Mätutrustning för bestämning av
fi bervinkel och kärnvedsinnehåll vid
tvärtransport av träprodukter
i råsorteringen
SP Bygg och Mekanik SP RAPPORT 2006:16
Mätutrustning för bestämning av
fi bervinkel och kärnvedsinnehåll vid
tvärtransport av träprodukter
Equipment for measuring fibre angle and heartwood
content in sawn wood during transverse feed in the green
sorting
The aim of the project has been to integrate technology for measuring fibre angle and heartwood content into an equipment that measures both properties during transverse feed in the green sorting. The results show that technology based on laser and image analysis makes this possible.
The project has also proved that it is possible to produce straighter lumber by sorting out the part that is most prone to skewness and put these boards in the bottom of the stack during drying. The results were very clear and when following up the results in the secondary processing, the yield was improved in both cross-cutting and planing. The next step should be to verify that the technology works also on spruce and to study the potential in combining measurement technology with improved drying technology.
Key words: Fibre angel, spiral grain, Scots pine, heartwood, drying, skewness
SP Sveriges Provnings- och SP Swedish National Testing and Forskningsinstitut Research Institute
SP Rapport 2006:16 SP Report 2006:16 ISBN 91-85533-01-7 ISSN 0284-5172 Skellefteå 2006 Postal address: SKERIA 2,
SE-931 77 SKELLEFTEÅ, Sweden
Telephone: +46 910 28 56 00
Telex: 36252 Testing S
Telefax: +46 910 28 56 01
Innehållsförteckning
Abstract 2 Innehållsförteckning 3 Förord 4 Sammanfattning 5 1 Bakgrund 6 2 Mål 8 3 Genomförande 84 Modellering och laboratorieförsök 9 5 Tester med en industriell prototyp 12
5.1 Industriell mätning av kärnvedsandel 12
5.2 Industriell mätning av fibervinkel 13
5.2.1 Test av repeterbarhet 13
5.2.2 Storskaligt test med 47x125 mm som torkas till 16% 15
5.2.3 Storskaligt test med 60x163 mm som torkas till 9% 19
6 Slutsatser 25
7 Behov av fortsatt arbetet 25
Projektet Mätutrustning för bestämning av fibervinkel och kärnvedsinnehåll vid tvärtransport av träprodukter i råsorteringen genomfördes av SP Trätek under perioden juni 2004 till mars 2006. Projektet finansierades av Skogsindustrierna och
Sammanfattning
Målet med projektet har varit att ta integrera teknik för fibervinkelmätning och
kärnvedsmätning till en utrustning som i råsorteringen mäter båda egenskaperna under tvärtransport. Parallellt med denna utveckling skulle projektet även undersöka i vilken utsträckning årstidsvariationerna inverkar på kärnvedsmätningen. Det övergripande målet är att projektet därmed skall resultera i en mätutrustning som är anpassad till sågverkens logistik och som stärker träets konkurrenskraft i jämförelse med andra material.
Projektresultaten visar tydligt att mätteknik baserad på laser och bildbehandling gör det möjligt att mäta både kärnvedsandel och fibervinkel under tvärtransport. Det har under projektet inte gått att identifiera några störningar på grund av årstidsvariationer. Projektet har också visat att man med hjälp av fibervinkelmätning i råsorteringen kan producera rakare virke. Det mest skevningsbenägna virket sorteras ut och placeras i bottenpaket under torkningen. Resultaten var mycket tydliga och även i vidareförädlingen kunde man se tydliga effekter i form av bättre utfall och ett mindre antal hyvelsläpp. Resultaten var så positiva att man vid Malå sågverk använt tekniken kontinuerligt sedan i november. Industriförsöken har utförts på ett furusågverk och det går därför inte att uttala sig om hur tekniken fungerar på gran. Eftersom att det framför allt är kvistar som ger upphov till felaktiga fibervinkelmätningar måste tekniken testas på gran för att säkerställa att
skillnaderna i kviststruktur mellan furu och gran inte påverkar mätresultaten. Styrning av skevningsbenäget virke till bottenpaket är ett sätt att producera rakare virke. Potentialen i att nyttja möjligheterna fullt ut genom att vidareutveckla torkprocessen är stor. Till exempel bör motskevning kunna ge en ytterligare förbättring av resultaten.
1
Bakgrund
Två stora nackdelar som ofta lyfts fram när trä jämförs med andra material är att trä inte är rakt och att trä ruttnar. Dessa nackdelar har gjort att trä tappat marknadsandelar i applikationer där trä traditionellt har varit det naturliga valet, till exempel reglar och fönster.
Under de senaste åren har ett antal projekt genomförts där SP Trätek tagit fram både verktyg och kunnande om hur form- och nedbrytningsbeständiga träprodukter kan produceras. Ett exempel är att SP Trätek, baserat på patenterad teknik (Grundberg & Oja 2004, Figur 1), tagit fram en utrustning för att mäta kärnvedsandel i en tvärgående
råsortering (Figur 2). När det i denna rapport beskrivna projektet startades fanns endast en prototyp framtagen och det saknades erfarenhet av hur årstidsvariationer inverkade på kärnvedsmätningen. 0 200 400 600 800 1000 1200 1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 Märgsida Splintsida
Kärnved
Kärnved
Position tvärs över plankan (mm)
Lju ss p ridn in gsi n dex
Figur 1: Exempel på hur kärnved kan separeras från splintved genom att ljuset från en laserpunkt sprids mer i den råa (fuktiga) splintveden än i kärnveden.
Figur 2: Bild på en kärnvedsmätare i drift på ett sågverk. Kärnvedsmätaren består av två likadana mätenheter som mäter på virkets över- respektive undersida.
Fibervinkeln har visat sig vara en mycket viktig parameter för formstabiliteten och det finns också teknik som baserat på trakeideffekten (Nyström 2002, Figur 3) gör det möjligt att mäta fibervinkeln på både stock och sågad vara i längsgående flöden. Trots detta har sågverken inte tagit tills sig denna teknik i någon större omfattning. En anledning är att många sågverk inte kan koppla mätningar från såglinjen till rätt virkesstycke i
råsorteringen. En teknik för att mäta fibervinkel i en tvärgående råsortering skulle därför väsentligt öka möjligheten att styra virkesflödet baserat på resultatet från
fibervinkelmätningar.
Figur 3: Trakeideffekten (Nyström 2002). När man belyser en träyta med en punktlaser (den lilla ljusa punkten) sprids ljuset i träytan. På grund av att ljusspridning är större i fibrernas längsriktning blir resultatet ett
2
Mål
Målet med projektet har varit att integrera teknik för fibervinkelmätning och
kärnvedsmätning till en utrustning som i råsorteringen mäter båda egenskaperna under tvärtransport. Parallellt med denna utveckling skulle projektet även undersöka i vilken utsträckning årstidsvariationerna inverkar på kärnvedsmätningen. Det övergripande målet är att projektet därmed skall resultera i en mätutrustning som är anpassad till sågverkens logistik och som stärker träets konkurrenskraft i jämförelse med andra material.
3
Genomförande
Projektet startades i juni 2004 med en genomgång av tänkbara kamerautrustningar. En kamera valdes (C-Cam Technologies BCi4-LS-M, Anon. 2005) och denna testades i laboratoriemiljö under augusti-september 2004. Testerna utföll väl och ytterligare en kamera beställdes för att få till ett komplett mätsystem med två kameror som mäter på virkets över- respektive undersida.
I december 2004 var systemet färdigt för att testas i laboratoriet. Labtesterna utfördes under januari-februari 2005 parallellt med att modeller för att beskriva fibervinkelns beroende av märgposition, avsmalning avstånd till märg etc. utvecklades.
Systemet installerades, något försenat, på Malå såg i mars 2005. Förseningen berodde dels på en försenad kameraleverans, dels på att platsen för de industriella testerna flyttades från Munksund till Malå. Anledningen till bytet av värdsågverk var att man på Munksund inte hade möjlighet att göra de uppgraderingar av mät- och styrsystemen som visade sig nödvändiga.
Under april-maj kalibrerades systemet och algoritmerna vidareutvecklades baserat på ett flertal mindre tester i Malå. I juni respektive oktober genomfördes två storskaliga försök med automatisk utsortering av virke och utvärdering av resultatet vid torkning av det mest skevningsbenägna virket i botten- respektive toppaket.
Resultaten från dessa försök var så goda att Malå såg sedan november kontinuerligt använder fibervinkelmätningen för att styra skevningsbenäget virke till bottenpaket.
4
Modellering och laboratorieförsök
Att mäta fibervinkel i tvärtransport kräver en mer avancerad analys av mätresultaten. Detta beror på att fibervinkeln varierar beroende på avståndet från märgen och därför varierar beroende på var på plankan fibervinkeln mäts. Dessutom påverkas mätningarna av både årsringarnas konicitet och i vilken riktning (radiell/tangentiell) som respektive årsring sågats. Genom att göra en teoretisk modell för hur fibervinkeln påverkas av positionen på plankan så kan man ta hänsyn till detta när verkliga mätningar ska analyseras. Exempel på hur modellen fungerar finns i Figur 4.
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 64 56 48 40 32 24 16 8 0 8 16 24 32 40 48 56 64 Fibervinkel Projicerad fibervinkel Vinkel pga avsm alning Summerad vinkel -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 64 56 48 40 32 24 16 8 0 8 16 24 32 40 48 56 64 Fibervinkel Projicerad fibervinkel Vinkel pga avmslning Summerad vinkel
Märgsida - märgen strax utanför biten
Splintsida - märgen strax utanför biten
Position (mm) Position (mm) V in k el ( g ra de r) Vinkel (gr a d e r)
Figur 4: Två exempel på hur den teoretiska modellen beskriver fibervinkelns variation för en profil tvärs en planka (dimension 50x125 mm).
Laboratorieförsöken gjordes med hjälp av samma utrustning som senare installerades i Malå. Denna utrustning består av två mätenheter med en kamera (C-Cam Technologies BCi4-LS-M) och tre lasrar (Lasiris DLS-500-660-5, 5 mW punktlasrar med våglängden 660 nm) i vardera. Mätenheterna ser till det yttre ut på samma sätt som kärnvedsmätaren i Figur 2, men har alltså en annan och snabbare kamera för att ge tillräcklig upplösning. Utrustningen monterades i en karusell där provbitarna kunde mätas upprepade gånger i samma läge (Figur 5).
Figur 5: Mätutrustningen monterad i laboratoriemiljö med provbitarna monterade i en karusell som gör det möjligt att testa repeterbarheten i mätningarna.
Försöken med upprepade mätningar av samma profil på samma provbit visade att mätningarna kan göras med hög repeterbarhet (Figur 6). Analyser av mätresultaten och jämförelser med modellvärden för fibervinkelvariationen tvärs en planka visade att huvuddragen i mätresultaten väl överensstämmer med modellerna (Figur 7).
-1 0 1 2 3 4 5 6 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 Serie1 Serie2 Serie3 Serie4 Serie5 V in k e l ( g ra d e r) Position (pixel)
Figur 6: Fem upprepade mätningar av fibervinkelvariationen för en profil tvärs över en planka.
Exempel på fibervinkelprofiler - splintsida
-4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81Exempel på fibervinkelprofiler - märgsida
Position (pixel) Position (pixel) Vinkel (g rad e r) Vinkel (gra de r)
Figur 7: Exempel på mätningar för två sidor av samma planka (dimension 50x125 mm). De tre kurvorna i respektive bild motsvarar de tre punktlasrarna i respektive mätenhet.
Slutsatserna från laboratorieförsök och modelleringsarbete var att det går att göra fibervinkelmätningar i tvärtransport baserat på trakeidmetoden. Beroende på att fibervinkeln varierar med avstånd till märg och beroende på konicitet och typ av årsringssnitt krävs dock en mer avancerad analys av mätningarna.
5
Tester med en industriell prototyp
5.1
Industriell mätning av kärnvedsandel
Under perioden september 2004 till november 2005 har kärnvedsmätningens funktion kontrollerats ett flertal gånger för att undersöka om årstidsvariationerna påverkar mätningen. Kontrollerna har dels gjorts på en detaljerad nivå, dels på en mer översiktlig nivå. Vid de detaljerade kontrollerna har ett mindre antal bitar (cirka 15 stycken) körts fyra gånger genom mätutrustningen, två gånger med vardera sidan uppåt. Ett typiskt resultat från en sådan mätning redovisas i Figur 8. När man studerar resultaten i Figur 8 är det viktigt att komma ihåg att on-line-mätningen görs genom att kärnvedsandelen i tvärsnittet beräknat baserat på mätningar som görs på flatsidorna. När
on-line-mätningarna jämförs med verklig kärnvedsandel finns därför två huvudsakliga felkällor, dels mätfelet vid detektion av gränsen mellan kärn- och splintved på flatsidorna, dels felet som uppstår vid omräkning till kärnvedsandelen i tvärsnittet. Utvärderingarna har visat att dess två felkällor är av samma storleksordning och därmed ger upphov till ungefär halva felet vardera.
Varken de detaljerade utvärderingarna eller de storskaliga testerna av den typ som redovisas i Figur 9 har visat på någon inverkan från årstidsvariationer. Kraftig spånlimning påverkar naturligtvis mätningen men det har inte förekommit i sådan utsträckning att det påverkat resultaten vid dessa utvärderingar.
y = 1.1067x - 8.1849 R2 = 0.7601 RMSE = 5.6% 50 60 70 80 90 100 50 60 70 80 90 100
Kärnvedsandel m ätt m ed Kärnved On-Line (%)
V e rk li g kär n v ed san d e l m ä tt i t v är sn it te t ( % )
Figur 8: Ett normalt exempel på resultat vid jämförelse mellan on-line-mätning av kärnvedsandelen och den verkliga andelen i tvärsnittet.
Figur 9: Exempel på utvärdering av storskalig utsortering av virke med mer än 40% kärnved. I detta paket uppfyllde 95% av virket kravet.
5.2
Industriell mätning av fibervinkel
5.2.1
Test av repeterbarhet
För att kontrollera repeterbarheten i mätningarna kördes 15 plankor (50x125 mm) fyra gånger, två gånger med vardera sidan uppåt. Plankorna togs sedan till Skellefteå referensmätningar gjordes under laboratorieförhållanden. Dels gjordes mätningar av fibervinkeln under längstransport, dels mättes skevheten efter att plankorna torkades till 12% fuktkvot, fritt liggande i en konditioneringskammare. Standardavvikelsen var, med undantag för ett fåtal mätningar med stora avvikelser, 1,3°. En jämförelse mellan den
uppmätta fibervinkeln och skevheten för de torkade plankorna visade på R2=0.60 (Figur
10). Motsvarande jämförelse mellan skevheten och den i längstransport och
laboratorie-förhållanden uppmätta fibervinkeln visade på R2=0.67 (Figur 11).
Slutsatsen av dessa mätningar är att de industriella mätningarna i tvärtransport resulterade i en korrelation mellan skevhet och fibervinkel som, med undantag för ett fåtal avvikande mätningar, är jämförbar med mätningar i längstransport under laboratorieförhållanden. En närmare granskning av de plankor för vilka vissa mätningar hade stora avvikelser visade att dessa mätningarna i dessa fall gjorts i närheten av större kvistar.
y = 1.7x + 4.3 R2 = 0.60 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 -10 -5 0 5
Fibe rvink e l m ätt i tvärm atning (grade r)
S k evn in g ( m m ) m ä tt ö ver 1200 m m 15 bitar som körts 2 ggr med märg upp & 2 ggr med splint upp
Avvikande värden (bit 12 med märg upp), ej inräknade vid beräkning av R2
Linjär (15 bitar som körts 2 ggr med märg upp & 2 ggr med splint upp)
Figur 10: Sambandet mellan skevhet och den industriellt uppmätta fibervinkeln (plankdimension 50x125 mm). y = 2.3687x - 1.0932 R2 = 0.6707 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3
Fibervinkel (grader) mätt vid längstransport i lab.
S kevh et ( m m ) m ä tt ö ver 1200 m m
Figur 11: Sambandet mellan skevhet och den i längstransport och under laboratorie-förhållanden uppmätta fibervinkeln (plankdimension 50x125 mm).
5.2.2
Storskaligt test med 47x125 mm som torkas till 16%
En möjlig industriell tillämpning av fibervinkelmätningar är att man sorterar ut det virke som är mest ”vänstervridet” och lägger det i bottenpaketen. På så sätt kommer detta virke att torkas under stor belastning. Det är även möjligt att ytterligare förbättra resultatet genom att motskeva virket under torkningen.
För att utvärdera möjligheten att nyttja tekniken industriellt gjordes ett försök med utsortering av det mest skevningsbenägna virket innan torkning. Produkten var panelvirke (furu) i dimensionen 47x125 mm som torkas till 16%. Virket torkas i kanaltork med tre paket på varandra (20 lager per paket med 12 plankor i varje lager). För försöket
sorterades totalt sex paket ut. Sorteringsgränsen ställdes in så att den mest vänstervridna tredjedelen av virket sorterades till ett fack och det övriga (de bättre 2/3) sorterades till ett annat fack. I torken placerades sedan det sämre virket i ett topp- respektive ett
bottenpaket (Figur 12). Efter torkningen fick paketen stå kvar på samma sätt till dess att de svalnat. I varje paket mättes sedan skevheten manuellt på plankorna i lager 1, 2, 11 och 12(räknat uppifrån), det vill säga 48 plankor per paket. Skevheten mättes över 3 m och negativa värden innebär att plankan vridit sig åt vänster.
Paket 1
Paket 2
Paket 3
Paket 4
Paket 5
Paket 6
Sämsta tredjedelen
(skevningsbenäget)
Figur 12: Schematisk beskrivning av hur det utsorterade virket placerades i torken.
Medelvärdet för skevheten för plankorna i bottenpaketet med sämre virke var -6 mm (Figur 13). Detta var i samma storleksordning som toppaketet med bättre virke (-8 mm) och väsentligt mindre skevt än toppaketet med sämre virke (-18 mm). Detta visar dels att mätutrustningen fungerar tillfredsställande, dels att det går att förbättra processresultatet genom att styra skevningsbenäget virke till bottenpaketen.
-18 mm
-2 mm
-6 mm
-8 mm
-4 mm
-3 mm
Sämsta tredjedelen
(skevningsbenäget)
Figur 13: Medelvärdet för skevheten på de 48 plankorna från lager 1, 2, 11 och 12 i respektive paket.
innehöll virke från de bättre 2/3 även hade fördelningar som överensstämde väl. Detta tyder på att de två provstaplarna torkats under liknande förhållanden (de stod intill varandra i torken) samt att virket hade liknande egenskaper i båda paketen. Vid
jämförelser mellan skevningsfördelningen i de övriga paketen har paket 5 tagits med som referens.
En jämförelse mellan de två toppaketen (Figur 15) visar framför allt att det sämre virket (Paket 1)ger betydligt skevare virke. De två bottenpaketen hade väsentligt mer lika fördelningar och dessa var relativt lika fördelningen i referenspaketet (Figur 16). För det bättre virket kan man se en tendens till att toppaketet, jämfört med bottenpaketet, innehöll fler plankor som var kraftigt skeva (Figur 17). Denna tendens är väsentligt tydligare för det sämre virket, för detta virke blev det en tydlig förbättring genom att placera virket i bottenpaketet (Figur 18).
Slutsatsen från försöket är att trots att mätning i tvärtransport, trots problem vid mätningar nära kvistvarv, fungerar tillräckligt bra för att man ska kunna producera väsentligt rakare virke genom att placera det mest skevningsbenägna virket i bottenpaket.
0
5
10
15
20
25
30
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
Skevhet (mm) mätt över 3 m A n ta l p lan ko rPaket 2
Paket 5
Figur 14: Jämförelse mellan skevhetsfördelningen för plankor från de två mellanpaketen med bättre virke.
Paket 2: Mellanpaket med virke från de bättre 2/3 Paket 5: Mellanpaket med virke från de bättre 2/3
Paket 1 Paket 2 Paket 3 Paket 4 Paket 5 Paket 6
0 5 10 15 20 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 Skevhet (mm) mätt över 3 m A n ta l p lan ko r Paket 5 (ref.) Paket 1 Paket 4
Figur 15: Jämförelse mellan skevhetsfördelningen för plankor från toppaket med bättre respektive sämre virke.
Paket 5: Mellanpaket med virke från de bättre 2/3 Paket 1: Toppaket med virke från den sämre 1/3 Paket 4: Toppaket med virke från de bättre 2/3
0 5 10 15 20 25 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 Skevhet (mm) mätt över 3 m A n ta l p lan ko r Paket 5 (ref.) Paket 3 Paket 6
Figur 16: Jämförelse mellan skevhetsfördelningen för plankor från bottenpaket med bättre respektive sämre virke.
Paket 5: Mellanpaket med virke från de bättre 2/3 Paket 3: Bottenpaket med virke från den sämre 1/3 Paket 6: Bottenpaket med virke från de bättre 2/3
Paket 1 Paket 2 Paket 3 Paket 4 Paket 5 Paket 6 Paket 1 Paket 2 Paket 3 Paket 4 Paket 5 Paket 6
0 5 10 15 20 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 Skevhet (mm) mätt över 3 m An ta l p la n k o r Paket 5 (ref.) Paket 4 Paket 6
Figur 17: Jämförelse mellan skevhetsfördelningen för plankor från topp- och bottenpaket med bättre virke.
Paket 5: Mellanpaket med virke från de bättre 2/3 Paket 4: Toppaket med virke från de bättre 2/3 Paket 6: Bottenpaket med virke från de bättre 2/3
0 5 10 15 20 25 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 Skevhet (mm) mätt över 3 m A n ta l p lan ko r Paket 5 (ref.) Paket 1 Paket 3
Figur 18: Jämförelse mellan skevhetsfördelningen för plankor från topp- och bottenpaket med sämre virke.
Paket 5: Mellanpaket med virke från de bättre 2/3 Paket 1: Toppaket med virke från den sämre 1/3 Paket 3: Bottenpaket med virke från den sämre 1/3
Paket 1 Paket 2 Paket 3 Paket 4 Paket 5 Paket 6 Paket 1 Paket 2 Paket 3 Paket 4 Paket 5 Paket 6
5.2.3
Storskaligt test med 60x163 mm som torkas till 9%
För att verifiera resultaten från det första storskaliga försöket och samtidigt undersöka effekten av rakare virke i vidareförädlingssteget gjordes ytterligare ett storskaligt försök med utsortering av furuvirke innan torkning. Produkten var råvara för limfog (furu) i dimensionen 60x163 mm som torkas till 9%. Virket sågades från topp- och mellanstock med toppdiameter 216-230 mm. Virket torkades i kammartork med fyra paket på höjden (17 lager per paket med 8 plankor i varje lager). För försöket sorterades totalt åtta paket ut. Sorteringsgränsen ställdes in så att den mest vänstervridna fjärdedelen av virket sorterades till ett fack och det övriga (de bättre 3/4) sorterades till ett annat fack. I torken placerades sedan det sämre virket i ett topp- respektive ett bottenpaket (Figur 19). De två provstaplarna placerades som stapel nummer två och fyra i kammaren. Efter torkningen fick paketen stå kvar på samma sätt till dess att de svalnat. I varje paket mättes sedan skevheten manuellt på plankorna i lager 1-6 (räknat uppifrån), det vill säga 48 plankor per paket. Skevheten mättes över 3 m och negativa värden innebär att plankan vridit sig åt vänster.
Virket kördes därefter direkt till Norrfogs fabrik i Malå. Där kapades virket till långa (2100 mm) respektive korta (850 mm) komponenter. Målet vid kapningen är att få så stor andel långa komponenter som möjligt. Bedömningen av hur kapningen ska göras skedde manuellt och baserades dels på kvistdefekter, dels på formfel. Formfelen är till allra största delen skevhet. För varje paket noterade andelen långa respektive korta
komponenter. De långa komponenterna följdes därefter även genom hyvellinjen och för varje paket noterades andelen komponenter som hade hyvelsläpp (vilka nästan
uteslutande berodde på skeva komponenter).
Paket 1
Paket 3
Paket 4
Paket 6
Paket 7
Paket 8
Sämsta fjärdedelen (skevningsbenäget)Paket 2
Paket 5
Figur 19: Schematisk beskrivning av hur det utsorterade virket placerades i torken.
Medelvärdet för skevheten för plankorna i bottenpaketet med sämre virke var -10 mm (Figur 20). Detta var mer än för toppaketet med bättre virke (-1 mm) och väsentligt mindre skevt än toppaketet med sämre virke (-18 mm). Skevheten för plankorna från toppaketet med bättre virke hade alltså ett medelvärde på -1 mm. Detta innebär att många plankor var högervridna. Eftersom att skevhet är lika allvarlig oavsett om plankan är vriden åt höger eller vänster gjordes även en sammanställning av medelvärdet för
absolutbeloppet för skevheten (Figur 21). På så sätt gör man ingen skillnad på höger- och vänstervridet virke. Denna jämförelse visade att skevheten för det sämre bottenpaketet (10 mm) jämförbar med toppaketet med bättre virke (9 mm) och väsentligt mindre skevt än toppaketet med sämre virke (18 mm).
-18 mm
-3 mm
-10 mm
-1 mm
-2 mm
-2 mm
Sämsta fjärdedelen
(skevningsbenäget)
-4 mm
0 mm
Figur 20: Medelvärdet för skevheten på de 48 plankorna från lager 1-6 i respektive paket.
18 mm
5 mm
10 mm
9 mm
3 mm
3 mm
Sämsta fjärdedelen
(skevningsbenäget)
5 mm
3 mm
Figur 21: Medelvärdet för absolutvärdet av skevheten på de 48 plankorna från lager 1-6 i respektive paket.
Figur 22: Bilder som visar skillnaden mellan toppaket med skevningsbenäget virke (Paket 1), bottenpaket med skevningsbenäget virke (Paket 4) samt ett bottenpaket med bättre virke (Paket 8).
Att skillnaden mellan de olika paketen är stor syns även tydligt på bildexemplen i Figur 22. Detta verifierar resultaten från de tidigare försöken och visar att mätutrustningen fungerar tillfredsställande för mätning på furuvirke och att processresultatet kan förbättras genom att man styr skevningsbenäget virke till bottenpaketen.
En mer noggrann analys gjordes genom att skevhetsfördelningen jämfördes mellan plankor från olika paket. Figur 23 visar till att börja med att mellanpaketen som alla innehöll virke från de bättre 3/4 även hade fördelningar som överensstämde väl. Detta tyder på att de två provstaplarna torkats under liknande förhållanden samt att virket hade liknande egenskaper i båda paketen. Vid jämförelser mellan skevningsfördelningen i de övriga paketen har paketen 6-7 tagits med som referens.
En jämförelse mellan de två toppaketen (Figur 24) visar att båda toppaketen innehåller väsentligt mer skevt virke än mellanpaketen men att det sämre virket (Paket 1) är ännu skevare och framför allt vänstervridet, medan virket från ”det bättre” toppaketet (Paket 5) tenderar att vara högervridet. De två bottenpaketen hade mer lika men även här kan man se att det sämre virket (Paket 4) var klart mer vänstervridet jämfört med både
referenspaket och det andra bottenpaketet (Figur 25). För det bättre virket kan man se en att virket i toppaketet innehöll fler skeva plankor, både vänster- och högervridna (Figur 26). För det sämre virket kan man se att toppaketet innehåller fler kraftigt skeva plankor, men också att även bottenpaketet innehåller fler skeva plankor än referenspaketen (Figur 27).
När utfallet vid kapning och hyvling följdes upp kunde man konstatera att toppaketet med ”sämre virke” (Paket 1) gav den klart lägsta andelen långa komponenter (Figur 28) samtidigt som virket från det paketet även gav högst andel hyvelsläpp (Figur 29). Detta visar tydligt att man kan förbättra utfallet i vidareförädlingen genom att mäta fibervinkeln och styra det mest skevningsbenägna virket till bottenpaketen. Det är också tydligt att det manuella kapbeslutet gör att ett paket med väsentligt mer skevt virke in till kapen inte bara gör att andelen långa komponenter minskar, utan även att de producerade långa komponenterna är mer skeva, det vill säga de resulterar i fler hyvelsläpp. Vid manuella bedömningar påverkas resultatet lätt av kvalitetsfördelningen hos det inkommande materialet.
Slutsatsen från försöket är att mätning i tvärtransport, trots problem vid mätningar nära kvistvarv, fungerar tillräckligt bra för att man ska kunna producera väsentligt rakare virke genom att placera det mest skevningsbenägna virket i bottenpaket.
0 5 10 15 20 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 Skevhet (mm) mätt över 3 m A n ta l pl an ko r Paket 2-3 Paket 6-7
Figur 23: Jämförelse mellan skevhetsfördelningen för plankor från mellanpaketen från de två provstaplarna.
Paket 2-3: Mellanpaket med virke från de bättre 3/4 Paket 6-7: Mellanpaket med virke från de bättre 3/4
0 5 10 15 20 25 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 Skevhet (mm) mätt över 3 m A n ta l p la n k o r Paket 6-7 (ref.) Paket 1 Paket 5
Figur 24: Jämförelse mellan skevhetsfördelningen för plankor från toppaket med bättre respektive sämre virke.
Paket 6-7: Mellanpaket med virke från de bättre 3/4 Paket 1: Toppaket med virke från den sämre 1/4 Paket 5: Toppaket med virke från de bättre 3/4
0 5 10 15 20 25 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 Skevhet (mm) mätt över 3 m An ta l p la n k o r Paket 6-7 (ref.) Paket 4 Paket 8
Figur 25: Jämförelse mellan skevhetsfördelningen för plankor från bottenpaket med bättre respektive sämre virke.
Paket 6-7: Mellanpaket med virke från de bättre 3/4 Paket 4: Bottenpaket med virke från den sämre 1/4 Paket 8: Bottenpaket med virke från de bättre 3/4
0 5 10 15 20 25 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 Skevhet (mm) mätt över 3 m Ant a l p lan ko r Paket 6-7 (ref.) Paket 5 Paket 8
Figur 26: Jämförelse mellan skevhetsfördelningen för plankor från topp- och bottenpaket med bättre virke.
Paket 6-7: Mellanpaket med virke från de bättre 3/4 Paket 5: Toppaket med virke från de bättre 3/4 Paket 8: Bottenpaket med virke från de bättre 3/4
0 5 10 15 20 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 Skevhet (mm) mätt över 3 m An ta l p la n k o r Paket 6-7 (ref.) Paket 1 Paket 4
Figur 27: Jämförelse mellan skevhetsfördelningen för plankor från topp- och bottenpaket med sämre virke.
Paket 6-7: Mellanpaket med virke från de bättre 3/4 Paket 1: Toppaket med virke från den sämre 1/4 Paket 4: Bottenpaket med virke från den sämre 1/4
Korta: 40% Långa: 48% Korta: 27% Långa: 61% Korta: 30% Långa: 56% Korta: 30% Långa: 58% Korta: 28% Långa: 60% Korta: 33% Långa: 55%
Sämsta fjärdedelen
(skevningsbenäget)
Korta: 26% Långa: 61% Korta: 30% Långa: 57%Figur 28: Volymandel långa (2100 mm) respektive korta (850 mmm) komponenter efter kapning av plankorna från respektive paket.
12% 4% 4% 1% 3% 0%
Sämsta fjärdedelen
(skevningsbenäget)
4% 2%6
Slutsatser
Projektresultaten visar tydligt att mätteknik baserad på laser och bildbehandling gör det möjligt att mäta både kärnvedsandel och fibervinkel under tvärtransport. Det har under projektet inte gått att identifiera några störningar på grund av årstidsvariationer. Projektet har också visat att man med hjälp av fibervinkelmätning i råsorteringen kan producera rakare virke. Det mest skevningsbenägna virket sorteras ut och placeras i bottenpaket under torkningen. Resultaten var mycket tydliga och även i vidareförädlingen kunde man se tydliga effekter i form av bättre utfall och ett mindre antal hyvelsläpp. Resultaten var så positiva att man vid Malå sågverk använt tekniken kontinuerligt från och med november 2005.
7
Behov av fortsatt arbetet
Industriförsöken har utförts på ett furusågverk och det går därför inte att uttala sig om hur tekniken fungerar på gran. Eftersom att det framför allt är kvistar som ger upphov till felaktiga fibervinkelmätningar måste tekniken testas på gran för att säkerställa att
skillnaderna i kviststruktur mellan furu och gran inte påverkar mätresultaten. Styrning av skevningsbenäget virke till bottenpaket är ett sätt att producera rakare virke. Potentialen i att nyttja möjligheterna fullt ut genom att vidareutveckla torkprocessen är stor. Till exempel bör motskevning kunna ge en ytterligare förbättring av resultaten.
8
Referenser
Anon. 2005. http://www.vector-international.be/
Grundberg, S. & Oja, J. 2004. Patent nr. 0302762. Förfarande för mätning av
fuktinnehållet vid en yta hos ett virkesstycke. Patent och registreringsverket, Stockholm, Sweden.
Nyström, J. 2002. Automatic measurement of compression wood and spiral grain for the prediction of distortion in sawn wood products. LTU 2002:37 ISSN 1402-1544.
750 medarbetare som bygger våra tjänster på kompetens, effektivitet, opartiskhet och internationell acceptans.
SP Bygg och Mekanik SP RAPPORT 2006:16 ISBN 91-85533-01-7 ISSN 0284-5172
SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut
Box 857 501 15 BORÅS
Telefon: 033-16 50 00, Telefax: 033-13 55 02 E-post: info@sp.se, Internet: www.sp.se
YKI
SIK SMP SITAC
