FI63835B - Foerfarande foer identifiering av ett virkes ytegenskaper - Google Patents

Description

63835

Menetelmä puutavaran pinnan ominaisuuksien tunnistamiseksi Förfarande för identifiering av ett virkes ytegenskaper

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään puutavaran, erityisesti sahatavaran ja vanerin pinnan ominaisuuksien automaattiseen tunnistamiseen virheiden ja laadun määrityksessä .

5 Sahatavara ja vanerituotteet luokitellaan tuotteen pinnan ominaisuuksien mukaisesti eri tarkoituksiin käytettäväksi. Tärkeimpiä laatuun (ja lujuuteen) vaikuttavia tekijöitä ovat oksat, lahoviat, sinistymät, vajaasärmät, vinosyisyys, toukkien kolot ja mekaaniset viat. Lauta- ja vanerituotteiden 10 hinta määräytyy laatuluokan perusteella.

Nykyisin käytössä olevat puutavaran pintojen ominaisuuksien tai virheiden tunnistusmenetelmät perustuvat kohteeseen erityisin geometrisin järjestelyin suunnatun sähkömagneettisen säteilyn ko. pinnasta sironneen tai läpimenneen säteilyn 15 intensiteettitason seurantaan. Käytetystä säteilylähteestä riippuen on ilmaisuun käytetty erilaisia valo- ja säteilyn-ilmaisimia sekä video- ja diodimatriisikameroita. Kameroita käytettäessä turvaudutaan usein tietokonekapasiteetiltaan vaativiin kuvankäsittely- ja hahmontunnistusalgoritemihin.

20 Eri vikojen selville saamiseksi on käytetty useita eri aallonpituuksia ja vastaavasti erilaisia aallonpituussuodat-timia ilmaisimien tai kameroiden yhteydessä.

Erityisen sopivia säteilylähteitä pintojen tutkimiseksi ovat laserit, joista saadaan voimakas, monokromaattinen, kollimoi-25 tu, koherentti ja usein lineaarisesti polarisoitu valonsäde. Lasersäde on helppo poikkeuttaa niin, että koko tutkittava pinta voidaan analysoida. Se on myös mahdollista fokusoida hyvin pieneksi pisteeksi, jolloin pientenkin, mikrometrien suuruusluokkaa olevien pinnan osien tutkiminen käy päänsä.

30 Esillä oleva keksintö perustuu lineaaristi polarisoidun 2 63835 säteilyn sironnassa tapahtuvan depolarisoitumisen hyväksikäyttöön. Sironneen säteilyn depolarisoitumiseffektiä on aikaisemmin, kuten US-patentista 3,904,293 ilmenee, ehdotettu käytettäväksi tienpinnan sileyden mittaamiseen. Siinä tien 5 pinnasta heijastuneen säteilyn polarisaatiokomponentit erotetaan toisistaan ja verrataan toisiinsa. Polarisaatio-komponenttien suhde ilmaisee tienpinnan laadun.

Keksinnön mukaisen menetelmän tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, jolla puutavaran pinnan erityyppiset virheet 10 voidaan tarkasti tunnistaa ja täten mahdollistaa tuotettavan puutavaran laatulajittelu.

Puutavarasta sironnut säteily on diffuusia. Suoritetut mittaukset osoittavat, että puutavarassa esiintyvät viat (oksa, laho, sinistymä, vinosyisyys) aiheuttavat terveestä puusta 15 poikkeavan depolarisaation, jota voidaan yksinkertaisella tavalla käyttää näiden vikojen automaattisessa tunnistamisessa. Erityisen merkittävää on, että terveestä puusta poikkeava kuituorientaatio tulee myös esille depolarisaatiossa (vinoja poikkisyisyys sekä oksan vaikutus), mikä mahdollistaa 20 esitettevän menetelmän käytön myös puutavaran lujuusmittauksessa.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että pintaan kohdistetaan lineaarisesti polarisoitunutta, pääasiallisesti monokromaattista, optisen aallonpituusalueen 25 sähkömagneettista säteilyä siten, että pinnalle tulevan säteilyn polarisaatiotaso on puun pituuskasvusuunnan mukainen tai kohtisuorassa sitä vastaan, että havaitaan heijastuneen valon polarisaatiotasoiltaan keskenään kohtisuorat intensi-teettikomponentit ja Imax, missä säteilykomponentin 30 ^max P°^-ar^saat;*-otaso on sama kuin tulevan säteilyn polarisaatiotaso ja että käytetään lausekkeita I . ja I - I . min P = max min pinnan laadun määrityksessä.

I + I .

max min 3 63835

Pinnasta sironneesta säteilystä mitataan depolarisoituminen sinänsä tunnetulla tekniikalla käyttäen analysaattoreina polarisaatiosuodattimia tai komponentteihin jakavaa prismaa, (esim. Wollastonin prismaa).

5 Myöskin kameroita käytettäessä voidaan depolarisoituminen mitata sijoittamalla kamerat siten, että kohde on niiden kuvatasossa samalla kohdalla ja käyttämällä niiden objektiivien edessä polarisaatiosuodattimia sekä vertaamalla kuvatason intensiteettejä sykronisesti.

10 Depolarisoitumisen mittana voidaan käyttää erilaisia lausekkeita, joista tavallisin on depolarisoitumisaste P = max_mm , I + I . max min missä I (I . ) on ilmaisimen antama maksimi-intensiteetti, max min 15 (minimi-intensiteetti), joka saadaan analysaattorisuodatinta ilmaisimen edessä kiertämällä. Tämän lausekkeen arvo on välillä 0 (täysin depolarisoitunut säteily) ja 1 (lineaarisesti depolarisoitunut säteily).

Depolarisoituminen on huomattavasti riippuvainen aallonpituu- 20 desta, minkä vuoksi käytettävät aallonpituudet on valittava sovellutuskohtaisten mittausten perusteella. Myöskin pintaan kohdistetun lineaarisesti polarisoidun sähkömagneettisen säteilyn polarisaatiotason suunta vaikuttaa tuloksiin, joten sen optimisuunta on syytä mittauksin määrittää.

25 Puutavaralle (saha- ja vanerituotteet) sopivaksi aallonpituudeksi on mittauksissa osoittautunut HeNe-lasein 632,8 nm ja sopivimmaksi saapuvan säteilyn polarisaatiotason suunnaksi puun kasvusuunta tai sitä vastaan kohtisuora suunta. Tällöin terveestä puupinnasta sironnut valo on osittain depolarisoi- 30 tunut, kun sitä vastoin oksasta sironnut valo on lähes täysin depolarisoitunut. Vastaavasti lahon ja sinistymän aiheuttama depolarisoituminen on vähäisempää kuin terveen 63835 4 puun aiheuttama. Menetelmä sopii sekä kuivan että kosten puun tutkimiseen.

Puutavaran kohdalla terveenkin pinnan vaihtelut ovat niin suuria, että tavanomaisen intensiteettitason seuranta ei 5 sovellu tunnistukseen. Käytettäessä lineaarisesti polarisoitua säteilyä on havaittu, että depolarisoitumiseen liittyvä intensiteettikomponentti Im^n on sensijaan käyttökelpoinen. Siihen ei vaikuta juuri ollenkaan esim. vuosilustoraken-ne (peilimäiset heijastukset, joita esiintyy I -komponen-10 tissa), pinnan karkeus tai vinosyisyys. Muutokset ilmenevät intensiteettitason laskuna vikojen kohdalla (oksat, laho, sinistymät, halkeamat, toukankolot jne.).

Toinen keksinnön suoritusmuoto on käyttää depolarisoitunee-seen komponenttiin liittyvää intensiteetti I . intensiteet-15 titasovertailussa, jolloin perustasoksi otetaan tämän komponentin arvo terveellä tai virheettömällä pinnalla.

Yhdistämällä näin saatu intensiteettitieto ja tieto siron-neen säteilyn depolarisaatioasteesta saadaan tunnistusmenetelmä, jonka suurimpia etuja on pienehkö tietokonekapasitee-20 tin tarve.

Tutkittava kohde on valaistava lineaarisesti polarisoidulla, yleensä suhteellisen monokromaattisella valolla tai säteilyllä. Tavallisen valonlähteen edessä on siis käytettävä polarisaattoria. Laservalo on lasertyypistä riippuen joko luonnos-25 taan polarisoitunuttta tai se on helppo polarisoida. Lisäksi kohteen koko pinnan tutkimiseksi markkinoilta löytyy lasersäteen 1- tai 2-dimensioiseen poikkeutukseen sopivia systeemejä. Vanerilevyjen luonnollinen liikesuunta huomioiden riittää niiden pintojen tutkimiseksi 1-dimensioinen poikkeu-30 tus. Sahatavaran kohdalla pintojen tutkiminen käy luonnolli-simmin, jos puuta liikutetaan pituussuunnassa, mutta menetelmä ei kuitenkaan rajoitu tähän tapaukseen.

5 63835

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaisen menetelmän suorittamiseen tarkoitun laitteiston periaatetta, 5 kuvio 2 esittää vaihtoehtoisen suoritusmuodon, kuvio 3 esittää yksinkertaistentun kaavion sahatavaran pinnan tutkimisesta, kuviot 4, 5 ja 6 esittävät esimerkkejä tutkituista puu-pinnoista, 10 kuviot 7, 8 ja 9 esittävät puupintojen mittauksissa saadut intensiteettikäyrät, ja kuviot 10, 11 ja 12 niistä lasketut depolarisoitumisasteen käyrät.

Kuviossa 1 esitetyssä mittauslaitteessa tarkoittaa viite-15 numero 1 laserista tulevaa valonsädettä, joka on suunnattu tutkittavan kohteen pintaa 2 vastaan. Tulevan säteen suunta muodostaa pintaa vastaan kohtisuoran suunnan kanssa kulman a , joka on sopivimmin pienempi kuin 30°. Diffuusista sironneesta säteilystä osa 3 kulkee polarisaatiosuodattimen 4 kautta 20 ilmaisimelle 5 ja osa 6 polarisaatiosuodattimen 7 kautta ilmaisimelle 8. Sironneen säteilyn mittaussuunnat muodostavat pintaa vastaan kohtisuoran suunnan kanssa kulmat 8 ja ' jotka sopivimmin ovat pienemmät kuin 30°. Polarisaatiosuodattimien läpäisysuunnat ovat 90° kulmassa, ja niiden suunnat 25 määritetään suodinta 7 kiertämällä siten, että ilmaisimen 8 antama intensiteettisignaali on suurimmillaan dmax) ja vastaavasti ilmaisimen 5 arvo pienimmillään (I . ). Intensi- min teettisignaalit Imax ja Im^n johdetaan prosessoriin 9, jossa ne sinänsä tunnetulla tavalla muokataan puutavaran 30 laadun määrittämiseksi sopivaan muotoon.

Kuviossa 2 esitetyssä vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa sironneesta säteilystä osa 10 kulkee Wollastonin prisman 11 kauttas polarisaatiokomponentteihin 12 ja 13 erotettuina ilmaisimiin 14 ja 15, jotka mittaavat niiden intensiteetit « I . ja I 3 3 mm J max 6 63835

Kuviossa 3 on esitetty sahalaudan 16 tutkimiseen tarkoitetun laitteiston periaatteellinen järjestely. Valosäde 1 saatetaan kiertyvän poikkeutuspeilin 17 avulla pyyhkäisemään sahatavaran pinnan 18 yli laudan poikkisuunnassa rataa 19 pitkin.

5 Lautaa liikutetaan pituussuunnassa. Laudan pinnasta sironnut säteily ilmaistaan kuvioiden 1 tai 2 mukaisilla elimillä.

Kuvioissa 4, 5 ja 6 on esitetty eräitä esimerkkejä tutkituista puupinnoista, joissa 20, 21 ja 22 esittävät sahalaudan osia ja 19 valosäteen pyyhkäisyrataa.

10 Kuvioissa 7, 8 ja 9 on esitetty tutkimisessa saadut intensi- teettikäyrät I . ja I ja kuvioissa 10, 11 ja 12 vastaavat u min max keskimääräiset depolarisoitumisasteet P.

Kuviot 4, 7 ja 10 liittyvät terveen oksan sisältävään mänty-näytteeseen. A-vyöhykkeellä Imin“arvo on normaali, mutta P-15 arvo pieni, mikä viittaa puun normaalista poikkeavaan kuitu-suuntaan tällä osalla. B- ja D-vyöhykkeet edustavat tervettä puuta, joskin D-vyöhykkeen alussa on huomattavissa oksan vaikutusta. C-vyöhykkeellä I^^-arvo on laskenut ja P-arvo pieni, joten kyseessä on oksa.

20 Kuviot 5, 8 ja 11 liittyvät lahovikaiseen puuhun. Vyöhykkeet E ja G edustavat tervettä puuta. Vyöhykkeellä G on Im^n~arvo laskenut ja P-arvo noussut, mikä viittaa näytteessä olevaan lahovikaisuuteen tai sinistymään.

Kuviot 6, 9 ja 12 liittyvät vajaasärmäiseen tukkisinistynee-25 seen puuhun. Vyöhykkeet K ja N edustavat tervettä puuta. Vyöhykkeellä H on hyvin pieni ja P-arvo suuri, mikä viittaa kuorta sisältävään vajaasärmään. Vyöhykkeillä L ja N I . -arvo on laskenut ja P-arvo kohonnut osoittaen näytteessä olevan sinistymää tai lahoa. Komponentissa Imax 30 esiintyvät vaihtelut johtuvat terveistä juovista sinistymän osalla ja/tai paikallisista peilimäisistä heijastuksista.

Claims (2)

63835

1. Menetelmä puupintojen ominaisuuksien tunnistamiseksi, tunnettu siitä, että pintaan kohdistetaan lineaarisesti polarisoitunutta, pääasiallisesti monkromaattista, optisen aallonpituusalueen sähkömagneettista säteilyä siten, 5 että a) pinnalle tulevan säteilyn polarisaatiotaso on puun pituus-kasvusuunnan mukainen tai kohtisuorassa sitä vastaan, b) havaitaan heijastuneen valon polarisaatiotasoiltaan keskenään kohtisuorat intensiteettikomponentit Im^n ja

10 I , missä säteilykomponentin I polarisaatiotaso on Itlcl X Itlcl» X sama kuin tulevan säteilyn polarisaatiotaso, ja I - 1 . c) käytetään lausekkeita I . ja P = _JD&X-Silli pinnan min j + i . max xmin laadun määrityksessä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 15 siitä, että tulevan säteilyn tulosuunta ja sironneen säteilyn mittaussuunta poikkeavat pintaa vastaan kohtisuorasta suunnasta puun pituuskasvusuunnassa mitattuna korkeintaan 15° ja tähän nähden kohtisuorassa suunnassa korkeintaan n. 50°.