Multisensorisches Messsystem für Holzvollernter-Prozessoren

Bei der maschinellen Holzernte werden Kranvollernter, sogenannte Holzvollernter eingesetzt, die mit einem angebauten Erntekopf den Baum fällen, entasten, vermessen und in Sortimentslängen zusägen. Die hochmechanisierte Ernte durch den Holzvollernter stellt in den meisten Fällen das Anfangsglied der Rohholz-Wertschöpfungskette dar. Bisweilen erfasst der Erntekopf, auch Prozessor genannt, die Messgrößen Durchmesser und Länge des Rohholzes durch taktiles Abtasten. Dabei greift das System auf berührende Messtechnik zurück, die nicht in der Lage ist, das Messobjekt unabhängig von den Förder- und Entastungsmechanismen zu erfassen. Die Messelemente liegen direkt an der Baumstammoberfläche an und werden gleichzeitig für die sichere Führung des Baumstammes während der Verarbeitung benötigt.
Innerhalb der vorliegenden Arbeit wird untersucht, wie ein Messsystem zur berührungslosen Rohholzvermessung in Holzvollerntern konzipiert und ausgeführt sein muss, damit dieses ein Datenmodell der vermessenen Stämme bereitstellt, welches die folgenden Prozesse der Wertschöpfungskette unterstützt. Die Besonderheit besteht in der Entwicklung des multisensorischen Messsystems, der Nutzung von einheitlichen Referenznormalen und dem Aufbau des mathematischen Gesamtmodells – dem virtuellen Baumstamm. Aus diesem Modell können die etablierten, forsttypischen Messgrößen wie z. B. Mittendurchmesser oder Sektionsvolumina zurückgeführt werden. So wird sichergestellt, dass Probemessungen mit anderen Messverfahren vergleichbar bleiben. Das entwickelte Messsystem schafft ferner die Grundlage für eine unabhängige, einzelstammweise Erfassung der Baumstammdimensionen direkt im Holzvollernter am Anfang der Wertschöpfungskette.

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Derzeit werden innerhalb der Rohholz-Wertschöpfungskette an verschiedenen Stellen von unterschiedlichen Geschäftspartnern metrologische Daten erhoben, wovon bisweilen bei der einzelstammweisen Rohholz-Vermessung für die geschäftliche Abrechnung nur die Daten aus der Werksvermessung zugelassen sind. In der Forst- und Holzindustrie ist das Festgehaltsvolumen von Rundholz die zentrale Abrechnungsgröße für das Produkt und die erbrachten Dienstleistungen. Aufgrund der Vielzahl an Datenerhebungen, die sich in ihrer Quantität und Qualität unterscheiden, den sich daraus ergebenen Volumendifferenzen und den zeitlichen Versatz der Messungen innerhalb der Wertschöpfungskette können sich gewisse Konflikte ergeben.

Bei der maschinellen Holzernte werden Kranvollernter, sogenannte Holzvollernter eingesetzt, die mit einem angebauten Erntekopf den Baum fällen, entasten, vermessen und in Sortimentslängen zusägen. Die hochmechanisierte Ernte durch den Holzvollernter stellt in den meisten Fällen das Anfangsglied der Rohholz-Wertschöpfungskette dar. Bisweilen erfasst der Erntekopf, auch Prozessor genannt, die Messgrößen Durchmesser und Länge des Rohholzes durch taktiles Abtasten. Dabei greift das System auf berührende Messtechnik zurück, die nicht in der Lage ist, das Messobjekt unabhängig von den Förder- und Entastungsmechanismen zu erfassen. Die Messelemente liegen direkt an der Baumstammoberfläche an und werden gleichzeitig für die sichere Führung des Baumstammes während der Verarbeitung benötigt. Dieser Messaufbau ist starkem Verschleiß ausgesetzt und erfordert eine regelmäßige Kalibrierung und Justage. Die punktuelle Abtastung der Baumstammoberfläche ist gekennzeichnet von einer geringen Detailtiefe, welche dem heutigem Digitalisierungsanspruch nicht mehr gerecht wird.

Innerhalb der vorliegenden Arbeit wird untersucht, wie ein Messsystem zur berührungslosen Rohholzvermessung in Holzvollerntern konzipiert und ausgeführt sein muss, damit dieses ein Datenmodell der vermessenen Stämme bereitstellt, welches die folgenden Prozesse der Wertschöpfungskette unterstützt. Die Besonderheit besteht in der Entwicklung des multisensorischen Messsystems, der Nutzung von einheitlichen Referenznormalen und dem Aufbau des mathematischen Gesamtmodells – dem virtuellen Baumstamm. Aus diesem Modell können die etablierten, forsttypischen Messgrößen wie z. B. Mittendurchmesser oder Sektionsvolumina zurückgeführt werden. So wird sichergestellt, dass Probemessungen mit anderen Messverfahren vergleichbar bleiben. Das entwickelte Messsystem schafft ferner die Grundlage für eine unabhängige, einzelstammweise Erfassung der Baumstammdimensionen direkt im Holzvollernter am Anfang der Wertschöpfungskette.