Prosilica GC650 mißt Feinpartikelanteil in Holzmühlen

Messystem von Forintek prüft Spangröße in OSB-Platten Produktion.

Kanada ist weltweit bekannt für seine qualitativ hochwertigen Holzprodukte und ist auch der größte Exporteur von Holz-produkten. Etwa 75 % der in Kanada gefertigten Bauholzplatten (meist OSB) werden exportiert und dies vor allem in die USA.

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 der kanadischen Holzver-arbeitungsbranche. Forintek führt auch Markt- und Wirtschaftsstudien durch und spielt national und international eine zentrale Rolle bei der Entwicklung von Bauvorschriften und -normen.

Die Herausforderung: Feinspäneanteil automatisch ermitteln
    
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. Auf-grund des sich ändernden Holzvorrats in manchen Gegenden müssen die Säge-mühlen trockeneres Holz wie z. B. MBP-Kiefer verarbeiten. Solche Kiefern erzeugen große Mengen kleiner Holzpartikel, sogenannter Feinspäne, die die Produktion von Holzspänen einheitlicher Größe erschweren, die für effiziente Verarbeitung und gute Qualität erforderlich sind.

Schätzungen zufolge fallen bei trockenerem Holz kleine Partikel im Umfang von 5–50 % des Gesamtvolumens an, und jede Ver-besserung um 1 % bei der Holzverarbeitung durch die Reduktion von Feinspänen kön-nte den Sägemühlen je nach Standort Einsparungen in Höhe von 250.000–300.000 US-Dollar im Jahr bringen.

Die Lösung: Speziell entwickelte Bildverarbeitung mit Prosilica Kamera

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 ver-bessert werden musste. Folgende Änderungen wurden vorgenommen:

  • Beleuchtung: Die Halogenlampen wurden wegen ihrer kurzen Nutzungsdauer und hohen Wärme-erzeugung durch zwei LED-Lampen er-setzt, die Lichtimpulse hoher Frequenz generierten, um ausreichende Be-leuchtung für das Projekt zu gewähr-leisten.
  • Kamera mit Machine-Vision: Die Analogkamera bot geringe Licht-empfindlichkeit und wurde durch die monochrome Digitalkamera Prosilica GC650 ersetzt. Die GC650 ist eine schnelle Kamera mit VGA-Auflösung und einer GigE-Vision-kompatiblen Schnitt-stelle. Der 1/3" CCD Progressive Scan Sensor ICX424 von Sony liefert eine her-vorragende Bildqualität und Empfindlich-keit. Die GC650 wurde mit einem 12-mm-Objektiv ausgestattet und in einer Ent-fernung von etwa 1,20 m vom Ziel auf eine Belichtungszeit von 1/1.000s und 20 Bilder pro Sekunde eingestellt. Außer-dem verwendeten die Techniker bei Forintek die in jeder Prosilica CCD-Kamera enthaltene 2x2 Binning-Funktion zur weiteren Steigerung der Aufnahmeemp-findlichkeit. 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 für erhöhte Benutzerfreundlichkeit und weitere Betriebsfunktionen in LabView umprogrammiert.

Einsatz in der Praxis bestätigt Tests
Ein Endlosfördersystem mit zwei gegen-läufigen 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 Feinspanan-teile in 5-%-Schritten von 0–50 % verändert wurden. Zur Simulation der Bedingungen in der Sägemühle bewegte sich das Förderband mit einer Geschwin-digkeit von 75 m/min. Die Kameras mach-ten Aufnahmen mit einer Rate von 10 Bildern pro Sekunde, und 500 Bilder wur-den in beiden Szenarien jeweils für die einzelnen Feinspananteile analysiert.

Das Bildverarbeitungssystem wurde dann in die Sägemühle „Louisiana Pacific OSB“ in Chambord, Québec, gebracht, um den Feinspangehalt von Mahlgut aus Pappel-stämmen zu messen. Die 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 Aufnah-men machen. Mahlgutproben wurden vom Personal in unregelmäßigen Abständen entnommen, um den tatsächlichen Fein-spangehalt zu bestimmen.

Während des Testzeitraums ergab sich, dass die Anzahl der Späne in den entnommenen Proben gut mit den durch das Bildge-bungssystem gemessenen Ergebnissen korrelierte. Heute verwenden über 10 OSB-Sägemühlen in Kanada, den USA und Eu-ropa das ursprünglich von Forintek entwickelte Feinspanmesssystem. Auf diese Technologie wurde ein Patent angemeldet.