abgeschlossene Promotionen & Habilitationen

Dissertation

Bei strukturorientierten Holzwerkstoffen ist es eine methodische Herausforderung, die Partikelgeometrie und Orientierung möglichst im Prozess zu messen, um weitere Parameter für die statistische Prozessoptimierung zu gewinnen und um die Teilprozesse der Partikelaufbereitung und Vliesbildung optimieren bzw. überwachen zu können.rnWünschenswert wäre eine Messung am Formstrang vor der Presse direkt durch den „Blick auf das Vlies“. Die Strands liegen dort aber teilweise verdeckt von benachbarten Spänen, und ihre Konturen sind oft nicht klar unterscheidbar.rnUm die Partikelkonturen zunächst hinreichend für die Vermessung zu restaurieren und dann zu vermessen, muss ein mehrstufiges Verfahren angewendet werden, das eine Szene mit Strands und mehr oder weniger deutlichen Kanten zunächst als „Grauwertgebirge“ auffasst.rnZur Segmentierung reichen ein Watershed-Algorithmus und auch ein zweistufiger Kantendetektor nach Canny noch nicht aus. Hinreichend dagegen ist ein komplexes Verfahren auf der Grundlage der Höhenschichtzerlegung und nachfolgenden Synthese. rnDie erweiterte Höhenschichtanalyse umfasst folgende Schritte:rn1. Transformation der Grauwerte des Bildes in eine reduzierte, gleichverteilte Anzahl von Höhenschichten;rn2. Berechnung der lokalen morphologischen Gradienten;rn3. Rekonstruktion der ursprünglichen Spankonturen, indem diejenigen Höhenschichten mit einer Fläche innerhalb eines für die gesuchten Spangrößen plausiblen Größenintervalls aufaddiert werden;rn4. Zusätzliche logische Verknüpfung des Ergebnisses der Rekonstruktion mit den durch einen Canny-Operator im Originalbild detektierten deutlichen Kanten;rn5.Morphologische BereinigungrnDieses Verfahren ergibt ausreichend segmentierte Bilder, in denen die Objektgrenzen weitgehend den Spankonturen entsprechen.rnZur Vermessung der Objekte im segmentierten Bild werden Standard-Algorithmen eingesetzt. Für Spankonturen eignet sich die Approximation durch momentengleiche Ellipsen. Verbliebene Fehldetektionen können bei der Vermessung unterdrückt werden durch Formfaktoren und zusätzliche Größenintervalle. rnZur Darstellung und Charakterisierung der Größenverteilungen werden die nach der Objektfläche gewichtete, linear skalierte Verteilungsdichte (q2-Verteilung), die Verteilungssumme und verschiedene Quantile verwendet.rnDas Verfahren wurde auf der Basis von MATLAB als Demonstrationspro-gramm „SizeBulk“ realisiert, mit dem Bildfolgen verarbeitet und die verschiedenen Varianten der Bildaufbereitung und Parametrierung durchgespielt werden können.rnDie Größenverteilungen unterliegen jedoch einem Überlagerungseffekt, weil prinzipiell bis auf die oben liegenden Späne nur teilweise verdeckte, also unvollständige Konturen vermessen werden können, und dieser Effekt hängt zusätzlich ab vom Grad der Spanorientierung. Um das zu beurteilen, wurden synthetische Bilder mit vereinzelten und überlagerten Objekten bekannter Größenverteilung erzeugt und dem Detektions- und Messverfahren unterworfen. Dabei zeigte sich, dass zumindest die Modalwerte der wichtigsten Größenparameter Länge und Breite meist erkennbar bleiben.rnAls Versuchsmaterial dienten verschiedene Sortimente von OSB-Strands aus Industrie- und Laborproduktion. Sie wurden sowohl manuell vereinzelt als auch zu einem Vlies arrangiert vermessen. Dabei zeigten sich gleiche Einflüsse der Überlagerung auf die Größenverteilungen wie in der Simulation. Auch hier waren die Charakteristika verschiedener Spankontingente bei gleichen Aufnahmebedingungen und Auswerteparame-tern gut messbar, so dass Änderungen in der gemessenen Größenverteilung eindeutig den geometrischen Eigenschaften der Späne zugeordnet werden können. Dies gilt auch für Bilder, die ausschließlich an einem OSB-Formstrang im „Blick auf das Vlies“ aufgenommen wurden. rnZusätzlich wurde nachgewiesen, dass auch Bilder von Spanplattenoberflächen ausgewertet werden können und daraus auf die Größenverteilung der eingesetzten Deckschichtspäne geschlossen werden kann.rnDas vorgestellte Verfahren ist daher eine gute und neuartige Möglichkeit, prozessnah an Teilflächen von OSB-Vliesen anhand von Grauwertbildern die Größenverteilungen der Strands zu charakterisieren. Geeignete Verfahren waren zumindest für Holzpartikel bisher nicht bekannt.rnDie optische Spangrößenvermessung anhand online gewinnbarer Grauwertbilder hat zwar bestimmte methodisch bedingte Grenzen, eignet sich aber grundsätzlich für den industriellen Einsatz. Auch wenn nur ein Teil der Vliesoberfläche (z.B. kontinuierlich etwa 10 % der Fläche des Formstrangs in Bildfeldern von 1 m² Größe) erfasst und vermessen wird, lassen sich Trends bei der Spangrößenverteilung bzw. auch bei der Partikelgrößenverteilung anderer Schüttgutströme erkennen.rnDie Rechenzeiten lassen sich gegenüber der MATLAB-Implementierung mit anderen Betriebssystemumgebungen drastisch senken. Bis auf die Höhenschichtanalyse können weitgehend Standardprozeduren eingesetzt werden, wie sie in den meisten Bildverarbeitungsbibliotheken enthalten sind. Für eine Implementierung wäre verfügbare Hardware (PC mit Standard-Ethernet-Schnittstelle, digitale Kamera, Optik und Beleuchtung) ausreichend.rn

OSB, Strand, Holzwerkstoff, Partikelcharakterisierung, Algorithmen, Bilderkennung