Voruntersuchungen zur Integration einer 3D-Spanvermessung in den Spanplattenprozess - Nick Engehausen; Jan T. Benthien; Jan Lüdtke (Johann Heinrich von Thünen-Institut, 2023)
Der Einfluss der Spangeometrie, insbesondere der Spandimensionen auf die Eigenschaften von Spanplatten ist bisher nur in Ansätzen erforscht, was in erster Linie auf das Fehlen einer zuverlässigen Methode zur Spanvermessung zurückzuführen ist. Mit der Entwicklung des '3D Particleview' steht Praxis und Forschung seit Anfang 2020 nun ein Laborgerät zur Verfügung, mit dem sich automatisiert die Spanabmessungen sowie die Spanoberfläche und das Spanvolumen umfangreicher Spanproben bestimmen lassen. Die Kernkomponente des Messgerätes ist ein Laser-Profilsensor, der nach dem Prinzip der Lasertriangulation arbeitet. Aufgrund der Neuheit der 3D-Spanvermessung mit Laser-Profilsensoren ist es Ziel dieser Arbeit, Details der Technologie zu erklären und die Ergebnisse von Grundlagenversuchen anhand industrieller Spanfraktionen als Wegweiser für weitere Untersuchungen darzustellen und zu diskutieren. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf - der vergleichenden Betrachtung von anzahl- und volumengewichtetem Mittelwert, - dem Einfluss der Montagehöhe des Laser-Profilsensors auf die Messergebnisse, - der experimentellen Untersuchung des nötigen Stichprobenumfangs und - der Dokumentation von Veränderungen der Spandimensionen im Prozess. Weiter wird auf Basis der 'Goldenen Regel der Messtechnik' gezeigt, dass die Auflösung bei der Spanvermessung mindestens 1/10, im 'äußersten Fall' 1/5, der kleinsten erwarteten Abmessung betragen soll. Für die Beurteilung der Plausibilität von Messergebnissen wird die aus Probeneinwaage und dem von der Sensorsoftware ausgegebenen Gesamtvolumen bestimmte Dichte vorgeschlagen. Als plausibel sind hierbei Messwerte anzusehen, bei denen die berechnete Dichte im Bereich der Holzarten liegen, die für die Herstellung der Spanplatte eingesetzt wurden. Sollen für den Plattenaufbau repräsentative Kennwerte bestimmt werden, bietet sich die volumengewichtete Mittelwertbildung an, bei der (gröbere) Späne entsprechend ihres Volumenanteils (stärker) zum Mittelwert der betrachteten Spandimension beitragen. Anhand der vergleichenden Vermessung industrieller Deck- und Mittelschichtfraktionen wird gezeigt, dass die Sensorauflösung bei Standardmontagehöhe für die Vermessung von Deckschichtspänen unzureichend ist und nur für Mittelschichtspäne plausible Werte erfasst werden können. Eine theoretisch erzielbare Auflösungserhöhung durch Verringerung der Montagehöhe des Sensors konnte anhand der Messergebnisse nicht bestätigt werden. Weiter wird am Beispiel einer industriellen Mittelschichtfraktion gezeigt, wie sich experimentell der nötige Stichprobenumfang für eine repräsentative Kennwertbildung bestimmten lässt. Gezeigt wurde auch, dass die Spandimensionen im Prozess ständigen Veränderungen unterliegen, die sich im gezeigten Beispiel (über Tage, Stunden und Minuten) auf ca. ± 10 % belaufen. Basierend auf einer kritischen Diskussion der eigenen Versuchsansätze werden Optimierungsvorschläge für Folgeversuche gegeben. – – The influence of particle geometry, in particular the particle dimensions, on the properties of particleboard has so far been insufficiently investigated, which is primarily due to the lack of a reliable method for particle measurement. With the development of the "3D Particleview", a laboratory device is now available to practice and research since the beginning of 2020, with which the particle dimensions as well as the particle surface and volume of extensive samples can be determined automatically. The core component of the measuring device is a laser profile sensor that works according to the principle of laser triangulation. Due to the novelty of 3D particle measurement with laser profile sensors, the aim of this work is to explain details of the technology and to present and discuss the results of basic investigations using industrial particle fractions as a guide for further investigations. The focus is on - the comparative analysis of number-weighted and volume-weighted mean values, - the influence of the mounting height of the laser profile sensor on the measurement results, - the experimental investigation of the necessary sample size and - the documentation of variations of the particle dimensions in the process. Based on the "Golden Rule of Metrology" it is shown that the resolution in particle measurement should be at least 1/10, in the "extreme case" 1/5, of the smallest expected dimension. To assess the plausibility of measurement results, the density determined from the sample weight and the total volume output by the sensor software is used. Here, measured values are considered plausible if the calculated density is in the range of the wood species used for the production of particleboard. If representative mean values for the board structure are to be determined, volume-weighted averaging is suitable, in which (coarser) particles contribute (more) to the mean value of the particle dimension under consideration according to their volume share. Based on the comparative measurement of industrial surface and core layer fractions, it is shown that the sensor resolution at standard mounting height is insufficient for the measurement of surface layer particles and that plausible values can only be recorded for core layer particles. A theoretically achievable increase in resolution by reducing the mounting height of the sensor could not be confirmed on the basis of the measurement results. Furthermore, the example of an industrial core layer fraction shows how the necessary sample size for a representative mean value formation can be determined experimentally. It was also shown that the particle dimensions are subject to constant fluctuations in the process, which amount to approx. ± 10 % (over days, hours and minutes) in the example shown. Based on a critical discussion of the own experimental approaches, optimization suggestions for follow-up investigations are given.
urn:nbn:de:gbv:253-202303-dn066182-7
Keywords: 630; Spanplatte; Partikelgrößenanalyse; Spanvermessung; 3D Laser-Profilsensor; GreCon 3D Particleview; particleboard; particle size analysis; particle measurement; 3D laser line profile sensor; GreCon 3D Particleview