DE3612036C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen von Baum­ stämmen mit den Verfahrensschritten:

• - Fördern der Baumstämme in Richtung ihrer Längsachse;
• - Aussenden von Meßstrahlen auf eine Oberfläche der Baumstämme;
• - Empfangen von von der Oberfläche reflektierten Meß­ strahlen;
• - Bestimmen von Steuersignalen aus den empfangenen Meß­ strahlen zur nachfolgenden Bearbeitung der Baumstämme.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Vermessen von Baumstämmen mit einem relativ zum Baumstamm in Richtung von dessen Längsachse verfahrbaren Meßgerät, das von der Oberfläche des Baumstamms reflektierte Signale empfängt.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der DE-PS 29 28 949 bekannt.

Bei dem bekannten Verfahren werden unbearbeitete Baumstämme zunächst zweiseitig angeflacht und es werden dann die gegenüber­ liegenden Seitenflächen vermessen, so daß in Abhängigkeit von den Meßergebnissen Lage und Größe von Kantenausfräsungen bestimmt werden können, die nachfolgend angebracht werden, um die abzutrennende Seitenware, insbesondere Seitenbretter, an ihrer Schmalseite bearbeitet abtrennen zu können.

Bei dem bekannten Verfahren werden als Meßeinrichtungen Raster­ kameras verwendet, die aus dem von den Baumstämmen reflektierten Tageslicht diejenigen Bereiche bestimmen, an denen die Baum­ stämme noch mit Waldkanten versehen sind.

Das bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß präzise Messungen über die Länge des Baumstamms nur mit großem Aufwand möglich sind, weil aus dem von der Rasterkamera aufgenommenen zweidimensionalen Bild diejenigen Punkte herausgesucht werden müssen, die von Interesse sind, was ein sehr aufwendiges Bilderkennungssystem erfordert. Außerdem ist es mit passiven optischen Mitteln häufig nur sehr schwer möglich, die von der Farbe und vom Kontrast her nicht sehr unterschiedlichen Bereiche von Baumkanten und Nutzholz zu unterscheiden, insbesondere dann, wenn die Baumstämme durch den vorhergehenden Transport mit Erde verschmutzt sind.

Das bekannte Verfahren arbeitet daher im Prinzip nach dem sogenannten "Schattenrißprinzip", bei dem lediglich aus einem empfangenen Meßsignal eine Aussage über einen Durchmesser des Baumstamms in einer radial zur Längsachse des Baumstamms liegenden Meßebene möglich ist.

Aus der DE-OS 34 17 717 ist eine Vorrichtung zum Vermessen von Rundholz bekannt. Die bekannte Vorrichtung arbeitet eben­ falls nach dem Schattenrißprinzip. Hierzu wird ein Baumstamm in ein kastenförmiges Meßgerät gebracht, bei dem auf der einen Seite des Baumstamms ein Lichtvorhang Licht radial auf den Baumstamm aussendet und auf der gegenüberliegenden Seite des Baumstamms eine entsprechende Lichtempfängerkette angeordnet ist. Durch Auswertung der beleuchteten und der unbeleuchteten Lichtempfängerelemente kann bei dieser bekannten Vorrichtung eine Aussage über den aktuellen Durchmesser des Baumstamms in der Meßebene getroffen werden.

Aus der DE-OS 28 11 744 ist eine Detektiervorrichtung bekannt, mit der es möglich sein soll, Materialeigenschaften von Holz, beispielsweise das Vorhandensein von Waldkanten, Astknorren, Bläue, Fäule, Rindenresten, Rissen, Insektenangriffen u. dgl. zu erfassen. Hierzu ist eine Kamera vorgesehen, die das zu erfassende Holz durch einen Spalt beobachtet, der parallel zur Längsachse des als Brett vorliegenden Holzes verläuft. Die Beobachtungseinrichtung mit Kamera und Spalt kann dabei senkrecht zur Längsachse des Holzes verschoben werden.

Eine Vermessung des Holzes ist bei dieser bekannten Vorrichtung weder vorgesehen, noch möglich, noch steht die bekannte Vor­ richtung in Wechselwirkung mit Bearbeitungsstationen für das Holz.

Aus der DE-OS 31 34 210 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen von Keksen bekannt, die auf einem Förderband entlang einer optischen Vermessungseinrichtung geführt werden. Die Vermessungseinrichtung sendet unter einem flachen Winkel einen Lichtstreifen auf die Oberfläche des Förderbandes, das in dunkler Farbe gehalten ist. Wenn jedoch hellerfarbige Kekse auf dem Förderband befördert werden, reflektieren die Kekse, sobald sie den Lichtspalt durchlaufen, dieses Licht und reflek­ tieren es auf eine radial zum Förderband gerichtete Kamera mit einer CCD-Anordnung, d.h. einer Matrix von lichtempfind­ lichen Halbleiter-Verschiebeelementen.

Das bekannte Verfahren unterscheidet daher ebenfalls nur zwischen hell und dunkel und ist demzufolge nur in der Lage, den zweidimensionalen Umriß von hellen Keksen auf einem dunklen Förderband zu detektieren.

Entsprechendes gilt für eine aus der DE-OS 24 45 853 bekannte Vorrichtung, die zur Messung der Breite von Blechbändern eingesetzt wird. Als Besonderheit tritt bei dieser bekannten Vorrichtung noch hinzu, daß Winkelabweichungen der Meßapparatur, die automatisch zu Meßfehlern führen, durch ein fixes Rasterfeld ersetzt werden, mit dessen Hilfe dann die breiten Meßfehler kompensiert werden können. Auch diese bekannte Vorrichtung ermöglicht daher nur eine zweidimensionale Erfassung eines Umrisses eines Förderguts.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß mit deutlich vermindertem apparativen Aufwand präzise dreidimensionale Vermessungen von Baumstämmen möglich werden, so daß die Baumstämme beim Profi­ lieren nach vorgegebenen Strategien optimal ausgenutzt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß

• - die Meßstrahlen nur in einer ersten Ebene parallel zur Längsachse auf die Oberfläche ausgesandt werden,
• - die reflektierten Meßstrahlen in einer außerhalb der ersten Ebene liegenden zweiten Ebene empfangen werden,
• - der Abstand der ersten Ebene von der Längsachse variiert wird, und
• - aus den empfangenen Meßstrahlen in Abhängigkeit von der Variation des Abstandes eine räumliche Kontur der Baumstämme ermittelt wird.

Gemäß der eingangs genannten Vorrichtung wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens ein Sender in seitlichem Abstand vom Baumstamm angeordnet ist, daß der Sender einen einzigen Meßstrahl oder ein in einer ersten Ebene verlaufendes Büschel von Meßstrahlen erzeugt, daß ein Empfänger außerhalb des Meßstrahles bzw. der Ebene angeordnet ist, daß die erste Ebene parallel zu einer Längsachse des Baumstamms verläuft und daß ihr Abstand von der Längsachse einstellbar ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch diese Merkmale vollkommen gelöst, weil es zum einen möglich ist, durch geeignete Wahl eines Senders eine Art von Meßstrahlen zu verwenden, die dem jeweiligen Meßzweck optimal angepaßt ist. Zum anderen wird aber durch Verwendung nur eines einzelnen Meßstrahles oder eines ebenen Strahlenbüschels erreicht, daß der Baumstamm in präzise definierter Weise angestrahlt wird, so daß aus den reflektierten Strahlen bereits Rückschlüsse über die dreidimensionale Kontur des Baumstamms gezogen werden können.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung können höchst unterschiedliche Arten von Meßstrahlen verwendet werden, beispielsweise Lichtstrahlen im sichtbaren oder nicht-sichtbaren Bereich, Schallwellen, elektromagnetische Wellen, Teilchenstrah­ len und dgl.. Besonders bevorzugt ist die Anwendung von Laser­ strahlen, weil diese besonders exakt als einzelner Meßstrahl oder als ebenes Bündel von Meßstrahlen ausgerichtet werden können. Wenn in diesem Zusammenhang von einem ebenen Büschel die Rede ist, so versteht sich, daß hierunter ein kontinuierlich in einer Ebene verlaufender breiter Lichtstrahl verstanden werden kann, ebenso wie ein Büschel aus diskreten, um Winkel gegeneinander versetzten Einzelstrahlen, wie auch ein einziger Einzelstrahl, der um einen bestimmten Winkel im Raum verschwenkt wird und dabei eine Ebene überstreicht.

Es versteht sich ferner, daß unter "reflektiert" im vorliegenden Zusammenhang nicht nur eine Reflektion im optischen Sinne zu verstehen ist, sondern ebenso ein Empfang von am Auftreffort erzeugten physikalischen Vorgängen, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn ein gebündelter Infrarot- oder Mikrowellenstrahl auf die Oberfläche des Baumstammes trifft und der Empfänger die an dieser Stelle sekundär induzierte Wärmestrahlung erfaßt.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die reflektierten Meßstrahlen in der zweiten Ebene unter 90° zur Längsachse empfangen.

Auch diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die Präzision der Messung erhöht wird, weil der Empfänger nur in der Ebene wirksam ist, in der für die Vermessung der Baumstämme interessante Auftreffpunkte oder -linien sich befinden, während der übliche räumliche Empfangsbereich zur Erhöhung der Störunterdrückung ausgeblendet wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend geschilderten und die nachstehend noch genannten 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:

Fig. 1a bis 1c radiale Querschnittsbilder durch einen Baumstamm während aufeinanderfolgender Schritte einer profi­ lierenden Bearbeitung;

Fig. 2a und 2b in wesentlich verkleinertem Maßstab eine Seiten­ ansicht und eine Draufsicht eines vollständigen Baumstammes zur Erläuterung von Verfahren zur Vermessung des Baumstammes;

Fig. 3a bis 3c eine Querschnittsdarstellung, eine Draufsicht und eine Seitenansicht von Ausführungsbeispielen von Vorrichtungen zum Vermessen von Baumstämmen.

In den Figuren bezeichnet 10 gesamthaft einen Baumstamm, wie er in Sägewerken durch sogenanntes Profilieren spanend bear­ beitet wird, um allseitig bearbeitete Holzerzeugnisse zu erhalten.

Der Baumstamm 10 weist an seinem Umfang stellenweise oder auch über größere Bereiche eine sogenannte Waldkante 11, d.h. im wesentlichen eine Baumrinde, auf, die das Nutzholz 12 überdeckt.

Üblicherweise wird als erstes, wie dies in Fig. 1a dargestellt ist, in eine Ebene 13 der Baumstamm 10 mittels eines Spaners einseitig angeflacht, so daß ein Abschnitt 14 von Kreisab­ schnittsform abgespant wird. Dieses seitliche Anflachen des Baumstammes 10 erfolgt üblicherweise gleichzeitig an beiden Seiten des Baumstammes 10, der Übersichtlichkeit halber sind jedoch in den Fig. 1a bis 1c nur die Verhältnisse an einer Seite des Baumstammes 10 dargestellt.

Der nächste Verfahrensschritt, wie ihn Fig. 1b zeigt, besteht darin, an den seitlichen Rändern der beim Anflachen entstandenen angeflachten Oberfläche 20 Ecken herauszufräsen, die zum einen durch eine Ebene 15, die parallel zur Ebene 13 verläuft, und zum anderen durch Ebenen 16 definiert sind, die senkrecht zur Ebene 15 verlaufen, und zwar in der Höhe, in der der Übergang von Waldkante 11 und Nutzholz 12 an der abgeflachten Oberfläche 20 erscheint.

Die so definierten Ecken 17 werden gleichzeitig oder nachein­ ander mittels Eckenfräsern herausgefräst.

Wie Fig. 1c zeigt, kann nur in Richtung eines Pfeiles 18 in der Ebene 15 ein Trennschnitt angebracht werden, so daß eine Seitenware 19, im dargestellten Fall ein Seitenbrett, getrennt wird, das an allen seinen Begrenzungsflächen bearbeitet und waldkantenfrei ist.

Die Baumstämme 10 sind in ihrer Form natürlichen Gegebenheiten unterworfen und weisen teilweise einen stark unregelmäßigen Verlauf über ihre Länge auf. Man kann daher, wie dies die Fig. 2a und 2b zeigen, den Baumstamm 10 zu Anfang der Bear­ beitung oder auch nach dem einseitigen Anflachen vermessen, um die natürliche Kontur des Baumstammes 10 zu erfassen und danach die Position der Bearbeitungswerkzeuge so festzulegen, daß das Nutzholzvolumen optimal ausgenutzt wird.

In Fig. 2a erkennt man in Seitenansicht und in Fig. 2b in Draufsicht den Baumstamm 10 mit seiner Längsachse 21. In seitlichem Abstand befindet sich ein Meßgerät 22, das, wie mit einem Doppelpfeil 23 angedeutet, die Außenkontur des Baumstammes 10 vermißt, indem es sich relativ zum Baumstamm 10, und zwar parallel zu dessen Längsachse 21 in Richtung eines Pfeiles 24, bewegt.

Man erkennt aus den Fig. 2a und 2b deutlich, daß die dort gestrichelt eingezeichnete Seitenware 19 so in den Baumstamm 10 gelegt wurde, daß die Waldkantenreste 11a, 11b und 11c minimal sind.

Man kann nun mit Hilfe einer geeigneten Steuerungseinrichtung zunächst das zum Anflachen verwendete Spanwerkzeug in Richtung eines Pfeiles 25 bis an die Ebene 13 heranführen, wie in Fig. 2b gezeigt. Man kann nun in Richtung eines Pfeiles 26 aus Fig. 2b die seitliche Position der Eckenfräser bis hin zur Ebene 15 und in Richtung von Pfeilen 27, 28 in Fig. 2a die Vertikal­ position der Eckenfräser bis hin an die Ebenen 16 einstellen, so daß sich bei optimaler Holzausnutzung eine Seitenware 19 in der in den Fig. 2a und 2b gestrichelt eingezeichneten Form ergibt.

Die Fig. 3a bis 3c zeigen eine Vorrichtung zum erfindungsgemäßen Vermessen von Baumstämmen in weiteren Einzelheiten.

Zum Vermessen einer Oberfläche 39 des Baumstammes 10 ist zunächst ein erster Sender 46 oberhalb des Baumstammes 10 angeordnet und sendet nach unten ein erstes Strahlenbüschel 47 eines ersten Öffnungswinkels 48 aus, das wiederum von Begrenzungsstrahlen 49, 50 seitlich begrenzt ist. Das erste Strahlenbüschel 47 liegt in der Ebene 15.

In zu dem ersten Sender 46 symmetrischer Position befindet sich unterhalb des Baumstammes 10 ein nach oben gerichteter zweiter Sender 51, der ein zweites Strahlenbüschel 52 unter einem zweiten Öffnungswinkel 53 auf den Baumstamm 10 sendet, wobei das zweite Strahlenbüschel 52 wiederum von Begrenzungs­ strahlen 54, 55 begrenzt ist.

Ein Empfänger 65 mit einem dritten Öffnungswinkel 66, der Grenzen 67, 68 des Empfangsbereiches definiert, empfängt Signale 69, die von der Oberfläche 39 des Baumstammes 10 ausgehen.

Als Sender 46, 51 kommen Sender von Lichtstrahlen, insbesondere Laserstrahlen, Schallwellen, elektromagnetischen Wellen, Teilchenstrahlen u. dgl. in Frage.

In entsprechender Weise ist der Empfänger 65 so ausgebildet, daß er die jeweils verwendete Strahlenart empfangen und aus­ werten kann.

Der erste Sender 46 und der zweite Sender 51, deren Strahlen­ büschel 47 und 52 in der Ebene 15, d.h. der Arbeitsebene einer Trennsäge (vgl. Fig. 1c) liegen, erzeugen auf der Oberfläche 39 des Baumstammes 10 kurze Linien 80, 81, die die Radialebene 61 in Punkten 82 bzw. 83 schneiden.

Da der Empfänger 65 die Signale 69 nur in einer Radialebene 61 empfängt, bedeutet dies, daß der Empfänger 65 die Geraden 80 und 81 nur mit den Punkten 82 und 83 "sieht". Die von dem Empfänger 65 empfangenen Signale 69 werden nun einer Auswert­ einheit 75 über eine Datenleitung 76 übertragen, und die Auswerteinheit 75, die einen geeigneten Speicher zur Aufnahme aller Meßdaten des Baumstammes 10 enthält, bestimmt daraus die optimale Besäumkontur, d.h. den Weg der Eckenfräser, Trennsägen und Kappsägen, der zu einer in der Ausbeute, Länge o. dgl. optimierten Profilierung des Baumstammes 10 führt. Hierzu ist die Auswerteinheit 75 mit Ausgängen 77 versehen, die zu den verschiedenen Bearbeitungswerkzeugen führen.

Hat der Empfänger 65 beispielsweise einen axialen Verlauf der Punkte 82, 83 aufgenommen, der an einer Stelle ein ausgeprägtes Minimum aufweist, so kann die Auswerteinheit 75 die Eckenfräser in Richtung der Pfeile 27, 28 von Fig. 2a mit ihren Ebenen 16 so einstellen, daß ein Seitenbrett erzeugt wird, das bei maximaler Länge eine vorbestimmte Breite aufweist. Es können aber auch andere Optimierungsstrategien beim Profilieren des Baumstammes hinsichtlich der erzielbaren Fläche, des Preis-Er­ löses oder sonstiger holztechnischer Gegebenheiten verfolgt werden.

So können z.B. Steuerbefehle für die Eckenfräser abgeleitet werden, wenn in einem nachfolgenden oder gleichzeitigen Ar­ beitsgang weitere Ecken 85 aus dem Baumstamm 10 herausgefräst werden sollen, um ein Brett 84, eine andere Hauptware, zu erzeugen, wie dies in Fig. 3a angedeutet ist. Die Überlegungen hierzu erlauben, die Eckenfräser so zu positionieren, daß ein waldkantenfreies Hauptwarenbrett 84 oder ein solches mit definierter Waldkante entsteht. Es kann dabei durchaus sein, daß das Hauptwarenbrett 84 nicht symmetrisch zur Längsachse 21 angenommen wird, wenn der Verlauf der Waldkanten 11 im Bereich der beiden Ecken 85 stark unterschiedlich ist.

Durch 15a ist in Fig. 3a angedeutet, daß gleichzeitig oder nacheinander in verschiedenen hintereinander gestaffelten Ebenen 15, 15a Messungen mit denselben oder weiteren Sendern durchgeführt werden können, so daß im Extremfall sämtliche Ebenen des Baumstammes 10 in einem Arbeitsgang vermessen werden können oder auch durch kontinuierliches Variieren der Lage und des Abstandes der Ebenen ein virtuelles Profil des Baum­ stammes 10 aufgenommen werden kann, das eine optimale Holzaus­ beute gewährleistet.

Claims (4)

1. Verfahren zum Vermessen von Baumstämmen (10) mit den Verfahrensschritten:

• - Fördern der Baumstämme (10) in Richtung ihrer Längsachse (21),
• - Aussenden von Strahlen (49) auf eine Oberfläche (39) der Baumstämme (10);
• - Empfangen von von der Oberfläche (39) reflektierten Meßstrahlen (69);
• - Bestimmen von Steuersignalen aus den empfangenen Meßstrahlen (69) zur nachfolgenden Bearbeitung der Baumstämme (10);

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Meßstrahlen (49) nur in einer ersten Ebene (15) parallel zur Längsachse (21) auf die Oberfläche (39) ausgesandt werden, daß die reflektierten Meßstrahlen (69) in einer außerhalb der ersten Ebene (15) liegenden zweiten Ebene (61) empfangen werden,
• - daß der Abstand der ersten Ebene (15) von der Längsachse (21) variiert wird, und
• - daß aus den empfangenen Meßstrahlen (69) in Abhäng­ igkeit von der Variation des Abstandes eine räum­ liche Kontur der Baumstämme (10) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierten Meßstrahlen (69) in der zweiten Ebene (61) unter 90° zur Längsachse (21) empfangen werden.

3. Vorrichtung zum Vermessen von Baumstämmen (10) mit einem relativ zum Baumstamm (10) in Richtung (24) von dessen Längsachse (21) verfahrbaren Meßgerät (22), das von der Oberfläche (39) des Baumstammes (10) reflektierte Signale (69) empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sender (46) in seitlichem Abstand vom Baumstamm (10) angeordnet ist, daß der Sender (46) einen einzelnen Meßstrahl oder ein in einer ersten Ebene (15) verlaufendes Büschel von Meßstrahlen (49) erzeugt, daß ein Empfänger (65) außerhalb des Meßstrahles bzw. der Ebene (15) angeordnet ist, daß die erste Ebene (15) parallel zu einer Längsachse (21) des Baumstammes (10) verläuft und daß ihr Abstand von der Längsachse (21) einstellbar (15a) ist.