CN109843568B - 木质材料板压制设备及监测木质材料板压制设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将纤维料饼(12)压制成木质材料板(14)的木质材料板压制设备，包括构建成在故障情况下输出信号的控制装置(20)。根据本发明提出，该控制装置(20)具有摄像机(22)和评估单元(24)，摄像机(22)布置在木质材料板压制设备(10)的进料区域(30)，并且评估单元(24)构建成自动执行具有以下步骤的方法：(i)连续拍摄进料区域(30)的图像(B)，(ⅱ)连续检测属于预定评估区域的图像(B)的评估区域像素的测量数据，该预定评估区域包括至少一个向上邻接纤维料饼(12)的目标水平线的区域，以便获得评估数据，以及(iii)如果评估数据变化超过预定公差值(D_T)，则发出信号。

Description

木质材料板压制设备及监测木质材料板压制设备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于将纤维料饼压制成木质材料板的木质材料板压制设备，包括构建成在故障情况下输出信号和/或监测进料区域中的纤维料饼的控制装置。根据第二方面，本发明涉及一种监测用于将纤维料饼压制成木质材料板的木质材料板压制设备的方法。

背景技术

木质材料压制设备用于将纤维料饼压实或压缩成木质材料板。本发明特别是涉及连续工作的木质材料板压制设备，其中连续铺展纤维料饼并压制和/或压缩纤维料饼。人们希望这种木板压制设备在尽可能高的速度下运行。然而，纤维料饼移动经过木质材料板压制设备的高供给速度导致材料缺陷的概率更高。因此须在压制过程中压实纤维料饼。但这就要求将空气从纤维料饼中挤压出来。如果这种情况发生得过快，则挤出的空气会使纤维料饼的纤维断裂，导致类似火山口状爆发。这类爆发又称爆破，通常导致制成的木质材料板在爆发区域内无法使用，由此产生次品。

另一种缺陷根源是纤维料饼的波动超过预定公差量。

参阅DE 196 22 712 B4、DE 10 2007 019 390 A1和DE 10 2005 049 880 A1，能够在纤维料饼上环绕细金属线，当纤维料饼的厚度超过预定的最大厚度时，这种细金属线与压制设备的压片建立电气接触。这种系统的缺点在于，只能进行二元监测，即是否超过最大厚度。另一缺点在于，如上所述的爆发只有发生在电线正下方时才能被检测到。

WO 2009/071738 A1已揭示一种用于将木棒粘合成木质胶合板的压制系统。为了确保均匀的粘合，在粘合后借助热像仪拍摄热像。如果成品或局部木质胶合板的温度严重偏离预定温度，则校正压制系统的加热功率。为获得十分精确的测量结果，还可借助热像仪测量粘合前所布置的木棒的温度。这样就能确定压制系统局部加热功率过低的位置。这种压制系统并不适于将纤维料饼压制成木质材料板，因为纤维料饼需要很高的平面压力并且不能承受侧向压力。此外，利用这种系统只能控制或调节(局部)加热功率，而并不适于防止爆破。

发明内容

本发明的目的是减少次品。

本发明用以实现上述目的的解决方案是一种同类型木质材料板压制设备，其中控制装置具有摄像机和评估单元，且其中摄像机布置在木质材料板压制设备的进料区域，并且评估单元构建成自动执行具有以下步骤的方法：(i)连续拍摄进料区域的图像，(ii)连续检测属于预定评估区域的图像的评估区域像素的测量数据，所述预定评估区域包括至少一个向上邻接纤维料饼的目标水平线的区域，以便获得评估数据，以及(iii)如果评估数据变化超过预定公差值，则输出信号。

根据本发明还提出一种用于将纤维料饼压制成木质材料板的木质材料板压制设备，包括：

(a)构建成在故障情况下输出信号的控制装置，其中(b)控制装置具有摄像机和评估单元，(c)摄像机布置在木质材料板压制设备的进料区域，并且(d)评估单元构建成自动执行具有以下步骤的方法：(i)连续拍摄进料区域的图像，(ⅱ)连续检测属于预定评估区域的图像的评估区域像素的测量数据，所述预定评估区域包括至少一个向上邻接纤维料饼的目标水平线的区域，以便获得评估数据，以及(iii)如果评估数据变化超过预定公差值，则发出信号。下面描述的优选实施方式涉及本发明的上述两个方面。

根据第二方面，本发明用以达成上述目的的解决方案是一种监测用于采用上述步骤将纤维料饼压制成木质材料板的木质材料板压制设备的方法。

本发明的优点在于，几乎能够进行实时监测。换言之，出现缺陷与识别缺陷之间的时间跨度极短，例如可能不到一秒。这样就能快速响应，以便能够例如通过更改制程参数来避免之后出现缺陷。

另一优点在于，无需投入过多就能进行这种监测。很容易就能获得诸如摄像机和标准评估电子产品形式的评估单元等必要部件。

完全借助摄像机进行制程监测工作被归为缺乏实用性，因为这种木质材料板压制设备会严重扬灰。因此会担心切屑可能引起误报和/或很快弄脏摄像机。此外，在木质材料板压制设备的进料侧通常存在喷射装置，借助该喷射装置可将液体(例如含表面活性剂的水)喷射到纤维料饼上。将摄像机定位成使其达到目的通常需要改装这类设备。

摄像机可以是红外摄像机或摄取可见光的摄像机。

摄像机的光轴与材料流方向优选为至多70°、特别是至多60°、优选至多50°、尤其优选至多40°的攻角。该攻角优选为至少0°、特别是至少5°、优选至少10°。

在本说明书的范围内，木质材料板压制设备例如是指一种能将纤维料饼连续压缩成木质材料板的设备。为此，木质材料板压制设备优选具有循环压片，该压片受到加热并压在纤维料饼上。木质材料板优选是HDF板、MDF板或OSB板。替代地，木质材料板压制设备为预压机，该预压机是用于制造木质材料板的系统的一部分并且具有压布形式的压制元件。

控制装置尤指一种允许系统操作员检测木质材料板压制设备状态的装置。可行但并非必要的是，控制装置与机器控制系统连接，这样无需人为干预，信号就直接促使更改至少一个机器参数。机器参数是指决定木质材料板压制设备的生产条件(例如压制压力、温度或入角)的参数。入角是在压制元件接触并压缩纤维料饼前一刻时压制元件在进料侧相对于水平面定向的那个角度。

连续拍摄进料区域的图像尤指以规则的时间间隔拍摄图像。可行且优选但并非必要的是，以等距的时间间隔拍摄图像。特别是，至少每三秒一次拍摄图像，优选至少每秒一次拍摄。特别有利的是，每秒多次拍摄图像。摄像机通常具有每秒10帧以上图像的摄像频率。可行但通常并非必要的是，每秒拍摄20帧以上的图像。

评估区域是指木质材料板压制设备的某个区域，特别是压制元件在给定时间点与纤维料饼的目标水平线存在预定间隔的区段。纤维料饼的目标水平线是这样一种假想线，在摄像机的视野中，该假想线在纤维料饼的上侧与压片接触的位置描绘该上侧。在理想的生产条件下，目标水平线是一条位置不变的直线，特别是水平延伸的直线。

测量数据特别是摄像机在每个拍摄周期中针对每个像素检测的那些数据。测量数据通常是编码射到相应像素上的光线的色彩和亮度的电压或电流。

发出信号尤指发出人类可感知或不可感知的信号，例如电压或数字编码信号的变化。不言而喻，即使评估数据的变化不超过预定公差值，也可能连续发出信号。唯一重要之处在于，如果偏差大于公差值，则发出信号，或者忽略指示无故障状态的本应发出的信号。

可行但并非必要的是，该信号转发到自动更改至少一个生产参数的机器控制系统。而更可行的是，信号以可视和/或可听的方式显示给机器操作员，以便该机器操作员可以采取适当的措施。

可行但并非必要的是，评估不是评估区域像素的附加像素。例如，控制装置可以构建成使其连续检测背景亮度，以便例如因改变光照条件引起的亮度波动不会导致误报。

此外，评估数据变化超过预定公差值的特征尤指检测或计算由评估数据导出的数据或数值，例如时间变量(即第一时间导数)或变化变量(即第二时间导数)，或者由测量数据算出的其他数值或数值曲线，并与预定公差值进行比较。

压制元件尤其压片或压布。压片特别是循环片，用来将纤维料饼压缩成木质材料板。压布尤指透气元件，该透气元件是预压机的一部分并用于将空气从纤维料饼中挤压出来。压布可以是纺织布料。但也可行的是，压布是其他透气元件，例如金属丝网或孔板。

根据一种优选实施方式，检测多个区域的测量数据，这些区域彼此邻接并共同覆盖纤维料饼的全宽。换言之，摄像机在整个宽度上检测纤维料饼并评估相应的测量数据。

优选地，如果木质材料板压制设备为热压机，则木质材料板压制设备具有循环压制元件，又称压片，其中，控制装置构建成自动执行包括以下步骤的方法：连续检测参考区域像素的测量数据，其中，参考区域像素属于至少一个预定参考区域，且其中，每个评估区域与正好一个参考区域相关联，该参考区域相对于压制元件的移动方向位于评估区域之前。

连续检测评估区域像素的测量数据则优选包括计算评估区域像素的测量数据与延时推迟的参考区域像素的测量数据之间的偏差，该延时为压制元件的一个区段从参考区域到评估区域所需的时间。这样的优点在于，任何压制元件、特别是压片的不均匀性不会引起误报。其背景在于，压片遭受损坏时经常通过切除受损的部位来修复。在产生的孔眼中嵌入一块合适的金属片。特别是在插入的金属片与周边之间的接合处，可能出现色彩变化，这又会触发误报。通过指定的方法步骤可以避免这种情况。根据本发明，还提供一种根据本发明的方法，所述方法包括这些步骤。

根据一种优选实施方式，木质材料板压制设备为一种在出料侧排出形状稳定的木质材料板的热压机，即压机。形状稳定的木质材料板是指立于侧边时承其自重的木质材料板。热压机尤指热量因热传导而被引入纤维料饼中，特别是不带微波的压机。

替代地，木质材料板压制设备为一种在出料侧排出形状不稳定的纤维料饼的预压机。

根据本发明，还提供一种木质材料板压制系统，所述木质材料板压制系统包括至少一个木质材料板压制设备。优选地，这些木质材料板压制设备中的一个是具有上述控制装置的预压机，其中，沿材料流方向在该预压机之后布置有热压机形式的第二木质材料板压制设备，用于将从预压机中排出的纤维料饼压缩成木质材料板。

优选地，木质材料板压制设备具有用于照明进料区域的照明装置。这样的优点在于，进料区域环境中的任何光照条件的外部波动引起按百分比减小的测量结果的波动。

优选地，控制装置构建成自动执行根据本发明的方法。这尤指即使操作员没有干预，控制装置也执行指定的步骤。

优选地，所述方法包括以下步骤：(i)将评价区域像素分组为第一区间和至少一个第二区间，以及(ii)对于所有区间，检测属性(特别是色彩、亮度和/或与至少一个相邻像素的对比度)变化超过阈值的那些像素，以及(iii)根据这些像素的数目，计算变化参数，并将变化参数与公差值进行比较。

可行但并非必要的是，根据时间上连续相继的测量结果计算属性变化。还可行的是，对两个、三个或更多个时间上相继的测量值取平均值，或者由这些测量结果算出另外处理的测量值。

在理想的过程中，像素的测量数据不随时间变化。在无故障操作中，测量数据会因例如统计测量误差或随机变化的环境条件而波动。如果发生扰动，例如上述气泡爆发，则属性随时间变化。

检测无故障操作中属性随时间的波动，由此确定阈值。例如，如此选择阈值，即无故障操作中每分钟和像素至多一次因随机波动超过该阈值。

确定无故障操作中在例如一小时的预定时间内的初始变化参数，由此确定变化参数的公差值。此后，供给速度和/或入角α增大，直至出现上述产生次品的爆发或爆破。同时，确定变化参数。如此选择公差值，使其低于出现次品时的那个变化值。

优选地，评估区域像素被分组为至少20个区间。有利的是，这些区间彼此邻接。这就表明，在两个区间之间没有像素或像素很少，仍能可靠地检测到爆破。特别有利的是，这些区间彼此紧邻，因为这样能实现最高的缺陷识别概率。

根据一种优选实施方式，发出信号使得入角改变，其中，入角是水平面与穿过压制元件的拟合直线之间的角度。替代地或补充地，发出信号使得供给速率降低。为此，控制装置可以直接与机器控制系统连接。例如，如果超过公差值，则供给速率降低3％至5％。

根据一种优选实施方式，所述方法包括以下步骤：计算纤维料饼的实际水平线，如果实际水平线与目标水平线偏差超过水平误差阈值，则输出信号。如果实际水平线超过目标水平线高于警报值，则木质材料板压制设备优选自动停机，以免损坏压机。

附图说明

下面结合附图详细说明本发明。图中：

图1示出根据本发明的木质材料板压制设备的示意图；

图2a示出如图1所示的木质材料板压制设备的进料区域的细节透视图；

图2b示出进料区域的图像，其中绘制出用于评估的区间；

图3示出根据本发明的木质材料板压制设备的替代实施方式，其中包括预压机。

具体实施方式

图1示出根据本发明的木质材料板压制设备10，其呈热压机形式，用于将纤维料饼12压制成木质材料板14。木质材料板压制设备具有用于将纤维料饼12铺展到传送带18上的铺料装置16。

木质材料板压制设备10具有控制装置20，该控制装置具有摄像机22和与其连接的评估单元24。光轴A到水平面H成轴角α取向，该轴角通常介于0°至45°，在本例中为α＝10°。正轴角表示摄像机向下观望。

木质材料板压制设备10具有压片形式的压制元件26，该压制元件形成闭环并借助辊28.1,28.2,...向纤维料饼12施加压力F。通过示意性绘出的加热器29，压制元件26还借助高温热油回火到预定温度T₂₆。在本例中，木质材料板压制设备10还具有第二压制元件26’，该第二压制元件通过辊28’.1,28’.2,...从下方压靠在纤维料饼12上。第二压制元件26’同样由加热元件29’来加热。

压制元件26在其首先与纤维料饼10接触的区域中与水平面H成入角ε延伸。入角ε可调节，如虚线表示的压片所示。

摄像机22拍摄纤维料饼12首先与压制元件26接触的进料区域30的图像。在内部区域中，纤维料饼12的实际水平线位于高度h_实际，在图1所示的情况下，该高度对应于目标高度h_目标。水平误差Δh低于水平误差阈值Δh_S。

在操作中，纤维料饼12以供给速度v沿材料流方向M移动。在材料流方向12上，木质材料板压制设备之后例如布置有磨边机组32和/或其他处理设备，例如用于印刷木质材料板14的数字印刷设备。

图2a示出木质材料板压制设备的进料区域30的透视图。图中示出纤维料饼12、压制元件26、在本例中呈LED灯形式的照明装置34、摄像机22和加湿系统36。借助加湿系统36，可以将液雾、特别是含表面活性剂的水喷射到纤维料饼12上。

图2b示出使用摄像机22拍摄的进料区域30的图像B。在图像下部可以识别，纤维料饼12的实际水平线H_实际位于高度h_实际。其中还标记出评估区域37，该评估区域向上邻接纤维料饼12的目标高度H_目标，该目标高度处于高度h_实际目标，在本例中，h_实际＝h_目标。

评估区域37被划分为N个区间G_i(i＝1,2,...,N)，这些区间均具有多个像素P。区间G_i又称群集。

每个区间G_i涉及评估区域37的区域的图像B_i。换言之，区域表示木质材料板压制设备的区段，例如压制元件26的区段，而区间G_i则是像素组P_n,m，其中n和m为摄像机22的像素计数下标。

对于每个像素P_n,m，以规则的时间间隔t_j(j＝1,2,...)记录测量值P_n,m(t_j)，特别是亮度b_n,m(t_j)和色彩f_n,m(t_j)。此外，例如计算亮度对比度K_n,m(t_j)＝b_n,m(t_j)-b_n-1,m(t_j)以及色彩对比度k_n,m(t_j)＝f_n,m(t_j)-f_n-1,m(t_j)。替代地，可以不同地定义亮度对比度，例如，K_n,m(t_j)＝b_n,m(t_j)-b_n+1,m(t_j)或K_n,m(t_j)＝b_n,m(t_j)-b_n,m-1(t_j)或K_n,m(t_j)＝b_n,m(t_j)-b_n,m+1(t_j)或这些值的平均值。这同样适用于色彩对比度k_n,m(t_j)。评估区域像素的测量数据称为评估数据的原因是它们优选仅参与评估。

对于评估数据b_n,m(t_j)、f_n,m(t_j)、K_n,m(t_j)和k_n,m(t_j)，评估单元24分别在每个时间t_j和每个区间G_i确定变化参数D_i，它们是否大于预定阈值。因此，对于像素P_n,m在区间G_i中的所有n和m，检验b_n,m(t_j)>b_最大、f_n,m(t_j)>f_最大、K_n,m(t_j)>K_最大和k_n,m(t_j)>k_最大。对于每个区间G_i，计数满足至少一个条件的像素，相应的数字为变化参数D。如果至少一个区间G_i的变化参数D_i超过公差值D_T，则输出信号。

替代地，根据评估单元24在每个时间t_j和每个区间G_i的时间变量b(t_j)-b(t_j-1)、f(t_j)-f(t_j-1)、K(t_j)-K(t_j-1)、k(t_j)-k(t_j-1)，确定变化参数D_i：

参数α、β、γ、δ是在初步测试中确定的实数。如果至少一个区间G_i中的变化参数D_i在量值上超过公差值D_T，即D_i>D_T，则发出信号。

图2b还示出在图像B中检测参考区域R_i。优选地，参考区域R_i与区间G_i的像素宽度一样。压制元件26以供给速度v移动。为尽量减少对测量结果的外部影响，优选在绝对亮度B之前使用相对亮度

该相对亮度指示通过参考区域R_i时与压制元件26上相同区域的差异。

替代地，根据参考区域R_i在压制元件26的相应区域经过参考区域R_i的时间点的相应像素计算参考变化参数D_R，如上所述算出的变化参数D减去该参考变化参数之后再与公差值T_t进行比较。

图3示出根据本发明的木质材料板压制设备42的第二种实施方式，其中如上所述的热压机38之前布置有预压机40，该预压机在纤维料饼12进入热压机38之前压缩该纤维料饼。预压机40的压制元件26构建为压布。

附图标记列表

10 木质材料板压制设备

12 纤维料饼

14 木质材料板

16 铺料装置

18 传送带

20 控制装置

22 摄像机

24 评估单元

26 压制元件

28 辊

29 加热元件

30 进料区域

32 磨边机组

34 照明装置

36 加湿系统

37 评估区域

38 热压机

40 预压机

A 光轴

B 图像

b 亮度

D_R 参考变化参数

D_r 公差值

D 变化参数

F 压制力

f 色彩

G_i 区间

H 水平面

H_实际 实际高度

H_目标 目标高度

Δh 水平误差

Δh_S 水平误差阈值

H 水平线

i 游动下标i＝1,2,..N

j 计数下标

K 亮度对比度

k 色彩对比度

M 材料流方向

N 区间数目

P_n,m(t_j) 测量值

R 参考区域

t 时间

v 供给速度

α 轴角

β 入角

Claims (14)

1.一种监测木质材料板压制设备的方法，该压制设备(10)用于将纤维料饼(12)压制成木质材料板(14)，包括以下步骤：

(i)连续拍摄进料区域(30)的图像(B)，

(ii)连续检测属于至少一个预定评估区域的评估区域像素的测量数据，所述至少一个预定评估区域向上邻接所述纤维料饼(12)的目标水平线，以便获得评估数据，以及

(iii)如果所述评估数据变化超过预定公差值(D_T)，则发出警告信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(ii)包括以下步骤：

(1)将所述评估区域像素分组为第一区间(G₁)和至少一个第二区间(G₂)，以及

(2)对于所有区间(G_i)：

-检测属性变化超过阈值的那些像素，

-根据这些像素的数目，计算变化参数(D)，以及

-将所述变化参数(D)与所述公差值(D_T)进行比较。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述评估区域像素被分组为至少20个区间(G)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

-发出警告信号引起入角的变化，

-其中，所述入角(β)是水平面与所述木质材料板压制设备(10)的压制元件(26)之间的角度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发出警告信号引起供给速度(v)的变化。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(ii)包括以下步骤：

(1)计算所述纤维料饼的实际水平线的位置，以及

(2)如果所述实际水平线与所述目标水平线偏差超过水平误差阈值(Δh_S)，则输出信号。

7.一种木质材料板压制设备，用于将纤维料饼(12)压制成木质材料板(14)，包括：

(a)构建成在故障情况下输出信号的控制装置(20)，

其特征在于，

(b)所述控制装置(20)具有摄像机(22)和评估单元(24)，

(c)所述摄像机(22)布置在所述木质材料板压制设备(10)的进料区域(30)，并且

(d)所述评估单元(24)构建成自动执行具有以下步骤的方法：

(i)连续拍摄所述进料区域(30)的图像(B)，

(ii)连续检测属于预定评估区域的图像(B)的评估区域像素的测量数据，所述预定评估区域包括至少一个向上邻接所述纤维料饼(12)的目标水平线的区域，以便获得评估数据，以及

(iii)如果所述评估数据变化超过预定公差值(D_T)，则发出信号。

8.根据权利要求7所述的木质材料板压制设备，其特征在于，进一步包括用于将所述纤维料饼(12)铺展到传送带(18)上的铺料装置(16)。

9.根据权利要求7所述的木质材料板压制设备，其特征在于，

-检测多个区域(B_i)的测量数据，

-其中，所述区域(B_i)彼此邻接并共同覆盖所述纤维料饼(12)的全宽。

10.根据权利要求7所述的木质材料板压制设备，其特征在于，

(e)用于压制所述纤维料饼(12)的循环压制元件(26)，

(f)其中，所述方法还具有以下步骤：

连续检测属于至少一个预定参考区域(R_i)的参考区域像素的测量数据，

其中，每个评估区域与正好一个参考区域(R)相关联，该参考区域相对于压制元件的移动方向位于所述评估区域之前，以及

其中，连续记录属于至少一个预定评估区域的评估区域像素的测量数据包括计算

-所述评估区域像素的测量数据与

-延时推迟的参考区域像素的测量数据

之间的偏差，

其中，所述延时为所述压制元件的一个区段从所述参考区域到所述评估区域所需的时间。

11.根据权利要求10所述的木质材料板压制设备，其特征在于，

-所述木质材料板压制设备(10)为热压机(38)，并且

所述压制元件(26)为压片，或者

-所述木质材料板压制设备(10)为预压机，并且

所述压制元件(26)为压布。

12.根据权利要求7所述的木质材料板压制设备，其特征在于，进一步包括用于照明所述进料区域(30)的照明装置(34)。

13.根据权利要求7所述的木质材料板压制设备，其特征在于，所述控制装置(20)构建成自动执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。

14.根据权利要求7所述的木质材料板压制设备，其特征在于，所述摄像机(22)的光轴(A)与水平面(H)成轴角(α)，该轴角大小处于0°至20°之间。

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