Устройство для распознавания дефектов шпона после лущения
DEVICE FOR DETECTING VENEER DEFECTS AFTER PEELING

Область техники
Изобретение относится к устройству для распознавания дефектов шпона после лущения, которое предназначено для раннего определения дефектов и своевременного оповещения оператора линии лущения. Устройство определяет и анализирует дефекты в виде «рисок», «засоров», «негладкого (грубого) лущения» в режиме реального времени, что дает возможность операторам своевременно применять меры для устранения производства некачественной продукции. Таким образом, устройство распознавания дефектов является инструментом промежуточного контроля производимого шпона, позволяя добиться высокого качества, снизить издержки производства и потери на брак. Использование данного устройства дает возможность анализировать качество выпускаемой продукции гораздо быстрее, сокращая временные ресурсы на обработку данных. Гибкий анализ данных позволяет значительно увеличить эффективность (увеличивая качество и сокращая издержки сырья на брак) работы технологической линии.
Техническая проблема
Шпон - это изготовленные различными методами тонкие листы древесины. Например, его изготавливают лущением, пилением или строганием. Для изготовления шпона используются лущильные станки, фанеропильные станки или шпонострогальные станки. Самый распространенный шпон - это лущеный шпон. Он производится из таких пород деревьев как дуб, сосна, береза, ольха. В процессе лущения на пиломатериале шпоне могут возникать различные сложно выявляемые дефекты, например, «негладкое (грубое) лущение», «риска» и «засор». Данные дефекты являются сложно выявляемыми, поскольку в отличии от относительно легко выявляемых дефектов («сучок», «прожилка», «трещина», «дырка», «смоляной карман», «гниль», «синева», «прорость», «ложное ядро») требуют большого внимания от оператора. Технической проблемой является создание устройства для обнаружения указанных выше сложно выявляемых дефектов пиломатериала шпона после лущения.
Уровень техники
Известен способ определения качества пиломатериалов, включающий освещение поверхности древесины оптическим излучением, сканирование рассеянного излучения и определение размеров пороков пиломатериалов (RU 2007117461, опубликовано 20.11.2008). Данный аналог не позволяет выявить наличие сложных для «машинного зрения» дефектов древесины, таких как гниль, синева, плесень и червоточины.
Известны устройство и способ для обнаружения дефектов в древесине (WO 9524636, опубликовано 14.09.1995). Недостатком известного изобретения является то, что с его помощью возможно обнаружение только крупных, ярко выраженных пороков древесины, мелкие дефекты при этом не могут быть обнаружены.
Технический результат заявленного изобретения заключается в улучшении качества определения сложно выявляемых дефектов пиломатериала шпона после лущения, на основе которых производится конечная оценка качества пиломатериала, при расширении спектра выявляемых дефектов пиломатериала.
Сущность изобретения
Технический результат достигается за счет того, что устройство для распознавания дефектов шпона после лущения, содержащее: движущуюся ленту со шпоном, рамку, на которой установлены: камеры для получения изображений поверхности шпона и источники света для формирования зон подсветки и определения видимых дефектов шпона, согласно заявленному изобретению,содержит направленный источник света, расположенный на рамке, с торца ленты со шпоном, перпендикулярно вектору движения ленты, выполненный с возможностью формирования 1-ой зоны подсветки шпона, предназначенной для определения дефекта: «негладкое (грубое) лущение» и содержит линейный источник рассеянного света, расположенный на рамке, сверху ленты со шпоном, под углом 90 градусов к вектору направления движения ленты, выполненный с возможностью формирования 2-ой зоны подсветки шпона, предназначенной для определения следующих дефектов: «риска», «засор».
В одном варианте осуществления устройства для распознавания дефектов шпона после лущения направленный источник света состоит из двух, расположенных друг напротив друга, источников света, расположенных на рамке, на противоположных торцах ленты со шпоном, при этом вся поверхность шпона, проходящая через зону подсветки, находится в световом потоке упомянутых направленных источников света.
В другом варианте осуществления на поверхности шпона образуется ярко выраженная зона свет-тень, при этом дефекты «негладкое (грубое) лущение», «риска», «засор» имеют чёткий, визуально различимый вид.
Аппаратно-функциональная часть устройства распознавания дефектов шпона после лущения включает в себя следующие элементы:
- Видеокамеры (3), предназначенные для получения изображений шпона.
- Блок управления (10), предназначенный для получения и обработки изображений с видеокамер на дисплей и передачи управляющих сигналов во внешнюю систему управления;
- Рамка (7) с источниками света, предназначенными для формирования зон подсветки.
В состав блока управления (10) входят следующие функциональные части:
- Контроллер (11), предназначенный для арифметической и логической обработки входных сигналов с видеокамер и блока сопряжения (9) и их дальнейшей обработки или передачи на дисплей, во внешнюю систему управления, а также хранения управляющей программы, оперативных данных и переменных;
- Блок сопряжения (9), предназначенный для подключения датчика перемещения (8) к контроллеру (11);
- Интерфейс Ethernet (12), который используется для передачи данных по витой экранированной паре в систему управления технологическим процессом;
- Датчик перемещения (8), который используется для определения координат шпона в каждый конкретный момент времени.
Краткое описание чертежей
ФИГ.1 - на фигуре изображен общий вид рамки, на которой установлены: камеры для получения изображений поверхности шпона и источники света.
ФИГ.2 - схематичное изображение шпона, проходящего через зону подсветки, и находящегося в световом потоке направленных источников света.
ФИГ. 3 - изображение поверхности шпона с дефектом «негладкое (грубое) лущение» без наличия 1-й зоны подсветки и при её наличии.
ФИГ. 4 - изображение поверхности шпона с дефектом «риска» без наличия 2-й зоны подсветки и при её наличии.
ФИГ. 5 - аппаратно-функциональная блок-схема устройства.
Позиции на чертежах
1. Направленный источник света.
2. Линейный источник рассеянного света.
3. Видеокамеры для получения изображений шпона.
4. Направление светового потока направленного источника света.
5. Источники света.
6. Шпон.
7. Рамка с источниками света.
8. Датчик перемещения.
9. Блок сопряжения.
10. Блок управления.
11. Контроллер.
12. Интерфейс Ethernet.
13. Дисплей.
Осуществление изобретения
Изобретение может быть осуществлено следующим образом. Лента со шпоном (6) проходит через участок под рамкой (7), над которой установлены видеокамеры (3) и источники света (5). Сверху на рамке, перпендикулярно вектору движения ленты (под углом 90 градусов к вектору направления движения ленты шпона), расположен линейный источник света (2). Сбоку на рамке (7), в торцах ленты, перпендикулярно вектору движения ленты, расположены направленные источники света (7). При этом поверхность шпона (6) находится в световом потоке. Источники света (7) расположены последовательно: сначала идёт источник направленного света (7), затем зона источник линейного света (2). Направленный источник света (7) может состоять из двух, расположенных друг напротив друга, источников света. За счёт такой организации освещения на поверхности шпона образуется ярко выраженная зона свет-тень, при этом дефекты «Негладкое лущение», «Риска», «Засор» имеют чёткий, визуально различимый вид (фиг. 3, 4). В зоне вертикальной освещённости становятся различимы риски, частично засор. В зоне горизонтальной освещённости становятся различимы негладкое лущение, засор. Порядок расположения 1-й и 2-й зон подсветки поверхности шпона может быть произвольным. Над источниками света расположены матричные видеокамеры (3). За счёт высокой скорости сьёмки видеокамеры производятся три снимка одного и того же участка поверхности шпона для последующего анализа. Полученные кадры обрабатываются предварительно обученной нейронной сетью. При нахождении дефекта шпона нейронная сеть классифицирует его и помечает как дефект. Дефекты классифицируются нейронной сетью. При обучении модели «показываются» дефекты и им присваивается имя. Датчик перемещения (8) фиксирует координаты шпона в каждый момент времени. Эти данные также передаются в блок управления (10) посредством блока сопряжения (9). Контроллер (11) совмещает данные с видеокамер (3) и датчика перемещения (8), выдавая на дисплей оператора визуальное отображение шпона на ленте транспортёра с выделением зон дефектов в режиме реального времени (фиг.3, 4), а также сохраняет всю информацию на сервер. Это дает возможность операторам своевременно применять меры для устранения производства. Всё оборудование в составе устройства - серийно выпускаемое, и может быть заменено аналогичным. Видеокамера машинного зрения - Basler 60 кадров/сек, направленный источник света - прожектор 5000К, линейный источник света - лампа 5000К.
Примеры осуществления изобретения
Дефекты лущения характеризуются отклонением плоскостности геометрии отдельного участка шпона. Причём дефект риска может быть менее 0,2 мм. Визуально данный дефект неразличим или мало различим глазом. При создании специальных условий освещения (направленный источник света перпендикулярно вектору движения шпона) они позволяют визуально определить дефекты за счёт искусственно созданной зоны свет-тень.
Пример 1
Определение дефекта «Негладкое (грубое) лущение» при использовании заявленного устройства.
На фиг. 3 визуально показан шпон с дефектом «негладкое (грубое) лущение» без наличия 1-й зоны подсветки шпона и при её наличии (сформированной направленным источником света).
Пример 2
Определение дефекта «Риска» при использовании заявленного устройства.
На фиг. 4 визуально показан шпон с дефектом «Риска» без наличия 2-й зоны подсветки шпона и при её наличии (сформированной линейным источником рассеянного света).
Как видно из Примеров 1, 2 наличие 2-х зон подсветки шпона существенно облегчает раннее определение дефектов пиломатериала и своевременное оповещение оператора линии лущения. При проработке реализации устройства проводились эксперименты с применением традиционных устройств определения изменения поверхности материала (триангуляция), подсветка мощными источниками света. При расположении источников света в конечном виде, реализованном в заявленном устройстве, в зоне подсветки дефекты становятся различимы визуально, имеют чёткие границы и могут классифицироваться глазом даже без применения видеокамер, что без освещения не представлялось возможным.
Таким образом, при использовании устройства, согласно заявленному изобретению, улучшается качество определения сложно выявляемых дефектов пиломатериала шпона после лущения.