METSÄTEHO 9/ MOTOMITMITTALAITTEEN KÄYTTÖKELPOISUUS TILAVUUDEN MITTAUKSESSA Kaarlo Rieppo Motomitmittalaite on hakkuukoneissa käytettävä yleisesti saatavissa oleva puutavaran tilavuuden pätkittäin mittaava mittalaite. Mittaustarkkuutta koskeva aineisto kerättiin kolmesta mittalaitteesta, jotka oli asennettu erilaisiin hakkuukoneisiin. Aineisto kerättiin kevään ja syksyn välisenä aikana. Tukkien pituuksista 8 %oli mitattu ± cm:nj a % ±5 cm:n tarkkuudella. 5 m pölkkyjen pituuksista 85 % mitattiin ± %:n ja 96 % ± %:n tarkkuudella. Pituuden mittauksen tarkkuus oli hyvä. Läpimitan mittauksen tarkkuus selvitettiin mittalaitteen tulostamia runkoprofiileja hyödyntäen. Mittalaite mittasi läpimitat keskimäärin liian suuriksi. Männyn läpimitoista koneen mittalaite oli mitannut 6 %ja koneen mittalaite 7 % ± mm:n tarkkuudella. Kuusen vastaavat osuudet koneittain olivat: kone 6 %, kone % ja kone 8 %. Kaiuulla koneen vastaava osuus oli %. Läpimitan mittauksen tarkkuus oli kohtuullinen. Tilavuuden mittauksessa kaikissa mitatuissa tukkiotoksessa saavutettiin vaadittu ± %:n mittaustarkkuus. Sen sijaan lwitup uuotosta 5:stä ei täyttänyt em. vaatimusta. Kaikista pölkyistä 7 % oli mitattu ± %:n ja % ± %:n tarkkuudella. Koko aineistossa virhe oli tukkien mittauksessa.9 %ja kuitup uun mittauksessa. %. Tilavuuden mittauksen tarkkuus oli kokonaisuutena kohtuullisen hyvä. Kuva. Yksi tutkituista Motomitmittalaitteista oli asennettu Logset 555 hakkuu laitteeseen. Kaikki valok. Metsäteho Motomitmittalaitteen tarkastusmittauksessa riittävä otoskoko on tämän tutkimusaineiston perusteella kuusi ja 5 mäntytukkia sekä kuusi, mänty ja 5 koivupölkkyä. ~ METSÄTEOWSUUS
MITTALAITE JA SEN TOIMINTA Yleistä Motomitmittalaitteen on kehittänyt ja sitä valmistaa sekä myy Forssassa toimiva elektroniikkayritys Mitron Oy, joka on perustettu 9. Mittalaite soveltuu yksioteharvestereihin. Syyskuun lopussa mittalaitteita oli käytössä 6. Suurin osa niistä on asennettu Lako ja Logsethakkuulaitteisiin (kuva ). Mittalaitteen hinta syksyllä oli mk varustuksen mukaan. Laitteen huollosta vastaa valmistaja, ja laitteelle annetaan vuoden takuu. Tekniikka ja toiminta Motomit on hakkuukoneen mittalaite, joka ohjaa hakkuukoneen toimintaa, mittaa rungon pituutta ja läpimittaa sekä tulostaa tiedot näytölle tai paperille. Motomit koostuu näppäimistöllisestä näyttökeskusyksiköstä (kuva ), erillisistä hallintanäppäimis. töistä, pituus ja läpimittaantureista ja kiijoittimesta. Näyttökeskusyksikön mitat ovat cm x cm x cm. Mittalaitteessa on myös ohjausosa samassa kotelossa näytön ja näppäimistön kanssa. Tällöin saadaan aikaan mahdollisimman yksinkertainen asennettavuus. Vanha Teometmittalaite saadaan päivitettyä uudeksi Motomitmittalaitt~eksi helpostj vain etukantta vaihtamalla. Mittaiaitteessa on vakiovarusteena kaksi erillistä muistipankkia, joilla kummallakin on omat leimikkotiedot. Lisämuistipiirillä saadaan muistipankkien määrä neljäksi.'.. Päänäyttö on x. merkin alfanumeerinen LCDnäyttö, jossa m erkkien korkeus on 8 nim. Pituus ja läpimittanäytöt ovat nelinumeroisia LCDnäyttöjä, joissa merkkien korkeus on.7 mm. Näytöissä on taustavalot. Kuva. Motomitmittalaitteen yhdistetty näyttökeskusyksikkö Mittalaitteessa on etupaneelin kalvon alla 6:sta erillisnäppäimestä koottu näppäimistö. Erillisiä hallintanäppäimistöjä on 5 kpl. Näistä kpl on valintanäppäimistöjä ja hakkuulaitteen ohjau skahvaa. Pituus mit~taan erillisellä mittapyörällä,joka on liitetty pulssi tai induktiiviseen anturiin. Anturilta saadaan pulssia/kierros. Mittalaite pystyy erottamaan pulssin vaiheet ja reunat, jolloin saadaan nelinkertainen erottelukyky. Tavanomainen mittapyörän halkaisija on 8 mm, jolloin pituusanturin erottelukyky on vajaa millimetri. Läpimitan mittaus perustuu yleensä syöttölaitteen asennon tunnistamiseen LVDT, RVDT, pulssi tai potentiometrianturilla. Läpimitan mittauksen erottelukyky riippuu valitusta anturista vaihdellen.:sta mm:iin. Tämän tutkimuksen kaikilla kolmella koneella läpimitan mittaus perustui syöttölaitteiden asennon tunnistamiseen. Mittalaite saa rungosta ensimmäisen läpimittahavainnon siltä korkeudelta, joka on sahan ja läpimitan mittauskohdan välinen etäisyys. Se vaihtelee hakkuulaitteen mukaan :stä 8:aan cm:iin. Kyseisen pätkän tilavuus lasketaan Metsäntutkimuslaitoksen laatiman tyven kaarevuustaulukon avulla. Tämän jälkeen rungosta saadaan läpimittahavainto pituuspulssin välein. Pölkyn tilavuus lasketaan enintään cm:n mittaisten pätkien tilavuuksien summana. Kunkin cm:n pituisen pätkän tilavuus lasketaan kartiona. Läpimitan mittauksessa on suodatusta, jota voidaan säätää. Mittalaitteessa on kuusi puulajirekisteriä. Kussakin on mahdollisuus tavaralajin erottel~~n. Kullekin tavaralajille voidaan määrittää tukkipituutta ja kuitu, laho tai raakkipituutta. Kullakin tavaralajilla on erilliset kappale, juoksumetri, tilavuus ja tukkiluettelotiedot. Tavaralajierottelua voidaan käyttää hyväksi esim. laatuluokittelussa. Automaattinen värimerkkaus voidaan valita mille puutavaralajille tahansa. Jokaiselle tavaralajille voidaan antaa maksimimitta erikseen pituuden ylitykselle ja alitukselle. Runko voidaan käsitellä Motomitmittalaitteella joko automaatti, puoliautomaattitai käsiajolla. Apteeraustavaksi voidaan valita joko jonoapteeraus, jossa apteerausmitat valitaan nuolinäppäimillä apteerauslistasta tai erillisapteeraus, jossa eri mitoilla on omat näppäimet. Apteerausta voidaan muuttaa syötön aikana, jolloin kone syöttää rungon asetettuun uuteen mittaan. Jokaiselle puulajille voidaan asettaa apteerausmittaa. Apteerausmitta sisältää pölkyn pituuden, minimiläpimitan ja puutavaralajin. Haluttaessa mittalaite voi muuttaa automaattisesti apteerausta syötön aikana, kun saavutetaan minimiläpimitta. Laitteeseen on valmistumassa arvoapteerausohjelma. e
Mittalaitteen mittaus ja asetustiedot tulostetaan yleensä kirjattimelia mittaustodistuksen muotoon. Vaihtoehtoisesti voidaan tiedot tulostaa näytölle. Lisäksi on mahdollista lähettää tiedot toiselle laitteelle tiedonsiirtona. Mittalaitteelta saatavia raportteja ovat: mittaustodistus, puutavaralajien erittely, tukkiluettelot, kalibroiiitituloste, runkoprofiili. m:n tai.5 m:n välein, sivumuisti tilavuuden tarkastukseen (kustakin pölkystä pituus, tilavuus ja latvaläpimitta), asetusarvotulos te, näppäimistötuloste ja apteeraustaulukot. Kalibrointi Pituusmittauksessa anturilta tulevan mittaussignaalinja mitatun pituuden vastaavuus on lineaarinen suora. Läpimitan mittauksessa tämä on käyrä, jonka muoto riippuu hakkuulaitteen mekaniikasta ja anturin ja vahvistimen säädöstä. Läpimittakäyrä muodostuu pisteestä, jotka on yhdistetty toisiinsa suorilla. Pisteet on taulukoitu puulajeittain. Yhdelle puulajille voi olla useampia taulukoita. Pituuskalibroinnissa asetetaan mittaussignaalille korjauskerroin, johon vaikuttaa mittapyörän painuminen puuhun, mittapyörän kuluminen, oksaisuus ym. Kalibroida voidaan joko muuttamalla suoraan korjauskerrointa tai syöttämällä mittalaitteelle oikea mittanauhalla mitattu pituus viimeksi tehdyn pölkyn pituuden näkyessä näytössä. Mittalaite laskee tällöin uuden korjauskertoimen. Läpimitta voidaan kalibroida kolmella tavalla: nostamalla tai laskemalla käyrää tai sen osaa mtiutta.m alla käyrän yhtä pistettä tavanomaisena kalibrointina, ts. hakkaamalla ru'n ko, mittaamalla se.5 m:n välein ja syöttämällä mittausarvot mittalaitteelle. Tässä kalibrointitnvassaja tarkastusotannassa mittausarvot v.oidaan siirtää standarditiedostona mittasaksilta. TUii<tl\lf'USMENETELMÄ JA AINEISTO Pätkittäin puutavaran tilavuuden mittaavan Moto\: mitmittalaitteen pituuden, läpimitan ja tilavuu..,: denmittaustarkkuutta puu ja puutavaralajeittain tutkittiin kolmen koneen osalta huhti, kesä ja syyskuussa. Työmaat sijaitsivat Pohjanmaan rannikolla, Lahden seudulla ja PohjoisSavossa. Kahdessa koneessa mittalaitteet oli asennettu AFM 6 hakkuulaitteeseen: koneen alustakoneena oli vanha Kockums 85 ja koneen Åkerman H7 kaivinkone (kuva ). Kolmas hakkuukone oli Oy Logset Ab:n Norcar 5H varustettuna Logset 555 hakkuulaitteella. Hakkuukoneiden kuljettajat olivat Kuva. Yksi tutkituista Motomitmittalaitteista oli asennettu AFM 6 hakkuu laitteeseen, jonka alustakoneena oli Åkerman H7 kaivinkone tottuneita sekä hakkuukoneen että mittalaitteen käyttöön. Valmistajan edustaja kalibroi mittalaitteet ennen aineistojen keruuta. Läpimitta mitattiin koneessa LVDT, koneessa pulssi ja koneessa potentiometrianturilla. 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. en aineistot kerättiin huhtikuussa, koneen huhti ja kesäkuussa ja koneen syyskuussa (taulukko ). ista ja saatiin aineistoa sekä kuusesta, männystä että koivusta, mutta koneesta vain kuusesta. Tukkiotoksissa oli keskimäärin 8 ja otoksissa 55 pölkkyä. TAULUKKO Aineiston määrä Erittely Tavaralaji m Pölkkyjä, kpl Otoksia, kpl 9. 9. 8 5 7. 5.8 65 5. 7.7 8 Yhteensä 9. 5.7 6 85 5
Pituuden mittauksen tarkkuus selvitettiin vertaamalla mittalaitteen mittaamaa pituutta mittanauhalla mitattuun pituuteen. Läpimitan mittauksen tarkkuuden selvittämiseksi mittalaitteen tulostamien runkokäyrien tuloksia verrattiin vastaavista kohdista mittasaksilla mitattuihin arvoihin. Tilavuuden mittauksen tarkkuutta tutkittiin sekä pölkyittäin että otoksittaisia tilavuuksia vertaamalla. TULOKSET Pituuden mittauksen tarkkuus Mittalaitteiden mittaamien tukkien ja pölkkyjen pituuksia verrattiin niiden todellisiin pituuksiin (taulukko ). Tukeista keskimäärin 8 % oli mitattu ± cm:n ja % ±5 cm:n tarkkuudella ja 5 m pölkyistä keskimäärin 85 % ± %:n ja 96 % ± %:n tarkkuudella. TAULUKKO Keskimääräiset pituuden mittausvirheet Puulaji ja puutavaralaji Virhe, cm Mänty Kuusi Koivu...8 Mänty Kuusi.9. Mänty Kuusi Koivu...8.9.6.5.......8. Läpimitan mittauksen tarkkuus TAULUKKO Puutavaralaji Tukkien ja pölkkyjen pituuden mittaustarkkuus Ero Keskim. % Kuusi +cm +5cm 8 7 77 77 Mänty +cm +5cm 87 96 9 Tukit yhteensä +cm + 5cm 7 79 8 Kuusi + % +% 9 8 9 Mänty +% +% 9 85 87 Koivu +% +% 7 9 79 7 Kuitupuu yhteensä +% +% 8 9 8 Runkoprofiileista mitatun koko aineiston läpimitan mittauksen tarkkuuden jakauma on esitetty taulukossa. TAULUKKO Puulaji Läpimitan mittauksen tarkkuus Ero Keskimäärin % M änty + mm + 5 mm + mm 6. 9. 85.7 Kuusi +mm +5 mm + mm Koivu 85 96 Keskimääräisen pituusvirheen määrittämiseksi pituusmittausaineistosta poistettiin yli ± cm:n virheet (.5% koneen,. % koneen ja.6 % koneen aineistosta), koska ne ovat aiheutuneet muusta kuin tavanomaisesta pituuden mittauksen tarkkuudesta. Keskimääräiset pituuden mittausvirheet ilmenevät taulukosta. Kun runkoprofiileista mitatusta läpimitan mittauksen tarkkuusaineistosta poistettiin samalla perusteella kuin pituuden mittauksen yhteydessä yli ± mm:n virheet (7.5 % koneen,.5 % koneen ja 8.7 % koneen aineistosta) oli läpimitanmittausvirhe koneen mittalai~teella +.8 mm, konee~ mittalaitteella +. mm ja koneen mittalaitteella +. mm. Hajonnat vastaavassajärjestyksessä olivat. mm,.7 mm ja 5. 'mm. Sup!starii~tt~~a~ aineiston hajonnat olivat 7. mm, 6. mm]a9.7 mm. M änty, kuusi & koivu 7. 8.5 75..5.6 8. 6. 9.6 7..9 6.8 89. 7.9 67.6. 9. 6.6 89. + mm +5 mm + mm.8 7.9 69..8 7.9 69. +mm +5 mm + mm. 7. 8.5.9 6.8 89..9 5. 8. 6. 9 55. 85.
Tilavuuden mittauksen tarkkuus 5 Ero (mlttalahe tarkastusmlttaus),% Tilavuuden mittauksessa lähes puolet pölkyistä oli mitattu ± %:n ja lähes yhdeksän kymmenestä ± %:n tarkkuudella. Mittaustarkkuus oli yleensä paras koneella. Koivun mittauksessa koneella oli ± %:n sisällä suurempi osuus pölkyistä kuin koneella (taulukko 5). TAULUKKO 5 Puulaji ja puutavaralaji Tilavuuden mittauksen tarkkuus pölkyittäin Ero ±% 5 9 + % Mänty + % Koivu Kuusi, mänty & koivu Tukit Kuitupuu 76 Keskimäärin 5 59 9 8 7 8 8 5 7 8 8 56 9 7 7 + % + % 6 9 +%. +% 8 7 96 8 7 9 7 9 68 5 87 o~~~~wl~~~~~,~~~ ~r~~~~ % Kuusi 5 8 Kumulatiivisesti määritettyjen tilavuusvirheiden perusteella tilavuuden mittauksen virhe näytti tasoittuvan noin kuusitukin, 5 mäntytukin, kuusipölkyn, mäntypölkyn ja 5 koivupölkyn mittauksen jälkeen, Tilavuusvirhe oli kaikissa mitatuissa t\tkqf~tok sessa pienempi kuin sallittu ± % (kuva ). YI~isesti mittalaitteet mittasivat tukin tilavuuden liian pieneksi. Selvästi tarkimmin tukin tilavuuden mittasi koneen mittalaite. Mitatuista otoksista :ssä 5:stä tilavuuden mittausvirhe oli suurempi kuin sallittu ± %. Suurin poikkeama,. %, oli koneen mäntyotoksessa. Tämä aiheutui ilmeisesti j äisen puun sulamisesta päivän aikana. en keskimääräinen virhe oli tukeilla. %, lla. %ja tukeillaja llayhteensä.8 %. en vastaavat arvot olivat.9 %,.9 % ja. % sekä koneen. %,.7 % ja. %. Koko aineistossa tilavuuden mittauksen virhe oli tukeilla.9 % ja lla. %. Tukkien ja n tilavuuden mittauksen ero yhteensä kone ja tarkastusmittauksen välillä oli.5 %. 5 6 7 8 9 ~~ KuT KuK MäT MäK KoK 5., r~ PV X'VX:<.,;X>:X""""')V<.,I I.N',l\. ~>VVVV'I K><>OO<~><:I m,.... ~ ~ 5 6 7~~ KuT KuK 5r, r.. o~~~~~re=rmmr~~~ ~r 5 6 7~~ KuT KuK KoK MäK MäT Puutavaralajelttalset otokset Kuva. Tilavuuden mittausvirheet otoksittain. ella oli yksi koivuotos mitattu tarkalleen oikein 5
TULOSTEN TARKASTELU Keskimääräisten pituusvirheiden perusteella koneiden ja kalibrointi ei ollut aivan kohdallaan. Koivupölkyt mitattiin yleisesti cm pidemmiksi kuin havupuupölkyt. Kuitupuupölkyt mitattiin puolestaan pidemmiksi kuin ; ero vaihteli koneittain männyllä cm:stä cm:iin ja kuusella cm:stä cm:iin. Pituuden mittauksen tarkkuutta voitaisiin parantaa huolellisella puulajikohtaisella kalibroinnilla sekä huomioimaila eri rungonosien väliset systemaattiset mittauserot. iden ja pituuden mittauksen tarkkuus oli hyvä. en pituuden mittauksen tarkkuus ei aivan täyttänyt asetettuja vaatimuksia tukin osalta. Koivu oli yleisesti mitattu kohtuullisen tarkasti. et ja olivat runkoprofiileista määritetyn aineiston perusteella mitanneet läpimitan liian suureksi. mittasi sen sijaan läpimitan keskimäärin oikein. Hajonta läpimitan mittauksessa oli tavanomainen. Yllättävää oli läpimitan mittaustu loksenja tilavuuden mittaustuloksen yhteys koneilla ja ; vaikka läpimitta mitattiin liian suureksi, oli otoksittaiset tilavuudet lähes aina mitattu liian pieniksi. Yksittäisten pölkkyjen tilavuuden mittauksen tarkkuuksien perusteella kuusen mittaus oli luotettavampaa kuin männyn ja koivun. Puutavaralajeittain mitattujen otosten perusteella tukin mittaus Motomitmittalaitteella on luotettavaa. Sen sijaan pölkkyjen mittauksen tarkkuus oli osalla tämän tutkimuksen koneista vielä jonkin verran epäluotettavaa. Tämän, ehkä hakkuulaitekohtaisen, epäluotettavuuden poistamiseen on mittalaitteen jatkokehittämisessä vielä panostettava. Tämä on erityisen tärkeää Motomitin kaltaiselle mittalaitteelle, koska se on asennettavissa mihin tahansa hakkuulaitteeseen. Tutkimusaineistosta muodostettujen puutavaralajeittaisten kumulatiivisten tilavuusvirheiden perusteella riittävät otoskoot Motomitmittalaitteen tarkastusmittaukseen ovat kuusi ja 5 mäntytukkia sekä kuusi, mänty ja 5 koivupölkkyä. Tämä edellyttää koneen ja mittalaitteen moitteetonta kuntoa. Tarkastusmittauksessa on huolehdittava, ettäjokaista leimi~olla esiintyvää puutavaralajia on otoksessa riittävästi. Asiasanat: Hakkuukoneet Mittalaitteet Mittaus, tarkkuus Metsäteho Review 9/ APPLICABILITY OF MOTOMIT MEASUREMENT DEVICE IN MEASURING VOLUME Motomit measurement devices are readily available for installation onto harvesters for the measurement of timber volume by length section. The data on measurement accuracy were collected from three measurement devices installed onto different kinds of harvesters. This was done between the spring and autumn of. In regard to the length oflogs, 8 % ofthem had been measured to an accuracy of ± cm and % to an accuracy of ±5 cm. Pulpwood cut to 5 m lengths had been measured to an accuracy of ±% in the case of 85 % of the bolts and to an accuracy of ± % in the case of 96 % of the bolts. The accuracy of length measurement was good. The accuracy of diameter measurement was determined by referring to the stem profiles output by the measurement device. On average, the device gave diameters bigger than the actual. The measurement device mounted onto machine achieved an accuracy of ± mm with 6 % of the diameter measurements for pine; for machine, the corresponding figure was 7 %. In the case of spruce timber, the accuracy distribution figures per machine were as follows: machine, 6 %; machine, % and machine, 8 %. When measuring birch timber, the figure for machine was %. The accuracy of diameter measurement was fair. The required accuracy of ± % was achieved in all of twelve log measurement samples. Four of the fifteen pulpwood sample failed to fill this requirement. Of all the bolts measured 7 % had been measured to an accuracy of ± % and % to an accuracy of ± %. The measurement error for the entire materia! was.9 % in the case oflogs and. % in the case of pulpwood. On the whole, the accuracy of volume measurement was fairly good. In accordance with the data collected in connection with this study, sufficient sample sizes for check measurements are as follows: spruce and 5 pine logs, and spruce, pine and 5 birch pulpwood bolts. Key words: Harvesters Measuring device Measurement, accuracy METSÄTEHO ~ Postios: P., HELSINKI ISSN 58X Helsinki 9 Poinovolmisll! Kotuos: Unioninkatu 7, HELSINKI Foksi: (9) 659 Puhelin: (9) 5 A W'