SE516174C2

SE516174C2 - Detector used in timber harvesting machine to find cracks in felled tree trunks during cutting

Info

Publication number: SE516174C2
Application number: SE9800826A
Authority: SE
Inventors: Tommy Helgesson
Original assignee: Traetek Inst Foer Traeteknisk
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2001-11-26
Also published as: SE9800826L; SE9800826D0

Abstract

An ultrasonic device (16) mounted in the timber cutting part of the harvesting machine works in conjunction with a sensor (21) in contact with the trunk, transmitting signals to a receiver for detecting any cracks present or being formed during the cutting process. The timber harvesting machine includes grab devices for gripping the tree trunk, a cutting device for felling the tree and cutting up the trunk, and a drive unit for transporting the trunk through the cutting device in order to cut the timber into logs, wood chips or other valuable timber products.

Description

sann» 10 15 40 ": 45 s 1.6 174 " Z l normalfall kan värdeförlusten på grund av kapsprickor uppgå till 2,5 %, av värdet på det sågade virket, men vid krmdanpassat virke med speciell dimension och längd som inte kan kortas kan kostnaden bli mångdubbelt högre om ingen alternativ användning finns för de korta virkesbitama. true »10 15 40": 45 p 1.6 174 "Z In normal cases, the loss in value due to cutting cracks can amount to 2.5%, of the value of the sawn timber, but in the case of cream-adapted timber with a special dimension and length that cannot be shortened, the cost become many times higher if there is no alternative use for the short pieces of wood.

Det är ett syfte med uppfinningen att kunna fastställa sprickbildningen vid kapning redan i skogen. En första fördel därmed är att operatören av maskinen kan få en signal redan när detta inträffar. Hans arbetssätt kan nämligen påverka frekvensen av detta fel.It is an object of the invention to be able to determine the crack formation when cutting already in the forest. A first advantage of this is that the operator of the machine can receive a signal already when this occurs. His way of working can affect the frequency of this error.

Vid fällsågrringen är det brukligt att låta skördaren utöva en böjkraft på trädet i riktning från sågsnittets öppning, fór att undvika att sågen klämmer. Om detta göres i för hög grad är en sprickbildning oundviklig. Vid den efterföljande avkapningen av stockar, som sker sedan trädstammen bragts till nära horisontellt läge, bildar den utstickande stocken en brytkraft vid snittet, vilken också påverkas av skördarens rörelse i vertikalled, medförande masskrafter, som i viss mån kan kontrolleras. Andra omständigheter ägnade att medföra kapsprickor är till exempel användning av en alltför slö sågkedja. Vid avsågning av särskilt grova stockar är det också ofta möjligt, beroende på maskintyp, att låta stockänden ta stöd mot marken. Flertalet av dessa faktorer är möjliga för operatören att påverka, genom maskinunderhåll och genom lämpligt arbetssätt. Om då operatören varje gång en kapspricka uppträder får en signal med t.ex. ljud eller ljus, erhålles en möjlighet till rättelse av arbetssättet (biofeedback).When felling, it is customary to let the harvester exert a bending force on the tree in the direction from the opening of the saw cut, in order to avoid the saw squeezing. If this is done too much, cracking is inevitable. During the subsequent cutting of logs, which takes place after the tree trunk has been brought to a near horizontal position, the protruding log forms a breaking force at the cut, which is also affected by the harvester's movement in the vertical direction, leading to mass forces which can be controlled to some extent. Other circumstances suitable for causing cutting cracks are, for example, the use of an excessively dull saw chain. When sawing particularly coarse logs, it is also often possible, depending on the type of machine, to let the log end support the ground. Most of these factors are possible for the operator to influence, through machine maintenance and through appropriate working methods. If then the operator each time a cutting crack occurs receives a signal with e.g. sound or light, a possibility of correcting the working method (biofeedback) is obtained.

I enlighet med en särskild aspekt av uppfinningen kan detektionen av sprickbildning också registreras. Det är vanligt att skördaren har en registreringsanordning eller dator, som t.ex. hjälper operatören att bestämma vilka stocklängder som skall tagas ut (aptering), och det är också vanligt att registrera stockarna till dimensioner, trädslag m.m. I den stocklista som då upprättas är det lämpligt att också medtaga upplysning om kapsprickor. Man kan därvid observera att om kapspricka upptäckes under kapning av en viss stock, vad som rent faktiskt detekteras är en spricka i påföljande avskilda stock, men att detta automatsikt betyder att den frånskilda stocken har en spricka i sin toppände. Normalt måste alltså två stockar då registreras som spruckna. Efterföljande massavedsbitars eventuella kapsprickor saknar dock betydelse.In accordance with a particular aspect of the invention, the detection of cracking may also be recorded. It is common for the harvester to have a recording device or computer, such as helps the operator to decide which log lengths to take out (accommodation), and it is also common to register the logs for dimensions, tree species, etc. In the log list that is then drawn up, it is appropriate to also include information about cutting cracks. It can be observed that if a cutting crack is detected during the cutting of a certain log, what is actually detected is a crack in the subsequent separated log, but that this automatic view means that the separated log has a crack in its top end. Normally, two logs must then be registered as cracked. However, the possible cutting cracks of subsequent pulpwood pieces are irrelevant.

Ovanstående syften och fördelar uppnås enligt uppfmningen genom en anordning vid skördaraggregat för skogsawerkning, som uppvisar de särdrag som anges i patentkrav 1. Förmånliga utföringsfonner frarngår av underkrav.The above objects and advantages are achieved according to the invention by means of a device in harvesting units for forestry, which exhibits the features stated in claim 1. Advantageous embodiments depart from subclaims.

Som omnämnts, är större delen av. de ändsprickor det är fråga om inte möjliga att konstatera genom enbart okulär besiktning. Även med andra tänkbara undersökningsmetoder är det ytterst svårt att detektera dem, med hänsyn till att de i regel slutit sig igen och hâlles fjädrande ihop genom den ospruckna huvuddelen av stocken. Vid deras alstring är de dock öppna och tillgängliga för detektion. Enligt uppfinningen kan de då detekteras genom ultraljud, såsom en mycket kraftig densitetsdiskontinuitet. En mot en dylik diskontinuitet riktad mekanisk våg kommer att kraftigt reflekteras. Vid en reﬂexionsmätning får man alltså ett eko, i transmission en intensitetsminskning för det genomstrålade. Ljudhastigheten i virke kan uppskattas till , n no n! »anno 10 15 20 25 40 45 516.174 3 3 500 - 6 000 rn/s beroende på riktning, medan ljudhastigheten i luft som bekant är cza 340 m/S.As mentioned, most of. the end cracks in question are not possible to determine by mere visual inspection. Even with other possible examination methods, it is extremely difficult to detect them, given that they usually close again and are resiliently held together by the uncracked main part of the log. In their generation, however, they are open and available for detection. According to the invention, they can then be detected by ultrasound, such as a very strong density discontinuity. A mechanical wave directed at such a discontinuity will be strongly reflected. In a reaction measurement, you thus get an echo, in transmission an intensity reduction for the radiated. The sound speed in wood can be estimated at, n no n! »Anno 10 15 20 25 40 45 516.174 3 3 500 - 6 000 rn / s depending on direction, while the speed of sound in air is known to be about 340 m / S.

Vid bestämning av egenskaperna hos trä medelst ultraljud är den s.k. genomstrålningsmetoden vanlig, innebärande att en sändare anordnas på ena sidan, en mottagare mittemot. Dylika utrustningar är mycket användbara vid bestämning av inre defekter i trä, liksom också vid bestämning av elasticitetsmodulen, som är korrelerad med ljudhastigheten. En öppen spricka kommer också att kunna detekteras. Man vill i vårt fall i första hand utföra detektionen av en reﬂex. Detta göres företrädesvis medelst en kombinerad sändare och mottagare, men kan också ske genom att använda en sändare på ena sidan och en mottagare mittemot.When determining the properties of wood by means of ultrasound, the so-called the radiation method is common, meaning that a transmitter is arranged on one side, a receiver opposite. Such equipment is very useful in determining internal defects in wood, as well as in determining the modulus of elasticity, which is correlated with the speed of sound. An open crack will also be detectable. In our case, we primarily want to perform the detection of a re ﬂ ex. This is preferably done by means of a combined transmitter and receiver, but can also be done by using a transmitter on one side and a receiver opposite.

Uppfrnningen skall nu belysas genom ett utföringsexempel och i anslutning till figurerna. Fig. 1 visar schematiskt ett skördeaggregat. Fig. 2 visar schematiskt en stock under avsågning, med en i illustrativt syfte överdriven kapspricka, tillsammans med mätutrustning.The invention will now be illustrated by means of an exemplary embodiment and in connection with the figures. Fig. 1 schematically shows a harvesting unit. Fig. 2 schematically shows a log during sawing, with an cutting crack exaggerated for illustrative purposes, together with measuring equipment.

Den i Fig. 1 mycket schematiskt ritade skördaren 2 tillsammans med ett träd 1 som skall fällas, har två par griparmar 3 och 4 och mellan dem ett par drivrullar 5. En delvis skymd såganordning 6 med ett sågsvärd (ej synligt) kommer att kapa av trädet strax under griparmama 4. Det hela manövreras f rån en ej synlig maskin medelst en anordnad lyftann (ej visat) I F ig. 2 visas starkt överdrivet uppkomsten av en kapspricka. Ett träd håller på att kapas i två bitar 10 och ll, varvid 10 är toppdelen och ll den mot roten vända delen.The harvester 2 very diagrammatically drawn in Fig. 1 together with a tree 1 to be felled has two pairs of gripping arms 3 and 4 and between them a pair of drive rollers 5. A partially obscured sawing device 6 with a saw bar (not visible) will cut off the tree just below the gripper arms 4. The whole is operated from an invisible machine by means of an arranged lifting tooth (not shown) IF ig. 2 shows the strongly exaggerated appearance of a cut crack. A tree is being cut into two pieces 10 and 11, 10 being the top part and the part facing the root.

En ej visad såg skär snittet 13, som dock ännu inte hunnit igenom. Toppdelen är fasthållen i en skördare sådan som den i Fig. 1 visade, med yttersta griparmama stödande vid pilen 12, medan delen ll är utan stöd och därför utövar en böjkraft i den del av stammen som ännu inte är genomsågad. Denna böjlcraft leder, som man förstår, till en böjdeforrnation som i sin tur leder till en spräckande kraft, så att man kan få kapsprickoma 14 och 15, om dessa blir tillräckligt stora. Om däremot sågningen sker snabbt och böjkraften hålles under kontroll, så kommer sågningen att hinna så långt, att detta scenario inte uppträder. På sin höjd kan då inträffa att den ärmu inte avkapade delen inom stockdiameterrr bryts av, något som normalt inte spelar någon roll utan hanmar inom det så kallade stötrnåttet.A saw (not shown) cuts the section 13, which, however, has not yet made it through. The top part is held in a harvester such as that shown in Fig. 1, with the outermost gripping arms supporting the arrow 12, while the part 11 is without support and therefore exerts a bending force in the part of the trunk which has not yet been sawn through. This bending force, as is understood, leads to a bending formation which in turn leads to a cracking force, so that one can get the cutting cracks 14 and 15, if these become large enough. If, on the other hand, the sawing takes place quickly and the bending force is kept under control, the sawing will have time to go so far that this scenario does not occur. At most, it can then happen that the sleeve not cut off within the log diameter is broken off, something that normally does not matter but males within the so-called impact net.

En ultraljudsgivare 16 är anordnad i skördaren och är pressad mot toppdelen något in på densamma, samt är kopplad till en kombinerad pulsgivare och signalmottagare 17, som i sin tur är kopplad till en ljudgivare 18 och till en dator 19. Den schematiskt visade givaren 16 är i detta fall av den typ, där cirkulära piezoelektriska skivor med nritthål är inspända på en bult och kopplade till ett koniskt huvud av metall. Dylika instrument kan tex. erhållas från Sonic Industries, Hatbury, Pennsylvania, USA.An ultrasonic sensor 16 is arranged in the harvester and is pressed against the top part slightly into it, and is connected to a combined pulse sensor and signal receiver 17, which in turn is connected to a sound sensor 18 and to a computer 19. The schematically shown sensor 16 is in this case of the type in which circular piezoelectric disks with n-holes are clamped on a bolt and coupled to a conical head of metal. Such instruments can e.g. obtained from Sonic Industries, Hatbury, Pennsylvania, USA.

Vid detektion medelst en dylik ekometod utsänder man pulserade, korta signaler, varav ekon detekteras. Redan från början kommer vissa ekosignaler att kunna uppträda, såsom ﬁån eventuella mindre defekter och från trädstammens motsatta sida, och en anus; 10 15 20 35 .:._:f a n an: 1 p I n n n a 516 174 <1 kapspricka måste sålunda detekteras i kontrast mot dylika bakgrundssignaler, vilket förutsätter diskriminering.Upon detection by means of such an echo method, pulsed, short signals are emitted, of which echoes are detected. From the very beginning, certain echo signals will be able to occur, such as from any minor defects and from the opposite side of the tree trunk, and an anus; 10 15 20 35.: ._: f a n an: 1 p I n n n a 516 174 <1 cap crack must thus be detected in contrast to such background signals, which presupposes discrimination.

När en spricka föreligger, kommer den stora skillnaden i densitet att medföra att man får ett kraftigt eko om en puls utsändes, vilket lätt kan skiljas från ﬂertalet andra densitetsändringar, och vilket eko alltså kommer tillbaka innan ekot från stockens motsatta sida.When a crack is present, the large difference in density will result in a strong echo if a pulse was emitted, which can be easily distinguished from the number of other density changes, and which echo thus returns before the echo from the opposite side of the log.

Man föredrar att låta sprickdetektionen ske en bit in på trädet, räknat från sågsnittet, gärna 5 - 7 cm från detta. En spricka som inte tränger så långt torde i allmänhet sakna betydelse, eftersom den mestadels ligger inom stötrnåttet (som är 10 cm för båda ändarna tillsammans).It is preferable to let the crack detection take place a bit into the tree, calculated from the saw cut, preferably 5 - 7 cm from this. A crack that does not penetrate that far should generally be irrelevant, as it is mostly within the impact seam (which is 10 cm for both ends together).

Vid sådana maskiner som den i F ig. 1 schematiskt avbildade är det lärnpligt att montera ultraljudsgivaren på den sida av stocken som genomsågas först, enligt vad som visas i Fig. 2, med hänsyn till att alla trädstammar oavsett grovlek kommer att pressas av griparmama mot maskinens ”ryggsida”. Vid andra maskintyper kan det vara lämpligare att montera ultraljudshuvudet mot den motsatta sidan. Huvudsaken är att mätrikmingen är ungefärligen i rät vinkel mot sågriktningen (som ju varierar när, som är vanligt, sågen är ett sågsvärd som svänges kring en axel).In such machines as the one in Fig. 1 schematically depicted, it is mandatory to mount the ultrasonic sensor on the side of the log that is sawn through first, as shown in Fig. 2, taking into account that all tree trunks, regardless of size, will be pressed by the gripper arms against the "back side" of the machine. For other types of machines, it may be more appropriate to mount the ultrasonic head against the opposite side. The main thing is that the measuring direction is approximately at right angles to the sawing direction (which of course varies when, as is usual, the saw is a saw bar that is swung around a shaft).

De avverkade träden är ju försedda med både grenar, kvistar och bark, som helt eller delvis skäres bort under trädets transport genom skördaren, medelst rullama 5. Under denna transport är det lämpligt att låta ultraljudsgivaren vara undanförd, för att först efter avstarmande och vid sågningens början föras fram till rent trä under bark. I Fig. 2 visas därför närmast symboliskt ett transportsystem 20, som fackrnannen förstår kan anordnas på mångahanda sätt. Ett föredraget moteringssätt är att fästa givaren vid en hydrauliskt driven kolv, med hänsyn till att systemet till så stora delar redan är hydrauliskt baserat.The felled trees are provided with both branches, twigs and bark, which are completely or partially cut away during the tree's transport through the harvester, by means of the rollers 5. During this transport it is advisable to leave the ultrasound sensor removed, so that only after dehumidification and sawing initially carried to clean wood under bark. Fig. 2 therefore almost symbolically shows a transport system 20, which the person skilled in the art can understand to be arranged in many different ways. A preferred mode of mounting is to attach the sensor to a hydraulically driven piston, taking into account that the system is already hydraulically based to such a large extent.

I enlighet med ett annat utföringsexempel arbetar man med en sändande givare och en mottagande givare, nämligen med givare 16 och 21 enligt Fig. 2, varvid även givaren 21 är inkopplad till sändaren/mottagaren 17.In accordance with another embodiment, one works with a transmitting sensor and a receiving sensor, namely with sensors 16 and 21 according to Fig. 2, wherein the sensor 21 is also connected to the transmitter / receiver 17.

Vid skördaraggregat av det avsedda slaget är det vanligt att de är utrustade med mätdon för både längd och diameter för stockama. Mätningen är till och med nödvändig för att möjliggöra aptering av stockarna till accepterade stockklasser. Mycket ofta registreras dessa data också i ett minne, i form av en stocklista, vilken sedan kan användas för att hålla reda på virket. I enlighet med en föredragen utföringsform noterar man därvid i stocklistan alla detekterade fall av kapsprickor. Tydligtvis kommer en detekterad kapspricka i den del av trädet som är kvar i maskinen att i princip alltid motsvaras av en kapspricka i den löskapade delen, varför sprickans förekomst inlägges i stocklistan för båda stockama. Eventuellt avstår man från att notera något alls för virkesdelar som skall bli massaved. »nu »o . - . . - . ~ - ~ v- 516 174 5 I enlighet med en särskild utföringsform kan man låta apteringen göras interaktivt. I förhållande till de längder som önskas för de sågade varoma brukar man alltid tillämpa en överskottslängd, Standardiserad till 10 cm för hela stocken, det så kallade stötmåttet.In the case of harvesting units of the intended type, it is common for them to be equipped with measuring devices for both the length and diameter of the logs. The measurement is even necessary to enable fitting of the logs to accepted log classes. Very often this data is also registered in a memory, in the form of a log list, which can then be used to keep track of the timber. In accordance with a preferred embodiment, all detected cases of cutting cracks are noted in the log list. Obviously, a detected cutting crack in the part of the tree that remains in the machine will in principle always correspond to a cutting crack in the created part, so the occurrence of the crack is entered in the log list for both logs. You may refrain from noting anything at all for wood parts that are to become pulpwood. »Nu» o. -. . -. ~ - ~ v- 516 174 5 In accordance with a particular embodiment, the fitting can be made interactive. In relation to the lengths desired for the sawn goods, a surplus length is always applied, Standardized to 10 cm for the entire log, the so-called shock dimension.

Det kan då vara lämpligt, när man observerat en kapsprícka, låta frammatningen av 5 nästa stock förbi sågen ske med ett ytterligare utökat stötmått, något som i så fall sker under styrning av samma dator 19.It may then be appropriate, when an cutting crack has been observed, to allow the feed of the next log past the saw to take place with a further extended shock dimension, which in that case takes place under the control of the same computer 19.

Vid en annan töredriven uttöringsforrn anordnar man så att varje gång en kapspricka detekteras, en fárgmärkanordning aktiveras, som från sågsvärdet utsprutar en 10 fargrnarkering på sågsnittets båda ytor. canonIn another dry-driven form of drying, it is arranged that each time a cutting crack is detected, a color marking device is activated, which from the saw blade sprays a color marking on both surfaces of the saw cut. canon

Claims

pl 10 15 20 40 45 u ø o u en o 516 .174 = - '' f e Patent claim

Device for harvester units for deforestation, the harvester unit comprising gripping means (3, 4) for gripping a tree trunk, cutting means (6) for felling and cutting up a tree trunk, drive means (5) for first discharging the tree trunk past the cutting means at one end in order to cut off the extended lengths of logs, pieces of pulpwood and other useful timber, and an ultrasonic device for measuring against a tree path in the harvester unit, characterized in that the ultrasonic device (16, 20; 16, 21) is mounted adjacent to the cutting means and is arranged to, in connection with cutting operations with sensor means (16, 21), abut pressed against the tree trunk for a measuring direction approximately at right angles to the sawing direction of the cutting means for transmitting ultrasonic signals and receiving signals for sensing a cutting crack which may occur during cutting.

Device according to claim 1, characterized in that said sensor means (16) comprises an ultrasonic sensor which is adapted to emit short ultrasonic signals and sense echo signals thereof from any cutting cracks during cutting operations.

Device according to claim 1 or 2, characterized by a signaling means for signaling to the driver of the device a detected cutting crack.

Device according to any one of the preceding lcav, characterized in that said sensor means comprise for surface measuring devices (20) for removing them at the feeding of the tree trunk and for bringing them into an abutment position for measurement during sawing.

Device according to any one of the preceding claims, characterized in that said sensor means have a pointed abutment end.

Device according to claim 2, characterized in that the sensor means (16) is arranged at the side of a tree trunk which corresponds to the direction from which the cutting means begins to saw.

Device according to claim 1, which comprises a computer (19) with memory means for registering dimensional data for felled logs in a log list, characterized in that a detection of a saw crack by the ultrasonic device is arranged to be registered in the log list for both the loosened log and for subsequent log. '

Device according to claim 1 or claim 7, characterized in that after detection of a cutting crack the drive means (5) are arranged to advance subsequent logs with computer control with an increased length in relation to the applicable impact dimensions.

Device according to claim 1, characterized in that said ultrasonic device, mounted at a distance from the place of sawing of 5 - 10 cm. r n. u 'I 5 16 -1 7 4?

Device according to Claim 1, characterized by a color marking device which is arranged to emit a color marking in the cut surface when a cutting crack is detected, preferably by means of a cutting blade.