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Forintek ist ein führendes Unternehmen für Holzproduktforschung mit Sitz in Kanada. Ziel des Unternehmens ist die Entwicklung von Anwendungen und Lösungen zur Maximierung der Wettbewerbsfähigkeit des kanadischen Holzproduktesektors. Forintek führt auch Markt- und Wirtschaftsstudien durch und spielt national und international eine zentrale Rolle bei der Entwicklung von Bauvorschriften und -normen.
Probleme in der Holzindustrie
Im gegenwärtigen Fertigungsverfahren für die Wohnbauindustrie werden Baumstämme verarbeitet, um dünne Holzspäne in einem bestimmten Größenbereich zu produzieren, mit denen die Produkteigenschaften der Holzplatten optimiert werden sollen. Aufgrund des sich ändernden Holzvorrats in manchen Gegenden müssen die Sägemühlen trockeneres Holz wie z. B. MBP-Kiefer verarbeiten. Solche Kiefern erzeugen große Mengen kleiner Holzpartikel, sogenannter Feinspäne, die die Produktion von Holzspänen einheitlicher Größe, die für effiziente Verarbeitung und gute Qualität erforderlich sind, erschweren. Schätzungen zufolge fallen bei trockenerem Holz kleine Partikel im Umfang von 5-50 % des Gesamtvolumens an, und jede Verbesserung um 1 % bei der Holzverarbeitung durch die Reduktion von Feinspänen könnte den Sägemühlen je nach Standort Einsparungen in Höhe von 250.000-300.000 US-Dollar im Jahr bringen.
Systemkonfiguration und Verbesserungen
Aufgrund des hohen Interesses in der OSB-Industrie begann Forintek 2002 mit der Entwicklung eines Online-Systems zur Messung von Feinspänen. Das ursprüngliche System bestand aus zwei Wolfram-Halogenlampen und einer analogen 1/2" CCD-Monochromkamera, die mit einem Vision-Computer zur Analyse der Bilddaten über eine mit C++ programmierte Software verbunden war. Das System war auf die Auswurfrinne eines Endlosfördersystems gerichtet, mit dem die Bedingungen in der Sägemühle reproduziert werden sollten. Erste Tests zeigten, dass das System verbessert werden musste. Folgende Änderungen wurden vorgenommen:
Beleuchtung: Die Halogenlampen wurden wegen ihrer kurzen Nutzungsdauer und hohen Wärmeerzeugung durch zwei LED-Lampen ersetzt, die Lichtimpulse hoher Frequenz generierten, um ausreichende Beleuchtung für das Projekt zu gewährleisten.
Machine-Vision-Kamera:
Die Analogkamera bot geringe Lichtempfindlichkeit und wurde durch die monochrome Digitalkamera Prosilica GC650 ersetzt. Die GC650 ist eine schnelle Kamera mit VGA-Auflösung und einer GigE-Vision-kompatiblen Schnittstelle. Der 1/3" CCD Progressive Scan Sensor ICX424 von Sony liefert eine hervorragende Bildqualität und Empfindlichkeit. Die Prosilica GC650 wurde mit einem 12-mm-Objektiv ausgestattet und in einer Entfernung von etwa 1,20 m vom Ziel auf eine Belichtungszeit von 1/1.000s und 20 Bilder pro Sekunde eingestellt. Außerdem verwendeten die Techniker bei Forintek die in jeder Prosilica CCD-Kamera enthaltene 2x2 Binning-Funktion zur weiteren Steigerung der Aufnahmeempfindlichkeit. Binning ist eine Funktion, die die Empfindlichkeit der Kamera auf Kosten der Auflösung dramatisch erhöht, indem Pixel kombiniert werden, um weniger aber größere Pixel zu erhalten.
Software: Die Software wurde in Lab View für erhöhte Benutzerfreundlichkeit und weitere Betriebsfunktionen umprogrammiert.
Test der Pilotanlage
Ein Endlosfördersystem mit zwei gegenläufigen Förderbändern, die an beiden Enden durch Auswurfrinnen verbunden waren, wurde speziell für die Tests gebaut. Das System wurde für zwei Szenarien konfiguriert:
Szenario 1:Die Lampen und die Kamera sind durch ein Sichtfenster auf das frei fallende Mahlgut in der Fallzone der Förderbänder gerichtet. Die Lampen und die Kamera befinden sich beide 25 cm vom Mahlgut entfernt.
Szenario 2: Die Lampen und die Kamera befinden sich 50 cm oberhalb des Mahlguts, um Messungen von oben durchzuführen.
In den Tests wurde das Fördersystem mit 5 kg Mahlgut jeder Sorte (Pappel, Birke und MBP-Kiefer) befüllt, wobei die Feinspananteile in 5-%-Schritten von 0-50 % verändert wurden. Zur Simulation der Bedingungen in der Sägemühle bewegte sich das Förderband mit einer Geschwindigkeit von 75 m/min. Die Kameras machten Aufnahmen mit einer Rate von 10 Bildern pro Sekunde, und 500 Bilder wurden in beiden Szenarien jeweils für die einzelnen Feinspananteile analysiert.
Messungen in der Sägemühle
Das Bildgebungssystem wurde dann in die Sägemühle "Louisiana Pacific OSB" in Chambord, Québec, gebracht, um den Feinspangehalt von Mahlgut aus Pappelstämmen zu messen. Die Prosilica GC650 wurde in einer Lukenöffnung mit Blick auf das Förderband montiert und sollte mit einer Rate von 10 Bildern pro Sekunde über einen Zeitraum von vier Stunden Aufnahmen machen. Mahlgutproben wurden vom Personal in unregelmäßigen Abständen entnommen, um den tatsächlichen Feinspangehalt zu bestimmen.
Während des Testzeitraums ergab sich, dass die Anzahl der Späne in den entnommenen Proben gut mit den durch das Bildgebungssystem gemessenen Ergebnissen korrelierte. Heute verwenden über 10 OSB-Sägemühlen in Kanada, den USA und Europa das ursprünglich von Forintek entwickelte Feinspanmesssystem. Auf diese Technologie wurde ein Patent angemeldet.
Direkt-Link zur Prosilica GC Serie
http://www.rauscher.de/Produkte/Kameras/Prosilica-GigE-Vision-Kameras/GC-Serie/
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