Способ увеличения прочности и/или уменьшения ее отклонений в многослойных древесных, фанерных или слоистых материалах - RU2265488C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к способу увеличения прочности и/или уменьшения разброса ее величин в многослойном древесном, фанерном или подобном слоистом материале, имеющем множество наслаивающихся листов натурального (древесного) шпона. Указанный способ содержит измерение параметров индивидуальных листов натурального шпона посредством высокочастотного электромагнитного резонанса с целью определения плотности сухого вещества, а также ее продольного и поперечного распределений; сортировку листов натурального шпона, проводимую на основе указанной плотности сухого вещества на по меньшей мере две различающиеся категории плотности, причем этот параметр в первой категории плотности выше, чем во второй; наложение листов натурального шпона поверх друг друга для формирования многослойного древесного, фанерного или подобного слоистого материала, состоящего из множества наслаивающихся листов натурального шпона, таким образом, чтобы листы шпона, включенные в первую и вторую категории плотности, размещались в качестве соответственно поверхностных и внутренних (срединных) листов.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В патентном документе US 5524771 описан способ указанного выше типа, позволяющий одновременно существенно увеличить прочность и уменьшить разброс ее величин в многослойном древесном, фанерном или подобном слоистом материале, состоящем из множества наслаивающихся листов натурального шпона. В патентном документе US 4739249 описаны способ и датчик, использующие в своей основе высокочастотный электромагнитный резонанс. Однако был сделан вывод, что, хотя указанный резонанс позволяет проводить высокоскоростные и надежные измерения, во-первых, плотности сухого вещества (характеризующей для листов натурального шпона прочность и разброс величин внутренней прочности) и, во-вторых, продольного и поперечного распределений плотности сухого вещества, он, однако, не способен обнаружить все трещины, образующиеся в указанных листах, а причина обнаруженной аномалии плотности не имеет однозначного характера. Таким образом, этот способ не может быть использован в качестве основы для сортировки. Например, содержащиеся в листах натурального шпона сучки, которые также оказывают воздействие на прочность указанного листа, вообще говоря, нельзя обнаружить посредством высокочастотного электромагнитного резонанса. Конечно, такие листы с сучками можно выявить и рассортировать визуально, но такой ручной осмотр приводит к более медленной сортировке листов натурального шпона, к тому же он неточен и ненадежен, в особенности, при проведении его в спешке. Кроме того, указанный осмотр требует для своего проведения высококвалифицированного персонала, исключает автоматизированную сортировку и, таким образом, увеличивает соответствующие затраты.

Другая возможность обнаружения сучков заключается в использовании ультразвукового измерения, способ и аппаратура для которого описаны в публикации James D. Logan, "Machine Sorting of Wood Veneer for Structural LVL Applications" 34^th International Particleboard/Composite Materials Symposium Proceedings, April 4-6, 2000. Однако ультразвуковая аппаратура может оказаться дорогим капиталовложением, к тому же имеют место ограничения, включающие в себя в первую очередь необходимость хорошего контакта между ультразвуковым датчиком и листом натурального шпона (что довольно трудно реализовать в случае высушенного и волнистого листа) и влияние температуры такого листа на результат измерения. Подходящие в данном случае устройства, с помощью которых можно попытаться исключить некоторые типы воздействия температуры, увеличивают затраты еще больше. Во-вторых, необходимо отметить, что ультразвуковое измерение содержит по меньшей мере однократное считывание, т.е. это процесс, который, безусловно, существенно медленнее, чем измерение, проводимое посредством высокочастотного электромагнитного резонанса. Поэтому ультразвуковое измерение с использованием указанной выше возможной комбинации содержит в себе фактор ограничения скорости и, таким образом, сортировка происходит не так быстро и эффективно, как это могло бы быть при других условиях. Еще одним недостатком ультразвукового измерения является разрушение листов натурального шпона в результате механического контакта с приложенным к ним датчиком, в результате чего такие листы становятся непригодными.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке такого способа, посредством которого сучки, присутствующие в листах натурального шпона, и количество таких сучков выявляются со скоростью, по меньшей мере равной скорости, применяемой в процессе высокочастотного электромагнитного резонанса для измерения плотности сухого вещества такого листа. Второй задачей изобретения является разработка такой разновидности способа, которую можно адаптировать для применения в автоматизированной системе сортировки листов натурального шпона. Третья задача сводится к разработке такой разновидности способа, которая могла бы однозначно обнаруживать поперечное волокно или наклон волокна листа натурального шпона, указывающие на низкую прочность листа независимо от того, что он может в среднем иметь достаточную плотность сухого вещества. Четвертой задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка такой разновидности способа, которая могла бы реализовать при умеренных затратах как новые, так и существующие измерения параметров листов натурального шпона и сортирующие механизмы. Исключить существующие до сих пор недостатки и разрешить указанные выше задачи можно посредством способа по изобретению, который содержит анализ однородности и/или волокнистой структуры индивидуальных листов натурального шпона, проводимый, исходя из большого числа различных точек на поверхности таких листов, на основе оптической отражательной способности указанной поверхности, характеризуемой своим потемнением (далее по тексту описания термины «оптическая отражательная способность» и «потемнение» используются как взаимозаменяемые). Когда указанная оптическая отражательная способность выявляет в индивидуальном листе натурального шпона множество локальных первых участков, которые существенно темнее основного потемнения поверхности листа/листов шпона, рассчитанное значение плотности сухого вещества данного листа натурального шпона устанавливают для процесса сортировки ниже ее первоначально измеренного значения. Если же аналогичным образом выявляется по существу равномерное потемнение по сравнению с основным потемнением поверхности листа шпона, оценивают продольное и поперечное распределение плотности сухого вещества в данном листе натурального шпона и, если оно по существу однородно, рассчитанное значение плотности сухого вещества данного листа устанавливают для процесса сортировки выше ее первоначально измеренного значения. Кроме того, способ содержит сортировку листов натурального шпона, основанную на рассчитанных значениях для указанных по меньшей мере двух категорий плотности, связанных с разрывами и/или короткими зазорами по длине лесоматериала.

Преимущества, обеспечиваемые способом по изобретению, включают в себя, во-первых, тот факт, что измерение потемнения листа натурального шпона, основанное на оптическом отражении, можно применить для выявления сучков, присутствующих в указанном листе, и локализации или распределения их в листе. При необходимости такое предлагаемое в изобретении измерение можно легко применить для выявления даже очень маленьких сучков посредством выбора достаточно высокого разрешения используемой детекторной системы или камеры. Второе преимущество, предлагаемое изобретением, заключается в том, что совместное проведение измерения по изобретению и измерения с использованием высокочастотного электромагнитного резонанса можно применить для выявления, например, возможного наличия в листе натурального шпона поперечного волокна или наклона волокна. Как известно, поперечное волокно возникает в листе шпона, который вырезан из комлевого конца бревна, имеющего комлевое концевое расширение, или из остатка древесного бревна. Описанное поперечное волокно обычно вызывается общей или локальной кривизной бревна. Третье преимущество, обеспечиваемое изобретением, заключается в его способности измерять свойства всех связанных с рынком модификаций листов шпона безотходным образом, т.к. измерения как на основе высокочастотного электромагнитного резонанса, так и на основе оптической отражательной способности поверхности листов шпона, осуществляются без механического контакта с указанными листами, которые, таким образом, не могут получить повреждений, вызванных измерениями по изобретению и анализом. Вследствие этого в данном случае речь идет о разработке полностью неразрушающего испытательного способа, пригодного для хрупких и ломких листов натурального шпона. Четвертым преимуществом изобретения является тот факт, что предлагаемые измерения, т.е. измерения усредненного уровня и распределения локального потемнения и измерения плотности сухого вещества, а также сортировка, проведенная на основе таких измерений, приведет в результате к получению многослойного древесного, фанерного или подобного слоистого материала, состоящего из множества наслаивающихся листов натурального шпона, причем усредненная прочность такого материала выше, а разброс величин прочности (т.е. интервал рассеивания или доверительной вероятности) ниже, чем у эквивалентного лесоматериала, изготовленного из нерассортированных листов шпона даже в том случае, когда из процесса сортировки не отбраковывают или не исключают из обращения листы низкого качества. Если однозначно самые плохие по качеству листы шпона (число которых обычно относительно невелико и, таким образом, отбраковка не приводит к существенному уменьшению выхода продукции) при производстве обсуждаемого продукта исключить из обращения согласно указанным далее отличительным признакам изобретения, можно в еще более высокой степени увеличить прочность и уменьшить разброс ее величин. Допустимо также рассортировать листы натурального шпона с точки зрения изготовления продуктов, относящихся к различающимся категориям прочности. Пятое преимущество, предлагаемое изобретением, заключается в том, что определяемые в рамках изобретения значения рассчитанных сухих плотностей, установленные на основании степени потемнения и плотности сухого вещества, можно использовать для предотвращения попадания листов шпона, полученных из комлей и включающих в себя поперечные волокна и наклон волокон, в поверхности продуктов или отделочные слои. Следующим преимуществом изобретения является тот факт, что проводимое в рамках изобретения измерение потемнения листа натурального шпона, основанное на оптическом отражении, а также объединение такого измерения с измерением, реализуемым посредством высокочастотного электромагнитного резонанса, осуществляется за счет применения серийного доступного оборудования, и затраты, таким образом, остаются относительно низкими. Еще одно преимущество, обеспечиваемое изобретением, заключается в том, что предлагаемое измерение потемнения листа натурального шпона, основанное на оптическом отражении, реализуется посредством относительно легкой и компактной аппаратуры, например, во многих случаях позволяющей повторную установку.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Далее изобретение будет подробно описано со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 схематично показана производственная линия по изобретению, содержащая оборудование для измерения неразрушающим образом плотности сухого вещества листов натурального шпона и оборудование для измерения неразрушающим образом плотности распределения сучков в листах шпона на линии обработки этих листов, а также система сортировки для листов шпона, частично в виде проекции на плоскость, вид сверху от точки, лежащей выше линии обработки указанных листов, а частично в виде боковой проекции со стороны направления I, показанного на фиг.2.

На фиг.2 показана линия по производству листов шпона, представленная в виде поперечного сечения по указанному измерительному оборудованию в плоскости II-II, показанной на фиг.1.

Фиг.3 и 4 в качестве примера изображают распределение плотности сухого вещества на участке общей площади поверхности отдельного листа в листах натурального шпона соответственно с поперечными волокнами и в таких же листах высокого качества.

Фиг.5 изображает внешний вид листа натурального шпона с сучками, измеренного устройством, выявляющим сучки и установленным на линии обработки листов шпона.

Фиг.6 статистически иллюстрирует вероятностные распределения величин прочности в образцах отделочных фанерных, многослойных древесных и подобных слоистых материалов, состоящих из множества наслаивающихся листов натурального шпона. В более конкретной формулировке это представленные в экспериментальной и теоретической расчетной форме совокупные распределения или суммированные функции относительных величин прочности, содержащие относительные величины прочности слоистых материалов, полученных из нерассортированных листов натурального шпона, и таких же материалов, полученных из листов натурального шпона, отсортированных только на основе плотности сухого вещества, а также относительные величины прочности слоистых материалов, полученных из листов натурального шпона, рассортированных согласно изобретению.

Фиг.7А иллюстрирует схему той части способа по изобретению, в которой измеренные значения сухой плотности листов натурального шпона соотносятся с рассчитанными значениями сухой плотности, которые были получены на основе измерений, проведенных для каждого листа натурального шпона.

Фиг.7В иллюстрирует схему той части способа по изобретению, в которой листы натурального шпона сортируют на различающиеся категории на основе рассчитанных значений сухой плотности, выведенных из результатов измерений.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В плане увеличения прочности и/или уменьшения разброса ее величин в многослойном древесном, фанерном или подобном слоистом материале, состоящем из множества наслаивающихся листов натурального шпона, способ включает, прежде всего, измерение плотности ρ сухого вещества, а также продольного и поперечного распределений плотности (соответственно, ρ_ML и ρ_MW) сухого вещества посредством высокочастотного электромагнитного ТЕМ резонанса для индивидуальных листов натурального шпона 10, т.е. вырезанных по размеру листов такого рода, перемещающихся по конвейерной ленте в направлении D1. В этом случае наиболее предпочтительно применять высокосложную модификацию квази-ТЕМ проходного резонатора, в котором оба внутренних проводника 8а, 8b, помещенные между заземленными плоскостями 6а, 6b, расположены в верхней секции 7b и нижней секции 7а резонатора 7, а лист 10 шпона, находящийся примерно посередине, играет роль чувствительных элементов, контролируемых p-i-n диодами 9. Такая разновидность конфигурации схемы описана в публикации Vainikainen, Nyfors, Fisher: "Radiowave Sensor for Measuring the Properties of Dielectric Sheets: Application to Veneer Moisture Content and Mass per Unit Area Measurement"; IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. IM-36, №4, декабрь 1987. Далее в настоящем описании при обсуждении датчика для измерения плотности сухого вещества и, таким образом, прочности, ссылки главным образом относятся к типу датчика, описанному в процитированной выше публикации, поэтому в настоящем описании схема этого датчика детально не разъяснена. Посредством измерительного датчика, описанного в приведенной выше ссылке, можно рассчитать полную сухую массу продукта, приходящуюся на единицу площади, исходя из резонансной частоты или добротности, выдаваемой датчиком. Как хорошо известно специалистам в этой области, эти параметры в свою очередь зависят от реальной и мнимой компоненты диэлектрической постоянной шпона. Поскольку резонатор 7 содержит несколько p-i-n диодов 9, т.е. индивидуальные резонаторы 9 образуют ряд на линии, поперечной направлению D1 движения, и так как подлежащие измерению листы натурального шпона перемещают во время измерительного процесса в том же направлении D1, для этих листов будут проявляться упомянутые выше продольные и поперечные распределения плотности (соответственно, ρ_ML и ρ_MW) сухого вещества, т.е. большое число измеряемых точек 7i, распределенных поперек длины L и ширины W листа шпона и наглядно представленных в качестве примера крестиками "х" на фиг.1. В настоящем описании длина L листа шпона представляет собой главное направление его волокон и совпадает с продольным направлением древесного ствола, из которого посредством лущения вырезают лист шпона, а ширина W этого листа является размером, перпендикулярным длине. Плотность сухого вещества соотносят с объемной массой, например, в виде кг/м³, после исключения влаги, содержавшейся в листе натурального шпона, т.е. содержания воды в нем. Поэтому плотность сухого вещества характеризует обсуждаемый в данном случае лист натурального шпона в гипотетическом полностью сухом состоянии.

Упомянутый выше квази-ТЕМ проходной резонатор 7 присоединен, например, к компьютеру 11, в который передают значения сухой плотности и другие измеренные величины, и в котором они хранятся для проведения требуемых вычислений и для компиляции контрольных величин, предназначенных для процесса сортировки. Далее компьютер 11 присоединен к сортирующему устройству 12, которое на основании полученных из компьютера контрольных величин распределяет каждый лист 10 натурального шпона, исходя из его плотности сухого вещества на по меньшей мере две категории А и В, представляющие, например, два штабеля листов шпона. Сортирующее устройство 12 может иметь любую известную до настоящего времени или новую конструкцию и поэтому не будет описываться здесь более подробно. На основании значений сухой плотности указанных листов, измеренных описанным выше образом, листы натурального шпона сортируют по меньшей мере на две различающиеся категории плотности, при этом первая такая категория А проявляет более высокую плотность сухого вещества и, таким образом, более высокую прочность, чем слои, находящиеся во второй категории В плотности, а листы шпона, отсортированные в последнюю из указанных категорий, имеют более низкую плотность сухого вещества и, таким образом, более низкую прочность, чем слои, находящиеся в первой категории А плотности. За этой операцией следует пакетирование или укладка отсортированных листов натурального шпона любым известным до настоящего времени или новым образом поверх друг друга для формирования многослойного древесного, фанерного и какого-либо другого соответствующего слоистого материала 20, состоящего из множества наслаивающихся листов натурального шпона. Листы шпона, включенные в указанные первую (А) и вторую (В) категории плотности, помещают или составляют в виде, соответственно, поверхностных листов 14 или внутренних (срединных) листов 13, т.е., другими словами, листов между поверхностными листами 14 шпона, как это описано, например, в более раннем патенте США №5524771 заявителя.

Согласно изобретению способ далее содержит анализ однородности и/или волокнистой структуры индивидуальных листов 10 натурального шпона, проводимый исходя из большого числа различных точек на поверхности листа натурального шпона (шпонового листа). Эту однородность указанных листов измеряют на основе оптической отражательной способности, проявляющей себя в форме потемнения R по меньшей мере одной поверхности 3 или 4. Оптическую отражательную способность R листа натурального шпона измеряют посредством освещения одной поверхности 3 из двух поверхностей 3, 4 листа натурального шпона подходящим световым источником 18, таким как электрическая лампа, экспозиции освещенной таким образом поверхности камерой 19, содержащей линзу 20, а также или линейный элемент 21 (в этом случае такая камера далее также названа «линейной камерой») или двухкоординатный элемент 21 (в этом случае такая камера далее также названа «двухкоординатной камерой»), т.е. матрицу приемников, таких как фоточувствительный элемент. Световое излучение, отраженное в том числе и от указанной поверхности 3 листа натурального шпона, трансформируется в электрические сигналы, пропорциональные полученным величинам светового потока. Измерение оптической отражательной способности R такого листа для указанного анализа проводят с применением света или электромагнитной радиации, длина волны которой λ лежит в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной области. В том случае, когда измерение оптической отражательной способности указанного листа осуществляют посредством камеры, оборудованной линейным элементом (линейной камерой), ее линейку приемников устанавливают в положение, поперечное направлению D1 перемещения листа натурального шпона. Тем самым перемещение листа шпона в направлении D1 выдает результаты измерений поперек листового размера, совпадающего с этим направлением. Сходным образом использовать движение листа шпона способна и камера, оборудованная двухкоординатным элементом (двухкоординатная камера). Кроме того, камеру можно сфокусировать так, чтобы получить картину всего листа шпона на данный момент. Такие камеры 19 имеются в продаже в виде нескольких различающихся модификаций и поэтому не будут описываться в данном случае более подробно. Световой источник 18 и камера 19, измеряющая потемнение, составляют блок искусственного зрения 15, присоединенный, например, к компьютеру 11, в который передают индивидуальные измеренные величины или значения потемнения, полученные от камеры 19, и где они хранятся для проведения требуемых вычислений и для компиляции контрольных величин процесса сортировки. С учетом требований указанного анализа значения потемнения измеряют по всей длине L и всей ширине W листа натурального шпона с использованием камеры 19, имеющей такое разрешение, которое способно производить изображение и значения потемнения поверхности указанного листа, достаточно детальные для идентификации попадающихся сучков. Таким образом получают оптимально составленный большой набор значений потемнения в виде почти непрерывно изменяющейся величины, охватывающей различные точки поверхности листа шпона.

Эти значения потемнения можно далее исследовать с помощью соответствующей компьютерной программы с целью нахождения точек или участков, различающихся своей отражательной способностью или потемнением R, и подачи этих параметров для дальнейшей обработки. Настоящее изобретение не имеет своей целью разработку компьютерных программ, поэтому анализирующая программа для изображений не описана более подробно. Однако для дальнейшего анализа можно применить или поверхность каждого листа шпона для расчета основного потемнения

т.е. среднего или усредненного потемнения, или предварительно определенное число листов шпона для расчета фиксированного или переменного основного потемнения Вычисление усредненных величин осуществляют посредством общеизвестных математических методов, дополнительно описывать которые в данном контексте нет необходимости. Полезной точкой отсчета для сравнения может быть основное потемнение которое определяют предварительно и хранят в памяти компьютера. С другой стороны, значения ρм, первоначально измеренные в качестве плотности сухого вещества индивидуальных листов 10 натурального шпона, являются средними или усредненными значениями каждого такого листа, измеренными на основе сигналов, полученных, соответственно, посредством упомянутого выше высокочастотного электромагнитного резонанса, т.е. Расчет этих усредненных значений также осуществляют широко известными математическими методами, поэтому описывать их в настоящей заявке нет необходимости.

В том случае, когда оптическая отражательная способность или значение потемнения, упомянутые выше и измеренные для поверхности 3 или 4 листа натурального шпона, выявляют в таком отдельном листе 10 большое число N1 локальных первых участков 1, которые существенно темнее (R1), чем основное потемнение

поверхности листа/листов шпона, для процесса сортировки рассчитанную плотность ρс сухого вещества этого конкретного листа натурального шпона устанавливают ниже ее первоначально измеренного значения ρм, например, на предварительно заданную величину^-Δ1 ниже ее первоначально измеренного усредненного значения ρм. На фиг.5 наглядно показаны некоторые первые участки 1 или сучки, число N1 которых в этом случае равно 12. Во многих случаях первые участки 1 окружены узким кольцом, имеющим потемнение R2, которое меньше основного потемнения как это показано на фиг.5. Иногда это может затруднить идентификацию первых участков. Однако обычно оказывается, что первые локальные участки 1 содержат площадки, у которых длина Yм и/или ширина Хм превышает предварительно определенные размеры Yp, Xp, а потемнение R по меньшей мере на предварительно определенную величину Р_Δ более интенсивно, чем усредненное потемнение, измеренное для листов шпона этой конкретной разновидности древесины, или чем усредненное потемнение конкретного индивидуального листа шпона. Особенно справедливо это в том случае, когда различие между первыми участками и основным потемнением относительно невелико.

Характеристики первых участков по меньшей мере в некоторой степени специфичны для сортов древесины и, таким образом, компьютер 11 для идентификации этих сортов должен быть запрограммирован на содержание соответствующих справочных величин. Рассчитанную плотность ρс сухого вещества можно установить меньше ее первоначально измеренного усредненного значения ρм на указанную выше первую величину^-Δ1, причем особенно в том случае, когда первые локальные участки распределены случайным образом, т.е. не образуют ряда или рядов 16, и число их меньше, чем предварительно заданное число М1. С другой стороны, когда первые локальные участки 1 составляют ряд или ряды 16, по существу поперечные по отношению к длине L листа натурального шпона, рассчитанную плотность ρс сухого вещества можно установить ниже ее первоначально измеренного усредненного значения ρм на предварительно определенную третью величину^-Δ3. По своему абсолютному значению она превышает первую величину^-Δ1 и, таким образом, обеспечивает дальнейшее уменьшение плотности сухого вещества. Свидетельством присутствия ряда считают наличие по меньшей мере трех первых локальных участков 1 с предварительно определенной зонной шириной Y_В. Поперечный характер в данном случае означает, что продольное направление ширины зоны формирует угол менее 45°, во многих случаях менее 30°, по отношению к основному волокну шпонового листа, в то время как направление главного волокна соответствует длине L листа шпона и длине бревна.

С другой стороны, если значения оптической отражательной способности или потемнения, измеренные для поверхности 3 или 4 листа натурального шпона, выявляют в таком отдельном листе 10 существенно однородное потемнение по сравнению с основным потемнением R поверхности листа шпона, далее следует исследование продольного и поперечного распределения плотности сухого вещества в этом конкретном листе. Первый альтернативный результат детектирования: если продольное и поперечное распределения плотности ρ_ML ρ_MW сухого вещества в конкретном листе натурального шпона по существу однородны или однородны в заранее определенной степени, т.е. если отличие их от усредненной первоначально измеренной плотности ρм сухого вещества ниже предварительно определенного предельного значения ρ_Δ, рассчитанное значение плотности ρс сухого вещества этого конкретного листа натурального шпона устанавливают для процесса сортировки выше ее первоначально измеренного значения ρм, например, на предварительно определенную четвертую величину⁺Δ4 выше ее первоначально измеренного усредненного значения ρм. На фиг.4 наглядно показано такое достаточно равномерное или однородное распределение плотности сухого вещества. Второй альтернативный результат детектирования: если продольное и поперечное распределения плотности ρ_ML, ρ_MW сухого вещества в конкретном листе натурального шпона содержат большое число N2 разъединенных вторых участков 2, которое больше предварительно определенного числа М2, а плотность ρ_MP сухого вещества в этих участках существенно выше плотности ρ_MO в окружающей их зоне, рассчитанное значение плотности ρ с сухого вещества этого конкретного листа натурального шпона устанавливают для процесса сортировки ниже ее первоначально измеренного значения ρм, например, на предварительно определенную вторую величину^-Δ2 ниже ее первоначально измеренного усредненного значения ρм. На фиг.3 наглядно показано такое распределение плотности сухого вещества, содержащее этот тип вторых участков 2.

Согласно принципу изобретения листы 10 натурального шпона, т.е. отдельные шпоновые листы заданного размера, далее сортируют на основе их рассчитанных сухих плотностей ρс по меньшей мере на две указанные категории А, В плотности. Таким образом, сортировку таких листов проводят, уменьшая или увеличивая первоначально измеренное значение ρм плотности сухого вещества, или, в некоторых случаях, не изменяя этот параметр. В любом случае сначала получают рассчитанную плотность ρс сухого вещества и проводят сортировку только на основе этого рассчитанного значения, но не на основе первичного измеренного значения. Следовательно, тот факт, что сортировку всегда проводят на основе рассчитанной плотности ρс сухого вещества, не исключает возможности равенства рассчитанной и измеренной плотностей сухого вещества, хотя в большинстве случаев для процесса сортировки они не равны. Таким образом, отсортированными в первую категорию А плотности являются те листы натурального шпона, у которых рассчитанная плотность ρс сухого вещества выше предварительно определенного первого предельного значения ρ1, а во вторую категорию В плотности отсортировывают листы натурального шпона, у которых рассчитанная плотность ρс сухого вещества ниже предварительно определенного второго предельного значения ρ 2. В этом случае второе предельное значение выше третьего предельного значения или равно ему.

В общем случае категории плотности включают в себя также нулевую категорию Е, для которой рассчитанная плотность ρс сухого вещества листов натурального шпона, подлежащих сортировке, ниже предварительно определенного пятого предельного значения р5. Включенные в эту категорию листы натурального шпона отбраковывают из процесса изготовления обсуждаемого типа многослойного древесного, фанерного или подобного слоистого материала 20, содержащего множество наслаивающихся листов натурального шпона. Конечно, такие листы, направленные в нулевую категорию Е, можно применять для некоторых других целей. Далее категории плотности могут включать в себя третью категорию A⁺ и/или четвертую категорию В^-. Для первой из них плотность ρс сухого вещества листов натурального шпона, подлежащих сортировке, выше предварительно определенного третьего предельного значения ρ3, причем эта категория вообще не имеет упомянутых выше первых участков 1 и вторых участков 2. Для категории В^- плотность сухого вещества листов натурального шпона, подлежащих сортировке, ниже предварительно определенного четвертого предельного значения ρ4, причем число первых участков и/или вторых участков в этой категории превышает заданное число М1. Указанные выше предельные значения отвечают следующим условиям. Возможное третье предельное значение ρ3 выше первого предельного значения ρ1. Возможное четвертое предельное значение ρ4 ниже второго предельного значения ρ2. Возможное пятое предельное значение ρ5 ниже второго предельного значения ρ2 и возможного четвертого предельного значения ρ4. Следует иметь в виду, что, в добавление к упомянутым выше первой и второй категориям А, В, для сортировки листов натурального шпона возможен выбор и других категорий, основанный на общеизвестном стандарте качества для продуктов, подлежащих изготовлению, и листов шпона, подлежащих сортировке. Кроме того, упомянутые выше предельные значения ρ1-ρ5 и переменные величины плотности сухого вещества⁺Δ4 и/или^-Δ1 и/или^-Δ2 и/или^-Δ3 выбирают подобным образом в зависимости от ситуации. Далее следует отметить, что в качестве рассчитанных сухих плотностей ρс для операции сортировки можно также использовать относительные значения этого параметра и, таким образом, даже в том случае, когда это предпочтительно с объективной точки зрения, не обязательно пытаться смоделировать его подлинно эффективное значение, которое могло бы быть скоррелировано с реальной прочностью. Причиной относительного характера обсуждаемого параметра является возможность выбрать любую из переменных величин⁺Δ4,^-Δ1,^-Δ2,^-Δ3 плотности сухого вещества равной, например, нулю или какому-либо другому значению, если для получения требуемого результата сортировки предельные значения ρ1-ρ5 при определении категории выбирают соответствующим образом. Поэтому относительно более низкие и относительно более высокие рассчитанные значения плотности (ρс) сухого вещества листов натурального шпона в действительности могут быть ниже и, соответственно, выше первоначально измеренных значений (ρм) или эквивалентны им. Такая альтернатива означает, что для сортировки применяют рассчитанные значения плотности сухого вещества, скорректированные в соответствии с их воздействием на прочность листов шпона. Такой ход операции является предпочтительным. В порядке альтернативы относительно более низкие и относительно более высокие рассчитанные значения плотности (ρс) сухого вещества слоев могут быть ниже и, соответственно, выше виртуальных значений (выводимых из первоначально измеренных значений (ρм) в направлении более высоких или более низких значений при сохранении рассчитанной и измененной или откорректированной разницы между ними) или эквивалентны им. Эта последняя альтернатива означает, что для сортировки применяют рассчитанные значения плотности сухого вещества, которые в математическом плане отсчитываются параллельно оси плотности сухого вещества и чьи искусственные значения непосредственно не коррелируют с прочностью. Несмотря на указанную виртуальность, сортировка для корректировки категорий все же возможна. Однако, как указывалось выше, следует, тем не менее, задавать эти переменные величины и предельные значения таким образом, чтобы они максимально возможным образом были согласованы с их воздействием на прочность.

Рассмотренную выше вторую категорию В предназначают для самых внутренних слоев шпоновых слоев многослойного древесного, фанерного и подобного слоистого материала 20, состоящего из множества наслаивающихся листов натурального шпона. Говоря более конкретно, для внутренних листов 13 шпона предназначена отдельная категория, т.е. вторая категория В, при этом включенные в нее листы шпона, тем не менее, рассортировывают по меньшей мере на два штабеля В1 и В2, а в большинстве случаев предпочтительно на три штабеля или более, В1, В2, В3 и т.д. В производстве многослойного древесного, фанерного и подобного слоистого материала 20 эти штабели выполняют функцию буферных запасов. В указанных раздельных основных фондах или штабелях В1, В2, В3 и т.д., включенных во вторую категорию, предварительно определенные усредненные значения

рассчитанной плотности сухого вещества идентичны друг другу. Согласно изобретению отдельный лист 10 натурального шпона, отсортированный во вторую категорию В, поместят в одном из таких конкретных штабелей листов шпона, где этот лист изменяет скользящее среднее или или рассчитанных сухих плотностей в этом конкретном штабеле на максимальную величину в сторону предварительно определенного усредненного значения . Проще говоря, это означает, что если, например, в фанере предусматривают включение в нее трех срединных листов шпона, то плотность сухого вещества и прочность одного листа шпона очень низки, а два другие листа шпона, совмещенные при установке с первым листом, должны иметь достаточно высокие сухие плотности, или один из них должен иметь особо высокую плотность сухого вещества, чтобы усредненная плотность и, таким образом, прочность этих трех листов шпона была бы такой же, как плотность и прочность всех срединных листов шпона в среднем. В описанной системе, примененной для поддерживания скользящих средних значений сухих плотностей в нескольких штабелях листов шпона, усреднение плотностей в соответствующим образом наслаивающихся срединных листах 13 шпона можно поддерживать в виде последовательности по длине многослойной древесины, т.е. в направлении D2 ее укладки. Особенность процедуры заключается в том, что если рассортированные листы шпона укладывают в штабеля шпона сверху, лист шпона подбирают как компонент группы G заданного размера из каждого штабеля В1, В2, В3 листов шпона. Число листов натурального шпона, включенных в эту группу G, может равняться числу К1 срединных листов шпона для многослойного древесного, фанерного и подобного слоистого материала, или быть меньше этого числа. Число листов 10 натурального шпона, учитываемое в расчете скользящего среднего, пропорционально числу срединных листов 13 шпона, включенных в толщину указанного материала. Обычно оно равно 5-25. Поскольку листы шпона, вырезанные из одного и того же ствола дерева, имеют сухие плотности одного порядка, хотя часто не совсем одинаковые (различие между сухими плотностями листов шпона, вырезанных из поверхностных зон или зон сердцевины ствола дерева зависит, например, от разновидностей древесины), и поскольку процесс вырезания листов шпона может проводиться последовательно с двумя или даже несколькими бревнами из древесины сходного типа, результатом может быть сравнительно большое число листов натурального шпона с приблизительно одинаковым значением плотности сухого вещества и, таким образом, прочности. Если категория, относящаяся только к конкретной плотности сухого вещества, содержит небольшое число штабелей листов шпона, а подлежащий изготовлению продукт 20, т.е. многослойный древесный, фанерный и подобный слоистый материал, изготавливают, например, с применением только небольшого числа срединных листов 13 шпона (например, 3 или 4), может случиться, что отклонения плотности сухого вещества нельзя будет скомпенсировать надлежащим образом. В соответствии с этим число К2 штабелей листов шпона (в предыдущем примере число К2 штабелей равно трем) также необходимо выбирать таким образом, чтобы они соответствовали или в достаточной степени отвечали как условию пропорциональности числу срединных листов 13 шпона, включенных в толщину многослойного древесного, фанерного и подобного слоистого материала, так и, возможно, числу К3 листов натурального шпона, вырезанных из каждого бревна. По всей вероятности предпочтительно, чтобы число штабелей листов шпона было по меньшей мере равно числу листов натурального шпона (шпоновых листов), вырезанных в среднем из одного древесного ствола, деленному на число срединных листов шпона или т.п., примененных для получения продукта, т.е. К2≥K3/K1. Таким образом, можно было бы также уменьшить число листов натурального шпона (шпоновых листов), учитываемых в расчете скользящего среднего, специфичного для штабеля, чтобы это число было эквивалентно числу К1 листов натурального шпона, например, срединных листов шпона, предназначенных для определенного размещения в продукте, или было близко к числу К1 (срединных) листов шпона. Подобным же образом можно скомплектовать группы G, подобранные из штабелей листов шпона таким образом, чтобы их число равнялось числу К1 листов натурального шпона, например, срединных листов шпона, предназначенных для определенного размещения в продукте, или было близко к числу К1 (срединных) листов шпона, что в результате выражается как G = К1. Конечно, можно выбрать упомянутые выше группы и числа штабелей листов шпона также и каким-либо другим образом. Следует иметь в виду, что сказанное относительно срединных или внутренних листов шпона применимо также и к любой другой категории листов натурального шпона. Можно, конечно, применить в качестве базиса расчета скользящего среднего немного завышенное или немного заниженное число листов шпона. Кроме того, каждый из этих листов шпона, включенных в расчет, можно снабдить эквивалентным или неэквивалентным взвешенным значением в вычислениях среднего. Поскольку шпоновые листы, например, в фанере и многослойной древесине слегка перекрывают друг друга, как это наглядно показано на фиг.1, на практике не всегда отбирают, например, три листа шпона сразу; вместо этого отбирают три листа, но последовательно, через короткие интервалы времени, с последующим перемещением к следующему штабелю, из которого такое же число листов шпона также отбирают через короткие интервалы времени. Можно также для измерения плотности сухого вещества и потемнения поверхности, проведенного согласно изобретению описанным выше образом, использовать непрерывное полотно шпона, как такового, вырезанное из древесного ствола, и в завершение процедуры вырезать полосу шпона на основе рассчитанных сухих плотностей полученных из различных участков полотна, для шпоновых листов или отдельных листов натурального шпона, включенных в различные категории. Таким образом, вероятно, в полосе шпона можно отделить участки высокого качества от участков низкого качества.

Описанная выше первая категория А предназначена для самого наружного слоя или для самых наружных слоев 14 шпона, т.е. для поверхностных листов шпона, в многослойном древесном, фанерном и подобном слоистом материале, состоящем из множества наслаивающихся листов натурального шпона. Как указывалось выше, листы шпона, включенные в эту отдельную категорию А, можно рассортировать на один или несколько штабелей А1, А2 шпона. Таким 10 образом, листы натурального шпона, отсортированные для этой первой категории А, применяют для поддерживания скользящего среднего

или рассчитанной плотности сухого вещества / сухих плотностей в каждом штабеле шпона/в штабелях шпона на таком уровне, чтобы этот параметр оставался у усредненной величины предварительно определенной для этой категории, или превышал ее. Указанное поддерживание осуществляют внесением каждого листа натурального шпона в тот конкретный штабель, в котором он изменяет скользящее среднее или рассчитанных сухих плотностей в этом конкретном штабеле за счет увеличения в сторону предварительно определенного усредненного значения . В этом случае штабель А1 шпона или штабели А1, А2 шпона также выполняют функцию буферного запаса. Из-за того, что листы натурального шпона, вырезанные из бревен, имеют различающиеся внешние поверхности, такое регулирование скользящего среднего посредством нескольких штабелей шпона имеет заметный характер, причем даже в том случае, когда именно отдельный поверхностный лист шпона применяли на каждой наружной поверхности многослойного древесного, фанерного и подобного слоистого материала 20, подлежащего изготовлению, причем поверхностные листы 14 шпона, налагаемые в качестве самых наружных листов в продукте, должны быть помещены таким образом, чтобы их плотные и гладкие поверхности Qs были обращены наружу, а грубые поверхности Qr были установлены напротив срединных листов 13 шпона указанного материала 20. Теоретически первая категория А могла бы содержать только один штабель листов шпона, и для процесса укладывания отобранные из этого штабеля листы можно было бы поворачивать лицевой стороной вверх, но это привело бы к увеличению затрат на оборудование и риску разрушения хрупких листов натурального шпона. Поэтому желательно подготовить по меньшей мере два штабеля А1 и А2 листов шпона также и для первой категории, применяемой в качестве поверхностных листов 14.

В общем случае можно заключить, что листы натурального шпона, направляемые для каждой из различающихся между собой категорий А⁺, А, В, В^-, взаимно систематизируют таким образом, чтобы их сухие плотности имели значения скользящего среднего

которые обладают непрерывной сходимостью в направлении усредненных значений предварительно определенных для этой конкретной категории, при применении заранее заданных характеристик категорий в качестве более низких показателей, представляющих свойства этих конкретных категорий.

Относительно прочности и отклонений прочности многослойного древесного, фанерного и подобного слоистого материала 20, который изготовлен за счет применения листов натурального шпона, рассортированного по различающимся признакам, и нерассортированных листов натурального шпона, можно отметить, что предложенный способ способен как увеличить среднюю прочность, так и уменьшить статистическое рассеяние. На фиг.6 горизонтальная пунктирная линия применена для демонстрации частоты проявления 5% (=0,05), т.е. 95% продуктов слоистого материала имеет прочность выше значения у этой точки. Кривая Р4 демонстрирует относительную прочность таких материалов 20, изготовленных из нерассортированных листов натурального древесного шпона, т.е. различные листы натурального шпона, содержавшиеся в указанных материалах, расположены случайным образом. В этом случае относительная прочность составляет приблизительно 75% от усредненной прочности

таких продуктов, а так называемая характеристическая прочность для определенных сортов древесины составляет величину порядка 45 Н/мм². Современные фабричные линии в обычном производстве выпускают продукты, соответствующие кривой Р4. Кривая Р3 демонстрирует относительную прочность таких слоистых материалов 20, изготовленных из листов натурального шпона, рассортированных только на основе плотности сухого вещества посредством размещения листов шпона с более высокой и более низкой плотностями сухого вещества, соответственно, на поверхности и в середине указанного материала, а также за счет дополнительного регулирования скользящего среднего плотности сухого вещества в штабеле (штабелях) поверхностных листов шпона и в нескольких штабелях серединных листов шпона, как это описано в более раннем патенте США №5524771 заявителя. В этом случае относительная прочность составляет приблизительно 84% от усредненной прочности таких продуктов, а так называемая характеристическая прочность для тех же данных сортов древесины составляет величину порядка 50 Н/мм². Кривые Р2 и Р1 демонстрируют относительную прочность таких слоистых материалов 20, изготовленных согласно изобретению посредством применения процесса сортировки на основе плотности сухого вещества, измеренной для листов натурального шпона, и значений ее распределений, а также контрастов измеренного потемнения поверхности листов натурального шпона. Другими словами, указанные материалы изготовлены из листов натурального шпона, рассортированных на основе рассчитанных сухих плотностей посредством размещения листов шпона с более высокой и более низкой рассчитанными плотностями сухого вещества, соответственно, на поверхности и в середине слоистого материала, а также за счет регулирования значений скользящего среднего рассчитанных сухих плотностей, например, и в штабелях поверхностных листов шпона и в нескольких штабелях серединных листов шпона в соответствии с настоящим изобретением. В этом случае теоретически можно достичь относительной прочности приблизительно 92% от усредненной прочности обсуждаемых продуктов, в результате чего характеристическая прочность для тех же данных сортов древесины составила бы величину порядка 55 Н/мм². Практика показывает, что очень легко достичь относительной прочности приблизительно 88% от усредненной прочности обсуждаемых продуктов, в то время как характеристическая прочность для тех же данных сортов древесины составляет величину порядка 53 Н/мм². В приведенных выше уравнениях, представляющих характеристическую прочность, величины S₁-S₄ представляют статистическое рассеяние. Следует отметить, что все рассмотренные выше значения, также как и кривые, представленные на фиг.6, являются только иллюстрацией одного примера и не должны рассматриваться как данные, ограничивающие границы и преимущества изобретения.

Реферат

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к способу увеличения прочности и/или уменьшения разброса ее величин в многослойном древесном, фанерном и подобном им слоистом материале. Способ содержит измерение плотности (ρ) сухого вещества листов натурального шпона посредством высокочастотного электромагнитного резонанса и дополнительно анализ однородности и/или волокнистой структуры указанных листов, использующий потемнение (R) их поверхности. В том случае, когда лист натурального шпона содержит какое-то число локальных первых участков, которые темнее основного потемнения поверхности листа шпона, такой лист имеет свою рассчитанную плотность (ρс) сухого вещества, установленную на более низком уровне по сравнению с ее первоначально измеренным значением (ρм). С другой стороны, если лист натурального шпона имеет по существу однородное потемнение, для этого листа оценивают продольное и поперечное распределение его плотности сухого вещества. Если эти показатели по существу однородны, рассчитанную плотность (ρс) сухого вещества указанного листа натурального шпона устанавливают для процесса сортировки выше ее первоначально измеренного значения (ρм). Листы натурального шпона сортируют на основе указанных рассчитанных сухих плотностей по меньшей мере на две различающиеся категории плотности. В первой такой категории (А) плотность сухого вещества выше, чем во второй категории (В). Листы натурального шпона укладывают поверх друг друга для формирования многослойного древесного, фанерного или какого-либо другого слоистого материала, при этом листы шпона, включенные в первую и вторую категории плотности, служат соответственно в качестве поверхностных листов и срединных листов. 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула