(57)【要約】【課題】画像中の計測用照明部の反射光が消失した場合でも、画像処理が途中で中断されず、連続して実行できるようにすることを目的とする。【解決手段】本発明の球体の位置計測装置２０は、光軸に平行な方向からＰＣＤ上の球体１１ａ〜１１ｆに対して光を照射する計測用照明部を備える左右の撮像装置３０ｆ，３０ｒと、画像処理装置７０と、玉１１ａ〜１１ｆに対して光を照射でき、球体表面からの反射光が第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒの画像に写し込まれる位置に設置されている基準照明８０とを有しており、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒの画像に写し込まれる基準照明８０の反射光の像が計測用照明部の反射光の像よりも高輝度、又は大きな面積となるように設定されている。【選択図】図１
2017053707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＣＤ上を公転する球体の三次元位置を計測する球体の位置計測装置であって、
ＰＣＤの軸心に対して光軸が斜めに通るように配置され、前記光軸に平行な反射光のみを通せるように構成されたレンズ部と、前記光軸に平行な方向から前記球体に対して光を照射する計測用照明部と、前記レンズ部を通して前記球体の画像を所定時間毎に撮像する撮像部とを有する第１の撮像装置と、
前記第１の撮像装置と等しい構成で予め決められた位置関係にあり、前記第１の撮像装置と異なる方向から前記球体を撮像する第２の撮像装置と、
ＰＣＤ上の球体に対して光を照射し、前記球体の表面からの反射光が前記第１の撮像装置の画像と前記第２の撮像装置の画像とに写るように光を照射する基準照明と、
前記第１の撮像装置の画像に写し込まれている前記計測用照明部の反射光の像、及び前記レンズ部の光軸方向と、前記第２の撮像装置の画像に写し込まれている前記計測用照明部の反射光の像、及び前記レンズ部の光軸方向と、前記基準照明の反射光の像とに基づいて、前記球体の三次元位置を演算する画像処理装置とを有しており、
前記第１の撮像装置の画像と第２の撮像装置の画像とに写し込まれる前記基準照明の反射光の像が前記計測用照明部の反射光の像よりも高輝度、又は大きな面積となるように設定されている球体の位置計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の球体の位置計測装置であって、
前記基準照明は、リング状の照射面を備えるリング照明であり、前記リング照明の照射面の明るさが前記計測用照明部の照射面の明るさよりも明るいか、又は前記リング照明の照射面の面積が前記計測用照明部の照射面の面積よりも大きくなるように設定されている球体の位置計測装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の球体の位置計測装置であって、
前記撮像装置の画像に写るように光を照射する前記基準照明の反射光の像と前記計測用照明部の反射光の像とが重ならない球体の位置計測装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の球体の位置計測装置を使用した球体の位置計測方法であって、
前記画像処理装置は、前記撮像装置において数フレーム前に撮影された画像に写し込まれている基準照明の反射光の像の位置から現フレームで撮影される画像に写される前記基準照明の反射光の像を含む領域を推定し、その推定領域内の輝度から現フレームで撮影された画像に写し込まれている前記基準照明の反射光の像の位置を求め、前記基準照明の反射光の像の位置に基づいて計測用照明部の反射光の像を含む領域を設定し、その領域内の輝度から前記計測用照明部の反射光の像の位置を求める球体の位置計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＣＤ上を公転する球体の三次元位置を計測する球体の位置計測装置、及び位置計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受等、球体を用いた軸受では、内輪と外輪の相対的な回転によって、内輪と外輪との間の空間内で球体（玉）が自転しながら周方向に公転する。前記軸受を設計したり、使用条件を定めたりする上で、各時刻における球体の三次元位置を求め、公転中の球体の挙動を解析することは重要である。このため、球体の三次元位置を求める種々の位置計測装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載の球体の位置計測装置は、玉軸受を鉛直姿勢に保持し、内輪と外輪とを相対回転させた状態で、球体（玉）の三次元位置を計測する装置である。前記球体の位置検出装置１００は、図１３に示すように、同じ高さ位置で左右対称に設けられた左右の撮像装置１０５ｆ，１０５ｒと画像処理装置１１０とを備えている。撮像装置１０５ｆ，１０５ｒは、光軸Ｊが玉軸受１２０の斜め方向からその玉軸受１２０の中心Ｃを通るように配置されたレンズ部１０１ｆ,１０１ｒを備えている。また、撮像装置１０５ｆ，１０５ｒは、玉軸受１２０の玉１２２に対して光を照射する計測用照明部（図示省略）を備えている。さらに、撮像装置１０５ｆ，１０５ｒは、前記レンズ部１０１ｆ,１０１ｒを通して玉軸受１２０の画像を所定時間毎に撮像する撮像部１０３ｆ,１０３ｒとを備えている。
【０００４】
画像処理装置１１０は、撮像装置１０５ｆ，１０５ｒの撮像部１０３ｆ,１０３ｒが撮像した玉軸受１２０の画像を処理し、その画像の一部分である玉の像に写し込まれている計測用照明部の反射光の像の位置を求める。そして、左側の撮像装置１０５ｆの玉の像に写し込まれている計測用照明部の反射光の像、及びレンズ部１０１ｆの光軸方向と、右側の撮像装置１０５ｒの玉の像に写し込まれている計測用照明部の反射光の像、及びレンズ部１０１ｒの光軸方向とに基づいて玉１２２の三次元位置を演算する。
【０００５】
次に、図１４に基づいて、左の撮像装置１０５ｆの玉の像に写し込まれている計測用照明部の反射光の像の位置を求める一般的な手順について簡単に説明する。なお、図示するように、左の撮像装置１０５ｆの玉の像には、左の撮像装置１０５ｆにおける計測用照明部の反射光の像Ｇｆのみならず右側の撮像装置１０５ｒにおける計測用照明部の反射光の像Ｇｒも写し込まれている。先ず、図１４に示すように、１フレーム前、２フレーム前の玉の像（前回の玉の像）における左右の反射光の像Ｇｆ，Ｇｒと玉１２２の公転速度等に基づいて、現フレームで撮影される玉の像（今回の玉の像）で左右の反射光の像Ｇｆ，Ｇｒが写し込まれていると推定される推定領域Ｇｗを設定する。次に、推定領域Ｇｗ内の輝度に基づいて左右の反射光の像Ｇｆ，Ｇｒの位置を求め、左側の反射光の像Ｇｆを選択する。右の撮像装置１０５ｒの場合も同様に左右の反射光の像Ｇｆ，Ｇｒの位置を求め、右側の反射光の像Ｇｒを選択する。そして、上記したように、左右の撮像装置１０５ｆ，１０５ｒにおける反射光の像Ｇｆ，Ｇｒの位置とレンズ部１０１ｆ，１０１ｒの光軸方向とに基づいて玉１２２の三次元位置を演算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−３１６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の球体の位置検出装置１００では、図１４に示すように、例えば、玉１２２の表面にグリース等が付着して前回の玉の像における反射光の像Ｇｆ，Ｇｒが不明瞭な場合、あるいは消失している場合には、今回の玉の像で反射光の像Ｇｆ，Ｇｒの推定領域Ｇｗを設定できなくなる。この結果、今回の玉の像において左右の反射光の像Ｇｆ，Ｇｒの位置を求められなくなり、画像処理装置１１０のプログラムが途中で停止する。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、画像中の計測用照明部の反射光の像が消失、あるいは不明瞭な場合でも、画像処理が途中で中断されず、連続して実行できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。請求項１の発明は、ＰＣＤ上を公転する球体の三次元位置を計測する球体の位置計測装置であって、ＰＣＤの軸心に対して光軸が斜めに通るように配置され、前記光軸に平行な反射光のみを通せるように構成されたレンズ部と、前記光軸に平行な方向から前記球体に対して光を照射する計測用照明部と、前記レンズ部を通して前記球体の画像を所定時間毎に撮像する撮像部とを有する第１の撮像装置と、前記第１の撮像装置と等しい構成で予め決められた位置関係にあり、前記第１の撮像装置と異なる方向から前記球体を撮像する第２の撮像装置と、ＰＣＤ上の球体に対して光を照射し、前記球体の表面からの反射光が前記第１の撮像装置の画像と第２の撮像装置の画像とに写るように光を照射する基準照明と、前記第１の撮像装置の画像に写し込まれている計測用照明部の反射光の像、及び前記レンズ部の光軸方向と、前記第２の撮像装置の画像に写し込まれている計測用照明部の反射光の像、及び前記レンズ部の光軸方向と、前記基準照明の反射光の像とに基づいて、前記球体の三次元位置を演算する画像処理装置とを有しており、前記第１の撮像装置の画像と第２の撮像装置の画像とに写し込まれる前記基準照明の反射光の像が前記計測用照明部の反射光の像よりも高輝度、又は大きな面積となるように設定されている。ここで、ＰＣＤとは、Pitch Circle Diameterの略である。
【００１０】
本発明によると、第１の撮像装置の画像と第２の撮像装置の画像とに写し込まれる基準照明の反射光の像は、計測用照明部の反射光の像よりも高輝度、又は大きな面積となるように設定されている。このため、例えば、球体表面のグリース等の影響で撮像装置の画像から計測用照明部の反射光の像が消失し、あるいは不明瞭な場合でも、基準照明の反射光の像は撮像装置の画像から消失し難くなる。このため、仮に、所定時間前に撮影された画像で計測用照明部の反射光の像が消失していても、基準照明の反射光の像を利用して画像処理を実行できるようになる。また、撮像装置のレンズ部は、光軸に平行な反射光のみを通せるように構成されているため、撮像装置（撮像部）の画像に写し込まれる計測用照明部の反射光の像の面積が小さくなり、前記反射光の像に基づく前記球体の三次元位置の演算精度が向上する。
【００１１】
請求項２の発明によると、基準照明は、光を照射するリング状の照射面を備えるリング照明であり、前記リング照明の照射面の明るさが前記計測用照明部の照射面の明るさよりも明るいか、又は前記リング照明の照射面の面積が前記計測用照明部の照射面の面積よりも大きくなるように設定されている。このため、撮像装置（撮像部）の画像に写し込まれる基準照明の反射光の像の面積を大きくでき、さらに反射光の像がリング形になるため輝度重心を求め易くなる。したがって、球体にグリース等が付着している場合でも撮像装置の画像から基準照明の反射光の像が消失し難くなり、前記反射光の像の位置中心も求め易くなる。
【００１２】
請求項３の発明によると、撮像装置の画像に写るように光を照射する基準照明の反射光の像と計測用照明部の反射光の像とが重ならない。このため、前記基準照明が球体の三次元位置計測の妨げにならない。
【００１３】
請求項４の発明によると、画像処理装置は、撮像装置において数フレーム前に撮影された画像に写し込まれている基準照明の反射光の像の位置から現フレームで撮影される画像に写される前記基準照明の反射光の像を含む領域を推定し、その推定領域内の輝度から現フレームで撮影された画像に写し込まれている前記基準照明の反射光の像の位置を求め、前記基準照明の反射光の像の位置に基づいて計測用照明部の反射光の像を含む領域を設定し、その領域内の輝度から前記計測用照明部の反射光の像の位置を求める。このため、仮に、数フレーム前に撮影された画像（前回の画像）で計測用照明部の反射光の像が消失しても、基準照明の反射光の像の位置に基づいて現フレームで撮影される画像（今回の画像）に写し込まれる計測用照明部の反射光の像を含む領域を推定できるようになる。即ち、前回の画像に写し込まれている基準照明の反射光の像の位置から今回の画像における計測用照明部の反射光の像を含む領域を推定し、その推定領域から計測用照明部の反射光の像を求める処理を連続して行なえるようになる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、画像中の計測用照明部の反射光の像が消失した場合でも、画像処理が途中で中断されず、連続して実行できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係る球体の位置計測装置の全体構成を表す模式斜視図である。
【図２】球体の位置計測装置を構成する撮像装置の模式側面図である。
【図３】前記撮像装置の配置と反射光等を表す模式平面図である。
【図４】前記撮像装置と基準照明の配置と反射光等を表す模式平面図である。
【図５】左側の撮像装置が撮像した軸受画像の一例を表す図面である。
【図６】右側の撮像装置が撮像した軸受画像の一例を表す図面である。
【図７】左側の撮像装置が撮像した軸受画像の一部分である玉の像の拡大図（図５のVII拡大図）である。
【図８】右側の撮像装置が撮像した軸受画像の一部分である玉の像の拡大図（図６のVIII拡大図）である。
【図９】球体の位置計測装置を構成する画像処理装置の画像処理手順の一例を表すフローチャートである。
【図１０】前記画像処理装置の画像処理手順の一例を表すフローチャートである。
【図１１】前記画像処理手順を説明するために使用される玉の像の拡大図である。
【図１２】前記画像処理手順を説明するために使用される玉の像の拡大図である。
【図１３】従来の球体の位置計測装置における全体構成を表す模式平面図である。
【図１４】従来の画像処理装置の処理手順を説明する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［実施形態１］
以下、図１から図１２に基づいて本発明の実施形態１に係る球体（玉）の位置計測装置について説明する。本実施形態に係る玉の位置計測装置２０は、例えば、深溝玉軸受１０の玉１１ａ〜１１ｆの三次元位置を計測するための装置である。ここで、図に示すＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、深溝玉軸受１０の横方向、縦方向、及び軸方向に対応している。
【００１７】
＜深溝玉軸受１０及び回転保持具１８について＞
測定対象である深溝玉軸受１０等について簡単に説明する。深溝玉軸受１０は、図１に示すように、内輪１２と、外輪１３と、その内輪１２と外輪１３間に配置された複数の玉１１ａ〜１１ｆとを備えている。ここで、図１では、玉の数が６個の場合を例示しているが、玉の数は適宜変更可能である。複数の玉１１ａ〜１１ｆは、内輪１２の外周面と外輪１３の内周面に形成された円環状の軌道上（ピッチ・サークル・ダイアメータ（ＰＣＤ（Pitch Circle Diameter）上）を自転しつつ円周方向に公転する。また、複数の玉１１ａ〜１１ｆは、保持具（図示省略）によって円周方向に互いに連結されている。深溝玉軸受１０は、軸心が水平になるように鉛直姿勢に保持された状態で回転保持具１８にセットされている。回転保持具１８は、内輪１２、又は外輪１３の一方を固定して他方を軸心回りに等速回転させられるように構成されている。
【００１８】
＜玉の位置計測装置２０の概要について＞
玉の位置計測装置２０（以下、位置計測装置２０という）は、左右一対の撮像装置３０ｆ，３０ｒと、画像処理装置７０と、リング照明８０とから構成されている。左右の撮像装置３０ｆ，３０ｒは、回転保持具１８の駆動によりＰＣＤ上を自転しつつ公転する深溝玉軸受１０の玉１１ａ〜１１ｆを所定時間毎に撮像する装置であり、深溝玉軸受１０の左右斜め前側からその深溝玉軸受１０の全体が撮像範囲に含まれるように設置されている。ここで、左右の撮像装置３０ｆ，３０ｒは、等しい構成のため、代表して左側の撮像装置３０ｆの構成について説明する。即ち、左側の撮像装置３０ｆが本発明の第１の撮像装置に相当し、右側の撮像装置３０ｒが本発明の第２の撮像装置に相当する。
【００１９】
＜撮像装置３０ｆ（３０ｒ）について＞
撮像装置３０ｆは、図２、図３に示すように、光軸Ｊが深溝玉軸受１０の中心Ｃ（ＰＣＤの中心）を通るように配置されたレンズ部３２と、光軸Ｊに平行な光を深溝玉軸受１０に対して照射する計測用照明部３４と、深溝玉軸受１０（玉１１ａ〜１１ｆ）の画像（軸受画像）を所定時間毎に撮像する撮像部３６とから構成されている。
【００２０】
計測用照明部３４は、図２に示すように、光源３４ｃとハーフミラー３４ｍとを備えている。光源３４ｃには、例えば、ＬＥＤ照明やレーザ光等が使用される。光源３４ｃは、光軸Ｊに対して直角方向から光を照射できるように、第１および第２の撮像装置３０ｆ、３０ｒ（計測用照明部３４）の外側面に装着されている。ハーフミラー３４ｍは、入射率と反射率とが等しいミラーであり、入射光の一部を反射し、残りの光は透過できるように構成されている。ハーフミラー３４ｍは、レンズ部３２の光軸Ｊに対して45°傾斜した状態で設置されており、光源３４ｃから照射された光の一部を深溝玉軸受１０の方向に反射させる。また、ハーフミラー３４ｍは、深溝玉軸受１０の玉１１ａ〜１１ｆの表面で反射してレンズ部３２を通過した反射光の一部を撮像部３６の方向に透過させる。
【００２１】
レンズ部３２は、主光線が光軸Ｊに平行なテレセントリックレンズ３２ｓからなり、光軸Ｊに平行な光のみが通過できるように構成されている。このため、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒは、レンズ部３２と計測用照明部３４との働きにより、光軸Ｊに平行な光を深溝玉軸受１０の玉１１ａ〜１１ｆに対して照射できる。また、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒのレンズ部３２には、深溝玉軸受１０の玉１１ａ〜１１ｆの表面で反射した反射光のうちで光軸Ｊに平行な反射光のみが通過できるようになる。
【００２２】
撮像部３６は、レンズ部３２を通して深溝玉軸受１０の玉１１ａ〜１１ｆの画像（軸受画像）を撮像する部分であり、絞り部３６ｃと、ＣＣＤ等の複数の画素からなる撮像素子３６ｓとを備えている。撮像部３６は、画像処理装置７０からの制御信号に基づいて、撮像素子３６ｓを用いて撮像した軸受画像を作成し、その軸受画像を画像処理装置７０に出力する。撮像部３６は、例えば、１００［ｆｐｓ］以上のフレームレートで軸受画像を撮像可能に構成されている。
【００２３】
図５は、第１の撮像装置３０ｆ（撮像部３６）により撮像された深溝玉軸受１０の軸受画像の一例であり、光軸Ｊに対して垂直な平面（Ｕｆ、Ｖｆ平面）上に表されている。なお、図５のVII矢視に示すように、軸受画像の玉の部分を表す画像（図７参照）を玉の像と呼ぶことにする。図６は、第２の撮像装置３０ｒ（撮像部３６）により撮像された深溝玉軸受１０の軸受画像の一例であり、光軸Ｊに垂直な平面（Ｕｒ、Ｖｒ平面）上に表されている。図６のVIII矢視に示すように、軸受画像の玉の部分を表す画像（図８参照）を、同じく、玉の像と呼ぶことにする。
【００２４】
次に、図３、図４に基づいて、第１の撮像装置３０ｆを例にして深溝玉軸受１０の玉１１ｆに対する照射光Ｅｆと反射光Ｒｆとの関係について説明する。玉１１ｆに対して計測用照明部３４から光軸Ｊに平行な照射光Ｅｆが照射された場合、反射光Ｒｆが光軸Ｊに平行となるのは、照射光Ｅｆが照射された玉１１ｆの表面（Ｐ点）の延長線上に玉１１ｆの中心Ｏがある場合である。この場合、玉１１ｆの表面のＰ点では、照射光Ｅｆは玉１１ｆの表面に対して垂直に反射し、その反射光Ｒｆが照射光Ｅｆと重なるようになる。このため、玉１１ｆの表面のＰ点は、撮像部３６により撮像された軸受画像（玉の像）には、図７に示すように、反射光の像Ｒｆとして写し込まれるようになる。そして、反射光の像Ｒｆの輝度重心Ｒｆｇ（後記する）と重なる位置に前記玉１１ｆの表面のＰ点と玉１１ｆの中心Ｏとが存在する。
【００２５】
また、玉１１ｆには、図３、図４に示すように、第２の撮像装置３０ｒから光軸Ｊに平行な照射光Ｅｒが照射される。そして、第２の撮像装置３０ｒから照射された照射光Ｅｒが玉１１ｆの表面で反射し、その反射光のうちで第１の撮像装置３０ｆの光軸Ｊに平行な反射光Ｒｒが、図７に示すように、第１の撮像装置３０ｆにおける撮像部３６の玉の像に反射光の像Ｒｒとして写し込まれる。さらに、深溝玉軸受１０には、リング照明８０（後記する）から光が照射される。リング照明８０の照射光が、図４に示すように、玉１１ｆの表面で反射すると、その反射光のうちで第１の撮像装置３０ｆの光軸Ｊに平行な反射光Ｒ８１，Ｒ８２が、図７に示すように、撮像部３６の玉の像にリング状の反射光の像Ｒ８０として写し込まれる。ここで、図５では、玉１１ｆの縁部が部分的に外輪１３に隠れているが、撮像部３６の玉の像に計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒ、リング照明８０の反射光の像Ｒ８０が写り込んでいれば、玉１１ｆの位置計測には影響がない。
【００２６】
第２の撮像装置３０ｒの場合も、図４に示すように、照射光Ｅｒが玉１１ｆの表面に対して垂直に反射するＱ点が、図８に示すように、撮像部３６の玉の像に反射光の像Ｒｒとして写し込まれる。即ち、反射光の像Ｒｒの輝度重心Ｒｒｇ（後記する）と重なる位置に玉１１ｆの表面のＱ点と玉１１ｆの中心Ｏとが存在する。また、第１の撮像装置３０ｆから照射された照射光Ｅｆが玉１１ｆの表面で反射し、その反射光のうちで第２の撮像装置３０ｒの光軸Ｊに平行な反射光Ｒｆが、図８に示すように、撮像部３６の玉の像に反射光の像Ｒｆとして写し込まれる。さらに、玉１１ｆの表面で反射したリング照明８０の反射光のうちで第２の撮像装置３０ｒの光軸Ｊに平行な反射光が、図８に示すように、撮像部３６の玉の像にリング状の反射光の像Ｒ８０として写し込まれる。即ち、前記軸受画像、及び玉の像が本発明の撮像部で撮像された画像に相当する。
【００２７】
＜画像処理装置７０について＞
画像処理装置７０は、例えば、パーソナルコンピュータであり、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒに制御信号を出力してそれぞれの撮像部３６を同期させて軸受画像（玉の像）を撮像し、撮像した軸受画像を取り込む。そして、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒ（撮像部３６）から取り込んだ軸受画像と、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒの光軸Ｊの方向等とに基づいて、後記するように、深溝玉軸受１０（玉１１ａ〜１１ｆ）のそれぞれの三次元位置を求める。さらに、時刻毎の軸受画像から求めた玉１１ａ〜１１ｆの三次元位置に基づいて、玉１１ａ〜１１ｆの挙動（各玉１１ａ〜１１ｆの中心移動軌跡）を求める。
【００２８】
＜リング照明８０について＞
リング照明８０は、光を照射するリング状の照射面を備える照明であり、前記照射面の明るさ、及び面積が撮像装置３０ｆ，３０ｒの計測用照明部３４の照射面の明るさ、及び面積よりも大きく設定されている。リング照明８０は、深溝玉軸受１０の玉１１ａ〜１１ｆに対して光を照射でき、玉１１ａ〜１１ｆの表面からの反射光が第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒの軸受画像（玉の像）に写し込まれる位置に設置されている。即ち、リング照明８０は、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒの中間位置で、その中心が深溝玉軸受１０の中心Ｃを通る直線上に含まれる状態で第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒの前上方に設置されている。このため、リング照明８０は、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒ（撮像部３６）の軸受画像（玉の像）に写し込まれた反射光の像Ｒ８０が、図７、図８に示すように、計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒよりも高輝度で大きな面積となる。即ち、前記リング照明８０が本発明の基準照明に相当する。
【００２９】
＜画像処理装置７０の画像処理手順について＞
次に、画像処理装置７０の画像処理手順について図９、図１０に示すフローチャートと、図１１、図１２とに基づいて説明する。ここで、図９、図１０に示すフローチャートに示す処理は、画像処理装置７０のメモリに格納されているプログラムに基づいて実行される。先ず、図９のステップＳ１００で撮像する軸受画像数（Ｆ＝ｆ）、及び深溝玉軸受１０の玉１１ａ〜１１ｆの数（Ｍ＝ｍ）等が入力される。例えば、図１等に示すように、深溝玉軸受１０の玉数は６個であるため、Ｍ＝６と入力される。このようにして、必要な条件が入力されると、回転保持具１８が深溝玉軸受１０の内輪１２を外輪１３に対して等速で回転させる。この状態で、画像処理装置７０は、所定のタイミングで、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒを同期させながら深溝玉軸受１０の軸受画像を撮像する（ステップＳ１０１）。次に、時刻ｔ（１）における第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒにおける深溝玉軸受１０の軸受画像を取り込むため、ステップＳ１０２でＦ＝１とする。さらに、ステップＳ１０３で、玉１１ａ（第１の玉）の三次元位置を求める処理を行なうため、Ｍ＝１とする。
【００３０】
次に、ステップＳ１０４で、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒの軸受画像、即ち、玉の像（玉１１ａ（第１の玉）の画像）に写し込まれた計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒの輝度重心Ｒｆｇ，Ｒｒｇを求める処理を実行する。前記反射光の像Ｒｆ，Ｒｒの輝度重心Ｒｆｇ，Ｒｒｇを求める処理は、図１０のフローチャートに基づいて実行される。先ず、第１の撮像装置３０ｆの玉の像（玉１１ａ（第１の玉）の画像）に写し込まれた計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆの輝度重心Ｒｆｇを求める手順を説明する。ここで、前述のように、第１の撮像装置３０ｆの玉の像には、図１１、図１２に示すように、第１の撮像装置３０ｆにおける計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆと、第２の撮像装置３０ｒにおける計測用照明部３４の反射光の像Ｒｒと、リング照明８０の反射光の像Ｒ８０とが写し込まれている。
【００３１】
図１０のステップＳ２０１では、図１１に示すように、１フレーム前の玉の像と２フレーム前の玉の像とのリング照明８０の反射光の像Ｒ８０の位置と玉１１ａ（第１の玉）の公転速度等とから現フレームで撮像された画像（今回の画像）においてリング照明８０の反射光の像Ｒ８０が写し込まれていると推定される推定領域Ａ（図１２参照）を設定する。次に、ステップＳ２０２で、推定領域Ａ内の輝度に基づいてリング照明８０の反射光の像Ｒ８０の位置を絞り込む。即ち、リング照明８０の反射光の像Ｒ８０は、その周囲の玉１１ａの表面よりも輝度が高くなるため、所定の輝度値を閾値とする２値化処理を施すことで、リング照明８０の反射光の像Ｒ８０の位置を求めることができる。
【００３２】
次に、図１０のステップＳ２０３において、リング照明８０の反射光の像Ｒ８０の輝度重心Ｒｇ（図１２参照）を演算する。ここで、輝度重心Ｒｇを求める方法は、例えば、リング照明８０の反射光の像Ｒ８０の領域に含まれる画素の座標値の総和をその画素数で割ることにより求めることができる。このとき、画素の輝度値によって重み付けを行なった上で反射光の像Ｒ８０の重心Ｒｇを求めれば、より正確な重心Ｒｇを取得することができる。次に、ステップＳ２０４で、リング照明８０の反射光の像Ｒ８０の輝度重心Ｒｇから所定寸法離れた位置に、それぞれの計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒが写し込まれている範囲を囲む楕円領域Ｇｗ（図１２参照）を設定する。ここで、リング照明８０の反射光の像Ｒ８０の輝度重心Ｒｇから楕円領域Ｇｗの中心までの距離は、リング照明８０と第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒとの位置関係に基づいて求められる。また、楕円領域Ｇｗは、計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒを確実に含むことができる大きさに設定されている。
【００３３】
次に、図１０のステップＳ２０５において、楕円領域Ｇｗ内の輝度に基づいて計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒの位置を求める。即ち、所定の輝度値を閾値とする２値化処理を施すことで、反射光の像Ｒｆ，Ｒｒの位置を求めることができる。次に、玉１１ａ（第１の玉）の三次元位置を求める演算に必要な第１の撮像装置３０ｆにおける計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆを選択する。次に、ステップＳ２０６においてその計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆにおける輝度重心Ｒｆｇ（図１２参照）を演算する。なお、輝度重心Ｒｆｇの演算方法は、ステップＳ２０３の場合と同様である。このようにして、反射光の像Ｒｆの輝度重心Ｒｆｇが求まると、次に、第２の撮像装置３０ｒについて、図１０のステップＳ２０１〜Ｓ２０６までの処理が実行される。第２の撮像装置３０ｒの場合には、第２の撮像装置３０ｒにおける計測用照明部３４の反射光の像Ｒｒを選択して、その反射光の像Ｒｒの輝度重心Ｒｒｇを演算する。
【００３４】
次に、処理は、図９のステップＳ１０５に戻り、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒにおける計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒの輝度重心Ｒｆｇ，Ｒｒｇから玉１１ａ（第１の玉）の中心Ｏ（三次元位置）を演算する。ここで、前述のように、第１の撮像装置３０ｆの玉の像に写し込まれた計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆの輝度重心Ｒｆｇは、図４に示すように、玉１１ａの表面のＰ点と玉１１ａの中心Ｏと重なる位置にある。このため、反射光の像Ｒｆの輝度重心Ｒｆｇを通り、第１の撮像装置３０ｆの光軸Ｊに平行な仮想直線Ｓｆは、図４に示すように、玉１１ａ（第１の玉）の中心Ｏを通るようになる。同様に、第２の撮像装置３０ｒの玉の像に写し込まれた計測用照明部３４の反射光の像Ｒｒの輝度重心Ｒｒｇを通り、第２の撮像装置３０ｒの光軸Ｊに平行な仮想直線Ｓｒも玉１１ａ（第１の玉）の中心Ｏを通るようになる。このため、第１の撮像装置３０ｆの仮想直線Ｓｆと第２の撮像装置３０ｒの仮想直線Ｓｒとの交点を演算することで、玉１１ａ（第１の玉）の中心Ｏ（三次元位置）を求めることができる。
【００３５】
次に、図９のステップＳ１０６で、Ｍ＝Ｍ＋１＝２として、玉１１ｂ（第２の玉）について、図９のステップＳ１０４、図１０のステップＳ２０１〜Ｓ２０６、及び図９のステップＳ１０５の処理が実行される。即ち、玉１１ｂ（第２の玉）の三次元位置を求める処理が行なわれる。このようにして、上記した処理が繰り返され、玉１１ｆ（第６の玉）の三次元位置を求める処理が終了すると（図９  ステップＳ１０７  ＹＥＳ）、ステップＳ１０８で、Ｆ＝Ｆ＋１＝２となり、時刻ｔ（２）における第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒの軸受画像（玉の像）により、玉１１ａ〜１１ｆの三次元位置を求める処理が実行される。そして、最終的に時刻ｔ（ｆ）における第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒの画像により、玉１１ａ〜１１ｆの三次元位置を求める処理が終了すると（図９  ステップＳ１０９  ＹＥＳ）、ステップＳ１１０で時刻ｔ（１）〜ｔ（ｆ）における玉１１ａ〜１１ｆの三次元位置から前記玉１１ａ〜１１ｆの移動軌跡を算出し、処理を終了する。
【００３６】
＜本実施形態に係る位置計測装置２０の長所について＞
本実施形態に係る位置計測装置２０によると、第１の撮像装置３０ｆの玉の像（画像）と第２の撮像装置３０ｒの玉の像（画像）とに写し込まれるリング照明８０（基準照明）の反射光の像Ｒ８０は、計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒよりも高輝度で大きな面積となるように設定されている。このため、例えば、玉１１ａ〜１１ｆの表面のグリース等の影響で撮像装置３０ｆ，３０ｒの玉の像から計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒが消失している場合でも、基準照明８０の反射光の像Ｒ８０は第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒの玉の像から消失し難くなる。このため、仮に、１フレーム前に撮像された玉の像（前回の玉の像）で計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒが消失しても、基準照明８０の反射光の像Ｒ８０の位置に基づいて現フレームで撮像される玉の像（今回の玉の像）に写し込まれる計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒを含む領域を推定できるようになる。即ち、前回の玉の像に写し込まれている基準照明８０の反射光の像Ｒ８０の位置から今回の玉の像における計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒを含む領域を推定し、その推定領域から計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒを求める処理を連続して行なえるようになる。
【００３７】
また、撮像装置３０ｆ，３０ｒのレンズ部３２は、光軸Ｊに平行な反射光のみを通せるように構成されている。このため、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒ（撮像部３６）の玉の像に写し込まれる計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒの面積が小さくなり、前記反射光の像Ｒｆ，Ｒｒに基づく玉１１ａ〜１１ｆの三次元位置の演算精度が向上する。また、リング照明８０の照射面の明るさ、及び面積が計測用照明部３４の照射面の明るさ、及び面積よりも大きくなるように設定されている。このため、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒ（撮像部３６）の玉の像に写し込まれるリング照明８０の反射光の像Ｒ８０の面積を大きくできる。さらに、反射光の像Ｒ８０がリング形となるため輝度重心が求め易くなる。したがって、玉にグリース等が付着している場合でも撮像装置の画像から基準照明の反射光の像が消失し難くなり、前記反射光の像の位置中心も求め易くなる。また、リング照明８０の反射光の像Ｒ８０が計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒから離れた位置に写り込むため、リング照明８０が玉１１ａ〜１１ｆの三次元位置計測の妨げにならない。
【００３８】
＜変更例＞
ここで、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、基準照明としてリング照明８０を使用する例を示した。しかし、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒ（撮像部３６）の玉の像に写し込まれる反射光の像が計測用照明部３４の反射光の像Ｒｆ，Ｒｒよりも高輝度で大きな面積となる照明であれば、形状はリング状でなくても良い。また、本実施形態では、図１１に示すように、１フレーム前の玉の像と２フレーム前の玉の像に写り込んだリング照明８０の反射光の像Ｒ８０から現フレームで撮像された玉の像（今回の玉の像）においてリング照明８０の反射光の像Ｒ８０が写り込むであろうと推定される推定領域Ａを設定する例を示した。しかし、１フレーム前の玉の像のみから今回の玉の像においてリング照明８０の反射光の像Ｒ８０が写り込むであろうと推定される推定領域Ａを設定することも可能である。また、本実施形態では、第１および第２の撮像装置３０ｆ，３０ｒを使用する例を示したが、二台以上の撮像装置を使用することも可能である。また、本実施形態では、深溝玉軸受１０の玉１１ａ〜１１ｆの三次元位置を計測する例を示したが、深溝玉軸受１０以外にもアンギュラ玉軸受、あるいは玉を有する転動体の位置計測に本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１１ａ〜１１ｆ・・玉（球体）
３０ｆ・・・・・・左側の撮像装置（第１の撮像装置）
３０ｒ・・・・・・右側の撮像装置（第２の撮像装置）
３２・・・・・・・レンズ部
３４・・・・・・・計測用照明部
３６・・・・・・・撮像部
７０・・・・・・・画像処理装置
８０・・・・・・・リング照明（基準照明）
Ｊ・・・・・・・・光軸
Ｒ８０・・・・・・反射光の像
Ｒｆ・・・・・・・反射光の像
Ｒｒ・・・・・・・反射光の像
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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