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WO2010114090A1 - 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

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 Download PDF

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WO2010114090A1
WO2010114090A1 PCT/JP2010/056007 JP2010056007W WO2010114090A1 WO 2010114090 A1 WO2010114090 A1 WO 2010114090A1 JP 2010056007 W JP2010056007 W JP 2010056007W WO 2010114090 A1 WO2010114090 A1 WO 2010114090A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
node
shape
cutting
simulation
blank material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2010/056007
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
鈴木　達哉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to CN201080014459.7A priority Critical patent/CN102369091B/zh
Publication of WO2010114090A1 publication Critical patent/WO2010114090A1/ja
Priority to US13/249,776 priority patent/US8903529B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27M—WORKING OF WOOD NOT PROVIDED FOR IN SUBCLASSES B27B - B27L; MANUFACTURE OF SPECIFIC WOODEN ARTICLES
    • B27M1/00—Working of wood not provided for in subclasses B27B - B27L, e.g. by stretching
    • B27M1/02—Working of wood not provided for in subclasses B27B - B27L, e.g. by stretching by compressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27D—WORKING VENEER OR PLYWOOD
    • B27D3/00—Veneer presses; Press plates; Plywood presses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27G—ACCESSORY MACHINES OR APPARATUS FOR WORKING WOOD OR SIMILAR MATERIALS; TOOLS FOR WORKING WOOD OR SIMILAR MATERIALS; SAFETY DEVICES FOR WOOD WORKING MACHINES OR TOOLS
    • B27G1/00—Machines or devices for removing knots or other irregularities or for filling-up holes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27M—WORKING OF WOOD NOT PROVIDED FOR IN SUBCLASSES B27B - B27L; MANUFACTURE OF SPECIFIC WOODEN ARTICLES
    • B27M1/00—Working of wood not provided for in subclasses B27B - B27L, e.g. by stretching
    • B27M1/08—Working of wood not provided for in subclasses B27B - B27L, e.g. by stretching by multi-step processes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Definitions

  • the present invention relates to a simulation method, a simulation apparatus, and a simulation program for extracting a place that needs to be cut before compressing wood to be molded.
  • wood a natural material
  • wood has attracted attention. Since wood has various grain patterns, individual differences occur depending on the location of the raw wood, and the individual differences are the individuality of each product. In addition, scratches and changes in color caused by long-term use may also have a unique texture and may be familiar to the user. For these reasons, wood has been attracting attention as a material that can produce unique and tasty products that are not found in products using synthetic resins and light metals, and its molding technology is also making rapid progress.
  • the present invention has been made in view of the above, and enables a simulation method, a simulation apparatus, and a simulation capable of performing appropriate compression molding even for wood having knots and realizing improvement in yield.
  • the purpose is to provide a program.
  • the simulation method includes information on the shape of the blank material to be formed from the raw wood, and information on the final shape of the wood obtained by compressing the blank material.
  • a computer having storage means for storing image data obtained by photographing the surface of a blank material shaped from a raw wood, a simulation for extracting a place to be cut before compressing the wood
  • a node shape estimating step for estimating the shape of the node by the step, and based on the shape of the node estimated in the node shape estimating step, including a part of the node, and the thickness of the portion of the node is the blank material
  • a cutting mode determining step for determining a cutting location and a cutting shape of the blank material so as to be substantially equal to the thickness after compression.
  • the simulation method according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the blank material has a substantially bowl shape, and the cutting mode determining step provides the cutting location on the inner surface side of the blank material.
  • the cutting shape includes a section of a node estimated in the node shape estimation step on a bottom surface, and has an opening surface having an area larger than the area of the bottom surface, And the columnar area
  • the gap volume estimation step for estimating the volume of the gap
  • the cutting mode determination step determines the shape of the cutting portion with reference to the gap volume estimated by the gap volume estimation step.
  • the simulation method includes a simulation image generation step for generating a simulation image for displaying the cutting location and the cutting shape determined in the cutting mode determination step in the above invention, and the simulation image generation step. And a display step for displaying the generated simulation image.
  • the simulation apparatus includes information on the shape of the blank material to be formed from the raw wood, information on the final shape of the wood obtained by compressing the blank material, and the surface of the blank material formed from the raw wood.
  • the storage means for storing the image data obtained by photographing, and the image data stored in the storage means are read out, and are displayed on the surface of the blank material by performing image recognition using the read image data.
  • a node detecting means for detecting a node a node shape estimating means for estimating a shape of the node detected by the node detecting means by referring to shape information of the blank material stored in the storage means, and the node shape estimating Based on the shape of the node estimated by the means, after including a portion of the node and the thickness of the portion of the node compresses the blank
  • the simulation device is characterized in that, in the above-mentioned invention, the blank material has a substantially bowl shape, and the cutting mode determining means provides the cutting location on the inner side surface of the blank material.
  • the cutting shape includes a section of the node estimated by the node shape estimating means on the bottom surface, and has an opening surface having an area larger than the area of the bottom surface, And the columnar area
  • the simulation apparatus provides a gap volume estimation unit that estimates a volume of the gap when there is a gap between the node estimated by the node shape estimation unit and the wood portion around the node.
  • the cutting mode determining means determines the shape of the cutting portion with reference to the gap volume estimated by the gap volume estimating means.
  • the simulation apparatus is the simulation apparatus according to the above invention, wherein the simulation image generating means for generating a simulation image for displaying the cutting location and the cutting shape determined by the cutting mode determining means in a simulated manner, and the simulation image generating means And a display means for displaying the generated simulation image.
  • a simulation program according to the present invention causes the computer to execute any of the simulation methods described above.
  • the shape of the node is estimated by referring to the shape information of the blank material stored in the storage means, and based on the estimation result, a part of the node is included, and the thickness of the portion of the node is the blank material.
  • the cutting position and cutting shape of the blank material so as to be substantially equal to the thickness after compression of the material, when compressing the blank material having a node, almost no compressive force is applied to the node portion of the blank material. Can assist in cutting into shape. Therefore, it is possible to perform appropriate compression molding even for wood having knots, and to improve the yield.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a simulation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing the shape of the blank material stored in the shape information storage unit of the simulation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an outline of processing of the simulation method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a display example of image data on the outer side surface of the blank material in the simulation method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a display example of image data of the inner surface of the blank material in the simulation method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the shape of a node estimated by the node shape estimation unit of the simulation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 9 is a cross-sectional view in a direction orthogonal to FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a part of the cutting shape determined by the cutting mode determining unit of the simulation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 11 is a cross-sectional view in a direction orthogonal to FIG. FIG.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a display example of a simulation image of the inner surface of the blank material in the simulation method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a display example of a simulation image of a cross section of a blank material in the simulation method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a display example of a simulation image of a cross section of a blank material in a direction orthogonal to FIG.
  • FIG. 15 is a diagram showing an outline of a blank material compression step and a configuration of a pair of molds used in the compression step.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a state in which a pair of molds starts to apply a compressive force to the blank material in the blank material compression step.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating a state in which the deformation of the blank material is completed in the blank material compression step.
  • FIG. 18 is a plan view showing the configuration of the outer surface of the compressed wood obtained by compression molding a blank material.
  • 19 is a cross-sectional view taken along the line EE of FIG. 20 is a cross-sectional view taken along line FF in FIG.
  • FIG. 21 is a block diagram showing a functional configuration of the simulation apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 22 is a flowchart showing an outline of processing of the simulation method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a diagram showing a display example of image data on the outer side surface of the blank material in the simulation method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a diagram showing a display example of image data of the inner surface of the blank material in the simulation method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view showing the shape of a node estimated by the node shape estimation unit of the simulation apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • 26 is a cross-sectional view in a direction orthogonal to FIG.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view showing a part of the cutting shape determined by the cutting mode determining unit of the simulation apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • 28 is a cross-sectional view in a direction orthogonal to FIG. FIG.
  • FIG. 29 is a diagram showing a display example of a simulation image of the inner surface of the blank material in the simulation method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a diagram showing a display example of a simulation image of a cross section of a blank material in the simulation method according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 31 is a diagram illustrating a display example of a simulation image of a cross section of the blank material in a direction orthogonal to FIG. 30.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a simulation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the simulation apparatus 1 shown in FIG. 1 is an apparatus that detects the presence or absence of a node of a blank material shaped from a raw wood, and performs simulation of the location and shape to be cut according to the position of the node when the node is detected. .
  • the simulation apparatus 1 uses an input unit 2 that receives input of information from the outside, an image processing unit 3 that performs image processing on image data obtained by photographing the surface of a blank, and liquid crystal, plasma, organic EL, or the like.
  • a display unit 4 that is realized and displays various types of information including simulation results
  • a storage unit 5 that stores various types of information including image data referred to by the image processing unit 3, and a control unit 6 that controls the operation of the simulation apparatus 1. .
  • the image processing unit 3 generates a simulation image for generating a simulation image for displaying a knot and a cutting shape on the blank material in a simulated manner, and a knot detection unit 31 that detects knots exposed on the surface of the blank material by pattern matching. Part 32.
  • the storage unit 5 includes a shape information storage unit 51 that stores information on the shape of the blank material set in advance and information on the shape after the blank material is compressed, and image data obtained by photographing the surface of the blank material shaped from the raw wood An image data storage unit 52 that stores information, a pattern information storage unit 53 that stores a node pattern to be referred to when the node detection unit 31 performs pattern matching, and various programs including the simulation program according to the first embodiment. And a program storage unit 54 for storing.
  • the storage unit 5 is realized using a semiconductor memory such as a flash memory or a RAM that is fixedly provided inside the simulation apparatus 1.
  • the storage unit 5 may have a function as a recording medium interface for reading information recorded on the recording medium while recording information on a recording medium such as a memory card mounted from the outside.
  • the simulation program according to the first embodiment can be recorded on a computer-readable recording medium such as a hard disk, a flexible disk, or a CD-ROM and widely distributed.
  • the control unit 6 refers to the shape information of the blank material stored in the shape information storage unit 51, and the node shape estimation unit 61 that estimates the shape inside the blank material of the node detected by the node detection unit 31, and the node shape estimation Based on the shape of the node estimated by the unit 61, a cutting mode determining unit 62 that determines a cutting location and a cutting shape of the blank material is provided.
  • the control unit 6 is realized by using an MPU (Micro Processing Unit) or the like, and is connected to each component of the simulation apparatus 1 to be controlled via a bus line.
  • MPU Micro Processing Unit
  • the simulation apparatus 1 having the above configuration is realized by one or a plurality of computers.
  • an appropriate communication line Internet, This includes cases where they are connected to each other via a dedicated network, telephone network, or the like.
  • FIG. 2 is a plan view showing the shape of the blank material stored in the shape information storage unit 51.
  • 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
  • the blank material 100 shown in FIGS. 2 to 4 has a substantially bowl shape, and has a volume to which a volume reduced by compression molding is added in advance.
  • a cross section parallel to the cross section along the line AA has a shape substantially similar to that in FIG. 3
  • a cross section parallel to the cross section along the line BB has a shape substantially similar to that in FIG.
  • the raw material of the blank 100 is selected from cypress, hiba, paulownia, cedar, pine, cherry blossom, cocoon, ebony, rosewood, bamboo, teak, mahogany, rosewood, etc., depending on various conditions including the use after compression molding. What is necessary is just to select an optimal material.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an outline of processing of the simulation method according to the first embodiment.
  • the node detecting unit 31 reads the image data of the surface of the blank material formed from the image data storage unit 52, and detects the nodes existing on the surface of the blank material (step S1). More specifically, the node detection unit 31 reads out the image data of the surface of the blank material from the image data storage unit 52, reads out the node pattern stored in the pattern information storage unit 53, and uses the read node pattern as the read node pattern. It is determined by pattern matching whether or not a matching node exists in the image data.
  • FIG. 6 and 7 are diagrams showing display examples of images corresponding to the image data on the surface of the blank material.
  • the image data shown in these figures is generated by photographing the outer side surface and the inner side surface of the blank material 10 shaped from the raw wood so as to have the same shape as the blank material 100 with an imaging device such as a digital camera. It is. Specifically, FIG. 6 shows the image data of the outer surface, while FIG. 7 shows the image data of the inner surface. These image data are recorded in the image data storage unit 52 in advance.
  • the blank material 10 is a mesh material in which a plurality of wood grains G run substantially in parallel, and nodes are exposed on the surface.
  • the node detector 31 detects the node K 1 in the image data of the outer surface shown in FIG. 6, while detecting the node K 2 in the image data of the inner surface shown in FIG.
  • the node shape estimation unit 61 estimates the shape of the node (step S3).
  • 8 and 9 are diagrams schematically illustrating the shape of the node estimated by the node shape estimation unit 61.
  • FIG. 8 corresponds to the cross section taken along the line CC of FIGS.
  • FIG. 9 corresponds to the cross section along the line DD in FIGS. 6 and 7.
  • the shape of the node K 0 indicated by the broken line in FIGS. 8 and 9 is estimated by the node shape estimation unit 61 performing extrapolation based on the nodes K 1 and K 2 , and the blank 10 is thickened. It has a column shape penetrating along the direction.
  • the cutting mode determination unit 62 determines a cutting location and a cutting shape to be cut on the blank material 10 based on the estimation result of the node shape estimation unit 61 (step S4). At this time, the cutting mode determining unit 62 includes the cutting location and the cutting shape so that at least the cutting location includes a part of the node and the thickness of the node is substantially equal to the thickness after the blank material 10 is compressed. To decide.
  • the cutting shape defined by the cutting surface 10C includes cross sections K 0 that section shape estimation unit 61 has estimated the bottom, have a opening surface area greater than the area of the bottom surface
  • the columnar region extending substantially along the thickness direction of the blank 10 with the edge of the bottom surface as the outer edge has a concave shape that does not intersect the cutting surface 10C except the bottom surface.
  • the thickness d of the node K 0 excluding the cut portion is set to a value substantially equal to the thickness of the blank material 10 after compression.
  • the above-described features of the cutting shape are general ones that must always be satisfied regardless of the cutting location.
  • components of the blank 10 thickness direction other than the section K 0 section K 0 is eliminated most likely to come to flow.
  • a problem of cracking and buckling in Section K 0 subjected to any excessive compressive force it can be prevented from occurring.
  • the cutting surface is determined so as to cut only the inner surface of the blank member 10, it is easy to adjust the thickness of the cutting and it is not necessary to affect the appearance of the outer surface.
  • step S4 the simulation image generating unit 32 generates a simulation image indicating the cutting location and cutting shape determined by the cutting mode determining unit 62 (step S5). Thereafter, the display unit 4 displays the generated simulation image (step S6).
  • the simulation image generation unit 32 can generate a simulation image at an arbitrary cut surface, and the display unit 4 can display those cross sections by a selection input from the input unit 2.
  • the display unit 4 can also display an enlarged view of the cutting surface 10C as shown in FIGS.
  • the simulation apparatus 1 ends the series of processes after displaying the simulation image. In addition, when performing the same process with respect to several image data, it returns to step S1 after step S5, and you may repeat the same process with respect to another image data.
  • step S2 Yes
  • step S2 No
  • step S7 The display unit 4 displays information indicating that cutting is not necessary
  • the cutting device cuts the blank material 10 based on the simulation result of the cutting mode.
  • the simulation apparatus 1 and the cutting apparatus have a function capable of mutual communication, information on the cutting location and the cutting shape determined by the cutting mode determination unit 62 can be transmitted to the cutting apparatus.
  • the cutting device may automatically cut the blank material 10 set at a predetermined position based on the information on the cutting surface 10 ⁇ / b> C received from the simulation device 1.
  • the cut blank 10 is left to soften in a steam atmosphere at a higher temperature and pressure than the atmosphere for a predetermined time, and then sandwiched by a pair of molds to apply a compressive force.
  • the water vapor here has a temperature of about 100 to 170 ° C. and a pressure of about 0.1 to 0.8 MPa (megapascal).
  • 15 to 17 are views showing an outline of the compression process and a configuration of a pair of molds used in the compression process.
  • the true node in the blank material 10 is indicated by the symbol K.
  • a mold 70 for applying a compressive force from below the blank material 10 is a core mold including a protruding portion 71 that protrudes corresponding to a part of the shape of the blank material 10 after compression molding.
  • a mold 80 for applying a compressive force from above the blank 10 is opposed to the convex portion 71 of the mold 70, and a concave portion 81 that corresponds to a part of the shape of the wood after compression molding.
  • the cavity mold includes a slanted portion 82 that is smoothly connected to the opening end of the recess 81 and has an opening cross-sectional area that increases as the distance from the opening end of the recess 81 increases.
  • the curvature of the curved surface in the cross section of the convex part 71 and the recessed part 81 is smaller than the curvature of the blank material 10 in a corresponding cross section.
  • FIG. 16 is a view showing a state in which the mold 80 is lowered so as to approach the mold 70 from the state shown in FIG. 15 and a compression force starts to be applied to the blank material 10 from the pair of molds 70, 80. It is. Thereafter, when the mold 80 is further lowered, the blank material 10 is gradually deformed by the compressive force, and finally, the convex portion 71 and the concave portion 81 in the state where the mold 80 is lowered most. It is deformed into a three-dimensional shape corresponding to the gap (see FIG. 17).
  • the shape of the blank material 10 is fixed by allowing the blank material 10 to stand for a predetermined time while being clamped by the molds 70 and 80 in a steam atmosphere at a higher temperature and pressure than the water vapor atmosphere.
  • the water vapor atmosphere during the immobilization treatment has a temperature of about 160 to 240 ° C. and a pressure of about 0.6 to 3.4 MPa.
  • the blank material 10 and the molds 70 and 80 are discharged into the atmosphere and the blank material 10 is dried, whereby the formation of the blank material 10 is completed.
  • die 80 may be spaced apart and you may make it accelerate
  • the dried blank material 10 may be shaped into a final shape while being heated in the atmosphere. Good.
  • the pair of heat shaping molds used in this heat shaping treatment can adjust the mold temperature, and the gap between the molds when the two molds are brought into contact forms the final shape of the blank material. Yes.
  • FIG. 18 is a plan view showing the configuration of the outer surface of the compressed wood obtained by compression molding the blank material 10 as described above.
  • 19 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 18, and
  • FIG. 20 is a cross-sectional view taken along line FF in FIG.
  • the compressed wood 11 shown in FIG. 18 to FIG. 20 has a volume smaller than that of the blank member 10 and a shape near the bottom surface that is closer to a flat plate than the blank member 10.
  • the portion of the node K is cut from the beginning so as to be almost equal to the thickness after compression, the thickness becomes the same as that of the surrounding wood after compression, and the node K moves the compressed wood 11 in the thickness direction. It will be in the state which penetrated.
  • the thickness d of the compressed wood 11 is preferably about 30 to 50% of the thickness of the blank 10.
  • the average value of the compressibility in the thickness direction of the blank 10 in the compression step is: It is preferably about 0.50 to 0.70.
  • this compression rate does not include the section K.
  • the density of the compressed wood 11 obtained by the molding method described above is significantly higher than the density of the blank material 10.
  • the strength of the compressed wood 11 is dramatically improved as compared with the strength of the blank material 10.
  • the compressed wood 11 will come off the compressed wood 11 because the wood part around the node K is in close contact with the node K due to compression. There is no fear of it.
  • the compressed wood 11 is applied as a part of an exterior body for an electronic device such as a digital camera or a mobile phone.
  • the thickness of the compressed wood 11 is more preferably about 1.0 to 1.6 mm.
  • the node exposed on the surface of the blank is detected by reading the image data stored in the storage means and performing image recognition using the read image data.
  • the shape of the node is estimated by referring to the blank material shape information stored in the storage means, and based on the estimation result, a part of the node is included, and the node
  • the cutting location and cutting shape of the blank material so that the thickness of the portion of the blank material becomes substantially equal to the thickness after the blank material is compressed. Therefore, it is possible to perform appropriate compression molding even for wood having knots, and to improve the yield.
  • FIG. 21 is a block diagram showing a configuration of a simulation apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the simulation apparatus 201 shown in the figure is different from the simulation apparatus 1 shown in FIG. Specifically, in addition to the node shape estimation unit 61 and the cutting mode determination unit 62, the control unit 9 of the simulation apparatus 201 estimates the gap volume when there is a gap between the node and the surrounding woody part.
  • a gap volume estimation unit 91 is provided. As described above, the gap is generated between the node and the wood part mainly when the node is a dead node.
  • the configuration of the simulation apparatus 201 other than the control unit 9 is the same as the configuration of the simulation apparatus 1.
  • FIG. 22 is a flowchart showing an outline of processing of the simulation method according to the second embodiment.
  • the node detecting unit 31 first reads out the image data of the surface of the blank material taken from the image data storage unit 52, and detects the nodes existing on the surface of the blank material (step S11). More specifically, the node detection unit 31 reads out the image data of the surface of the blank material from the image data storage unit 52, reads out the node pattern stored in the pattern information storage unit 53, and uses the read node pattern as the read node pattern. It is determined by pattern matching whether or not a matching node exists in the image data.
  • FIG. 23 and 24 are diagrams showing display examples of images corresponding to the image data on the surface of the blank material.
  • the image data shown in these figures is obtained by using an imaging device such as a digital camera for the outer side surface and the inner side surface of the blank material 20 shaped from the raw wood so as to have the same shape as the blank material 100 shown in FIGS. It is generated by shooting.
  • FIG. 23 shows the image data of the outer surface
  • FIG. 24 shows the image data of the inner surface.
  • These image data are recorded in the image data storage unit 52 in advance.
  • the blank material 20 is a grid material in which a plurality of wood grains G run substantially in parallel, and nodes are exposed on the surface.
  • the node detector 31 detects the node H 1 in the image data of the outer surface shown in FIG. 23, and detects the node H 2 in the image data of the inner surface shown in FIG. There is a gap S between the nodes H 1 and H 2 and the surrounding wood.
  • the node detection unit 31 can also detect the gap S by
  • the node shape estimation unit 61 estimates the shape of the node (step S13).
  • 25 and 26 are diagrams schematically illustrating the shape of the node estimated by the node shape estimation unit 61.
  • FIG. 25 corresponds to the cross section taken along the line EE of FIGS.
  • FIG. 26 corresponds to the cross section taken along the line FF of FIGS. 23 and 24.
  • the shape of the node H 0 indicated by the broken line in FIGS. 25 and 26 is estimated by the node shape estimation unit 61 performing extrapolation based on the nodes H 1 and H 2 .
  • the node shape estimation unit 61 also estimates the shape of the gap S detected between the nodes H 1 and H 2 and the surrounding wood part.
  • step S14 when there is a gap between the node detected by the node detection unit 31 and the wood part (step S14: Yes), the gap volume estimation unit 91 estimates the volume of the gap by extrapolation (step S15).
  • “when there is a gap” means a case where there is a gap that the node detection unit 31 can recognize by pattern matching.
  • step S14: No when there is no gap between the node and the wood part in step S14 (step S14: No), the simulation apparatus 201 proceeds to step S16.
  • the detection of the gap between the node and the surrounding wood part by the node detection unit 31 can be realized by a method other than pattern matching.
  • the node detecting unit 31 when generating image data of the outer surface / inner surface of the blank 20, the node detecting unit 31 has a function of irradiating light from the inner surface / outer surface on the opposite side and determining whether or not the irradiated light is transmitted. May be included.
  • the presence or absence of a gap between the node and the surrounding woody part may be determined visually by a human and the determination result may be input to the simulation apparatus 201.
  • the simulation apparatus 201 performs subsequent processing according to the determination result regarding the presence / absence of a gap input from the input unit 2 in step S14.
  • the cutting mode determination unit 62 determines a cutting location and a cutting shape to be cut on the blank material 20 based on the estimation result of the node shape estimation unit 61 (step S16). At this time, the cutting mode determining unit 62 includes the cutting location and the cutting shape so that at least the cutting location includes a part of the node, and the thickness of the node is substantially equal to the thickness after the blank material 20 is compressed. To decide.
  • FIGS. 27 and 28 are diagrams schematically showing the cutting shape determined by the cutting mode determining unit 62, and are views seen from the same cut plane as that of FIGS. 25 and 26, respectively.
  • the cutting shape defined by the cutting surface 20C includes a cross section H 0 of node configuration estimator 61 is estimated on the bottom, have a opening surface area greater than the area of the bottom surface
  • the columnar region extending substantially along the thickness direction of the blank member 20 with the edge of the bottom surface as the outer edge forms a concave shape that does not intersect the cutting surface 20C except the bottom surface.
  • the thickness d of the node H 0 excluding the cut portion is set to a value substantially equal to the thickness of the blank material 20 after compression.
  • a cutting surface 20C 'indicated by a one-dot chain line indicates a cutting surface set when the gap S is also filled with nodes.
  • the presence of the gap S makes the volume of the cutting portion smaller by an amount substantially equal to the volume of the gap S than in the case where the shape of the node is the same and no gap exists.
  • the cutting surface 20C on the side without the gap S is the same as the cutting surface 20C 'and is not changed, but this is merely an example. That is, the cutting location and the cutting shape change according to the position of the node and the volume of the gap.
  • the cutting location and the cutting shape are determined so that at least the cutting location includes a part of the node and the thickness of the node is substantially equal to the thickness after the blank material 20 is compressed. Therefore, when compressing molding a blank material 20, component sections H blank 20 thickness direction other than section H 0 of 0 is hardly likely to come to flow. Thus, when compressing the blank material 20, a problem of cracking and buckling in Section H 0 subjected to any excessive compressive force it can be prevented from occurring. In addition, since the cutting surface is determined so as to cut only the inner side surface of the blank material 20, it is easy to adjust the thickness of the cutting, and the appearance of the outer side surface is not affected.
  • the simulation apparatus 201 in order to fill the gap S between the node and the surrounding woody part, the simulation apparatus 201 has a function of reducing the amount of cutting compared to the case where there is no gap S. Have. For this reason, even if it is a blank material with a clearance gap, a suitable cutting aspect can be determined.
  • step S16 the simulation image generating unit 32 generates a simulation image indicating the cutting location and cutting shape determined by the cutting mode determining unit 62 (step S17). Thereafter, the display unit 4 displays the generated simulation image (step S18).
  • FIGS. 29 to 31 are diagrams showing display examples of simulation images displayed by the display unit 4, and are diagrams showing display examples of simulation images corresponding to FIGS. 23 to 25, respectively.
  • the simulation image generation unit 32 can generate a simulation image at an arbitrary cut surface, and the display unit 4 can display those cross sections by a selection input from the input unit 2. Further, the display unit 4 can display an enlarged view of the cutting surface 20C as shown in FIGS.
  • the simulation apparatus 201 ends the series of processes after displaying the simulation image. In addition, when performing the same process with respect to several image data, it returns to step S11 after step S18, and you may repeat the same process with respect to another image data.
  • step S12 No
  • the display unit 4 displays information indicating that cutting is unnecessary (step S19). Thereafter, the simulation apparatus 201 ends a series of processes.
  • the method for forming the blank material 20 simulating the cutting mode as described above is the same as the method for forming the blank material 10 described in the first embodiment.
  • the compressed wood obtained by this forming method is in close contact with the surrounding woody part regardless of the state of the nodes before compression. Therefore, even if there is a gap between the node before compression and the surrounding wood part, there is no possibility that it will fall out after compression.
  • the image data stored in the storage unit is read out, and the nodes appearing on the surface of the blank material are detected by performing image recognition using the read-out image data.
  • the shape of the node is estimated by referring to the blank material shape information stored in the storage means, and based on the estimation result, a part of the node is included, and the node
  • the cutting location and cutting shape of the blank material so that the thickness of the portion of the blank material becomes substantially equal to the thickness after the blank material is compressed. Therefore, it is possible to perform appropriate compression molding even for wood having knots, and to improve the yield.
  • the second embodiment when there is a gap between the node and the surrounding woody part, various types of blank materials are determined so as to determine the cutting location and cutting shape of the blank material so as to fill the gap. It becomes possible to perform suitable compression molding according to the state of the node with respect to the wood having the node.
  • the node detection unit detects a node
  • an image recognition method such as a region division method based on edge extraction or a statistical pattern recognition method based on cluster analysis may be applied.
  • the present invention can include various embodiments and the like not described herein, and various design changes and the like can be made without departing from the technical idea specified by the claims. It is possible to apply.

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Abstract

　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。この目的のために、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。

Description

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
　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。ここでの水蒸気は、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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