(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
木材の死節又は生き節の位置と径又は大きさを画像情報取得手段で検出し、該検出位置信号及び径又は大きさ信号に基づいて計算した該当径に相当する塗布高さ及び塗布位置に予め準備された塗布手段をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動し、塗布手段から木材の死節又は生き節に節脱落防止剤を塗布する事を特徴とする木材の節の脱落を防止する方法。
【請求項２】
木材の表面を灯光手段にて照射し、反射光から得られた画像、もしくは木材の裏面を灯光手段にて照射し、透過光から得られた画像を表面から撮像して画像情報を取得する画像情報取得手段と、前記画像情報取得手段にて生成された画像情報から該木材の死節又は生き節部分を認識する認識手段と、前記認識手段にて検出された該木材の死節又は生き節部分の中心位置を中心にして、節の径又は大きさに応じた面積と量の節脱落防止剤を塗布する節脱落防止剤塗布手段と、該木材の死節又は生き節部分の中心位置と節脱落防止剤塗布手段の中心位置が一致するよう該木材及び該塗布手段をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動する手段を設けていることを特徴とする木材の節脱落防止処理装置。
【請求項３】
木材の表面を灯光手段にて照射し、反射光から得られた画像もしくは木材の裏面を灯光手段にて照射し、透過光から得られた画像を表面から撮像して画像情報を取得する画像情報取得工程と、前記画像情報取得手段にて生成された画像情報から該木材の死節又は生き節部分を認識する認識工程と、前記認識手段にて検出された該木材の死節又は生き節部分の中心位置を中心にして、節の径又は大きさに応じた面積と量の節脱落防止剤を塗布する節脱落防止剤塗布工程と、該木材の死節又は生き節部分の中心位置と節脱落防止剤塗布手段の中心位置が一致するよう該木材及び該塗布手段をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動する工程を設けていることを特徴とする木材の節脱落防止処理方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３に記載の該木材及び該塗布手段をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動する手段並びに工程において、目標とする死節又は生き節部分の位置が送材方向に常に移動しても、目標の移動に塗布手段の塗布中心位置を追従させ、節脱落防止剤を塗布する機能を設けていることを特徴とする木材の節脱落防止処理装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項３に記載の画像情報取得手段で得られた画像情報を、予め設定したしきい値により２値化処理を施し、得られた図形から、図形面積、外接長方形、外接長方形と図形との面積比、外接長方形の縦横比を算出し、それぞれの算出値と予め設定していた基準値とを比較することで該図形を節部分か節以外の部分であるかを認識することを特徴とする節認識処理手段。
【請求項６】
木材の死節又は生き節に節脱落防止剤を塗布した後、節脱落防止剤を塗布した死節又は生き節部分に紫外線を照射して節脱落防止剤表面を速やかに硬化させ、死節又は生き節と単板材面を繋ぎ合わせることにより節の脱落を防止し、製造する木質材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動的かつ連続的に木材の死節又は生き節の位置を検出し、その検出部分に新たに節脱落防止剤を固定する方法とその装置に係わり、木材の死節又は生き節の位置とその径又は大きさを検出してこれに節脱落防止処理を施して乾燥中の死節又は生き節の脱落又は割れ、欠けを防止し、付加価値を高める連続的処理方法とその実施に適した装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
合板の製造には、図２に示す様に、原木１をロータリーレース装置にて切削し、単板２を作る必要がある。この装置は原木の中心を軸にして回転させ、切削刃３により原木１を大根のかつら剥きのように切削するもので、ここで切削された薄板が単板２である。この時単板２には、図３に示す様に原木の成育過程で生じた枯枝がそのまま材内に残った死節４と生き枝が材内に残った生き節５とが存在する。
【０００３】
木材の特徴の一つは膨潤・収縮に異方性を示すことである。木材の３構造方向における膨潤・収縮率の大きさの順位は、接線方向＞半径方向＞軸方向となり、その比率は１０：５：１〜０．５である。単板の乾燥では樹種に限らず、単板の幅方向（接線方向）が最も大きく収縮し、長さ方向（軸方向）の収縮は比較的小さい。節も半径方向の比率で収縮するため、周囲の組織と連絡していない死節では長さ方向（軸方向）の上下の部分に大きく隙間が開く（図４）。また、周囲の組織と一体化している生き節では、節自体が引っ張られるため図５のように大きく開裂６を発生することがある。
【０００４】
ロータリーレース装置切削直後の生単板は弾性に富み、節の脱落もほとんど見られないが、乾燥装置を通過し含水率が低下するにつれて単板は硬くなり、また収縮異方性の影響により単板の幅方向では大きく波打つように収縮変形をし、同時に節自身も収縮をする。単板はベニヤドライヤー内を金属のローラーに上下を挟まれて送られていくため、乾燥が進むにつれ大きなストレスがかかってくる。これらの要因が複合し、生き節は割れ、死節は脱落をすることとなる。節は内装用合板では、欠点として扱われ、型枠用合板や台板合板では、表面板の抜け節というのは認められない。
【０００５】
このため、現在は人手によって抜け落ちた節の照合を行い再び取り付けるか、照合できない場合にはパテや栓にて埋め込む作業を行っており、多くの時間を費やし、作業効率が悪く、大量生産の支障となるほかコストアップの要因となっており、節の脱落を防止する技術の開発が急がれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３０１２０２公報
【特許文献２】特開平８−８６６２６公報
【特許文献３】特開平８−１４５９１４公報
【特許文献４】特開平９−２１０７８５公報
【特許文献５】特開２００５−３４５３３１公報
【特許文献６】特開２００９−１５４４６９公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】林産試月報，２４６号（７月），１９７２，長原芳男，倉田久敬，鈴木藤吉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜５の記載は何れも節及び欠点の自動検出方法もしくは自動検出後の節及び欠点部分に穿孔と駒打を行い欠点の補修を行うようにしており、各提案により節及び欠点を検出すること及び節及び欠点を検出して木材を更生する事は出来るが、木材に穿孔することによってその部分の木材を廃棄することになり、歩留まりが低下すると共に新たな埋木用材料を用意する必要が生じて高コストとなっていた。
また、座ぐり、接着剤塗布、埋設の作業に多大の時間を必要とすることから、加工効率は低いものとなっていた。さらに、修理跡が表面に現れることから木材が持つ天然の木目の美観が失われ、内装用合板の表板には適さないものとなっていた。
【０００９】
特許文献６の記載は単板に節脱落防止剤を塗布し乾燥することにより、抜け節を防止する方法について記載されており、非特許文献１に記載されている既知の事実である。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、乾燥工程において木材の節等の欠点が脱落したり、欠け落ちたりする前にあらかじめ脱落防止処理を行うことが可能な木材の節脱落防止処理装置及び木材の節脱落防止処理方法を提供しようとするものである。
【発明を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を達成するため、請求項１に示されているように、木材の死節又は生き節の位置と径又は大きさを画像情報取得手段で検出し、該検出位置信号及び径又は大きさ信号に基づいて計算した該当径に相当する塗布高さ及び塗布位置に予め準備された塗布装置をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動し、塗布装置から木材の死節又は生き節の中心位置を中心にして節脱落防止剤を塗布し、木材の節の脱落を防止することを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項２に記載する木材の表面を灯光手段にて照射し、反射光から得られた画像、もしくは木材の裏面を灯光手段にて照射し、透過光から得られた画像を表面から撮像して画像情報を取得する画像情報取得手段と、前記画像情報取得手段にて生成された画像情報から該木材の死節又は生き節部分を認識する認識手段と、前記認識手段にて検出された該木材の死節又は生き節部分に節脱落防止剤を塗布する節脱落防止剤塗布手段と、該木材の死節又は生き節部分の中心位置と節脱落防止剤塗布手段の中心位置が一致するよう該木材及び該塗布手段を移動する手段を設けていることを特徴とする。
【００１３】
さらに、請求項３に記載する木材の表面を灯光手段にて照射し、反射光から得られた画像、もしくは木材の裏面を灯光手段にて照射し、透過光から得られた画像を表面から撮像して画像情報を取得する画像情報取得工程と、前記画像情報取得手段にて生成された画像情報から該木材の死節又は生き節部分を認識する認識工程と、前記認識手段にて検出された該木材の死節又は生き節部分に節脱落防止剤を塗布する節脱落防止剤塗布工程と、該木材の死節又は生き節部分の中心位置と節脱落防止剤塗布手段の中心位置が一致するよう該木材及び該塗布手段を移動する工程を設けていることを特徴とする。
【００１４】
さらに、請求項１〜３に記載の該木材及び該塗布手段をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動する手段において、目標とする死節又は生き節部分の位置が常に移動しても、目標の送材方向の移動に塗布手段の塗布中心位置を追従させ、節脱落防止剤を塗布する機能を請求項４に記載されているように設けていることを特徴とする。
【００１５】
さらに、請求項１〜３に記載の画像情報取得手段で得られた画像情報を予め設定したしきい値により２値化処理を施し、得られた図形から、図形面積、外接長方形、外接長方形と図形との面積比、外接長方形の縦横比を算出し、それぞれの算出値と予め設定していた基準値とを比較することで該図形を節部分か節以外の部分であるかを認識する機能を請求項５に記載されているように設けていることを特徴とする。
【００１６】
さらに、請求項６に記載されている木材の死節又は生き節に節脱落防止剤を塗布した後、節脱落防止剤を塗布した死節又は生き節部分に紫外線を照射して節脱落防止剤表面を速やかに硬化させて死節又は生き節と単板材面を繋ぎ合わせることにより、節の脱落を防止し、製造する木質材料の製造方法を特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、木材の表面を撮像し、検出された画像情報から画像処理等により木材表面に存在する死節又は生き節部分の大きさ、位置等を自動認識し、この死節又は生き節部分に対応する最適な節脱落防止処理を自動的に行うので、これまで人手により行っていた抜け落ちた節の再取り付けや、パテや栓にて埋め込む作業に費やす多くの時間を最小限に抑えられ、節脱落防止処理作業の効率化を図ることができ、大量生産が可能となるほかコストダウンに結びつけることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明実施例の主要な構成を説明する側面図
【図２】単板の製造方法を示す説明図
【図３】単板の死節と生き節を示す説明図
【図４】単板乾燥後の死節を示す説明図
【図５】単板乾燥後の生き節を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照し説明する。図１に示すように、この木材の節脱落防止処理装置は、コンベアモータ７の駆動力によりあらかじめ設定された一定速度で木材８をベルトスリップすることなく正確な搬送を行うタイミングベルトコンベア９ａ、９ｂと、タイミングベルトコンベア９ａ、９ｂの移動量を測定するロータリーエンコーダ１０と、コンベアモータ７の速度を設定するインバータ１１と、タイミングベルトコンベア９ａ上を搬送する木材８のスリップ防止のためにタイミングベルト下部と木材８上部を挟み込んで送材する下部ローラ１２及び自重にて加圧する上部ローラ１３、木材８の表面を照射する照明装置１４と木材８の裏面を照射する照明装置１５、木材８の表面を撮像するカメラ１６と、カメラ１６が外乱光の影響を受けずに撮像することが可能な遮光ボックス１７とカメラ１６にて撮像された木材８の画像情報から死節又は生き節を認識する画像処理部１８と、タイミングベルトコンベア９ａ、９ｂ等を含む各機器を統括して制御するロボットコントローラ１９と、カメラ１６及び画像処理部１８、ロボットコントローラ１９を介して検出された木材７の死節又は生き節の脱落を防止する節脱落防止処理部２０と、該単板に紫外線を照射して節脱落防止剤表面を硬化させる硬化促進装置（図示せず）とから主に構成されている。
【００２０】
画像処理部１８は、カメラ１６にて撮像された木材８の表面の画像情報を、所定のしきい値で２値化して画像処理する画像アプリケーション部２１と、画像処理の結果から木材８の表面に死節又は生き節が認識されたとき、検出された欠点の中心位置を算出する演算部２２と、演算部２２にて算出された木材８の欠点の中心位置を記憶する記憶部２３とから構成されている。
【００２１】
節脱落防止処理部２０は、図１に示すように、タイミングベルトコンベア９ａ、９ｂにより送材される木材８の死節又は生き節に節脱落防止剤を塗布するための接着材塗布器２４と、接着材塗布器２４が木材８の欠点の中心位置に移動するように位置決めされる産業用ロボット３１並びにロボット設置架台２５から構成されている。本実施の形態では、節脱落防止処理部に産業用ロボットを用いたが、機能が実施できれば、Ｘ−ＹステージもしくはＸ−Ｙ−Ｚステージなどで構成しても構わない。
【００２２】
まず、例えば長さ２００ｃｍ、幅１０５ｃｍ、厚さ０．３ｃｍのサイズの木材８が、タイミングベルトコンベア９ａ上に載置される。次に、コンベアモータ７を介してタイミングベルトコンベア９ａ、９ｂが駆動されると、木材８の搬送が開始される。遮光ボックス内に設置されたカメラでは１台あたり木材表面の約１０００ｍｍ×４５０ｍｍの範囲を撮像し、２台のカメラにて撮像した画像情報を合成して約１０００ｍｍ×９００ｍｍの画像情報として画像処理部にて画像処理を行い、認識した死節又は生き節を効率的な節脱落防止処理が行えるようにデータの並べ替えを行った後、ロボットコントローラへ送信する。本実施例では、２台のカメラを用いて撮像したが、必要な解像度が得られるのであれば、カメラの台数は限定しない。
【００２３】
この際、上方又は下方より灯光装置により照射され、その反射光又は透過光として捉えた木材８の表面は、カメラ１６のビデオ入力により撮像される。撮像された木材８の表面の画像は、上方より照射した反射光の場合、死節又は生き節は暗く写され、その他の良質な部分は、明るく写される。一方下方より照射した透過光の場合、生き節は明るく写され、その他の部分は、暗く写される。
【００２４】
その後、画像処理部１８によって予め設定したしきい値による２値化処理を行う。更に表面の色の影響や割れ、汚れなどにより２値化処理において不要な画素が抽出されたり、節が分断される場合があるため、ノイズ除去処理として、膨張処理と縮退処理を行った後、節の部分を抽出し、個数、面積、図形特徴量の算出を行うと共に、画素数の少ない図形、多過ぎる図形を除去する。
【００２５】
次に得られた図形から図形面積、外接長方形、外接長方形と図形との面積比、外接長方形の縦横比を算出し、それぞれの算出値と予め設定していた基準値と比較することで該図形が節部分か節以外の部分かを認識し、外接長方形の中心を節の座標値とし、外接長方形の垂直径と水平径を比べ小さい値を節の大きさとする。このように、カメラ１６の撮像範囲毎に木材８の表面の画像を画像処理して行くことにより木材８に存在する全ての死節又は生き節が検出される。
【００２６】
また、これらの画像処理を左右のカメラ毎に行い、カメラ１６で得られた座標値に対しては、あらかじめキャリブレーションにより求めておいたオフセット値を付加し、統合データとする。
【００２７】
また、画像処理部で得られた死節又は生き節のデータ順が節脱落防止処理を行うための最適なデータ順ではないために、効率的な節脱落防止処理経路になるように、データの入れ替えを行う。本実施の形態では、処理エリアを進行方向に対して３分割し、それぞれの分割エリア毎に左から右、右から左、左から右と移動できるようにデータの順序を入れ替える。
【００２８】
その後、エアーコンプレッサー２６、調圧器２７、圧送ポンプ２８、電磁弁２９、接着材塗布器２４等で構成される接着材塗布システム３０及び産業用ロボット３１で構成される節脱落防止処理部２０の接着材塗布器２４の中心の処理対象範囲内に死節又は生き節の中心位置が入った時点でロボットコントローラ１９は、接着材塗布器２４の塗布中心位置が木材６の死節又は生き節の中心位置にくるように産業用ロボット３１を位置決めするとともに、木材６の死節又は生き節が覆われる大きさになるように接着材塗布器２４の塗布高さを決定する。
【００２９】
位置決めした後、接着材塗布器２４から木材８の死節又は生き節が覆われる大きさになるような塗布高さで所定時間節脱落防止剤を塗布し、これらはロボットコントローラ１９からの信号で電磁弁２９を制御することで塗布条件を制御する。これにより節脱落防止剤が死節又は生き節と単板材面を繋ぎ合わせ、死節又は生き節の脱落を防止する。
【００３０】
さらに、装置全体の処理能力を高めるため、コンベアを連続して動作したまま、節脱落防止剤塗布処理を行う。これには目標とする死節又は生き節の位置が常に移動しても、目標の移動に接着材塗布器２４の塗布中心位置を追従させ、節脱落防止剤を塗布する機能であり、タイミングベルトコンベア９ａ、９ｂの動きをロータリーエンコーダ１０で感知し、これに同期させて接着材塗布器２４の塗布中心位置を移動させる。
【００３１】
また、これら動作が間に合わず、処理対象範囲内の下流側に死節又は生き節部分が到達した場合、コンベアを一時的に停止して、節脱落防止剤塗布処理を行う。
【００３２】
節脱落防止剤塗布処理を行った後、紫外線照射装置に木材を送入する。紫外線照射装置では木材の上方から紫外線を照射し節脱落防止剤成分を速やかに硬化させる。
【符号の説明】
【００３３】
１：原木
２：単板
３：切削刃
４：死節
５：生き節
６：開裂
７：コンベアモータ
８：木材
９ａ：タイミングベルトコンベア
９ｂ：タイミングベルトコンベア
１０：ロータリーエンコーダ
１１：インバータ
１２：下部ローラ
１３：上部ローラ
１４：木材の表面を照射する照明装置
１５：木材の裏面を照射する照明装置
１６：カメラ
１７：遮光ボックス
１８：画像処理部
１９：ロボットコントローラ
２０：節脱落防止処理部
２１：画像アプリケーション部
２２：演算部
２３：記憶部
２４：接着材塗布器
２５：ロボット設置架台
２６：エアーコンプレッサー
２７：調圧器
２８：圧送ポンプ
２９：電磁弁
３０：接着材塗布システム
３１：産業用ロボット  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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