JP5249252B2 - シミュレーション方法、シミュレーション装置およびシミュレーションプログラム - Google Patents

Description

本発明は、成形対象の木材を圧縮する前に切削する必要がある箇所を模擬的に抽出するシミュレーション方法、シミュレーション装置およびシミュレーションプログラムに関する。

近年、自然素材である木材が注目されている。木材はさまざまな木目を有するため、原木から形取る箇所に応じて個体差が生じ、その個体差が製品ごとの個性となる。また、長期の使用によって生じる傷や色合いの変化自体も、独特の風合いとなって使用者に親しみを生じさせることがある。これらの理由により、合成樹脂や軽金属を用いた製品にはない、個性的で味わい深い製品を生み出すことのできる素材として木材が注目されており、その成形技術も飛躍的に進歩しつつある。

従来、かかる木材の成形技術として、吸水軟化した１枚の木材を圧縮し、その木材を圧縮方向と略平行にスライスして板状の一次固定品を得た後、この一次固定品を加熱吸水させながら所定の３次元形状に成形する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。また、軟化処理した状態で圧縮した１枚の木材を仮固定し、この木材を型に入れて回復させることによって型成形する技術も知られている（例えば、特許文献２を参照）。

特許第３０７８４５２号公報 特開平１１−７７６１９号公報

しかしながら、上述した特許文献１および２に記載の従来技術では、成形対象の木材に節が含まれている場合、木材の節の部分は硬度が高い上、圧縮力を加えると座屈や割れ等の不具合を発生することが多いため、適切な圧縮成形を行うことができなかった。この結果、材料の無駄が生じやすく、歩留まりの向上を妨げる原因の一つにもなっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、節を有する木材であっても適切な圧縮成形を行うことを可能にし、歩留まりの向上を実現することができるシミュレーション方法、シミュレーション装置およびシミュレーションプログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るシミュレーション方法は、原木から形取るべきブランク材の形状に関する情報、該ブランク材を圧縮することによって得られる木材の最終形状に関する情報、および原木から形取ったブランク材の表面を撮影することによって得られた画像データを記憶する記憶手段を備えたコンピュータが、前記木材を圧縮する前に切削すべき箇所を模擬的に抽出するシミュレーション方法であって、前記記憶手段が記憶する画像データを読み出し、この読み出した画像データを用いた画像認識を行うことによって前記ブランク材の表面に表出している節を検出する節検出ステップと、前記節検出ステップで節を検出した場合、前記記憶手段が記憶する前記ブランク材の形状情報を参照することによって該節の形状を推定する節形状推定ステップと、前記節形状推定ステップで推定した節の形状に基づいて、該節の一部を含み、かつ該節の部分の厚さが前記ブランク材を圧縮した後の厚さと略等しくなるように、前記ブランク材の切削箇所および切削形状を決定する切削態様決定ステップと、を有することを特徴とする。

また、本発明に係るシミュレーション方法は、上記発明において、前記ブランク材は略椀状をなし、前記切削態様決定ステップは、前記切削箇所を前記ブランク材の内側面側に設けることを特徴とする。

また、本発明に係るシミュレーション方法は、上記発明において、前記切削形状は、前記節形状推定ステップで推定した節の断面を底面に含み、該底面の面積よりも面積が大きい開口面を有し、かつ前記底面の縁を外縁として前記ブランク材の厚さ方向に略沿って延びる柱状領域が前記底面を除く切削面と交差しない凹状をなすことを特徴とする。

また、本発明に係るシミュレーション方法は、上記発明において、前記節形状推定ステップが推定した節と該節の周囲の木質部との間に隙間がある場合、該隙間の容積を推定する隙間容積推定ステップを有し、前記切削態様決定ステップは、前記隙間容積推定ステップが推定した隙間の容積も参照して前記切削箇所の形状を決定することを特徴とする。

また、本発明に係るシミュレーション方法は、上記発明において、前記切削態様決定ステップで決定した切削箇所および切削形状を模擬的に表示するシミュレーション画像を生成するシミュレーション画像生成ステップと、前記シミュレーション画像生成ステップで生成したシミュレーション画像を表示する表示ステップと、をさらに有することを特徴とする。

また、本発明に係るシミュレーション装置は、原木から形取るべきブランク材の形状に関する情報、該ブランク材を圧縮することによって得られる木材の最終形状に関する情報、および原木から形取ったブランク材の表面を撮影することによって得られた画像データを記憶する記憶手段と、前記記憶手段が記憶する画像データを読み出し、この読み出した画像データを用いた画像認識を行うことによって前記ブランク材の表面に表出している節を検出する節検出手段と、前記記憶手段が記憶する前記ブランク材の形状情報を参照することによって前記節検出手段が検出した節の形状を推定する節形状推定手段と、前記節形状推定手段が推定した節の形状に基づいて、該節の一部を含み、かつ該節の部分の厚さが前記ブランク材を圧縮した後の厚さと略等しくなるように前記ブランク材の切削箇所および切削形状を決定する切削態様決定手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係るシミュレーション装置は、上記発明において、前記ブランク材は略椀状をなし、前記切削態様決定手段は、前記切削箇所を前記ブランク材の内側面側に設けることを特徴とする。

また、本発明に係るシミュレーション装置は、上記発明において、前記切削形状は、前記節形状推定手段が推定した節の断面を底面に含み、該底面の面積よりも面積が大きい開口面を有し、かつ前記底面の縁を外縁として前記ブランク材の厚さ方向に略沿って延びる柱状領域が前記底面を除く切削面と交差しない凹状をなすことを特徴とする。

また、本発明に係るシミュレーション装置は、上記発明において、前記節形状推定手段が推定した節と該節の周囲の木質部との間に隙間がある場合、該隙間の容積を推定する隙間容積推定手段を有し、前記切削態様決定手段は、前記隙間容積推定手段が推定した隙間の容積も参照して前記切削箇所の形状を決定することを特徴とする。

また、本発明に係るシミュレーション装置は、上記発明において、前記切削態様決定手段が決定した切削箇所および切削形状を模擬的に表示するシミュレーション画像を生成するシミュレーション画像生成手段と、前記シミュレーション画像生成手段が生成したシミュレーション画像を表示する表示手段と、をさらに備えたことを特徴とする。

また、本発明に係るシミュレーションプログラムは、上記いずれかに記載したシミュレーション方法を前記コンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、記憶手段が記憶する画像データを読み出し、この読み出した画像データを用いた画像認識を行うことによってブランク材の表面に表出している節を検出し、節が検出された場合、記憶手段が記憶するブランク材の形状情報を参照することによって該節の形状を推定し、この推定結果に基づいて、該節の一部を含み、かつ該節の部分の厚さがブランク材を圧縮した後の厚さと略等しくなるようにブランク材の切削箇所および切削形状を決定するため、節を有するブランク材を圧縮する際にブランク材の節の部分に圧縮力がほとんど加わらないような形状に切削するのを支援することができる。したがって、節を有する木材であっても適切な圧縮成形を行うことを可能にし、歩留まりの向上を実現することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係るシミュレーション装置の機能構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係るシミュレーション装置の形状情報記憶部が記憶するブランク材の形状を示す平面図である。 図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。 図４は、図２のＢ−Ｂ線断面図である。 図５は、本発明の実施の形態１に係るシミュレーション方法の処理の概要を示すフローチャートである。 図６は、本発明の実施の形態１に係るシミュレーション方法におけるブランク材の外側面の画像データの表示例を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態１に係るシミュレーション方法におけるブランク材の内側面の画像データの表示例を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態１に係るシミュレーション装置の節形状推定部が推定した節の形状を示す断面図である。 図９は、図８と直交する方向の断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態１に係るシミュレーション装置の切削態様決定部が決定した切削形状の一部を示す断面図である。 図１１は、図１０と直交する方向の断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態１に係るシミュレーション方法におけるブランク材の内側面のシミュレーション画像の表示例を示す図である。 図１３は、本発明の実施の形態１に係るシミュレーション方法におけるブランク材の断面のシミュレーション画像の表示例を示す図である。 図１４は、図１３と直交する方向のブランク材の断面のシミュレーション画像の表示例を示す図である。 図１５は、ブランク材の圧縮工程の概要を示すとともに圧縮工程で使用する一対の金型の構成を示す図である。 図１６は、ブランク材の圧縮工程において一対の金型がブランク材に対して圧縮力を加え始めた状態を示す図である。 図１７は、ブランク材の圧縮工程においてブランク材の変形が完了した状態を示す図である。 図１８は、ブランク材を圧縮成形することによって得られた圧縮木材の外側面の構成を示す平面図である。 図１９は、図１８のＥ−Ｅ線断面図である。 図２０は、図１８のＦ−Ｆ線断面図である。 図２１は、本発明の実施の形態２に係るシミュレーション装置の機能構成を示すブロック図である。 図２２は、本発明の実施の形態２に係るシミュレーション方法の処理の概要を示すフローチャートである。 図２３は、本発明の実施の形態２に係るシミュレーション方法におけるブランク材の外側面の画像データの表示例を示す図である。 図２４は、本発明の実施の形態２に係るシミュレーション方法におけるブランク材の内側面の画像データの表示例を示す図である。 図２５は、本発明の実施の形態２に係るシミュレーション装置の節形状推定部が推定した節の形状を示す断面図である。 図２６は、図２５と直交する方向の断面図である。 図２７は、本発明の実施の形態２に係るシミュレーション装置の切削態様決定部が決定した切削形状の一部を示す断面図である。 図２８は、図２７と直交する方向の断面図である。 図２９は、本発明の実施の形態２に係るシミュレーション方法におけるブランク材の内側面のシミュレーション画像の表示例を示す図である。 図３０は、本発明の実施の形態２に係るシミュレーション方法におけるブランク材の断面のシミュレーション画像の表示例を示す図である。 図３１は、図３０と直交する方向のブランク材の断面のシミュレーション画像の表示例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」と称する）を説明する。なお、以下の説明で参照する図面は模式的なものであって、同じ物体を異なる図面で示す場合には、寸法や縮尺等が異なる場合もある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るシミュレーション装置の構成を示すブロック図である。同図に示すシミュレーション装置１は、原木から形取ったブランク材の節の有無を検出し、節を検出した場合にその節の位置に応じて切削すべき箇所および形状のシミュレーションを行う装置である。

シミュレーション装置１は、外部からの情報の入力を受け付ける入力部２と、ブランク材の表面を撮影した画像データに対して画像処理を施す画像処理部３と、液晶、プラズマまたは有機ＥＬ等を用いて実現され、シミュレーション結果を含む各種情報を表示する表示部４と、画像処理部３が参照する画像データを含む各種情報を記憶する記憶部５と、シミュレーション装置１の動作を制御する制御部６と、を備える。

画像処理部３は、ブランク材の表面に表出している節をパターンマッチングによって検出する節検出部３１と、ブランク材に対する切削箇所および切削形状を模擬的に表示するシミュレーション画像を生成するシミュレーション画像生成部３２とを有する。

記憶部５は、予め設定されたブランク材の形状に関する情報およびブランク材を圧縮した後の形状に関する情報を記憶する形状情報記憶部５１と、原木から形取ったブランク材の表面を撮影した画像データを記憶する画像データ記憶部５２と、節検出部３１がパターンマッチングを行う際に参照する節のパターンを記憶するパターン情報記憶部５３と、本実施の形態１に係るシミュレーションプログラムを含む各種プログラムを記憶するプログラム記憶部５４と、を有する。記憶部５は、シミュレーション装置１の内部に固定的に設けられるフラッシュメモリやＲＡＭ等の半導体メモリを用いて実現される。なお、記憶部５が、外部から装着されるメモリカード等の記録媒体に対して情報を記録する一方、記録媒体が記録する情報を読み出す記録媒体インターフェースとしての機能を有していてもよい。また、本実施の形態１に係るシミュレーションプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読取可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。

制御部６は、形状情報記憶部５１が記憶するブランク材の形状情報を参照することによって節検出部３１が検出した節のブランク材内部の形状を推定する節形状推定部６１と、節形状推定部６１が推定した節の形状に基づいて、ブランク材の切削箇所および切削形状を決定する切削態様決定部６２とを有する。制御部６はＭＰＵ（Micro Processing Unit）等を用いて実現され、制御対象であるシミュレーション装置１の各構成部位とバスラインを介して接続されている。

以上の構成を有するシミュレーション装置１は、１または複数のコンピュータによって実現される。このうち、シミュレーション装置１を複数のコンピュータによって実現する場合には、当該シミュレーション装置１の少なくとも一部の機能をなすコンピュータ同士が直接的に接続される場合に加えて、適当な通信回線（インターネット、専用網、電話網など）を介して相互に接続される場合も含まれるものとする。

図２は、形状情報記憶部５１が記憶するブランク材の形状を示す平面図である。また、図３は図２のＡ−Ａ線断面図であり、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図である。図２〜図４に示すブランク材１００は、略椀状をなし、圧縮成形を行うことによって減少する分の体積を予め加えた体積を有する。ブランク材１００において、Ａ−Ａ線断面と平行な断面は図３と略相似な形状をなす一方、Ｂ−Ｂ線断面と平行な断面は図４と略相似な形状をなしている。ブランク材１００の原材料は、ヒノキ、ヒバ、桐、杉、松、桜、欅、黒檀、紫檀、竹、チーク、マホガニー、ローズウッドなどの中から、圧縮成形後の用途を含む各種条件に応じて最適な材料を選択すればよい。

図５は、本実施の形態１に係るシミュレーション方法の処理の概要を示すフローチャートである。図５において、まず節検出部３１が、画像データ記憶部５２から形取ったブランク材の表面の画像データを読み出し、ブランク材の表面に存在する節を検出する（ステップＳ１）。より具体的には、節検出部３１は、ブランク材の表面の画像データを画像データ記憶部５２から読み出すとともに、パターン情報記憶部５３が記憶する節のパターンを読み出し、この読み出した節のパターンに合致する節が画像データに存在しているか否かをパターンマッチングによって判定する。

図６および図７は、ブランク材の表面の画像データに対応する画像の表示例を示す図である。これらの図に示す画像データは、ブランク材１００と同じ形状を有するように原木から形取ったブランク材１０の外側面および内側面を、デジタルカメラ等の撮像装置でそれぞれ撮影することによって生成したものである。具体的には、図６が外側面の画像データである一方、図７が内側面の画像データである。これらの画像データは、あらかじめ画像データ記憶部５２に記録されている。ブランク材１０は複数の木目Ｇが略平行に走っている柾目材であり、表面には節が表出している。節検出部３１は、図６に示す外側面の画像データにおいて節Ｋ₁を検出する一方、図７に示す内側面の画像データにおいて節Ｋ₂を検出する。

節検出部３１が節を検出した場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、節形状推定部６１は節の形状を推定する（ステップＳ３）。図８および図９は、節形状推定部６１が推定した節の形状を模式的に示す図である。このうち、図８は、図６および図７のＣ−Ｃ線断面に対応している。また、図９は、図６および図７のＤ−Ｄ線断面に対応している。図８および図９において破線で示す節Ｋ₀の形状は、節形状推定部６１が、節Ｋ₁、Ｋ₂に基づいた外挿を行うことによって推定したものであり、ブランク材１０を肉厚方向に沿って貫通する柱状をなしている。

続いて、切削態様決定部６２は、節形状推定部６１の推定結果に基づいて、ブランク材１０に対して切削すべき切削箇所および切削形状を決定する（ステップＳ４）。この際、切削態様決定部６２は、少なくとも切削箇所が節の一部を含み、かつ節の部分の厚さがブランク材１０を圧縮した後の厚さと略等しくなるように、切削箇所および切削形状を決定する。

図１０および図１１は、切削態様決定部６２が決定した切削形状を模式的に示す図であり、図８および図９とそれぞれ同じ切断面で見た図である。図１０および図１１に示すように、切削面１０Ｃによって定まる切削形状は、節形状推定部６１が推定した節Ｋ₀の断面を底面に含み、この底面の面積よりも面積が大きい開口面を有し、かつ底面の縁を外縁としてブランク材１０の厚さ方向に略沿って延びる柱状領域が底面を除く切削面１０Ｃと交差しない凹状をなしている。また、切削部分を除いた節Ｋ₀の肉厚ｄは、圧縮後のブランク材１０の肉厚と略等しい値に設定されている。

上述した切削形状の特徴は、切削箇所によらず常に満足していなければならない一般的なものである。このような切削形状とすることにより、ブランク材１０を圧縮成形する際、節Ｋ₀の厚さ方向に節Ｋ₀以外のブランク材１０の成分が流動してくる可能性がほとんどなくなる。したがって、ブランク材１０を圧縮する際、節Ｋ₀に過度の圧縮力が加わって割れや座屈等の不具合が発生するのを防止することができる。また、ブランク材１０の内側面のみを切削するように切削面を定めるため、切削の厚さを調整しやすい上、外側面の外観に影響を及ぼさないで済む。

ステップＳ４に続いて、シミュレーション画像生成部３２は、切削態様決定部６２が決定した切削箇所および切削形状を示すシミュレーション画像を生成する（ステップＳ５）。その後、表示部４は、生成されたシミュレーション画像を表示する（ステップＳ６）。

図１２〜図１４は、表示部４が表示するシミュレーション画像の表示例を示す図であり、図７〜図９にそれぞれ対応するシミュレーション画像の表示例を示す図である。シミュレーション画像生成部３２は、任意の切断面におけるシミュレーション画像を生成することが可能であり、表示部４では入力部２からの選択入力によってそれらの断面を表示することが可能である。また、表示部４では、図１０および図１１に示すような切削面１０Ｃの拡大図を表示させることも可能である。

シミュレーション装置１は、シミュレーション画像を表示した後、一連の処理を終了する。なお、複数の画像データに対して同様の処理を行う場合には、ステップＳ５の後でステップＳ１に戻り、別の画像データに対して同様の処理を繰り返してもよい。

ここまで、ステップＳ２で節検出部３１が節を検出した場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）を説明してきたが、ステップＳ２において節検出部３１が節を検出しなかった場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、表示部４は切削不要であることを示す情報を表示する（ステップＳ７）。その後、シミュレーション装置１は、一連の処理を終了する。

次に、上記の如く切削態様をシミュレートしたブランク材１０の成形方法の概要を説明する。まず、切削装置が、切削態様のシミュレーション結果に基づいてブランク材１０の切削を行う。この際、シミュレーション装置１と切削装置に相互通信可能な機能を具備させておけば、切削態様決定部６２が決定した切削箇所および切削形状に関する情報を切削装置へ送信することができる。その場合、切削装置は、シミュレーション装置１から受信した切削面１０Ｃの情報をもとにして、所定の位置にセットされたブランク材１０を自動的に切削すればよい。

続いて、切削されたブランク材１０を大気よりも高温高圧の水蒸気雰囲気中で所定時間放置して軟化させた後、一対の金型によって挟持して圧縮力を加える。ここでの水蒸は、温度が１００〜１７０℃程度であり、圧力が０．１〜０．８ＭＰａ（メガパスカル）程度である。

図１５〜図１７は、圧縮工程の概要を示すとともに、圧縮工程で使用する一対の金型の構成を示す図である。なお、図１５〜図１７では、ブランク材１０における真の節を符号Ｋで示している。図１５でブランク材１０の下方から圧縮力を加える金型７０は、圧縮成形後のブランク材１０の形状の一部に対応して突起する凸部７１を備えたコア金型である。一方、図１５でブランク材１０の上方から圧縮力を加える金型８０は、金型７０の凸部７１と対向し、圧縮成形後の木材の形状の一部に対応してくぼんだ凹部８１と、凹部８１の開口端に滑らかに連なり、凹部８１の開口端から遠ざかるにつれて開口断面積が大きくなる斜面部８２とを備えたキャビティ金型である。凸部７１や凹部８１の断面における曲面の曲率は、対応する断面におけるブランク材１０の曲率よりも小さい。

図１６は、図１５に示す状態から金型８０を金型７０へ近づけるように下降させていき、一対の金型７０、８０からブランク材１０に対して圧縮力が加わり始めた状態を示す図である。この後、引き続き金型８０を下降させていくと、ブランク材１０は圧縮力によって徐々に変形していき、最終的には、金型８０が最も下降した状態における凸部７１と凹部８１との隙間に相当する３次元形状に変形する（図１７を参照）。

この後、上記水蒸気雰囲気よりもさらに高温高圧の水蒸気雰囲気中でブランク材１０を金型７０、８０によって型締めしたまま所定時間放置することにより、ブランク材１０の形状を固定化する。この固定化処理を行う際の水蒸気雰囲気は、温度が１６０〜２４０℃程度であり、圧力が０．６〜３．４ＭＰａ程度である。その後、ブランク材１０および金型７０、８０を大気中へ放出してブランク材１０を乾燥させることにより、ブランク材１０の成形が完了する。なお、ブランク材１０の乾燥処理を行う際には、金型７０と金型８０を離間して、ブランク材１０の乾燥を促進するようにしてもよい。

なお、木材の種類や形状によっては、乾燥後のブランク材１０において寸法のバラツキ等が生じることもある。このような場合には、金型７０および８０とは別の一対の加熱整形用金型を用いることにより、乾燥後のブランク材１０を大気中で加熱しながら最終形状に整形するようにしてもよい。この加熱整形処理で使用する一対の加熱整形用金型は、金型温度を調整可能であるとともに、両金型を当接させたときの金型間の隙間がブランク材の最終形状をなしている。

図１８は、上記の如くブランク材１０を圧縮成形することによって得られた圧縮木材の外側面の構成を示す平面図である。図１９は図１８のＥ−Ｅ線断面図であり、図２０は図１８のＦ−Ｆ線断面図である。図１８〜図２０に示す圧縮木材１１は、ブランク材１０よりも体積が小さく、かつ底面付近がブランク材１０よりも平板に近い形状をなしている。また、節Ｋの部分は最初から圧縮後の肉厚とほぼ等しくなるように切削されているため、圧縮した後で周囲の木質部と同じ肉厚になり、節Ｋが圧縮木材１１を厚さ方向に貫通した状態となる。

圧縮木材１１の肉厚ｄは、ブランク材１０の肉厚の３０〜５０％程度であれば好ましい。換言すると、圧縮工程におけるブランク材１０の肉厚方向の圧縮率（圧縮による木材の肉厚の減少分ΔＲとその木材の圧縮前の肉厚Ｒの比の値ΔＲ／Ｒ）の平均値は、０.５０〜０.７０程度であれば好ましい。ただしこの圧縮率には、節Ｋの部分は含まれない。

以上説明した成形方法によって得られる圧縮木材１１の密度は、ブランク材１０の密度よりも顕著に大きくなる。この圧密化の結果、圧縮木材１１の強度は、ブランク材１０の強度と比較して飛躍的に向上する。また、節Ｋがブランク材１０の他の部分から抜けそうな状態であったとしても、圧縮によって節Ｋの周囲の木質部が節Ｋと密着した状態となるため、圧縮木材１１では節Ｋが抜け落ちてしまうおそれがない。

圧縮木材１１は、例えばデジタルカメラ、携帯電話等の電子機器用外装体の一部として適用される。この場合の圧縮木材１１の肉厚は、１．０〜１．６ｍｍ程度であればより好ましい。

以上説明した本発明の実施の形態１によれば、記憶手段が記憶する画像データを読み出し、この読み出した画像データを用いた画像認識を行うことによってブランク材の表面に表出している節を検出し、節が検出された場合、記憶手段が記憶するブランク材の形状情報を参照することによって該節の形状を推定し、この推定結果に基づいて、該節の一部を含み、かつ該節の部分の厚さがブランク材を圧縮した後の厚さと略等しくなるようにブランク材の切削箇所および切削形状を決定するため、節を有するブランク材を圧縮する際にブランク材の節の部分に圧縮力がほとんど加わらないような形状に切削するのを支援することができる。したがって、節を有する木材であっても適切な圧縮成形を行うことを可能にし、歩留まりの向上を実現することができる。

また、本実施の形態１によれば、小さい節であれば強度的に大きな影響を及ぼすことはないため、そのような節がある木材も生かして圧縮成形することで、より多様な木目模様を有する製品を製造することができる。

（実施の形態２）
図２１は、本発明の実施の形態２に係るシミュレーション装置の構成を示すブロック図である。同図に示すシミュレーション装置２０１は、図１に示すシミュレーション装置１と制御部の構成が異なる。具体的には、シミュレーション装置２０１の制御部９は、節形状推定部６１、切削態様決定部６２に加えて、節とその周囲の木質部との間に隙間がある場合にその隙間の容積を推定する隙間容積推定部９１を備える。このように、節と木質部との間に隙間が生じるのは、主に節が死節である場合である。なお、制御部９以外のシミュレーション装置２０１の構成は、シミュレーション装置１の構成と同じである。

図２２は、本実施の形態２に係るシミュレーション方法の処理の概要を示すフローチャートである。図２２において、まず節検出部３１が、画像データ記憶部５２から形取ったブランク材の表面の画像データを読み出し、ブランク材の表面に存在する節を検出する（ステップＳ１１）。より具体的には、節検出部３１は、ブランク材の表面の画像データを画像データ記憶部５２から読み出すとともに、パターン情報記憶部５３が記憶する節のパターンを読み出し、この読み出した節のパターンに合致する節が画像データに存在しているか否かをパターンマッチングによって判定する。

図２３および図２４は、ブランク材の表面の画像データに対応する画像の表示例を示す図である。これらの図に示す画像データは、図２〜図４に示すブランク材１００と同じ形状を有するように原木から形取ったブランク材２０の外側面および内側面を、デジタルカメラ等の撮像装置でそれぞれ撮影することによって生成したものである。具体的には、図２３が外側面の画像データである一方、図２４が内側面の画像データである。これらの画像データは、あらかじめ画像データ記憶部５２に記録されている。ブランク材２０は、複数の木目Ｇが略平行に走っている柾目材であり、表面には節が表出している。節検出部３１は、図２３に示す外側面の画像データにおいて節Ｈ₁を検出する一方、図２４に示す内側面の画像データにおいて節Ｈ₂を検出する。節Ｈ₁、Ｈ₂とその周囲の木質部との間には隙間Ｓが生じている。節検出部３１は、この隙間Ｓについても、パターンマッチングによって検出することができる。

節検出部３１が節を検出した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、節形状推定部６１は節の形状を推定する（ステップＳ１３）。図２５および図２６は、節形状推定部６１が推定した節の形状を模式的に示す図である。このうち、図２５は、図２３および図２４のＥ−Ｅ線断面に対応している。また、図２６は、図２３および図２４のＦ−Ｆ線断面に対応している。図２５および図２６において破線で示す節Ｈ₀の形状は、節形状推定部６１が、節Ｈ₁、Ｈ₂に基づいた外挿を行うことによって推定したものである。節形状推定部６１は、節Ｈ₁、Ｈ₂とその周囲の木質部との間に検出された隙間Ｓについてもその形状を推定する。

続いて、節検出部３１が検出した節と木質部との間に隙間がある場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、隙間容積推定部９１は、外挿により隙間の容積を推定する（ステップＳ１５）。ここで、「隙間がある場合」とは、節検出部３１がパターンマッチングによって認識できる程度の隙間がある場合を意味する。これに対して、ステップＳ１４で節と木質部との間に隙間がない場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、シミュレーション装置２０１は、ステップＳ１６へ進む。

なお、節検出部３１による節とその周囲の木質部との間の隙間の検出を、パターンマッチング以外の方法で実現することもできる。例えば、ブランク材２０の外側面／内側面の画像データを生成する際、反対側の内側面／外側面から光を照射し、この照射した光の透過の有無を判定する機能を節検出部３１に具備させてもよい。ちなみに、節とその周囲の木質部との間の隙間の有無については、人間が目視によって判定し、この判定結果をシミュレーション装置２０１に入力するようにしてもよい。人間が目視によって隙間の有無を判定する場合、シミュレーション装置２０１は、ステップＳ１４において、入力部２から入力された隙間の有無に関する判定結果に応じて、以後の処理を行う。

ステップＳ１５の後、切削態様決定部６２は、節形状推定部６１の推定結果に基づいて、ブランク材２０に対して切削すべき切削箇所および切削形状を決定する（ステップＳ１６）。この際、切削態様決定部６２は、少なくとも切削箇所が節の一部を含み、かつ節の部分の厚さがブランク材２０を圧縮した後の厚さと略等しくなるように、切削箇所および切削形状を決定する。

図２７および図２８は、切削態様決定部６２が決定した切削形状を模式的に示す図であり、図２５および図２６とそれぞれ同じ切断面で見た図である。図２７および図２８に示すように、切削面２０Ｃによって定まる切削形状は、節形状推定部６１が推定した節Ｈ₀の断面を底面に含み、この底面の面積よりも面積が大きい開口面を有し、かつ底面の縁を外縁としてブランク材２０の厚さ方向に略沿って延びる柱状領域が底面を除く切削面２０Ｃと交差しない凹状をなしている。また、切削部分を除いた節Ｈ₀の肉厚ｄは、圧縮後のブランク材２０の肉厚と略等しい値に設定されている。

図２７および図２８において、一点鎖線で示される切削面２０Ｃ’は、隙間Ｓの部分も節で埋まっている場合に設定される切削面を示している。このように、隙間Ｓが存在することにより、切削箇所の容積は、節の形状が同じで隙間が存在しない場合と比較して、隙間Ｓの容積に略等しい分だけ小さくなる。なお、図２７および図２８において、隙間Ｓがない側の切削面２０Ｃは切削面２０Ｃ’と同じで変化していないが、これはあくまでも一例である。すなわち、切削箇所や切削形状は、節の位置や隙間の容積に応じて変化する。

本実施の形態２では、少なくとも切削箇所が節の一部を含み、かつ節の部分の厚さがブランク材２０を圧縮した後の厚さと略等しくなるように、切削箇所および切削形状を決定するため、ブランク材２０を圧縮成形する際、節Ｈ₀の厚さ方向に節Ｈ₀以外のブランク材２０の成分が流動してくる可能性がほとんどなくなる。したがって、ブランク材２０を圧縮する際、節Ｈ₀に過度の圧縮力が加わって割れや座屈等の不具合が発生するのを防止することができる。また、ブランク材２０の内側面のみを切削するように切削面を定めるため、切削の厚さを調整しやすい上、外側面の外観に影響を及ぼさないで済む。

加えて、本実施の形態２においては、節とその周囲の木質部との間の隙間Ｓを埋めるために、シミュレーション装置２０１は、隙間Ｓがない場合と比較して切削する量を少なくする機能を有している。このため、隙間があるブランク材であっても、適切な切削態様を決定することができる。

ステップＳ１６に続いて、シミュレーション画像生成部３２は、切削態様決定部６２が決定した切削箇所および切削形状を示すシミュレーション画像を生成する（ステップＳ１７）。その後、表示部４は、生成されたシミュレーション画像を表示する（ステップＳ１８）。

図２９〜図３１は、表示部４が表示するシミュレーション画像の表示例を示す図であり、図２３〜図２５にそれぞれ対応するシミュレーション画像の表示例を示す図である。シミュレーション画像生成部３２は、任意の切断面におけるシミュレーション画像を生成することが可能であり、表示部４では入力部２からの選択入力によってそれらの断面を表示することが可能である。また、表示部４では、図２７および図２８に示すような切削面２０Ｃの拡大図を表示させることも可能である。

シミュレーション装置２０１は、シミュレーション画像を表示した後、一連の処理を終了する。なお、複数の画像データに対して同様の処理を行う場合には、ステップＳ１８の後でステップＳ１１に戻り、別の画像データに対して同様の処理を繰り返してもよい。

次に、ステップＳ１２において節検出部３１が節を検出しなかった場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）を説明する。この場合、表示部４は、切削不要であることを示す情報を表示する（ステップＳ１９）。その後、シミュレーション装置２０１は、一連の処理を終了する。

上記の如く切削態様をシミュレートしたブランク材２０の成形方法は、実施の形態１で説明したブランク材１０の成形方法と同様である。この成形方法によって得られる圧縮木材は、圧縮前の節の状態によらず、その周囲の木質部と密着している。したがって、圧縮前の節とその周囲の木質部との間に隙間を有していたとしても、圧縮後に抜け落ちてしまうおそれがない。

以上説明した本発明の実施の形態２によれば、記憶手段が記憶する画像データを読み出し、この読み出した画像データを用いた画像認識を行うことによってブランク材の表面に表出している節を検出し、節が検出された場合、記憶手段が記憶するブランク材の形状情報を参照することによって該節の形状を推定し、この推定結果に基づいて、該節の一部を含み、かつ該節の部分の厚さがブランク材を圧縮した後の厚さと略等しくなるようにブランク材の切削箇所および切削形状を決定するため、節を有するブランク材を圧縮する際にブランク材の節の部分に圧縮力がほとんど加わらないような形状に切削するのを支援することができる。したがって、節を有する木材であっても適切な圧縮成形を行うことを可能にし、歩留まりの向上を実現することができる。

また、本実施の形態２によれば、節とその周囲の木質部との間に隙間がある場合には、この隙間を埋めるようにブランク材の切削箇所および切削形状を決定するため、様々な種類の節を有する木材に対してその節の状態に応じた適切な圧縮成形を行わせることが可能となる。

ここまで、本発明を実施するための最良の形態を詳述してきたが、本発明は上述した２つの実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、節検出部が節を検出する際には、エッジ抽出による領域分割法や、クラスタ分析に基づく統計的パターン認識法などの画像認識手法を適用してもよい。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。

１、２０１ シミュレーション装置
２ 入力部
３ 画像処理部
４ 表示部
５ 記憶部
６、９ 制御部
１０、２０、１００ ブランク材
１０Ｃ、２０Ｃ 切削面
１１ 圧縮木材
３１ 節検出部
３２ シミュレーション画像生成部
５１ 形状情報記憶部
５２ 画像データ記憶部
５３ パターン情報記憶部
５４ プログラム記憶部
６１ 節形状推定部
６２ 切削態様決定部
７０、８０ 金型
７１ 凸部
８１ 凹部
８２ 斜面部
９１ 隙間容積推定部
Ｇ 木目
Ｈ₀、Ｈ₁、Ｈ₂、Ｋ、Ｋ₀、Ｋ₁、Ｋ₂ 節

Claims (11)

1. 原木から形取るべきブランク材の形状に関する情報、該ブランク材を圧縮することによって得られる木材の最終形状に関する情報、および原木から形取ったブランク材の表面を撮影することによって得られた画像データを記憶する記憶手段を備えたコンピュータが、前記木材を圧縮する前に切削すべき箇所を模擬的に抽出するシミュレーション方法であって、
   前記記憶手段が記憶する画像データを読み出し、この読み出した画像データを用いた画像認識を行うことによって前記ブランク材の表面に表出している節を検出する節検出ステップと、
   前記節検出ステップで節を検出した場合、前記記憶手段が記憶する前記ブランク材の形状情報を参照することによって該節の形状を推定する節形状推定ステップと、
   前記節形状推定ステップで推定した節の形状に基づいて、該節の一部を含み、かつ該節の部分の厚さが前記ブランク材を圧縮した後の厚さと略等しくなるように、前記ブランク材の切削箇所および切削形状を決定する切削態様決定ステップと、
   を有することを特徴とするシミュレーション方法。
2. 前記ブランク材は略椀状をなし、
   前記切削態様決定ステップは、
   前記切削箇所を前記ブランク材の内側面側に設けることを特徴とする請求項１記載のシミュレーション方法。
3. 前記切削形状は、
   前記節形状推定ステップで推定した節の断面を底面に含み、該底面の面積よりも面積が大きい開口面を有し、かつ前記底面の縁を外縁として前記ブランク材の厚さ方向に略沿って延びる柱状領域が前記底面を除く切削面と交差しない凹状をなすことを特徴とする請求項１または２記載のシミュレーション方法。
4. 前記節形状推定ステップが推定した節と該節の周囲の木質部との間に隙間がある場合、該隙間の容積を推定する隙間容積推定ステップを有し、
   前記切削態様決定ステップは、
   前記隙間容積推定ステップが推定した隙間の容積も参照して前記切削箇所の形状を決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のシミュレーション方法。
5. 前記切削態様決定ステップで決定した切削箇所および切削形状を模擬的に表示するシミュレーション画像を生成するシミュレーション画像生成ステップと、
   前記シミュレーション画像生成ステップで生成したシミュレーション画像を表示する表示ステップと、
   をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のシミュレーション方法。
6. 原木から形取るべきブランク材の形状に関する情報、該ブランク材を圧縮することによって得られる木材の最終形状に関する情報、および原木から形取ったブランク材の表面を撮影することによって得られた画像データを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段が記憶する画像データを読み出し、この読み出した画像データを用いた画像認識を行うことによって前記ブランク材の表面に表出している節を検出する節検出手段と、
   前記記憶手段が記憶する前記ブランク材の形状情報を参照することによって前記節検出手段が検出した節の形状を推定する節形状推定手段と、
   前記節形状推定手段が推定した節の形状に基づいて、該節の一部を含み、かつ該節の部分の厚さが前記ブランク材を圧縮した後の厚さと略等しくなるように前記ブランク材の切削箇所および切削形状を決定する切削態様決定手段と、
   を備えたことを特徴とするシミュレーション装置。
7. 前記ブランク材は略椀状をなし、
   前記切削態様決定手段は、
   前記切削箇所を前記ブランク材の内側面側に設けることを特徴とする請求項６記載のシミュレーション装置。
8. 前記切削形状は、
   前記節形状推定手段が推定した節の断面を底面に含み、該底面の面積よりも面積が大きい開口面を有し、かつ前記底面の縁を外縁として前記ブランク材の厚さ方向に略沿って延びる柱状領域が前記底面を除く切削面と交差しない凹状をなすことを特徴とする請求項６または７記載のシミュレーション装置。
9. 前記節形状推定手段が推定した節と該節の周囲の木質部との間に隙間がある場合、該隙間の容積を推定する隙間容積推定手段を有し、
   前記切削態様決定手段は、
   前記隙間容積推定手段が推定した隙間の容積も参照して前記切削箇所の形状を決定することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項記載のシミュレーション装置。
10. 前記切削態様決定手段が決定した切削箇所および切削形状を模擬的に表示するシミュレーション画像を生成するシミュレーション画像生成手段と、
    前記シミュレーション画像生成手段が生成したシミュレーション画像を表示する表示手段と、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項記載のシミュレーション装置。
11. 請求項１〜５のいずれか一項記載のシミュレーション方法を前記コンピュータに実行させることを特徴とするシミュレーションプログラム。

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