RU2629394C2 - Способ и устройство для оценивания деревянной доски - Google Patents

Способ и устройство для оценивания деревянной доски Download PDF

Info

Publication number
RU2629394C2
RU2629394C2 RU2014135199A RU2014135199A RU2629394C2 RU 2629394 C2 RU2629394 C2 RU 2629394C2 RU 2014135199 A RU2014135199 A RU 2014135199A RU 2014135199 A RU2014135199 A RU 2014135199A RU 2629394 C2 RU2629394 C2 RU 2629394C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
board
elasticity
modulus
nominal
fibers
Prior art date
Application number
RU2014135199A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014135199A (ru
Inventor
Андерс ОЛССОН
Эрик СЕРРАНО
Ян ОСКАРССОН
Бертил ЭНКУИСТ
Мари ЙОХАНССОН
Бо КЕЛЛЬСНЕР
Original Assignee
Инновэйтив Вижн Аб
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Инновэйтив Вижн Аб filed Critical Инновэйтив Вижн Аб
Publication of RU2014135199A publication Critical patent/RU2014135199A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2629394C2 publication Critical patent/RU2629394C2/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/46Wood
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/892Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the flaw, defect or object feature examined
    • G01N21/898Irregularities in textured or patterned surfaces, e.g. textiles, wood
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/89Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles
    • G01N21/892Investigating the presence of flaws or contamination in moving material, e.g. running paper or textiles characterised by the flaw, defect or object feature examined
    • G01N21/898Irregularities in textured or patterned surfaces, e.g. textiles, wood
    • G01N21/8986Wood
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02Details
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06Illumination; Optics
    • G01N2201/061Sources
    • G01N2201/06113Coherent sources; lasers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/10Scanning
    • G01N2201/105Purely optical scan

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к оцениванию деревянной доски, имеющей направление вытянутости. Представлены способ и устройство для оценивания деревянной доски. Осуществляют сбор данных, характеризующих ориентацию волокон по поверхности доски, и для ряда подобластей доски определяют номинальный локальный модуль упругости исходя из данных об ориентации волокон и номинального параметра материала. Получают номинальный общий модуль упругости в вытянутом направлении для всей деревянной доски и сравнивают его со вторичным общим модулем упругости. Исходя из данных об ориентации волокон и на основе этого сравнения получают расчетный локальный модуль упругости в указанном вытянутом направлении для ряда подобластей доски. Достигается возможность достоверного классифицирования по прочности деревянных досок. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 8 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для оценивания деревянной доски, имеющей вытянутое направление, причем способ включает сбор данных, характеризующих ориентацию волокон по поверхности доски.
Предпосылки к созданию изобретения
В документе US-4926350 описаны способ и устройство, согласно которым получают информацию об ориентации волокон с использованием особенности поверхности деревянной доски, состоящей в том, что по поверхности деревянной доски диэлектрическая постоянная в направлении вдоль ее волокон и диэлектрическая постоянная в направлении поперек ее волокон различаются. Когда поверхность деревянной доски вводят между двумя обкладками конденсатора, древесина становится составной частью суммарного конденсатора, емкость которого может быть определена с использованием радиочастотного сигнала. Изменяя ориентацию обкладок конденсатора, можно найти максимум или минимум, характеризующие ориентацию волокон деревянной доски в данном месте деревянной доски.
Эта информация может быть использована для выявления сучков или для оценивания прочности доски.
Одна из проблем, связанных с вышеупомянутым известным техническим решением, состоит в необходимости дополнительного улучшения оценивания состояния доски, например необходимости создания усовершенствованного способа классифицирования по прочности.
Краткое изложение сущности изобретения
Поэтому задачей настоящего изобретения является создание способа улучшенного оценивания деревянной доски. Эта задача достигается с помощью способа по пункту 1 формулы изобретения и устройства по пункту 11 формулы изобретения.
Более конкретно, способ оценивания деревянной доски, имеющей вытянутое направление, включает сбор данных, характеризующих ориентацию волокон по поверхности доски, и определение вторичного общего модуля упругости, МОЕ, для доски в целом. Исходя из данных об ориентации волокон и общего МОЕ, получают расчетный локальный модуль упругости, МОЕ, в указанном вытянутом направлении для ряда подобластей доски.
Это позволяет оценивать локальный МОЕ, который является относительно достоверным, так как он определяется исходя как из локального угла ориентации волокон, так и вторичного общего критерия. Таким образом, локальный МОЕ корректируют, например, в зависимости от того, далеко или близко от сердцевины древесины вырезана доска из бревна. В результате этого получают более достоверное оценивание.
Кроме того, для определения расчетного локального МОЕ можно определить номинальный локальный МОЕ в вытянутом направлении для каждой из ряда подобластей доски, исходя из данных об ориентации волокон и по меньшей мере одного номинального параметра материала. Основываясь на результатах определения номинального локального МОЕ, для всей деревянной доски можно определить номинальный общий МОЕ в продольном направлении и сравнить его с вторичным общим МОЕ. Номинальный локальный МОЕ можно корректировать в зависимости от результата этого сравнения для получения расчетного локального МОЕ.
Вторичный общий МОЕ можно получить путем воздействия на доску ударом в ее продольном направлении и измерения ее основной резонансной частоты, и данные, характеризующие ориентацию волокон по поверхности доски, можно собрать с использованием лазерного сканера.
Определение номинального локального МОЕ в вытянутом направлении может основываться на том допущении, что волокна в объеме древесины под областью поверхности доски имеют такую же ориентацию, как и в рассматриваемой области поверхности.
Полученный расчетный локальный МОЕ может использоваться для классифицирования доски по прочности посредством введения характеризующего свойства, IP. IP может основываться на вычисленной жесткости при изгибе или осевой жесткости в ряде поперечных сечений вдоль длины доски. Основой для IP может служить, например, минимальная жесткость поперечного сечения при изгибе или осевая жесткость.
Полученный расчетный локальный МОЕ может использоваться для вычисления жесткости при изгибе или осевой жесткости в ряде поперечных сечений вдоль длины доски, что может использоваться также для других целей, отличающихся от классифицирования по прочности.
Настоящее изобретение относится также к устройству для осуществления вышеуказанного способа. Это устройство в основном содержит средства для выполнения соответствующих этапов.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 показана деревянная доска.
На фиг. 2а показан записанный с помощью оптических средств набор данных, характеризующий углы ориентации волокон по поверхности доски по фиг. 1, и на фиг. 2b показана область фиг. 2а в увеличенном масштабе, где видны отдельные углы ориентации волокон.
На фиг. 3 и 4 показаны системы координат, используемые для определения параметров материала, соответственно, в бревне и в доске.
На фиг. 5а и 5b показано, как можно использовать данные об ориентации волокон по поверхности для оценивания жесткости при изгибе в поперечном сечении доски.
На фиг. 6 показан график, поясняющий характер изменения жесткости при изгибе в поперечном сечении вдоль доски.
На фиг 7 показана блок-схема способа согласно изобретению.
На фиг. 8 показана функциональная блок-схема устройства для осуществления способа, предлагаемого согласно изобретению.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к оцениванию древесины, такой как деревянные доски, и может быть применено, например, для прогнозирования прочности доски на изгиб, хотя возможны и другие области применения. Такое прогнозирование имеет важное значение с точки зрения экономической выгоды.
На лесопильных заводах изготовляемые деревянные доски, предназначенные для строительства, классифицируют по прочности по различным классам прочности, таким как С16, С18, и т.д., в соответствии с их прогнозируемой прочностью на изгиб, жесткостью и плотностью. Например, С16 подразумевает, что прочность доски 1 на изгиб, см. фиг. 1, равна 16 МПа. Таким образом, класс прочности обозначается числом, которое указывает величину прочности на изгиб, например, когда доска используется в качестве строительной балки.
Лесопильные заводы, таким образом, классифицируют свои изделия по различным классам в соответствии с прогнозным критерием, и чем выше класс, тем выше ценность изделия. В соответствии с нормативными техническими требованиями в прогнозе допускается определенная степень неопределенности, обычно допускается, чтобы 5% изделий, отнесенных к данному классу в результате классифицирования, были ниже стандартного качества, то есть не имели жесткость на изгиб, требуемую по классу, к которому они были отнесены при реальном испытании на прочность.
Один известный способ классифицирования деревянных досок по прочности состоит в изгибании доски по нормали к плоской поверхности (поперек оси, параллельной лицевой поверхности) с небольшим диапазоном прогиба порядка 1 метра. Он показывает, как изменяется жесткость вдоль доски, и может использоваться для получения признака прогнозирования, позволяющего отнести доску к определенному классу. Однако этот критерий не учитывает точную информацию о жесткости в поперечном направлении, которая более значима при использовании в строительстве, чем соответствующая жесткость по нормали к плоской поверхности.
Древесина является очень ортотропным материалом, что означает, что его жесткость в направлении древесных волокон намного выше, чем его жесткость поперек этого направления. Например, величина модуля упругости (модуля Юнга), далее МОЕ, в направлении волокон обыкновенной ели может составлять 10700 МПа, тогда как поперек годичного кольца он может быть равен 710 МПа и вдоль годичного кольца древесины - 430 МПа.
В идеальном случае все волокна в доске должны быть ориентированы в направлении 9, параллельном продольному направлению доски. Однако это имеет место в доске лишь частично и приблизительно. Деревья имеют ветви и, следовательно, доски имеют сучки, и вокруг сучков и в сучках направления волокон существенно отклоняются от продольного направления доски. Кроме того, существуют другие локальные дефекты, и доска в целом может быть распилена в направлении, немного отклоняющемся от направления волокон в используемом лесоматериале. Рост дерева может вызывать появление дополнительных недостатков, например волокон, например закручивание волокон в спираль.
Настоящее изобретение предусматривает оценивание локальной жесткости деревянной доски на основе реального измерения ориентации волокон/текстуры относительно продольного направления доски.
Способы выявления ориентации волокон по поверхности деревянной доски электрическими средствами уже рассмотрены в вышеупомянутом патентном документе US-4926350.
Однако настоящее изобретение предусматривает применение системы WoodEye®. Эта система может содержать четыре камеры датчика, а также ряд лазеров, освещающих доску. Доски могут автоматически пропускаться через систему, одновременно с этим генерирующую оптические данные, которые могут быть использованы для определения ориентации волокон по поверхности доски. Для получения этих данных в системе используется так называемый трахеидный эффект. Вследствие этого эффекта круглая точка лазера, освещающая часть доски, станет эллиптической, причем основная ось эллипса будет совпадать с углом ориентации волокон в этой части. Можно использовать и другие известные оптические системы.
Ограничением такой системы является то, что она только регистрирует ориентацию волокон на поверхности доски, и что она не позволяет непосредственно выявить угол погружения, то есть угол между волокном и плоскостью освещаемой поверхности. Специалистам в данной области техники очевидно, что могут быть использованы и другие способы выявления ориентации волокон, позволяющие получить информацию также и об углах погружения и ориентации волокон, заключенных под поверхностью доски. Такая дополнительная информация, возможно, позволила бы повысить точность анализа, но ее получение было бы намного более затратным, и информация, получаемая благодаря использованию вышеупомянутой системы, уже дает очень хорошие результаты. В любом случае, из приведенной выше части описания изобретения очевидно, насколько больше детальной информации о пространственной ориентации волокон во всем объеме доски можно было бы использовать при наличии такой информации.
На фиг. 2а представлен набор записанных с помощью оптических средств данных, характеризующих углы ориентации волокон по поверхности доски по фиг. 1. При этом данные записаны для лицевой поверхности 3 и краевой поверхности 5 согласно фиг. 1. Кроме того, данные записаны для лицевой поверхности 3' и краевой поверхности 5', которые на фиг. 1 не видны.
Фиг. 2b представляет собой изображение в увеличенном масштабе области согласно фиг. 2а, окружающей сучок 11, на котором видны отдельные записанные углы ориентации волокон. При этом записаны углы ϕ для ряда точек 13 по поверхности доски. Как правило, для доски длиной 4,8 метров с размерами 45×145 мм и скарированной при скорости подачи, равной 400 м/мин, выполнена запись приблизительно для 70000 точек. Для некоторых местоположений 15 величина записанного угла ориентации волокон является более или менее случайной переменной, обычно внутри тех сучков, где волокна ориентированы почти перпендикулярно через плоскость поверхности доски.
На фиг. 3 и 4 изображены системы координат, используемые для определения параметров материала. На фиг. 3 показана часть бревна 19 с годичным кольцом 21. Древесное волокно имеет проходящую продольно ось 1 (в идеальной древесине совпадающую с продольным направлением бревна) и координатные оси: ось r, проходящую поперечно, и ось t, проходящую по касательной к годичному кольцу 21 бревна или ветки, частью которой оно является. Таким образом, оси 1, r и t в разных местах бревна имеют разные направления.
Конечный продукт, упоминаемый в данном описании изобретения как деревянная доска, выполненный распилом в виде прямоугольного параллелепипеда 23, изображенного на фиг. 4, вместо этого оценивается в системе координат х, у, z, которая определена плоскостями поверхностей доски, вектором нормали каждой из которых служит одна из координатных осей упомянутой последней системы координат.
Преобразование между двумя системами координат может быть выполнено следующим образом. Предположив, что (l, r, t) и (i, j, k) являются единичными векторами, соответственно, вдоль системы l-r-t и системы x-y-z, можно записать
Figure 00000001
где
Figure 00000002
в которой
Figure 00000003
, например, обозначает косинус угла между осями l и х.
Свойства материала древесины, относящиеся к направлениям l-r-t, могут храниться в матрице соответствия
Figure 00000004
в следующем виде
Figure 00000005
в которой El, Er, Et - модули упругости в ортотропных направлениях, Glr, Glt Grt - модули сдвига в соответствующих ортотропных плоскостях, и параметры νlr, νrl, νlt, νtl, νrt и νtr - коэффициенты Пуассона. Соблюдаются соотношения νrl=Er/El×νlr, vtl=Et/El×νlt, и νtr=Et/Er×νrt, что означает, что
Figure 00000006
содержит лишь девять независимых параметров материала.
Матрица материала
Figure 00000007
(относящаяся к системе l-r-t) может использоваться для выражения линейно-упругого определяющего соотношения между напряжениями и натяжения в виде
Figure 00000008
где компоненты натяжения и напряжения хранятся в
Figure 00000009
и
Figure 00000010
, соответственно, как
Figure 00000011
и
Figure 00000012
. Возможно преобразование натяжений и напряжений между системой l-r-t и системой x-y-z с использованием матрицы G преобразований в виде
Figure 00000013
и
Figure 00000014
соответственно, где матрица преобразований
Figure 00000015
основывается на компонентах А, определенных в уравнении (2). Умножая начиная слева уравнение (4) на Gт и учитывая уравнения (5-6), получаем, что матрица материала, относящаяся к системе x-y-z, может быть выражена как
Figure 00000016
Особый интерес для дальнейшего анализа представляет то, что
Figure 00000017
, то есть обратная величина компонента, записанного в первой строке и в первом столбце матрицы соответствия С=D-1, теперь равна Ex(x,y,z), то есть локальный МОЕ действителен в продольном направлении доски. Зная параметры материала и соотношение между системами координат l-r-t и x-y-z, можно, таким образом, вычислить локальный МОЕ для определенной подобласти, то есть объем элемента доски в этом продольном направлении.
Типичные значения для параметров материала древесины, характерные для ели обыкновенной, указаны в таблице, приведенной ниже. Эти значения находятся в названных ниже номинальных параметрах материала.
Figure 00000018
Данные об ориентации волокон по поверхности, которые показаны на фиг. 2а, могут использоваться для оценивания жесткости при изгибе в поперечном сечении доски (см. поз. 17 на фиг. 1), как будет описано ниже со ссылкой на фиг. 5а и 5b. Поперечное сечение 17 на фиг. 5а проходит в плоскости y-z, и на фиг. 5b показана соответствующая ей плоская поверхность вдоль длины dx. Направление оси х соответствует продольному направлению 9, показанному на фиг. 1.
Согласно общеизвестной теории расчета балок на изгиб можно определить жесткость при изгибе поперек оси у
Figure 00000019
где Ех - локальный МОЕ в направлении х, и
Figure 00000020
указывает на расстояние до нейтральной оси (жесткость поперек оси z может быть определена аналогично).
Как указано выше, локальный МОЕ Ех в направлении х можно определить, зная необходимые релевантные параметры и соотношение между системами координат l-r-t и x-y-z. Когда выполняют вычисление жесткости при изгибе исходя из данных, показанных на фиг. 2а-2b, делают некоторые допущения и аппроксимации.
Во-первых, можно сделать допущение, что угол погружения волокон равен нулю, то есть волокна параллельны поверхности, с которой выполняют запись. Во-вторых, можно сделать допущение, что t (направление по касательной к годичному кольцу древесины и перпендикулярное к направлению волокон) лежит в плоскости поверхности, то есть в плоскости ху или в плоскости xz. Это второе допущение может быть сделано ввиду того, что различие между величинами Et и Er очень мало по сравнению с отличием и того и другого параметра от El. В третьих, выполняется аппроксимация, предполагающая, что ориентация волокон в подобласти доски, то есть в объеме, заключенном под поверхностью доски, параллельна ориентации на поверхности. Таким образом, элемент 25 объема доски, то есть подобласть поперечного сечения вдоль длины dx в направлении х, имеет такой же угол ϕ ориентации волокон, что и такой же угол, зарегистрированный в соответствующем сечении 27 поверхности. Такая подобласть может быть задана для одной записанной точки лазера или для группы точек.
В рассматриваемом случае, см. фиг. 5а, ориентации на коротких краевых поверхностях доски используются как допущения в треугольной (например, с базовыми углами величиной 45°, причем база совпадает с краем) части поперечного сечения, сужающейся от короткой краевой поверхности, и остальная часть поперечного сечения разделена между плоскими поверхностями. Конечно, возможны и другие конфигурации.
Исходя из этих допущений и записанных данных можно определить жесткость при изгибе поперек оси у для ряда поперечных сечений, причем каждое основывается на длине доски, dx, равной, например, 10 мм. Это дает возможность получить выходную графическую зависимость, изображенную на фиг. 6, указывающую на наличие слабого опасного сечения 29 на верхнем конце доски.
Результаты приведенных выше расчетов зависят от того, насколько верны номинальные параметры материала для каждой изготовляемой доски. Несмотря на то что в некоторых случаях они могут быть верны, и несмотря на то, что вычисленные номинальные локальные МОЕ в направлении х могут быть использованы во многих областях применения, для получения достоверных результатов классифицирования деревянных досок по прочности предпочтительно следует выполнять корректировку расчетных данных для введения поправок на колебания величины параметров древесины.
Даже если древесина одной конкретной породы отнесена к какому-либо классу, условия произрастания (почва, вода, солнечный свет и т.д.) могут оказывать влияние на свойства древесины. Более того, на параметры материала может влиять местонахождение доски в бревне: обычно ближе к периферии, вдали от сердцевины, жесткость выше.
Можно измерить общий, средний МОЕ в направлении х для доски в целом путем приложения ударной нагрузки к концу доски (в направлении х) и измерения результирующей резонансной частоты f. Хорошо известно, что:
Figure 00000021
где р - плотность доски, f - измеренная резонансная частота и L - длина доски. Плотность можно определить или исходя из фактического объема и фактической массы отдельных досок, или исходя из средней плотности, которые определены для определенного содержания влаги для классифицированных по прочности пород древесины.
Кроме того, основываясь на вышеупомянутых оценках локальных МОЕ, можно вычислить расчетный общий МОЕ, Êx, global, в направлении х путем определения среднего расчетного МОЕ по всей длине доски.
Сравнивая Ex, global и Êx, global, можно получить соотношение между реальными и расчетными параметрами древесины. На основе этого сравнения можно, таким образом, лучше оценить каждый локальный МОЕ в доске.
Следует отметить, что Ex, global можно измерить другими путями. Например, с таким же успехом можно использовать упомянутый вначале выше изгиб по нормали к плоской поверхности. Ввиду того, что общий МОЕ в значительной степени зависит от плотности годичных колец и расстояния от сердцевины, другим возможным вариантом является выполнение анализа изображений на концевых поверхностях, где ясно видны годичные кольца. Этот анализ позволяет определить величину плотности годичных колец и расстояние от сердцевины, которые можно использовать, например, для ввода в таблицу поиска, но которой можно определить общий модуль упругости.
В итоге способ, раскрытый в данном описании изобретения, может быть описан со ссылкой на фиг. 7, и наряду с этим устройство для осуществления этого способа может быть описано со ссылкой на фиг. 8. Устройство может содержать сканер и блоки для выполнения различных вычислений. Эти блоки могут быть реализованы программными средствами или, в большей или меньшей степени, аппаратными средствами.
Вначале, на этапе 31, осуществляют сбор данных, характеризующих ориентацию волокон по поверхности доски. Это выполняют с использованием сканера 41, такого как система WoodEye®, хотя, как упомянуто выше, возможны и другие варианты.
Затем, на этапе 33, с помощью блока 43 определения номинального локального МОЕ в направлении х определяют локальные МОЕ для ряда подобластей доски (например, для 25 на фиг. 5а), исходя из данных об ориентации и номинальных параметров материала, поступающих из памяти 45.
После этого выполняют этап 35, в результате которого определяют, исходя из номинальных локальных МОЕ, номинальный общий МОЕ в вытянутом направлении для всей деревянной доски. Это выполняют с помощью блока 47 определения номинального общего МОЕ.
Вторичный общий МОЕ определяют, например, как указано выше, с помощью блока 49 измерения резонансной частоты, и в блоке 51 сравнения выполняют этап 37 сравнения вторичного общего МОЕ с расчетным номинальным общим МОЕ, как правило, обеспечивая получение в виде выходных данных отношение двух величин.
На основе этого сравнения в устройстве 53 оценивания локального МОЕ выполняют этап 39 соответствующей корректировки определенных ранее локальных МОЕ в направлении х.
Расчетные локальные МОЕ являются выходными данными способа. Эти выходные данные могут быть использованы, например, для ввода в блок 55 классифицирования по прочности. Классифицирующий блок может потом вычислить, например, жесткость на изгиб в поперечном сечении (поперек оси у, если предполагается применение в качестве балки) вдоль длины доски, как указано выше. Это обеспечивает получение выходных данных, аналогичных представленным на фиг. 6, но теперь основанных на более точных МОЕ, и минимальная жесткость поперечного сечения (или минимальная средняя жесткость поперечного сечения по короткому расстоянию вдоль доски, порядка нескольких сантиметров) может использоваться в качестве характеризующего свойства, IP, для классифицирования доски по прочности в соответствии с наименьшей расчетной жесткостью при изгибе вдоль длины.
Это IP обеспечивает получение исключительно высоких результатов классифицирования по прочности. В реальном испытании, проводимом с использованием 105 досок обыкновенной ели с размерами 45×146×3600 мм, коэффициент R2 смешанной корреляции между прочностью на изгиб и минимальной жесткостью поперечного сечения (фактически минимальной средней жесткостью поперечного сечения на расстоянии величиной 8 см вдоль доски) был равен 0,68. Для сравнения, класс прочности, основанный на общем МОЕ, определенном только путем измерения наиболее низкой резонансной частоты для каждой доски для одного и того же набора досок, был равен 0,59.
Это означает, что с использованием IP, основанного на минимальной жесткости поперечного сечения при изгибе, как раскрыто в данном описании изобретения, прогнозируемая величина нагрузки, при которой происходит разламывание доски, в среднем значительно меньше отличается от истинной нагрузки, при которой действительно возникает разламывание доски. Поэтому с применением такого способа классифицирования по прочности можно отнести большее количество досок к классам более высокой категории с одновременным обеспечением соответствия нормативным техническим требованиям. Можно также использовать осевую жесткость в поперечном сечении.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами его осуществления и допускает внесение изменений по объему изобретения, определяемого прилагаемой формулой изобретения.
Используемый в данном описании изобретения термин «доска» относится к любому деревянному элементу, вырезанному из бревна и имеющему основное направление его протяженности.

Claims (22)

1. Способ оценивания деревянной доски, имеющей направление вытянутости, включающий:
- сбор данных, характеризующих ориентацию волокон по поверхности доски,
- определение номинального локального модуля упругости в указанном направлении вытянутости для каждой подобласти из ряда подобластей доски, исходя из указанных данных об ориентации волокон и номинальных параметров материала El, Er, Et, Glr, Glt, Grt, vlr, vlt, и vrt, где El, Er, Et - модули упругости в ортотропных направлениях, Glr, Glt, Grt - модули сдвига в соответствующих ортотропных плоскостях, и параметры vlr, vlt и vrt - коэффициенты Пуассона,
- определение, исходя из указанных определенных номинальных локальных модулей упругости, номинального общего модуля упругости в направлении вытянутости для деревянной доски в целом,
- получение вторичного общего модуля упругости для доски путем воздействия на доску ударной нагрузкой в ее продольном направлении и измерения ее основной резонансной частоты,
- сравнение указанного расчетного номинального общего модуля упругости с вторичным общим модулем упругости, и
- определение для ряда подобластей доски, исходя из указанных данных об ориентации волокон и указанного сравнения, расчетного локального модуля упругости в указанном направлении вытянутости.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что данные, характеризующие ориентацию волокон по поверхности доски, собирают с помощью оптического сканера.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное определение номинального локального модуля упругости в направлении вытянутости основано на допущении, что объем древесины под областью поверхности доски характеризуется такой же ориентацией волокон, как и указанная область поверхности.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что полученный расчетный локальный модуль упругости применяют для классифицирования доски.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что полученные расчетные локальные модули упругости применяют для классифицирования доски по прочности путем получения минимальной жесткости поперечного сечения и использования ее в качестве характеризующего свойства (IP) для классификации.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что IP основано на вычисленной жесткости при изгибе в ряде поперечных сечений вдоль длины доски, причем минимальную жесткость поперечного сечения при изгибе используют как основу для IP.
7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что IP основано на вычисленной осевой жесткости в ряде поперечных сечений вдоль длины доски, причем минимальную осевую жесткость поперечного сечения используют как основу для характеризующего свойства.
8. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что полученный расчетный локальный модуль упругости применяют для вычисления жесткости при изгибе или осевой жесткости в ряде поперечных сечений вдоль длины доски.
9. Устройство для оценивания деревянной доски, имеющей направление вытянутости, содержащее:
- сканер (41) для получения данных, характеризующих ориентацию волокон по поверхности доски,
- блок (43) обработки данных, предназначенный для определения номинального локального модуля упругости в указанном направлении вытянутости для каждой из ряда подобластей доски, исходя из указанных данных об ориентации волокон и номинальных параметров материала El, Er, Et, Glr, Glt, Grt, vlr, vlt, и vrt, где El, Er, Et - модули упругости в ортотропных направлениях, Glr, Glt, Grt - модули сдвига в соответствующих ортотропных плоскостях, и параметры vlr, vlt, и vrt - коэффициенты Пуассона,
- блок (47) обработки данных, предназначенный для определения, исходя из указанных определенных номинальных локальных модулей упругости, номинального общего модуля упругости в направлении вытянутости для всей деревянной доски,
- блок (49) измерения резонансной частоты для получения вторичного общего модуля упругости для доски путем воздействия на доску ударной нагрузки в ее продольном направлении и измерения ее основной резонансной частоты,
- блок (51) сравнения, сравнивающий указанный расчетный номинальный общий модуль упругости с вторичным общим модулем упругости, и
- блок (53) обработки данных, предназначенный для определения для ряда подобластей доски, исходя из указанных данных об ориентации волокон и указанного сравнения, расчетного локального модуля упругости в указанном направлении вытянутости.
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит классифицирующий блок (55), предназначенный для классифицирования доски по прочности на основе определенного расчетного локального модуля упругости.
RU2014135199A 2012-03-08 2013-03-07 Способ и устройство для оценивания деревянной доски RU2629394C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1250214A SE536623C2 (sv) 2012-03-08 2012-03-08 Förfarande och anordning för utvärdering av en bräda av trä
SE1250214-2 2012-03-08
PCT/EP2013/054586 WO2013131999A1 (en) 2012-03-08 2013-03-07 Method and device for evaluating a wooden board

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014135199A RU2014135199A (ru) 2016-04-27
RU2629394C2 true RU2629394C2 (ru) 2017-08-29

Family

ID=47827239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014135199A RU2629394C2 (ru) 2012-03-08 2013-03-07 Способ и устройство для оценивания деревянной доски

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9863929B2 (ru)
EP (1) EP2823298B1 (ru)
CA (1) CA2864631C (ru)
RU (1) RU2629394C2 (ru)
SE (1) SE536623C2 (ru)
WO (1) WO2013131999A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2739928C1 (ru) * 2020-04-30 2020-12-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Способ экспресс-диагностики резонансных свойств древесины после долгого выдерживания в потолочной конструкции старых сооружений

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3194063A (en) * 1962-03-01 1965-07-13 Potlatch Forests Inc Non-destructive strength test of structural lumber
US4606645A (en) * 1984-10-29 1986-08-19 Weyerhaeuser Company Method for determining localized fiber angle in a three dimensional fibrous material
US4926350A (en) * 1987-09-14 1990-05-15 Metriguard, Inc. Non-destructive testing methods for lumber
GB2285861A (en) * 1994-01-19 1995-07-26 Peter Charles Matthews Optical detection of grain defects in lumber
RU2285875C2 (ru) * 2001-06-27 2006-10-20 Дзе Юниверсити Оф Мельбурн Способ микроволновой обработки древесины
WO2011007374A1 (en) * 2009-07-15 2011-01-20 Microtec S.R.L. Method and apparatus for identifying the orientation of wood fibres

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2194793A1 (fr) * 1997-01-09 1998-07-09 Raoul Grenier Bois panneaute a haute resistance
US6276209B1 (en) * 1999-09-30 2001-08-21 Perceptron, Inc. System and method of assessing the structural properties of wooden members using ultrasound
US7047156B1 (en) * 2002-12-14 2006-05-16 Kierstat Systems Llc Method for estimating compliance at points along a beam from bending measurements
US7680304B2 (en) * 2003-05-27 2010-03-16 Weyerhaeuser Nr Company Method of wood strength and stiffness prediction
CA2554170C (en) * 2004-01-22 2011-03-15 Regents Of The University Of Minnesota Method and apparatus for evaluation of standing timber

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3194063A (en) * 1962-03-01 1965-07-13 Potlatch Forests Inc Non-destructive strength test of structural lumber
US4606645A (en) * 1984-10-29 1986-08-19 Weyerhaeuser Company Method for determining localized fiber angle in a three dimensional fibrous material
US4926350A (en) * 1987-09-14 1990-05-15 Metriguard, Inc. Non-destructive testing methods for lumber
GB2285861A (en) * 1994-01-19 1995-07-26 Peter Charles Matthews Optical detection of grain defects in lumber
RU2285875C2 (ru) * 2001-06-27 2006-10-20 Дзе Юниверсити Оф Мельбурн Способ микроволновой обработки древесины
WO2011007374A1 (en) * 2009-07-15 2011-01-20 Microtec S.R.L. Method and apparatus for identifying the orientation of wood fibres

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РЫЖОВА Н.В. и др. Физика древесины. Учебное пособие, Кострома, 2009, с. 54-55, 65, 72-73. *

Also Published As

Publication number Publication date
SE1250214A1 (sv) 2013-09-09
US20150057954A1 (en) 2015-02-26
US9863929B2 (en) 2018-01-09
CA2864631C (en) 2020-08-04
CA2864631A1 (en) 2013-09-12
RU2014135199A (ru) 2016-04-27
EP2823298A1 (en) 2015-01-14
WO2013131999A1 (en) 2013-09-12
SE536623C2 (sv) 2014-04-08
EP2823298B1 (en) 2016-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Viguier et al. Modelling mechanical properties of spruce and Douglas fir timber by means of X-ray and grain angle measurements for strength grading purpose
Viguier et al. Improving strength grading of timber by grain angle measurement and mechanical modeling
US7680304B2 (en) Method of wood strength and stiffness prediction
Nocetti et al. Investigating the potential of strength grading green Eucalyptus grandis lumber using multi-sensor technology
Odounga et al. Mode I fracture of tropical woods using grid method
Berendt et al. Reliability of photo-optical measurements of log stack gross volume
Olsson et al. Three dimensional fibre orientation models for wood based on laser scanning utilizing the tracheid effect
Posta et al. Correlations and differences between methods for non-destructive evaluation of timber elements
RU2629394C2 (ru) Способ и устройство для оценивания деревянной доски
Oscarsson et al. Localized modulus of elasticity in timber and its significance for the accuracy of machine strength grading
Mvolo et al. Comparison between static modulus of elasticity, non-destructive testing moduli of elasticity and stress-wave speed in white spruce and lodgepole pine wood
Ehrhart et al. Estimation of the tensile strength of European beech timber boards based on density, dynamic modulus of elasticity and local fibre orienation
Denzler et al. Microwave scanning as an additional grading principle for sawn timber
Hohmann et al. Harvester measuring system for trunk volume determination: comparison with the real trunk volume and applicability in the forest industry
Murata et al. Determination of Young's modulus and shear modulus by means of deflection curves for wood beams obtained in static bending tests
Koizumi et al. Evaluation of the section modulus for tree-stem cross sections of irregular shape
CN106198745B (zh) 基于反射能量比参量的锚固缺陷长度识别方法
Denzler et al. New perspectives in machine strength grading: or how to identify a top rupture
JEHL et al. Improving strength grading of lumber by grain angle measurement and mechanical modeling
Baltrušaitis et al. Strength and stiffness properties of the lithuanian grown scots pine (Pinus sylvestris): non-destructive testing methods vs. static bending
WO2010046692A2 (en) Non- destructive method for determining the moisture content in a hygroscopic material
Krajnc The influence of silvicultural practices on mechanical properties of softwood timber
BOURREAU et al. Modelling mechanical properties of spruce and Douglas fir timber by means of X-ray and grain angle measurements for strength grading purpose
Saeidi et al. Size effect in wood: Characterization of mechanical properties using digital image correlation method
Olsson et al. Strength grading based on high resolution laser scanning: performance of a procedure newly approved for the European market