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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zentrieren eines
Baumstamms. Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 ist aus
US 5,582,224 bekannt.
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2. Stand der Technik
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Wenn
ein Baumstamm auf einer Furnierschälmaschine geschält wird,
muss die Position der optimalen Ertragsachse exakt bestimmt werden,
um die Geschwindigkeit, mit der man fortlaufende Furnierblätter erhalten
kann, oder den Ertrag an Furnierblättern zu verbessern. Zu diesem
Zweck wird es als effektiv und praktisch angesehen, den Baumstamm um
eine vorbereitende Achse zu drehen und anschließend den Umfang des Baumstamms
vorzugsweise mindestens in der Nähe
von jedem Ende des Baumstamms oder bevorzugter in der Nähe eines Mittelteils
des Baumstamms sowie an dessen Enden zu messen. Bei Bedarf, zum
Beispiel wenn der Baumstamm eine große Länge von mehr als 2 m aufweist,
wird der Umfang auch an einem Zwischenstück zwischen jedem Ende und
dem Mittelteil gemessen (und zwar an jeweils einer Stelle zur rechten und
zur linken Seite des Baumstamms hin). Im Anschluss daran wird auf
der Basis der resultierenden Umfangsdaten (Formen, relative Positionsverhältnisse,
etc.) eine gewünschte
optimale Ertragsachse berechnet.
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Um
die unproduktive Zeit des Baumstamms zu verkürzen und gleichzeitig die Kollision
zwischen dem Baumstamm und dem Messerschlitten zu verhindern, ist
es ferner erforderlich, jedes Mal, wenn der Baumstamm geschält wird,
den maximalen Drehradius des Baumstamms zu bestimmen und den Messerschlitten
in eine geeignete Bereitschaftsposition zu bringen. Es wäre zweckdienlich,
wenn der maximale Drehradius des Baumstamms gleichzeitig mit der
Position der optimalen Ertragsachse bestimmt werden könnte. Der
maximale Drehradius des Baumstamms kann jedoch erst dann bestimmt werden,
nachdem die optimale Ertragsachse festgelegt worden ist. Des Weiteren
könnte
der Baumstamm mit dem Messerschlitten kollidieren, wenn der Umfang des
Baumstamms nicht an einer ausreichend großen Anzahl von Stellen entlang
der Achse des Baumstamms gemessen wird (d. h. wenn der nicht gemessene
Bereich zu groß ist).
Aus diesem Grund muss der Umfang des Baumstamms an einer ausreichend großen Anzahl
von Stellen gemessen werden.
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Insbesondere
in dem in 6(a) und (b) gezeigten Fall,
wo ein Baumstamm A einen einheitlichen Umfang hat (Durchmesser =
D, wobei ein Teil des Baumstamms einen konkaven Teil A2 an seinem Außenrand
hat), würde
man, wenn eine optimale Ertragsachse zum Beispiel an einer Position
a in 6(a) festgelegt wäre, die
größte Anzahl
an fortlaufenden Furnierblättern
von einem mit A3 bezeichneten Teil des Baumstamms erhalten. In diesem
Fall würden
jedoch an den Teilen A4 (in einer Richtung, die lotrecht zu der
Faserrichtung ist) viele schmale Furnierblätter entstehen, was den Ertrag
an Furnierblättern
verringern würde.
Wenn hingegen die optimale Ertragsachse an einer Position b in 6(b) festgelegt wäre, wäre die Menge an fortlaufenden Furnierblättern, die
von einem mit A5 bezeichneten Teil erhältlich ist, kleiner als in
dem Beispiel (a), während
nur eine kleine Anzahl an Furnierblättern mit kleiner Breite von
einem Teil A6 hergestellt werden würde. In dem Fall von 6(b) wäre
also der Ertrag an Furnierblättern
größer als
in dem Beispiel (a). Des Weiteren, wenn die optimale Ertragsachse
an einer nicht dargestellten Zwischenposition zwischen den Positionen
der beiden vorstehend genannten Beispiele festgelegt wäre, würden sowohl
die Geschwindigkeit, mit der fortlaufende Furnierblätter erhältlich sind,
als auch der Ertrag an Furnierblättern
irgendwo zwischen den beiden vorherigen Beispielen liegen. Die Eigenschaften
der hergestellten Furnierblätter variieren
also sogar in einem Baumstamm mit einem einheitlichen Umfang, und
zwar in Abhängigkeit
davon, an welcher Position die optimale Ertragsachse festgelegt
wird.
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Daher
ist es erwünscht,
die Position der optimalen Ertragsachse auf der Basis der Größe der individuellen
gemessenen Umfänge
und ihrer relativen Positionsverhältnisse zu bestimmen, so dass
man gewünschte
Eigenschaften der Furnierblätter
erhalten kann. Im Allgemeinen wird die optimale Ertragsachse oft
an einer Position festgelegt, die eine maximale Anzahl an kontinuierlichen Furnierblättern ermöglicht,
wie in 6(a) gezeigt. Doch auch die
Verfahren, in denen die optimale Ertragsachse an der Position (b)
von 6 oder an der vorstehend erwähnten Zwischenposition
festgelegt wird, sind bereits in der Praxis eingesetzt worden. Die
bevorzugte Position der optimalen Ertragsachse ist daher nicht immer
konstant, auch wenn der Baumstamm einen einheitlichen Umfang hat.
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Würde man
die optimale Ertragsachse an Position (b) in dem Beispiel von 6 festgelegen, so wäre der maximale Drehradius
des Baumstamms D/2. Würde
man hingegen die optimale Ertragsachse an Position (a) festlegen,
so wäre
der maximale Drehradius größer als
D/2. Man sieht also, dass der maximale Drehradius eines Baumstamms
von der Position seiner optimalen Ertragsachse abhängt, und zwar
kann der maximale Drehradius nicht bestimmt werden, solange die
optimale Ertragsachse nicht festgelegt worden ist.
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In 7 wird
ein Baumstamm B zur Bestimmung der optimalen Ertragsachse dieses
Baumstamms B um eine vorbereitende Achse c gedreht, und anschließend wird
der Umfang des Baumstamms B gemessen, wobei man geeignete Messvorrichtungen
C1 und C2 verwendet, die in der Nähe jedes Endes des Baumstamms
B angeordnet sind. Durch diese Vorgehensweise kann eine geforderte Mindestbedingung
für die
Messung des Baumstamms erfüllt
werden, und in der Tat ist dieses Messverfahren vorgeschlagen und
implementiert worden. Diese Art der Messung des Umfangs des Baumstamms
kann jedoch den Umfang des Baumstamm an einem konvexen Teil B1 zwischen
den Messvorrichtungen C1 und C2, der durch einen Zweig oder einen ähnlichen
Vorsprung gebildet wird, nicht messen, so dass es nicht gleichzeitig
den maximalen Drehradius des Baumstamms B bestimmen kann. Wenn der
Messerschlitten auf eine Position eingestellt ist, die auf der Basis
des Ergebnisses der Messung durch die Messvorrichtungen C1 und C2
bestimmt worden ist, könnte
das konvexe Teil B1 unter Umständen
mit dem Messerschlitten kollidieren. Mit anderen Worten, um den
maximalen Drehradius des Baumstamms zu bestimmen, muss der Umfang
des Baumstamms an einer ausreichend großen Anzahl von Positionen entlang
der Achse des Baumstamms gemessen werden. In der Realität steht
der Messerschlitten an einer Bereitschaftsposition, wobei ein gewisser
Abstand nach hinten vorgesehen ist, so dass das vorstehend genannte
Problem verhindert werden kann. Diese Maßnahme verringert jedoch den
Verfügbarkeitsfaktor
der Furnierschälmaschine.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Art der Messung kann weder der Umfang
von konkaven Teilen noch der Umfang von konvexen Teilen, die sich zwischen
den Messvorrichtungen befinden, gemessen werden. Für die Bestimmung
des maximalen Drehradius werden jedoch keine Daten bezüglich des
Umfangs von konkaven Teilen benötigt,
und es führt
auch nicht zu Problemen, wenn keine Daten darüber vorliegen. Insbesondere
besteht auch keine Möglichkeit,
dass ein konkaves Teil des Baumstamms, sofern eines vorhanden ist,
mit dem Messerschlitten der Furnierschälmaschine kollidiert. Selbst
wenn keine Daten über
den Umfang des konkaven Teils verfügbar wären, würde dies daher kein Problem
für die
Bestimmung des maximalen Drehradius des Baumstamms bereiten. Diese
Tatsache, dass das Nichtvorhandensein von Daten bezüglich des
Umfangs von irgendwelchen konkaven Teilen des Baumstamms kein Problem
aufwirft, zumindest nicht für
die Bestimmung des maximalen Drehradius, ist eine Besonderheit bei
allen Arten der Messung des Baumstamms, einschließlich des
Verfahrens und der Vorrichtung zum Zentrieren eines Baumstamms gemäß der vorliegenden
Erfindung. Für
die Bestimmung der optimalen Ertragsachse des Baumstamms, die für dessen
Schälen
geeignet ist, ist es nach wie vor erwünscht, geeignete Umfangsdaten
zu erhalten, einschließlich
Umfangsdaten von konkaven Teilen.
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Eine
Vorrichtung zum Zentrieren eines Baumstamms, bei der die optimale
Ertragsachse, die für
das Schälen
des Baumstamms geeignet ist, und der maximale Drehradius zusammen
bestimmt werden können,
ist in dem japanischen Patent
JP 6-293002 vorgeschlagen,
das dem
US-amerikanischen Patent
Nr. 5,582,224 entspricht und den Titel "Method and apparatus for centering and
supplying a log" (Verfahren
und Vorrichtung zum Zentrieren und Zuführen eines Baumstamms) trägt. Gemäß diesem Verfahren
ist "eine Vielzahl
von Umfangsdetektoren auf einem Baumstamm angeordnet, wobei zwischen ihnen
im Wesentlichen keine Lücke
entlang der Länge
des Baumstamms vorhanden ist, der einmal um eine vorbereitende Achse
gedreht wird. Auf der Basis der Umfangsdaten, die man von mindestens
zwei der Umfangsdetektoren erhalten hat, wird die optimale Ertragsachse
bestimmt, die für
das Schälen
des Baumstamms geeignet ist. Auf der Basis von Umfangsdaten, die
man von allen der Umfangsdetektoren erhalten hat, wird der maximale
Drehradius des Baumstamms in Hinblick auf die ermittelte optimale Ertragsachse
bestimmt."
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In
dem vorstehend genannten Verfahren zum Zentrieren eines Baumstamms
gemäß dem Stand
der Technik werden die optimale Ertragsachse, die für das Schälen des
Baumstamms geeignet ist, und der maximale Drehradius auf der Basis
der Umfangsdaten bestimmt, die von einer Vielzahl von gewöhnlichen
Umfangsdetektoren geliefert werden. Jede im Stand der Technik offenbarte
Konfiguration der Umfangsdetektoren hat entweder einige Mängel oder
Unzulänglichkeiten,
die zum Beispiel die Genauigkeit der resultierenden Umfangsdaten
nachteilig beeinflussen. Daher ist das Verfahren unpraktisch.
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Insbesondere
wird in einem Beispiel des Umfangsdetektors gemäß dem Stand der Technik ein Umfangsdetektor
vom Typ Berührungsdetektor
in der Veröffentlichung
beschrieben, wie er in 8(a) dargestellt
ist. Ein zylindrisches Detektorelement 51 ist an der Spitze
von jedem von einer Vielzahl von aufliegenden pendelnden Detektionsteilen 50 befestigt. Die
Detektionsteile 50 werden an ihren unteren Enden von einer
Tragachse 52 drehbar gestützt, so dass die Detektorelemente 51 nebeneinander
und im Wesentlichen in Kontakt miteinander entlang der Achse des
Baumstamms E angeordnet sind. Das Ausmaß der Pendelbewegung der Detektionsteile 50 wird
von einem linearen Encoder 53 ermittelt, der Umfangsdaten
liefert, die aus einer Reihe von Punkten auf dem Baumstamm E in
bestimmten Winkelintervallen bestehen (in dem dargestellten Beispiel sind
zwar die 360° in
36 gleiche Abschnitte für
10°-Intervalle
unterteilt, doch dies ist nur ein Beispiel, und die Intervalle sind
nicht in einer bestimmten Weise begrenzt).
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In
dieser Konfiguration folgt das zylindrische Detektorelement 51 nicht
genau dem Umfang des Baumstamms E, einschließlich eines konvexen Teils E1
und eines konkaven Teils E2, was auf die geometrischen Merkmale
des Detektorelements zurückzuführen ist.
Die resultierenden Umfangsdaten würden daher eine in 8(b) gezeigte durchgezogene Linie f darstellen,
die sich von dem tatsächlichen
Umfang des Baumstamms unterscheidet, der durch eine gestrichelte
Linie g gekennzeichnet ist. Die gewünschte geeignetste optimale
Ertragsachse ist also mit solchen Umfangsdaten nicht erhältlich.
Wenn die Form des Detektionswerkzeugs so zu modifizieren wäre, dass
das Werkzeug selbst dem unteren Bereich des konkaven Teils folgen
würde,
würde das
Werkzeug an den konkaven oder konvexen Teilen hängen bleiben und der Baumstamm
könnte
sich nicht mehr gleichmäßig drehen,
was die Detektion unmöglich machen
würde.
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Ein
anderes Beispiel für
einen Umfangsdetektor des Stands der Technik bezieht sich auf eine Kombination
aus einem Lichtprojektor und einem Empfänger. Insbesondere ist eine
Vielzahl von Lichtprojektoren 54 und Lichtempfängern 55,
wie in 9(a) gezeigt, parallel entlang
der Achse des Baumstamms F angeordnet. Das Blockieren eines Lichtstrahls
h durch den Baumstamm F wird von den Lichtempfängern 55 erfasst,
so dass man Umfangsdaten in Form von einer Reihe von Punkten in
bestimmten Winkelintervallen (in dem dargestellten Beispiel 10°) auf dem
Baumstamm F erhält.
Auch bei dieser Konfiguration würden
die resultierenden Umfangsdaten aufgrund der Eigenschaften des Lichtstrahls
eine durchgezogene Linie f in 9(b) darstellen,
die sich von dem tatsächlichen
Umfang unterscheidet, der durch eine gestrichelte Linie g (mit einem
konvexen Teil F1 und einem konkaven Teil F2) gekennzeichnet ist.
Diese Konfiguration ist also nicht in der Lage, die geeignetste
Drehachse zu liefern, die gewünscht
ist.
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In
einem anderen Beispiel für
einen Umfangsdetektor des Stands der Technik beschreibt die Veröffentlichung
eine Konfiguration, in der eine geeignete Anzahl von Umfangsdetektoren
vom Typ Reflexionsdetektor 56 nebeneinander angeordnet
sind, so dass die Detektionsrichtung jedes Detektors zu der Achse
des Baumstamms G gerichtet ist, wie in 10 gezeigt.
Wenn also ein konvexes Teil G1 oder ein konkaves Teil (nicht dargestellt)
sich an geeigneten Stellen befindet, an denen Lichtstrahlen h auftreffen
und von den einzelnen Umfangsdetektoren 56 empfangen werden,
kann man präzise
Umfangsdaten über
den Baumstamm G erhalten. Doch selbst wenn die Umfangsdetektoren 56 eng
nebeneinander angeordnet sind, wie in 10 gezeigt,
ergeben sich zwangsläufig
nicht-detektierbare Bereiche, wie in dem Fall von 7.
Infolgedessen ergibt sich das Problem, dass eine lokale Detektion
nicht funktioniert, was die Bestimmung eines geeigneten maximalen Drehradius
unmöglich
macht. Selbst wenn es möglich
wäre, die
Umfangsdetektoren vom Typ der Reflexionsdetektoren so anzuordnen,
dass ihre Detektionsstellen in bestimmten Intervallen entlang der Achse
des Baumstamms im Wesentlichen ohne irgendeinen Zwischenraum dazwischen
liegen, würden
die resultierenden Umfangsdaten ein extrem großes Datenvolumen haben. Infolgedessen
würde es
länger
dauern, die Daten zu verarbeiten, der Verfügbarkeitsfaktor der Furnierschälmaschine
würde sich
verschlechtern, und folglich wäre
eine solche Anordnung unpraktisch.
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Des
Weiteren offenbart die vorstehend genannte Veröffentlichung, dass die mehrfachen
Umfangsdetektoren vom Typ der Reflexionsdetektoren 56 nebeneinander
angeordnet sind, so dass ihre Detektionsrichtungen zu der Achse
des Baumstamms H gerichtet sind, wie in 11 gezeigt.
Ein Lichtprojektor 54 und ein Lichtempfänger 55 sind einander
gegenüber
entlang der Achse des Baumstamms H angeordnet. Auf der Basis der
von den Umfangsdetektoren 56 gelieferten Umfangsdaten wird
die optimale Ertragsachse d des Baumstamms H bestimmt, während der
maximale Drehradius des Baumstamms H auf der Basis der von dem Lichtempfänger 55 gelieferten
Umfangsdaten bestimmt wird. Doch selbst bei dieser Konfiguration
würde ein
konvexes Teil H1 nicht detektiert werden, falls es hinter dem Lichtstrahl
h versteckt wäre,
wenn die vorbereitende Achse c nicht nach einer geeigneten optimalen
Ertragsachse d ausgerichtet ist. In diesem Fall kann auch der geeignete
maximale Drehradius nicht bestimmt werden.
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Die
Patentschrift bezieht sich auf ein Verfahren, das nicht Teil der
Erfindung ist, wobei das Verfahren zum Zentrieren eines Baumstamms
die Schritte des Drehens eines Baumstamms um eine vorbereitende
Achse, das Messen des Umfangs des Baumstamms in Intervallen von
gewünschten
Drehwinkeln und das Berechnen auf der Basis der gemessenen Umfangsdaten
einer optimalen Ertragsachse, die für das Schälen des Baumstamms geeignet
ist, und eines maximalen Drehradius des Baumstamms, der dieser optimalen
Ertragsachse entspricht, umfasst. Der Umfang des Baumstamms, der
für die
Berechnung der optimalen Ertragsachse verwendet wird, und der Umfang
des Baumstamms, der für
die Berechnung des maximalen Drehradius verwendet wird, werden separat
gemessen. Den Umfang für
die Berechnung der optimalen Ertragsachse erhält man mittels einer Fixpunktmethode,
indem man den Baumstamm an einer Vielzahl von gewünschten Messpunkten
misst, die in geeigneten Intervallen entlang der Achse des Baumstamms
angeordnet sind. Den Umfang für
die Berechnung des maximalen Drehradius erhält man auf umfassende Weise,
indem man den Baumstamm in einer Vielzahl von Messabschnitten misst,
die entlang der Achse des Baumstamms virtuell ohne irgendeine Lücke dazwischen verteilt
sind. Die Patentschrift bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum
Zentrieren eines Baumstamms, in dem der Umfang zur Berechnung der
optimalen Ertragsachse des Baumstamms an mindestens zwei Messpunkten
in der Nähe
jedes Endteils des Baumstamms gemessen wird. Außerdem bezieht sich die Patentschrift
auf ein Verfahren zum Zentrieren eines Baumstamms, in dem der Umfang
zur Berechnung der optimalen Ertragsachse zusätzlich an einem Messpunkt in
der Nähe
eines Mittelteils des Baumstamms gemessen wird.
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Zur
Implementierung der vorstehend genannten Verfahren stellt die Erfindung
eine Vorrichtung (Anspruch 1) zum Zentrieren eines Baumstamms bereit,
umfassend: ein Paar vorbereitende Drehachsen, die an jeder Stirnfläche eines
Baumstamms angeordnet sind, der zu einer vorherbestimmten vorbereitenden
Achsenposition geführt wird,
wobei die vorbereitenden Drehachsen fähig sind, einander angenähert und
voneinander entfernt zu werden, wobei mindestens eine der Achsen
gedreht wird; einen Drehwinkeldetektor zum Ermitteln des Drehwinkels
der Drehachsen; Strahlreflexionsscanner, die an einer Vielzahl von
gewünschten
Positionen entlang der Achse des Baumstamms in geeigneten Abständen und
nahe des Umfangs des an die vorbereitende Achsenposition geführten Baumstamms
angeordnet sind, so dass die Detektionsrichtung der Abstandsdetektoren
zur Achse der vorbereitenden Achsen gerichtet ist; aufliegende pendelnde Detektionsteile,
die in einer Vielzahl von gewünschten
Abschnitten entlang der Achse des Baumstamms angeordnet sind, wobei
jedes Teil ein Unterteil umfasst, das drehbar von einer Tragachse
getragen wird, die nahe des Umfangs des an die vorbereitende Achsenposition
geführten
Baumstamms positioniert ist, und ein Oberteil umfasst, an dem ein
Detektionselement befestigt ist, so dass die Detektionselemente entlang
der Achse des Baumstamms virtuell ohne irgendeine Lücke dazwischen
angeordnet sind und fähig
sind, mit dem Umfang des Baumstamms in Kontakt zu sein; eine Vielzahl von
Pendelwinkeldetektoren zum individuellen Ermitteln des Ausmaßes der Pendelbewegung
jedes Detektionsteils; und eine Vorrichtung zur Zentrierungsberechnung
zum Berechnen einer optimalen Ertragsachse, geeignet zum Schälen des
Baumstamms auf der Basis von einem Detektionssignal, das von den
Drehwinkeldetektoren geliefert wird, und von Umfangsdaten, die von
den Abstandsdetektoren geliefert werden, und zum Berechnen eines
maximalen Drehradius des Baumstamms, der der optimalen Ertragsachse
entspricht, auf der Basis von Umfangsdaten, die von den Pendelwinkeldetektoren
geliefert werden, zusätzlich
zu dem Detektionssignal und den Umfangsdaten von den Distanzdetektoren.
Ferner bietet die Erfindung eine Vorrichtung (Anspruch 2) zum Zentrieren
eines Baumstamms nach Anspruch 1, wobei die Strahlreflexionsscanner
an mindestens zwei Positionen in der Nähe von jedem Endteil des Baumstamms
angeordnet sind. Zusätzlich
bietet die Erfindung eine Vorrichtung (Anspruch 3) zum Zentrieren
eines Baumstamms nach Anspruch 2, wobei der Strahlreflexionsscanner
außerdem
an einer Position in der Nähe eines
Mittelteils des Baumstamms angeordnet ist. Die Erfindung bietet
ferner eine Vorrichtung (Anspruch 4) zum Zentrieren eines Baumstamms
nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Detektionsteile ein ebenes
Detektionselement umfassen, und eine Vorrichtung (Anspruch 5) zum
Zentrieren eines Baumstamms nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die
Detektionsteile ein zylindrisches Detektionselement umfassen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Vorderansicht einer Vorrichtung zum Zentrieren eines Baumstamms,
die für
die Implementierung eines Verfahrens zum Zentrieren eines Baumstamms
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird.
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2 ist
eine teilweise Vorderansicht der in 1 gezeigten
Vorrichtung zum Zentrieren eines Baumstamms.
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3 ist
eine teilweise Seitenansicht der in 1 gezeigten
Vorrichtung zum Zentrieren eines Baumstamms.
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4 ist
eine schematische Darstellung eines Steuerungssystems der in 1 gezeigten
Vorrichtung zum Zentrieren eines Baumstamms.
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5 ist
eine Seitenansicht eines Beispiels einer Transportvorrichtung für Baumstämme, die
in einer späteren
Phase der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Zentrieren eines Baumstamms installiert wird.
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6 ist eine schematische Seitenansicht, die
ein Beispiel eines Verfahrens zur Bestimmung einer optimalen Ertragachse
eines Baumstamms veranschaulicht.
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7 ist
eine schematische Vorderansicht, die ein Verfahren zum Zentrieren
eines Baumstamms gemäß dem Stand
der Technik veranschaulicht.
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8 ist eine schematische Seitenansicht, die
ein anderes Verfahren zum Zentrieren eines Baumstamms gemäß dem Stand
der Technik veranschaulicht.
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9 ist eine schematische Seitenansicht, die
noch ein anderes Verfahren zum Zentrieren eines Baumstamms gemäß dem Stand
der Technik veranschaulicht.
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10 ist
eine schematische Vorderansicht, die noch ein anderes Verfahren
zum Zentrieren eines Baumstamms gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht.
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11 ist
eine schematische Vorderansicht, die noch ein anderes Verfahren
zum Zentrieren eines Baumstamms gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben,
wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Um der Klarheit willen
werden die Teile oder Materialien oder ihre ähnlichen Teile oder Materialien,
die in den vorherigen Beschreibungen des Stands der Technik genannt
worden sind, mit anderen Bezugszeichen benannt. 1 zeigt
eine Vorderansicht einer Vorrichtung zum Zentrieren eines Baumstamms
für die
Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zentrieren
eines Baumstamms. 2 zeigt eine teilweise Vorderansicht
der in 1 gezeigten Vorrichtung zum Zentrieren eines Baumstamms. 3 zeigt
eine Seitenansicht der in 1 gezeigten
Vorrichtung zum Zentrieren eines Baumstamms. 4 zeigt
ein Steuerungssystem der in 1 gezeigten Vorrichtung
zum Zentrieren eines Baumstamms.
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In
diesen Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Paar
vorbereitende Drehachsen, die von Lagerstellen 2 und 2a,
die auf einen Rahmen oder dergleichen montiert sind (nicht dargestellt), drehbar
getragen werden. Die vorbereitenden Drehachsen sind so ausgeführt, dass
sie sich durch den Betrieb eines Antriebsmechanismus 3,
der aus einem Fluidzylinder oder dergleichen gemacht ist, einander
annähern
oder sich voneinander entfernen, was in 1 durch
Pfeile angedeutet ist. Mindestens eine der vorbereitenden Drehachsen,
was in dem dargestellten Beispiel der Fall ist, ist durch den Betrieb
einer Antriebsquelle 4 über
ein Antriebselement 5, das einen Zahnriemen, eine Kette
oder dergleichen umfasst, in eine Richtung drehbar, die durch einen
anderen Pfeil in der Figur angegeben ist. Die Antriebsquelle besteht
aus einem Servomotor, einem Elektromotor mit einer Vorrichtung zur Änderung
der Geschwindigkeit oder dergleichen. Der Baumstamm M wird von Baumstammzuführelementen 7,
die als V-förmige
Blöcke
ausgebildet sind und wie durch Pfeile angedeutet frei auf und ab
bewegbar sind, einer vorbereitenden Achsenposition zugeführt. Anschließend wird
der Baumstamm M zwischen den vorbereitenden Drehachsen gehalten
und in die von dem Pfeil angegebene Richtung gedreht. Alternativ können die
Lagerkörper
so ausgeführt
sein, dass sie nach Bedarf unabhängig
voneinander horizontal und vertikal verfahrbar sind, wie es an späterer Stelle
beschrieben wird, in Abhängigkeit
von der Art und Weise, in der die Transportvorrichtung für Baumstämme arbeitet.
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Das
Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Drehwinkeldetektor, der
aus einem Drehwertgeber oder dergleichen besteht, der in der Antriebsquelle 4 gelagert
ist. Der Drehwinkeldetektor detektiert den Drehwinkel der vorbereitenden
Drehachsen 1 und sendet dann ein Detektionssignal an eine
Vorrichtung zur Zentrierungsberechnung 21, die an einer
späteren
Stelle beschrieben wird.
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Das
Bezugszeichen 8 bezeichnet Strahlreflexionsscanner, die über Tragarme 9 an
drei Stellen auf einem Tragrahmen 10 gelagert sind. Insbesondere
sind zwei der Strahlreflexionsscanner 8 an jedem Ende des
Baumstamms M gelagert, und der dritte Strahlreflexionsscanner ist
an einem Mittelteil des Baumstamms M angeordnet. Die Detektionsrichtungen
der drei Detektoren sind zur Achse des Baumstamms gerichtet. Die
Strahlreflexionsscanner messen also den Umfang des Baumstamms M
mittels einer Fixpunktmethode an diesen drei Messpunkten, wenn der
Baumstamm um die vorbereitende Drehachse 1 gedreht wird,
und senden Umfangsdaten an die Vorrichtung zur Zentrierungsberechnung 21 zur Berechnung
der optimalen Ertragsachse des Baumstamms M, wie es an einer späteren Stelle
beschrieben wird.
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Das
Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Vielzahl (in dem dargestellten
Beispiel 5) von aufliegenden pendelnden Detektionsteilen, die entlang
der Achse des Baumstamms M angeordnet sind. Jedes Detektionsteil
wird an seinem Unterteil drehbar von einem Tragelement 12 und
einer Tragachse 13 getragen, wobei die Tragachse 13 drehbar
in das Tragelement 12 eingepasst ist, das an dem Tragrahmen 10 befestigt
ist. An der Spitze der einzelnen Detektionsteile 11 sind
ebene Detektorelemente 14 vorgesehen, so dass die Detektorelemente 14 nebeneinander
virtuell ohne irgendeinen Zwischenraum dazwischen entlang der Achse
des Baumstamms angeordnet sind, wenn sie mit dem Außenrand
des Baumstamms in Kontakt kommen. Um die Pendelbewegung zu verdeutlichen,
sind die Detektionsteile 11 in 1 in angehobener
Position abgebildet, während sie
in 2 und in 3 in einer
abgesenkten Position abgebildet sind.
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Das
Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Vielzahl (in dem dargestellten
Beispiel 5) von Pendelwinkeldetektoren, die aus einem drehbaren
Messgeber oder dergleichen bestehen, die auf dem Tragelement 12 lagern.
Die Pendelwinkeldetektoren 15 detektieren das Ausmaß der Pendelbewegung
jedes Detektionsteils 11 über die Tragachse 13 und
senden dann Umfangsdaten an die Vorrichtung zur Zentrierungsberechnung 21 zur
Berechnung des maximalen Drehradius des Baumstamms M, wie es an
späterer Stelle
beschrieben wird.
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Das
Bezugszeichen 16 bezeichnet die Hub- und Senkvorrichtungen,
die jeweils aus einem Fluidzylinder oder dergleichen bestehen. Jede
Hub- und Senkvorrichtung 16 wird drehbar von einem Halteelement 17,
das an dem Tragrahmen 10 befestigt ist, und einer Halteachse 18,
die drehbar in das Halteelement 17 eingepasst ist, gehalten.
Die Hub- und Senkvorrichtung 16 ist ferner mit einem Detektionsteil 11 verbunden,
zum Beispiel mittels eines Verbindungsstücks 19 und eines Verbindungsbolzens 20. Die
Hub- und Senkvorrichtungen 16 werden betätigt, um
das Detektionsteil 11 nach oben zu schwenken (anzuheben),
sei es manuell oder automatisch, falls erforderlich unter Verwendung
eines Steuerungsmechanismus, zum Beispiel wenn der Baumstamm M der
vorbereitenden Achsenposition zugeführt wird. Gegebenenfalls kann
die Hub- und Senkvorrichtung ferner mit der Funktion versehen sein,
jedes Detektionsteil 11 (Detektionselement 14)
mit Gewalt individuell auf den Baumstamm M zu drücken.
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Das
Bezugszeichen 21 bezeichnet die Vorrichtung zur Zentrierungsberechnung,
die gegebenenfalls eine Umfangsspeichervorrichtung umfassen kann.
Die Vorrichtung zur Zentrierungsberechnung berechnet die Drehachse,
die für
das Schälen
des Baumstamms M geeignet ist, auf der Basis von Detektionssignalen
von dem Drehwinkeldetektor 6 und den Umfangsdaten, die
von jedem Abstandsdetektor 8 geliefert werden. Außerdem berechnet
die Vorrichtung zur Zentrierungsberechnung 21 einen maximalen
Drehradius, der der optimalen Ertragsachse entspricht, auf der Basis
der Umfangsdaten, die von den Pendelwinkeldetektoren 15 geliefert
werden, sowie der Detektionssignale von dem Drehwinkeldetektor 6 und
der Umfangsdaten von den Abstandsdetektoren 8. Die resultierenden
Daten bezüglich
der optimalen Ertragsachse und des maximalen Drehradius, die berechnet
worden sind, werden an einen Steuerungsmechanismus 22 übertragen,
der zum Beispiel auf herkömmliche
Weise den Betrieb einer Transportvorrichtung für Messerschlitten 23 und
einer Transportvorrichtung für
Baumstämme 24 kontrolliert,
die im Stand der Technik bekannt sind.
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Das
Verfahren zum Zentrieren eines Baumstamms, das nicht Teil der Erfindung
ist, wird zum Beispiel bei der Verwendung der vorstehend beschriebenen
Zentriervorrichtung für
Baumstämme implementiert.
Der Baumstamm M wird von den Baumstammzuführelementen 7 an eine vorbereitende
Achsenposition geführt
und dann von den vorbereitenden Drehachsen 1 beidseitig
gehalten. Anschließend
wird der Baumstamm M von der Antriebsquelle 4 in die Richtung
gedreht, die in den Zeichnungen durch den Pfeil angegeben ist. Der
Drehwinkel der vorbereitenden Drehachsen 1 (und zwar der Drehwinkel
des Baumstamms M) wird durch den Drehwinkeldetektor 6 detektiert.
Gleichzeitig wird der Umfang des Baumstamms M von den einzelnen
Abstandsdetektoren 8 gemessen, die Umfangsdaten bezüglich des
Baumstamms M liefern, die an drei Messpunkten gemessen worden sind.
Der Umfang des Baumstamms M wird zudem von den individuellen Pendelwinkeldetektoren 15 über ihre
individuellen Detektionsteile 11 gemessen, so dass die
Umfangsdaten über
die gesamten Bereiche des Baumstamms M entlang dessen Achse gleichzeitig
erhältlich
sind.
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An
den drei Messpunkten auf dem Baumstamm sind die Detektionsrichtungen
der Strahlreflexionsscanner zur Achse der vorbereitenden Achsen gerichtet,
so dass die Positionen dieser Messpunkte stabil sind, ohne von der
Form des Baumstamms beeinflusst zu werden. Die Strahlreflexionsscanner messen
also den Baumstamm an festgelegten Punkten, so dass sie Umfangsdaten
erhalten können,
die dem tatsächlichen
Umfang des Baumstamms stets eng folgen, selbst dann, wenn ein konvexes
oder konkaves Teil die Messpunkte passiert. Wenn man solche Umfangsdaten
verwendet, die den tatsächlichen
Umfang des Baumstamms genau widerspiegeln, kann die Drehachse, die
für das
Schälen
des Baumstamms geeignet ist, präziser
bestimmt werden, als es im Stand der Technik möglich ist. Der Umfang des Baumstamms
wird zudem von mehreren Pendelwinkeldetektoren (mit ihren Detektionsteilen) an
einer Vielzahl von Abschnitten eines großen Bereichs auf einmal entlang
der gesamten Länge
des Baumstamms gemessen. Jegliches konvexe Teil auf dem Baumstamm
kann also detektiert werden, und somit kann ein geeigneter maximaler
Drehradius des Baumstamms präzise
bestimmt werden, wodurch es möglich
wird, den Baumstamm wirksamer zu zentrieren, als es im Stand der
Technik möglich
ist.
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Der
Genauigkeitsgrad, mit dem der Umfang des Baumstamms gemessen werden
sollte, kann wie gewünscht
kontrolliert werden, indem man die Geschwindigkeit (oder Frequenz) ändert, mit
der der Drehwinkel des Baumstamms von dem Drehwinkeldetektor gemessen
wird. Erhöht
man zum Beispiel die Detektionsgeschwindigkeit, so kann man Umfangsdaten
erhalten, die den tatsächlichen
Umfang des Baumstamms präziser
widerspiegeln. Verringert man hingegen die Detektionsgeschwindigkeit,
so wird das konvexe oder konkave Teil des Baumstamms weniger präzise gemessen.
Selbstverständlich
kann die Detektionsgeschwindigkeit, mit der die Abstandsdetektoren
die Umfangsdaten erhalten, die für
die Berechnung der optimalen Ertragsachse verwendet werden, sich
von der Messgeschwindigkeit unterscheiden, mit der die Pendelwinkeldetektoren (mit
ihren Detektionsteilen) die Umfangsdaten erhalten, die für die Berechnung
des maximalen Drehradius erforderlich sind.
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Es
gibt keinerlei besondere Beschränkung hinsichtlich
der Art und Weise, in der die optimale Ertragsachse, die für das Schälen des
Baumstamms geeignet ist, oder der maximale Drehradius des Baumstamms
auf der Basis der erhaltenen Umfangsdaten berechnet werden. Es können beliebige
Berechnungsmethoden verwendet werden, wie zum Beispiel die bekannten
Berechnungsverfahren, die typischerweise für die vorstehend genannten
Verfahren verwendet werden, oder es können jegliche bekannten mathematischen
Berechnungsmethoden verwendet werden. Bei der Berechnung der optimalen
Ertragsachse besteht offensichtlich keine Notwendigkeit, alle Umfangsdaten,
die als Berechnungsmaterial erhalten worden sind, zu zählen. Die
Berechnungsmethode kann zum Beispiel partielle, spezifische Umfangsdaten,
die sich beispielweise auf einen lokalen konvexen Teil beziehen,
aus dem Berechnungsmaterial ausschließen (formell werden solche
Umfangsdaten einmal in das Berechnungsmaterial aufgenommen und dann
gegebenenfalls später entfernt).
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Es
gibt auch keinerlei besondere Beschränkung hinsichtlich des Typs
des Strahlreflexionsscanners. Zum Beispiel kann eine Mehrzwecklichtquelle eingesetzt
werden, die einen Lichtstrahl wie zum Beispiel Laser verwendet,
oder er kann von dem Typ sein, der Ultraschall verwendet. Jegliche
anderen bekannten Detektortypen können verwendet werden. Die
Position der Abstandsdetektoren ist ebenfalls nicht besonders beschränkt. Es
ist lediglich erforderlich, dass sie an mindestens zwei Stellen
in der Nähe der
Enden des Baumstamms angeordnet sind. Vorzugsweise kann ein zusätzlicher
Abstandsdetektor an einer Stelle in der Nähe der Mitte des Baumstamms angeordnet
sein. Gegebenenfalls können zudem
zusätzliche
Abstandsdetektoren an Zwischenpositionen zwischen der Mitte und
jedem Ende des Baumstamms angeordnet sein.
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Das
aufliegende pendelnde Detektionsteil sollte vorzugsweise so aufgebaut
sein, dass ein ebenes Detektionselement, wie in dem Ausführungsbeispiel
beschrieben, an der Spitze des Teils befestigt ist, um dem Baumstamm
zu gestatten, äußerst gleichmäßig gedreht
zu werden. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und andere Strukturen
können
ebenfalls eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein zylindrisches
Detektionselement an der Spitze des Teils befestigt sein, wie in 8(a) gezeigt, oder ein halbzylindrisches Detektionselement
kann, obwohl es nicht dargestellt ist, an der Spitze des Teils befestigt
sein. Das Detektionsteil kann also in einer beliebigen Form gebaut
sein, solange es die Drehung des Baumstamms nicht wesentlich hemmt.
Es gibt zudem keinerlei besondere Beschränkung hinsichtlich der Anzahl
von Bereichen für
die Detektionsteile. Bei zu wenigen Bereichen haben die resultierenden
Umfangsdaten möglicherweise
Werte, die sich mehr als nur ein bisschen von dem tatsächlichen
Umfang unterscheiden, was auf die Verzerrung der Detektionsteile zurückzuführen ist.
Bei zu vielen Bereichen gäbe
es hingegen mehr Umfangsdaten als nötig, und die Datenverarbeitung
wäre viel
zu kompliziert. Daher sollte die Anzahl der Bereiche zweckdienlich
gewählt
werden. Sofern es sich um einen Baumstamm mit einer gewöhnlichen
Länge handelt,
wäre es
im Allgemeinen zweckdienlich, die Länge eines Bereichs auf ungefähr 33 cm
festzusetzen.
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Des
Weiteren gibt es keinerlei besondere Beschränkung hinsichtlich der Konstruktion
der Transportvorrichtung für
Baumstämme
zum Transportieren eines zentrierten Baumstamms von der Zentriervorrichtung
zu der Furnierschälmaschine. Von
den verschiedenen bekannten Typen von Transportvorrichtungen für Baumstämme kann
ein beliebiger zu dem vorstehend genannten Zweck verwendet werden.
Ein Beispiel ist in 5 gezeigt. Die dargestellte
Transportvorrichtung, die an einer Zwischenposition zwischen der
Zentriervorrichtung und der Furnierschälmaschine 25 platziert
ist, umfasst ein Paar Transportarme 30. Eine geeignete
Anzahl von Greifklauen 31 ist an der Spitze der Arme 30 befestigt.
Das Unterteil von jedem Arm 30 ist auf eine Tragachse 28 aufgesetzt,
die drehbar von einem Stützlager 27 getragen wird,
so dass die Arme 30 entlang der Achse der Tragachse 28 verschiebbar
sind. Die Transportarme 30 können daher durch den Betrieb eines
Antriebsmechanismus 29, der aus einem Fluidzylinder oder
dergleichen besteht, einander angenähert oder voneinander entfernt
werden. Die Transportarme 30 werden durch den Betrieb einer
Antriebsquelle 32 bewegt, die aus einem Servomotor, einem
Elektromotor mit einer Vorrichtung zur Reduktion der Geschwindigkeit
oder dergleichen besteht. Insbesondere werden die Arme 30,
wie in 5 durch die Pfeile N1 und N2 angedeutet, von einer Startposition
der Zuführung
P, die eine Mitte S1 der Tragachse 28 und eine (stets konstante)
Zentrierungsreferenzposition 82 der Zentrierungsvorrichtung
verbindet, zu einer Bereitschaftsposition der Zuführung Q
in der Mitte und zu einer Endposition der Zuführung R, die eine Mitte S1
der Tragachse 28 und eine Mitte S3 einer Spindel 26 der
Furnierschälmaschine 25 verbindet,
bewegt. Anschließend
kehren die Arme 30 zu der Startposition der Zuführung P
zurück
und wiederholen somit zusammen die hin- und hergehende Bewegung.
Auch ein geeigneter (nicht dargestellter) Antriebsmechanismus ist
vorgesehen, mit dem die vorbereitenden Drehachsen 1 unabhängig voneinander
sowohl horizontal (X-Richtung) als auch vertikal (Y-Richtung) verschoben
werden können.
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Wenn
die vorstehend beschriebene Transportvorrichtung für Baumstämme verwendet
wird, wird der Baumstamm M durch das vorstehend genannte Verfahren
zentriert, und anschließend
werden die vorbereitenden Drehachsen 1 unabhängig voneinander
in dem erforderlichen Umfang horizontal und vertikal verschoben.
Dann wird die Position der geeigneten Drehachse des Baumstamms M,
die berechnet worden ist, dazu gebracht, sich mit der Zentrierungsreferenzposition 82 der
Zentrierungsvorrichtung zu decken. Die Transportarme 30,
die an der Bereitschaftsposition der Zuführung Q in Bereitschaft gebracht
worden sind, werden dann zusammen von der Antriebsquelle 32 an
die Startposition der Zuführung
P gedreht, während
die Arme 30 durch den Antriebsmechanismus 29 einander
angenähert
werden und den Baumstamm M dabei beidseitig festhalten. Anschließend wird
die Verrastung des Baumstamms M zwischen den vorbereitenden Drehachsen 1 gelöst, und
die Transportarme 30 werden dann (nachdem die Arme gegebenenfalls
an der Bereitschaftsposition der Zuführung Q in Bereitschaft gebracht worden
sind) zusammen zu der Endposition der Zuführung R von der Antriebsquelle 32 gedreht.
Die Spindeln 26 der Furnierschälmaschine 25 werden dann
betätigt,
um den Baumstamm M zwischen ihnen festzuhalten, bevor die Transportarme 30 durch den
Antriebsmechanismus 29 voneinander entfernt werden, wodurch
der Transport des Baumstamms M abgeschlossen wird.
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Wie
bereits erwähnt,
ist die Konfiguration der Transportvorrichtung für Baumstämme nicht auf das vorstehend
beschriebene Beispiel beschränkt,
und es können
verschiedene bekannte Typen von Transportvorrichtungen für Baumstämme eingesetzt
werden. In einer bekannten (nicht dargestellten) Konfiguration wird
die Position des Baumstamms zum Beispiel so verändert, dass die Position der
geeigneten Drehachse des Baumstamms während dem Transport des Baumstamms
nach einer gewünschten
Referenzposition ausgerichtet ist. In einer anderen bekannten Konfiguration
wird die Position der Baumstammzuführung unmittelbar vor dem Ende
des Transports des Baumstamms geändert,
so dass die Position der geeigneten Drehachse des Baumstamms nach
der Mitte der Spindeln ausgerichtet ist. Noch ein anderes Beispiel
ist in dem
US-amerikanischen
Patent Nr. 6,176,282 offenbart.
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Um
den Umfang des Baumstamms zu erhalten, auf dessen Basis die optimale
Ertragsachse des Baumstamms berechnet wird, wird der Baumstamm gemäß dem Verfahren
zum Zentrieren eines Baumstamms, wie es vorstehend beschrieben ist,
mittels einer Festpunktmethode lediglich an einer Vielzahl von bestimmten
gewünschten
Messpunkten gemessen, die in geeigneten Intervallen entlang der
Achse des Baumstamms angeordnet sind. Um den Umfang des Baumstamms
zur Berechnung des maximalen Drehradius zu erhalten, wird hingegen
ein großer
Bereich des Baumstamms in eine Vielzahl von Messabschnitten entlang
der Achse des Baumstamms geteilt, zwischen denen virtuell keine
Lücke ist,
und diese Abschnitte werden sofort gemessen. Die Probleme des Stands
der Technik, dass die Umfangsdaten, die zur Berechnung der optimalen
Ertragsachse verwendet werden, von dem tatsächlichen Umfang abweichen,
oder dass der Umfang eines konvexen Teils des Baumstamms in den
Umfangsdaten zur Berechnung des maximalen Drehradius des Baumstamms nicht
berücksichtigt
wird, können
verhindert werden. Daher kann daher ein allgemein effektiveres Verfahren
zur Zentrierung ausgeführt
werden, als es im Stand der Technik möglich ist. Des Weiteren kann eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Zentrieren eines Baumstamms das erfinderische Verfahren zum Zentrieren
eines Baumstamms problemlos implementieren. In der Konfiguration
der Vorrichtung, wo ein ebenes Detektionselement an der Spitze eines Detektionsteils
befestigt ist, kann der Baumstamm äußerst gleichmäßig gedreht
werden.