Non-destructive testing methods in veneer-based products manufacturing

Thumbnail Image

Files

isbn9789526063003.pdf (1.72 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Chemical Technology | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2015-08-28
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2015

Department

Puunjalostustekniikan laitos
Department of Forest Products Technology

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Language

en

Pages

68 + app. 50

Series

Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 100/2015

Abstract

In modern veneer-based product manufacturing non-destructive testing (NDT) measurement methods are of importance. The great variation in wood (and veneer) material properties brings challenges in production and in the quality of the end product. By using NDT measurements methods the aim is to detect key material properties and grade the raw material into different predefined categories to obtain an end product with good properties having as low a deviation in these properties as possible. The aim of this study was to investigate approaches to the non-destructive and potentially on-line evaluation of i) veneer moisture content (MC), ii) lathe check depth (LCD) and grain angle (GA) in veneer and iii) adhesive spread rate (SR) on veneer. The study began by investigating the accuracy and precision of two existing industrial veneer MC measurement devices (Metriguard DME and Mecano MVA) and was followed by the development of the NDT methods. The MC of birch veneer was estimated with infrared (IR) technology. Veneers with different MC were imaged with an IR camera after drying and the relationship between the temperature data and veneer MC was then modelled. When estimating veneer MC with independent data not used in modelling it was found that the root mean square error (RMSE) was 1.2 %. Based on the results of this study, it was concluded that the spatial resolution of the IR method is better than microwave based methods but that the IR technology is more sensitive to the environment where the measurement is done and the accuracy is worse. Veneer strength properties may be characterized by the tensile strength perpendicular and parallel to the grain. The tensile strength perpendicular to the grain correlates strongly with LCD and tensile strength along grain with GA. In this study LCD and GA were measured simultaneously with laser trans-illumination imaging. LCD and GA were recognized from images using image analysis techniques. RMSE was found to be 7.4 % when measuring LCD. Absolut average error was 1.1 ° when measuring GA. Adhesive spreading is also an important process phase. The adhesive must be spread equally over the veneer to obtain the best strength properties. A fluorescence based measurement method to estimate adhesive spread rates was developed. RMSE was found to be13 g m-2 suggesting that this method could be an option when developing automated real-time adhesive SR measurement for processes. The proof-of-concept methods presented showed some promising results. The knowledge obtained through this dissertation increases the chances of developing real-time NDT measurement methods for veneer-based product manufacturing processes.

Nykyisin viilupohjaisten tuotteiden tuotantoprosessissa ainetta rikkomattomilla mittauksilla on tärkeä rooli. Puun (ja viilun) materiaaliominaisuuksien suuri hajonta aiheuttaa haasteita tuotantoprosessiin ja lopputuotteen ominaisuuksiin. Ainetta rikkomattomilla mittausmenetelmillä voidaan mitata tärkeimmät materiaaliominaisuudet ja niiden perusteella lajitella puumateriaali ennalta määriteltyihin luokkiin. Tarkoituksena on saavuttaa parhaat mahdolliset ominaisuudet lopputuotteelle mahdollisimman pienellä hajonnalla. Väitöskirjatyön tavoitteena oli tutkia i) viilun kosteuden ii) sorvaushalkeamien syvyyden ja viilun syykulman ja iii) liimamäärän mittausta ainetta rikkomattomien menetelmien avulla. Työ aloitettiin selvittämällä kahden mikroaaltotekniikkaan perustuvan teollisen viilun kosteusmittarin tarkkuus. Viilun kosteuden mittaus kuivauksen jälkeen on tärkeää, jotta liian kosteat viilut pystytään poistamaan prosessista ennen liimausta. Molempien viilun kosteusmittareiden (Metriguard DME ja Mecano MVA) tarkkuus havaittiin hyväksi sekä kuusi- että koivuviilulla. Seuraavaksi koivuviilujen kosteutta mitattiin infrapunatekniikan (IR) avulla. Eri kosteudessa olevia koivuviiluja kuvattiin IR –kameralla viilun kuivauksen jälkeen ja viilun lämpötilan ja kosteuden riippuvuus mallinnettiin. Mittausmenetelmän tarkkuus selvitettiin mallinnuksesta riippumattomalla datalla ja tällöin keskineliövirheen neliöjuuri (RMSE) oli 1.2 %. Tutkimuksen perusteella todettiin, että IR-menetelmän spatiaalinen resoluutio on parempi kuin mikroaaltoihin perustuvien mittausmenetelmien, mutta tarkkuus on huonompi ja mittaus on herkempi ympäristön muutoksille. Viilun lujuusominaisuudet vaikuttavat ratkaisevasti siitä valmistettavien tuotteiden, kuten vanerin lujuusominaisuuksiin. Viilun poikittaisvetolujuus korreloi voimakkaasti sorvaushalkeamien syvyyden kanssa ja vetolujuus syysuunnassa viilun syykulman kanssa. Tässä tutkimuksessa sorvaushalkeamien syvyys ja viilun syykulma mitattiin samanaikaisesti laseriin perustuvan menetelmän avulla. Sorvaushalkeamien syvyysmittauksille RMSE oli 7.4 % ja absoluuttinen virhe syykulman mittauksille 1.1 °. Myös liimanlevitys on tärkeä prosessivaihe ja liimamäärän tulisi olla mahdollisimman tasainen. Lopuksi tässä väitöskirjatyössä kehitettiin fluoresenssiin perustuva mittausmenetelmä, jolla pystyttiin arvioimaan viilun pinnalle levitetty liimamäärä viiluista otetuista kuvista. RMSE oli tälle menetelmälle 13 g m-2. Tässä työssä esitetyt uudet mittausmetodit vaikuttivat lupaavilta. Lisätutkimuksella näistä menetelmistä voitaisiin kehittää reaaliaikaisia ja ainetta rikkomattomia mittausmenetelmiä viilupohjaisten tuotteiden tuotantoprosessiin.

Description

Supervising professor

Hughes, Mark, Prof., Aalto University, Department of Forest Products Technology, Finland

Thesis advisor

Hughes, Mark, Prof., Aalto University, Department of Forest Products Technology, Finland
Hunt, Christopher G., Dr, USDA Forest Service, Forest Products Laboratory, USA

Keywords

adhesive spread rate, NDT, lathe check depth, veneer moisture content, liimamäärä, mittaustarkkuus, sorvaushalkeaman syvyys, viilun kosteus

Other note

Parts

  • [Publication 1]: Antikainen T, Rohumaa A, Hughes M, Kairi M (2015) Comparison of the accuracy of two on-line industrial veneer moisture content and density measurement systems. European Journal of Wood and Wood Products, 73(1), 61-68.
    DOI: 10.1007/s00107-014-0865-x View at publisher
  • [Publication 2]: Antikainen T, Rohumaa A, Bulota M, Hughes M (2015) Estimating birch veneer (Betula pendula Roth) moisture content using infrared technology. European Journal of Wood and Wood Products, 1-9.
    DOI: 10.1007/s00107-015-0944-7 View at publisher
  • [Publication 3]: Antikainen T, Eskelinen J, Rohumaa A, Vainio T, Hughes M (2015) Simultaneous measurement of lathe check depth and the grain angle of birch (Betula pendula Roth) veneers using laser trans-illumination imaging. Wood Science and Technology, 1-15.
    DOI: 10.1007/s00226-015-0718-8 View at publisher
  • [Publication 4]: Antikainen T, Rohumaa A, Hunt CG, Levirinne M, Hughes M (2015) Estimating the spread rate of urea formaldehyde adhesive on birch (Betula pendula Roth) veneer using fluorescence. European Journal of Wood and Wood Products, 73(1), 69-75.
    DOI: 10.1007/s00107-014-0864-y View at publisher

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-6300-3

Collections

[diss] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM