JP2003269918A - 動作計測方法及び動作計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リレーの接点のスライディングやローリン
グ、接点間距離などを精密に計測することができる動作
計測方法を提案する。 【解決手段】 可動部品である可動接点１の２箇所に×
印等のマーカ１８、１９を施しておく。動作中の可動接
点１及び固定接点４を高速度撮影して複数枚の静止画像
を得る。各静止画像からマーカ１８、１９の変位を読み
取り、それに基づいて可動接点１の回転角度を演算によ
り求める。こうして求めた可動接点１の回転角度や各マ
ーカ１８、１９の２次元の変位量を用いて可動接点１の
ローリング量やスライディング量を求めることにより、
可動接点１の動作を精密に解析する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動作計測方法及び
動作計測装置に関する。特に、本発明は、リレーやスイ
ッチ等の電子機構部品における接点等の動作を計測し、
解析するための方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【背景技術】リレーやスイッチに代表される機械的な可
動部を持つ電子部品は、電子機構部品（Electro-Mechan
ical Component）と呼ばれている。このような電子機構
部品の開発や生産においては、その可動部分の動作挙動
を把握することが重要である。例えば、リレーやスイッ
チであれば、目的の負荷を開閉するために、接点間の距
離、接点間の開閉速度や接触力といったものを限られた
部品要素の中で達成しなくてはならない。

【０００３】こういった電子機構部品の動作挙動を解析
する方法の一つに、高速度撮影装置を用いて接点を高速
度撮影する方法がある。動作挙動の把握に高速度撮影を
利用すれば、その接点動作を詳細に調べたり、接点部の
アーク現象や焼損の観察を行なったりすることができ
る。また、撮影画像に画像処理を施して動作を定量的に
解析することができる利点がある。

【０００４】図１は従来例による可動接点と固定接点の
動作挙動を観察する方法を説明する図である。従来の方
法では、可動接点１又は可動接点ばね２の１点にマーカ
３を施しておき、可動接点１を閉じて固定接点４に接触
させる際の動作挙動を高速度撮影している。そして、各
撮影画像（静止画像）に対して可動接点１のマーカ３の
位置と固定接点４と平行な基準面５との距離ｊ（あるい
は、可動接点１のマーカ３のｘ軸方向の座標）を計測
し、可動接点１と固定接点４との距離Ｊの変化を求めて
いる。また、可動接点１と固定接点４との距離の変化か
ら可動接点１の移動速度を算出している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】リレー等の場合、その
特性を解析するための要素としては、可動接点の移動速
度、固定接点と可動接点の間の距離の変化のほか、可動
接点のバウンス、スライディング、ローリングなどがあ
る。図２（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれバウンス、スラ
イディング、ローリングを説明する模式図であって、○
印は接点接触位置を表わしている。この模式図では、可
動接点の接触によって固定接点の位置が変化しない場合
を示している。ここで、バウンスとは、図２（ａ）に示
すように、可動接点１が固定接点４に接触（弾性衝突）
した際、その弾性反発力によって可動接点１が元の方向
へ跳ね返される現象である。また、スライディングと
は、図２（ｂ）に示すように、固定接点４と可動接点１
の両接点表面が接触した後に、可動接点１の回転を伴う
ことなく可動接点１の接触位置が固定接点表面に沿って
相対的に滑り動作する現象である。また、ローリングと
は、固定接点４と可動接点１の少なくとも一方の表面が
曲面である場合に、図２（ｃ）に示すように、固定接点
４と可動接点１の両接点表面が接触した後に、両接点間
の滑りを伴うことなく、両接点の相対角度の変化によっ
て接触位置が移動し、両接点の接触位置が各々の接点表
面上を移動する現象である。スライディングとローリン
グは、両方が同時に起こる場合もあるし、またいずれか
一方のみが主として起きることもある。

【０００６】これら動作に関するデータは電子機構部品
の開発において重要な意味を持つ。接点の場合について
言えば、アークに代表される、開閉に伴う接点間の電気
的な過渡現象は、接点の物理的な位置関係と密接な関わ
りがある。例えば、可動接点の移動速度が遅いと、可動
接点が固定接点との間に小さな間隙をあけた状態での時
間が長くなるので、アークが発生し易くなり、接点の欠
損や接点どうしの溶着といった問題が起きる。また、可
動接点を閉成する際のバウンスも固定接点と小さな間隙
を形成するので、接点の寿命に好ましくない影響を与え
る。また、スライディングは、可動接点と固定接点とを
擦り合わせること（ワイピング）によって接点表面に生
じる酸化被膜を除去するので、可動接点と固定接点との
接触抵抗を下げる働きがある。そのため、スライディン
グが不十分であると、接点どうしの接触抵抗値が増大し
て電子機構部品の寿命が大きく低下する。さらに、ロー
リングは、可動接点が固定接点に接触した後、その接触
位置が移動するものであるから、可動接点と固定接点と
の溶着を防止することができる。

【０００７】電子機構部品の動作を正確に把握できれ
ば、例えば上記のような接点移動速度やバウンス、スラ
イディング、ローリングといった特性を精密に評価する
ことができるので、これらの不具合による電子機構部品
の寿命低下要因を推定できるようになる。電子機構部品
の開発段階であれば、性能確認のために繰り返し行われ
る寿命試験の回数を減らすことができ、また、製造段階
であれば、製品バラツキを動作から調べることで工程の
改善や品質の向上につなげることができる。

【０００８】しかしながら、従来方法で高速度撮影によ
り計測されるものは、計測対象物（ほぼ剛体とみなされ
る一塊りの部分）の主たる運動方向の動きに限られてい
た。例えば、接点の場合であれば、可動接点の主たる運
動方向（接点の開閉する方向、すなわち図１のｘ軸方
向）における可動接点の変位を計測しているに過ぎず、
接点開閉方向に垂直な方向（すなわち図１のｙ軸方向）
における可動接点の変位であるスライディングや接触位
置の移動であるローリングについては数値化することが
できなかった。

【０００９】すなわち、従来方法では、可動部分の回転
を計測することが不可能であり、そのため接点開閉方向
に垂直な方向における可動接点の動きをローリングによ
るものとスライディングによるものとに区別することが
できず、その結果スライディングを正確に計測すること
ができなかった。この理由を具体的に説明すると以下の
通りである。

【００１０】まず、従来方法でスライディングを計測で
きる可能性があるか検討してみる。スライディングと
は、上記のように固定及び可動両接点の表面における滑
り量である。固定接点が動かない場合には、接触位置に
おける可動接点表面の変位のうち、接線方向の変位成分
がスライディング量にあたる。従来、この変位を検出す
る方法としては、可動接点の中心付近にマーカを書き込
んでおき、動作中の可動接点を高速度撮影して、撮像平
面におけるマーカの変位データ（ｘ軸方向変位及びｙ軸
方向変位）をもって、可動接点表面の変位とするものが
考えられた。

【００１１】しかしながら、一般に可動接点は、このｘ
ｙ平面（画面）内において常に一定の方向を保ってはお
らず、この平面上で回転運動する。図３はこの回転運動
の一例を説明する図であって、破線で示す可動接点１及
び可動接点バネ２は可動接点１が固定接点４に接触した
接触始めの瞬間を示し、実線で示す可動接点１及び可動
接点バネ２は可動接点１が固定接点４に圧接して安定し
た後の状態を示している。電磁力等による駆動力によっ
て可動接点バネ２の基部が固定接点４側へ押し込まれて
いくと、可動接点１が固定接点４に接触した瞬間には、
図３において破線で示すように可動接点バネ２の可動接
点近傍の部分はほぼ直線上になっているが、駆動力によ
って可動接点１が固定接点４にさらに大きく押し込まれ
ると、図３において実線で示すように可動接点バネ２が
湾曲して可動接点１が回転して固定接点４の表面で滑り
動作して安定する。図３の場合、可動接点１はその中央
付近を回転中心として反時計回りに回転しているため、
マーカ３を付けた可動接点１の中心付近と、そこから離
れた接点接触位置（可動接点１と固定接点４との接触位
置）とではｘ軸方向及びｙ軸方向の変位が異なる。その
ため、マーカ３の変位をもって接点接触位置の可動接点
表面の変位を計測した場合、必然的に回転運動に起因す
る測定誤差が含まれることになる。

【００１２】ここに挙げた例のように、実際の変位を求
めたい位置と変位検出を行っている位置（マーカ位置）
が異なっており、かつ、測定対象物が撮影座標に対して
回転しているために生じる測定誤差を、ここでは回転誤
差と呼ぶことにする。この回転誤差は、実際の変位を求
めたい位置と変位検出を行っている位置が離れているほ
ど大きい。したがって、接点接触位置ないしはその近傍
で変位を直接検出できれば、このような回転誤差の問題
は起きない。しかし、通常、リレー等の接点を高速度撮
影する場合には、可動接点の主たる運動方向に対してお
おむね垂直な方向（側面方向）から撮影する。このとき
接点接触位置は、相接触した可動接点と固定接点との狭
隘部にあたり、この近傍にマーカを設けることは難しい
ので、接点接触位置から離れた箇所にマーカを置かざる
を得ない。従って、従来方法では、可動接点のスライデ
ィングを正確に計測することは極めて困難であった。

【００１３】つぎに、可動接点のローリングについてい
えば、従来のように１点のマーカを追跡対象とする変位
検出方法ではローリングの評価は困難を極める。原理的
には、１点のマーカのみからは可動接点の回転を検出す
ることはできないので、マーカ近傍を中心に回転運動す
る場合には動作を検出できない。また、上記のように接
点接触位置は接触する両接点間の狭隘部にあり、正確な
接触位置は画像上からは判定することが困難である。特
に、接点表面の曲率半径が大きいほど接触点付近の間隙
が狭くなり、光学的に接触点の特定が難しくなる。通常
は、接点接触位置の大まかな位置が分かる程度なので、
仮にスライディングを無視できるような場合でも、画像
上でローリングを接点接触位置の移動として定量的に評
価することは難しい。

【００１４】このように、従来方法では、スライディン
グとローリングを区別することができず、また、画面上
で接点どうしの接触点を検出することは困難であるの
で、スライディングやローリングを正確に計測すること
はできず、そのため、従来にあっては、スライディング
やローリングなどは目視で大雑把な動きを観察されてい
るに過ぎなかった。

【００１５】また、マーカの接点開閉方向における変位
も回転誤差の影響を受けるので、接点開閉方向における
可動接点の変位や移動速度も可動接点の回転によって計
測精度を低下させられていた。このため、接点開閉方向
の運動であるバウンスについては、例えば開成時におけ
る接点間距離の１０分の１以上に達するようなものしか
変位の検出を行なわれていなかった。すなわち、これま
での計測方法では、接点開閉方向における大きな変位し
か計測対象となっておらず、特に接点接触位置近傍のバ
ウンス、スライディング、ローリング等については有効
な計測方法がなかった。

【００１６】

【発明の開示】本発明は上記従来例の解決課題に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、計測対
象物（特に、動作中の変形が少なくほぼ剛体である計測
対象物）の２次元ないし３次元の変位や回転等を精密に
計測することができる動作計測方法及び動作計測装置を
提供することにある。

【００１７】本発明による第１の動作計測方法は、計測
対象物に設定された少なくとも２つの特定位置を連続的
又は断続的に撮影する工程と、撮影された画像から抽出
された各特定位置の変位に基づいて計測対象物の少なく
とも２次元方向における変位、回転、又は計測対象物の
変位及び回転の組み合わせからなる特定の動作を解析す
る工程とを備えたことを特徴としている。

【００１８】本発明による第１の動作計測方法にあって
は、少なくとも２つの特定位置を撮影しているので、各
画像における計測対象物の角度を求めることができる。
例えば、少なくとも２つの特定位置を結ぶ線分の角度を
演算することにより計測対象物の角度を求めることがで
きる。この結果、画像間における計測対象物の回転角度
を計測することができる。よって、計測対象物の変位だ
けでなく、計測対象物の回転角度も計測することがで
き、計測対象物の変位及び回転の組み合わせからなる特
定の動作を詳細に調べることが可能になる。さらには、
計測対象物の回転角度の計測が可能になることで、直交
２方向又は３次元における変位に与える計測対象物の回
転や回転誤差の影響を除去することができ、変位等の計
測精度を向上させることができる。

【００１９】本発明による第２の動作計測方法は、計測
対象物に設定された特定の領域を連続的又は断続的に撮
影する工程と、撮影された画像から抽出された特定領域
の変位及び回転に基づいて計測対象物の少なくとも２次
元方向における変位、回転、又は計測対象物の変位及び
回転の組み合わせからなる特定の動作を解析する工程と
を備えたことを特徴としている。

【００２０】本発明による第２の動作計測方法にあって
は、計測対象物に設定された特定領域を撮影しているの
で、その特定領域（あるいは、その中心点等）の変位か
ら計測対象物の変位を求めることができる。また、特定
領域の画像を回転させて重ね合わせることでパターンマ
ッチングの手法により計測対象物の回転角度を計測する
ことができる。この結果、画像間における計測対象物の
回転角度を計測することができる。よって、計測対象物
の変位だけでなく、計測対象物の回転角度も計測するこ
とができ、計測対象物の変位及び回転の組み合わせから
なる特定の動作を詳細に調べることが可能になる。さら
には、計測対象物の回転角度の計測が可能になること
で、直交２方向又は３次元における変位に与える計測対
象物の回転や回転誤差の影響を除去することができ、変
位等の計測精度を向上させることができる。

【００２１】本発明による第３の動作計測方法は、計測
対象物に設定された特定位置と特定の領域を連続的又は
断続的に撮影する工程と、撮影された画像から抽出され
た特定位置の変位と特定領域の回転に基づいて計測対象
物の少なくとも２次元方向における変位、回転、又は計
測対象物の変位及び回転の組み合わせからなる特定の動
作を解析する工程とを備えたことを特徴としている。

【００２２】本発明による第３の動作計測方法にあって
は、計測対象物に設定された特定位置と特定領域を撮影
しているので、その特定位置の変位から計測対象物の変
位を求めることができる。また、特定領域の画像を回転
させて重ね合わせることでパターンマッチングの手法に
より計測対象物の回転角度を計測することができる。
尚、この特定位置は、特定領域内に設定していてもよ
く、特定領域とは別な箇所に設定されていてもよい。こ
の結果、画像間における計測対象物の回転角度を計測す
ることができる。よって、計測対象物の変位だけでな
く、計測対象物の回転角度も計測することができ、計測
対象物の変位及び回転の組み合わせからなる特定の動作
を詳細に調べることが可能になる。さらには、計測対象
物の回転角度の計測が可能になることで、直交２方向又
は３次元における変位に与える計測対象物の回転や回転
誤差の影響を除去することができ、変位等の計測精度を
向上させることができる。

【００２３】本発明の第１〜第３の動作計測方法にかか
る実施態様においては、前記画像は高速度撮影された複
数枚の静止画像であるから、高速動作する計測対象物で
もブレのない静止画像を得ることができ、計測精度を高
めることができる。また、高速度撮影することで、少し
ずつ異なる多数枚の画像を得ることができるので、計測
対象物の動作を詳細に調べることができる。

【００２４】本発明の第１〜第３の動作計測方法にかか
る別な実施態様によれば、リレーやスイッチ等の接点を
計測対象物とし、従来計測の困難であった接点間距離、
バウンスの大きさ、スライディングの量、又はローリン
グの量を精密に計測することが可能になる。

【００２５】本発明の第１の動作計測装置は、計測対象
物に設定された少なくとも２つの特定位置を連続的又は
断続的に高速度撮影する撮影装置と、前記撮影装置によ
り撮影された複数枚の画像から抽出された各特定位置の
変位に基づいて計測対象物の少なくとも２次元方向にお
ける変位、回転、又は計測対象物の変位及び回転の組み
合わせからなる特定の動作を解析する画像解析装置とを
備えたものである。

【００２６】本発明による第１の動作計測装置にあって
は、少なくとも２つの特定位置を撮影しているので、各
画像における計測対象物の角度を求めることができる。
例えば、少なくとも２つの特定位置を結ぶ線分の角度を
演算することにより計測対象物の角度を求めることがで
きる。この結果、画像間における計測対象物の回転角度
を計測することができる。よって、計測対象物の変位だ
けでなく、計測対象物の回転角度も計測することがで
き、計測対象物の変位及び回転の組み合わせからなる特
定の動作を詳細に調べることが可能になる。さらには、
計測対象物の回転角度の計測が可能になることで、直交
２方向又は３次元における変位に与える計測対象物の回
転や回転誤差の影響を除去することができ、変位等の計
測精度を向上させることができる。しかも、高速度撮影
する撮影装置を用いているので、ブレのない静止画像に
基づいてマーカの変位や特定領域の変位等を計測するこ
とができ、計測精度をより向上させることができる。

【００２７】本発明の第２の動作計測装置は、計測対象
物に設定された特定の領域を連続的又は断続的に高速度
撮影する撮影装置と、前記撮影装置により撮影された複
数枚の画像から抽出された特定領域の変位及び回転に基
づいて計測対象物の少なくとも２次元方向における変
位、回転、又は計測対象物の変位及び回転の組み合わせ
からなる特定の動作を解析する画像解析装置とを備えた
ものである。

【００２８】本発明による第２の動作計測装置にあって
は、計測対象物に設定された特定領域を撮影しているの
で、その特定領域（あるいは、その中心点等）の変位か
ら計測対象物の変位を求めることができる。また、特定
領域の画像を回転させて重ね合わせることでパターンマ
ッチングの手法により計測対象物の回転角度を計測する
ことができる。この結果、画像間における計測対象物の
回転角度を計測することができる。よって、計測対象物
の変位だけでなく、計測対象物の回転角度も計測するこ
とができ、計測対象物の変位及び回転の組み合わせから
なる特定の動作を詳細に調べることが可能になる。さら
には、計測対象物の回転角度の計測が可能になること
で、直交２方向又は３次元における変位に与える計測対
象物の回転や回転誤差の影響を除去することができ、変
位等の計測精度を向上させることができる。しかも、高
速度撮影する撮影装置を用いているので、ブレのない静
止画像に基づいてマーカの変位や特定領域の変位等を計
測することができ、計測精度をより向上させることがで
きる。

【００２９】本発明の第３の動作計測装置は、計測対象
物に設定された特定位置及び特定の領域を連続的又は断
続的に高速度撮影する撮影装置と、前記撮影装置により
撮影された複数枚の画像から抽出された特定位置の変位
と特定領域の回転に基づいて計測対象物の少なくとも２
次元方向における変位、回転、又は計測対象物の変位及
び回転の組み合わせからなる特定の動作を解析する画像
解析装置とを備えたものである。

【００３０】本発明による第３の動作計測装置にあって
は、計測対象物に設定された特定位置と特定領域を撮影
しているので、その特定位置の変位から計測対象物の変
位を求めることができる。また、特定領域の画像を回転
させて重ね合わせることでパターンマッチングの手法に
より計測対象物の回転角度を計測することができる。
尚、この特定位置は、特定領域内に設定していてもよ
く、特定領域とは別な箇所に設定されていてもよい。こ
の結果、画像間における計測対象物の回転角度を計測す
ることができる。よって、計測対象物の変位だけでな
く、計測対象物の回転角度も計測することができ、計測
対象物の変位及び回転の組み合わせからなる特定の動作
を詳細に調べることが可能になる。さらには、計測対象
物の回転角度の計測が可能になることで、直交２方向又
は３次元における変位に与える計測対象物の回転や回転
誤差の影響を除去することができ、変位等の計測精度を
向上させることができる。しかも、高速度撮影する撮影
装置を用いているので、ブレのない静止画像に基づいて
マーカの変位や特定領域の変位等を計測することがで
き、計測精度をより向上させることができる。

【００３１】なお、この発明の以上説明した構成要素
は、可能な限り組み合わせることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】図４は本発明の一実施形態による
動作計測装置の構成を示す概略図である。計測対象物と
しては、固定接点４と可動接点１とを示している。図４
を参照すると、符号１１で表わされるものは高速度撮影
装置である。高速度撮影装置１１としては、撮影画像を
電気的な画像信号として出力することができる高速ビデ
オカメラを用いており、１秒間に１０,０００枚程度の
静止画像を得ることができる。高速度撮影とは、ちらつ
きの少ない照明を用いつつカメラ露光時間を短く制限し
たり、あるいは短時間の発光が可能なストロボ照明によ
って照射時間を制限することで物体の動作の経過を１枚
あるいは複数枚の静止画像（瞬間画像）として記録する
ものである。この実施形態では、後者の方式を採用して
おり、高速度撮影装置１１の近傍には、極めて短時間な
いし瞬間的に発光するストロボ照明のような照明装置１
２が設けられている。照明器具１２は、照明タイミング
制御部１３によって発光タイミングを制御される。高速
度撮影装置１１は、ＣＣＤ等の撮像素子を内蔵したもの
であり、高速度撮影装置１１で撮影された静止画像は電
気信号として画像解析装置１４へ出力される。画像処理
装置１４は、画像蓄積部１５と画像解析処理部１６とか
らなり、受信した画像データをメモリやハードディスク
等からなる画像蓄積部１５に蓄え、画像解析処理部１６
において各画像データに基づいて後述のように可動接点
の開閉方向における移動量（移動速度）、バウンス量、
スライディング量、ローリング量などを定量的に算出す
る。この算出結果は、モニター装置やプリンタ等の出力
装置１７へ出力される。

【００３３】次に、画像解析装置１４における処理の原
理を説明する。まず、撮影を行なう前に計測対象物の可
動部分である可動接点１又は可動接点バネ２に少なくと
も２点（以下、特定点という。）を特定できるようにマ
ーカを設定する。マーカとしては、例えば可動接点１等
の表面の特定点を指示するように可動接点１等の表面に
描かれた”・”、”×”などの印を用いることができ
る。あるいは、周囲に比べて高輝度の点や可動接点１の
傷などをマーカとして指定してもよい。以下の説明にお
いては、簡単のため追跡座標として２つのマーカ、すな
わち第１マーカ１８と第２マーカ１９を可動接点１に設
けているものとして説明する。

【００３４】まず、所定時間をあけて異なる時間に撮影
された、固定接点４と可動接点１とが接触した状態にお
ける２枚の高速度撮影画像があるとき、それぞれの時間
の間で起きたスライディング量を求める場合を例にとっ
て説明する。ここで、図５に示すように、１枚目の画像
における第１マーカ１８の座標を（ｘａ１、ｙａ１）、
第２マーカ１９の座標を（ｘｂ１、ｙｂ１）、接点接触
位置２０の座標を（ｘｃ１、ｙｃ１）とし、２枚目の画
像における第１マーカ１８の座標を（ｘａ２、ｙａ
２）、第２マーカ１９の座標を（ｘｂ２、ｙｂ２）、接
点接触位置２０の座標を（ｘｃ２、ｙｃ２）と定義す
る。

【００３５】いま、接点どうしが接触した状態の１枚目
の画像と２枚目の画像とが得られたとすると、１枚目の
画像から第１マーカ１８の座標（ｘａ１、ｙａ１）と第
２マーカ１９の座標（ｘｂ１、ｙｂ１）を求め、２枚目
の画像から第１マーカ１８の座標（ｘａ２、ｙａ２）と
第２マーカ１９の座標（ｘｂ２、ｙｂ２）を求める。１
枚目の画像において第１マーカ１８と第２マーカ１９と
を結ぶ線分がｘ軸となす角度θ１は次の（１）式で表さ
れ、２枚目の画像において第１マーカ１８と第２マーカ
１９とを結ぶ線分がｘ軸となす角度θ２は次の（２）式
で表されるから、両画像間における可動接点１の回転量
（両線分のなす角度）は、次の（３）式となる。

【数１】

【００３６】また、２枚の画像間における第１マーカ１
８の移動量Δｘａ、Δｙａは次の（４）式で表わされ
る。

【数２】

【００３７】一方、接点接触位置２０の座標を１枚目の
画像に対してのみ算出し、その座標（ｘｃ１、ｙｃ１）
を得る。ここで、接点接触位置２０の座標（ｘｃ１、ｙ
ｃ１）の値については、正確な接点接触位置である必要
はなく、接点接触位置の近傍であれば十分である。な
お、ここでは固定接点４の変位は無視できるほど小さい
場合を取り扱う。１枚目の画像における第１マーカ１８
と接点接触位置２０との位置関係を算出すると、１枚目
の画像における第１マーカ１８と接点接触位置２０との
距離ｒは次の（５）式で表わされ、第１マーカ１８と接
点接触位置２０とを結ぶ線分がｘ軸となす角度θは、次
の（６）式で表わされる。

【数３】

【００３８】これらをもとにして、１枚目の画像におけ
る可動接点１の接点接触位置２０の、２枚目の画像にお
ける移動先の座標（ｘｃ２、ｙｃ２）を求めると、次の
（７）式で表される。

【数４】

【００３９】よって、座標（ｘｃ１、ｙｃ１）と座標
（ｘｃ２、ｙｃ２）との距離が、可動接点１の接点接触
位置近傍における変位となる。この変位量の絶対値Δｄ
は、次の（８）式となる。

【数５】

【００４０】ローリングを無視することができ、バウン
スがごく小さい場合には、この値Δｄがスライディング
に相当する。なお、この場合、固定接点表面はｙ軸にほ
ぼ平行で移動もしないので、両接点接触位置の変位はｙ
軸にほぼ平行である。したがって、近似的には、図２
（ｂ）に示すスライディング量Δｄは次の（９）式で表
される。 Δｄ＝｜ｙｃ２−ｙｃ１｜ …（９）

【００４１】このように、１つの測定対象物に対して少
なくとも２カ所の追跡座標（マーカ）を設けることで、
マーキングが難しい接点接触位置における変位を得るこ
とができ、回転誤差はほぼ解消している。ローリングに
よって接点接触位置は多少移動するので、その移動のた
めにごくわずかに誤差が含まれるが、接点接触位置の近
傍の変位を調べていることに変わりはないので、多くの
場合実用上は問題ない。なお、接触による固定接点の変
位が大きい場合には、固定接点側についても同様の計算
を行い、接触位置近傍における可動接点表面の変位と固
定接点表面の変位の差分をとることで両接点間における
スライディング量を得るようにすればよい。

【００４２】ここでは、可動接点１のローリングによる
接触位置の移動の影響を考慮しなかったが、上記（３）
式で可動接点１の回転角度θが算出されているので、接
点形状の因子から接触位置の移動を算出し、刻々移動す
る接触位置におけるスライディング量を算出すれば、よ
り高精度にスライディング量を評価することができる。

【００４３】次に、ローリングを評価する方法を説明す
る。ローリングとは、先に述べたように、接点どうしの
接触位置の変化である。しかしながら、先に述べたよう
に画像上では接点の接触位置を正確に求めることはでき
ないので、これまで定量的な評価には至らなかった。そ
こで本発明においては、接点接触位置の変化を変位で示
すのではなく、角度変化で示すこととした。

【００４４】先に、図２（ｂ）でスライディングの説明
図を示したが、ローリングを伴わないでスライディング
が生じた時には、固定及び可動接点の相対角度は移動前
と移動後で変化を生じない。一方、図２（ｃ）に示した
ように、スライディングを伴わないでローリングが生じ
た時には、固定及び可動接点の相対角度は移動前と移動
後で変化している。すなわち、移動前後の可動接点の相
対角度の変化は、ローリングのときのみ現れてスライデ
ィングでは現れない。よって、ローリングの定量評価
は、移動前後の固定及び可動接点の相対角度で行えるこ
とが分かる。

【００４５】具体的には、図５に示したような１枚目の
画像における可動接点と２枚目の画像における可動接点
との相対角度変化を求めればよい。これは、すでに
（３）式として求めたものと同じである。よって、可動
接点１の撮影方向軸の周りにおける回転角度、すなわち
図２（ｃ）に示すローリング量Δθmは、次の（１０）
式で表わされる。

【数６】

【００４６】このようにして接点どうしが接触した後の
角度変化Δθmを求めれば、可動接点のローリングの程
度を把握できる。当然ながら、大きな角度変化があれ
ば、大きなローリングが生じていることを示している。
また、こうしてローリングを評価することができれば、
接点間距離やスライディングに対するローリングの影響
を見積もることができるので、ローリングによる成分を
除去することにより、接点間距離やスライディング等の
計測精度も高精度にすることができる。なお、接触後に
固定接点にも角度変化がある場合には、スライディング
の場合と同様、固定接点上に２点以上のマーカを設けて
同様の計算を行なった上、両者の撮影方向軸に対する角
度変化の差分を求めれば、両接点間で生じているローリ
ングを評価可能である。

【００４７】また、上記実施形態では、コンピュータを
用いた画像解析装置によって計測対象物である可動部品
の動きを解析したが、人手作業で行なってもよい。例え
ば、各画像からトレーシングペーパーに可動部品の外形
とマーカ位置を写しとって可動部品の変位を測定した
り、写しとった各可動部品を重ね合わせて回転角度を測
定したりし、計算によってスライディング等やローリン
グ量を求めてもよい。

【００４８】図６は従来方法と本発明の方法とにより可
動接点と固定接点との間の接点間距離及びバウンス量を
計測した結果を表わしており、縦軸は接点間距離、横軸
は時間である。従来方法では、可動接点に１箇所のマー
カを施し、マーカの変位を検出することで接点間距離を
求めている。本発明の方法では、可動接点に２箇所のマ
ーカを施し、マーカの変位から接点接触位置の変位を求
めることによって回転誤差を除いて接点間距離を求めて
いる。従来方法によれば、接点間距離が負になるという
不自然な解析結果となっているが、本発明の方法によれ
ば、回転誤差が除かれる結果、このような不自然さは解
消されている。また、この結果によれば、従来方法では
バウンス量が過大に評価されていることが分かる。

【００４９】図７は従来方法と本発明の方法とにより可
動接点のスライディング量を計測した結果を表わしてお
り、縦軸はスライディング量、横軸は時間である。従来
方法では、可動接点に１箇所のマーカを施し、マーカの
変位を検出することでスライディング量を求めている。
本発明の方法では、可動接点に２箇所のマーカを施し、
マーカの変位から接点接触位置の変位を求めることによ
って回転誤差を除いてスライディング量を求めている。
従来方法によれば、可動接点の角度変化による動き（回
転）が反映されていないために精密にスライディング量
を計測できず、本発明の方法により得られた結果と大き
くずれている。

【００５０】これまでの説明では、リレーの接点を中心
として本発明の動作計測方法を説明したが、本発明は、
電子機構部品の可動部品に幅広く応用することができ
る。例えば、リレーやスイッチなどの鉄片、カード、ア
ーマチュア、レバーといった部品の動作についても、高
速度撮影された部品の画像上にある少なくとも１点のマ
ーカの変位とその部品の角度変化を知ることができれ
ば、その部品上にある任意の点の変位等を同様に解析す
ることができる。

【００５１】上記の実施形態では、可動部品の少なくと
も２点に×印等のマーカを施し、各画像においてマーカ
の変位を計測するようにしたが、別な方法としては、図
８に示すように、可動部品（例えば、可動接点１）のう
ちから２次元領域の特徴ある模様を２次元の特徴領域２
１として画像解析装置に登録させておいたり、あるい
は、可動部品の外形を画像解析装置に登録させておいた
りし、パターンマッチングにより高速度撮影で得られた
画像から登録パターンを切り出して、その座標（例え
ば、中心の座標）と回転角度を取り出し、そのデータに
基づいてローリング（可動部品の回転）やスライディン
グ等を評価するようにしてもよい。また、２次元の特徴
領域２１としては、可動部品から抽出した線分や可動部
品に描いた線分など、等価な方法で上記解析と同様にし
て動作解析を行っても良い。つまり撮影された部品につ
いて、可動部品上の少なくとも１点の２次元座標と部品
の傾き（すなわち、ｘ、ｙ、Δθのデータ）が得られれ
ばよい。この場合、変位と傾きの両方を同時に検出する
ような画像処理装置（例えば、オムロン社製の型番Ｆ２
７０）を利用すればよい。

【００５２】また、さらに別な方法としては、図９に示
すように、可動部品（例えば、可動接点１）の１点を指
示するためのマーカ１８を可動部品の表面に設定すると
共に、２次元領域の特徴ある模様を２次元の特徴領域２
１として画像解析装置に登録させておき、マーカ１８か
ら可動部品の変位を求め、特徴領域２１から可動部品の
角度の変化を求め、これらのデータに基づいてローリン
グ（可動部品の回転）やスライディング等を評価するよ
うにしてもよい。

【００５３】また、上記説明では可動接点について接点
の主たる運動方向と接点ばねの長手方向がなす平面上で
撮影される画像について述べたが、リレーによっては両
軸と直交する軸と接点の主たる運動方向がなす平面上で
撮影される画像上でスライディングなどが観察できるこ
ともある。このように可動部品はいずれの方向から撮影
しても良く、本発明の動作計測方法は撮影方向を限定さ
れるものではない。また、上記実施形態では、一方向だ
けから可動部品を撮影して一方向だけから変位や回転角
度を観察したが、可動部品を少なくとも２方向（例え
ば、側面方向と上方と）から撮影して観察すれば、可動
部品の３次元の動きを観察することができ、より精緻に
可動部品の動作を分析することができる。

【００５４】本発明の動作解析方法によれば、電子機構
部品の可動部分の動作挙動をより正確に定量化できるよ
うになる。特に、これまで定量評価が困難であったスラ
イディングやローリングについても有効なデータが得ら
れるようになる。また、回転誤差を低減させられるか
ら、スライディングを求めた上記の例と同様の処理を行
うことにより、微小なバウンスについても正確に定量化
することが可能になる。

【００５５】また、本発明によれば、変位と座標演算を
追加するのみで計測精度を大きく向上させることができ
る。よって、従来からある撮影機材に変更は必要なく、
高速度撮影する枚数も従来通りでよい。したがって計測
精度向上にかかる追加投資額も少なくてすむという利点
を有している。

【００５６】電子機構部品については小型化とコストダ
ウンがますます進んでおり、より少ない部品要素で安定
した動作機能をもったリレーやスイッチの開発や製造が
強く求められている。これまでは動作を定量評価する手
段に乏しかったため、多数回の試作と寿命試験を繰り返
しても寿命の原因因子を知ることは困難であった。また
品質を確保するためには多数回の試験を繰り返す必要が
あり、開発に長時間を要した。本発明の方法により高精
度に動作の定量評価ができれば、容易に寿命の原因因子
を突き止めることができる。本発明は、電子機構部品に
おいて、その主要な要素である動作を定量評価すること
を可能にするので、開発機関の短縮や製造の安定化に多
大な貢献をする。

【００５７】

【発明の効果】本発明によれば、画像間における計測対
象物の回転角度を計測することができるので、計測対象
物の変位だけでなく、計測対象物の回転角度も計測する
ことができ、計測対象物の変位及び回転の組み合わせか
らなる特定の動作を詳細に調べることが可能になる。さ
らには、計測対象物の回転角度の計測が可能になること
で、直交２方向における変位に与える計測対象物の回転
や回転誤差の影響を除去することができ、変位等の計測
精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例による可動接点と固定接点の動作挙動を
観察する方法を説明する図である。

【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ可動接点のバ
ウンス、スライディング、ローリングを説明する模式図
である。

【図３】固定接点に接触した可動接点が回転運動する様
子を説明する図である。

【図４】本発明の一実施形態による動作計測装置の構成
を示す概略図である。

【図５】（ａ）（ｂ）は同上の実施形態において、可動
接点に設けられた２つのマーカと、可動接点及び固定接
点が接触したときの動作を説明する図である。

【図６】従来方法と本発明の方法とにより、可動接点と
固定接点との間の接点間距離を計測した結果を表わした
図である。

【図７】従来方法と本発明の方法とにより、可動接点の
スライディング量を計測した結果を表わした図である。

【図８】（ａ）（ｂ）は本発明の別な実施形態におい
て、可動接点に設けられた特徴領域と、可動接点及び固
定接点が接触したときの動作を示す図である。

【図９】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施形態に
おいて、可動接点に設けられたマーカ及び特徴領域と、
可動接点及び固定接点が接触したときの動作を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 可動接点 ２ 可動接点ばね ４ 固定接点 １１ 高速度撮影装置 １２ 照明装置 １４ 画像解析装置 １８ 第１マーカ １９ 第２マーカ ２０ 接点接触位置 ２１ 特徴領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA07 AA09 AA14 AA17 AA20 AA31 BB05 BB15 CC25 DD06 FF04 FF61 GG08 JJ03 JJ26 QQ21 QQ24 QQ25 QQ28 QQ31 QQ38 5B057 AA04 CA12 CC04 CH01 CH11 DC08 DC32 5L096 BA20 FA67 FA69 GA08 LA05

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測対象物に設定された少なくとも２つ
   の特定位置を連続的又は断続的に撮影する工程と、 撮影された画像から抽出された各特定位置の変位に基づ
   いて計測対象物の少なくとも２次元方向における変位、
   回転、又は計測対象物の変位及び回転の組み合わせから
   なる特定の動作を解析する工程とを備えた動作計測方
   法。
2. 【請求項２】 計測対象物に設定された特定の領域を連
   続的又は断続的に撮影する工程と、 撮影された画像から抽出された特定領域の変位及び回転
   に基づいて計測対象物の少なくとも２次元方向における
   変位、回転、又は計測対象物の変位及び回転の組み合わ
   せからなる特定の動作を解析する工程とを備えた動作計
   測方法。
3. 【請求項３】 計測対象物に設定された特定位置と特定
   の領域を連続的又は断続的に撮影する工程と、 撮影された画像から抽出された特定位置の変位と特定領
   域の回転に基づいて計測対象物の少なくとも２次元方向
   における変位、回転、又は計測対象物の変位及び回転の
   組み合わせからなる特定の動作を解析する工程とを備え
   た動作計測方法。
4. 【請求項４】 前記画像は高速度撮影された複数枚の静
   止画像であることを特徴とする、請求項１、２又は３に
   記載の動作計測方法。
5. 【請求項５】 １組の接点を計測対象物とし、計測対象
   物の接点間距離、バウンスの大きさ、スライディングの
   量、又はローリングの量を計測することを特徴とする、
   請求項１、２又は３に記載の動作計測方法。
6. 【請求項６】 計測対象物に設定された少なくとも２つ
   の特定位置を連続的又は断続的に高速度撮影する撮影装
   置と、 前記撮影装置により撮影された複数枚の画像から抽出さ
   れた各特定位置の変位に基づいて計測対象物の少なくと
   も２次元方向における変位、回転、又は計測対象物の変
   位及び回転の組み合わせからなる特定の動作を解析する
   画像解析装置とを備えた動作計測装置。
7. 【請求項７】 計測対象物に設定された特定の領域を連
   続的又は断続的に高速度撮影する撮影装置と、 前記撮影装置により撮影された複数枚の画像から抽出さ
   れた特定領域の変位及び回転に基づいて計測対象物の少
   なくとも２次元方向における変位、回転、又は計測対象
   物の変位及び回転の組み合わせからなる特定の動作を解
   析する画像解析装置とを備えた動作計測装置。
8. 【請求項８】 計測対象物に設定された特定位置及び特
   定の領域を連続的又は断続的に高速度撮影する撮影装置
   と、 前記撮影装置により撮影された複数枚の画像から抽出さ
   れた特定位置の変位と特定領域の回転に基づいて計測対
   象物の少なくとも２次元方向における変位、回転、又は
   計測対象物の変位及び回転の組み合わせからなる特定の
   動作を解析する画像解析装置とを備えた動作計測装置。