JPH0746289B2 - 球状物の位置決め方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の関連する分野） 本発明は、例えば、球状物の所定位置に刻印、印刷など
を施すに際し、規則的に配設された凹部若しくは凸部を
光学的に読み取り、そしてその球状物の赤道線および子
午線に沿って整列する状態に自動的に位置決めする方法
に関するものである。

（従来の技術） 球状物の一例としてのゴルフボールは、その表面に、種
々のマーク、文字等が刻印されているが、高品質なゴル
フボールでは、一般に、それぞれのボールのディンプル
パターンとの関連の下で、いずれのボールにたいしても
相対的に同じ位置にマークその他が施されている。たと
えば、ゴルフボールには、そのディンプルの配列の仕方
により、１軸対称のディンプル配列のボール、３軸対称
のディンプル配列のボールがあり、これらの軸線を、ボ
ールに普遍な地軸に例えると、ディンプルが赤道線に沿
って整列しており、このディンプルの整列した赤道線の
位置に合わせてマークが刻印されている。このことによ
り、ゴルファーは、その刻印を目印としていつも同じ方
向から打つことができ、この結果として、打角等のバラ
ツキが少なくなると信じられている。

従来、同一位置にトレードマークを刻印するためのゴル
フボールの位置決めは、作業者の手作業にておこなわれ
ていたことから、ゴルフボールの製造コストの低減が困
難であった一方、その労働も視覚的労働で、単調な繰り
返し作業であるため、労働条件の改善も困難であった。

そこで、出願人は、この手作業にておこなわれていた位
置決めを自動化するための提案を、特開昭60−40072号
明細書にて開示した。この方法は、支持台に形成され、
ディンプルに係合可能な複数の突起を有する凹部に、ゴ
ルフボールを任意に投入し、支持台に振動を与えること
にてゴルフボールを凹部内で回転させ、ディンプルと突
起との係合によってゴルフボールの回転を停止させるこ
とにより、ゴルフボールを所定の位置に位置決めするも
のである。

（問題点） しかしながら、上記方法では、振動によって、ボールを
凹部内で任意に回転させることから、ゴルフボールの凹
部内への投入から、それが突起と係合するまでの時間が
不規則となり、また位置決め精度も悪いという欠点があ
った。

本発明の目的は、上記欠点を除去してゴルフボールを精
度良く且つ短時間に位置決めすることができる方法を提
供せんとするにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の方法により、規則的に配置された凹部若しくは
凸部を有する球状物を、自動的に位置決めするに際し、
球状物の側方から照明を当て、この照明により、球状物
に形成される影を光学系（例えば球状物の前方に配置さ
れたカメラ）で読み取った後、読み取り画像を（例えば
カメラに内蔵される光電変換部で）電気信号に変換する
とともに（例えば画像処理装置にて前処理及び画像デー
タ圧縮を行って）特定の画像データとし、この画像デー
タを、前記光学系の光軸の回りで、その全周にわたって
求めた後、予め測定しておいた凹部若しくは凸部のない
球状物のデータであるバックグラウンドデータを減算し
て凹部若しくは凸部により形成された影による画像デー
タを求め、この影による画像データの値が最大値となっ
た位置に球状物を位置決めする第一の工程と、球状物の
この位置決め姿勢で、それを球状物のその姿勢での赤道
線方向へ90度回動させる第二の工程とを順次に且つ自動
的に行い、前記第一の工程を球状物の位置決め姿勢にお
ける赤道線方向の少なくとも３か所において90度毎に繰
り返すことを特徴とする。

（作用） この位置決め方法によれば、例えば照明装置により、球
状物の側方から適切な照明を当てることにより、球状物
のディンプルが作る影を強調し、これを光学系、例えば
カメラにて読み取った後、その読み取り結果を、電気信
号、例えばデジタル信号に変換するとともに、これも例
えば画像処理装置において、前処理にて電気信号から、
予め測定しておいたディンプルのない状態のデータであ
るバックグラウンドデータを減算することにより、ディ
ンプルパターンにより形成された影のみの画像データ
（即ち濃淡画像）を得、また、画像データ圧縮にて夫々
の減算値の絶対値を取り、所定数の画素分加算すること
により、明暗パターンをさらに強調し画像データ間の比
較を行い易くする。この画像データを光学系の光軸の回
りでその全周にわたって求め、その最大値となった位置
が、他の位置の値に比べて規則的に整列している度合が
強いことから、その位置に球状物を位置決めする。この
第一の工程を球状物の位置決め姿勢における赤道線方向
の少なくとも３箇所において90度毎に繰り返すことによ
り、赤道線の位置を精度良く見つけ出し、そこに位置決
めすることができる。

（実施例） 図面につきこの発明の実施例を説明する。

本発明を実施するに用いられる装置は、第１図に示す構
成となる。１は凹部若しくは凸部を有する球状物（例え
ばゴルフボール）、２はこの球状物に影のパターンを作
り出す照明装置であり、３はゴルフボールの影のパター
ンを読み取り、次段に接続されている画像処理装置４に
画像データを伝送する光学−電気系である。画像処理装
置４では得られた画像データから必要とするゴルフボー
ルのディンプルの影の濃淡パターンだけを抽出し、さら
にディンプル配列の方向を評価する演算を行い、次段に
接続されている制御装置５に演算結果に基づき、そこに
電気接続されているアクチュエータ６の一部であるステ
ップモータ制御回路13およびステップモータ16,16を介
してバキュームチャック17,17即ち球状物１をY,Z軸の回
りに回転させる。尚ここでは、Ｚ軸は、球状物１に水平
にその中心を通る光学−電気系３の軸線と同一軸線方向
を意味するものとし、Ｙ軸は、球状物１の中心を通りＺ
軸に垂直な方向を意味するものとする。

以下に各装置のさらに詳細な作動を説明する。

照明装置２は、照明源および照明光学系を有し、照明源
は、その性能において、照度可変型とし、凹部若しくは
凸部を有する球状物に最適の明暗を与え得るとともに球
状物から反射した光が強すぎることによる光学−電気系
３に含まれるカメラ10の飽和を防止する作用を行うよう
に、照明源および照明光学系を配置する。その実際の配
置の仕方は、第２図にしめすようにして行う。第２図で
はゴルフボール１の中心を通り図面に平行且つ水平な方
向に向く軸線（ここにＸ軸とする）と平行に、ゴルフボ
ールの中心を通りＸ軸に垂直な軸線（ここにＺ軸とす
る）のカメラ側へ照明装置2,2をオフセットして配設し
て、ゴルフボールのカメラ側の面に対し、照明光源を側
方から照射することにより前記作用をカメラ10に対し及
ぼすことができる。

さらに、ゴルフボール１の側方から照射される光はコヒ
ーレント光であるのが好ましい。例えば１個の光源、例
えばレーザー光源からハーフミラーにより分光して側方
から照射させることもできる。

また、照明装置２には、カメラの感度が高くなる波長の
光を放出するようなフィルタをかぶせるのが好ましい。

次に、カメラ３は、光学的結像系、例えば球面レンズを
具える２次元配列CCDカメラ（図示せず）、または、光
学的結像系にシリンドリカルレンズ19を具える１次元配
列CCDカメラとすることもできる。前者の場合には、画
像データは、例えば100×100画素として得られ、後者の
場合には、画像データは、例えば１×256画素として得
られる。さらに、カメラ３には、画像処理装置４にデジ
タル信号を出力するA/D変換器12およびこれに続くカメ
ラコントローラ11を具える。

画像処理装置４は、第１図に示すように、カメラ10から
送られてくるデジタル画像データ信号を画像認識し易い
ように演算処理する加算器20を具えている。この加算器
20は、次段に接続される制御装置５からのコマンドに従
って、カメラ10からデータを送り始めるように指示し、
カメラ10はそれを受けて１画素当たり８ビット長の（25
6階調の濃淡を表わす）画像データを送り、画像データ
を受け取った加算器は、夫々100画素毎に即座に加算
し、その（積算）データが有効となった時、100画素の
合計のデータ信号を制御装置５に送る。即ちカメラ３
は、画像処理装置内の加算器20に、例えば100×100画素
の、データを送り、加算器20は積算（カラム圧縮）によ
り、100個の疑似画像データを制御装置５に送る。上記
カラム圧縮とは、カメラの画像データ100×100画素の２
次元データであるがこのデータを縦方向について画素デ
ータを積分し横方向に１×100画素の１次元データとす
ることである。この処理により縦方向に規則的な明暗パ
ターンがある場合、この明暗パターンが強調され１次元
データに反映する。このことにより、ディンプルの影の
パターンが縦方向に並んだときその明暗パターンが非常
に強く現れることになる。しかし、前述のように、光学
的結像系にシリンドリカルレンズ19、カメラに１次元配
列CCDカメラを用いた場合には、上述のカラム圧縮と同
様な作用を光学系で行っているため、カラム圧縮は省略
することができる。

さらに画像処理装置４では、疑似画像データを制御装置
５に送る前に、前処理を行う。それは、得られた画像デ
ータからディンプル以外で生じる画像パターンのデータ
（いわゆるバックグランドデータ）を減算することでデ
ィンプルの影の成分を除いた表面が滑らかな球状物の画
像データのことをいう。このバックグラウンドデータは
前もってランダムアクセスメモリ（RAM）に記憶してお
いて、随時取り出すことができるようにする。

かように演算処理された画像データは、抽出したデータ
からディンプルパターンが縦または横方向に整列してい
るかを評価するに十分となる。その評価の仕方は以下の
ようになる。

まずディンプルパターンは、それが縦または横方向に整
列すると、適切な照明により、子午線または赤道線付近
が最大の暗部となり、その周囲に向かって徐々に明るく
なり、またディンプルの整列時の方が不整列時より暗部
の強度が大きくなることを種々の実験の結果により確か
めた。この事実に基づいて、数値が小さくなるほど明る
く、数値が大きくなるほど暗いことを表わすこの明暗パ
ターンの数値が、最大値となるところが、前記子午線ま
たは赤道線であると評価することができる。

なお、実験結果により、位置決めのアルゴリズムの初期
にゴルフボールの明暗パターンが（最大値−最小値）÷
最小値＞1.5を満足すると、位置決め工程が短縮されて
より好適となることが分かっている。

制御装置５はマイクロプロセッサ（CPU）とし、このマ
イクロプロセッサは、画像処理装置４を介してカメラ10
の制御および画像データの取込みタイミングを制御する
とともに、画像処理と同期させてアクチュエータ6,6の
制御を行う。

アクチュエータ６は、主に２つの機構、即ちゴルフボー
ルの向きを補正する機械式回転装置（ステップモータ）
16と、ゴルフボールをつかむバキュームチャック17とか
らなる。ステップモータ16は、それをX,Y,Z軸夫々に配
設して、それの回転動作により、ゴルフボールの向きを
補正することができるが、実際には第１図に示すよう
に、それらの２軸、例えばY,Z軸、における回転動作の
組合せで充分であることを確かめた。そこで本例では、
Y,Z軸について回転自在となるように２個のステップモ
ータ16,16を配設する。

また、バキュームチャック17,17は、相互に直交して配
置され、出入れ可能な構造を持ち、これはさらに、カメ
ラ２の視野面に対しゴルフボールの方向が常に一定とな
るように、ステップモータ16,16に連結する。ここでス
テップモータには、これの低速時における振動の問題を
解決するため、高い分解能例えば１回転25000ステップ
の分解能があるものを選択するのが好ましい。さらに、
前記２個のバキュームチャック17,17は、その一方がそ
の軸で回転する前にゴルフボールをつかみ、その他方の
動作にはつかんでいたゴルフボールを放すとともに他方
の軸によるゴルフボールの回転に機械的な影響を与えな
いように、一定距離だけ引込むようにステップモータ制
御回路13を介して制御装置４で制御される。この引込み
動作は、真空系（図示せず）と連結されている電磁弁15
の作動により発生されるバキュームエアによってなされ
ている。このバキュームチャック17の接触面には、合成
ゴムを貼着して、高い摩擦係数を有させて、製造工程で
生ずるボール直径のバラツキを許容しえるようにすると
ともにステップモータ16によって生ずる回転移動中のゴ
ルフボールを強固に固定する役目もはたしている。

このステップモータは、そのほかに制御回路として、ス
テップモータ制御回路13および電磁弁の為のリレー14を
含んでいる。これらの作動については説明を省略する。

次に位置決め手順について説明する。位置決めの手順
は、第３図のフローチャートに示すように行われる。以
下にそれを記すと； １）開始：位置決めするゴルフボールを手動または自動
で所定の位置に挿入する。

２）Ｚ軸回転アルゴリズム： （ア）Ｚ軸のバキュームチャックをONし、 （イ）画像の取込み、データ圧縮処理をし、 （ウ）バックグラウンドを減算、それぞれの値の絶対値
を取り100個の要素分加算して１つの値とし、 （エ）前の値と比較して現在の値が最大値または最小値
であった場合は、その値とその時の回転角度を夫々記憶
し、 （オ）Ｚ軸について１度分回転させ、 （カ）（ア）〜（オ）までのステップを全部で190度分
繰り返し、190度分終了したら次へ進む。

（キ）（エ）で記憶した最大値の位置にゴルフボールを
Ｚ軸について戻し、 （ク）Ｚ軸のバキュームチャックをOFFにする。

３）データ検証： （ア）前段で記憶した最大値の位置のデータが（最大値
−最小値）÷最小値が1.5より大きいなら６）へ進み、
もしそうでない時は４）へ進む、 ４）30度Ｙ軸回転:Y軸のバキュームチャックをONし、ゴ
ルフボールをＹ軸につき30度回転させ、Ｙ軸のバキュー
ムチャックをOFFし、５）へ進む、 ５）30度Ｚ軸回転:Z軸のバキュームチャックをONし、ゴ
ルフボールをＺ軸につき30度回転させ、Ｚ軸のバキュー
ムチャックをOFFし、２）へ戻る、 ６）90度Ｙ軸回転:Y軸のバキュームチャックをONし、Ｙ
軸について90度回転させ、Ｙ軸のバキュームチャックを
OFFする。

７）４回繰り返したか:2）,6）のステップを３回繰り返
す。

８）位置決め動作終了； となる。この手順で特に、ステップ３）,4）は、位置決
めミスの可能性を除く為に、最初だけデータを検証する
こととした。また1.5という定数は、経験的にラフな判
定レベルとして決定した。Ｚ軸回転アルゴリズムを４回
繰り返すのは、ゴルフボールの位置決め精度により決定
された回数であり精度／処理時間が最も効果的である、
という理由による。これによりゴルフボールは所定位置
に位置決めさせることができる。

以上、この発明を図示例に基づいて構成とともに説明し
たが、このような方法および構成の一部を応用すると、
立体の表面に形成された複雑であるが規則的な凹凸パタ
ーンを認識することが可能である。

（効果） この発明によれば、光学−電気系および画像処理によ
り、この画像処理したデータに基づいてゴルフボールの
位置を変えるアクチュエータ系を制御装置により制御し
ながら、ほぼゴルフボール全体を走査して、位置決めを
行うようにしたので、ゴルフボールの位置決めに費やす
時間を短縮し且つ一定時間で位置決めすることができ、
人件費の削減とあいまってコストダウンになるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のゴルフボール位置決め方法の実施に
使用されている装置の略配置図、 第２図は光源、ゴルフボール、カメラの位置関係を説明
する説明図、 第３図はゴルフボールの位置決めを行うためのフローチ
ャート図である。 １…球状物、２…照明装置 ３…光学−電気系、４…画像処理装置 ５…制御装置、６…アクチュエータ 10…カメラ 11…カメラコントローラ、12…A/D変換器 13…ステップモータ制御回路 14…電磁弁リレー、15…電磁弁 16…ステップモータ 17…バキュームチャック 19…シリンドリカルレンズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】規則的に配置された凹部若しくは凸部を有
   する球状物を、凹部若しくは凸部が、球状物の姿勢に応
   じて変化する球状物の赤道線又は子午線に沿う方向へ整
   列する状態に位置決めするに際し、 前記球状物の側方から照明を当て、この照明により、球
   状物に形成される影を光学系で読み取った後、読み取り
   画像を電気信号に変換するとともに演算処理を行い画像
   データとし、この画像データを、前記光学系の光軸の回
   りで、その全周にわたって求めた後、予め測定しておい
   た凹部若しくは凸部のない球状物のデータであるバック
   グラウンドデータを減算して凹部若しくは凸部により形
   成された影による画像データを求め、この影による画像
   データの値が最大値となった位置に球状物を位置決めす
   る第一の工程と、球状物のこの位置決め姿勢で、それを
   球状物の赤道線方向へ90度回動させる第二の工程とを順
   次に且つ自動的に行い、前記第一の工程を球状物の赤道
   線方向の少なくとも３か所において90度毎に繰り返すこ
   とを特徴とする球状物の位置決め方法。