拖车与集装箱相互对位时的撞击 ,能有效消除在此过程中的不安全因素 ,确保安全生产。另外 ,系统可通过显示器将数据提供给岸桥司机 ,辅助其起吊作业 ,这对于繁忙作业的干线集装箱码头有着更为重要的意义。
4. 3 提高装卸工作效率 ,降低码头投资及岸桥运行成本
由于一次性提前准确定位 ,减少了岸桥下作业的拖车与岸桥吊具的对位时间 ,可以提高作业效率 ,同时可以降低作业中的能耗 ,降低生产成本。根据国内专业集装箱码头的统计 ,使用激光测距定位系统后 ,可提高岸桥单机装卸效率约 9. 6%。照此计算 ,如果在 10台岸桥中配置该定位系统 ,则相当于加了 1台传统作业的单起升岸桥。岸桥的投资十分庞大 ,对于新建集装箱码头 ,通过本系统可达到减少岸桥配置及节省项目投资的效果。
5.结语
近年来集装箱船舶越来越大型化 ,船舶在港作业时间要求越来越短 ,对集装箱码头的岸边装卸效率的要求越来越高。对岸桥装卸效率的追求也从设备本身如起升及小车速度的提高到单起升双箱吊具 ,以及近两年的双起高双吊具 ,设备本身技术能力的提高已经发挥到了极致。技术及操作人员开始寻求设备以外的提高效率的可能性 ,岸桥作业定位系统是个好的选择。目前 ,国内一些专业设备生产厂家 ,已经开发出了相应的专业产品并在一些专业集装箱码头上应用。本文涉及的激光扫描定位系统是经过多年的技术提升及演变后的定型 ,突破了传统单一产品技术能力的限制 ,能确保作业中设备和货物的安全 ,提高集装箱装卸的自动化水平和装卸效率 ,降低设备投资和后期运行成本 ,具有很好的推广应用价值。
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