DE8490019U1

DE8490019U1 - Vorrichtung zur Bestimmung der gewünschten Mittellinie eines zylindrischen Gegenstandes, z.B. eines Holzblocks

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Publication number: DE8490019U1
Application number: DE8490019U
Authority: DE
Original assignee: OSAKEYHTIOE WILH SCHAUMAN JYVAESKYLAE FI AB
Current assignee: OSAKEYHTIOE WILH SCHAUMAN JYVAESKYLAE FI AB
Priority date: 1983-01-06
Filing date: 1984-01-06
Publication date: 1985-03-29
Also published as: EP0134224A1; DE3490009T1; FI71013C; FI830032A0; WO1984002770A1; FI830032L; US4737031A; JPS60500462A; FI71013B; SU1482538A3

Description

-' 4 - I H. Ui. 1985

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer gewünschten Mittellinie eines zylindrischen Gegen-Standes, z.B. eines Holzblockes, mit einer Zentriervorrichtung für den zylindrischen Gegenstand und einer Meßeinrichtung zur Feststellung und Bestimmung (Messung) der Durchmesser des zylindrischen Gegenstandes an verschiedenen Stellen desselben.

In der Sperrholzindustrie wird das Furnier aus dem Holzblock mit einer speziell ausgelegten Furnierschälmaschine abgedreht. Diese Drehmaschine ist mit einer Messer-(Meiöel-) .·;' anordnung, Spindeln und einer Zentrierungs(Positionierungs)- || vorrichtung ausgerüstet, die den zu drehenden Block zu l·' den Spindeln bringt. Da die Form der Holzblöcke ungleichmäßig ist, ist es wichtig, daß die Zentrierungsvorrichtung den Block so positioniert, daß das zu gewinnende Furnier mit einer möglichst großen Länge ganz unversehrt und fehlerlos ist. Dadurch wird eine bessere Verwendung des Rohstoffs sichergestellt.

Allgemein weisen die Zentrierungsvorrichtungen drei Backen oder Messer auf, die den Holzblock gleichzeitig zwischen den Blockenden einspannen. Die Einspannpunkte des Blockes bilden drei Punkte eines Kreises. Dieses System funktioniert nur im Falle eines fehlerlosen Zylinders einwandfrei, und ein Holzblock ist kein solcher. Stattdessen k^nn man bei Holzblöcken u.a. folgende Fehlerquellen unterscheiden:

- Der Querschnitt des Blockes ist der Form nach ungleichmäßig, wobei nur die genannten drei Punkte mit dem durch die Zentriereinrichtung bestimmten Umdrehungsmittelpunkt des Blockes übereinstimmen;

- Der Block ist (in der Längsrichtung) immer etwas verbogen, weshalb die Mittelachsen, die sich durch die zwei Zentrierungsvorrichtungen ergeben, nicht unbedingt übereinstimmen ;

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Il ti··

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- Das Holz wird immer etwas deformiert, wenn es in der Zentrierungsvorrichtung gespannt wird, was die Zentrierung beeinträchtigt;

- Äste, Löcher und andere UngleichmäOigkeiten·im Angriffsbereich der Backen der Zentrierungsvorrichtung an dem Block verursachen einen großen Rohstoffverlust.

7υr 0 b β r w i π d υ η ^π dieser Problerne ist wRrsiirht wnrrlfin. mit Ultraschall die Dicke des Blocks messende Vorrichtungen zu verwenden, um so die Positionierung zu vereinfachen. Der Nachteil dieser Vorrichtung' liegt jedoch darin, daß Ultraschall keine zuverlässige Maßnahme zur Messung eines so inhomogenen Materials wie Holz ist. Obendrein erhält man keine Information über die Geradheit des Blocks.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine neuartige, vollautomatische Zentrierungs-(Positionierungs-) vorrichtung zu schaffen, die an den vorhandenen mechanischen Zentrierungsvorrichtungen montiert werden kann, so daß der Arbeitsablauf nicht verzögert wird, weil die Zentrierung von der Drehmaschine getrennt während des Drehens eines anderen Blocks erfolgt.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß Meßeinrichtung und Zentrierungsvorrichtung relativ zueinander in unterschiedliche Winkelpositionen bewegbar sind, daß die Meßeinrichtung mindestens eine Kamera zur Aufzeichnung von Bildern des zylindrischen Gegenstandes unter verschiedenen Winkeln umfaßt und daß die Vorrichtung mindestens jeweils einen Speichel- zum Speichern der erzeugten Bilder sowie einen Rechner zum Errechnen der erwünschten Mittellinie des zylindrischen Gegenstandes umfaßt. Auf diese Weise können der Durchmesser des Blocks und seine Veränderungen kontinuierlich mit der Kamera oder sonstigen herkömmlichen Bilderzeugungsanordnungen überwacht bzw. registriert werden, wobei die von ihnen aufgenommenen

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Bilder in dem - elektronischen - Speicher gespeichert werden und zum Zwecke der Auswertung fortwährend zur Verfügung stehen. Die gewünschte Mittellinie des zylindrischen Gegenstandes wird mit Hilfe üblicher Rechenverfahren aus dem jeweils am besten geeigneten Bild errechnet. Das von der Vorrichtung umfaßte, sich auf Licht gründende Bilderzeugungssystem ist unter allen Verhältnissen schnell und zuverlässiq. Die Möglichkeit, Bilder von ungleichmäßig geformten Gegenständen aus verschiedenen Richtungen anzufertigen, macht es möglich, ein dreidimensionales Bild auf dem Computer zu erzeugen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Zentrierungsvorrichtung Bestandteil einer der Bearbeitung des zylindrischen Gegenstandes dienenden Bearbeitungsvorrichtung, z.B. einer Drehmaschine, deren Spindeln eine Maschinenmittellinie bestimmen, und die Spannelemente der Zentrierungsvorrichtung können in normaler Zuführstellung des zylindrischen Gegenstandes eine mit der Maschinenmittellinie fluchtende Spannmittellinie Q bilden und mit dieser Spannmittellinie in eine zur Maschinenmittellinie parallele Position bewegbar sein.

Vorzugsweise kann die Zentrierungsvorrichtung stufenweise hinsichtlich der Winkelposition des in ihr eingespannten zylindrischen Gegenstandes verstellbar und die Kamera stationär sein, so daß der Gegenstand mittels der Zentriervorrichtung van einem Betrachtungswinkel stufenweise zu einem anderen unter Anwendung einer vorbestimmten Zahl von Winkeln gedreht werden kann, während die Bildaufnahmeanordnung stationär bleibt. Diese Anwendungsart ist die einfachste, da man sonst die empfindlichen Kameras bewegen müßte.

Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform der Erfindung sind zwei Aufnahmeanordnungen vorgesehen, die

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zueinander in einem Winkel von 90 ο angeordnet sind. Dadurch braucht man den Gegenstand nur um 9Oo zu drehen, um die notwendigen Bilder zu erhalten.

Vorteilhafterweise besteht die Aufnahmeanordnung aus wenigstens einer Rasterdiodenkamera. Eine Rasterdiodenkamera ist einfach und wegen der leichten Sondierung der Bildelemente für Anwendungen dieser Art sehr geeignet.

Die Zentrierungsvorrichtung Kann gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform der Erfindung an drehbaren Bögen befestigt sein, die zum Drehen der Zentrierungsvorrichtung um deren Mittellinie angeordnet sind, und die Zentrierungsvorrichtung kann mit Hilfe von Stelltrieben vertikal und horizontal verstellbar sein. Beim Verstellen der Zentrierungsvorrichtung nach vorn oder zurück können die Bewegungen mittels eingebauter Vorrichtungen, z.B. eines Hydraulikzylinders, vorgenommen werden.

Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung zwei (Bilder erzeugende) Aufnahmeanordnungen wie Rasterdiodenkameras vorgesehen, die zueinander in einem Winkel von 9Oo montiert sind, wobei die Zentrierungsvorrichtung vorteilhafterweise auf den Bögen ebenfalls um 9Oo drehbar ist. Diese Lösung hat den Vorteil von leicht zu betätigenden Rasterdiodenkameras, und da nur zwei erforderlich sind, ist der Aufbau der Vorrichtung einfach.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn zur Steuerung Beobachtung und Feststellung der Drehbewegungen der Bögen ein einen Impuls erzeugender Winkeldetektor vorgesehen ist, der die Kameras in den gewünschten Abständen betätigt.

Bßi rl er erfindungsgemäOen Vorrichtung werden die gespeicher-5 hen Bilder verwendet, um Rechtecke zu erzeugen, die die Nutzungsdtirnhmesser der verschiedenen Projektionen des

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Gegenstandes abgeben. Diese nutzbaren Durchbesser sind parallel zu der Hittellinie der Zentrierungsvorrichtung, und dies erfolgt durch Hessen des Durchmessers des Gegenstandes an mehreren Stellen. Auf der Grundlage der ver- schiedenen Projektionen ist es möglich, ein Vergleichsmaß der Menge an unversehrtem Holz in dem Block zu gewinnen, was eine wichtige Information für das Schneiden durch Drehen darstellt. Der Nutzungsdurchmesser des Gegenstandes wird dadurch bestimmt, daß die Entfernung von der Mittel linie der Zentrierungsvorrichtung zu den Konturen des Bil des des Gegenstandes paarweise gemessen wird. So ist der Nutzungsdurchmesser ein Ergebnis der kleinsten Summe dieser Wertpaare, und die Lage der Mittellinie des Nutzungsdurchmessers wird im Verhältnis zu der Mittellinie der Zentrie- rungsvorrichtung dadurch ermittelt, daß man die genannte Summe durch zwei teilt und vergleicht. Die Lage der Rechtecke in der Betrachtungsebene wird im Verhältnis zu der bekannten Mittellinie der Zentrierungsvorrichtung registriert, wodurch die Hittellinien der Rechtecke und ihre Entfernung zu der Hittellinie der Zentrierungsvorrichtung bestimmt werden können.

Um die Mittellinie mit großer Genauigkeit so plazieren zu können, so daß aus dem Block sehr viel fehlerfreies Furnier wie möglich geschnitten werden kann, werden zwei Rechtecke zur Ermittlung der gewünschten Mittellinie gewählt. Als Basis wird das Bild, das das kleinste Rechteck eVhältj gewählt. Danach wird ein weiteres Rechteck gewählt, das in einem zu dem ersten im rechten Winkel aufgenommenen Bild enthalten ist. Die Rechnerlogik erzeugt zwei Ebenen, die zu den Betrachtungswinkeln parallel und von den Mittellinien der Rechtecke bestimmt sind. Außerdem erzeugt sie die gewünschte Mittellinie eines im wesentlichen unversehrten Zylinders als Schnittlinie dieser Ebenen und er- rechnet mit Hilfe eines einfachen Algorithmus die Komponenten der Entfernung dieser neuen Mittellinie von der

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Mittellinie der Zentrierungsvorrichtung. Die Lage der gesuchten Mittellinie kann errechnet werden, da ihre Entfernung von der Mittellinie der Zentrierungsvorrichtung aus zwei verschiedenen Richtungen bekannt ist. Die Berechnung selbst ist trivial und kann unter Verwendung von ver schiedenen Verfahren und Koordinaten durchgeführt werden, weshalb sie hier nicht genauer beschrieben wird.

Bei der Bildung der Rechtecke in den Bildern werden kleinere Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche des Gegenstandes nach einer vorbestimmten Regel außer acht gelassen; anderenfalls würde die Größe der Rechtecke unverhältnismäßig reduziert werden. Die größte Höhe des Rechtecks ist gleich dem kleinsten Radius des Gegenstandes. Wenn eine kleinere Kerbe, Vertiefung o.a. am Ende des Blockes den kleinsten Radius der Projektion des Blockes entscheidend reduzieren würde, gäbe '-ies ein fehlerhaftes Bild von der Größe der drehbaren Holzfläche des Blockes. Darüber hinaus würde dies auch die Bestimmung der optimalen Mittellinie in späteren Zeitpunkten erschweren.

Das von einer Kamera oder einem anderen Gerät aufgenommene Bild kann der auf eine geeignete Unterlage projizierte Schatten des Gegenstandes sein. Das Schattenbild gibt zu diesem Zweck ausreichende Informationen. Die hierdurch erzielbaren Vorteile sind die Einfachheit der Ausrüstung und die gute Auflösung dank der Verwendung von nur zwei ' Zuständen (schwarz und weiß).

in

Die gewonnene optimale Mittellinie wirdVtfie Steuerlogik

eingegeben, die mit Hilfe von Stellvorrichtungen die Zentrierungsvorrichtung betätigt, um die optimale Mittellinie

i; als neue Mittellinie für die Zentrierungsvorrichtung einzustellen. 35

Die Erfindung wird im folgernden unter Bezugnahme auf die

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beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei...

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Zentrierungsvorrichtung nach der Erfindung, und zwar a) in

der Holzblock-Anfangsstellung vor dem Messen und b) in der Holzblock-Endstellung nach Beendigung der Messungen zeigt;

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Fiη. 7 einen Querschnitt des Holzfolocks mit den

Grollen und Bildern zeigt, dig zur Verwirklichung des \/erfahrt ns nach der Erfinung notwendig sind;
Π5

Fig. 3 ein praktisches Beispiel der richtigen Zentrierung eines Holzblocks darstellt.

Der Block 3 wird in der in Fig. la dargestellten Lage die (Positionierungs-)Zentrierungsvorrichtung 4 gebracht, und an beiden Enden an drei Punkten so eingespannt, daß die Mittellinie mit der Mittellinie der Spindeln der Drehmaschine parallel ist. Die Stellvorrichtungen (Stelltriebe) i und 6 befinden sich in ihrer Ni? rmalstellung. 15

Die Rasterdiodenkameras 1 und 2 sind so angeordnet, daß der Schnittpunkt ihrer Mittellinien der Spindellinie der Drehmaschine entspricht, die horizontal von der wirklichen Mittellinie der Spindel um den gleichen Abstand versetzt 2Π ist, der dem Weg der Stellvorrichtung 7 entspricht.

In dieser Situation werden die Zentrierungsvorrichtung 4 und der Block 3 mit den Bögen B um 90° gedreht, bis die in Fig. Ib gezeigte Stellung erreicht ist. Während der Drehung von Block und Zentrierungsvorrichtung werden die Winkel von dem Detektor 9 gemessen, wobei die Kameras 1 unc 2 alle 5° betätigt werden. In einem Winkel von 90° zueinander messen die Kameras den Nutzdurchmesser des Blocks über einen Bereich von IBOo desselben, was der Messung des Durchmessers des Blocks in Abständen von 5° entspricht.

Der Durchmesser wird an mehreren Stellen in der Längsrichtung des Blocks gemessen. Die Messungen werden verwendet, um den geringsten Nutzdurchmesser des Blocks zu identifizieren, und der Winkel, bei dem dieser gefunden wurde,

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wird aufgezeichnet.

Der Drehwinkel, der geringste nutzbare Durchmesser und der ihm entsprechende Durchmesser eines Querschnitts in

fl§ einem Winkel von 9Oo dazu bilden die Daten, die die Lage der Mittellinie des größten unversehrten Zylinders, der aus dem Block erzielbar ist, angeben. Diese Daten werden der Steuerlogik (z.B. ein Prozeßrechner) eingegeben, die mit Hilfe der Stellvorrichtung 5 und 6 die optimale Mittel linie des Blocks so ausrichtet, daß sie mit der Mittel linie der Spindeln übereinstimmt. Die Bewegung wird mit dem Antrieb 7 ausgeführt.

Fig. 2 zeigt, wie der kleinste Nutzdurchmesser des Blocks

3 verwendet wird, um die optimale Mittellinie zu finden. Der Holzblock ist an seinen beiden Enden an den Punkten A, B und C, die sich also nicht unbedint in der Ebene des Bildes befinden müssen, in der Zentrierungovorrichtung gehalten. Die strichpunktierten Linien D und E sind die Mittellinien der entsprechenden Kameras 2 und 1 (hier nicht gezeigt), und sie schneiden sich auf der Normalmittellinie der Zentrierungsvorrichtung an einer Stelle, die mit Q bezeichnet ist. Dieses ist der Koordinatenanfang der Koordinaten xy. Es sei einmal angenommen, daß der in der Figur zu sehende Querschnitt des Blocks den ungünstigsten Durchmesser des Blocks darstellt, der, während der Block gedreht wird, mit der Raaterdiodenkamera 2 (nicht gezeigt) festgestellt wird, indem von ihrer Mittellinie D die Entfernungen a und b zu den Konturen des Blocks an mehreren Stellen entlang des Blocks gemessen werden. Die Lage der Mittellinie F des kleinsten Durchmessers im Verhältnis zu D wird einfach durch die Rechenoperation (a+b)/2 ermittelt.

Nachdem man den kleinsten Durchmesser a + b gefunden hat, stellt der Speicher des Computers die von der Kamera 1

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in dem entsprechenden Drehwinkel gewonnenen Daten bereit. Diese umfassen die von der Mittellinie E zu den Konturen des Blocks gemessenen Entfernungen c und d sowie die aus diesen errechnete Lage (c+d)/2 der Mittellinie G des BiI- des. Hier hat man der Klarheit wegen die beiden Messungen so dargestellt, als ob sie in derselben Ebene erfolgten, aber im allgemeinen ist das natürlich nicht der Fall, weil die kleinsten Durchmesser, die die Nutzdurchmesser bestimmter Projektionen bestimmen, sich an unterschiedlichen

Stellen entlang des Blocks befinden können.

Die Mittellinie F und G der Durchmesser schneiden sich im Punkt P. Dieser ist zugleich die gewünschte optimale Mittellinie für den Block, und ihre Lage im Verhältnis zu der Normalmittellinie der Zentrierungsvorrichtung kann leicht errechnet werden. In rechtwinkligen Koordinaten werden Abweichungen als/^x und Z^ y dargestellt. Diese werden den Stellvorrichtungen zugeführt, die die notwendigen Einstellungen bewirken, damit die optimale Mittellinie mit der Spindellinie der Drehmaschine übereinstimmt.

Fig. 2 zeigt auch den Querschnitt des größten Zylinders H sowie den Querschnitt des durch Optimierung zu gewinnenden Zylinders I. 25

k Ein anderes Beispiel der Vorteile, die mit Hilfe dieses

ΐ Verfahrens erzielbar sind, ist in Fig. 3 dargestellt, die

jjj eine Seitenansicht der Berichtigung der Mittellinie, die

mit Δζ markiert ist, zeigt. Man erkennt, daß die Korrek-

,, 30 tür der Mittellinie an verschiedenen Stellen des Blocks

ώ variiert. Das ist auf die ungleichmäßigen Formen des

U Blocks und die daraus resultierende abweichende Einspan-

nung des Blocks in der Zentrierungsvorrichtung zurückzu-

j führen. * 3 5

'2 Einem Fachmann der Branche ist es klar, daß sich die ver-

§ schiedenen Anwendungsformen der Erfindung nicht auf die

oben angeführten Beispiele beschränken, sondern im Rahmen der folgenden PatmiLknprüche variieren können.

Claims

• · ■»-'· ι} llll * * * lit·· - 1 - lfi.n.3. 1985 18. März 1985 G 84 90 019.9 Oy WiIh. Schäumen AB, PL 149, 40101 Jyvsskylä 10, Finnland 10^- Vorrichtung zur Bestimmung der gewünschten Mittellinie eines zylindrischen Gegenstandes, z.B. eines Holzblocks /"■ Schutzansprüche: 15

1. Vorrichtung zur Bestimmung einer gewünschten Mittellinie (P) eines im wesentlichen zylindrischen Gegenstandes, z.B. eines Holzblocks mit einer Zentrierungsvorrichtung für den zylindrischen Gegenstand und einer Meßeinrichtung zur Feststellung und Bsstimmung (Messung) der Durchmesser des zylindrischen Gegenstandes an verschiedenen Stellen desselben, dadurch gekennzt ichnet daß Meßeinrichtung (1, 2) und Zentrierungsvcrrichtung (4) relativ zueinander in unterschiedliche Winkelpositionen bewegbar sind, daß die Meßeinrichtung mindestens eine Kamera (1, 2) zum Aufzeichnen von Bildern des zylindrischen Gegenstandes (3) unter verschiedenen Winkeln umfaßt und daß die Vorrichtung mindestens jeweils einen Speicher zum Speichern der erzeugten Bilder sowie einen Rechner zum Errechnen der gewünschten Mittellinie (P) des zylindrischen Gegenstandes (3) umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zentrierungsvorrichtung (4) Bestandteil einer der Bearbeitung des zylindrischen Gegenstandes dienenden Bearbeitungsvorrichtung, z.B. einer Drehmaschine, ist, deren Spindeln eine Maschinenmittellinie bestimmen, und daß Spannele-

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mente der Zentrierungsvorrichtung (4) in normaler Zuführstellung des zylindrischen Gegenstandes eine mit der Maschinenmittellinie fluchtende Spannmittellinie (Q) bilden sowie mit dieser Spannmittellinie in eine zur Maschinenmittellinie parallele Position bewegbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Zentrierungsvorrichtung (4) stufenweise hinsichtlich der Winkel- position des in ihr eingespannten zylindrischen Gegenstandes (3) verstellbar und die Kamera (1, 2) stationär ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a durch gekennzeichnet, daß zwei Kameras (1, 2) vorgesehen sind, die in einem Winkel von 9Oo zueinander angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a durch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung mindestens eine Rasterdiodenkamera aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a durch gekennzeichnet, daß die Zentrierungsvorrichtung (4) an drehbaren Bögen (8) befestigt ist, die zum Drehen der Zentrierungsvorrichtung (4) um deren Mittellinie (Q) angeordnet sind, und daß die Zentrierungsvorric-htu.vg (4) mit Hilfe von Stelltrieben (5, 6) vertikal und horizontal verstellbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche J bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Rasterdiodenkameras (1, 2) umfaßt, die ir. einem

Jl Winkel von 9Oo zueinander montiert sind, und daß die Zentrierungsvorrichtung (4) um 9Oo drehbar ist.

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B. Vorrichtung nach einem der Anspruch« 1 bis 7, d a durch gekennzeichnet, daG zur Beobachtung bzw. Feststellung der Drehbewegung der Bögen (8) ein die Kameras (1, 2) zur Aufzeichnung in den gewünschten Abständen betätigender Winkeldetektor (9) vorgesehen ist.