... ,q \ OTANTANIPPUJEN MITTAUKSEEN TARKOITETUN AVM2000-MITTALAITTEEN TARKKUUS 4/1991. Jari Marjomaa

Transkriptio

1 /99 OTANTANIPPUJEN MITTAUKSEEN TARKOITETUN AVM2000-MITTALAITTEEN TARKKUUS Jari Marjomaa Otantanippujen mittaukseen tehtaalla tarkoitetun AVH2000-mittalaitteen tilavuudenmittaustarkkuutta tutkittiin TBpella Oy:n Inkeroisten tehtaalla. HittausjårjestelrE perustuu kuvankåsittely- ja lasermittaustekniikkaan. Nipun kiintotilavuus lasketaan sen pölkynpäiden pinta-alojen ja pölkynpuolikkaiden pituuden perusteella. Hittalaitteella voi my6s tunnistaa alamittaiset ja lahot pöllcyt. Tampella Oy:n Inkeroisten tehtaalla kokeiltiin kesällä 990 Vision Systems Oy:n kehittämää otantanippujen automaattista mittauslaitetta näyte- erien tilavuuden ja painon mittausta varten. Mittalaitteessa hyödynnetään otantanipun tilavuuden määrittämiseksi kamera- ja kuvankäsittelytekniikkaa yhdistettynä etäisyyden mittaukseen lasertekniikalla. Lisäksi otantanippu punnitaan laitteeseen asennetulla vaa'alla, jolloin otantanipun tuoretiheys saadaan selville. Tilavuuden mittauksen ero verrattuna pätkittäin mittaukseen oli lyhyen havukuitupuun mittauksessa keskimäärin -5.0 %, pitkän havukuitupuun mittauksessa -. % ja havut:ukkien mittauksessa. 7 %. Tilavuusero vaihteli melko paljon, mikä suureksi osaksi johtui nippujen pölkynpäiden tummuudesta. Mittalaitteen avulla saadaan myös informaatiota puutavaran laadusta, kuten lahojen ja alamittaisten pölkkyjen määrästä. Tutkimuksessa keskityttiin AVM2000-mittalaitteen tilavuudenmittaustarkkuuden selvittämiseen. Hittalaitteen kehittåmisessil tulisi keskittyil pölklcyjen piliden vaaleusasteen ja tyvipölklcyjen määrän huomioon ottamiseen mittauksessa. Lisäksi nipun ladontaan tulee kiinnittaä huomiota. MITIALAITIEEN MITIAUSMENETELMÄ JOHDANTO Puutavaran mittausta tehtaalla on viime vuosina ryhdytty voimakkaasti automatisoimaan. Tavoitteena on vähentää mittauksen vaatimaa ihmistyömäärää, parantaa määrä- ja laatutunnusten mittaustarkkuutta ja tehostaa mittausta. Otantaa hyödyntävissä puutavaran mittausmenetelmissä tehtaalla on otantayksikkönä käytetty yleisesti nippua. Otantaniput on mitattu upotuspunnitusta käyttäen upottamalla kokonainen nippu tai muutama taakka otantanipusta. Vaihtoehtoisesti on otantanipun tilavuuden selvittämiseksi käytetty manuaalista pölkyittäinmittausta. AVM2000-mittalaite laskee nipun kiintotilavuuden yksittäisten pölkynpuolikkaiden summana (kuva ). Nipun pölkyt kuvataan molemmista päistä ja pölkkyjen päiden pinta-alat lasketaan yksitellen. ~ AVM2000- mt tala i tteen mittaama tilavuus ~--..., L--.J ~ j Todellinen tilavuus,q \ itr--~ ~r ~-n~~ l u._ ~..... :0... E~ + -~i j j.l L i w Kuva. AVM2000-mittalaitteen käyttämä mittausmenetelmä

2 Pölkynpuolikkaiden pituuden mittauksen lähtötaso on nipun keskiosassa. Etäisyysmittari mittaa etäisjyden pölkyn päästä mittalaitteeseen. Tämän etäisyyden perusteella lasketaan pölkynpuolikkaan pituus lähtötasosta. Pölkynpuolikkaan tilavuus on pölkynpään pinta-alan ja pölkynpuolikkaan pituuden tulo. Nipun tilavuus on pölkynpuolikkaiden tilavuuksien summa. Laskentamenetelmän vuoksi pölkkyjen kapeneminen, erityisesti tyvipölkkyjen tyvilaajentuma, aiheuttaa virhettä tilavuudenmittauksessa. Sen vuoksi nipun kiintotilavuutta korjataan puutavaralaj eittaisilla keskimääräisillä muuntoluvuilla, jotka on määritetty laitteen kalibrointimittausten perusteella. MITIALAITIEEN YLEISKUVAUS Mittausj ä rjestelmä on sijoitettu suojarakennukseen, jossa otantanippu mitataan. Nippu siirretään kurottajalla kehikkoon, jonka molemmissa päissä on mittausraamit (kuva 2). Nipun massan punnitsemista varten mittausalustaan on asennettu punnitusanturit. Katos suojaa optisia antureita ja mitattavaa kohdetta suoralta auringonvalalta sekä vesi- ja lumisateelta. Mittausjärjestelmä n atk-laitteisto käsittää mikrotietokonetta, kirjoittimen ja monitorin, jotka on sijoitettu suojarakennuksen yhteydessä olevaan ilmastoituun tilaan. Mittauskatoksessa olevasta käyttäjäpaneelista ohjataan mittausjärjestelmän toimintaa. Katoksessa oleviin mittausraameihin on kiinnitetty optiset anturit, puolijohdeviivakamera ja laseretä isy ysmittari. Optiset anturit ja v alot liikkuvat mittausraameissa ohjainyksikön ohj aamina. Nipun päät kuvataan kahdeksana rinnakkaisena kaistana. Kuvan erottelukyky on 0. mm. Kameran polttoväliä voidaan ohjata sähköisesti puiden keskipituuden mukaan. Kuvankäsittelyjärjestelmä tunnistaa pölkynpäiden hahmot sekä määrittää päiden sijainnin ja muodon. Osittain piiloon jäävä pölkynpää täydennetään, kun pölkynpään ulkokehästä on näkyvissä yli puolet. Pölkynpäiden pinta-ala ja vaaleus lasketaan. Kuvankäsittelyjärjestelmä laskee pölkynpäiden kuorettoman pintaalan, koska tumma kuori ei erotu taustasta riittävän hyvin. Siksi pölkynpäiden pintaalaa kasvatetaan keskimääräisen kuorenpaksuuden verran. Pölkynpäiden vaaleutta käytetään lahon tunnistamiseen. Hahmontunnistavat tietokoneet syöttävät pölkynpää n sijaintitiedon laseretäisyysmittarin ohjausyksikölle heti tunnistettuaan pölkyn. Etäisyysmittari ohjautuu pölkyn kohdalle ja mittaa etä isyyden pölkyn pää h ä n, minkä perusteella määritetään pölkynpuolikkaan pituus. Kun kaikki tunnistetut pölkyt on mitattu, järjestelmä laskee nipun kiintotilavuuden ja tulostaa mittausraportin. Mittausraportista ilmenevät nipun kiintotilavuuden lis ä ksi nipun : - keskipituus halkaisijajakauma tuoretiheys keskimääräinen vaaleusaste keskilahoa sisältävien pölkkyjen osuus mittauksen tarkkuusluokka hahmontunnistuskriteerien toteutumisen perusteella. Halkaisijajakaumasta käy ilmi alamittaisten pölkkyj en osuus pölkkyj en kokonaismäärästä. Keskimä ärä inen vaaleusaste ilmaistaan suhdelukuna, jossa 00 % kuvaa kaatotuoreen puun vaaleutta. TEKNISET ARVOT Puunippu Mittauskehikko Mittausraami A Optiset anturit Liikemekaniikka Puol ijohdekamera Kirjoi t in Mittausraami 8 Atk - laitteet Laseretäisyysmittari Seuraavassa ovat Vision Systems Oy :n ilmoittamat mittauslaitteen tekniset arvot. Toimintalämpötila : Ke nttä laitteet Tietokoneet ja kirjoitin C +0 Mittausalue: a-kuva 2. 2 Mittausjärjestelmän osat Pölkkyjen sallittu pituus 2-6 m Pituuden mittausväli 8.0 m (mittausraamien väline n etäisyys) Nipun pää n kuvausalue x mm

3 Mittaustarkkuus: TAULUKKO ±2 ±0 ±.0 ±2.0 Halkaisija ja muoto Pituus Kokonaistilavuus Punnitus mm mm % % Tilavuuden mittauksen keskimääräinen virhe, vir heen keskihajonta ja ääriarvot puutavaralajeittain, kun muotokorjauskerroin on 0 %. Puutavaralaji Nippuja, kpl Keskiarvo Keski- Tilavuusvirheen hajonta vaihtelun rajat Mittausnopeus 5-0 min/nippu nipussa olevien puiden määrän mukaan TUTKIMUSAINEISTO Muotokorjausarvolla 0 % pölkynpään pinta-ala määritetään suurimpana ympyränä, joka sopii pään reunaviivan sisäpuolelle. Kun muotokorjausarvo on 00 % (maks.), pinta-ala lasketaan pölkynpään keskiarvohalkaisijan mukaan. Muotokorjausarvolla 75 % on vastaavasti laskettu pölkynpään pinta-ala käyttäen kolmea neljäsosaa keskiarvohalkaisijasta. Nippujen mittaus tarkastettiin m:n pätkissä Visakset-mittalaitteella, koskamittalaitteen kehittämisen tavoitteena oli todellisen kuorellisen kiintotilavuuden määrittäminen. Kiintotilavuuden lisäksi 26 nipusta (osaaineisto A) mitattiin tyvipölkkyjen ja ristikkäin olevien pölkkyjen määrä sekä määritettiin pinomittausohjeen mukainen ladontaluokka. Lisäksi nipusta (osa-aineisto B) mitattiin pölkkyjen molempien päiden yhteinen läpimittajakauma. Tutkimusaineisto jakautui puutavaralajeittain seuraavasti. Puutavaral a ji Pitkä havukuitupuu Lyhyt havukuitupuu Havutukit YHTEENSÄ Yhteensä 2 Pitkä havukuitupuu Lyhyt havukuitupuu Havutukit Tutkimusaineisto kerättiin touko-kesäkuussa 990. Sitä oli yhteensä 2 nippua, ja ne mitattiin AVM2000-mittalaitteella. Tuloksia laskettaessa kokeiltiin kahta pölkynpään muotokorjausarvoa: 0 % ja 75 %. -..'\ % Osa-aineisto A B 6.0 västi yliarvioi. Havukuitupuunipun mittauksessa suurempi osa pölkyistä jäi tunnistamatta ja mittaamatta kuin havutukkipuunipun mittauksessa. Tilavuusvirhe vaihteli melko paljon pitkän kuitupuun ja tukkien mittauksessa (taulukko). Vaihtelua suurentaa se, että muutamien nippujen mittaus epäonnistui pölkkyjen päiden tummuuden vuoksi. Muotokorjauskertoimen 75 % käyttö pölkynpään läpimitan laskennassa antaa % suuremman tilavuuden, mutta samalla tilavuusvirheen keskihajonta kasvaa. Suurimman virheen muotokorjauskerroin 75 % aiheuttaa tyvipölkkyjen tilavuuden laskennassa. Silloin tilavuusvirheen keskihajonta oli pitkän havukuitupuun ja havutukkien mittauksessa 6.6 % ja lyhyen havukuitupuun mittauksessa 5.7 %. Muotokorjauskertoimen käyttö huonontaa siten tilavuuden mittauksen tarkkuutta. MITTAUSTARKKUUTEEN VAIKUTTAVAT SEIKAT Ladonta Nipun huono ladonta aiheuttaa tilavuuden mittauksess a aliarvion, koska ristikkäin olevat pölkyt varjostavat ympärillä olevia pölkkyjä. Lisäksi pölkyn läpimitan ja pituuden mittauksessa syntyy virheitä. Mittausaineiston niput olivat tavallista huonommin ladottuja, koska niput koeolosuhteissa jouduttiin kurottajan asemesta siirtämään mittauskehikkoon erillisella kuormaajalla. TILAVUUDEN MITTAUKSEN TARKKUUS Vaaleusaste Lyhyen ja pitkän havukuitupuun mittauksessa AVM2000-mittalaite keskimäärin aliarvioi nipun kiintotilavuuden, kun käytettiin pölkynpään muotokorjauskerrointa 0 %. Havutukkien tilavuuden se sitä vas toin ke skimäärin lie- Pölkkyjen päiden vaaleusaste vaikutti melko selvästi tilavuuden mittauksen onnistumiseen (kuva ). Tummat pölkynpää t eivät erottuneet kuvatulkinnan kannalta riittävästi t austasta.

4 Tilavuusvirhe, % 5 l!l --- Ly hy~ t P tka --- Havutuki t havuk~itupuu -5-20~ r , ~ ~------~ Vaaleusaste, % Kuva. Pölkkyjen päiden vaaleusasteen vaikutus tilavuusvirheeseen ( Pölkkyjen pinta-alajcm Lyhyt havukuitupuu \ --- AVM Tarkastus Läpimitta, cm Erityisesti pieniläpimittaiset pölkyt jäivät siksi suurelta osin mittaamatta. Se käy ilmi, kun verrataan AVM2000-mittalaitteen mittaamaa pölkkyjen päiden pinta-alajakaumaa tarkastusmittauksessa saatuun j akaumaan (kuva ). Suurimpien läpimittaluokkien osalta pölkkyjen tunnistaminen onnistui hyvin, mutta pienimmissä läpimittaluokissa tunnistamattomien pölkkyjen määrä jäi suureksi. Havutukkien osalta ei vastaavaa tunnistamisongelmaa ollut. Muutamien testinippujen pölkkyjen päät olivat pitkän Varastointiajan vuoksi selvästi keskimääräistä tummempia. Mittaustulokset näistä nipuista olivat selvästi muita huonompia, mikä osaltaan lisäsi tilavuusvirheen vaihtelua. Pölkkyjen pinta-alajcm Pitkä havukuitupuu Pölkkyjen pinta-alajcm Havutukki ' \ Läpimitta, cm ~~~-+-r~~+-+-+-~-+-+-+~~+-~ Läpimitta, cm Kuva. jakauma, Pölkkyjen päiden läpimittaluokittaisten pinta-alasummi en AVM2000-mittalaite ja tarkastusmittaus

5 Tilavuusvirhe, % 5! ---L~hy~ havuk~i tupuu ~> P tka --- Havutukit ~e - -& t Tyvipölkkyjä, % BO Kuva 5. Tyvipöl kkyjen määrän vai kutus tilavuusvirheeseen Tyvipölkkyjen määrä Tyvipölkkyj en määrä nipussa vaikutti melko selvästi tilavuuden mittauksen tarkkuuteen kun mitattiin lyhyttä havukuitupuuta ja havu~ tukkeja (kuva 5 ). Pitkä n h avukuitupuun mittauksessa sitä vastoin tyvien määrä ei vaikuttanut lainkaan til avuuden mittauksen tarkkuuteen. Tyvilaajentuman vaikutuksesta pölkyn tyvipuolikkaan tilavuus yliarvioidaan, jolloin tyvipölkkyjen määrä aiheuttaa selvä n yliarvion tilavuuteen. Tyvipölkkyjen määrän vaikutus korostuu silloin, kun käytet ään muotokorj a uskerrointa 75 % pölkynpään läpimitan määrityksessä. PÄÄTELMÄT Melko suppeaan aineistoon perustuvan tutkimuksen tulokset osoittavat, mitkä ovat AVM2000-mittalaitteen kehittämisen t ärkeimmät tavoitteet. Tilavuuden mittauksen tarkkuus j ä i tutkimustulosten perusteella huonommaksi kuin upotusmittauksessa. Mittalaitteen t o i mintaa tulisi pystyä s äätämään pölkkyjen päiden vaaleusasteen ja tyvipölkkyj en määrän perusteella. Se tulee tehdä automaattisesti, jotta vältytään ylimääräiseltä ihmistyöltä. Pölkkyjen päiden tunnistamiseksi on välttämä töntä, että ne erottuvat taustastaan. Siksi likaiset pölkynpäät on puhdistettava ennen mittausta j a irronnut kuori, havut tai lumi on poiste ttava pölkkyjen päiden edestä. Samoin pölkkyjen ladontaan on kiinnitettävä erityistä huomiota. Se edellyttää kunkin otantanipun val mistelua ennen varsinaista mittausta. Tehtaalle saapuvan kuitupuun laadun selvittämisen tarve on jatkuvasti korostunut. Siksi AVM2000 -mittalaitetta edelleen kehitettäessä tulisi kiinnittää huomiota myös puutavaran laadun mittaukseen, kuten lahon ja a l amittojen tunnistamistekniikkaan. Asiasanat : mittalaitteet, puutavaran mittaus tehtaalla 5

6 Metsäteho Review /99 ACCURACY OF THE A VM2000 MEASURING DEVICE FOR MEASUREMENT OF TIMBER BUNDLES ( The accuracy of the AVM2000 measuring device for volume measurement of timber bundles was tested at the Tampella Oy Inkeroinen mill. The measurement system is based on techniques for image processing and laser measurement. The solid volume of a bundle is calculated using the area of the log ends and the length of the log halves. The measurement device can also be used for identifying too thin and rotten logs. The difference between volume measurement with the AVM2000 measuring device and control measurement by log in metre sequences was an average of % for short softwood pulpwood, -. % for long softwood pulpwood, and.7% for softwood sawlogs. The volume difference varied quite a lot, which to a great extent was due to the dark colour of the log ends. Development on the measurement device should be concentrated on taking into account the degree of darkness of the log ends, as well as the number of butt logs. Additionally, the logs in the bundl es should be pi led parallel to each other. Key words: measuring equipment, timber measurement at mill SUOMEN METSÅTEOLUSUUDEN KESKUSLimO AY:N PUUNHANKINNAN JA -TUOTIAMISEN METSÄTEHO TUTKIMUS- JA KEHITYSYKSIKKÖ Pl.. 9 (Fabianinkatu 9 B) 00 HELSINKI Puhelin (90) ISSN HELSINKI 99 PAINOVALMISTE