DE4418036A1 - Einrichtung zum Erfassen des Querschnitts eines vorzugsweise runden Gegenstands mit Längsausdehnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erfassen des Querschnitts eines vorzugsweise runden Gegenstands mit Längsausdehnung, insbesondere eines Baumstamms, unter Ver­ wendung von reflektorisch arbeitenden Abstandsmeßeinrichtun­ gen, die vorzugsweise nach dem Ultraschallprinzip arbeiten.

Ein Verfahren zum Vermessen von Baumstämmen in einem Sägewerk ist beispielsweise aus der Druckschrift "Lignotron" der Siemens AG, Bestell-Nr. A 19100-E872-A180 bekannt. Bei diesem Verfahren wird mit Hilfe von drei Schattenbildkameras der mittlere Stammdurchmesser erfaßt. Zum andern kann der Krüm­ mungsverlauf längs des Stammes ermittelt werden. Dieser er­ gibt sich aus den fortlaufend ermittelten Ortskoordinaten des Zentrums des jeweiligen Schattenbildes. Derartige Einrich­ tungen haben sich im Betrieb bewährt, jedoch ist durch den Einsatz von Schattenbildkameras ein relativ hoher technischer Aufwand erforderlich.

Im Handel erhältlich sind nun inzwischen auch einfachere Anlagen für die Durchmesserbestimmung eines Baumstamms, die nicht mit Schattenbildkameras arbeiten, sondern bei denen aus drei Richtungen jeweils mittels eine Ultraschallsende/empfangs­ einrichtung der Abstand vom jeweils zu vermessenden Stamm bestimmt wird. Dabei ist jedoch je nach Durchmesser und Position des zu vermessenden Baumstammes mit relativ großen Meßtoleranzen zu rechnen.

Um hier Abhilfe zu schaffen, ist in der europäischen Patent­ anmeldung 93107101.3 bei Verwendung von reflektorisch arbei­ tenden Abstandsmeßeinrichtungen, die vorzugsweise nach dem Ultraschallprinzip arbeiten, vorgeschlagen worden, daß je­ weils mehrere Abstandsmeßeinrichtungen in einer Zeile neben­ einander angeordnet sind und daß von deren Abstandsmeßergeb­ nissen jeweils das kleinste Meßergebnis in einer elektroni­ schen Auswerteeinrichtung zur Durchmesserbestimmung und/oder Lagerbestimmung für das Zentrum herangezogen wird. Damit werden relativ präzise Messungen ermöglicht.

Wenn jedoch ein Gegenstand hinsichtlich seiner Querschnitts­ abmessung untersucht werden soll, ist es bei all diesen Einrichtungen erforderlich, daß jeweils aus mehreren Rich­ tungen heraus das zu erfassende Objekt zu vermessen ist. Eine derartige Vermessung, wie sie heute in größeren Sägewerken vorgenommen wird, ist jedoch bei Kleinanlagen nicht immer ohne weiteres möglich. Auch mobile Erntemaschinen, bei denen die Möglichkeit bestehen sollte, den jeweils aufgepackten Stamm zu vermessen, ermöglichen aufgrund ihrer Bauform kein Abscannen aus mehreren Richtungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß nur durch Vermessen des Stammes in einer Richtung ein zweidimensionales Quer­ schnittssignal über das zu vermessende Objekt gewonnen wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mehrere Abstandsmeßeinrichtung jeweils in einer Gruppe ne­ beneinander quer zur Längsrichtung angeordnet sind, daß zwei derartige Gruppen von gegenüberliegenden Seiten den Gegen­ stand in einer ersten Richtungsachse vermessen, daß ferner nach dem Lichtvorhangprinzip entlang der ersten Richtungs­ achse der Gegenstand angestrahlt wird und die resultierenden Schattenkanten die Ausdehnung des Gegenstandes in einer quer zur ersten Richtungsachse liegenden zweiten Richtungsachse angeben und daß eine Umsetzeranordnung aus den Abstandssigna­ len und dem Ausdehnungssignal den jeweiligen Querschnitt be­ stimmt.

Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Ausdehnungssignal als Leitsignal bestimmt wird, welche der Abstandsmeßeinrichtungen nicht auf den Gegenstand einwirken, und daß diese Abstandsmeßeinrich­ tungen nicht für die Messung aktiviert werden. Damit wird aufgrund des Meßergebnisses der optischen Führungsmessung die vorzugsweise einsetzbare Sonarmessung adaptiv ausgesteuert und ausgewertet. Erkennt die Führungsmessung ein relativ dünnes Meßobjekt, dann können die Abstandsmeßeinrichtungen, die das Meßobjekt nicht treffen würden also von vornherein ausgeblendet werden. Damit können zum einen Störungen auf­ grund unerwünschter Reflexionen vermieden werden, zum anderen kann bei zyklischer Ansteuerung der Abstandsmeßeinrichtungen die Zykluszeit deutlich verringert werden.

In diesem Zusammenhang erweist es sich ferner als vorteil­ haft, daß auch die nicht direkt auf das Zentrum des Gegen­ standes gerichteten Abstandsmeßeinrichtungen nicht aktiviert werden. Allerdings wird dadurch die Anzahl der auswertbaren Meßergebnisse selbstverständlich reduziert, was für den Fall von komplexen Auswertungen, wie diese beispielsweise für elliptische Objekte vorzusehen sind, einen gewissen Nachteil bedeutet.

Gerade für derartige komplexe Meßwertverarbeitungen erweist es sich nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung als vor­ teilhaft, daß aus der gemessenen Ausdehnung und der räumli­ chen Position der Abstandsmeßeinrichtungen jedem Abstands­ meßergebnis nicht nur ein Abstandskoordinatenwert sondern auch der jeweils zugehörige Querkoordinatenwert zugeordnet wird. Die sich dadurch ergebende Matrize von Meßwerten läßt sich rechnerisch relativ leicht auswerten. In diesem Zu­ sammenhang erweist es sich dann für den Normalbetrieb als sehr günstig, daß aus allen Koordinatenwerten eine dem Ge­ genstand angenäherte Ellipse bestimmt wird, da durch eine solche geometrische Figur schon eine gute Anpassung an tat­ sächliche Gegebenheiten erreicht wird.

Die Verwendung zweier verschiedener Meßprinzipien ermöglicht gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung eine Überprü­ fung der Werte der Abstandsmessung in Bezug auf die Ausdeh­ nung auf Plausibilität.

Dadurch, daß in Längsrichtung des Gegenstandes mehrere Ver­ messungen erfolgen, daß mittels Längsmeßeinrichtungen deren Position zueinander bestimmt wird und daß dadurch die Raum­ form eingegrenzt wird, können Anforderungen des Anlagenbe­ treibers hinsichtlich der Volumenerfassung, bedarfsweise auch Eichkriterien, relativ leicht erfüllt werden.

Die Möglichkeit, das Ausdehnungssignal als Leitsignal zu ver­ wenden, und die Tatsache, daß bei Objekten mit geringer Aus­ dehnung die Abstandserfassungen relativ schnell durchgeführt werden kann, ermöglicht es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, daß mit sinkender Ausdehnung die Geschwindig­ keit vergrößert wird, mit der die einzelnen Längsmessungen nacheinander erfolgen.

Weiterhin ist es auch möglich, daß die Abstandsmeßeinrich­ tungen frei verfahrbar sind. So können in Abhängigkeit von der Führungsmessung ein oder mehrere Abstandsmeßeinrichtungen motorisch nachgeführt werden. Diese Nachführung kann prin­ zipiell in allen geometrischen Ebenen stattfinden. Damit kann eine Optimierung der Abstandsmessung erfolgen. So könnte bei­ spielsweise eine Ausrichtung auf das vermutete Zentrum des Objekts realisiert werden oder es könnte auch eine Grobmeß­ fahrt mit anschließender gezielter Feinmeßfahrt ermöglicht werden. Ebenso wäre es denkbar, daß dadurch die Anzahl der zum Einsatz kommenden Abstandsmeßeinrichtungen verringert würde.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar­ gestellt und werden im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht auf eine Gesamtanlage,

Fig. 2 eine erste Meßanordnung mit nachgeschalteter Auswerte­ einrichtung in einer ersten Betriebsart,

Fig. 3 und 4 weitere mögliche Betriebsarten und

Fig. 5 eine weitere Meßanordnung.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist eine Einrichtung zum Ver­ messen und Sägen von Baumstämmen gezeigt, bei der beispiels­ weise ein Baumstamm BS auf Böcken B1 bis B6 aufliegt, auf die er mit Hilfe eines Kranes K transportiert worden ist. Entlang dieser Anordnung ist der Wagen W verfahrbar, wobei die je­ weilige Längsposition über Meßeinrichtungen ME lokalisierbar ist. Auf diesem Wagen W ist zum einen eine Meßanordnung MA1 vorgesehen, mit deren Hilfe eine Querschnittserfassung des Baumstammes BS erfolgen kann, zum andern ist auf diesen Wagen W eine Kappsäge KS angeordnet. Zum Koordinieren der Meßfahrt und der Sägevorgänge ist ferner auf diesen Wagen eine Bedienerkabine BK mit dem nötigen Equipment installiert.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 wird das Prinzip dargestellt, wie gemäß der Erfindung mit Hilfe der Meßanordnung MA1 die Querschnittserfassung des Baumstammes BS erfolgen kann. Die Meßanordnung MA1 möge sich dabei in Höhe des Bocks B5 be­ finden. Die Meßanordnung MA1 überspannt bügelförmig den Baumstamm BS. An den Schenkeln dieses Bügels sind zum einen Abstandsmeßeinrichtungen 1 bis 8 vorgesehen, bei denen es sich um sogenannte BEROs handeln kann, d. h. Abstandsmeßein­ richtungen nach dem Ultraschallreflexionsprinzip. Mit Hilfe dieser Abstandsmeßeinrichtungen 1 bis 8 können Werte für den Abstand der Kontur des Baumstammes BS zu diesen Abstandsmeß­ einrichtungen 1 bis 8 ermittelt werden. Ferner ist bei der Meßanordnung MA1 ein Lichtvorhang vorgesehen, der beispiels­ weise aus einem Lichtvorhangsender L1 bestehen kann, von dem aus parallel ausgerichtete Lichtstrahlen zu einem Lichtvor­ hangempfänger L2 gelangen. Damit kann vom Lichtvorhang­ empfänger L2 die Querausdehnung des Baumstamms BS ermittelt werden. Dieses Ausdehnungssignal kann dazu vom Lichtvorhang­ empfänger L2 an einen ersten Umsetzer U1 gelangen der je nach Größe und räumlicher Lage der detektierten Ausdehnung ein Ausgangssignal für einen zweiten Umsetzer U2 liefert, der dann gerade diejenigen Abstandsmeßeinrichtungen wirksam schaltet, die gemäß ihrer Position auf dem Baumstamm BS günstig ausgerichtet sind. Dieser Sachverhalt bei Ausgangs­ leitung des Umsetzers U2 dadurch angedeutet, daß acht Steuer­ leitungen für die Aktivierung der Abstandsmeßeinrichtung 1 bis 8 vorgesehen sind. Die von den Abstandsmeßeinrichtungen 1 bis 8 kommenden Abstandsmeßwerte gelangen dann ebenso über acht Signalleitungen an ein Rechenwerk R, wie auch das Aus­ dehnungssignal vom Umsetzer U1. Damit kann im Rechenwerk R der Querschnitt des Baumstammes BS errechnet werden und mit Hilfe der Ausgangssignale der Meßeinrichtung ME ist es auch möglich, zusätzlich die Längsausdehnung zu berücksichtigen, wodurch auch noch eine Volumenbestimmung erfolgen kann. Die Ausgangssignale des Rechenwerks R gelangen dann an weitere Verarbeitungseinrichtungen VE, beispielsweise Anzeigeein­ richtungen, Speichermedien und Steuereinrichtungen für die Kappsäge KS.

Die Wirksamschaltung der Abstandsmeßeinrichtungen 1 bis 8 adaptiv zum Ausdehnungssignal kann, wie es die Darstellung gemäß Fig. 3 zeigt, auch so erfolgen, daß nur die jeweils auf das Zentrum des zu erfassenden Objektes, in diesem Fall des Baumstammes BS ausgerichteten Abstandsmeßeinrichtungen 1 bis 8 wirksamgeschaltet werden, wie dies für die Position des Baumstammes BS in Höhe des Bockes B6 angedeutet ist. In die­ sem Fall sind nur die Abstandsmeßeinrichtungen 2 und 6 wirk­ sam.

In der Darstellung gemäß Fig. 4 ist gezeigt, welche Meßpunkte sich beim Scannen eines ovalen Objektes O1 ergeben, wenn sämtliche Abstandsmeßeinrichtungen 1 bis 8 wirksam sind und wenn ferner durch den Lichtvorgang bestehend aus dem Licht­ vorhangsender L1 und dem Lichtvorhangempfänger L2, die Ober- und Unterkante des Objektes O1 erfaßt wird. Diese Orte sind durch ausgefüllte Punkte dargestellt. Bei acht Abstandsmeß­ einrichtungen 1 bis 8 ergeben sich damit acht Abstandswerte, denen jeweils entsprechend der Position der Abstandsmeßein­ richtungen 1 bis 8 auch jeweils eine von vier Koordinaten­ werte in Ausdehnungsrichtung zugeordnet werden kann. Diese vollständig definierten Orte sind dabei mit I bis VIII be­ zeichnet. Ferner ergeben sich durch die Lage der Schatten­ kante und durch Mitteln der Entfernung zwischen den Orten I und V sowie IV und VIII zwei weitere Orte des Objekts O1. Aus der Gesamtheit aller Orte I bis X kann man rechnerisch ein das Objekt O1 beschreibende Figur, beispielsweise eine Ellipse ermitteln.

In der Darstellung gemäß Fig. 5 ist angedeutet, daß eine Meß­ anordnung, in diesem Fall eine Meßanordnung MA2 auch so aus­ gebildet sein kann, daß deren Schenkel verfahrbar sind, wie dies durch Doppelpfeile X1 und X2 angedeutet ist, und daß die Abstandsmeßeinrichtungen so verfahrbar sind, wie diese durch Doppelpfeile Y1 und Y2 angedeutet ist. Im Ausführungsbeispiel möge dabei ein Objekt O2 vermessen werden.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Erfassen des Querschnitts eines vorzugs­ weise runden Gegenstands mit Längsausdehnung, insbesondere eines Baumstamms, unter Verwendung von reflektorisch arbei­ tenden Abstandsmeßeinrichtungen, die vorzugsweise nach dem Ultraschallprinzip arbeiten, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Abstandsmeßeinrichtungen (1 bis 8) jeweils in einer Gruppe nebeneinander quer zur Längs­ richtung angeordnet sind, daß zwei derartige Gruppen (1 bis 4, 5 bis 8) von gegenüberliegenden Seiten den Gegenstand (BS, 01, 02) in einer ersten Richtungsachse vermessen, daß ferner nach dem Lichtvorhangprinzip entlang der ersten Richtungs­ achse der Gegenstand (BS, 01, 02) angestrahlt wird und die resultierenden Schattenkanten die Ausdehnung des Gegenstandes (BS, 01, 02) in einer quer zur ersten Richtungsachse liegenden zweiten Richtungsachse angeben und daß eine Umsetzeranordnung (U1, U2, R) aus den Abstandssignalen und aus dem Ausdehnungs­ signal den jeweiligen Querschnitt bestimmt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß aus dem Ausdehnungssignal als Leitsignal bestimmt wird, welche der Abstandsmeßeinrichtungen (1 bis 8) nicht auf den Gegenstand (BS; Fig. 2) einwirken, und daß diese Abstandsmeßeinrichtungen (1, 5) nicht für die Mes­ sung aktiviert werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auch die nicht direkt auf das Zentrum des Gegenstandes (BS; Fig. 3) gerichteten Abstands­ meßeinrichtungen (3, 4, 7, 8) nicht aktiviert werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß aus der gemessenen Ausdehnung und räumlichen Position der Abstandsmeßeinrichtungen jedem Abstandsmeßergebnis nicht nur ein Abstandskoordinatenwert sondern auch der jeweils zugehörige Querkoordinatenwert zu­ geordnet wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß aus allen Koordinatenwerten eine dem Gegenstand (BS, 01, 02) angenäherte Ellipse bestimmt wird.

6. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Werte der Abstandsmessung in Bezug auf die Ausdehnung in einem Rechen­ werk (R) auf Plausibilität geprüft werden.

7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß in Längs­ richtung des Gegenstandes (BS, 01, 02) mehrere Vermessungen er­ folgen, daß mittels Längsmeßeinrichtungen (ME) deren Position zueinander bestimmt wird und daß dadurch die Raumform ein­ gegrenzt wird.

8. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß mit sinkender Ausdehnung die Geschwindigkeit vergrößert wird, mit der die einzelnen Längsmessungen nacheinander erfolgen.

9. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abstands­ meßeinrichtungen (1 bis 8) frei verfahrbar sind.