-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerlegen von Baumstämmen, bei
dem zunächst
ein erstes Bild eines relativ zu einer Längsachse drehfest gehaltenen
Baumstamms aufgenommen und aus dem ersten Bild ein Winkel ermittelt
wird, um den der drehfest gehaltene Baumstamm relativ zu einer vorbestimmten
Soll-Drehstellung verdreht ist, wobei der Baumstamm alsdann um die
Längsachse
gedreht wird, bis er die Soll-Drehstellung einnimmt und der Baumstamm
in dieser Soll-Drehstellung Bearbeitungswerkzeugen zugeführt wird.
-
Die
Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Zerlegen von Baumstämmen, mit
mindestens einer ersten Kamera zum Aufnehmen eines ersten Bildes
eines relativ zu einer Längsachse
drehfest gehaltenen Baumstamms, mit einem Steuergerät zum Ermitteln
eines Winkels aus dem ersten Bild, um den der drehfest gehaltene
Baumstamm relativ zu einer vorbestimmten Soll-Drehstellung verdreht
ist, mit Mitteln zum Verdrehen des Baumstamms um die Längsachse,
bis er die Soll-Drehstellung einnimmt und mit Mitteln zum Zuführen des
Baumstamms in dieser Soll-Drehstellung
zu Bearbeitungswerkzeugen.
-
Ein
Verfahren der vorstehend genannten Art ist aus der
US 4 139 035 bekannt.
-
Beim
Zerlegen von Baumstämmen
mit gekrümmter
Längsmittellinie
ist es bekannt, die Baumstämme
in der Sägewerksanlage
zunächst
um eine Längsachse
zu drehen, bis sie eine Drehstellung einnehmen, in der sich die
konvex gekrümmte
Seite in einer bestimmten Position befindet. Dieser Vorgang wird
in der Praxis als „Eindrehen" bezeichnet. Üblicherweise
werden die Baumstämme
dabei so gedreht, dass sich die konvex gekrümmte Seite oben befindet.
-
Ein
so gedrehter Baumstamm wird in dieser Drehlage, in der seine Krümmungsebene
vertikal verläuft,
seitlich mittels Spanern oder Sägen
angeflacht. Dann wird er um 90° gedreht,
so dass er mit seiner Krümmungsebene
auf dem Förderer
aufliegt. In dieser Ausrichtung wird der angeflachte Baumstamm dann
profiliert oder zersägt,
wobei die dazu eingesetzten Werkzeuge beispielsweise der gekrümmten Kontur
des Baumstrammes folgen, wenn dieser mit konstanter Ausrichtung
durch nachfolgende Bearbeitungsstationen gefördert wird.
-
Da
die Baumstämme
der Sägewerksanlage mit
zufälliger
Drehstellung zugeführt
werden, muss zunächst
für jeden
Baumstamm der Winkel und die Drehrichtung individuell bestimmt werden,
um den Baumstamm dann in dieser Drehrichtung und um diesen Winkel
zu drehen, damit er die optimale Drehstellung einnimmt. Hierzu ist
es bekannt, den jeweiligen Baumstamm nach der Bestimmung des Eindrehwinkels
mit einer entsprechend positionierten Markierung zu versehen, beispielsweise
einem farbigen Strich an seiner Stirnfläche, und den Baumstamm dann
so lange zu drehen, bis sich die Markierung in einer vorbestimmten
Position befindet, beispielsweise oben.
-
In
der eingangs genannten
US 4 139
035 sind eine Anlage und ein Verfahren zum Vermessen, Einstellen
und Zuführen
von Baumstämmen
zu einer Säge
oder dergleichen beschrieben. Bei dieser Anlage liegt ein zu bearbeitender
Baumstamm auf einer Auflage, die eine Drehung des Baumstamms um
seine Längsrichtung
ermöglicht.
-
Oberhalb
des Baumstamms sind drei Kameras angeordnet, jeweils eine oberhalb
der Enden und eine oberhalb der Mitte des Baumstamms. Aus den von
diesen Kameras aufgenommenen Bildern werden in einem Computer eine
Referenzlinie zwischen den Mittelpunkten der endseitigen Stirnflächen des Baumstamms
sowie die gekrümmte
Längsmittellinie des
Baumstamms bestimmt. Der Baumstamm wird nun auf der Auflage so lange
gedreht, bis der Abstand zwischen der Längsmittellinie und der Referenzlinie
an der Position der mittleren Kamera minimal ist. In dieser Drehlage
liegt der Baumstamm mit seiner konvex gekrümmten Seite entweder oben oder
unten und die Drehung wird gestoppt. Falls die optimale Drehlage überfahren
wurde, kann der Baumstamm auch wieder etwas zurückgedreht werden, bis er die
optimale Drehlage einnimmt. Der Baumstamm wird nun in dieser Drehlage
durch eine Gattersage gefahren, deren Sägeblätter vertikal verlaufen.
-
Bei
einer ähnlichen,
in der
US 4 294 149 beschriebenen
Anlage zum Ausrichten von Baumstämmen
wird der Baumstamm in der gerade eingenommenen, beliebigen Drehstellung
ein erstes mal über seine
Länge gescannt.
Dies geschieht mittels zweier Oberflächenkameras, deren optische
Achsen im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Baumstamms gerichtet
sind und miteinander einen vorbestimmten Winkel von beispielsweise
45° einschließen. Der
Baumstamm wird dann um 90° gedreht
und ein weiteres mal in der beschriebenen Weise gescannt. Auf diese
Weise wird die natürliche
Form des Baumstamms durch ein achteckiges Prisma angenähert. Sobald
diese angenäherte
Form des Baumstamms bestimmt ist, wird eine optimale Drehstellung ermittelt
und der Baumstamm in diese Drehstellung gedreht, in der er dann
bearbeitet, beispielsweise zersägt
wird.
-
Eine
weitere Anlage dieser Art ist in der
DE 41 91 940 C2 beschrieben. Bei dieser bekannten
Anlage wird der Baumstamm während
des Förderns mittels
Stachelwalzen gedreht, die seitlich an dem Baumstamm angreifen und
schräg
zu Mantellinien des Baumstamms ausgerichtet sind. Der Baumstamm
wird während
dieser Drehung mittels Kameras abgebildet. Ein Computer mit einer
Bildbearbeitungseinrichtung ermittelt aus den von den Kameras ermittelten
Daten, wann der Baumstamm eine optimale Drehlage erreicht hat, in
der sich die konvex gekrümmte
Seite oben befindet. In dieser Drehlage wird der Drehvorgang beendet.
-
Aus
der
EP 1 215 004 B1 ist
ein Verfahren zum Überwachen
und Steuern der Versetzung von Baumstämmen bekannt. Mit diesem Verfahren
soll verhindert werden, dass Baumstämme auf ihrem Weg durch eine
Sägewerksanlage
eine falsche Position auf den Förderern
einnehmen, was im Extremfall dazu führen kann, dass ein Baumstamm
sich quer stellt und die Anlage blockiert oder von dem Förderer herunter
fällt.
Um dies zu verhindern, wird mittels eines Aufnahmegeräts ständig ein
Bild des Baumstamms auf seinem Weg aufgenommen. Dieses jeweils aktuelle
Bild wird in einem elektronischen Rechner mit einer Bibliothek von
gespeicherten Bildern verglichen. Die gespeicherten Bilder geben
den Baumstamm in einer optimalen Stellung bzw. in typischen Fehlstellungen
wieder. Jeder der abgespeicherten Fehlstellungen ist ein Korrektursignal
zugeordnet, das über
entsprechende Stellmittel den Baumstamm von der betreffenden Fehlstellung
wieder in die optimale Stellung bringt. Der Rechner ermittelt durch
den Vergleich, vorzugsweise durch Ermittlung der minimalen Abweichung über alle
Pixel zweier digitalisierter Bilder, welche der abgespeicherten
Stellungen der aktuellen Stellung des Baumstamms am nächsten kommt
und gibt das zugehörige Korrektursignal
frei. Auf diese Weise können
Baumstämme,
ohne dass sich Stellungsfehlerergeben, durch kurvenförmige Förderer geführt und
in vorgegebener Stellung an eine Endposition gebracht werden.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Nachteile
vermieden werden. Insbesondere soll es möglich werden, die Baumstämme mit
hoher Präzision
um den Eindrehwinkel in ihre Soll-Drehstellung zu drehen, damit
eine optimale Holzausbeute erzielt wird.
-
Bei
einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass aus dem ersten Bild des drehfest gehaltenen Baumstamms durch
digitale Bildverarbeitung ein zweites Bild des Baumstamms in der Soll-Drehstellung erzeugt
wird, dass während
der Drehung des Baumstammes fortlaufend dritte Bilder des Baumstammes
aufgenommen werden, dass die dritten Bilder mit dem zweiten Bild
verglichen werden und dass die Drehung des Baumstamms gestoppt wird,
wenn sich das jeweilige dritte Bild in vorbestimmter Näherung mit
dem zweiten Bild deckt.
-
Bei
einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Steuergerät
eine digitale Bildverarbeitungseinheit aufweist, die aus dem ersten Bild
des drehfest gehaltenen Baumstamms ein zweites Bild des Baumstamms
in der Soll-Drehstellung erzeugt, dass eine zweite Kamera vorgesehen
ist, um während
der Drehung des Baumstammes fortlaufend dritte Bilder des Baumstammes
aufzunehmen und die dritten Bilder mit dem zweiten Bild zu vergleichen, und
dass Mittel vorgesehen sind, um die Drehung des Baumstamms zu stoppen,
wenn sich das jeweilige dritte Bild in vorbestimmter Näherung mit
dem zweiten Bild deckt.
-
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen
gelöst.
-
Die
Erfindung gestattet es nämlich,
den Baumstamm geregelt um den Eindrehwinkel zu drehen, wobei durch
die eingesetzte digitale Bildverarbeitung eine Präzision erreichbar
ist, die der Pixelgröße in den
jeweiligen Bildern entspricht. Der mit der Erfindung erzielbare
Restfehler liegt damit weit unter dem herkömmlicher Verfahren und Vorrichtungen. Dies
wiederum ergibt eine merkliche Steigerung in der Ausbeute beim Zerlegen
von gekrümmten
Baumstämmen,
weil die Baumstämme
mit wesentlich höherer
Präzision
relativ zu ihrer Krümmungsebene
bearbeitet werden können.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind das erste Bild und das dritte Bild ein zweidimensionales Bild
einer Stirnseite des Baumstamms.
-
Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass mit relativ einfachen Mitteln, nämlich mit
zweidimensional aufnehmenden Kameras, die erforderlichen Bilder
des Baumstammes hergestellt werden können.
-
Bei
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung sind hingegen das erste Bild und das dritte Bild ein
dreidimensionales Bild des Baumstamms.
-
Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass unter Inkaufnahme eines gewissen Mehraufwandes
eine noch exaktere Ermittlung und Einstellung des Eindrehwinkels
möglich
ist. In vielen Sägewerksanlagen sind
mehrdimensional aufnehmende Kameras oder Scanner aber ohnehin vorhanden,
um die ankommenden, noch unbearbeiteten Baumstämme hinsichtlich einer optimalen
Zerlegung zu vermessen.
-
Weitere
Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
-
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1:
eine äußerst schematisierte
Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
nämlich
einen Teil einer Sägewerksanlage;
und
-
2:
ein Blockschaltbild eines bei der Vorrichtung von 1 verwendeten
Steuergeräts.
-
In 1 bezeichnet 10 als
ganzes einen Teil einer Sägewerksanlage,
nämlich
denjenigen Teil, in dem die noch unbearbeiteten, gekrümmten Baumstämme aufgegeben
werden. Der Teil 10 der Sägewerksanlage hat die Aufgabe,
die in ungeordneter Drehstellung angelieferten Baumstämme individuell um
einen sogenannten „Eindrehwinkel" φ um ihre Längsachse zu drehen, so dass
die Baumstämme
in eine definierte Drehstellung kommen, in der sie den nachfolgenden
Bearbeitungsstationen zugeführt
werden. Diese definierte Drehstellung ist meist diejenige Stellung,
in der sich die Krümmungsebene
des Baumstammes in einer Vertikalebene befindet und die konvex gekrümmte Seite
des Baumstamms oben liegt. Diese Stellung wird auch in der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
zugrunde gelegt. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung mutatis
mutandis auch andere Vorgehensweisen abdeckt, bei denen sich beispielsweise
die Krümmungsebene
der Baumstämme
in einer Horizontalebene befindet.
-
In 1 ist
ein Baumstamm 12 in drei beim Durchlaufen des Teils 10 der
Sagewerksanlage aufeinander folgenden Stellungen 12/1, 12/2 und 12/3 dargestellt.
Die Längsmittellinien
sind dabei mit 13/1, 13/2 und 13/3 bezeichnet.
Der Baumstamm 12 durchläuft
den Teil 10 der Anlage in einer Förderrichtung von links nach
rechts, wie mit Pfeilen 14 angedeutet. Im dargestellten
Beispiel wird der Baumstamm 12 mit dem dicken Ende voran
gefördert,
so dass eine Stirnseite 15 am dünnen Ende nach links weist.
-
Der
Teil 10 der Sägewerksanlage
besteht im wesentlichen aus einer ersten Station 20 zum
Längsfördern und
Scannen bzw. Fotografieren, einer zweiten Station 22 zum
Längsfördern, Drehen
und Scannen bzw. Fotografieren, sowie einer dritten Station 24 zum
Längsfördern und
Bearbeiten, beispielsweise zum seitlichen Anflachen.
-
Die
erste Station 20 weist einen ersten Scanner auf, der beispielsweise
durch zwei oder mehr seitlich angeordnete Kameras 30a, 30b dargestellt werden
kann. Der erste Scanner gestattet es, den gesamten Baumstamm 12/1 in
der ersten Station 20 dreidimensional abzubilden, so dass
ein entsprechendes Bild 31 als digitaler Datensatz entsteht.
Alternativ oder zusätzlich
kann auch eine erste Kamera 32 vorgesehen sein, die auf
die Stirnseite 15 gerichtet ist. Die erste Kamera 32 erzeugt
ein zweidimensionales Bild 33 bzw. einen entsprechenden
Datensatz.
-
Die
zweite Station 22 weist einen zweiten Scanner auf, der
wiederum durch zwei oder mehr seitlich angeordnete Kameras 34a, 34b dargestellt werden
kann. Der zweite Scanner gestattet es, den gesamten Baumstamm 12/2 in
der zweiten Station dreidimensional abzubilden, wobei im Unterschied zur
ersten Station 20 hinzukommt, dass der Baumstamm 12/2 in
der zweiten Station 22 um seine Längsachse 13/2 gedreht
wird. Folglich erzeugt der zweite Scanner eine fortlaufende Folge
von Bildern 35, die den gesamten Baumstamm 12/2 in
unterschiedlichen Drehstellungen zeigen. Auch hier kann alternativ
oder zusätzlich
eine zweite Kamera 36 vorgesehen sein, um die Stirnseite 15 während der
Drehung des Baumstamms 12/2 aufzunehmen. Die zweite Kamera 36 erzeugt
dann eine fortlaufende Folge von Bildern 37.
-
Wenn
in diesem Zusammenhang von Scannern oder Kameras die Rede ist, so
sind darunter alle Gerätschaften
zu verstehen, die in der Lage sind, zwei- oder dreidimensionale
Abbildungen des Baumstammes 12 herzustellen.
-
Am
Eingang der ersten Station 20 befindet sich ein erster
Sensor 40, der ein Signal abgibt, sobald ein Baumstamm 12/1 in
diese Station 20 gelangt. Die zweite Station 22 ist
mit einem entsprechend positionierten zweiten Sensor 42 gleicher Funktion
versehen.
-
In
der zweiten Station 22 wird der Baumstamm 12/2,
wie bereits erwähnt,
um seine Längsachse 13/2 gedreht.
Zu diesem Zweck ist die zweite Station 22 mit einer Dreheinrichtung 50 versehen. Die
Dreheinrichtung 50 kann von unterschiedlicher Bauweise
sein. Im dargestellten Beispiel besteht sie im wesentlichen aus
zwei seitlich des Baumstammes 12/2 angreifenden und schräg zu diesem
ausgerichteten Stachelwalzen 52a, 52b, die mit
einem Antrieb 54 versehen sind. Derartige Dreheinrichtungen 50 sind
dem Fachmann bekannt.
-
In
der dritten Station 24 befindet sich eine Bearbeitungswerkzeug,
im dargestellten Beispiel sind das zwei Anflach-Zerspaner, die den
Baumstamm 12/3 seitlich anflachen. Auch derartige Bearbeitungswerkzeuge
sind dem Fachmann bekannt.
-
Zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
dient ein Steuergerät 70,
dessen Einzelheiten im Blockschaltbild der 2 veranschaulicht sind.
Das Steuergerät 70 erzeugt
Bilder 71 und 72 des Baumstamms 12/3 in
seiner Soll-Drehlage und steuert die Komponenten des Teils 10 der
Sägewerksanlage.
-
Wie 2 zeigt,
enthält
das Steuergerät
eingangsseitig einen ersten Bildspeicher 74, der mit dem
ersten Scanner 30a, b bzw. der ersten Kamera 32 verbunden
ist. Der erste Bildspeicher 74 ist an einen Eindrehwinkel-Berechner 76 sowie
an eine digitale Bildverarbeitungseinheit 78, die ihrerseits
ebenfalls mit dem Eindrehwinkel-Berechner 76 verbunden ist.
Die Bildverarbeitungseinheit 78 ist an einen zweiten Bildspeicher 80 angeschlossen.
Das Steuergerät 70 weist
eingangsseitig ferner einen dritten Bildspeicher 82 auf,
der mit dem zweiten Scanner 34a, b bzw. der zweiten Kamera 36 verbunden
ist. Der zweite Bildspeicher 80 und der dritte Bildspeicher 82 sind
an Eingänge
eines Vergleichers 84 angeschlossen. Dessen Ausgang führt zu einer
Schwellwertstufe 86, die ihrerseits an einen Steuereingang
eines Schalters 88 angeschlossen ist. Der Schalter 88 verbindet des
zweiten Sensor 42 mit dem Antrieb 54 der Dreheinrichtung 50.
-
Der
Teil 10 der Sägewerksanlage
mit dem Steuergerät 70 arbeitet
wie folgt:
Wenn der Baumstamm 12 der ersten Station 20 zugeführt wird,
spricht der erste Sensor 40 an und setzt den ersten Scanner
bzw. die erste Kamera 32 in Gang (2). Der
Baumstamm 12/1, der sich in einer zufälligen Drehstellung befindet,
wird nun aufgenommen. Die dabei anfallenden Bilder 31 bzw. 33 werden
dem ersten Bildspeicher 74 zugeführt. Der Berechner 76 ermittelt
nun individuell für
den Baumstamm 12/1 dessen Eindrehwinkel φ. In der
Bildverarbeitungseinheit 78 wird daraufhin das angelieferte Bild 31 bzw. 33 um
diesen Winkel φ gedreht,
so dass die Bilder 70 bzw. 71 entstehen (1),
die in dem zweiten Bildspeicher 80 abgelegt werden.
-
Mittlerweile
ist der Baumstamm bei 12/2 in die zweite Station 22 gelangt
und wird dort um seine Längsachse 13/2 gedreht,
nachdem der zweite Sensor 42 den Antrieb 54 und
den zweiten Scanner 34a, b bzw. die zweite Kamera 36 in
Gang gesetzt hat. Der zweite Scanner 34a, b bzw. die zweite
Kamera 36 nehmen während
der Drehung den Baumstamm 12/2 auf und die dabei entstehende
Folge von Bildern 35 bzw. 37 wird dem dritten
Bildspeicher 82 zugeführt.
-
In
dem Vergleicher 84 werden nun die fortlaufenden Bilder 35 bzw. 37 mit
dem Bild 71 bzw. 72 verglichen. Sobald sich dabei
eine Übereinstimmung innerhalb
eines zulässigen
Bereiches der Abweichung ergibt, der in der Schwellwertstufe 86 definiert ist,
wird die Drehung des Baumstamms 12/2 gestoppt, indem der
Schalter 88 betätigt
wird.
-
Es
versteht sich, dass für
die oben beschriebene Vorgehensweise unterschiedliche Scanner bzw.
Kameras, auch in beliebiger Kombination, verwendet werden können. Sofern
die Bilder in der zweiten Station 22 aus irgend einem Grunde
unter einem anderen Winkel als die der ersten Station aufgenommen
werden, kann selbstverständlich
diese Winkeldifferenz in der Bildverarbeitungseinheit 78 durch entsprechendes
zusätzliches
Kippen des Bildes 31 bzw. 33 kompensiert werden.