СПОСОБ ОБМЕРА ЛЕСОМАТЕРИАЛА И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2018 года по МПК G01B11/04 A01G23/85 

Предпосылки создания изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится к способу обмера лесоматериала в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

[0002] Изобретение относится также к устройству для обмера лесоматериала в соответствии с ограничительной частью пункта 9 формулы изобретения.

[0003] Изобретение обеспечивает бесконтактный обмер лесоматериала, причем способ и устройство могут использоваться не только для обмера лесоматериала во время лесозаготовки, но также, например, для более точного обмера лесоматериала в машине для обработки лесоматериала и для калибровки устройств для обмера лесоматериала, которые сами по себе известны.

[0004] В современной механической лесозаготовке, особенно в лесозаготовке, известной под названием резки или мерной резки (CTL, от англ. cut-to-length), все более высокие требования предъявляются к точности измерения размеров обрабатываемого лесоматериала. Отчасти это обусловлено тем, что в настоящее время большая доля торговли лесоматериалом основывается на данных обмера, автоматически собираемых машиной для обработки лесоматериала. Определенные требования к точности уже установлены законодательством, относящимся к обмерам в торговле лесоматериалом. С другой стороны, особенно при лесозаготовке мерной древесины преимущества точного обмера имеют особое значение, когда весь древесный ствол рассматривается в аспекте оптимизации после валки для обеспечения по возможности наилучшего использования сырьевого материала.

[0005] Обычно механическая лесозаготовка требует, по меньшей мере, замера диаметра и длины древесного ствола или отрезаемых от него бревен. Замеры выполняют с примерной точностью, при этом допускается некоторая неопределенность.

[0006] Во время лесозаготовки диаметр бревна обычно измеряют, используя механические инструменты, которые прикладывают к наружной поверхности бревна и перемещают вдоль во время заготовки для обмера, например, положения подачи и/или элементов обрезки сучьев по отношению к телу режущей головки машины для обработки лесоматериала с целью измерения диаметра. В свою очередь при измерении длины бревна обычно используют измеритель пути или одометр, который прижимают к наружной поверхности древесного ствола и катят вдоль ствола по мере его движения в устройстве для обработки лесоматериала. Таким образом, одометр измеряет расстояние на наружной поверхности ствола.

[0007] Вышеуказанные способы основаны на допущениях и принципах обмера, согласно которым, по существу, круглый древесный ствол находится в непрерывном контакте с измерительными средствами.

[0008] Для всех используемых способов обмера общим является то, что их точность нуждается в регулярном контроле. Так, например, необходимо время от времени калибровать измерительные устройства, используемые для измерения диаметра и длины бревна.

[0009] Согласно решениям, известным из уровня техники, измерительное устройство машины для обработки лесоматериала калибруют по диаметру с помощью специальных калибровочных ножниц, а по длине - с помощью, например, обычной рулетки, что требует значительной затраты неудобного ручного труда. В частности, стоит заметить, что на практике работу по лесозаготовке приходится полностью останавливать на некоторое время, когда оператор должен выйти из кабины лесозаготовительной машины и вручную выполнить калибровочные измерения. При обработке древесины с помощью машины для обработки лесоматериала, которая на своем рабочем участке разрезает древесину на бревна желаемой длины, требуемая калибровка может производиться различными способами. В этом случае оператор машины для обработки лесоматериала останавливает ее через выбранные интервалы времени и спускается для измерения некоторых отпиленных бревен. Для этого ему необходимо точно знать порядок, в котором были разделаны лежащие на земле бревна. В альтернативном варианте система управления и контроля лесозаготовительной машины приспособлена для указания необходимости начала проверочного обмера случайно выбранного древесного ствола.

[0010] Бревна, выбранные в качестве образцов для обмера, измеряют по длине, например, с помощью рулетки, и по диаметру, например, с помощью широких скользящих ножниц в числе точек, которое считается необходимым. В настоящее время диаметр также обычно измеряют, используя созданные специально для этой цели электронные калибровочные ножницы, а также калибровочные шаблоны со средствами для автоматической записи измеренных данных и обычно также с дисплеем для непосредственного отображения измеренных данных для оператора, производящего калибровку. Эти сами по себе известные электронные калибровочные ножницы могут действовать интерактивно с оператором и указывать, где следует выполнить следующее калибровочное измерение.

[0011] При измерении диаметра ствола ошибки возникают, в частности, вследствие возможных отклонений поперечного сечения от идеальной круглой формы, колебаний давления, оказываемого при измерении, а также случайных ошибок оператора, выполняющего обмеры. Также выполняющий калибровку оператор может перепутать бревна, предназначенные для калибровки. В этом случае калибровка дает ложные результаты. Эта возможность ошибки усугубляется тем, что калибровочные измерения часто выполняются при плохих погодных условиях и плохом освещении. Бревна могут раскатиться на земле в другие места, а не в те, куда оператор намеревался их положить. Проблемы в калибровочных измерениях вызываются также тем, что часто бревна так глубоко погружаются в снег или поросль, что невозможно выполнить надлежащее измерение поперечника. Кроме того, погодные условия, особенно оттаивание и замерзание древесины также оказывают некоторое влияние на результат калибровки, не говоря уже о качестве измерений, которые выполняются в лесозаготовительной головке.

[0012] При измерении длины бревен ошибки вызываются также множеством других условий. Следует особенно иметь в виду, что измеряемые бревна более или менее имеют форму усеченного конуса. Это фактор, который к сожалению часто не учитывается в решениях уровня техники. Другими словами, при калибровке измерительного устройства длина наружной или огибающей поверхности бревна часто измеряется по какой-либо точке на поверхности бревна. При этом возможно, что рулетку прокладывают параллельно образующей усеченного конуса бревна, и величина длины оказывается больше длины центральной оси бревна. Измерение калибровочного значения для желаемой длины выполняют в основном визуально и вручную, держа рулетку рядом с бревном и стараясь визуально удерживать рулетку параллельно центральной оси бревна.

[0013] Также на поверхности бревна часто возникают различные проблемы и нарушающие непрерывность точки, такие как сучки или явно выраженные искривления, что также может вызывать ошибки в результатах обмера. Также возможно и даже вполне вероятно, что торцы бревна отпилены не строго перпендикулярно центральной оси ствола. Особенно срез, сделанный на комле во время валки или на искривленном участке ствола, может сильно отличаться от предполагаемой идеальной поверхности, перпендикулярной оси бревна.

[0014] В дополнение к вышеупомянутым обычным обмерам предъявляются требования к обеспечению возможности измерения ряда качественных характеристик в интересах обработки древесины в ходе механической лесозаготовки. В качестве дополнительной информации представляет интерес определение и идентификация сучковатости, сухого содержания, скорости роста, кольцевой структуры роста и плотности, возраста и особенно факторов, снижающих качество, таких как искривление, гниль или другие дефекты.

[0015] В решениях, известных из уровня техники, мониторинг и измерение качественных характеристик производится в основном визуально, тогда как это является наиболее важной и в то же время наиболее обременительной работой для пользователя машины для обработки лесоматериала. Опытный пользователь машины способен оценивать и отслеживать несколько различных факторов, влияющих на качество и ценность обрабатываемой древесины таким образом, что это не мешает эффективной работе. Однако ясно, что по мере того, как механическая лесозаготовка становится все более распространенной и продвигается в новые географические области, трудно будет находить достаточно операторов, способных оценивать качества и принимать сложные и быстрые решения. Поэтому существует определенная потребность в автоматизации определения качественных характеристик бревна.

Сущность изобретения

[0016] Соответственно, задачей настоящего изобретения является разработка способа и устройства для осуществления способа, в которых указанные обмеры и измерения для поверки измерительных устройств могут быть выполнены насколько возможно более просто и точно.

[0017] Решение поставленной задачи достигается за счет создания способа и устройства, обладающих признаками в соответствии с пунктами формулы изобретения. Более конкретно, способ согласно изобретению характеризуется в основном признаками, изложенными в отличительной части пункта 1 формулы изобретения. В свою очередь, устройство согласно изобретению характеризуется в основном признаками, изложенными в отличительной части пункта 9 формулы изобретения.

[0018] Предпочтительные примеры осуществления изобретения изложены в зависимых пунктах.

[0019] Изобретение основывается на идее о том, что использование и калибровка устройств, средств и систем для обмера древесины в машине для обработки лесоматериала, в частности - в лесозаготовительной машине и в ее устройстве для обработки древесины или режущей головке, может производиться насколько возможно гибко в качестве компонента нормального процесса лесозаготовки, без необходимости предпринимать какое-либо специальное действие во время обработки бревна, что существенно снижало бы производительность лесозаготовки.

[0020] Изобретение обеспечивает значительные преимущества. Так, калибровка измерительного устройства в машине для обработки лесоматериала становится проще и быстрее, когда контроль лесоматериала может выполняться без остановки машины и, в частности, без спуска с нее. Настоящее решение также не требует переноса ствола к отдельному измерительному аппарату, что, естественно, также замедляло бы работу. За счет данного способа может быть существенно снижено время выключения и простоев дорогостоящей лесозаготовительной машины, что повышает экономическую эффективность машин.

[0021] Решение согласно изобретению также улучшает безопасность и эргономические условия для оператора машины для обработки лесоматериала, поскольку перемещение между кабиной и окружением машины существенно снижается по сравнению с обычной калибровкой, выполняемой на земле. Следует отметить, что при механической лесозаготовке значительная часть травм является следствием того, что человек поскальзывается и падает со ступеней рабочих машин и других мостков или спотыкается на земле вокруг машины.

[0022] В соответствии со способом и устройством согласно изобретению проверка образцов древесины, выполнение различных обмеров и измерений для калибровки измерительных устройств всегда производится, по существу, единообразно, и это означает устранение основной части ошибок, допускаемых человеком при обмерах.

[0023] В системе согласно изобретению включение отдельных стволов в образцы для обмера не создает дополнительных проблем и требует незначительного дополнительного времени на обработку по сравнению с нормальным рабочим процессом. Для некоторых бревен или стволов всего один этап добавляется к обычным операциям валки, поперечной распиловки, а также подаче и обрезке сучьев. В то же время любые систематические или случайные ошибки, которые создавали неопределенность в калибровке, могут быть устранены полностью или, по крайней мере, их влияние может быть существенно снижено.

[0024] Возможно даже создание устройства, которое автоматически и, по существу, непрерывно отслеживает точность измерительных устройств. В случае несоответствия результатов измерений или других поводов сомневаться в точности обмера устройство без специального запроса начинает выполнять калибровочные измерения или, по меньшей мере, информирует оператора машины о возможных проблемах с качеством ствола.

[0025] Устройство и способ согласно изобретению могут также на основании измеренных данных и их анализа предлагать оператору действия, с помощью которых может быть снижено негативное влияние на качество работы такого дефекта, как искривление ствола. Так, например, система, предусмотренная в лесозаготовительной машине, может информировать оператора, в каком месте ствол или бревно должно быть срезано по отношению к первоначальному положению этого места в соответствии с инструкцией, чтобы снять или, по меньшей мере, снизить до минимума вызванную искривлением проблему. Предпочтительно, это место среза находится в месте, где предназначенный для валки ствол наиболее искривлен, с предположением того, что по обе стороны от места среза могут иметься по возможности полезные и ценные отрезки древесины для деревообрабатывающей промышленности. Известные сами по себе измерительное устройство и информационная система лесозаготовительной машины поперечного среза способны к выполнению этих действий при условии информированности о смещении от первоначальной точки среза по требованиям качества. В настоящее время этот рабочий этап обычно выполняется оператором машины.

[0026] Устройство согласно изобретению и соответствующий способ просты в освоении и могут использоваться как в новых, так и в уже находящихся в эксплуатации машинах для обработки лесоматериала. Разумеется, что система калибровки этого типа при желании может быть интегрирована в качестве независимого или неотъемлемого компонента информационной системы лесозаготовительной машины.

[0027] Постоянная и надежная калибровка измерительных устройств машины для обработки лесоматериала обеспечивает возможность дальнейшего улучшения использования лесоматериала. Так, древесный ствол может быть уже в лесу разрезан точно по размерам, что позволяет устранить существующие в настоящее время неоправданно большие припуски на доработку. Сэкономленное количество древесины может быть легко подсчитано, и его общее количество будет немалым. Высокая точность обмера по длине и диаметру создает условия быстрой и успешной распиловки, что является обычным путем выбора точек разреза ствола для достижения наибольшей возможной ценности исходного лесоматериала.

[0028] Другие преимущества изобретения раскрыты в последующем подробном описании конкретных примеров осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

[0029] Далее будут подробно раскрыты некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг. 1 показана блок-схема способа, относящегося к измерению лесоматериала,

на фиг. 2 показан принцип действия устройства согласно изобретению,

на фиг. 3 показан принцип действия устройства согласно изобретению в другом варианте осуществления,

на фиг. 4 показаны измерительные точки, полученные при измерении, направленном на передний торец ствола,

на фиг. 5-7 показаны измерительные точки, полученные при измерении направленном вдоль бревна, и

на фиг. 8 показаны данные измерений, полученные при вычислительной обработке измерительных точек бревна.

Подробное раскрытие предпочтительных вариантов изобретения

[0030] На чертежах способ и устройство для обмера лесоматериала показаны не в масштабе, чертежи имеют схематичный вид и иллюстрируют принцип действия предпочтительных вариантов осуществления. Конструктивные элементы обозначены на чертежах теми же позициями, которыми они обозначены в описании.

[0031] На фиг. 2 и 3 показана сама по себе известная машина 1 для обработки лесоматериала, которая содержит перемещаемое стреловой конструкцией 2 устройство для обработки лесоматериала. В этом варианте осуществления устройство образовано режущей головкой 3, с помощью которой дерево срезается и разделывается для получения одного или более бревен из обрабатываемого ствола 4. Режущая головка оснащена известными измерительными средствами, которые следуют за ее поверхностью в контакте с ней для замера диаметра и длины бревна во время обработки и здесь подробно не показаны.

[0032] Далее, на фиг. 2 и 3 показаны вторые средства 5 контроля в машине 1 для обработки лесоматериала, с помощью которого характеристики бревна могут определяться, предпочтительно, фотограмметрическими способами, без контакта. Эти средства контроля позволяют определять диаметр и форму площади поперечного сечения торца бревна, диаметр и форму площади поперечного сечения в других частях вдоль продольной оси бревна и длину бревна. Другими словами, настоящее решение, по существу, обеспечивает возможность определения трехмерной геометрии ствола 4 дерева, удерживаемого режущей головкой 3 и отходящего от нее при подаче, а также размеры ствола. Это измерение бесконтактного типа может производиться, например, с помощью лазерного измерительного средства или с помощью соответствующей системы с камерой, такой как стереокамера или дистанционная камера. С помощью этих устройств могут быть получены двухмерные и трехмерные данные измерений.

[0033] Измерение может выполняться при использовании видимого света или, при необходимости, электромагнитных волн других длин, таких как длины волн инфракрасного, ультрафиолетового или рентгеновского излучения, в зависимости от требуемых результатов измерений.

[0034] Хотя на фиг. 2 и 3 средства контроля показаны расположенными вблизи стреловой конструкции 2 машины для обработки лесоматериала, это не ограничивает их места расположения. С учетом чувствительности средств контроля может быть даже более предпочтительным расположить их в кабине (не показана) машины для обработки лесоматериала, где они были бы защищены от случайных ударов. В этом месте расположения средства контроля также оставались бы чистыми при обеспечении беспрепятственного доступа к области измерений. Средства 5 контроля этого типа работают таким образом, чтобы один или более измерительных лучей 6 были направлены на измеряемый объект, которым в данном случае является подлежащее валке дерево. Эти измерительные лучи обозначены на фиг. 2 позициями l₁ и l₂, а на фиг. 3 - коническим измерительным пространством 6. По ходу измерительных лучей получают двухмерное или трехмерное облако 7 точек мишени в соответствии с задачей обмера, при этом примеры облака 7 точек показаны на фиг. 4-8. Получаемое облако 7 точек может иметь самые различные формы. Так, оно может быть образовано полным точечным пространством или точками наблюдения средствами контроля. Облако 7 точек может быть также получено так, что вначале средства контроля выявляют с более низким разрешением интересующий объект, подлежащий измерению, а после этого измерительные лучи направляются снова в это ограниченное частичное пространство, например, с более высоким разрешением или с более медленным перемещением по меньшей мере одной оси средств контроля.

[0035] Так, например, при использовании лазерного сканера ближнего действия средства 5 контроля передают из нулевой точки лазерный луч 6, с помощью которого в лазерном сканере ближнего действия измеряют расстояние от средств контроля до мишени на основании времени распространения света, причем расстояние измеряют по времени, которое световой сигнал проходит от средств контроля до мишени и обратно. Таким путем могут быть получены индивидуальные координаты для каждой измерительной точки. Дополнительно к координатам система также может записывать величину интенсивности для каждой точки на основании силы обратного сигнала. На основании этой интенсивности известным образом можно различать, например, структуру измеряемой мишени. В результате измерений генерируют трехмерное облако 7 точек, из которого формируют, например, цифровую трехмерную модель поверхности или триангуляционную сеть ствола дерева. Подвергающийся исследованию объект может быть сканирован указанным образом за один проход, но сканирование может быть выполнено также несколько раз для лучшего сбора информации об исследуемом объекте. Затем полученные отдельные облака точек могут быть скомбинированы в единую совокупность.

[0036] Хорошие характеристики устройства, основанного на лазерной технологии, в этом типе измерений в открытом пространстве обусловлены, например, тем фактом, что солнечный свет или другие изменения условий освещения не так легко мешают обмерам, как это часто случается, например, в компьютерной системе на основе камеры.

[0037] При использовании лазерных средств 5 контроля на основе одиночного лазерного луча точность такого единичного измерительного луча достаточно высока. Система также обеспечивает очень точные данные измерения расстояния. Однако слабостью устройства этого типа часто является низкая скорость измерения и фокусировки луча. Однако, при работе устройство этого типа может предпочтительно выполнять соответствующее число измерений поверхности ствола 4 дерева для получения надежного результата, а измерительные сигналы могут быть приведены к среднему сигналу для создания желаемого облака точек.

[0038] При использовании готового имеющегося в продаже лазерного сканера измерительным лучом управляют автоматически, в типовом случае - с помощью подвижной системы зеркал, и в этом случае большое число измерений выполняется быстро в широкой зоне наблюдения. Эти сканеры выпускаются в виде сканеров двухмерного и трехмерного сканирования, а также в виде устройств, измеряющих несколько двухмерных уровней, в частности, для использования на транспортных средствах.

[0039] Также широко известным способом можно снабдить лазерный сканер трехмерного сканирования возможностями на основе технологии лазерного сканера двухмерного сканирования путем придания ему подвижности и одновременного измерения положения добавленной степени свободы и измерительных данных, после чего облако 7 точек трехмерного измерения получают путем комбинирования данных.

[0040] Известны также лазерные сканеры ближнего действия, которые возвращают больше одного отражения от каждой точки измерительного луча, и эта характеристика может способствовать использованию измерительного устройства в условиях, когда на пути измерительного луча попадаются такие препятствия, как мелкие ветки, листва, отдельные листья, или такие помехи, как дождевые капли или снежные хлопья, вызванные погодными условиями. Таким образом, несколько сигналов, возвращаемых устройством контроля, могут интерпретироваться более разносторонним образом и фильтроваться для получения, например, более надежных данных обмера и калибровки.

[0041] Путем использования координат облака 7 точек формы мишени могут моделироваться способом, который известен сам по себе, при этом точность и надежность моделирования зависит от типа и числа устройств контроля. Естественно, если видимы только конец и одна из огибающих поверхностей бревна, требуются некоторые допущения и определение геометрии обратной стороны бревна. Даже при таком осуществлении возможно точное измерение по сравнению с современными способами измерения. Однако, само собой разумеется, что если указанное облако точек может быть образовано для всего бревна, когда может быть надежно измерена даже форма теневой поверхности, общая точность измерения может быть значительно повышена.

[0042] Раскрытый выше способ отслеживания бревна 4 различными средствами 5 контроля, предпочтительно, выполняют так, как схематически представлено на фиг. 1. В этом случае за валкой ствола и обрезкой сучьев традиционно следует резка ствола и обмер полученных бревен, и этот цикл повторяют до завершения работы на площади лесозаготовки. Существенной частью рабочего цикла является также калибровка измерительных устройств, которая может быть значительно упрощена с помощью настоящего бесконтактного измерения.

[0043] Далее, команда калибровки, принятая до валки, во время валки, или следующие за ней рабочие этапы инициализируют средства 5 контроля и передачу измерительного сигнала 6 к стволу дерева или к какому-либо другому находящемуся в работе бревну 4. Средства контроля принимают создаваемые измерительным сигналом измерительные импульсы и генерирует из них вышеописанное облако 7 точек. В то время как режущая головка удерживает ствол или его часть, комель ствола, длину ствола и другие возможные геометрические формы ствола или бревна определяют по этому облаку точек.

[0044] Контрольные данные получают из результатов облака 7 точек для размеров, которые режущая головка измеряет во время работы с помощью обычных контактных измерительных средств. Данные измерений, выдаваемые средствами контроля, или идентификационные данные, как они названы на чертежах, затем сравнивают с данными измерений измерительных средств, чтобы определить, соответствуют ли друг другу два полученных значения измерений. При возможном расхождении значение измерения, полученное от измерительных средств, корректируют заменой на значение измерения, полученное от средств контроля. Действие повторяют для всех требуемых значений измерений. Наконец, работу измерительных средств режущей головки регулируют с учетом любого отклонения значений измерений, выявленных при сравнении.

[0045] Возможна также работа средств контроля для более или менее непрерывного отслеживания характеристик подлежащих валке древесных стволов или подлежащих обработке бревен 4. Таким образом, значения измерений от измерительных средств могут быть откорректированы даже и впоследствии. Так, в системе может быть предусмотрено предупреждение или указание о возможной необходимости калибровки, но решение о выполнении калибровки оставляется на усмотрение оператора. При необходимости может быть предусмотрено также предотвращение продолжения работы, если есть повод подозревать, что измерительные средства работают неудовлетворительно или с неудовлетворительной точностью.

[0046] Система может быть выполнена с возможностью предлагать значение корректировки для использования в калибровке или, при разрешении оператора, с возможностью выполнения автоматической корректировки измерительного устройства.

[0047] Данная система для обмера длины ствола или отрезанного от него бревна 4 работает следующим образом, как это иллюстрируется на фиг. 2.

[0048] По меньшей мере, одно средство 5 контроля генерирует по меньшей мере один измерительный луч 6, направленный на ствол 4 или бревно, захваченный режущей головкой 3 машины 1 для обработки лесоматериала. При необходимости уровень 8 отсчета на режущей головке 3 может идентифицироваться по облаку 7 точек, генерируемому измерительным сигнальным полем Этот уровень отсчета может быть обычной плоской поверхностью режущей головки, которая легко распознается из облака точек или из его части, или он может быть отражающей поверхностью, предусмотренной для этой цели, и т.п. Далее, из облака точек идентифицируют торцевую поверхность 9 бревна между режущей головкой и средством 5 контроля. После идентификации торцевой поверхности и уровня отсчета можно вычислить расстояние между этими точками.

[0049] l=l₂-cosα×l₁+k,

где

l₁ - измеренное средством контроля нижнее расстояние от средства контроля до торцевой поверхности бревна,

l₂ - измеренное средством контроля верхнее расстояние от средства контроля до уровня отсчета режущей головки,

k - расстояние от уровня отсчета до плоскости пилы,

α - угол между измерительными лучами средства контроля,

l - длина бревна.

[0050] На практике измерение выполняют таким образом, что после идентификации торцевой поверхности 9 бревна 4 его диаметр определяют в качестве первого калибровочного измерения диаметра бревна, подлежащего обмеру. Дальше расчетное расстояние l между уровнем 8 отсчета и торцевой поверхностью режущей головки бревна определяют в качестве второго калибровочного значения.

[0051] Для нахождения торцевой поверхности 9 бревна 4 используют программу измерения для определения начального уровня облака 7 точек, который обычно образован первым уровнем с достаточным количеством точек измерения для вычисления по лучу. Этот тип облака точек показан на фиг. 4. В этом случае конечный уровень измерительного сигнального поля образован точкой корпуса пилы на режущей головке, расстояние которой от плоскости пилы известно.

[0052] Когда начальный и конечный уровни определены, калибровочные значения формы бревна 4 сравнивают со значениями измерений, полученными на режущей головке 3, при продолжении лесозаготовки, и любую потребность в корректировке, обусловленную калибровочными значениями выявленной формы бревна оценивают по отношению к данным измерения бревна, полученным в машине для обработки лесоматериала.

[0053] Если калибровочные значения диаметра бревна 4, полученные от измерительного сигнального поля, обеспеченного средствами 5 контроля, отличаются от результата измерения диаметра фактическим измерительным устройством на режущей головке, то полученное от измерительного сигнального поля значение диаметра используют для калибровки измерительного устройства для измерения диаметра в машине 1 для обработки лесоматериала. Подобным образом, если калибровочные значения длины бревна 4, полученные от измерительного сигнального поля средств 5 контроля, отличаются от результата измерения длины имеющимся измерительным устройством на режущей головке, то полученное от измерительного сигнального поля значение длины используют для калибровки измерительного устройства для измерения длины в машине 1 для обработки лесоматериала.

[0054] В отличие от вышеописанного точечного или веерного измерения можно также использовать сканирование, дающее трехмерный результат в соответствии с фиг. 3. Этот способ измерения, называемый лазерным сканированием, используют для получения точных трехмерных данных без контакта с мишенью. Обычно эта технология осуществляется лазерными лучами. В этом случае измерительный сканер, который служит средством контроля, излучает лучи в виде плотного растра или сетки измерительных лучей. По мере возврата лучей от препятствия сканер измеряет расстояние до препятствия и вычисляет координаты точек отражения. Одновременно измеряется также интенсивность обратного луча. Путем сканирования целевого объекта от нескольких направлений одним или более средствами контроля получают облако 7 точек, а результаты измерений могут быть скомбинированы в один файл для обработки. Комбинация обеспечивает получение трехмерной компьютерной модели, в которой одна точка расположена в каждой точке отражения луча. Из этих точек в облаке точек может быть очерчена трехмерная поверхность целевого объекта.

[0055] В этом типе трехмерного измерительного способа бревно 4 захватывают режущей головкой 3, расположенной на стреловой конструкции 2 машины для обработки лесоматериала, а затем измерительное сигнальное поле по меньшей мере одного средства контроля направляют на бревно для определения его различных размеров. Затем измерительное сигнальное поле средства контроля, использующее бесконтактное измерение, направляют на бревно, получая в результате облако 7 точек, которое записывают в запоминающее устройство системы. Далее подлежащую идентификации часть бревна идентифицируют из этого облака точек. Этими частями может быть диаметр, то есть диаметр торцевой части бревна, или его длина. Дополнительно может быть определен, например, диаметр бревна вдоль всей его длины по измерительным точкам на огибающей поверхности бревна путем их расположения на предполагаемой огибающей поверхности бревна. Предпочтительно, эта поверхность образована из частей, которые имеют, по существу форму усеченного конуса и расположены одна за другой в продольном направлении. Эта операция показана на фиг. 8. Из нее можно определять, например, является ли идеальной вариация вычисленной центральной точки продольного сечения бревна, то есть возможную кривизну бревна относительно его продольной оси или так называемое искривление, или отклонение поперечного сечения бревна от круглой формы. При необходимости из облака точек идентифицируют контрольную конструкцию, образующую часть машины для обработки лесоматериала, что упрощает, например, определение длины.

[0056] Когда принято решение о подлежащем измерению параметре, его формируют из бревна, представленного координатами облака 7 точек, после чего результат направляют в измерительную систему машины для обработки лесоматериала для дальнейшего анализа.

[0057] Так например, при анализе искривления бревна измерительные точки, представляющие геометрию огибающей поверхности, образованной наружной поверхностью бревна, выбирают в качестве подлежащего измерению параметра таким образом, чтобы он определялся более чем одной точкой длины бревна. Затем полученные отдельные данные сравнивают с идеальными геометрическими данными измерения бревна. В заключение полученные в результате сравнения расхождения могут быть зарегистрированы в измерительной системе для дальнейшей передачи в качестве данных качества бревна.

[0058] Предпочтительно, полученные настоящим способом результаты измерения должны сравниваться с результатами обычного измерения, полученными режущей головкой в машине для обработки лесоматериала. Любые отклонения в результате сравнения могут использоваться для получения калибровочного значения для каждого результата измерения в ходе лесозаготовки.

[0059] Таким образом, в качестве результата сравнения можно корректировать как конечный результат уже сделанных измерений, так и обеспечиваемые режущей головкой будущие значения измерений с помощью значений, полученных от измерительного сигнального поля в целях калибровки механического устройства для обмера лесоматериала.

[0060] Этот тип сравнения может выполняться с регулярными интервалами, в то время как лесозаготовка продолжается непрерывно или, по существу, непрерывно в ходе работы режущей головки машины. Согласно последней по времени практике внезапное изменение значения измерения может инициировать немедленное сравнение со значениями, полученными от измерительного сигнального поля, и, возможно, если это необходимо, последующую калибровку значений измерений или устройств.

[0061] Вышеупомянутые средства контроля предназначены для обеспечения измерительного сигнального поля для определения физических характеристик бревна, и в этом случае средства контроля могут содержать, например, по меньшей мере, один сканер двухмерного или трехмерного сканирования. Они могут содержать сканер, работающий по технологии трехмерного сканирования и способный выполнять бесконтактные обмера, такой как лазерный сканер ближнего действия.

[0062] Следует понимать, что приведенное описание и чертежи предназначены только для иллюстрации данного решения. Решение не ограничивается примером осуществления, описанным или определенным в пунктах формулы изобретения. Для специалиста в данной области очевидно, что множество вариантов и модификаций возможно в пределах объема изобретательской идеи, определенной в пунктах формулы изобретения.

Изобретение относится к области измерительной техники. Устройство и способ обмера бревна (4) в машине (1) для обработки лесоматериала включает в себя захват бревна режущей головкой (3), расположенной на стреловой конструкции (2) машины для обработки лесоматериала. Размеры бревна измеряют с помощью по меньшей мере одного измерительного устройства в машине для обработки лесоматериала. Измерительное сигнальное поле, образованное одним или более измерительным лучом (6) направляют к бревну (4) с помощью устройства (5) контроля, использующего бесконтактное измерение. Генерируемое измерительным сигнальным полем облако (7) точек записывают в запоминающее устройство. Подлежащие идентификации части идентифицируют из этого облака точек, подлежащий измерению параметр определяют и формируют из информационного содержания облака точек. Полученный результат направляется в измерительную систему машины для обработки лесоматериала для дальнейшего использования. Технический результат – упрощение и повышение точности обмера лесоматериала. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ обмера бревна (4) в машине (1) для обработки лесоматериала, содержащий следующее:

захватывают бревно режущей головкой (3), расположенной на стреловой конструкции (2) машины для обработки лесоматериала,

измеряют размеры бревна с помощью по меньшей мере одного измерительного устройства в режущей головке (3) машины для обработки лесоматериала,

направляют к бревну (4) измерительное сигнальное поле, образованное одним или более измерительными лучами (6) с помощью устройства (5) контроля, использующего бесконтактное измерение,

записывают облако (7) точек, созданное посредством измерительного сигнального поля,

отличающийся тем, что

данный способ дополнительно содержит следующие шаги:

для обеспечения облака (7) точек в кабине управления машины (1) для обработки лесоматериала устанавливают устройство (5) контроля,

из облака (7) точек идентифицируют:

- подлежащую идентификации часть бревна,

- уровень (8) отсчета,

- торцевую поверхность (9),

формируют трехмерную модель идентифицируемой части,

определяют подлежащий измерению параметр,

формируют этот параметр из трехмерной модели,

направляют полученный результат в измерительную систему машины для обработки лесоматериала,

сравнивают измеренный параметр со значением измерения, обеспечиваемым режущей головкой в машине для обработки лесоматериала, при продолжении лесозаготовки в целях получения калибровочного значения для результата обмера,

оценивают необходимость корректировки, обусловленную полученным калибровочным значением для идентифицированного бревна относительно значения измерения бревна, обеспечиваемого устройством для обработки лесоматериала,

с помощью параметра, полученного от измерительного сигнального поля, корректируют значения измерений, полученные режущей головкой, в целях калибровки механического устройства обмера бревна.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве подлежащего измерению параметра выбирают диаметр торцевой поверхности бревна.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве подлежащего измерению параметра выбирают длину бревна.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве подлежащего измерению параметра выбирают диаметр бревна, при этом диаметр определяют из более чем одного сечения длины бревна, и

сравнивают полученные размеры диаметра с идеальными размерами геометрии бревна.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что сравнивают полученные от измерительного сигнального поля параметры со значениями измерения, обеспечиваемыми режущей головкой в машине для обработки лесоматериала, через регулярные интервалы времени при продолжении лесозаготовки.

6. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что, по существу, непрерывно отслеживают обеспечиваемые режущей головкой в машине для обработки лесоматериала значения измерений, вследствие чего

внезапное изменение значения измерения инициирует сравнение значений измерений со значениями, полученными от измерительного сигнального поля.

7. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что измерение выполняют посредством по меньшей мере одного средства контроля на основе лазерного луча.

8. Устройство для обмера бревна (4) в машине (1) для обработки лесоматериала, содержащее

режущее устройство (3), перемещаемое стреловой конструкцией (2) для валки и обработки дерева,

по меньшей мере один комплект измерительных средств для измерения, по меньшей мере, диаметра и длины бревна (4), отделенного от дерева в ходе обработки,

причем измерительные средства расположены в режущей головке машины для обработки лесоматериала,

устройство (5) контроля, использующее бесконтактное измерение, для направления к бревну (4) измерительного сигнального поля, образованного одним или более измерительным лучом (6), и генерирующее облако (7) точек,

запоминающее устройство для записи указанного облака точек,

отличающееся тем, что

устройство (5) контроля установлено в кабине управления машины для обработки лесоматериала для генерирования облака (7) точек,

при этом устройство дополнительно содержит:

средства обработки для обработки данных по меньшей мере одного облака (7) точек, генерируемого измерительным сигнальным полем, и

средства сравнения для сравнения данных измерения, обеспечиваемых облаком точек, с данными измерения, обеспечиваемыми устройством для обработки лесоматериала,

средства для оценки необходимости корректировки, обусловленной определенным калибровочным значением для идентифицированного бревна, с учетом значения измерения бревна, обеспечиваемого устройством для обработки лесоматериала,

средства для корректировки значений измерений, полученных режущей головкой, с помощью параметра, полученного от измерительного сигнального поля, в целях калибровки механического устройства обмера бревна.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что средства контроля содержат сканер двухмерного сканирования.

10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что средства контроля содержат по меньшей мере один сканер трехмерного сканирования.

11. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что средства контроля содержат по меньшей мере один сканер, использующий технологию трехмерного сканирования и способный выполнять бесконтактное измерение.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что средства контроля содержат по меньшей мере один лазерный сканер ближнего действия.