JP5868690B2

JP5868690B2 - 柄計測方法及び柄計測装置

Info

Publication number: JP5868690B2
Application number: JP2011275554A
Authority: JP
Inventors: 山本　幸宏; 幸宏山本
Original assignee: Kubota Matsushitadenko Exterior Works Ltd; KMEW Co Ltd
Current assignee: KMEW Co Ltd
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2031-12-16
Also published as: JP2013125011A

Description

本発明は、建材などの表面に形成された凹凸柄の位置を計測するための柄計測装置及び柄計測方法に関するものである。

従来より、基材の表面に凹凸柄を形成して建材を製造することが行われている。また、建材の製造の各種工程に利用するために、凹凸柄の位置を計測することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

凹凸柄の位置を計測するにあたっては、例えば、外壁材の表面形状をレーザー変位センサーを用いて測定し、高低差・幅・面積・重心等のパラメータを使って目地を抽出する方法が提案されている。また、他には、搬送中の外壁材表面形状をラインセンサカメラで撮像し、パターンマッチングの手法を用いて特徴柄を検出する方法が提案されている。この方法は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、一方向に搬送される基材４９の上方に、ラインセンサカメラ５０と一対の照明装置５１を設けると共に基材４９の底面に接触するエンコーダ５２を用いるものである。そして、基材４９が一定長さ（例えば１．５ｍｍ）搬送されるのをエンコーダ５２で測定し、このタイミングでエンコーダ５２からパルス等の信号を出力し、この信号に基づいてラインセンサカメラ５０で基材４９の１ライン分の表面画像を撮像するようにしている。

上記のいずれの方法も、搬送中の基材に対して、長手方向の目地位置の検出などを行うために、基材の搬送速度が重要である。前者の方法では、インバーターモーター駆動のコンベアを使用し、速度が一定として位置算出している。また、後者の方法では、基材にエンコーダーを接触させ、そのパルス出力より位置算出している。

特開２００３−３４０３５１号公報

しかし、上記いずれの方法であっても、コンベアの搬送速度バラツキがあること、エンコーダを確実に接触させなければならない事など不安定要因があり、基材の搬送速度を精度よく測定することができなかった。その結果、凹凸柄の位置を正確に計測しにくいという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、基材の搬送速度を精度よく測定することによって、凹凸柄の位置を正確に計測しやすくすることができる柄計測方法及び柄計測装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る柄計測方法は、表面に凹凸柄を有する基材を搬送しながら前記凹凸柄を計測する柄計測方法であって、前記基材の搬送方向と略平行に連続する平面部において前記基材の搬送速度を非接触センサーで測定することを特徴とするものである。

本発明にあっては、前記平面部が基材の搬送方向に連続する目地部であることが好ましい。

本発明にあっては、前記平面部が基材の搬送方向に連続する実部であることが好ましい。

本発明に係る柄計測装置は、表面に凹凸柄を有する基材を搬送しながら前記凹凸柄を計測する柄計測装置であって、前記基材の搬送方向と略平行に連続する平面部において前記基材の搬送速度を測定するための非接触センサーを備えて成ることを特徴とするものである。

本発明は、基材の搬送速度を精度よく測定することによって、凹凸柄の位置を正確に計測しやすくすることができるものである。

本発明の実施の形態の一例を示し、（ａ）及び（ｂ）は概略の断面図である。本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。同上の凹凸柄を有する基材の製造方法を示す概略図である。同上の（ａ）は加工データの一例を示す説明図、（ｂ）は凹凸柄データの一例を示す説明図である。（ａ）（ｂ）は従来例を示す概略図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の柄計測方法及び柄計測装置は、表面に凹凸柄を有する基材を計測対象とするものである。例えば、外壁材や外装材などの建材を計測対象とすることができる。例えば、押出成形等で平板状のセメント成形品からなる基材を形成すると共にこの基材の表面に凹凸型を押圧してプレス成型することにより、基材の表面に凹凸柄を形成することができる。

図２に凹凸柄を有する基材の製造方法の一例を示す。基材３０は、押出成形機３１から引き取りコンベアベルト３９の上に連続的に押し出され、この後、コロやコンベアベルトなどを備えた搬送機３２で搬送される。また、基材３０の表面（上面）には、凹凸型３３によるプレス成型で凹凸柄が形成される。凹凸型３３はロール状に形成されており、基材３０の押出方向と略直交する水平な軸を中心として回転駆動自在に形成されている。また、凹凸型３３の周面には、複数個の突起部３４が周方向に並んで形成されている。この凹凸型３３は押出成形機３１の出口付近の上方に配置されている。また、上記の搬送機３２の途中には斜め下り傾斜する傾斜部３５が設けられており、この傾斜部３５の上方にはウォータージェットなどを用いた切断機３６が設けられている。

そして、凹凸柄を有する基材３０を製造するにあたっては、まず、セメント成形材料等を押出成形機３１から一定の速度で連続的に押し出しながら凹凸型３３により基材３０の表面に凹凸柄を形成する。その際、この基材３０の表面（上面）に凹凸型３３を押出速度と同調させた速度で回転させながら押圧して連続的にプレス成型する。ここで、突起部３４で押圧された部分が凹凸柄のうちの凹柄となり、突起部３４で押圧されなかった部分が凸柄部３８となる。凹柄は複数本の凹目地部３７で形成することができる。各凹目地部３７は基材３０の搬送方向又は搬送方向と直交する方向に細長い溝状に形成することができる。また、凹目地部３７を形成した場合、それ以外の部分は平面視で長方形等に形成される複数個の凸柄部３８となっている。そして、凹凸型３３が一回転するごとに一定パターンの凹凸柄が基材３０に連続的に繰り返して付与されることになる。

このようにして凹凸柄が形成された長尺の基材３０は切断機３６により所定の長さに切断される。次に、切断された基材３０は搬送機３２からトレー４０の上へと一枚ずつ連続的に移送される。この後、トレー４０に移送された基材３０が養生硬化工程などの次工程に搬送される。

上記のようにして基材３０の表面に形成される凹凸柄は全ての基材３０が同一になるわけではなく、基材３０ごとに凹凸柄の位置が異なるランダム柄として形成される。すなわち、各基材３０の一端から一定範囲の凹凸柄を比較すると、その範囲の凹凸柄のパターンが基材３０ごとで異なるようになっている。尚、全ての基材３０の凹凸柄が異なっている必要はなく、一部（例えば、数枚に１枚の割合）の基材３０同士は同じ凹凸柄に形成されていても良い。

このように基材３０ごとに凹凸柄の位置が異なって形成される要因の一つは、凹凸型３３の周長が、切断された基材３０の搬送方向における全長の整数倍と一致していないためである。例えば、凹凸型３３の周長が１３１９ｍｍで、基材３０の切断長が３０９０ｍｍの場合、凹凸型３３の周長と切断された基材３０の搬送方向における全長とは整数倍にならない。このような場合には、切断された基材３０の一端からの凹凸柄の繰り返しパターンが基材３０ごとに異なるため、基材３０ごとに凹凸柄の位置が異なるランダム柄となることがある。また、他の要因としては、引き取りコンベアベルト３９の基材３０の搬送速度と、搬送機３２の基材３０の搬送速度との速度比が、基材３０の幅規格寸法を重要視するために、基材３０の製造時にも任意に変更されている点が挙げられる。これにより、引き取りコンベアベルト３９から搬送機３２に基材３０が移送される際に、長尺の基材３０の任意の箇所で伸縮し、切断された基材３０の一端からの凹凸柄の繰り返しパターンが基材３０ごとに異なり、基材３０ごとに凹凸柄の位置が異なるランダム柄となることがある。さらに、他の要因としては、切断後の基材３０がトレー４０に移送されるまでの間に、複数のコンベア上をわたって搬送され、かつ基材３０の搬送速度もトレー４０に近づくに連れて徐々に増している点が挙げられる。これにより、搬送機３２に基材３０が搬送される際に伸縮し、切断された基材３０の一端からの凹凸柄の繰り返しパターンが基材３０ごとに異なり、基材３０ごとに凹凸柄の位置が異なるランダム柄となることがある。さらに、他の要因としては、基材３０の養生硬化工程や乾燥時に寸法変化する点が挙げられる。これにより、基材３０が伸縮し、切断された基材３０の一端からの凹凸柄の繰り返しパターンが基材３０ごとに異なり、基材３０ごとに凹凸柄の位置が異なるランダム柄となることがある。

本発明の柄計測装置は、上記のようなランダム柄が形成された基材３０の凹凸柄の位置を、基材３０ごとに正確に測定するものである。そして、基材３０の凹凸柄の位置が正確に計測できると、例えば、基材３０の伸縮量を算出することができ、この伸縮量のデータを上記の基材３０の成型工程や凹凸柄の付与の工程にフィードバックして各工程の精度を向上させたり、トレー４０で送られる後工程での送り装置制御などに活用することができる。

図３に柄計測装置の一例を示す。この柄計測装置は、基材３０を実測する部分と、実測により得られたデータを処理する処理部１０とを備えている。この処理部１０はパーソナルコンピュータなどの電子計算機で構成することができる。処理部１０には、凹凸型３３の三次元の加工データを記憶する加工データ記憶手段１１が設けられている。凹凸型３３の三次元の加工データとは、凹凸型３３に設けた突起部３４の長さ寸法や幅寸法や突出寸法、及び隣り合う突起部３４，３４の間隔などである。この加工データは凹凸型３３を作成する際に用いた図面データなどで構成することができる。また、処理部１０には、上記加工データから選択された任意の特徴部ｓのデータを記憶する特徴部データ記憶手段１２が設けられている。ここで、特徴部ｓとは凹凸型３３の一部であって、基材３０の凹凸柄を計測する際に基準となる特徴柄（柄パターンを含む）ｐを形成する部分を指す。例えば、ひとつの突起部３４を特徴部ｓとすることができる。また、特徴部ｓのデータとは特徴部ｓの大きさや位置などであり、特徴部ｓが突起部３４の場合はその長さ寸法や幅寸法や突出寸法、位置などである。また、処理部１０には、基材３０に形成された凹凸柄を全面計測して得られる三次元データを記憶する凹凸柄データ記憶手段１３が設けられている。基材３０に形成された凹凸柄を全面計測して得られる三次元データとは、基材３０に形成した凸柄部３８の長さ寸法や幅寸法や突出寸法、及び隣り合う凸柄部３８，３８の間隔などと、基材３０に形成した凹目地部３７の長さ寸法や幅寸法や深さ寸法、及び隣り合う凹柄部３７，３７の間隔などである。また、処理部１０には、加工データ記憶手段１１に記憶された加工データと、凹凸柄データ記憶手段１３に記憶された凹凸柄データとを比較することによって、両データのズレ（差）を算出する算出手段１４が設けられている。上記の加工データ記憶手段１１と特徴部データ記憶手段１２と凹凸柄データ記憶手段１３としては電子計算機のメモリ装置などを用いることができ、算出手段１４としては電子計算機の中央処理装置（ＣＰＵ）などを用いることができる。

基材３０を実測する部分には、カメラ１が備えられている。カメラ１としてはラインカメラや高速３Ｄカメラなどを用いることができる。カメラ１は処理部１０に設けられた画像入力ボードなどの画像入力部１５に接続されている。また、カメラ１には専用の電源１６を接続することができる。カメラ１のレンズの下方には搬送手段２が設けられている。搬送手段２はベルトコンベアで形成することができ、複数本の搬送ローラ３にベルト４を無端ループ状に架設して形成することができる。搬送ローラ３の一部には駆動モータ３ａが設けられており、この駆動によりベルト４が進行自在に形成されている。また、搬送ローラ３の一部にはエンコーダ３ｂが設けられている。このエンコーダ３ｂは処理部１０に設けられたセンサ入力部１７に接続されている。エンコーダ３ｂで計測されたデータは処理部１０に入力され、このデータを用いてベルト４の進行速度を計測することができる。

また、柄計測装置には非接触ドップラー式速度測定器などから構成される非接触センサー６０が備えられている。非接触センサー６０は送受信部６２とコントローラ６１とを備えて形成されている。送受信部６２としては、光を送受信する光センサー、レーザーを送受信するレーザーセンサー、超音波を送受信する超音波センサーなどを例示することができる。送受信部６２はコントローラ６１と電気的に接続されている。コントローラ６１は送受信部６２から基材３０に向かって送信される光やレーザーや超音波の強度を調整することができる。また、コントローラ６１は非接触センサー６０で受信した基材３０からの反射光や反射レーザーや反射超音波の強度を調整することができる。コントローラ６１は上記カメラ１と電気的に接続されている。

また、搬送手段２には一対のフォトセンサ６が設けられている。フォトセンサ６はベルト４を幅方向（進行方向と直交する方向）で挟んで対向するように設けられている。なお、フォトセンサ６が反射形の場合はベルト４の上下一方に設けることができる。フォトセンサ６は処理部１０に設けられたセンサ入力部１７に接続されている。また、ベルト４の上方にはライン照明等の照明手段５が設けられている。また、ベルト４の上方にはレーザー発生器７が設けられている。

そして、上記のような柄計測装置を用いて凹凸柄の位置を計測するにあたっては、次のようにして行う。まず、柄計測の対象となる基材３０の種類（品種）を決定する。これにより、加工データ記憶手段１１に記憶されている複数種の凹凸型３３の三次元加工データから、柄計測の対象となる基材３０をプレス成型した特定の凹凸型３３の三次元加工データが選択される。次に、選択された特定の凹凸型３３の三次元加工データから特徴部ｓを選択する。特徴部ｓは検出可能な形状であれば任意に選択することができ、例えば、ひとつの突起部３４を特徴部ｓとすることができる。そして、この選択された特徴部ｓの三次元データ（特定部データ）が特徴部データ記憶手段１２に入力されて記憶される。

次に、柄計測の対象となった基材３０の凹凸柄を取得する。この場合、基材３０は定尺に切断された後、養生硬化され、さらに凹凸柄が形成された表面にベース塗装されたものを用いることができる。この基材３０が搬送手段２のベルト４の上に載せられ、ベルト４の進行に伴ってカメラ１の下方を搬送されるものである。そして、基材３０がカメラ１の下方を通過する際に基材３０の凹凸柄が全面にわたって撮像されて計測される。ここで、カメラ１で基材３０を撮像するタイミングは非接触センサー６０による基材３０の搬送速度の測定に基づいて行われる。すなわち、送受信部６２から基材３０に向かって光やレーザーや超音波を送信し、これらの光等が基材３０で反射されて送受信部６２で受信されることで基材３０の速度を測定することができる。そして、この測定された基材３０の速度に基づいてコントローラ６１から一定の間隔でパルス等の信号がカメラ１に発信され、この信号に基づいてカメラ１が基材３０の表面の凹凸柄を撮像する。例えば、基材３０が単位時間あたりに０．０５ｍｍ搬送される毎にコントローラ６１からカメラ１に信号が発信されるようにすると（０．０５ｍｍ／ｐ）、コントローラ６１からカメラ１に２信号が発信される毎に、カメラ１のシャッターが０．１ｍｍ毎に駆動する（シャッターがＯＮ−ＯＦＦする）ことになり、基材３０が０．１ｍｍ搬送される毎にカメラ１で撮像される。このようにして基材３０の表面の凹凸柄は、基材３０の搬送方向の全長にわたって撮像される。

非接触センサー６０によって基材３０の搬送速度を測定する場合は、基材３０の搬送方向と略平行に連続する基材３０の平面部２９において行う。すなわち、送受信部６２から基材３０に光やレーザーや超音波を送信する部分は、基材３０の搬送方向と略平行に連続する基材３０の平面部２９である。また、基材３０の平面部２９からの反射光や反射レーザーや反射超音波を送受信部６２で受信する。このように基材３０の平面部２９で基材３０の搬送速度を測定することによって、反射光や反射レーザーや反射超音波の乱反射を少なくすることができ、送受信部６２で受信しやすくなるものである。よって、基材３０の搬送速度が測定しやすくなるものである。基材３０の平面部２９としては、図１（ａ）に示すように、基材３０の搬送方向に連続する目地部３０ａや、図１（ｂ）に示すように、基材３０の搬送方向に連続する実部３０ｂなどを例示することができる。この実部３０ｂは、通常、基材３０の長手方向の略全長にわたって形成されており、基材３０はこの長手方向と略平行な方向に搬送されている。なお、連続する目地部３０ａや実部３０ｂなどは、基材３０の押出成形時に基材３０の押出成形と同時に形成することができる。また、連続する目地部３０ａや実部３０ｂなどは、基材３０への柄成形時に凹凸柄などと同時に形成することができる。また、連続する目地部３０ａや実部３０ｂなどは、プレス成型や切削等によって形成することができる。従って、目地部３０ａや実部３０ｂを平面部２９として搬送速度の測定に用いることによって、基材３０の全長にわたって連続的に搬送速度を測定することができる。また、基材３０の下面（裏面）が平面である場合には、基材３０の下面を平面部２９として基材３０の搬送速度の測定に用いることができる。目地部３０ａや実部３０ｂを平面部２９として搬送速度の測定に用いる場合は、測定の対象となる目地部３０ａや実部３０ｂの上方に送受信部６２を配置することができる。基材３０の下面を平面部２９として搬送速度の測定に用いる場合は、基材３０の下方に送受信部６２を配置することができる。尚、図１において、基材３０の搬送方向は紙面と直交する方向である。

上記のようにして撮像により得られた画像データは画像入力部１５に入力され、数値化された凹凸柄の三次元データを得ることができる。この数値化された凹凸柄の三次元データ（凹凸柄データ）は凹凸柄データ記憶手段１３に記憶される。尚、基材３０の凹凸画像を撮る方法として、ラインカメラを用いた場合はライン照明により出来る表面凹凸の影（白黒に２値化される）を、３Ｄカメラを用いた場合はラインレーザー光による表面凹凸形状をそれぞれ連続撮像する。また、エンコーダ３ｂ等から得られるベルト４の進行速度や非接触センサー６０から得られる基材３０の搬送速度のデータもセンサ入力部１６に入力される。

次に、特徴部データ記憶手段１２に記憶された特徴部データと、凹凸柄データ記憶手段１３に記憶された凹凸柄データとを算出手段１４で比較する。この比較と、センサ入力部１６に入力されたフォトセンサ６（本実施の形態にあっては、搬送される基材３０の先端を検出する）とエンコーダ３ｂ等からの基材３０の端部のデータとに基づいて、基材３０の一端からの特徴柄ｐ（特徴部ｓにより基材３０に形成された部分）の位置を検出する。次に、この特徴柄ｐの位置を基準にして、加工データ記憶手段１１に記憶された加工データと、凹凸柄データ記憶手段１３に記憶された凹凸柄データとを比較することによって、加工データと凹凸柄データとのズレを算出手段１４で算出する。このようにして基材３０に形成された凹凸柄の位置を計測することができる。

図４（ａ）に、加工データの一例を示す。この加工データは、周長が１３１９ｍｍの凹凸型３３の周面を平面的に表したものである。符号２０は突起部３４を示す突起部データであり、例えば、特徴部ｓのデータはひとつの突起部データ２０ａで示されている。図４（ｂ）に、凹凸柄データの一例を示す。この凹凸柄データは、図４（ａ）の加工データを有する凹凸型３３でプレス成型された基材３０の凹凸柄データを平面的に表したものである。この凹凸柄データの基材３０は、長手方向の全長が３０３０ｍｍのものである。符号２１は、例えば、凹目地部３７を示すデータ、符号２２は、例えば、凸柄部３８を示すデータとすることができる。また、この凹凸柄データには特徴部ｓでプレス成型された特徴柄ｐのデータ２１ａが現れている。そして、基材３０の一端から特徴柄ｐの位置ｘが算出できれば、特徴柄ｐの位置が柄パターンの開始位置となり、特徴柄ｐの位置を基準にして凹凸柄の凸柄部３８や凹目地部３７の位置を特定することができる。

本実施の形態では、非接触センサー６０にて搬送中の基材３０の速度を測定し、一定長さごとにパルス等を発信し、その発信のタイミングでカメラ１で撮像したり、変位センサーからのデータの取込みを行うことができる。これにより、基材３０の表面の長手方向における目地位置などを精度よく算出することができる。また、基材３０搬送中に搬送速度を測定することにより、生産を阻害することがなく、生産性の低下が生じにくくなるものである。また、基材３０の表面に塗装がされ、ピンチロール等の機械的方法で押えることができない場合でも、非接触センサー６０より、基材３０の搬送速度を測定することができる。基材３０は、通常４６６ｍｍ幅×３０３０ｍｍ長さ×１６ｍｍ厚み（厚みは他に１８ｍｍ，２５ｍｍ，３３ｍｍのものがある）の板状である場合、±２ｍｍ程度の反りが生じることが多い。この場合、基材３０の搬送速度を測定するのに、非接触センサー６０を用いると、焦点距離１００±８ｍｍの送受信部６２を用いると、基材３０の平面部２９との距離が少しぐらい変化しても、速度測定にほとんど影響を与えないようにすることができる。

２９平面部
３０基材
３０ａ目地部
３０ｂ実部
６０非接触センサー

Claims

表面に凹凸柄を有する基材を搬送しながら前記凹凸柄を計測する柄計測方法であって、前記基材の搬送方向と略平行に前記搬送方向の全長に亘って連続する平面部において前記基材の搬送速度を非接触センサーで測定することを特徴とする柄計測方法。
前記平面部が基材の搬送方向の全長に亘って連続する目地部であることを特徴とする請求項１に記載の柄計測方法。
前記平面部が基材の搬送方向の全長に亘って連続する実部であることを特徴とする請求項１に記載の柄計測方法。
表面に凹凸柄を有する基材を搬送しながら前記凹凸柄を計測する柄計測装置であって、前記基材の搬送方向と略平行に前記搬送方向の全長に亘って連続する平面部において前記基材の搬送速度を測定するための非接触センサーを備えて成ることを特徴とする柄計測装置。