Brevet FR3036058A1 — publié le 20161118

PROCEDE AUTOMATIQUE DE POSITIONNEMENT OPTIMISÉ D'UNE GRUME DANS UN POSTE DE DÉBITAGE La présente invention concerne un procédé de positionnement d'une 5 pièce de bois dans une installation de débitage, en particulier une grume, ainsi qu'une installation mettant en oeuvre un tel procédé. Pour le débitage pouvant comporter différentes opérations comme du sciage ou du fraisage, de grumes formées par le tronc d'un arbre ébranché, ou plus généralement de pièces de bois brutes présentant une grande longueur, il 10 est connu de faire tourner cette grume autour d'un axe longitudinal afin de permettre à un opérateur de visualiser son meilleur positionnement pour en déterminer le débitage. Certaines installations comportent des moyens de mesure ou de visualisation sur la grume, comme un rayon laser matérialisant les traits de 15 coupe, afin d'aider l'opérateur à positionner au mieux la grume On peut ainsi en fonction de la forme extérieure de la grume, en particulier de ses déformations, et des dimensions des découpes à réaliser, positionner au mieux cette grume par rapport aux débitages et sélectionner le programme de ces découpes pour obtenir une bonne productivité dans des conditions 20 économiques intéressantes. Certaines de ces installations comportent un poste d'analyse définissant le positionnement disposé en parallèle du poste de débitage, permettant de réaliser l'opération de positionnement d'une grume suivante en temps masqué pendant le débitage d'une première grume qui est en cours de découpe. 25 En particulier il est connu de disposer sur le premier poste d'analyse des supports mobiles appelés aussi quais, disposés transversalement, présentant chacun une découpe supérieure en forme de « V » recevant la grume afin de la caler latéralement au fond de cette forme. Chaque quai comporte de plus une chaîne crantée motorisée permettant l'entraînement en rotation de la grume 30 dans les formes en « V », autour d'un axe longitudinal. Un des quais coulisse longitudinalement pour s'adapter à la longueur de la grume. 3036058 2 L'opérateur pilote avec une télécommande la rotation de la grume sur les quais afin de la positionner dans la position qu'il estime la meilleure pour son débitage, et de préparer le programme de débitage. Une fois le débitage d'une grume terminé, il faut alors déplacer la grume 5 suivante en reproduisant son positionnement dans le poste de débitage, afin de retrouver avec précision sa position préparée à l'avance. L'opérateur ayant défini la position et le programme de débitage pour la grume suivante, cette opération peut commencer très vite en évitant de perdre du temps sur le poste de débitage, en le faisant fonctionner avec un minimum 10 d'interruption pour obtenir une bonne productivité de l'installation. Toutefois toutes les opérations de positionnement préalable de la grume par l'opérateur étant manuelles, et effectuées d'après sa vision du poste d'analyse, elles nécessitent un certain temps pour réaliser cette préparation, comprenant éventuellement une recherche de position par approches 15 successives. De plus la rotation de la grume sur son contour extérieur peut donner des résultats médiocres à cause des irrégularités de surface. Cette opération dépend de la perception de l'opérateur ainsi que de sa précision de manoeuvre des commandes de déplacement. L'opérateur peut notamment ne pas obtenir le meilleur positionnement de la grume dans 20 l'espace ni la meilleure optimisation du débitage de la pièce, prenant en compte des nombreux paramètres, comprenant par exemple des formes du bois complexe, des degrés de priorité de chaque débit en fonction d'une production en temps réel qui est demandée, ou des conditions économiques. On notera que suivant les programmes de production qui peuvent 25 comporter la production d'un ensemble de pièces de formes variées, on peut obtenir des milliers de combinaisons de positionnement et de débitage d'une grume. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. 30 Elle propose à cet effet un procédé de positionnement d'une pièce de bois allongée suivant un axe longitudinal, dans une installation de débitage afin 3036058 3 d'optimiser le débitage de cette pièce, cette installation comprenant un poste d'analyse permettant de préparer le positionnement de la pièce de bois dans le poste de débitage, ce procédé étant remarquable en ce qu'il comporte au poste d'analyse une opération de mise en rotation de la pièce de bois autour d'un axe longitudinal défini de cette pièce, sous un système de mesure de son contour, puis à partir des résultats de mesure de ce contour une opération de calcul automatique de sa position optimisée dans l'espace pour le débitage. Un avantage de ce procédé est que le système de mesure du contour de la pièce de bois permet de calculer automatiquement au préalable sa position optimisée, en fonction si nécessaire de nombreux paramètres comme le programme de production prévu, l'optimisation des temps de découpe, la valeur marchande des produits finis et des produits connexes obtenus, ou le taux d'occupation des machines, puis de préparer à l'avance la position angulaire de la pièce et le placement de supports mobiles la déplaçant au poste de débitage, ce qui permet de disposer directement cette pièce dans sa meilleure position, sans la rechercher par des approches successives. On obtient alors une position optimisée prenant en compte un grand nombre de paramètres, et avec l'automatisation des différents mouvements un placement précis nécessitant une durée d'intervention limitée de l'opérateur, ce 20 qui réduit les coûts. Le procédé de positionnement d'une pièce de bois selon l'invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, l'opération de calcul de la position optimisée comporte 25 une détermination du calage angulaire de la pièce de bois autour de l'axe longitudinal défini. Avantageusement, le procédé comporte une opération de positionnement automatique de la pièce de bois dans le poste de débitage suivant sa position optimisée dans l'espace. 30 Avantageusement, le procédé comporte une étape de calcul du placement des supports mobiles permettant de venir placer automatiquement 3036058 4 ces supports sous la pièce de bois pour la prendre au poste d'analyse, sensiblement sans jeu ni contrainte. Dans ce cas, le procédé peut comporter ensuite une étape de calcul du déplacement des supports mobiles recevant la pièce de bois, permettant de 5 venir disposer automatiquement cette pièce au poste de débitage dans sa position optimisée. Avantageusement, l'opération de calcul automatique de la position optimisée pour le débitage prend en compte au moins un paramètre parmi le programme des pièces à débiter avec leurs dimensions fourni par un logiciel de 10 gestion de production, le rendement matière, le prix de chaque produit fini, le prix des produits connexes obtenus, le degré de priorité de chaque pièce en fonction de la production en temps réel, l'énergie consommée, et le taux d'occupation des machines secondaires. L'invention a aussi pour objet une installation de débitage de pièces de 15 bois allongées, comportant des moyens mettant en oeuvre un procédé de positionnement comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. En particulier le poste d'analyse peut être disposé parallèlement à la direction longitudinale du poste de débitage. Avantageusement, les supports mobiles comportent deux quais de chargement comprenant chacun des moyens de calage de la pièce de bois, qui peuvent se déplacer latéralement et en hauteur. Avantageusement, le poste d'analyse comporte deux pivots destinés à se fixer chacun à une extrémité de la pièce de bois pour la faire tourner suivant 25 son axe longitudinal défini. Avantageusement, un des deux quais ou un des deux pivots peuvent se déplacer longitudinalement. Avantageusement, l'installation comporte un scanner comprenant des sources laser réalisant la mesure du contour de la pièce de bois. 30 Avantageusement, l'installation comporte un moyen automatique déterminant différentes zones de qualité à l'intérieur de la pièce de bois. 3036058 5 L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 présente une installation de débitage mettant en oeuvre un 5 procédé de positionnement selon l'invention, disposée dans une position d'analyse ; et - la figure 2 présente cette installation de débitage disposée dans une position de débitage. La figure 1 présente une installation de débitage comportant un châssis 2 10 formant un rectangle posé à plat, dont la grande longueur est disposée suivant un axe longitudinal « Z » comprenant un côté avant indiqué par la flèche « AV ». Cette installation présente une direction transversale « X », et une direction verticale « Y ». L'installation de débitage présente du côté droit un premier plan 15 longitudinal disposé verticalement comportant un axe de rotation de la grume Al pour le poste d'analyse, et du côté gauche un deuxième plan parallèle au premier, comportant un axe de rotation de la grume A2 pour le poste de débitage. On a dans le premier plan vertical successivement en partant de l'avant 20 du châssis 2, un pivot avant 14 disposé suivant l'axe du poste d'analyse A1, puis juste après un premier quai avant 34 qui est fixe dans la direction longitudinale. On a ensuite un quai arrière 36 puis un pivot arrière 16, ces deux éléments étant mobiles dans la direction longitudinale par un guidage formé par deux rails parallèles 32 fixés au-dessus des deux grands côtés du châssis 2. Le déplacement longitudinal du quai arrière 36 et du pivot arrière 16 actionnés par des motorisations, permettent d'ajuster la position de ces éléments en fonction de la longueur des grumes reçues. La partie avant du châssis 2 comporte un bras vertical 4 supportant au-30 dessus le pivot avant 14 disposé suivant l'axe d'analyse A1, comprenant un plateau de bridage tourné vers l'arrière 6, équipé de griffes de saisie de 3036058 6 l'extrémité de la grume, monté sur un coulisseau longitudinal 8 commandé par un vérin 10. La partie arrière du châssis 2 reçoit un chariot arrière mobile 18 supportant le pivot arrière 16, qui est similaire au pivot avant mais tourné dans 5 l'autre sens de manière à présenter son plateau de bridage 6 tourné vers l'avant. Le pivot arrière 16 comporte de plus un motoréducteur électrique 12 qui permet de commander automatiquement la rotation de la grume suivant l'axe longitudinal. Chaque quai 34, 36 comporte une tôle verticale formant un support 10 disposé transversalement 20, présentant sur le dessus une forme en « V » permettant de caler latéralement la grume au creux de cette forme. Chaque support 20 est relié par deux barres de guidage verticales 22 à une base 24, un vérin 28 disposé verticalement en dessous de cette base commandant automatiquement le coulissement vertical du support. 15 Chaque base 24 est montée coulissante sur un tube transversal 26, une motorisation permettant de commander automatiquement ce déplacement. Le tube transversal 26 du quai avant 34 est monté sur un chariot avant 30, qui est fixé à l'avant du châssis 2. Le tube transversal 26 du quai arrière 36 est monté sur un chariot arrière 30, qui est mobile longitudinalement en utilisant 20 les rails de guidage 32 posés sur le châssis 2. Le poste d'analyse comporte un scanner 52 comprenant un certain nombre de sources laser 50 disposées au-dessus du poste et alignées longitudinalement, qui projettent un rayon dans un plan vertical décalé latéralement par rapport à l'axe d'analyse Al chacun suivant une certaine 25 longueur, afin de réaliser une mesure et une analyse du profil de la grume sur sa longueur complète. En complément le poste d'analyse peut comporter des capteurs de détection automatique de la qualité du bois de la grume 8, utilisant par exemple une technologie à rayons X ou à ultrasons, qui détecte cette qualité en même 30 temps que la mesure du profil par le scanner 52. 3036058 7 Le poste d'analyse comporte de plus différents capteurs permettant de contrôler les positions des éléments mobiles, qui sont reliées à des cartes d'acquisition de données, ainsi qu'un calculateur comme un ordinateur, recevant ces données et pilotant les différents mouvements en fonction de 5 programmes préétablis. Le poste de débitage comporte un pivot avant 40 et un pivot arrière 42 alignés sur l'axe du poste de débitage A2, reliés chacun par un support 44 tourné vers le haut, à un portique permettant des déplacements longitudinaux de ces supports afin d'ajuster leurs positions et la distance entre eux à la 10 longueur de la grume à scier. Le procédé de positionnement de la grume est le suivant. Le pivot arrière 16 portant le plateau motorisé 6 ainsi que le quai arrière 36 sont ajustés longitudinalement en fonction de la longueur de la grume à recevoir, qui a été mesurée en amont du poste d'analyse. 15 Les deux quais 34, 36 sont disposés en position basse prédéfinie de chargement, donnant après le dépôt de la grume sur ces quais une position de son axe longitudinal qui se trouve en dessous de l'axe d'analyse Al. La grume est déposée ensuite dessus par un dispositif télécommandé ou automatisé. Les opérations suivantes sont entièrement automatisées. 20 On a ensuite une montée individuelle des deux quais 34, 36 sous le contrôle du scanner 52, pour centrer sensiblement chaque face d'extrémité de la grume sur l'axe d'analyse Al afin de limiter le balourd de cette grume. On a ensuite une prise de la grume dans les griffes des plateaux 6, avec une avance des vérins 10 des coulisseaux 8 pour serrer cette grume entre ces 25 plateaux. Puis on a une descente des quais 34, 36, afin de libérer la grume qui peut être entraînée librement en rotation sous l'effet du motoréducteur 12. On a ensuite une mise en rotation sur 360 degrés de la grume par le motoréducteur 12 avec simultanément une analyse par le scanner 52, et un enregistrement automatique des résultats mesurés par les sources laser pour 30 obtenir une connaissance suffisamment précise du profile de la grume. 3036058 8 En particulier on peut réaliser une mesure du profil de la grume pour des rotations suivant un pas angulaire de 1° autour de l'axe d'analyse A1, ce qui donne 360 mesures pour la circonférence de cette grume. Avantageusement l'axe d'analyse Al dispose d'un codeur incrémental entraîné par le pivot arrière 5 motorisé 16, pour contrôler la rotation angulaire. Le calculateur effectue alors une extraction du contour de la grume, donnant un contour numérisé en trois dimensions par association des différentes mesures longitudinales. A partir de ce contour numérisé le calculateur effectue ensuite 10 automatiquement en fonction de nombreux paramètres de débitage, un calcul du type de débit ainsi que de la position optimale de débitage de la grume correspondant à ce débit pour donner le meilleur compromis entre tous les paramètres demandés. Le calcul de la position optimale comprend un calage angulaire de la grume, et connaissant le contour de cette grume ainsi que la 15 forme géométrique en « V » du dessus des quais 34, 36, le positionnement latéral suivant l'axe X et en hauteur suivant l'axe Y de chaque quai donnant précisément cette position une fois la grume reposée et calée dessus. Les paramètres de débitage peuvent comporter en particulier le programme des pièces à débiter avec leurs dimensions fourni par un logiciel de 20 gestion de production, le prix de chaque débit, le degré de priorité de chaque pièce en fonction de la production en temps réel, et d'autres contraintes de production comme l'énergie consommée, ou le taux d'occupation des machines secondaires qui sont utilisées dans l'ensemble du procédé de traitement des grumes. 25 Le procédé comporte ensuite le pilotage automatique de la rotation de la grume pour effectuer son calage angulaire, puis un déplacement des quais 34, 36 qui viennent se positionner au contact de cette grume juste en dessous grâce à la connaissance de son contour, sans présenter de jeu ni de contrainte. On a ensuite un dégriffage de la grume par écartement des plateaux 6, cette grume venant reposer de manière stable sur les quais 34, 36 sans 3036058 9 rotation. L'absence de jeu avec les quais 34, 36 évite une rotation indésirable de la grume, qui pourrait être causée par un décalage de son centre de gravité causant une petite rotation pendant une descente non contrôlée dans l'espace de ce jeu. 5 Le procédé comporte ensuite une translation latérale des quais 34, 36 vers le poste de débitage, en venant chacun se placer avec précision dans les deux directions latérale X et verticale Y suivant des valeurs calculées , de manière à retrouver par rapport à l'axe A2 de ce poste le positionnement optimal précédemment défini. Pendant ce déplacement la grume conserve son 10 calage angulaire qui lui a été donné précédemment. On obtient ainsi une orientation dans l'espace de la grume, appelée aussi dégauchissement, qui peut tourner suivant les trois axes avec une rotation Rx suivant l'axe transversal X par une montée ou descente de chaque quai 34, 36, une rotation Ry suivant l'axe vertical Y par un décalage latéral de chaque quai, 15 et une rotation Rz suivant longitudinal Z par la commande du motoréducteur 12 actionnant les pivots 14, 16. On a ensuite une prise de la grume par les pointes des pivots 40, 42 du poste de débitage pour préparer le débit de cette grume, puis une descente et un retour latéral des quais 34, 36 qui reviennent dans le plan vertical du poste 20 d'analyse pour recevoir la grume suivante. On obtient ainsi de manière simple et rapide la meilleure optimisation du débit des grumes en fonction de nombreux paramètres relatifs à cette grume, à la production à réaliser, et aux contraintes des machines et de l'environnement, qu'un opérateur seul ne peut pas réaliser avec le mode opératoire manuel 25 suivant l'art antérieur. On notera que l'on peut plus facilement éviter des défauts dans les débits des pièces découpées dans la grume qui n'entreraient pas entièrement dans le contour de cette grume dans le cas d'un positionnement manuel pas suffisamment précis. En particulier les opérations automatiques d'orientation de 30 la grume dans l'espace et d'optimisation du calcul du débit qui sont couplées, permettent après les premiers débits dans le plan vertical de faire tourner la 3036058 10 pièce de 90° pour procéder aux débits suivants dans un plan perpendiculaire, avec l'assurance que l'on a la matière pour réaliser le programme des débits prévu. On peut aussi réduire la marge de sécurité sur le contour de cette grume 5 ce qui fait gagner de la matière. On réduit ainsi les temps d'intervention de l'opérateur et la consommation d'énergie, tout en améliorant la qualité et les coûts de production. REVENDICATIONS1 - Procédé de positionnement d'une pièce de bois allongée suivant un axe longitudinal (Z), dans une installation de débitage afin d'optimiser le 5 débitage de cette pièce, cette installation comprenant un poste d'analyse permettant de préparer le positionnement de la pièce de bois dans le poste de débit, caractérisé en ce qu'il comporte au poste d'analyse une opération de mise en rotation de la pièce de bois autour d'un axe longitudinal défini de cette pièce, sous un système de mesure de son contour (52), puis à partir des 10 résultats de mesure de ce contour une opération de calcul automatique de sa position optimisée dans l'espace pour le débitage. 2 - Procédé de positionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de calcul de la position optimisée comporte une détermination du calage angulaire de la pièce de bois autour de l'axe longitudinal défini. 15 3 - Procédé de positionnement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une opération de positionnement automatique de la pièce de bois dans le poste de débitage suivant sa position optimisée. 4 - Procédé de positionnement selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de calcul du placement de supports mobiles (34, 36) 20 permettant de venir placer automatiquement ces supports sous la pièce de bois pour la prendre au poste d'analyse, sensiblement sans jeu ni contrainte. - Procédé de positionnement selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de calcul du déplacement des supports mobiles (34, 36) recevant la pièce de bois, permettant de venir disposer automatiquement 25 cette pièce au poste de débitage dans sa position optimisée. 6 - Procédé de positionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'opération de calcul automatique de la position optimisée pour le débitage prend en compte au moins un paramètre parmi le programme des pièces à débiter avec leurs dimensions fourni par un 30 logiciel de gestion de production, le rendement matière, le prix de chaque produit fini, le prix des produits connexes obtenus, le degré de priorité de 3036058 12 chaque pièce en fonction de la production en temps réel, l'énergie consommée, et le taux d'occupation des machines secondaires. 7 - Installation de débitage de pièces de bois allongées, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens mettant en oeuvre un procédé de 5 positionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8 - Installation de débitage selon la revendication 7, caractérisée en ce que le poste d'analyse est disposé parallèlement à la direction longitudinale du poste de débitage. 9 - Installation de débitage selon la revendication 8, caractérisée en ce que les supports mobiles comportent deux quais de chargement (34, 36) comprenant chacun des moyens de calage de la pièce de bois, qui peuvent se déplacer latéralement et en hauteur. 10 - Installation de débitage selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que le poste d'analyse comporte deux pivots (14, 16) 15 destinés à se fixer chacun à une extrémité de la pièce de bois pour la faire tourner suivant son axe longitudinal défini. 11 - Installation de débitage selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce qu'un des deux quais (36) ou un des deux pivots (16) peuvent se déplacer longitudinalement. 20 12 - Installation de débitage selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisée en ce qu'elle comporte un scanner (52) comprenant des sources laser (50) réalisant la mesure du contour de la pièce de bois. 13 - Installation de débitage selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisée en ce qu'elle comporte un moyen automatique déterminant 25 différentes zones de qualité à l'intérieur de la pièce de bois.