JP2006226950A - 木材の検査方法及び木材の検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】木材の表裏を高い精度で正確且つ確実に判定することができる木材の検査方法及び木材の検査装置を提供する。
【解決手段】板状に加工された木材Ａの木口面Ａａを撮影し、撮影された画像を２値化処理して年輪線Ａｂを抽出するととともに、抽出した年輪線Ａｂの画素データをモデルパターンと比較して年輪線Ａｂの方向性を求め、求められた年輪線Ａｂの方向性から木材Ａの表裏を判定する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、板状に加工された木材の検査方法及び木材の検査装置に関し、より詳しくは、集成材の製造工程等において表裏判定を行う木材の検査方法及び木材の検査装置に関する。

板状に加工された木材は乾燥することで反りが生じる。この反りは、木材の木口面（丸太状の材木を横切りにした年輪が現れる面）に描かれる湾曲した年輪の線が真っ直ぐになるように生じ、板状の木材を表裏を上下にして木口面から見た場合に、年輪の中心となる芯が上方に位置して年輪が現れていれば端の部分が下方を向くように、つまり上を凸として反り、逆に芯が下方に位置していれば端は上方を向くように、つまり上を凹として反りが発生するものである。

また、集成材は数枚の板材を張り合わせて製造されるが、通常は互いに反りが反発するように、つまり、木口面に現れる年輪線の湾曲が互いに逆向きとなるように重ね合わせるようにしている。

しかし、従来の集成材の製造工程においては板状に加工された木材を作業者の目で見て表裏判定し、木材の表裏が所望する向きとなるように、１枚ずつ手作業により修正しなければならず、長尺で重い木材を高速で搬送しながら修正作業を行うため、作業時の危険性が高く、重労働であるため、作業者に与える負担が大きく、自動化が望まれていた。

なお、木材の検査方法に関する従来技術としては、丸太状の木材の木口面をカメラで撮影し、その木口面の重心位置を通るラインの輝度分布を求めて、変化の大きい箇所を年輪としてカウントし、木材の年輪数を測定する特許文献１の木材の年輪数測定方法があるが、この方法を用いても木材の表裏を判定することは不可能である。

特開平１１−２３２４２７号

この発明は上記問題に鑑み、木材の表裏を高い精度で正確且つ確実に判定することができる木材の検査方法及び木材の検査装置の提供を目的とする。

請求項１に記載した発明の木材の検査方法は、板状に加工された木材の木口面を撮影し、該撮影された画像を２値化処理して年輪線を抽出するとともに、上記抽出した年輪線の画素データをモデルパターンと比較することで年輪線の方向性を求め、上記求められた年輪線の方向性に基づいて木材の表裏を判定することを特徴とする。

つまり、木材の木口面を撮影し、撮影された画像を２値化処理して年輪線を抽出するとともに、抽出した年輪線の画素データをモデルパターンと比較することで年輪線の方向性を求め、求められた年輪線の方向性に基づいて木材の表裏を判定する。なお、木材の表裏としては、反りが発生した場合に木口面から見て湾曲して凸となる面と凹となる面があり、その何れか一方を表とし、他方を裏として判定する。

請求項２に記載した発明の木材の検査方法は、上記請求項１に記載の構成と併せて、上記２値化処理した画像に、上記モデルパターンと比較する複数の検査領域を設定することを特徴とする。つまり、一例として、画像の中央を境とした左右の範囲に、年輪線の部分を含む複数の検査領域を設定して、検査領域内の全画素を対象として、予め記憶したモデルパターンと比較処理する。

請求項３に記載した発明の木材の検査方法は、上記請求項１または２に記載の構成と併せて、上記モデルパターンが、斜めに配列させた画素の配置を特徴とした様々なパターンであることを特徴とする。つまり、年輪線が抽出された画素データの全ての画素を、左上がりや右上がり等の斜めに配列した画素の配置を特徴とする様々なモデルパターンと比較して、年輪線の方向性を求める。

請求項４に記載した発明の木材の検査装置は、板状に加工された木材を、該木材の木口面を側方に向けて搬送する搬送手段と、上記搬送手段の側方に配置され木材の木口面を撮影する撮影手段と、上記撮影された画像を処理し年輪線を抽出する２値化処理手段と、上記抽出した年輪線の画素データを、予め記憶したモデルパターンと比較させて年輪線の方向性を求める比較手段と、上記求めた年輪線の方向性に基づいて木材の表裏を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。

上記撮影手段は、例えばＣＣＤカメラ、ディジタルカメラ等の光学的撮影装置で構成することができる。また、２値化処理手段、比較手段、判定手段は、撮影された画像を基にそれぞれの処理を実行するようプログラムされたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたパーソナルコンピューター等からなる画像処理装置により構成することができる。

つまり、板状に加工された木材を、その木材の木口面を側方に向けて搬送手段により搬送するとともに、木材の木口面を撮影手段により撮影して、その撮影された画像を２値化処理手段に出力する。２値化処理手段は、撮影手段により撮影された画像を処理して年輪線を抽出し、その抽出した年輪線の画素データを比較手段に出力する。比較手段は、２値化処理手段より抽出した年輪線の画素データを、予め記憶したモデルパターンと比較させて年輪線の方向性を求め、その求めた方向性を判定手段に出力する。判定手段は、比較手段により求められた年輪線の方向性に基づいて木材の表裏を判定し、その判定信号を、例えば木材の反転装置等に出力する。

この発明によれば、板状に加工された木材の木口面を撮影し、該撮影された画像を２値化処理して年輪線を抽出するとともに、抽出した年輪線の画素データをモデルパターンと比較することで年輪線の方向性を求め、求められた年輪線の方向性に基づいて木材の表裏を判定するので、人手を要することなく自動的に、また、正確且つ確実に木材の表裏判定を行うことができる。

この発明は、人手を要することなく自動的に、また、正確且つ確実に木材の表裏判定を行うことができるという目的を、木材の木口面を撮影した画像を２値化処理して年輪線を抽出し、抽出した年輪線の画素データをモデルパターンと比較して年輪線の方向性を求め、求められた年輪線の方向性に基づいて木材の表裏を判定することで達成した。

この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面は、木材の表裏を判定する作業に用いられる木材の検査方法及び木材の検査装置を示し、図１に於いて、この木材の検査方法は、例えば芯部分の木材、芯付近の木材、芯から離れた部分の木材等の板状に加工された木材Ａにおける年輪が現れる木口面Ａａの画像を撮影し、その撮影された画像を、所定の閾値を基準に２値化処理して年輪線Ａｂを抽出し、該抽出した年輪線Ａｂの画素データをモデルパターンと比較して一致するパターンを求め、その比較して求めた年輪線Ａｂの方向性に基づいて木材Ａの表裏を判定するものである。なお、本実施例においては、木材Ａに反りが発生した場合に、木口面Ａａ側から見て凸として湾曲することが推測される面を表とし、その裏側で凹となって湾曲する面を裏として、上を向いている面が何れかを判定するものとする。

上記方法を備えた木材Ａの検査装置１は、板状に加工された木材Ａを、その長手方向が搬送方向に対して略直交する姿勢に載置して、長手方向の端面となる木口面Ａａを側方に向けて搬送する搬送コンベヤ２と、搬送コンベヤ２の側方に配置され搬送される木材Ａの木口面Ａａの画像を撮影する撮影カメラ３と、撮影カメラ３により撮影された画像データを処理するようにプログラムされたパーソナルコンピューター等からなる画像処理装置５を備えている。

上記画像処理装置５は、撮影カメラ３により撮影された画像を２値化処理して年輪線Ａｂを抽出する２値化処理手段６と、抽出した年輪線Ａｂの画素データと、予め記憶した様々なモデルパターンとを比較して年輪線の方向性を求める比較手段７と、比較手段７により求めた年輪線Ａｂの方向性に基づいて木材Ａの表裏を判定し、その判定信号を制御装置９に出力する判定手段８とを備えている。

前記搬送コンベヤ２は、板状に加工された木材Ａを搬送方向に対して略直交する姿勢に載置するとともに、木材Ａの木口面Ａａを、後述する撮影カメラ３のカメラ軸に対して略垂直に向けたまま連続して搬送する。また、搬送コンベヤ２上に設定した撮影区間には、木材Ａが撮影区間に搬送されたことを検知する検知センサＳを配置している。つまり、検知センサＳは、木材Ａを検知することで搬送コンベヤ２上に設定された、木口面Ａａを撮影する撮影カメラ３の撮影区間に木材Ａが到達したことを検知し、その検知信号を制御装置９に出力する。

前記撮影カメラ３は、搬送コンベヤ２上に設定した撮影区間の側方に、その撮影区間内に位置する木材Ａの側方を向いた木口面Ａａと対向して配置され、検知センサＳの検知信号に基づく制御装置９からの撮影トリガ信号の出力タイミングで木材Ａの木口面Ａａを撮影し、その撮影した画像データを画像処理装置５に出力する。また、撮影カメラ３近傍に配置した照光ユニット４は、年輪線Ａｂを抽出するのに適した明るさに木材Ａの木口面Ａａを照光する。

前記画像処理装置５の２値化処理手段６は、撮影カメラ３から取り込まれる画像データの全ての画素について、微分処理により周囲に配置されている画素との明暗のコントラストを強調させた後、所定輝度の閾値により２値化して年輪線Ａｂに対応した画素を黒画素として抽出する。

前記比較手段７は、図２に示すように、木材Ａの木口面Ａａの画像における中心線Ｃの左右の範囲もしくは何れか一方に、年輪線Ａｂの部分を含む所定の大きさからなる検査領域Ｂ（Ｂａ，Ｂｂ，Ｂｃ）を設定するようになっている。また、検査領域Ｂ内の画素データと比較させるための、図４、図５に一例として示すようなモデルパターンＭを予め記憶させて備えている。このモデルパターンＭは、正方形となるような縦横に３×３で配置された計９個の黒画素Ｍａ、白画素Ｍｂの組み合わせからなり、正方形の一方の対角線に沿って２個もしくは３個の黒画素Ｍａを斜めに配列させた画素の配置を特徴としたものであって、これを基準として黒画素Ｍａを加えた場合の様々なパターンから構成されている。図４に示す（ａ）、（ｂ）は、左上がりの対角線に沿ったモデルパターンＭを示し、図５に示す（ｃ）、（ｄ）は、右上がりのモデルパターンＭを示している。

このようなモデルパターンＭを用いて年輪線Ａｂの方向性を求めるには、図３に示すような２値化処理されて黒画素により年輪線Ａｂが抽出された画素データの全ての画素を対象に、記憶した全てのモデルパターンＭを順次当てはめて比較していく。これにより、例えば図４の（ａ）のモデルパターンＭの場合、図３にて点線で取り囲んだＭ１においてパターンが一致し、左上がりパターンのマッチングスコアを加算する。

このように、左上がり、右上がりの全てのモデルパターンＭについて比較してマッチングスコアの加算を行い、左上がりパターンと右上がりパターンにおけるマッチングスコアの合計を比較する。図３に示す画素データの場合、例えば図５に示す（ｃ）、（ｄ）のモデルパターンＭの一致はなく、右上がりパターンとしてのマッチングスコアの加算はないので、抽出される年輪線Ａｂについては、左上がりパターンの方がマッチングスコアのポイントが高くなり、左上がりの方向性を示しているものと判断することができる。

なお、図３は年輪線Ａｂを示す画素データの検査領域Ｂ内の一部を示したもので、モデルパターンＭの比較は検査領域Ｂの全域を対象に実行される。また、左上がりパターン、右上がりパターンの両方でマッチングスコアが近似し、十分に方向性を判断できない場合には、検査領域Ｂの位置をＢａからＢｂへ、さらにＢｃへと変更するようにしている。

前記判定手段８は、上記比較手段７で求めた年輪線Ａｂの方向性に基づいて木材Ａの表裏を判定し、その判定結果を画像処理装置５が備えるモニタ画面に表示するとともに、制御装置９へ出力するようになっている。すなわち、判定手段８では比較手段７の比較結果により、木口面Ａａを中心で分けた左右の範囲において、左側の範囲で右上がりの方向性、もしくは、右側の範囲で左上がりの方向性が求められた場合は、検査状態にある木材Ａは年輪の中心が下方にあり、年輪線Ａａの円弧の湾曲部分が上方を向き、該木材Ａは木口面Ａａ側から見ると乾燥時に上に凹となって反ることが推測されることから、裏として判定するようになっており、逆に、左側の範囲で左上がりの方向性、もしくは、右側の範囲で右上がりの方向性が求められた場合は、検査状態にある木材Ａは年輪の中心が上方にあり、年輪線Ａａの円弧の湾曲部分が下方を向き、該木材Ａは木口面Ａａ側から見ると乾燥時に上に凸となって反ることが推測され、表として判定するようにしている。

このような判定方法は一例に過ぎず、年輪線Ａｂの方向性に基づくものであれば、求められる判定精度や木材Ａの種類や大きさ等による年輪の特性等に応じて様々に設定することが可能であり、左右で方向性が共通する場合であっても、それによって考え得る判定結果を当てはめるように設定しても良い。また、左右とも左上がりまたは右上がりの斜め方向性が求められなかった場合には、木口面Ａａの上下中央付近に年輪の中心が位置して、乾燥しても殆ど反りを生じないものとして判定することができ、例えば木材Ａを選別処理する作業においては、木表、木裏と合わせて芯持ちとして判定出力する。

なお、検査領域Ｂは図２における中心線Ｃの左右一方の範囲だけで設定するようにしても良いが、両方に設定するようにした方がより精度の高い判定を行うことができ、さらに、２箇所以上であっても良く、必ずしも中心線Ｃの左右でなくともこれにとらわれず複数箇所に設定するようにしても良い。また、複数設定した場合に、各検査領域Ｂ間において比較手段７の比較結果が矛盾し、正確に判定できない場合は判定不能とする。

前記制御装置９は、搬送コンベヤ２、撮影カメラ３の動作を制御するとともに、画像処理装置５からの表裏判定結果に基づき反転装置１０に反転指令を出力する。一方、搬送コンベヤ２上の撮影区間の下流側に配置された反転装置１０は、これに基づいて、搬送コンベヤ２が搬送する木材Ａを表面及び裏面が所望する向きとなる状態に反転動作する。

図示実施例は上記の如く構成するものにして、以下、木材Ａの検査装置１により木材Ａの表裏を判定する方法を説明する。

先ず、図１に示すように、搬送コンベヤ２上の撮影区間に搬送された木材Ａを検知センサＳが検知すると、制御装置９は、検知センサＳから出力される検知信号に基づいて、木材Ａの木口面Ａａを撮影する撮影トリガ信号を撮影カメラ３に出力する。

次に、撮影カメラ３は、制御装置９から出力される撮影トリガ信号に基づいて、木材Ａの木口面Ａａの画像を撮影するとともに、その撮影した画像データを、画像処理装置５の２値化処理手段６に出力する。

次に、図６に示すように、画像処理装置５の２値化処理手段６は、撮影カメラ３により撮影した画像データを取り込むとともに（ステップ１）、画像データにおける全ての画素について、各画素毎に、周囲に配列された画素との明暗のコントラストを強調させる微分処理を実行する（ステップ２）。

次に、微分処理された全画素データを、所定輝度の閾値により２値化処理して（ステップ３）、木材Ａの年輪線Ａｂに対応する画素を抽出するとともに、その抽出した年輪線Ａｂのデータを比較手段７に出力する。

次に、比較手段７は、２値化処理された木口面Ａａの画素データ上において、その中央（図２の中心線Ｃ）を境とした左右の範囲に、年輪線Ａｂの部分を含む検査領域Ｂをそれぞれ設定して、先ず左側の範囲の検査領域Ｂ内の全画素を対象として、予め記憶したモデルパターンＭのうち図４に示すような左上がりパターンの全てのモデルパターンＭを用いて比較処理を実行し、パターンが一致する毎にマッチングスコアの加算を行う（ステップ４）。

続いて、図５に示すような右上がりパターンの全てのモデルパターンを用いた比較処理及びマッチングスコアの加算を実行した後、左上がりパターン、右上がりパターンの両者のマッチングスコアを比較して、今回の検査領域Ｂにおける年輪線Ａｂの方向性を求める。引き続き、中心線Ｃの右側の範囲についても同様の処理によって年輪線Ａｂの方向性を求める。これらにより、左右両方の範囲で年輪線Ａｂの方向性を求めて判定手段７に出力する。

次に、判定手段８は、比較手段７で求めた年輪線Ａｂの方向性に基づいて、検査対象としている木材Ａの木口面Ａａに現れている年輪の湾曲した部分が向いている方向を検出し、これにより木材Ａの表裏を判定する（ステップ５）。つまり、湾曲部分が上方を向いていれば木材Ａの乾燥時に、木口面Ａａ側から見て上に凹として反りを生じることが推測されるので裏と判定し、逆に下方を向いていれば上に凸として反りを生じ表と判定する。続いて、判定手段８は制御装置９に今回の判定結果を出力する（ステップ６）。

この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明の撮影手段は、実施例の撮影カメラ３に対応し、
以下同様に、搬送手段は、搬送コンベヤ２に対応するも、
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。

木材の検査装置による検査方法を示すシステム構成図。 木口面における左右の検査領域を示す木材の端面図。 検査領域中の比較箇所を示す領域拡大図。 左上がりのパターンを示すモデルパターンの説明図。 右上がりのパターンを示すモデルパターンの説明図。 木材の表裏を判定する画像処理動作を示すフローチャート図。

符号の説明

Ａ…木材
Ａａ…木口面
Ａｂ…年輪線
Ｓ…検知センサ
１…木材の検査装置
２…搬送コンベヤ
３…撮影カメラ
４…照光ユニット
５…画像処理装置
６…２値化処理手段
７…比較手段
８…判定手段
９…制御装置
１０…反転装置

Claims (4)

1. 板状に加工された木材の木口面を撮影し、該撮影された画像を２値化処理して年輪線を抽出するとともに、
   上記抽出した年輪線の画素データをモデルパターンと比較することで年輪線の方向性を求め、
   上記求められた年輪線の方向性に基づいて木材の表裏を判定することを特徴とする
   木材の検査方法。
2. 上記２値化処理した画像に、上記モデルパターンと比較する複数の検査領域を設定することを特徴とする
   請求項１に記載の木材の検査方法。
3. 上記モデルパターンが、斜めに配列させた画素の配置を特徴とした様々なパターンであることを特徴とする
   請求項１または２に記載の木材の検査方法。
4. 板状に加工された木材を、該木材の木口面を側方に向けて搬送する搬送手段と、
   上記搬送手段の側方に配置され木材の木口面を撮影する撮影手段と、
   上記撮影された画像を処理し年輪線を抽出する２値化処理手段と、
   上記抽出した年輪線の画素データを、予め記憶したモデルパターンと比較させて年輪線の方向性を求める比較手段と、
   上記求めた年輪線の方向性に基づいて木材の表裏を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする
   木材の検査装置。
   

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