CN105264330A - 用于测量木料的方法和设备 - Google Patents

用于测量木料的方法和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN105264330A
CN105264330A CN201480031836.6A CN201480031836A CN105264330A CN 105264330 A CN105264330 A CN 105264330A CN 201480031836 A CN201480031836 A CN 201480031836A CN 105264330 A CN105264330 A CN 105264330A
Authority
CN
China
Prior art keywords
measuring
measurement
timber
treating
monitoring device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201480031836.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105264330B (zh
Inventor
卡勒·埃诺拉
米科·米耶蒂宁
图奥莫·莫伊拉宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ponsse Oyj
Original Assignee
Ponsse Oyj
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ponsse Oyj filed Critical Ponsse Oyj
Publication of CN105264330A publication Critical patent/CN105264330A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105264330B publication Critical patent/CN105264330B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/08Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters
    • G01B11/10Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving
    • G01B11/105Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring diameters of objects while moving using photoelectric detection means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/04Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G23/00Forestry
    • A01G23/02Transplanting, uprooting, felling or delimbing trees
    • A01G23/08Felling trees
    • A01G23/083Feller-delimbers
    • A01G23/085Feller-delimbers having the shearing head mounted on a first boom and the delimbing head mounted on a second boom
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G23/00Forestry
    • A01G23/02Transplanting, uprooting, felling or delimbing trees
    • A01G23/08Felling trees
    • A01G23/091Sawing apparatus specially adapted for felling trees
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/04Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving
    • G01B11/043Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving for measuring length
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/042Calibration or calibration artifacts
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0035Measuring of dimensions of trees
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G23/00Forestry
    • A01G23/02Transplanting, uprooting, felling or delimbing trees
    • A01G23/099Auxiliary devices, e.g. felling wedges

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)

Abstract

一种用于测量木材处理机(1)中的木料块(4)的设备和方法,其中,所述块由设置到木材处理机中的一组吊杆(2)的切割头(3)抓牢,并且所述块的尺寸通过木材处理机中的至少一个测量装置测量。还将通过监测装置(5)——其利用非接触式测量——由一个或多个测量光束(6)形成的测量信号场引向木料块(4),并且其所产生的测量信号场产生待被储存的点云(7)。从点云中识别出待识别部分,限定待测量的量,并且由点云的信息内容形成待测量的量。得到的结果被导到木材处理机中的测量系统中以用于进一步使用。

Description

用于测量木料的方法和设备
技术领域
如权利要求1的前序部分所述,本发明涉及一种用于测量木料的方法。
如权利要求9的前序部分所述,本发明还涉及一种用于测量木料的设备。
本发明提供一种木料的非接触式测量,由此,该方法和设备不仅能够适用于在工作期间测量木料,而且例如能够适用于使得木材处理机中的木料的测量更精确,并且适用于校准本身已知的木料测量装置。
背景技术
在现代机械伐木中,尤其是在已知为切割树或者定长切割(CTL)的伐木中,对于被处理的木料的尺寸测量的精确度设置了越来越高的要求。部分地,这是由于以下事实,即,大量的木料交易如今基于通过木材处理机自动收集的测量数据。对于精确度的某些要求则已经通过涉及木料交易中的测量的法律而建立。另一方面,特别是在基于定长切割系统的伐木中,当在砍伐后优化——其提供原材料的尽可能的最佳利用——方面考虑整个树干时,强调精确测量的好处。
常规地,机械伐木至少需要树干或者从树干切割的块的直径和长度的测量值。测量以一定的精确度完成并且允许测量的不确定性。
在伐木期间,通常通过使用机械工具、通过出于测量直径的目的而测量例如进给和/或除枝元件相对于木材处理机的切割头的本体的位置而测量木料块的直径,所述机械工具抵靠木料块的外表面设置并且在伐木期间沿着所述外表面。在测量木料块的长度时,又经常使用计距器,所述计距器被压靠于树干的外表面并且随着树干在木材处理装置中移动而沿着所述树干滚动。因此,计距器测量所述计距器在树干的外表面上行进的距离。
上述方法基于以下假设和测量原理:基本上圆形的树干持续接触测量中所使用的装置。
对于所有使用的测量方法共同的是,需要定时监测其精确度。例如,在测量木料块的直径和长度中所使用的测量装置需要时常被校准。
根据现有技术,木材处理机的测量装置例如借助于特定的校准测量规而针对直径校准,并且借助于常规的卷尺而针对长度校准,其需要大量执行起来很笨拙的手动工作。需要提到的是,特别地,在实践中,当操作者必须从林业机械的控制室出来以手动地进行校准测量时,伐木工作需要完全停止一段时间。当通过木材处理机在其工作区域内处理木料以将木料切割到期望的长度时,能够以不同的方式完成所需要的校准。然后木材处理机的操作者在选定的时间之后使得机器停止,并且走下来去测量锯切的块中的一部分。为此,操作者还需要准确地知道地上的块被处理的顺序。可替代地,林业机械的伐木控制和监测系统适合于指示出需要开始进行与随机的树干相关联的检验性测量。
校准试样中所包括的木料块在所需数量的点处通过例如卷尺测量长度并且通过例如大的游标卡尺测量直径。如今,直径还通常使用出于此目的制造的电子校准测量规(scissors)以及以下校准仪测量,所述校准仪具有用于自动储存测量数据的装置,并且通常还具有用于立即向进行校准的人显示测量数据的显示器。本身已知的所述电子校准测量规还能够与操作者交互地操作并且指示应该在哪里进行下一次校准测量。
在测量树干的直径时,误差尤其由以下方面导致:例如横截面的形状可能偏离理想的圆形形状、在测量中使用了变化的和不均匀的表面压力、以及由进行测量的人导致的随机误差。还可能的情况是,进行校准测量的人混淆了打算校准的木料块中的两个或多个。由此,校准可能提供明显错误的结果。以下事实进一步增大了这种误差的可能性,即,校准测量通常在恶劣的天气和照明状态下进行。木料块还滚动到地面上的与机器的操作者致力于将所述木料块放置的位置不同的位置。校准测量的问题还由以下事实所导致,即,木料块通常在积雪或者灌木丛中下沉得太深,以至于无法进行测量所需要的适当的交叉测量(cross-measure)。此外,天气状态,尤其是木料的融化和冰冻可能在一定程度上影响校准中的测量结果,更不用说也影响由采伐机械头进行的测量。
在测量树干或者木料块的长度时,许多其他缺点也导致测量误差。应该特别牢记的是,被测量的木料块或多或少为截头锥形状。很不幸,这个问题在现有技术中没有被注意到。换言之,当校准测量装置时,通常偶然地在木料块的表面的某个点处测量木料块的外表面或者包络面的长度。因此,可能的是,卷尺平行于树干的截头锥形的包络面定位,并且因此,长度值大于木料块的中心轴线的长度。对于期望的长度的校准值的测量主要是可视地进行,并且通过将测量卷尺保持在木料块的旁边并设法保持卷尺在视觉上平行于木料块的中心轴线而徒手完成。
树干的表面通常具有各种问题和不连续的点,诸如,树桩或者显著扭曲部段,这可能导致测量结果的误差。还可能甚至很可能的是,木料块的端部没有完全垂直于树干的中心轴线被锯切。特别地,在砍伐期间在根段材上锯切的切割或者在扭曲的木料块中的切割可能非常不同于垂直于木料块的中心轴线的假定理想表面。
除了上述常规测量以外,已经要求能够在机械伐木工作期间立即测量木材处理方面的一些定性性质。枝节、干组分含量、生长率、年轮结构以及密度、树龄、以及特别是降低质量的因素,诸如扭曲、腐烂或者一些其他缺陷的确定和识别已经成为关注的额外信息。
在现有技术中,主要靠视觉来完成木料块的定性性质的监测和测量,而这是对于木材处理机的用户而言最重要的同时也是最麻烦的工作任务。木材处理机的娴熟的用户能够估算并监测影响被处理的木料的质量和价值的若干不同因素,而不会扰乱高效的工作。然而,清楚的是,机械伐木变得普遍并且进展到新的地理领域,将会面临难以寻找到足够的操作者的困难,这些操作者要能够进行质量测定和要求、快速决策。因此,存在对于使木料块的质量特性的测定自动化的需要。
发明内容
本发明的目的是研发一种方法和实施该方法的设备,其中,能够尽可能简单和精确地进行测量装置的上述测量和检验测量。
这个目的通过提供一种具有本发明的权利要求限定的特征的用于测量木料的方法和设备而实现。更具体地,本发明的方法主要特征在于权利要求1的特征部分所述的特征。而本发明的设备的主要特征在于权利要求9的特征部分所述的特征。
本发明的优选实施方式在从属权利要求中公开。
因此,本发明基于这样的理念,即,木材处理机中用于测量木料的装置、设备和系统——尤其是采伐机械及其木材处理装置或者切割头——的使用和校准能够尽可能灵活地进行,作为正常伐木工作的一部分,而不需要在处理木料块期间采取任何大量的专门操作,这些专门操作会显著降低伐木的效率。
本发明提供相当大的优势。因此,当能够在不停止木材处理机的状态下、并且特别是在不从所述木材处理机走下来的状态下完成木料的监测时,木材处理机中测量装置的校准变得更容易且更迅速。该解决方案还不需要将树干带至单独的测量单元,将树干带至单独的测量单元自然也会使得工作变慢。以此方式,能够显著减少有价值的林业机械的停机和空闲时间从而以此提高机器的成本效益。
由于与在地面上完成的常规校准相比较而言,控制室与机器周围物之间的移动显著减少,因此本发明的解决方案还改善了木材处理机的操作者的工作安全性和人体工程学。应注意的是,在机械伐木中工伤事故的主要部分是从作业机械的台阶或者其他人行道滑到或者在木材处理机周围的地面上绊倒。
通过该方法和设备,木料的取样、各种测量以及测量装置的校准测量将通常以基本上相同的方式进行,这意味着消除了大部分由进行测量的人导致的人为误差。
与正常的工作过程相比,通过本发明的系统,其包括测量试样中单独的树干,系统不导致额外的问题并且几乎不导致额外的处理时间。对于一些木料块或者树干,仅仅向常规的砍伐和横切锯以及进给和除枝增加了一个工作阶段。同时,能够完全消除已经在校准中导致不确定性的任何系统误差和随机误差,或者至少显著减小了这些误差的影响。
甚至能够提供这样的设备:其自动地且基本上连续地监测测量装置的精确度。在测量结果不一致的情况下或者如果有其它理由怀疑测量的精确性,设备就会在没有单独要求的状态下开始进行校准测量或者至少通知机器的操作者树干可能存在质量问题。
本发明的设备和方法还能够基于其已经测量和分析的数据而建议操作者动作,通过建议,能够降低树干中的质量缺陷——诸如扭曲——对工作质量的负面影响。设置在林业机械中的系统能够例如通知操作者基于切割指令的原本待被切割的树干或者原木应该在哪个切断点处被分开,以消除或至少尽量减小由扭曲导致的问题。切断点优选定位在原本用于切割的原木最大程度扭曲的点处,认为这样能够在切断点的两侧上产生对于木材处理工业而言尽可能有用并且有价值的木料块。以本身已知的方式进行横切的采伐机械的测量装置和信息系统能够完成上述工作,只要其被告知由于质量原因而偏离原始横切点的偏离量即可。当前,这个工作阶段通常由机器的操作者完成。
本发明的设备和相关的方法易于学习和使用,并且能够安装在新的木材处理机和已经使用的木材处理机中。如果期望的话,这种类型的校准系统能够自然地集成为林业机械中的信息系统的独立部分或者固定部分。
当木材处理机的测量装置总是被校准且可靠时,能够进一步改善木料原材料的使用。因此,能够在树林中将树干切割到尽可能精确的测量值,由此,能够避免当前的、部分不必要的大的修剪容差。以此方式,能够容易地计算节省的木料原材料的量,并且已发现节省的木料原材料的量在数量上相当大。在长度和直径测量上的高的精确度是快速和成功的价值造材的先决条件,价值造材是选择树干的切断点以实现木料原材料的尽可能高的价值的常规方式。
在下文中公开本发明的其他优点,其中详细地描述本发明的特定实施方式。
附图说明
在下文中,将参考附图更详细地描述本发明的一些优选实施方式,在附图中:
图1示出与木料的测量相关的方法的框图,
图2示意性地示出本发明的操作原理,
图3示意性地示出本发明的另一实施方式的操作原理,
图4示出由针对木料块的头部的测量做出的测量点,
图5至图7示出由针对木料块的长度的测量做出的测量点,以及
图8示出通过木料块的测量点的计算的过程获得的测量数据。
具体实施方式
附图并非按比例示出用于测量木料的方法和设备,而是附图是示意性地并且大体上示出优选实施方式的结构和操作。附图标记所表示的结构部件则对应于在本说明书中设有附图标记的结构部件。
图2和图3示出本身已知的木材处理机1,木材处理机1包括通过一组吊杆2移动的木材处理装置。在这个实施方式中,该装置由切割头3形成,通过切割头3砍伐并且加工树木以由所处理的树干4形成一块或者多块木料。这个切割头3具有本身已知的常规测量装置,常规测量装置沿着木料块的表面接触木料块,以在处理期间测量木料块的直径和长度并且在本文中没有详细示出常规测量装置。
图2和图3进一步示出木材处理机1中的第二监测装置5,通过第二监测装置5,能够优选地通过摄影测量方法非接触地确定木料块的性质。通过这些监测装置,能够确定木料块的端部横截面的直径和形状、甚至在木料块的纵向轴线的其他部分处的木料块横截面的直径和形状、以及木料块的长度。换言之,该解决方案能够基本上限定由切割头3保持并且被进给以从切割头延伸的树干4的三维几何形状以及树干的尺寸。这种类型的非接触式测量能够例如通过激光操作的测量装置或者诸如立体相机或者距离相机的合适的摄像系统完成。能够利用这些装置产生二维和三维测量数据。
可以利用可见光的波长来完成测量,并且根据需要,可以根据所需要的测量结果利用其他电磁波——诸如红外线、紫外线或者X射线波长——完成测量。
虽然图2和图3示出了监测装置在木材处理机的一组吊杆2附近,这并不将监测装置的位置限制于仅仅这个位置。考虑到监测装置的灵敏度,更优选的是,将监测装置安装在木材处理机的控制室(未示出)中,在这里可以保护监测装置免受在其它情况下可能遭受的碰撞。在这个位置,在保证监测装置不受阻碍地接近待测量区域的同时,还保持监测装置清洁。这种类型的监测装置5以这样的方式操作:将一个或多个测量光束6引向被测量的对象,其在这个示例中为待被砍伐的树。在图2中,这种测量光束通过光束l1和l2表示,并且在图3中,这种测量光束通过圆锥形测量空间6表示。根据测量目的,通过沿着(follow)测量光束而获得目标的二维或者三维点云7,在图4至图8中通过示例的方式示出了二维或三维点云7的情形(likes)。获得的点云可以具有最多用途的形状。因此,点云可以由监测装置的观察点或者充满点的空间形成。例如,点云还可以以这样的方式获得:首先监测装置以较粗糙的分辨率检测待测量的关注的目标,此后,以更高的分辨率、或者通过利用监测装置的至少一个运动轴线的更缓慢移动而再次将测量光束引向这个有限的局部空间。
当使用近距离激光扫描器时,例如,监测装置5从零点发出激光光束6,通过激光束6测量目标与监测装置的距离。在基于光的传播时间的近距离激光扫描器中,在光信号从测量装置传播到目标和返回测量装置的期间测量距离。以此方式,可以获得每个测量点的单独的坐标。除了坐标以外,该系统还能够基于返回信号的强度而储存每个点的强度值。基于该强度,例如,能够以已知的方式区分被测量的目标的表面纹理。作为测量的结果,产生三维点云7,由三维点云7形成树干的数字三维表面模型或者三角网。被检测的块可以被以上述的方式扫描一次,但也可以进行若干次扫描从而更好地收集被检测的块的每一侧的信息。然后可以将由此获得的单独的点云结合为一个整体。
在这种类型的户外测量中,基于激光技术的装置的良好品质在于,与例如基于相机的计算机可视系统经常发生的不同,太阳光或者照明条件的任何其他变化不容易干扰测量。
当在测量中使用基于单个激光光束的通过激光工作的监测装置5时,这种单个测量光束的精确度非常高。该设备还提供非常准确的距离测量数据。然而,这种类型的装置的弱点通常在于光束的聚焦和测量缓慢。然而,对于这种类型的装置,优选对树干4表面进行适当数量的测量以获得更可靠的测量输出,并且测量信号可以取平均以提供期望的点云。
因此,通过使用现成的商业激光扫描器,测量光束通常借助于移动镜系统而被自动地控制,在这种情况下,在较宽的观察点上快速进行大量测量。这些扫描器被制造为2D和3D扫描器,并且被制造为测量若干2D面的装置,尤其用于车辆使用。
而且,以本身已知的方式,能够通过以下方式用基于2D激光扫描器的技术来实现3D激光扫描器的性能:使得扫描器移动,并且同时测量增加的自由度的位置和测量数据,然后通过组合数据而获得3D测量的点云7。
还已知近距离激光扫描器从测量光束的每个点返回多于一个反射结果,并且这个性质可以便于在下述情况下使用测量装置:在测量光束的路径上出现障碍物,诸如小树枝、枝叶、树叶,或者出现干扰,诸如由当前天气状况导致的水滴或者雪花。以此方式,由监测装置返回的若干信号能够以更多用途的方式解释并且被滤波以获得例如更可靠的测量和校准数据。
通过使用点云7的坐标,能够以本身已知的方式对目标的形状建模,在这种情况下,建模的精确度和可靠性取决于监测装置的类型和数量。当然,如果仅仅树干的包络面中的一者和端部可见,则需要作出一些假设并且需要估计树木的相反侧的几何形状。然而,即使通过这种实施方式,也能够实现与当前测量方式相比更精确的测量。但是,如果所述测量点云能够形成为包括整个树干,在这种情况下,即使在阴影区域中的表面的形状也能够被可靠地测量,自然能够相当大幅度地提高测量的总体精确度。
通过不同的监测装置5观察木料块4的上述方法优选以图1中示意性示出的方式使用。在这种情况下,以常规的方式,在树干的砍伐和除枝之后,紧随的是切割树干和测量产生的木料块,并且这个循环重复,直到完成在伐木区域的工作。该工作循环的必要部分还包括测量装置的校准,其能够通过当前的非接触式测量而显著简化。
于是,在砍伐之前、砍伐过程中或者随后的工作阶段期间接收到校准命令,校准命令使得监测装置5初始化并且使得朝向树干或者被处理的其他木料块4发出测量信号6。监测装置接收由测量信号产生的测量波群(burst)、处理测量波群并且由波群产生上述点云7。在该点云中识别例如支撑树干或者树干的一部分的切割头、树干的基端、树干的长度以及树干或者木料块的其他可能的几何形状。
在常规的接触式测量装置的操作期间,对于切割头测量的尺寸,由点云7的结果取得参考数据。然后将监测装置产生的测量数据——或者说附图中所称的识别数据——与测量装置的测量数据比较,以确定所获得的两个测量值是否彼此对应。当出现可能的偏差时,通过由监测装置提供的测量值来校正由测量装置提供的测量值。对于所有期望的测量值重复该操作。最终,对切割头的测量装置的操作进行调节以考虑到在比较期间显示的测量值的任何偏差。
还能够使得监测装置大致连续地监测待被砍伐的树干或者待被处理的木料块4的性质。以此方式,甚至能够在事后校正测量装置的测量值。因此,本设备还能够被设置成警告或者提醒可能的检测出的校准需求,但是将进行校准的决定权留给操作者。根据需要,如果有理由怀疑测量装置未以令人满意的方式工作或者未以令人满意的精确度工作,该设备甚至可以阻止工作继续进行。
该设备还可以适合于提出可用在校准中的校正值,或者当操作者允许时,适于使得测量装置自动地显示校正值。
因此,用于测量树干4或者从树干切割的木料块的长度的设备以参考图2描述的以下方式工作。
至少一个监测装置5产生至少一个测量光束6以引向由木材处理机1的切割头3抓牢的树干4或者块。如果需要的话,设置为从测量信号场产生的点云7中识别切割头3上的参考面8。这个参考面可以是能够容易地从点云中辨认的切割头的常规平面,或者平面的一部分,或者为此目的而设置的反射表面等。然后,从点云中识别切割头与监测装置5之间的木料块的端面9。在已经识别出端面和参考面之后,能够计算这些点之间的距离。
l=l2-cosα×l1+k
其中:
l1=由监测装置测量的从监测装置到木料块的端面的较低距离,
l2=由监测装置测量的从监测装置到切割头的参考面的较高距离,
k=从参考面到锯片凸缘的距离,
α=监测装置的测量光束之间的角度,
l=木料块的长度。
在实践中,以如下方式进行测量:在已经识别木料块4的端面9之后,将木料块9的直径限定为被测量的木料块的直径的第一校准测量值。然后,将参考面8与木料块的切割头的端面之间的计算出的距离l限定为第二校准测量值。
为了找到木料块4的端面9,使用测量软件来限定点云7的起始面,起始面通常由具有足以计算光束的足够测量点的第一面形成。这种类型的点云在图4中示出。然后由切割头上的锯片壳体的点形成测量信号场的末端面,末端面与锯片凸缘的距离是已知的。
当起始和末端面被限定时,随着伐木继续,将木料块4的形状的校准值与由切割头3提供的测量值进行比较,并且相对于由木材处理装置提供的木料块的测量数据,估计由木料块的限定的形状的校准值导致的任何校正需要。
如果从监测装置5提供的测量信号场得到的木料块4的直径的校准值不同于从切割头3上的实际直径测量装置得到的测量结果,则应用木料块的基于测量信号场得到的直径值来校准木材处理机1的直径测量装置。相似地,如果从监测装置5提供的测量信号场得到的木料块4的长度的校准值不同于从切割头上的实际长度测量装置得到的测量结果,则应用木料块的基于测量信号场得到的长度值来校准木材处理机的长度测量装置。
与上述的点测量或者扇形测量不同,还能够使用根据图3的产生三维结果的扫描。称为激光扫描的这种测量方法用于获得尺寸上准确的三维数据而无需接触目标。通常,这种技术通过激光光束实施。于是,用作监测装置的测量扫描器以密集光栅或者测量光束网的方式发出激光光束。在光束从障碍物返回时,扫描器测量与障碍物的距离并且计算反射点的坐标。同时,还测量返回光束的强度。通过由一个或多个监测装置从若干方向扫描目标,能够将得到的作为测量结果的点云7组合到一个文件中,该文件将被处理。该组合通过位于光束的每个反射点处的点而提供三维计算机模型。通过这些点,能够在点云中描绘目标的三维表面。
在这种类型的三维测量方法中,木料块4通过位于木材处理机上并且设置在木材处理机的一组吊杆2上的切割头3抓牢,此后,将至少一个监测装置的测量信号场引向木料块以确定木料块的不同尺寸。然后将使用非接触式测量的监测装置的测量信号场引向木料块,其产生点云7,点云7储存在该设备的存储器中。然后,将从该点云中识别木料块的待识别部分。这些部分可以是直径,也就是,木料块的端面的直径,或者其长度。此外,例如能够通过木料块的外表面上的测量点以及通过将这些测量点设置在木料块的假定外表面上而确定木料块的沿着其整个长度的直径。这个表面优选由基本上为截头锥形的、并且在纵向方向上前后布置的部分形成。操作在图8中示出。通过这些,能够确定例如木料块的纵向横截面的计算上的中心点的偏差是否是理想的,也就是,木料块关于其纵向轴线的可能的弯曲,或者所谓的扭曲,或者横截面偏离圆形。如果需要的话,从点云中识别形成木材处理机的一部分的参考结构,这例如有助于确认长度的测量值。
当已经选定待测量的量时,待测量的量由通过点云7的坐标所示的木料块形成,此后,结果被导到木材处理机中的测量系统中以进行进一步分析。
例如,当分析木料块的扭曲时,以如下方式选择表示由木料块的外表面形成的包络面的几何形状的测量点作为待测量的量:测量点由木料块的长度上的多于一个点限定。然后将得到的单独的数据与木料块的几何形状理想测量值比较。最终,获得的作为比较结果的偏差能够记载到测量系统中,以作为木料的质量数据向前传送。
通过该方法得到的测量结果应优选与由木材处理机中的切割头得到的常规测量结果相比较。随着伐木继续进行,可以利用可能显示为比较结果的任何偏差而提供对于每个测量结果的校准值。
因此,作为比较的结果,能够通过从测量信号场得到的量来校正通过切割头提供的已经进行的测量的最终结果和任何未来的测量值,以校准木料的机械测量装置。
这种类型的比较能够在连续伐木的同时以规律的间隔进行,或者在木材处理机的切割头操作期间大致连续地进行。在后一种情况中,如果期望的话,测量值的突然改变可以启动与从测量信号场得到的量的立即比较,并且可能启动随后的测量值或者测量装置的校准。
上述监测装置适合于提供用于确定木料块的物理性质的测量信号场,在这种情况下,监测装置包括例如至少一个2D或者3D扫描器。监测装置可以包括应用3D技术并且能够进行非接触式测量的扫描器,诸如,近距离激光扫描器。
应理解,上述描述和相关附图仅仅用于说明该解决方案。解决方案不局限于以上描述的或者权利要求中限定的实施方案,而是,对于本领域技术人员明显的是,能够在附加权利要求中所限定的理念的范围内做出各种改变和修改。

Claims (13)

1.一种用于测量木材处理机(1)中的木料块(4)的方法,所述方法包括:
通过设置在所述木材处理机的一组吊杆(2)上的切割头(3)抓牢所述木料块,
通过所述木材处理机上的至少一个测量装置测量所述木料块的尺寸,
其特征在于,
所述方法还包括以下步骤:
将通过监测装置(5)由一个或多个测量光束(6)形成的测量信号场引向所述木料块(4),所述监测装置(5)使用非接触式测量,
储存由所述测量信号场产生的点云(7),
从所述点云中识别木料块的待识别部分,
根据需要而从所述点云(7)中识别参考结构,
限定待测量的量,
由所述点云形成所述量,
将得到的结果导到所述木材处理机中的测量系统中。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,选择所述木料块的端面的直径作为待测量的量。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,选择所述木料块的长度作为待测量的量。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,以如下方式选择所述木料块的直径作为待测量的量:所述直径由所述块的长度的多于一个部段限定,和
将得到的直径测量值与所述块的几何形状的理想测量值相比较。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,随着伐木持续进行,将测量的量与由所述木材处理机中的所述切割头产生的测量值相比较,以得到测量结果的校准值,
基于由所述木材处理机提供的木料块的测量数据,估计通过所述木料块的限定的校准值而引起的进行校正的需求,
通过从所述测量信号场得到的量来校正由所述切割头得到的测量值,以校准木料的机械测量装置。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,随着伐木继续进行,以规律的间隔将从所述测量信号场得到的量与由所述木材处理机中的所述切割头产生的测量值相比较。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,基本上连续地监测由所述木材处理机中的所述切割头产生的测量值,由此,
测量值的突然改变启动对所述测量值与由所述测量信号场得到的量的比较。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法,其特征在于,通过基于激光光束的至少一个监测装置完成测量。
9.一种用于测量木材处理机(1)中的木料块(4)的设备,所述设备包括:
木材处理装置(3),所述木材处理装置通过一组吊杆(2)移动以砍伐和处理树木,
至少一组测量装置,所述测量装置用于在处理期间测量从树木分离的木料块的至少直径和长度,
其特征在于,
所述设备还包括监测装置,所述监测装置适合于提供测量信号场,用于确定所述块的物理性质,和
所述木材处理机具有:
处理装置,所述处理装置用于对由所述测量信号场提供的至少一个点云(7)进行数据处理,和
比较装置,所述比较装置用于将由所述点云提供的测量数据与由所述木材处理装置提供的测量数据进行比较。
10.根据权利要求9所述的设备,其特征在于,所述监测装置包括2D扫描器。
11.根据权利要求9所述的设备,其特征在于,所述监测装置包括3D扫描器。
12.根据权利要求9所述的设备,其特征在于,所述监测装置包括应用3D技术并且能够进行非接触式测量的至少一个扫描器。
13.根据权利要求12所述的设备,其特征在于,所述监测装置包括至少一个近距离激光扫描器。
CN201480031836.6A 2013-06-05 2014-06-05 用于测量木料的方法和设备 Active CN105264330B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20135625 2013-06-05
FI20135625A FI20135625L (fi) 2013-06-05 2013-06-05 Menetelmä ja sovitelma puukappaleen mittaamiseksi
PCT/FI2014/050456 WO2014195585A1 (en) 2013-06-05 2014-06-05 Method and arrangement for measuring timber

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105264330A true CN105264330A (zh) 2016-01-20
CN105264330B CN105264330B (zh) 2017-09-08

Family

ID=52007624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480031836.6A Active CN105264330B (zh) 2013-06-05 2014-06-05 用于测量木料的方法和设备

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9534887B2 (zh)
EP (1) EP3004795B1 (zh)
CN (1) CN105264330B (zh)
BR (1) BR112015029843B1 (zh)
CA (1) CA2913449C (zh)
FI (1) FI20135625L (zh)
RU (1) RU2653111C2 (zh)
WO (1) WO2014195585A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108072323A (zh) * 2016-11-15 2018-05-25 保时捷股份公司 用于检测零件夹持器的尺寸精确度的方法
CN109212517A (zh) * 2017-07-04 2019-01-15 安德烈·斯蒂尔股份两合公司 园艺和/或林业系统
CN109211308A (zh) * 2017-07-04 2019-01-15 安德烈·斯蒂尔股份两合公司 在砍伐树木的情况中用于协助的方法以及用于协助的系统

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE543160C2 (en) 2017-01-16 2020-10-13 Tracy Of Sweden Ab A method for determining and managing origin identification of logs
FI128122B (fi) 2018-08-29 2019-10-15 Ponsse Oyj Ohjausjärjestely ja menetelmä metsäkoneen ohjaamiseksi
FI20185718A1 (fi) * 2018-08-30 2020-03-01 Ponsse Oyj Menetelmä voimansiirtolaitteen ohjaamiseksi, järjestelmä ja metsäkone
JP6644846B1 (ja) * 2018-08-31 2020-02-12 株式会社トキワシステムテクノロジーズ ワークの位置姿勢認識装置およびピッキングシステム
CN110495317B (zh) * 2019-09-27 2021-11-05 国网山东省电力公司商河县供电公司 一种线路周围树枝清理装置
SE543752C2 (en) * 2019-11-15 2021-07-13 Log Max Ab A harvesting head for length determination of a tree truck and an associated method
US11274921B1 (en) * 2021-06-22 2022-03-15 Walz Scale Payload measurement system and method
DE102021209036A1 (de) * 2021-08-18 2023-02-23 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und System zum Betreiben einer Arbeitsmaschine in der Forstwirtschaft
FI130383B (fi) * 2022-02-25 2023-08-07 Ponsse Oyj Menetelmä puunkäsittelylaitteella käsitellyn pölkyn tarkistusmittaamiseen, vastaava mittausjärjestelmä, metsäkone, tietokoneohjelmatuote ja laitteisto

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1276700A (zh) * 1996-10-23 2000-12-13 本格特·索维克 伐木方法和林业系统
WO2004020938A1 (en) * 2002-08-27 2004-03-11 Dralle Aps A method and a system for automatic measurement and tracking of logs, industrial wood and boards
WO2006126952A2 (en) * 2005-05-24 2006-11-30 Soervik Bengt A tree harvester
WO2008025881A1 (en) * 2006-08-31 2008-03-06 Ponsse Oyj Method and arrangement for measuring timber piece
WO2008117263A2 (en) * 2007-03-27 2008-10-02 Treemetrics Limited Tree surveying
WO2012087220A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Fotonic I Norden Ab Apparatus and method for cut-to-length logging

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI52774C (fi) * 1972-08-22 1977-11-10 Sateko Oy Puutavarakappaleiden paksuuden mittausmenetelmä ja -laite
US4891530A (en) * 1986-02-22 1990-01-02 Helmut K. Pinsch Gmbh & Co. Testing or inspecting apparatus and method for detecting differently shaped surfaces of objects
SE520298C2 (sv) 2000-08-15 2003-06-24 Bengt Soervik Förfarande och aggregat för avverkning av skog samt system för skogsskötsel
US7320349B2 (en) * 2003-12-18 2008-01-22 Caterpillar Inc. Tree harvester
US7728833B2 (en) * 2004-08-18 2010-06-01 Sarnoff Corporation Method for generating a three-dimensional model of a roof structure
FI118320B (fi) 2005-03-02 2007-10-15 Ponsse Oyj Menetelmä ja laite mittaustiedon korjaamiseksi
US8306941B2 (en) * 2009-03-24 2012-11-06 Weyerhaeuser Nr Company System and method for identifying trees using LiDAR tree models
SE537186C2 (sv) 2011-02-17 2015-02-24 Komatsu Forest Ab Mätanordning för diametermätning av timmerstammar vid skördaraggregat

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1276700A (zh) * 1996-10-23 2000-12-13 本格特·索维克 伐木方法和林业系统
WO2004020938A1 (en) * 2002-08-27 2004-03-11 Dralle Aps A method and a system for automatic measurement and tracking of logs, industrial wood and boards
WO2006126952A2 (en) * 2005-05-24 2006-11-30 Soervik Bengt A tree harvester
WO2008025881A1 (en) * 2006-08-31 2008-03-06 Ponsse Oyj Method and arrangement for measuring timber piece
WO2008117263A2 (en) * 2007-03-27 2008-10-02 Treemetrics Limited Tree surveying
WO2012087220A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Fotonic I Norden Ab Apparatus and method for cut-to-length logging

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YEONCHOOL PARK等: "3D Log Recognition and Pose Estimation for Robotic Forestry Machine", 《IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ROBOTICS AND AUTOMATION(ICRA)》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108072323A (zh) * 2016-11-15 2018-05-25 保时捷股份公司 用于检测零件夹持器的尺寸精确度的方法
CN109212517A (zh) * 2017-07-04 2019-01-15 安德烈·斯蒂尔股份两合公司 园艺和/或林业系统
CN109211308A (zh) * 2017-07-04 2019-01-15 安德烈·斯蒂尔股份两合公司 在砍伐树木的情况中用于协助的方法以及用于协助的系统
CN109211308B (zh) * 2017-07-04 2022-09-13 安德烈·斯蒂尔股份两合公司 在砍伐树木的情况中用于协助的方法以及用于协助的系统
CN109212517B (zh) * 2017-07-04 2023-10-03 安德烈·斯蒂尔股份两合公司 园艺和/或林业系统

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015154096A (ru) 2017-07-14
CN105264330B (zh) 2017-09-08
EP3004795A1 (en) 2016-04-13
EP3004795B1 (en) 2018-03-21
CA2913449A1 (en) 2014-12-11
CA2913449C (en) 2021-04-27
RU2015154096A3 (zh) 2018-03-14
FI20135625L (fi) 2014-12-22
US20160138905A1 (en) 2016-05-19
EP3004795A4 (en) 2017-03-08
WO2014195585A1 (en) 2014-12-11
RU2653111C2 (ru) 2018-05-07
BR112015029843B1 (pt) 2022-03-29
US9534887B2 (en) 2017-01-03
BR112015029843A2 (pt) 2017-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105264330A (zh) 用于测量木料的方法和设备
CN102077052A (zh) 用于超声波检查的扫描计划的视觉系统
JP7335951B2 (ja) ワーク処理機械における工具の検査
CN108801164B (zh) 一种基于激光测试工件缝隙值的方法及系统
CN113267156B (zh) 一种利用惯导测量水泥地坪平整度的方法及测量系统
JP7385554B2 (ja) 非接触工具設定装置および方法
CN103547404A (zh) 使用检测由管反射或发射的辐射的传感器来扫描待在激光切割机上加工的管的方法
US8072617B2 (en) Method and arrangement for measuring timber piece
CN103109153B (zh) 用于处理涡轮叶片的方法及其设备
IT202000025426A1 (it) Testa di lavorazione per una macchina forestale
Liang et al. Stem curve measurement using terrestrial laser scanning.
Bollandsås et al. Prediction of timber quality parameters of forest stands by means of small footprint airborne laser scanner data
US20110317153A1 (en) Laser peak energy point calibration method and apparatus
CN210198331U (zh) 一种基于激光散射法的表面粗糙度测量仪
RU2786242C1 (ru) Способ обработки лесоматериала и валочная машина для его реализации
CN118090503B (zh) 一种剪刀锋利度检测方法及装置
Racko Verify the accurancy of estimation the model between dimensional characteristics of branch scar and the location of the knot in the beech trunk
Keck et al. Reference measurement of roundwood by fringe projection
RU2655012C2 (ru) Способ измерения геометрических параметров электросварных труб различного диаметра и система для его осуществления
US8844801B2 (en) Identification and trace of items within an assembly or manufacturing process
Janák Round wood measurement system
CN103809186B (zh) 路缘检测系统、方法、装置及工程机械
CN113589326B (zh) 激光雷达的物体识别方法、装置、设备及存储介质
Kunneke A comparison of harvester head data with terrestrial laser scanner and manual measurements
WO2024033571A1 (en) A method for calibrating the log thickness measurement device of a forest harvester and an apparatus for measuring the diameter of a tree

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant