FI113294B - Menetelmä pölkyn tai vastaavan ominaissuureiden mittaamiseksi - Google Patents

Description

113294

MENETELMÄ PÖLKYN TAI VASTAAVAN OMINAISSUUREIDEN MITTAAMISEKSI

Keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto pölkyn tai vastaavan pitkänomaisen kappaleen ominaissuureiden, kuten esimer-5 kiksi, pituuden, halkaisijasuureiden, tilavuuden ja vajaalaadun mittaamiseksi, jossa menetelmässä pölkky kuljetetaan tunnetulla nopeudella kuvausaseman poikki, joka kuvausasema käsittää ainakin yhden pölkyn kuljetussuuntaa leikkaavan valotason ja tämän suhteen kiinteään kuvauskulmaan a asetetun videokameran 10 sekä tietokonelaitteiston, jotka on sovitettu laskemaan ja keräämään pölkyn pintaa kuvaavan kolmiulotteisen mallin pin-tapistejoukon peräkkäisistä kuvista pölkyn liikkuessa valotason läpi, jossa kunkin pisteen koordinaatit lasketaan kuvausgeomet-rian avulla, jonka mukaan kukin valotason muodostama piste 15 pölkyn pinnalla on katselukulman ja valotason leikkauksessa.

Suomalaisessa patentissa 64300 esitetään menetelmä ja laitteisto pölkkyjen pituuserottelemiseksi. Siinä pölkyt kuljetetaan valoverhon läpi. Kuvaus tapahtuu vastakkaiselta puolelta, 20 jolloin pölkky katkaisee valoverhon. Pölkyn ulkonevat alueet jäävät näkyviin, jonka avulla pölkyn pituus voidaan laskea. Tällä menetelmällä saadaan pölkyn kokonaispituus, joka sekin on epäluotettava, jos pölkkyyn sisältyy vajaalaatua. Laitteisto ei kykene erottamaan yleensä sitä tilannetta, jos kaksi pölkkyä on * t .;** 25 joutunut samaan kolaväliin.

Pölkyn pituuden lisäksi siitä halutaan tietää lukuisa määrä ominaissuureita, joita ovat halkaisijat eri kohdissa pölkkyä, j pölkyn kokonaistilavuus ja mahdollisen vajaalaadun osuus sekä 30 sijainti. Pölkyn päässä saattaa olla esimerkiksi liian ohutta pituutta tai pölkky saattaa olla ns. lenkopuu eli huomattavasti käyristynyt, joka tieto on myös oleellinen jatkokäsittelyä • · · » ,···. ajatellen.

• « * '·*’· 35 US-patenttijulkaisu 4,705, 401 esittää yleisen menetelmän koi- medimensionaalisen kappaleen pinnan digitoimiseksi. Julkaisun mukaan kappaletta pyöritetään ja sitä valaistaan kahdella • · rvalolähteellä, jotka muodostavat kaksi kuvauslinjan molemmin puolin asettuvaa valotasoa rajoittuen kappaleen kohdalla sen 40 pintaan. Kukin valotaso muodostaa havaittavan viivan kappaleen 2 113294 pinnassa. Valoviivan kunkin pisteen sijainti näkyy kunkin pisteen katselukulmassa kamerassa, jolloin kuvausgeometrian avulla pisteen koordinaatit voidaan laskea. Kappaletta pyöritettäessä syntyy peräkkäisistä kuvauksista pistesarjoja, jotka 5 voidaan liittää yhteen, kun tunnetaan kappaleen pyöritysnopeus.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uudenlainen menetelmä ja laitteisto pölkyn tai vastaavan pitkänomaisen kappaleen ominaissuureiden mittaamiseksi. Keksinnön mukaisen menetelmän 10 tunnusmerkilliset piirteet on esitetty oheisessa patenttivaatimuksessa 1 ja keksinnön mukaisen laitteiston tunnusmerkilliset piirteet on esitetty patenttivaatimuksessa 7. Keksinnön mukainen mittausmenetelmä on erityisen tarkka, kun käytetään sopivia suodatuksia eli poistetaan tiettyjen kriteerien mukaan tolerans-15 sialueiden ulkopuolelle jäävät pisteet. Tällaisia rungon ulkopuolisia pisteitä tuottavat mm. oksat, irronneet kuorenpalat ja mahdolliset häiriötekijät. Lisäksi kolien asema tunnetaan tarkasti ja niiden vaikutus voidaan helposti poistaa kuvasta. Pistejoukosta voidaan poistaa myös selvästi epäjatkuvuuden 20 aiheuttavat pisteet. Jäljelle jää joka tapauksessa huomattava määrä pintaa kuvaavia pisteitä, joihin sovitetaan kaarialkioita vastaten poikkileikkausympyrää. Jäljelle jäävät pisteet kussakin ; osajoukossa määräävät poikkileikkausympyrän ja sen keskipisteen, jolloin koko tukkia voidaan kuvata peräkkäisinä lieriöinä, jotka ,··. 25 on muodostettu lasketuista poikkileikkausympyröistä. Tukin kokonaistilavuus on yksinkertaisesti näitten lieriöiden yhteen-!!" laskettu tilavuus. Vajaalaadun määrittäminen käy yksinkertaises-

• M

*,,, ti laskemalla asetetun halkaisijakriteerin alittavien lieriöiden • » * ’·' * pituus yhteen. Tukin lenkous on ilmaistavissa laskettujen 30 ympyröiden keskipisteiden kautta kulkevan viivan poikkeamana .,!** suorasta viivasta.

* * *

* I

,,,·. Seuraavassa keksintöä kuvataan viittaamalla oheisiin kuviin, • ..t jotka käsittävät erästä keksinnön mukaista laitteistoa ja siinä * » 35 käytettävää laskentamenetelmää.

» · · : \* Kuva 1 esittää kuljetinlaitteiston poikkiasetettua kuvaus- järjestelyä sivulta nähtynä.

Kuva 2 esittää kuvan 1 laitteistoa kuljetussuunnassa nähtynä.

3 113294

Kuvat 3a ja 3b esittävät kuvausgeometriaa.

Kuva 4 esittää mittaustulosta aksonometrisenä esityksenä. Kuva 5 esittää kuvan 4 mittaustuloksista laskettuja poikki-leikkausympyröitä.

5

Kuvausasema on asennettu auringolta suojattuun katokseen kul-jetinlinjan 2 yläpuolelle. Kuljetinlinja 2 kuljettaa kolien 2.1 avulla pölkkyjä 1 kuvausaseman läpi, jolloin laservalolähet-timien 4 laservalotasot 4.1 pyyhkäisevät pölkyn yläpinnan 10 kauttaaltaan. Pölkyt pyritään lajittelemaan kolakuljettimelle 2 niin, että kussakin kolavälissä on vain yksi pölkky, mutta joskus kolaväliin joutuu toinenkin runkokappale, mikä laitteiston tulisi havaita. Kolakuljetin 2 on asetettu hieman (1 * — 5 ' ) ylöspäin viettäväksi, jolloin pölkyt 1 nojautuvat kevyesti kuvan 15 1 mukaisesti kolavälin oikeaan reunaan. Laitteistoon kuuluu nopeudentunnistin 5 ja tietokonelaitteisto 6, johon kamerat on yhdistetty.

Kuvassa 2 nähdään kameroiden 3 (7 kpl) ja laserlähettimien 20 (2x4kpl) sijoittelu 7 metrin kuljetinleveydelle. Kamerat 3 on asetettu 3,3 metrin korkeudelle. Kukin kamera mittaa 512 pikse-lin leveydeltä (50 kuvaa/s), mutta kameroiden kuvausalueet ; *: menevät jonkin verran päällekkäin. Kameroiden sivulla (25*-35’ ; _ kulmassa) on molemmin puolin 4 laservalolähetintä, joiden .· ·. 25 infrapunavalotasot 4.1 limittyvät myös keskenään. Sekä kamerat ;t 3 että molemmin puolin laservalolähettimet 4 niiden tasoineen !!*’ 4.1 on asetettu tarkasti samoille linjoille, jotka on esitetty • e · kuvassa 1.

• » * 30 Kamerat ovat tyyppiä JÄI 1560, valmistaja JÄI Oy, Suomi. Laser-valolähettimet ovat tyyppiä HAM4.8/2505; Power technology Inc, iit! USA. Nopeudentunnistimena käytetään Leine&Linden valmistamaa pulssianturia 09500001-2500 liitäntäkortilla CIO-CTR 05 Counter Timer; Computer Boards ja kuvaus käynnistetään valokenno lähe-‘K 35 tin-vastaanottoparilla SMT500 NG5 - SMR5525; Telco. Kuvankä- ; V sittelykortti eli kameraliitäntä on hakijan valmistama, malli “*·; BIP1024C ver 2.0. Tämä digitoi kameran analogisen videosig- 4 113294 naalin. Tietokonelaitteiston muodostaa PCQT Light Pentium 100 Mhz, valmistaja PCQT Svenska Ab.

Kuljettimen nopeutena voidaan esitetyllä laitteistolla käyttää 5 aluetta 0,15 - 0,3 m/s. Laservalolähteet muodostavat 7 m pitkän ja 5 mm paksun infrapunasäteen, joka pyyhkäisee pölkyn yli pölkyn läpäistessä valoverhon. Tyypillisessä kuvauksessa 3 m pitkästä ja 12 cm paksusta pölkystä saadaan noin 20 000 mittauspistettä. Mittausjärjestelmä määrittää kuvainformaation 10 perusteella pölkyn yläpuoliskon (noin 180°) muodon.

Kuvaus käynnistyy kuljettimen antamasta impulssista. Tätä tarkoitusta varten asetettu tunnistin 11, joka on kaaviollisesti esitetty kuvassa 1, käynnistää kuvauksen pölkyn saapuessa 15 ensimmäiselle laservalotasolle. Kuvaus päättyy valoviivan palattua alkuasemaan, jota on kuvassa merkitty kirjaimella C. Myös kuvauksen käynnistyminen voidaan toteuttaa kuva-analyysin avulla.

20 Kuvissa 3a ja 3b katselukulmia on merkitty viitenumerolla a ja β, joista kulma a merkitsee katselukulmaa sivuprojektiossa ja kulma β katselukulmaa kuljettimen suunnassa nähtynä. Kameran ; etäisyyttä kuljetintasosta on merkitty kirjaimella H ja lasket- tavan pisteen koordinaatteja x, y ja z. Kuva 3a vastaa kuvan 1 .··. 25 projektiota ja vastaavasti kuva 3b kuvan 2 projektiota. Laser- valotasojen kiinteää kulmaa kameralinjan suhteen on esitetty !!*' kirjaimella a. Nopeudentunnistin 5 antaa tiedon kuljettimen • * » *,„ nopeudesta v. Yksinkertaisten trigonometristen funktioiden * « · ’·* ’ avulla saadaan katselukulmien a ja β funktioina koordinaatit z, 30 x ja y hetkellä tn.

* » » * • t H tan (a) ..... 2 - -- ” tan (a)+tan(ö) * * *;· x„ =^tan (a)+vtn : v y„ =(tf-z„)tan(P) 5 113294

Mittauksen päätyttyä eli pölkyn ohitettua kuvausaseman tietokonemuistiin on saatu talletettua suuri joukko koordinaatteja (N on esim. 20000 kpl, kuten edellä). Saatu joukko koordinaatteja muodostaa pintapistejoukon x^y^zp . .. ;xN,yN,z„, joka muodostaa 5 kolmiulotteisen mallin pölkystä ja kuljetinlaitteen kolista sekä muista häiriötekijöistä.

Kuva 4 esittää erään tällaisen mittauksen tulosta aksonometrise-nä esityksenä. Tämän jälkeen suodatetaan ne pisteet pois, jotka 10 sattuvat kolien (2.1') alueelle. Seuraavaksi pistejoukosta muodostetaan pölkyn pitkittäissuunnassa osajoukkoja ...;xL,zL). Nämä osajoukot saadaan interpoloimalla tasavälein pitkittäissuunnassa eli tietyille y-arvoille χ,ζ-arvoja, jolloin ne muodostavat kutakin poikkileikkausta vastaavat pisteet. 15 Alustava säde saadaan vaihtoehtoisesti joko korkeimmasta pisteestä tai ensimmäisen ja viimeisen pisteen erotuksesta, mikä viimeksi mainittu antaa tarkemmin myös keskikohdan. Tämän alustavan ympyrän avulla suodatetaan valitun toleranssialueen Tx ulkopuolelle menevät pisteet, jonka jälkeen sovitetaan tar-20 kemmin ympyrän kaaria osajoukon pisteille. Aluksi laskenta suoritetaan pienellä pistemäärällä ja laskennan edistyessä pistemäärää kasvatetaan. Tässä voidaan käyttää esimerkiksi : sellaista kriteeriä valittaessa ympyrää ja sen keskikohtaa, että ^ ympyrän kaaren ja pisteiden välisten etäisyyksien neliösumma on ,·1·. 25 mahdollisimman pieni. Nämä ympyrät määräävät kullekin poikki- leikkaukselle keskipisteen xn,yn ja säteen rn, jotka ympyrät on esitetty kuvassa 5. Kustakin ympyrästä lasketaan vielä pitkit- * t täin lieriömäinen toleranssialue T2, jonka avulla poistetaan *’ ’ mitattuja pisteitä ja suoritetaan laskenta uudelleen. Tämän jäl- 30 keen saaduista ympyröistä lasketaan esimerkiksi 5 cm:n pätkissä lieriöitä Cn, joista kukin kuvaa pölkkyä omalta kohdaltansa.

I Lieriöiden määrä on tässä vaiheessa varsin rajallinen, mutta niillä voidaan laskea kaikki edellä mainitut ominaissuureet ... paitsi pituus, joka on laskettu aikaisemmin läpimittahavain- t » *; 35 tojen lukumäärän perusteella.

»

Claims (9)

1. Menetelmä pölkyn (1) tai vastaavan pitkänomaisen kappaleen ominaissuureiden, kuten esimerkiksi pituuden, halkai- 5 sijasuureiden, tilavuuden ja vajaalaadun mittaamiseksi, jossa menetelmässä pölkky (1) kuljetetaan tunnetulla nopeudella kuvausaseman poikki, joka kuvausasema käsittää ainakin yhden pölkyn kuljetussuuntaa leikkaavan valotason (4.1) ja tämän suhteen kiinteään kuvauskulmaan (a) asetetun videokameran (3) 10 sekä tietokonelaitteiston (6), jotka on sovitettu laskemaan ja keräämään pölkyn (1) pintaa kuvaavan kolmiulotteisen mallin pintapistejoukon (x17 ylf ζΎ; . . . ;xN, yN, zN) peräkkäisistä kuvista pölkyn liikkuessa valotason läpi, jossa kunkin pisteen koordinaatit lasketaan kuvausgeometrian avulla, jonka mukaan kukin 15 valotason (4.1) muodostama piste pölkyn (1) pinnalla on katselukulman (α,β) ja valotason (4.1) leikkauksessa, tunnettu siitä, että pölkkyä (1) kuljetetaan poikittain kuljetussuuntaan nähden pölkyn kulkiessa tällöin kuviteltua tasoa pitkin, ja 20 - valotaso (4.1) on asetettu leikkaamaan ajateltu pölkyn kuljetustaso kohtisuorassa kuljetussuuntaan nähden, ja pintapistejoukosta (x17 ylr z2; . . .;xN, yN, zN) interpoloidaan pölkyn pituussuunnassa määrävälein kunkin poikkileikkauk- * t i ·*·,, sen pisteiden osajoukko (yn (x17 zx; . . . ;xL, zL) ) , ja .···. 25 - kustakin saadusta osajoukosta lasketaan poikkileikkausta kuvaavan ympyrän säde (yn;rn) ja keskipisteen paikka (γη;χη-ζη)ί ja • »· *,,, - saatujen ympyröiden avulla muodostetaan laskennallisia » * · *’ peräkkäisiä elementtejä, esimerkiksi lieriöitä (Ca...CM), 30 joista halutut suureet lasketaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saadusta osajoukosta poistetaan sellaiset pisteet, ,···. jotka jäävät asetetun toleranssialueen (Tj) ulkopuolelle las- 35 kettuna apukaaresta, joka muodostetaan etsimällä maksimikorkeus t » t : *,· ja/tai maksimi vaakasuuntainen erotus ja laskemalla saadusta mitasta alustavasti apukaaren säde ja keskipiste. 7 113294

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saadusta osajoukosta poistetaan sellaiset pisteet, jotka poikkeavat läheisen osajoukon avulla lasketusta lieriöstä asetettua määrää (T2) enemmän. 5

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saadusta pistejoukosta poistetaan ne pisteet, jotka osuvat liikkuvien kuljetinvälineiden, esimerkiksi kolakuljettimien (2) kolien (2.1) kohdalle. 10

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuvaus käynnistetään kuljetinvälineen (2, 2.1) antaman impulssin avulla.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että kuvaus käynnistetään/pysäytetään kuva-analyysin perusteella.

6 113294

7. Laitteisto pölkyn (1) tai vastaavan pitkänomaisen 20 kappaleen ominaissuureiden, kuten esimerkiksi pituuden, halkaisi j asuureiden, tilavuuden ja vajaalaadun mittaamiseksi, johon laitteistoon kuuluu välineet (2,2.1) pölkyn (1) kuljettamiseksi kuvausaseman poikki, joka kuvausasema käsittää kuljetusnopeuden ^ tunnistimen (5), valolähteen (4) ainakin yhden pölkyn (1) ,··*, 25 kuljetussuuntaa leikkaavan valotason (4.1) aikaansaamiseksi ja « · ' tämän suhteen kiinteään kuvaus kulmaan (a) asetetun videokameran !!’’ (3) sekä tietokonelaitteiston (6), jotka on sovitettu laskemaan • < • i · •(>i ja keräämään pölkyn (1) pintaa kuvaavan kolmiulotteisen mallin pintapistejoukon (xlf y17 zlf· . . . ;xN, yN, zN) peräkkäisistä kuvista 30 pölkyn liikkuessa valotason (4.1) läpi, jossa kunkin pisteen koordinaatit lasketaan kuvausgeometrian avulla, jonka mukaan kukin valotason (4.1) muodostama piste pölkyn (1) pinnalla on katselukulman (α,β) ja valotason (4.1) leikkauksessa, tunnettu siitä, että 35. pölkyn (1) kuljetusvälineet (2, 2.1) on sovitettu kuljet- V tamaan pölkky poikittain kuljetussuuntaan nähden muodos- taen näin kuvitteellisen kuljetustason, ja 8 113294 valolähettimen (4) valotaso (4.1) on asetettu leikkaamaan ajateltu pölkyn (1) kuljetustaso kohtisuorassa kuljetus-suuntaan nähden, ja videokamera (3) on ns. puolijohdematriisikamera, ja 5 - tietokonelaitteisto on edelleen sovitettu suorittamaan laskelmat, jolla pintapistejoukosta (xlf ylf ζλ; . . . ;xN, yN, zN) interpoloidaan pölkyn pituussuunnassa määrävälein kunkin poikkileikkauksen pisteiden osajoukko (yn (xlA z1; . . . ;xL, zL) ) ja jolla kustakin saadusta osajoukosta lasketaan poik-10 kileikkausta kuvaavan ympyrän säde (yn;rn) ja keskipisteen paikka (yn;xn,zn), ja jolla muodostetaan laskennallisia peräkkäisiä elementtejä, esimerkiksi lieriöitä (¢^...(^) ja lasketaan niistä halutut suureet.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu useita rinnakkain asetettuja kameroita (3) ja useita niiden molemmin puolin symmetrisesti asetettuja, kaksi yhtenäistä valotasoa (4.1) muodostavia infrapunalaser-valolähteitä (4), ja että kamerat (3) on asetettu oleellisesti 20 kohtisuoraan kuljetussuuntaan nähden ja laservalolähteet 25'-35' kulmaan kuvauslinjaan nähden.

*; 9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kul j etinvälineet käsittävät kolakul j ettimen (2), .··. 25 joka on asetettu kuljettamaan kukin pölkky (1) hieman, l*-5‘ ylämäkeen, jolloin ne painautuvat kevyesti kolia (2.1) vasten. * * • * • M f · t · t * t » * * * · » · 9 113294 i i ! Patentkrav