RU2334984C2

RU2334984C2 - Method of ultrasonic test of resonance timber logs

Info

Publication number: RU2334984C2
Application number: RU2006126506/12A
Authority: RU
Inventors: Петр Матвеевич Мазуркин (RU); Петр Матвеевич Мазуркин; Екатерина Борисовна Темнова (RU); Екатерина Борисовна Темнова
Original assignee: Марийский государственный технический университет
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2006-07-20
Publication date: 2008-09-27
Also published as: RU2006126506A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention is related to methods of tests of prepared timber in the form of special assortments, in particular, resonance blocks from fir timber. Method of ultrasonic test of resonance timber logs includes measurement of ultrasonic parameters in working zone of resonance timber log with the help of sensor and receiver of ultrasonic waves with tips of conoid shape. Log is installed on support between sensor and receiver of ultrasonic waves and tips of conoid shape of sensor and receiver are installed at height that exceeds thickness of sapwood log timber and approximately in the middle of working zone of resonance timber, from which further resonance boards are sawn for music instruments, at that tops of conoid-shaped tips are installed parallel to support so that axial line between conical tips of sensor and receiver stays on one of annual layers in working zone of resonance timber log.

EFFECT: reduction of labour intensity of tests and losses of valuable resonance timber.

5 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к способам сертификации заготовленной древесины в виде специальных сортиментов, в частности резонансных кряжей из еловой древесины, расколотых на радиальные поленья, причем способ применяется после естественной сушки перед выпиловкой резонансных дощечек.The invention relates to methods for certification of harvested wood in the form of special grades, in particular resonant ridges made of spruce wood, chopped into radial logs, the method being applied after natural drying before sawing the resonance boards.

Известен способ ультразвукового испытания древесины при сквозной сертификации древесины от растущих деревьев до полуфабрикатов в условиях лесного хозяйства, лесозаготовок и деревообработки по патенту №2196326, включающий взятие кернов, причем до взятия керна выполняют угловую насечку с торцом, на котором относительно годичных слоев ориентируют бурав, а высверливание выполняют по тангенциальному направлению волокон относительно угловой насечки.There is a method of ultrasonic testing of wood with end-to-end certification of wood from growing trees to semi-finished products in the conditions of forestry, logging and woodworking according to patent No. 2196326, which includes taking cores, and before taking the core, an angular notch is made with an end face on which the drill is oriented relative to the annual layers, and drilling is performed in the tangential direction of the fibers relative to the angular notch.

Недостатком является трудность высверливания кернов на высушенных поленьях резонансной древесины, которые дают трещины и становятся непригодными для выпиловки резонансных дощечек.The disadvantage is the difficulty of drilling cores on the dried logs of the resonance wood, which give cracks and become unsuitable for cutting resonance boards.

Известен также способ ультразвукового испытания древесины растущих деревьев по патенту №2224416, включающий измерение ультразвуковых параметров древесины, причем вначале на заготовке древесины в виде радиального полена с двух его боков выполняют пазы с торцами, параллельными друг другу и соосно расположенными симметрично относительно продольной оси заготовки древесины.There is also known a method of ultrasonic testing of wood of growing trees according to patent No. 2224416, which includes measuring ultrasonic parameters of wood, and first, grooves with ends parallel to each other and coaxially located symmetrically with respect to the longitudinal axis of the wood harvesting are performed on the wood blank in the form of a radial log.

Недостатком является то, что выполнение пазов цилиндрической формы с помощью торцовой фрезы с диаметром, большим диаметра датчиков переносного ультразвукового прибора, приводит к потере ценной резонансной древесины. Особенно большие потери наблюдаются из-за того, что на одном полене для его сертификации, например, для экспорта в дальнее зарубежье приходится выполнять, по крайней мере, замеры ультразвуковых параметров резонансной древесины в двух местах полена. При этом по прототипу приходится фрезеровать, по крайней мере, четыре паза, что приводит к высокой трудоемкости по сравнению с испытанием древесины растущих деревьев и крупных древесных материалов.The disadvantage is that the implementation of the grooves of a cylindrical shape using a face mill with a diameter larger than the diameter of the sensors of a portable ultrasonic device, leads to the loss of valuable resonant wood. Particularly large losses are observed due to the fact that at one log for its certification, for example, for export to foreign countries, it is necessary to perform at least measurements of the ultrasonic parameters of the resonant wood in two places of the log. In this case, at least four grooves have to be milled according to the prototype, which leads to high complexity in comparison with the testing of wood from growing trees and large wood materials.

Технический результат - снижение трудоемкости испытаний и потерь ценной резонансной древесины.The technical result is a reduction in the complexity of testing and the loss of valuable resonant wood.

Этот технический результат достигается тем, что способ ультразвукового испытания поленьев резонансной древесины, включающий измерение ультразвуковых параметров древесины, отличающийся тем, что полено устанавливают на опору между датчиком и приемником ультразвуковых волн так, чтобы осевая линия между датчиком и приемником находилась на одном из годичных слоев в рабочей зоне резонансной древесины, при этом датчик и приемник ультразвуковых волн оснащают наконечниками конусообразной формы, а вдоль полена выполняют, по крайней мере, три измерения.This technical result is achieved in that the method of ultrasonic testing of logs of resonant wood, including measuring ultrasonic parameters of wood, characterized in that the log is mounted on a support between the sensor and the receiver of ultrasonic waves so that the axial line between the sensor and the receiver is on one of the annual layers the working zone of the resonant wood, while the sensor and the receiver of ultrasonic waves are equipped with cone-shaped tips, and at least three are performed along the log Measurements.

Датчик ультразвуковых волн размещают на подвижной стойке, перемещающейся поперек полена относительно опоры, а приемник ультразвуковых волн устанавливают неподвижно на опоре.The ultrasonic wave sensor is placed on a movable stand moving across the log relative to the support, and the ultrasonic wave receiver is fixedly mounted on the support.

Осевую линию между датчиком и приемником ультразвуковых волн располагают параллельно опоре на высоте, превышающей толщину заболонной древесины и примерно в середине рабочей зоны полена резонансной древесины, из которой выпиливают в последующем резонансные дощечки для музыкальных инструментов.An axial line between the sensor and the ultrasonic wave receiver is arranged parallel to the support at a height exceeding the thickness of the sapwood and approximately in the middle of the working zone the resonance wood is logged, from which resonance boards for musical instruments are subsequently cut.

Вдоль полена выполняют, по крайней мере, три измерения с использованием одной пары датчика и приемника ультразвуковых колебаний при дискретном продвижении полена резонансной древесины вдоль себя, причем измерения проводят посередине и краям полена резонансной древесины.At least three measurements are carried out along the log using one pair of a sensor and an ultrasonic vibration receiver during discrete advancement of the resonance wood log along itself, the measurements being carried out in the middle and the edges of the resonance wood log.

Для повышения производительности измерений вдоль полена выполняют, по крайней мере, три измерения с использованием трех пар датчиков и приемников ультразвуковых колебаний при неподвижном полене резонансной древесины, причем измерения проводят посередине и краям полена резонансной древесины с переключениям каждой пары датчиков и приемников ультразвуковых волн на один ультразвуковой прибор.To increase the measurement performance along the log, at least three measurements are performed using three pairs of ultrasonic vibration sensors and receivers with a fixed resonant wood log, and measurements are made in the middle and edges of the resonant wood log with each ultrasonic wave sensors and receivers switching to one ultrasound device.

Сущность изобретения заключается в том, что измерения ультразвуковым прибором переносятся непосредственно на поленья заготовленной резонансной древесины, причем без разрушения полена и без предварительной механической или иной обработки, что значительно повышает оперативность и снижает трудоемкость испытания.The essence of the invention lies in the fact that measurements with an ultrasonic device are transferred directly to the logs of the harvested resonant wood, and without breaking the log and without preliminary mechanical or other processing, which significantly increases the efficiency and reduces the complexity of the test.

Сущность технического решения заключается также в том, что в ходе ультразвуковых испытаний применяются наконечники датчика и приемника конусной формы. Важным является то, что объект измерения при повторных наблюдениях геометрически не меняется. При этом небольшое углубление наконечника датчика и приемника ультразвуковых колебаний в древесину только повышает точность измерений за счет улучшения контакта. Кроме того, конусные наконечники можно ориентировать в зону ранней древесины одного годичного слоя, что еще точнее позволяет оценивать по значениям скорости ультразвука качество резонансной древесины.The essence of the technical solution also lies in the fact that during the ultrasound tests the tips of the sensor and receiver are conical in shape. It is important that the measurement object does not change geometrically during repeated observations. At the same time, a small deepening of the tip of the sensor and the receiver of ultrasonic vibrations in the wood only increases the accuracy of measurements due to improved contact. In addition, conical tips can be oriented into the zone of early wood of one annual layer, which makes it even more accurate to evaluate the quality of resonant wood from the values of ultrasound speed.

Сущность технического решения заключается также и в том, что измеряется скорость ультразвука в тангенциальном направлении годичных слоев. Эксперименты показали, что тангенциальное направление анизотропии древесины оказывается наименее вариабельным, то есть по сравнению с радиальным и продольным направлениями волокон разброс значений скорости ультразвука при повторных изменениях является наименьшим. Поэтому при нескольких измерениях вдоль полена резонансной древесины, например ели, получаются значения скорости ультразвука с наименьшим разбросом.The essence of the technical solution also lies in the fact that the speed of ultrasound is measured in the tangential direction of the annual layers. The experiments showed that the tangential direction of wood anisotropy turns out to be the least variable, that is, in comparison with the radial and longitudinal directions of the fibers, the scatter of the ultrasound velocity during repeated changes is the smallest. Therefore, with several measurements along a log of resonant wood, such as spruce, the ultrasound velocity with the smallest spread is obtained.

Положительный эффект заключается в том, что при использовании нескольких пар датчиков и приемников ультразвуковых колебаний можно за один технологический прием измерить скорость ультразвука в нескольких местах вдоль одного полена. Поэтому возможна сертификация каждого полена резонансной древесины для отбраковки поленьев с малыми значениями скорости ультразвука в тангенциальном направлении волокон. При этом возможно применение существующих типов переносных ультразвуковых приборов, например типа УК-14П, УК-14ПМ и другие. Для измерения на нескольких парах датчиков можно применить преключатель на один ультразвуковой прибор.The positive effect is that when using several pairs of sensors and receivers of ultrasonic vibrations, it is possible to measure the speed of ultrasound in several places along the same log in one technological method. Therefore, it is possible to certify each log of resonant wood for rejecting logs with low ultrasound speeds in the tangential direction of the fibers. It is possible to use existing types of portable ultrasonic devices, for example, type UK-14P, UK-14PM and others. To measure on several pairs of sensors, you can use the switch on one ultrasonic device.

Предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями, новизной и положительным эффектом. Материалов, порочащих новизну данного изобретения, нами не обнаружено. Такие исследования проводятся впервые и наш приоритет в них очевиден по предыдущим заявкам на предлагаемые изобретения по способам ультразвукового испытания древесины. Предлагаемый способ ориентирован для точной сертификации резонансной древесины на поленьях, высушенных долгое время в естественных условиях.The proposed technical solution has significant differences, novelty and positive effect. Materials discrediting the novelty of this invention, we have not found. Such studies are carried out for the first time and our priority in them is obvious from previous applications for the proposed invention by methods of ultrasonic testing of wood. The proposed method is oriented for the accurate certification of resonant wood on logs dried for a long time in natural conditions.

На фиг.1 приведена принципиальная схема реализации предлагаемого способа на полене резонансной древесины; на фиг.2 показана схема конструкции устройства для ультразвукового испытания полена резонансной древесины; на фиг.3 показана схема взаимодействия устройства с поленом при измерении скорости ультразвука в тангенциальном направлении; на фиг.4 приведена схема частичного углубления конусных наконечников датчика и приемника ультразвуковых колебаний в годичный слой полена резонансной древесины по одному годичному слою; на фиг.5 показан вид сверху на испытание полена при использовании одной пары датчика и приемника ультразвуковых колебаний; на фиг.6 показан вид сверху на полено при одновременном измерении тремя парами датчиков и приемников ультразвуковых колебаний.Figure 1 shows a schematic diagram of the implementation of the proposed method on a log of resonant wood; figure 2 shows a design diagram of a device for ultrasonic testing of a log of resonant wood; figure 3 shows a diagram of the interaction of the device with the log when measuring the speed of ultrasound in the tangential direction; figure 4 shows a diagram of a partial deepening of the conical tips of the sensor and the receiver of ultrasonic vibrations in the annual layer of logs of resonant wood along one annual layer; figure 5 shows a top view of the test log when using one pair of sensor and receiver of ultrasonic vibrations; in Fig.6 shows a top view of a log while measuring three pairs of sensors and receivers of ultrasonic vibrations.

Способ ультразвукового испытания поленьев резонансной древесины включает в себя следующие действия.The method of ultrasonic testing of logs of resonant wood includes the following steps.

Вначале резонансные кряжи раскалывают по радиальным направлениям и получают поленья, которые укладывают в специальные штабеля с прокладками для естественной просушки. В процессе сушки можно проводить контрольные измерения для изучения динамики сушки резонансной древесины. Это позволяет управлять процессом сушки с целью снижения образования трещин.First, the resonant ridges are split in radial directions and get logs, which are stacked in special stacks with gaskets for natural drying. During the drying process, control measurements can be carried out to study the dynamics of the resonant wood drying. This allows you to control the drying process in order to reduce the formation of cracks.

На опору 1, относительно которой перемещается поперек полена подвижная стойка 2, между датчиком 3 и приемником 4 ультразвуковых волн устанавливают полено устанавливают так, чтобы осевая линия 5 между датчиком и приемником находилась на одном из годичных слоев в рабочей зоне резонансной древесины полена 6, при этом датчик и приемник ультразвуковых волн оснащают наконечниками конусообразной формы, а вдоль полена выполняют, по крайней мере, три измерения.On the support 1, relative to which the movable strut 2 moves across the log, a log is installed between the sensor 3 and the ultrasonic wave receiver 4 so that the axial line 5 between the sensor and the receiver is located on one of the annual layers in the working area of the resonant wood, the log 6, while the sensor and the receiver of ultrasonic waves are equipped with cone-shaped tips, and at least three measurements are performed along the log.

При этом направление 7 ультразвуковых волн находится в датчике, после прохождения через годичные слои в тангенциальном направлении анизотропии древесины, по направлению 8, ультразвуковые волны попадают в приемник. Чем качественнее древесина, то есть чем она ровнее по клеточным структурам и годичным слоям, тем выше скорость ультразвука.In this case, the direction 7 of the ultrasonic waves is in the sensor, after passing through the annual layers in the tangential direction of wood anisotropy, in the direction 8, the ultrasonic waves enter the receiver. The better the wood, that is, the smoother it is in cellular structures and annual layers, the higher the speed of ultrasound.

Датчик ультразвуковых волн размещают на подвижной стойке, перемещающейся поперек полена относительно опоры, а приемник ультразвуковых волн устанавливают неподвижно на опоре. Поэтому датчик прижимает полено перед измерением к приемнику.The ultrasonic wave sensor is placed on a movable stand moving across the log relative to the support, and the ultrasonic wave receiver is fixedly mounted on the support. Therefore, the sensor presses the log before measurement to the receiver.

Вдоль полена выполняют, по крайней мере, три измерения с использованием одной пары датчика и приемника ультразвуковых колебаний при дискретном продвижении по направлению 9 полена резонансной древесины вдоль себя, причем измерения проводят посередине и краям полена резонансной древесины.At least three measurements are carried out along the log using one pair of the sensor and the receiver of ultrasonic vibrations with discrete advancement in the direction 9 of the resonance wood log along itself, the measurements being carried out in the middle and the edges of the resonance wood log.

Способ ультразвукового испытания поленьев резонансной древесины реализуется, например, после естественной сушки под навесом радиально выколотых из резонансных кряжей поленьев следующим образом.The method of ultrasonic testing of logs of resonant wood is implemented, for example, after natural drying under a canopy of logs radially punctured from resonant ridges as follows.

Пусть по условиям сертификации требуется испытать каждое полено из древесины ели, высушенное до воздушно-сухого состояния (15-20% влажности).Suppose that according to the conditions of certification it is required to test each log of spruce wood, dried to an air-dry state (15-20% humidity).

Высушенное полено 6 устанавливают на опору 1 между датчиком 2 и приемником 3 ультразвуковых волн и затем прижимают полено поперечным продвижением подвижной стойки 2. При этом сила прижима должна быть такой, чтобы наконечники конусообразной формы частично углубились в клетки древесины. Осевая линия между датчиком и приемником находится на высоте Н, которая может регулироваться так, чтобы вершины конусных наконечников датчика и приемника находились на одном из годичных слоев в рабочей зоне резонансной древесины. Если поленья выколоты из резонансных кряжей примерно одинакового диаметра, то вначале высоту Н отрегулируют один раз перед измерениями всех поленьев из штабеля так, чтобы конусные наконечники находились примерно в рабочей зоне резонансной древесины.The dried log 6 is mounted on a support 1 between the sensor 2 and the ultrasonic wave receiver 3 and then the log is pressed by transverse advancement of the movable stand 2. In this case, the pressing force must be such that the tips of the conical shape partially penetrate into the wood cells. The axial line between the sensor and the receiver is at a height H, which can be adjusted so that the tops of the conical tips of the sensor and receiver are on one of the annual layers in the working area of the resonant wood. If the logs are punctured from resonant ridges of approximately the same diameter, then first the height H will be adjusted once before measuring all the logs from the stack so that the conical tips are approximately in the working area of the resonant wood.

Оснащение датчика и приемника ультразвуковых волн наконечниками конусообразной формы позволяет исключить влияние неровностей на боковых поверхностях полена на контакт с датчиком и приемником. А вдоль полена выполняют, по крайней мере, три измерения, из которых вычисляют среднее для оценки качества полена по резонансным свойствам древесины.Equipping the probe and receiver of ultrasonic waves with cone-shaped tips eliminates the influence of irregularities on the side surfaces of the log on the contact with the probe and receiver. And along the log, at least three measurements are performed, from which the average is calculated to assess the quality of the log according to the resonance properties of the wood.

В простейшем случае имеются один ультразвуковой прибор и всего одна пара датчика и приемника ультразвуковых колебаний. Вдоль полена выполняют, по крайней мере, три измерения с использованием одной пары датчика и приемника ультразвуковых колебаний при дискретном продвижении полена резонансной древесины вдоль себя, причем измерения проводят посередине и краям полена резонансной древесины.In the simplest case, there is one ultrasonic device and only one pair of a sensor and a receiver of ultrasonic vibrations. At least three measurements are carried out along the log using one pair of a sensor and an ultrasonic vibration receiver during discrete advancement of the resonance wood log along itself, the measurements being carried out in the middle and the edges of the resonance wood log.

Предлагаемый способ позволяет с высокой производительностью на заводах музыкальных инструментов или же у поставщиков резонансной древесины сертифицировать поленья, высушенные после расколки резонансных кряжей. Значительный экономический эффект от применения предлагаемого способа будет при сертификации резонансной древесины в виде поленьев, отправляемых на экспорт.The proposed method allows high-performance at the musical instrument factories or from suppliers of resonant wood to certify logs dried after the resonant logs are split. A significant economic effect from the application of the proposed method will be in the certification of resonant wood in the form of logs sent for export.

Claims

1. The method of ultrasonic testing of logs of resonant wood, including measuring ultrasonic parameters in the working area of the resonant log wood using a sensor and an ultrasonic wave receiver with cone-shaped tips, characterized in that the log is mounted on a support between the sensor and the ultrasonic wave receiver and cone-shaped tips of the sensor and the receiver is placed at a height exceeding the thickness of the sapwood log wood and placed approximately in the middle of the working area of the resonant tree blue, from which subsequently resonance boards for musical instruments are sawn, the tops of the cone-shaped tips being placed parallel to the support so that the axial line between the conical tips of the sensor and receiver is on one of the annual layers in the working area of the resonant wood log.

2. The method of ultrasonic testing of logs of resonant wood according to claim 1, characterized in that the ultrasonic wave sensor with a cone-shaped tip is placed on a movable stand moving across the log relative to the support, and the ultrasonic wave receiver with a cone-shaped tip is fixedly mounted on the support, and the log advance for measurements along the longitudinal axis discretely relative to the sensor on a movable stand and a fixed receiver.

3. The method of ultrasonic testing of logs of resonant wood according to claim 1, characterized in that at least three measurements are performed along the log using one pair of a sensor and a receiver of ultrasonic vibrations with discrete advancement of the resonance wood log, the measurements being carried out in the middle and edges in the working area of the resonant wood log.

4. The method of ultrasonic testing of logs of resonant wood according to claim 1, characterized in that at least three measurements are performed along the log in the zone with resonant wood using three pairs of sensors and receivers of ultrasonic vibrations with cone-shaped tips with a fixed resonant wood log moreover, the measurements are carried out in the middle of the length and edges of the log of resonant wood with switching of each pair of sensors and receivers of ultrasonic waves to one ultrasonic device.