METS.J1TEHO PÄTKITTÄINMITTAAVA KAJAANI1024 -MITTALAITE JA SEN MITTAUSTARKKUUS

Transkriptio

1 Metsäteollisuuden tutkimus ja kehitysyksikkö METS.JTEHO /99 PL (Unioninkatu 7) HELSINKI PÄTKITTÄINMITTAAVA KAJAANI4 MITTALAITE JA SEN MITTAUSTARKKUUS Kaarlo Rieppo Kajaani 4 on hakkuukoneen hallinta ja mittaautomatiikkalaite, joka mittaa puutavaran tilavuuden pätkittäin. Mittaustarkkuutta koskeva aineisto kerättiin kahteenponsse HS5e H6 yksioteharvesteriin asennetusta mittalaitteesta pääasiassa kesäkuussa nilaaikaan, jolloin puun kuori irtosi helposti. Kuoren helppo irtoaminen vaikutti erityisesti pituudenmittaustarkkuuteen. Tukeista 76 % oli mitattu ± cm:n ja 86 % ±5 cm:n tarkkuudella ja kuitupuupölkyistä (5 m) 87% ± %:nja % ± %:n tarkkuudella eli pituuden mittauksen tarkkuus ei aivan täyttänyt asetettuja vaatimuksia. Läpimitan mittauksen tarkkuutta selvitettiin latvaläpimitan mittauksen osalta; männyistä koneen mittalaite oli mitannut 9 %ja koneen mittalaite 4 % ± mm:n tarkkuudella. Kuusien vastaavat arvot olivat 58 %ja %. Olosuhteet huomioon ottaen läpimitan mittaustarkkuus oli varsin hyvä. Tilavuuden mittauksessa kaikissa 6 otoksessa sekä tukkien että kuitupuupölkkyjen mittauksessa saavutettiin vaadittu ±4 %:n mittaustarkkuus. Kaikista pölkyistä 6% oli mitattu ±4 %:nja % ± %:n tarkkuudella. Koko aineistossa virhe oli tukkien mittauksessa.7 %ja kuitupuun. %. Tilavuuden mittauksen tarkkuus oli kokonaisuutena hyvä. Kajaani 4 mittalaitteen tarkastusmittauksessa riittävä otoskoko on tämän tutkimusaineiston perusteella 5 kuusi ja mäntytukkia sekä kuusi ja 5 mäntykuitupuupölkkyä. Kuva. Kajaanl 4 mitta laitteen näyttöykslkkö. Valok. Kajaani Automatiikka Oy

2 MITTALAITE JA SEN TOIMINTA Yleistä Kajaani Automatiikka Oy on valmistanut mittalaitteita puutavaran pituuden ja läpimitan mittaukseen vuodesta 98 ja puutavaran tilavuuden määrittäviä mittalaitteita vuodesta 988 alkaen. Ensimmäinen malli määritti tukin tilavuuden sen latvaläpimitan ja kuitupuupölkyn tilavuuden sen keskusläpimitan perusteella. Tämän mittalaitteen tarkkuutta Metsäteho selvitti vuonna 989 (Metsätehon katsaus 7/989). Vuonna 99 Kajaani Automatiikka Oy toi markkinoille mittalaitteen, joka määrittää rungon tilavuuden pätkittäin. Tämä tutkimus kohdistui tähän mittalaitteeseen. Syyskuun loppuun 99 mennessä pätkittäin mittaavia Kajaani 4mittalaitteita oli asennettu. Mittalaitteen hinta samaan aikaan oli 55 mk. Laitteen huollosta vastaa valmistaja, ja laitteelle annetaan vuoden takuu. Kajaani 4 mittalaitetta käytetään yksinomaan Ponssehakkuulaitteissa. Tekniikka ja toiminta Kajaani 4 hakkuukoneen hallinta ja mittaautomatiikka ohjaa tietokoneen avulla hakkuukoneen toimintaa, mittaa rungon pituuttaja läpimittaa, laskee puutavaran tilavuuden, rekisteröi rungot sekä tulostaa tiedot muistiyksikölle. Kajaani 4 koostuu näyttöyksiköstä (kuva, s. ), näppäimistöstä, tietokoneesta, muistiyksiköstä, antureista ja kirjoittimesta. &\jaani 4 rnittausjäjjestelmässä on taskukokoinen liikennöinti ja muistiyksikkö, jonka avulla tulokset voidaan siirtää toiseen tietojärjestelmään. Yksikön muistiin mahtuu neljä eri tulostetta. Työmaan päätyttyä kuljettaja lataa mittaustiedot muistiyksikköön ja kytkee yksikön esim. kotonaan erilliseen kijjoittimeen, joka tulostaa A4kokoisen mittaustodistuksen ja erittelysivut jokaisesta puutavaralajista. Tietoja voidaan siirtää myös Kajaani MDT (Mobile Data Transfer) tiedonsiirtojäjjestelmällä, joka voi käyttää mitä tahansa tiedonsiirtoverkkoa liikennöintiin. Käytännössä NMT 45 on soveltuvin. MittausjäJjestelmän antureita ovat pituus ja läpimittaanturi. Pituuden mittaus perustuu leveään, kehäitään 5 mm:n juoksupyörään ja siihen liitettyyn pulssianturiin. Pituuden mittauksen erottelukyky on cm. Läpimitan mittaus perustuu syöttötelien asentojen tunnistamiseen. Läpimitta mitataan kolmiomittauksena rungon mahdollisen soikeuden kompensoimiseksi. MittausjäJjestelmä käyttää läpimitan mittauksessa 6 mittauspistettä (kuva ). Mittalaite saa rungosta ensimmäisen läpimittahavainnon siltä korkeudelta, joka on sahanja läpimitan mittauskohdan välinen etäisyys; Ponsse H6 hakkuulaitteessa se on.5 m. Tämän pätkän tilavuus lasketaan kartiona, jonka kartiokkuudeksi oletetaan sama kuin on rungon kartiokkuus välillä.5. m. Sen jälkeen rungosta saadaan läpimittahavainto aina pituudenmittapulssin yhteydessä eli cm:n välein. Pölkyn tilavuus lasketaan enintään cm:n mittaisten pätkien tilavuuksien summana. Kunkin pätkän tilavuus lasketaan lieriönä,jonka läpimitta on pätkästä mitattujen läpimitan keskiarvo. Näyttöyksikön numeronäytöistä nähdään pölkyn pituus ja läpimitta sahan kohdalta, kun taas tekstinäyttö kertoo puulajin ja tavaralajin sekä esivalitun pituuden ja minimilatvaläpimitan. Tekstinäyttöä voidaan käyttää laitteen ohjelmointiin ja tulostukseen. Näppäimistöjä on kaksi, ja ne on sijoitettu vasemman ja oikean hallintavivun eteen. Vasemmanpuoleisessa näppäimistössä on 4 näppäintä. Niistä on vakiona käytössä näppäintä,ja niillä syötetään tarvittavat numerot asetuksen yhteydessä. Neljä muuta näppäintä liittyvät lisävarusteena hankittaviin värimerkkaus ja sienitaudintorjuntaliuoksen levityslaitteisiin. Myös oikeanpuoleisessa näppäimistössä on 4 näppäintä,ja niillä annetaan puutavaralajitiedot sekä muutetaan laitteen tila (käsittely, asetus, tulostus). Tietokone käsittelee mitatut tiedot sekä ohjaa hakkuukoneen venttiileitäja pumppuja. Kuva. Läpimitan mittauksen mittauspisteet A W

3 Mittalaitteessa on 6 tukki ja 6 kuitupuurekisteriä, jotka voidaanjakaa neljälle puulajille. Tukkirekistereistä tulostuvat täydelliset tukkitaulukot ja kuitupuurekistereistä loppusummat. Esivalintoja Kajaani 4 järjestelmässä on 4. Järjestelmällä on mahdollista mitata kahden eri leimikon puut ilman välitulosteita. Kajaani 4 mittalaitteen ohjaamana halutut pölkyt voidaan automaattisesti merkitä hakkuulaitteen värimerkintälaitteella. Mittalaite ohjaa myös kantojenkäsittelylaitteen ruiskutusventtiiliä haluttujen puiden kaadon yhteydessä. Hytissä olevalla kirjoittimella voidaan tulostaa kalibrointiin, kontrollointiin, tuotokseen ja pituusjakaumaan liittyviä tulosteita. Kalibrointiarvotulosteesta voi tarkastella enintään 5 viimeistä kalibrointia, pituusjakaumatulosteen avulla kunkin tukkitavaralajin pituusjakaumaaja kertymätulosteen avulla tuotosta millä tahansa aikavälillä vaikka kesken leimikon korjuun. Kajaani 4mittalaitteen mittausta voi kontrolloida yllätyksellisesti. Silloin laite tulostaa maksimissaan rungosta tehtyjen pölkkyjen puu ja puutavaralajia, pituutta, läpimittaaja tilavuutta koskevat tiedot kyseisestä hetkestä taaksepäin. Runko voidaan käsitellä Kajaani 4 mittalaitteella joko automaatti tai käsiajona: Automaattiajolla hakkuukone syöttää puuta mittalaitteen ohjaamana haluttuun katkaisukohtaan ottaen huomioon esivalinnassa määrätyn läpimitan. Käsiajolla puuta syötetään syöttöpainikkeita painaen. Kalibrointi Valmistajan suosituksen mukaan pituuden j a läpimitan mittauksen oikeellisuus tulisi tarkastaa kerran viikossa. Tarkastus ja mahdollinen korjaus on tehtävä myös, kun mittapyörän jousia lisätään, vähennetään tai muutetaan reaktiotankoa säädetään tai syöttölaitteiston osia vaihdetaan telojen puristuspainetta muutetaan. Kalibrointipäivämäärä jää muistiin. Pituus kalibroidaan puulajeittain. Pituutta voidaan korjata ohjelmallisesti promillen erotuksella. Pituus tulee kalibroida, jos keskimääräinen poikkeama pituudenmittauksessa on enemmän kuin ± cm. Läpimitan kalibrointia on kahdenlaista: läpimittaaluekohtainen perussäätö ja puulajikohtainen vakiokorjaus. Läpimitan perussäätö tehdään uudelle koneelle sekä käytetylle koneelle, jos koneen syöttö tai puristuslaitteistoa korjataan tai muutetaan. Perussäätöä varten selvitetään laitteen mahdolliset mittausvirheet läpimittaluokittain; läpimittaluokkia on 4. Virhelukemat syötetään mittalaitteelle, jolloin perussäätö muuttuu. Puulajikohtaisella vakiokorjauksella voidaan korjata puun pinnan kovuusvaihteluista aiheutuva läpimitan mittauksen virhe. Vakiokorjaus lisää tai vähentää läpimitan arvoa koko läpimittaalueella yhtä paljon. Korjaus tehdään puulajeittain. Vakiokorjauksen arvo määritetään vertaamalla käsinmitattujen ja tulosteesta saatujen pölkkyjen läpimittoja samoilta kohdilta. Läpimitan mittausta on valmistajan ohjeen mukaan korjattava, jos keskimääräinen virhe on suurempi kuin ± mm. TUTKIMUSMENETELMÄ JA AINEISTO Pätkittäin puutavaran tilavuuden mittaavan Kajaani 4 mittalaitteen pituuden, läpimitanja tilavuudenmittaustarkkuutta puu ja puutavaralajeittain tutkittiin kahden koneen osalta EnsoGutzeit Oy:n työmailla kesäkuussa ja elokuussa 99. Työmaat sijaitsivat PohjoisKarjalassa ja PohjoisSavossa. Mittalaitteet oli asennettu Ponsse HS5e/H6 yksioteharvestereihin. Hakkuukoneiden kuljettajat olivat tottuneita sekä hakkuukoneen että mittalaitteen käyttöön. Valmistajan edustaja kalibroi mittalaitteet ennen aineistojen keruuta. Kesäkuussa nilaaika oli pahimmillaan ja kuori irtosi helposti (kuva, s. 4), kun taas elokuussa kuori oli rungossa kiinni kiinteämmin. Tarkastusmittauksessa pölkyistä mitattiin ristiinmittauksena elektronisilla mittasaksilla tyven ja latvan läpimitta sekä läpimitat.5 m :n välein mm:n erotuksella. Pituus mitattiin teräsmittanauhalla cm:n erotuksella. Pölkkyjen tilavuudet laskettiin mittausvälien pituisten katkaistujen kartioiden tilavuuksien summana. Koneesta kerättiin kesäkuussa kuusija 4 mäntyotosta sekä koivuotos; yhdessä otoksessa oli keskimäärin tukki ja 7 kuitupuupölkkyä. Koneesta kerättiin kesäkuussa 5 kuusiotosta ja elokuussa mäntyotosta; otoksissa oli keskimäärin 8 tukkija 46 kuitupuupölkkyä. Aineiston kokonaismäärä oli Kone Kone tukit kuitupuu tukit kuitupuu ms pölkkyä

4 TAULUKKO Tukkien ja kuitupuupölkkyjen pituuden mittaustarkkuus Ero Kone Kone Keskimäärin Puutavaralaji % Kuva. Suurin osa tutkimuksen aineistosta kerättiin kesäkuussa, jolloin kuoriirtosi helposti. Valok. Metsäteho Pituuden mittauksen tarkkuus selvitettiin vertaamalla mittalaitteen mittaamaa pituutta mittanauhalla mitattuun pituuteen. Läpimitan mittauksen tarkkuuden selvittämiseksi mittalaitteen tulostamaa kunkin pölkyn latvaläpimittaa verrattiin mittasaksilla mitattuun latvaläpimittaan. Tilavuuden mittauksen tarkkuutta tutkittiin sekä pölkyittäin että otoksittaisia tilavuuksia vertaamalla. Kuusitukit ±cm ±5 cm Mäntytukit ± cm ±5 cm Koivutukit ±cm ±5 cm Tukit yhteensä ± cm ±5 cm Kuusikuitupuu ±% ±% Mäntykuitupuu ±% ±% Koivukuitupuu ±% ±% Kuitupuu yhteensä ±% ±% TULOKSET Pituuden mittauksen tarkkuus Läpimitan mittauksen tarkkuus Kummankin koneen mittalaitteen mittaamien tukkien ja kuitupuupölkkyjen pituuksia verrattiin niiden todellisiin pituuksiin (taulukko ): 'fukeista keskimäärin 76 % oli mitattu :t cm:n ja 86 % :t5 cm:n tarkkuudella ja kuitupuupölkyistä (5 m) keskimäärin 87 % :t %:n ja % ± %: n tarkkuudella. Kun latvaläpimitan mittauksen tarkkuusaineistosta poistettiin samalla perusteella kuin pituuden mittauksen yhteydessä yli ± mm:n virheet (8.5 % koneen ja 7. % koneen aineistosta), oli koneen mittalaite mitannut latvaläpimitan keskimäärin oikein ja koneen keskimäärin mm liian suureksi. Kummankin koneen mittalaitteiden tekemien mittausvirheiden hajonta oli supistetussa aineistossa 4 mm ja koko aineistossa 6 mm. Puulajeittain latvaläpimitanmittausvirheet olivat keskimäärin Kalibroinnista johtuvan keskimääräisen pituusvirheen määrittämiseksi aineistosta poistettiin yli ± cm:n virheet (. %), koska ne ovat aiheutuneet muusta kuin normaalista pituuden mittauksen tarkkuudesta. Keskimääräinen pituusvirhe oli mäntyjen ja kuusien mittauksessa cm ja koivujen cm. Puutavaralajeittain pituudenmittausvirheet olivat keskimäärin Kuitupuu 'fukit Virhe, cm Mänty Kuusi Koivu 4 Mänty Kuusi Koivu Virhe, mm Kone Kone Koneen mittalaite oli mitannut kuusien latvaläpimitan tarkemmin kuin koneen. Mäntyjen mittauksessa koneiden välillä ei ollut merkittävää eroa (kuva 4).

5 TAULUKKO Tilavuuden mittauksen tarkkuus Tilavuuden mittauksen tarkkuus pölkyittäin Kone Ero Puulaji ja puutavaralaj i Kone Tilavuuden mittauksessa kaikista pölkyistä 6 %oli mitattu ±4 %:n ja % ± %:n tarkkuudella. Mittaustarkkuudessa oli koneittaista vaihtelua (taulukko ). Keskimäärin /o Koneiden mittalaitteiden tilavuudenmittaustarkkuutta tarkasteltiin myös kumulatiivisesti (kuvat 5ja 6, s. 6). Tilavuuden mittauksen virhe näyttää tasoittuvan noin 5 kuusitukin, noin mäntytukin, noin kuusikuitupuupölkyn ja noin 5 mä ntykuitupuupölkyn mittauksen jälkeen. Kuusi ±% Mänty ±% Koivu ±% Kuusi, mänty ±% Tukit ± % Kuitupuu ±% & koivu Kaikki 6 otosta alittivat sallitun ±4 %:n tilavuusvirherajan (kuva 7, s. 7). Koneen mittalaite mittasi puutavaran tilavuuden yhtä otosta ja yhden otoksen kuitupuuerää lukuun ottamatta liian pieneksi. Koneen mittaustulos vaihteli enemmän nollan kumma llakin puolella. Koko aineistossa oli tukkeja m ja kuitupuuta 6 m Tukkien mittauksen virhe oli koko ainei stossa.7 % ja kuitupuun. %. Tukkien ja kuitupuun mittaukse n ero yh teensä koneen ja tarkastusmittaukse n välill ä ol i.5 %. Mänty Kuusi % %.. c Kone Kone Kone Kone c ~ 4. r Ho'... 6 ~... :! mm!5 mm :! mm Kuva 4. Latvaläpimitan mittauksen tarkkuus 5

6 % Kuusitukit, kone %. Kuusikuitupuupölkyt, kone Kuusitukit, kone Kuusikuitupuupölkyt, kone.o ~;JG~~~~~~===. tt h++ r+t.httt++++++t Mäntytukit, kone o.o ~.=r=~;;::::::~=~...;;;=;:::::::;::::::~. 4. '.,.,:::::;::::::;;...o tht+thrlh Mäntykuitupuupölkyt, kone Mäntytukit, kone....j...,...l~::::::l~==~~:; lttt++t++t++ththh+tttth tt++tt tt t ttt" h t t t+t ttt Pölkkyjä. Mäntykuitupuupölkyt, kone....,_._._f f++++tttH++ttHt++tttH+ittTt~ tt,. r tt...; r t t~ Pölkkyjä Kuva 5. Kumulatllvlnen tilavuudenmittausvirhe tukkeja mitattaessa Kuva 6. Kumulatllvlnen tilavuudenmittausvirhe kultupuupölkkyjä mitattaessa 6

7 Kone Kone Ero (mittalaite tarkastusmittaus), % Ero (mittalaite tarkastusmittaus) % 4.,,., 4 ' 4 ~~~~~ Yht. 4 Yht. 4~~J_~ Kuusi Otos D Tukit Yhteensä Yht. f Otos ll!llill Kuitupuu Mänty 4 Otos Tukit 5 Yht. Kuitupuu Otos Yht. Yhteensä Kuva 7. Tilavuudenmittausvirheet otoksittaln TULOSTEN TARKASTELU Pituuden mittauksen tarkkuus ei kaikkien puutavaralajien osalta täyttänyt asetettuja vaatimuksia. Syy siihen oli nilaajasta johtunut kuoren irtoaminen, mikä vaikeutti pituuden mittausta. Kajaanimittalaitteen pituudenmittaustarkkuus todettiin hyväksi jo aiempaa mittalaiteversiota koskeneessa Metsätehon tutkimuksessa (Metsätehon katsaus 7/989). Koneen mittalaitteen parempi mäntytukkien pituuden mittaustulosjohtui ilmeisesti siitä, että mäntyotosten mittausaikanaelokuussakuori ei irronnut enää yhtä helposti kuin kesäkuussa mitatuissa muissa otoksissa. Koivutukkien parempi mittauksen tarkkuus kuusi ja mäntytukkeihin verrattuna johtui myös siitä, että koivun kuori ei irronnut niin helposti kuin kuusen ja männyn. Koivukuitupuun pituuden mittaustarkkuus ei sen sijaan ollut parempi kuin kuusi ja mäntykuitupuun. Siihen puolestaan vaikuttaa se, että koivun latvaosan pituutta on koivun oksaisuudenja mutkaisuuden vuoksi vaikea mitata tarkasti. Pituuden mittausta on Kajaani 4 mittalaitteessa kehitetty edelliseen versioon nähden siten, että nyt pituuden mittaus kalibroidaan puulajeittain. Tätä ehdotettiin jo Metsätehon edellisessä tutkimuksessa. Edelleen pituuden mittauksen tarkkuutta voi taisiin parantaa ottamalla huomioon eri rungonosien mittauserot. Tässäkin aineistossa mäntytukkienja kuitupuun pituuden mittaustarkkuudessa oli keskimäärin cm:n ero. Läpimitan mittauksessa oli puulajeittain keskimäärin vähintään mm:n ero tarkastusmittaukseen verrattuna, eli kalibrointi ei ollut aivan kohdallaan. Kalibrointiin tulee kiinnittää erityistä huomiota; sen on oltava huolellista ja kalibrointiotoksen on oltava riittävän suuri. Tilavuus mitattiin kuoren irtoamisen vuoksi keskimäärin hieman liian pieneksi. Mittalaitteen tilavuudenmittaus or kokonaisuutena luotettavaa ja virheet olivat vähäisiä. Tämän tutkimusaineiston perusteella riittävä otoskoko Kajaani 4 mittalaitteen tarkastusmittaukseen on 5 kuusi ja mäntytukkia sekä kuusija 5 mä ntykuitupuupölkkyä silloin, kun laite on hyvässä kunnossa, olosuhteet ovat tavanomaiset ja tarkastusmittaus tehdään metrin pätkissä. Tarkastusmittauksessa on huolehdittava, ettäjokaista puutavaralajia on riittävästi. Asiasanat: Hakkuukoneet Mittalaitteet Mittaus, tarkkuus 7

8 Metsäteho Review /99 KAJAANI 4 MEASUREMENT EQUIPMENT AND ITS MEASURING ACCUI;IACY The Kajaani 4 is control and measurement equipment for a harvester. The equipment is measuring the timber volume by length section. The materia} for assessing measuring accuracy was collected from two measurement equipments mounted on Ponsse HS5e/H6 singlegrip harvesters primarily during the month of June, i.e. at a time, when the bark came off easily. The coming off ofthe bark affected the length measuring accuracy in particular. Of the sawlogs, 76 % were measured at an accuracy of ± cm and 86 % at ±5 cm, and the pulpwood (5 m) 87 % were measured at an accuracy of ±% and % at ± %, i.e. the length measuring accuracy did not quite fulfil requirements. The accuracy of diameter measurement was determined by measuring the top diameter; 9 % of the pines were measured by the equipment mounted on Machine, and 4 % by equipment mounted on Machine, at an accuracy of ± mm. The correspondingfigures for spruce were 58% and %. Considering the conditions, the diameter measuring accuracy was quite good. The required ±4 % accuracy for volume measurement was achieved in all 6 samples for both sawlogs and pulpwood. 6 % of all bolts were scaled at an accuracy of ±4 % and % ofthe bolts at an accuracy of ± %. In the entire materia}, the error in sawlog measurement was.7 % and in pulpwood measurement. %. Volume measurement accuracy was good overall. Key words: Harvesters Measuring equipment Measurement, accuracy, METS}lTEHO ISSN 548X PL (Unioninkatu 7) HELSINKI Puhelin (9) 5 Faksi (9) 659 HELSINKI 99 PAINOVALMISTE