СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРЫ ПИЛОВОЧНЫХ БРЕВЕН Российский патент 2013 года по МПК G01N24/08 

Изобретение относится к способам неразрушающего контроля пиловочных бревен и может быть использовано при проведении исследования внутренней структуры пиловочных бревен методом магнитно-резонансной томографии, результаты которого могут быть использованы в процессах лесопиления, гидротермической обработки, сушки, фанерном производстве, при сортировке пиловочных бревен, фанерных кряжей и т.д.

В настоящее время нашли широкое распространение способы контроля геометрических размеров бревен и определения их внутреннего строения. К наиболее распространенным относятся методы лазерного сканирования поверхности пиловочных бревен, рентгенография и томография для определения их внутренней структуры (наличия сучков и других пороков). [Лакатош Б.К. Дефектоскопия древесины, М.: Лесная промышленность, 1966 г. - 183 с., Кармадонов А.Н. Дефектоскопия древесины, М.: Лесная промышленность, 1987. - 120 с.]. Авторами были широко изучены методы неразрушающего контроля древесины и прогнозирование свойств пиломатериалов и готовых изделий при определении их внутреннего строения с использованием ионизирующих излучений, ультразвукового анализа и рентгенографии. Разработаны способы, позволяющие выполнять контроль плотности древесины и, таким образом, определять физико-механические свойства готовой продукции.

Эти известные способы оценки внутреннего строения пиловочных бревен направлены на выявление скрытых пороков древесины, таких как сучки, гнили, трещины и т.д. При помощи этих способов становится возможным определение местоположения пороков и их классификация, а также определение плотности исследуемых тел, т.е. указанные способы ориентированы на повышение сортности формируемых пиломатериалов за счет исключения из схемы раскроя бревна зон, включающих в себя пороки строения и формы древесины.

Недостатком указанных известных способов является то, что они не дают ориентации на улучшение технологии гидротермической обработки древесины, сушки пиломатериалов и шпона. Существенным недостатком использования известных способов является невозможность определения прироста древесины по длине и ширине ствола дерева путем замера ширины ранней и поздней зон древесины годичного слоя.

Известен также способ оценки внутреннего строения объекта, в т.ч. и пиловочных бревен, путем исследования внутренней структуры исследуемых объектов методом магнитно-резонансной томографии, направленный на выявление плотности различных зон исследуемого объекта [Патент РФ 2182703, опубл. 20.05.2002 - прототип].

Недостатком указанного известного способа является также то, что он не дает ориентации на улучшение технологии гидротермической обработки древесины, сушки пиломатериалов и шпона.

Техническая задача изобретения состоит в создании способа проведения исследования внутренней структуры пиловочных бревен методом магнитно-резонансной томографии по такому показателю, который позволил бы повысить эффективность технологий сортировки, гидротермической обработки, механической обработки пиловочных бревен, технологии сушки пиломатериалов и шпона, а также склеивания пиломатериалов за счет повышения качества получаемых материалов.

Исследования заявителей показали, что в стволе дерева в достаточно широком диапазоне изменяется влажность, при этом диапазон составляет в среднем от 30 до 180%, поэтому фактически на этапах сортировки, раскроя и гидротермической обработки пиловочных бревен, кряжей и пиломатериалов обрабатывается материал с сильно отличающимися в его различных зонах показателями влажности, а следовательно, и физическими свойствами, что приводит к получению пиломатериалов, имеющих сильно отличающуюся влажность в различных их зонах (перепад по влажности по длине доски может составлять от 30 до 150%.). Получение и дальнейшее использование таких пиломатериалов снижает эффективность процесса гидротермической обработки древесины, при склеивании - увеличивает напряжение в клеевых соединениях, не обеспечивает сплошность формируемых клеевых соединений и равномерность распределения клея в их контактных слоях.

В этой связи при исследовании внутренней структуры пиловочных бревен заявителями выбран показатель распределения влажности в различных зонах пиловочных бревен.

Исходя из анализа проведенных исследований, заявителями установлено, что влажность по ширине свежесрубленных стволов сосны и ели распределена следующим образом: влажность ядровой и спелодревесной древесины составляет 30-60%, а заболонной 60-180%, что связано с изменением функций клеток древесины по мере роста дерева: клетки заболони обладают проводящей функцией и обеспечивают движение влаги в древесине в отличие от клеток ядра и спелой древесины.

Техническая задача достигается тем, что в способе проведения исследования внутренней структуры пиловочных бревен методом магнитно-резонансной томографии по выбранному параметру - исследование внутренней структуры пиловочных бревен проводят по показателю распределения влажности в различных зонах пиловочных бревен, при этом определяют зоны ядровой и заболонной частей пиловочника, устанавливают границу между ними, а раскрой пиловочного бревна на пиломатериалы на основе полученных результатов осуществляют с учетом сведения к минимуму пиломатериалов, включающих обе зоны.

Изобретение имеет следующие отличия от прототипа:

- исследование внутренней структуры пиловочных бревен проводят по показателю распределения влажности в различных зонах пиловочных бревен;

- определяют зоны ядровой и заболонной частей пиловочника, устанавливают границу между ними;

- раскрой пиловочного бревна на пиломатериалы на основе полученных результатов осуществляют с учетом сведения к минимуму пиломатериалов, включающих обе зоны.

Это позволит повысить эффективность технологий сортировки, гидротермической обработки, механической обработки пиловочных бревен, технологии сушки пиломатериалов и шпона, а также склеивания пиломатериалов за счет повышения качества получаемых материалов.

В просмотренном нами патентно-информационном фонде не обнаружено аналогичных технических решений, а также технических решений, содержащих указанные признаки.

Изобретение применимо и будет использоваться в отрасли в 2011-2012 гг.

На фиг.1-4 представлена иллюстрация результатов исследования предлагаемым способом с использованием магнитно-резонансной томографии.

На фиг.1 представлено графическое отображение распределения влажности в древесине ели и определение пороков древесины в виде сучков;

На фиг.2 представлено графическое отображение границы распределения влажности и внутренней структуры древесины сосны;

На фиг.3 представлено графическое отображение зон спелой и заболонной древесины.

При изготовлении пилопродукции с определенным направлением волокон древесины, а также для определения координат влажных зон и прироста древесины получаемые описываемым способом изображения целесообразно обрабатывать на рабочей станции для получения графического отображения структуры древесины.

На фиг.4 представлено графическое отображение зоны древесины с влажностью свыше 50-60% и строения древесины, 3D MPRAGE-ИП с постобработкой на рабочей станции Vitrea (слева древесина сосны, справа - ели).

На фиг.5 изображена схема технологической линии исследования пиловочных бревен перед распиловкой их на пиломатериалы.

Линия включает последовательно установленные и технологически связанные поперечный транспортер 1 для нерассортированных бревен, металлоискатель 2, карман 3 для отбраковки бревен, содержащих металлические включения, магнитно-резонансный томограф 4, совмещенный с управляющим блоком сбора и анализа информации, а также маркирующим устройством (при необходимости на линии может быть дополнительно установлен 3d сканер 5, позволяющий производить измерения бревен при отключении магнитно-резонансного томографа во время сортировки криволинейных бревен, балансов и бревен из вершинной части ствола). Участок сортировки бревен 6 содержит карманы для бревен, рассортированных, например, по диаметрам на две группы: на комлевые и вершинные. Для бревен, рассортированных по породам, имеются склады 7 и 8, разделенные на несколько секций для бревен, рассортированных по вершинному диаметру и рассортированных по диаметру внутренней зоны древесины, влажностью до 50-60%. После склада сырья 8 расположен приемный транспортер 9, устройство ориентации 10, накопитель 11, окорочный станок 12 и лесопильный цех 13.

Линия работает следующим образом.

Пиловочные бревна поступают на поперечный транспортер 1 для нерассортированных бревен, откуда по одному проходят через металлоискатель 2 для выявления и отбраковки в карман 3 бревен, имеющих металлические включения. Далее бревна, как правило, выпиленные из комлевой части бревна, поступают в магнитно-резонансный томограф 4, для определения зон древесины различной влажности, совмещенный с управляющим блоком сбора и анализа информации, а также маркирующим устройством, присваивающим бревнам штрихкод, местоположение на бревне которого, в свою очередь, фиксирует положение бревна в пространстве.

Сущность использования в данном случае метода магнитно-резонансной томографии состоит в способе определения зон в пиловочных бревнах с влажностью до и выше 60%, вследствие различных функций клеток ядра или спелой древесины и заболони, для селективного подхода к пиломатериалам при их последующей механической и гидротермической обработке.

Метод основан на измерении электромагнитного отклика атомов водорода на возбуждение их определенной комбинацией электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряженности. Определение внутренней структуры и уровня влажности пиловочных бревен выполняется путем магнитно-резонансной томографии с применением импульсных последовательностей (ИП) на основе Т2- и 3D MPRAGE с выводом визуальной информации на экран компьютера.

Зоны древесины различной влажности на изображении внутренней структуры бревна на экране компьютера представляют собой четко разграниченные светлую и темную области исследуемого объекта, которые можно разделить поверхностью, координаты которой затем передаются на участок раскроя пиловочных бревен. Влажность древесины темной зоны не превышает 60%, светлой - находится выше 60%.

От способа по прототипу предлагаемый способ отличается тем, что при расшифровке сигналов спада свободной индукции происходит разделение пиловочных бревен на две зоны, характеризующие соответственно влажность древесины до и более 60%.

Метод осуществляли при следующих настройках магнитно-резонансного томографа:

- импульсная последовательно PD/T2;

- время повторения TR=72.0 мс;

- время эха ТЕ=9.0 мс;

- толщина среза 5 мм;

- параметры матрицы 256×142, фиг.1;

и

- импульсная последовательность 3D-MP-RAGE

- время повторения TR=12.0 мс;

- время эха ТЕ=5.0 мс,

- толщина среза 2 мм / -1;

- параметры матрицы 256×256, фиг.2.

По результатам определения границы разделения древесины на зоны представляется возможным осуществлять раскрой бревен, сводя к минимуму количество пиломатериалов, включающих обе зоны, что позволяет повысить эффективность процесса гидротермической обработки древесины. Использование таких пиломатериалов в процессах склеивания позволит снизить напряжения в клеевых соединениях за счет повышения формоустойчивости пиломатериалов, обеспечить сплошность формируемых клеевых соединений и равномерное распределение клея в их контактных слоях.

При необходимости на линии может быть установлен 3d сканер 5, позволяющий производить измерения бревен при отключении магнитно-резонансного томографа 4 во время сортировки криволинейных бревен, балансов и бревен из вершинной части ствола. Бревна могут рассортировываться по диаметрам на две группы, например комлевые и вершинные в карманах 6. После сортировки бревна поступают на склады рассортированного по породам сырья 7 и 8, которые разделены на две или более секций для бревен, рассортированных по вершинному диаметру и рассортированных по диаметру внутренней зоны древесины, влажностью до 50-60%. Со склада сырья по приемному транспортеру 9 перед лесопильным цехом 13, проходя через устройство ориентации 10, бревна перемещаются в накопитель 11 перед окорочным станком 12 и поступают в лесопильный цех 13, где перед раскроем происходит их ориентация в соответствии с меткой штрихкода об их внутреннем строении, для получения пиломатериалов с равномерно распределенными по сечению физико-механическими характеристиками.

Таким образом, изобретение позволило создать способ проведения исследования внутренней структуры пиловочных бревен методом магнитно-резонансной томографии по показателю распределения влажности в различных зонах пиловочных бревен, который обеспечил повышение эффективности технологий сортировки, гидротермической обработки, механической обработки пиловочных бревен, технологии сушки пиломатериалов и шпона, а также склеивания пиломатериалов за счет повышения качества получаемых материалов.

Использование: для проведения исследования внутренней структуры пиловочных бревен. Сущность: заключается в том, что исследования внутренней структуры пиловочных бревен проводят по показателю распределения влажности в различных зонах пиловочных бревен, используя метод магнитно-резонансной томографии, при этом определяют зоны ядровой и заболонной частей пиловочника, устанавливают границу между ними, а раскрой пиловочного бревна на пиломатериалы на основе полученных результатов осуществляют с учетом сведения к минимуму количества пиломатериалов, включающих обе зоны. Технический результат: обеспечение возможности проведения исследования внутренней структуры пиловочных бревен методом магнитно-резонансной томографии по показателю, позволяющему повысить эффективность технологий сортировки, гидротермической обработки, механической обработки пиловочных бревен, технологии сушки пиломатериалов и шпона, а также склеивания пиломатериалов за счет повышения качества получаемых материалов. 5 ил.

Способ проведения исследования внутренней структуры пиловочных бревен, включающий метод магнитно-резонансной томографии, по выбранному параметру, отличающийся тем, что исследования внутренней структуры пиловочных бревен проводят по показателю распределения влажности в различных зонах пиловочных бревен, при этом определяют зоны ядровой и заболонной частей пиловочника, устанавливают границу между ними, а раскрой пиловочного бревна на пиломатериалы па основе полученных результатов осуществляют с учетом сведения к минимуму количества пиломатериалов, включающих обе зоны.