WO2012116669A1 - Harvesterkopf für einen harvester und verfahren zum messen eines durchmessers eines stamms beim ernten - Google Patents

Harvesterkopf für einen harvester und verfahren zum messen eines durchmessers eines stamms beim ernten Download PDF

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WO2012116669A1
WO2012116669A1 PCT/DE2012/000100 DE2012000100W WO2012116669A1 WO 2012116669 A1 WO2012116669 A1 WO 2012116669A1 DE 2012000100 W DE2012000100 W DE 2012000100W WO 2012116669 A1 WO2012116669 A1 WO 2012116669A1
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diameter
harvester
lateral surface
rotation
feed roller
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PCT/DE2012/000100
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Inventor
Karl MEINERS-HAGEN
Ingo Lohse
Original Assignee
Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, dieses vertreten durch den Präsidenten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G23/00—Forestry
    • A01G23/02—Transplanting, uprooting, felling or delimbing trees
    • A01G23/08—Felling trees
    • A01G23/083—Feller-delimbers

Definitions

  • the invention relates to a harvester head for a harvester with (a) at least one feed ridge, which is designed to convey a log and the one shell surface and a plurality of protrusions projecting beyond the shell surface and having a rotation axis, and (b) a diameter measuring device for measuring a diameter of the trunk.
  • the invention relates to a method for measuring a timber volume of a log.
  • harvesting harvesters When harvesting harvesters are usually used, which can also be referred to as wood harvester.
  • the harvesters have a boom, to which a harvester head is attached. There is a desire to already determine the volume and / or diameter of the harvested wood when harvesting the wood.
  • the invention has for its object to improve the measurement accuracy in the measurement, in particular the diameter measurement, when harvesting wood.
  • the invention solves the problem by a generic Harvester- head, in which the diameter-measuring device has a movable beyond the lateral surface outgoing body, by means of which a distance between a trunk surface of the trunk and the axis of rotation can be determined.
  • the invention solves the problem by a method for measuring a diameter of a log, comprising the steps of (i) conveying the log by means of a feed roller having a lateral surface and a plurality of projections projecting beyond the lateral surface and having an axis of rotation, (ii) determining a distance between a stem surface of the stem and the axis of rotation based on a deflection of a probe mounted in the feed roller in response to a rotational angle of the feed roller, and (iii) calculating the diameter from deflection measurements; which were recorded for at least three angles of rotation.
  • the feed rollers are usually delivered hydraulically to the trunk, so that the projections, which are usually formed as tips, engage in the trunk and hold him so secure.
  • the distance of the axes of rotation of the two feed rollers is therefore suitable only for rough estimation of the diameter of the trunk.
  • By compressing the trunk by means of the feed rollers also deforms the trunk so that when soft wood a too small diameter is measured. Characterized in that according to the invention the movable probe body is used, the real distance between the two points of the stem surface can be determined. The penetration depth of the projections therefore does not affect the measurements.
  • the impression of the stem by the feed rollers can be detected by the fact that the course of the deflection of the probe body is detected. This results in a precise measurement of the diameter of the trunk.
  • the impact body can be made so robust that it can withstand the harsh environmental conditions of harvesting wood.
  • resin-containing chips are produced that severely impair a multitude of conceivable sensor concepts in terms of measurement accuracy or availability.
  • it can be implemented with a low outlay on equipment. For example, no additional rollers for diameter detection are necessary.
  • the at least one feed roller is understood to mean, in particular, a motor-driven feed roller which can be driven hydraulically or electrically, for example.
  • the projections are understood in particular to be structures which are designed to increase the grip of the feed roller.
  • the projections may be in particular tips, corrugations or ribs.
  • the diameter measuring device comprises at least one sensor for detecting the position of the probe body relative to the feed roller.
  • the sensor is preferably an electrical sensor, in particular an inductive sensor. Such sensors are at the same time robust and nau.
  • the harvester head has two feed rollers, wherein at least two of the feed rollers can be designed to be drivable. A particularly simple evaluation of the measurement results when the feed rollers are designed so that they run synchronously.
  • the harvester head also has a distance measuring device for measuring a distance between the axes of rotation two feed rollers. From this distance and the position of the impact body relative to the feed roller diameter of the trunk is calculated, as explained below.
  • the probe body has a Tastspitze and is biased in a rest position in which protrudes the probe body with the probe tip on the lateral surface.
  • the probe tip comes into contact with the trunk surface and is pressed towards the jacket surface. The resulting movement of the probe tip is detected, for example, by an inductive sensor.
  • the projections protrude beyond a projection height beyond the lateral surface and the probe body is designed so that it protrudes in its rest position with its probe tip at least by half the initial jump height over the lateral surface. But it can also be provided that the probing body protrudes more than half of the projection height over the lateral surface, for example, the projection height.
  • the impact body protrudes beyond the Tastspitzen, but this offers no additional advantage and exposes the probing body from heavy loads. In general, it is therefore useful if the Tastspitze does not protrude in the rest position on the projections.
  • the probing body is arranged in a passage opening of the feed roller.
  • the passage opening may be, for example, a through-hole.
  • the probing body can be formed with a length of at least one diameter of the lateral surface. If the impact body remains stuck, for example because resinous pieces of wood have jammed, then the impact body is then moved again by contact with the trunk after half a revolution of the feed roll so that the blockage is released.
  • the probing body has a length of at least a diameter of the lateral surface of the feed roller. If the diameter of the feed rollers changes along the axis of rotation of the feed roller, then that diameter is meant which refers to the point at which the probe body emerges from the lateral surface. In other words, the probing body is so long that it projects beyond the lateral surface at least on one side.
  • the harvester head comprises an inhibiting device by means of which a movement of the impact body is inhibited due to the weight of the Antast emotionss, wherein the inhibiting device is designed so that the Antast emotionss moves with an additional acting force due to a contact with the trunk.
  • the inhibiting device is designed so that the impact body only moves when it is pushed away from the trunk.
  • the harvester head has a squeezing device for moving the probe body into its rest position, in which the probe tip protrudes beyond the lateral surface.
  • the invention is also a harvester with a Harvesterkopf invention.
  • the Harvester head a protractor for measuring a rotation angle of at least one of the feed rollers.
  • such a harvester has an electrical evaluation unit which is set up for automatically carrying out a method with the steps of (i) detecting a deflection of the impact body from the rest position, (ii) detecting at least one angle of rotation of at least one feed roller and (iii) calculating the Diameter of the deflection and the angles of rotation at least three times.
  • the electrical evaluation unit is set up to perform these steps in real time, so that the diameter is known at all times.
  • the electrical evaluation unit is set up in order to link the diameter measured values with a length coordinate measured from an end face of the trunk or a trunk section.
  • the electrical evaluation unit is configured to calculate a wood volume, which could also be referred to as trunk volume, based on the deflection and a plurality of angles of rotation.
  • the calculation of the diameter and / or the wood volume comprises an adaptation of the measurement data, which describe the deflection as a function of the rotation angle, by a predetermined model function. This is determined in preliminary tests.
  • the harvester head has a CAN bus and the measurement data that encode the diameter are transmitted via this CAN bus to an evaluation unit beyond the harvester head. But it is also possible that the measurement data are transmitted for example by radio.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a harvester head
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of an alternative embodiment for a feed roller for a harvester head according to the invention
  • FIG. 4 shows a further cross section through an alternative embodiment of a feed roller
  • FIG. 5 shows a diagram with a schematic course of the essential value of the diameter, which is plotted over a rotation angle of the feed roller.
  • FIG. 1 shows a harvester head 10 with a sawing device 12, a first feed roller 14.1, a second feed roller 14.2, upper delimbing knives 16.1 and 16.2 and lower delimbing knives 18.1 and 18.2.
  • the Entastungsmesser 16, 18 are pivotally mounted. During operation, they grip a trunk, not shown in FIG. 1, by closing it. Then the feed rollers 14 are driven by a motor, not shown, so that the trunk is pushed in its longitudinal direction on the delimbing blades 16, 18 over. After a preset length, the sawing device 12 cuts off a piece of the log. Thereafter, the feed rollers are operated again and cut another piece with the sawing device 12.
  • the reference numerals 8 and 9 belong to one optional probing device, by means of which it can be detected whether a trunk is located between the feed rollers 14.
  • FIG. 2 schematically shows a cross section through the harvester head 10 in the state in which a log 20 made of wood is held between the two feed rollers 14.1, 14.2.
  • a force is applied to at least one of the feed rollers 14 (reference numerals without counting suffix denote the object as such) which clamps the trunk 20 between the two feed rollers 14.
  • the trunk 20 is deformed, as indicated by the dents at the level of the feed rollers 14.
  • the feed rollers 14 rotate so that a left rotation angle ⁇ pi and a right rotation angle ⁇ ⁇ become larger. Thereby, the trunk 20 is conveyed in a z-direction.
  • each feed roller in particular the feed roller 14.1, has a lateral surface. Since this lateral surface of the feed roller 14.1 is assigned, it is referred to as 22.1.
  • the feed roller 14.1 has a plurality of protrusions 24.1a, 24.1b, 24.1c projecting beyond the lateral surface 22.1, which engage in the trunk 20 during operation of the harvester head 10 and thus hold it securely.
  • the feed roller 14 has a passage opening 26.1, in which a probing body 28.1 is received.
  • the contact body 28.1 has a length L 2 a, which corresponds to an outer diameter D a of the feed roller 14.1.
  • the outer diameter D a is the diameter of that circle of minimum diameter surrounding the feed roller 14.1.
  • the probing body 28.1 is inhibited by an escapement device 30.1 on a movement due to the weight of the Antast stresses 28.1.
  • the escapement 30.1 can comprise, for example, a friction body, that is to say a body which is in frictional contact with the detent body 28.1 on the one hand and / or the feed roller 14.1, so that a frictional force must be overcome so that the detent body 28.1 moves.
  • the frictional force is greater than the weight of the impact body 28.1.
  • the friction body is formed by a spring, which is attached to the contact body 28.1 and rubs against an inner side of the passage opening 26.1.
  • a sensor 32.1 the position of the probe body is detected relative to the rest position and forwarded via a not shown communication means to a schematically drawn evaluation unit 40.
  • Each of the feed rollers 14 has an axis of rotation, by which the physical, ie non-visible axis is understood.
  • a physical axis of rotation can be present, but this is not necessary.
  • the probe body 28 comes into contact with a probe tip 34.1 with a stem surface 36 of the stem 20, so that the probe body 28 is deflected out of a rest position.
  • the projections 24 With progressive rotation of the feed roller 14 penetrate the projections 24 deeper into the trunk 20 and deform it, so that the probe body 28 is further deflected from its rest position.
  • the projections 24 disengage and the probe tip follows the stem surface 36, so that the deflection decreases again.
  • the calculation of the local diameter d (z) will be explained.
  • the z-axis runs in the direction of passage of the trunks and thus usually in the longitudinal direction of the trunks.
  • the origin of the coordinate system is at the level of the axes of rotation of the feed rollers. Applies to the local diameter
  • d (z) d 0 - x i - x r formula l with the distance do of the two axes of rotation of the feed rollers 14, the real left radius x, and the real right radius x, which both depend on how deep the projections 24 the feed rollers 14 engage in the trunk 20.
  • the distance d 0 of the two axes of rotation and the real left radius x, and the real right radius are measured continuously by means of a measuring device, wherein the measuring device for the distance do known in the prior art and will not be described.
  • the distance d 0 from the position Xi and X2 of the two axes of rotation is measured relative to a base body 19 and from this the distance d 0 is calculated.
  • the location can be determined, for example Mitteis an opti ⁇ rule, inductive or capacitive transducer.
  • X, d, cos ⁇ ,, formula 2
  • ⁇ ⁇ is the distance of the stylus tip from the axis of rotation of the feed roller and can be used as a deflection for calculating the stem diameter.
  • a deviation of di can also be defined as a deflection if the formulas are adjusted accordingly.
  • FIG. 5 shows the curve of the diameter d thus calculated as a function of the angle of rotation ⁇ , the same curve being obtained for the left-hand and right-hand angles of rotation, so that only the general angle of rotation ⁇ is shown.
  • the diameter is expected to be smaller than for hard wood.
  • the course of the curve can be adjusted by a model function, which contains the hardness and the diameter as parameters to be adjusted. By adjusting this model function by varying the free parameters (curve fitting), the correct diameter d can be determined in addition to the hardness.
  • the invention thus also relates to a method for measuring a hardness of the trunk.
  • the value associated with the angle of rotation ⁇ ⁇ ⁇ at which the probe tip first comes into contact with the stem surface may also be used.
  • the value can be determined by, for example, the speed of the change in the deflection is detected. If this exceeds a given threshold, contact is made with the trunk surface.
  • the acceleration of the probe tip in the radial direction is also a suitable criterion. If it exceeds a threshold, it must be at the contact with the stem surface.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of a feed roller 14 for a harvester head according to the invention comprising four probes 28a, 28b, 28c, 28d. These are provided by springs 30 in their rest position. stressed. The position is detected by respective sensors.
  • the embodiment shown in Figure 2 has over the embodiment shown in Figure 3 has the advantage that at each revolution of the feed roller of the probe body 28 is moved by contact with the trunk 20, whereby significantly larger forces can be generated than by the springs.
  • the embodiment shown in Figure 2 is therefore particularly well suited for the harsh operating conditions of a Harvesterkopfes.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a feed roller for a harvester head according to the invention, which has a squeeze-out device 38 in the form of an elliptical core which stands still during operation.
  • the feed roller 14 rotates about the squeezing device 38, on which the contact body 28 is supported. After every half turn, the contact body 28 is thereby pressed outwards into its rest position, which ensures that it can carry out a measurement with each revolution.
  • the harvester head it is possible, but not necessary, for the harvester head to have exactly one probing body. It is also possible that the harvester head has two, three, four or more probing bodies, which are preferably arranged in equidistant angular steps.

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Abstract

Harvesterkopf für einen Harvester, mit zumindest einer Vorschubrolle (14), die ausgebildet ist zum Befördern eines Stamms (20) und die eine Mantelfläche (22) und eine Mehrzahl an über die Mantelfläche (22) hinausragende Vorsprüngen (24) besitzt und eine Drehachse hat, und einer Durchmesser-Messvorrichtung zum Messen eines Durchmessers (d) des Stamms (20), wobei die Durchmesser-Messvorrichtung einen über die Mantelfläche (22) hinaus bewegbaren Antastkörper (28) besitzt, mittels dem ein Abstand zwischen einer Stammoberfiäche (36) des Stamms (20) und der Drehachse bestimmbar ist.

Description

Harvesterkopf für einen Harvester und Verfahren zum Messen eines Durchmessers eines Stamms beim Ernten Die Erfindung betrifft einen Harvesterkopf für einen Harvester mit (a) zumindest einer Vorschubroile, die ausgebildet ist zum Befördern eines Stamms und die eine Mantelfläche und eine Mehrzahl an über die Mantelfläche hinausragenden Vorsprüngen besitzt und eine Drehachse hat, und (b) einer Durchmesser-Messvorrichtung zum Messen eines Durchmessers des Stamms. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen eines Holzvolumens eines Stamms.
Bei der Holzernte werden in der Regel Harvester eingesetzt, die auch als Holz-Vollernter bezeichnet werden können. Die Harvester besitzen einen Ausleger, an dem ein Harvesterkopf angebracht ist. Es besteht der Wunsch, bereits beim Ernten des Holzes das Volumen und/oder den Durchmesser des geernteten Holzes zu bestimmen.
Aus der DE 601 25 050 T2 ist dazu bekannt, den Öffnungswinkel der Ent- astmesser, die Teil des dortigen Harvesterkopfes sind, zur Bestimmung des Durchmessers zu verwenden. Das hat den Vorteil, den rauen Bedingungen beim Ernten von Holz gewachsen zu sein, die erreichbare Genauigkeit ist jedoch begrenzt. Das gilt insbesondere dann, wenn sich die Eigenschaften der Stämme ändern, beispielsweise weil Stämme unter- schiedlicher Gehölze verarbeitet werden oder das Holz teilweise gefroren ist.
Bestätigungskopie| Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Messgenauigkeit bei der Vermessung, insbesondere der Durchmesser-Messung, beim Ernten von Holz zu verbessern. Die Erfindung löst das Problem durch einen gattungsgemäßen Harvester- kopf, bei dem die Durchmesser-Messvorrichtung einen über die Mantelfläche hinaus bewegbaren Antastkörper besitzt, mittels dem ein Abstand zwischen einer Stammoberfläche des Stamms und der Drehachse bestimmbar ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren zum Messen eines Durchmessers eines Stamms, mit den Schritten (i) Befördern des Stamms mittels einer Vorschubrolle, die eine Mantelfläche und eine Mehrzahl an über die Mantelfläche hinausragenden Vorsprüngen besitzt und eine Drehachse hat, (ii) Bestimmen eines Ab- stands zwischen einer Stammoberfläche des Stamms und der Drehachse anhand einer Auslenkung eines Antastkörpers, der in der Vorschubrolle gelagert ist, in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Vorschubrolle, und (iii) Berechnen des Durchmessers aus Messwerten für die Auslenkung, die für zumindest drei Drehwinkel aufgenommen wurden.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass so eine Mehrzahl an potentiellen Fehlerquellen eliminiert werden kann. So werden die Vorschubrollen in der Regel hydraulisch auf den Stamm zugestellt, so dass die Vorsprünge, die in der Regel als Spitzen ausgebildet sind, in den Stamm eingreifen und ihn so sicher fassen. Je weicher das Holz ist, desto tiefer greifen die Vorsprünge in den Stamm ein. Der Abstand der Drehachsen der beiden Vorschubrollen ist daher nur zur groben Abschätzung des Durchmessers des Stamms geeignet. Durch das Zusammendrücken des Stammes mittels der Vorschubrollen deformiert sich zudem der Stamm, so dass bei weichem Holz ein zu kleiner Durchmesser gemessen wird. Dadurch, dass erfindungsgemäß der bewegbare Antastkörper verwendet wird, kann der reale Abstand der beiden Stellen der Stammoberfläche ermittelt werden. Die Eindringtiefe der Vorsprünge beeinträchtigt daher die Messungen nicht. Das Eindrücken des Stamms durch die Vorschubrollen kann dadurch erfasst werden, dass der Verlauf der Auslenkung des Antastkörpers erfasst wird. Es ergibt sich so ein genauer Messwert für den Durchmesser des Stamms.
Es ist ein weiterer Vorteil, dass der Antastkörper so robust ausgebildet werden kann, dass er den rauen Umweltbedingungen beim Ernten von Holz standhält. Beim Ernten von Holz entstehen harzhaltige Späne, die eine Vielzahl an denkbaren Sensorkonzepten in ihrer Messgenauigkeit bzw. Verfügbarkeit zu stark beeinträchtigen. Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass sie mit kleinem apparativem Aufwand umgesetzt werden kann. So sind beispielsweise keine zusätzlichen Rollen zur Durchmessererfassung notwendig.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter der zumindest einen Vorschubrolle insbesondere eine motorisch angetriebene Vorschubrolle verstanden, die beispielsweise hydraulisch oder elektrisch angetrieben sein kann.
Unter den Vorsprüngen werden insbesondere Strukturen verstanden, die ausgebildet sind zum Erhöhen der Griffigkeit der Vorschubrolle. Bei den Vorsprüngen kann es sich insbesondere um Spitzen, Riffeln oder Rippen handeln.
Insbesondere umfasst die Durchmesser-Messvorrichtung zumindest einen Sensor zum Erfassen der Position des Antastkörpers relativ zur Vorschubrolle. Der Sensor ist vorzugsweise ein elektrischer Sensor, insbesondere ein induktiver Sensor. Derartige Sensoren sind gleichzeitig robust und ge- nau.
Günstig ist es, wenn der Harvesterkopf zwei Vorschubrollen besitzt, wobei zumindest zwei der Vorschubrollen antreibbar ausgebildet sein können. Eine besonders einfache Auswertung der Messergebnisse ergibt sich, wenn die Vorschubrollen so ausgebildet sind, dass sie synchron laufen.
Der Harvesterkopf besitzt zudem eine Abstandsmessvorrichtung zum Messen eines Abstands zwischen den Drehachsen zwei Vorschubrol- len. Aus diesem Abstand und der Position des Antastkörpers relativ zur Vorschubrolle wird der Durchmesser des Stamms berechnet, wie weiter unten erläutert ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Tastkörper eine Tastspitze und ist in eine Ruhelage vorgespannt, in der der Antastkörper mit der Tastspitze über die Mantelfläche hinausragt. Greifen in diesem Fall die Vorsprünge in das Holz ein, so kommt die Tastspitze in Kontakt mit der Stammoberfläche und wird in Richtung auf die Mantelfläche zu gedrückt. Die so resultierende Bewegung der Tastspitze wird erfasst, beispielsweise von einem induktiven Sensor.
Vorzugsweise ragen die Vorsprünge um eine Vorsprunghöhe über die Mantelfläche hinaus und der Antastkörper ist so ausgebildet, dass er in seiner Ruhelage mit seiner Tastspitze zumindest um die Hälfte der Vor- Sprunghöhe über die Mantelfläche hinausragt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Antastkörper mehr als die Hälfte der Vorsprunghöhe über die Mantelfläche hinausragt, beispielsweise um die Vorsprunghöhe. Zwar ist grundsätzlich denkbar, dass der Antastkörper auch über die Tastspitzen hinausragt, das bietet jedoch keinen zusätzlichen Vorteil und setzt den Antastkörper großen Belastungen aus. In der Regel ist es daher sinnvoll, wenn die Tastspitze in der Ruhelage nicht über die Vorsprünge hinausragt. Vorzugweise ist der Antastkörper in einer Durchgangsöffnung der Vorschubrolle angeordnet. Bei der Durchgangsöffnung kann es sich beispielsweise um eine Durchgangsbohrung handeln. Das hat neben der ein- fachen Herstellung den Vorteil, dass der Antastkörper mit einer Länge von zumindest einem Durchmesser der Mantelfläche ausgebildet werden kann. Bleibt der Antastkörper stecken, beispielsweise weil sich harzige Holzstückchen verklemmt haben, so wird der Antastkörper dann nach einer halben Umdrehung der Vorschubrolle durch Kontakt mit dem Stamm wie- der bewegt, so dass sich die Blockade löst.
Vorzugsweise hat also der Antastkörper eine Länge von zumindest einem Durchmesser der Mantelfläche der Vorschubrolle. Sofern sich der Durchmesser der Vorschubrollen entlang der Drehachse der Vorschubrolle än- dert, so ist derjenige Durchmesser gemeint, der sich auf die Stelle bezieht, an dem der Antastkörper aus der Mantelfläche austritt. In anderen Worten ist der Antastkörper so lang, dass er zumindest an einer Seite über die Mantelfläche hinausragt. Vorzugsweise umfasst der Harvesterkopf eine Hemmvorrichtung mittels der eine Bewegung des Antastkörpers aufgrund der Gewichtskraft des Antastkörpers hemmbar ist, wobei die Hemmvorrichtung so ausgebildet ist, dass sich der Antastkörpers bei einer zusätzlich wirkenden Kraft aufgrund eines Kontakts mit dem Stamm bewegt. In anderen Worten ist die Hemm- Vorrichtung so ausgebildet, dass sich der Antastkörper nur dann bewegt, wenn er vom Stamm weggedrückt wird. Alternativ oder zusätzlich besitzt der Harvesterkopf eine Ausdrückvorrichtung zum Bewegen des Antastkörpers in seine Ruhelage, in der die Tastspitze über die Mantelfläche hinausragt.
Erfindungsgemäß ist zudem ein Harvester mit einem erfindungsgemäßen Harvesterkopf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Harvesterkopf einen Winkelmesser zum Messen eines Drehwinkels zumindest einer der Vorschubrollen.
Vorzugsweise besitzt ein derartiger Harvester eine elektrische Auswerte- einheit, die eingerichtet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten (i) Erfassen einer Auslenkung des Antastkörpers aus der Ruhelage, (ii) Erfassen zumindest eines Drehwinkels zumindest einer Vorschubrolle und (iii) Berechnen des Durchmessers aus der Auslenkung und den Drehwinkeln zu zumindest drei Zeitpunkten. Vorzugswei- se ist die elektrische Auswerteeinheit eingerichtet zum Durchführen dieser Schritte in Echtzeit, so dass zu jedem Zeitpunkt der Durchmesser bekannt ist. Günstig es zudem, wenn die elektrische Auswerteeinheit eingerichtet ist, um die Durchmesser-Messwerte mit einer Längen-Koordinate zu verknüpfen, die von einer Stirnfläche des Stamms oder eines Stammab- Schnitts gemessen wird.
Vorzugsweise ist die elektrische Auswerteeinheit eingerichtet zum Berechnen eines Holzvolumens, das auch als Stammvolumen bezeichnet werden könnte, anhand der Auslenkung und einer Mehrzahl an Drehwinkeln.
Um die Auswertegenauigkeit zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass das Berechnen des Durchmessers und/oder des Holzvolumens ein Anpassen der Messdaten, die die Auslenkung in Abhängigkeit vom Drehwinkel beschreiben, durch eine vorgegebene Modellfunktion umfasst. Diese wird in Vorversuchen ermittelt.
Es ist möglich, zusätzlich zu der oben beschriebenen Messung eine Abschätzung des Durchmessers des Stamms anhand der Position von Entastmessern durchzuführen. Überschreitet eine relative Abweichung zwi- sehen dem so gewonnenen Messwert und dem anhand der Messung mit dem Antastkörper gemessenen Messwerte eine vorgegebene Schwelle, so kann ein Alarm ausgegeben werden. Dadurch können Fehlfunktionen ei- nes der beiden Systeme sicher erkannt werden.
Es ist möglich, dass der Harvesterkopf einen CAN-Bus aufweist und die Messdaten, die den Durchmesser kodieren, über diesen CAN-Bus an eine Auswerteeinheit jenseits des Harvesterkopfes übertragen werden. Es ist aber auch möglich, dass die Messdaten beispielsweise per Funk übertragen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt Figur 1 eine schematische Ansicht eines Harvesterkopfes,
Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung der
Funktionsweise des erfindungsgemäßen Harvesterkopfs, Figur 3 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform für eine Vorschubrolle für einen erfindungsgemäßen Harvesterkopf,
Figur 4 einen weiteren Querschnitt durch eine alternative Ausfüh- rungsform einer Vorschubrolle und
Figur 5 ein Diagramm mit einem schematischen Verlauf der esswer- te des Durchmessers, der über einen Drehwinkel der Vorschubrolle aufgetragen ist.
Figur 1 zeigt einen Harvesterkopf 10 mit einer Sägevorrichtung 12, einer ersten Vorschubrolle 14.1 , einer zweiten Vorschubrolle ,14.2, oberen Entastungsmessern 16.1 und 16.2 und unteren Entastungsmessern 18.1 und 18.2. Die Entastungsmesser 16, 18 sind schwenkbar gelagert. Beim Be- trieb greifen diese einen in Figur 1 nicht eingezeichneten Stamm, indem sie zuklappen. Dann werden die Vorschubrollen 14 durch einen nicht eingezeichneten Motor angetrieben, so dass der Stamm in seine Längsrichtung an den Entastungsmessern 16, 18 vorbei geschoben wird. Nach einer voreingestellten Länge schneidet die Sägevorrichtung 12 ein Stück des Stamms ab. Danach werden die Vorschubrollen erneut betätigt und ein weiteres Stück mit der Sägevorrichtung 12 abgeschnitten. Zu erkennen sind in Figur 1 zudem ein Grundkörper 1 des Harvesterkopfs 10, eine Stützrolle 2, eine Halteöse 3 zum Befestigen des Harvesterkopfs 10 an einem nicht eingezeichneten Harvester und eine Lagerung 5 für die Entastungsmesser 16, 18. Die Bezugszeichen 8 und 9 gehören zu einer optionalen Antastvorrichtung, mittels der erfassbar ist, ob sich ein Stamm zwischen den Vorschubrollen 14 befindet.
Figur 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den Harvesterkopf 10 in dem Zustand, in dem ein Stamm 20 aus Holz zwischen den beiden Vor- schubrollen 14.1 , 14.2 gehalten wird. Durch nicht eingezeichnete Stellmit- tel wird auf zumindest eine der Vorschubrollen 14 (Bezugszeichen ohne Zählsuffix bezeichnen das Objekt als solches) eine Kraft aufgebracht, die den Stamm 20 zwischen den beiden Vorschubrollen 14 festklemmt. Durch diese Kraft deformiert sich der Stamm 20, wie es durch die Eindellungen auf Höhe der Vorschubrollen 14 angedeutet ist.
Im Betrieb drehen sich die Vorschubrollen 14 so, dass ein linker Drehwinkel <pi und ein rechter Drehwinkel φΓ größer werden. Dadurch wird der Stamm 20 in eine z-Richtung gefördert.
Figur 2 zeigt, dass jede Vorschubrolle, insbesondere die Vorschubrolle 14.1 , eine Mantelfläche besitzt. Da diese Mantelfläche der Vorschubrolle 14.1 zugeordnet ist, wird sie als 22.1 bezeichnet. Die Vorschubrolle 14.1 besitzt zudem eine Mehrzahl an über die Mantelfläche 22.1 hervorstehen- den Vorsprüngen 24.1 a, 24.1 b, 24.1 c, die beim Betrieb des Harvester- kopfes 10 in den Stamm 20 eingreifen und ihn so sicher halten.
Die Vorschubrolle 14 hat eine Durchgangsöffnung 26.1 , in der ein Antastkörper 28.1 aufgenommen ist. Der Antastkörper 28.1 hat eine Länge L2a , die einem Außendurchmesser Da der Vorschubrolle 14.1 entspricht. Der Außendurchmesser Da ist der Durchmesser desjenigen Kreises minimalen Durchmessers, der die Vorschubrolle 14.1 umgibt. Der Antastkörper 28.1 ist durch eine Hemmungsvorrichtung 30.1 an einer Bewegung aufgrund der Gewichtskraft des Antastkörpers 28.1 gehemmt. Die Hemmung 30.1 kann beispielsweise einen Reibkörper umfassen, das heißt einen Körper, der mit dem Antastkörper 28.1 einerseits und/oder der Vorschubrolle 14.1 in Reibkontakt steht, so dass eine Reibkraft überwunden werden muss, damit sich der Antastkörper 28.1 bewegt. Die Reibkraft ist größer als die Gewichtskraft des Antastkörpers 28.1. Im vorliegenden Fall ist der Reibkörper durch eine Feder gebildet, die an dem Antastkörper 28.1 befestigt ist und an einer Innenseite der Durchgangsöffnung 26.1 reibt. Mittels eines Sensors 32.1 wird die Lage des Antastkörpers relativ zu der Ruhelage erfasst und über ein nicht eingezeichnetes Kommunikationsmittel an eine schematisch eingezeichnete Auswerteeinheit 40 weitergeleitet.
Jede der Vorschubrollen 14 besitzt eine Drehachse, unter der die physikalische, also nicht sichtbare Achse verstanden wird. Selbstverständlich kann auch eine physikalische Drehachse vorhanden sein, das ist aber nicht notwendig.
Dreht sich die Vorschubrolle 14.1 , so kommt der Antastkörper 28 mit einer Antastspitze 34.1 mit einer Stammoberfläche 36 des Stamms 20 in Kontakt, so dass der Antastkörper 28 aus einer Ruhelage ausgelenkt wird. Mit fortschreitender Drehung der Vorschubrolle 14 dringen die Vorsprünge 24 tiefer in den Stamm 20 ein und deformieren ihn, so dass der Antastkörper 28 weiter aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird. Bei weiterer Drehung kommen die Vorsprünge 24 außer Eingriff und die Antastspitze folgt der Stammoberfläche 36, so dass sich die Auslenkung wieder verringert. Im Folgenden wird die Berechnung des lokalen Durchmessers d(z) erläutert. Im maßgeblichen Koordinatensystem verläuft die z-Achse in Durchlaufrichtung der Stämme und damit in der Regel in Längsrichtung der Stämme. Der Ursprung des Koordinatensystems ist auf Höhe der Drehachsen der Vorschubrollen. Für den lokalen Durchmesser gilt
d(z) = d0 - xi - xr Formel l mit dem Abstand do der beiden Drehachsen der Vorschubrollen 14, dem realen linken Radius x, und dem realen rechten Radius x, , die beide davon abhängen, wie tief die Vorsprünge 24 der Vorschubrollen 14 in den Stamm 20 eingreifen. Der Abstand d0 der beiden Drehachsen sowie der reale linke Radius x, und der reale rechte Radius , , werden kontinuierlich mittels einer Messvorrichtung gemessen, wobei die Messvorrichtung für den Abstand do aus dem Stand der Technik bekannt ist und nicht näher beschrieben wird. Beispielsweise wird der Abstand d0 aus der Lage Xi und X2 der beiden Drehachsen relativ zu einem Grundkörper 19 gemessen und daraus deren Abstand d0 berechnet. Die Lage kann beispielsweise mitteis eines opti¬ schen, induktiven oder kapazitiven Wegaufnehmers ermittelt werden.
Es gilt x, = d, cos φ, , Formel 2 wobei ^< der Abstand der Tastspitze von der Drehachse der Vorschubrolle ist und als Auslenkung zur Berechnung des Stammdurchmessers verwendet werden kann. Natürlich kann auch eine Abweichung von di als Auslenkung definiert werden, wenn die Formeln entsprechend angepasst werden.
Analog gilt
xr = dr cos<pr , Formel 3 wobei zu beachten ist, dass die Winkel φι und φΓ so gemessen werden, dass sie bei einem Gleichlauf der Vorschubrollen stets gleich groß sind. Ein Einsetzen der Formeln ineinander liefert d(z ) = d0 ~ d, cos φ, - dr cos φΓ Formel 4
Die z-Position der Tastspitze ergibt sich zu
zs = d, sin cos φ, = dr cos<pr Formel 5
Figur 5 zeigt den Verlauf des so berechneten Durchmessers d in Abhän- gigkeit vom Drehwinkel φ, wobei der gleiche Verlauf für den linken wie für den rechten Drehwinkel erhalten würde, so dass nur der allgemeine Drehwinkel φ gezeigt ist. Es ist zu erkennen, dass der Durchmesser d genau zwischen den beiden Vorschubrollen 14, also für φ = 0, am kleinsten ist. Für weiches Holz ist der Durchmesser erwartungsgemäß kleiner als für hartes Holz. Der Verlauf der Kurve kann durch eine Modellfunktion ange- passt werden, die als anzupassenden Parameter die Härte und den Durchmesser enthält. Durch Anpassen dieser Modellfunktion durch Variieren der freien Parameter (curve fitting) kann der korrekte Durchmesser d neben der Härte ermittelt werden. Die Erfindung bezieht sich damit auch auf ein Verfahren zum Messen einer Härte des Stamms.
Um den Durchmesser da des undeformierten Stamms 20 zu erhalten, kann auch der Wert verwendet werden, der zu dem Drehwinkel φΘη<ι gehört, bei dem die Tastspitze erstmals in Kontakt mit der Stammoberfläche kommt. Der Wert ist ermittelbar, indem z.B. die Geschwindigkeit der Änderung der Auslenkung erfasst wird. Übersteigt diese einen vorgegebenen Schwellenwert, liegt Kontakt mit der Stammoberfläche vor. Auch die Beschleunigung der Tastspitze in radialer Richtung ist ein geeignetes Kriterium. Übersteigt sie einen Schwellenwert, muss das am Kontakt mit der Stamm- Oberfläche liegen.
Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Vorschubrolle 14 für einen erfindungsgemäßen Harvesterkopf, die vier Antastkörper 28a, 28b, 28c, 28d umfasst. Diese sind durch Federn 30 in ihrer Ruhelage vorge- spannt. Die Position wird durch jeweilige Sensoren erfasst. Die in Figur 2 gezeigte Ausführungsform hat gegenüber der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform den Vorteil, dass bei jeder Umdrehung der Vorschubrolle der Antastkörper 28 durch Kontakt mit dem Stamm 20 bewegt wird, wodurch deutlich größere Kräfte erzeugt werden können als durch die Federn. Die in Figur 2 gezeigte Ausführungsform ist daher für die rauen Einsatzbedingungen eines Harvesterkopfes besonders gut geeignet.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorschubrolle für einen erfindungsgemäßen Harvesterkopf, die eine Ausdrückvorrichtung 38 in Form eines ellipsenförmigen Kerns aufweist, der bei Betrieb stillsteht. Die Vorschubrolle 14 rotiert um die Ausdrückvorrichtung 38, an der sich der Antastkörper 28 abstützt. Nach jeweils einer halben Umdrehung wird der Antastkörper 28 dadurch nach außen in seine Ruhelage gedrückt, was si- cherstellt, dass er bei jeder Umdrehung eine Messung ausführen kann. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass der Harvesterkopf genau einen Antastkörper aufweist. Es ist auch möglich, dass der Harvesterkopf zwei, drei, vier oder mehr Antastkörper besitzt, die vorzugsweise in äquidistan- ten Winkelschritten angeordnet sind.
Bezugszeichen
10 Harvesterkopf
12 Sägevorrichtung
14 Vorschubroile
16 obere Entastungsmesser
18 untere Entastungsmesser
20 Stamm
22 Mantelfläche
24 Vorsprung
26 Durchgangsöffnung
28 Antastkörper
Hemmvorrichtung
Sensor
Antastspitze
Stammoberfläche
Ausdrückvorrichtung
Auswerteeinheit φι linker Drehwinkel
φΓ rechter Drehwinkel
l_28 Länge des Antastkörpers
Da Außendurchmesser der Vorschubrolle d Durchmesser
h Vorsprunghöhe

Claims

Patentansprüche:
Harvesterkopf für einen Harvester, mit
(a) zumindest einer Vorschubrolle (14), die
ausgebildet ist zum Befördern eines Stamms (20) und die eine Mantelfläche (22) und
eine Mehrzahl an über die Mantelfläche (22) hinausragende Vorsprüngen (24) besitzt und
eine Drehachse hat, und
(b) einer Durchmesser-Messvorrichtung zum Messen eines Durchmessers (d) des Stamms (20),
dadurch gekennzeichnet, dass
(c) die Durchmesser-Messvorrichtung einen über die Mantelfläche (22) hinaus bewegbaren Antastkörper (28) besitzt, mittels dem ein Abstand zwischen einer Stammoberfläche (36) des Stamms (20) und der Drehachse bestimmbar ist.
Harvesterkopf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
der Antastkörper (28) eine Tastspitze (34) besitzt und in eine Ruhelage vorgespannt ist, in der der Antastkörper (28) mit der Tastspitze (34) über die Mantelfläche (22) hinausragt.
Harvesterkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorsprünge (24) um eine Vorsprungshöhe (h) über die Mantelfläche (22) hinausragen und
der Antastkörper (28) in seiner Ruhelage mit seiner Tastspitze (34) zumindest um die Hälfte der Vorsprungshöhe (h) über die Mantelfläche (22) hinausragt. Harvesterkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antastkörper (28) in einer Durchgangsöffnung (26) der Vorschubrolle (14) angeordnet ist.
Harvesterkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antastkörper (28) eine Länge {L2e) von zumindest einem Durchmesser (d) der Mantelfläche (22) der Vorschubrolle (14) hat.
Harvesterkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Hemmvorrichtung, mittels der eine Bewegung des Antastkörpers (28) aufgrund der Gewichtskraft des Antastkörpers (28) hemmbar ist, wobei die Hemmvorrichtung so ausgebildet ist, dass sich der Antastkörpers (28) bei einer zusätzlich wirkenden Kraft aufgrund eines Kontakts mit dem Stamm bewegt.
Harvester mit einem Harvesterkopf (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elektrische Auswerteeinheit (40), die eingerichtet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten:
(i) Erfassen einer Auslenkung (di) des Antastkörpers (28) aus der Ruhelage,
(ii) Erfassen eines Drehwinkels (φ) der Vorschubrolle (14) und
(iii) Berechnen eines Durchmessers (d) unter Verwendung der Auslenkung (di) des Antastkörpers (28) aus der Ruhelage und des Drehwinkels (φ) zu zumindest drei Zeitpunkten.
Harvester nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
(iv) Berechnen eines Holzvolumens anhand zumindest einer Auslenkung (di) und einer Mehrzahl an Drehwinkeln.
9. Verfahren zum Messen eines Durchmessers (d) eines Stamms (20), mit den Schritten:
(i) Befördern des Stamms (20) mittels einer Vorschubrolle (14), die eine Mantelfläche (22) und eine Mehrzahl an über die Mantelfläche (22) hinausragende Vorsprünge (24) besitzt und eine Drehachse hat,
(ii) Messen eines Abstands zwischen einer Stammoberfläche (36) des Stamms (20) und der Drehachse mittels eines Antastkörpers (28), der in der Vorschubrolle (14) gelagert ist, in Abhängigkeit von einem Drehwinkel (φ) der Vorschubrolle (14) und
(iii) Berechnen des Durchmessers (d) unter Verwendung von
Messwerten für die Auslenkung (d|) des Antastkörpers (28) aus der Ruhelage, die für zumindest drei Drehwinkel (φ) aufgenommen wurden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des Durchmessers (d) ein Anpassen der Messdaten, die die Auslenkung in Abhängigkeit vom Drehwinkel (φ) beschreiben, durch eine vorgegebene Modellfunktion umfasst.
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