AT410984B

AT410984B - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des in einem durch entrindung entstehenden rindenstrom befindlichen anteils an holzmaterial

Info

Publication number: AT410984B
Application number: AT0905098A
Authority: AT
Inventors: Esa Taipale; Rudolf Mayboeck
Original assignee: Andritz Ag Maschf
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 2003-09-25
Also published as: DE19882394T1; FI972123A0; NO995655D0; SE518394C2; NO320725B1; SE9904173L; SE9904173D0; FI102521B2; DE19882394B4; WO1998053313A1; NO995655L; AU7530798A; US6526154B1; ATA905098A

Description

Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des in einem durch Entrindung entstehenden Rindenstrom befindlichen Anteils an Holzmaterial und zur Steuerung eines Entrindungsvorgangs auf der Grundlage dieser Daten zur Reduktion des Holzver- lustes im Entrindungsvorgang.

Bei der Entrindung, üblicherweise ein mittels einer Entrindungstrommel durchgeführter Entrin- dungsvorgang, ist es Ziel, Rinde von der Oberfläche der Bäume zu entfernen, um so einen ge- wünschten Grad der Entrindung zu erreichen. Zugleich geschieht jedoch ein Zermahlen und ein Zerkleinern von Holzmaterial selbst, welches Holzmaterial einen Holzverlust darstellt, da es Teil eines Rindenstroms wird. Natürlich ist es wünschenswert, den Holzverlust auf einem Minimum zu halten, besonders da Holz ein wesentlicher Kostenfaktor bei der Herstellung von Zellstoff und Papier ist. Als Regel gilt, dass der Rindenstrom bis zu ungefähr 10...40% Holz enthalten kann, was Holzverlusten von 2...5% der Gesamtmenge an verwendetem Holzmaterial entspricht.

Im Stand der Technik wird der Anteil oder der Teil des Holzes in einem Rindenstrom durch Ent- nahme einer Probe aus dem Rindenstrom gemessen. Die Probe wird händisch bearbeitet, um Holz- und Rindenmaterial voneinander zu trennen, worauf eine Trocknung und dann eine Messung des relativen Gehalts an Holz erfolgt. Die Trocknung ist erforderlich, um die Trockengewichte zu vergleichen. Nach dem SCAN-Standard erfordert die Trocknung 16 Stunden.

Die oben genannten Messungen wurden meistens für Statistiken verwendet, obwohl solche Messungen nur eine geringe Bedeutung für den Steuerungsvorgang hatten, weil die Situation sich während der für die Trocknung beanspruchten Zeit stark geändert haben konnte.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Holzverlus- tes in einem Entrindungsvorgang im wesentlichen in Echtzeit anzugeben, um so eine Möglichkeit der Steuerung des Entrindungsvorganges zur Reduktion der Holzverluste zu schaffen.

Erfindungsgemäss wird dieses Ziel dadurch erreicht und das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein beim Entrinden entstehender Rindenstrom optisch auf seine Weisse gemessen wird und das Messergebnis als Grundlage für die programmtechnische Bestim- mung des Anteils an Holzmaterial im Rindenstrom mittels einer Datenverarbeitungseinheit verwen- det wird, und dass der Entrindungsprozess auf der Grundlage des aus dem Rindenstrom bestimmten Anteils an Holzmaterial gesteuert wird.

Es ist zu betonen, dass in der Anmeldung der Begriff Weisse sich nicht nur auf verschiedene Graustufen sondern auch auf Farbtrennung bezieht.

Die erfindungsgemässe Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Entrinden kom- mender Rindenstrom mittels einer Kamera abgebildet wird, wobei das von der Kamera aufgenom- mene Bild geeignet ist, mit einer Bildverarbeitungseinheit verarbeitet zu werden, welche unter- schiedliche Weisse der Bildelemente oder der Pixels des Bildes als eine Grundlage für die pro- grammtechnische Bestimmung des Anteils an Holzmaterial in dem Rindenstrom verwendet wird, und dass die Bildverarbeitungseinheit geeignet ist, ein Ausgangssignal zur Steuerung des Entrin- dungsgsprozesses zu erzeugen.

Die Echtzeit-Messung eines Rindenstroms gemäss der Erfindung zur Bestimmung des in dem Rindenstrom enthaltenen Anteils an Holzmaterial bietet in einem durchschnittlichen Holzraum eine Möglichkeit zur Einsparung von 1...2% der Gesamtmenge des Holzes, die je nach Grösse des Holzraumes 5000....40 000 Fest-Kubikmeter jährlich darstellen.

Zusätzlich bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Anteils an Holzmaterial in einem Rindenstrom, der einem Verbrennungsprozess zugeführt wird, und zur Steuerung des Verbrennungsvorganges auf der Grundlage dieser Daten zur Optimierung des Verbrennungsprozesses.

Besonders in Kraftwerken von Sägemühlen, Zellstoff- und Papiermühlen, die eine Mischung aus Rinde und Holzmaterial verbrennen, besteht ein Problem in der Fluktuation eines Wärmewer- tes der zu verbrennenden Mischung. Der wichtigste, den Wärmewert beeinflussende Faktor ist die Feuchtigkeit der zu verbrennenden Mischung, aber auch die Fluktuation der relativen Anteile von z. B. Rinde und Holzmaterial in einer zu verbrennenden Mischung hat einen Einfluss auf den Wär- mewert.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird der Einfluss der Fluktuation in den relativen Antei- len von Rinde und Holzmaterial auf den Wärmewert dadurch behoben, dass von einem Rinden- strom optisch die Weisse gemessen wird und das Messergebnis als eine Grundlage für die pro-

grammtechnische Bestimmung des Anteils an Holzmaterial mittels einer Datenverarbeitungseinheit verwendet wird, und dass der aus dem Rindenstrom bestimmte Anteil an Holzmaterial als eine Grundlage für die Berechnung eines Wärmewertes für das in dem Rindenstrom enthaltene Material und zur Steuerung des Verbrennungsprozesses entsprechend diesem Wert verwendet wird.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Rindenstrom mittels einer Kamera abgebildet wird, welches durch die Kamera aufgenommene Bild geeignet ist, mit einer Bildverarbeitungseinheit verarbeitet zu werden, welche die unterschiedliche Weisse der Bild- elemente des Bildes als eine Grundlage für die programmtechnische Bestimmung des Anteils an Holzmaterial in dem Rindenstrom verwendet, und dass die Bildverarbeitungseinheit geeignet ist, ein Ausgangssignal zur Steuerung des Verbrennungsprozesses zu erzeugen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den unabhängigen Patentansprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen eingehend erläutert, in welchen
Fig.1 eine schematische Ansicht eines Holzraums zeigt, der mit einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ausgestattet ist und
Fig. 2 ein von einem Rindenstrom aufgenommenes Original-Schwarz-Weiss-Bild und die Be- arbeitung des Bildes nach dem Iterationsvorgang zeigt.

In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine rotierbare Entrindungstrommel, in welche durch ein Ende derselben die zu entrindenden Bäume über einen Zufuhr-Förderer 2 zugeführt werden und aus deren anderem Ende die entrindeten Bäume auf einen Entladeförderer 3 hinausbewegt wer- den.

Die Rotation der Trommel 1 verursacht das Rollen und das Schlagen der Baumstämme ge- geneinander, wobei die Rinde von deren Oberfläche entfernt und aus der Trommel 1 durch nicht dargestellte Rindenschlitze, die im Trommelmantel vorhanden sind, auf ein Förderband 4 unterhalb der Trommel 1 ausgetragen wird. In Abhängigkeit von den Prozessparametern geben die Bäume jedoch zur selben Zeit mehr oder weniger vom aktuellen Holzmaterial ab, welches Holzmaterial die Holzverluste darstellt, da es zusammen mit der Rinde durch die Rindenschlitze mit den Rinden ausgetragen wird.

Um einen auf das unterhalb der Trommel 1 angeordnete Förderband 4 fallenden und in Rich- tung eines Pfeils 5 auf diesem sich bewegenden Fütterstrom zu photographieren, sind eine Kame- ra 6 und erforderliche Beleuchtungseinheiten 7 oberhalb des Entladeendes des Förderbandes 4 angebracht.

Die Kamera 6 ist mit einer Bildverarbeitungseinheit 8 verbunden, die verschiedene Weissen in den Bildelementen eines mit der Kamera 6 aufgenommenen Bildes als eine Grundlage für eine programmtechnische Bestimmung des im Rindenstrom enthaltenen Holzmaterials verwendet.

Die Bildverarbeitungseinheit 8 ist geeignet, ein Ausgangssignal 9 zur Steuerung des Entrin- dungsprozesses zu erzeugen. Bevorzugt ist das Ausgangssignal 9 dafür geeignet, den Entrin- dungsvorgang automatisch zu steuern.

Die Messung eines Rindenstroms wird im wesentlichen als eine Echtzeit-Messung und vor- zugsweise durch Durchführung der Messung an einem sich bewegenden Rindenstrom durchge- führt. Natürlich ist es auch möglich, Proben zu nehmen und diese in einer ruhenden Stellung zu photographieren.

Der Bildverarbeitung geht wie folgt vor sich.

Die voreingestellten Schwellenwerte für Weisse werden als eine Grundlage für das Kar- tographieren von grossen Holzstücken aus kleinen Rindenstücken und dem Hintergrund (Förder- band) verwendet.

Wenn zum Beispiel die Weisse z. B. zwischen 0 und 256 variiert, wobei Null die Weisse für Schwarz und 256 die Weisse für Weiss darstellt, werden die vorbestimmten Schwellwerte auf der Grundlage von Experimenten für bestimmte Holzsorten, zum Beispiel bei 120 und 200 eingestellt, wobei die Weisse 200- 256 Holz und die Weisse 0-120 Rinde darstellt.

2.Die Weisse von als Rinde oder Holz identifizierten Bildelementen wird auf Minimum oder Ma- ximum, das heisst Rinde auf den Wert von Null und Holz auf den Wert von 256 gesetzt.

3.Das neue, im vorhergehenden Schritt zusammengesetzte Bild wird mittels eines Mittelwert- Filters analysiert, welches das gesamte Bild in kleinen Abschnitten untersucht und eine durch-

schnittliche Weisse aus jedem Abschnitt berechnet. Der Durchschnitts- oder Mittelwert wird als eine Grundlage zur Bestimmung eines Bildabschnitts entweder als Holz, Rinde oder als unidentifiziert, um auf den nächsten Zyklus abzuwarten, verwendet. Diese Abfolge trennt kleine Holzstücke und grosse Rindenstücke.

Wenn der Mittelwert in einen als Holz (200-256) oder als Rinde (0-120) bestimmten Bereich fällt, werden solche Bereiche als Werte Rinde = 0 und Holz = 256 dargestellt.

Schritte 1-3 werden solange wiederholt, bis alle Bildelemente bestimmt sind oder bis eine vor- eingestellte Anzahl von Iterationen erreicht ist.

Der Betrieb dieses Systems basiert auf der Tatsache, dass die entweder als Rinde oder als Holz bestimmten Flächen die aus dem Mittelwert-Filter für den nachfolgenden Iterationszyklus erhaltenen Durchschnitte beeinflussen, sodass jeder Zyklus ein immer mehr vollständiges Ergebnis liefert.

Fig. 2a zeigt ein Beispiel eines von einem Rindenstrom aufgenommenen Originalbildes.

Fig. 2b zeigt ein zu Fig.2a korrespondierendes und mittels einer Bildverarbeitungseinheit 8 nach dem ersten Iterationszyklus verarbeitetes Originalbild. Auf der Grundlage von Weisse ist es möglich, in Form der relativen Anzahl an Bildelementen, die als Holz, Rinde oder Undefiniert bestimmt worden sind, zu berechnen, dass der Holzanteil 12% und der Rindenanteil 33,1% beträgt, wobei mehr als die Hälfte oder 54,8 aus einer noch zu definierenden Fläche besteht.

In Fig. 2c ist das Originalbild (Fig.2a) in derselben Form wie in Fig. 2b nach der Vollendung von 20 Iterationszyklen abgebildet. Auf der Grundlage der Weisse ist eine Berechnung möglich, dass der Holzanteil 27,4%, der Rindenanteil 70,5% und der Anteil einer noch Undefinierten Fläche nicht mehr als 2,1 % beträgt.

Gezeigt in Fig. 1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion der Holzverluste in einem Entrindungsverfahren. Der Grundgedanke der Erfindung kann jedoch auch z. B. in einer solchen Weise angewandt werden, dass, wie in Fig. 1 gezeigt, jeder auf dem Förderband befindliche Rin- denstrom, der sich bewegt, um verbrannt zu werden, wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, analysiert wird. Was aber nach der Bestimmung des Anteils an Holzmaterial berechnet wird, ist der Wärmewert eines in dem Rindenstrom befindlichen Materials und der Verbrennungsprozess wird auf dieser Grundlage gesteuert.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Bestimmung des in einem durch Entrindung entstehenden Rindenstrom be- findlichen Anteils an Holzmaterial und zur Steuerung eines Entrindungsvorganges auf der Grundlage dieser Daten zur Reduktion der Holzverluste in dem Entrindungsvorgang, in welchem Verfahren ein durch Entrindung entstehender Rindenstrom optisch auf seine Weisse gemessen wird und das Messresultat als eine Grundlage zur programmtechnischen Bestimmung des Anteils an Holzmaterial in einem Rindenstrom mittels einer Datenverar- beitungseinheit verwendet wird, und der Entrindungsvorgang auf der Grundlage des aus dem Rindenstrom bestimmten Anteils an Holzmaterial gesteuert wird, dadurch gekenn- zeichnet, dass ein von einem Rindenstrom aufgenommenes Bild auf Weisse analysiert wird und der Vorgang zur Bestimmung des Anteils an Holzmaterial wie folgt abläuft: A.

Die Weisse jedes Bildelements eines in Bildelemente unterteilten Bildes wird mittels ei- ner zumindest dreigeteilten numerischen Skala definiert, deren Endpunkte m und n sind, wobei ein Endpunkt zur Darstellung von Rinde und der andere zur Darstellung von Holz verwendet wird, B. Für ein Bildelement oder Pixel wird der Wert auf m gesetzt, wenn das Pixel eine Wei- #e innerhalb des Bereichs von m-a aufweist, wobei m < a < n ist, ein Pixel wird auf den Wert n gesetzt, wenn das Pixel eine Weisse innerhalb des Bereichs b-n aufweist, wobei a < b < n ist, der Wert eines Pixels bleibt unverändert, wenn das Pixel eine Weisse inner- halb des Bereichs von a-b aufweist, wobei a und b Schwellwerte darstellen, die expe- rimentell für die aktuelle Holzsorte definiert sind, C.

Das in Schritt B. erzeugte Bild wird mittels eines Mittelwert-Filters in Bildabschnitten verarbeitet, wobei der Bildabschnitt aus einer Anzahl von Pixeln besteht, sodass der <Desc/Clms Page number 4> Mittelwert-Filter verwendet wird, um einen Weisse-Mittelwert für jedes Pixel des Bildes zu definieren, und die so erhaltenen Mittelwerte werden als Grundlage für die Klassifi- zierung aller Pixels eines Bildes in Übereinstimmung mit dem Schritt B mit demselben Wert m oder n oder mit einem unveränderten Zustand, wenn dieser innerhalb des Be- reiches a-b liegt, verwendet, D. Schritte A - C werden wiederholt, bis alle Pixels klassifiziert sind oder bis eine vorbe- stimmte Anzahl von Iterationen erreicht worden ist, E.

Das Verhältnis einer Anzahl von zur Darstellung von Holz klassifizierten Pixels wird bezogen auf die Gesamtzahl der Pixels in einem untersuchten Bild berechnet, um den Holzanteil des Rindenstroms auszudrücken.
2. Verfahren zur Bestimmung des Anteils an Holzmaterial in einem Rindenstrom, der einem Verbrennungsprozess zugeführt wird und zur Steuerung des Verbrennungsprozesses auf Basis dieser Daten zur Optimierung des Verbrennungsprozesses, in welchem Verfahren ein Rindenstrom optisch auf seine Weisse gemessen und das Messergebnis als Grundlage für die programmtechnische Bestimmung des Anteils an Holzmaterial in dem Rindenstrom mittels einer Datenverarbeitungseinheit verwendet wird, und der Anteil des aus dem Rin- denstrom bestimmten Holzmaterials als eine Grundlage für die Berechnung eines Wärme- wertes des in dem Rindenstrom befindlichen Materials und zur Steuerung des diesem Wert entsprechenden Verbrennungsprozesses verwendet wird, dadurch gekennzeichnet,

dass ein von einem Rindenstrom aufgenommenes Bild auf Weisse analysiert wird und der Vorgang zur Bestimmung des Anteils an Holzmaterials wie folgt abläuft: A. Die Weisse jedes Bildelements eines in Bildelemente unterteilten Bildes wird mittels ei- ner zumindest dreigeteilten numerischen Skala definiert, deren Endpunkte m und n sind, wobei ein Endpunkt zur Darstellung von Rinde und der andere zur Darstellung von Holz verwendet wird, B.

Für ein Bildelement oder Pixel wird der Wert auf m gesetzt, wenn das Pixel eine Wei- #e innerhalb des Bereichs von m-a aufweist, wobei m < a < n ist, ein Pixel wird auf den Wert n gesetzt, wenn das Pixel eine Weisse innerhalb des Bereichs b-n aufweist, wobei a < b < n ist, der Wert eines Pixels bleibt unverändert, wenn das Pixel eine Weisse inner- halb des Bereichs von a-b aufweist, wobei a und b Schwellwerte darstellen, die expe- rimentell für die aktuelle Holzsorte definiert sind, C.

Das in Schritt B. erzeugte Bild wird mittels eines Mittelwert-Filters in Bildabschnitten verarbeitet, wobei der Bildabschnitt aus einer Anzahl von Pixeln besteht, sodass der Mittelwert-Filter verwendet wird, um einen Weisse-Mittelwert für jedes Pixel des Bildes zu definieren, und die so erhaltenen Mittelwerte werden als Grundlage für die Klassifi- zierung aller Pixels eines Bildes in Übereinstimmung mit dem Schritt B mit demselben Wert m oder n oder mit einem unveränderten Zustand, wenn dieser innerhalb des Be- reiches a-b liegt, verwendet, D. Schritte A - C werden wiederholt, bis alle Pixels klassifiziert sind oder bis eine vorbe- stimmte Anzahl von Iterationen erreicht worden ist, E.

Das Verhältnis einer Anzahl von zur Darstellung von Holz klassifizierten Pixels wird bezogen auf die Gesamtzahl der Pixels in einem untersuchten Bild berechnet, um den Holzanteil des Rindenstroms auszudrücken.