Mit Sensorik präzise positionieren

Mit Sensorik präzise positionieren

Beispiele für den automatischen Warenumschlag mit Conatiner- und Prozesskranen

Immer mehr Betreiber von See- und Binnenhäfen oder Stahlwerken gehen dazu über, ihre Krane voll zu automatisieren. Hierfür sind 2D- und 3D-Laserscanner im Einsatz. Diese Sensoren und die entsprechende Auswertung der Messdaten über applikationsspezifische Software ermöglichen einen automatischen Umschlag von Containern, Coils, Brammen und sogar auch Metall-Schrott.

1. Die Einfahrt der Straddle Carrier wird über Ampelanlagen am Portalträger geregelt. Befindet sich der Spreader im Portal, so wird die Einfahrt verboten (Ampel ROT).  (Quelle: Lase)
2. Terminal-Truck-Entladung: Korrektur des Spreaders zur Container-Position (Quelle: Lase)
3. Portalkranlange für die Verladung von Coils (Quelle: Lase)

Als zentralen Teil der Sensorik bzw. Messtechnik, die die „Augen für automatische Container- und Prozesskrane“ sind, handelt es sich hier um 2D- und 3D-Laserscannertechnologie. In Abhängigkeit zu der jeweiligen Anwendung erfolgt die Vermessung der Objekte entweder 2-dimensional oder 3-dimensional. Ein 2D-Laserscanner besteht aus einer Laserquelle und einem sich drehendem Spiegel, der den Laserstrahl um 90 Grad ablenkt. Die Kombination aus Laser-Distanzmessung und der Position (Winkel) des Umlenkspiegels erzeugt ein 2-dimensionales Abbild des Raums. Wird nun solch ein 2D-Laserscanner zusätzlich durch eine Schwenkplatte um eine weitere Achse rotiert, so wird ein 3-dimensionales Raumabbild geschaffen.

Aufgabenstellungen im Bereich Containerumschlag

Eine der Hauptanwendungen im Rahmen der unternehmerischen Tätigkeit der Lase Industrielle Lasertechnik GmbH ist die Vermessung von Objekten und Positionen an Krananlagen in den großen Seehäfen weltweit. Da hier viele Prozesse performancegetrieben sind und unter hohem Zeit- und Effizienzdruck gearbeitet werden muss, ergeben sich durch den Einsatz der laserbasierten Systeme viele Vorteile. Im Bereich des automatischen Containerumschlags sind auf technischer Ebene die Schnittstellen zu den Maschinen zu betrachten. Hier gilt es, die Container automatisch an der Schnittstelle zwischen dem horizontalen und dem vertikalen Transport handzuhaben. Dabei ist weiterhin zu beachten, dass es auch einen Mischbetrieb zwischen manuell betriebenen und automatischen Maschinen geben kann und dass für einige Handgriffe auch noch Menschen in den Übergabebereichen agieren müssen. Für den horizontalen Transport im Hafenbereich werden traditionell Straddle Carrier, Terminal-Trucks oder AGV eingesetzt. Neuerdings werden in einigen großen Häfen auch die Straddle Carrier und Trucks vollautomatisch gefahren.Die Straddle Carrier setzen die Container am Ende des Transportvorgangs im Portal- oder im sogenannten Backreach-Bereich ab. Für ein optimales Handling muss der Container dabei mittig zur Kranmitte abgesetzt werden, um ohne ein zusätzliches Verfahren des Krans aufgenommen werden zu können. Außerdem gilt es, eine Kollision zwischen dem Lastaufnahmemittel (Spreader) und dem Straddle Carrier zu vermeiden.

Mit Hilfe eines 2D-Laserscanners, der am Kranfahrwerk in einer Höhe von etwa fünf Metern angebracht wird und eine horizontale Scanebene bildet, werden die Straddle Carrier oder der Spreader beim Eintritt in die Scanebene detektiert. Der Straddle Carrier hat Referenzmarken am Fahrwerk, die durch die Laserscanner gesehen und von der Messanlage in ihrer Position verfolgt werden. Durch ein digitales Display am Fahrwerkträger des Ship-to-Shore-(STS)-Krans wird dem Fahrer des Straddle Carriers seine relative Position zur Kranmitte übermittelt, dessen Anzeige numerisch (+/– 99 Zentimeter) und mittels Symbolen (Pfeile und Kreuze) erfolgt.

Die gesamte Einfahrt der Straddle Carrier wird über weitere Ampelanlagen am Portalträger geregelt. Befindet sich der Spreader im Portal, so wird die Einfahrt verboten (Ampel ROT). Befindet sich der Straddle Carrier bereits im Portal, dann wird das Absenken des Hubwerkes bzw. das Ablassen des Spreaders blockiert.

Fallbeispiel für den Terminal-Truck-Betrieb

Bei dem Containertransport durch Terminal-Trucks besteht ebenfalls die Notwendigkeit, den Container oder den Truck-Trailer ohne ein weiteres Verfahren des Krans mittig zur Kranmitte zu positionieren. Mittels der für diese Anwendung eingesetzten 3D-Laserscanner (die benötigte Anzahl ist abhängig von der Anzahl der Fahrspuren) wird der ankommende Terminal-Truck vermessen. Durch ein Digital-Display am Fahrwerkträger des STS-Krans wird dem Terminal-Truck-Fahrer seine relative Position zur Kranmitte übermittelt, dessen Anzeige auch hier numerisch (+/– 99 Zentimeter) und mittels Symbolen (Pfeile und Kreuze) erfolgt. Nach der Positionierung erfolgt die 3D-Vermessung des Containers und Trailers, damit für eine automatische Übergabe auch die Position in Katzfahrt und die Verdrehung um die Höhenachse bekannt ist.

  1. Positionierung des Terminal-Truck-Trailers bzw. des Containers mittig zum Kran

  2. Bestimmung der Position der Container und des Trailers in Kran-, Katzfahrtrichtung und der Verdrehung um die Höhenachse

  3. Zusätzliche Überwachung im Portalbereich nach darin befindlichen Personen

Die Aufgabe der Bereichsüberwachung kann aber auch für Personen im Portal erfolgen, die mittels eines Multilayer- oder Arrayscanners durchgeführt wird. Diese Scanner erzeugen nicht nur eine 2D-Scanebene, sondern es werden mehrere Scanebenen erzeugt, die parallel zueinander laufen. Die Aufnahme der Linien erfolgt annähernd in Echtzeit und der Blick auf den Überwachungsraum erfolgt von oben. Wenn sich nun neben den Containern zusätzlich noch Personen im Überwachungsraum befinden, werden diese durch den Scanner detektiert und kontinuierlich verfolgt. Jetzt dürfen sich die Personen natürlich innerhalb dieses Raums aufhalten, da sie ja auch Arbeiten durchzuführen haben - wie zum Beispiel das Entfernen der Twistlocks. Bevor der Spreader jedoch in den gemeinsamen Arbeitsbereich eintaucht, erfolgt die Überprüfung, ob der Landebereich frei ist.

Aufgabenstellungen im Bereich Prozesskrane

Für den Transport von Halbzeugen (Brammen und Coils) bzw. Metall-Schrott in der Stahlindustrie wird mittels einer Laser-Messanlage auf dem Prozesskran die Position der Stapel auf den Waggons ermittelt. Die berechneten Positionsdaten werden an die Kransteuerung übergeben und eine automatische Entladung eingeleitet. Die Aufnahme der Brammen kann jedoch nicht nur von einem Zug aus erfolgen, sondern auch aus dem Lagerbereich oder von einem anderen Transportfahrzeug. Im umgekehrten Fall bei der Ablage von Brammen erfolgt die Vermessung ein wenig anders, da die Zielposition auf dem Boden durch die in der Kranzange befindliche Bramme verdeckt wird. In einem solchen Fall wird das Ziel bereits während der Anfahrt des Krans vermessen und für später in der Softwareanwendung gespeichert.

Andere Produkte im Stahlbereich sind zum Beispiel Coils, bei denen die Anlieferung auf einem Transportgestell erfolgt. Auch hier wird mit Hilfe einer Laser-Messanlage auf dem Kran in einer Überfahrt die Position der Coils auf dem Transportgestell ermittelt. Die Positionsdaten (in Kran- und Katzfahrtposition, der Durchmesser und die Breite des Coils) werden an die Kransteuerung übermittelt und es folgt die automatische Entladung der Transportgestelle – das Ganze funktioniert natürlich auch anders herum. In diesem Fall werden vor der Beladung die Muldenpositionen gemessen werden, so dass eine exakte und produktschonende Positionierung der Coils gewährleistet ist.

Sicherheit und Effizienz im alltäglichen Betrieb

Die genannten Fallbeispiele zeigen, inwieweit neue Sensor-Technologien und Systemlösungen die Basis für die voranschreitende Kranautomatisierung bilden. Wichtig ist natürlich auch, dabei weiterhin zu beachten, wie Mensch und Maschine im gleichen Arbeitsraum zusammenarbeiten können. Die wesentlichsten Punkte sind die 3-Dimensionale Vermessung des Transportgutes plus die 3-Dimensionale Erfassung der Arbeitsbereiche, um Mensch und Maschine im gleichen Raum arbeiten zu lassen. Dies erhöht nicht nur die Sicherheit, sondern auch die Effizienz im alltäglichen Betrieb.

(ck)

Technische Logistik 08/2019 PDF-Download (1.56 MB)