DE19803938A1 - Verfahren zur Feststellung der Form von Baustämmen und Anordnung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststel­ lung der Form von Baumstämmen so daß in einer Datoreinheit eine optimale Zersägungsweise berechnet werden kann, sowie zu einer Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.

Es ist bekannt zum genannten Zweck ein sogenanntes "Schat­ tenmeßverfahren" anzuwenden, bei dem eigentlich zwei in gewählter Richtung, z. B. waagrecht oder senkrecht, verlaufende, miteinan­ der parallele Tangenten zum Umfang des betreffenden Baumstammes ermittelt werden.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art wird der Baumstamm durch einen Meßrahmen hindurch gefördert der an zwei an entgegen­ gesetzten Seiten des Baumstammes liegenden Seiten je eine gerad­ linige Meßrampe trägt. Das Innere des Meßrahmens bildet ein Meß­ feld, dessen Symmetrieachse eine Gerade ist die zwischen den bei­ den Meßrampen in gleichem Abstand von beiden verläuft.

Eine der Meßrampen ist mit in gewählten gegenseitigen Ab­ ständen, z. B. 2,5 mm, angeordneten Sendern (wie Leuchtdioden) ge­ wählter elektromagnetischer Strahlung (z. B. Infrarot), und die andere mit in gleichen gegenseitigen Abständen angeordneten Emp­ fängern (wie Fotodioden) dieser Strahlung bestückt. Die Sender und die Empfänger zusammen werden in der vorliegenden Beschrei­ bung und in den angeschlossenen Patentansprüchen "Meßelemente" ge­ nannt.

Wie bereits erwähnt, verlaufen die Meßrampen parallel mit­ einander, wobei ihre Länge einem "Diametermeßbereich" gleicht, womit in der vorliegenden Beschreibung und in den angeschlossenen Ansprüchen der Bereich bezeichnet wird, der dem größten Baum­ stammdiameter entspricht, den man in der betreffenden Meßanord­ nung soll vermessen können.

Je dem Sender in der einen Rampe ist ein direkt gegenüber liegender Empfänger in der anderen Rampe zugeordnet. Wenn die Rampen senkrecht bzw. waagrecht verlaufen, befinden sich die Sender und die Empfänger innerhalb des Diametermeßbereiches an je einem Ende einer geraden, waagrechten oder senkrechten Strec­ ke. Die Richtung dieser Strecke wird in der folgenden Beschrei­ bung und in den angeschlossenen Patentansprüchen "Hauptmeßrich­ tung" genannt. Bei dem vorbekannten Schattenmeßverfahren ist dies die einzige vorkommende Meßrichtung.

In der vorliegenden Beschreibung und in den angeschlossenen Patentansprüchen wird mit "zugeordneter Empfänger" ein Empfänger verstanden, der angeordnet ist Strahlung von einem gegebenen Sen­ der zu empfangen. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß ein Empfänger, in dessen "Sehfeld" sich der Sender befindet, gleich­ zeitig aktiviert (d. h. abgelesen, abgefragt) wird, wie der Sender aktiviert (d. h. gezündet) wird. Es gibt jedoch auch andere Lösun­ gen, z. B. mittels Blendenelementen welche das Ausstrahlen in eine gewisse Richtung lenken, oder den Empfang nur aus einer gewissen Richtung zulassen.

Die Strecke, welche einen Sender mit einem zugeordneten Emp­ fänger verbindet und die Strahlungsbahn zwischen den beiden Meß­ elementen bildet, wird in der vorliegenden Beschreibung und in den angeschlossenen Patentansprüchen "Meßstrahl" genannt.

Beim Schattenmeßverfahren, wo bloß im Diametermeßbereich gemessen wird, verlaufen alle Meßstrahlen winkelrecht zur Sym­ metrieachse des Meßfeldes (im Folgenden "winkelrechte Meßstrah­ len"), und somit sind auch alle Meßstrahlen gegenseitig parallel.

Die Sender werden einer nach dem anderen aktiviert (z. B. 10 Mikrosekunden lang mit gleich großen Pausen), und die Empfänger werden einer nach dem anderen im gleichen Takt abgefragt. In der Datoreinheit wird festgestellt welche zwei der Meßstrahlen, die unbehindert von der einen Meßrampe zur anderen verlaufen, sich unmittelbar neben einem Meßstrahl befinden, der vom Baumstamm abgefangen (abgeschirmt) wird; diese zwei Meßstrahlen bilden die oben erwähnten Tangenten, und werden in der vorliegenden Be­ schreibung und in den angeschlossenen Patentansprüchen "Tangent­ strahlen" genannt. Die Messung wird mehrere Male wiederholt wäh­ rend der Baumstamm durch den Meßrahmen hindurch gefördert wird, d. h. daß eine Vielzahl verschiedener Stammquerschnitte ermittelt wird.

Ein Verfahren und eine Anordnung ähnlicher Art sind in der schwedischen Patentschrift Nr. 425 126 beschrieben. In jeder der beiden zusammenarbeitenden Meßrampen sind sowohl Sender-, als auch Empfängergruppen angeordnet (und zwar weniger Empfänger als Sender), und jede Sendergruppe ist zwischen zwei Empfängern aus der Empfängergruppe angeordnet.

Während die Sender einer nach dem anderen gezündet werden, werden die Empfänger gruppenweise abgefragt, wobei jeder Empfän­ ger auch schräge Meßstrahlen detektieren kann (welche es in die­ sem Fall im ganzen Meßfeld gibt). Mit "schräger Meßstrahl" wird in dieser Beschreibung und in den angeschlossenen Patentansprü­ chen ein Meßstrahl verstanden, der einen scharfen Winkel mit der Symmetrieachse des Meßfeldes einschließt.

Gleicherweise wie beim Schattenmeßverfahren entspricht die Länge der Meßrampen dem Diametermeßbereich, d. h. daß sie nicht länger sind als der größte Stammdurchmesser den man soll vermes­ sen können.

Bei runden Baumstämmen erhält man mit dem Schattenmeßverfah­ ren einen gut entsprechenden Wert eines Kreisdurchmessers. Hier­ bei ist es offensichtlich, daß die Meßgenauigkeit auch vom gegen­ seitigen Abstand der Meßstrahlen, d. h. der Meßelemente an den Rampen, abhängt.

Bei unrunden Stämmen, d. h. bei solchen deren Querschnitt ei­ ne gewisse Ovalität aufweist, ergeben sich jedoch unzutreffende Durchmesserwerte je nach dem, welche Drehlage der Stamm beim Mes­ sen einnahm.

Größere Meßgenauigkeit erhält man, wenn die Querschnitts­ form des Stammes mittels mehrerer Meßpunkte ermittelt wird. Meß­ verfahren und -anordnungen welche dies ermöglichen werden im Han­ delsverkehr "3D" bezeichnet (obwohl Messung in der dritten Dimen­ sion d. h. in Längsrichtung des Stammes, auf gleiche Weise wie oben angeführt zustande kommt, nämlich mittels wiederholten Quer­ schnittsmessungen). Alternativ wird an Stelle von "3D-Messung" auch von "Ganzformmessung" gesprochen.

Das erhaltene "3D-Bild" stellt eine sehr gute Beschrei­ bung des Baustammes dar, und kann dazu angewandt werden, um beim Zersägen ein nahezu optimale Ausbeute zu erreichen.

Alle vorbekannten Meßanordnungen, die ein genaueres Resultat geben, als mittels des Schattenmeßverfahrens zu erreichen ist, sind jedoch zufolge höherer Herstellungskosten erheblich teuerer als die, welche nach dem Schattenmeßverfahren arbeiten. Die vor­ liegende Erfindung stellt sich die Aufgabe die Meßgenauigkeit des Schattenmeßverfahrens und einer danach arbeitenden Anordnung zu erhöhen, ohne daß der gegenseitige Abstand der Meßelemente ver­ mindert werden muß (was aus herstellungsmäßigen Gründen unterhalb eines gewissen Mindestmaßes, z. B. den oben erwähnten 2,5 mm, schwierig sein kann), wobei auch eine eventuelle Ovalität des Stammquerschnittes nicht unbeachtet bleiben soll.

Diese Aufgabe wird auf die aus den angeschlossenen Patentan­ sprüchen ersichtliche Weise gelöst, und die Erfindung soll nun anhand der angeschlossenen schematischen Zeichnungen näher er­ läutert werden. Die Zeichnungen beziehen sich auf eine beispiels­ weise Ausführung, und hierbei zeigt

Fig. 1 die Vermessung eines Baumstammes der einen (Deut­ lichkeits halber übertrieben dargestellten) ovalen Querschnitt aufweist, und

Fig. 2 bis 4 zeigen, in schrittweise anwachsendem Maßstab, den obersten Teil des Stammquerschnittes bei der Vermessung.

In den Fig. 2 und 3 werden mit gestrichelten Linien die Tei­ le der Meßstrahlen dargestellt, die vom Meßgegenstand abgeschirmt werden.

Gemäß Fig. 1 sind in einem quadratischen Meßrahmen 10 zwei Paare Zusammenarbeitender Meßrampen 11, 11' und 12, 12' angeord­ net. Das Innere des Meßrahmens 10 bildet ein Meßfeld, bzw. ein gemeinsames Meßfeld der beiden Meßrampenpaare, med Symmetrieach­ sen M und M'. Ein Baumstamm S wird auf einer nicht dargestellten Fördereinrichtung, z. B. einer Förderbahn, der Länge nach durch das Meßfeld transportiert.

Eine der Meßrampen in jedem Paar, z. B. 11 und 12, ist auf bekannte, in Fig. 1 nicht näher dargestellte Weise versehen mit Sendern 20, z. B. Leuchtdioden, einer gewählten elektromagneti­ schen Strahlung (z. B. Infrarot), die in gewählten gegenseitigen Abständen e (Fig. 2) angeordnet sind. Die andere Meßrampe im gleichen Paar, z. B. 11' und 12', ist auf gleiche Weise mit Emp­ fängern 30 (Fig. 2), beispielsweise Fotodioden, der gleichen Strahlung bestückt, und zwar in gegenseitigen Abständen e', die gleich den Abständen e sind.

Jedes einzelne Meßelement 20, 30 ist auf übliche Weise mit­ tels elektrischer Leitungen 13 mit einer Datoreinheit 14 verbun­ den. Zum Unterschied von der Anordnung beim bekannten Schatten­ meßverfahren ist jedoch erfindungsgemäß zumindest eine der Meß­ rampen an zumindest einem ihrer beiden Enden (im dargestellten Beispiel alle Meßrampen 11, 11', 12, 12' an beiden ihren Enden) über den Diametermeßbereich (wie 11'a oder 12a) hinaus verlängert indem zu (einem oder zu) beiden Enden des Diametermeßbereiches ein periferer Teil wie 11'b, 11'c, und 12b, 12c angeschlossen ist, der mit den gleichen Meßelementen 20, 30 wie der Diameter­ meßbereich bestückt ist. Die Länge der Verlängerung liegt vor­ zugsweise zwischen 20% und 50% der Länge des Diametermeßberei­ ches.

Die Länge des Diametermeßbereiches entspricht im wesentli­ chen der Länge einer herkömmlichen, nach dem Schattenmeßverfahren arbeitenden Meßrampe. Die Sender und Empfänger im Diametermeßbe­ reich sind auch gleicher Weise einander zugeordnet wie in einem herkömmlichen Meßrahmen für das Schattenmeßverfahren, d. h. daß jeder Sender dem direkt gegenüber liegenden Empfänger zugeordnet ist (z. B. mittels Kopplung in der Datoreinheit 14).

Das hat zur Folge, daß zwischen den Diametermeßbereichen der Zusammenarbeitenden Meßrampen Meßstrahlen verlaufen, die mitein­ ander und mit der Hauptmeßrichtung M, M' parallel sind und von denen je zwei, nämlich A, A' und B, B', Tangentstrahlen zum Baum­ stamm S bilden, gleich wie beim Schattenmeßverfahren.

Da sich im dargestellten Beispiel, wie auch meistens in der Praxis, die zwei Meßrampen winkelrecht zu einander erstrecken, gibt die Symmetrieachse M' des Meßfeldes des Meßrampenpaares 12, 12' die Hauptmeßrichtung des Meßrampenpaares 11, 11' an, und die Symmetrieachse M des Meßrampenpaares 11, 11' die Hauptmeßrichtung des Meßrampenpaares 12, 12' an.

Die Sender und die Empfänger in den periferen Teilen sind jedoch so angeordnet (d. h. derart in der Datoreinheit 14 gekop­ pelt), daß jedem Sender 20 an einem periferen Teil (z. B. 12b) mehrere Empfänger 20 an der zusammenarbeitenden Meßrampe zuge­ ordnet sind, und zwar sowohl in ihrem Diametermeßbereich, als auch an einer eventuellen Verlängerung (wie dies in der Zeichnung dargestellt ist).

So entstehen außer zusätzlicher winkelrechter Meßstrahlen wie AA (Fig. 2) - welche jedoch in diesem Bereich keine Funktion haben - schräge Meßstrahlen wie CC die sich zum Baumstamm S hin neigen und einen scharfen Winkel α mit der Hauptmeßrichtung M, M' und mit den winkelrechten Meßstrahlen einschließen, sowie an­ dere nicht rechte Winkel mit der Symmetrieachse einschließen. Der Winkel α hat vorzugsweise einen Wert von 10°-30°.

Dadurch, daß nicht bloß die parallelen Meßstrahlen im Dia­ metermeßbereich, sondern zusätzlich auch die schrägen Meßstrahlen in den periferen Bereichen vorhanden sind, entstehen zusätzliche Tangenten bzw. Tangentstrahlen wie CC, DD zum Baumstamm C, wie in Fig. 2 und 3 ersichtlich ist.

So kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Querschnitts­ form des Baumstammes erheblich genauer rekonstruiert werden als nach dem Schattenmeßverfahren, beispielsweise derart, daß in der Datoreinheit 14 für jede Gruppe von drei benachbarten Tangent­ strahlen das Zirkelsegment CS (Fig. 4) ermittelt wird, welches sich an diese Tangentstrahlen anschließt.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß unter "Gruppe von drei be­ nachbarten Tangentstrahlen" die Tangentstrahlen verstanden wer­ den, welche den Meßgegenstand S in drei unmittelbar benachbarten Tangentpunkten wie T-DD, T-A und T-CC berühren, und unter "an­ schließendes Zirkelsegment" ein Zirkelsegment wie CS verstanden wird, welches in den von den betreffenden drei Tangentstrahlen gebildeten Teil eines Vielecks eingeschrieben werden kann.

Der Querschnitt bzw. seine Umfangsform kann mittels zweck­ mässiger Interpolation aller erfaßten Zirkelsegmente mit hohem Genauigkeitsgrad rekonstruiert werden. Diese Rekonstruktion er­ folgt zwar mit beschränkter Auflösung und kleinerer Genauigkeit als beim "echten 3D-Verfahren", aber immerhin erheblich genauer als mittels des herkömmlichen Schattenmeßverfahrens mit Hilfe von bloß zwei und zwei Tangentstrahlen. Relevante Maße, wie z. B. der kleinste Durchmesser des Baumstammes, können berechnet werden und die festgestellte Querschnittsform kann zur Berechnung der besten Drehlage des Baumstammes beim Zersägen angewandt werden.

Es ist offensichtlich, daß bereits bei einer einzigen peri­ feren Verlängerung sich die Anzahl der Tangentstrahlen vergrös­ sert, und ferner daß die Meßrampen nicht geradlinig sein müssen, sondern z. B. auch bogenförmig sein können, mit der konkaven Seite dem Baumstamm zugewandt. Alternativ können z. B. die Meßrampen ei­ nen geradlinigen zentralen Meßbereich aufweisen an den sich unter einem stumpfen Winkel ein oder zwei perifere Teile anschließen.

Aus dem oben Gesagten geht hervor, daß es bei der vorliegen­ den Erfindung im Prinzip nicht daran ankommt, nach welcher Seite hin sich die Meßstrahlen verbreiten. Folglich können an einer und derselben Meßrampe, inkl. ihrer Verlängerung(en), sowohl Sender, als auch Empfänger angeordnet werden.

Claims (9)

1. Verfahren zum Feststellen der Form von Baumstämmen die an einer Fördereinrichtung der Länge nach durch eine Meßvorrich­ tung hindurch gefördert werden die ein oder mehrere Paare zusam­ menarbeitender, an entgegengelegenen Seiten des geförderten Baum­ stammes angeordneter Meßrampen aufweist welche an eine Datorein­ heit angeschlossene Meßelemente tragen die aus Sendern einer ge­ wählten elektromagnetischen Strahlung und zugeordneten Empfängern bestehen, wobei im Diametermeßbereich der Meßrampen, der dem größten Stockdurchmesser entspricht, der gemessen werden soll, im wesentlichen parallele Meßstrahlen verlaufen, von denen in jedem Meßrampenpaar zwei Meßstrahlen Tangentstrahlen bilden, da­ durch gekennzeichnet, daß bei zumindest einer Meßrampe aus zumin­ dest einem Bereich jenseits des Diametermeßbereiches schräge Meß­ strahlen ausgesandt werden, die sich zum geförderten Baumstamm hin neigen und hierbei einen stumpfen Winkel mit einer Hauptmeß­ richtung des betreffenden Meßrampenpaares einschließen, so daß einer oder mehrere dieser schrägen Meßstrahlen einen oder mehrere zusätzliche Tangentstrahlen bilden.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform des Baumstammes rekonstruiert wird und bei Bedarf relevante Maße, wie der kleinste Durchmesser, des Baumstammes so berechnet werden, daß in der Datoreinheit für jede Gruppe von drei benachbarten Tangentstrahlen das Zirkelsegment berechnet wird, welches sich an sie anschließt, und die so fest­ gestellten Zirkelsegmente zur Feststellung der Querschnittsform durch zweckmäßige Interpolation zusammengekettet werden.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßstrahlen in an und für sich bekannter Weise derart erzeugt werden, daß zumindest ein Empfänger auf einer Meß­ rampe aktiviert wird gleichzeitig wie ein Sender auf einer zusam­ menarbeitenden Meßrampe gezündet wird.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren des Patentansprüche 1-3, mit einer Meßanordnung (10) in der an zumindest zwei bezüglich des Baumstammes (S) ent­ gegengesetzten Seiten je eine Meßrampe (11, 11', 12, 12') vorge­ sehen ist die in gewählten gegenseitigen Abständen (e, e') Meß­ elemente trägt welche aus Sendern (20) und Empfängern (30) einer gewählten elektromagnetischen Strahlung bestehen und an eine Da­ toreinheit (14) angeschloßen sind, wobei die Meßelemente (20, 20) in einem Diametermeßbereich (11a, 11'a, 12a, 12'a) der Meßrampen (11, 11', 12, 12') angeordnet sind miteinander parallele, in ei­ ner Hauptmeßrichtung (M, M') verlaufende Meßstrahlen (A, A', B, B') zu senden bzw. zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ mindest eine der Meßrampen (11, 11', 12, 12') länger als der Dia­ metermeßbereich (11a, 11'a, 12a, 12'a) ist indem zu zumindest einem Ende ihres Diametermeßbereiches ein ebenfalls mit Meßele­ menten (20, 30) bestückter periferer Verlängerungsteil (11b, 11c') angeschlossen ist, an dem die Meßelemente angeordnet sind Meßstrahlen (C-C', D-D') zu senden bzw. zu empfangen die unter einen scharfen Winkel (α) zur Hauptmeßrichtung (M, M') in Rich­ tung zum gemessenen Baumstamm (C) hin geneigt sind.

5. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die periferen Verlängerungsteile (11b, 11c') an beiden Enden der Diametermeßbereiche aller Meßrampen (11, 11', 12, 12') ange­ ordnet sind.

6. Anordnung nach Patentanspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Meßrampe (11, 11, 12, 12') in an und für sich bekannter Weise nur Sender (20) oder nur Empfänger (30) enthält.

7. Anordnung nach einem oder mehreren der Patentansprüche 4 bis 6 mit geradlinigen Meßrampen, dadurch gekennzeichnet, daß der perifere Verlängerungsteil oder die periferen Verlängerungs­ teile (11b, 11c') eine geradlinige Fortsetzung des Diametermeßbe­ reiches (11a, 11'a, 12a, 12'a) bilden.

8. Anordnung nach einem oder mehreren der Patentansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des periferen Verlängerungsteiles (11b, 11c') 20% bis 50% der Länge des Dia­ metermeßbereiches (11a, 11'a, 12a, 12'a) entspricht.

9. Anordnung nach einem oder mehreren der Patentansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der scharfe Winkel (α) 10° bis 50° beträgt.