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Dokumentenidentifikation DE19882394B4 25.08.2005
Titel Verfahren zur Bestimmung des Anteils von in einem Rindenstrom vorliegendem Holzmaterial
Anmelder Andritz-Patentverwaltungs-Ges.m.b.H., Graz, AT
Erfinder Taipale, Esa, Lahti, FI;
Mayböck, Rudolf, St. Bartholomä, AT
Vertreter Zipse & Habersack, 80639 München
DE-Anmeldedatum 19.05.1998
DE-Aktenzeichen 19882394
WO-Anmeldetag 19.05.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/FI98/00420
WO-Veröffentlichungsnummer 0009853313
WO-Veröffentlichungsdatum 26.11.1998
Date of publication of WO application in German translation 27.07.2000
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 25.08.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.08.2005
IPC-Hauptklasse G01N 33/46
IPC-Nebenklasse B27L 1/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Anteils von Holzmaterial, das in einem aus einem Entrinden stammenden Rindenstrom vorliegt, und zur Steuerung eines Rindenverfahrens auf der Grundlage dieser Daten, um Holzverluste in dem Entrindungsprozeß zu reduzieren.

Beim Entrinden, einem normalerweise mittels einer Entrindungstrommel ausgeführtem Entrindungsprozeß, besteht die Aufgabe darin, Rinde von der Oberfläche der Bäume zu entfernen, um so ein gewünschtes Ausmaß an Entrindung zu erhalten. Zugleich jedoch tritt ein Abschaben und Zerstückeln von Holzmaterial selbst auf, das einen Holzverlust darstellt, da er Teil eines Rindenstromes wird. Natürlich ist es wünschenswert den Holzverlust minimal zu halten, insbesondere weil Holz der Hauptkostenfaktor in der Herstellung von Pulper und Papier ist. Als eine Regel kann der Rindenstrom Holz von bis zu ca. 10 bis 40% enthalten, was Holzverlusten von 2 bis 5% der Gesamtmenge an verwendeten Holzmaterial entspricht.

Im Stand der Technik wird die Menge oder der Anteil von Holz in einem Rindenstrom gemessen, indem eine Probe von dem Rindenstrom entnommen wird. Die Probe wird von Hand bearbeitet, um Holz- und Rindenmaterial voneinander zu trennen, das dann getrocknet wird und danach die relative Menge an Holz gemessen wird. Ein Trocknen ist notwendig um die Trockengewichte zu vergleichen. Gemäß dem SCAN-Standard dauert das Trocknen 16 Stunden.

Die Messungen obiger Art werden meist für Statistiken durchgeführt, doch haben derartige Messungen in Bereichen der Prozesssteuerung nur wenig Bedeutung gehabt, da sich die Situation während der durch das Trocknen beanspruchten Zeit erheblich ändern konnte.

Die ältere, nicht vorveröffentliche EP 08 31 320 A2 diskutiert der Steuerung einer Entrindungsanlage dienende Verfahren zur Bestimmung der Menge an Holzmaterial in einem Rindenstrom mit Hilfe von in Bildelementen organisierten Bildern, in denen diese Bilder auf Helligkeiten analysiert werden und für die Zuordnung Helligkeitsschwellen in jedem Bildelement gesetzt werden.

Die aus derartigen Bildern gewonnenen Informationen können zur Steuerung der Entrindung oder von anderen Vorgängen eingesetzt werden. Derartige In-Situ-Verfahren sind beispielsweise aus DE 195 10 008 C2, US 44 02 604 oder US 55 44 757 bekannt.

Eine wesentliche Schwierigkeit im Stand der Technik besteht darin, die in den aufgenommenen Bildern enthaltenen Informationen dahingehend auszuwerten, dass diese die für die Steuerung relevanten Daten genau abbilden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung eines Holzverlustes in einem Entrindungsverfahren im Grunde in Echtzeit zu schaffen, und damit eine Möglichkeit zur Steuerung des Entrindungsverfahrens vorzusehen, um Holzverluste zu reduzieren. Diese Aufgabe besteht insbesondere darin ein Verfahren zu schaffen, welches eine genauere Bestimmung der vorgenannten Daten, insbesondere des im Rindenstrom vorliegenden Holzanteils, ermöglicht.

Gemäß der Erfindung ist dieses Ziel und ein Verfahren der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einer Entrindung stammender Rindenstrom optisch auf seine Helligkeit vermessen wird, und das Messergebnis als eine Grundlage verwendet wird, um die in dem Rindenstrom befindliche Menge an Holzmaterial mittels einer Datenprozesseinheit programmgemäß zu bestimmen, und dass das Entrindungverfahren auf der Grundlage der Menge an aus dem Rindenstrom bestimmtem Holzmaterial gesteuert wird.

Es ist zu betonen, dass sich in dieser Anmeldung der Begriff Helligkeit nicht nur auf verschiedene Grautöne sondern ebenso auch auf eine Farbtrennung bezieht.

Eine das Verfahren realisierende Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einer Entrindung stammender Rindenstrom von einer Kamera aufgenommen wird, wobei das durch die Kamera aufgenommene Bild mit einer Bildverarbeitungseinheit verarbeitet wird, die verschiedene Helligkeiten der Bildelemente oder Pixel des Bildes als eine Grundlage zur programmgemäßen Bestimmung des Anteiles von Holzmaterial in dem Rindenstrom verwendet, und dass die Bildverarbeitungseinheit dazu bestimmt ist, ein Ausgabesignal zur Steuerung des Entrindungsverfahrens zu erzeugen.

Die Echtzeitmessung eines Rindenstromes gemäß der Erfindung zur Bestimmung der Menge an Holzmaterial, das in dem Rindenstrom enthalten ist, bietet in einem durchschnittlichen Holzraum eine Möglichkeit, 1 bis 2% der Gesamtmenge an Holz zu sparen, was in Abhängigkeit der Größe eines Holzraumes 5.000 bis 40.000 festen Kubikmetern an jährlichem Holz entspricht.

Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Anteiles von Holzmaterial, das in einem Rindenstrom vorliegt, der einem Verbrennungsprozeß zugeführt wird, und zur Steuerung des Verbrennungsprozesses auf der Grundlage der Daten, um den Verbrennungsprozeß zu optimieren.

Insbesondere in Kraftwerken von Sägemühlen, Pulper- und Papiermühlen, die eine Mischung aus Rinden- und Holzmaterial verbrennen, ist die Schwankung eines Wärmewertes der zu verbrennenden Mischung ein Problem. Der wichtigste Faktor, der auf den Wärmewert wirkt, ist die Feuchtigkeit einer zu verbrennenden Mischung, wobei ebenso die Schwankung der relativen Anteile von beispielsweise Rinden- und Holzmaterial in einer zu verbrennenden Mischung eine Wirkung auf den Wärmewert hat.

In dem Verfahren der Erfindung wird die Wirkung der Schwankung zwischen den relativen Anteilen von Rinden- und Holzmaterial auf den Wärmewert derart gelöst, dass die Helligkeit von einem Rindenstrom optisch gemessen wird und das Messergebnis als eine Grundlage verwendet wird, um die in dem Rindenstrom befindliche Menge an Holzmaterial mittels einer Datenprozesseinheit programmgemäß zu bestimmen, und die aus dem Rindenstrom bestimmte Menge an Holzmaterial als Grundlage verwendet wird, um einen Wärmewert für das in dem Rindenstrom vorliegende Material zu berechnen, und zur Steuerung des Verbrennungsprozesses, wie er durch diesen Wert gefordert wird.

Bei einer das Verfahren realisierenden Vorrichtung wird dass ein Rindenstrom mittels einer Kamera aufgenommen, wobei das durch die Kamera aufgenommene Bild mit einer Bildverarbeitungseinheit verarbeitet wird, die verschiedene Helligkeiten der Bildelemente des Bildes als eine Grundlage verwendet, um den Anteil von Holzmaterial in dem Rindenstrom programmgemäß zu bestimmen, und dass die Bildverarbeitungseinheit dazu bestimmt ist, ein Ausgabesignal zur Steuerung des Verbrennungspozesses zu erzeugen.

Die Erfindung wird nun in größerem Detail mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:

1 schematisch einen Holzraum zeigt, der mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung ausgerüstet ist;

2 ein originales schwarz/weiß Bild zeigt, dass von einem Rindenstrom aufgenommen wurde und das Bild dabei nach einem Iterationsprozeß bearbeitet wurde.

In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine drehbare Entrindungstrommel, in die die zu entrindenden Bäume durch deren eines Ende mittels eines Zufuhrförderers 2 zugeführt werden, und die entrindeten Bäume an dem anderen Ende auf einem Entnahmeförderer 3 herauskommen.

Ein Drehen der Trommel 1 verursacht ein Rollen und Zusammentreffen der Stämme gegeneinander, wobei die Rinde von deren Oberfläche entfernt wird und von der Trommel 1 durch Rindenschlitze (nicht gezeigt), die sich in dem Trommelgehäuse befinden, auf ein unterhalb der Trommel 1 angeordnetes Förderband 4 abgegeben wird. In Abhängigkeit der Verfahrenseinstellungen verlieren die Bäume jedoch zugleich mehr oder weniger vom eigentlichen Holzmaterial, das Holzverluste darstellt, da es durch die Rindenschlitze zusammen mit den Rinden abgegeben wird.

Um einen Holzstrom zu fotografieren, der auf das unter der Trommel 1 angeordnete Förderband 4 fällt und darauf in der Richtung eines Pfeiles 5 bewegt wird, wurde oberhalb des Abgabeendes des Förderbandes 4 eine Kamera 6 und erforderliche Lichteinheiten 7 montiert.

Die Kamera 6 ist an eine Bildverarbeitungseinheit 8 angeschlossen, die verschiedene Helligkeiten in den Bildelementen eines durch die Kamera 6 aufgenommenen Bildes als eine Grundlage verwendet, um die Menge an Holzmaterial in dem Rindenstrom programmgemäß zu bestimmen.

Die Bildverarbeitungseinheit 8 erzeugt ein Ausgabesignal 9 zur Steuerung des Entrindungsprozesses. Am geeignetsten wird das Ausgabesignal 9 dazu bestimmt, den Entrindungsprozeß automatisch zu steuern.

Die Vermessung eines Rindenstromes wird im Wesentlichen als eine Echtzeitmessung ausgeführt und vorteilhafterweise, indem die Messung von einem sich bewegenden Rindenstrom ausgeführt wird. Natürlich ist es ebenso möglich, Proben zu entnehmen und diese in einer stationären Lage zu fotografieren.

Die Bildverarbeitung geschieht wie folgt.

Die voreingestellten Schwellenwerte für Helligkeiten werden als eine Grundlage verwendet, um die großen Holzstücke von kleinen Rindenstücken und dem Hintergrund (Förderband) zu erfassen.

Beispielsweise, wenn die Helligkeit z.B. zwischen 0 und 256 variiert, wobei in Ausdrücken der Helligkeit, 0 schwarz und 256 weiß darstellt, werden die voreingestellten Schwellenwerte auf der Grundlage von Experimenten für bestimmte Typen von Holz gesetzt, z. B. bei 120 und 200, stellt die Helligkeit 200 bis 256 Holz und 0 bis 120 Rinde dar.

Die Helligkeiten der als Rinde oder Holz identifizierten Bildelemente werden als das Minimum oder Maximum gesetzt, d. h. Rinde bei dem Wert von 0 und Holz bei dem Wert von 256.

Das im vorhergehenden Schritt zusammengestellte neue Bild wird mittels eines Mittelwertfilters analysiert, der das gesamte Bild in kleinen Abschnitten untersucht und eine durchschnittliche Helligkeit von jedem Abschnitt berechnet. Der Durchschnitt oder Mittelwert wird als eine Grundlage verwendet, um einen Bildabschnitt entweder als Holz, Rinde oder als unidentifiziert zu bestimmen, um auf den nächsten Zyklus zu warten. Diese Folge trennt kleine Holzstücke und große Rindenstücke.

Wenn der Durchschnitt in einen Bereich fällt, der als Holz (200 bis 256) oder als Rinde (0 bis 120) bestimmt ist, werden derartige Bereiche mit Werten von Rinde = 0 und Holz = 256 dargestellt.

Die Folgen 1 bis 3 werden wiederholt, bis alle Pixel bestimmt sind oder bis eine voreingestellte Anzahl an Iterationen erreicht ist.

Die Arbeitsweise des Systems basiert auf der Tatsache, dass die zu bestimmenden Bereiche entweder als Rinde oder Holz die von dem Mittelwertfilter über den nächsten Iterationszyklus erhaltenen Durchschnitte beeinflussen, wobei jeder Zyklus folglich ein vollständigeres Ergebnis liefert.

2a zeigt ein Beispiel eines Orginalbildes, das von einem Rindenstrom aufgenommen wurde.

2b zeigt ein Originalbild entsprechend der 2a dem ersten Iterationszyklus folgend, das mittels der Bildverarbeitungseinheit 8 verarbeitet wurde. Auf der Grundlage der Helligkeiten ist es möglich, in Ausdrücken der relativen Zahlen der Bildelemente, die als Holzrinde oder als undefiniert bestimmt wurden, zu berechnen, dass die Menge an Holz 12%, die Menge an Rinde 33,1%, und der noch zu definierende Bereich mit mehr als einer Hälfte entsprechend 54,8% beträgt.

In 2c ist das Originalbild (2a) in demselben Umriß wie 2b nach der Vervollständigung von 20 Iterationszyklen dargestellt. Auf der Grundlage der Helligkeiten ist es möglich, zu berechnen, dass die Menge an Holz 27,4%, die Menge an Rinde 70,5%, und die Menge eines noch undefinierten Bereiches nicht mehr als 2,1% beträgt.

In 1 ist ein Verfahren und eine das Verfahren realisierende Vorrichtung zur Reduzierung von Holzverlusten in einem Entrindungsverfahren aufgezeigt. Die Grundidee der Erfindung kann jedoch ebenso beispielsweise derart verwendet werden, dass irgendein auf dem Förderband 4, wie in 1 gezeigt, vorliegender Rindenstrom, der zur Verbrennung transportiert wird, in Verbindung mit 1 wie beschrieben analysiert wird, wobei jedoch nach der Bestimmung der Menge an Holzmaterial der Wärmewert des in dem Rindenstrom vorliegenden Materials berechnet und der Verbrennungsprozeß auf dessen Grundlage gesteuert wird.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Bestimmung der Menge an Holzmaterial, das in einem von einer Entrindung kommenden Rindenstrom vorliegt, und zur Steuerung eines Entrindungsprozesses auf der Basis dieser Daten zur Reduzierung von Holzverlusten in dem Entrindungsprozeß, in welchem Verfahren ein vom Entrinden kommender Rindenstrom optisch auf seine Helligkeit vermessen wird, und das Meßergebnis als eine Grundlage verwendet wird, um die in dem Rindenstrom befindliche Menge an Holzmaterial mittels einer Datenprozessoreinheit programmgemäß zu bestimmen, und der Entrindungsprozeß auf der Grundlage der Menge des in dem Rindenstrom bestimmten Holzmaterials gesteuert wird,

    dadurch gekennzeichnet, dass ein von einem Rindenstrom aufgenommenes Bild auf Helligkeiten analysiert wird, und das Verfahren zur Bestimmung der Menge an Holzmaterial wie folgt ist:

    A) die Helligkeit eines jeden Bildelements eines in Bildelemente unterteilten Bildes wird mittels einer mindestens dreifach unterteilten numerischen Skala bestimmt, deren Endpunkte m und n sind, wobei ein Endpunkt Rinde, und der andere Holz repräsentiert,

    B) der Wert für ein Bildelement oder Pixel wird auf m gesetzt, wenn das Pixel eine Helligkeit innerhalb des Bereiches von m-a hat, wobei m<a<n,

    ein Pixel wird auf den Wert n gesetzt, wenn das Pixel eine Helligkeit innerhalb des Bereiches von b-n hat, wobei a<b<n, der Wert eines Pixels bleibt unverändert, wenn das Pixel eine Helligkeit innerhalb des Bereiches von a-b hat, wobei a und b Schwellenwerte darstellen, die für den vorliegenden Holztyp experimentell bestimmt werden,

    C) das in Stufe B) erzeugte Bild wird in Bildabschnitten mittels eines Mittelwert-Filters verarbeitet, wobei der Bildabschnitt aus einer Anzahl von Pixeln besteht, der Mittelwert-Filter somit verwendet wird, um einen Helligkeits-Mittelwert für jedes Bildpixel zu bestimmen, und die dadurch erhaltenen Mittelwerte als eine Basis zur Klassifizierung aller Pixel eines Bildes mit demselben Wert m oder n verwendet werden, gemäß der Stufe B), oder mit einem unveränderten Wert, wenn sie innerhalb des Bereiches a-b liegen,

    D) die Folgeschritte A) bis C) werden wiederholt, bis alle Pixel klassifiziert sind oder bis eine voreingestellte Anzahl von Iterationen erreicht ist,

    E) Das Verhältnis einer Anzahl an klassifizierten Pixeln, die Holz repräsentieren, wird in Ausdrücken der Gesamtzahl von Pixeln in einem untersuchten Bild zum Ausdrücken der Holzmenge eines Rindenstroms berechnet.
  2. Verfahren zur Bestimmung der Menge an Holzmaterial in einem Rindenstrom, der in einen Verbrennungsprozeß geführt wird, und zur Steuerung des Verbrennungsprozesses auf der Grundlage der Daten, um den Verbrennungsprozeß zu optimieren, in welchem Verfahren ein. Rindenstrom optisch auf seine Helligkeit vermessen wird, und das Meßergebnis als eine Grundlage verwendet wird, um die in dem Rindenstrom befindliche Menge an Holzmaterial mittels einer Datenprozessoreinheit programmgemäß zu bestimmen, und die aus dem Rindenstrom bestimmte Menge an Holzmaterial als eine Grundlage verwendet wird, um einen Wärmewert für das Material in dem Rindenstrom zu berechnen, und zur Steuerung des Verbrennungsprozesses, wie er durch diesen Wert gefordert wird,

    dadurch gekennzeichnet, dass ein von einem Rindenstrom gemachtes Bild auf Helligkeiten analysiert wird, und das Verfahren zur Bestimmung der Menge an Holzmaterial wie folgt ist:

    A) die Helligkeit eines jeden Bildelements eines in Bildelemente unterteilten Bildes wird mittels einer mindestens dreifach unterteilten numerischen Skala bestimmt, deren Endpunkte m und n sind, wobei ein Endpunkt Rinde, und der andere Holz repräsentiert,

    B) der Wert für ein Bildelement oder Pixel wird auf m gesetzt, wenn das Pixel eine Helligkeit innerhalb des Bereiches von m-a hat, wobei m<a<n,

    ein Pixel wird auf den Wert n gesetzt, wenn das Pixel eine Helligkeit innerhalb des Bereiches von b-n hat, wobei a<b<n, der Wert eines Pixels bleibt unverändert, wenn das Pixel eine Helligkeit innerhalb des Bereiches von a-b hat, wobei a und b Schwellenwerte darstellen, die für den vorliegenden Holztyp experimentell bestimmt werden,

    C) das in Stufe B) erzeugte Bild wird in Bildabschnitten mittels eines Mittelwert-Filters verarbeitet, wobei der Bildabschnitt aus einer Anzahl von Pixeln besteht, der Mittelwert-Filter somit verwendet wird, um einen Helligkeits-Mittelwert für jedes Bildpixel zu bestimmen, und die dadurch erhaltenen Mittelwerte als eine Basis zur Klassifizierung aller Pixel eines Bildes mit demselben Wert m oder n verwendet werden, gemäß der Stufe B), oder mit einem unveränderten Wert, wenn sie innerhalb des Bereiches a-b liegen,

    D) die Folgeschritte A) bis C) werden wiederholt, bis alle Pixel klassifiziert sind oder bis eine voreingestellte Anzahl von Iterationen erreicht ist,

    E) Das Verhältnis einer Anzahl von klassifizierten Pixeln, die Holz repräsentieren, wird in Ausdrücken der Gesamtzahl von Pixeln in einem untersuchten Bild zum Ausdrücken der Holzmenge eines Rindenstroms berechnet.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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