JP2017040548A - 検出方法、測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】髄位置の検出を自動化すること。【解決手段】本発明の検出方法は、原木の切断面である木口面を撮影する撮影工程と、前記撮影工程で撮影した前記木口面の画像から複数の年輪を抽出する抽出工程と、前記抽出工程で抽出した各年輪に近似する円を特定し、該円と同心で所定の半径を有する仮想円を特定する仮想円特定工程と、前記仮想円特定工程で特定した各仮想円間の重なり度合に基づいて、前記木口面の髄の位置を決定する決定工程と、を備える。【選択図】 図１２

Description

本発明は、原木の検査技術及び測定技術に関する。

原木は、同じ土地で生育、採取されたものであっても、原木ごとに日照や土壌の状態など生育条件が異なる。また、年ごとに気象条件が異なるなど、多様な自然環境の影響を受けながら成長する。そのような生育条件が異なるそれぞれの場所において成長した原木は、切り倒され、運搬や加工をするため予め定められた所定の寸法におおよそ切り揃えられ、加工処理を行う工場に集められる。その後、集められた原木に所定の処理が行われ、多様な木材製品に加工される。木材製品の中には、素材となる原木の特性を基に、木材製品に適した原木の所定の部分を採用して製作される場合がある。

この原木の特性を検査する技術として、原木に非接触で特性を検査する技術が提案されている。例えば、特許文献１及び特許文献２には原木の含水率をマイクロ波によって非接触で測定する技術が開示されている。また、特許文献３には原木の年輪中心の位置を自動的に検出する技術が開示されている。特許文献３の技術は、複数の探査開始点を設定し、探査開始点から探査フィルタを年輪の法線方向に移動させたときの移動軌跡の交点を年輪中心としている。

特開２００１−２８９７６０号公報 特開平１０−６８７０１号公報 特開２０１１−８８４３６号公報

原木は、切断面となる木口面上の位置ごとにその特性にばらつきがある。例えば、径方向に形成された年輪のそれぞれの位置の含水率は年輪の中心付近の心材（髄中心付近）と年輪の外側付近の辺材（外皮付近）とで大きく異なる場合がある。特許文献１及び特許文献２のようにマイクロ波で測定する場合、測定結果が平均化されてしまい、木口面上の異なる位置での各含水率の測定精度が低い場合がある。木口面上の異なる位置でその特性の測定を自動化するためには、木口面上の位置特定の自動化、例えば、髄の位置特定の自動化が必要となる。特許文献３には原木の年輪中心（つまり髄）を自動的に検出する技術が開示されているが、探査開始点の位置によって、十分な検出精度が得られないことが懸念される。また、検出精度向上のために、探査開始点の数（移動軌跡の数）を増やすと、処理負担が大きくなると推測される。

本発明の第一の目的は、髄位置の検出を自動化することにある。

本発明の第二の目的は、原木の特性の測定精度を向上することにある。

第一の目的を達成するために、第一の本発明によれば、原木の切断面である木口面を撮影する撮影工程と、前記撮影工程で撮影した前記木口面の画像から複数の年輪を抽出する抽出工程と、前記抽出工程で抽出した各年輪に近似する円を特定し、該円と同心で所定の半径を有する仮想円を特定する仮想円特定工程と、前記仮想円特定工程で特定した各仮想円間の重なり度合に基づいて、前記木口面の髄の位置を決定する決定工程と、を備える、ことを特徴とする検出方法が提供される。

第二の目的を達成するために、第二の本発明によれば、上記検出方法によって木口面の髄の位置が検出された原木の測定方法であって、前記木口面に測定子を接触させる工程と、前記木口面に前記測定子が接触した状態で、前記髄の位置を通るように前記木口面の径方向にわたって前記測定子または前記原木の一方を移動させる工程と、を備える、ことを特徴とする測定方法が提供される。

また、第二の目的を達成するために、第三の本発明によれば、原木の木口面を撮影する撮影手段と、前記撮影手段が撮影した前記木口面の画像に基づいて、前記木口面の髄の位置を検出する検出手段と、前記木口面に接触して、前記原木の予め定めた特性を測定する測定子と、前記検出手段が検出した前記髄の位置を通るように前記木口面の径方向に前記測定子または前記木口面を含む原木の一方を移動させる移動手段と、を備える、ことを特徴とする測定装置が提供される。

第一の本発明によれば、髄位置の検出を自動化することができる。

第二及び第三の本発明によれば、原木の特性の測定精度を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る測定装置を横から見た図。 図１の測定装置を上から見た図。 （Ａ）は図１の測定装置を正面から見た図、（Ｂ）は図１の測定装置の制御ユニットのブロック図。 （Ａ）は支持ユニットの斜視図、（Ｂ）は図４（Ａ）のI-I線断面図。 測定ユニットの破断図。 （Ａ）〜（Ｃ）は測定子の三面図。 （Ａ）及び（Ｂ）は測定子の測定態様の説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）は制御ユニットの処理例を示すフローチャート。 （Ａ）及び（Ｂ）は制御ユニットの処理例を示すフローチャート。 （Ａ）は木口面の説明図、（Ｂ）は髄位置の検出例を示す説明図。 髄位置の検出例を示す説明図。 髄位置の検出例を示す説明図。

図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図においてＸ、Ｙは互いに直交する水平方向を示し、Ｚは上下方向を示す。

＜測定装置＞
図１〜図３（Ａ）を参照して本発明の一実施形態に係る測定装置Ａについて説明する。図１は測定装置Ａを横から見た図、図２は測定装置Ａを上から見た図、図３（Ａ）は測定装置Ａを正面から見た図である。

測定装置Ａは、ラックＲ上に略水平姿勢で載置された原木Ｗの特性を測定する装置である。原木Ｗは、その切断面である木口面Ｗ０が測定装置Ａと向かい合うように配置される。一般に、原木を人工乾燥した木材では、木材に含まれる含水率の管理が必要とされる。特にスギ材は、人工乾燥後の含水率のばらつきが大きいため、乾燥開始時の含水率（初期含水率）を検査することが不可欠となっている。測定装置Ａは、原木Ｗの水分含有量を測定可能である。

測定装置Ａは、測定ユニット１と、撮影ユニット２と、照明ユニット３と、スライドユニット４と、昇降ユニット５と、スライドテーブル６と、駆動ユニット７と、ベースプレート８とを備える。

測定ユニット１は原木Ｗの特性を測定するユニットである。詳細は後述する。撮影ユニット２は、木口面Ｗ０を撮影するデジタルカメラユニットであり、ＣＣＤセンサ等の撮像素子や、撮像素子に被写体像を結像させるレンズ等の光学系を含む。

撮影ユニット２は木口面Ｗ０が撮影可能範囲内に位置するように木口面Ｗ０と対向するように配置され、測定ユニット１の測定範囲の中央部であって測定軌道から外れた位置（測定ユニット１の測定方向中央上部）に配置される。そのため、撮影ユニット２の測定範囲外に原木Ｗの木口面ＷＯが配置された場合は、測定不能の（商品価値が無いほど変形した）原木Ｗと見做し、測定ユニット１による測定を中止する。

照明ユニット３は、撮影ユニット２による木口面Ｗ０の撮影時に、木口面Ｗ０に光を照射するユニットであり、ＬＥＤ等の発光素子を備える。本実施形態の場合、照明ユニット３は、木口面Ｗ０に向かって所定の色の光を照射する。所定の色とは、例えば、赤色である。所定の色の光で木口面Ｗ０を照射した状態で、木口面Ｗ０を撮影することで、撮影画像中の木口面Ｗ０の画像の抽出精度を向上させることができる（詳細例は後述する）。

測定ユニット１、撮影ユニット２及び照明ユニット３は、スライドユニット４に支持されている。スライドユニット４は、昇降ユニット５により昇降される。スライドユニット４が昇降されることにより、木口面Ｗ０に対する測定ユニット１や撮影ユニット２の高さを調整することができる。木口面Ｗ０の撮影時には、撮影ユニット２が木口面Ｗ０に対向する高さに位置するようにスライドユニット４の高さが調整される。また、原木Ｗの特性測定時には、測定ユニット１が木口面Ｗ０に対向する高さに位置するようにスライドユニット４の高さが調整される。

スライドユニット４は、支持ユニット４１と、支持プレート４２と、を備える。支持ユニット４１は、測定ユニット１を揺動自在に支持する。本実施形態の場合、支持ユニット４１は、測定ユニット１を所定の範囲内で揺動自在に支持する。測定ユニット１は、図１の矢印Ｄｚの方向および図２の矢印Ｄｙ方向に揺動自在である。図４（Ａ）は支持ユニット４１の斜視図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のI-I線に沿う支持ユニット４１の断面図である。

支持ユニット４１は、２つの取付部４１０と、支持部４１１と、取付部４１２と、中空の支持部４１３と、アーム部４１４と、軸４１５と、球状体４１６とを備える。２つの取付部４１０は、昇降ユニット５のスライダ５４に固定される部分である。支持部４１１は２つの取付部４１０の間に位置している。支持部４１１にはＺ方向４１１ａの孔が形成されており、この孔４１１ａに昇降ユニット５のボールナットユニット５５が固定される。また、２つの取付部４１０及び支持部４１１の一側面（測定ユニット１の筒体１１側の面：図４（Ｂ）中では右側面）に、支持部４１３が固定される。

球状体４１６は、その内部に貫通孔４１６ａを有する略円筒状の部材であり、この貫通孔４１６ａに軸４１５が挿通され、固定されている。軸４１５の両端部にアーム部４１４が固定される。アーム部４１４はＣ字型の部材であり、その開放側の両端部が軸４１５に固定され、その中間部に取付部４１２が固定される。取付部４１２には測定ユニット１の筒体１１（後述）が固定される。

支持部４１３は、その内部に空洞を有しており、かつ、球状体４１６の表面に面接触する凹部４１３ａを有している。球体４１６は、その表面が凹部４１３ａの表面に沿って転動自在に支持されており、取付部４１２は三次元的に揺動自在（フローティング状態）となっている。このため、取付部４１２に固定された測定ユニット１も三次元的に揺動自在に支持されているが、後述する緩衝ユニットＡＢＲが測定ユニット１に当接し、弾性部材４１９の弾性力によって測定ユニット１はＸ方向に常時付勢されるため、Ｘ方向の揺動は規制され、測定ユニット１はＺ方向（図１のＤｚ方向）及びＹ方向（図２のＤｙ方向）に揺動自在とされている。

２つの取付部４１０の各下部には、ブラケット４１７ａを介して緩衝ユニットＡＢＲが固定されている。二つの緩衝ユニットＡＢＲはＹ方向に離間して配置されている。

緩衝ユニットＡＢＲは、Ｘ方向に延びる軸状の部材であるロッド４１７を備え、ロッド４１７の先端部は、測定ユニット１の背部に固定されたブラケット４１８ａの孔４１８ｂ（図４（Ｂ））に挿入される。孔４１８ｂは測定ユニット１のＤｚ方向の揺動を所定範囲で許容するように、ロッド４１７の径よりも大きな径の孔である。

ロッド４１７の先端側にはリング状のストッパ４１８が取付けられている。ストッパ４１８は、ロッド４１７が通過する孔を有しており、ロッド４１７に対して、ロッド４１７の軸方向（つまりＸ方向）に移動可能である。ロッド４１７の根元側にはバネ受け４１７ｂが固定されており、バネ受け４１７ｂとストッパ４１８との間には弾性部材４１９が設けられている。弾性部材４１９は、本実施形態の場合、コイルバネであり、ロッド４１７の周りに弾性部材４１９が巻き回されている。

ストッパ４１８はブラケット４１８ａの背部に当接される。測定ユニット１が揺動中心（中立位置）から図２のＤｙ方向に揺動すると、二つの弾性部材４１９のうちの一方が圧縮され、測定ユニット１を揺動中心に戻すように付勢力（弾性力）を発揮する。こうして、二つの弾性部材４１９は、測定ユニット１を揺動中心に維持するように測定ユニット１を付勢する。支持プレート４２は板状の部材であり、２つの取付部４１０に固定されている。撮影ユニット２及び照明ユニット３は支持プレート４２（原木Ｗと対向させる側の面：図１中では右側面）の正面に固定されている。

図１〜図３（Ａ）に戻って昇降ユニット５について説明する。昇降ユニット５は、Ｚ方向に延びる本体部（支柱部材）５１を備える。本体部５１の正面（原木Ｗと対向させる側の面：図１中では右側面）には、二つのレール部材５２が設けられている。レール部材５２はＺ方向に延設されている。各レール部材５２にはスライダ５４が係合され、このスライダ５４に前述した２つの取付部４１０（支持ユニット４１）が固定されている。スライダ５４はレール部材５２の案内によってレール部材５２上をスライド可能である。このため、支持ユニット４１、ひいてはスライドユニット４全体が、レール部材５２に沿ってスライド可能である。

二つのレール部材５２の間には、Ｚ方向に延びるボールねじ軸５３が配置されている。ボールねじ軸５３は、その軸回りに回転自在に本体部５１に支持されている。ボールねじ軸５３の上端部はモータ５０の出力軸に連結されている。モータ５０は本体部５１の天部に固定されており、その駆動によりボールねじ軸５３を回転させる。ボールねじ軸５３にはボールナットユニット５５が螺合され、このボールナットユニット５５は前述したように支持部４１１に固定されている。ボールねじ５３の回転によりボールナットユニット５５がボールねじ軸５３に沿って昇降され、これによりスライドユニット４全体が昇降する。つまり、ボールねじ５３の回転によってスライドユニット４、測定ユニット１、撮影ユニット２及び照明ユニット３が一体的に昇降する。なお、本実施形態では昇降ユニット５の駆動機構としてボールねじ機構を採用したが、ラックピニオン機構、ベルト伝動機構或いはリニアモータ等、他の駆動機構であってもよい。

昇降ユニット５はスライドテーブル６上に設けられている。スライドテーブル６は板状の部材であり、その下面に複数のスライダ６１が設けられている。スライダ６１はレール部材８１と係合される。スライダ６１はレール部材８１の案内によってレール部材８１に沿ってスライド可能であり、スライドテーブル６全体がレール部材８１上をスライド可能である。

二つのレール部材８１は、ベースプレート８に固定されている。レール部材８１はＸ方向に延設されており、二つのレール部材８１はＹ方向に離間して設けられている。ベースプレート８には、駆動ユニット７が固定されている。駆動ユニット７は、例えば、エアシリンダや電動シリンダであり、そのロッドの先端はスライドテーブル６に固定されている。駆動ユニット７の駆動によりベースプレート８をＸ方向に進退させることができる。

以上の構成により、測定ユニット１、撮影ユニット２及び照明ユニット３は、駆動ユニット７の駆動によってＸ方向に移動され、また、モータ５０の駆動によって昇降される。

＜測定ユニット＞
図１〜図３（Ａ）、図５〜図７（Ｂ）を参照して測定ユニット１について説明する。図５は測定ユニット１の破断図であり、測定ユニット１の内部構造を上から見た図である。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は測定ユニット１が備える測定子１２の三面図である。図７（Ａ）及び（Ｂ）は測定子１２の測定態様の説明図である。

測定ユニット１は、その外壁を形成する筒体１１と、測定子１２と、移動ユニット１３とを備える。

筒体１１は、全体としてＹ方向に延びる角形の中空体をなしており、上下前後の四つの壁体から構成されており、その左右はカバー部材により閉鎖されている。正面の壁体は、測定時に木口面Ｗ０に当接する当接部材１１ａを構成している。当接部材１１ａはＹ方向に延びる板状の部材であり、その表面は木口面Ｗ０に当接する平坦な当接面を形成している。この当接面は、当接部材１１ａの延設方向（Ｙ方向）と平行に延設された開口部１１ｂを画定している。開口部１１ｂは当接部材１１ａを貫通したスリットであり、筒体１１の内部に配置された測定子１２を木口面Ｗ０側に露出させると共に測定子１２を露出させた状態でＹ方向への移動を可能にする。

移動ユニット１３は、筒体１１の延設方向（Ｙ方向）に測定子１２を移動する機構であり、モータ１３１と、ボールねじ軸１３２と、ボールナットユニット１３３と、レール部材１３４と、スライダ１３５とを備える。ボールねじ軸１３２及びレール部材１３４は筒体１１の延設方向（Ｙ方向）に延設されており、ボールねじ軸１３２はその軸回りに回転自在に支持されている。ボールねじ軸１３２の端部はモータ１３１の出力軸に連結されており、モータ１３１の駆動力によりボールねじ軸１３２が回転される。スライダ１３５はレール部材１３４と係合し、レール部材１３４の案内によってレール部材１３４上をスライド可能である。レール部材１３４は、当接部材１１ａの当接面と測定子１２とのＸ方向におけるお互いの位置関係が延設方向（Ｙ方向）に亘って一定の距離状態を維持したまま測定子１２を移動可能に平行に配置される。

ボールナットユニット１３３はスライダ１３５と一体的に構成されており、ボールねじ軸１３２と螺合している。ボールねじ軸１３２を回転させると、ボールナットユニット１３３に固定されたスライダ１３５が筒体１１の延設方向（Ｙ方向）に移動される。

スライダ１３５は、その正面側に測定子１２が固定されている。したがってスライダ１３５が移動すると、スライダ１３５と共に測定子１２も移動する。これにより、測定子１２を原木Ｗに対して木口面Ｗ０の径方向に移動させることが可能である。なお、本実施形態の場合、移動ユニット１３によって測定子１２を原木Ｗに対して相対的に移動させるが、逆に、原木Ｗを測定子１２に対して移動させる構成も採用可能である。また、本実施形態では移動ユニット１３の駆動機構としてボールねじ機構を採用したが、ラックピニオン機構、ベルト伝動機構或いはリニアモータ等、他の駆動機構であってもよい。また、木口面Ｗに当接部材１１ａの当接面を当接させて規定したが、少なくとも３点が当接することで規定されればよく、３つの当接部材による規定でもよい。

測定子１２は、本実施形態の場合、ロードセル１２３をセンサとして備える接触式のセンサユニットである。なお、測定子１２が備えるセンサはロードセル以外の接触式のセンサであってもよい。

測定子１２は、本体部１２１と、収容部１２２と、を備える。本体部１２１は板状の部材である。

収容部１２２は本体部１２１と一体に形成された筒状の部材であり、その内部にロードセル１２３が固定されている。本体部１２１の中央部には円形の開口部１２１ａが形成されている。この開口部１２１ａには、開口部１２１ａよりも小径の円板１２４が配置されている。円板１２４は、複数の板バネ１２７を介して本体部１２１と連結され、開口部１２１ａの中央に位置される。それぞれの板ばね１２７は、複数のねじ１２７ａによって円板１２４及び本体部１２１に固定される。板ばね１２７の弾性変形によって円板１２４はＸ方向に変位可能である。

円板１２４の背面にはロードセル１２３の検知部が当接している。円板１２４がＸ方向におけるロードセル１２３へ向かう外力を受けると板ばね１２７の弾性変形によって円板１２４がロードセル１２３側へ変位し、ロードセル１２３がこの変位を検知する。これにより円板１２４に作用する荷重がロードセル１２３で検知される。

円板１２４には、一対のアーム部材１２５が一体的に設けられている。一対のアーム部材１２５の先端部には、ピン１２５ａを介して剛球１２６が支持されている。剛球１２６が木口面Ｗ０に当接され、木口面Ｗ０からの反力を受けると、その反力は、一対のアーム部材１２５及び円板１２４を介してロードセル１２３に伝達されて検知される。板バネ１２７の自然状態において、剛球１２６は開口部１１ｂから外方へ（木口面Ｗ０側へ）突出した状態にある。ピン１２５ａは、Ｚ方向に延びる軸であり、剛球１２６はピン１２５ａを中心に回転自在に支持されている。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照して測定子１２による原木Ｗの特性の測定態様を説明する。原木Ｗの特性を検知する際、駆動ユニット７を駆動して、図７（Ａ）に示すように、当接部材１１ａを木口面Ｗ０に当接させる。測定ユニット１は、支持ユニット４１によってＤｚ方向およびＤｙ方向に揺動自在に支持されているため、当接部材１１ａを木口面Ｗ０に当接することで木口面Ｗ０の面方向に倣って測定ユニット１が揺動し、測定ユニット１の延設方向（つまり測定子１２の移動方向）と木口面Ｗ０の面方向とが同じ（又はほぼ同じ）になる。こうして、当接部材１１ａを木口面Ｗ０に当接させることで、木口面Ｗ０の面方向と平行に測定子１２を移動させ易くなる。

上記のとおり、板ばね１２７の自然状態において、剛球１２６は開口部１１ｂから木口面Ｗ０側へ突出した状態にあり、当接部材１１ａを木口面Ｗ０に当接させることで、剛球１２６が木口面Ｗ０に当接する。測定子１２は筒体１１内側に押圧されて筒体１１の内側に引っ込むように変位し、ロードセル１２３に荷重が入力される状態となると共に、板ばね１２７が弾性変形する。板ばね１２７が弾性変形することにより、測定完了後、当接部材１１ａが木口面Ｗ０から離間すると自然状態に復帰し、剛球１２６を元の位置に戻すことができる。

特性の計測は、移動ユニット１３によって、図７（Ｂ）に示すように、測定子１２を木口面Ｗ０の径方向（Ｙ方向）に移動しつつ、ロードセル１２３の検知結果をサンプリングする。上記のとおり、剛球１２６はピン１２５ａを中心に回転自在に支持されているため木口面Ｗ０上を転動し、これにより、測定子１２は木口面Ｗ０上を円滑に移動する。

測定子１２を移動するとき、木口面Ｗ０の髄の位置を剛球１２６が通るように木口面Ｗ０の径方向に渡って測定子１２を移動させることで、木口面Ｗ０の全域に渡ってロードセル１２３の検知結果が得られる。図７（Ａ）の線Ｈは髄の位置（高さ）を示している。

ここで、木口面Ｗ０の髄等について説明する。図１０（Ａ）は木口面Ｗ０の一例を示している。髄Ｗ１は年輪の中心部分を意味する。髄Ｗ１の周囲には心材Ｗ２があり、心材Ｗ２の周囲には辺材Ｗ３があり、その周囲には外樹皮Ｗ４がある。心材Ｗ２と辺材Ｗ３とでは水分含有率等が大きく異なる場合がある。図１０（Ａ）において一点鎖線で示すように、髄Ｗ１を通る線上における特性分布を測定することで心材Ｗ２や辺材Ｗ３の特性の違いも明らかにすることができる。

測定子１２のＸ方向の変位量は木口面Ｗ０の硬さに影響される。軟らかい部位においては、測定子１２は相対的に木口面Ｗ０側に位置し、硬い部位においては測定子１２は相対的にスライダ１３５側に位置する。ロードセル１２３の検知結果を所定の換算式で換算することで、木口面Ｗ０の硬度或いは水分含有量を演算することができる。本実施形態の場合、測定子１２を木口面Ｗ０に直接接触させて、その特性を測定するので、木口面Ｗ０の複数の位置の特性値を直接得ることができる。特に、木口面Ｗ０を径方向に横断した線上の特性値の分布を得ることができる。こうして、本実施形態では、マイクロ波等による非接触方式の測定よりも、原木Ｗの特性の測定精度を向上することができる。

なお、図７（Ｂ）は木口面Ｗ０の径方向の一端から他端までの全域を測定範囲としているがこれに限られない。例えば、髄Ｗ１から木口面Ｗ０の径方向の一端までの半径に相当する距離分だけを測定範囲としてもよい。その際、測定開始点は髄Ｗ１であってもよいし、外樹皮Ｗ４近傍であってもよい。

＜制御ユニット＞
測定装置Ａを制御する制御ユニットについて図３（Ｂ）を参照して説明する。図３（Ｂ）は制御ユニット１００のブロック図である。制御ユニット１００は、ＣＰＵ等の処理部１０１と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部１０２と、外部デバイスと処理部１０１とをインターフェースするインターフェース部１０３と、を含む。インターフェース部１０３には、ホストコンピュータとの通信を行う通信インターフェースも含まれる。ホストコンピュータは、例えば、測定装置Ａが配置された製造設備全体を制御するコンピュータである。

処理部１０１は記憶部１０２に記憶されたプログラムを実行し、各種のセンサ１０５の検出結果や上位のコンピュータ等の指示に基づいて、各種のアクチュエータ１０４を制御する。各種のセンサ１０５には、例えば、スライダ４の位置を検出するセンサ、測定子１２の位置を検出するセンサ、撮影ユニット２の撮像素子等、各種のセンサが含まれる。なお、撮像素子が撮像した画像を処理する画像処理プロセッサを備えてもよい。各種のアクチュエータ１０４には、例えば、モータ５４、１３１、シリンダ７が含まれる。

＜制御例＞
処理部１０１が実行する処理の例について説明する。図８（Ａ）は処理部１０１が実行する処理の例を示すフローチャートである。Ｓ１では木口面Ｗ０の髄の位置を自動検出する。詳細は後述する。Ｓ２では図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照して説明したように、木口面Ｗ０の髄の位置を剛球１２６が通るように木口面Ｗ０の径方向に亘って測定子１２を移動させ、原木Ｗの特性を測定する。詳細は後述する。以上により一単位の処理が終了する。

＜髄の位置の検出＞
Ｓ１の髄Ｗ１の位置の検出処理の例について説明する。図８（Ｂ）はその処理例を示すフローチャートである。Ｓ１では木口面Ｗ０の撮影を行う。ここでは、まず、木口面Ｗ０に対向する高さに撮影ユニット２を昇降する。照明ユニット３で木口面Ｗ０を照射し、撮影ユニット２で木口面Ｗ０を撮影する。図１０（Ｂ）の画像ＩＭＯはその撮影画像の例を示している。画像ＩＭＯには木口面Ｗ０以外の画像、例えば、背景等も含まれる。具体的には、測定装置Ａが設置されている工場内において、木口面Ｗ０の周囲や背後に存在する物体の画像も映り込む。撮影の際、照明ユニット３によって所定の色で木口面Ｗ０を照射することで、木口面Ｗ０の画像と、背景の画像との区別を行い易くすることができる。ここでは一例として赤色光を照射した場合を例示して説明を進める。照明は赤色光以外でもよいが、木口面は一般にＲＧＢ（赤、緑、青）のうち、Ｒの輝度値が高い傾向にあり、赤色光の照射が背景の画像との区別を行う上で有利である。

画像ＩＭＯには、撮影ユニット２に固有の歪みがあり得る。また、撮影系の座標空間と、測定ユニット１の位置座標空間とのマッチングとを図る必要がある。そこで、座標空間の変換や画像の歪みを補正した画像ＩＭ１（図１０（Ｂ））を得る。画像ＩＭ１が基準像となる。

Ｓ１２では、木口面Ｗ０の年輪を抽出する処理（Ｓ１３）の前処理として、年輪を抽出する範囲を設定する。木口面Ｗ０の全域に渡って年輪を抽出してもよいが、処理時間が長くなったり処理負荷が大きくなったりする。本実施形態では、年輪の抽出範囲を髄Ｗ１の周辺の一定の領域に設定して処理時間の短縮或いは処理負荷の削減を図る。

Ｓ１２の処理は、木口面Ｗ０の画像ＩＭ１に基づいて木口面Ｗ０の輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、抽出した木口面Ｗ０の輪郭に近似する円を特定し、該円と同心で所定の半径を有する円を抽出範囲に設定する工程とに大別される。まず、輪郭を抽出するため、図１０（Ｂ）に示すように画像ＩＭ１を光の三原色の成分となる赤成分（Ｒ）、緑成分（Ｇ）、青成分（Ｂ）に分離する。撮影時に赤色で木口面Ｗ０を照明しているため、Ｒ画像は木口面Ｗ０の輝度が高い画像となっている。続いて、図１０（Ｂ）に示すように、分離された各成分を、色相成分（Ｈ）と、彩度成分（Ｓ）と、明度成分（Ｖ）とに変換し（ＲＧＢ→ＨＳＶ変換）、Ｈ画像、Ｓ画像及びＶ画像をそれぞれ抽出する。

次に、Ｈ画像を赤成分（Ｒ）が所定値範囲か否かで二値化し、また、Ｖ画像を明度が所定値範囲か否かで二値化する。木口面Ｗ０は赤色が強いことと、照明により明度が高いことを利用する。更に、二値化したＨ画像と二値化したＶ画像とで画素値の論理積を取り、図１１の画像ＩＭ２を生成する。これにより外乱光の影響を低減した画像ＩＭ２を得ることができる。

画像ＩＭ２について、画素で囲まれている領域の”穴埋め”を行い、画像ＩＭ３を生成する。画像ＩＭ３からノイズを除去するために画像ＩＭ３にオープニング処理を施して画像ＩＭ４を生成する。画像ＩＭ４に互いに分離している複数の画像が含まれている場合、そのうちの最大の画像を木口面Ｗ０の画像と見なして他の画像を削除する。画像ＩＭ４は２つの画像（大きい画像ｂ１及び小さい画像ｓ１）を含むため、小さい画像ｓ１を削除する。更に、木口面Ｗ０の画像に凸包処理を行って、木口面Ｗ０の画像を円形状に近づけた画像ＩＭ５を生成する。

画像ＩＭ５において、木口面Ｗ０の画像を、その輪郭を線で表したデータに変換した画像ＩＭ６を生成する。更に、画像ＩＭ６に近似した真円を特定する。ここでは、例えば、木口面Ｗ０の輪郭線から直線部分を削除し、残った複数の円弧線の中で最大の円弧線に近似する真円を特定する。画像ＩＭ７は、特定された真円の例を矢印で示している。なお、画像ＩＭ７は説明上の画像であり、実際にこの画像を生成する必要はない。

続いて、特定した真円と中心を共通にし、かつ、所定の半径を有する仮想円を特定し、この仮想円の範囲内を年輪の抽出範囲とする。半径は例えば真円の半径の５０％とすることができる。画像ＩＭ８は、年輪の抽出範囲を矢印で示している。以上により、Ｓ１２の抽出範囲の設定処理が終了する。

図８（Ｂ）に戻り、Ｓ１３では年輪の抽出処理を行う。まず、Ｓ１２で設定した抽出範囲を基準画像ＩＭ１から切り出した画像を生成する。更に、切り出した画像から年輪を抽出する。図１２の画像ＩＭ９は、抽出範囲を基準画像ＩＭ１から切り出した画像について、年輪を強調させて表示した画像を示している。この画像自体を生成する必要はなく年輪を抽出できればよい。年輪は画像の濃淡の変化によりその境界を特定して判別することができる。画像認識上は同一の年輪と認識される場合であっても、曲率の変化が一定以上に達する場合は、別の年輪として分割して認識してもよい。また、一定のサイズ未満の年輪はノイズとみなして削除してもよい。

Ｓ１４では、仮想円特定処理を行う。ここでは、まず、Ｓ１３で抽出した各年輪に近似する真円を特定する。図１２の画像ＩＭ１０は、各年輪に近似する真円を表示した画像を示している。この画像自体を生成する必要はなく各真円を抽出できればよい。ここでは、例えば、抽出した年輪から直線部分を削除し、残った複数の円弧線の中で最大の円弧線に近似する真円を特定する。次に、特定した真円と同心で所定の半径を有する仮想円を特定する。

図８（Ｂ）に戻り、Ｓ１５では髄Ｗ１の位置の決定処理を行う。ここではＳ１４で特定した各仮想円間の重なり度合に基づいて木口面Ｗ０の髄Ｗ１の位置を決定する。重なり度合の評価手法は様々な手法を採用可能であるが、ここでは輝度値を利用する。図９（Ａ）はＳ１５の処理例を示すフローチャートである。

Ｓ２１では、仮想円が重なる部位について輝度値を加算する処理を行う。具体例を説明する。図１２の画像ＩＭ１１は、破線矢印で示すように各仮想円を表示した画像を示している。各仮想円は輪郭線ではなく、塗りつぶしの円の画像としており、各仮想円の輝度値は同じとする。例えば、半径２０ピクセルで輝度値１の円とする。そして、仮想円が重なる部分については輝度値を加算していく。画像ＩＭ１１のうち、実線矢印で示す部分は輝度値が高いことが分る。つまり、この輝度値が高い部分は、より多くの年輪の中心となっている部分である。

図９（Ａ）に戻り、Ｓ２２では領域抽出処理を行う。ここでは、Ｓ２１における輝度値の加算後に輝度値が所定値以上の領域を抽出する。例えば、加算後の最大の輝度値に対して６０％以上の輝度値を有する画素の領域を抽出する。図１２の画像ＩＭ１２は抽出した領域を矢印で示している。画像ＩＭ１２に対して、ノイズ除去のため、オープニング処理等を行った画像ＩＭ１３を生成する。

図９（Ａ）に戻り、Ｓ２３では領域選択処理と図心演算処理を行う。Ｓ２２の領域抽出処理では複数の領域が抽出される可能性がある。複数の領域が抽出された場合は最大の領域を選択する。そして、選択した領域の図心を演算し、その図心の位置を図１２に示すように髄Ｗ１の位置と決定する。

以上により、一単位の処理が終了する。こうして本実施形態では木口面における髄の位置の検出を自動化することができる。本実施形態は、各年輪に近似する円を特定し、更に、この円と同心で所定の半径を有する仮想円を特定する。そして、仮想円の重なり度合から髄の位置を決定した。実質的に年輪に近似する円のフィッティングを行えば、髄の位置を決定できることから、比較的簡易な処理で髄の位置を検出することができる。また、髄の位置は年輪の中心付近となることから仮想円の重なり度合から髄の位置を決定することで、特定した髄の位置の検出精度も向上する。特に、髄に近い程、年輪の中心に髄が位置する傾向にあるため、年輪の抽出範囲を髄に近い領域に設定することで、処理負担の軽減だけでなく、髄の位置の検出精度も向上できる。

＜原木の特性の測定＞
図８（Ａ）のＳ２の処理例について説明する。図９（Ｂ）はその処理例を示すフローチャートである。Ｓ３１では測定子１２の位置調整を行う。ここではＳ１で検出した髄Ｗ１の高さに測定子１２が位置するよう、測定ユニット１を昇降する。図７（Ａ）で言えば、線Ｈの高さに剛球１２６が位置するように測定ユニット１を昇降する。また、測定子１２のＹ方向の位置が木口面Ｗ０上の測定開始位置に合うように移動ユニット１３によって測定子１２を移動する。

Ｓ３２では当接部材１１ａを木口面Ｗ０に当接させる。これにより、測定子１２が木口面Ｗ０の測定開始位置に当接する。このとき、測定ユニット１は、支持ユニット４１によってＤｚ方向およびＤｙ方向に揺動自在に支持されているため、木口面Ｗ０の面方向に倣って測定ユニット１がフローティングする。Ｓ３３では移動ユニット１３によって測定子１２を移動させつつ、ロードセル１２３の検知結果を取得して木口面Ｗ０の特性を測定する。測定子１２は木口面Ｗ０の径方向に移動され、かつ、移動の過程で髄Ｗ１の位置を通過し、髄Ｗ１、心材Ｗ２、及び辺材Ｗ３の各部の特性が測定される。以上により一単位の処理が終了する。

Ａ 測定装置、１ 測定ユニット、２ 撮影ユニット、３ 照明ユニット、１２ 測定子

Claims (16)

1. 原木の切断面である木口面を撮影する撮影工程と、
   前記撮影工程で撮影した前記木口面の画像から複数の年輪を抽出する抽出工程と、
   前記抽出工程で抽出した各年輪に近似する円を特定し、該円と同心で所定の半径を有する仮想円を特定する仮想円特定工程と、
   前記仮想円特定工程で特定した各仮想円間の重なり度合に基づいて、前記木口面の髄の位置を決定する決定工程と、を備える、
   ことを特徴とする検出方法。
2. 請求項１に記載の検出方法であって、
   前記撮影工程では、所定の色の光で前記木口面を照射して前記木口面を撮影する、
   ことを特徴とする検出方法。
3. 請求項１に記載の検出方法であって、
   前記木口面のうち、前記抽出工程で年輪を抽出する抽出範囲を設定する設定工程を更に備え、
   前記設定工程は、
   前記撮影工程で撮影した前記木口面の画像に基づいて前記木口面の輪郭を抽出する輪郭抽出工程と、
   抽出した前記木口面の輪郭に近似する円を特定し、該円と同心で所定の半径を有する円を前記抽出範囲に設定する工程と、を備える、
   ことを特徴とする検出方法。
4. 請求項３に記載の検出方法であって、
   前記輪郭抽出工程は、
   前記撮影工程で撮影した画像を光の三原色の成分となる赤成分、緑成分、青成分に分離する工程と、
   分離された各成分を、色相成分と、彩度成分と、明度成分とに変換する変換工程と、を備える、
   ことを特徴とする検出方法。
5. 請求項４に記載の検出方法であって、
   前記輪郭抽出工程は、前記変換工程でＨＳＶ変換した画像の内、色相成分の画像および明度成分の画像をそれぞれ抽出する成分抽出工程を備える、
   ことを特徴とする検出方法。
6. 請求項５に記載の検出方法であって、
   前記輪郭抽出工程は、前記成分抽出工程で抽出したそれぞれの画像を二値化処理し、該二値化処理の結果に基づき前記木口面の輪郭を抽出する工程を備える、
   ことを特徴とする検出方法。
7. 請求項１に記載の検出方法であって、
   前記決定工程は、
   前記特定工程で特定した各仮想円間の重なり部分の輝度値を加算する加算工程と、
   前記加算工程の加算後に、輝度値が所定値以上の領域を抽出する領域抽出工程と、を備える、
   ことを特徴とする検出方法。
8. 請求項７に記載の検出方法であって、
   前記決定工程は、
   前記領域抽出工程において、輝度値が所定値以上の領域が複数あるとき、最大の領域を選択する選択工程を備える、
   ことを特徴とする検出方法。
9. 請求項７に記載の検出方法であって、
   前記決定工程は、
   輝度値が所定値以上の領域の図心を、前記木口面の髄の位置として決定する、
   ことを特徴とする検出方法。
10. 請求項１に記載の検出方法によって木口面の髄の位置が検出された原木の測定方法であって、
    前記木口面に測定子を接触させる工程と、
    前記木口面に前記測定子が接触した状態で、前記髄の位置を通るように前記木口面の径方向にわたって前記測定子または前記原木の一方を移動させる工程と、を備える、
    ことを特徴とする測定方法。
11. 原木の木口面を撮影する撮影手段と、
    前記撮影手段が撮影した前記木口面の画像に基づいて、前記木口面の髄の位置を検出する検出手段と、
    前記木口面に接触して、前記原木の予め定めた特性を測定する測定子と、
    前記検出手段が検出した前記髄の位置を通るように前記木口面の径方向に前記測定子または前記木口面を含む原木の一方を移動させる移動手段と、を備える、
    ことを特徴とする測定装置。
12. 請求項１１に記載の測定装置であって、
    前記移動手段は、前記測定子を所定方向に移動させる測定子移動機構であり、
    前記測定装置は、前記測定子と前記測定子移動機構を備えた測定ユニットを備え、
    前記測定ユニットは、
    前記所定方向と平行に延設され、前記木口面に当接する当接部材を備える、
    ことを特徴とする測定装置。
13. 請求項１２に記載の測定装置であって、
    前記当接部材は、
    前記所定方向と平行に延び、前記測定子を露出させる開口部と、
    前記開口部を画定すると共に前記木口面に当接する当接面と、を備える、
    ことを特徴とする測定装置。
14. 請求項１１に記載の測定装置であって、
    前記撮影手段は、
    前記木口面に向かって所定の色の光を照射する照明手段を備える、
    ことを特徴とする測定装置。
15. 請求項１３に記載の測定装置であって、
    前記測定ユニットを揺動自在に支持する支持手段を更に備え、
    前記支持手段は、前記測定ユニットを揺動中心に維持するように付勢する弾性手段を備える、
    ことを特徴とする測定装置。
16. 請求項１１に記載の測定装置であって、
    前記特性とは硬度又は水分含有量である、
    ことを特徴とする測定装置。