TP
D)1 D
Rune Rydell
Högutbytessågning - Ett system för
automatisk sönderdelning av
okantade virkesstycken till ämnen
High Yield Sawing - A System for
Automatic Cutting of Unedged Pieces
of Wood into Blanks
Trätek
Rune R y d e l l
H Ö G U T B Y T E S S A G N I N G - E t t s y s t e m för a u t o m a t i s k sönder d e l n i n g av o k a n t a d e v i r k e s s t y c k e n t i l l ämnen
High Yield Sawing - A System for Automatic Cutting of Unedged Pieces of Wood into Blanks
TräteknikCentrum, Rapport I 3702013
Nyckelord
computerized processing systems fumi ture joinery logs machine design machining saiDing sabring patterns sawmills scanners Stockholm f e b r u a r i 1987
Rapporter från TräteknikCentrum är kompletta sammanställningar av forskningsresultat eller översikter, utvecklingar och studier. Publicerade rapporter betecknas med I eller P och numreras tillsammans med alla utgåvor från Träteknik-Centrum i löpande följd.
Rapporter kan som regel beställas kostnadsfritt i ett exemplar av medlemsföretag. Ytterligare be-ställda exemplar faktureras.
Citat tillätes om källan anges.
Reports issued by the Swedish Institute for Wood Technology Research comprise complete accounts for research results, or summaries, surveys and
stu-dies. Published reports bear the designation I or P and are numbered in consecutive order together with all the other publications from the Institute.
Member companies may generally order one copy of any report free of charge. A charge will be made for any further copies ordered.
Extracts from the text may be reproduced provided the source is acknowledged.
TräteknikCentrum betjänar de fem industrigre-narna sågverk, trämanufaktur (snickeri-, trähus-, möbel- och övrig träbearbetande industri), träfi-berskivor, spånskivor och plywood. Ett avtal om forskning och utveckling mellan industrin och Styrelsen för Teknisk Utveckling (STU) utgör grunden för verksamheten som utförs med egna, samverkande och externa resurser. Träteknik-Centrum har forskningsenheter, förutom i Stock-holm, även i Jönköping och Skellefteå.
The Swedish Institute for Wood Technology Re-search serves the five branches of the industry: saw-mills, manufacturing (joinery, wooden houses, fur-niture and other woodworking plants), fibre board, particle board and plywood. A research and deve-lopment agreement between the industry and the Swedish National Board for Technical Development (STU) forms the basis for the Institute's activities. The Institute utilises its own resources as well as those of its collaborators and other outside bodies. Apart from Stockholm, research units are also
I N N E H Å L L S F Ö R T E C K N I N G S i d FÖRORD 2 SAMMANFATTNING 3 1. BAKGRUND, PROJEKTBESKRIVNING 4 2. LITTERATURGENOMGÅNG 8 3. SVSTEM FÖR SPECIFIKATION AV ÄMNEN 10
4. METOD FÖR UPPMÄTNING AV VIRKESSTYCKENAS FORM 11 SAMT DETEKTERING AV KVISTAR OCH VIRKESFEL
K v i s t a r 12 S p r i c k o r 12 5. OPTIMERING AV SÖNDERDELNINGSMÖNSTER 16
6. MEKANISK UTFORMNING AV MASKINSYSTEM 21
7. SLUTSATSER OCH FÖRSLAG 25
8. LITTERATUR 26 9. SUMMARY 27
FÖRORD
Föreliggande r a p p o r t är en sammanfattande s l u t r a p p o r t av de a v s n i t t av pro-j e k t e t Högutbytessågning som utförts v i d TräteknikCentrum. I p r o pro-j e k t e t har förutom TräteknikCentrum, även d e l t a g i t I n s t i t u t i o n e n för e l e k t r i s k mättekn i k v i d KTH och I mättekn s t i t u t e t för tillämpad matematik. A r b e t e t har f i mättekn a mättekn s i e -r a t s av T-räteknikCent-rums -ramp-rog-ram och S t y -r e l s e n fö-r t e k n i s k u t v e c k l i n g .
SAMMANFATTNING
P r o j e k t e t s s y f t e har v a r i t a t t t a fram underlag för u t v e c k l i n g av e t t auto-m a t i s k t systeauto-m för sönderdelning av okantade v i r k e s s t y c k e n t i l l äauto-mnen för t ex s n i c k e r i - och möbelprodukter.
Systemet o m f a t t a r :
1. Uppmätning av v i r k e s s t y c k e t s form och vankant samt d e t e k t e r i n g av läge, a n t a l , s t o r l e k och t y p av k v i s t a r och v i r k e s f e l med datorbaserad b i l d -analys.
2. Datorberäkning av o p t i m a l t sönderdelningsmönster t i l l önskade ämnen. 3. Sönderdelning, automatiskt s t y r d av optimeringsberäkningen.
Provsågning med m a n u e l l t s t y r d u t t a g n i n g av ämnen e n l i g t den föreslagna p r i n c i p e n gav ca 30 % lägre råvarukostnad jämfört med samma ämnen uttagna ur t r a d i t i o n e l l t fyrsågad råvara.
Vid b i l d a n a l y s e n uppmäts v i r k e s s t y c k e t s form och vankant med god p r e c i -s i o n . K v i -s t a r upptäck-s och -sär-skilj-s i två t y p e r - f r i -s k a k v i -s t a r och övri-ga (sämre) k v i s t a r - med r e l a t i v t s t o r säkerhet. Sprickor upptäcks med s t o r säkerhet ned t i l l ca 0,3 mm bredd.
Datorprogrammet för beräkning av o p t i m a l t sönderdelningsmönster t i l l ämnen ger e t t tillfredsställande r e s u l t a t för v i r k e s s t y c k e n med få k v i s t a r och f e l . För v i r k e s s t y c k e n av lägre k v a l i t e t med mycket k v i s t a r och d e f e k t e r k l a r a r optimeringsprogrammet i nuvarande s k i c k i n t e en godtagbar optime-r i n g . Viss y t t e optime-r l i g a optime-r e u t v e c k l i n g av poptime-rogoptime-ramvaoptime-ran e optime-r f o optime-r d optime-r a s .
I en förstudie av sättet för den s l u t l i g a sönderdelningen t i l l ämnen bedöms ett system e n l i g t p r i n c i p e n "kapning först, k l y v n i n g sedan" a t t vara enkl a s t a t t genomföra. S p e c i e enkl enkl t för kapningsenheten e r f o r d r a s dock v i s s u t -v e c k l i n g i k o n s t r u k t i -v t a-vseende.
I p r o j e k t e t har u t v e c k l a t s e t t g e n e r e l l t användbart system för s p e c i f i k a -t i o n av k v a l i -t e -t s k r a v för ämnen.
1. BAKGRUND, PROJEKTBESKRIVNING
Vid t i l l v e r k n i n g av komponenter för s n i c k e r i - och möbelindustrin utgår man i allmänhet från k o n v e n t i o n e l l t sågade trävaror. En nackdel med denna metod är a t t v i r k e s s t y c k e n a s s l u t l i g a dimensioner, och därmed t i l l s t o r d e l deras ändamål, måste bestämmas redan före sågningen, när man har begränsade möjl i g h e t e r a t t bedöma stockens i n r e k v a möjl i t e t . Den y t t r e , åtminstone u r k v i s t -synpunkt, mest högkvalitativa, delen av stocken sågas t i l l bräder, v i l k a har begränsad användning för här avsedda ändamål om de i n t e åter limmas ihop t i l l grövre dimensioner.
I äldre t i d e r var det v a n l i g a r e a t t utgå från okantade v i r k e s s t y c k e n , v a r v i d man hade bättre möjlighet a t t s t y r a ämnesuttaget med hänsyn t i l l v i r -k e s s t y c -k e t s -k v a l i t e t . I v i s s mån tillämpas d e t t a system f o r t f a r a n d e , huvud-s a k l i g e n för mycket hög v i r k e huvud-s k v a l i t e t , huvud-så k a l l a d e huvud-stamwaren. Upphuvud-sågningen t i l l ämnen b l i r då r e l a t i v t enkel eftersom man har få och l i n d r i g a v i r k e s -f e l a t t t a hänsyn t i l l . V i d sämre v i r k e s k v a l i t e t b l i r manuellt s t y r d uppsägning av v i r k e s s t y c k e n a t i l l ämnen med v a r i e r a n d e dimensioner och k v a l i -t e -t s k r a v svår och s a n n o l i k -t lång-t ifrån o p -t i m a l .
Det p r o j e k t som här redovisas s y f t a r t i l l a t t t a fram underlag för utveck-l i n g av e t t system för automatisk uppdeutveck-lning av okantade v i r k e s s t y c k e n t i utveck-l utveck-l ämnen för s n i c k e r i - och möbeländamål. Målsättningen har v a r i t en anläggning med en k a p a c i t e t på 3 v i r k e s s t y c k e n per minut v i d 5 m medellängd. Det före-slagna produktionssystemet kan k o r t f a t t a t b e s k r i v a s e n l i g t följande:
F i g u r 1 . Ämnestillverkning: a) E f t e r fyrsågning
1. Genomsågning av stock med känd t e k n i k t i l l okantade v i r k e s s t y c k e n . 2. Torkning, antingen t i l l s k " s k e p p n i n g s t o r r t " (18-20 % f u k t k v o t ) e l l e r
d i r e k t t i l l ändamålsanpassad s l u t f u k t k v o t .
3. Uppmätning av v i r k e s s t y c k e n a s form och vankant samt bestämning av s t o r lek, t y p och läge för k v i s t a r och v i r k e s f e l såsom s p r i c k o r med d a t o r -baserad b i l d b e h a n d l i n g .
4. Beräkning av o p t i m a l t sönderdelningsmönster baserat på en s p e c i f i k a t i o n av önskade ämnen (dimension, k v a l i t e t s k r a v och p r i s ) i kombination med r e s u l t a t av b i l d a n a l y s e n l i g t punkt 3.
5. Sönderdelning av v i r k e s s t y c k e n t i l l ämnen i e t t maskinsystem som s t y r s av r e s u l t a t e t från optimeringen e n l i g t punkt 4 ovan.
6. Vidaretorkning t i l l s l u t f u k t k v o t ( e v e n t u e l l t ) .
För v i s s a av delarna i systemet är t e k n i k e n väl känd, såsom den inledande genomsågningen och t o r k n i n g e n , och har därför i n t e närmare s t u d e r a t s i p r o -j e k t e t . Andra d e l a r f o r d r a r e t t grundläggande u t v e c k l i n g s a r b e t e .
Av p r a k t i s k a skäl har p r o j e k t e t under a r b e t e t s gång v a r i t uppdelat i föl-jande d e l a r :
1. U t v e c k l i n g av system för t e k n i s k s p e c i f i k a t i o n av ämnen.
2. U t v e c k l i n g av metod för uppmätning av v i r k e s s t y c k e n a s form i n k l u s i v e vankant samt d e t e k t e r i n g av k v i s t a r och v i r k e s f e l .
3. U t v e c k l i n g av datorprogram för o p t i m e r i n g av sönderdelningen. 4. Förstudie över mekanisk u t f o r m n i n g av maskinsystemet.
Som i n l e d n i n g t i l l p r o j e k t a r b e t e t genomfördes en provsågning med genomsåg-n i genomsåg-n g och magenomsåg-nuellt s t y r d uppsäggenomsåg-nigenomsåg-ng t i l l sgenomsåg-nickeriämgenomsåg-negenomsåg-n e genomsåg-n l i g t p r i genomsåg-n c i p e genomsåg-n i det här tänkta automatiska systemet.
Vid provsågningen användes f u r u s t o c k a r med toppdiameter 240-254 mm av två k v a l i t e t s k l a s s e r från vardera två fångstområden i Värmland och Hälsing-l a n d . T o t a Hälsing-l t omfattade sågningen ca 100 s t o c k a r . Stockarna genomsågades i ramsåg.
Ur de okantade plankorna u t t o g s karmämnen 63 x 125 mm och fönsterbågämnen 63 X 75 mm i 12 högfrekventa längder mellan 410 och 1403 mm. Mindre r e s t b i -t a r vidarebearbe-tades -t i l l panelbräder för föns-terdörrar. V i r k e s d e l a r som i n t e u p p f y l l d e kraven för fönsterkomponenter e l l e r panelbräder u t t o g s t i l l e m b a l l a g e v i r k e .
Det värdemässiga u t b y t e t v i d utsågning av ämnen u r okantade v i r k e s s t y c k e n jämfördes med u t b y t e t v i d u t t a g n i n g av samma t y p av ämnen e f t e r en d a t o r -simulerad k o n v e n t i o n e l l fyrsågning av samma s t o c k m a t e r i a l . Virkeskostnaden b l e v härvid ca 30 % lägre v i d utsågning u r okantade v i r k e s s t y c k e n jämfört med motsvarande u t t a g u r k o n v e n t i o n e l l t fyrsågat m a t e r i a l . Då p r o d u k t i o n s -kostnaden i n t e är känd kan någon jämförelse av lönsamheten i n t e göras. Provsågningen har t i d i g a r e utförligt r e d o v i s a t s i en t i d s k r i f t s a r t i k e l
2. LITTERATURGENOMGÅNG
Vid litteraturgenomgång har v i återfunnit r a p p o r t e r om e t t p r o j e k t i USA som t i l l s y f t e och angreppssätt d e l v i s överensstämmer med vårt. P r o j e k t e t f i n n s b e s k r i v e t i en a r t i k e l i Forest Product Journal ( M c M i l l i n 1984). Man föreslår där e t t "Automated Lumber Processing System (ALPS)" e n l i g t föl-jande:
1. Uppmätning av stockgeometri och l o k a l i s e r i n g av k v i s t a r och f e l i stocken med d a t o r t o m o g r a f i .
2. Sönderdelning e n l i g t s t r a t e g i baserad på r e s u l t a t från punkt 1.
3. Uppmätning av v i r k e s s t y c k e n a s geometri och uppmätning av läge och a r t av k v i s t a r och v i r k e s f e l med b i l d a n a l y s .
4. Datorberäkning av o p t i m a l t sönderdelningsmönster t i l l önskade ämnen ba-s e r a t på r e ba-s u l t a t från punkt 3.
5. Sönderdelning med högeffektslaser s t y r d av o p t i m e r i n g e n l i g t punkt 4. P r o j e k t e t är e t t samarbete mellan Southern Forest Experiment S t a t i o n , P i n e v i l l e , Lousiana State U n i v e r s i t y och Michigan State U n i v e r s i t y . Punkterna 3 och 4 är alltså i p r i n c i p i d e n t i s k a med motsvarande punkter i vårt p r o j e k t medan s t r a t e g i n för stockens sönderdelning i n t e ingår i vårt p r o j e k t . Vi har också i första hand s i k t a t på e t t något mindre spektakulärt sätt för den s l u t l i g a sönderdelningen än l a s e r .
H i t t i l l s har endast p u b l i c e r a t s v i s s a r e s u l t a t från b i l d a n a l y s e n av k v i s t a r och d e f e k t e r , samt t e o r e t i s k a bedömningar av e r f o r d e r l i g d a t o r k a p a c i t e t för hela systemet, b l a v i d två konferenser om "Scanning technology" (Connors et a l 1984, 1985). Däremot har inga r e s u l t a t från optimeringen av den s l u t -l i g a sönderde-lningen kunnat återfinnas. A t t döma av de exempe-l som behand-las är p r o j e k t e t h e l t i n r i k t a t på lövträslag från s y d s t a t e r n a , i första hand r e d oak.
Vid f e l d e t e k t e r i n g e n redovisas god överensstämmelse med v i s u e l l s o r t e r i n g vad beträffar för k v i s t a r , röta, s p r i c k o r och l j u s barkinväxning, sämre för vankant, blånad och mörk barkinväxning. Man har dock i n t e försökt s k i l j a på o l i k a t y p e r av k v i s t a r . Det framgår i n t e h e l l e r hur smala s p r i c k o r som man kunnat upptäcka.
Automatisk d e t e k t e r i n g av k v i s t a r och f e l på v i r k e s s t y c k e n f i n n s i övrigt behandlat i en s t o r mängd t i d s k r i f t a r t i k l a r och f o r s k n i n g s r a p p o r t e r , t ex en som b e s k r i v e r " s t a t e o f t h e a r t " (Szymai och Mc Donnald 1981) samt de två t i d i g a r e nämnda konferenserna (Scanning technology f o r t h e e i g h t i e s 1984 och Scanning technology i n s a w m i l l i n g 1985). Undersökningarna s y f t a r dock t i l l a u t o m a t i s e r i n g av s o r t e r i n g e n i t r a d i t i o n e l l sågverksproduktion och behandlar i n t e i n t e g r e r a d e system för automatisk sönderdelning t i l l ämnen.
10
3. SYSTEM FOR SPECIFIKATION AV ÄMNEN
E t t g e n e r e l l t system för s p e c i f i k a t i o n av k v a l i t e t s k r a v för ämnen har u t -v e c k l a t s . Det redo-visas i en separat r a p p o r t (Elowson och R y d e l l 1987). Systemet b e s k r i v e r k v a l i t e t s k r a v e n på e t t i dator h a n t e r b a r t sätt, och är g i v e t v i s även användbart för k v a l i t e t s b e s k r i v n i n g av ämnen som s o r t e r a s v i s u e l l t . För d e f i n i t i o n och mätsätt av o l i k a k v a l i t e t s s k a p a n d e f a k t o r e r såsom k v i s t a r , s p r i c k o r , måttnoggrannhet, deformationer e t c bygger systemet på en v i d a r e u t v e c k l i n g och anpassning av det s k Eurograding-systemet som är e t t tänkt n y t t system för s o r t e r i n g av sågade trävaror (Elowson och Lundgren 1980). K v a l i t e t s k r a v e n för ämnena kan vara l i k a e l l e r o l i k a på o l i k a s i d o r a l l t e f t e r behov. Det är också möjligt a t t föreskriva o l i k a krav på o l i k a d e l a r , t ex u t e f t e r ämnets längd.
Systemet är e t t g e n e r e l l t sätt a t t b e s k r i v a k v a l i t e t s k r a v för ämnen, men fastlägger i n t e k v a l i t e t s k l a s s e r e l l e r k v a l i t e t s k r a v för o l i k a s p e c i f i k a ändamål. Kravnivåer får fastställas i v a r j e särskilt f a l l med hänsyn t i l l kundönskemål, krav i standarder o d y l .
11 4. METOD FÖR UPPMÄTNING AV VIRKESSTYCKENAS FORM SAMT DETEKTERING AV
KVISTAR OCH VIRKESFEL
En mycket v i k t i g d e l i det t o t a l a systemet för högutbytessågning är uppmät-n i uppmät-n g av v i r k e s s t y c k e uppmät-n a s form i uppmät-n k l u s i v e vauppmät-nkauppmät-nt samt bestämuppmät-niuppmät-ng av s t o r l e k , typ och läge för k v i s t a r och v i r k e s f e l . Den metod som u t v e c k l a t s bygger på datorbaserad b i l d b e h a n d l i n g . U t v e c k l i n g s a r b e t e t har handhafts av I n s t i t u -t i o n e n för e l e k -t r i s k mä-t-teknik v i d Tekniska Högskolan och r e d o v i s a s i de-t a l j i separade-t r a p p o r de-t (Johansson 1987).
Förutom v i r k e s s t y c k e t s form och vankant har a r b e t e t h i t t i l l s k o n c e n t r e r a t s på d e t e k t e r i n g av de två v i k t i g a s t e k v a l i t e t s s t y r a n d e f a k t o r e r n a , nämligen k v i s t a r och s p r i c k o r . För k v i s t a r var ambitionen från början a t t om möjligt kunna s k i l j a på t r e o l i k a t y p e r :
F r i s k a k v i s t a
Torra, f a s t a k v i s t a r
Övriga, d v s sämre k v i s t a r .
Detta har dock i n t e l y c k a t s t i l l f u l l o , utan v i har h i t t i l l s fått nöja oss med a t t s k i l j a på två t y p e r :
F r i s k a k v i s t a r
A l l a övriga k v i s t a r .
Vissa v i r k e s f e l , såsom barkinväxningar, s t o r a kådlåpor o d y l u p p f a t t a s v i d b i l d b e h a n d l i n g e n som k v i s t . Detta bedömer v i dock i n t e som alltför a l l v a r -l i g t . De-ls är d y -l i k a f e -l r e -l a t i v t o v a n -l i g a , d e -l s är k v a -l i t e t s k r a v e n för äm-nen beträffande k v i s t a r och de f e l som v i d b i l d b e h a n d l i n g e n u p p f a t t a s som " k v i s t " o f t a s t tämligen l i k a r t a d e .
S p r i c k o r upptäcks ned t i l l ca 0,3 mm bredd och särskiljs med s t o r säkerhet från årsringsteckning och andra oregelbundenheter i y t s t r u k t u r e n .
En provkörning av e t t 4 0 - t a l p l a n k s i d o r i b i l d b e h a n d l i n g s s y s t e m e t jämfört med en v i s u e l l bedömning av k v i s t a r och s p r i c k o r gav följande r e s u l t a t :
12 K v i s t a r T o t a l t a n t a l b e f i n t l i g a k v i s t a r f r i s k a 323 v i d v i s u e l l bedömning: övriga 341 Fel i b i l d b e h a n d l i n g e n s bedömning: Alltför p o s i t i v bedömning Ej upptäckta f r i s k a k v i s t a r 57 "övriga" k v i s t a r bedömda som f r i s k a 46
Alltför n e g a t i v bedömning:
Indikerade f r i s k a k v i s t a r som e j f i n n s 6 F r i s k a k v i s t a r bedömda som "övriga" 3
Av de e j upptäckta f r i s k a k v i s t a r n a var 17 s t på en och samma p l a n k s i d a ( r e l a t i v t l j u s a f r i s k a k v i s t a r med l i t e n färgkontrast mot omgivande mörk kärnved).
Kvistbedömningen tenderar alltså a t t vara något för "snäll". Räknat i p r o -cent av t o t a l a a n t a l e t k v i s t a r b l i r felbedömningen t o t a l t 17 varav 16 % alltför p o s i t i v . De plankor som testades hade dock l a g r a t s r e l a t i v t länge, varför kärnveden mörknat något. På färskare v i r k e s s t y c k e n är k o n t r a s t e n mellan k v i s t och kärnved t y d l i g a r e , v a r v i d k v i s t a r n a t r o l i g e n kommer a t t upptäckas med ännu större säkerhet. Observera också a t t i n t e i något f a l l har en "övrig k v i s t " ( d v s sämre än f r i s k ) i n t e upptäckts a l l s e l l e r i n d i -k e r a t s där det i n t e f i n n s -k v i s t . A l l a f e l v i d -k v i s t d e t e -k t e r i n g e n består an-t i n g e n i a an-t an-t f r i s k k v i s an-t i n an-t e uppan-täckan-ts e l l e r markeraan-ts där dean-t i n an-t e f i n n s någon k v i s t a l l s e l l e r a t t k v i s t felbedömts t i l l t y p .
S p r i c k o r
T o t a l b e f i n t l i g spricklängd 42,13 m v i d v i s u e l l bedömning Därav e j upptäckt spricklängd 3,86 m = 9,0 % av t o t a l längd
"Upptäckt" men e j b e f i n t l i g 0,09 m = 0 , 2 " " " "
De e j upptäckta s p r i c k o r n a är i allmänhet s n e t t o r i e n t e r a d e mot y t a n , och återfinns v a n l i g e n på märgsidan.
13 Figur 2 v i s a r exempel på d a t o r r i t a d e f i g u r e r som v i s a r k v i s t och s p r i c k -d e t e k t e r i n g e n på e t t par plankor. Observera -de o l i k a skalorna i längs- och tvärled, v i l k e t medför a t t i v e r k l i g h e t e n runda k v i s t a r b l i r e l l i p t i s k a och v i r k e s s t y c k e t s k r o k i g h e t överdrivs.
Det avsyningssystem som h i t t i l l s u t v e c k l a t s är en programvarubaserad labo-r a t o labo-r i e u t labo-r u s t n i n g dälabo-r t i d e n fölabo-r d a t o labo-r b e a labo-r b e t n i n g e n b l i labo-r f l e labo-r a minutelabo-r pelabo-r v i r k e s s t y c k e . För en f r a m t i d a i n d u s t r i e l l tillämpning måste en maskinvaru-baserad u t r u s t n i n g u t v e c k l a s , v a r v i d t i d e n per v i r k e s s t y c k e kan minskas t i l l ca 10 sek, d v s f u l l t tillräckligt e n l i g t förutsättningarna för pro-j e k t e t .
14 Skala ca 1:4 { 1:25 ^ F r i s k k v i s t ^ • O v r i g (sämre) k v i s t I Spricka
Figur 2. Exempel på r e s u l t a t av automatisk d e t e k t e r i n g av k v i s t a r och s p r i c k o r med b i l d a n a l y s .
15
16
5. OPTIMERING AV SONDERDELNINGSMÖNSTER
R e s u l t a t e t av uppmätningen av v i r k e s s t y c k e t s form samt förekomst av k v i s t , s p r i c k o r e t c s k a l l sedan kombineras med s p e c i f i k a t i o n av dimension, k v a l i -t e -t s k r a v , p r i s och o r d e r s -t o r l e k för de önskade ämnena.
De försök som v i h i t t i l l s genomfört med optimeringen baseras på en bedöm-ning av v i r k e t s s t y c k e t s ena s i d a , s p l i n t s i d a n , samt k v a l i t e t s k r a v på ämne-nas ena s i d a . I e t t mer avancerat system kan man g i v e t v i s tänka s i g a t t kvalitetsbedöma v i r k e s s t y c k e t s båda s i d o r och v i d optimeringen t a hänsyn t i l l k v a l i t e t s k r a v e n på ämnenas båda s i d o r . Det kan då även b l i möjligt a t t med hänsyn t ex t i l l formen på en k v i s t på s p l i n t s i d a n bedöma k v i s t e n s r i k t n i n g ned i v i r k e s s t y c k e t och på så sätt även beakta k v a l i t e t s k r a v på ämnenas k a n t s i d o r .
F i g u r 3 v i s a r exempel på några p r i n c i p i e l l t o l i k a mönster för uppdelning av okantat v i r k e s s t y c k e t i l l ämnen av p a r a l l e l l e p i p e d i s k form.
F i g u r 3a v i s a r e t t h e l t " f r i t t " mönster, d v s e t t mönster utan r e s t r i k t i o -ner beträffande s n i t t e n s v i n k e l i förhållande t i l l varandra. E t t sådant mönster ger s a n n o l i k t det bästa u t b y t e t men innebär en mycket komplicerad beräkning för optimeringen och komplicerad u t r u s t n i n g för automatiserad sönderdelning.
F i g u r 3b v i s a r e t t mönster där a l l a s n i t t l i g g e r i två mot varandra rät-v i n k l i g a r i k t n i n g a r . Optimeringsberäkningen b l i r då b e t y d l i g t e n k l a r e , men sönderdelningen kan även här b l i mycket komplicerad.
Figur 3c och d v i s a r exempel på sönderdelningsmönster med vinkelräta r i k t -ningar där man t a g i t hänsyn t i l l hur sönderdelningen r e n t p r a k t i s k t s k a l l gå t i l l . V i d sönderdelning e n l i g t f i g u r 3c kapas v i r k e s s t y c k e t först i e t t a n t a l k o r t a r e b i t a r , v i l k a sedan k l y v s t i l l smalare ämnen. V i d sönderdel-ning e n l i g t f i g u r 3d k l y v s v i r k e s s t y c k e t först i smalare " s p i r o r " , v i l k a sedan kapas i önskade längder.
17
'J
i
a. " F r i t t monster" b. Monster p a r a l l e l l t med centrumlinje
c. Kapning först tJ. Klyvning först.
F i g u r 3. Exempel på mönster för sönderdelning av okantat v i r k e s s t y c k e t i l l ämnen.
18 7 7
1
7 55 551
55 505 5051
505 7 80 705 43 1005 7 55 505 7 55 505 43 1005 43 1005 7 55 505 43 1005 7 55 505 7 7 - 7 55 55 55 505 505 505 55 505 7 55 505 7 7 55 55 705 705t
Figur 4. Exempel på sönderdelningsmönster på v i r k e s s t y c k e av r e l a t i v t god k v a l i t e t med bra o p t i m e r i n g .
19
1000
\
-16
30 30
OCiO lOCiO-400
1 0 0 020
A r b e t e t med u t v e c k l i n g av program för o p t i m e r i n g av sönderdelningsmönstret har utförts av I n s t i t u t e t för tillämpad matematik (ITM), v i l k e t d e t a l j r e d o -v i s a s i en särskild r a p p o r t (Holmberg 1986). Det sönderdelningsmönster som man därvid a r b e t a t med bygger på p r i n c i p e n e n l i g t f i g u r 3b men med möjlig-het t i l l r e s t r i k t i o n e n l i g t f i g u r 3c och d.
Figur 4 och 5 v i s a r e t t par exempel på den o p t i m e r i n g av sönderdelnings-mönster som programmet kan åstadkomma i s i n nuvarande u t f o r m n i n g . Figur 4 v i s a r e t t exempel med e t t v i r k e s s t y c k e av hög k v a l i t e t med få k v i s t a r och s p r i c k o r . Synbarligen gör då programmet en god o p t i m e r i n g . Om v i r k e s s t y c k e t däremot har många k v i s t a r och s p r i c k o r som i f i g u r 5, b l i r optimeringen mindre god med programmets nuvarande s k i c k . Man ser där lätt a t t optime-r i n g e n i n t e äoptime-r fullständig utan a t t y t t e optime-r l i g a optime-r e ämnen av de tillgängliga dimensionerna s k u l l e kunna läggas i n . E n l i g t u p p g i f t från ITM återstår här y t t e r l i g a r e en d e l arbete för a t t fullända optimeringsprogrammet, för a t t f u l l g o t t r e s u l t a t s k a l l erhållas även på v i r k e s s t y c k e n med s t o r mängd k v i s -t a r och f e l .
På grund av dessa o f u l l k o m l i g h e t e r i optimeringsprogrammet har försök v i d TräteknikCentrum a t t använda d e t för beräkning av ekonomiskt u t b y t e v i d s i -mulerad uppdelning av okantade v i r k e s s t y c k e n i n t e g e t t m e n i n g s f u l l a och rättvisande r e s u l t a t . Det har i n t e h e l l e r v a r i t möjligt a t t genomföra v i s s a s t u d i e r av i n t r e s s e för p r o j e k t e t s v i d a r e i n r i k t n i n g , främst analys av s k i l l n a d e r i u t b y t e mellan o l i k a utsågningsmönster e n l i g t f i g u r 3.
21 6. MEKANISK UTFORMNING AV MASKINSYSTEM
En förstudie av hur en anläggning för automatisk sönderdelning av okantade v i r k e s s t y c k e n t i l l ämnen s k u l l e kunna vara utformad har genomförts. Den r e -dovisas i en separat r a p p o r t (Palm och R y d e l l 1986) och b e s k r i v s därför här endast i k o r t h e t .
Studien har o m f a t t a t i n r i k t n i n g , t r a n s p o r t och fasthållning av v i r k e s s t y c k -ena genom hela processen, sönderdelningstekniken samt något om sättet a t t ta hand om ämnena e f t e r uppskärningen.
Förutsättningarna har v a r i t en anläggning med k a p a c i t e t e n 3 v i r k e s s t y c k e n per minut och med följande dimensioner på i n - och utgående m a t e r i a l : Ingående m a t e r i a l = okantade v i r k e s s t y c k e n Längd 3100 - 5500 mm T j o c k l e k 25 - 75 Bredd 125 - 600 " Utgående m a t e r i a l = ämnen Längd 500 - 2200 mm Bredd 25 - 125 " R e s u l t a t e t av optimeringen e n l i g t föregående a v s n i t t s k a l l a u t o m a t i s k t s t y -ra uppdelningen t i l l ämnen. Som t i d i g a r e nämnts b l i r uppdelning i e t t h e l t " f r i t t " mönster e n l i g t f i g u r 3a mycket komplicerad och tidsödande med för närvarande tillgänglig sönderdelningsteknik. I p r o j e k t e t s nuvarande läge har v i därför v a l t a t t i första hand studera de två e n k l a r e mönsteralterna-t i v e n 3c och d "kapning försmönsteralterna-t" r e s p e k mönsteralterna-t i v e " k l y v n i n g försmönsteralterna-t".
F i g u r 6 och 7 v i s a r p r i n c i p s k i s s e r för anläggningar e n l i g t de båda mönster-a l t e r n mönster-a t i v e n .
En jämförande utvärdering av o l i k a sönderdelningsorgan med hänsyn t i l l ka-p a c i t e t , y t f i n h e t , måttnoggrannhet, ska-pånförluster e t c v i s a r a t t cirkelsågen är lämpligast både för kapnings- och k l y v n i n g s o p e r a t i o n e n .
22
Tvärtransport —^
Centrering - längstransport
Mätning
c o—
o1
J ol i o o oKapning
Klyvning
Figur 6. P r i n c i p s k i s s över m a s k i n l i n j e för automatisk uppsägning av okan-tade v i r k e s s t y c k e n t i l l ämnen e n l i g t p r i n c i p e n "kapning först".
1
Tvärtransport —^
Centrering - längstransport
Mätning
O o o o o •Klyvning
Kapning
011301
h
-H
n-23F i g u r 7. P r i n c i p s k i s s över m a s k i n l i n j e för automatisk uppsägning av okan-tade v i r k e s s t y c k e n t i l l ämnen e n l i g t p r i n c i p e n " k l y v n i n g först"
24
De o l i k a enheterna i systemen har med avseende på mekanisk u t f o r m n i n g ana-l y s e r a t s e n ana-l i g t föana-ljande:
K r a v s p e c i f i k a t i o n med hänsyn t i l l k a p a c i t e t , noggrannhet e t c . Utvärdering av tillgänglig t e k n i k .
Utvärdering av tänkbar t e k n i k . Förslag t i l l t e k n i k v a l .
Studien v i s a r a t t den mest framkomliga vägen synes vara e t t system e n l i g t p r i n c i p e n kapning först. Både för kapnings- och k l y v n i n g s e n h e t e n e r f o r d r a s
dock u t v e c k l i n g s a r b e t e i k o n s t r u k t i v t avseende, medan man för övriga d e l a r av systemet i huvudsak kan använda kända k o n s t r u k t i o n e r med vissa modi-f i e r i n g a r . Svårast a t t lösa är k a p a c i t e t e n v i d kapningen samt matning av k o r t a b i t a r , s p e c i e l l t genom k l y v n i n g s e n h e t e n . Om k o r t a s t e längd ökas från 500 t i l l 600 mm förenklas dock d e t senare problemet avsevärt.
I e t t system med k l y v n i n g först b l i r d e t ännu svårare a t t få tillräcklig k a p a c i t e t på kapningsenheten. Det kan då b l i nödvändigt med ända upp t i l l f y r a p a r a l l e l l a kapenheter. Klyvningen b l i r i d e t t a f a l l däremot b e t y d l i g t e n k l a r e .
25
7. SLUTSATSER OCH FÖRSLAG
Det arbete som här redovisas är e t t första s t e g mot en fungerande produktionsanläggning e n l i g t det föreslagna konceptet "Högutbytessågning". I f l e ra d e l a r av systemet återstår y t t e r l i g a r e u t v e c k l i n g s o c h k o n s t r u k t i o n s -a r b e t e .
Resultaten av a r b e t e t är tillämpbart även i andra sammanhang än v i d automa-t i s k ämnesautoma-tillverkning, automa-t ex:
Systemet för s p e c i f i k a t i o n av ämneskvalitet är g e n e r e l l t och kan använ-das där man behöver kunna b e s k r i v a ämnens k v a l i t e t .
Erfarenheterna från u t v e c k l i n g e n av avsyningssystemet kan användas för u t v e c k l i n g av automatisk s o r t e r i n g i t r a d i t i o n e l l sågverksproduktion. Den e r f o r d e r l i g a u t v e c k l i n g e n av kap- och klyvmaskiner kan få tillämp-n i tillämp-n g ävetillämp-n i mera matillämp-nuellt s t y r d ämtillämp-nesproduktiotillämp-n.
Datorprogrammet för o p t i m e r i n g av sönderdelningsmönstret kan, när det färdigutvecklats, användas för s p e c i a l s t u d i e r av i n t r e s s e både för automatiska och mer e l l e r mindre manuella system för ämnestillverkning, t ex:
o Hur påverkas u t b y t e t av ämnesmixens sammansättning ( t ex e t t fåtal e l l e r s t o r t a n t a l dimensioner och k v a l i t e t e r s a m t i d i g t ) ?
o Hur påverkas det e r f o r d e r l i g a p r i s e t på e t t ämne av en ändring i k v a l i t e t s k r a v ?
o Vad är den rätta p r i s r e l a t i o n e n mellan ämnen av o l i k a längd?
o Jämförelse mellan ekonomiskt u t b y t e v i d ämnestillverkning v i a genom-sågning och fyrgenom-sågning av samma s t o c k m a t e r i a l .
26
LITTERATUR
Connors R.W., 1984:
Scanning technology f o r t h e e i g h t i e s .
F o r i n t e k Canada Special P u b l i c a t i o n No. SP 2 1 , p. 107-119. Connors R.W., 1985:
The u t i l i t y o f c o l o r i n f o r m a t i o n i n t h e l o c a t i o n and i d e n t i f i c a t i o n o f d e f e c t s i n surfaced hardwood lumber.
1st I n t e r n a t i o n a l Conference on Scanning Technology i n S a w m i l l i n g , 10-11 October 1985, San F r a n s i s c o , USA.
Elowson T. och Lundgren M., 1980:
Ändamålsanpassad s o r t e r i n g av sågade och hyvlade trävaror. Eurograding. STU-information 190-1980, Stockholm.
Elowson T. och R y d e l l R., 1987:
System för t e k n i s k s p e c i f i k a t i o n av ämnen av sågad f u r u och gran. TräteknikCentrum; rapport beräknas utkomma våren 1987.
Holmberg, 1986:
Optimeringsmetoder v i d högutbytessågning.
I n s t i t u t e t för tillämpad matematik. A n s l a g s r a p p o r t STU-projekt nr 5743 B.
Johansson R., 1987:
KTH, I n s t i t u t i o n e n för e l e k t r i s k mätteknik. Anslagsrapport STU-projekt 5742.
M c M i l l i n H.A., 1984:
ALPS - A p o t e n t i a l new automated lumber p r o c e s s i n g system. Förets Products Journal 3 4 ( 1 ) , p. 13-20.
Palm I . och R y d e l l R., 1986:
System för automatisk sönderdelning av okantade v i r k e s s t y c k e n t i l l ämnen.
TräteknikCentrum Rapport I 8604022. Scanning Technology i n S a w m i l l i n g :
F o r i n t e k Canada Corp. Special P u b l i c a t i o n No. SP 2 1 . Scanning Technology i n S a w m i l l i n g :
1st I n t e r n a t i o n a l Conference, October 10-11 1985, San F r a n s i s c o , USA. Szymani R. och McDonald, 1981:
Defect d e t e c t i o n i n lumber: State o f the a r t . Forest Products Journal 31(11), p. 34-43. Wiklund M., 1981:
Högutbytessågning 2.
27 9. SUMMARY
The aim of the p r o j e c t was t o present b a s i c knowledge f o r the development o f an automatic system f o r c u t t i n g o f unedged pieces of wood i n t o blanks, intended f o r e.g. j o i n e r i e s or f u r n i t u r e .
The system comprehends:
1. Measuring of the shape and wane o f the p i e c e o f wood and d e t e c t i o n of p o s i t i o n , number, s i z e and type of knots and cracks w i t h a computer-based scanning system.
2. Computerized c a l c u l a t i o n of o p t i m a l c u t t i n g p a t t e r n s f o r p r o d u c t i o n of requested b l a n k s .
3. C u t t i n g , a u t o m a t i c a l l y operated by the o p t i m i z i n g c a l c u l a t i o n process. A t e s t sawing w i t h manually operated s e l e c t i o n of blanks a c c o r d i n g t o the suggested p r i n c i p l e r e s u l t e d i n a 30 % lower raw m a t e r i a l s cost compared w i t h t h a t of the same blanks s e l e c t e d from a t r a d i t i o n a l l y block-sawn raw m a t e r i a l .
At the scanning, the shape and wane o f the piece of wood i s measured w i t h g r e a t accuracy. Knots are detected and d i s t i n g u i s h e d i n t o two types - f r e s h knots and o t h e r knots - w i t h a r a t h e r great accuracy. Cracks are detected w i t h a g r e a t accuracy down t o a w i d t h o f 0.3 mm.
The computer programme f o r the c a l c u l a t i o n of an o p t i m a l c u t t i n g p a t t e r n f o r the p r o d u c t i o n of blanks p r o v i d e s a s a t i s f a c t o r y r e s u l t f o r pieces of wood w i t h few knots and cracks. For pieces of an i n f e r i o r q u a l i t y w i t h a g r e a t many knots and d e f e c t s , the o p t i m i z i n g programme i n i t s present design cannot handle an acceptable o p t i m i z i n g . A c e r t a i n f u r t h e r development of the s o f t w a r e i s necessary.
I n a pre-study o f the way o f the f i n a l c u t t i n g i n t o blanks, a system accor-ding t o the p r i n c i p l e " c u t t i n g f o l l o w e d by s p l i t t i n g " i s considered t o be
28
the most simple one t o perform. However, p a r t i c u l a r l y f o r t h e c u t t i n g u n i t , a c e r t a i n development o f the c o n s t r u c t i o n i s necessary.
In the p r o j e c t , a g e n e r a l l y a p p l i c a b l e system f o r the s p e c i f i c a t i o n o f qua-l i t y requirements f o r bqua-lanks was devequa-loped.
Detta digitala dokument skapades med anslag fran
Stiftelsen Nils och Dorthi Troédssons forskningsfond
TräteknikCentru
Box 5609, 114 86 STOCKHOLM Besöksadress: Drottning Kristinas väg 67 Telefon: 08-14 53 00
Telex: 14445 tratek s Telefax: 08-11 61 88 Huvudenhet med kansli
ITUTET FÖR TRÄTEKNISK FORSKNINC
Asenvägen 9, 552 58 JÖNKÖPING Telefon: 036-12 60 41 Telefax: 036-16 87 98 ISSN 0283-4634 931 87 SKELLEFTEÅ Besöksadress: Bockholmsvägen 18 Telefon: 0910-652 00 Telex: 65031 expolar s Telefax: 0910-652 65
