一种相近密度材质原木锯木方法及锯木设备

摘要

本发明公开了一种相近密度材质原木锯木方法，包括以下步骤：(1)对原木进行断层CT扫描，获得原木的CT值；(2)计算出原木的密度值；(3)输入待锯原木的外形轮廓参数，输入所需锯切的规格板参数及锯路宽度到计算机，进行最小余料函数的运算，得到余料最少的原木初步下锯排样；(4)在预设规格板的厚度值内进行密度值比对，完成排样工作；(5)输出排样图和原材料消耗统计信息，按排样的结果将原木锯切成规格板。本发明还公开了一种锯木设备。本发明通过断层CT扫描对木材密度的分布进行检测，并以最小余料函数对原木进行下锯排样，保证每块规格板的任意两点的密度值不大于6％，从而获得优质稳定的规格板板材。

说明书

技术领域

本发明了涉及原木锯切的技术领域，具体涉及一种相近密度材质原木锯 木方法及锯木设备。

背景技术

森林是人类非常重要的资源，多年来由于我国森林被严重采伐，森林资 源锐减，木材的供应量远不能满足实际的需求。为了实现木材的可持续发展， 我们必须深入研究树木生长规律，积极探索符合树木生长的营林措施，加强 木材结构与性质的研究，提高其综合利用率和循环利用率，合理取材，节约 用材。

将木材按生长年轮、木纹和密度进行划分区域的话，区分为芯材区、致 密木材区、中心木材区、靠近边材区以及边材区、树皮区，树皮边材和芯材 原则上均不能用。

由于类材区域相同材质的密度、色泽、收缩性等物理性能是基本一致的； 密度、色泽、收缩性等物理性能基本一致的木材锯木属于同一块板材的话， 这板材比较稳定，这样稳定的板材，用来制作家具的话，家具也很稳定，减 少了开裂、变形出现的机会，家具性能稳定。

木材生长在野外，在其生长过程中，常受各种内外界因子的作用，使正 常的材质发生改变或破坏。根据我国国家规定，凡呈现在木材上能降低其质 量，影响其使用的各种缺点，均为木材缺陷。国家将木材的缺陷分为十大类： 节子、裂纹、变色、腐朽、虫害、树干形状缺陷、木材构造缺陷、伤疤(损伤)、 木材加工缺陷和变形，上述各种缺陷不同程度地使木材材质受到影响，以致 降低原木等级甚至使原木完全失去使用价值。

然而，目前尚缺乏对原木的密度或者缺陷进行先检测后锯切的技术或设 备。

发明内容

本项发明是针对现行技术不足，提供一种不破坏木材本身，并能快速检 测木材密度及缺陷位置的性质、位置，根据该密度分布、缺陷性质及位置安 排锯切的位置、宽度及厚度，获得性能稳定的板材。

本发明还提供一种锯木设备。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种相近密度材质原木锯木方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对原木进行断层CT扫描，读取原木信息，获得原木的CT值，包 括原木直径、长度、树皮厚度，用图像形式显示；

(2)根据预设的木材CT值与密度值的线性方程，计算得出原木的密度 值；

(3)从步骤(1)的断层CT扫描中输入待锯原木的外形轮廓参数，得 到原木的小头端面的最大内接圆半径，输入所需锯切的规格板的长度、宽度、 厚度参数及锯路宽度到计算机，进行最小余料函数的运算，最小余料函数为

$S_j=\frac{{\mathrm{\pi R}}^2-(\mathrm{pWH}+1/2\times \mathrm{qWH}+1/4\mathrm{\upsilon WH})-J-W}{{\mathrm{\pi R}}^2}$

R为原木小头端面最大内接圆半径，p为同一小头端面排出规格板数目， q为1/2规格板数目和v为1/4规格板的数目，锯路损失J≈ p(2H+2W)w+q(H+2W)w+v(1/2×H+2W)w，w为锯路宽度，H和W分别为 规格板宽度和厚度，得到余料最少的原木初步下锯排样；

(4)初步下锯排样完成后，在预设规格板的厚度值内进行密度值比对， 在该厚度值的范围内，检测是否下锯排样的每一块规格板内任意两点的密度 值相差不大于6％；

当其中一块规格板内有两点的密度值相差大于6％时，对该规格板及附 近的规格板进行重新排样，使得重新排样后的规格板的任意两点的密度值相 差不大于6％；

当排样后的全部规格板的任意两点的密度值相差不大于6％，完成排样 工作；

(5)输出排样图和原材料消耗统计信息；根据作业调度指令为每块板 材编制NC代码，按排样的结果将原木锯切成规格板。

作为进一步改进，步骤(5)还包括以下步骤：

(51)顺时针方向，锯切去四周边皮与树皮；

(52)顺时针方向，锯切去四周靠近边材区域内密度值相差不大于6％ 的规格板；

(53)顺时针方向，锯切去四周中心木材区域内密度值相差不大于6％ 的规格板；

(54)顺时针方向，锯切去四周致密木材区域内密度值相差不大于6％ 的规格板；

(55)顺时针方向，锯切去四周芯材区域内密度值相差不大于6％的规 格板。

作为进一步改进，所述步骤(1)中，用CT机多次照射木材，扫描电压 80KV～100KV，扫描电流30mA～80mA，扫描层厚为5mm～10mm，取得原木 横截面扫描图像，并输出到显示器中。

预设CT值与密度值的线性方程D＝1.03455+0.001007﹡CT值，D为木材密 度，单位g/cm³，CT值的单位为Hu；

每个扫描层选取40个点的CT值，通过CT值与密度值的线性方程运算 得到相应的密度值。

一种实施上述的相近密度材质原木锯木方法的锯木设备，锯木设备包括 计算机，计算机连接着断层CT扫描机，计算机内设有木材CT值与密度值 的线性方程、最小余料函数，断层CT扫描机对原木进行断层CT扫描，读 取原木信息，获得原木的CT值，将该CT值输送到计算机中，计算机标记 标记出原木中裂纹、节子、虫眼缺陷的大小及位置，并用图像形式显示，并 根据预设的木材CT值与密度值的线性方程，计算得出原木的密度值；

对计算机输入需要锯切的规格板长度、宽度、厚度参数及锯路宽度，根 据预设的最小余料函数得到余料最少的原木初步下锯排样，比对每一块规格 板内的密度值，保证每一块规格板内任意两点的密度值不大于6％，输出排 样图和原材料消耗统计信息。

所述锯木设备还包括水平及垂直设置的两个数控锯架，两个数控锯架中 的两个圆锯片相互垂直成直角状态设置，水平锯片与垂直锯片沿轴向前后设 置，两个锯片的切削部分的边缘在原木横断面上的投影相交于一点，两个数 控锯架共同安装在一个横走伺服机械手臂上，该横走伺服机械手臂连接所述 计算机。

本发明的有益效果：本发明通过断层CT扫描对木材密度的分布进行检 测，并以最小余料函数对原木进行下锯排样，保证每块规格板的任意两点的 密度值不大于6％，从而获得优质稳定的规格板板材。

断层CT扫描对原木进行整体的扫描，在断层CT扫描机设定的扫描层 中，选取40个点的CT值，通过CT值与密度值的线性方程运算得到相应的 密度值，快速得到原木中的密度值分布，方便后续的密度值对比。

通过最少余料函数运算，得到余料最少的原木初步下锯排样后，将每块 排样的规格板进行单独的密度值检测，保证每块规格板的任意两点的密度值 相差不大于6％，确保锯切后的板材的稳定性。

下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明。

附图说明

图1为本实施例的断层CT扫描原木的示意图；

图2为本实施例的规格板的排样图就；

图3为本实施例的锯木设备的结构示意图；

图4为本实施例的锯木设备正视结构示意图。

图中：1.原木，11.规格板，2.水平锯片，3.垂直锯片。

具体实施方式

实施例，参见图1～2，本发明实施例提供的相近密度材质原木锯木方法， 包括以下步骤：

(1)对原木1进行断层CT扫描，读取原木1信息，获得原木1的CT 值，包括原木1直径、长度、树皮厚度；具体是用CT机多次照射木材，扫 描电压80KV～100KV，扫描电流30mA～80mA，扫描层厚为5mm～10mm，取 得原木1横截面扫描图像，用图像形式显示；

(2)根据预设的木材CT值与密度值的线性方程，计算得出原木1的密 度值；

预设CT值与密度值的线性方程D＝1.03455+0.001007﹡CT值，D为木材密 度，单位g/cm³，CT值的单位为Hu；

每个扫描层选取40个点的CT值，通过CT值与密度值的线性方程运算 得到相应的密度值；一个原木1分成20～40个扫描层；根据上述的线性方程 计算出各个扫描层中选取的点的密度值，并输送到计算机中进行统计；

(3)从步骤(1)的断层CT扫描中输入待锯原木1的外形轮廓参数， 得到原木1的小头端面的最大内接圆半径，输入所需锯切的规格板11的长度、 宽度、厚度参数及锯路宽度到计算机，进行最小余料函数的运算，最小余料 函数为

$S_j=\frac{{\mathrm{\pi R}}^2-(\mathrm{pWH}+1/2\times \mathrm{qWH}+1/4\mathrm{\upsilon WH})-J-W}{{\mathrm{\pi R}}^2}$

R为原木1小头端面最大内接圆半径，p为同一小头端面排出规格板11 数目，q为1/2规格板11数目和v为1/4规格板11的数目，锯路损失J ≈p(2H+2W)w+q(H+2W)w+v(1/2×H+2W)w，w为锯路宽度，H和W分别 为规格板11宽度和厚度，得到余料最少的原木1初步下锯排样；1/2规格 板11为1/2H×W板材、1/4规格板11为1/4H×W的板材；

(4)初步下锯排样完成后，在预设规格板11的厚度值内进行密度值比 对，在该厚度值的范围内，检测是否下锯排样的每一块规格板11内任意两点 的密度值相差不大于6％；

当其中一块规格板11内有两点的密度值相差大于6％时，对该规格板11 及附近的规格板11进行重新排样，使得重新排样后的规格板11的任意两点 的密度值相差不大于6％；

当排样后的全部规格板11的任意两点的密度值相差不大于6％，完成排 样工作；

(5)输出排样图和原材料消耗统计信息；根据作业调度指令为每块板 材编制NC代码，按排样的结果将原木1锯切成规格板11；

(51)顺时针方向，锯切去四周边皮与树皮；

(52)顺时针方向，锯切去四周靠近边材区域内密度值相差不大于6％ 的规格板11；

(53)顺时针方向，锯切去四周中心木材区域内密度值相差不大于6％ 的规格板11；

(54)顺时针方向，锯切去四周致密木材区域内密度值相差不大于6％ 的规格板11；

(55)顺时针方向，锯切去四周芯材区域内密度值相差不大于6％的规 格板11。

本实施例中，步骤(4)完成的初步下锯排样，通过数学规划的解析法 来建立原木1下锯的数学模型，借助直角坐标系，将有序数对与原木1空间 上的点建立对应关系，运用代数的方法来解得原木1空间图形的形状、大小 及其位置关系，实现原木1下锯数学模型。

参见图3～图4，本实施例还提供一种锯木设备，锯木设备包括计算机， 计算机连接着断层CT扫描机，计算机内设有木材CT值与密度值的线性方 程、最小余料函数，断层CT扫描机对原木1进行断层CT扫描，读取原木1 信息，获得原木1的CT值，将该CT值输送到计算机中，计算机标记标记 出原木1中裂纹、节子、虫眼缺陷的大小及位置，并用图像形式显示，并根 据预设的木材CT值与密度值的线性方程，计算得出原木1的密度值；

对计算机输入需要锯切的规格板11长度、宽度、厚度参数及锯路宽度， 根据预设的最小余料函数得到余料最少的原木1初步下锯排样，比对每一块 规格板11内的密度值，保证每一块规格板11内任意两点的密度值不大于6％， 输出排样图和原材料消耗统计信息。

所述锯木设备还包括水平及垂直设置的两个数控锯架，两个数控锯架中 的两个圆锯片相互垂直成直角状态设置，水平锯片2与垂直锯片3沿轴向前 后设置，两个锯片的切削部分的边缘在原木1横断面上的投影相交于一点， 两个数控锯架共同安装在一个横走伺服机械手臂上，该横走伺服机械手臂连 接所述计算机。

该横走伺服机械手臂连接计算机，当计算机根据作业调度指令为每块板 材编制NC代码，计算机将NC代码输送到横走伺服机械手臂中，横走伺服 机械手臂自动将原木锯切成规格板。

断层CT扫描机由四部分构成：射线源、机械扫描系统、数据采集系统、 显示和存储系统，该断层CT扫描机连接计算机。

本实施例提供的相近密度材质原木1锯木方法适用于红松、云杉，兴安 落叶松、白榆，色木、旱柳，长白落叶松、柚木，楸木、紫椴、柞木，白桦， 大青杨、枫杨、水曲柳等原木1木材。

本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似方 法或设备，而得到的其他按相近密度材质进行原木锯木方法及锯木设备，均 在本发明的保护范围之内。