У гонці досягнень світові гіганти дослідного корпусу в прямому сенсі стали активно нарощувати фундамент науково-практичних випробувань в сфері розкрою пиломатеріалів. І тяга до резонансного контрасту наукового суперництва мала серйозний економічний підтекст. Усвідомлений інтерес в лісову індустрію прийшов ще в кінці 1960-х, коли шведська фірма «Чер» спроектувала стрічкопильний потік. З тих пір оптимізація розкрою колод знайшла сучасний вигляд, але навіть він не є кінцевим продуктом технічної досконалості. Пошук нових рішень триває ...
Ера рішення проблем з оптимізацією процесів розкрою почалася в Швеції з проектування і створення в двоповерховому лісопильному цеху лінії з розкрою. На першому поверсі розмістилися корувальна верстати, будучи сусідами з рентгенівською та телевізійної установками. Завдяки яким вже тоді оператор міг візуально визначити якість підлягає розпилюванню деревини. А результати автоматичного вимірювання геометричних параметрів спеціальними електронними приладами надходили для обробки в ЕОМ, де відбувалася оцінка результатів, і визначався оптимальний варіант розпилювання. Сама лінія являла собою дев'ять стрічкопилкових агрегатів. Вісім з них встановили попарно симетрично вздовж конвеєра, що подає, а дев'ятий знаходився на осі останнього. На лінії підлягали випилювання лише необрізні дошки певних сорторозмірів. Існував і варіант розпилу збрусовкой, в якому на першому проході розміщувався здвоєний стрічкопильний агрегат, а на другому проході - здвоєний стрічкопильний агрегат для розпилювання двухкантний брусів і далі - вбудований стрічкопильний агрегат для розпилювання четирёхкантних брусів. Перші технічні протекції стали прабатьками сучасних сканерів, і пройшли десятки років, перш ніж наука запропонувала більш ефективні інструменти економічно вигідного розпилу деревини.
Фото: weinig.com
Епоха лазера і томографії
Свою лепту в розробку автоматизованої технології розкрою деревини внесли і США на початку 1980-х, коли представили систему АР. З появою ЕОМ технічні можливості деревообробної галузі зросли в рази, а процес різання і розкрою став повністю підконтрольним відповідно до обраної програми. При цьому кожну колоду піддавали огляду за допомогою фотон-томографії, яка дозволяла встановити внутрішню будову колоди і виявити приховані дефекти, позначити стан серцевини, розміри і розташування сучків, нахил волокон та інше. Завдяки серії томограм фахівці формували повне тривимірне зображення колоди і бачили справжню картину якості деревини. Вважається, що використання даних технологій виправдане, тому що вихід пиломатеріалів зростає приблизно на 15%, та й лазерна система різання деревини дозволяє заощадити, не дивлячись на її значну вартість. Звичайно, зараз існують і установки для сортування пиломатеріалів по міцності на підставі залежності міцності від щільності деревини, але до них не перейнялися особливою довірою переробники, так як вони показали порівняно низьку точність вимірювання.
В принципі розвиток автоматизації процесів визначення якості деревини відбувалося за двома напрямками. З одного боку, велася робота з прогнозування якості на початковому етапі технологічного процесу, коли здійснювався розкрій пиловочного колод. А другий етап включав в себе прогнозування якості на стадії кінцевих операцій, коли визначалися параметри міцності пиломатеріалів. Найчастіше використовували метод силового вигину, де аналізували реакцію пиломатеріалу на певну величину прогину і при певній згинального силі. При цьому силова сортування пиломатеріалу грунтувалася на визначенні модуля пружності та інших показників, які розкривають механічні властивості деревини. З точки зору фізики була доведена кореляційний зв'язок між жорсткістю і міцністю конструкційних пиломатеріалів, що дозволило використовувати наукові обгрунтування для виявлення дефектів деревини без руйнування досліджуваного сировини. Згідно зарубіжним дослідженням, облік нормативних опорів дощок підвищував точність розрахунків і знижував древесіноёмкость конструкцій в середньому на 18% при проектуванні дерев'яних конструкцій.
На сьогоднішній день варіації оптимізації розкрою пиловочного колод в багатьох компаніях включають в себе лазерне скануючий пристрій, за допомогою якого вимірюють поточний діаметр, стік, еліптичності, кривизну і довжину колод, а також комп'ютер, що обробляє цю інформацію, за допомогою якого визначають оптимальні схеми розкрою колод по спеціальним технологічним програмами. При цьому розкрій колод виробляють за допомогою гнучких поставів. Приклад подібного рішення описує у своїй книзі «Лісопиляння в XXI столітті. Технологія, обладнання, менеджмент »професор Р. Е. Калітеевскій з Санкт-Петербурзької лісотехнічний академії. Мова йде про систему оптимізації розпилювання колод англійської фірми «Локас», де процес сфокусований на чотирьох етапах. Перший, включає в себе контроль і облік обсягу розпилювання. На другому етапі проводиться порівняння прогнозу з розпилюванням при ручному управлінні. Протягом третього етапу відбувається навчання верстатників, а на четвертому - порівнюють оптимізовану розпилювання з ручним. Фахівці вважають, що подібний підхід дозволяє збільшити вихід пиломатеріалів на 3,3%, але найбільша результативність використання даної методики виявляється при розпилюванні колод, вилучених за якістю.
Вважається, що більш раціональний розкрій забезпечується за допомогою використання на виробництві як датчиків якості деревини, так і спеціального устаткування. В таких умовах можна отримати пилопродукции необхідної якості і обсягів заданого перетину з урахуванням випилювання. Такий підхід дуже вітається в Японії, де житлова архітектура країни представлена виразним, з естетичної точки зору, якісним дерев'яним житловим будівництвом. На японських лісопильних підприємствах активно використовують скануючі пристрої для отримання максимального обсягу пиломатеріалів з бездефектной красивою текстурою. В більшій мірі там поширені сканери двох типів.
Перший призначений для визначення діаметрів вершинних і окоренкові торців колод, їх довжин і обсягу, на основі яких підбирають схемураспіловкі. При цьому метод отримав позначення «секційного» світлового променя (зрізу), де задіяний технічний тандем - телевізійна камера і гелій-неонове лазерне пристрій. Завдяки цій методиці отримують більш точний перелік показників: обсяг колоди, ступінь кривизни в діаметрі по осі колоди при відносно гладкої його поверхні в поперечному розрізі круглої форми.
Однак втрата точності неминуча, якщо матеріал має безліч сучків або овальну форму поперечного розрізу. Сканери ж другого типу контролюють внутрішню будову деревини, до таких відносять медичні томографічні комп'ютерні пристрої. Свою продуктивність дані сканери довели при роботі зі свежесрубленной і висушеної деревиною хвойної породи. На таких сканерах під рентгенівськими променями чітко видно річні кільця, наявність сучків, тріщини, червоточина і гниль. Хоча зараз існують і портативні скануючі пристосування, яким під силу без втручання провести томограму зростаючого дерева на кількість і форму річних кілець, виявити дефекти, причому в діаметрі стовбура до 1 метра. Навіть оцінити малюнок текстур на пропиляних поверхнях розпилу деревини можна за допомогою випромінювання невисокої інтенсивності. Відомі випадки використання і ультракоротких хвиль для сканування колод, коли ступінь гнилі деревини визначають за різницею в часі поширення хвиль. Таким чином, наука надала добротний арсенал методів сканування деревини при розпилюванні, застосування яких дає збільшення обсягів виходу якісних пиломатеріалів на 8%, а ціннісного - на 20%.
Практика використання сканерів на японських лісопильних виробництвах заснована на впровадженні місцевих автоматичних лісопильних систем на базі здвоєного стрічкопильного верстата, що включає в себе завантажувальний конвеєр, дві телевізійні камери, пульт управління і монітор, а також візки і додаткові конвеєри. Сам процес обробки зводиться до поетапного проведення необхідних операцій: спочатку при яскравому освітленні телевізійні камери ведуть зйомку вершинного і окоренкову торців колоди, потім комп'ютер на основі телеметричних даних, аналізованих процесором, видає оптимальне позиціонування колоди для розпилювання. І так відбувається з кожним колодою, але при цьому завжди проводиться точне регулювання центрування колоди в горизонтальній і вертикальній площинах, а вже потім відповідний підбір схем розкрою, після яких автоматично затискається колоду на візку, встановлюються стрічкові пилки, і проводиться вже сам розпил. Процес насправді не з простих, так як технологія розкрою включає в себе і паралельне вирішення питань щодо перепила і недопила сировини не тільки по перетину, але і сортам пиломатеріалу.
Фото: woodeye.se
Справа за інноваціями
Безумовно, з роками колосальна робота інженерів ставала все ближче до шуканого результату. На ринку стали з'являтися сучасні інноваційні сканери промислового формату. Однією з перших про промислове комп'ютерному томографі заявила італо-австрійська компанія Microtek. Під маркою CT.LOG було представлено нове скануючий пристрій для круглого лісоматеріалу. Сама компанія не раз радувала промисловий сектор своїми мультисенсорними розробками і програмними системами оптимізації для деревообробної промисловості.
Самі виробники вважають, що даний сканер став черговим проривом в науково-технічному секторі. Функціонал сканера орієнтований на сканування круглого лісоматеріалу шляхом використання рентгенівських пристроїв і нового алгоритму презентації в цифровому форматі колоди. Завдяки комп'ютерній обробці даних зображення колоди подається в тривимірній (3D) візуалізації з необхідним описовим набором показників розмірів і розташувань дефектів. У стані віртуального режиму CT.LOG оцінює деревину згідно візуально зчитувати характеристикам: як за якісним складом, так і по міцності, надаючи аналіз якості сировини ще до процесу розпилу. Програмним забезпеченням проводиться повноцінне моделювання різних варіантів розкрою з аналізом найбільш вигідною схеми розпилу з урахуванням вартісного критерію кінцевого пиломатеріалу. А в тандемі з системним управлінням лісопильної лінією даний агрегат здатний забезпечити оптимізацію інструменту для вигідного і дохідного розкрою колод. Сканер відмінно себе показав у роботі і з твердолистяних, і з хвойним породним складом деревини. Виробничий потенціал пристрою працездатний за умови, що діаметр сировини не перевищує 800 мм, а швидкісний режим в поздовжньої подачі матеріалу знаходиться в інтервалі до 120 м \ хв.
Ще одним представником передових технологій є фірма Inray Oy, чиї установки прославилися безконтактної передачею енергії і даних. За допомогою сканерів цього виробника етап сортування круглого лісоматеріалу зводиться до сканування сировини в одній площині і отримання набору якісних характеристик об'єкта за результатами аналізу зображення. Якщо говорити про можливості Opmes AX1, то він став більш продуктивним за частиною достовірності вимірювальних систем, так як Inray Oy доповнила його калібрувальним циліндром для тестування пиломатеріалів за допомогою рентгена або вимірювання основних параметрів колод. За допомогою цього механізму оператору в один присід вдається оцінити працездатність використовуваних вимірників на виробничій лінії і оцінити відсоток похибки задіяних параметрів. Сам калібр Testray виконаний з композитного матеріалу, його довжина складає всього 2 метри, номінальний діаметр 200 мм, а вага не перевищує 22 кг, так що управління ним здійснюється без будь-яких спеціальних пристосувань. Що ж стосується конструктиву пристрою, то за пластмасовим корпусом приховані імітують заболонь і ядро шари, чия щільність ідентична натуральній деревині. Внутрішнє наповнення калібру представлено псевдоручкамі, які визначає рентген при скануванні. Opmes AX1 в процесі апробації не тільки продемонстрував свою корисність, а й підтвердив заявлені преференції на морозостійкість і механічну міцність, так як температурні коливання абсолютно не впливають працездатність даного пристрою.
За право стати одним із затребуваних продуктів в сфері сканування також поборолися шведська компанія Innovativ Vision AB під брендом WoodEye. Агрегат спеціально розроблений під вимоги сортування і включає в себе виявлення всіляких дефектів і вад деревини, причому не тільки на всебічному рівні заготовки, але і з урахуванням аналізу геометрії різних колод. Сканер активно задіяний і при оцінці твердості, вологості і напрямки волокон колод, а також укомплектований сучасним програмним забезпеченням, з яким поставлені не тільки функції по оптимізації розкрою і сортування, а й в цілому організації роботи всієї лінії.
На платформі технічного переозброєння процесів розкрою розташувалася і команда сканерів Luxscan. Принципова функціональність даних пристроїв орієнтована на розпізнавання вад деревини і інденсіфікаціі недоліків в процесі її обробки. Лінійка промислових сканерів від німецького виробника WEINIG вільно доповнює будь-яку лінію по деревообробці, так би мовити, з урахуванням індивідуальних потреб виробництва. Наприклад, Combi-Scan є чотиристоронній лазерним апаратом, впровадження якого в торцювальні, сортувальну або розпилювальну лінію дає можливості ефективної оптимізації процесу розкрою. При цьому є можливість суміщення з трьома торцюваннями-оптимізаторами. Сам сканер розробники оснастили чотирма кольоровими і чотирма багатоканальними лазерними камерами. А нанесення кольорових міток на дефектні ділянки відбувається спеціальним чорнилом на дві або чотири сторони сканируемого матеріалу за допомогою друкувального пристрою. Функціонал агрегату можна розширити і за допомогою доповнень у вигляді сенсорів для розпізнання товщини і непростроганних ділянок дощок. Так що сучасний модульний підхід до формування лінії сьогодні користується успіхом у деревообробників.
Easy-Scan - ще одна модель промислового, але вже двостороннього сканера, чиї робочі завдання сконцентровані саме на розпізнанні різних видів вад деревини: від сучків, обзол, тріщин, смоляних кишень до серцевинних трубок, красніна, та синяви. Таким чином компанія-виробник позиціонує на ринку Easy-Scan як пристрій, здатний здійснити масу вимірювальних операцій: починаючи від мультісканірованія, лазерного вимірювання профілю до вимірювання розмірів пиломатеріалів. Як і побратими, сканер органічно вписується в виробничий потік з торцюваннями-оптимізаторами, але при цьому здатний працювати в онлайн-режимі і виступити в ролі буферного накопичувача інформації, а відповідно замінити пристрої маркування продукції.
А ось X-Scan - одне з небагатьох технічних засобів, які можуть продемонструвати свої робочі можливості розпізнання внутрішніх локальних дефектів путм аналізу відмінностей щільності деревини. Завдяки технічним характеристикам цей чотиристоронній сканер без особливих проблем проводить ідентифікацію деревини щільності сучків незалежно від стану поверхні лісоматеріалів, і на результати абсолютно не впливають ні забруднення, ні пил. Також до списку його достоїнств виробники включають і здатність проводити вимірювання ширини дощок за допомогою ультразвуку, що знову-таки, на думку фахівців компанії, дає можливість істотно оптимізувати роботу з пиломатеріалами нестандартної ширини, тому що для кожної сканируемой дошки сенсори і камери позиціонуються індивідуально.
Однозначно з впровадженням операцій по скануванню пиломатеріалів світової промисловий сектор знайшов не тільки значний досвід в уніфікації технологічного підходу, але значно просунув вперед виробничі можливості процесу деревообробки. Широкий спектр інструментів щодо оптимізації розкрою колод став свого роду мотиватором до системного підходу оцінки якості деревини, а також відкрив нові горизонти ефективної роботи підприємств.
