JPH05503990A - 木材および木材片上の樹皮の検出およびその剥離程度の決定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、丸太および木材片のような材料上の樹皮（ｂａｒｋ）の存在を連続的 に指示し、および／またはこのような材料か樹皮を剥離される（　ｂａｒｋｅｄ ）程度を決定する方法および装置に関する。

木材を基材とするペーパーバルブの製造において、生成物の品質および製造の経 済性の両者に関して、樹皮が充分完全に木材から除去されていることを確実にす るのか著しく重要である。所望の最終生成物に関係して、精製所または蒸留釜に 送られる木材は０．３〜２％の最大樹皮剥離率を有することができる。しかし、 このような材料から樹皮を分離することは過度に強烈であってはならない。何故 ならば、このことか樹皮とともに木材をも除去する結果となるからである。この ような良好な木材の損失は関連する精製工場の生産の経済性に甚だ大なる影響を 与える可能性がある。従って、ペーパーバルブの製造の際には、最良の程度まで 木材または木材片の樹皮剥離を行うことか著しく重要である。このような最良の 樹皮剥離程度はまた生成物から生成物に移る毎に、また行われる種々の製造方法 の間で変化するのである。

この最良の樹皮剥離程度を得るためには、生成物に対して樹皮剥離程度および関 連する処理方法を適用することか必要なたけてなく、また木材から出発する材料 の性質に適応させることが必要である。異なる型式の木材、例えば異なる年度に 伐採または丸太にされ、または木材が貯蔵された時間の長さ、木材の乾燥度およ び木材が凍結され、融解されたかに関連し木材の樹皮剥離を行う場合には相互に 異なる処理時間および処理強度が要求されるのである。バルブ工場で使用される 木材は、年間を通じて入手できる可能性および変化を生じるために均一な品質で あることは稀であって、これらの変化は屡知られないで、従って最良の程度の樹 皮剥離を行うことが屡不可能になるのである。従って、樹皮分離処理の際に修正 を行い得るように樹皮剥離の結果を連続的に合理的な方法で決定できるようにな すことが望ましいのである。

この点に関して１つの著しい欠点は、迅速に木材または木材片の樹皮剥離程度を 決定するための客観的な方法が従来はなかったことである。従来使用された唯１ つの迅速な方法は木材または木材片が樹皮剥離程度の主観的な査定を行うように なす視認による木材または木材片の検査を含んでいる。しかし、この方法は信頼 性がなく、木材の連続的な検査もまた甚だ高価で、関係する人に対して著しく疲 労を与えるものである。従来応用されていた客観的な方法は手によるものである 。１つの方法は樹皮を木材または木材片から分離し、次にこれらの２つの部分を 乾燥させて、個々に秤量して、得られる樹皮剥離程度の測定を可能になすことで ある。これと異なり、丸太上に残る樹皮の全面積を測定し、この測定を丸太の全 体の外皮面積と比較することである。これらの客観的な方法は著しく過酷で、高 価につく作業であるから、これらの方法は例えば満足な保証が得られるように新 しい設備または工場を試験する場合または特別な処理方法の研究の場合のような 時だけに応用されたのである。

スウェーデン国公報４００　３８１は鋸挽きまたは鉋挽きされた木材における決 定を光学的に検出するための方法および装置を教示している。この装置は、例え ばそれぞれ約２ｍｍの厚さを有する不透明なスクリーンのそれぞれの側に配置さ れる光源および光検出装置を含んでいる。この光検出装置は信号はコンパレータ ーに送り、このコンパレーターが検出装置に入射した光が閾値を超える電気信号 を生じた時に出力信号を発生するようになっている。例えば小枝、青いじみのあ る（　ｂ　１ｕｅ−ｓ　ｔａ　１ｎｅｄ）木材および成る種の腐れの状態の欠点 か反射光の強さに関係して指示されるのである。この装置は、表面が不透明なス クリーンが木材の表面に連結され得るように平滑で、規則正しく、また生成物に 対する要求条件が色、輝き等に関する木材表面の光学的特性に対する比較的よく 規定された要求条件を含んでいるような鋸挽きまたは鉋挽きされた木材に対して 使用されることがてきるだけである。スクリーンが木材の表面、木材および樹皮 の色および輝きに追従し得るような装置が設けられることがてきても、木材およ び樹皮の色および輝きは著しく変化し、従ってこのような公知の方法は充分に正 確ではない。従ってこの方法は丸太または木材片が樹皮を剥離された程度を検出 するのには使用できないのである。

スウェーデン国公報４０４　９６４は表面の歪みまたは欠点を確定する目的で対 象物からの放射線を検出するための装置を教示している。この公知の装置は、例 えば生の板、乾燥した板および厚板のように木材を分類し、また樹皮の残留物の 形状の歪みが反射される光の強度によって検出されるようになっている。上述と 同様の理由で、この公知の装置も丸太または木材片が樹皮を剥離された程度を検 出するのには使用できない。何故ならば木材および樹皮の元の形態、その状態お よび表面の幾何学的な状態、例えば傾斜等が著しく変化するからである。

これらの問題は本発明の方法および本発明の装置によって解決されるが、この方 法および装置はそれぞれ請求の範囲第１項および第１θ項の特徴事項の記載部分 に述へられた特徴を有するのである。本発明の方法および装置は木材または木材 片の樹皮剥離程度が検出され、連続的に決定され得るようになすとともに、樹皮 の分離が関連する木材または木材片上の最良の樹皮剥離程度まて調節されるのを 可能になすのである。

木材または木材片の樹皮剥離程度を検出して決定することに伴う１つの困難は樹 皮および木材の間を区別することである。通常木材の色が明るく、樹皮が暗いこ とが期待されている。しかし、このことが常に当嵌まるとは限らない。何故なら ば木材はまち暗くまたは着色されることがあるからである。さらに、木材は貯蔵 、腐れおよび同様の経過によって暗くなり、着色されることがある。

バルブの製造に使用される木材の大部分は種々の異なる年月にわたって貯蔵され ている。例えばトウヒおよびその他の多くの木材の種類の内部の樹皮もまたカン パの樹皮の色が明るいように色が明る（なり得るのである。従って、視認された 対象物が樹皮であるかまたは木材であるかを決定する場合に明るさまたは色だけ を利用することは充分ではない。

本発明による方法および装置は、木材または木材片の樹皮剥離程度を決定する目 的で、光の散乱、光の反射および光の吸収特性のような樹皮および木材の光学的 特性の差を利用するものである。木材の長い繊維のために、木材は樹皮よりもさ らに方向性のある材料である。集中された光が木材の表面に入射される時に、光 は木材内を繊維および木材の横方向よりもさらに大なる距離だけ長手方向に伝播 するのである。その際に細長い光像が得られる。この作用は一般に樹皮の場合よ りも木材の場合にさらに著しい。従って、光かそれぞれ木材および樹皮に入射す る時に相互に異なる寸法および形状の樹皮、の光像および木材の光像が得られる のである。

本発明は以下において、その例示的な実施例を参照し、また添付図面を参照して 、さらに詳しく説明されるが、これらの図面の内、 第１ａ図および第ｉｂ図はそれぞれ木材および樹皮によって得られる光像を示す 図面であり、第２図は公称焦点合せ距離からの偏倚による検出された光像の寸法 を調節するために応用される原理を示す図面であり、 第３図は本発明によって構成された装置の１つの実施例の一部断面図とした側面 図であり、 第４図は本発明の装置の変形実施例の原理を示す図面であり、 第５図は本発明の装置のさらに他の変形実施例の原理を示す図面であり、 第６図は樹皮および木材を背景から区別する方法を示す図面であり、 第７図は樹皮および木材を背景から区別するさらに他の方法を示す図面である。

本発明による方法を具体化し、本発明の装置を使用する場合には、少なくとも１ つの集中された光ビームが木材または木材片の形態の材料上に指向され、これに よってこの材料の光像を得るようになされるのである。このようにして得られた 光像は、光ビームが木材に衝突したか、または樹皮に衝突したかに関係して異な る形状および寸法を有するようになる。例えば、レーザービームのような光ビー ムか綺麗な木材の表面に入射される時には、光は木材の繊維内を長円形の像を生 じるように拡がるのである。この点に関して第１ａ図が参照される。他方におい て、レーザービームが樹皮の表面に入射した時には、光は得られる光像が小さい 直径のスポットの形状を育するのである。この点に関して第１ｂ図が参照される 。第１ａ図および第１ｂ図に使用されている符号１０および１２はそれぞれ検出 装置およびレーザーを示している。

第１ａ図および第１ｂ図に示された光像は検出装置ｔｉ。

によって検出されたものとして同じ方法で示されている。

第３図は本発明の装置の実施例を示している。この装置はレーザー１２を含み、 このレーザーがレーザービーム１４の形態の集中された光ビームを丸太の形状の 測定される対象物１６上に指向させるようになっている。対象物１６もまた木材 片になし得る。レーザービーム１４が丸太１６上に入射する点１８において、光 ビームが木材に入射したかまたは丸太樹皮に入射したかについてその形状および 寸法が関係するような光像が得られるのである。（第１ａ図および第１ｂ図を比 較のこと。）この光像の形状および寸法は視野２４を存するＣＣＤカメラになす のが望ましいカメラの形態の検出装置１０によって検出されるのである。このよ うにカメラを使用することは、これによって検出された光像か二次元、すなわち 寸法および形状にて決定されるのを可能になす。簡単な応用面の場合には、閾値 よりも大きい光量を検出するカメラの画素の数を計数することによって光像の面 積を決定するたけて充分である。レーザーＩ２およびカメラ１０の両者はそれぞ れの保護ハウジング２２内に収容され、レーザーおよびカメラを木材を基材とす るバルブ製造工場内に存在する環境状態から保護するようになっている。

それぞれのハウジング２２はそれぞれの回転可能のプレート（図示せず）上に取 付けられて、レーザー１２およびカメラｌＯの間の角度が調節され得るようにな っている。また、回転可能のプレートは取付はバー２６に沿って移動されて、レ ーザー１２およびカメラ１０の間の距離が変化され得るようになっている。符号 ２８はカメラから受入れられる信号を評価するための処理装置を含む電子装置を 示している。測定対象物１６（丸太１６の形態で示されている）はカッター（こ こで丸太が木材片の形状に切断される）までの移送シュート２ｏ（断面図で示さ れている）上の測定面積部分を連続的に通過されるのである。これによって樹皮 剥離程度が次の関係によって処理装置により決定されるのである。

小さい光像の測定の数 測定の全数　・ 丸太の樹皮剥離程度の表面の表示は丸太の直径が知られているか、または測定さ れる場合に、樹皮の厚さおよび木材および樹皮の密度を考慮に入れて、容積また は重量による表示に変換されることができる。

第４図は本発明の装置の他の実施例の原理を示しているが、これにおいては測定 対象物１６の運動方向に垂直に伸長する線上に配置される多数のレーザー１２を 含んている。他の点においては、この装置は第３図に示された装置に含まれるも のと同じ構成要素を含んでいる。レーザー１２は必ずしも１つの線に沿って配置 される必要はなく、材料が運動方向に対して横方向の種々の位置で照明され得る ような他の適当な状態で配置されることができる。

第５図はレーザー１２およびレーザー１２から測定対象物１６上に与えられるレ ーザービーム１４を掃引する回転プリズム３０を含む本発明の装置のさらに他の 実施例の原理を示している。カメラＩＯはレーザービーム１４によって測定対象 物１６上に生じる光像の二次元的な拡がりを検出するように作用する。この原理 によって得られる利点は多数の測定がそれぞれの測定対象物上に対して行われる ことができ、また公知の方法によってこの対象物の直径を決定することができる ことである。これと異なり、例えばレーザーから得られる光ビームが測定対象物 上に線状の光像を形成し、これとともに樹皮が照明されているか、または木材が 照明されているかを決定するためにカメラによって線の幅が間歇的に決定され得 るようなレンズの配置が使用できるのである。

カメラは総ての範囲に焦点合せすることができないために、光像が異なる寸法を 有するように見える可能性がある。第２図を参照のこと。このことが擾乱を生じ させるか否かは測定対象物までの距離、測定面積深度および光学系の性能のよう な特性に関係するのである。このような場答には、光像の実際の拡がりが樹皮剥 離程度を決定する前に決定されることができる。光像の実際または生じている拡 かりは次の関係、すなわち実際の拡がり＝測定された拡がり−ｆ　（ｄ）の関係 によるカメラの焦点である。標準的な精度を要求される場合には、次の近似、す なわちｆ　（ｄ）＝に−ｄ”が適用される。

第３図に示された実施例においては、光源および検出装置は、例えば偏倚ｄがカ メラの視野内の検出された光像の位置から計算されることができるように配置さ れている。第２図を参照のこと。符号３２はこの装置の測定深度を示している。

この場合、カメラの焦点距離は測定深度の下端部の近辺に位置するのである。測 定深度３２はカメラＩＯおよびレーザー１２の間の角度によって決定される。

本発明の方法および装置が作動する態様はまた樹皮および木材を背景の材料から 区別する能力に関係する。この区別を行う１つの方法が第６図に示されているが 、これにおいては背景３４が図示の実施例の場合に測定対象物１６がその上を移 送される移送ローラー３６から成る距離をおかれて配置されている。第６図の実 施例において、レーザービーム１４は、背景３４上の光点がカメラＩＯによって 観察され得る面積の画素に位置するような角度で入射するようになっている。

第７図は樹皮および木材を背景から区別する代替的方法を示している。この場合 、カメラ１０およびレーザー１２は、樹皮および木材上に焦点合せされた小さい 視野深度（ｓｍａｌｌ　ｆｉｅｌｄ−ｏｆ−ｄｅｐｔｈ）の面積部分のみが検出 工程の間に利用されるように配置されるのである。

前述の問題を解決する他の方法は、背景が樹皮および木材の光学的特性とは異な る光学的特性を有するようになすことである。

補正書の翻訳文提出書　（非舖１８４条の７１１１１組ｌ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．丸太および木材片のような材料（１６）の表面に指向されるように集中され 、この材料（１６）に対して相対的に動かされる少なくとも１つの光ビーム（１ ４）によって、前記材料（１６）上の樹皮の存在を連続的に確定し、および／ま たは前記材料（１６）の樹皮剥離程度を決定するための方法において、前記光ビ ーム（１４）によって前記表面上に得られる光像の寸法および形状を決定し、前 記寸法および／または形状が前記材料（１６）の構成要素に関係する基準を構成 するようになし、この検出された値を評価することを特徴とする方法。
2. ２．直線的な照明を使用し、間歇的に前記材料（１６）上の光像の幅を検出する さらに他の工程を特徴とする請求の範囲第１項に記載された方法。
3. ３．例えばレーザービームの形態の光ビーム（１４）で前記材料（１６）上を掃 引し、この材料（１６）上に得られた光像の二次元的な拡がりを検出するさらに 他の工程を特徴とする請求の範囲第１項に記載された方法。
4. ４．多数の光ビーム（１４）を前記材料（１６）上に指向させて、この材料（１ ６）上に得られた光像の二次元的な拡がりを検出するさらに他の工程を特徴とす る請求の範囲第４項に記載された方法。
5. ５．前記検出を行うのに使用された検出装置（１０）および前記材料（１６）の 間の距離に関係して検出された光ビームの拡がりを調節することによって前記光 像の実際の拡がりを決定するさらに他の工程を特徴とする請求の範囲第１項から 第４項までに記載された方法。
6. ６．次の関係、すなわち ｄをカメラの焦点距離からの偏倚であるとして、例えば次の近似、すなわち ｆ（ｄ）＝ｋ・ｄ２ を利用し、 実際の拡がり＝検出された拡がり−ｆ（ｄ）によって光像の実際の拡がりを決定 するさらに他の工程を特徴とする請求の範囲第５項に記載された方法。
7. ７．前記材料（１６）の背景（３４）上の光像を観察するのを不可能になすよう な角度で前記材料を照明するさらに他の工程を特徴とする請求の範囲第１項から 第６項までに記載された方法。
8. ８．前記材料（１６）および前記背景（３４）が実質的に異なる光学的特性を有 することをさらに特徴とする請求の範囲第１項から第６項までに記載された方法 。
9. ９．６００−１３００ｎｍの範囲の波長の光を使用することをさらに特徴とする 請求の範囲第１項から第８項までに記載された方法。
10. １０．丸太または木材片のような材料（１６）の表面上に集中される光ビーム（ １４）を生じさせる装置（１２）を含み、前記材料（１６）上の樹皮の存在を連 続的に確定し、および／またはこの材料（１６）の樹皮剥離程度を決定するため の装置において、前記光ビーム（１４）によって前記表面上に得られた光像の寸 法および／または形状を検出するように働く検出装置（１０）をさらに含み、前 記形状および寸法が前記材料（１６）の構成要素に関係する基準を構成するよう になし、また前記検出装置（１０）と協働し、前記検出された値を評価する処理 装置を含んでいることを特徴とする装置。
11. １１．前記集中される光ビーム（１４）を発生する装置（１２）がレーザー（１ ２）であることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載された装置。
12. １２．６００−１３００ｎｍの波長範囲の光が使用されることを特徴とする請求 の範囲第１１項に記載された装置。
13. １３．前記検出装置（１０）が例えばＣＣＤカメラのようなカメラ（１０）であ ることを特徴とする請求の範囲第１０項から第１２項までに記載された装置。
14. １４．例えば集中される光ビーム（１４）を前記材料（１６）を掃引するように 働く回転プリズム（３０）のような装置であって、その際前記材料（１６）上に 生じた光像の拡がりが前記検出装置（１０）によって決定されるようになされた 前記装置を特徴とすることを特徴とする請求の範囲第１０項から第１３項までに 記載された装置。
15. １５．例えば前記材料（１６）上に生じた光像が線の形状を有し、この線の幅が 前記検出装置（１０）によって間歇的に決定されるように前記集中される光ビー ム（１４）に影響を与える線状光学系のような装置を特徴とする請求の範囲第１ ０項から第１３項までに記載された装置。
16. １６．前記材料（１６）上に多数の集中される光ビームを生じさせる１つまたは それ以上の光源（１２）を特徴とする請求の範囲第１０項に記載された装置。
17. １７．前記処理装置が、前記検出装置（１０）および前記材料（１６）の間の距 離に関係して次の関係、すなわち ｄを前記カメラの焦点距離からの偏倚であるとして、例えば次の近似 ｆ（ｄ）＝ｋ・ｄ２ が利用できるようにして、 実際の拡がり＝検出された拡がり−ｆ（ｄ）によって光像の実際の拡がりを決定 するように働くことを特徴とする請求の範囲第１０項から第１６項までに記載さ れた装置。