13.2.2 Средства автоматизированной оценки пороков древесины

Средства автоматизированной оценки пороков древесины базируются на акустических, люминесцентных, радиационных, оптических и радиоволновых методах [29].

Акустический метод основан на разности скоростей прохождения ультразвуковых колебаний через здоровые и дефектные участки древесины. Метод чувствителен также к направлению волокон и влажности древесины. Недостатки необходимость плотного контакта излучающего и приемного датчиков колебаний с исследуемым материалом, зависимости скорости и интенсивности регистрируемых ультразвуковых колебаний от структуры древесины, ее влажности, температуры окружающей среды и других факторов.

Люминесцентный метод основан на том, что древесина и отдельные ее элементы (ядро, заболонь, гнили, синева и т.д.) флюоресцируют в ультрафиолетовых лучах. На изменения цвета древесины влияют также ее температура и влажность. Недостатком метода является необходимость полного затемнения в месте установки аппаратуры и сравнительно трудная автоматизация.

Метод радиационного контроля основан на степени поглощения лучей различными участками древесины. Основными переменными факторами, влияющими на степень поглощения лучей древесиной, являются толщина бревен и пиломатериалов, их плотность и влажность. Внутренние пороки древесины можно рассматривать с помощью осевого томографа, сочетающего рентгеновское приспособление, компьютер и телевизионную электронно-лучевую трубку.

Средства радиационного контроля получили распространение в ФРГ, Финляндии, США и в других странах. В США для сортировки досок и брусьев используют -лучи. Измеряют плотность древесины и ее сучковатость. Основным показателем для сортировок пиломатериалов является различие плотности между сучками и бессучковой древесиной.

Получает распространение радиоволновой метод контроля в диапазоне электромагнитного спектра сверхвысокой частоты (СВЧ) с длиной волн от 1 до 1000 мм. Например, в финской машине для сортировок пиломатериалов Finnograder (фирма Plan–Cell) микроволны применяют для обнаружения сучков, измерения отклонения направления волокон и влагосодержания. Диэлектрическая постоянная сучков приблизительно в два раза выше, чем окружающей древесины. Обнаруживающее устройства дает сигнал пропорционально размеру сучка. Измерение наклона волокон основано на применении поляризованного поля микроволн.

Реализован в промышленности способ оценки сучков в пиломатериалах с помощью ультракоротких радиоволн сантиметрового диапазона. Пиломатериал (рис. 13.3.) непрерывно движется между антеннами 5,6, соединенными через удвоители сигналов 10,11, линию задержки 8 и регулируемое сопротивление 9. Антенна 7 связана с источником питания и генератором 2 пилообразных импульсов, служащим для моделирования несущей частоты. Антенна 6 связана через диод 3 со сравнивающим устройством 4. При наличии сучка в древесине на выходе сравнивающего устройства появляется сигнал рассогласования, который может быть использован, например, для включения маркирующего устройства.

Рис. 13.3 Схема установки для оценки сучков в пиломатериалах с помощью ультракоротких радиоволн: 1 – источник питания; 2 – генератор; 3 – диод; 4 – сравнительное устройство; 5, 6 – антенны; 7 – пиломатериал; 8 – линия задержки; 9 – регулируемое сопротивление; 10, 11 – удвоители сигналов

Физической основой оптических метод оценки качества древесины является взаимодействие излучения с объектом контроля, связанное с поглощением, отражением, рассеиванием, дисперсией, поляризацией излучения и другими оптическими эффектами. Например, фотоэлектронная дефектоскопия древесины, основанная на том, что большинство пороков древесины вызывает изменение ее окраски. Может быть применена для определения пороков, выходящих на поверхность. Установлено, что сила фототока практически не зависит от шероховатости поверхности, влажности древесины, изменения плотности и содержания поздней древесины.

В последние годы в промышленность стали внедряться электрооптические средства контроля качества древесины на основе источников лазерного излучения. В отличие от обычных источников света лазерный луч имеет высокую когерентность, ионохроматичность и отличается малой расходимостью, что позволяет эффективнее выявлять пороки древесины. На рис. 13.4 представлена схема лазерного устройства для обнаружения пороков древесины. Оно состоит из лазерного сканирующего механизма и миникомпьютера. Сканирующий механизм представляет собой гелий-неоновую двухстороннюю лазерную установку мощностью 3 мВт, последовательно освещающую обе стороны доски при прохождении ее через туннель. Лазерный луч проходит через оптическую систему и попадает на вращающуюся зеркальную призму и ряд других зеркал. Затем он проходит через отверстие в туннеле. Свет лазера, отраженный от древесины, обнаруживают блоки фотоэлектронного умножителя. Получаемые сигналы подсчитывают и после цифровой обработки передают в компьютер, который обрабатывает и фильтрует поступающие данные, определяет размер и расположение пороков, а также оптимальную схему распиловки. Лазерное сканирующее устройство может обнаружить трещины, сучки различных размеров.

Рис. 13.4 Схема лазерной установки для обнаружения пороков древесины

Считается, что микроволны можно применять также для обнаружения трещин и измерения плотности древесины. Методы, основанные на использовании микроволн, можно легко автоматизировать, и они позволяют быстро проверять пиломатериалы.

Следует отметить, что ни один из перечисленных способов не выявляет все виды пороков (таб. 13.1).

Таблица 13.1

Выявление основных пороков древесины и дефектов обработки методом автоматизированной оценки

Для более полного учета всех пороков используется несколько способов оценки.