SE1350895A1 - Apparat och metod för längdtillkapnings-avverkning - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning avser en apparat verksam att styra ettlängdtillkapnings-skördarhuvud under matning och tillkapning av en trädstam för atterhålla en stock av önskad längd Ld. Apparaten innefattar en laser-Doppler-sensoranpassad och konfigurerad för realtidsavläsning av stamythastighet (v), en processenhetanpassad och konfigurerad för att ta emot och registrera i en minnesenhet,realtidsavläsningar av ythastighet från laser-Doppler-sensom och vidare för attkonvertera registrerade realtids-hastighetsavläsningar till ett motsvarandeträdstamstransportavständ (T). Vidare är apparaten anpassad och konfigurerad för attavläsa en longitudinell ythastighet (v) för en stam som transporteras longitudinellt avmatningsorgan; registrera den avlästa ythastigheten tillsammans med tidsinforrnation;beräkna ett relativt longitudinellt transportavständ (T) baserat på den registreradeythastigheten och tidsinforrnationen; använda det beräknade relativa transportavständet(T) som indata för att styra matnings- och tillkapningsoperationen för skördarhuvudetoch därigenom möjliggöra tillkapning av en stock av önskad längd. Uppfinningen härrör också till en metod och en datorprogramprodukt. (Figur 2, att publiceras tillsammans med sammandraget)

Description

10 15 20 25 30 35 till minskat utbyte för timmerproducenten. Det skulle vara önskvärt att finna en metod som mäter den aktuella stammen istället för att mäta på ett ersättningsobjekt såsom ett snurrande hjul.

Sammanfattning Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att undanröja åtminstone några av nackdelarna ovan och tillhandahålla förbättrade metoder, apparater och datamedieprodukter som undviker de ovan nämnda nackdelarna.

En första aspekt av uppfinningen är en apparat verksam for att styra ett längdtillkapings-skördarhuvud under matning och tillkapning av en trädstam för att erhålla en stock av en önskad längd. Apparaten enligt den första aspekten av uppfinningen innefattar en laser-Doppler-sensor anpassad och konfigurerad för realtidsavläsning av stamythastighet som är en tidsfunktion. En processenhet är anpassad och konfigurerad för att ta emot, och registrera i en minnesenhet, realtidsavläsningar för ythastighet från laser-Doppler-sensorn och vidare att konvertera registrerade avläsningar till ett motsvarande trädstamstransportavstånd. Specifikt är nämnda apparat anpassad och konfigurerad att avläsa en longitudinell ythastighet för en stam som transporteras longitudinellt av matningsorgan; registrera den avlästa ythastigheten tillsammans med tidsinforination; beräkna ett relativt longitudinellt transportavstånd baserat på den registrerade ythastigheten och tidsinforrnationen; och använda det beräknade relativa transportavståndet som indata för att styra matnings- och kapningsoperationen för skördarhuvudet, och därigenom möjliggöra tillkapning av en stock av den önskade längden.

Apparaten enligt den första aspekten kan vidare anpassas och konfigureras till att detektera ett tidsintervall inom vilket ingen avläsning görs; för att beräkna en ythastighetsapproximation baserat på ythastigheten som avlästs före och efter tidsintervallet; och för att registrera den beräknade ythastighetsapproximationen för att komplettera registrering av ythastighet, och därigenom möjliggöra beräkning av ett komplett transportavstånd.

Processenheten kan vidare anpassas och konfigureras for att innefatta Kalman- filter-funktionalitet.

Laser-Doppler-sensorn kan anordnas i en ventilationskanal så att luft kan matas runt ornkretsen av sensoms öppning, mot avläsningsytan, och därigenom möjliggöra att objekt drivs bort från sensoms synfält. Apparaten enligt den första aspekten kan vidare innefatta en fläkt, belägen angränsande till baksidan av sensorn och anordnad att mata 10 15 20 25 30 35 luften. Apparaten kan vidare innefatta en luftkanal som är anordnad så att den kan förse luft utan partiklar till ventilationskanalen.

En andra aspekt av uppfinningen är en metod för att styra ett längdtillkapnings- skördarhuvud under matning och kapning av en trädstam till en önskad längd. Metoden innefattar stegen att med en laser-Doppler-ythastighetssensor avläsa en longitudinell ythastighet för en stam som transporteras longitudinellt med hjälp av matningsorgan; registrera den avlästa ythastigheten tillsammans med tidsinforrnation; beräkna ett relativt longitudinellt transportavstånd baserat på den registrerade ythastigheten och tidsinformationen; använda det beräknade relativa transportavståndet som indata för att styra matnings- och kapningsoperationen för skördarhuvudet och därmed möjliggöra tillkapning av en stock av den önskade längden.

Metoden enligt den andra aspekten av uppfinningen kan innefatta de ytterligare stegen av att detektera ett tidsintervall inom vilket ingen avläsning görs; approximera en ythastighet baserat på ythastigheten som avlästs före och efter tidsintervallet; registrera ythastighetsapproximeringen för att komplettera registrering av ythastighet, och därigenom möjliggöra beräkning av ett komplett transportavstånd.

Beräkningssteget kan innefatta en Kalman-filtrering som ett medel för att erhålla approximationer. Metoden kan innefatta de ytterligare stegen av att mata luft runt omkretsen av sensoms öppning mot avläsningsytan och därigenom driva bort objekt från sensoms synfalt.

En tredje aspekt av uppfinningen är ett datorprogram innefattande pro graminstruktioner för att få datom att utföra processen enligt den andra aspekten av uppfinningen när nämnda produkt körs på en dator. Datorprogrammet enligt den tredje aspekten av uppfinningen kan inrymmas på ett lagringsmedium lagrat i ett datorrninne, inrymmas i ett läsminne, eller bäras av en elektrisk bärsignal.

En fjärde aspekt av uppfinningen är en datorprogramprodukt innefattande ett datorläsbart medium som därpå har: datorprogramkodmedel, när nämnda program laddas, för att få datorn att utföra processen enligt den andra aspekten av uppfinningen.

Kort beskrivning av ritningarna Utföringsformer av den föreliggande uppfinningen kommer att beskrivas i detalj nedan med hänvisning till de tillhörande ritningama, i vilka Figur 1 är en vy av ett avverkningssystem.

Figur 2 är en schematisk vy av ett skördarhuvud som är styrbart av en apparat och metod enligt föreliggande uppfinning. 10 15 20 25 30 Figur 3 är en schematisk vy av en stam som matas genom skördarhuvudet.

Figur 4 är en översikt av en apparat enligt föreliggande uppfinning.

Figur 5 är ett flödesschema illustrerande en metod enligt den föreliggande uppfinningen.

Detaljerad beskrivning En lösning på problemet ovan presenteras nedan. Vissa referenskoncept kommer att beskrivas med hänvisning till figur 1, som visar ett längdtillkapnings- avverkningssystem 300. Drift och övervakning av driften för övervakningssystemet 300 möjliggörs av apparater och metoder enligt utföringsforrner av föreliggande uppfinning.

Avverkningssystemet 300 innefattar ett skördarhuvud som är anpassat och konfigurerat för att gripa, mata och kapa en trädstam 10. Detta betyder att systemet 300 innefattar alla nödvändiga organ och egenskaper, såsom organ för att gripa ett träd på rot eller ett fällt träd, organ för att mata en trädstam genom skördarhuvudet och organ för att kapa en trädstam i två. Utföringsforrner av uppfinningen kan även anpassas och konfigureras för integrerad fällning av ett träd på rot, och kvistning och kapning av ett fällt träd. Under kapningen ska trädstammen vara orörlig i förhållande till kapningsdelen av skördarhuvudet, åtminstone i den longitudinella riktningen. Vanligtvis håller krokar eller andra delar av skördarhuvudet trädstammen i en position som är helt fixerad. Stammens longitudinella position i förhållande till ett kapningsplan 30 för kapningsdelen vid tiden för kapning kan anses vara en neutral position. Ett snitt kan vara ett initialt fällningssnitt, eller ett efterföljande stocksnitt i ett plan 40 på ett avstånd L från det senaste kapningsplanet, som visas i figur 2. Figur 2 visar stammen 10 i en neutral position i förhållande till skördarhuvudet innefattat i avverkningssystemet 300. I varj e tidsmoment indikerar relativ transport T(t) av stammen från den neutrala positionen till den momentana transpoitpositionen den momentana längden L(t) mellan det senaste snittet och kapningsdelens plan 30, dvs. var stammen kommer att kapas till en stock av längden Ld om kapningsdelen aktiveras.

Fastän T(t) kan mätas på ett longitudinellt avstånd D från ett första kapningsplan 30 är T(t) identisk med en längd L(t), som är T(t)šL(t) mellan ett första respektive ett andra kapningsplan 30 and 40, vinkelrätt till den longitudinella 10 15 20 25 30 matningsaxeln. Detta visas i figur 3. Det är värt att notera att en multipel av hjulomkretsar aldrig är identiskt med L(t), fastän det kan vara lika inom toleranser under gynnsamma omständigheter.

En kapningsmarginal MC motsvarande höjden av stamskivan som processas till sågspån av kapningsdelen. Om den generella matningen och kapningen genomförs med stora toleranser, är kapningshöj den försumbar jämfört med de stora totala toleransema.

Dock vid drift med toleranser som är så små som dessa som möjliggörs av utföringsforrnema av föreliggande uppfinning, kan kapningsmarginalen MC vara av samma storlek som toleransema. När man använder T(t) som en styrsignal till matnings- och tillkapningsoperationen kan därför en stock av önskad längd Ld erhållas om en kapningsoperation initieras när T(t)=Ld+Mc.

En apparat 100 enligt utföringsforrner av den föreliggande uppfinningen kommer nu att beskrivas med avseende på figur 4. Apparaten 100 är verksam för att styra en längdtillkapnings-skördare under matning och kapning av en trädstam 10 för att åstadkomma en stock av önskad längd Ld. Apparaten 100 innefattar ett sensorarrangemang. Sensorarrangemanget innefattar en sensor 110 anpassad för icke- kontakts primärrnätning av ythastighet. Sensom 100 kan vara en laser-Doppler- hastighetssensor 110. Sensorn 110 är anpassad för att avläsa en ytas 20 hastighet v(t) för en stock 10 som matas förbi sensom 110 i dess synfält. Sensom 110 är så anordnad i förhållande till skördaren att fasta eller rörliga delar av skördaren aldrig blockerar siktlinj en mellan sensoröppningen 115 och delen av ytan 20 som ska avläsas. Öppningens 115 siktlinje är lätt lutad i förhållande till ett plan vinkelrätt mot matningsaxeln. Den lätta lutningen möjliggör laser-Doppler-avläsning. Lutningen är i matningsriktningen. Detta är en fördel eftersom objekt som rör sig i den generella matningsriktningen därigenom i praktiken rör sig bort från öppningen 115, vilket i sin tur betyder att risken för igensättning av öppningen 115 minskar.

Sensom 110 är så lokaliserad i ventilationskanalen 120 att lufi kan flöda längs sidan av sensorn 110. Luft kan flöda mot öppningssidan av sensom 110 i den generella riktningen för sensoms 110 synfält. Luft kan förses till ventilationskanalen 120 genom en luftledning 150 som har en utgång 155 iventilationskanalen 120. Luftledningen 150 kan mata ren luft från ett läge 160 som är skyddat från direkt skräp eller stänk från 10 15 20 25 30 skördaren i drift. Skyddet kan erhållas av skördarhuvudet självt, eller av en separat skärm 165 tillverkad för detta speciella ändamål, eller en kombination av bägge.

Luftledningen 150 matar in den rena luften i ventilationskanalen 120. En fläkt 140 kan anpassas till att driva luften genom luftledningen 150, genom ventilationskanalen 120 och passerande sensoröppningen 115. Fläkten 140 kan vara belägen inuti ventilationskanalen 120. Fläkten 140 kan vara belägen väsentligen mellan luftledningsutblåset 155 och sensom 110. Luften kan också flöda på flera sidor, eller flöda längs hela sensorns 110 omkrets. Speciellt kan luften flöda vid omkretsen av sensoms öppning 115 så att smuts, utfällning, eller skräp som annars skulle blockera eller skymma sensom synfält fors bort. Ventilationskanalens yttre ornslutande yta 130 kan vara innerytan av ett hölj e, eller innerytan av hålighet i skördaren sj älv.

Apparaten 100 innefattar vidare en processenhet 112 anpassad och konfigurerad för att ta emot och registrera i en minnesenhet 114 ythastighetsavläsningar i realtid från laser-Doppler-sensorn 110 och vidare att konvertera registrerade ythastighetsavläsningar i realtid för ett motsvarande trädstamstransportavstånd T(t), och därigenom möjliggöra omvandling från hastighetsavläsningar till relativ transport av stammen T från en neutral position till en aktuell position. Minnesenheten 114 kan också innefattas i apparaten 100. Apparaten 100 kan fördelas inom skördningssystemet 300 så att vissa komponenter innefattade i apparaten 100 är belägna inuti eller på sj älva på skördarhuvudet, medan andra komponenter, såsom exempelvis processenheten 112 och/ eller minnesenheten 114 kan vara belägna någon annanstans inom skördesystemet 300.

Eftersom en laser-Doppler-sensor 1 10 är väldigt noggrann, möjliggör den mätta relativa transporten T(t) mycket noggrann tillkapningslängd Ld. Detta i sin tur möjliggör drift under mycket strikta toleranser, typiskt mindre än 10 mm toleransgräns.

Avverkning och kapning görs under hårda förhållanden som inkluderar nederbörd, splitter och skräp, som kan skymma siktlinj en för en optisk sensor av någon typ, i vilket fall den optiska sensoravläsningen kan upphöra för en kort tidperiod.

Transport som sker när det inte sker någon avläsning kommer inte att registreras. Detta orsakar problem i system som styrs genom avläsning av längd. Under sådana omständigheter kommer systemet att drivas utifrån en längdindikation som är kortare än 10 15 20 25 30 den faktiska transporten. När man mäter längd kan det vara svårt att skilja en falsk avläsning från en sann avläsning.

Dock ger inte en laser-Doppler-sensor falska avläsningar. Om sensorn 110 kan läsa hastighet v(t) är hastighetsavläsningen v(t) noggrann. Om sensorn 110 inte kan läsa hastighet kommer den inte att ge en hastighetsavläsning. Med andra ord kan processenheten 112 enkelt urskilja avbrott.

Problemet hur man ska kompensera for ett avläsningsavbrott löses genom en medelvärdes- eller approximeringsfunktionalitet som är implementerad i processorenheten 112. Som nämnts ovan registreras alla hastighetsavläsningar tillsammans med tidsinformation. Därför, om ett avbrott sker i ett intervall I mellan t1 och tg, kommer processenheten att veta den momentana hastigheten V1 omedelbart före t1 och den momentana hastigheten vg omedelbart efter tg.

Processenheten 112 kan använda de faktiska avläsningsvärdena v1, vg och tidsinformationen för att beräkna en approximation av v(t) över intervallet I, t1 till tg.

Processenheten 112 kan använda v1 och vg för att beräkna en motsvarande transport T1_g som sker mellan t1 och tg. Detta möjliggör en väldigt pålitlig approximering för två olika, men samverkande skäl: avbrott kommer sannolikt att ha väldigt kort varaktighet; och beroende på den linjära rörelsen av stammen, kommer accelerationen att hållas tämligen konstant. Med andra ord: större ändringar av hastighet är osannolika under ett kort intervall.

Enligt en utföringsform använder processenheten 112 ett Kalman-filter för att producera estimat och approximationer som kan registreras istället för faktiska avläsningar. Ett Kalman-filter kan producera approximationer av de sanna värdena och deras tillhörande beräknade värden genom att förutse ett värde.

En metod 200 enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas i förhållande till figur 5.

Metoden 200 är en metod för att styra ett längdtillkapnings-skördarhuvud under matning och kapning av en trädstam till en önskad längd Ld. I ett avläsningssteg 210 avläses den longitudinella ythastigheten (v) för en stam. Stammen 10 transporteras longitudinellt av matningsorgan innefattade i skördarhuvudet. Avläsningen kan utföras av en laser-Doppler-ythastighetssensor 110. 10 15 20 25 I ett registreringssteg 220 registreras den avlästa ythastigheten v(t) i minnesenheten 114 tillsammans med tidsinformation. I ett beräkningssteg 260 beräknas ett relativt lokalt transportavstånd T(t) baserat på den registrerade ythastigheten och tidsinformationen.

I ett driftkontrollsteg 270 används det beräknade relativa transportavståndet (T) som indata för att styra matnings- och tillkapningsoperationen för skördarhuvudet, och därigenom möjliggörs tillkapning av en stock av önskad längd Ld.

Metoden 200 kan vidare innefatta ett detekteringssteg 23 0, i vilket processenheten 112 detekterar ett tidsintervall I inom vilket ingen avläsning av v(t) görs. Detekteringssteget 230 följs av ett approximeringssteg 240, där en ythastighetsapproximation beräknas baserat på ythastigheter som avlästs före och efter tidsintervallet I; och av ett registreringssteg 250 när den beräknade ythastighetsapproximationen registreras i minnesenheten 114 for att komplettera registreringen av ythastighet (v). Dessa steg möjliggör beräkning av ett komplett transportavstånd (T) även om den faktiska avläsningen inte är komplett.

Enligt vissa utföringsformer av metoden 200 innefattar approximeringssteget en Kalman-filtrering.

Metoden 200 innefattar de ytterligare stegen av att mata luft runt omkretsen av sensoms öppning 115 mot avläsningsytan, och därigenom driva bort objekt från sensoms synfält.

Den ovan presenterade apparaten, metoden och systemet tillhandahåller flera fördelar jämfört med tidigare kända lösningar.

Laser-Doppler-sensor 110 apparaten 100 ger pålitliga avläsningar.

Vidare ger laser-Doppler-sensor-apparaten 100 en väldigt hög noggrannhet, delvis eftersom att den drivs med hög optisk upplösning.

Systemet är robust. Den integrerade fläkten driver bort objekt som annars skulle kunna störa den optiska avläsningen. Eftersom sensorn 110 arbetar enligt en endimensionell laser-Doppler-princip, kommer inte rotation av stammen att påverka mätningama.

I händelse av att de optiska avläsningarna skulle hindras trots fläkten, kan systemet enkelt detektera en avläsningspaus och kan beräkna ett estimat med mycket hög noggrannhet.

Claims (8)

10 15 20 25 30 10 PATENTKRAV

1. En apparat (100) operativ för att styra ett längdtillkapnings-skördarhuvud under matning och tillkapning av en trädstam för att erhålla en stock av önskad längd (Ld), apparaten (100) innefattande en laser-Doppler-sensor (110), en processenhet (112) och en minnesenhet (1 14), där nämnda apparat (100) är anpassad och konfigurerad att utföra stegen av att avläsa (210) med laser-Doppler-sensom (110) en longitudinell ythastighet (v) för en stam som transporteras longitudinellt av matningsorgan; registrera (220) den avlästa ythastigheten tillsammans med tidsinforrnation; beräkna (260) ett relativt longitudinellt transportavstånd (T) baserat på den registrerade ythastigheten och tidsinforrnationen; använda (270) det beräknade relativa transportavståndet (T) som indata för att styra matnings- och tillkapningsoperationen for skördarhuvudet, och därigenom möjliggöra tillkapning av en stock av den önskade längden (Ld).

2. Apparaten (100) enligt patentkrav 1, anpassad och konfigurerad att utföra de ytterligare stegen av att detektera (23 0) ett tidsintervall (I) inom vilket ingen avläsning utförs; approximera (240) en ythastighet baserat på ythastighet avläst före och efter tidsintervallet (I); registrera (250) den beräknade ythastighetsapproximeringen for att komplettera registrering av ythastighet (v) och därigenom möjliggöra beräkning av ett komplett transportavstånd (T), 10 15 20 25 30 ll

. Apparaten (100) enligt patentkrav 1 eller 2, vidare anpassad och konfigurerad att utföra approximeringssteget (240) innefattande Kalman-filtrering.

. Apparaten (100) enligt patentkrav 1, där sensorn (110) är anordnad i en ventilationskanal så att luft kan matas runt omkretsen av sensoms (110) öppning (115), mot avläsningsytan, och därigenom driva bort objekt från sensorns (110) synfalt.

. Apparaten (100) enligt patentkrav 4, vidare innefattande en fläkt belägen i anslutning till bakdelen av sensorn (110) och anordnad att mata luften.

. Apparaten (100) enligt patentkrav 4 eller 5, vidare innefattande en luftledning anordnad så att den kan förse luft utan objekt till ventilationskanalen.

. En metod för att styra ett längdtillkapnings-skördarhuvud under matning och kapning av en trädstam till önskad längd (Ld), innefattande stegen att avläsa (210) med en laser-Doppler-ythastighetssensor (110) en longitudinell ythastighet (v) för en stam som transporteras longitudinellt av matningsorgan; registrera (220) den avlästa ythastigheten tillsammans med tidsinformation; beräkna (260) ett relativt longitudinellt transportavstånd (T) baserat på den registrerade ythastigheten och tidsinforrnationen; använda (270) det beräknade relativa transportavståndet (T) som indata för att styra matnings- och tillkapningsoperationen för skördarhuvudet och därigenom möjliggöra tillkapning av en stock av den önskade längden (Ld).

8. Metoden enligt patentkrav 7 innefattande de ytterligare stegen av att 10 15 20 25 10. 11. 12. 13. 12 detektera (230) ett tidsintervall (I) inom vilket ingen avläsning görs; approximera (240) en ythastighet baserat på ythastighet avläst före och efter tidsintervallet (I); registrera (250) den beräknade ythastighetsapproximeringen för att komplettera registrering av ythastighet (V), och därigenom möjliggöra beräkning av ett komplett transportavstånd (T). Metoden enligt patentkrav 7 eller 8, där approximeringssteget (240) innefattar Kalman-filtrering. Metoden enligt något av patentkraven 7 till 9, innefattande de ytterligare stegen av att mata luft runt omkretsen av sensoms (110) öppning (115), mot avläsningsytan, och därigenom driva bort objekt från sensorns (110) synfält. Ett datorprogram innefattande programinstruktioner för att orsaka en dator att utföra metoden enligt något av patentkraven 7-10, när nämnda program körs på en dator. Ett datorprogram enligt patentkrav 11, inrymt på ett lagringsmedium, lagrat i ett datorrninne, inrymt i ett läsminne, eller buret av en elektrisk bärsignal. En datorprogramprodukt innefattande ett datorläsbart medium, havandes därpå: datorprogramkodmedel, när nämnda program laddas, för att få datorn att utföra metoden enligt något av kraven 7-10.