杜戈 2006-12-12 12:33
现代木材检测技术原木自动检尺
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现代木材检测技术原木自动检尺
一、原木检尺方法
木材检尺的主要目的是为了计算材积。根据计算材积的种类，可分成数检、形检、重检和浮检四种方法。
1.数检法
数检法就是同材长的原木根数据乘以每根原木的平均材积面得出一捆、一车或一垛的总材积的方法。这种方法最为省事简单，但检尺精度低，在实际工作中用的极少。可用在枕木等专用锯材和小杆等尺寸比较接近的木材材积的统计上，原苏联曾对若干组（每组原木2000米3）的木材进行了数检，平均误差达到5-6%。
2.形检法
这是根据木材的几何外形进行检测而计算其材积的方法，可以是逐根检测，也可以是成捆、成垛检测。
（1）小头直径检尺法：即检量原木的小头直径，根据其材长查找已颁布的原木材积表而得。这是我国木材标准规定使用的方法。
(2)中央直径检尺法：按小头直径检尺时，材积误差一般较大，特别是对于尖削度较大的长原木和原条更是如比。因此在原木或原条中央处量取的直径再乘以材长，则算出的材积与实际的更加接近。
（3）积分法：从理论上，一根原木的材积采用积分法取得是最为准确的。
(4)捆检：量取木捆或木垛的宽、高（或木捆的周长）和长，直接计算出米数或再乘以密实系数即可得该捆的材积。木材层积立米的统计常用于板皮或木片的材积计量上。由于捆检法简单易行，检尺效率高，所以在国外得到较大的重视。例如，前苏联把这种方法用在装车检尺上，1974年制订了国家标准，用这种检尺法的年运输量约占铁路原木运输的4%。瑞曲用捆检法检尺的木材占总产量的80%。
3.重检法
重检法是指对木材进行称重，然后乘上材积换算系数（容积重的倒数），即可得出成捆成车木材的材积的方法。通常用地秤或吊秤（装在装缷机械的吊钩上）称重，在我国国营贮木场普遍得到使用。重检法的关键在于木材容重的测定。由于容积重的大小取决于树种、生材含水率、有无树皮、采伐季节、贮存时间长短等，所以必须对各林场在不同季节采伐时主要树种的容积重进行测定，然后再根据树种组成获得这个林场在这个伐区，这个季节的综合容积重，测算愈准确，材积误差就愈小。目前重检法在我国只用于原条捆材积的检测上。
4.浮检法
把木放在装有一定水位的规则容器里，将木捆压入水里，并量测水位的升高值，就得到该木捆的材积，即V=Fh………………………（9-4）
式中：V—木捆体积；F—容器底面积；h—水位升高值。
由于这种方法可消除腐朽的木材的空洞部分材积，较好地反映了木材的实材积，所以，只要h量得准确，浮检法是最精确的。缺点是受到水温的影响，不便在室外进行检测，且检尺效率也较低。
二、树皮的扣除
在木材统计工作中，材积是不包括树皮的。因此无论采用何种检尺方法，都必须扣除树皮的厚度或树皮的体积。
树皮厚度取决于树干不同部位的直径以及不同的树种和地位级。经过大量的统计资料得知，各树种的树皮厚度与原木直径之间大约成正比关系，即：δ=KD′…………（9-5）
式中：δ—树皮的厚度；D′--带树皮的原木直径；K—比例常数。
于是，不计树皮厚度的原木直径为：
D=（1-2K）D′……………（9-6）
相应地可获得不带树皮的原木材积V和带树皮的质木材积V′之间的如下关系式：
V=（1-2K）2V′…………………（9-7）
树皮的材积△V为：△V=4k(1-k)V′………………（9-8）
一般树皮材积为带皮原木材积的10%-20%，可见树皮材积所占比例不小，故在自动检尺中是不可忽视的。
三、原木直径与长度的自动检测
现阶段测量原木的长度和直径，多采用光电的方法。
原木长度的测量可直接利用模数转换技术的“时间间隔一脉冲计数”的原理。由原木输送机带动的光电码盘产生计数脉冲，每个脉冲相当于输送机送进的单位长 度，在输送机某一固定位置设有原木位置传感器，在原木通过传感器的遮光时间间隔中，由传感器控制长度脉冲数目记录，脉冲数目乘以单位长度，就是被测原木长度。
在原木直径的测量上，目前有利用平行光栅测径、利用扫描平行光测径、利用物影图像测径等。下面介绍较先进的两种测径装置。
1.激光扫描式原木测径装置
这种测径装置由激光管、平面镜、凹面镜、受光器等部件组成。
由激光管发射的激光束，投射到位于抛物面反射镜（凹面镜）焦点上的平面反射镜上。平面反射镜由电动机带动并高速旋转，因而把激光束按不同角度反射到凹面镜上，形成自上而下向原木直径方向扫描的平行光。接受装置（受光器）由排成直线的光导纤维和光电池组成。平面反射镜旋转一周，激光束自上而下对受光器扫描转换成的电脉冲数量，就代表了原木的直径。考虑原木断面形状不规则，在实际应用时采用两套测径装置，在两个垂直方向上测量原木的直径。
这种测径装置的缺点是，测量设备的体积大，凹面镜的加工精度要求高，采用旋转式平面镜，既限制扫描速度的提高又降低了工作可*性和使用寿命，抗干扰能力差，被测原木的移动、振摆等都将影响测量精度。
2.利用物影图像测径
原木通过测径传感器时，自然光（或灯光）照在原木身上后后射到传感器中。光线经凸透镜射到平板上，出现了与原木直径相应的图像。在平板的一条竖直线上，布设了很多微型光电二极管（1英寸内达几千个）。其中一部分光电二级管处于图像范围内。只要统计出在图像内的光电管的数量，即可知道原木的直径。这种直径传感器是在几千分之一秒内进行测径的，这样的高灵敏性就克服了由于输送机速度变化、原木打滑或摆动等引起的检测误差。
利用物影图像测径的装置有加拿大LC-310型自动检尺装置。该测径装置由两种光电传感器（扫描传感器和位标传感器）、数字处理机、软件及一套打印设备组成。
测量直径用安装于垂直方向的两个扫描传感器，它自动检测每根原木前、后两端头的直径，并在测量数据中保留较小的数值。测量时，扫描传感器将原木映像聚焦在按直线排列的光敏二极管上（严格按相同的间距排列，其间隙只有零点几毫米），由原映像作用于光敏二级管的数目所产生的信息，通过数字处理机就可立即得出原木的直径。其测径误差在±4mm范围，测量时间为毫秒级，灵敏度高，抗干扰，工作可*。
原木长度的测量是用一个扫描传感器和若干个位标传感器联合作用的，用扫描传感器（精测位标传感器）精测原木长度方向上小范围的长度余量，位标传感器只测某一点有无原木，因此它按较大的相同间距沿揄送机安装，就可粗测材长。测长时，处理机统计被原木遮光的位标传感器的间隔数，再加上原木端头超过一个位标传感器的剩余长度，就是原木的长度。测长误差在±19mm范围内，瞬时完成的。
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