Håll måttet! – på väg mot bättre dimensionsmätning i skördare

Mätning av längd och diameter i skördare

Under upparbetning mäter skördaren stammens diameter samt hur långt den har matats genom aggregatet. Stammens dimensioner används av skördardatorn för att beräkna vilka stockar som ska göras av varje stam. Dagens skördare kan mäta längd och diameter med hög noggrannhet (figur 1). En förutsättning är dock att man arbetar med kontinuerlig uppföljning av skördarens mätresultat

En väl fungerande mätning gör även att aggregatet går jämnare och med färre omtag och backningar. Att göra rätt från början skapar värden i hela produktionskedjan.

Figur 1. Exempel på en skördare i slutavverkning som uthålligt mäter diametern med hög noggrannhet. Denna skördare är kvalitetssäkrad, vilket innebär att maskinlaget får kontinuerlig uppföljning och feedback av en skördarrevisor från VMF. 

Figur 2. Skördaren mäter längd och diameter hos varje stam under upparbetning. Längden mäts med ett mäthjul i bröstet på aggregatet, diametergivarna sitter monterade antingen i de övre kvistknivarna eller i matarhjulen. 

Så fungerar skördarens mätsystem

Stammens längd mäts med ett mäthjul som är monterat i bröstet på aggregatet. Givarna för diametermätning sitter antingen i anslutning till de övre kvistknivarna eller i matarhjulen. Moderna skördaraggregat registrerar vanligtvis minst tre punkter omkring stammen vid varje måttställe (figur 2). Skördardatorn skattar sedan stammens diameter utifrån dessa mätpunkter. För rotdelen av stammen, där aggregatet inte har mätt någon diameter, beräknas diametern med hjälp av en funktion för stammens avsmalning. Om skördaren registrerar en stigande diameter på stammen vid matning från rot till topp, t.ex. vid ett kvistvarv, kommer datorn filtrera mätvärdena och skapa ett s.k. planområde till dess att diametern är tillbaka på utgångsvärdet igen (figur 3). 

Figur 3. Moderna skördaraggregat skattar stammens diameter på varje måttställe som diametern hos en cirkel vars diameter bestäms antingen genom triangulering genom tre mätpunkter (trepunktsmätning, t.v.) eller som genomsnittet av diametern i två mätriktningar (fyrpunktmätning, t.h.).

Figur 4. Mätdonen har registrerat en stamprofil (blå) där diametern vid ett antal tillfällen stiger mot toppen. Skördardatorn filtrerar bort dessa diameterökningar och sätter istället diametern till oförändrad tills den är tillbaka på ursprungsvärdet igen. Detta skapar s.k. planområden i stamprofilen.

Vad påverkar skördarens mätning?

Moderna skördare har de tekniska förutsättningarna att mäta stammens dimensioner med hög precision. Mätresultatet påverkas dock i praktiken av en rad faktorer:

• Maskinval En grundförutsättning är att skördarens storlek är anpassad till beståndet. Skördaren måste ha tillräcklig kraft för att hålla i trädet under upparbetning.
• Tekniskt underhåll Mekaniska fel och förslitningar på diametergivare, kvistknivar, matarhjul och mäthjul försämrar mätningen.
• Maskininställningar Inställningar för tryck på kvistknivar, matarhjul och mäthjul, matningshastighet etc. har betydelse för skördarens möjligheter att mäta bra.
• Kalibrering Mätsystemet måste vara justerat så att inga systematiska över- eller underskattningar av längd och diameter förekommer.
• Körstil Mätresultatet påverkas av hur väl skördarföraren följer stammen med kranen under matning och i vilken utsträckning föraren tar stöd vid kapning av tunga stockar.
• Yttre faktorer Beståndsegenskaper (trädens ovalitet, kvistighet, grovlek, bark etc.), temperatur, savningsperiod etc. kan snabbt ändra förutsättningarna för mätningen. Särskilt kritiska är perioder när barken förändras, d.v.s. under savningsperioden på våren, när träden invintrar på hösten, när barken fryser under vinterns första riktigt kalla period samt på vårvintern, när barken är frusen under natten och tinar på dagen. Under kalla perioder kan aggregat där mäthjulet sitter i en hydraulcylinder få problem med längdmätningen – när oljan kyls ner kan mäthjulet tappa trycket och klarar då inte av att följa stammen.

Hur bra mäter skördaren?

Hur bra skördaren mäter kan beskrivas med nyckeltal som beräknas från den manuella kontrollmätningen. Nyckeltalen kan användas för att beskriva skillnaden mellan hur maskinen (M1), skördarföraren (M2) och revisorn (M3) mäter längd och diameter på en eller flera stammar.

• Andel mätningar inom ± X mm/cm – Andelen mätningar inom ett bestämt intervall från maskinförarens eller revisorns kontrollmätning. För diametermätning anges oftast andelen mätningar inom ± 4 mm från kontrollmätningen, för längdmätning andelen mätningar inom ± 2 cm. Detta nyckeltal, som även kallas träffprocent, fångar in både mätningens spridning och systematiska fel.

• Standardavvikelse – Beskriver hur stor spridning det är i skördarens mätning, ju lägre standardavvikelse, desto mer precis träffbild. Standardavvikelsen uttrycks i mm för diametermätning och i cm för längdmätning. En hög standardavvikelse tyder på att mätningen inte fungerar som den ska, sannolikt på grund av ett mekaniskt fel eller felaktiga maskininställningar.

• Systematisk avvikelse – Om skördaren konsekvent mäter för liten eller för stor längd eller diameter har mätningen ett systematiskt fel, som uttrycks i mm för diametermätning och cm för längdmätning. Ett systematiskt fel kan ofta korrigeras genom kalibrering av mätsystemet, men det måste först säkerställas att felet inte orsakas av ett mekaniskt fel, t ex att någon komponent rubbats ur sitt läge.

Figur 5. Skördaren till vänster har 64 % av diametermätningarna inom ± 4 mm och en standardavvikelse på 5,1 mm. Skördaren till höger uppvisar en mycket bra mätning med 93 % av diametrarna inom ± 4 mm och en standardavvikelse på 2,5 mm. Det systematiska felet är mycket lågt för båda skördarna, vilket tyder på att de båda är välkalibrerade. Föraren till den vänstra skördaren bör dock kontrollera att inte mätsystemet har något mekaniskt fel samt se över maskinens inställningar för att förbättra mätningen.

Manuell kontrollmätning

Med kontinuerlig uppföljning av skördarens mätning kan mätfel upptäckas och åtgärdas innan alltför stora volymer har passerat aggregatet. Den fortlöpande kontrollen grundas vanligen på manuell kontrollmätning av i genomsnitt en stam per skift. Manuell kontrollmätning görs även för att samla underlag till kalibrering. Själva kontrollmätningen görs enligt samma rutin oavsett om huvudsyftet med mätningen är kontroll eller kalibrering.

Vid misstanke om att mätningen avviker från det normala kan man behöva kontrollmäta extra stammar för att säkerställa att felet inte bara var tillfälligt och därefter fatta beslut om hur mätningen ska rättas till. 

Rutin för kvalitetssäkring

Det branschgemensamma systemet för kvalitetssäkring av skördarens mätning baseras på egenkontroll genom manuell kontrollmätning av ett slumpat urval av kontrollstammar. Varje kvalitetssäkrad skördare har dessutom en extern revisor som regelbundet återkopplar hur skördaren mäter samt besöker lagen i fält. Att stammarna slumpas ut ger en representativ bild av hur skördaren mäter på alla slags stammar. Skulle en slumpad stam vara olämplig som kontrollstam, tex för att skördarens mätning uppenbart inte fungerat, kan den avvisas i skördardatorn och en ny stam slumpas ut vid ett senare tillfälle. Signalen att ett träd slumpats ut kommer i samband med att föraren låst kapet för rotstocken. 

Figur 6. Kontrollmätning av längd. Avrundning görs till hela cm enligt svensk standard (t.v.). Fästkroken trycks helt in i veden (t.h.) så att längden mäts korrekt. 

Figur 7. Första diametermåttet korsklavas 10 cm in från toppändan på stocken. Sedan mäts diametern vid varje hel meter längs stocken ner till rotändan. Om toppmåttet ligger på en förhöjd punkt ska måttet istället tas vid minsta diameter mot roten. Detta gäller även toppdiametern. 

Felsökning

Om mätningen avviker från det normala för skördaren, kontrollmäts ytterligare några stammar. Om mätfelet består bör felsökning ske i följande ordning:

1. Finns det några mekaniska fel på aggregat och mätsystem? Vanliga problem är trasiga diametergivare, slitet mäthjul, glapp i någon infästning till diametergivare eller mäthjul, samt oslipade eller glappa kvistknivar. Byt den felande komponenten och kontrollera sedan mätningen igen. Kanske behövs också en ny grundkalibrering.
2. Är tryckinställningarna rätt? Om det finns anledning att justera tryck eller pulsering, ta ut nya kontrollstammar för att bekräfta att justeringen givit rätt effekt.
3. Behöver mätsystemet kalibreras? Om längd- eller diametermätningen uppvisar ett systematiskt fel kan en kalibrering vara nödvändig. Se i så fall till att det finns tillräckligt med underlag i datorn för att skapa en bra kalibreringskurva i alla diameterklasser.

Kom ihåg att kontrollera mätresultatet efter varje justering. 

Figur 8. Effekten av ett mekaniskt fel på mätsystemet. I diagrammet till vänster har skördaren en standardavvikelse på 6,1 mm och 54 % av diametermätningarna inom ± 4 mm. Diagrammet till höger visar samma skördare efter byte av diametergivare och bussningar till kvistknivarna samt kalibrering. Standardavvikelsen är nu 3,8 mm och andelen diametermätningar inom ± 4 mm är 85 %. En markant förbättring!

Figur 9. Felsökningsrutin när skördarens mätning avviker från det normala.

Kalibrering av skördarens mätsystem

Kalibrering av mätsystemet görs vid behov så att givarnas signaler motsvarar det riktiga måttet på stammen. Kalibrering behövs dels vid större förändringar, som komponentbyten, dels som löpande finjustering för att ta hänsyn till ändrade förutsättningar för mätningen, t.ex. när barken fryser. Var extra uppmärksam vid snabba temperaturväxlingar. Då kan mäthjulets inträngning i barken förändras markant på bara några timmar, vilket kan ge ett stort systematiskt mätfel.

Innan beslut fattas om att kalibrera måste det uteslutas att avvikelsen beror på något tekniskt fel eller på felaktiga inställningar. Dessa typer av fel visar sig ofta som en stor spridning i mätresultatet och kan inte kalibreras bort!

När man beslutat att kalibrera gäller det att ha tillräckligt med dataunderlag. Data behövs i alla diameterklasser för att inte förstöra en redan bra kalibrering genom ändringar i närliggande klasser.

Hur stor justering systemet ska göra vid en kalibrering kan antingen beräknas med automatik av skördardatorn eller matas in manuellt. När datorn föreslår större justeringar kan det ibland vara bra att göra dem i mindre steg och inte acceptera hela förslaget på en gång. 

Figur 10. Den här skördaren mäter 64 % av diametrarna inom ± 4 mm från den manuella kontrollmätningen. Standardavvikelsen är 4,2 mm, medan det systematiska felet är hela -3,7 mm (bilden t.v.), vilket tyder på att mätsystemet behöver kalibreras. Genom att justera upp alla diameterklasser med 3,7 mm skulle skörden teoretiskt mäta 76 % av diametrarna inom ± 4 mm (bilden t.h.). Om man dessutom skulle kalibrera om hela grundkurvan utifrån medianen i varje diameterklass skulle skördaren teoretiskt mäta 79 % av diametrarna inom ± 4 mm. En kalibrering skulle alltså i det här fallet lyfta skördaren från medelgod till en riktigt bra mätning.