SE531765C2 - System och förfarande för form- och dimensionsmätning av timmerstock - Google Patents

Description

25 EST! 'H35 genom att de enskilda tvärsnitten läggs samman till en enda tredimensionell form under förutsättning att stocken rör sig helt stadigt i sin längdriktning ge- nom rnätramen. Denna metod beskrivs i skriften Kompendium i Virkesmät- ning, del VIII, Automatmätníng, utgiven 26 september 2000 av Virkesmät- ningsrådet.

Ett problem är dock att stocken ofta vibrerar, skakas eller på annat sätt ändrar läge på transportören medan den passerar mätramen, genom att exempelvis rulla på transportören. När stocken rör sig under mätningen så uppstår ett mät- fel när de enskilda tvärsnitten ska passas ihop. Detta innebär att den återskapa- de stockforrnen inte stämmer överens med stockens verkliga form. Detta inne- bär till exempel att en stock som i verkligheten är rak kan uppfattas som mycket krokig när mätresultatet analyseras. Eftersom en krokig stock ger ett sämre utfall när stocken sågas är rakhet en viktig egenskap. Det är därför av stort intresse att med stor precision kunna mäta hur rak eller krokig en stock är, så att den kan sorteras i rätt fack för vidare sågning och för att betala rätt pris för den timmerkvalitet som har levererats till sågverket.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett system och förfa- rande, som på ett enkelt sätt helt eliminerar dessa fel i krokighets- /rakhetsmätningar av till sågverket inmatade stockar. Detta syfte uppnås av ett system och ett förfarande enligt ingressema till kraven 1 resp. 7 som har de egenskaper som anges i de kännetecknande delarna av kraven l resp. 7. Syftet uppnås även av en datorprogramsprodukt i enlighet med krav 9. 10 15 20 531 3-'85 FIGURBESKRIVNIN G Uppfinningen kommer att illustreras nedan med hänvisning till ett antal utfo- ringsformer som beskrivs med hänvisning till figurema av vilka: Fi g. l visar en i och for sig känd skuggmätram som kan ingå i en utfórings- fonn av ett system enligt uppfinningen, Fig. 2A visar en i och för sig känd lasertrianguleringsmätram som kan ingå i en annan utforingsfonn av ett system enligt uppfinningen, F ig. 2B visar en 3D datorrepresentation av mantelytan hos en stock från se- kventiella tvärsnittsmätningar; Fig. 3 visar en i och för sig känd röntgenmätram som kan ingå i ytterligare en utforingsfonn av ett system enligt uppfinningen, Fig. 4 visar rent schematiskt ett system enligt uppfinningen för korrekt sorter- ing av stockar efter form och dimension, Fig. 5(a) och 5(b) visar uppmätning av samma tvärsnitt vid två olika mätstatio- ner, varvid stocken roterar mellan stationerna, och Fig. 6 visar ett diagram av stockradiemätningar vid dessa tvâ olika mätstatio- D61".

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORNIER Fig. 1 visar en skuggmätram av den typ som har används idag ensamt vid in- matningen till en sågverkstransportör till sortering. Två sändar-mottagarpar är anordnade vinkelrätt mot varandra, vilket ger en ögonblicksdiametermätning av stocken i horisontell respektive vertikal riktning, vid olika intervaller medan 10 15 20 25 EF! TGS stocken passerar i sin längdriktning genom skuggmätramen. Detta kan ge en grov uppskattning av stockens hela form.

En mycket bättre bild av en stocks mantelyta kan uppnås med en så-kallad 3D mätram. Namnet antyder att mätningen sker i tre dimensioner, vilket dock inte är helt principiellt korrekt. Denna utrustning mäter primärt inte stockens dia- meter utan närmare bestämt ytterkonturen av stocken i tvärsnitt längs stocken.

Dessutom sitter i mätramen även de fotoceller som registrerar stockens längsförflyttning. Eftersom mätningen utförs vid ett antal tvärsnitt längs hela stocken blir strukturen på hela dess mantelyta också kartlagd. 3D-mätaren enligt ett exempel som visas i Fig. 2A består av en mätram med tre mätbalkar 17 som med laserljusstrålar 8 mäter avståndet till mantelytan på stocken när den passerar genom mätramen. Antalet mätningar per sekund är 120 eller 240 beroende på banhastigheten. Mätbalkarnas placering med l20° vridning i förhållande till varandra innebär att hela stockens omkrets i princip kan täckas vid mätningen. Varje mätbalk 17 rymmer 16 lasermätenheter vilket innebär att totalt 48 mätpunkter står till förfogande för mätningen av ett stam- tvärsnitt. I verkligheten utnyttjas inte alltid alla dessa punkter när stocken är för klen för att alla punkter skall få plats på mantelytan. Omvänt gäller för gro- va stockar att det tillgängliga antalet punkter inte räcker till tör att täcka alla delar av mantelytan. Det blir alltså luckor mellan strålama från bredvidliggande mätbalkar och mätutrustningens datorprogram får då interpolera ytan i området med felande mätpunkter.

Principen vid 3D-mätning går alltså ut på att geometriskt bestämma de enskilda laserpunkternas läge på stockens mantelyta som Fig. 2B visar. Med ledning av denna information är det matematiskt möjligt att beräkna ett stort 10 15 20 25 533 ?Eš5 antal mått för varje enskilt stamtvärsnitt 9 och 10. Hit hör t ex arean av tvär- snittet och diametern i den cirkel som den motsvarar samt största och minsta diametrar. Tekniken med 3D-mätning används också för utbytesoptimering vid postning for sågning då man med kännedom om hela stockens geometri exakt kan beräkna vilka kombinationer av plank- och bräddimensioner som ger bästa utbyte. Tack vare möjligheten att i detalj beskriva stockens form har det visat sig möjligt att i viss utsträckning också bestämma dess ”kvalitet”.

Enligt den enklaste utföringsform av uppfinningen utnyttj as två mätramar, som är anordnade på avstånd till varandra i timmertransportriktningen.

Principen visas allmänt i Fig. 4. Stocken 1 förflyttas med en transportör 2. För- flyttningen sker i längstransport. l idealfallet ligger stocken helt still på trans- portören under förflyttningen. l verkligheten händer det dock ofta att stocken rör sig på något sätt, den kan till exempel vibrera, hoppa till eller rulla åt sidan medan den förflyttas i längsled. Under fórflyttningen passerar stocken mätstäl- lena 3 som är två till antalet i denna enklaste utfóringsforrn men kan vara flera i andra utforingsforiner. Stockens form och läge mäts vid respektive mätställe 3. lnformationom varje tvärsnitts form och läge registreras och tolkas av da- torn 4. Genom att varje tvärsnitts läge och rotation har mätts vid mer än ett ställe (7 och 8) kan hänsyn tas till att stockens läge och rotation eventuellt för- ändrats. Datorn 4 skickar en sorteringsanvisning till sorteringsanordning 5.

Sorteringsanordningen 5 styr stocken 1 till ett speciellt fack 6.

Med två mätpunkter kan mätning och beräkning ske till exempel enligt följan- de förfarande: 10 15 20 25 53'l 1955 . Vid tidpunkt 1 mäts stockens tvärsnittsfonn vid I stycken mätpunkter vid respektive mätställe. För varje mätpunkt mäts koordinaterna xisnvyism där i anger mätpunkten (ltill I om antalet mätpunkter är I, dvs. i1,i2,i3 i1), s anger snittet (1 till N, där N är antalet tvärsnitt som mätts upp när stocken passerat båda mätställena) och m anger mätstället (1 till M om antalet mätställen är M, i detta enklaste exempel är M=2). Base- rat på dessa mätningar beräknas en tyngdpunkt xtpßmytpßm för respektive tvärsnitt och mätställe. Utgående från denna tyngdpunkt kan en radie rism beräknas för varje mätpunkt. Det innebär att följande mätningar och beräkningar görs vid tidpunkt l: - Vid mätställe l mäts för snitt 2 koordinatema xizhym där i = l tilll - Vid mätställe 2 mäts för snitt 1 koordinaterna ximym där i = ltill I - För snitt 1 beräknas koordinaterna för den geometriska tyngdpunkten Xrpnuyrpnz Och för varje mätpunkt beräknas en radie rm där i=l till I - För snitt 2 beräknas koordinatema för den geometriska tyngdpunkten X1p,21,Y1p,21 Och För varje mätpunkt beräknas en radie rm där i=l till I . Vid tidpunkt 2 mäts på nytt stockens tvärsnittsform vid I mätpunkter vid respektive mätställe. Nu har dock snitt 1 passerat mätutrustningen me- dan snitt 2 nått fram till mätställe 2 och snitt 3 nått fram till mätställe 1.

Det innebär att följande mätningar och beräkningar görs vid tidpunkt 2: - Vid mätställe 1 mäts för snitt 3 koordinatema xßhyßl där i = 1 till I - Vid mätställe 2 mäts för snitt 2 koordinaterna xizbyin där i = 1 till I - För snitt 2 beräknas koordinatema för den geometriska tyngdpunkten Xip,2z,Yrp,2z 0011 för varje mätpunkt beräknas en radie rm där i=l till I - För snitt 3 beräknas koordinatema för den geometriska tyngdpunkten 10 15 20 25 531 785 Xßpßi ,Y=p,31 0011 för varje mätpunkt beräknas en radie rm där i=1 till I . För snitt 2 har tvärsnittets läge och form mätts upp vid både tidpunkt 1 och 2. Det innebär att läget för tvärsnittets tyngdpunkt kan jämföras mellan tidpunkt 1 (xtp,2,,ytp,21) och två (Xmzhyqgzz). Om stocken har legat still på transportören så är tvärsnittets tyngdpunkt densamma vid båda tidpunkterna. En eventuell rörelse kan alltså mätas upp genom att man beräknar skillnaden (AxbAyz) mellan tyngdpunktens läge vid de två tid- punkterna. Därefter kan radiema för respektive mätpunkt (Fig. 6) järn- föras mellan de två tidpunktema (rm respektive rm). Om stocken mel- lan dessa tidpunkter ändrat läge i rotationsriktningen så kan förändring- en av rotationsläget Acpz beräknas baserat på denna jämförelse.

. Vid nästa tidpunkt (tidpunkt 3) mäts på nytt stockens tvärsnittsforrn vid I mätpunkter vid respektive mätställe. Nu har dock ytterligare ett snitt (snitt 2) passerat mätutrustningen medan efterföljande snitt (snitt 3) nått fram till mätställe 2 och nästa snitt (snitt 4) har nått fram till mätställe 1.

Det innebär att följ ande mätningar och beräkningar görs vid tidpunkt 3: - Vid mätställe 1 mäts för snitt 4 koordinaterna xi41,y1-41 där i = 1 tilll - Vid mätställe 2 mäts för snitt 3 koordinaterna xiwym där i = 1 till I - För snitt 3 beräknas koordinaterna för den geometriska tyngdpunkten Xrpßbyfpßz 0011 för varje mätpunkt beräknas en radie rm där i=1 till I - För snitt 4 beräknas koordinaterna för den geometriska tyngdpunkten Xzpauyipai 0011 för varje mätpunkt beräknas en radie rm där i=1 till I l0 15 20 25 534 'H35 5. Nu har ytterligare ett snitt (snitt 3) mätts upp vid två tidpunkter (tid- punkt 2 och 3). Det innebär att läget för tvärsnittets tyngdpunkt kan jämföras mellan tidpunkt 2 (xßhyßj) och 3 (xtpßhytpßz). En eventuell förändring av tyngdpunkten mellan tidpunkterna 2 och 3 (AxgAyg) kan då beräknas. Därefter beräknas den eventuella rotationen Anp; mellan tidpunktema 2 och 3. 6. Steg 4 och 5 upprepas för varje nytt snitt till dess att hela stocken har passerat mätutrustningen. 7. Stockens form i tre dimensioner beskrivs med tyngdpunkten xmayips och radien ris där s=l till N och i=l till I. 8. Stockens lägesförändringar på transportören under förflyttningen ge- nom mätutrustningen beskrivs för varje tidpunkt med tyngdpunktsför- ändringen AxbAyt och rotationsförändringen Aq), där t=2 till N. 9. Slutligen kan stockens form kompenseras med avseende på de uppmätta stockrörelserna AxüAyt och A skrivs av tyngdpunkten xkomptrhgykomptpß och radiema rkompjs där snittet anges med index s=l till N och mätpunkten anges med index i=l till I.

Vad som har beskrivits ovan ska inte tolkas som en begränsning av föreliggan- de uppfinning, utan bara som ett illustrerande exempel av densamma. Mät- ningen av stockens form måste göras vid minst två positioner men mätningar kan med fördel göras vid fler än två positioner. Mätramen i den ovanbeskrivna föredragna utföringsforinen är en trianguleringslaser-mätrain av så-kallad 3D typ (Fig. 2) men uppfinningen kan även realiseras med användning av skugg- mätram (Fig. 1), eller röntgenmätram (Fig. 3) men kan även ske med helt andra mätprinciper som till exempel ultraljud. Det är även möjligt att olika mätmetoder används vid de olika mätställena. Om mätningen sker med hjälp 531 ?E5 av triangulering baserat på linje- eller punktlaser så kan mätningen även utfö- ras till exempel genom att en utrustning bestående av en kamerauppsättning och en laseruppsättning kompletteras med ytterligare en eller flera laserupp- sättningar.

Claims (7)

1. 53% '?E5 10 PATENTKRAV

2. 1. System för automatiserad fonn- och dimensionsmätning av en i sin längdriktning frammatad timmerstock, innefattande: 0 en timmerframmatningsanordning, 5 0 en första mätstation, som kan utföra ögonblicksmätningar av stockens tvärsnitt, när stocken passerar i sin längdriktning därigenom, 0 en dator för styrning, mottagning och bearbetning av sådana ögon- blicksmätningar kännetecknat av 10 0 en andra mätstation anordnad på avstånd efter den Första mätstationen i frammatningsriktningen, vilken andra mätstation kan utföra ögon- blicksmätningar av stockens tvärsnitt, när stocken passerar i sin längd- rikting därigenom, 0 varvid ögonblicksmätningar av stockens tvärsnitt från de första och 15 andra mätstationerna jämföras och bearbetas av datorn för att ge en rik- tig tre-dimensionell mätning av stockens verkliga förrn och dimensio- ner, trots eventuell skakning eller rotation av stocken under passagen igenom rnätstationema. 20 2.

3. System enligt krav 1, kännetecknat av ytterligare en eller flera mät- stationer är anordnade efter den andra mätstationen i frammatnings- riktningen. 531 'F55 11 S” System enligt krav 2, kännetecknat av att en eller flera av mätstatio- nerna omfattar en skuggmätrarn.

4. F* System enligt krav 2, kännetecknat av att en eller flera av mätstatio- 5 nerna omfattar en lasertrianguleringsmätrarn.

5. System enligt krav 2, kännetecknat av att en eller flera av mätsta- tionerna omfattar en röntgenmätram. 10

6. System enligt krav 1, av att timmerframmatningsanordningen är en transportör och att vardera av mätstationema är anordnad att i stora delar omge transportören.

7. Förfarande for automatiserad korrekt forrn- och dimensionsmätning 15 av en i sin längdriktning frammatad timmerstock medelst ett system enligt krav 1, kännetecknat av följande steg: a) Frammatning av en timmerstock i sin längdriktning genom åtminstone första och andra mätstationer, b) Koordinatbestämning i den forsta mätstationen av ett flertal 20 mätpunkter (i= 1, 2, 3, ...) runt Omkretsen av ett bestämt tvärsnitt (s) genom stocken och beräkning av koordinatema for tvärsnittets geometriska tyngdpunkt ,XTp,1,1,Yni,1,1, vid lO 15 20 d) steg: g) fiiïfl '255 12 det bestämda tvärsnittets passerandet av den första mätsta- tionen, Koordinatbestärnning i den andra mätstationen av ett flertal mätpunkter (i,_ il, il) runt Omkretsen av nämnda bestämda tvärsnitt (sn) och beräkning av koordinaterna för tvärsnittets geometriska tyngdpunkt XTPJJXTPILL vid det bestämda tvärsnittets passerandet av den andra mätstationen, En datorjärnförelse mellan koordinaterna för tvärsnittets geometriska tyngdpunkt vid passerandet av den första re- spektive den andra mätstationen under steg b) och c), En upprepning av stegen a)-d) för ett andra bestämda tvär- snitt efter det första bestämda tvärsnittet genom stocken, Datorbestämning av stockens tredimensionella form och di- mensioner med kompensation för eventuell avvikelse mellan koordinaterna för respektive tvärsnittets geometriska tyngd- punkt vid passerandet av den första respektive den andra mätstationen. Förfarande enligt krav 7, kännetecknat av följande ytterligare Sortering av stocken efter datorbestämning av stockens tre- dimensionella form pâ basis av datorbestämningen. 531 'H35 13 En datorprogramprodukt för styrning av en dator som ingår i ett sy- stem enligt något av kraven 1-6 att genømföra stegen b)-t) i ett för- farande enligt krav 7.