DE69806994T2

DE69806994T2 - Vorrichtung zum Messen der Dimensionen eines langgestreckten Objektes mit einer im Durchschnitt gekrümmten Kontur

Info

Publication number: DE69806994T2
Application number: DE69806994T
Authority: DE
Inventors: Federico Giudiceandrea
Original assignee: Microtec SRL
Current assignee: Microtec SRL
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2018-04-03
Also published as: ATE221985T1; EP0871008A2; ITBZ970020A0; IT1292544B1; ITBZ970020A1; DE69806994D1; EP0871008B1; EP0871008A3

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Vorrichtung zum Messen der Dimensionen eines langgestreckten Objektes, dessen allgemeiner Querschnitt eine gekrümmte Kontur aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Vorrichtung wird insbesondere in den Sägewerken verwendet, um selbsttätig und rasch die Abmessungen der zu schneidenden Baumstämme zu messen und so die nachfolgenden Schneidmaschinen an den Dimensionen des jeweils zu schneidenden Baumstammes anzupassen.
Um die Abfälle auf ein Minimum herabzusetzen, ist es notwendig, dass die Schneidmaschinen auf den größten, im zu schneidenden Baumstamm enthaltenen geometrischen Zylinder eingestellt werden. Um dies zu erreichen ist die Festlegung des größten Querschnittes erforderlich, der im ganzen Baumstamm unter Berücksichtigung der Krümmung des Stammes anwesend ist.
Allen bekannten Verfahren liegt die Schematisierung eines Baumstammes mit der Nacheinanderfolge einer Vielzahl von Querschnitten des Baumstammes zugrunde, die in einem Messbereich bei dessen Durchlauf seitens des Baumstammes gemessen werden. Von diesen Querschnitten wird außer den Dimensionen auch die Stellung gegenüber einem bekannten Bezugssystem derart festgelegt, dass auch die Krümmung des Baumstammes berücksichtigt wird. Je größer die Anzahl der berücksichtigten Querschnitte ist, desto genauer wird klarerweise die Nacheinanderfolge solcher Querschnitte den wirklichen Baumstamm darstellen.
In diesem Zusammenhang wird die ovale, unregelmäßige Ist- Kontur des allgemeinen Querschnittes eines Baumstammes mit einer mathematisch verarbeitbaren, geometrischen Figur angenähert, wie etwa einem Kreis oder einer Ellipse. Die Schematisierung der Ist-Kontur mit einer Ellipse ist zu bevorzugen, da sie die realistischste ist.
In dieser Annahme besteht das technische Problem der Messung des Querschnittes eines Baumstammes nun in der Festlegung des Kreises oder der Ellipse, dessen/deren Umfang sich am besten der ovalen, unregelmäßigen Ist-Kontur des Baumstammes annähert, sowie in der Festlegung der Position des Kreises oder der Ellipse im bekannten Bezugssystem. Wie aus der Geometrie bekannt, werden drei geometrische Bedingungen benötigt, um einen Kreis zu bestimmen, während für die Bestimmung einer Ellipse fünf davon erforderlich sind. Eine typische geometrische Bedingung, die ein Kreis oder eine Ellipse zur Annäherung der Kontur des Querschnittes erfüllen muss, ist beispielsweise die Tatsache, dass der Kreis oder die Ellipse eine gerade Linie berührt, die ihrerseits mit einem die Kontur berührenden Lichtstrahl zusammenfällt. Eine weitere typische geometrische Bedingung ist die Tatsache, dass der Kreis oder die Ellipse durch einen bekannten, der Kontur angehörenden Punkt geht.
Gemäß dem Stand der Technik weist die Fördervorrichtung der zu messenden Baumstämme eine Unterbrechung auf, die mit dem Messbereich zusammenfällt. Der Baumstamm, an dem die Querschnitte gemessen werden sollen, ist nämlich auf herkömmliche Weise auf geeigneten Stützen gelegt, die verhindern, dass der Baumstamm zufolge seiner Rundheit abrollen könnte. Diese Stützen werden in der Längsrichtung des Baumstammes auf einem Schienenpaar vorgeschoben.
Da die Messungen über Einrichtungen optischer Art durchgeführt werden, die den Baumstamm mit Lichtbündeln beaufschlagen, wobei sie dessen Effekte erfassen, benötigt man im Messbereich solcher Vorrichtungen eine Unterbrechung eines solchen Schienenpaars, damit die Schienenpaare nicht die von solchen Vorrichtungen ausgestrahlten Lichtstrahlen behindern.
Gemäß einem ersten Beispiel des Standes der Technik sind im Messbereich zwei zueinander unter 90º angeordnete Scanner vorgesehen. Jeder derselben beaufschlagt auf einer Seite den Baumstamm mit einer Nacheinanderfolge von parallelen Lichtstrahlen. Auf der, gegenüber einem jeden Scanner abgewandten Seite des Baumstammes wird eine Vielzahl von Sensoren angeordnet, welche die Aufnahme des zugeordneten Lichtstrahls dann angeben, wenn dieser nicht vom Baumstamm zurückgestrahlt wird. Für jeden Scanner wird dann vorkommen, dass zwei Lichtstrahlen bestehen, die den Baumstamm jeweils von abgewandten Seiten berühren und die von den Sensoren aufgenommen wurden und einen Streifen begrenzen, innerhalb dem die Sensoren zufolge der Platzbeanspruchung des Baumstammes nicht imstande sind, die vom Scanner ausgesendeten Lichtstrahlen aufzunehmen. Da die Stellungen des Scanners und der Sensoren sowie der anderen geometrischen Größen bekannt sind, sind vier, die Kontur des Querschnittes berührende Lichtstrahlen bekannt, welche die Einstellung von vier entsprechenden, geometrischen Bedingungen erlauben. Nun können beliebige drei unter diesen vier gewählten Bedingungen dazu benützt werden, um einen Kreis festzulegen, dem der Ist- Verlauf der Kontur des gemessenen Querschnittes anzunähern ist.
Gemäß einem zweiten Beispiel des Standes der Technik sind im Messbereich zwei Lichtquellen vorgesehen, die das Objekt von zueinander unter 90º angeordneten Richtungen beleuchten. An der gegenüber jeder Lichtquelle abgewandten Seite des Objektes ist jeweils eine Vielzahl von Sensoren angeordnet. Diese Sensoren nehmen das Licht der Lichtquellen in Abhängigkeit des Platzbedarfes des zwischen ihnen und der entsprechenden Lichtquelle zwischengeschalteten Objektes auf. Auch in diesem Falle können daher mindestens vier Lichtstrahlen bestimmt werden, welche die Kontur des Querschnittes berühren. Die Position dieser Strahlen ist bekannt, da sie auf der Geraden liegen, welche die Lichtquelle und den aufnehmenden Sensor verbindet. Diese Kenntnis erlaubt zusammen mit der Kenntnis der geometrischen Merkmale des Systems von Neuem die vier geometrischen Bedingungen einzustellen, mit drei von denen es möglich ist, einen Kreis zu bestimmen, mit dem die Ist-Kontur des gemessenen Querschnittes angenähert wird.
Diesen beiden Lösungen des Standes der Technik ist jedoch der Nachteil gemein, eine Unterbrechung des Schienenpaars vorzusehen, auf dem der Baumstamm vorgeschoben wird, wodurch der Baumstamm von den Stützen des ersten, vor der Unterbrechung liegenden Schienenpaars, auf die Stützen des zweiten, der Unterbrechung nachfolgenden Schienenpaars übergeführt werden muss. Dabei können im Anfangsmoment, wo der Baumstamm die erste der Stützen des ersten Schienenpaars verlassen hat und noch nicht auf der ersten Stütze des zweiten Schienenpaares aufliegt, Bewegungen des Baumstammes möglich sein, die auf seine unregelmäßige Rundheit und auf die Höhenunterschiede zwischen der Stütze, die verlassen wurde, und jene, auf der er aufliegen wird, zurückzuführen sind.
Da diese Bewegungen gerade im Messbereich erfolgen, gefährden sie bei Vorhandensein die Messgenauigkeit. Diese Bewegungen verfälschen nicht die Messung der Dimensionen des Querschnittes, sondern die Festlegung ihrer Stellung gegenüber dem bekannten Bezugssystem, wodurch die Bestimmung der Krümmung des Baumstammes beeinflusst wird.
Das Dokument DE 36 33 275 bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der Position von Punkten, die den elliptischen Querschnitt eines Objektes begrenzen.
Es sind drei Empfänger vorgesehen, insbesondere drei Aufnahmekameras und drei Leuchtstoffröhren. Die optischen Achsen von zwei der drei Aufnahmekameras sind um 90º versetzt, während die optische Achse des dritten Empfängers um 45º gegenüber dem ersten Empfänger und um 135º gegenüber dem zweiten Empfänger ausgerichtet ist.
Jeder Empfänger erfasst die zwei Ränder des eigenen Schattenbereichs und die Schnittpunkte der verschiedenen Ränder legen ein unregelmäßiges Sechseck bezüglich des Querschnittes des Objektes fest. Es werden die Koordinaten der Schnittpunkte festgelegt, und auf der Basis dieser Koordinaten werden die absoluten Werte von drei Durchmessern bewertet, und zwar in Richtung des ersten Empfängers, in Richtung des zweiten Empfängers und in Richtung des dritten Empfängers. Ein dritter Durchmesserwert, der sogenannte Durchschnittswert, wird durch den absoluten Wert der Sechsecksfläche erhalten. Diese Durchmesserwerte werden dann weiteren mathematischen und geometrischen Berechnungen unterzogen, um die Information bezüglich des elliptischen Querschnittes des Objektes zu erhalten.
Das Dokument WO 91/08439 zeigt eine Vorrichtung für die optisch-elektronische Messung des Profils eines Objektes. Die Vorrichtung umfasst mindestens zwei Lichtquellen, von denen jede mindestens einen kleinen Lichtstrahl auf das zu messende Objekt projiziert. Die Lichtstrahlen werden von einer Anzahl von Videokameras aufzeichnet, die der Anzahl der Lichtquellen gleich ist. Die Videokameras sind mit einer Verarbeiteinrichtung verbunden, die einen Computer umfasst, der die Fotografien bewertet und die Dimensionen des Objektes berechnet.
Ausgehend von dieser bekannten Vorrichtung, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung zum Messen der Dimensionen eines langgestreckten Objektes, das sich längs der eigenen Längsachse durch die Vorrichtung bewegt und einen allgemeinen Querschnitt mit gekrümmter Kontur aufweist, mittels der es möglich sein soll, sowohl die Dimensionen der Querschnitte zu messen, als auch ihre gegenseitige Position festzulegen, ohne dass im Messbereich eine Unterbrechung des Schienenpaares erforderlich wäre, auf dem die Baumstämme vorgeschoben werden.
Die vorliegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Mit solchen Merkmalen ist es nicht mehr notwendig im Messbereich eine Unterbrechung des Schienenpaars vorzusehen, Bei der Festlegung der beiden die Konturhälfte des zu messenden Querschnittes berührenden Lichtstrahlen, wirkt der Scanner parallel zur Auflageebene der Stützen am Schienenpaar. Die Schienen werden nicht durch die Lichtstrahlen beaufschlagt, da zwischen ihnen und dem Baumstamm ein Freiraum besteht, der der Höhe der Stützen gleich ist, auf denen der Baumstamm aufliegt. Zu diesem Zwecke ist es nicht notwendig, dass die Höhe der Stützen groß ist.
Die Schienen sind kein Hindernis, nicht einmal bei der Festlegung von mindestens einer Gruppe von drei der Kontur des Querschnittes angehörenden Punkten. Die Laserlichtquellen sind nämlich an den Seiten der Konturhälften des Querschnittes angeordnet, damit die Laserlichtlinien, die erzeugt werden, vor allem im mittigen Teil der entsprechenden Konturhälfte liegen können. Dieser letztere Umstand ist von Bedeutung, damit die fünf geometrischen Bedingungen, welche die Ellipse festlegen, möglichst gleichförmig auf der Kontur verteilt sind, und zwar im einzelnen wie folgt: die beiden ersten (berührende Strahlen) im oberen Teil und im unteren Teil der Kontur und die anderen drei (die Punkte) in den seitlichen Teilen der Kontur, bevorzugter Weise in den mittigen Teilen der Kontur, damit sie von den beiden anderen beabstandet sind.
Es ist klar, dass die Querschnitte die unmittelbar auf den verschiedenen Stützen angeordnet sind, nicht gemessen werden können, aber sie stellen nur einen kleinen Anteil der Querschnitte dar, mit denen der Baumstamm geteilt werden kann. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen näher aus der eingehenden, nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor, die nur beispielsweise, jedoch nicht begrenzend in der beigefügten Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Vorrichtung in einem ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungsbeispiel, wobei aus Einfachheitsgründen der Darstellung nur die Bestandteile gezeigt wurden, die bei der Festlegung der beiden die Konturhälfte des zu messenden Querschnittes berührenden Lichtstrahlen aktiv werden,
Fig. 2 einen Querschnitt der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Vorrichtung, die sowohl für das erste Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Laserlichtquellen und zwei Aufnahmekameras vorgesehen sind, als auch für das dritte Ausführungsbeispiel gültig ist, bei dem zwei Laserlichtquellen und vier Aufnahmekameras vorgesehen sind, wobei aus Einfachheitsgründen der Darstellung nur die Bestandteile gezeigt sind, die bei der Festlegung von mindestens einer Gruppe von drei der Kontur des zu messenden Querschnittes angehörenden Punkten aktiv werden,
Fig. 3 einen Querschnitt der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Vorrichtung, die sowohl für das zweite Ausführungsbeispiel, bei dem vier Laserlichtquellen und zwei Aufnahmekameras, als auch für das vierte Ausführungsbeispiel gültig ist, bei dem vier Laserlichtquellen und vier Aufnahmekameras vorgesehen sind, wobei aus Einfachheitsgründen der Darstellung nur die Bestandteile gezeigt sind, die bei der Festlegung von mindestens einer Gruppe von drei der Kontur des zu messenden Querschnittes angehörenden Punkten aktiv werden,
Fig. 4 ein Beispiel einer durch eine Matrizenaufnahmekamera aufgenommene Abbildung,
Fig. 5 eine Draufsicht, die sowohl für das erste als auch für das zweite Ausführungsbeispiel gültig ist, mit der Annahme, dass zwei verschiedene Messbereiche vorgesehen werden, einer zur Festlegung von, die Konturhälfte des Querschnittes berührenden Lichtstrahlen und einer zur Festlegung von mindestens einer Gruppe von drei Punkten, die der Kontur des Querschnittes angehören,
Fig. 6 eine Draufsicht, die sowohl für das dritte als auch für das vierte Ausführungsbeispiel gültig ist, mit der Annahme, dass zwei verschiedene Messbereiche vorgesehen werden, einer zur Festlegung von, die Konturhälfte des Querschnittes berührenden Lichtstrahlen und einer zur Festlegung von mindestens einer Gruppe von drei Punkten, die der Kontur des Querschnittes angehören,
Fig. 7 eine stark schematisierte, axonometrische Gesamtansicht des vierten Ausführungsbeispieles, mit der Annahme, dass zwei verschiedene Messbereiche vorgesehen werden, einer zur Festlegung von, die Konturhälfte des Querschnittes berührenden Lichtstrahlen und einer zur Festlegung von mindestens einer Gruppe von drei Punkten, die der Kontur des Querschnittes angehören.
Unter Bezugnahme auf die Figuren wurde eine Vorrichtung zum Messen der Dimensionen eines langgestreckten Objektes 2 dargestellt, das einen allgemeinen Querschnitt 3 mit gekrümmter Kontur 15 aufweist.
Ein typisches Beispiel für ein solches Objekt 2 ist ein Baumstamm. Dieser liegt auf geeigneten Stützen 21 auf, die, beispielsweise gezogen durch eine Kette 23, auf einem Schienenpaar 22 bewegt werden, das sich durch die Vorrichtung hindurch erstreckt.
Wie bekannt, wird die Kontur 15 des Querschnittes mathematisch einer Ellipse angenähert. Mit X; Y; Z ist ein bekanntes, angemessenes Bezugssystem angegeben. Jeder gemessene Querschnitt 3 wird einer Ellipse angenähert, bei der die Stellung und die Ausbildung gegenüber diesem Bezugssystem X; Y; Z derart festgelegt sind, dass die Nacheinanderfolge der die verschiedenen Querschnitte annähernden Ellipsen mathematisch die Ist-Ausbildung des Baumstammes 2 schematisiert.
Zur Festlegung von zwei der fünf geometrischen Bedingungen, die zur Bestimmung einer Ellipse notwendig sind, die geeignet ist die Kontur 15 des allgemeinen zu messenden Querschnittes 3 anzunähern, umfasst die Vorrichtung, wie aus Fig. 1 ersichtlich, einen Scanner 12, eine Vielzahl von Sensoren 13 und eine elektronische Verarbeitungseinheit 14. Diese letztere befindet sich in Arbeits- und Steuerungskontakt mit dem Scanner 12 und den Sensoren 13.
Der Scanner 12 und die Vielzahl von Sensoren 13 sind an abgewandten Seiten des Baumstammes 2 angeordnet und arbeitsmäßig zugeordnet, im Sinne, dass die Sensoren 13 fähig sind, die parallelen Lichtstrahlen 11 zu empfangen, die der Scanner 12 einzeln nacheinander ausstrahlt. Zweckmäßiger Weise sind diese Lichtstrahlen 11 Infrarotstrahlen. Sie beaufschlagen die Konturhälfte 15a der Gesamtkontur 15. Ein Teil dieser Strahlen 11 wird von der Konturhälfte 15a reflektiert, ein Teil hingegen wird nicht von der Konturhälfte 15a reflektiert. Von all diesen Lichtstrahlen 11 bestehen zwei, welche die Kontur 15 berühren oder sich in Abhängigkeit der Dichte der Strahlen 11 dieser Situation nähern.
Klarerweise ist die Position des Scanners 12 als auch der Sensoren 13 im bekannten Bezugssystem X; Y; Z bekannt, wodurch in diesem System über die elektronische Verarbeitungseinheit 14 die Gerade berechnet werden kann, mit der die Richtung dieser beiden, berührenden Lichtstrahlen 11 zusammenfällt. Auf diese Art und Weise, sind zwei der fünf geometrischen Bedingungen festgelegt, welche die gesuchte Ellipse erfüllen muss, da diese letztere die Geraden berühren muss, die mit den beiden festgelegten Lichtstrahlen 11 zusammenfallen.
In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bei der Feststellung von mindestens einer Gruppe von drei Punkten dargestellt, die der Kontur 15 des Querschnittes 3 angehören. Zu diesem Zwecke umfasst die Vorrichtung eine erste Laserlichtquelle 8a, eine zweite Laserlichtquelle 8b, eine erste Matrizenaufnahmekamera 9a und eine zweite Matrizenaufnahmekamera 9b. Die elektronische Verarbeitungseinheit 14 befindet sich in Arbeits- und Steuerungskontakt auch mit diesen Elementen sowie mit einer Messeinrichtung 16 zur Messung des Vorschubes des Baumstammes 2.
Unter dem Gesichtspunkt des Vorgehens sind jeweils die Elemente mit gleichem Apex a oder b zugeordnet.
Unter Bezugnahme auf die erste Konturhälfte 15a geschieht nun, dass diese durch einen ersten Laserlichtstrahl 5a beaufschlagt wird, der durch Einfall auf die Konturhälfte 15a an einem ersten Konturabschnitt 6a eine erste Laserlichtlinie 7a bildet. Um eine gute Verteilung der geometrischen Bedingungen zu haben, ist es zweckmäßig, dass dieser Konturabschnitt 6a ungefähr in einer mittigen Position auf der ersten Konturhälfte 15a derart angeordnet ist, sodass ein Teil der Kontur 15 in Betracht gezogen wird, der von jenem Teil der Kontur 15, der bei der Festlegung der beiden die Kontur 5 berührenden Lichtstrahlen 11 in Betracht gezogen wird, beabstandet ist.
Der erste Laserlichtstrahl 5a wird von einer ersten Laserlichtquelle 8a ausgestrahlt, die zur Seite der Konturhälfte 15a angeordnet ist.
Auf derselben Seite der Laserlichtquelle 8a ist auch eine Matrizenaufnahmekamera 9a angeordnet, jedoch derart, dass deren optischen Achse einen Winkel β zwischen 30º und 60º mit der den Laserlichtstrahl 5a enthaltenen Ebene (siehe Fig. 5) bildet. Optimale Ergebnisse werden mit einem Winkel β von 45º erhalten. Diese Aufnahmekamera 9a nimmt eine Abbildung der Laserlichtlinie 7a schräg auf. Ein Beispiel einer solchen Abbildung ist in Fig. 4 dargestellt.
Die Aufnahmekamera 9a weist eine große Anzahl von lichtempfindlichen Elementen, beispielsweise 210.000, auf, wodurch sie imstande ist, eine Vielzahl von Punkten dieser Laserlichtlinie 7a zu erfassen und in Abhängigkeit dieser Erfassung elektrische Signale auszustrahlen. Jeder dieser erfassten Konturpunkte ist einem entsprechenden, lichtempfindlichen Element zugeordnet, der ein elektrisches Signal aus der Tatsache heraus ausstrahlt, dass es durch das Laserlicht beaufschlagt wurde. Auf diese Art und Weise stellt die Gesamtheit der elektrischen Signale elektrisch eine Abbildung der Punktevielzahl dar, welche die erste Laserlichtlinie 7a bildet, die durch die erste Matrizenaufnahmekamera 9a aufgenommen wird.
Klarerweise sind im bekannten Bezugssystem X; Y; Z alle interessanten geometrischen Parameter bekannt, wie die Position der Laserlichtquelle 8a, der Aufnahmekamera 9a und der lichtempfindlichen Elemente, die in der Aufnahmekamera 9a angeordnet sind, und der Betrag des Winkels β, wodurch die elektrische Verarbeitungseinheit 14 imstande ist, unter Verwendung von bekannten Kenntnisse und von bekannten geometrischen Rechenverfahren und gegenüber dem bekannten Bezugssystem X; Y; Z die Position der Vielzahl von Punkten festzulegen, die der Laserlichtlinie 7a angehören.
Auf ähnliche Weise wie bei der ersten Konturhälfte 15a, wird die zweite Konturhälfte 15b der Kontur 15 des Querschnittes 3 durch einen zweiten Laserlichtstrahl 5b beaufschlagt, der unter Einfall auf den zweiten, ungefähr in mittiger Position auf der zweiten Konturhälfte 15b liegenden Konturabschnitt 6b, eine zweite Laserlichtlinie 7b, bildet. Der zweite Laserlichtstrahl 5b wird durch eine zweite Laserlichtquelle 8b ausgestrahlt, die zur Seite der Konturhälfte 15b angeordnet ist.
Ähnlich wie schon unter Bezugnahme auf die Konturhälfte 15a beschrieben wurde, ist eine zweite Matrizenaufnahmekamera 9b vorgesehen, die mit der ersten identisch ist. Auch die optische Achse dieser Aufnahmekamera 9b bildet einen Winkel β mit der die Laserlichtstrahlen 5a, 5b enthaltenden Ebene. In diesem Fall stellt die Gesamtheit der von der Aufnahmekamera 9b ausgestrahlten elektrischen Signale elektrisch eine Abbildung der die zweite Laserlichtlinie 7b bildende Vielzahl von Punkten dar.
Auch in diesem Fall ist die elektronische Verarbeitungseinheit 14 imstande, ähnlich wie schon zuvor erläutert und gegenüber dem bekannten Bezugssystem X; Y; Z die Position der Vielzahl von der Laserlichtlinie 7b angehörenden Punkten festzulegen.
Um die Aufnahme der Aufnahmekameras 9a, 9b schärfer wiederzugeben, können diese ein Filter aufweisen, welches das gesamte Licht außer das Laserlicht zurückhält.
Eine beliebige Gruppe von drei Punkten unter jenen, welche die Laserlichtlinien 7a, 7b bilden, erlaubt die Ermittlung von weiteren drei Bedingungen, welche die gewünschte Ellipse zu erfüllen hat. Diese letztere muss nämlich durch solche drei Punkte gehen. Es ist nun daher möglich, mathematisch mittels der elektronischen Verarbeitungseinheit 14 die gesuchte Ellipse zu bestimmen.
Klarerweise, legen alle Gruppen von drei möglichen Punkte zusammen mit den beiden oben genannten geometrischen Bedingungen bezüglich der beiden berührenden Lichtstrahlen 11 eine verschiedene Ellipse fest. Unter allen bestimmten Ellipsen, wählt nun die elektronische Verarbeitungseinheit 14 jene aus, die den kleinsten quadratischen Durchschnittsfehler aufweist und diese Ellipse ist jene, die sich an den gemessenen Querschnitt 3 nähert.
Dies wird für jeden Querschnitt 3 des Baumstammes 2 wiederholt und mittels der Messeinrichtung 16 zur Messung des Weges wird der Vorschubweg des Baumstammes 2 gemessen. Auf diese Art und Weise ist es möglich, räumlich die verschiedenen, gemessenen Querschnitte 3 in Korrelation zu bringen, wobei eine Aufeinanderfolge von Ellipsen erhalten wird, die mathematisch die Ist-Ausbildung des Stammes 2 sowohl bezüglich der Dimensionen des allgemeinen Querschnittes 3 als auch bezüglich der Krümmung des Stammes 2 schematisiert.
Als Messeinrichtung 16 kann ein bekannter Taktgeber Verwendung finden, der eine zuverlässige und genaue Messung erlaubt.
In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bei der Festlegung von einer Gruppe von drei Punkten dargestellt, die der Kontur 15 des Querschnittes 3 angehören. In diesem Fall kann die Vorrichtung überdies gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel eine weitere, erste Laserlichtquelle 80a und eine weitere zweite Laserlichtquelle 80b umfassen.
Die weitere, erste Laserlichtquelle 80a sendet einen weiteren ersten Laserlichtstrahl 50a aus, der auf der ersten Konturhälfte 15a auftrifft, wobei auf einen weiteren, ersten Konturabschnitt 60a der ersten Konturhälfte 15a eine weitere, erste Laserlichtlinie 70a gebildet wird, während die weitere zweite Laserlichtquelle 80b einen weiteren zweiten Laserlichtstrahl 50b aussendet, der auf der zweiten Konturhälfte 15b auftrifft, wobei auf einem weiteren zweiten Konturabschnitt 60b der zweiten Konturhälfte 15b eine weitere, zweite Laserlichtlinie 70b gebildet wird.
Die erste Aufnahmekamera 9a nimmt auch eine Abbildung der weiteren, ersten Laserlichtlinie 70a auf, und die zweite Matrizenaufnahmekamera 9b nimmt auch eine Abbildung der weiteren zweiten Laserlichtlinie 70b auf. Auf diese Art und Weise ist es möglich, den aus den Konturabschnitten 6a, 6b, 60a, 60b gebildeten und das Messobjekt bildende Teil der Kontur 15 zu erweitern und die Gruppe von drei Punkten gleichförmiger längs der Kontur 15 zu verteilen.
Zu diesem Zwecke ist die Betriebsweise der weiteren Laserlichtquellen ähnlich jener die für das erste Ausführungsbeispiel erläutert wurden, die elektronische Verarbeitungseinheit 14 ist in Arbeits- und Steuerungskontakt auch mit den übrigen Laserlichtquellen 80a, 80b und die Gruppe von drei Punkten kann auch Punkte aufweisen, die den Konturabschnitten 60a, 60b angehören.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Vorrichtung überdies gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel eine weitere, erste Matrizenaufnahmekamera 90a auf und eine weitere, zweite Matrizenaufnahmekamera 90b auf.
Auch diese Aufnahmekameras 90a, 90b können ein Filter aufweisen, welches das von Laserlicht verschiedene Licht zurückhält.
Da die weiteren Aufnahmekameras 90a, 90b gegenüber den Aufnahmekameras 9a, 9b an der abgewandten Seite der Schnittebene aus Fig. 2 angeordnet sind, und deshalb nicht aus derselben ersichtlich sind, kann auf Fig. 2 auch für dieses dritte Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden.
Die optische Achse der weiteren, ersten Aufnahmekamera 90a bildet derart einen Winkel β mit der die Laserlichtstrahlen 5a, 5b enthaltenden Ebene, dass die Aufnahmekamera 90a eine Abbildung der ersten Laserlichtlinie 7a schräg aufnimmt. Auch die optische Achse der weiteren, zweiten Aufnahmekamera 90b bildet derart einen Winkel β mit der die Laserlichtstrahlen 5a, 5b enthaltenen Ebene, dass die Matrizenaufnahmekamera eine Abbildung der zweiten Laserlichtlinie 7b (siehe Fig. 6) schräg aufnimmt.
Der Winkel β ist in diesem Fall entgegengesetzten Vorzeichens gegenüber dem entsprechenden Winkel β der ersten und der zweiten Aufnahmekamera 9a und 9b, derart, dass die Laserlichtlinien 7a, 7b von zwei geometrischen Gesichtspunkten aufgenommen werden können. Dies erlaubt, es, immer die Laserlichtlinie aufzunehmen, auch wenn sie sich in einer Nut, Ausnehmung, Einschnitt oder Vertiefung der Oberfläche des Baumstammes liegt, die sie dem Wirkungsstrahl einer einzigen Aufnahmekamera verbirgt.
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Vorrichtung überdies gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel sowohl die weitere, erste Laserlichtquelle 80a und die weitere zweite Laserlichtquelle 80b als auch die weitere erste Matrizenaufnahmekamera 90a und die weitere zweite Matrizenaufnahmekamera 90b umfassen.
Auf diese Weise sind in einer einzigen Vorrichtung die erläuterten Vorteile vereint, die mit dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zusammenhängen.
Da die weiteren Aufnahmekameras 90a, 90b gegenüber den Aufnahmekameras 9a, 9b an abgewandten Seiten der Schnittebene aus Fig. 3 angeordnet und aus derselben daher nicht ersichtlich sind, kann auf Fig. 3 auch für dieses vierte Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich können für das erste und das zweite Ausführungsbeispiel oder wie in Fig. 6 gezeigt, für das dritte und das vierte Ausführungsbeispiel, zwei verschiedene Messbereiche 4 und 40 vorgesehen sein.
Im ersten Messbereich 4 wirken der Scanner 12 und die Sensoren 13, um das Paar von Lichtstrahlen 11 festzulegen, welche die Kontur 15 berühren. Im zweiten Messbereich 40 wirken die Laserlichtquellen 8a, 8b und eventuell die Laserlichtquellen 80a, 80b wie auch die Matrizenaufnahmekameras 9a, 9b und eventuell die Matrizenaufnahmekameras 90a, 90b, um die Position der Punkte zu bestimmen, die der Kontur 15 angehören.
Unter Bezugnahme insbesondere auf Fig. 7, in der beispielsweise das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, unter der Annahme, die beiden Messbereiche 4 und 40 verschieden zu halten, liegen daher eine die Lichtstrahlen 11 enthaltende Ebene A und eine die Laserlichtstrahlen 5a, 5b und eventuell 50a, 50b enthaltende Ebene B vor und es werden Probleme einer gegenseitigen Überschneidung zwischen den Lichtstrahlen 11 und den Laserlichtstrahlen 5a, 5b, 50a, 50b vermieden.
Mittels der Messeinrichtung 16 zur Messung des Weges, bestehen dann keine Probleme, die in den beiden verschiedenen Messbereichen 4 und 40 erhaltenen Ergebnisse mathematisch koplanar zu gestalten, indem sie demselben Querschnitt zugeordnet werden.
Die vorliegende Erfindung erreicht somit die vorgegebenen Ziele. Klarerweise kann sie in ihrer praktischen Ausführung auch Formen und Ausbildungen erhalten, die verschieden von jener sind, die oben erläutert wurde, ohne dadurch den vorliegenden Schutzbereich zu verlassen.
Überdies können alle Einzelheiten durch technisch äquivalente Elemente ersetzt werden und Formen, die Abmessungen und die verwendeten Materialien können je nach Bedürfnis beliebig sein.

Claims

1. Vorrichtung (1) zum Messen der Dimensionen eines langgestreckten Objektes (2), das sich längs der eigenen Längsachse durch die Vorrichtung bewegt und einen allgemeinen Querschnitt (3) mit gekrümmter Kontur aufweist, umfassend:

eine erste und eine zweite Laserlichtquelle (8a, 8b), die derart angeordnet sind, dass sie einen ersten bzw. einen zweiten Laserlichtstrahl (5a, 5b) ausstrahlen, der auf der Kontur (15) des Querschnittes (3) einfällt und an derselben eine erste bzw. eine zweite Laserlichtlinie (7a, 7b) bildet;

eine erste und eine zweite Matrixaufnahmekamera (9a, 9b), die derart angeordnet sind, und zwar so daß die jeweilige optische Achse ein Winkel (β) mit der die Laserlichtstrahlen (5a, 5b) enthaltenden Ebene bildet, dass die erste bzw. die zweite Aufnahmekamera (9a, 9b) eine Abbildung der ersten bzw. der zweiten Laserlichtlinie (7a, 7b) schräg aufnimmt;

wobei die erste und die zweite Laserlichtquelle (8a, 8b) an abgewandten Seiten der Kontur (15) derart angeordnet sind, dass der erste Laserlichtstrahl (5a) der ersten Laserlichtquelle (8a) auf einer erste Konturhälfte (15a) der Kontur (15) einfällt und an einem ersten Konturabschnitt (6a) die erste Laserlichtlinie (7a) bildet, und derart, dass der zweite Laserlichtstrahl (5b) der zweiten Laserlichtquelle (8b) an einer zweiten Konturhälfte (15b) der Kontur (15) einfällt und an einem zweiten Konturabschnitt (6b) die zweite Laserlichtlinie (7b) bildet,

dadurch gekennzeichnet, dass sie überdies umfasst:

einen Scanner (12), der derart angeordnet ist, dass eine Reihe von zueinander parallelen Lichtstrahlen (11) ausgesendet werden, die auf der ersten Konturhälfte (15a) einfallen;

eine Vielzahl von Sensoren (13), die an einer gegenüber dem Scanner (12) abgewandten Seite des Objektes (2) angeordnet und wirksam dem Scanner (12) zugeordnet sind, um die Lichtstrahlen (11) aufzunehmen;

eine Messeinrichtung (16) zur Messung des vom Objekt zurückgelegten Weges während seines Vorschubes, derart, dass es möglich ist, die verschiedenen allgemeinen, gemessenen Querschnitte (3) räumlich in Korrelation zu bringen und

eine elektronische Verarbeitungseinheit (14), die derart angeordnet ist, dass sie mit dem Scanner (12), den Sensoren (13), den Laserlichtquellen (8a, 8b), den Aufnahmekameras (9a, 9b) und der Messeinrichtung (16) in Arbeits- und Steuerungskontakt sind, um die beiden geraden Linien zu bestimmen, die mit den Richtungen der beiden die erste Konturhälfte (15a) berührenden Lichtstrahlen (11) zusammenfallen und um mindestens eine Gruppe von drei Punkten festzulegen, die den Konturabschnitten (6a, 6b) angehören und um, unter allen Ellipsen, die durch, der Kontur (15) angehörenden Gruppe von drei Punkten gehen und die beiden die erste Konturhälfte (15a) berührenden Lichtstrahlen (11) berühren, jene auszuwählen, die mathematisch der Kontur (15) des gemessenen Querschnittes (3) am nächsten liegt, sodass die Folge der sich den verschiedenen Querschnitten annähernden Ellipsen eine schematische, mathematische Raumdarstellung der reellen Ausbildung des Objektes (2) liefert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie überdies umfasst:

eine weitere erste Laserlichtquelle (80a), die derart angeordnet ist, dass sie einen weitereren, ersten Laserlichtstrahl (50a) ausstrahlt, der auf der ersten Konturhälfte (15a) einfällt und an einem weiteren ersten Konturabschnitt (60a) der ersten Konturhälfte (15a) eine weitere erste Laserlichtlinie (70a) bildet;

eine weitere zweite Laserlichtquelle (80b), die derart angeordnet ist, dass sie einen weiteren zweiten Laserlichtstrahl (50b) ausstrahlt, der auf der zweiten Konturhälfte (15b) einfällt und an einem weiteren zweiten Konturabschnitt (60b) der zweiten Konturhälfte (15b) eine weitere zweite Laserlichtlinie (70b) bildet, wobei die erste Aufnahmekamera (9a) auch eine Abbildung der weiteren ersten Laserlichtlinie (70a) aufnimmt und die zweite Aufnahmekamera (9b) auch eine Abbildung der weiteren zweiten Laserlichtlinie (70b) aufnimmt und die elektronische Verarbeitungseinheit (14) sich auch mit den Laserlichtquellen (80a, 80b) in Arbeits- und Steuerungskontakt befindet und zu der Gruppe von drei Punkten auch Punkte gehören, die den Konturabschnitte (60a, 60b) angehören.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie überdies umfasst:

eine weitere erste und eine weitere zweite Matrixaufnahmekamera (90a, 90b), die derart angeordnet sind, und zwar so daß die jeweilige optische Achse ein Winkel (β) mit der die Laserlichtstrahlen (5a, 5b) enthaltenden Ebene bildet, dass die weitere erste bzw. weitere zweite Aufnahmekamera (90a, 90b) eine Abbildung der ersten bzw. der zweiten Laserlichtlinie (7a, 7b) schräg aufnimmt, wobei die elektronische Verarbeitungseinheit (14) auch mit den Aufnahmekameras (90a, 90b) in Arbeits- und Steuerungskontakt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie überdies umfasst:

eine weitere erste und eine weitere zweite Matrixaufnahmekamera (90a, 90b), die derart angeordnet sind, und zwar so daß die jeweilige optische Achse ein Winkel (β) mit der die Laserlichtstrahlen (5a, 5b, 50a, 50b) enthaltenden Ebene bildet, dass die weitere erste bzw. weitere zweite Aufnahmekamera (90a, 90b) eine Abbildung der ersten und der weiteren ersten Laserlichtlinie (7a, 70a) bzw. der zweiten und der weiteren zweiten Laserlichtlinie (7b, 70b) schräg aufnimmt, wobei die elektronische Verarbeitungseinheit (14) auch mit den Aufnahmekameras (90a, 90b) in Arbeits- und Steuerkontakt liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmekameras (9a, 90a, 9b, 90b) ein Filter aufweisen, das das gesamte Licht außerhalb des Laserlichtes zurückhält.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstrahlen (11) in einer Ebene (A) ausgesendet werden, die in einem ersten Messbereich (4) liegt, und dass die Laserlichtstrahlen (5a, 5b, 50a, 50b) in einer Ebene (B) ausgestrahlt werden, die in einem zweiten Messbereich (40) liegt, wobei die Ebenen (A) und (B) zur Ebene des zu messenden Querschnittes (3) parallel sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (β) zwischen 30º und 60º liegt, bevorzugter Weise 45º ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (16) ein an einer Fördervorrichtung (16) der Objekte (2) anzubringender Taktgeber ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstrahlen (11) infrarot sind.