Optimierte Holzproduktion
Holzvermessungen bei wechselndem Tageslicht
Ein Bildverarbeitungssystem an einem Transportfahrzeug und eine Outdoor-geeignete Beleuchtung ermöglichen die effiziente Vermessung von Baumstämmen, bevor diese zu Brettern weiterverarbeitet werden.
Weltweit sind Unternehmen bestrebt, die Effizienz und Qualität ihrer Prozesse zu maximieren, um sich einen Wettbewerbsvorsprung zu sichern. Die Holzverarbeitung macht hier keine Ausnahme, denn die genaue Kenntnis der benötigten Mengen an produziertem und geliefertem Holz ist sehr wichtig. Aus diesem Grund hat der amerikanische Holzproduzent Pike Lumber einen Bildverarbeitungsexperten konsultiert, um diesen Prozess zu automatisieren. Wenn Bäume an holzverarbeitende Unternehmen verkauft werden, werden die großen zentralen Teile der Baumstämme auf bestimmte Längen zugeschnitten und ihr Durchmesser ermittelt. Die Messdaten der Stammlängen und Durchmesser werden dazu verwendet, die Anzahl an Holzbrettern zu ermitteln, die aus dieser Holzmenge mit einer Dicke von ca. 25mm hergestellt werden können. Die Messung des Stammdurchmessers ist äußerst arbeits- und zeitintensiv und dabei auch noch sehr anfällig für menschliche Fehler. Greg Hilbert, Präsident von eSolutions leitete dieses Automatisierungsprojekt. Ziel des Projekts war es, ein extrem effizientes, zuverlässiges und akkurates Messverfahren ohne Zeiteinbußen zu integrieren. Da das Verladen und Lagern der Stämme hauptsächlich im Freien stattfindet, war es wichtig, ein Bildverarbeitungssystem einzusetzen, das den Elementen trotzt und unter unterschiedlichen Tageslicht- und Wetterbedingungen eine gute Wiederholgenauigkeit garantiert. Die Idee dabei war, das gesamte Bildverarbeitungssystem bestehend aus Kamera, Beleuchtung und Bildverarbeitungshardware an einem Tigercat Greiflader, der für das Aufnehmen und Bewegen der Stämme eingesetzt wird, zu befestigen. Dies bietet den Vorteil, dass der Bediener des Greifladers seine Tätigkeit wie gewohnt ausführen und in der Maschine sitzen bleiben kann, während das Bildverarbeitungssystem die Messungen übernimmt. Sobald ein Stamm mit dem Greiflader aufgenommen wird, bleibt er für einen kurzen Moment in einer bestimmten Position, um von dem Bildverarbeitungssystem erfasst zu werden. Zwei Efector-Lasersensoren von ifm electronic überprüfen Anwesenheit, Abwesenheit und Entfernung. Eine SPS triggert den Laser, woraufhin die Information an einen PC weitergeleitet wird, der im Maschineninnenraum montiert ist und den Prozess für das gesamte System steuert. Von da erfolgt die Bildaufnahme mit einer Visionscape-GigE-Kamera von Microscan. Die wichtigste Rolle in dieser Applikation nimmt die Beleuchtung ein, die trotz der ständig wechselnden Lichtverhältnisse im Freien für eine wiederholbare Beleuchtungssituation sorgen muss. Hier wurde eine LED-Blitzbeleuchtung aus der XR256-Serie von Smart Vision Lights (Vertrieb: Stemmer Imaging) ausgewählt, die Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 850nm in einer extrem hohen Lichtintensität ausstrahlt. Für Infrarotlicht hat man sich deshalb entschieden, weil die meisten Hochleistungs-LEDs mit einer Wellenlänge von 850nm angeboten werden und der Spektralbereich des Sonnenlichts ein wenig unterhalb der anderen sichtbaren Wellenlängen liegt. Die Kamera wurde mit einem IR-Bandpass-Filter darauf abgestimmt. Dieser lässt nur das Licht der Blitzbeleuchtung zur Kamera durch. Alles andere wird blockiert, was die Menge an Umgebungslicht deutlich reduziert. Die Impulsbreite des Blitzlichts ist auf 100ms eingestellt, damit es auf keinen Fall zu Pixelunschärfe kommt, wenn sich der Baumstamm bewegt. Der gesamte Prozess wird durch ein Druckknopfsystem aktiviert. Der Anwender muss den Baumstamm lediglich dem Bildverarbeitungssystem präsentieren und mit dem Drücken des Knopfes die automatischen Messungen und Berechnungen auslösen, was mit Hilfe eines Blobanalyse-Tools der Visionscape-Software geschieht. Greg Hilbert erklärt: „Der größte Anteil der Außenrinde wird aus dem Bildmaterial entfernt, um dem Holzlieferanten eine bessere Abschätzung des nutzbaren Holzvolumens zu ermöglichen.“ Das System ist für die Bestimmung der gelagerten Rohholzmenge enorm hilfreich und sorgt für eine drastische Verbesserung bei der Genauigkeit der Auftragserfüllung. Zu wissen, wie viele Bretter aus einem einzelnen Stamm geschnitten werden können, ohne zusätzliche Arbeitskosten und die Gefahr möglicher Fehler bei einer manuellen Messung, stellt neben der Maximierung der Bestands- und Prozesseffizienz einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil dar.
