Verfahren und Vorrichtung zum Zerlegen von Baumstämmen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerlegen von Baumstämmen, bei dem zunächst ein erstes Bild eines relativ zu einer Längsachse drehfest gehaltenen Baumstamms aufgenommen und aus dem ersten Bild ein Winkel ermittelt wird, um den der drehfest gehaltene Baumstamm relativ zu einer vorbestimmten Soll-Drehstellung verdreht ist, wobei der Baumstamm alsdann um die Längsachse gedreht wird, bis er die Soll-Drehstellung einnimmt und der Baumstamm in dieser Soll-Drehstellung Bearbeitungswerkzeugen zugeführt wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Zerlegen von Baumstämmen, mit mindestens einer ersten Kamera zum Aufnehmen eines ersten Bildes eines relativ zu einer Längsachse drehfest gehaltenen Baumstamms, mit einem Steuergerät zum Ermitteln eines Winkels aus dem ersten Bild, um den der drehfest gehaltene Baumstamm relativ zu einer vorbestimmten Soll-Drehstellung verdreht ist, mit Mitteln zum Verdrehen des Baumstamms um die Längsachse, bis er die Soll-Drehstellung einnimmt und mit Mitteln zum Zuführen des Baumstamms in dieser Soll- Drehstellung zu Bearbeitungswerkzeugen.

Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist aus der US 4 139 035 bekannt.

Beim Zerlegen von Baumstämmen mit gekrümmter Längsmittellinie ist es bekannt, die Baumstämme in der Sägewerksanlage zunächst um eine Längsachse zu drehen, bis sie eine Drehstellung einnehmen, in der sich die konvex gekrümmte Seite in einer bestimmten Position befindet. Dieser Vorgang wird in der Praxis als „Eindrehen" bezeichnet. üblicherweise werden die Baumstämme dabei so gedreht, dass sich die konvex gekrümmte Seite oben befindet.

Ein so gedrehter Baumstamm wird in dieser Drehlage, in der seine Krümmungsebene vertikal verläuft, seitlich mittels Spanern oder Sägen angeflacht. Dann wird er um 90° gedreht, so dass er mit seiner Krümmungsebene auf dem Förderer aufliegt. In dieser Ausrichtung wird der angeflachte Baumstamm dann profiliert oder zersägt, wobei die dazu eingesetzten Werkzeuge beispielsweise der gekrümmten Kontur des Baumstrammes folgen, wenn dieser mit konstanter Ausrichtung durch nachfolgende Bearbeitungsstationen gefördert wird.

Da die Baumstämme der Sägewerksanlage mit zufälliger Drehstellung zugeführt werden, muss zunächst für jeden Baumstamm der Winkel und die Drehrichtung individuell bestimmt werden, um den Baumstamm dann in dieser Drehrichtung und um diesen Winkel zu drehen, damit er die optimale Drehstellung einnimmt. Hierzu ist es bekannt, den jeweiligen Baumstamm nach der Bestimmung des Eindrehwinkels mit einer entsprechend positionierten Markierung zu versehen, beispielsweise einem farbigen Strich an seiner Stirnfläche, und den Baumstamm dann so lange zu drehen, bis sich die Markierung in einer vorbestimmten Position befindet, beispielsweise oben.

In der eingangs genannten US 4 139 035 sind eine Anlage und ein Verfahren zum Vermessen, Einstellen und Zuführen von Baumstämmen zu einer Säge oder dergleichen beschrieben. Bei dieser Anlage liegt ein zu bearbeitender Baumstamm auf einer Auflage, die eine Drehung des Baumstamms um seine Längsrichtung ermöglicht.

Oberhalb des Baumstamms sind drei Kameras angeordnet, jeweils eine oberhalb der Enden und eine oberhalb der Mitte des Baumstamms. Aus den von diesen Kameras aufgenommenen Bildern werden in einem Computer eine Referenzlinie zwischen den Mittelpunkten der endseitigen Stirnflächen des Baumstamms sowie die gekrümmte Längsmittellinie des Baumstamms bestimmt. Der Baumstamm wird nun auf der Auflage so lange gedreht, bis der Abstand zwischen der Längsmittellinie und der Referenzlinie an der Position der mittleren Kamera minimal ist. In dieser Drehlage liegt der Baumstamm mit seiner konvex gekrümmten Seite entweder oben oder unten und die Drehung wird gestoppt. Falls die optimale Drehlage überfahren wurde, kann der Baumstamm auch wieder etwas zurückgedreht werden, bis er die optimale Drehlage einnimmt. Der Baumstamm wird nun in dieser Drehlage durch eine Gattersäge gefahren, deren Sägeblätter vertikal verlaufen.

Bei einer ähnlichen, in der US 4 294 149 beschriebenen Anlage zum Ausrichten von Baumstämmen wird der Baumstamm in der gerade eingenommenen, beliebigen Drehstellung ein erstes mal über seine Länge gescannt. Dies geschieht mittels zweier Oberflächenkameras, deren optische Achsen im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Baumstamms gerichtet sind und miteinander einen vorbestimmten Winkel von beispielsweise 45° einschließen. Der Baumstamm wird dann um 90° gedreht und ein weiteres mal in der beschriebenen Weise gescannt. Auf diese Weise wird die natürliche Form des Baumstamms durch ein achteckiges Prisma angenähert. Sobald diese angenäherte Form des Baumstamms bestimmt ist, wird eine optimale Drehstellung ermittelt und der Baumstamm in diese Drehstellung gedreht, in der er dann bearbeitet, beispielsweise zersägt wird.

Eine weitere Anlage dieser Art ist in der DE 41 91 940 C2 beschrieben. Bei dieser bekannten Anlage wird der Baumstamm während des Förderns mittels Stachelwalzen gedreht, die seitlich an dem Baumstamm angreifen und schräg zu Mantellinien des Baumstamms ausgerichtet sind. Der Baumstamm wird während dieser Drehung mittels Kameras abgebildet. Ein Computer mit einer Bildbearbeitungseinrichtung ermittelt aus den von den Kameras ermittelten Daten, wann der Baumstamm eine

optimale Drehlage erreicht hat, in der sich die konvex gekrümmte Seite oben befindet. In dieser Drehlage wird der Drehvorgang beendet.

Aus der EP 1 215 004 Bl ist ein Verfahren zum überwachen und Steuern der Versetzung von Baumstämmen bekannt. Mit diesem Verfahren soll verhindert werden, dass Baumstämme auf ihrem Weg durch eine Sägewerksanlage eine falsche Position auf den Förderern einnehmen, was im Extremfall dazu führen kann, dass ein Baumstamm sich quer stellt und die Anlage blockiert oder von dem Förderer herunter fällt. Um dies zu verhindern, wird mittels eines Aufnahmegeräts ständig ein Bild des Baumstamms auf seinem Weg aufgenommen. Dieses jeweils aktuelle Bild wird in einem elektronischen Rechner mit einer Bibliothek von gespeicherten Bildern verglichen. Die gespeicherten Bilder geben den Baumstamm in einer optimalen Stellung bzw. in typischen Fehlstellungen wieder. Jeder der abgespeicherten Fehlstellungen ist ein Korrektursignal zugeordnet, das über entsprechende Stellmittel den Baumstamm von der betreffenden Fehlstellung wieder in die optimale Stellung bringt. Der Rechner ermittelt durch den Vergleich, vorzugsweise durch Ermittlung der minimalen Abweichung über alle Pixel zweier digitalisierter Bilder, welche der abgespeicherten Stellungen der aktuellen Stellung des Baumstamms am nächsten kommt und gibt das zugehörige Korrektursignal frei. Auf diese Weise können Baumstämme, ohne dass sich Stellungsfehlerergeben, durch kurvenförmige Förderer geführt und in vorgegebener Stellung an eine Endposition gebracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll es möglich werden, die Baumstämme mit hoher Präzision um den Eindrehwinkel in ihre Soll-Drehstellung zu drehen, damit eine optimale Holzausbeute erzielt wird.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass aus dem ersten Bild des drehfest gehaltenen Baumstamms durch digitale Bildverarbeitung ein zweites Bild des Baumstamms in der Soll- Drehstellung erzeugt wird, dass während der Drehung des Baumstammes fortlaufend

dritte Bilder des Baumstammes aufgenommen werden, dass die dritten Bilder mit dem zweiten Bild verglichen werden und dass die Drehung des Baumstamms gestoppt wird, wenn sich das jeweilige dritte Bild in vorbestimmter Näherung mit dem zweiten Bild deckt.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Steuergerät eine digitale Bildverarbeitungseinheit aufweist, die aus dem ersten Bild des drehfest gehaltenen Baumstamms ein zweites Bild des Baumstamms in der Soll-Drehstellung erzeugt, dass eine zweite Kamera vorgesehen ist, um während der Drehung des Baumstammes fortlaufend dritte Bilder des Baumstammes aufzunehmen und die dritten Bilder mit dem zweiten Bild zu vergleichen, und dass Mittel vorgesehen sind, um die Drehung des Baumstamms zu stoppen, wenn sich das jeweilige dritte Bild in vorbestimmter Näherung mit dem zweiten Bild deckt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Die Erfindung gestattet es nämlich, den Baumstamm geregelt um den Eindrehwinkel zu drehen, wobei durch die eingesetzte digitale Bildverarbeitung eine Präzision erreichbar ist, die der Pixelgröße in den jeweiligen Bildern entspricht. Der mit der Erfindung erzielbare Restfehler liegt damit weit unter dem herkömmlicher Verfahren und Vorrichtungen. Dies wiederum ergibt eine merkliche Steigerung in der Ausbeute beim Zerlegen von gekrümmten Baumstämmen, weil die Baumstämme mit wesentlich höherer Präzision relativ zu ihrer Krümmungsebene bearbeitet werden können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind das erste Bild und das dritte Bild ein zweidimensionales Bild einer Stirnseite des Baumstamms.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass mit relativ einfachen Mitteln, nämlich mit zweidimensional aufnehmenden Kameras, die erforderlichen Bilder des Baumstammes hergestellt werden können.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind hingegen das erste Bild und das dritte Bild ein dreidimensionales Bild des Baumstamms.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass unter Inkaufnahme eines gewissen Mehraufwandes eine noch exaktere Ermittlung und Einstellung des Eindrehwinkels möglich ist. In vielen Sägewerksanlagen sind mehrdimensional aufnehmende Kameras oder Scanner aber ohnehin vorhanden, um die ankommenden, noch unbearbeiteten Baumstämme hinsichtlich einer optimalen Zerlegung zu vermessen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine äußerst schematisierte Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, nämlich einen Teil einer Sägewerksanlage; und

Figur 2: ein Blockschaltbild eines bei der Vorrichtung von Figur 1 verwendeten

Steuergeräts.

In Figur 1 bezeichnet 10 als ganzes einen Teil einer Sägewerksanlage, nämlich denjenigen Teil, in dem die noch unbearbeiteten, gekrümmten Baumstämme aufgegeben werden. Der Teil 10 der Sägewerksanlage hat die Aufgabe, die in ungeordneter Drehstellung angelieferten Baumstämme individuell um einen sogenannten „Eindrehwinker' φ um ihre Längsachse zu drehen, so dass die Baumstämme in eine definierte Drehstellung kommen, in der sie den nachfolgenden Bearbeitungsstationen zugeführt werden. Diese definierte Drehstellung ist meist diejenige Stellung, in der sich die Krümmungsebene des Baumstammes in einer Vertikalebene befindet und die konvex gekrümmte Seite des Baumstamms oben liegt. Diese Stellung wird auch in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zugrunde gelegt. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung mutatis mutandis auch andere Vorgehensweisen abdeckt, bei denen sich beispielsweise die Krümmungsebene der Baumstämme in einer Horizontalebene befindet.

In Figur 1 ist ein Baumstamm 12 in drei beim Durchlaufen des Teils 10 der Sägewerksanlage aufeinander folgenden Stellungen 12/1, 12/2 und 12/3 dargestellt. Die Längsmittellinien sind dabei mit 13/1, 13/2 und 13/3 bezeichnet. Der Baumstamm 12 durchläuft den Teil 10 der Anlage in einer Förderrichtung von links nach rechts, wie mit Pfeilen 14 angedeutet. Im dargestellten Beispiel wird der Baumstamm 12 mit dem dicken Ende voran gefördert, so dass eine Stirnseite 15 am dünnen Ende nach links weist.

Der Teil 10 der Sägewerksanlage besteht im wesentlichen aus einer ersten Station 20 zum Längsfördern und Scannen bzw. Fotografieren, einer zweiten Station 22 zum Längsfördern, Drehen und Scannen bzw. Fotografieren, sowie einer dritten Station 24 zum Längsfördern und Bearbeiten, beispielsweise zum seitlichen Anflachen.

Die erste Station 20 weist einen ersten Scanner auf, der beispielsweise durch zwei oder mehr seitlich angeordnete Kameras 30a, 30b dargestellt werden kann. Der erste Scanner gestattet es, den gesamten Baumstamm 12/1 in der ersten Station 20 dreidimensional abzubilden, so dass ein entsprechendes Bild 31 als digitaler Datensatz

entsteht. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine erste Kamera 32 vorgesehen sein, die auf die Stirnseite 15 gerichtet ist. Die erste Kamera 32 erzeugt ein zweidimensionales Bild 33 bzw. einen entsprechenden Datensatz.

Die zweite Station 22 weist einen zweiten Scanner auf, der wiederum durch zwei oder mehr seitlich angeordnete Kameras 34a, 34b dargestellt werden kann. Der zweite Scanner gestattet es, den gesamten Baumstamm 12/2 in der zweiten Station dreidimensional abzubilden, wobei im Unterschied zur ersten Station 20 hinzukommt, dass der Baumstamm 12/2 in der zweiten Station 22 um seine Längsachse 13/2 gedreht wird. Folglich erzeugt der zweite Scanner eine fortlaufende Folge von Bildern 35, die den gesamten Baumstamm 12/2 in unterschiedlichen Drehstellungen zeigen. Auch hier kann alternativ oder zusätzlich eine zweite Kamera 36 vorgesehen sein, um die Stirnseite 15 während der Drehung des Baumstamms 12/2 aufzunehmen. Die zweite Kamera 36 erzeugt dann eine fortlaufende Folge von Bildern 37.

Wenn in diesem Zusammenhang von Scannern oder Kameras die Rede ist, so sind darunter alle Gerätschaften zu verstehen, die in der Lage sind, zwei- oder dreidimensionale Abbildungen des Baumstammes 12 herzustellen.

Am Eingang der ersten Station 20 befindet sich ein erster Sensor 40, der ein Signal abgibt, sobald ein Baumstamm 12/1 in diese Station 20 gelangt. Die zweite Station 22 ist mit einem entsprechend positionierten zweiten Sensor 42 gleicher Funktion versehen.

In der zweiten Station 22 wird der Baumstamm 12/2, wie bereits erwähnt, um seine Längsachse 13/2 gedreht. Zu diesem Zweck ist die zweite Station 22 mit einer Dreheinrichtung 50 versehen. Die Dreheinrichtung 50 kann von unterschiedlicher Bauweise sein. Im dargestellten Beispiel besteht sie im wesentlichen aus zwei seitlich des Baumstammes 12/2 angreifenden und schräg zu diesem ausgerichteten Stachelwalzen 52a, 52b, die mit einem Antrieb 54 versehen sind. Derartige Dreheinrichtungen 50 sind dem Fachmann bekannt.

In der dritten Station 24 befindet sich eine Bearbeitungswerkzeug, im dargestellten Beispiel sind das zwei Anflach-Zerspaner, die den Baumstamm 12/3 seitlich anflachen. Auch derartige Bearbeitungswerkzeuge sind dem Fachmann bekannt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient ein Steuergerät 70, dessen Einzelheiten im Blockschaltbild der Figur 2 veranschaulicht sind. Das Steuergerät 70 erzeugt Bilder 71 und 72 des Baumstamms 12/3 in seiner Soll-Drehlage und steuert die Komponenten des Teils 10 der Sägewerksanlage.

Wie Figur 2 zeigt, enthält das Steuergerät eingangsseitig einen ersten Bildspeicher 74, der mit dem ersten Scanner 30a,b bzw. der ersten Kamera 32 verbunden ist. Der erste Bildspeicher 74 ist an einen Eindrehwinkel-Berechner 76 sowie an eine digitale Bildverarbeitungseinheit 78, die ihrerseits ebenfalls mit dem Eindrehwinkel- Berechner 76 verbunden ist. Die Bildverarbeitungseinheit 78 ist an einen zweiten Bildspeicher 80 angeschlossen. Das Steuergerät 70 weist eingangsseitig ferner einen dritten Bildspeicher 82 auf, der mit dem zweiten Scanner 34a, b bzw. der zweiten Kamera 36 verbunden ist. Der zweite Bildspeicher 80 und der dritte Bildspeicher 82 sind an Eingänge eines Vergleichers 84 angeschlossen. Dessen Ausgang führt zu einer Schwellwertstufe 86, die ihrerseits an einen Steuereingang eines Schalters 88 angeschlossen ist. Der Schalter 88 verbindet des zweiten Sensor 42 mit dem Antrieb 54 der Dreheinrichtung 50.

Der Teil 10 der Sägewerksanlage mit dem Steuergerät 70 arbeitet wie folgt:

Wenn der Baumstamm 12 der ersten Station 20 zugeführt wird, spricht der erste Sensor 40 an und setzt den ersten Scanner bzw. die erste Kamera 32 in Gang (Figur 2). Der Baumstamm 12/1, der sich in einer zufälligen Drehstellung befindet, wird nun aufgenommen. Die dabei anfallenden Bilder 31 bzw. 33 werden dem ersten Bildspeicher 74 zugeführt. Der Berechner 76 ermittelt nun individuell für den Baumstamm 12/1 dessen Eindrehwinkel φ. In der Bildverarbeitungseinheit 78 wird daraufhin das

angelieferte Bild 31 bzw. 33 um diesen Winkel φ gedreht, so dass die Bilder 70 bzw. 71 entstehen (Figur 1), die in dem zweiten Bildspeicher 80 abgelegt werden.

Mittlerweile ist der Baumstamm bei 12/2 in die zweite Station 22 gelangt und wird dort um seine Längsachse 13/2 gedreht, nachdem der zweite Sensor 42 den Antrieb 54 und den zweiten Scanner 34a, b bzw. die zweite Kamera 36 in Gang gesetzt hat. Der zweite Scanner 34a, b bzw. die zweite Kamera 36 nehmen während der Drehung den Baumstamm 12/2 auf und die dabei entstehende Folge von Bildern 35 bzw. 37 wird dem dritten Bildspeicher 82 zugeführt.

In dem Vergleicher 84 werden nun die fortlaufenden Bilder 35 bzw. 37 mit dem Bild 71 bzw. 72 verglichen. Sobald sich dabei eine übereinstimmung innerhalb eines zulässigen Bereiches der Abweichung ergibt, der in der Schwellwertstufe 86 definiert ist, wird die Drehung des Baumstamms 12/2 gestoppt, indem der Schalter 88 betätigt wird.

Es versteht sich, dass für die oben beschriebene Vorgehensweise unterschiedliche Scanner bzw. Kameras, auch in beliebiger Kombination, verwendet werden können. Sofern die Bilder in der zweiten Station 22 aus irgend einem Grunde unter einem anderen Winkel als die der ersten Station aufgenommen werden, kann selbstverständlich diese Winkeldifferenz in der Bildverarbeitungseinheit 78 durch entsprechendes zusätzliches Kippen des Bildes 31 bzw. 33 kompensiert werden.