JP5948872B2 - 玉挙動計測方法および玉挙動計測装置 - Google Patents

Description

この発明は、玉軸受における玉の挙動を計測するための玉挙動計測方法および玉挙動計測装置に関する。より詳しくは、保持器と玉との相対位置を計測するための玉挙動計測方法および玉挙動計測装置に関する。

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、玉や保持器が周方向に転動（公転）する。この場合、内輪と外輪との相対回転に伴って玉が周方向に公転する。
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、玉の挙動を解析することは重要である。

従来から、転がり軸受の転動体の挙動を計測する計測装置が知られている（たとえば特許文献１）。
特開２００２−２１３９３２号公報

しかし、特許文献１に記載の計測装置は、円筒状のころからなる転動体の挙動を計測するためのものであり、玉軸受の玉の挙動を計測するには適していない。
ところで、保持器に対する玉の進み／遅れを把握するために、周方向に関する玉と保持器との相対位置を把握することが望まれている。このような相対位置の把握は、玉軸受の最適設計に大きく寄与する。

本願発明者らは、玉軸受において回転中（公転中）の玉の位置を計測する玉位置計測方法（特願２０１０−２４６５４２号）を検討している。この玉位置計測方法を用いて回転中における玉の位置を計測すれば、さらに保持器の位置を検出するとともに、検出された保持器の位置と計測された玉の位置とを比較することにより、玉と保持器との相対位置を把握することも可能である。

しかしながら、回転中の保持器は偏心したり変形したりしている。そのため、玉の位置と保持器の１箇所の位置とを比較して相対位置を求めると、径方向に関する玉と保持器との位置変化を含んでしまう。そのため、周方向に関する保持器と玉との相対位置を精度良く検出することができない。
そこで、この発明の目的は、玉軸受における、周方向に関する保持器と玉との相対位置を精度良く検出することができる玉挙動計測方法および玉挙動計測装置を提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、軌道輪（１１，１２）、玉（１３）および保持器（１４）を有する玉軸受（１０）であって、前記保持器の表面における互いの異なる所定位置に第１および第２マーカ（Ｐ１，Ｐ２）が付された玉軸受の玉の挙動を計測するための玉挙動計測方法であって、前記軌道輪の軌道面（１１Ａ，１２Ａ）の中心軸線（Ｏ）上に中心を有するリング照明（１８）によって、前記玉軸受を照明するリング照明ステップと、前記中心軸線上に配置された撮像レンズ（２０）を有する撮像手段（１７）が、前記玉が公転状態にある前記玉軸受の端面全体の像であって前記玉ならびに前記第１および第２マーカを含む像を撮像する撮像ステップと、撮像画像に含まれる、玉表面における前記リング照明の反射光と、撮像画像に含まれる前記第１マーカの位置と、撮像画像に含まれる前記第２マーカの位置とに基づいて、周方向に関する前記玉と前記保持器との相対位置を算出する相対位置算出ステップ（Ｓ３〜Ｓ８）とを含む、玉挙動計測方法である。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、特許請求の範囲を実施形態に限定する趣旨ではない。以下、この項において同じ。
この発明の方法によれば、玉が公転状態にある玉軸受を撮像する。そして、撮像画像に含まれる、玉表面におけるリング照明の反射光に基づいて玉の位置を算出する。軌道面の中心軸線上に撮像レンズおよびリング照明の中心が配置されているので、玉が周方向のどの位置にあっても、玉の所定位置でリング照明からの照明光が反射する。そのため、撮像レンズによる撮像画像に基づいて玉の正確な周方向位置を特定することができる。

また、保持器の表面の所定位置には第１マーカが付されており、保持器の表面における第１マーカとは異なる所定位置には第２マーカが付されている。撮像画像に含まれる第１および第２マーカの位置と、玉の算出位置とに基づいて、玉と保持器との相対位置を算出する。
このように、玉の位置と保持器の少なくとも２箇所の位置とを比較して相対位置を求めるので、回転中に保持器に偏心や変形が生じた結果径方向に関して玉と保持器との位置変化があっても、周方向に関する保持器と玉との相対位置だけを精度良く検出することができる。

請求項２に記載のように、前記第１マーカは、前記保持器の表面における、前記玉の前方でかつ当該玉と隣接する位置に付されており、前記第２マーカは、前記保持器の表面における、前記玉の後方でかつ当該玉と隣接する位置に付されていてもよい。
この発明の方法によれば、保持器における、玉に隣接する前後少なくとも２箇所の位置と玉の位置とを比較するので、玉と、保持器における当該玉の隣接部分との相対位置を求めることができ、これにより、玉と保持器との接触のタイミングや頻度を把握することが可能である。

請求項３記載の発明は、前記相対位置算出ステップは、前記玉の（中心）位置と前記第１マーカの位置との間の距離を算出する第１距離算出ステップ（Ｓ５）と、前記玉の（中心）位置と算出された前記第２マーカの位置との間の距離を算出する第２距離算出ステップ（Ｓ６）と、前記第１距離算出手段による算出距離と、前記第２距離算出手段による算出距離とに基づいて、前記相対位置を算出するステップ（Ｓ７，Ｓ８）とを含む、請求項２記載の玉挙動計測方法である。

この発明の方法によれば、玉の位置と第１マーカの位置との間の距離、および玉の位置と第２マーカの位置との間の距離に基づいて、玉と保持器との相対位置を算出する。これにより、比較的簡単な方法で、玉と保持器との相対位置の算出を実現することができる。
請求項４記載の発明は、軌道輪（１１，１２）、玉（１３）および保持器（１４）を有する玉軸受（１０）の玉の挙動を計測するための玉挙動計測装置であって、前記保持器の表面における互いの異なる所定位置に第１および第２マーカ（Ｐ１，Ｐ２）が付されており、前記軌道輪（１１Ａ，１２Ａ）の軌道面（１１Ａ，１２Ａ）の中心軸線（Ｏ）上に中心を有し、前記玉軸受を照明するリング照明（１８）と、前記中心軸線上に配置された撮像レンズ（２０）を有し、前記玉が公転状態にある前記玉軸受の端面全体の像であって前記玉ならびに前記第１および第２マーカを含む像を撮像する撮像手段（１７）と、撮像画像に含まれる、玉表面における前記リング照明の反射光と、撮像画像に含まれる前記第１マーカの位置と、撮像画像に含まれる前記第２マーカの位置とに基づいて、周方向に関する前記玉と前記保持器との相対位置を算出する相対位置算出手段（２２，２４）とを含む、玉挙動計測装置である。

この構成によれば、請求項１に関して説明した作用効果と同等の作用効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る玉挙動計測装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示す玉挙動計測装置の計測対象である玉軸受の一部破断斜視図である。 図２に示す保持器の要部構成を示す斜視図である。 図１に示す玉挙動計測装置に、図２に示す玉軸受をセットした状態を示す正面図である。 図１に示す玉挙動計測装置に、図２に示す玉軸受をセットした状態を概略的に示す側面図である。 玉表面におけるリング照明の反射光を示す図である。 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。 図１に示す玉挙動計測装置による計測結果の一例を示す図である。 他の形態に示す玉挙動計測装置の計測対象である玉軸受の保持器の要部構成を示す斜視図である。 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。 他の形態に示す玉挙動計測装置による計測結果を示す図である。

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は、本発明の一実施形態に係る玉挙動計測装置１の概略構成を示す斜視図である。玉挙動計測装置１は、計測対象である玉軸受１０における玉１３の挙動を計測するための装置である。
玉挙動計測装置１は、玉軸受１０を鉛直姿勢に保持しつつ、その内輪（軌道輪）１１および外輪（軌道輪）１２の一方を回転させる回転保持機構（図示しない）と、回転保持機構に保持された玉軸受１０に対して光を照射するためのリング照明１８と、回転保持機構に保持された玉軸受１０を撮像するためのカメラ（撮像手段）１７と、カメラ１７による撮像画像を処理するための画像処理部２２とを備えている。

回転保持機構は、玉軸受１０の内輪１１を支持するための内輪支持ベース（図示しない）と、玉軸受１０の外輪１２を支持するための外輪保持ベース（図示しない）と、内輪保持ベースを、水平方向に延びる回転軸線Ｏまわりに回転駆動させるためのモータ（図示しない）とを備えている。回転保持機構に玉軸受１０をセットした状態では、玉軸受１０の中心軸線（後述する内輪軌道面１１Ａおよび外輪軌道面１２Ａの中心軸線）と回転保持機構による回転軸線Ｏとが一致している。そのため、外輪支持ベースを回転軸線Ｏまわりに回転させることにより、外輪１２を、その中心軸線まわりに回転させることができる。一方で、内輪支持ベースにはモータ等の回転駆動機構が結合されていないので、外輪１２の回転にかかわらず、内輪１１は静止状態にある。

なお、この実施形態では、外輪１２を回転させるとともに内輪１１を静止させているが、モータの回転駆動力を、外輪保持ベースではなく内輪保持ベースに付与することにより、内輪１１を回転させるとともに外輪１２を静止させるようにしてもよい。
リング照明１８は、回転保持機構による回転軸線Ｏ上に中心を有する円環状をなしている。リング照明１８は、回転保持機構側（すなわち図１で示す右奥側）に向く背面視（図１に示す右奥側から見た）円形の照射面（図示しない）を有し、この照射面からは、回転保持機構に対して均一に光が照射される。この照射面は、回転軸線Ｏに直交する同一平面に含まれている。リング照明１８は、回転保持機構による保持対象の玉軸受１０の外輪１２（より詳しくは軌道面１１Ａ，１２Ａ）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１０の全体に光を照射することができるようになっている。

カメラ１７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。このカメラ１７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することができるが、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を採用することがより一層望ましい。カメラ１７の撮像レンズ２０は、その光輪が、回転保持機構による回転軸線Ｏ上に配置されている。玉軸受１０を回転保持機構にセットした状態で、玉軸受１０の端面（背面側（図１で示す左手前側）の面）の全体が、カメラ１７の撮像範囲に含まれる。

画像処理部２２には、カメラ１７による撮像画像が入力されるようになっている。この画像処理部２２は、ＣＰＵ（図示しない）、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２２は、入力された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２３および玉中心演算部（玉位置算出手段）２４としてそれぞれ機能する。

図２は、玉挙動計測装置１の計測対象である玉軸受１０の一部破断斜視図である。
玉軸受１０は、内輪１１と、内輪１１と同心に配置された外輪１２と、内輪１１および外輪１２間に介装された複数の転動体としての玉１３と、複数の玉１３を周方向に間隔を空けて保持するための保持器１４とを備えた深溝玉軸受である。内輪１１と外輪１２とがそれらの中心軸線まわりに相対回転可能である。玉１３は、内輪１１の深溝型の内輪軌道面（軌道面）１１Ａと外輪１２の深溝型の外輪軌道面（軌道面）１２Ａとの間に介在されている。

なお、玉軸受１０は深溝玉軸受でなく、玉１３と内輪軌道面１１Ａとの接触面および玉１３と外輪軌道面１２Ａとの接触面とを結ぶ直線が、内輪１１や外輪１２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であってもよい。さらにその他のラジアル玉軸受を適用することもできる。
図３は、図２に示す保持器１４の要部構成を示す斜視図である。

保持器１４は、いわゆる冠型の保持器である。保持器１４により、玉１３が脱落したり、隣接する前後の玉１３が互いに衝突したりするのを防止することができるようになっている。保持器１４は、ラジアル方向の壁厚が玉１３の直径よりも小さい環状部１５を備えている。環状部１５の一端部（図３に示す左手前側の端部）には、環状部１５をラジアル方向に貫通するとともに、アキシャル方向の一端側（図３に示す左手前側）に開放するポケット１６が形成されている。ポケット１６の内面は、玉１３の外周面に対応する球面状をなしている。ポケット１６は、周方向の全周にわたって所定間隔を空けて複数形成されており、玉１３を、その一部が露出した状態で収容保持する。

各ポケット１６の周方向の両端には、環状部１５のアキシャル方向の一端側（図３に示す左手前側）に、玉１３の脱離を防止するための爪部３１がそれぞれ形成されている。隣接するポケット１６の互いに隣接する爪部３１の間には、潤滑油を保持するための略平坦な端面からなる窪み部３２が形成されている。
各窪み部３２の表面には、その周方向の中央位置にマーカＰ（図４参照）が施されている。換言すると、玉１３が収容される全てのポケット１６に関し、隣り合うポケット１６間（の窪み部３２）にマーカＰが施される。さらに換言すると、玉軸受１０の全ての玉１３に関し、隣り合う玉１３間にマーカＰが施される。各マーカＰは、図６では矩形で表されているが、たとえば円形や矩形をなしており、たとえば茶色である保持器１４に対し白色を有している。マーカＰの内外の境界部分が、たとえば太い黒ラインで形成されている。マーカＰは、塗料やシール等を用いて形成されることが多いが、刻印などで形成されていてもよい。

図４および図５は、玉挙動計測装置１に玉軸受１０をセットした状態を示す正面図および側面図である。図６は、玉１３の表面におけるリング照明１８の反射光を示す図である。
玉軸受１０は、図２に示す右奥側の面を正面に向けて、回転保持機構（図示しない）にセットされる。回転保持機構に玉軸受１０がセットされた状態で、モータ（図示しないお）が回転駆動されると、外輪ベース部（図示しない）が外輪１２ごと回転軸線Ｏまわりに回転するようになっている。

玉挙動計測装置１による計測時には、回転保持機構にセットされた玉軸受１０の外輪１２が回転される。この外輪１２の回転に伴って、玉１３および保持器１４も、内輪軌道面１１Ａおよび外輪軌道面１２Ａ上を周方向に公転（回転）する。
また、外輪１２の回転に際して、リング照明１８からの光が玉軸受１０に向けて照射されるとともに、カメラ１７による撮像が実行される。

次に、カメラ１７による撮像画像における、玉１３の表面の反射光について説明する。
カメラ１７の撮像レンズ２０には、各玉１３の表面で反射されたリング照明１８の反射光が入射される。
たとえばリング照明１８のＡ点（図４および図５参照）から照射された光は、玉１３の表面上におけるａ点（図４および図５参照）で反射してカメラ１７に入射する。同様に、リング照明１８のＢ点（図４参照）、Ｃ点（図４および図５参照）およびＤ（図４参照）点から照射された光は、それぞれ玉１３の表面上におけるｂ点（図４参照）、ｃ点（図４および図５参照）およびｄ点（図４参照）で反射してカメラ１７に入射する。これにより、図４および図６に示すように、玉１３の表面での反射光２７は環状の形態で撮像される。

また、カメラ１７の撮像レンズ２０が、玉軸受１０の中心軸線と合致する回転軸線Ｏ上に配置されているので、各玉１３の表面に写る反射光２７は、各玉１３の平面中心よりもやや回転軸線Ｏ寄りに位置している。
また、カメラ１７によって、各窪み部３２のマーカＰも撮像される。
この実施形態では、玉挙動計測装置１を用いて、外輪１２の回転中における玉１３と保持器１４との間の相対位置を求める。具体的には、内輪１１と外輪１２とが通常の使用条件下での相対回転速度になるように外輪１２を回転させるとともに、カメラ１７により、玉軸受１０を連続的に複数回撮像する。このカメラ１７による撮像回数は、たとえば１秒間に約５０００回であり、換言すると、玉１３が１公転する間に約２８０〜３００回撮像されることになる。そして、計測対象の１つの玉１３を特定し、その特定された玉１３の各周方向位置における、玉１３と保持器１４との相対位置を連続的に求める。

図７は、画像処理部２２による処理内容を示すフローチャートである。
以下、一連の計測作業で撮像された個々の撮像画像の処理について説明する。
まず、画像処理部２２は、カメラ１７によって撮像画像の入力を受け付け、メモリに記憶する（Ｓ１：画像記憶）。
次いで、画像処理部２２は、各玉１３の表面の反射光２７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）。また、画像処理部２２はマーカＰも認識する。反射光２７の認識のための処理は、たとえば、撮像画像における玉１３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２７を抽出する。換言すると、反射光２７は、その周囲の玉１３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２７を抽出することができる。そして、抽出された反射光２７を認識する。

なお、リング照明１８からの照度は、２値化処理によって反射光２７が適切に抽出されるように予め適切な照度に調整される。また、特定の玉１３の表面での反射光２７が、内輪１１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２２は、反射光２７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２７を抽出する。

次いで、画像処理部２２は、認識した各玉１３での反射光２７に基づいて、玉１３の中心位置（重心位置）の位置座標（ｘ_ｇ,ｙ_ｇ）を算出する（ステップＳ３。玉中心演算部２４（図１参照）の機能を実現）。認識した玉１３の中心位置は、たとえば環状の反射光２７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。なぜなら、玉軸受１０の中心軸線と合致する回転軸線Ｏ上に、撮像レンズ２０およびリング照明１８の中心が配置されている。そのため、玉１３が周方向のどの位置にあっても、玉１３の表面の中心近傍でリング照明からの照明光が反射し、しかも、その反射光２７は、玉１３の中心位置を中心とする環状をなすようになるからである。したがって、前述のように求められた反射光２７の中心位置は、各玉１３の中心位置とみなすことができる。

なお、この際、画素の輝度値によって重み付けを行った上で反射光２７の中心を求めれば、より正確な中心位置を算出することができる。また、全ての玉１３の中心位置の位置座標ではなく、次に述べる計測対象として特定された玉１３の中心位置の位置座標を求めるようにしてもよい。
また、画像処理部２２は、認識したマーカＰのうち、計測対象として特定された玉１３の進行方向側に隣接する第１マーカＰ１（図６参照）の位置座標（ｘ_ｍ１,ｙ_ｍ１）、およびその玉１３の進行方向と反対側に隣接する第２マーカＰ２（図６参照）の位置座標（ｘ_ｍ２,ｙ_ｍ２）をそれぞれ取得（算出）する（ステップＳ４）。

その後、画像処理部２２は、次式（１）のように、計測対象の玉１３の中心位置と第１マーカＰ１との間の距離ｄ_１を算出する（ステップＳ５）。
ｄ_１＝{（ｘ_ｇ−ｘ_ｍ１）^２＋（ｙ_ｇ−ｙ_ｍ１）^２}^１／２ ・・・（１）
また、画像処理部２２は、次式（１）のように、計測対象の玉１３の中心位置と第２マーカＰ２との間の距離ｄ_２を算出する（ステップＳ６）。
ｄ_２＝{（ｘ_ｇ−ｘ_ｍ２）^２＋（ｙ_ｇ−ｙ_ｍ２）^２}^１／２ ・・・（２）
次いで、距離ｄ_１および距離ｄ_２に基づいて、画像処理部２２は、玉１３と第１マーカＰ１との間の相対位置ｄ_１´、および玉１３と第２マーカＰ２との間の相対位置ｄ_２´を求める（ステップＳ７）。具体的には、全ての距離ｄ_１（一連の計測作業で撮像された全撮像画像の各距離ｄ_１）の中央値ｍａｘ（ｄ_１）を基準に（当該中央値がゼロになるように）、今回の撮像画像に含まれる距離ｄ_１を、式（３）を用いて変換し、相対位置ｄ_１´を算出する。
ｄ_１´＝ｄ_１−（ｍａｘ（ｄ_１）＋ｍｉｎ（ｄ_１））／２ ・・・（３）
また、画像処理部２２は、全ての距離ｄ_２（一連の計測作業で撮像された全撮像画像の各距離ｄ_２）の中央値ｍａｘ（ｄ_２）を基準に（当該中央値がゼロになるように）、今回の撮像画像に含まれる距離ｄ_２を、式（４）を用いて変換し、相対位置ｄ_２´を算出する。
ｄ_２´＝ｄ_２−（ｍａｘ（ｄ_２）＋ｍｉｎ（ｄ_２））／２ ・・・（４）
次いで、画像処理部２２は、これら２つの相対位置ｄ_１´，ｄ_２´に基づいて、次式（５）のように、平均の相対位置を算出し、この相対位置を、今回の撮像画像における、計測対象の玉１３と保持器１４との相対位置ｄとする（ステップＳ８）。
ｄ´＝（ｄ_１´＋ｄ_２´）／２ ・・・（５）
図８は、玉挙動計測装置１による計測結果の一例を示す図である。

横軸には、基準周方向位置からの玉１３の公転角（周方向位置）（°）を示し、縦軸には、基準位置（中央値）からの相対位置ｄ´（ｍｍ）を示す。図８に示すように、各周方向位置における玉１３と保持器１４との相対位置ｄ´を連続的に求めることにより、その相対位置変化を把握することができる。相対位置ｄ´が正の値である場合には、計測対象の玉１３が回転方向に関して、保持器１４に対し相対的に前方に位置することを示し、相対位置ｄ´が負の値である場合には、計測対象の玉１３が回転方向に関して、保持器１４に対し相対的に後方に位置することを示す。

以上により、この実施形態によれば、玉１３が公転状態にある玉軸受１０を撮像する。そして、撮像画像に含まれる、計測対象の玉１３の表面におけるリング照明１８の反射光２７に基づいて玉１３の位置座標（ｘ_ｇ,ｙ_ｇ）を算出する。玉軸受１０の中心軸線（軌道面１１Ａ，１２Ａの中心軸線）と合致する回転軸線Ｏ上に、カメラ１７の撮像レンズ２０およびリング照明１８の中心が配置されているので、玉１３が周方向のどの位置にあっても、玉の所定位置（中心近傍）でリング照明１８からの照明光が反射する。そのため、カメラ１７による撮像画像に基づいて玉１３の正確な周方向位置を特定することができる。

また、保持器１４における、計測対象の玉１３に隣接する前後２箇所に付された各マーカＰ１，Ｐ２の位置座標（ｘ_ｍ１,ｙ_ｍ１）（ｘ_ｍ２,ｙ_ｍ２）とその玉１３の位置座標（ｘ_ｇ,ｙ_ｇ）とを比較するので、玉１３と、保持器１４における当該玉１３の隣接部分との相対位置ｄ´を求めることができる。これにより、玉１３と保持器１４との接触のタイミングや頻度を把握することが可能である。

さらに、計測対象の玉１３の位置と第１マーカＰ１の位置との相対位置ｄ_１´と、その玉１３の位置と第２マーカＰ２の位置との相対位置ｄ_２´との平均値を相対位置ｄ´とするので、回転中に保持器１４に偏心や変形が生じた結果径方向に関して玉１３と保持器１４との位置変化があっても、周方向に関する保持器１４と玉１３との相対位置ｄ´だけを精度良く検出することができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態でも実施することができる。
たとえば、ステップＳ７において、玉１３と第１マーカＰ１との相対位置ｄ_１´を、全ての距離ｄ_１の中央値ｍａｘ（ｄ_１）を基準に算出したが、全ての距離ｄ_１（一連の計測作業で撮像された全撮像画像の各距離ｄ_１）の平均値を基準に算出してもよい。同様に、玉１３と第２マーカＰ２との相対位置ｄ_２´を、全ての距離ｄ_２（一連の計測作業で撮像された全撮像画像の各距離ｄ_２）の平均値を基準に算出してもよい。

また、たとえばステップＳ７における計測距離の相対位置への変換を、ステップＳ８の平均相対位置の算出の後に行うようにしてもよい。
また、前述の実施形態では、計測対象の玉１３に対し、隣接する前後に配置されるマーカＰ１，Ｐ２に基づいて玉１３と保持器１４との相対位置を求めたが、たとえば、当該玉と隣接しないマーカＰの位置座標に基づいて相対位置を求めてもよい。

さらに、マーカＰ１，Ｐ２と玉１３との２つの相対位置を平均した値を、相対位置変化する場合を例に挙げて説明したが、他の１つ（または複数）のマーカＰと玉１３との相対位置を含めた３つ（または４つ以上）の相対位置を平均した値を相対位置としてもよい。
次に玉挙動計測装置１を用いて、外輪１２の回転中における保持器のポケット１６に発生する応力を求めることを検討する。この場合も、前述の場合と同様、内輪１１と外輪１２とが通常の使用条件下での相対回転速度になるように外輪１２を回転させるとともに、カメラ１７により、玉軸受１０を連続的に複数回撮像する。このカメラ１７による撮像回数は、たとえば１秒間に約５０００回であり、換言すると、玉１３が１公転する間に約２８０〜３００回撮像されることになる。そして、計測対象の１つの玉１３を特定し、その特定された玉１３の各周方向位置における、特定のポケット１６に発生する応力を連続的に求める。

図９は、玉挙動計測装置１の計測対象である玉軸受の保持器１１４の要部構成を示す斜視図である。
玉軸受１１０が図２に示す玉軸受１０と相違する点は、図３に示す保持器１４に代えて保持器１１４を備えた点である。図９において、図３に示す各部に対応する部分には、図３と同一の参照符号を付して示し説明を省略する。保持器１１４は冠型の保持器であり、図３に示す保持器１４と同様、ポケット１６、爪部３１および窪み部３２を備えている。保持器１１４が、図３に示す保持器１４と相違する点は、各マーカＱ１，Ｑ２は、たとえば円形や矩形をなしており、たとえば茶色である保持器１１４に対し白色を有している。マーカＱ１，Ｑ２の内外の境界部分が、たとえば太い黒ラインで形成されている。マーカＱ１，Ｑ２は、塗料やシール等を用いて形成されることが多いが、刻印など形成されていてもよい。この場合、カメラ１７（図１参照）による玉軸受１１０の撮像によって、各爪部３１のマーカＱも撮像される。

図１０は、ポケット１６に発生する応力の検出に関する、画像処理部２２による処理内容を示すフローチャートである。
以下、一連の計測作業で撮像された個々の撮像画像の処理について説明する。
まず、画像処理部２２は、カメラ１７によって撮像画像の入力を受け付け、メモリに記憶する（Ｓ１１：画像記憶）。

次いで、画像処理部２２は、各玉１３の表面の反射光２７を認識する（Ｓ１２：反射光認識。反射光認識部２３（図１参照）の機能を実現）。このステップＳ１２は前述のステップＳ２と同等の処理である。また、画像処理部２２はマーカＱ１，Ｑ２も認識する。
次いで、画像処理部２２は、認識した各玉１３での反射光２７に基づいて、ポケット１６の位置座標を取得する。具体的には、ポケット１６に収容されている玉１３の中心位置の位置座標（ｘ_ｇ,ｙ_ｇ）を算出する（ステップＳ１３）。このステップＳ１３は前述のステップＳ３と同等の処理である。

また、画像処理部２２は、認識したマーカＱ１，Ｑ２のうち、計測対象として特定されたポケット１６の進行方向側の爪部３１のマーカＱ１の位置座標、およびそのポケット１６の進行方向と反対側のマーカＱ２の位置座標をそれぞれ取得（算出）し（ステップＳ１４）、画像処理部２２は、マーカＱ１，Ｑ２間の距離を算出する（ステップＳ１５）。
画像処理部２２のメモリには、無負荷時における計測対象のポケット１６の前後の爪部３１の間隔（無負荷時におけるマーカＱ１，Ｑ２間の距離）が記憶されており、算出されたマーカＱ１，Ｑ２間の距離を、この記憶されている間隔と比較して、ポケット１６の両側の爪部３１の間隔変化量（ポケット変形量）を算出する（ステップＳ１６）。

また、画像処理部２２のメモリには、ポケット１６における間隔変化量と、当該ポケット１６に収容されている玉１３により当該ポケット１６に生じる応力との関係式が記憶されている。画像処理部２２は、ステップＳ１６によって得られた間隔変化量と、この関係式とに基づいて、当該ポケット１６に発生する推定応力を算出する（ステップＳ１９）。

なお、この場合、次に述べるように、ポケット１６に発生する推定応力の算出は、ポケット１６の開放部の開き度合いに基づいて算出されるようになっていてもよい。
すなわち、画像処理部２２は、ステップＳ１６によって算出した爪部３１の間隔変化量に基づいて、全ての間隔変化量（一連の計測作業で撮像された全撮像画像の各間隔変化量）の中央値を基準に（当該中央値がゼロになるように）今回の撮像画像に基づいて算出される間隔変化量を変換して、前記の開き度合いを算出してもよい（図１０に破線で示すステップＳ１７）。このとき、画像処理部２２のメモリには、ポケット１６における前記の開き度合いと、当該ポケット１６に収容されている玉１３により当該ポケット１６に生じる応力との関係式が記憶されている。画像処理部２２は、ステップＳ１６によって得られた前記の開き度合いと、この関係式とに基づいて、当該ポケット１６に発生する推定応力を算出する（ステップＳ１９）。

なお、この場合、全てのマーカＱ１，Ｑ２間の距離（一連の計測作業で撮像された全撮像画像の各マーカＱ１，Ｑ２間の距離）の中央値を基準に（当該中央値がゼロになるように）今回の撮像画像に基づいて算出されるマーカＱ１，Ｑ２間の距離を変換し、これに基づいて、間隔変化量を求めるとともに、前記の開き度合いを算出するようにしてもよい。
図１１は、玉挙動計測装置１による計測結果の一例を示す図である。

横軸には、基準周方向位置からの玉１３の公転角（周方向位置）（°）を示し、縦軸には、ポケット１６の開放部の開き度合いを示す。図１１に示すように、各周方向位置におけるポケット１６の開き度合いを連続的に求めることができる。これにより、ポケット１６に発生する推定応力を把握することができる。ポケット１６の開き度合いが正の値である場合は、ポケット１６が相対的に開いていることを示し、ポケット１６の開き度合いが負の値である場合は、ポケット１６が相対的に閉じていることを示す。

たとえば、ステップＳ１７において、ポケット１６の開放部の開き度合いを、全ての間隔変化量の中央を基準に算出したが、全ての間隔変化量の平均値を基準に算出してもよい。
その他、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。

１…玉挙動計測装置、１０…玉軸受、１１…内輪（軌道輪）、１１Ａ…内輪軌道面、１２…外輪（軌道輪）、１２Ａ…外輪軌道面、１３…玉、１４…保持器、１７…カメラ（撮像手段）、１８…リング照明、２０…撮像レンズ、２２…画像処理部（相対位置算出手段）、２４…玉中心演算部（玉位置算出手段）、Ｏ…中心軸線、Ｐ１…第１マーカ、Ｐ２…第２マーカ

Claims (4)

1. 軌道輪、玉および保持器を有する玉軸受であって、前記保持器の表面における互いの異なる所定位置に第１および第２マーカが付された玉軸受の玉の挙動を計測するための玉挙動計測方法であって、
   前記軌道輪の軌道面の中心軸線上に中心を有するリング照明によって、前記玉軸受を照明するリング照明ステップと、
   前記中心軸線上に配置された撮像レンズを有する撮像手段が、前記玉が公転状態にある前記玉軸受の端面全体の像であって前記玉ならびに前記第１および第２マーカを含む像を撮像する撮像ステップと、
   撮像画像に含まれる、玉表面における前記リング照明の反射光と、撮像画像に含まれる前記第１マーカの位置と、撮像画像に含まれる前記第２マーカの位置とに基づいて、周方向に関する前記玉と前記保持器との相対位置を算出する相対位置算出ステップとを含む、玉挙動計測方法。
2. 前記第１マーカは、前記保持器の表面における、前記玉の前方でかつ当該玉と隣接する位置に付されており、
   前記第２マーカは、前記保持器の表面における、前記玉の後方でかつ当該玉と隣接する位置に付されている、請求項１記載の玉挙動計測方法。
3. 前記相対位置算出ステップは、
   前記玉の位置と前記第１マーカの位置との間の距離を算出する第１距離算出ステップと、
   前記玉の位置と前記第２マーカの位置との間の距離を算出する第２距離算出ステップと、
   前記第１距離算出手段による算出距離と、前記第２距離算出手段による算出距離とに基づいて、前記相対位置を算出するステップとを含む、請求項２記載の玉挙動計測方法。
4. 軌道輪、玉および保持器を有する玉軸受の玉の挙動を計測するための玉挙動計測装置であって、
   前記保持器の表面における互いの異なる所定位置に第１および第２マーカが付されており、
   前記軌道輪の軌道面の中心軸線上に中心を有し、前記玉軸受を照明するリング照明と、
   前記中心軸線上に配置された撮像レンズを有し、前記玉が公転状態にある前記玉軸受の端面全体の像であって前記玉ならびに前記第１および第２マーカを含む像を撮像する撮像手段と、
   撮像画像に含まれる、玉表面における前記リング照明の反射光と、撮像画像に含まれる前記第１マーカの位置と、撮像画像に含まれる前記第２マーカの位置とに基づいて、周方向に関する前記玉と前記保持器との相対位置を算出する相対位置算出手段とを含む、玉挙動計測装置。

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