(57)【要約】【課題】公転中の球体の３次元位置を精度良く検出できる球体位置計測方法および球体位置計測装置を提供すること。【解決手段】第１および第２リング照明１２，１７の双方によって玉軸受３０を照明しながら、公転している玉３３を、第１撮像方向Ｐ１から第１撮像カメラ１１に撮像させつつ、当該玉３３を、第２撮像方向Ｐ２から第２撮像カメラ１６に撮像させる。第１撮像カメラ１１によって撮像された第１撮像画像に含まれる第１反射光画像、および第２撮像カメラ１６によって撮像された第２撮像画像に含まれる第２反射光画像の双方に基づいて、玉３３の中心位置が演算される。【選択図】図１
2015031638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円軌道上を公転する球体の位置を計測するための球体位置計測方法であって、
前記円軌道の内部を通る所定の第１直線上に中心を有する円環状の第１リング照明、および前記円軌道の内部を通る、前記第１直線とは重ならない所定の第２直線上に中心を有する円環状の第２リング照明の双方によって前記球体を照明する照明ステップと、
前記照明ステップと並行して、公転している前記球体を、前記第１直線に沿う第１撮像方向から撮像する第１撮像ステップと、
前記第１撮像ステップと同期して、前記第２直線に沿う第２撮像方向から当該球体を撮像する第２撮像ステップと、
前記第１撮像ステップで撮像された第１撮像画像に含まれる、前記球体表面における前記第１リング照明の反射光画像、および前記第２撮像ステップで撮像された第２撮像画像に含まれる、前記球体表面における前記第２リング照明の反射光画像の双方に基づいて、前記球体の中心位置を演算する球体中心演算ステップとを含む、球体位置計測方法。
【請求項２】
前記球体中心演算ステップは、
前記第１撮像画像に含まれる、前記球体表面における前記第１リング照明の反射光画像に基づいて、前記第１撮像方向から見た前記球体の中心位置を演算する第１中心位置演算ステップと、
前記第２撮像画像に含まれる、前記球体表面における前記第２リング照明の反射光画像に基づいて、前記第２撮像方向から見た前記球体の中心位置を演算する第２中心位置演算ステップと、
前記第１球体中心演算ステップおよび前記第２球体中心演算ステップの演算結果に基づいて、前記球体の前記中心位置を演算する球体中心位置演算ステップとを含む、請求項１に記載の球体位置計測方法。
【請求項３】
前記第１および第２直線は、前記円軌道の中心軸線を挟んで配置されている、請求項１または２に記載の球体位置計測方法。
【請求項４】
円軌道上を公転する球体の位置を計測するための球体位置計測装置であって、
前記円軌道の内部を通る所定の第１直線上に配置されて、前記球体を撮像するための第１撮像手段と、
前記円軌道の内部を通る、前記第１直線とは重ならない所定の第２直線上に配置されて、前記球体を撮像する第２撮像手段と、
前記第１直線上に中心を有する円環状の第１リング照明と、
前記第２直線上に中心を有する円環状の第２リング照明と、
前記第１および第２リング照明の双方によって前記球体を照明しながら、公転している前記球体を、前記第１直線に沿う第１撮像方向から前記第１撮像手段に撮像させつつ、当該球体を、前記第２直線に沿う第２撮像方向から前記第２撮像手段に撮像させる撮像制御手段と、
前記第１撮像手段によって撮像された第１撮像画像に含まれる、前記球体表面における前記第１リング照明の反射光画像、および前記第２撮像手段によって撮像された第２撮像画像に含まれる、前記球体表面における前記第２リング照明の反射光画像の双方に基づいて、前記球体の中心位置を演算する球体中心演算手段とを含む、球体位置計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、玉軸受に使用される玉等の球体の位置を計測するための球体位置計測方法および球体位置計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受等の玉軸受では、内輪と外輪との間の相対回転に伴って玉が周方向に転動（公転）する。玉軸受を設計したり、玉軸受の使用条件を定めたりするのに当たって、公転中の玉の挙動を解析することは重要である。
下記の特許文献１には、公転中の玉の挙動を解析すべく、回転状態にある玉軸受を撮像し、そのときの撮像画像に基づいて玉の位置を測定する球体位置計測方法が記載されている。特許文献１では、レンズが玉軸受の回転軸線上に位置するようにカメラを配置し、かつレンズを取り囲むようにリング照明を配置した状態で、リング照明によって玉軸受を照明しながら玉軸受を撮像する。リング照明からの光が玉の表面で反射されるので、撮像画像に、玉表面におけるリング照明の反射光画像が写り込む。撮像画像に含まれるリング照明の反射光画像の位置を特定し、この特定した反射光画像に基づいて玉の平面中心の位置を演算により求めることにより、公転中の玉の位置を測定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−９８１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の手法では、球体（玉）の平面（径方向および周方向の２方向を含む平面）中心の位置を算出できるが、球体の軸方向位置を算出できない。すなわち、球体の２次元位置の計測は行えるが、球体の３次元位置の計測は行えなかった。
そこで、この発明の目的は、公転中の球体の３次元位置を精度良く検出できる球体位置計測方法および球体位置計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の目的を達成するための請求項１に記載の発明は、円軌道（３１Ａ，３２Ａ）上を公転する球体（３３）の位置を計測するための球体位置計測方法であって、前記円軌道内（の中心（Ｐ０））を通る所定の第１直線（Ｐ１）上に中心（中心軸線）を有する円環状の第１リング照明（１２）、および前記円軌道内（の中心）を通る、前記第１直線とは重ならない所定の第２直線（Ｐ２）上に中心（中心軸線）を有する円環状の第２リング照明（１７）の双方によって前記球体を照明する照明ステップと、前記照明ステップと並行して、公転している前記球体を、前記第１直線に沿う第１撮像方向（Ｄ１）から撮像する第１撮像ステップと、前記第１撮像ステップと同期して、前記第２直線に沿う第２撮像方向（Ｄ２）から撮像する第２撮像ステップと、前記第１撮像ステップで撮像された第１撮像画像（４０）に含まれる、前記球体表面における前記第１リング照明の反射光画像（４１）、および前記第２撮像ステップで撮像された第２撮像画像（４３）に含まれる、前記球体表面における前記第２リング照明の反射光画像（４４）の双方に基づいて、前記球体の中心（Ｐｉ）位置を演算する球体中心演算ステップとを含む、球体位置計測方法を提供する。
【０００６】
なお、この項において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符合を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。
この発明の方法によれば、円軌道上を公転する球体を、第１リング照明および第２リング照明によって照明しながら、第１および第２撮像方向のそれぞれから同時に撮像する。第１リング照明および第２リング照明からの光が球体の表面で反射されるために、第１撮像方向から撮像した第１撮像画像には、球体表面における第１リング照明の反射光画像と、球体表面における第２リング照明の反射光画像との双方が写り込む。また、第２撮像方向から撮像した第２撮像画像にも、球体表面における第１リング照明の反射光画像と、球体表面における第２リング照明の反射光画像との双方が写り込む。
【０００７】
第１撮像画像に含まれる第１リング照明の反射光画像と、第１撮像画像と同期して撮像された第２撮像画像に含まれる第２リング照明の反射光画像とに基づいて、球体の中心位置を演算により求める。このとき、第１撮像方向（第１直線に沿う方向）と第２撮像方向（第２直線に沿う方向）とが互いに異なる方向であるので、球体の中心の３次元位置を求めることができる。これにより、公転中の球体の３次元位置を精度良く検出できる。
【０００８】
請求項２に記載のように、前記球体中心演算ステップは、前記第１撮像画像に含まれる、前記球体表面における前記第１リング照明の反射光画像に基づいて、前記第１撮像方向から見た前記球体の中心（ＰＦｉ）位置を演算する第１中心位置演算ステップと、前記第２撮像画像に含まれる、前記球体表面における前記第２リング照明の反射光画像に基づいて、前記第２撮像方向から見た前記球体の中心（ＰＧｉ）位置を演算する第２中心位置演算ステップと、前記第１球体中心演算ステップおよび前記第２球体中心演算ステップの演算結果に基づいて、前記球体の前記中心位置を演算する球体中心位置演算ステップとを含んでいてもよい。
【０００９】
また、請求項３に記載のように、前記第１および第２直線は、前記円軌道の中心軸線を挟んで配置されていてもよい（前記第１および第２直線は、前記円軌道の中心軸線を中心として線対称であってもよい）。
前記の目的を達成するための請求項４に記載の発明は、円軌道（３１Ａ，３２Ａ）上を公転する球体の位置を計測するための球体位置計測装置（１）であって、前記円軌道の内部（円軌道の中心（Ｐ０））を通る所定の第１直線（Ｐ１）上に配置されて、前記球体を撮像するための第１撮像手段（１１）と、前記円軌道の内部（円軌道の中心）を通る、前記第１直線とは重ならない所定の第２直線（１２）上に配置されて、前記球体を撮像する第２撮像手段（１６）と、前記第１直線上に中心（中心軸線）を有する円環状の第１リング照明（１２）と、前記第２直線上に中心（中心軸線）を有する円環状の第２リング照明（１７）と、前記第１および第２リング照明の双方によって前記球体を照明しながら、公転している前記球体を、前記第１直線に沿う第１撮像方向（Ｄ１）から前記第１撮像手段に撮像させつつ、当該球体を、前記第２直線に沿う第２撮像方向（Ｄ２）から前記第２撮像手段に撮像させる撮像制御手段と、前記第１撮像手段によって撮像された第１撮像画像（４０）に含まれる、前記球体表面における前記第１リング照明の反射光画像（４１）、および前記第２撮像手段によって撮像された第２撮像画像（４３）に含まれる、前記球体表面における前記第２リング照明の反射光画像（４４）の双方に基づいて、前記球体の中心（Ｐｉ）位置を演算する球体中心演算手段とを含む、球体位置計測装置を提供する。
【００１０】
この構成によれば、請求項１に関連して説明した作用効果と同等の作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る球体位置計測装置の概略構成を示す図である（その１）。
【図２】本発明の一実施形態に係る球体位置計測装置の概略構成を示す図である（その２）。
【図３】図１の第１撮像システムの構成を示す斜視図である。
【図４】計測対象の玉軸受を説明するための断面図である。
【図５】第１および第２撮像システムによる照明および撮像を説明するための断面図である。
【図６】計測対象の玉軸受を、第１撮像方向から撮像した第１撮像画像である。
【図７】図６に示す第１撮像画像に含まれる、玉表面における第１リング照明の反射光画像を示す図である。
【図８】計測対象の玉軸受を、第２撮像方向から撮像した第２撮像画像である。
【図９】図８に示す第２撮像画像に含まれる、玉表面における第２リング照明の反射光画像を示す図である。
【図１０】第１撮像画像および第２撮像画像に基づいて、公転中の玉の中心の３次元位置を算出する原理を説明するための図である。
【図１１】図１に示す画像処理部による処理内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る球体位置計測装置１の概略構成を示す図である。図２は、図１のＸ方向から見た図である。球体位置計測装置１は、玉軸受３０を計測対象とし、公転中の玉（球体）３３の中心の３次元位置を計測するための装置である。以下、互いに垂直な水平方向に沿う２方向をそれぞれＸ方向およびＺ方向とし、鉛直上方を、Ｙ方向として説明する。なお、図１および図２では、次に述べる第１撮像カメラ（第１撮像手段）１１の受光素子１１Ａ（図１参照）と、第２撮像カメラ（第２撮像手段）１６の受光素子１６Ａ（図１参照）とを結ぶ線分の中央位置を、原点Ｏ位置としている。
【００１３】
球体位置計測装置１は、玉軸受３０を鉛直姿勢に保持しながら、その内輪１１および外輪１２を相対回転させる回転保持機構（図示しない）と、回転状態にある玉軸受３０に対してリング状の光を照射するための第１リング照明１２および第２リング照明１７と、回転状態にある玉軸受３０を撮像するための第１撮像カメラ１１および第２撮像カメラ１６と、第１および第２撮像カメラ１１，１６による撮像画像を処理するための画像処理部２１とを備えている。
【００１４】
回転保持機構は、玉軸受３０の内輪３１および外輪３２を回転軸線回りに相対回転させる。内輪３１および外輪３２の相対回転の回転軸線（回転保持機構が撮像カメラ１１，１６から離反する方向）は、図１および図２のＺ方向を含む。この実施形態では、外輪３２を回転させつつ、内輪３１を静止状態とするが、外輪３２を静止させつつ、内輪３１を回転させるようにしてもよい。さらに、内輪３１および外輪３２の回転方向および回転速度の少なくとも一方を互いに異ならせつつ、内輪３１および外輪３２を回転させることにより、内輪３１および外輪３２を相対回転させるようにしてもよい。
【００１５】
第１撮像カメラ１１は、たとえばＣＣＤカメラであり、時間的に連続する複数枚の画像からなる動画像を撮像するためのカメラである。第１撮像カメラ１１は、その焦点レンズ１３を回転保持機構に向けて水平に配置されている。第１撮像カメラ１１のイメージセンサ等からなる受光素子１１Ａと、玉軸受３０の回転中心Ｐ０（回転保持機構に配置された玉軸受３０の回転軸線（図１および図２のＺ方向）上にあり、かつ軸方向（図１および図２のＺ方向に沿う方向）の中央点。中心）とを、水平方向に沿う所定の直線Ｐ１で結ばれているとすると、第１撮像カメラ１１の焦点レンズ１３の光軸は直線Ｐ１に一致する。玉軸受３０を回転保持機構に配置した状態で、玉軸受３０の前面（図１の下面および図２の左面）の全体が、第１撮像カメラ１１の撮像範囲に含まれる。第１撮像カメラ１１は、直線Ｐ１に沿う第１撮像方向Ｄ１（図１参照）から玉軸受３０を撮像する。
【００１６】
第２撮像カメラ１６は、たとえばＣＣＤカメラであり、時間的に連続する複数枚の画像からなる動画像を撮像するためのカメラである。第２撮像カメラ１６は、その焦点レンズ１８を回転保持機構に向けて水平に配置されている。第２撮像カメラ１６のイメージセンサ等からなる受光素子１６Ａと、玉軸受３０の回転中心Ｐ０（玉軸受３０の回転軸線上にあり、かつ軸方向（図１および図２のＺ方向に沿う方向）の中央点）とを、水平方向に沿う所定の直線Ｐ２で結ぶとすると、第２撮像カメラ１６の焦点レンズ１８の光軸は直線Ｐ２に一致する。玉軸受３０を回転保持機構に配置した状態で、玉軸受３０の前面（図１の下面および図２の左面）の全体が、第２撮像カメラ１６の撮像範囲に含まれる。第２撮像カメラ１６は、直線Ｐ２に沿う第２撮像方向Ｄ２（図１参照）から玉軸受３０を撮像する。
【００１７】
なお、第１撮像カメラ１１の受光素子１１Ａと、第２撮像カメラ１６の受光素子１６Ａとを結ぶ直線に沿い、かつ第１撮像カメラ１１から第２撮像カメラ１６に向かう方向を、図１および図２のＸ方向とする。また、直線Ｐ２は、玉軸受３０の回転軸線（図１および図２のＺ方向）を中心として、直線Ｐ１と線対称である（玉軸受３０の回転軸線および直線Ｐ１がなす角度と、玉軸受３０の回転軸線および直線Ｐ２がなす角度は、ともに図１のθである）。
【００１８】
第１および第２撮像カメラ１１，１６として、３０（ｆｐ）以上のフレームレートで動画を撮像するカメラを採用できるが、１００（ｆｐ）以上のフレームレートで動画を撮像可能な高速度カメラの採用がより一層望ましい。一例として、マスターカメラ（SA-X）やスレーブカメラ（SA-1.1）を第１および第２撮像カメラ１１，１６として採用できる。
第１リング照明１２は、円環状をなし、その端面に円形の照射面１２Ａが設けられている。第１リング照明１２は、その中心が、直線Ｐ１上に含まれるように配置されている。照射面１２Ａからは、回転保持機構に対して均一に光が照射される。第１リング照明１２は、回転保持機構による保持対象の玉軸受３０の外輪３２（より詳しくは外輪軌道面３２Ａ（図４参照）よりも大径であり、そのため、回転保持機構に保持された玉軸受３０の全体に光を照射できるようになっている。
【００１９】
第２リング照明１７は、円環状をなし、その端面に円形の照射面１７Ａが設けられている。第２リング照明１７は、その中心が、直線Ｐ２上に含まれるように配置されている。照射面１７Ａからは、回転保持機構に対して均一に光が照射される。第２リング照明１７は、回転保持機構による保持対象の玉軸受３０の外輪３２（より詳しくは外輪軌道面３２Ａ（図４参照）よりも大径であり、そのため、回転保持機構に保持された玉軸受３０の全体に光を照射できるようになっている。なお、第１および第２リング照明１２，１７として円環状のものを例に挙げて示したが、円筒状をなしていてもよい。
【００２０】
以上説明した第１撮像カメラ１１（焦点レンズ１３を含む）および第１リング照明１２は、第１撮像システム２に含まれている。第１撮像システム２の斜視図を、図３に示す。
また、第２撮像カメラ１６（焦点レンズ１８を含む）および第２リング照明１７は、第２撮像システム３に含まれている。第２撮像システム３は、第１撮像システム２の図３に示す構成と同等であるので図示を省略する。
【００２１】
画像処理部２１には、第１および第２撮像カメラ１１，１６によってそれぞれ撮像された撮像画像が入力される。画像処理部２１は、ＣＰＵ、メモリおよび各種のインターフェイス等を含む構成のコンピュータにより構成されている。
この画像処理部２１は、入力された各撮像画像に対して、所定の画像処理を施す処理部であり、後述するように、反射光認識部２２および球体中心演算部（球体中心演算手段）２３としてそれぞれ機能する。
【００２２】
図４は、球体位置計測装置１の計測対象の玉軸受３０を説明するための断面図である。
玉軸受３０は、内輪３１と、内輪３１と同心に配置された外輪３２と、内輪３１および外輪３２間に介装された複数の転動体としての玉（球体）３３と、複数の玉３３を周方向に間隔を空けて保持するための保持器３４とを備えた深溝玉軸受である。内輪３１と外輪３２とがそれらの中心軸線まわりに相対回転可能である。玉３３は、内輪３１の深溝型の内輪軌道面（円軌道）３１Ａと外輪３２の深溝型の外輪軌道面（円軌道）３２Ａとの間に介在されている。
【００２３】
なお、計測対象として、玉軸受３０は深溝玉軸受でなく、玉３３と内輪軌道面３１Ａとの接触面および玉３３と外輪軌道面３２Ａとの接触面とを結ぶ直線が、内輪３１や外輪３２の径方向に対して所定角度傾斜するアンギュラ型の玉軸受を採用することもできる。
図１〜図３に示すように、球体位置計測装置１による計測時には、一例として、100（Ｎ）のスラスト荷重と、1000（Ｎ）のラジアル荷重とが玉軸受３０に作用しながら、回転保持機構に保持された玉軸受３０の外輪３２が回転される。この状態で、外輪３２の回転に伴って、玉３３および保持器３４も、内輪軌道面３１Ａおよび外輪軌道面３２Ａ上を周方向に公転（回転）する。
【００２４】
また、外輪３２の回転に際して、第１および第２リング照明１２，１７からの光が、玉軸受３０に向けて同時に照射される（照明ステップ）とともに、第１および第２撮像カメラ１１，１６による撮像が実行される。第１撮像カメラ１１による撮像と、第２撮像カメラ１６による撮像とは、互いに同期して実行される。
図５は、第１および第２撮像システム２，３による照明および撮像を説明するための断面図である。図５では、第１撮像システム２の各構成を、実線を用いて示し、第２撮像システム３の各構成を、二点鎖線を用いて示す。図５を参照して、第１および第２撮像カメラ１１，１６によって撮像された撮像画像における、玉３３の表面の反射光について説明する。
【００２５】
第１撮像カメラ１１の焦点レンズ１３には、それぞれ、各玉３３の表面で反射した第１リング照明１２の反射光が入射される。このとき、第１照明面１２Ａの各所から照射された光は各玉３３の表面上で反射して、焦点レンズ１３を通して第１撮像カメラ１１に入射する。第１照明面１２Ａが円環状をなしているので、第１リング照明１２の配置側から見たとき、各玉３３の表面に、第１照明面１２Ａからの反射光による環状の模様が表れる。これにより、各玉３３の表面の反射光の像が、環状の形態で撮像される。
【００２６】
図６は、計測対象の玉軸受３０を、第１撮像方向Ｄ１から撮像した第１撮像画像４０である。図７は、第１撮像画像４０に含まれる、玉３３表面における第１リング照明１２（図５参照）の反射光画像４１，４２を示す図である。
第１撮像画像４０には、複数の玉３３の画像が含まれる。このうち、計測対象になる１つの玉３３の画像（図６において矩形の枠で囲む）に着目する。第１リング照明１２からの照明と、第２リング照明１７（図５参照）の照明とが同時に行われるので、第１撮像カメラ１１によって撮像される第１撮像画像４０には、玉３３表面における第１リング照明１２の反射光画像４１（以下、第１撮像画像４０に含まれる、第１リング照明１２の反射光画像を、「第１反射光画像４１」という場合がある。）だけでなく、玉３３表面における第２リング照明１７の反射光画像４２も写り込む。なお、図６に示すように、第１撮像画像４０の２次元座標系は、ｕ−ｖ座標系である。
【００２７】
図７に示すように、第１撮像画像４０に含まれる第１反射光画像４１は、所定の幅を有する円環状をなしている。第１反射光画像４１から、当該第１反射光画像４１の中心ＰＦｉ（第１撮像方向Ｄ１から見た球体の中心）の位置を特定する。この実施形態では、円環状の第１反射光画像４１の外周縁に基づいて、中心ＰＦｉの位置を特定する。なお、図７に示す、点ａＦ、点ｂＦ、点ｃＦおよび点ｄＦは、第１反射光画像４１に含まれる、第１リング照明１２の第１照明面１２Ａの外側の横端ａ１（図１参照）からの光の反射位置、第１照明面１２Ａの上端ｂ１（図２参照）からの光の反射位置、第１照明面１２Ａの内側の横端ｃ１（図１参照）からの光の反射位置、および第１照明面１２Ａの下端ｄ１（図２参照）からの光の反射位置を、それぞれ示している。
【００２８】
図５に示すように、第２撮像カメラ１６の焦点レンズ１８には、それぞれ、各玉３３の表面で反射した第２リング照明１７の反射光が入射される。このとき、第２照明面１７Ａの各所から照射された光は、玉３３の表面上で反射して、焦点レンズ１８を通して第２撮像カメラ１６に入射する。第２照明面１７Ａが円環状をなしているので、第２リング照明１７の配置側から見たとき、玉３３の表面に、第２照明面１７Ａからの反射光による環状の模様が表れる。これにより、玉３３の表面の反射光の像が、環状の形態で撮像される。
【００２９】
図８は、計測対象の玉軸受３０を、第２撮像方向Ｄ２から撮像した第２撮像画像４３である。図９は、第２撮像画像４３に含まれる、玉３３表面における第２リング照明１７（図５参照）の反射光画像４４，４５を示す図である。
第２撮像画像４３には、複数の玉３３の画像が含まれる。このうち、計測対象になる１つの玉３３の画像（図８において矩形の枠で囲む）に着目する。第１リング照明１２（図５参照）からの照明と、第２リング照明１７の照明とが同時に行われるので、第２撮像カメラ１６によって撮像される第２撮像画像４３には、玉３３表面における第２リング照明１７の反射光画像４４（以下、第２撮像画像４３に含まれる、第２リング照明１７の反射光画像を、「第２反射光画像４４」という場合がある。）だけでなく、玉３３表面における第１リング照明１２の反射光画像４５も写り込む。なお、図８に示すように、第２撮像画像４３の２次元座標系は、ｕ−ｖ座標系と異なる座標系であるｕ´−ｖ´座標系である。
【００３０】
図９に示すように、第２撮像画像４３に含まれる第２反射光画像４４は、所定の幅を有する円環状をなしている。第２反射光画像４３から、当該第２反射光画像４４の中心（第２撮像方向Ｄ２から見た球体の中心）ＰＧｉの位置を特定する。この実施形態では、円環状の第２反射光画像４４の外周縁に基づいて、中心ＰＧｉの位置を特定する。なお、図９に示す、点ａＧ、点ｂＧ、点ｃＧおよび点ｄＧは、第２反射光画像４３に含まれる、第２リング照明１７の第２照明面１７Ａの外側の横端ａ２（図１参照）からの光の反射位置、第２照明面１７Ａの上端（図示しない）からの光の反射位置、第２照明面１７Ａの内側の横端ｃ２（図１参照）からの光の反射位置、および第２照明面１７Ａの下端（図示しない）からの光の反射位置を、それぞれ示している。
【００３１】
図１０は、第１撮像画像４０および第２撮像画像４３に基づいて、公転中の玉３３の中心Ｐｉ（球体の中心）の３次元位置を求める原理を説明するための図である。
第１撮像画像４０に含まれる第１反射光画像４１の中心ＰＦｉは、玉３３の中心Ｐｉと第１撮像カメラ１１（図１参照）の受光素子１１Ａ（図１参照）とを結ぶ直線Ｐ３上に配置されており、第２撮像画像４３に含まれる第２反射光画像４４の中心ＰＧｉは、中心Ｐｉと第２撮像カメラ１６（図１参照）の受光素子１６Ａ（図１参照）とを結ぶ直線Ｐ４上に配置されているから、中心ＰＦｉおよび中心ＰＧｉの位置をそれぞれ特定できれば、これらの位置に基づいて、玉３３の中心Ｐｉの３次元位置を求めることが可能である。
【００３２】
図１１は、図１に示す画像処理部２１による処理内容を示すフローチャートである。
以下、図１〜図９および図１１を参照しつつ、玉３３の中心Ｐｉ位置の計測時における撮像画像の処理について説明する。以下のフローチャートでは、玉軸受３０（図４等参照）に含まれる玉３３のうち、所定の玉３３の位置を計測する場合を例に挙げて説明するが、全ての玉３３の位置を計測するものであってもよい。
【００３３】
まず、画像処理部２１は、第１撮像カメラ１１からの第１撮像画像４０の入力、および第２撮像カメラ１６からの第２撮像画像４３の入力を受け付け、メモリに記憶する（Ｓ１：画像記憶）。
次いで、画像処理部２１は、第１撮像画像４０に含まれる計測対象の玉３３の表面の第１反射光画像４１を認識し、かつ第２撮像画像４３に含まれる計測対象の玉３３の表面の第２反射光画像４４を認識する（Ｓ２：反射光認識。反射光認識部２３（図１参照）の機能を実現）。反射光画像４１，４４の認識のための処理は、たとえば、撮像画像４０，４３における玉３３に対し、所定の輝度値を闇値とする２値化処理を施すことにより、反射光画像４１，４４をそれぞれ抽出する。換言すると、反射光画像４１，４４は、その周囲の玉３３の表面よりも輝度が高くなるため、輝度が高い部分と低い部分とを２階調に変換することによって反射光画像４１，４４を抽出できる。そして、抽出された反射光画像４１，４４を認識する。
【００３４】
なお、第１および第２リング照明１２，１７からの照度は、２値化処理によって第１および第２反射光画像４１，４４が適切に抽出されるように予め適切な照度に調整されている。また、玉３３の表面での反射光画像４１，４４が、内輪３１の影等に重なって途切れた状態になる場合には、画像処理部２１は、反射光画像４１，４４に対して公知のクロージング処理を行うことによって形状を補正し、環状の反射光画像４１，４４を抽出する。
【００３５】
次いで、画像処理部２１は、第１撮像画像４０に含まれる第１反射光画像４１の中心ＰＦｉの座標（ｕｉ，ｖｉ）を、演算により求める（ステップＳ３：第１球体中心演算ステップ）。中心ＰＦｉの座標（ｕｉ，ｖｉ）は、たとえば環状の第１反射光画像４１の外周縁に含まれる画素の座標値の総和を当該画素の数で割ることによって求めることができる。
【００３６】
また、画像処理部２１は、第２撮像画像４３に含まれる第２反射光画像４４の中心ＰＧｉの座標（ｕｉ´，ｖｉ´）を、演算により求める（ステップＳ４：第２球体中心演算ステップ）。中心ＰＧｉの座標（ｕｉ´，ｖｉ´）は、たとえば環状の第２反射光画像４４の外周縁に含まれる画素の座標値の総和を当該画素の数で割ることによって求めることができる。
【００３７】
なお、中心ＰＦｉおよび中心ＰＧｉの座標を求める際、画素の輝度値によって重み付けを行った上で反射光画像４１，４４の中心ＰＦｉおよび中心ＰＧｉを求めれば、より正確な位置を算出できる。
次いで、画像処理部２１は、第１反射光画像４１の中心ＰＦｉ位置および第２反射光画像４４の中心ＰＧｉ位置の演算結果を、次の式（１）にあてはめることにより、玉３３の中心Ｐｉの３次元位置を演算により求める（ステップＳ５。球体中心演算部２４（図１参照）の機能を実現）。
Ｐｉ（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）＝Ｂ／（ｕｉ−ｕｉ´）×（１／２（ｕｉ＋ｕｉ´），１／２（ｖｉ＋ｖｉ´），ｆ）
（但し、Ｂ…第１および第２撮像カメラ１１，１６の間隔（図１参照）、ｆ…焦点レンズ１３,１８のレンズ焦点距離（図１参照）、ｉ…複数の玉３１のうち、計測対象になる玉３１を特定するための番号）    ・・・（１）
この実施形態では、撮像カメラ１１,１６を同時に、連続的に複数回繰り返し撮像させる。そして、連続する撮像画像を解析することにより、公転中の玉３３の周方向の各所における位置を計測でき、これにより、公転中の玉３３の挙動を良好に計測できる。
【００３８】
以上によりこの実施形態によれば、軌道面３１Ａ，３２Ａ上を公転する玉３３を、第１リング照明１２および第２リング照明１７によって照明しながら、第１および第２撮像方向Ｄ１，Ｄ２からそれぞれ同時に撮像する。第１リング照明１２および第２リング照明１７からの光が玉３３の表面で反射されるために、第１撮像方向Ｄ１から撮像した第１撮像画像４０には、第１反射光画像４１と、玉３３表面における第２リング照明１７の反射光画像４２との双方が写り込む。また、第２撮像方向Ｄ２から撮像した第２撮像画像４３にも、玉３３表面における第１リング照明１２の反射光画像４５と、第２反射光画像４４との双方が写り込む。
【００３９】
第１撮像画像４０に含まれる第１反射光画像４３の中心ＰＦｉ位置と、第２撮像画像４３に含まれる第２反射光画像４４の中心ＰＧｉ位置とを求め、これら２つの中心ＰＦｉ，ＰＧｉの位置に基づいて、玉３３の中心Ｐｉ位置を演算により求める。このとき、第１撮像画像４０の撮像方向である第１撮像方向Ｄ１と第２撮像画像４３の撮像方向である第２撮像方向Ｄ２とが互いに異なる方向であるので、玉３３の中心Ｐｉの３次元位置を求めることができる。これにより、公転中の玉３３の３次元位置を精度良く検出できる。ゆえに、公転中の玉３３に軸方向（図１および図２で示すＺ方向）への蛇行が生じている場合には、この蛇行を良好に検出できる。
【００４０】
以上、この発明の一つの実施形態について説明したが、本発明は他の形態で実施することもでき、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１…球体位置計測装置、１１…第１撮像カメラ（第１撮像手段）、１２…第１リング照明、１６…第２撮像カメラ（第２撮像手段）、１７…第２リング照明、３１Ａ，３２Ａ…軌道面（円軌道）、３３…玉（球体）、４０…第１撮像画像、４１…第１反射光画像（第１撮像画像に含まれる、球体表面における第１リング照明の反射光画像）、４３…第２撮像画像、４４…第２反射光画像（第２撮像画像に含まれる、球体表面における第２リング照明の反射光画像）、Ｄ１…第１撮像方向、Ｄ２…第２撮像方向、Ｐ０…回転中心（中心）、Ｐ１…第１直線、Ｐ２…第２直線、ＰＦｉ…第１反射光画像の中心（第１撮像方向から見た球体の中心）、ＰＧｉ…第２反射光画像の中心（第２撮像方向から見た球体の中心）、Ｐｉ…玉の中心（球体の中心）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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