DE8490019U1 - Vorrichtung zur Bestimmung der gewünschten Mittellinie eines zylindrischen Gegenstandes, z.B. eines Holzblocks - Google Patents
Vorrichtung zur Bestimmung der gewünschten Mittellinie eines zylindrischen Gegenstandes, z.B. eines HolzblocksInfo
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Description
-' 4 - I H. Ui. 1985
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung
einer gewünschten Mittellinie eines zylindrischen Gegen-Standes, z.B. eines Holzblockes, mit einer Zentriervorrichtung
für den zylindrischen Gegenstand und einer Meßeinrichtung zur Feststellung und Bestimmung (Messung) der
Durchmesser des zylindrischen Gegenstandes an verschiedenen
Stellen desselben.
In der Sperrholzindustrie wird das Furnier aus dem Holzblock
mit einer speziell ausgelegten Furnierschälmaschine abgedreht. Diese Drehmaschine ist mit einer Messer-(Meiöel-) .·;'
anordnung, Spindeln und einer Zentrierungs(Positionierungs)- ||
vorrichtung ausgerüstet, die den zu drehenden Block zu l·'
den Spindeln bringt. Da die Form der Holzblöcke ungleichmäßig
ist, ist es wichtig, daß die Zentrierungsvorrichtung den Block so positioniert, daß das zu gewinnende Furnier
mit einer möglichst großen Länge ganz unversehrt und fehlerlos ist. Dadurch wird eine bessere Verwendung des Rohstoffs
sichergestellt.
Allgemein weisen die Zentrierungsvorrichtungen drei Backen oder Messer auf, die den Holzblock gleichzeitig zwischen
den Blockenden einspannen. Die Einspannpunkte des Blockes bilden drei Punkte eines Kreises. Dieses System funktioniert
nur im Falle eines fehlerlosen Zylinders einwandfrei, und ein Holzblock ist kein solcher. Stattdessen
k^nn man bei Holzblöcken u.a. folgende Fehlerquellen unterscheiden:
- Der Querschnitt des Blockes ist der Form nach ungleichmäßig,
wobei nur die genannten drei Punkte mit dem durch die Zentriereinrichtung bestimmten Umdrehungsmittelpunkt
des Blockes übereinstimmen;
- Der Block ist (in der Längsrichtung) immer etwas verbogen, weshalb die Mittelachsen, die sich durch die zwei
Zentrierungsvorrichtungen ergeben, nicht unbedingt übereinstimmen
;
5 -
Il ti··
- 5 - IB.Π 3.1985
- Das Holz wird immer etwas deformiert, wenn es in der
Zentrierungsvorrichtung gespannt wird, was die Zentrierung
beeinträchtigt;
- Äste, Löcher und andere UngleichmäOigkeiten·im Angriffsbereich
der Backen der Zentrierungsvorrichtung an dem Block
verursachen einen großen Rohstoffverlust.
7υr 0 b β r w i π d υ η π dieser Problerne ist wRrsiirht wnrrlfin. mit
Ultraschall die Dicke des Blocks messende Vorrichtungen zu verwenden, um so die Positionierung zu vereinfachen.
Der Nachteil dieser Vorrichtung' liegt jedoch darin, daß
Ultraschall keine zuverlässige Maßnahme zur Messung eines so inhomogenen Materials wie Holz ist. Obendrein erhält
man keine Information über die Geradheit des Blocks.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine neuartige, vollautomatische Zentrierungs-(Positionierungs-) vorrichtung
zu schaffen, die an den vorhandenen mechanischen Zentrierungsvorrichtungen
montiert werden kann, so daß der Arbeitsablauf nicht verzögert wird, weil die Zentrierung von
der Drehmaschine getrennt während des Drehens eines anderen
Blocks erfolgt.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß
Meßeinrichtung und Zentrierungsvorrichtung relativ zueinander in unterschiedliche Winkelpositionen bewegbar
sind, daß die Meßeinrichtung mindestens eine Kamera zur Aufzeichnung von Bildern des zylindrischen Gegenstandes
unter verschiedenen Winkeln umfaßt und daß die Vorrichtung mindestens jeweils einen Speichel- zum Speichern der erzeugten
Bilder sowie einen Rechner zum Errechnen der erwünschten Mittellinie des zylindrischen Gegenstandes umfaßt.
Auf diese Weise können der Durchmesser des Blocks und seine Veränderungen kontinuierlich mit der Kamera oder
sonstigen herkömmlichen Bilderzeugungsanordnungen überwacht
bzw. registriert werden, wobei die von ihnen aufgenommenen
- 6 - 18.03.19B5
Bilder in dem - elektronischen - Speicher gespeichert werden und zum Zwecke der Auswertung fortwährend zur Verfügung
stehen. Die gewünschte Mittellinie des zylindrischen
Gegenstandes wird mit Hilfe üblicher Rechenverfahren aus
dem jeweils am besten geeigneten Bild errechnet. Das von der Vorrichtung umfaßte, sich auf Licht gründende Bilderzeugungssystem
ist unter allen Verhältnissen schnell und zuverlässiq. Die Möglichkeit, Bilder von ungleichmäßig
geformten Gegenständen aus verschiedenen Richtungen anzufertigen, macht es möglich, ein dreidimensionales Bild auf
dem Computer zu erzeugen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist die Zentrierungsvorrichtung Bestandteil einer der Bearbeitung des zylindrischen Gegenstandes dienenden
Bearbeitungsvorrichtung, z.B. einer Drehmaschine, deren
Spindeln eine Maschinenmittellinie bestimmen, und die Spannelemente der Zentrierungsvorrichtung können in normaler
Zuführstellung des zylindrischen Gegenstandes eine mit der Maschinenmittellinie fluchtende Spannmittellinie Q bilden
und mit dieser Spannmittellinie in eine zur Maschinenmittellinie parallele Position bewegbar sein.
Vorzugsweise kann die Zentrierungsvorrichtung stufenweise hinsichtlich der Winkelposition des in ihr eingespannten
zylindrischen Gegenstandes verstellbar und die Kamera stationär sein, so daß der Gegenstand mittels der Zentriervorrichtung
van einem Betrachtungswinkel stufenweise zu einem anderen unter Anwendung einer vorbestimmten Zahl
von Winkeln gedreht werden kann, während die Bildaufnahmeanordnung stationär bleibt. Diese Anwendungsart ist die
einfachste, da man sonst die empfindlichen Kameras bewegen müßte.
Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform der
Erfindung sind zwei Aufnahmeanordnungen vorgesehen, die
- 7 - 18.03.1985
zueinander in einem Winkel von 90 ο angeordnet sind. Dadurch braucht man den Gegenstand nur um 9Oo zu drehen,
um die notwendigen Bilder zu erhalten.
Vorteilhafterweise besteht die Aufnahmeanordnung aus wenigstens
einer Rasterdiodenkamera. Eine Rasterdiodenkamera ist einfach und wegen der leichten Sondierung der Bildelemente
für Anwendungen dieser Art sehr geeignet.
Die Zentrierungsvorrichtung Kann gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform der Erfindung an drehbaren Bögen
befestigt sein, die zum Drehen der Zentrierungsvorrichtung um deren Mittellinie angeordnet sind, und die Zentrierungsvorrichtung kann mit Hilfe von Stelltrieben vertikal und
horizontal verstellbar sein. Beim Verstellen der Zentrierungsvorrichtung nach vorn oder zurück können die
Bewegungen mittels eingebauter Vorrichtungen, z.B. eines Hydraulikzylinders, vorgenommen werden.
Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung zwei (Bilder erzeugende) Aufnahmeanordnungen wie Rasterdiodenkameras vorgesehen,
die zueinander in einem Winkel von 9Oo montiert sind, wobei die Zentrierungsvorrichtung vorteilhafterweise auf
den Bögen ebenfalls um 9Oo drehbar ist. Diese Lösung hat
den Vorteil von leicht zu betätigenden Rasterdiodenkameras, und da nur zwei erforderlich sind, ist der Aufbau der
Vorrichtung einfach.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn zur Steuerung Beobachtung und Feststellung der Drehbewegungen der Bögen ein
einen Impuls erzeugender Winkeldetektor vorgesehen ist, der die Kameras in den gewünschten Abständen betätigt.
Bßi rl er erfindungsgemäOen Vorrichtung werden die gespeicher-5
hen Bilder verwendet, um Rechtecke zu erzeugen, die die
Nutzungsdtirnhmesser der verschiedenen Projektionen des
"- 8 - 18.03.1985
Gegenstandes abgeben. Diese nutzbaren Durchbesser sind parallel zu der Hittellinie der Zentrierungsvorrichtung,
und dies erfolgt durch Hessen des Durchmessers des Gegenstandes an mehreren Stellen. Auf der Grundlage der ver-
schiedenen Projektionen ist es möglich, ein Vergleichsmaß der Menge an unversehrtem Holz in dem Block zu gewinnen,
was eine wichtige Information für das Schneiden durch Drehen darstellt. Der Nutzungsdurchmesser des Gegenstandes
wird dadurch bestimmt, daß die Entfernung von der Mittel
linie der Zentrierungsvorrichtung zu den Konturen des Bil
des des Gegenstandes paarweise gemessen wird. So ist der Nutzungsdurchmesser ein Ergebnis der kleinsten Summe dieser
Wertpaare, und die Lage der Mittellinie des Nutzungsdurchmessers wird im Verhältnis zu der Mittellinie der Zentrie-
rungsvorrichtung dadurch ermittelt, daß man die genannte Summe durch zwei teilt und vergleicht. Die Lage der Rechtecke in der Betrachtungsebene wird im Verhältnis zu der
bekannten Mittellinie der Zentrierungsvorrichtung registriert, wodurch die Hittellinien der Rechtecke und ihre
Entfernung zu der Hittellinie der Zentrierungsvorrichtung bestimmt werden können.
Um die Mittellinie mit großer Genauigkeit so plazieren zu können, so daß aus dem Block sehr viel fehlerfreies
Furnier wie möglich geschnitten werden kann, werden zwei Rechtecke zur Ermittlung der gewünschten Mittellinie gewählt. Als Basis wird das Bild, das das kleinste Rechteck
eVhältj gewählt. Danach wird ein weiteres Rechteck gewählt,
das in einem zu dem ersten im rechten Winkel aufgenommenen
Bild enthalten ist. Die Rechnerlogik erzeugt zwei Ebenen,
die zu den Betrachtungswinkeln parallel und von den Mittellinien der Rechtecke bestimmt sind. Außerdem erzeugt sie
die gewünschte Mittellinie eines im wesentlichen unversehrten Zylinders als Schnittlinie dieser Ebenen und er-
rechnet mit Hilfe eines einfachen Algorithmus die Komponenten der Entfernung dieser neuen Mittellinie von der
- 9 - 18.03.19B5
Mittellinie der Zentrierungsvorrichtung. Die Lage der gesuchten Mittellinie kann errechnet werden, da ihre Entfernung von der Mittellinie der Zentrierungsvorrichtung
aus zwei verschiedenen Richtungen bekannt ist. Die Berechnung selbst ist trivial und kann unter Verwendung von ver
schiedenen Verfahren und Koordinaten durchgeführt werden, weshalb sie hier nicht genauer beschrieben wird.
Bei der Bildung der Rechtecke in den Bildern werden kleinere Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche des Gegenstandes
nach einer vorbestimmten Regel außer acht gelassen; anderenfalls würde die Größe der Rechtecke unverhältnismäßig reduziert werden. Die größte Höhe des Rechtecks ist gleich
dem kleinsten Radius des Gegenstandes. Wenn eine kleinere Kerbe, Vertiefung o.a. am Ende des Blockes den kleinsten
Radius der Projektion des Blockes entscheidend reduzieren würde, gäbe '-ies ein fehlerhaftes Bild von der Größe der
drehbaren Holzfläche des Blockes. Darüber hinaus würde dies auch die Bestimmung der optimalen Mittellinie in
späteren Zeitpunkten erschweren.
Das von einer Kamera oder einem anderen Gerät aufgenommene Bild kann der auf eine geeignete Unterlage projizierte
Schatten des Gegenstandes sein. Das Schattenbild gibt zu diesem Zweck ausreichende Informationen. Die hierdurch
erzielbaren Vorteile sind die Einfachheit der Ausrüstung und die gute Auflösung dank der Verwendung von nur zwei
'
Zuständen (schwarz und weiß).
in
eingegeben, die mit Hilfe von Stellvorrichtungen die Zentrierungsvorrichtung betätigt, um die optimale Mittellinie
i; als neue Mittellinie für die Zentrierungsvorrichtung einzustellen.
35
- 10 - 19.03.3985
beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei...
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Zentrierungsvorrichtung nach der Erfindung, und zwar a) in
der Holzblock-Anfangsstellung vor dem Messen und b) in der Holzblock-Endstellung nach
Beendigung der Messungen zeigt;
- 11 - 06.09.19R4
Fiη. 7 einen Querschnitt des Holzfolocks mit den
Grollen und Bildern zeigt, dig zur Verwirklichung
des \/erfahrt ns nach der Erfinung
notwendig sind;
Π5
Π5
Fig. 3 ein praktisches Beispiel der richtigen Zentrierung eines Holzblocks darstellt.
Der Block 3 wird in der in Fig. la dargestellten Lage die
(Positionierungs-)Zentrierungsvorrichtung 4 gebracht, und
an beiden Enden an drei Punkten so eingespannt, daß die Mittellinie mit der Mittellinie der Spindeln der Drehmaschine
parallel ist. Die Stellvorrichtungen (Stelltriebe) i
und 6 befinden sich in ihrer Ni? rmalstellung.
15
Die Rasterdiodenkameras 1 und 2 sind so angeordnet, daß der Schnittpunkt ihrer Mittellinien der Spindellinie der
Drehmaschine entspricht, die horizontal von der wirklichen Mittellinie der Spindel um den gleichen Abstand versetzt
2Π ist, der dem Weg der Stellvorrichtung 7 entspricht.
In dieser Situation werden die Zentrierungsvorrichtung 4 und der Block 3 mit den Bögen B um 90° gedreht, bis die
in Fig. Ib gezeigte Stellung erreicht ist. Während der
Drehung von Block und Zentrierungsvorrichtung werden die Winkel von dem Detektor 9 gemessen, wobei die Kameras 1 unc
2 alle 5° betätigt werden. In einem Winkel von 90° zueinander messen die Kameras den Nutzdurchmesser des Blocks
über einen Bereich von IBOo desselben, was der Messung
des Durchmessers des Blocks in Abständen von 5° entspricht.
Der Durchmesser wird an mehreren Stellen in der Längsrichtung
des Blocks gemessen. Die Messungen werden verwendet, um den geringsten Nutzdurchmesser des Blocks zu identifizieren,
und der Winkel, bei dem dieser gefunden wurde,
- 12
- 12 - 04.09.1984
wird aufgezeichnet.
Der Drehwinkel, der geringste nutzbare Durchmesser und
der ihm entsprechende Durchmesser eines Querschnitts in
fl§ einem Winkel von 9Oo dazu bilden die Daten, die die Lage
der Mittellinie des größten unversehrten Zylinders, der aus dem Block erzielbar ist, angeben. Diese Daten werden
der Steuerlogik (z.B. ein Prozeßrechner) eingegeben, die mit Hilfe der Stellvorrichtung 5 und 6 die optimale Mittel
linie des Blocks so ausrichtet, daß sie mit der Mittel
linie der Spindeln übereinstimmt. Die Bewegung wird mit dem Antrieb 7 ausgeführt.
3 verwendet wird, um die optimale Mittellinie zu finden. Der Holzblock ist an seinen beiden Enden an den Punkten
A, B und C, die sich also nicht unbedint in der Ebene des Bildes befinden müssen, in der Zentrierungovorrichtung
gehalten. Die strichpunktierten Linien D und E sind die
Mittellinien der entsprechenden Kameras 2 und 1 (hier nicht
gezeigt), und sie schneiden sich auf der Normalmittellinie der Zentrierungsvorrichtung an einer Stelle, die mit Q
bezeichnet ist. Dieses ist der Koordinatenanfang der Koordinaten xy. Es sei einmal angenommen, daß der in der
Figur zu sehende Querschnitt des Blocks den ungünstigsten Durchmesser des Blocks darstellt, der, während der Block
gedreht wird, mit der Raaterdiodenkamera 2 (nicht gezeigt) festgestellt wird, indem von ihrer Mittellinie D die Entfernungen a und b zu den Konturen des Blocks an mehreren
Stellen entlang des Blocks gemessen werden. Die Lage der Mittellinie F des kleinsten Durchmessers im Verhältnis
zu D wird einfach durch die Rechenoperation (a+b)/2 ermittelt.
Nachdem man den kleinsten Durchmesser a + b gefunden hat, stellt der Speicher des Computers die von der Kamera 1
- 13 - Πή.09.1984
in dem entsprechenden Drehwinkel gewonnenen Daten bereit.
Diese umfassen die von der Mittellinie E zu den Konturen des Blocks gemessenen Entfernungen c und d sowie die aus
diesen errechnete Lage (c+d)/2 der Mittellinie G des BiI-
des. Hier hat man der Klarheit wegen die beiden Messungen
so dargestellt, als ob sie in derselben Ebene erfolgten, aber im allgemeinen ist das natürlich nicht der Fall, weil
die kleinsten Durchmesser, die die Nutzdurchmesser bestimmter Projektionen bestimmen, sich an unterschiedlichen
Die Mittellinie F und G der Durchmesser schneiden sich im
Punkt P. Dieser ist zugleich die gewünschte optimale Mittellinie für den Block, und ihre Lage im Verhältnis zu der
Normalmittellinie der Zentrierungsvorrichtung kann leicht
errechnet werden. In rechtwinkligen Koordinaten werden Abweichungen als/^x und Z^ y dargestellt. Diese werden
den Stellvorrichtungen zugeführt, die die notwendigen Einstellungen bewirken, damit die optimale Mittellinie mit
der Spindellinie der Drehmaschine übereinstimmt.
Fig. 2 zeigt auch den Querschnitt des größten Zylinders H sowie den Querschnitt des durch Optimierung zu gewinnenden Zylinders I.
25
k
Ein anderes Beispiel der Vorteile, die mit Hilfe dieses
ΐ Verfahrens erzielbar sind, ist in Fig. 3 dargestellt, die
jjj eine Seitenansicht der Berichtigung der Mittellinie, die
mit Δζ markiert ist, zeigt. Man erkennt, daß die Korrek-
,, 30 tür der Mittellinie an verschiedenen Stellen des Blocks
ώ variiert. Das ist auf die ungleichmäßigen Formen des
U
Blocks und die daraus resultierende abweichende Einspan-
nung des Blocks in der Zentrierungsvorrichtung zurückzu-
j
führen.
* 3 5
'2
Einem Fachmann der Branche ist es klar, daß sich die ver-
§ schiedenen Anwendungsformen der Erfindung nicht auf die
oben angeführten Beispiele beschränken, sondern im Rahmen
der folgenden PatmiLknprüche variieren können.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur Bestimmung einer gewünschten Mittellinie (P) eines im wesentlichen zylindrischen Gegenstandes,
z.B. eines Holzblocks mit einer Zentrierungsvorrichtung für den zylindrischen Gegenstand und einer Meßeinrichtung
zur Feststellung und Bsstimmung (Messung) der Durchmesser des zylindrischen Gegenstandes an verschiedenen Stellen
desselben, dadurch gekennzt ichnet daß Meßeinrichtung (1, 2) und Zentrierungsvcrrichtung (4)
relativ zueinander in unterschiedliche Winkelpositionen bewegbar sind, daß die Meßeinrichtung mindestens eine
Kamera (1, 2) zum Aufzeichnen von Bildern des zylindrischen Gegenstandes (3) unter verschiedenen Winkeln umfaßt
und daß die Vorrichtung mindestens jeweils einen Speicher zum Speichern der erzeugten Bilder sowie einen
Rechner zum Errechnen der gewünschten Mittellinie (P) des zylindrischen Gegenstandes (3) umfaßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zentrierungsvorrichtung
(4) Bestandteil einer der Bearbeitung des
zylindrischen Gegenstandes dienenden Bearbeitungsvorrichtung,
z.B. einer Drehmaschine, ist, deren Spindeln eine Maschinenmittellinie bestimmen, und daß Spannele-
- 2 - IR.03.1985
mente der Zentrierungsvorrichtung (4) in normaler Zuführstellung
des zylindrischen Gegenstandes eine mit der Maschinenmittellinie fluchtende Spannmittellinie
(Q) bilden sowie mit dieser Spannmittellinie in eine zur
Maschinenmittellinie parallele Position bewegbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zentrierungsvorrichtung (4) stufenweise hinsichtlich der Winkel-
position des in ihr eingespannten zylindrischen Gegenstandes (3) verstellbar und die Kamera (1, 2) stationär
ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a durch gekennzeichnet, daß zwei
Kameras (1, 2) vorgesehen sind, die in einem Winkel von 9Oo zueinander angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a durch
gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung mindestens eine Rasterdiodenkamera aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a durch
gekennzeichnet, daß die Zentrierungsvorrichtung (4) an drehbaren Bögen (8) befestigt
ist, die zum Drehen der Zentrierungsvorrichtung
(4) um deren Mittellinie (Q) angeordnet sind, und daß die Zentrierungsvorric-htu.vg (4) mit Hilfe von Stelltrieben
(5, 6) vertikal und horizontal verstellbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche J bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie
zwei Rasterdiodenkameras (1, 2) umfaßt, die ir. einem
Jl Winkel von 9Oo zueinander montiert sind, und daß die
Zentrierungsvorrichtung (4) um 9Oo drehbar ist.
- 3 - 1 Π . (H . I <H
B. Vorrichtung nach einem der Anspruch« 1 bis 7, d a durch
gekennzeichnet, daG zur
Beobachtung bzw. Feststellung der Drehbewegung der
Bögen (8) ein die Kameras (1, 2) zur Aufzeichnung in
den gewünschten Abständen betätigender Winkeldetektor
(9) vorgesehen ist.
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| DE19843490009 Withdrawn DE3490009T1 (de) | 1983-01-06 | 1984-01-06 | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der gewünschten Mittellinie eines zylindrischen Gegenstandes, z.B. eines Holzblocks |
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1987
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