SE511602C2 - Förfarande jämte anordning för oförstörande klassificering av företrädesvis långsträckta och/eller skivformade objekt - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 511 602 2 mekaniska egenskaper åstadkommas.

SE 348 558 beskriver ett oförstörande sätt att klassifiera trämaterial, genom att en kortände av provkroppen utsättes för en fysisk stöt för att alstra en energivåg i provkroppen. Vågen breder ut sig i längdriktningen. Tiden för energivàgens passage mellan två avkännare mäts och provkroppen klassificeras beroende av sin elasticitetsmodul, vilken bestäms av energivàgens hastighet och provkroppens densitet.

Uppfinningens ändamål och kännetecken, Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma ett sätt att hållfasthetsklassificera en kropp, såsom virke och andra träbaserade produkter, på ett noggrannare, snabbare och effektivare sätt. Ett andra ändamål med föreliggande uppfinning är att framställa en industriellt tillämpbar teknisk lösning för hàllfast- I ett föredraget utförande av uppfinningen bestämning av resonansfrekvenser hos en kropp i hetssorteringssyfte. kan uppfinningen tillämpas på provobjekt som tvärförflyttas kontinuerligt.

Dessa uppgifter har lösts genom att resonansfrekvenser från objektets att anordningen innefattar åtminstone en testenhet, innefattande organ åtminstone en av egenmoder utnyttjas, samt för att åstadkomma stötexcitering och mätdon för registrering av vibrationsresponsen inkluderande resonansfrekvenser åtminstone från en av objektets egenmod samt enhet för bearbetning av insamlad vibrationsdata och/eller hållfasthet. och bestämning av objektets styvhet Kortfattad beskrivning av ritningar Uppfinningen kommer att beskrivas mer detaljerat med hänvisning till ett ritningar. antal utföringsexempel illustrerade på närslutna Fig. la-lc visar egenmoder vid axialsvängning för frisvävande objekt. 10 15 20 25 30 35 511 602 3 Fig. 2 visar ett exempel på ett korresponderande frekvensspektrum för svängningsrörelse enligt fig. 1.

Fig. 3 visar schematiskt ett utföringsexempel av uppfinningen, anordnat vid en typisk tvärtransportör för virke.

Fig. 4 visar schematiskt ett snitt genom anläggningen enligt fig. 3.

Fig. 5-7 visar schematiskt en del av en testenhet, enligt föreliggande uppfinning och dess arbetssekvens.

Fig. 8 och 9 visar tvâ andra utföringsexempel av testenheten enligt uppfinningen.

Fig. 10 visar schematiskt: en. del av en andra anläggning för klassificering av kroppar enligt föreliggande uppfinning.

Fig. ll visar ett exempel pà principiellt funktionsschema för en styrenhet för klassificering av kroppar, enligt föreliggande uppfinning.

Grundläggande teori Om en prismatisk kropp bringas i svängning, till exempel av en fysisk stöt i kroppens längsriktning, kan olika egenmoder identifieras med specifika resonansfrekvenser fn och tillhörande svängningsrörelser. Egenmodernas resonansfrekvenser och svängningsrörelser är strukturegenskaper. Oavsett var på kroppen för en viss mätningen sker erhålles samma resonansfrekvens egenmod. Figurerna la-lc visar svängningsrörelsen för några egenmoder vid axialsvängning för frisvävande objekt. Den vertikala axeln anger som positiva. vården rörelse åt vänster och som negativa värden rörelse åt höger. Noder är nollställen j. en svängningsrörelse och maxima kallas för bukar eller antinoder.

Fig. la visar egenmoden vars resonansfrekvens kallas grundtonen, lb visar den andra egenmoden och fig. lc den tredje fig. egenmoden. Frekvensspektret i fig. 2 visar resonansfrekvenser fl till f3 till Axialsvängning innebär förlängning och kompression av kroppen. hörande egenmoderna visade i fig. la-lc.

Kroppens mittdel rör sig inte i första moden. I andra moden erhålles två noder där kroppen inte rör sig, osv. Även andra moder såsom höj- och vridmoder förekomer och kan utnyttjas. 10 15 20 25 30 35 511 602 4 Resonansfrekvenserna bestäms av objektets geometri, densitet och elastiska egenskaper såsom elasticitetsmodul E och skjuvmodul G.

Vid axialsvängning för ett frisvävande långsträckt objekt kan resonansfrekvenserna fkn för olika egenmoder n beräknas som: fr., = (n/zm- (E/m” där fkn = resonansfrekvens för axialmod nr n (Hz) n = modnummer (-) L = längd (m) E = elasticitetsmodul (N/m2) p = densitet (kg/m3) Motsvarande samband finns för böjsvängning och vridsvängning. Om objektets resonansfrekvenser, densitet och geometri är bestämda kan istället objektets elasticitetsmodul bestämmas för olika egenmoder: En = 4-(f,_,-L)2-p/n2 (i) På motsvarande sätt kan geometri och densitet bestämmas om andra parametrar är kända.

Olika delar av en kropp får olika töjningar under svängningsrörelsen beroende på egenmod. Vid frisvävande axialsvängning erhålles för första egenmoden de största töjningarna i mittdelen medan töjningarna intill ändarna blir relativt: marginella. För andra egenmoden erhålles de största töjningarna i andra delar av objektet, osv. På motsvarande sätt har densiteten hos de delar av objektet som rör sig mest under sett resonansfrekvensen än de delar som rör sig lite, dvs noderna. svängningsrörelsen relativt större betydelse för För första axialmoden avgör följaktligen mittdelens elasticitetsmodul och ändarnas densitet objektets resonansfrekvens. För inhomogena objekt där elasticitetsmodulen varierar i längsled, till exempel virke, erhålles således olika uppmätt värde på elasticitetsmodul 10 15 20 25 30 35 511 6ÛKZT Skillnaden i. elasticitetsmodul alltså objektets EAJ, beroende pà svängningsmod. mellan olika moder indikerar grad av inhomogenitet.

Randvillkoren (upplagsförhållandena) är av avgörande betydelse för utvärdering av objektets dynamiska egenskaper. väldefinierade upplagsförhållanden àstadkoms i laboratoriemiljö typiskt genom att hänga upp objektet i flexibla fjädrar frisvävande tillstànd, s.k. fri-fri upphängning. Arrangemanget kan vilka simulerar ett betraktas som fri-fri upphängning om fjädrarnas medsvängande massa förhållande till objektets resonansfrekvensen hos systemet objekt-fjädrar är väsentligt lägre är liten i massa och om grund- än objektets lägsta resonansfrekvens. Andra typer av randvillkor är fri uppläggning och fast inspänning. Det senare tillämpas för skivor i patentet US 5,060,5l6.

Hållfasthetssortering av virke Uppfinningen är huvudsakligen avsedd för sortering av objekt i klasser för vilka det ställs specifika krav på hållfasthet ommi och/eller elasticitetsmodul E. II föreliggande beskrivning ges exempel på tillämpning av uppfinningen för alternativet axialsvängning av virke, men självklart kan principen appliceras på annat material och andra svängningsrörelser.

Den primära parametern vid hállfasthetssortering av virke är böjhållfastheten. Kriteriet för en godkänd sortering (på säker sida) är att högst 5 av 100 virkesstycken får ha en böjhàllfasthet understigande ett för varje klass fastställt värde. Därav följer att att böjhàllfasthet är det viktigaste kriteriet vid jämförelser mellan olika maskinkoncept. förmågan förutsäga virkets Med en god korrelation (rz) mellan maskinens utdata och virkets böjhàllfasthet fås hög andel virke i högre sortertingsklasser.

I laboratoriemiljö har det visat sig att sambandet mellan dynamiskt bestämd elasticitetsmodul enligt föreliggande uppfinning och böjnàllfasthet är mycket gott (rz = 0,75) i jämförelse med 10 15 20 25 30 35 511 602 6 konventionella statiskt böjande sorteringsmaskiner (rz = 0,6).

Detta beskrivs bland annat i "Strength and stiffness prediction using conventional and dynamic methods" av Mikael Perstorper, First European Symposium on Nondestructive Evaluation of Wood, University of Sopron, Ungern, September 21-23 1994, vol. 2.

Sättet enligt uppfinningen utförs huvudsakligen genom att virket som skall klassificeras utsätts för en fysisk stöt i längdriktningen vilken försätter virket i en axiell svängningsrörelse. Resonansfrekvensen för två eller flera egenmoder detekteras med avkännare. Korresponderande elasticitets- moduler beräknas enligt ekvation (i) med kännedom on1 virkets densitet och längd. Virket förutsätts därvid vila på stödorgan vilka simulerar ett frisvävande tillstànd. Sorteringsmetoden baseras på axialsvängning bland annat på grund av att randvillkoren är enklare att kontrollera för denna modform.

Medelvärdet av elasticitetsmodulerna från de egenmoder som analyseras, Eæm, utgör den primära parametern för prediktering av böjhållfastheten. Denna medelvärdesbildning innebär att ett mera representativt mått på virkets globala elasticitetsmodul erhålls jämfört med cm1 endast första egenmoden utnyttjas. Mittdelens styvhet är helt avgörande i det senare fallet medan man i det förra fallet sammanväger inverkan av en betydligt större del av virket.

Skillnaden i elasticitetsmodul från olika egenmoder utgör ett mått på virkets grad av inhomogenitet och kan ingå som en självständig parameter för en förbättrad prediktering av hållfastheten. Det är känt att låghàllfast virke är höghàllfast virke. Vidare kan information om ett objekts grad av allmänt mera inhomogent än inhomogenitet vara av betydelse för andra processer än hållfasthetssortering.

Risken för att mätfel och störningar skall hindra en korrekt klassificering minskas genom att elasticitetsmodulen överbestäms.

Vid medelvärdesbildningen görs en rimlighetskontroll varvid någon 10 15 20 25 30 35 511 602 7 egenmods resultat kan komma att bortses ifrån. Därmed erhålls en ännu säkrare prediktering och möjligheter till felkontroll.

Virkets klassificering sker enligt ett etablerat statistiskt samband mellan nämnda medelvärdesbildade elasticitetsmodul Emm och åsyftade mekaniska egenskaper såsom böjhàllfasthet owjz Alternativt utnyttjas direkta samband mellan resonansfrekvens och hállfasthet för ett objekt med given längd för olika egenmoder.

Detta är liktydigt med att istället för att mäta densiteten för varje individ ansätta ett för sorteringspopulationen relevant medelvärde omd.

Densiteten kan mätas genom att registrera längd, bredd, tjocklek och vikt eller genom att utnyttja etablerad beröringsfri teknik såsom röntgen eller mikrovàgor. Längden och i förekommande fall också tjocklek och bredd kan bestämma med kommersiellt tillgänglig laserbaserad teknik.

Detaljerad beskrivning av utföringsexemplen Fig. 3 och 4 visar ett första förenklat utföringsexempel av en i ett Sågverk, för transport av objekt, i som ska klassificeras vid ett mätområde för anläggning 10, t.ex. detta fall virke 11, oförstörande klassificering av virket. Med oförstörande menas ett objektets ett antal skenor 12 på vilka testförfarande som inte " påverkar egenskaper.

Anläggningen 10 innefattar bl.a. ändlösa transportkedjor 13, är anordnade försedda med medbringare 14. Drivorgan i form drivaggregat 15, och drivhjul 16 är anordnade för att transportera virket ll till och förbi en testenhet 18.

Virket 11 tvärtransporteras genom att transportkedjorna 13 med medbringarna 14 för virket framåt i kontinuerlig drift. Virket 11 vilar normalt direkt på kedjorna 13 eller släpar på skenorna 11, i vilka kedjorna löper, s.k. kedjebalkar. t.ex. av stålprofiler, 10 15 20 25 30 35 511602 8 Virket ll, vars ena ände företrädesvis är rensågad i vinkel utan utstickande större flisor, placeras manuellt eller automatiskt på kedjorna 11. Eftersom virkesbitarna kan ha olika längder, placeras dessa så på kedjorna att virkesändarna som ska komma i kontakt med testenheten ligger i samma linje. Vid passage förbi testenheten 18 ges virket en fysisk stöt i dess längsled av en anordning som fig. 5. I ett frisvävande tillstånd med Detta åstadkommes genom att virket bringas att vila i vertikalled på ett visas närmare i anslagsögonblicket simuleras avseende på axialsvängning. underlag 20, vars styvhet med avseende på rörelser i virkets längsriktning är tillräckligt låg och vars medsvängande massa är tillräckligt låg.

För att simulera ett frisvävande tillstånd med avseende på axialsvängning kan exempelvis virket ll bringas att föras framåt vilande mot stödorgan, istället för mot kedjor/kedjebalkar, innefattande transportband 35 av gummi såsom visas i fig. 4. Dessa transportband 35 har platåer 20 vars nivå är tillräckligt mycket högre än kedjor/kedjebalkar för att anliggning j. vertikalled endast ska ske mot transportbandet 35. Nivån på denna platå 20 är dock ej så hög att medbringarna 14 tappar kontakt med virket.

Stödorganen monteras något lutande så att virket successivt höjs upp från kedjor/kedjebalkar. För att föra upp virket på platån och ned igen, kan också alternativt transportbandet kompletterat med lutande glidskenor. Gummibandet löper i en slinga med hjulen 17 i bägge ändar av transportbandet. Gummibandet 35 på vilket virket vilar glider på en yta med mycket låg friktion. När virket ll av medbringarna 14 förts upp på transportbandet via glidskenorna är friktionen mellan virke ll och gummiband 35 mycket högre än mellan gummibandet och underliggande glidyta. Därmed bringas gummibandet att löpa längs ytan. Virket glider således inte på gummibandet.

Ytan på vilket bandet löper har kanter så att bandet inte kan röra sig mer än några millimeter i sidled. Därmed kan virket belastas i sin längsriktning av anslagsmekanismen utan att gummibandet glider i sidled pá den glatta spårytan. 7 innefattar en arm 19, som kan Testenheten 18, enligt fig. 5 - 10 15 20 25 30 35 511 602 9 svänga i vertikalplanet kring en axel 35. När virket ll förs framåt bringas armen 19 att rotera motsols och en fjäder 21 spänns upp i motsvarande grad. När virket ll förts framåt ytterligare och nått läget, enligt fig. 6, spännes fjädern 21 nmximalt. Mot virkesänden 22 trycker ett till armen fästat glidmellanlägg eller hjul 23. armen 19 förlorar kontakten med virkesänden 22. Därmed vrids armen I nästa moment förs virket ytterligare framåt så att tillbaka mot sitt viloläge genom verkan av fjäderkraften, enligt fig. 7. Under denna accelerande rörelse träffas virkesänden 22 av en anslagskropp 24, fäst till armen 19 via en stång 25. Denna stång 25 har en så låg böjstyvhet med avseende på böjning i planet att grundresonansfrekvens, har en stången 25 och dess anslagskropp 24 som är mindre än en tiondel av provobjektets lägsta resonansfrekvens vid axialsvängning. Därmed generar inte stången 25 och dess anslagskropp 24 ljudtryck med frekvenskomponenter som kan störa mätningarna.

Ett anhåll 26 är positionerat så att armen vid anslaget inte Vid anslaget trycker således fjädern 21 att böjdeformeras. Den höga flexibiliteten hos stången 25 innebär att ligger an mot det. anslagskroppen 24 mot virkesänden 22 så stången 25 kraftimpulsen från virkesbiten vid anslaget isoleras från armen 19. Därmed uppkommer inga besvärande ljudtryck från vibrationer i armen 19 eftersom armen inte exciteras i nämnvärd omfattning.

En beröringsfri mikrofon 27 år anordnad för upptagning av de uppkomna ljudvågorna i virket 11. Mikrofonen 27 är så anordnad att denna vid anslagsmomentet befinner sig väsentligen i mitten av bredd. att anslagsögonblicket kan fånga upp det från virkesänden utstrålade virkesbitens Mikrofopen 27 placeras så den i ljudtrycket, härrörande från» de resonanta svängningar stöten genererat. Ett alternativt utförande är att med laserbaserade givare detektera objektets svängningsrörelse. Alternativt, kan ett antal mikrofoner i serie användas om virkets bredd varierar, varvid upptagningen från den mest korrekt positionerade mikrofonen kan användas. 10 15 20 25 30 35 511 602 10 Mikrofonen är ansluten till en datorenhet (ej visad), vars funktion beskrivs senare.

Ett alternativt sätt att åstadkomma den nödvändiga flexibiliteten visas i fig.8, till flexibiliteten. enligt vilken en styvare stång 15 via en led 28 fästes armen l9 och en dragfjäder 29 svarar för Dragfjädern 29 förspänns något mot ett anhåll 30 för att säkerställa samma utgàngsposition för anslagskroppen 24 vid varje försök. Ännu ett utföringsexempel visas i fig. 9. En cylinderformad anslagskropp 31 är anordnad löpande i ett rör 32 med en isolerande tryckfjäder 33 i botten. Röret är sedan stumt infästat till armen 19 via en stång 34.

Anslagskroppens massa samt geometri och elastictetsmodul hos dess anslagsyta avpassas jämte fjäderns styvhet och armens och stàngens mått så att den fysiska stöten genererar/exciterar svängningar med ett frekvensinnehàll som täcker in de resonsfrekvenser som avses kunna detekteras.

Ett annat sätt att undvika excitering av armen är att utforma anhållet så att stöten dämpas.

I utföringsexemplet visat i fig. 10, förflyttas virket ll på glidskenor 36. Skenorna 36 anordnas radiellt rullbara eller med d.v.s. 18. En ytor av mycket låg friktion, åtminstone vid testområdet, det område som sträcker ut sig framför testenheten stötmekanism 37, t.ex. i form av en tryckluftsgenerator eller en hydraulisk kolv anordnas vid ena sidan av transportskenorna 36.

När virket ll passerar mekanismen 37 detekteras det och en tryckluftsstöt skjuter virket i sidled mot en stel stötupptagande kropp eller ändstopp 38 anordnad i närheten av mikrofonen 27.

Sammanstötning av virket mot ändstoppet 38 genererar i sin tur en kontrollerad stötexcitering av virkesbiten i axialled (längsled). att de axialsvängningsmoderna kan exciteras för alla de virkesbitar som Frekvensinnehállet i stöten är sådant två första Strax intill mothållet är en mikrofon 27 det till avses att sorteras. placerad som fångar upp ljudtrycket och överför 10 15 20 25 30 35 511 602 11 datorenheten. Eftersom virkets längd kan variera, kan stötmekanismen 37 anordnas förflyttbart relativt virkets förflyttningsplan eller dess stötstyrka kan varieras med avseende på virkets längd så att alla virkeslängder ges stöt med samma styrka.

Anläggningen, t.ex. enligt fig. 3, 4 eller 10, förutsätts placerad i ett sågverk eller annan träförädlande industri vid den del av processen där virket tvärtransporteras, exempelvis i det så kallade uppfinning kan en virkesbit med varieranda längdmått, ca 2-5 m justerverket. I en anläggning enligt föreliggande under en tidsrymd av knappt en till två sekunder klassificeras i den löpande processen.

I regel är frekvensinnehàllet i stöten sådant att de två första axialsvängningsmoderna kan exciteras för alla de virkesbitar som att virkesänden reflekterade ljudet innehåller samma frekvensinnehåll avses sorteras. Det av mikrofonen 27 uppfångat, från som stöten gav upphov till. De frekvenser som sammanfaller med virkesbitens två lägsta axialresonansfrekvenser kommer att uppvisa kraftigt förhöjda ljudtrycksnivåer i förhållande till övriga frekvenser. Även närliggande frekvenser kommer att uppvisa höga amplituder.

Fig. 11 visar schematiskt ett blockschema för en datorenhet, som dels kan styra anläggningen och dels bearbetar det från mikrofonen upptagna ljudet. Det av mikrofonen 27 upptagna ljudet förstärks i en förstärkare 101 och den analoga responssignalen i tiden A/D-omvandlas 102 och fouriertransformeras 103 till en digitaliserad "signal" i frekvensplanet, varvid ett ljudtrycksspektrum 104 skapas.

Resonansfrekvenserna i detta spektrum kan då enkelt bestämmas genom att med hjälp av en algoritm avsöka spektrumet 105 efter motsvarande höga värden på amplituden. När de två aktuella resonansfrekvenserna har uppskattats, jämförs värdena med rimliga värden för aktuell längd, vilka finns lagrade i en databas 106 10 15 20 25 30 35 511 602 12 medelst datorenheten 100, sköter beräkningsarbetet. När sagda kontroll har utförts, S0m och mätinsamlingen beräknas ett medelvärde 107 på den uppskattade elasticitetsmodulen Emm enligt ekvation (i). Med utnyttjande av ett statistiskt samband mellan elasticitetsmodul och böjhållfasthet kan sedan virkesbiten klassas 108 i enlighet med de hållfasthetsklasser som är aktuella enligt gällande norm eller annan kravspecifikation.

Då normen eventuellt ändras kan nödvändiga klassningsvärden och/eller intervall enkelt ändras i datorenheten 100, som även kan operera som styrenhet av sorteringsmaskinen. Då virkesbiten har associerats med en hàllfasthetsklass märks virkesbiten upp för okulär besiktning och kontroll 109.

Maskinen avger också information för styrning av varje enskild virkesbit till rätt "fack" i senare led.

I samband med mätning av resonansfrekvens kan även information om massdensitet och virkeslängd inhämtas av datorenheten 100.

Virkeslängden kan bestämmas med hjälp av känd kommersiell laserteknik 110 i nära anslutning till resonansfrekvensmätningen.

Virkesbitens densitet kan bestämmas enligt ett av tvâ alternativ.

Med det 111 längdmätning 112, varigenom massa M och de ytterligare geometriska måtten, första utnyttjas vågteknik och laserbaserad tvärsnittsmàtt T, B erhålles.

Det andra alternativet genomförs med hjälp av mikrovågsteknik 113, varvid densitet (och fuktkvot) fås explicit 114. Dock erhålles inte något "fullständigt" medelvärde av densiteten utan ett medelvärde baserat på en eller ett par punkter längs virkesstycket. Dessa tekniker finns idag tillgängliga på marknaden.

Densiteten p kan också bestämmas med hjälp av mikrovågsteknik. information om fuktkvoten vilket är en Fuktkvoten får Denna teknik ger också betydelsefull parameter för elasticitetsmodulen. 10 15 20 25 30 35 511 602 13 annars tilldelas ett uppskattat värde baserat på klimatförhàllanden vid föregående lagring. Längden L och tvärsnittsmåtten B och T avses bli mätta med laserteknik, vilken idag är bruk i flertalet sågverk. Mätdata från sådan kommersiell till Virkeslängden L fås med hjälp av laserbaserad längdmätningsteknik. utrustning förs över sorteringsmaskinens dataenhet.

Märkningen sker okulärt läsbar för användning och kontroll i produktled. sorteringsresultatet till styrenheter för att möjliggöra fysisk senare Anläggningen kan lämna information om separat lagring av virke i olika hållfasthetsklasser efter det att respektive virkesenhet lämnat sorteringsmaskinen. Datalagringen ska dels kunna tillfredsställa olika krav som dels tillfredsställa de certifieringsmyndigheten att tillförlitlighetskontroll och kalibrering, mm. underlag för statistik, ska den krav som kommer ställa i samband med Förfarandet kan tillämpas på objekt av trä med godtycklig längd och tvärsnitt. Vid klassificering av avlånga objekt kan längden företrädesvis vara minst 4 ggr det största tvärmàttet. Objekten kan vara timmerstockar, pålar, eller rätblock såsom bräder, plank, limträbalkar och skiktträbalkar. Metodiken kan även tillämpas på I-balkar med liv och flänsar av trä eller träbaserade material.

Istället för beröringsfria mikrofoner kan även piezoelektriska avkännare användas.

Andra tillämpningar Metoden och anordningen, enligt föreliggande uppfinning kan tillämpas på i princip godtyckliga fasta objekt för vilka elasticitetsteori kan tillämpas, företrädesvis prismatiska, såsom tegelblock, element av stål, plast, gips etc i syfte att bestämma någon av betongelement, cementbundna lättklinkerelement, parametrarna elasticitetsmodul, mått, eller densitet.

I ovanstående beskrivning har det förutsätts att analysen baseras 10 15 20 25 30 35 511 602 14 på flera moder inom en och samma typ av svängningsform. Ett annat sätt att åstadkomma överbestämning av elasticitetsmodulen är att både Vid elasticitetsmodulen motsvarande studera axial- och böjmoder. böjsväng kan Sätt axialsvängning, dock krävs det att objektets tvärsnittsgeometri bestämmas på som för mäts noggrant.

Virke är inte sällan drabbat av längsgående, ofta genomgående, sprickor vilka uppkommit i samband med torkning av virket. Dessa sprickor, vilka oftast uppträder vid ändarna nedsätter virkets kapacitet att uppbära tvärkraft. Man kan förenklat säga att virkets skjuvhållfasthet är låg. Förekomst av denna typ av sprickor är följaktligen av betydelse vid hållfasthetssortering. utbildade sorterare eftersom ingen lnaskin ännu finns för tillförlitlig För närvarande bedöms dessa sprickor visuellt av detektering.

Genom att bestämma skjuvmodulen (G) från vridsvängning kan dock förekomst av sprickor bedömas. Denna typ av sprickor nedsätter nämligen även objektets vridstyvhet. Därmed erhålles en markant sänkning av objektets utvärderade skjuvmodul. Låg skjuvmodul från vridsvängning är således en indikator på förekomst av längsgående sprickor.

Det kan noteras att man med denna metod kan bestämma densiteten objekt tillstånd förutsatt att elasticitetsmodul, geometri och resonansfrekvens är kända. hos även i tyngdlöst Även geometriska mått för olika ovan redogjorda objekt kan bestämmas genom sättet enligt föreliggande uppfinning.

Medan vi har illustrerat och beskrivit fördragna utföringsexempel av uppfinningen inses det att flera variationer och modifieringar inom ramen för de närslutna patentkrav kan förekomma. 10 15 20 25 30 35 40 45 15 UPPSTÄLLNING ÖVER HÄNVISNINGSBETECKNINGAR 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 || II ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll ll Il ll ll Anläggning Virke (objekt) Skena Kedja Medbringare Drivaggregat Drivhjul Hjul Testenhet Arm Stödorgan Fjäder Virket ände Hjul/glidmellanlägg Anslagskropp Stäng Anhåll Mikrofon Led Dragfjäder Anhåll Anslagskropp Hållare Tryckfjäder Stång Gummiband Skena Stötmekanism Mothåll Axel Datorenhet Förstärkare A/D-omvandlare Enhet för fouriertransform Bearbetningsenhet Processorenhet Datalagringsenhet Beräkningsenhet Klassificeringsenhet Märkning Mätningsenhet Vàgenhet Mätenhet Mikrovàgsenhet Densitetsberäkningsenhet 511 602

Claims (27)

Un 10 15 20 25 30 511 602 16 Pl5l57SE.C04 PATENTKRAV

1. F örfarande för oförstörande bestämning av, företrädesvis långsträckta och/eller skivfonnade objekts (1 1) styvhets~, hållfasthets- och/eller strukturegenskaper, alternativt bestämning av objektets geometriska mått, genom stötexcitering och registrering av obj ektets egenmoders resonansfrekvenser, kännetecknat av, att resonansfrekvens från åtminstone en av obj ektets egenmoder utnyttjas, vilken resonansfrekvens åstadkommes genom att bringa objektet (11) i vibration medelst en anslagskropp (24, 31, 38), och att väsentligen kontrollera initiering av anslagskroppens (24, 31, 38) rörelse och åtföljande fysiska stöt i tid och rum medelst objektets (11) rörelse.

2. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av, att egenmodema innefattar axial- och/eller böjmoder.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av, att skjuvmodul från vridsvängning utnyttjas för karaktärisering av objektet.

4. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av, att resonansfrekvenser (flmxp) som tillhör egenmoder med modnumrner n uppmätes, och att uppmätta resonansfrekvenser jäinföres med motsvarande teoretiska värden (fnjm) .

5. Förfarande enligt patentkrav 4, kännetecknat av, att en överbestämning utföres utifrån jäniforelse mellan uppmätta och de teoretiska värden, vilken används som grund för att bestämma värden för styvhet och\eller associerad hållfasthet genom medelvärdesbildning. 10 15 20 25 30 511 602 i?

6. Förfarande enligt patentkrav 4, kännetecknat av, att en överbestämning utföres utifrân jämförelse mellan uppmätta och de teoretiska värden, vilken används som grund för att bestämma geometrisk variation hos styvhet och\eller associerad hållfasthet.

7. Förfarande enligt patentkrav 4, kännetecknat av, att en överbestämning utföres utifrån jämförelse mellan uppmätta och de teoretiska värden, vilken används som grund för att detektera inhomogeniteter via statistiskt spridningsmått associerat till medelvärdesbildning

8. Förfarande enligt patentkrav 4, kännetecknat av, att en överbestärnning utföres utifrån jämförelse mellan uppmätta och de teoretiska värden, vilken används som grund för att armullera felaktiga mätresultat vid orealistisk stor statistisk spridning hos etablerade styvhetsmått bestämda utifrån olika resonansfrekvenser (f).

9. Förfarande enligt patentkrav 4-8, kännetecknat av, att överbestämningen sker under antagande om geometrisk variationsfrihet för styvhet hos objektet.

10. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av, att obj ektets vibrationsrespons registreras med ett eller flera mätdon (27), och att resonansfrekvenserna bestäms genom bearbetning i en datorenhet (100).

11. ll. Förfarande enligt patentkrav 10, kännetecknat av, att anslagskroppens (24, 31, 38) rörelse, form, massa och styvhet är valda så att en, med avseende på frekvens- och energiinnehåll, avpassad fysisk stöt mot objektet åstadkommes. 10 15 20 25 511 602 fö

12. Förfarande enligt något av patentkraven 10 eller 11, kännetecknat av, att objektets (11) rörelsemängd utnyttjas for att generera den fysiska stöten, eller objektet vid rörelse spänner en fjäder (21) för att åstadkomma sagd fysisk stöt.

13. Förfarande enligt något av patentlcraven 10 - 12, kännetecknat av, att objektet (11) vid stötögonblicket vilar på organ (20) vilka simulerar ideala randvillkor för de egenmoder som analyseras.

14. Förfarande enligt något av patentkraven 10 - 13, kännetecknat av, att resonansfrekvenserna bestämmas genom automatisk avsökning av frekvensspektrurn upprättat genom fouriertransforrnering av vibrationsresponsen och/eller ljudtrycksresponsen.

15. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av, att objektet (1 1) är ett väsentligen frisvävande långsträckt objekt och resonansfrekvenserna f M för olika egenmoder n beräknas som: fr-, = (n/zla-(E/prts där f M, = resonansfrekvens för axialmod nr n (Hz) n = modnummer (-) L = längd (m) E = elasticitetsmodul (N/mz) p = densitet (kg/m3). 10 15 20 25 30 511 602 19

16. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av, att för böjsvängning och vridsvängning är obj ektets elasticitetsmodul för olika egenmoder: EA." = 4°(f,«...'L)'°“P/I12 där E M = elasticitetsmodul (N/mz) för mod nr. n, f M = resonansfrekvens för axialmod nr n (Hz), n = modnummer (-), L = längd (m), p = densitet (kg/m3).

17. Anordning för oförstörande bestämning av, företrädesvis långsträckta och/eller skivfonnade objekts (11) styvhets-, hållfasthets- och/eller strukturegenskaper, alternativt bestämning av objektets geometriska mått genom stötexcitering och registrering av objektets egenmoders resonansfrekvens, vilken anordning innefattar åtminstone en testenhet (18) huvudsakligen bestående av organ (24, 31, 38) för att åstadkomma stötexciteringen och mätdon (27) för registrering av vibrationsresonanser, organ för att bringa objektet i ett väsentligen fiisvävande tillstånd, enhet (100) för bearbetning av insàmlad vibrationsdata och bestämning av objektets styvhet och/eller hållfasthet alternativt objekfets geometriska mått, kännetecknad av, att initiering av rörelse och efterföljande fysiska stöt i tid och rymd av nämnda organ (24, 31, 38) för att åstadkomma stötexciteringen styras huvudsakligen av objektets (11) rörelse, och att bestämning av objektets (11) styvhets-, hållfasthets- och/eller strukturegenskaper, altemativt bestämning av dess geometriska mått sker medelst resonansfrekvenser åtminstone från en av objektets egenmoder.

18. Anordning enligt patentkrav 17, kännetecknad av, att testenheten (18) innefattar en svängbar arm (19), anordnad att påverkas av obj ektets (11) rörelse, vilken arm är anordnad med en anslagskropp (24, 31) som genom verkan av en fjäder (21, 29, 33) åstadkommer en fysisk stöt på objektet. 10 15 20 25 30 5 1 1 6 0 2 2G

19. Anordning enligt patentkrav 17, kännetecknad av, att organ (20) är anordnade, på vilket objektet (11) vid stötögonblicket vilar, för simulering av frisvävande tillstånd av objektet.

20. Anordning enligt patentkrav 17, kännetecknad av, att mätdonet (27) utgörs av minst en mikrofon och/eller laser jämte detektor och/eller piezoelektriska avkännare.

21. Anordning enligt patentkrav 17, kännetecknad av, att mädonet mäter beröringsfritt.

22. Anordning enligt patentkrav 17, kännetecknad av, att datorenheten (100) innefattar organ för insamling av analoga data, analo g/ digital omvandlare (102) for omvandling av analog data till digital data, enhet for fouriertransform av data (103), bearbetningsenhet (104) för framtagning av frekvensspektrum, processorenhet för jämförelse, beräkning och styrning (l05; 107; 108) och minnesenhet for lagring av instruktioner samt minne (106) for lagring av data.

23. Anordning enligt något av kraven 17 till 22, kännetecknad av, att objektet (1 l) är trä med godtycklig längd och tvärsnitt, förutsatt att längden är minst 4 ggr det största tvärmåttet.

24. Anordning enligt något av kraven 17, kännetecknad av, att testenhet enl. (18) består av en stötupptagande kropp (38), mot vilken objektet (1 l) törskjutes medelst en stötrnekanism (37). 10 15 5 1 1 6 Û 2 .21

25. Anläggning innefattande anordningen enligt något av kraven 17-24, kännetecknad av, att den även innefattar transportorgan (13, 35, 36) för transport av objektet (1 1) till testenheten (18), anordning (15) for att driva transportorganet, och eventuell markeríngs- och sorteringsenheter.

26. Anläggning enligt patentkrav 25, kännetecknad av, att transportorganen består av transportband (35) med gummiliknade sträv överyta eller transportkedjor (13) med medbringare (14).

27. Anläggning enligt patentkrav 25, kännetecknad av, att stödorganen (20) utgörs av band med gummiliknande överyta anordnade styrlister i vilka, banden glider med låg friktion, att objektet när det förs i kontakt med transportbanden accelererar banden, tack vare stor friktion mellan objekt och band, så att objektet vilar utan relativrörelse på banden under mätögonblicket.