Brevet FR2933891A1 — publié le 20100122

L'invention concerne un procédé de sciage de quartiers de bois destinés à la fabrication de merrains. Les merrains, notamment fabriqués dans du bois de chêne, sont employés pour fabriquer des tonneaux, lesquels tonneaux doivent être exempts de défauts ce qui entraîne des contraintes qualitatives assez strictes pour la qualité des merrains usinés. Le sciage des quartiers de bois pour fabriquer les merrains n'est à ce jour jamais complètement automatisé et se trouve très dépendant du savoir-faire et de l'expérience des scieurs pour déterminer le meilleur placement de découpe des merrains dans les quartiers de bois réceptionnés. En raison du coût élevé de la matière première, plus particulièrement en ce qui concerne le bois de chêne, il est important d'optimiser le rendement de production des merrains. Il apparaît au regard des techniques employées qu'une évolution des systèmes de production et des méthodes d'optimisation sont indispensables. L'invention a donc pour objectif de résoudre ces principales difficultés en proposant un procédé de sciage permettant de minimiser les pertes en bois et de réduire les défauts dans les merrains. L'invention propose également un procédé automatisé de découpe et de gestion de la découpe dans lequel un opérateur peut cependant intervenir pour ajouter des éléments complémentaires tels que des défauts visuels non nécessairement pris en compte habituellement, ou pour modifier la découpe selon des contraintes différentes de celles du procédé automatisé. L'invention concerne ainsi un procédé de sciage de quartiers de bois destinés à la fabrication de merrains caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - une étape d'installation d'un quartier de bois sur le banc de sciage et de préhension par des pinces pour son orientation, - une étape d'évaluation dudit quartier de bois au moyen d'un dispositif d'enregistrement d'images capable de délivrer des photos numérisées des deux sections extrêmes et d'au moins une vue latérale du quartier de bois, - une étape automatisée de traitement des informations et des photos numérisées permettant de déterminer la limite d'aubier, les rayons ligneux sur chaque section extrême du quartier de bois, la courbure dudit quartier de bois, une enveloppe de découpe maximale, une reconnaissance des défauts et un schéma optimal de découpe en fonction des merrains souhaités, - une étape de restitution des informations sur un écran de pilotage montrant le positionnement de la section des merrains dans la section du quartier de bois à l'intérieur de l'enveloppe de découpe optimale avec le placement d'un graphisme représentatif de la scie, - une étape optionnelle d'addition d'éléments complémentaires ou/et de rectification de la découpe proposée dans l'étape précédente de restitution, réalisée par un opérateur intervenant directement sur l'écran de pilotage, - une étape de validation de la découpe par un opérateur, - une étape de sciage automatisé en aller et retour dans laquelle le positionnement précis du quartier de bois est contrôlé tout le long de l'opération, lequel sciage étant effectué selon les paramètres validés dans l'étape précédente. Les avantages du procédé de sciage des quartiers de bois selon l'invention sont multiples : - la découpe du bois s'effectue avec un rendement optimal en matière première, ce qui est le point le plus important du procédé, - la découpe peut être calculée pour l'obtention de merrains usinés avec une courbure, lequel usinage pouvant être réalisé avec des quartiers de bois de formes variées, notamment vrillées, ce qui est extrêmement complexe à réaliser par un opérateur humain, même expérimenté, dans le domaine du sciage, - le procédé permet de définir la coupe des merrains en tenant compte des rayons ligneux, de la limite d'aubier et des défauts éventuellement présents dans le bois, ce qui génère une qualité optimale des merrains produits sur le banc de sciage, - le procédé peut être entièrement automatisé ou sous contrôle d'un opérateur, les présentations restituées sur l'écran de pilotage constituant une aide déterminante à la décision avant le lancement du sciage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention se dégageront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés qui ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 est une vue en perspective d'un quartier de bois avant découpe sur le banc de sciage. La figure 2 est une vue en perspective d'un merrain. La figure 3 illustre les différentes étapes du procédé de sciage de quartiers de bois. La figure 4 représente le positionnement des caméras pour les prises d'images du quartier de bois. La figure 5 est une représentation des données extraites des images numérisées. La figure 6 montre la détermination de la surface maximale S max. La figure 7 représente les informations extraites de la surface maximale. La figure 8 illustre le positionnement de la section des merrains dans la surface maximale et le positionnement de la lame de scie. L'invention concerne un procédé de sciage pour des quartiers de bois tels que celui représenté sur la figure 1 dans le but d'obtenir des merrains après usinage dont un exemple est illustré sur la figure 2. Les quartiers définis sur la figure 1 disposent d'une section globalement triangulaire avec un angle formé au sommet du quartier pouvant être compris entre 1° et 200° environ. La figure 3 illustre les différentes étapes du procédé de sciage de bois selon l'invention et notamment : - une étape d'installation 1 d'un quartier de bois sur le banc de sciage et de préhension par des pinces pour son orientation, - une étape d'évaluation 2 dudit quartier de bois au moyen d'un dispositif d'enregistrement d'images capable de délivrer des photos numérisées des deux sections extrêmes et d'au moins une vue latérale du quartier de bois, cette étape est illustrée sur la figure 4, - une étape automatisée de traitement 3 des informations et des photos numérisées permettant de déterminer la limite d'aubier, les rayons ligneux sur chaque section extrême du quartier de bois, la courbure dudit quartier de bois, une enveloppe de découpe maximale, une reconnaissance des défauts et un schéma optimal de découpe en fonction des merrains souhaités, cette étape d'analyse étant représentée sur les figures 5 à 7, - une étape de restitution 4 des informations sur un écran de pilotage montrant le positionnement des merrains dans la section du quartier de bois à l'intérieur de l'enveloppe de découpe optimale avec le placement d'un graphisme représentatif de la scie, cette représentation est illustrée sur la figure 8, - une étape optionnelle 5 d'addition d'éléments complémentaires ou/et de rectification de la découpe proposée dans l'étape précédente de restitution, réalisée par un opérateur intervenant directement sur l'écran de pilotage, - une étape de validation 6 de la découpe par un opérateur, - une étape de sciage automatisé 7 en aller et retour dans laquelle le positionnement précis du quartier de bois est contrôlé tout le long de l'opération, lequel sciage étant effectué selon les paramètres validés dans l'étape précédente. L'opérateur qui visualise les informations restituées sur l'écran de pilotage est capable d'interagir avec le système pour introduire des informations n'ayant pas été retenues par le traitement automatisé des images, par exemple des défauts présents dans la section du bois, ces données étant ajoutées directement sur l'écran de pilotage, par exemple par l'intermédiaire d'un stylet ou d'un pointeur d'ordinateur. Selon l'invention la réalisation par l'opérateur de l'addition d'éléments complémentaires, ou/et de la modification des paramètres de la coupe, entraîne une nouvelle étape de traitement automatisé des informations et une nouvelle étape de restitution permettant une nouvelle optimisation de découpe. Ce retour avant l'étape de traitement 3 est représenté par la flèche remontante sur la figure 3. Il est également envisagé, sans sortir du cadre de l'invention, que l'opérateur puisse effectuer des modifications et valider directement la découpe sans passer par une nouvelle optimisation. Selon l'invention l'étape de traitement des photos numérisées comporte une analyse des images permettant d'extraire une surface maximale S max résultant de la superposition et de la surface de recouvrement des surfaces extrêmes SO et S1 du quartier de bois. La figure 4 montre le positionnement des caméras 8 et 9 capables de délivrer des photos numérisées des surfaces extrêmes du quartier de bois ainsi qu'une caméra 10 placée latéralement pour délivrer une image du quartier dans sa longueur. Sans sortir du cadre de l'invention il peut être envisagé de disposer une autre caméra sur la face opposée du quartier pour apprécier plus précisément l'enveloppe du quartier. Par enveloppe il doit être compris la représentation volumique en trois dimensions du quartier. En référence aux figures 5 et 6 les caméras délivrent des images à l'unité de traitement des informations qui sont exploitées pour délivrer les contours du quartier et les surfaces équivalentes dénommées SO, S1 et S2 sur la figure 5. Les surfaces SO et S1 qui représentent les surfaces extrêmes du quartier de bois sont superposées, tel que cela est représenté sur la figure 6, de manière à fournir une surface en recouvrement qui correspond à l'intersection des deux surfaces. Cette surface est baptisée S max sur la figure 6. Le quartier de bois à découper, dont la section S max est représentée sur la figure 7, comporte des rayons ligneux 11 et une limite d'aubier 12. Le traitement de ces informations identifiées par une analyse d'image permet de définir des droites ou des courbes de tendance des rayons, référencées 13 sur la figure 7 et un centre théorique des rayons ligneux 14. Selon l'invention le traitement automatisé des photos numérisées consiste ainsi à identifier les rayons ligneux, la limite d'aubier, des défauts présents sur les sections extrêmes SO et S1 et à déterminer une surface exploitable après enlèvement de l'aubier et prise en compte des défauts. Dans l'étape automatisée de traitement 3 la surface exploitable est combinée avec au moins une vue latérale de manière à déterminer la courbure et l'enveloppe du quartier de bois pour l'étape de découpe, laquelle découpe prenant aussi en compte la courbure des merrains. Ces représentations sont utilisées pour le traitement automatisé afin de déterminer l'orientation des merrains à l'intérieur du quartier et la meilleure découpe possible. Selon l'invention l'étape de restitution des informations consiste à présenter sur un écran de pilotage, au travers duquel un opérateur peut interagir avec le système, les différents éléments repérés et la proposition de découpe des merrains de manière schématique. Selon l'invention le schéma optimal de découpe des merrains permet de définir le sciage de merrains de différentes dimensions positionnés de manière optimale dans le quartier de bois en fonction de la présence des rayons ligneux, de la limite d'aubier et des défauts, l'orientation irrégulière desdits merrains à l'intérieur du quartier de bois pouvant nécessiter le replacement du quartier de bois sur le banc de sciage entre deux découpes, lequel sciage pouvant être effectué selon une courbe si nécessaire. La restitution des informations sur l'écran de pilotage peut se présenter par exemple sous les deux formes illustrées sur la figure 8 dans lesquelles la limite d'aubier et les droites ou les courbes de tendance des rayons ligneux peuvent être représentés avec en superposition les sections des merrains 15 positionnées à l'intérieur de S max. Ainsi que cela est représenté sur cette figure 8 le procédé fait avantageusement apparaître sur l'écran de pilotage la position de la lame de scie 16 sur le banc de sciage dans sa position instantanée. Selon l'invention l'opérateur peut intervenir avant la validation de la découpe pour ajouter des informations et/ou modifier la découpe envisagée directement sur l'écran de pilotage, à la suite de cette intervention soit la découpe est lancée par l'opérateur, soit avantageusement les étapes de traitement des informations et de restitution des informations sont effectuées à nouveau. La découpe proprement dite peut être exécutée de différentes manières selon que le procédé est entièrement automatisé ou que l'opérateur souhaite contrôler les découpes des merrains les unes après les autres. Ainsi selon une première variante de l'invention l'étape d'évaluation, l'étape de traitement des informations, l'étape de restitution des informations et l'étape de validation sont répétées après chaque découpe dans le quartier de bois considéré. Selon cette variante il est ainsi possible de contrôler en temps réel, c'est à dire découpe de merrain après découpe de merrain l'évolution du quartier et permettre une optimisation pas à pas de la découpe, laquelle étant dirigée par l'opérateur. Selon une deuxième variante la découpe complète du quartier de bois est entièrement automatisée après l'étape de validation et un dispositif de sécurité permet de suivre les différentes opérations pour détecter des variations par rapport à la découpe configurée au départ et éventuellement interrompre le processus en cas de dérive. Laquelle dérive pouvant par exemple être consécutive à un déplacement non souhaité du quartier. Par découpe entièrement automatisée il doit être compris que le repositionnement du quartier après chaque découpe est effectué automatiquement par la machine selon les indications délivrées par l'ordinateur pilotant le procédé, sans intervention de l'opérateur. Dans toutes les variantes les différentes représentations restituées à l'écran peuvent bien évidemment être mémorisées et stockées dans l'ordinateur pilotant le procédé. Selon l'invention les étapes de traitement et de restitution des informations sont gérées par un ordinateur capable en outre de déterminer des paramètres utiles pour la conduite du procédé et de délivrer des informations calculées telles que le nombre et les dimensions des merrains produits ainsi que des rendements de production et des paramètres qualitatifs avec indication de défauts éventuels sur les merrains. Plusieurs variantes du procédé de sciage de quartiers de bois sont possibles, il peut par exemple être imaginé de positionner des dispositifs de prises d'images qui soient fixes ou mobiles autour du quartier et de placer plusieurs capteurs d'images sur les parties latérales dudit quartier de manière à déterminer le plus précisément possible le volume et la structure aboutissant au calcul de l'enveloppe maximale utile pour la découpe, cela sans sortir du cadre de l'invention. De préférence des caméras permettant la prise de photos sont avantageusement utilisées toutefois il peut être imaginé d'autres dispositifs permettant de déterminer l'enveloppe du quartier et la configuration des sections extrêmes dans la mesure où ces dispositifs permettent de déterminer au moyen d'un traitement d'images ultérieur la limite d'aubier, les rayons ligneux et les défauts. De préférence les merrains sont découpés dans des plans parallèles aux rayons ligneux identifiés dans le procédé toutefois il est envisageable de modifier les choix de découpe pour réaliser des découpes selon d'autres critères sans sortir du cadre de l'invention. La restitution des informations sur l'écran de pilotage utile pour la confirmation du lancement de la découpe par l'opérateur ainsi que les éléments de production additionnels délivrés par l'ordinateur utilisé pour contrôler le système peuvent se présenter selon différents formats et représentations sans sortir du cadre de l'invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés à titre d'exemples, mais elle comprend aussi tous les équivalents techniques ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATIONS1- Procédé de sciage de quartiers de bois destinés à la fabrication de merrains, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - une étape d'installation (1) d'un quartier de bois sur le banc de sciage et de préhension par des pinces pour son orientation, - une étape d'évaluation (2) dudit quartier de bois au moyen d'un dispositif d'enregistrement d'images capable de délivrer des photos numérisées des deux sections extrêmes (SO, S1) et d'au moins une vue latérale du quartier de bois, - une étape automatisée de traitement (3) des informations et des photos numérisées permettant de déterminer la limite d'aubier (12), les rayons ligneux (11) sur chaque section extrême (SO, S1) du quartier de bois, la courbure dudit quartier de bois, une enveloppe de découpe maximale, une reconnaissance des défauts et un schéma optimal de découpe en fonction des merrains souhaités, - une étape de restitution (4) des informations sur un écran de pilotage montrant le positionnement de la section des merrains (15) dans la section du quartier de bois à l'intérieur de l'enveloppe de découpe optimale avec le placement d'un graphisme représentatif de la scie (16), - une étape optionnelle (5) d'addition d'éléments complémentaires ou/et de rectification de la découpe proposée dans l'étape précédente de restitution, réalisée par un opérateur intervenant directement sur l'écran de pilotage, - une étape de validation (6) de la découpe par un opérateur, - une étape de sciage (7) automatisé en aller et retour dans laquelle le positionnement précis du quartier de bois est contrôlétout le long de l'opération, lequel sciage étant effectué selon les paramètres validés dans l'étape précédente. 2- Procédé de sciage de quartiers de bois selon la revendication 1 dans lequel la réalisation par l'opérateur de l'addition d'éléments complémentaires, ou/et de la modification des paramètres de la coupe, entraîne une nouvelle étape automatisée de traitement (3) des informations et une nouvelle étape de restitution (4). 3- Procédé de sciage de quartiers de bois selon les revendications 1 ou 2 dans lequel l'étape de traitement (3) des photos numérisées comporte une analyse des images permettant d'extraire une surface maximale (S max) résultant de la superposition et de la surface de recouvrement des surfaces extrêmes (SO, S1) du quartier de bois. 4- Procédé de sciage de quartiers de bois selon la revendication 3 dans lequel le traitement automatisé des photos numérisées consiste en outre à identifier les rayons ligneux (11), la limite d'aubier (12), des défauts présents sur les sections extrêmes (SO, S1) et à déterminer une surface exploitable après enlèvement de l'aubier et prise en compte des défauts. 5- Procédé de sciage de quartiers de bois selon la revendication 4 dans lequel la surface exploitable est combinée avec au moins une vue latérale de manière à déterminer la courbure et l'enveloppe du quartier de bois pour l'étape de découpe, laquelle découpe prenant aussi en compte la courbure des merrains. 6- Procédé de sciage de quartiers de bois selon la revendication 5 dans lequel l'étape de restitution des informations consiste à présenter sur un écran de pilotage, au travers duquel un opérateur peut interagir avec le système, les différents éléments repérés et la proposition de découpe des merrains de manière schématique. 7- Procédé de sciage de quartiers de bois selon la revendication 6 dans lequel le schéma optimal de découpe des merrains permet de définir lesciage de merrains de différentes dimensions positionnés de manière optimale dans le quartier de bois en fonction de la présence des rayons ligneux (11), de la limite d'aubier (12) et des défauts, l'orientation irrégulière desdits merrains à l'intérieur du quartier de bois pouvant nécessiter le replacement du quartier de bois sur le banc de sciage entre deux découpes, lequel sciage pouvant être effectué selon une courbe si nécessaire. 8- Procédé de sciage de quartiers de bois selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel l'étape d'évaluation (2), l'étape de traitement (3) des informations, l'étape de restitution (4) des informations et l'étape de validation (5) sont répétées après chaque découpe dans le quartier de bois considéré. 9- Procédé de sciage de quartiers de bois selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel la découpe complète du quartier de bois est entièrement automatisée après l'étape de validation (5) et un dispositif de sécurité permet de suivre les différentes opérations pour détecter des variations par rapport à la découpe configurée au départ et éventuellement interrompre le processus en cas de dérive. 10- Procédé de sciage de quartiers de bois selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les étapes de traitement (3) et de restitution (4) des informations sont gérées par un ordinateur capable en outre de déterminer des paramètres utiles pour la conduite du procédé et de délivrer des informations calculées telles que le nombre et les dimensions des merrains produits ainsi que des rendements de production et des paramètres qualitatifs avec indication de défauts éventuels sur les merrains.