DE69530925T2

DE69530925T2 - Anordnung und verfahren zum nachweis von fehlern im holz

Info

Publication number: DE69530925T2
Application number: DE69530925T
Authority: DE
Inventors: Anders ASTRÖM; Erik Astrand
Original assignee: INTEGRATED VISION PROD; IVP Integrated Vision Products AB
Current assignee: SICK IVP AB, LINKOEPING, SE
Priority date: 1994-03-08
Filing date: 1995-03-01
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2015-03-02
Also published as: DE69530925D1; AU1964595A; EP0765471B1; EP0765471A1; ATE241804T1; SE501650C2; WO1995024636A1; SE9400849D0; SE9400849L

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Anordnung für das Erfassen von Fehlern in Holz mit wenigstens einer linearen Lichtquelle zum Beleuchten einer Holzfläche, die relativ zu der Lichtquelle beweglich ist, und einem Lichtsensor, der oberhalb der Holzfläche angeordnet ist.
Die Erfindung befaßt sich auch mit einem Verfahren zum Erfassen von Fehlern in Holz, bei welchem ein Holzgegenstand mit wenigstens einer Lichtquelle beleuchtet und ein Bild von einem Sensor erfaßt wird, der oberhalb des Holzgegenstandes angeordnet ist.
Beispielsweise in der Sägewerk- und Tischlereiindustrie ist die Identifizierung von schadhaftem Holz auf effektive Weise nach dem Sägen und noch vor dem weiteren Verarbeiten in einem zweiten Schritt seit langem ein großes Problem. Das Sortieren ist an vielen Stellen immer noch ein teilweise manueller Vorgang. Die Kriterien dafür, was eine Schadstelle ausmacht, können in vielen Fällen abhängig vom Anwendungsbereich des Holzes variieren, wodurch es wichtig wird, in der Lage zu sein, die in einem Holzstück vorliegenden Arten von Schadstellen zu identifizieren.
Es sind sicherlich nunmehr Systeme für die automatische Identifizierung von Holz mit bestimmten Schadstellen verfügbar, obgleich diese Systeme eine begrenzte Fähigkeit zum Erfassen von Schadstellen haben. Bereits bekannte Systeme sind in der heutigen Zeit in der Lage, dunklere Brüche, Harzeinschlüsse, größere Brüche und Markkanten im Holz zu erfassen, wenngleich sie nicht in der Lage sind, leichte Knoten und Brüche zufriedenstellend zu erfassen. Die bereits beschriebenen Systeme sind ferner nicht in der Lage, zwischen einem Harzeinschluß oder einer Markkante zu unterscheiden, die erfaßt wird.
Aus dem US 3,976,384 ist es beispielsweise bekannt, Licht in eine Oberfläche von Holz einzustrahlen und mit Mitteln zur Lichterfassung das aus dem Holz dringende Licht an einer entfernt von dem Eintrittsbereich liegenden Stelle eingehend zu prüfen. Schadstellen in dem Holz zwischen dem Eintrittsbereich und dem Erfassungsbereich werden durch das austretende Licht angezeigt.
Bekannte Verfahren zum Messen einer dreidimensionalen Form sind auch in dem SE 463 638 sowie in "Johannesson M., Sheet-of-light range imaging, Licentiate thesis LIU-TEK-LIC-1993:46, Linköping University, 1993" beschrieben worden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Erfassen von Fehlern in Holz zur Verfügung zu stellen, die mittels einer Kombination von linearen Lichtquellen und einem Sensor das zuvor genannte Problem löst und wenigstens dazu in der Lage ist, Knoten, Brüche, Harzeinschlüsse und Markkanten zu erfassen. Die Erfindung basiert auf dem so genannten Tracheid-Effekt, der bedeutet, daß Licht, das eine Holzoberfläche trifft, in das Holz eingestreut wird und dabei einen Lichtbereich um die Stelle erzeugt, an welcher das auffallende Licht die Oberfläche trifft. Das Licht wird unterschiedlich gestreut, abhängig von der Richtung der Holzfasern und abhängig vom Vorhandensein von Fehlern in dem Holz. Durch Untersuchen entweder der Intensität des gestreuten Lichts oder durch Vergleich des ge streuten Lichts mit dem unmittelbar reflektierten Licht ist es möglich zu bestimmen, ob ein Fehler vorliegt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird dadurch gelöst, daß jede Lichtquelle linear ist, das Blickfeld der Sensoren einen Bereich neben einer Lichtlinie abdeckt, die durch die jeweilige Lichtquelle beleuchtet ist, der Sensor zweidimensional und so ausgebildet ist, daß er das Auftreten von Streulicht in dem Holz in diesem Bereich erfaßt, und der Sensor mit bildverarbeitenden und signalverarbeitenden Schaltungen verbunden ist, die so ausgebildet sind, daß sie Fehler in dem Holz auf der Grundlage der in dem Holz erfaßten Lichtstreuung identifizieren.
Um die erforderliche Bildverarbeitung zu reduzieren, ist jede Lichtquelle im Einklang mit einem besonderen Merkmal der Erfindung im wesentlichen in der gleichen Ebene wie der Sensor angeordnet, dessen Blickfeld symmetrisch um die beleuchtete Linie liegt, und eine Anzahl von Bildelementen sind im Sinne der Längsrichtung auf beiden Seiten der Linien zusammengefügt.
Gemäß einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung ist der Sensor so ausgebildet, daß er das von den zuvor erwähnten Lichtlinien reflektierte Licht erfaßt, und die bildverarbeitenden und signalverarbeitenden Schaltungen sind so beschaffen, daß sie Fehler in dem Holz auf der Grundlage einer Kombination der erfaßten Lichtstreuung und des von den Lichtlinien reflektierten Lichts identifizieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Vorrichtung zwei lineare Lichtquellen, die auf jeweils einer Seite des Holzes im Sinne der Längsrichtung des Holzes und in einem solchen Abstand in Bezug zueinander in der Richtung der relativen Bewegung zwischen der Holzfläche und den Lichtquellen angeordnet sind, daß sie als separate Linien erscheinen, wenn sie in dem Sensor erfaßt werden, wobei in Verbindung damit die bildverarbeitenden und signalverarbeitenden Schaltungen so ausgebildet sind, daß sie Vergleiche zwischen diesen beiden erfaßten Lichtlinien anstellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren für die Erfassung von Fehlern in Holz zur Verfügung zu stellen, daß die Erfassung einer Vielzahl unterschiedlicher Fehler erlaubt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Licht, das in dem Holz in einem Bereich um eine Lichtlinie, die durch jeweils eine lineare Lichtquelle erzeugt wird, gestreut wird, in einem Sensor erfaßt wird und das erfaßte Streulicht in bildverarbeitenden und signalverarbeitenden Schaltungen zum Zwecke des Identifizierens von Fehlern in dem Holz verwendet wird.
Gemäß einer bevorzugten Eigenschaft dieses Verfahrens wird das Streulicht in einem Bereich erfaßt, der symmetrisch um die beleuchtete Linie liegt.
Gemäß einer Ausführungsform dieses Verfahrens wird das reflektierte Licht von den zuvor erwähnten Lichtlinien in dem Sensor erfaßt, wobei in Verbindung damit sowohl die erfaßte Lichtstreuung als auch das von der Lichtlinie reflektierte Licht in den bildverarbeitenden und signalverarbeitenden Schaltungen genutzt und eine Anzahl von Bildelementen auf beiden Seiten der Linien im Sinne einer Längsrichtung zusammengefügt werden, um Fehler in dem Holz zu identifizieren.
Nachfolgend wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei 1 und 3 unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung darstellen und 2 und 4 das Bild zeigen, das für diese Ausführungsformen auf die Sensorfläche projiziert wird.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird ein länglicher, gesägter Holzgegenstand 1 mit zwei linearen Lichtquellen 2a, 2b angeleuchtet. Die Lichtquellen 2a, 2b sind im Sinne der Längsrichtung des Gegenstandes angeordnet und sind zu dem Holzgegenstand in solcher Weise angewinkelt, daß sie für dessen gleichmäßige Beleuchtung sorgen. Die Lichtquellen 2a, 2b sind auch in einem bestimmten Abstand voneinander und in derselben Ebene wie ein Sensor 3 angeordnet, der sich vertikal oberhalb des Holzgegenstandes 1 befindet. Dieser Sensor 3 ist derart angeordnet, daß er direkt oberhalb der Stelle liegt, an welcher sich die Strahlen von den beiden Lichtquellen treffen. Der Holzgegenstand 1 wird vorzugsweise in der Längsrichtung vorgeschoben, obwohl es selbstverständlich auch möglich ist, den Holzgegenstand in der Querrichtung zu verschieben oder die Lichtquellen und den Sensor dazu zu bringen, sich relativ zu dem Stück aus Holz zu bewegen.
Der Sensor 3 besitzt die Fähigkeit, sowohl das Licht, das von den Lichtquellen in dem Holzgegenstand 1 gestreut wird, als auch das unmittelbar auf dem Holzgegenstand 1 reflektierte Licht zu erfassen. Das von dem Sensor wahrgenommene Bild kann aus 2 ersehen werden. Um den Umstand auszugleichen, daß die Intensität des Lichts zwischen dem von dem Sensor 3 wahrgenommenen Streubild und dem reflektierten Bild beträchtlich unterschiedlich ist, muß der Sensor zum Zwecke des Erfassens des Streubildes Licht aus einem größeren Bereich aufnehmen als demjenigen, der für die Erfassung des Reflexionsbildes verwendet wird. Falls ein Sensor von identischer Größe für alle Bildelemente verwendet wird, kann man dies dadurch erreichen, daß man eine Anzahl von Bildelementen in einer Längsrichtung auf beiden Seiten der direkten Linien zusammenfügt. Ein alternativer Weg für die Kompensation der niedrigeren Lichtintensität besteht darin, die Einwirkzeit für die von dem Streulicht getroffenen Bildelemente länger zu wählen als für die Bildelemente, die von dem direkten Licht getroffen werden. Eine dritte Alternative besteht darin, einen Sensor für das Erfassen des unmittelbar an der Oberfläche des Holzes reflektierten Lichts und einen zweiten Sensor zum Erfassen des in dem Holz gestreuten Lichts zu verwenden.
Bei dem Bild des Holzes, das man durch Studieren der Intensität des in dem Holz gestreuten Lichts, dem so genannten Tracheid-Effekt erhalten kann, ist es bereits leicht möglich, Brüche, sowohl helle als auch dunkle Knoten und Markkanten zu unterscheiden. Dies kann beispielsweise dadurch durchgeführt werden, daß man die bildverarbeitenden und signalverarbeitenden Schaltungen dazu bringt, Objekte einer vorbestimmten Art in dem empfangenen Bild zu erfassen. Dies kann auf einfache Weise durch Vergleich der Lichtintensität an jeder Stelle mit einem vorbestimmten Wert durchgeführt werden. Mit der Hilfe einer leistungsfähigeren Bildanalyse kann man eine hohe Zuverlässigkeit der Erfassung erhalten, und sogar die Art von Fehler kann klassifiziert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auch die unmittelbar reflektierte Lichtlinie zum Erfassen von Fehlern in dem Holz genutzt. Bei dem durch den Sensor 3 gelie ferten Bild, das auf der Basis des direkt reflektierten Lichts erhalten wird, ist es möglich, Brüche, Knoten, Markkanten und Harzeinschlüsse bei Verwendung der Vorrichtung entsprechend 1 zu erfassen, unter der Bedingung, daß die Fehler nicht sehr hell sind. Es ist jedoch schwierig, die verschiedenen Arten von Fehlern einfach durch Verwenden dieses Graustufenbildes als Ausgangspunkt zu klassifizieren.
Falls andererseits eine Kombination des durch die Lichtstreuung erzeugten Bildes und des durch die direkte Reflexion erzeugten Bildes verwendet wird, ist es durch Bildanalyse möglich, die Art des in dem Holz vorliegenden Fehlers zu bestimmen. Das durch den Tracheid-Effekt erzeugte Bild zeigt im wesentlichen nur Knoten und Markkanten, die als sehr dunkle Bereiche in dem von dem Sensor gelieferten Bild erscheinen. Die diesen Arten von Fehler zugeordnete Lichtstreuung unterscheidet sich von derjenigen in dem umgebenden Holz, was es einfach macht, die Art des in dem Holz vorliegenden Fehlers zu identifizieren. Die Information aus diesem Bild kann dann mit der Information in dem gewöhnlichen Bild kombiniert werden, so daß es mit einem guten Grad an Genauigkeit möglich ist zu bestimmen, welche Arten von Fehler in dem Holz vorliegen.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform müssen die linearen Lichtquellen 2a, 2b in solcher Weise in Bezug zueinander angeordnet werden, daß die ausgebildeten Lichtlinien nahe beieinander in einem solchen Abstand liegen, daß sie als getrennte Linien erscheinen, wenn sie in dem Sensor erfaßt werden. Durch Vergleichen der Intensität des an der Holzoberfläche reflektierten Lichtes durch diese Lichtquellen ist es möglich, sowohl das Vorhandensein von Fehlkanten an dem Holz als auch Oberflächenungenauigkeiten zu erfassen.
Durch Hinzufügen einer dritten linearen Lichtquelle 2c im Einklang mit der in 3 gezeigten Vorrichtung ist es möglich, ein dreidimensionales Profil des Holzes zu erhalten. Durch Vergleichen der Intensität der auf der Seite des Holzes angeordneten Lichtquellen mit der Intensität dieser dritten Lichtquelle ist es möglich, jegliche Abweichungen in der Faserrichtung in dem Holz zu erfassen. Wenn eine weniger genaue Analyse der Eigenschaften des Holzes gefordert ist, ist es selbstverständlich auch möglich, nur das durch die direkte Reflexion erzeugte Bild zu nutzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein zweidimensionaler Sensor eingesetzt, der Schaltungen zum parallelen Bildverarbeiten und Signalverarbeiten enthält, beispielsweise der so genannte MAPP2200-Sensor. Diese Art von Sensor ist bevorzugt, weil sie die Erfassung und das Verarbeiten sowohl des direkt reflektierten Lichts in einer Lichtlinie als auch des in dem Holz infolge des Tracheid-Effekts gestreuten Lichts erlaubt. Der Sensor bietet u. a. die Möglichkeit, eine Anzahl von Bildelementen auf jeder Seite der Lichtlinie zu kombinieren und Vergleiche zwischen der erhaltenen Gesamtintensität und der Intensität der Lichtlinie anzustellen. Andere Arten von Sensoren sind selbstverständlich in vollem Umfang möglich, und die Erfindung ist in keiner Weise auf den zuvor erwähnten Sensor beschränkt.

Claims

Vorrichtung zum Erfassen von Fehlern in Holz mit wenigstens einer Lichtquelle (2) zum Beleuchten einer Holzfläche (1a), die relativ zu der Lichtquelle beweglich ist, und einem Lichtsensor (3), der oberhalb der Holzfläche (1a) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lichtquelle (2) linear ist, der Sensor (3) zweidimensional ist und ein Blickfeld besitzt, das einen Bereich neben einer Lichtlinie abdeckt, die durch jede Lichtquelle (2) beleuchtet ist, der Sensor (3) so ausgebildet ist, daß er das Auftreten von Streulicht in dem Holz in diesem Bereich erfaßt, und der Sensor (3) mit bildverarbeitenden und signalverarbeitenden Schaltungen verbunden ist, die so ausgebildet sind, daß sie Fehler in dem Holz auf der Grundlage der in dem Holz erfaßten Lichtstreuung identifizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) so ausgebildet ist, daß er das von den zuvor erwähnten Lichtlinien reflektierte Licht erfaßt und die bildverarbeitenden und signalverarbeitenden Schaltungen Fehler in dem Holz auf der Grundlage einer Kombination der erfaßten Lichtstreuung und des von den Lichtlinien reflektierten Lichts identifiziert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lichtquelle (2) und der Sensor im wesentlichen in der gleichen Ebene angeordnet sind, das Blickfeld des Sensors symmetrisch um die von jeder Lichtquelle beleuchtete Linie liegt und eine Anzahl von Bildelementen im Sinne der Längsrichtung auf beiden Seiten der Linien zusammengefügt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkzeit für die von dem gestreuten Licht getroffenen Bildelemente länger als für die von dem reflektierten Licht getroffenen Bildelemente ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei lineare Lichtquellen (2a, 2b) aufweist, die auf jeweils einer Seite des Holzes im Sinne der Längsrichtung des Holzes und in einem solchen Abstand in Bezug zueinander in der Richtung der relativen Bewegung zwischen der Holzfläche und den Lichtquellen angeordnet sind, daß sie als separate Linien erscheinen, wenn sie in dem Sensor (3) erfaßt werden, und die bildverarbeitenden und signalverarbeitenden Schaltungen so ausgebildet sind, daß sie Vergleiche zwischen diesen beiden erfaßten Lichtlinien anstellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Hinzufügen einer zusätzlichen (dritten) linearen Lichtquelle (2c) in einem bestimmten Winkel relativ zu der Blickrichtung des Sensors es ermöglicht ist, ein dreidimensionales Profil des Holzes zu erhalten.
Verfahren zur Erfassung von Fehlern in Holz, bei welchem ein Holzgegenstand (1) mit wenigstens einer Lichtquelle (2) beleuchtet und ein Bild von einem Sensor (3) erfaßt wird, der oberhalb des Holzgegenstandes (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lichtsensor linear ist, daß in dem Holz in einem Bereich um eine Lichtlinie, die durch jeweils eine lineare Lichtquelle erzeugt wird, gestreutes Licht durch einen zweidimensionalen Sensor (3) erfaßt wird und die erfaßte Lichtstreuung in bildverarbeitenden und signalverarbeitenden Schaltungen zum Zwecke des Identifizierens von Fehlern in dem Holz verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das von der zuvor erwähnten Lichtlinie reflektierte Licht in dem Sensor (3) erfaßt wird und sowohl die erfaßte Lichtstreuung als auch das von der Lichtlinie reflektierte Licht in den bildverarbeitenden und signalverarbeitenden Schaltungen zum Zwecke des Identifizierens von Fehlern in dem Holz verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstreuung in einem Bereich erfaßt wird, der symmetrisch um die durch jede Lichtquelle beleuchtete Linie liegt und eine Anzahl von Bildelementen auf beiden Seiten der Linien im Sinne einer Längsrichtung zusammengefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkzeit für die von dem gestreuten Licht getroffenen Bildelemente größer als für die von dem reflektierten Licht getroffenen Bildelemente ist.