SK288751B6

SK288751B6 - Spôsob optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, a systém na jeho vykonávanie

Info

Publication number: SK288751B6
Application number: SK50044-2015A
Authority: SK
Inventors: Peter Schmeringa
Original assignee: Biatec Group A S
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2020-05-04
Also published as: CA2996259C; US11144029B2; WO2017033148A1; US20190018389A1; CN108351632A; AU2016311391B2; WO2017033148A4; EP3341805A1; EP3341805B1; CA2996259A1; AU2016311391A1; SK500442015A3

Abstract

Pri rezaní plošných výrobkov (3) je definovaná skupina požadovaných tvarov a rozmerov výrobkov (3). Najskôr sa naskenuje aspoň jedna plocha materiálu (1), naskenovaním sa určia hranice dostupnej plochy materiálu (1). Optické skenovanie môže byť doplnené rádiologickým skenovaním, výhodne pomocou CT skenera. V naskenovanom obraze sa identifikujú poruchy (2) a priradí sa k nim pozícia. Každému prvku v skupine požadovaných tvarov a rozmerov výrobkov (3) sa priradí váhový koeficient. Vytvorí sa rezný plán (4), ktorý určuje hranice jednotlivých plošných výrobkov (3), pričom pri tvorbe rezného plánu (4) sa zohľadňujú miesta s identifikovanými poruchami (2) materiálu (1). Optimalizácia rozloženia požadovaných výrobkov (3) sa uskutoční s cieľom dosiahnuť najvyšší súčet počtu výrobkov (3) násobený váhovým koeficientom príslušného výrobku (3) bez podmienky rezania všetkých prvkov zo skupiny požadovaných výrobkov (3). Následne sa na rezanie výrobkov (3) použije rezací stroj, ktorý reže materiál (1) bez obmedzenia vzájomnej polohy rezaných línií susediacich výrobkov (3).

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, ktorý má alebo môže mať povrchové a/alebo vnútorné poruchy, pričom sa najskôr zisťujú tieto poruchy a rezací plán sa vytvorí s prihliadnutím na zistené poruchy. Výnález opisuje tiež systém na optimalizované rezanie plošných prírodných polotovarov, najmä drevených dosiek, kamenných platní, kože a podobne.

Doterajší stav techniky

Pri rezaní homogénnych materiálov sa používa optimalizácia, ktorá zaistí, aby sa dostupný materiál využil bez zbytočného odpadu. Je známa jednodimenzionálna optimalizácia pri delení tyčového materiálu ako sú rôzne profily, rúry, kmene stromov, ktorý sa delí na požadované dĺžky ako napríklad podľa WO2014174147 Al. Je známa tiež dvojdimenzionálna optimalizácia, kedy sa na dostupnej ploche polotovaru hľadá optimálne rozmiestnenie požadovaných výrobkov, napríklad strihov v odevnom priemysle. Situácia sa komplikuje v prípade, že materiál je nehomogénny, má prírodné poruchy, ktoré je vhodné v rezacom pláne obísť, aby sa nestali súčasťou narezaných výrobkov. Riešenie podľa FR2935923 Al navrhuje pozdĺžny rez guľatinou podľa jej prierezu, čo však neumožňuje zohľadniť poruchy, ktoré sa objavia na ploche až po narezaní na dosky. Zverejnenie RU2009107949 A opisuje rezanie pomocou viacerých pílových listov, kde sa rozmies tnenie výrobkov optimalizuje počítačom, nezohľadňuje savšak rozmiestnenie porúch, čo vedie k rezaniu nepodarkov.

Je známy postup optimalizácie, pri ktorom sa naskenuje povrch prírodného polotovaru a rozpoznajú sa v ňom poruchy podľa vopred nastavených kritérií, napríklad podľa CN203999642 U, CN102508938 A. Tieto poruchy sú pri následnej optimalizácii považované za nevyhnutné hranice delenia. Pri takomto postupe výsledné narezané plošné výrobky nemajú poruchy, ktoré boli rozpoznané v predchádzajúcom kroku. Nevýhodou takéhoto postupu je, že aj keď vedie k vysokému stupňu využitia dostupnej plochy materiálu, tento stav zvyčajne nie je najhospodárnejším využitím materiálu.

Sú známe postupy, priktorých sa pomocou rôntgenových lúčov zisťujú vnútorné poruchy v guľatine a na základe priestorového rozloženia zistených porúch sa nastavuje uhol a smer rozrezania guľatiny. Takéto postupy sú objasnené vo zverejneniach CA2590347A1, CA2714323A1, EP2202039A1, EP2228183A2, WO9105245A1, kde sa pomocou počítačovej tomografie vytvorí obraz definujúci trojrozmernú štruktúru guľatiny. Napriek zvyšujúcej sa presnosti počítačovej tomografie sa nedá vytvorený obraz spoľahlivo použiť aj pri hodnotení dosiek, na ktoré sa guľatina rozrezala, dosky sa už rádiologický neskenujú a medzi navrhnutým a skutočným rezom guľatiny sú vždy odchýlky a tomograf nerozlišuje napríklad odchýlku od požadovanej farby. Na hodnotenie kvality konečného produktu je dôležité rozmiestnenie porúch na doskách.

Postup podľa zverejnenia FR 2779378 Al zahŕňa rozpoznanie porúch v drevených doskách, za ním nasleduje rezanie dreva na pláty, ktoré sa vyhýbajú skôr rozpoznaným poruchám a následne sú pláty rezané na jednotlivé výrobky. Keďže kotúčová píla použitá pri tomto postupe môže rezať len v rovných líniách, riešenie je použiteľné len pri výrobkoch s rovnakou šírkou (obrázok 1). Optimalizácia po rozrezaní na pláty jednotnej šírky’ sa zužuje na jednodimenzionálnu optimalizáciu. Z plátu danej šírky sa môže následne vyrezať aj výrobok s menšou šírkou, ale tým vzniká ďalší odpad. V praxi sa pritom vyžadujú výrobky s rozmanitými rozmermi, rezanie drevených dosiek na pláty, ktoré obchádzajú skôr rozpoznané poruchy, je málo efektívne z hľadiska plošnej aj hospodárskej využiteľnosti.

Známe postupy optimalizácie vedú k vytváraniu väčšieho množstva malých výrobkov, keďže opakovaním malého výrobku na dostupnej ploche sa spoľahlivo dosiahne vysoký plošný stupeň využitia plochy, ale to nevedie k hospodársky a k ekologicky najvhodnejšiemu využitiu drevnej hmoty. Je žiadaná a nie je známa efektívnejšia optimalizácia, pri ktorej sa dostupný materiál využije s čo najvyšším hospodárskym a ekologickým efektom

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje spôsob optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, pri ktorom je vopred určená skupina požadovaných tvarov a rozmerov výrobkov, ktoré sa majú vyrezať, a kde sa najskôr naskenuje pohľadová plocha materiálu, v naskenovanomobraze sa identifikujú poruchy materiálu prejavujúce sa definovanými optickými odlišnosťami od okolia, k zisteným poruchám sa priradí poloha na pohľadovej ploche materiálu, potom sa vy tvorí rezný plán, ktorý určuje hranice jednotlivých plošných výrobkov, pričom pri tvorbe rezného plánu sa zohľadňujú miesta s identifikovanými poruchami materiálu a rozloženie požadovaných výrobkov na dostupnej ploche materiálu sa optimalizuje pomocou numerického algoritmu podľa tohto vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že každému prvku v skupine požadovaných tvarov a rozmerov výrobku sa priradí váhový koeficient a optimalizácia roz

S K 288751 B6 loženia požadovaných výrobkov sa uskutoční s cieľom dosiahnuť najvyšší súčet počtu výrobkov násobený váhovým koeficientom príslušného výrobku bez podmienky rezania všetkých prvkov zo skupiny požadovaných výrobkov. Následne sa na rezanie výrobkov použije rezací stroj, ktorý reže materiál bez obmedzenia vzájomnej polohy rezaných línií susediacich výrobkov. Rezací stroj môže rez začať aj ukončiť na ľubovoľnom mieste materiálu, má teda dvojrozmernú voľnosť pohybu, rezná línia môže mať tvarovo ľubovoľný priebeh, môže saskokovo meniť v ľubovoľnomuhle.

Vo výhodnom usporiadaní sa skenuje nielen jedna pohľadová plocha, ale obe pohľadové plochy. Porucha v tele materiálu môže mať priebeh, ktorý sa neprejaví na opačnej strane dosky. Ak napríklad pri konkrétnom výrobku postačí, aby bolbez porúch na jednej strane, je výhodné skenovať obe pohľadové strany dosky, čím sa môže zistiť, že pri vhodnom reznom pláne sa vyreže výrobok, ktorý na jednej strane zahŕňa drobnú chybu, ale na opačnej strane je bez chýb. Skenovanie len jednej strany by takéto hodnotenie neumožnilo. Pri skenovaní oboch strán bude zabezpečená vzájomná pozícia oboch skenov, napríklad pomocou počiatku x, y (0, 0) vzťažnej sústavy.

V rastených prírodných materiáloch, ako je drevo, existuje zvyčajne súvis medzi poruchami na jednej a druhej strane dosky. Získanie dvoch skenov jednej dosky uľahčuje následne rozpoznanie a klasifikáciu porúch. Komplexnejšie informácie o materiáli sa získajú tým, že sa použije optické skenovanie všetký ch plôch materiálu, teda aj z bokov.

Pri zisťovaní porúch sa môže využiť aj počítačová tomografia, ktorá umožní vyhľadať aj vnútorné chyby. Rádiologický sa skenuje doska, z ktorej sa reže výsledný výrobok, vďaka tomu sa rozloženie porúch zistí s vysokou presnosťou polohy,ktorá savzťahuje na navrhovanú polohu výrobku.

Keďže výrobok sa následne reže s vysokou presnosťou proti skôr definovanému počiatku x, y (0, 0) vzťažnej sústavy, môže sa z výsledkov optického skenovania a prípadne aj z výsledkov CT skenovania oddeliť súbor dát prislúchajúci lokalite, kde je podľa rezného plánu umiestnený príslušný výrobok. Tak je možné vytvárať obraz, akoby „rodný list“ každého výrobku bez potreby skenovania jednotlivého výrobku po jeho vyrezaní. V prípade dôležitých výrobkov, napríklad pri mechanicky zaťažovaných nosníkoch, môže byť spolu s výrobkom odovzdaný výsledok jeho skenovania. Pri neskoršej revízii sa môžu nové údaje dať porovnať so stavompri expedícň.

Použitie počítačovej tomografie popri optickom skenovaní umožňuje prepojiť výsledky týchto dvoch metód pri klasifikácii porúch. Vnútorná nehomogenita materiálu zistená počítačovou tomografiou umožní spoľahlivejšie analyzovať, že porucha na vonkajšom povrchu zistená optickým skenom na príslušnom mieste dosky má určitý charakter špecifický pre daný typ poruchy. Použitie optického skenovania a počítačovej tomografie v rámci jednej dosky prináša synergický efekt, zvyšuje sa spoľahlivosť klasifikovania porúch, znižuje sa počet nepodarkov.

Doteraz známe algoritmy optimálneho rozloženia výrobkov na dostupnej ploche materiálu vychádzali z predpokladu, že výsledkom rezania majú byť všetky prvky zo skupiny požadovaných tvarov a rozmerov, a to výhodne pri najmenšej spotrebe dostupného materiálu alebo výsledkommábyť čo najväčší počet súborov so všetkými prvkami. Takýto postup vznikol predovšetkým z potrieb odevného priemyslu, kde sa prirodzene žiada, aby sa vyrezali všetky prvky strihov, inak by nebolo možné zošiť hotový výrobok. Optimalizačný algoritmus teda v podstate pracuje tak, že rozmiestňuje v rôznych orientáciách jednotlivé prvky skupiny, pričom je zadefinovaná podmienka, že na dostupnej ploche sa všetky prvky zo skupiny vyskytujú v rovnakom množstve opakovaní. Pri postupe podľa tohto vynálezu je táto dôležitá podmienka zrušená a je nahradená cieľom najvyššej váhovej sumy výrobkov. Váhový koeficient bude zvyčajne vyjadrovať cenu alebo podobný ekonomický parameter prvku v skupine. V optimalizačnom procese podľa tohto vynálezu sa nemusia rozmiestniť všetky prvky zo skupiny, dôležitejšie bude, aby sa dosiahla čo najvyššia váhová suma, čo v podstate znamená čo najvyššiu ekonomickú hodnotu dosiahnuteľnú zdostupného materiálu.

Postup podľa vynálezu je určený na rezanie prírodného materiálu, výhodne bude použitý na rezanie tuhých doskových materiálov, ako sú drevené dosky, drevené platne alebo dosky, platne zprírodného materiálu. Prirodzene, optimalizácia bude výhodná najmä pri relatívne drahých materiáloch, v prípade dreva to bude najmä tvrdé drevo, ako je dub,buk, brest, jaseň, agát, orech a podobne.

Guľatina, teda odvetvený kmeň stromu, sa rozreže na dosky požadovanej hrúbky, na rezanie sa v tejto fáze používajú kotúčové alebo pásové, alebo rámové píly. Rozrezaním na dosky vznikne materiál, ktorého rezanie na jednotlivé výrobky je predmetom optimalizácie podľa tohto vynálezu.

Prírodný materiál má poruchy rozmiestnené náhodne, aj keď sa v ich lokalizácii vyskytujú určité zákonitosti. Napríklad po rozrezaní kmeňa je rozmiestnenie hrč (angl. knôt, nem Ast, česky suk - časť vetvy obrastená drevom) v jednotlivých vrstvách, v jednotlivých doskách z jedného kmeňa previazané, po rozrezaní ďalšieho kmeňa je rozmiestnenie hrč odlišné. Pojem porucha v tomto spise označuje akýkoľvek jav, ktorý má byť sledovaný podľa požiadaviek odberateľa. Pojem porucha teda nemusí označovať prírodnú anomáliu, napríklad dendrologickú chybu, môže ísť aj o prirodzene sa vyskytujúci jav, ktorého prítomnosť na výrobku má byť však podrobená určeným kritériám

S K 288751 B6

Pri optimalizácii rezania s použitím skenovania a s rozpoznávaním porúch sa vytvára rezný plán len v rámci plochy jedného kusa materiálu. Ďalší kus dostupného materiálu sa skenuje a hodnotí samostatne, pri optimalizácii sa nehodnotí plocha viacerých materiálov, ktoré by sa postupne naskenovali, odložili a následne by sa tvoril rezný plán pre viacero kusov materiálov. Aj pri postupe podľa tohto vynálezu sa skenuje a hodnotí len jeden kus materiálu. Zrušenie podmienky vyrezania všetkých prvkov v skupine na jednom kuse materiálu sa štatisticky kompenzuje tým, že rozdelenie porúch na väčšompočte kusov materiálu je náhodné a do určitej miery aj rovnomerné. Ak sa pri každom kuse sleduje maximálne ekonomické využitie materiálu, bude využitie celého súboru dostupného materiálu rovnako maximálne ekonomické.

Povrch materiálu sa opticky môže skenovať rôznymi zariadeniami, ktoré sú známe zo stavu techniky. Optické snímanie bude prebiehať najmä vo viditeľnom spektre, môže prebiehať aj v odlišných vlnových dĺžkach podľa poznatkov o identifikácii porúch v prírodnom materiáli. Pri optickom skenovaní povrchu sú podstatné najmä poruchy viditeľné ľudským okom, keďže pri prírodnom materiáli je cenený vizuálny dojem Po naskenovaní pohľadovej plochy materiálu sa získané dáta analyzujú. Analýza môže zahŕňať predfiltráciu a spektrálnu analýzu, kde sa rozpoznajú zóny s nastaveným kontrastomoproti okoliu. Následne sa tieto zóny ohodnotia, napríklad porovnaním s uloženými klasifikátormi porúch, k poruchám sa priradí ich ohraničenie na naskenovanej ploche. Toto optické skenovanie povrchu môže byť doplnené o rádiologické skenovanie, kedy sa, ako sa už skôr uviedlo, pomocou CT prístroja analyzuje vnútorná homogenita materiálu, resp. umiestnenie vnútorných porúch materiálu. Pri optickom skenovaní sa zvyčajne bude postupovať tak, že materiál je položený na pracovnom stole, na ktorom sa neskôr materiál reže a medzi pracovným stolom a hlavou skenera sa vytvára vzájomný pohyb. Môže sa pohybovať pracovný stôl, kedy hlava je statická alebo naopak. Vprípade rádiologického skenovania je výhodnejšie, ak sa materiál pohybuje medzi dvoma stolnú alebo podávačmi, aby tieto podporné prostriedky neprekážali smerovaniu rôntgenového žiarenia vo všetkých smeroch. CT skener je umiestnený medzi dvoma podpornými prostriedkami. Z dopadajúceho detekovaného žiarenia v rôznych uhloch sapomocou počítačovej rekonštrukcie obrazu vytvorí obraz pre jednotlivé vrstvy v materiáli.

Teraz sa môže vytvoriť rezný plán, ktoiý určuje hranice jednotlivých plošných výrobkov. Na jednej strane pri tvorbe tohto plánu je skupina požadovaných tvarov a rozmerov výrobkov, ktoré sa majú vyrezať. Napríklad v prípade bežných obdĺžnikových výrobkov bude každý výrobok definovaný dvoma rozmermi. Na druhej strane je k dispozícii naskenovaný tvar dostupnej plochy, na ktorú sa majú čo najvhodnejšie rozložiť priemety výrobkov zo skupiny požadovaných tvarov a rozmerov výrobkov. Plocha má vonkajšie hranice, ktoré sú dané okrajom materiálu s prípadnou rezervou, napríklad rezervou podľa zvyškov kôry. Okrem vonkajších hraníc sapri optimalizácii berie do úvahy rozloženie porúch.

Dôležitou podmienkou je, aby rezanie prebiehalo bez obmedzenia vzájomnej polohy rezaných línii susediacich výrobkov, to znamená, že línia rezania môže prebiehať s ľubovoľnými zmenami smeru. Nepoužiteľné sú napríklad kotúčové píly, ktoré dokážu rezať len v priamom smere, nie sú schopné zmeniť reznú líniu napríklad o 90°, aby sa vytvoril pravouhlý rez. Požadovanú podmienku spĺňa rezanie s bodovýmpôsobením, ako je rezanie laserom rezanie vodným lúčom a podobne. V prípade drevených výrobkov bude výhodné rezanie laserom.

Skutočnosť, že rezanie môže prebiehať s ľubovoľným tvarom a rozmiestnením rezacích línii, ovply vňuje tiež štatistickú hustotu zastúpenia jednotlivých výrobkov zo skupiny požadovaných výrobkov. Podľa vynálezu sa skenuje a vyhodnocuje len jedna doska, jeden kus materiálu. Z hľadiska dosiahnutia rovnomerného zastúpenia jedno tlivých výrobkov by bolo vhodné, aby sa najskôr naskenovali a vy hodnotili všetky dostupné kusy materiálu, napríklad všetky kusy naplánované na rezanie počas jedného pracovného dňa, a až následne prebiehala optimalizácia rezného plánu. To by však viedlo k logistickým problém s medziskladom a tiež by hrozilo riziko zlej identifikácie jednotlivých kusov. Ak sa však odstráni tvarové obmedzenie reznej línie, teda sa nebude používať kotúčová píla podľa stavu techniky, a zároveň sa rezný plán optimalizuje s požiadavkou maxima váhovej sumy, dochádza na celej skupine dostupných kusov materiálu k relatívne rovnomernému rozloženiu výrobkov, pričom však je dosiahnuté aj celkové maximum výťažnosti. A to všetko bez nutnosti vykonávať optimalizáciu naraz na celej skupine dostupných kusov materiálu.

Aby sa dostupný prírodný materiál využil ekonomicky a ekologicky čo najvýhodnejšie, bude vhodné, aby sa identifikované pomchy hodnotili a priradili do viacerých kategórií, pričom aspoň jedna kategória zahŕňa poruchy, ktoré sú za určitých podmienok prípustné v rámci vyrezaného výrobku. Váhový koeficient bude ovplyvnený prítomnosťou prípustnej pomchy na danomvýrobku. Zvyčajne bude platiť, že čímväčší je výrobok, tým väčší bude váhový koeficient tohto výrobku. Zároveň bude platiť, že čím menej prípustných chýb bude príslušný výrobok obsahovať, tým bude váhový koeficient vyšší. Prípustné chyby môžu byť kategorizované do viacerých skupín. Napríklad porucha v podobe praskliny bude zvyčajne neprípustná porucha, keďže takáto prasklina priamo ovplyvňuje využiteľné mechanické vlastnosti výrob ku.

Pri tvorbe rezného plánu sa zohľadňujú miesta s identifikovanými poruchami materiálu spolu s ich klasifikáciou. Rozloženie požadovaných výrobkov na dostupnej ploche materiálu sa optimalizuje numerickým algoritmom Z iných oblastí techniky sú známe viaceré optimalizačné algoritmy. Lineárne programovanie, li

S K 288751 B6 neáme optimalizovanie, pomenované tiež ako lineárne plánovanie rieši sústavu lineárnych rovníc a nerovníc pomocou iteračného výpočtu matíc.

Základná optimalizačná úloha pri usporiadaní podľa tohto vynálezu je nájsť maximum váhového súčtu výrobkov. Okrajové podmienky definujú, že žiaden z výrobkov nemôže presahovať dostupnú plochu (vonkajšie okraje dostupného materiálu), žiaden z výrobkov nemôže zasahovať do priemetu susedného výrobku (zákaz vzájomnej interferencie) a žiaden z výrobkov nemôže zasahovať do zóny s poruchou z kategórie neprípustných porúch (zákaz rezania nepodarkov). Optimalizačná úloha môže byť doplnená pravidlom, že do váhového súčtu, ktorého maximum sa hľadá, sa započíta aj váhová hodnota odpadu. Tá sa môže vypočítavať na základe plochy materiálu, ktorý zostane po rezaní nevyužitý. Pri každom kroku výpočtu rozloženia požadovaných výrobkov je možné jednoducho vypočítať plochu odpadu tak, že z naskenovanej dostupnej plochy materiálu sa odpočítajú plochy všetkých rozložených výrobkov. Odpad môže mať určitú hodnotu, teda pozitívnu váhovú hodnotu, ale narábanie s odpadom môže byť podľa povahy materiálu spojené s nákladmi, a v takých prípadoch môže byť váhový koeficient záporný.

Nedostatky uvedené v stave techniky odstraňuje aj systém na optimalizáciu rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, kde systém zahŕňa skener pohľadovej plochy materiálu, rezací stroj a riadiaci počítač, s ktorým je prepojený skener aj rezací stroj, pričom v riadiacom počítači je uložená databáza aspoň s jednou skupinou požadovaných tvarov a rozmerov výrobkov a riadiaci počítač má výstup na riadenie reznej línie rezacieho stroja podľa rezného plánu, ktorého podstata podľa tohto vynálezu spočíva v tom, že ku každému výrobku v skupine je priradená váhová hodnota uložená v databáze, v riadiacom počítači je program na optimalizáciu rezného plánu s podmienkou maximálneho súčtu váhových hodnôt výrobkov, pričom rezací stroj je prispôsobený na skokové zmeny smeru reznej linie.

Systém má vo výhodnom usporiadaní CT skener, ktorým sa rádiologický preskúma vnútro dosky a zistia sa vnútorné poruchy. CT skener je prepojený s riadiacim počítačom, v ktorom prebieha optimalizačný algoritmus.

Riadiaci počítač môže byť rozdelený na viacero samostatných počítačových jednotiek. Skener má zvyčajne vlastné riadenie pohybu materiálu alebo optickej hlavy avýstupomzo skenera môžu byť hrubé,bitmapové dáta alebo analyzované dáta, alebo vektorové dáta. Ďalšia riadiaca jednotka môže ovládať pohyb rezacej hlavy, napríklad laserovej hlavy. Rezný plán sa môže optimalizovať v samostatnej riadiacej jednotke, napríklad v podobe osobného alebo priemyselného počítača. Ten príjme dáta zo skenera, použije ich pri optimalizácu a výsledný rezný plán zašle do riadiacej jednotky rezného stroja. Týmto usporiadaním sa môžu integrovať skenery a rezacie stroje rôznych dodávateľov. Integrujúcim bude riadiaca jednotka s optimalizačným programom.

Optický skener môže mať vo výhodnom usporiadaní dve optické lišty, hornú a dolnú, doska bude zoskenovaná z oboch strán prijednompohybe dosky. Vprípade zapojenia CT skenera do systému bude vhodné, ak sapri jednom pohybe doska skenuje opticky a zároveň aj rádiologický.

Rezací stroj vo výhodnom usporiadaní je bodovo pôsobiaci stroj, obzvlášť výhodne je to laserový rezací stroj.

Výhodou vynálezu je podstatné zvýšenie ekonomickej výťažnosti dostupného prírodného materiálu, čo následne vedie aj k zníženiu ekologickej záťaže. Spôsob a systém je veľmi flexibilný, efektívne využíva všetky rozmerové a tvarové danosti konkrétneho materiálu, hodnotí a využíva zistené poruchy, pričom je schopný úplnej automatizácie.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Výnález je bližšie vysvetlený pomocou obrázkov 1 až 7. Použitá mierka, tvary výrobkov, ich vzájomný velkostný pomer, ako aj umiestnenie porúch je nezáväzné, informatívne alebo bolo priamo upravené na zvýšenie prehľadnosti. Zvolené pomery a zvolené tvary nemajú byť vysvetľované ako zužujúce rozsah ochrany.

Na obrázku 1 je zobrazený rezný plán podľa stavu techniky pri optimalizácu pre kotúčovú pílu, kde je vidieť, že rezné línie susediacich výrobkov sú previazané, sú určené spoločným pozdĺžnym rezom, ktorým sa tvoria základné pláty.

Obrázok 2 znázorňuje rezný plán s výrobkami pri váhovej optimalizácu podľa vynálezu, kde je vidieť nezávislosť rezných línií susediacich výrobkov, pričom sú obchádzané všetky zistené poruchy.

Na obrázku 3 sú vľavo znázornené vyrezané výrobky z obrázka 2 a vpravo skupina požadovaných tvarov a rozmerov výrobkov.

Obrázok 4 znázorňuje rezný plán, kde sa pri optimalizácu využíva klasifikácia porúch. Optimalizácia je vykonaná na rovnakom podklade, ako je na obrázku 2. Povolené poruchy sú súčasťou výrobku.

Na obrázku 5 sú vľavo znázornené vyrezané výrobky z obrázka 4 a vpravo skupina požadovaných tvarov a rozmerov výrobkov s prípustnými poruchami. Aj keď je počet výrobkov vyrezaných podľa obrázka 5 menší

S K 288751 B6 ako podľa obrázka 3, je ich hodnota vyššia s ohľadom na výrob ky s väčšou plochou, a tým aj s väčším váhovým koeficientom

Na obrázku 6 je zjednodušená schéma zapojenia prvkov v systéme podľa vynálezu.

Obrázok 7 znázorňuje systém s využitím CT skenera, kde sa doska pohybuje medzi dvoma podávačmi, pričom sa zároveň materiál opticky skenuje zo všetkých strán.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

V tomto príklade podľa obrázkov 2 a 3 je spôsob a systém využitý v drevospracujúcom podniku. Odvetvené kmene stromov s tvrdým drevom sú rozrezané na dosky s hrúbkou, ktorá zodpovedá hrúbke prvkov jednej skupiny požadovaných tvarov a rozmerov výrobkov 3.

V tomto príklade je odvetvený kmeň stromu po základnom odstránení kôiy rozrezaný sústavou kotúčových píl na hrúbku 25 mm Tým vzniknú platne, na ktorých povrchu sa vyskytujú poruchy 2, ako sú hrče, praskliny, prípadne zóny s mechanickým alebo biologickým poškodením Tieto poruchy 2 sú rozpoznateľné na základe optickej analýzy.

Skener 5 je umiestnený nad pracovným stolom rezacieho stroja 6. Pracovný stôl sa pohybuje v dvoch smeroch, pri skenovaní sa pracovný stôl pohybuje v jednom smere, doska umiestnená na pracovnom stole prechádza popod skener 5.

Po naskenovaní povrchu pohľadovej strany dosky sa získaný obraz analyzuje tak, že sa hodnotí ľarba pixclov a kontrast susediacich pixclov. resp. kontrast skupín pixclov. Táto analýza sa vykonáva v riadiacej jednotke skenera 5. Na jej výstupe je súbor, ktoiý opisuje vonkajšie hranice naskenovanej plochy a opisuje tiež hranice rozpoznaných porúch 2. Polygón S definuje tvar dostupnej plochy naskenovanej dosky. Poruchy sú opísané zoznamom polygónov E, ktoré ohraničujú poruchu 2.

Výstup zo skenera 5 je prepojený s riadiacim počítačom 7, v ktorom je databáza s výrobkami 3. Výrobok je určený šírkou W a dĺžkou L. V databáze má každý výrobok 3 priradený váhový koeficient C.

V tomto príklade sa pre všetky výrobky 3 požaduje absencia porúch 2 akýchkoľvek kategórií. Požiadavky z databázy požadovaných výrobkov 3, definícia polygónu S dostupnej plochy a polygónov E porúch 2 sú prepísané do matice lineárneho programovania. Výsledkom iteračného postupu optimalizácie je rezný plán 4 podľa obrázka 2.

Doska je teraz rezaná laserovým rezacím strojom 6 podľa vypočítaného rezného plánu 4. Ako je v idieť na obrázku 3, nie všetky prvky z databázy požadovaných výrobkov 3 sú obsiahnuté vo výsledku rezania, aleje dosiahnutá maximálna ekonomická výťažnosť z dostupného materiálu 1.

Príklad 2

Systém v tomto príklade podľa obrázkov 4 a 5 sa zaoberá klasifikáciou porúch 2 tak, aby sa prípustné poruchy 2 mohli nachádzať na hotových výrobkoch 3. Na výstupe skenera 5 je súbor, ktorý opisuje vonkajšie hranice naskenovanej plochy S a opisuje tiež hranice rozpoznaných porúch 2 s ich klasifikáciou do skupín. Okrem polygónu E_P[i] je každá chyba označená kategóriou E_C[i], počet kategórií je zvolený podľa povahy materiálu 1 a podľa požiadaviek odberateľov výrobkov 3.

Jedna zo skupín zahŕňa neprípustné poruchy 2, ako sú praskliny prechádzajúce cez celú hrúbku dosky.

V tomto príklade sa pri optimalizácii berie do úvahy aj hodnota zostatkového materiálu C_rest·

Zoznam požadovaných výrobkov 3 má štruktúru s parametrami W[j], L[j], C|j] (šírka, dĺžka, váhový koeficient) a A_E|j, x], čo vyjadruje prípustnosť poruchy 2 s definíciou E. Ak j-ty výrobok 3 môže obsahovať poruchu 2 s indexom x, platí A_E|j, x]=l, môže sa teda prekrývať so všetkými poruchami 2 s definíciou E_P[k], pre ktoré platí E_C[k]=x

Pri optimalizácii prebieha najskôr výber výrobkov 3 sel[j]=l. Poloha dolného ľavého rohu j-tého výrobku 3 je posX[j], pos Y[j] - X, Y. Pozície sú platné len pre výrobky 3 selektované do výbenr rezného plánu 4.

Pre umiestnenie j-tého výrobku 3 sa definuje povolená plocha S_P[j] ako S- X E_P[i] pre všetky i, pre ktoré A_E|j, E_C[i]]<>0. Pre j-ty výrobok 3 zároveň platí jeho určenie polygónom P[j] v podobe plochy položeného kosodlžnika s rozmermi W[j] x L|j], ktorý má ľavý dolný roh určený pozíciou posX|j], posY]j].

Korektné riešenie úlohy pre vybrané výrobky 3 má zápis S_P[j] Π P[j] = P[j] pri podmienke sel[j]=l. Vzájomná bezkolíznosť je definovaná podmienkou P|jl] Π P[j2]l ⁼θ pre všetky jl, j2, pre ktoré platí sel[j]=l.

Optimalizáciou sa hľadá maximálna hodnota Pplaced = X C[j] pre všetky j, kde sel[j]=l. V prípade započítania hodnoty zostatkového materiálu sa optimalizáciou hľadá maximálna hodnota sumy Pplaced + Prest.

Optimalizácia môže obsahovať krok učenia sa. Za sebou idúce dosky z jedného kmeňa majú vzájomne nadväzujúci tvar hraničného polygónu. Porovnávanímpráve naskenovaného povrchu materiálu 1 s povrchom predchádzajúceho skenu sa dá usúdiť, či ide o rez z rovnakého zdroja, napríklad z rovnakého kmeňa. Ak áno, bude rozpoznanie porúch a ich klasifikácia jednoduchšia v tom, že sa môžu očakávať v rovnakých alebo po

S K 288751 B6 sunutých pozíciách ako v predchádzajúcom skene. Posun bude zvyčajne daný hrúbkou materiálu 1 a uhlom rezu proti smeru šírenia poruchy 2.

Lineárna optimalizácia použitá v tomto príklade môže byť nahradená aj inými spôsobmi hľadania maximálnej hodnoty funkcie. Postup podľa tohto vynálezu nie je viazaný na jediný algoritmus, dôležitou črtou tohto vynálezu je prepojenosť optimalizácie s voľnosťou reznej línie, pričom pri optimalizácii sa hľadá maximum váhovej sumy bez nutnostiprítomnosti všetkých prvkov zo skupiny požadovaných výrobkov 3.

Príklad 3

Systém v tomto príklade podľa obrázkov 2 až 5 a 7 používa aj CT skener 8, ktorým sa rádiologický preskúmava vnútro materiálu 1.

Materiál 1 prechádza medzi dvoma podávačmi, ktoré zaisťujú rovnomerný pohyb materiálu 1 a vytvárajú medzi sebou voľný priestor na umiestnenie optického skenera 5 aCT skenera 8.

Skener 5 umožňuje snímanie povrchu zo všetkých strán, má snímacie lišty s príslušnou optikou a kamery rozložené zhora, zdola i z bokov. Na jeden prieťah materiálu 1 sa nasníma kompletný povrch materiálu 1. Za optickým skenerom 5 je umiestnený CT skener 8 s tieniacim krytom Rôntgenový lúč prebieha cez materiál 1 v rôznych uhloch, detektory analyzujú dopadajúce žiarenie a počítač vytvára obraz v skenovanom priereze. Výstup z CT skenera 8 je prepojený s riadiacim počítačom 7, kde prichádzajú aj dáta z optického skenovania. Pri hodnotení porúch 2 sa hodnotí aj vzájomný súvis medzi dátami zo skenera 5 azCT skenera 8.

Hĺbkové poruchy 2 vnútri materiálu 1, rozpoznané CT skenerom 8, ktoré nemajú prejav na povrchu, môžu byť predmetom samostatnej kategórie porúch 2. Po vytvorení rezného plánu 4 sakjednotlivýmvýrobkom 3 priradia výňatky z dát skenovania, ktoré prináležia príslušnej pozícii výrobku 3. Tieto dáta sa uchovávajú pre prípadnú reklamáciu. Z dát je možné pre každý výrobok 3 určiť vonkajší aj vnútorný stav výrobku 3 pri expedícii.

Priemyselná využiteľnosť

Priemyselná využiteľnosť je zrejmá. Podľa tohto vynálezu je možné opakovane optimalizovať rezný plán rozloženia plošných výrobkov na ploche prírodného materiálu, pričomsa dosiahne vysoká efektívnosť využitia materiálu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, pri ktorom je vopred určená skupina požadovaných tvarov a rozmerov výrobkov (3), ktoré sa majú vyrezať ako samostatné prvky, a kde sa najskôr naskenuje pohľadová plocha materiálu (1), naskenovaním sa určia hranice dostupnej plochy materiálu (1), v naskenovanom obraze sa identifikujú poruchy (2) materiálu (1) prejavujúce sa definovanými optickými odlišnosťami od okolia, k zisteným poruchám (2) sa priradí poloha na pohľadovej ploche materiálu (1), potom sa vytvorí rezný plán (4), ktoiý určuje hranice jednotlivých plošných výrobkov (3), pričom pri tvorbe rezného plánu (4) sa zohľadňujú miesta s identifikovanými poruchami (2) materiálu (1), pričom rozloženie požadovaných výrobkov (3) na dostupnej ploche materiálu (1) sa optimalizuje pomocou numerického algoritmu, vyznačujúci sa tým, že každému prvku v skupine požadovaných tvarov a rozmerov výrobkov (3) sa priradí váhový koeficient, zistené poruchy (2) sú kategorizované do viacerých skupín, kde aspoň jedna skupina obsahuje poruchy (2) prípustné na výrobku (3), optimalizácia rozloženia požadovaných výrobkov (3) sauskutočnís cieľom dosiahnuť najvyšší súčet počtu výrobkov (3) násobený váhovým koeficientom príslušného výrobku (3) bez podmienky rezania všetkých prvkov zo skupiny požadovaných výrobkov (3), a následne sa materiál (1) reže bodovo pôsobiacim rezacím strojom (6), ktorý reže materiál (1) bez obmedzenia vzájomnej polohy rezaných línií susediacich výrobkov (3).
2. Spôsob optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že váhový koeficient vyjadruje ekonomickú hodnotu výrobku (3).
3. Spôsob optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa nárokov 1 alebo 2, vyznačujúci sa tým, že materiál (1) sa skenuje rádiologický, výhodne priestorovo pomocou CT skenera (8), pričom sa zisťujú vnútorné nehomogenity materiálu (1) ako prejavy poruchy (2), priraďuje sa im zistená polohaa zohľadňujú sapri tvorbe rezného plánu (4).
4. Spôsob optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že pri klasifikácn porúch (2) sa pre dané miesto hodnotia údaje z optického aj rádiologického skenovaniavo vzájomnej súvislosti.
5. Spôsob optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž4, vyznačujúci sa tým, že materiál (1) je tvrdé drevo, výhodne dub alebo buk, alebo brest, alebo jaseň, alebo agát, alebo orech.
6. Spôsob optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž5, vyznačujúci sa tým, že pohľadová plocha materiálu (1) sa skenuje optickým skenerom (5) vo viditeľnom spektre a na rozpoznávanie porúch sa analyzuje kontrast susediacich bodov obrazu, zistený kontrast označuje hranice vyselektovanej zóny, ktorá sa následne porovnáva s vopred zadanými kritériami porúch (2).
7. Spôsob optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa ktoréhokoľvek z nárokov lažó, vyznačujúci sa tým, že materiál (1) sa opticky skenuje z dvoch strán, výhodne zo štyroch strán.
8. Spôsob optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa ktoréhokoľvek z nárokov 3 až 7, vyznačujúci sa tým, že optické skenovanie a rádiologické skenovanie prebieha pri jednom pohybe materiálu (1), výhodne v priestore medzi dvoma podávačmi, ktoré zabezpečujú pohyb materiálu (1) smerom k pracovnému stolu rezania.
9. Spôsob optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž8, vyznačujúci sa tým, že materiál (1) sa reže laserovým rezacím lúčom, ktorého poloha proti materiálu je nastaviteľná aspoň v dvoch rovinách.
10. Spôsob optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 9, vyznačujúci sa tým, že lokalizácia aspoň jednej prípustnej poruchy (2) vstupuje do optimalizačného procesu rezného plánu (4) ako okrajová podmienka.
11. Spôsob optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa nároku 10, vyznačujúci sa tým, že optimalizácia rezného plánu (4) prebieha pomocou lineárneho programovania.
12. Spôsob optimalizácie rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 11, vyznačujúci sa tým, že váhový koeficient je priamo úmerný velkosti príslušného výrobku (3) a nepriamo úmerný počtu prípustných porúch (2).
13. Systém na optimalizáciu rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, kde systém zahŕňa skener (5) aspoň jednej plochy materiálu (1), rezací stroj (6) a riadiaci počítač (7), s ktoiým je prepojený skener (5) aj rezací stroj (6), pričom v riadiacom počítači (7) je uložená databáza aspoň s jednou skupinou požadovaných tvarov a rozmerov výrobkov (3) a riadiaci počítač (7) má výstup na riadenie reznej línie rezacieho stroja (6) podľa rezného plánu (4), vyznačujúci sa tým, žeku každému výrobku (3) v skupine je priradená váhová hodnota uložená v databáze, v riadiacom počítači (7) je program na

S K 288751 B6 optimalizáciu rezného plánu (4) s podmienku maximálneho súčtu váhových hodnôt výrobkov (3), pričom rezací stroj (6) je prispôsobený na skokové zmeny smeru reznej línie.
14. Systém na optimalizáciu rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa rádiologický skener, výhodne CT skener (8), ktorý je prepojený s riadiacim počítačom (7).
15. Systém na optimalizáciu rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že riadiaci počítač (7) zahŕňa jednotku skenera (5), optimalizačnú jednotku, jednotku rezacieho stroja (6).
16. Systém na optimalizáciu rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa nároku 14, vyznačujúci sa tým, že riadiaci počítač (7) zahŕňa jednotku CT skenera (8).
17. Systém na optimalizáciu rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa ktoréhokoľvek z nárokov 13 až 16, vyznačujúci sa tým, že rezací stroj (6) je bodovo pôsobiaci stroj.
18. Systém na optimalizáciu rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa ktoréhokoľvek z nárokov 13 až 17, vyznačujúci sa tým, že rezací stroj (6) je laserový rezací stroj.
19. Systém na optimalizáciu rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa nároku 18, vyznačujúci sa tým, že skener (5) je umiestnený nad pracovným stolom laserového rezacieho stroja.
20. Systém na optimalizáciu rezania plošných výrobkov z prírodného materiálu, najmä z dreva, podľa ktoréhokoľvek z nárokov 13 až 18, vyznačujúci sa tým, že skener (5) a/alebo CT skener (8) sú umiestnené medzi dvoma podávačmi, ktorými samateriál (1) pohybuje.