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Industrielle Bildverarbeitung erhöht Produktivität in Hafenterminals

Smartkameras von Matrox Imaging sorgen für einen sicheren und wirtschaftlichen Gütertransport mit Containerbrücken

Eine schnelle, kostengünstige und zuverlässige Beförderung von Gütern ist in der heutigen hochgradig wettbewerbsorientierten Weltwirtschaft enorm wichtig. Eine Antwort darauf sind Automatisierungen der Umschlagprozesse in Hafenterminals und Investitionen in Hightech Be-und Entladeausrüstungen. Dies ist auch im Interesse der Hafenbetreiber, denn kürzere Liegezeiten der Schiffe erhöhen die Effizienz der Umschlagprozesse.

Ship-to-shore (STS) Containerbrücken

STS-Containerbrücken gehören zu den wichtigsten Investitionen in Hafenterminals. Containerbrücken transportieren das Frachtgut vom Schiff zu den landgebundenen Transportmitteln - eine kostspielige, zeitaufwendige und potentiell gefährliche Arbeit.

Die Klassifizierung der Containerbrücken erfolgt nach ihrem Automatisierungsgrad. Konventionelle Krananlagen werden manuell bedient, wobei die Kranführer hochqualifiziert sein müssen. Sie verbringen eine lange Zeit in den Kabinen und führen immer wieder die gleichen Aufgaben aus. Dabei können Ermüdung, Langeweile und Unachtsamkeit zu Unfällen führen, zur Beschädigung der Fracht oder zur Verzögerung der Ladevorgänge.

STS-Containerbrücken mit Lastpendeldämpfung

Bei Containerbrücken hängt die Fracht an einer Laufkatze, die sich an einem horizontalen Träger (Brücke) bewegt. Eine Greifeinrichtung (Spreader) “greift” den Container und bewegt ihn vom Schiff zu dem Verkehrsmittel an Land. Da die Container immer schneller, aber dennoch sicher transportiert werden müssen, sind die Kräne zunehmend mit automatischen Überwachungs- und Steuerungssystemen ausgestattet. Dadurch wird ein Schwanken der Ladung verhindert und der Greifer kann optimal positioniert werden.

Systeme für die automatische Lastpendeldämpfung sorgen dafür, dass der Bediener nicht alleine verantwortlich ist für die Vermeidung unerwünschter Bewegung der Fracht. Unfälle aufgrund von Bedienerfehlern werden dadurch seltener. Außerdem werden gefährliche und unkontrollierte Schwingungen der Last aufgrund verzögerter oder zu heftiger Reaktionen durch den Kranführer reduziert.

Die Rolle der industriellen Bildverarbeitung im Lastpendeldämpfungs-System

MicroView & LingZhi Image Tech Corporation (MVLZ) aus Peking, China, hat ein automatisches STS-Lastpendeldämpfungssystem mit industrieller Bildverarbeitung entwickelt. Im Brückenkran befinden sich ein Visionsystem, eine Glasfaser-Kommunikationsverbindung, ein auf einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) basierendes Regelungssystem und ein elektronisches Steuerungssystem.

Das System für die industrielle Bildverarbeitung basiert auf einer Smartkamera Matrox Iris. Zusätzlich zur Smartkamera umfasst das System ein 12 mm Objektiv mit einem Nahinfrarot (NIR) Passfilter, eine spezielle NIR-Beleuchtung und Kabel.

Die Smartkamera Matrox Iris ist an der Laufkatze montiert. Die Lichtquellen, die sich an den Greifgeräten (Spreadern) befinden, werden als Markierung verwendet. Die Kamera erfasst kontinuierlich Bilder der Markierungen und berechnet den Mittelpunkt zwischen zwei Markierungen in Echtzeit. Diese Information wird über eine RS-232-Verbindung übertragen, intern auf Glasfaserverbindung und dann zurück auf RS-232 konvertiert, um die lange Entfernung zwischen der Smartkamera und der SPS-Steuerung zu überbrücken. Die Position des Mittelpunktes wird kontinuierlich an die SPS-Steuerung übermittelt. Diese gibt Befehle an das elektronische Steuerungssystem weiter, das die Bewegung der Laufkatze so regelt, dass die Pendelbewegung des Containers reduziert wird.

Der Arbeitsabstand zwischen Smartkamera und Spreader liegt zwischen 3 m und 50 m. Der Bildwinkel der Kamera beträgt 28 Grad. Der Spreader befindet sich immer im Gesichtsfeld der Kamera. Bei einem Arbeitsabstand von 50 m wird eine Systemgenauigkeit von 10 mm erreicht. Die Prüffrequenz der Laufkatze liegt bei 20 Hz.

Smartkamerabasiertes Visionsystem

Das Visionsystem, das auf der einer Smartkamera basiert, erfüllt ideal die Anforderungen des STS-Systems an Genauigkeit und Steuerung der Taktfrequenzen. Frau Xing Xiao, Managerin Technischer Support bei MVLZ, erläutert: “Im Systems gibt es keinen Platz für ein herkömmliches PC-basiertes Visionsystem, außerdem benötigt die SPS-Steuerung nur die Position der Markierungen. Eine Smartkamera kann all diese Aufgaben übernehmen - Erfassen, Verarbeiten und Ausgabe der Ergebnisse über den RS-232 Port.”

Der Sensor der Smartkamera Matrox Iris funktioniert im NIR-Bereich. Zwei spezielle NIR-Leuchten werden als Markierung für die Bildverarbeitung verwendet. Frau Xiao fährt fort: “Wir verwenden NIR, weil es unempfindlich ist gegenüber schlechtem Wetter, wie Regen. Eine leistungsstarke Lichtquelle ist notwendig, damit die Markierungen im Vordergrund bleiben und alles Weitere im Sehfeld als Hintergrund eingeordnet wird.”

Die Anwendung wurde mit dem Matrox Design Assistant entwickelt, einer integrierten Entwicklungsumgebung (IDE), die mit der Smartkamera ausgeliefert wird. Mit dem Design Assistant können Anwender eine industrielle Bildverarbeitungsanwendung durch die Erstellung eines Ablaufdiagramms entwickeln, anstatt Programme oder Skripte zu schreiben. “Die Software der Smartkamera kann man unkompliziert verwenden und hochqualifizierte Programmierer werden auch nicht benötigt. Wir haben einfach den seriellen Port initialisiert, das Rohbild erfasst, die Teilchenanalyse ausgeführt und die Daten zum seriellen Port geleitet.” erläutert Frau Xiao.

Anwendung des Systems

Das STS-System zur Lastpendeldämpfung wird in Hafenterminals in China eingesetzt, wie in Zhenjiang (Provinz Guangdong) und Haikou (Provinz Hainan). In Zukunft werden immer mehr Hafenbetreiber erkennen, dass ein automatisches System zur Lastpendeldämpfung auf den Containerbrücken notwendig ist, um die Container schneller und effizienter transportieren zu können.

Weitere Informationen erhalten Sie hier: Medienarbeit

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