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Beschreibung
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Durchmesser-Messeinrichtung für Rundholzes, insbesondere Baumstämme
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zum Messen des Durchmessers von Rundhölzern,
insbesondere von Baumstämmen, mit einem Lichtvorhang, durch den die Rundhölzer hindurchbewegbar
sind und der auf gegenüberliegenden Seiten des Laufwegs der Rundhölzer relativ zu
dem Lichtvorhang befindliche Lichtsender und Lichtempfänger aufweist und mit Auswerteeinrichtungen,
mit deren Hilfe aufgrund der Unterbrechung des Strahlenganges zwischen einigen der
Sender-Empfänger-Paaren der Durchmesser des jeweiligen Rundholzes im Bereich des
Lichtvorhanges feststellbar ist.
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Derartige Messeinrichtungen mit einem Lichtvorhang sind bereits bekannt
und haben gegenüber den bis dahin üblichen Messeinrichtungen mit mechanischen Abtastelementen
den entscheidenden Vorteil, dass bei den hohen Geschwindigkeiten, mit denen die
Rundhölzer, insbesondere die Baumstämme, in die Messeinrichtung einlaufen, keine
Beschädigungen der Messeinrichtungen auftreten,wie sie bei einer mechanischen Abtastung
nahezu unvermeidlich waren.
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Andererseits können die bisher bekannten mit einem Lichtvorhang arbeitenden
Ilesseinrichtungen insofern nicht voll befriedigen, als bei ihnen für die mit sichtbarem
Licht arbeitenden Sender und Empfänger jeweils optische Fokussiereinrichtungen
erforderlich
sind, die eine Unterscheidung des von einem Sender ausgehenden Lichtstrahls vom
Umgebungslicht gestatten, andererseits jedoch in ihren Abmessungen so groß sind,
dass der Rundholz- bzw. Stammdurchmesser nur mit geringer Genauigkeit erfaßt werden
kann.
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Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine verbesserte Messeinrichtung der eingangs beschriebenen- Art anzugeben, die
eine sehr genaue Ermittlung des Durchmessers von Rundhölzern, insbesondere von Baumstämmen
ermöglicht und damit - im Verlauf mehrerer aufeinanderfolgender Messungen - eine
genaue Berechnung des Volumens gestattet.
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Diese Aufgabe wird bei einer Messeinrichtung der eingangs beschriebenen
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Lichtsender als Infrarot-Lichtquellen
ausgebildet sind, daß die Lichtempfänger als für Infrarotlicht empfindliche Halbleiterbauelemente
ausgebildet sind, daß die Lichtsender und die Lichtempfänger jeweils zu einem aus
in senkrechter Richtung übereinander angeordneten Lichtsender- bzw. Lichtempfänger-Zeilen
aufgebauten Senderfeld bzw. Empfängerfeld zusammengefaßt sind, daß die einzelnen
Zeilen derart schräg gegenüber der Horizontalen verlaufen, daß die Mittelpunkte
benachbarter Zeilenelemente in senkrechter Richtung einen vorgegebenen Abstand voneinander
haben und außerdem den gleichen Abstand wie das oberste Element einer Zeile von
dem untersten Element der nächsthöheren Zeile und daß die Auswerteeinrichtungen
Steuereinrichtungen aufweisen, mit deren Hilfe die Lichtsender und die Lichtempfänger
paarweise zyklisch ansteuerbar sind.
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Der entscheidende Vorteil einer Messeinrichtung gemäß der Erfindung
besteht dabei darin, dass der Durchmesser der einzelnen
Sender
und Empfänger wegen der gestaffelten Zeilen im Sender- und Empfängerfeld keinen
Einfluß auf das letztlich erreichbare Auflösungsvermögen hat und dass durch die
Verwendung von Infrarot-Sendern und -empfängern komplizierte optische Fokussiereinrichtungen
entfallen können. Praktisch läßt sich mit einer Messeinrichtung gemäß der Erfindung
ohne weiteres eine Genauigkeit von 1 mm erreichen, wenn beispielsweise bei einem
Durchmesser von 5 mm der Lichtsender und der Lichtempfänger pro Zeile des Sender-
bzw. des Empfängerfeldes jeweils fünf Lichtsender bzw. Lichtempfänger vorgesehen
sind.
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Diese hohe Genauigkeit bedeutet aber einen entscheidenden Fortschritt,
da die von Messeinrichtungen der betrachteten Art ermittelten Messergebnisse in
zunehmendem Maße mit Hilfe von Rechnern ausgewertet werden, die für den jeweils
vermessenen Stamm oder dergleichen gemäß den gespeicherten Programmen sofort eine
optimale Aufteilung des Stamms in einzelne Bretter, Balken und dergleichen unter
Berücksichtigung des Fertigungsprogrammes, der Lagerbestände usw. eines Sägewerks
oder dergleichen errechnen.
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Wenn den Messeinrichtungen, wie dies bisher schon üblich ist, Transporteinrichtungen
zugeordnet sind, mit deren Hilfe das jeweils dickere Ende der Rundhölzer bzw. Baumstämme
zuerst zugeführt wird, dann ist es in Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn
die Auswerteeinrichtungen Speichereinrichtungen aufweisen, mit deren Hilfe beim
Einlaufen des vorderen Stammendes in den Lichtvorhang die bei mindestens zwei aufeinanderfolgenden
Anfangsmessungen erhaltenen Messergebnisse bezüglich des Durchmessers speicherbar
sind, wenn Recheneinrichtungen zur Berechnung des arithmetischen Mittelwerts der
gespeicherten Anfangsmessergebnisse vorgesehen sind und wenn zum Vergleich des Mittelwerts
mit dem nächsten Messergebnis und zum Vergleich jedes weiteren Messergebnisses mit
dem letzten gültigen Messergebnis
Vergleichseinrichtungen vorgesehen
sind. Mit Hilfe dieser Einrichtungen können nämlich unvermeidliche Messfehler in
ihrem Einfluß auf das letztlich erhaltene Messergebnis weitgehend unterdrückt werden,
insbesondere wenn spezielle Ausblendeinrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe
jedes Messergebnis, das einem Durchmesser entspricht, der größer ist als der zuletzt
gültig ermittelte Durchmesser, für die Volumenberechnung unterdrückbar ist. Auf
diese Weise ist es möglich, Aststummel, Rindenreste, Erdklumpen usw., die zunächst
einen vergrößerten Durchmesser vortäuschen, bei der endgültigen Auswertung der Messergebnisse
zu unterdrücken.
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Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn ein Null-Linien-Rechner
vorgesehen ist, mit dessen Hilfe, ausgehend von dem Mittelwert und dann ausgehend
von den nachfolgenden Messergebnisse, eine Null-Linie für das Ansteuerprogramm der
Steuereinrichtung für die paarweise Ansteuerung der Lichtsender und -empfänger vorgebbar
ist. Da in diesem Fall die Zeiten für das Erfassen der oberen Kontur des Rundholzes
oder Stammes im wesentlichen gleich den Zeiten für das Erfassen der unteren Kontur
sind, wobei es unter Umständen besonders vorteilhaft sein kann, wenn die paarweise
Ansteuerung der Lichtsender und -empfänger, ausgehend von der Null-Linie, deren
Lage gemäß den letzten Messergebnissen ständig korrigiert wird, jeweils gleichzeitig
nach beiden Seiten, d. h. nach oben und nach unten erfolgt.
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Die vorstehenden Ausführungen machen deutlich, dass die Erfindung
nicht nur in einer verbesserten Messeinrichtung zu sehen ist, sondern auch darin,
dass diese Messeinrichtung zu Erzielung optimaler Messergebnisse nach besonders
vorteilhaften erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nach-)werden
durch die Bewegung des Rundholzes bedingte Fehler weitgehend verhindert
stehend
anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Messeinrichtung
gem. der Erfindung mit den zugehörigen Transporteinrichtungen für die zu vermessenden
Rundhölzer bzw. Baumstämme; Fig. 2 eine schematische Darstellung der Messeinrichtung
gem. Fig. 1, sowie ein grobes Blockschaltbild der zugehörigen Auswerteeinrichtungen;
Fig. 3 eine vergrößerte Detaildarstellung eines Ausschnitts aus dem Senderfeld der
Messeinrichtung gem. Fig. 1 und 2 und Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild der
wesentlichen Teile der Auswerteeinrichtungen einer Messeinrichtung gem.
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der Erfindung.
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Im einzelnen ist in Fig. 1 ganz grob ein Transportsystem 10 angedeutet,
welches klauenförmige Bügel 12 aufweist, mit deren Hilfe ein Baumstamm 14 in Richtung
des Pfeils P zwischen Säulen 16 hindurchgeführt wird, die auf gegenüberliegenden
Seiten des Stammes 14 stehen und einander zugewandte Felder mit Lichtsendern bzw.
Lichtempfängern aufweisen, von denen in Fig.
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1 nur das Empfängerfeld 18 sichtbar ist. Die Säulen 16 sind über Kabel
20 mit den übrigen in Fig. 1 nicht gezeigten Teilen der erfindungsgemäßen Messeinrichtung
verbunden.
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Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Messeinrichtung besteht
darin, dass die Elemente des Senderfeldes und des Empfängerfeldes 18,wie dies aus
Fig. 3 deutlich wird, zeilenweise übereinander angeordnet sind, wobei die einzelnen
Zeilen schräg gegenüber der Horizontalen verlaufen und wobei die Mittelpunkte benachbarter
Zeilenelemente in senkrechter Richtung einen vorgegebenen Abstand a voneinander
aufweisen. Derselbe Abstand a ist auch zwischen dem obersten Element 22 jeder Zeile
und dem untersten Element 24 der nächsthöheren Zeile vorhanden. Auf diese Weise
läßt sich durch die zeilenförmige Staffelung der Elemente des Senderfeldes und des
Empfängerfeldes 18 eine sehr hohe Messgenauigkeit für den Durchmesser erreichen,
selbst wenn die einzelnen Elemente einen erheblichen Durchmesser aufweisen. Letzteres
wird aber erfindungsgemäß dadurch vermieden, dass als Lichtsender Infrarot-Lichtquellen
vorgesehen sind und dass als Lichtempfänger für Infratlicht empfindliche Halbleiterbauelemente,
insbesondere Halbleiterdioden,vorgesehen sind, die nur einen Durchmesser von etwa
5 mm aufweisen, so dass bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 3 mit fünf Elementen
pro Zeile des Empfängerfeldes 18 entsprechend dem Abstand a = 1 mm eine Auflösung
von 1 mm erreicht wird. Dabei versteht es sich, dass die Elemente des Senderfeldes
in genau derselben Weise zeilenförmig übereinander angeordnet sind, wie dies für
das Empfängerfeld erläutert wurde, so dass die Elemente des Senderfeldes und des
Empfängerfeldes einander paarweise zugeordnet sind.
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Aus Fig. 2 wird deutlich, dass bei dem beschriebenen Aufbau des Lichtvorhangs
mit jeweils 1024 Elementen des Senderfeldes 26 und des Empfängerfeldes 18 ein Messbereich
mit einer Höhe von 1023 mm mit einer Auflösegenauigkeit von etwa 1 mm erfaßt werden
kann, wobei die im Einzelfall exakt erreichbare Genauigkeit etwas von der Laufgeschwindigkeit
des Stammes 14
abhängig ist.
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Aus Fig. 2 wird ferner deutlich, dass erfindungsgemäß bei der ersten
Messung zunächst von der Zeile 19 des Sender- bzw. des Empfängerfeldes 26 bzw. 18
als Null-Linie ausgegangen werden soll. Die Zeile 19 ist also als Null-Linie für
den Beginn jedes Messvorgangs an einem Stamm oder dergleichen vorgesehen.
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Mißt man nun, ausgehend von dieser Null-Linie, bei einem ersten Messchritt
nach oben, so erhält man für den Halbmesser ein Ergebnis a1, während sich bei der
Messung nach unten für den Halbmesser das Ergebnis a2 ergibt. Aufgrund der unterschiedlichen
Halbmesser erfolgt nunmehr eine Korrektur der Null-Linie derart, dass für die zweite
Messung die Zeile 18 - genauer gesagt, das mittlere Element der Zeile 18 - als Null-Linie
vorgegeben wird.
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Diese Verschiebung der Null-Linie hat, wie aus der Zeichnung deutlich
wird, zum Ergebnis, dass sowohl bei der Messung nach oben als auch bei der Messung
nach unten jeweils der gleiche Halbmesser b ermittelt wird. Diese Art der Messung,
ausgehend von einer ziemlich genau bestimmbaren Null-Linie, bringt den entscheidenden
Vorteil mit sich, dass die durch die kontinuierliche Bewegung des Messobjektes möglicherweise
hervorgerufeneVerfälschung des Messergebnisses so klein wie möglich gehalten wird,
da bei gleichem Abstand der Konturlinien des Stammes 14 oder dergleichen von der
errechneten Null-Linie die Messung beider Halbmesser trotz des kontinuierlich bewegten
Stammes 14 oder dergleichen in der gleichen Ebene desselben senkrecht zu seiner
Laufrichtung (Pfeil P) erfolgt. Dabei ist zu beachten, dass jeder Messchritt dann
beendet wird, wenn zumindest einmal ein freier Strahlengang zwischen einem Sender-Empfänger-Paar
festgestellt wird. Dies bedeutet nämlich, dass die durch den Stamm 14 oder dergleichen
verdeckte Zone des Messbereichs verlassen wurde und dass die obere bzw. untere Konturlinie
erreicht ist.
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Wie Fig. 2 weiter zeigt, sind die in Fig. 1 angedeuteten Kabel 20
zur Speisung des Senderteils und zur Datenabnahme am Empfängerteil mit Auswerteeinrichtungen
30 verbunden, welche gem.
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Fig. 2 Steuereinrichtungen 32, Anzeigeeinrichtungen 34 und einen Oszillator
36 aufweisen.
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Im einzelnen umfassen die Steuereinrichtungen 32 eine hoch integrierte
Matrixschaltung,mit deren Hilfe eine selektive Ansteuerung der einzelnen Lichtsender
und ihre zugehörigen Lichtempfänger erfolgt, wobei die Auswahl der einzelnen anzusteuernden
Matrixpunkte mit Hilfe von Zähler-und Decodereinrichtungenerfolgt, die mit dem Taktsignal
vom Ausgang des Oszillators 36 gesteuert werden. Weiterhin umfassen die Steuereinrichtungen
Auswerteeinrichtungen, mit deren Hilfe aufgrund der Ermittlung eines freien Strahlengangs
zwischen einem gerade aktivierten Sender-Empfänger-Paar der Stammdurchmesser errechnet
wird, wobei Ausblend- bzw.
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Korrektureinrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe unwahrscheinliche
Messergebnisse unterdrückt und gegebenenfalls durch geeignete Mittelwerte aus vorangegangenen
Messungen ersetzt werden. Mit Hilfe der Anzeigeeinrichtungen 34 kann jeweils die
Nummer der Zeile angezeigt werden, bei der am Beginn der Messungen an einem Stamm
oder dergleichen zunächst die Null-Linie vorgesehen ist. Weiterhin können die Steuereinrichtungen
zusätzliche Anzeige- und/oder Ausgabeeinrichtungen aufweisen, mit deren Hilfe die
ermittelten Durchmesser angezeigt bzw. an angeschlossene Einrichtungen, insbesondere
Recheneinrichtungen, ausgegeben werden können.
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Gemäß Fig. 4 der Zeichnung besteht beispielsweise die Möglichkeit,
zu Beginn der Messungen an einem Stamm die ersten drei Messwerte, die vom Empfängerteil
des Lichtvorhangs eintreffen, mit Hilfe eines Umsetzers 40 in kodierte Signale umzusetzen,
die gemäß einem vorgegebenen Programm in Speicher 42, 44, 46 eingespeichert
werden.
Die gespeicherten Daten werden dann in einem Addierer 48 addiert und einem Speicher
50 zugeführt, der mit einem Rechner 52 verbunden ist, in dem nunmehr ebenfalls unter
Steuerung/aas Programm der arithmetische Mittelwert D aus den ersten drei Messwerten
bzw. Durchmessern ermittelt wird. Der arithmetische Mittelwert D wird in einem Speicher
54 gespeichert, der mit einem Vergleicher 56 verbunden ist. Mit einem zweiten Eingang
des Vergleichers 56 ist ein weiterer Speicher 58 verbunden, in dem nach Umsetzung
im Umsetzer 40 unter Steuerung durch das Programm der bei der vierten Messung ermittelte
Durchmesser d gespeichert ist. Wennziin dieser Durchmesser d kleiner ist als der
zuvor berechnete Mittelwert D, dann wird er als gültiger Messwert an einen Addierer
60 ausgegeben, sobald dem Vergleicher 56 über einen dritten Eingang ein Taktsignal
zugeführt wird. Die Summe der Taktsignale bzw. der Messtakte wird mit einem Zähler
62 erfaßt, dessen Ausgang ebenso wie der Ausgang des Addierers 60 mit Einrichtungen
zur Datenerfassung verbunden ist. Das nächste Messergebnis - der Durchmesser d'
- wird in einem weiteren Speicher 64 gespeichert und nunmehr mit dem zuvor ermittelten
Durchmesser d verglichen, wobei ein gültiges Messergebnis wieder nur dann anerkannt
wird, wenn d' kleiner ist als d, da ein Stamm, der der Messeinrichtung mit seinem
dicken Ende zuerst zugeführt wird, nur dünner werden kann, während alle Ergebnisse,
die zunächst einen größeren Durchmesser vortäuschen, darauf zurückzuführen sind,
dass Aststummel oder sonstige Oberflächenunregelmaßigkeiten vorhanden sind, die
bei der Volumenberechnung nicht erfaßt werden sollen.
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Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel wurde mit einer Taktfrequenz
von etwa 60 kHz entsprechend einer Taktzeit von 100 ms gearbeitet, so dass die pro
Messtakt durchlaufende Stammlänge. bei etwa 10 cm lag. Unter Zugrundelegung dieser
Werte wurden vorteilhafte Messergebnisse erhalten.
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Es wurde bereits erwähnt, daß die einzelnen Meßschritte jeweils beendet
werden, wenn zumindest einmal ein freier Strahlengang zwischen einem Sender-Empfänger-Paar
festgestellt wird. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn jeder Sender jeweils
mit einer Folge von mehreren, beispielsweise fünf, Impulsen angesteuert wird, von
denen die Mehrzahl, beispielsweise drei, zu einem Empfangssignal führen muß, wenn
ein freier Strahlengang anerkannt werden soll.
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