回転体の対象点方向計測方法と装置
【課題】回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像して得た画像において対象点とその背景とが互いに対して識別しにくい場合であっても、対象点の方向を計測できるようにする。
【解決手段】ステップＳ１で、回転体の参照エッジ画像を予め取得する。ステップＳ２で、回転体を撮像した画像から計測エッジ画像を取得する。ステップＳ３で、参照エッジ画像と計測エッジ画像とを、中心同士が一致するように重ねる。ステップＳ４で、参照エッジ画像と計測エッジ画像との一致度が最も高くなる位置へ、計測エッジ画像と参照エッジ画像を、回転軸回りに互いに対して相対回転させる。ステップＳ５で、ステップＳ３で計測エッジ画像と重ねられた参照エッジ画像における既知の対象点の方向と、ステップＳ４で行った相対回転の量とに基づいて、ステップＳ２の撮像時における回転体の対象点の方向を求める。
【解決手段】ステップＳ１で、回転体の参照エッジ画像を予め取得する。ステップＳ２で、回転体を撮像した画像から計測エッジ画像を取得する。ステップＳ３で、参照エッジ画像と計測エッジ画像とを、中心同士が一致するように重ねる。ステップＳ４で、参照エッジ画像と計測エッジ画像との一致度が最も高くなる位置へ、計測エッジ画像と参照エッジ画像を、回転軸回りに互いに対して相対回転させる。ステップＳ５で、ステップＳ３で計測エッジ画像と重ねられた参照エッジ画像における既知の対象点の方向と、ステップＳ４で行った相対回転の量とに基づいて、ステップＳ２の撮像時における回転体の対象点の方向を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体における対象点の方向を計測する回転体の対象点方向計測方法と装置に関する。対象点は、回転体の回転軸から半径方向外側にずれた位置にあり、対象点の方向は、回転軸の位置から見たその方向である。
【背景技術】
【０００２】
回転体は、回転機械に設けられ、その回転軸を中心として回転駆動される。図１は、回転機械の構成例を示す。図１では、回転機械は過給機である。図１において、回転体３は、タービン翼５、コンプレッサ翼７、および、両者を結合する回転シャフト８を有する。また、図１において、ナット１６が、回転シャフト８の軸方向端部に螺合しており、ナット１６を締めつけることで、コンプレッサ翼７が形成されているコンプレッサ羽根車１７を回転シャフト８に締結している。符号１７ａは、コンプレッサ羽根車１７における回転軸Ｃ方向の先端部を示す。
【０００３】
従来において、回転体３のアンバランスを測定し、当該アンバランスが存在する周方向（回転体３の回転軸Ｃ回りの方向。以下同様）の位置において、当該アンバランスの大きさに相当する量だけ、回転体３を部分的に切削していた。このように回転体３の一部を切削して、回転体３のアンバランスを修正していた。
【０００４】
回転体３のアンバランスを測定するために、回転機械を試運転して回転体３を回転させる。この時、角度センサにより、回転体３の回転角を検出しながら、回転体３の回転運動で生じる振動を検出する。これらの検出データからアンバランスの周方向位置と大きさを求めることができる。
【０００５】
図２と図３を用いて、アンバランス測定の一例について簡単に説明する。図２（Ａ）は、回転体３のアンバランス測定を行うための概略構成を示し、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）の部分拡大図である。図３は、測定データを示す。なお、図２の回転体３は、図１の回転体３を簡略化して図示したものである。
【０００６】
図２の例では、角度センサは、一定の周方向位置に配置された光検出器２７を用いたものである。光検出器２７は、回転体３の回転軸Ｃと同じ高さから回転体３に向けて回転軸Ｃと直交する水平方向に光を発し、回転体３に張られた反射テープ２９で反射された当該光を検出することにより、反射テープ２９が光検出器２７の周方向位置に来たことを検出する。回転体３が一定速度で回転している場合に、角度センサは、一定の周期で反射テープ２９を検出して図３のようにパルスを出力するので、このパルスに基づいて回転体３の回転角を検出する。例えば、前記パルスが出力された時の角度センサによる検出回転角を０度とし、回転体３が一回転する度に、角度センサによる検出回転角は０度から３６０度へ変化する。
【０００７】
振動センサ３１は、回転体３の回転により生じる振動を検出する。図３の例では、回転体３を回転可能に支持する支持体１５の振動（この例では変位）を検出する。図３の例では、振動センサ３１は、水平方向の振動を検出するように、回転体３を回転可能に支持する支持体１５における一側面に取り付けられている。この例では、振動センサ３１と光検出器２７とは、同じ周方向位置において同じ方向（水平方向）を向くように配置されている。
【０００８】
このような構成で、回転体３を一定速度で回転させている状態において、角度センサにより、回転体３の回転角を検出しながら、振動センサ３１により、回転体３の回転運動で生じる振動を検出する。その結果、図３の検出データが得られる。
【０００９】
図３の例では、光検出器２７と振動センサ３１は、同じ周方向位置にて同じ向きに配置されているので、図２（Ｃ）のように、アンバランスの周方向位置Ｐａが、回転軸Ｃ回りに、反射テープ２９の位置からα度だけずれている場合、図３のように、検出回転角がα度になった時に、振動センサ３１により検出した振動（変位）は最大になる。よって、図３のような振動が検出された場合には、振動が最大となる回転角に対応する周方向位置にアンバランスが存在することが分かる。すなわち、反射テープ２９の周方向位置を基準点として、この基準点に対するアンバランスの周方向位置Ｐａを知ることができる。
【００１０】
回転体３における切削対象部（図２では、ナット）１６の外周面と回転体３の回転軸Ｃとの距離が、周方向位置に応じて異なっている場合がある。このような場合、アンバランス修正のために、アンバランスの周方向位置において、切削対象部１６を部分的に切削するときに、アンバランスの周方向位置が切削対象部１６の対象点Ｐｔ（図２（Ｃ）におけるナット１６の頂点）からどれだけずれているかにより、切削すべき量（体積）が異なる。すなわち、アンバランス修正のために、切削対象部１６の外周面において穴や溝が形成されるように切削対象部１６を軸方向（回転軸Ｃと平行な方向。以下同様）または半径方向（回転軸Ｃと直交する方向。以下同様）に切削する場合には、アンバランスの周方向位置が対象点Ｐｔからどれだけずれているかにより、切削すべき量が異なる。
そのため、従来では、切削する周方向位置と量を補正している（例えば、下記の特許文献１）。
【００１１】
例えば、次のような場合に、アンバランスの周方向位置に応じて切削すべき量が異なる。図４は、軸方向から見た切削対象部１６（この例では、六角ナット１６）である。図４の斜線部分は、切削工具３３（この例では、軸方向を向いたエンドミル）である。図４において、軸方向から見て、切削工具３３の一部を切削対象部１６に重複させた状態で、切削工具３３が回転しながら軸方向に切削対象部１６内へ移動して切削する。この場合、周方向位置Ｄ１と周方向位置Ｄ２で、同じ半径方向の位置において軸方向に同じ深さだけ切削対象部１６を切削しても、周方向位置Ｄ１と周方向位置Ｄ２との間で切削量が異なってしまう。そのため、従来では、切削する周方向位置と量を補正している。
【００１２】
切削する周方向位置と量の補正は、回転体３における認識可能な対象点（図２（Ｃ）の例では、六角ナット１６の頂点Ｐｔ）に対するアンバランスの周方向位置に基づいて行われている。なお、対象点に相当する切削対象部１６の位置には、認識可能に色やマークなどを付けておいてよい。
【００１３】
そのため、次の対象点方向計測方法により、アンバランスの周方向位置を対象点の周方向位置に対して求めている。
【００１４】
対象点方向計測方法は、次の手順で行われている。
上述の角度センサによる検出回転角が設定値（図２と図３の例では、ゼロ度）になるように回転体３を静止させる。
この状態で、図２（Ａ）において、カメラを用いて、軸方向（この例では、図２（Ａ）の左側）から回転体３を撮像することにより、図５（Ａ）に示す切削対象部１６の画像データを得る。
この画像データにおける切削対象部１６の対象点Ｐｔの方向を求める。すなわち、図５（Ｂ）のように、画像データにおけるナット１６の外縁となる各線分１６ａを抽出し、回転軸Ｃと対象点Ｐｔとを結ぶ線分３５と、水平線に相当する直線３７とのなす角度θにより対象点Ｐｔの方向を特定する。
【００１５】
上述した検出回転角の設定値と、画像データ内における対象点Ｐｔの方向とに基づいて、アンバランスの周方向位置を対象点Ｐｔの周方向位置に対して求めることができる。例えば、図２（Ｃ）において、回転体３の回転方向が時計回りであり、上述した検出回転角の設定値がゼロ度である場合には、対象点Ｐｔに相当する回転角の値は、図３のように−θ（または、３６０−θ）となる。従って、図３において、アンバランスの周方向位置Ｐａを対象点Ｐｔの周方向位置に対して求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００９−１９９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、アンバランス修正のために切削対象部１６を切削する時点で、前工程のアンバランス修正のために、図６のように、上述の画像データにおいて対象点Ｐｔの背景となる部分が、既に切削されている場合がある。この部分は、例えば、図６の斜線部分であり、切削対象部１６とは異なる部分であるコンプレッサ羽根車１７の先端部（先端面）１７ａである。
この場合においては、上述のように、回転体３を軸方向から撮像する時に、軸方向に照射された撮影用照明が、図６の斜線部分（切削部分）において正反射しないことなどにより切削対象部１６の背景が暗くなることがある。この場合、上記の対象点方向計測方法では、背景が暗くなった部分の線分１６ａの抽出を行えなくなる。このように、対象点Ｐｔが、その背景（切削部分）から識別し難くなる結果、対象点Ｐｔの方向の計測ができなくなる。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像して得た画像において対象点とその背景とが互いに識別しにくい場合であっても、対象点の方向を計測できる方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によると、回転体における対象点の方向を計測する回転体の対象点方向計測方法であって、
回転体は、回転機械に設けられ回転軸回りに回転駆動されるものであり、対象点は、回転軸から半径方向外側にずれた位置にあり、対象点の方向は、回転軸の位置から見たその方向であり、
（Ａ）対象点が特定方向を向いている回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像した画像からエッジを抽出したエッジ画像と同じエッジ形状の参照エッジ画像を作成し、
（Ｂ）回転体が、回転軸回りに回転可能に支持されており、かつ、該回転体の検出回転角が設定値となっている状態で、該回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像することにより回転体の計測画像を取得するとともに、計測画像からエッジを抽出した計測エッジ画像を作成し、
（Ｃ）画像処理用の二次元空間において、参照エッジ画像と計測エッジ画像とを、その中心同士が一致するように重ね、
（Ｄ）この状態で、参照エッジ画像と計測エッジ画像との一致度が最も高くなる位置へ、参照エッジ画像と計測エッジ画像を、前記中心回りに互いに対して相対回転させ、
（Ｅ）画像処理用の二次元空間において、前記（Ｃ）で計測エッジ画像と重ねられた参照エッジ画像における既知である対象点の特定方向と、前記（Ｄ）で行った相対回転の量とに基づいて、前記（Ｂ）で撮像を行った時における回転体の対象点の方向を求める、ことを特徴とする回転体の対象点方向計測方法が提供される。
【００２０】
さらに、本発明によると、回転体における対象点の方向を計測する回転体の対象点方向計測装置であって、
回転体は、回転機械に設けられ回転軸回りに回転駆動されるものであり、対象点は、回転軸から半径方向外側にずれた位置にあり、対象点の方向は、回転軸の位置から見たその方向であり、
回転体が、回転軸回りに回転可能に支持されており、かつ、該回転体の検出回転角が設定値となっている状態で、該回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像することにより回転体の計測画像を取得するカメラと、
計測画像からエッジを抽出することにより計測エッジ画像を作成し、計測エッジ画像と参照エッジ画像とに基づいて対象点の方向を求める画像処理装置と、を備え、
参照エッジ画像は、対象点が特定方向を向いている回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像した画像からエッジを抽出したエッジ画像と同じエッジ形状を有し、
画像処理装置は、
（１）画像処理用の二次元空間において、参照エッジ画像と計測エッジ画像とを、その中心同士が一致するように重ね、
（２）この状態で、参照エッジ画像と計測エッジ画像との一致度が最も高くなる位置へ、参照エッジ画像と計測エッジ画像を、前記中心回りに互いに対して相対回転させ、
（３）画像処理用の二次元空間において、前記（１）で計測エッジ画像と重ねられた参照エッジ画像における既知である対象点の特定方向と、前記（２）で行った相対回転の量とに基づいて、計測画像を取得した時における回転体の対象点の方向を求める、ことを特徴とする回転体の対象点方向計測装置が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、対象点の方向が既知である回転体の参照エッジ画像を予め用意し、その後、回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像することにより回転体の計測画像を取得するとともに、計測画像からエッジを抽出した計測エッジ画像を作成し、画像処理用の二次元空間において、相対回転により計測エッジ画像と参照エッジ画像とを一致させ、参照エッジ画像における既知である対象点の方向と相対回転量とに基づいて、計測画像を取得した時における回転体の対象点の方向を求める。
従って、計測画像において、対象点とその背景とが互いに対して識別しにくい場合であっても、上述の相対回転により、対象点近傍以外の回転体のエッジ部分同士を一致させることにより、対象点の方向を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】回転機械の構成例を示す。
【図２】アンバランス測定を行うための概略構成を示す。
【図３】アンバランス測定データを示す。
【図４】回転体における切削対象部の切削を説明する図である。
【図５】対象点方向計測方法の説明図である。
【図６】本発明の課題を説明する図である。
【図７】回転体が設けられる回転機械の構成例である。
【図８】本発明の実施形態による回転体の対象点方向計測方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態による回転体の対象点方向計測方法の説明図である。
【図１０】相関値と回転角度との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２４】
本発明の実施形態による、回転体３の対象点方向計測方法では、回転体３における対象点Ｐｔの方向を計測する。
回転体３は、回転機械に設けられ回転軸Ｃ回りに回転駆動されるものである。対象点Ｐｔは、回転軸Ｃから半径方向外側にずれた位置にある。対象点Ｐｔの方向は、回転軸Ｃの位置から見た対象点Ｐｔの方向である。対象点Ｐｔは、後述する図７の例では、後述のナット１６の頂点である。
【００２５】
図７は、回転体３が設けられる回転機械２０の構成例である。回転機械２０は、図７の例では過給機である。過給機は、車両や船舶などに搭載されるエンジンの排ガスエネルギーを利用して、エンジンに圧縮空気を供給する装置である。過給機の回転体３は、エンジンの排ガスにより回転駆動されるタービン翼５と、タービン翼５と一体的に回転することで圧縮空気をエンジンに供給するコンプレッサ翼７と、一端部側にタービン翼５が結合され他端側にコンプレッサ翼７が結合される回転シャフト８とを有する。また、過給機３は、タービン翼５を内部に収容するタービンハウジング９と、コンプレッサ翼７を内部に収容するコンプレッサハウジング（図７では取り外されている）と、回転シャフト８を支持する軸受１１が内部に組み込まれる軸受ハウジング１３と、を備える。なお、軸受ハウジング１３が、支持体１５に取り付けられることで、回転体３は、軸受ハウジング１３を介して支持体１５に支持されている。タービンハウジング９は、支持体１５内に配置されている。
【００２６】
図７の例では、回転体３が、回転軸Ｃ回りに回転可能に支持体１５に支持された状態で、回転体３のアンバランス測定と、アンバランスの測定データに基づいて回転体３のアンバランス修正が行われる。
【００２７】
アンバランス測定では、回転体３を回転駆動させた状態で、角度センサで回転体３の回転角度を検出しながら、回転体３の回転により生じる振動を検出することにより、回転体３においてアンバランスが存在する周方向位置と、当該アンバランスの大きさを求める。なお、回転体３の回転駆動は、図７の例では、タービンハウジング９内に形成された流路からタービン翼５に圧縮ガスを供給することにより行われる。
【００２８】
アンバランス修正では、求めたアンバランスの周方向位置において、求めたアンバランスの大きさに相当する量だけ回転体３を切削する。ここで、回転体３を切削する切削対象部分１６は、ナットである。ナット１６は、コンプレッサ羽根車１７を貫通している回転シャフト８の先端部に螺合することにより、コンプレッサ羽根車１７を回転シャフト８に締結する部材である。
【００２９】
なお、アンバランス修正時に回転体３が回転しないように回転体３を把持する把持装置１９が設けられる。把持装置１９は、回転体３が回転しないように回転体３における軸方向端部２１を把持する。把持装置１９は、排気穴９ａ、１５ａを通して軸方向端部２１を把持する。排気穴９ａは、タービンハウジング９に形成されており、タービン翼５を駆動したガスを軸方向（回転軸Ｃと平行な方向）に流す。排気穴１５ａは、支持体１５に形成されており、排気穴９ａに軸方向に連通して排気穴１５ａから流れてきたガスを支持体１５の外部へ軸方向に排出する。また、把持装置１９は、軸方向端部２１を把持した状態で、回転体３の中心軸Ｃ回りに適宜の手段により回転させられてよい。これにより、回転体３の回転角を調整でき、調整後は、把持装置１９の回転を静止させ、回転体３が回転しないようにすることができる。また、アンバランス測定時には、把持装置１９は、排気穴９ａ、１５ａの外部へ退避している。
【００３０】
アンバランス修正のために切削対象部１６を切削する前に、回転体３における対象点Ｐｔの方向を、本発明の実施形態による対象点方向計測方法で求める。すなわち、上述の角度センサにより検出される回転角が設定値（例えば、ゼロ度）にある状態で、対象点Ｐｔがどの方向を向いているかをアンバランス修正前に求めておく。ここで、上述の角度センサにより検出される回転角が設定値になるように、把持装置１９により回転体３の回転角を調節し、この状態で、後述のステップＳ２を行う。
【００３１】
本実施形態において、対象点方向計測方法に用いる回転体３の対象点方向計測装置１０は、カメラ２３と画像処理装置２５とを備える。
【００３２】
カメラ２３は、回転体３を、その軸方向一端側から軸方向に撮像することにより回転体３の計測画像を取得する。
【００３３】
画像処理装置２５は、計測画像からエッジを抽出することにより計測エッジ画像Ｉｂを作成し、計測エッジ画像Ｉｂと参照エッジ画像Ｉａとに基づいて対象点Ｐｔの方向を求める。参照エッジ画像Ｉａは、対象点Ｐｔが特定方向を向いている回転体３を、その軸方向一端側から回転軸Ｃ方向に撮像した画像からエッジを抽出したエッジ画像と同じエッジ形状を有する。なお、参照エッジ画像Ｉａは、カメラ２３により、回転体３を、その軸方向一端側から回転軸Ｃ方向（軸方向）に撮像することにより得た回転体３の参照画像からエッジを抽出したものであるのが好ましいが、当該参照画像からエッジを抽出したエッジ画像と同じエッジ形状を有するものであればよい。
【００３４】
図８は、本発明の実施形態による回転体３の対象点方向計測方法を示すフローチャートである。
【００３５】
ステップＳ１において、上述した参照エッジ画像Ｉａを作成する。
好ましくは、ステップＳ１において、対象点Ｐｔが特定方向を向いている回転体３を、カメラ２３により、その軸方向一端側から回転軸Ｃ方向に撮像することにより回転体３の参照画像を取得するとともに、当該参照画像からエッジを抽出することにより参照エッジ画像Ｉａを作成する。この場合、ステップＳ１で撮像する時に、回転体３に対して、回転体３の軸方向一端側から回転軸Ｃ方向に照明を当てるのがよい。
また、好ましくは、ステップＳ１を行う時において、回転体３は、いずれの部分においても、アンバランス修正によりまだ切削されていない状態にあるのがよい。
【００３６】
ステップＳ２において、カメラ２３により、回転体３を、その軸方向一端側から回転軸Ｃ方向に撮像することにより回転体３の計測画像を取得するとともに、この計測画像からエッジを抽出した計測エッジ画像Ｉｂを作成する。ステップＳ２で撮像する時には、回転体３に対して、回転体３の軸方向一端側から回転軸Ｃ方向に照明を当てるのがよい。
【００３７】
ステップＳ３において、画像処理装置２５により、画像処理用の二次元空間において、参照エッジ画像Ｉａと計測エッジ画像Ｉｂとを、その中心（すなわち、回転軸Ｃの位置）同士が一致するように重ねる。
【００３８】
例えば、参照エッジ画像Ｉａと計測エッジ画像Ｉｂが、共に切削対象部１６のエッジ画像であり、ステップＳ３を行う時に、回転軸Ｃ方向から見た回転体３が、図９（Ａ）のように、コンプレッサ羽根車１７の先端部１７ａ（すなわち、軸方向先端面）に切削された部分（図９（Ａ）の斜線部分）が存在している場合には、このような先端部１７ａと切削対象部１６に対してステップＳ２を行うと、計測エッジ画像Ｉｂは、図９（Ｂ）のようになる。一方、参照エッジ画像Ｉａは、例えば、図９（Ｃ）に示すものであり、この参照エッジ画像Ｉａにおいて、対象点Ｐｔは、回転軸Ｃの位置から見て既知の特定方向Ｄｒを向いている。この場合、ステップＳ３では、図９（Ｄ）のように参照エッジ画像Ｉａと計測エッジ画像Ｉｂとを重ねる。
【００３９】
ステップＳ４において、ステップＳ３により参照エッジ画像Ｉａと計測エッジ画像Ｉｂが重ねられた状態で、画像処理装置２５により、画像処理用の二次元空間において、参照エッジ画像Ｉａと計測エッジ画像Ｉｂとの一致度が最も高くなる位置へ、計測エッジ画像Ｉｂと参照エッジ画像Ｉａを、回転軸Ｃ回りに互いに対して相対回転させることにより、計測エッジ画像Ｉｂと参照エッジ画像Ｉａとを整合させる。
図９の場合には、例えば計測エッジ画像Ｉｂを角度θ（図９（Ｄ）を参照）だけ回転させることにより、図９（Ｅ）のように計測エッジ画像Ｉｂと参照エッジ画像Ｉａとを整合させる。
【００４０】
ステップＳ４は、例えば、次の［数１］で表わされる相関値を用いて行われる。この相関値が大きいほど、参照エッジ画像Ｉａと計測エッジ画像Ｉｂとの一致度が高くなる。すなわち、ステップＳ４において、画像処理用の二次元空間において相関値が最も大きくなる位置へ、計測エッジ画像Ｉｂと参照エッジ画像Ｉａを、回転軸Ｃ回りに互いに対して相対回転させることにより、計測エッジ画像Ｉｂと参照エッジ画像Ｉａとを整合させる。図９の例では、図１０のように、ステップＳ４でθ度だけ回転させる時に、相関値が最も大きくなる。
【００４１】
【数１】
【００４２】
［数１］において、ＡｉとＢｉの添え字ｉは、画像処理用の二次元空間に存在する座標を示す。すなわち、当該二次元空間内に存在する座標がｎ個である場合に、ｉは、ｎ個の座標のうち、ｉ番目の座標を示す。
Ａｉは、ｉ番目の座標に、計測エッジ画像Ｉｂにおけるエッジが位置していれば、１であり、そうでなければ、０である。Ｂｉは、ｉ番目の座標に、参照エッジ画像Ｉａにおけるエッジが位置していれば、１であり、そうでなければ、０である。
【００４３】
ステップＳ５において、画像処理用の二次元空間において、ステップＳ３により計測エッジ画像Ｉｂと重ねられた参照エッジ画像Ｉａにおける既知の対象点Ｐｔの方向と、ステップＳ４で行った相対回転の量とに基づいて、ステップＳ２で回転体３を撮像した時における回転体３の対象点Ｐｔの方向を求める。
【００４４】
上述した本発明の実施形態によると、対象点Ｐｔの方向が既知である回転体３の参照エッジ画像Ｉａを予め用意し、その後、回転体３を、その軸方向一端側から回転軸Ｃ方向に撮像することにより回転体３の計測画像を取得するとともに、計測画像からエッジを抽出した計測エッジ画像Ｉｂを作成し、画像処理用の二次元空間において、相対回転により計測エッジ画像Ｉｂと参照エッジ画像Ｉａとを一致させ、参照エッジ画像Ｉａにおける既知である対象点Ｐｔの方向と相対回転量とに基づいて、計測画像を取得した時における回転体３の対象点Ｐｔの方向を求める。
従って、計測画像において、対象点Ｐｔとその背景とが互いに対して識別しにくい場合であっても、上述の相対回転により、対象点Ｐｔ近傍以外の回転体３のエッジ部分同士を一致させることにより、対象点Ｐｔの方向を求めることができる。
【００４５】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４６】
上述では、切削対象部１６は、六角ナットであったが、本発明はこれに限定されない。すなわち、切削対象部１６は、その外周面（すなわち、半径方向外端面）と回転体３の回転軸Ｃとの距離が、周方向位置に応じて異なっているものである。
【００４７】
また、対象点Ｐｔは、回転体３における認識可能な周方向位置であればよく、例えば、回転体３（好ましくは、切削対象部１６）の形状、回転体３に付された印や色などにより認識可能な周方向位置である。
【００４８】
本発明では、アンバランス修正のための切削により切削部分が全く存在しない回転体３に対して上述のステップＳ２を行ってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
３ 回転体、５ タービン翼、７ コンプレッサ翼、８ 回転シャフト、９ タービンハウジング、９ａ 排気穴、１０ 対象点方向計測装置、１１ 軸受、１３ 軸受ハウジング、１５ 支持体、１５ａ 排気穴、１６ 切削対象部分（ナット）、１６ａ 線分、１７ コンプレッサ羽根車、１７ａ コンプレッサ羽根車の先端部、１９ 把持装置、２０ 回転機械、２１ 軸方向端部、２３ カメラ、２５ 画像処理装置、２７ 光検出器、２９ 反射テープ、３１ 振動センサ、３３ 切削工具、３５ 線分、３７ 直線、Ｉａ 参照エッジ画像、Ｉｂ 計測画像、Ｃ 回転軸、Ｐｔ 対象点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体における対象点の方向を計測する回転体の対象点方向計測方法と装置に関する。対象点は、回転体の回転軸から半径方向外側にずれた位置にあり、対象点の方向は、回転軸の位置から見たその方向である。
【背景技術】
【０００２】
回転体は、回転機械に設けられ、その回転軸を中心として回転駆動される。図１は、回転機械の構成例を示す。図１では、回転機械は過給機である。図１において、回転体３は、タービン翼５、コンプレッサ翼７、および、両者を結合する回転シャフト８を有する。また、図１において、ナット１６が、回転シャフト８の軸方向端部に螺合しており、ナット１６を締めつけることで、コンプレッサ翼７が形成されているコンプレッサ羽根車１７を回転シャフト８に締結している。符号１７ａは、コンプレッサ羽根車１７における回転軸Ｃ方向の先端部を示す。
【０００３】
従来において、回転体３のアンバランスを測定し、当該アンバランスが存在する周方向（回転体３の回転軸Ｃ回りの方向。以下同様）の位置において、当該アンバランスの大きさに相当する量だけ、回転体３を部分的に切削していた。このように回転体３の一部を切削して、回転体３のアンバランスを修正していた。
【０００４】
回転体３のアンバランスを測定するために、回転機械を試運転して回転体３を回転させる。この時、角度センサにより、回転体３の回転角を検出しながら、回転体３の回転運動で生じる振動を検出する。これらの検出データからアンバランスの周方向位置と大きさを求めることができる。
【０００５】
図２と図３を用いて、アンバランス測定の一例について簡単に説明する。図２（Ａ）は、回転体３のアンバランス測定を行うための概略構成を示し、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）の部分拡大図である。図３は、測定データを示す。なお、図２の回転体３は、図１の回転体３を簡略化して図示したものである。
【０００６】
図２の例では、角度センサは、一定の周方向位置に配置された光検出器２７を用いたものである。光検出器２７は、回転体３の回転軸Ｃと同じ高さから回転体３に向けて回転軸Ｃと直交する水平方向に光を発し、回転体３に張られた反射テープ２９で反射された当該光を検出することにより、反射テープ２９が光検出器２７の周方向位置に来たことを検出する。回転体３が一定速度で回転している場合に、角度センサは、一定の周期で反射テープ２９を検出して図３のようにパルスを出力するので、このパルスに基づいて回転体３の回転角を検出する。例えば、前記パルスが出力された時の角度センサによる検出回転角を０度とし、回転体３が一回転する度に、角度センサによる検出回転角は０度から３６０度へ変化する。
【０００７】
振動センサ３１は、回転体３の回転により生じる振動を検出する。図３の例では、回転体３を回転可能に支持する支持体１５の振動（この例では変位）を検出する。図３の例では、振動センサ３１は、水平方向の振動を検出するように、回転体３を回転可能に支持する支持体１５における一側面に取り付けられている。この例では、振動センサ３１と光検出器２７とは、同じ周方向位置において同じ方向（水平方向）を向くように配置されている。
【０００８】
このような構成で、回転体３を一定速度で回転させている状態において、角度センサにより、回転体３の回転角を検出しながら、振動センサ３１により、回転体３の回転運動で生じる振動を検出する。その結果、図３の検出データが得られる。
【０００９】
図３の例では、光検出器２７と振動センサ３１は、同じ周方向位置にて同じ向きに配置されているので、図２（Ｃ）のように、アンバランスの周方向位置Ｐａが、回転軸Ｃ回りに、反射テープ２９の位置からα度だけずれている場合、図３のように、検出回転角がα度になった時に、振動センサ３１により検出した振動（変位）は最大になる。よって、図３のような振動が検出された場合には、振動が最大となる回転角に対応する周方向位置にアンバランスが存在することが分かる。すなわち、反射テープ２９の周方向位置を基準点として、この基準点に対するアンバランスの周方向位置Ｐａを知ることができる。
【００１０】
回転体３における切削対象部（図２では、ナット）１６の外周面と回転体３の回転軸Ｃとの距離が、周方向位置に応じて異なっている場合がある。このような場合、アンバランス修正のために、アンバランスの周方向位置において、切削対象部１６を部分的に切削するときに、アンバランスの周方向位置が切削対象部１６の対象点Ｐｔ（図２（Ｃ）におけるナット１６の頂点）からどれだけずれているかにより、切削すべき量（体積）が異なる。すなわち、アンバランス修正のために、切削対象部１６の外周面において穴や溝が形成されるように切削対象部１６を軸方向（回転軸Ｃと平行な方向。以下同様）または半径方向（回転軸Ｃと直交する方向。以下同様）に切削する場合には、アンバランスの周方向位置が対象点Ｐｔからどれだけずれているかにより、切削すべき量が異なる。
そのため、従来では、切削する周方向位置と量を補正している（例えば、下記の特許文献１）。
【００１１】
例えば、次のような場合に、アンバランスの周方向位置に応じて切削すべき量が異なる。図４は、軸方向から見た切削対象部１６（この例では、六角ナット１６）である。図４の斜線部分は、切削工具３３（この例では、軸方向を向いたエンドミル）である。図４において、軸方向から見て、切削工具３３の一部を切削対象部１６に重複させた状態で、切削工具３３が回転しながら軸方向に切削対象部１６内へ移動して切削する。この場合、周方向位置Ｄ１と周方向位置Ｄ２で、同じ半径方向の位置において軸方向に同じ深さだけ切削対象部１６を切削しても、周方向位置Ｄ１と周方向位置Ｄ２との間で切削量が異なってしまう。そのため、従来では、切削する周方向位置と量を補正している。
【００１２】
切削する周方向位置と量の補正は、回転体３における認識可能な対象点（図２（Ｃ）の例では、六角ナット１６の頂点Ｐｔ）に対するアンバランスの周方向位置に基づいて行われている。なお、対象点に相当する切削対象部１６の位置には、認識可能に色やマークなどを付けておいてよい。
【００１３】
そのため、次の対象点方向計測方法により、アンバランスの周方向位置を対象点の周方向位置に対して求めている。
【００１４】
対象点方向計測方法は、次の手順で行われている。
上述の角度センサによる検出回転角が設定値（図２と図３の例では、ゼロ度）になるように回転体３を静止させる。
この状態で、図２（Ａ）において、カメラを用いて、軸方向（この例では、図２（Ａ）の左側）から回転体３を撮像することにより、図５（Ａ）に示す切削対象部１６の画像データを得る。
この画像データにおける切削対象部１６の対象点Ｐｔの方向を求める。すなわち、図５（Ｂ）のように、画像データにおけるナット１６の外縁となる各線分１６ａを抽出し、回転軸Ｃと対象点Ｐｔとを結ぶ線分３５と、水平線に相当する直線３７とのなす角度θにより対象点Ｐｔの方向を特定する。
【００１５】
上述した検出回転角の設定値と、画像データ内における対象点Ｐｔの方向とに基づいて、アンバランスの周方向位置を対象点Ｐｔの周方向位置に対して求めることができる。例えば、図２（Ｃ）において、回転体３の回転方向が時計回りであり、上述した検出回転角の設定値がゼロ度である場合には、対象点Ｐｔに相当する回転角の値は、図３のように−θ（または、３６０−θ）となる。従って、図３において、アンバランスの周方向位置Ｐａを対象点Ｐｔの周方向位置に対して求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００９−１９９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、アンバランス修正のために切削対象部１６を切削する時点で、前工程のアンバランス修正のために、図６のように、上述の画像データにおいて対象点Ｐｔの背景となる部分が、既に切削されている場合がある。この部分は、例えば、図６の斜線部分であり、切削対象部１６とは異なる部分であるコンプレッサ羽根車１７の先端部（先端面）１７ａである。
この場合においては、上述のように、回転体３を軸方向から撮像する時に、軸方向に照射された撮影用照明が、図６の斜線部分（切削部分）において正反射しないことなどにより切削対象部１６の背景が暗くなることがある。この場合、上記の対象点方向計測方法では、背景が暗くなった部分の線分１６ａの抽出を行えなくなる。このように、対象点Ｐｔが、その背景（切削部分）から識別し難くなる結果、対象点Ｐｔの方向の計測ができなくなる。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像して得た画像において対象点とその背景とが互いに識別しにくい場合であっても、対象点の方向を計測できる方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によると、回転体における対象点の方向を計測する回転体の対象点方向計測方法であって、
回転体は、回転機械に設けられ回転軸回りに回転駆動されるものであり、対象点は、回転軸から半径方向外側にずれた位置にあり、対象点の方向は、回転軸の位置から見たその方向であり、
（Ａ）対象点が特定方向を向いている回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像した画像からエッジを抽出したエッジ画像と同じエッジ形状の参照エッジ画像を作成し、
（Ｂ）回転体が、回転軸回りに回転可能に支持されており、かつ、該回転体の検出回転角が設定値となっている状態で、該回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像することにより回転体の計測画像を取得するとともに、計測画像からエッジを抽出した計測エッジ画像を作成し、
（Ｃ）画像処理用の二次元空間において、参照エッジ画像と計測エッジ画像とを、その中心同士が一致するように重ね、
（Ｄ）この状態で、参照エッジ画像と計測エッジ画像との一致度が最も高くなる位置へ、参照エッジ画像と計測エッジ画像を、前記中心回りに互いに対して相対回転させ、
（Ｅ）画像処理用の二次元空間において、前記（Ｃ）で計測エッジ画像と重ねられた参照エッジ画像における既知である対象点の特定方向と、前記（Ｄ）で行った相対回転の量とに基づいて、前記（Ｂ）で撮像を行った時における回転体の対象点の方向を求める、ことを特徴とする回転体の対象点方向計測方法が提供される。
【００２０】
さらに、本発明によると、回転体における対象点の方向を計測する回転体の対象点方向計測装置であって、
回転体は、回転機械に設けられ回転軸回りに回転駆動されるものであり、対象点は、回転軸から半径方向外側にずれた位置にあり、対象点の方向は、回転軸の位置から見たその方向であり、
回転体が、回転軸回りに回転可能に支持されており、かつ、該回転体の検出回転角が設定値となっている状態で、該回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像することにより回転体の計測画像を取得するカメラと、
計測画像からエッジを抽出することにより計測エッジ画像を作成し、計測エッジ画像と参照エッジ画像とに基づいて対象点の方向を求める画像処理装置と、を備え、
参照エッジ画像は、対象点が特定方向を向いている回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像した画像からエッジを抽出したエッジ画像と同じエッジ形状を有し、
画像処理装置は、
（１）画像処理用の二次元空間において、参照エッジ画像と計測エッジ画像とを、その中心同士が一致するように重ね、
（２）この状態で、参照エッジ画像と計測エッジ画像との一致度が最も高くなる位置へ、参照エッジ画像と計測エッジ画像を、前記中心回りに互いに対して相対回転させ、
（３）画像処理用の二次元空間において、前記（１）で計測エッジ画像と重ねられた参照エッジ画像における既知である対象点の特定方向と、前記（２）で行った相対回転の量とに基づいて、計測画像を取得した時における回転体の対象点の方向を求める、ことを特徴とする回転体の対象点方向計測装置が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、対象点の方向が既知である回転体の参照エッジ画像を予め用意し、その後、回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像することにより回転体の計測画像を取得するとともに、計測画像からエッジを抽出した計測エッジ画像を作成し、画像処理用の二次元空間において、相対回転により計測エッジ画像と参照エッジ画像とを一致させ、参照エッジ画像における既知である対象点の方向と相対回転量とに基づいて、計測画像を取得した時における回転体の対象点の方向を求める。
従って、計測画像において、対象点とその背景とが互いに対して識別しにくい場合であっても、上述の相対回転により、対象点近傍以外の回転体のエッジ部分同士を一致させることにより、対象点の方向を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】回転機械の構成例を示す。
【図２】アンバランス測定を行うための概略構成を示す。
【図３】アンバランス測定データを示す。
【図４】回転体における切削対象部の切削を説明する図である。
【図５】対象点方向計測方法の説明図である。
【図６】本発明の課題を説明する図である。
【図７】回転体が設けられる回転機械の構成例である。
【図８】本発明の実施形態による回転体の対象点方向計測方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態による回転体の対象点方向計測方法の説明図である。
【図１０】相関値と回転角度との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２４】
本発明の実施形態による、回転体３の対象点方向計測方法では、回転体３における対象点Ｐｔの方向を計測する。
回転体３は、回転機械に設けられ回転軸Ｃ回りに回転駆動されるものである。対象点Ｐｔは、回転軸Ｃから半径方向外側にずれた位置にある。対象点Ｐｔの方向は、回転軸Ｃの位置から見た対象点Ｐｔの方向である。対象点Ｐｔは、後述する図７の例では、後述のナット１６の頂点である。
【００２５】
図７は、回転体３が設けられる回転機械２０の構成例である。回転機械２０は、図７の例では過給機である。過給機は、車両や船舶などに搭載されるエンジンの排ガスエネルギーを利用して、エンジンに圧縮空気を供給する装置である。過給機の回転体３は、エンジンの排ガスにより回転駆動されるタービン翼５と、タービン翼５と一体的に回転することで圧縮空気をエンジンに供給するコンプレッサ翼７と、一端部側にタービン翼５が結合され他端側にコンプレッサ翼７が結合される回転シャフト８とを有する。また、過給機３は、タービン翼５を内部に収容するタービンハウジング９と、コンプレッサ翼７を内部に収容するコンプレッサハウジング（図７では取り外されている）と、回転シャフト８を支持する軸受１１が内部に組み込まれる軸受ハウジング１３と、を備える。なお、軸受ハウジング１３が、支持体１５に取り付けられることで、回転体３は、軸受ハウジング１３を介して支持体１５に支持されている。タービンハウジング９は、支持体１５内に配置されている。
【００２６】
図７の例では、回転体３が、回転軸Ｃ回りに回転可能に支持体１５に支持された状態で、回転体３のアンバランス測定と、アンバランスの測定データに基づいて回転体３のアンバランス修正が行われる。
【００２７】
アンバランス測定では、回転体３を回転駆動させた状態で、角度センサで回転体３の回転角度を検出しながら、回転体３の回転により生じる振動を検出することにより、回転体３においてアンバランスが存在する周方向位置と、当該アンバランスの大きさを求める。なお、回転体３の回転駆動は、図７の例では、タービンハウジング９内に形成された流路からタービン翼５に圧縮ガスを供給することにより行われる。
【００２８】
アンバランス修正では、求めたアンバランスの周方向位置において、求めたアンバランスの大きさに相当する量だけ回転体３を切削する。ここで、回転体３を切削する切削対象部分１６は、ナットである。ナット１６は、コンプレッサ羽根車１７を貫通している回転シャフト８の先端部に螺合することにより、コンプレッサ羽根車１７を回転シャフト８に締結する部材である。
【００２９】
なお、アンバランス修正時に回転体３が回転しないように回転体３を把持する把持装置１９が設けられる。把持装置１９は、回転体３が回転しないように回転体３における軸方向端部２１を把持する。把持装置１９は、排気穴９ａ、１５ａを通して軸方向端部２１を把持する。排気穴９ａは、タービンハウジング９に形成されており、タービン翼５を駆動したガスを軸方向（回転軸Ｃと平行な方向）に流す。排気穴１５ａは、支持体１５に形成されており、排気穴９ａに軸方向に連通して排気穴１５ａから流れてきたガスを支持体１５の外部へ軸方向に排出する。また、把持装置１９は、軸方向端部２１を把持した状態で、回転体３の中心軸Ｃ回りに適宜の手段により回転させられてよい。これにより、回転体３の回転角を調整でき、調整後は、把持装置１９の回転を静止させ、回転体３が回転しないようにすることができる。また、アンバランス測定時には、把持装置１９は、排気穴９ａ、１５ａの外部へ退避している。
【００３０】
アンバランス修正のために切削対象部１６を切削する前に、回転体３における対象点Ｐｔの方向を、本発明の実施形態による対象点方向計測方法で求める。すなわち、上述の角度センサにより検出される回転角が設定値（例えば、ゼロ度）にある状態で、対象点Ｐｔがどの方向を向いているかをアンバランス修正前に求めておく。ここで、上述の角度センサにより検出される回転角が設定値になるように、把持装置１９により回転体３の回転角を調節し、この状態で、後述のステップＳ２を行う。
【００３１】
本実施形態において、対象点方向計測方法に用いる回転体３の対象点方向計測装置１０は、カメラ２３と画像処理装置２５とを備える。
【００３２】
カメラ２３は、回転体３を、その軸方向一端側から軸方向に撮像することにより回転体３の計測画像を取得する。
【００３３】
画像処理装置２５は、計測画像からエッジを抽出することにより計測エッジ画像Ｉｂを作成し、計測エッジ画像Ｉｂと参照エッジ画像Ｉａとに基づいて対象点Ｐｔの方向を求める。参照エッジ画像Ｉａは、対象点Ｐｔが特定方向を向いている回転体３を、その軸方向一端側から回転軸Ｃ方向に撮像した画像からエッジを抽出したエッジ画像と同じエッジ形状を有する。なお、参照エッジ画像Ｉａは、カメラ２３により、回転体３を、その軸方向一端側から回転軸Ｃ方向（軸方向）に撮像することにより得た回転体３の参照画像からエッジを抽出したものであるのが好ましいが、当該参照画像からエッジを抽出したエッジ画像と同じエッジ形状を有するものであればよい。
【００３４】
図８は、本発明の実施形態による回転体３の対象点方向計測方法を示すフローチャートである。
【００３５】
ステップＳ１において、上述した参照エッジ画像Ｉａを作成する。
好ましくは、ステップＳ１において、対象点Ｐｔが特定方向を向いている回転体３を、カメラ２３により、その軸方向一端側から回転軸Ｃ方向に撮像することにより回転体３の参照画像を取得するとともに、当該参照画像からエッジを抽出することにより参照エッジ画像Ｉａを作成する。この場合、ステップＳ１で撮像する時に、回転体３に対して、回転体３の軸方向一端側から回転軸Ｃ方向に照明を当てるのがよい。
また、好ましくは、ステップＳ１を行う時において、回転体３は、いずれの部分においても、アンバランス修正によりまだ切削されていない状態にあるのがよい。
【００３６】
ステップＳ２において、カメラ２３により、回転体３を、その軸方向一端側から回転軸Ｃ方向に撮像することにより回転体３の計測画像を取得するとともに、この計測画像からエッジを抽出した計測エッジ画像Ｉｂを作成する。ステップＳ２で撮像する時には、回転体３に対して、回転体３の軸方向一端側から回転軸Ｃ方向に照明を当てるのがよい。
【００３７】
ステップＳ３において、画像処理装置２５により、画像処理用の二次元空間において、参照エッジ画像Ｉａと計測エッジ画像Ｉｂとを、その中心（すなわち、回転軸Ｃの位置）同士が一致するように重ねる。
【００３８】
例えば、参照エッジ画像Ｉａと計測エッジ画像Ｉｂが、共に切削対象部１６のエッジ画像であり、ステップＳ３を行う時に、回転軸Ｃ方向から見た回転体３が、図９（Ａ）のように、コンプレッサ羽根車１７の先端部１７ａ（すなわち、軸方向先端面）に切削された部分（図９（Ａ）の斜線部分）が存在している場合には、このような先端部１７ａと切削対象部１６に対してステップＳ２を行うと、計測エッジ画像Ｉｂは、図９（Ｂ）のようになる。一方、参照エッジ画像Ｉａは、例えば、図９（Ｃ）に示すものであり、この参照エッジ画像Ｉａにおいて、対象点Ｐｔは、回転軸Ｃの位置から見て既知の特定方向Ｄｒを向いている。この場合、ステップＳ３では、図９（Ｄ）のように参照エッジ画像Ｉａと計測エッジ画像Ｉｂとを重ねる。
【００３９】
ステップＳ４において、ステップＳ３により参照エッジ画像Ｉａと計測エッジ画像Ｉｂが重ねられた状態で、画像処理装置２５により、画像処理用の二次元空間において、参照エッジ画像Ｉａと計測エッジ画像Ｉｂとの一致度が最も高くなる位置へ、計測エッジ画像Ｉｂと参照エッジ画像Ｉａを、回転軸Ｃ回りに互いに対して相対回転させることにより、計測エッジ画像Ｉｂと参照エッジ画像Ｉａとを整合させる。
図９の場合には、例えば計測エッジ画像Ｉｂを角度θ（図９（Ｄ）を参照）だけ回転させることにより、図９（Ｅ）のように計測エッジ画像Ｉｂと参照エッジ画像Ｉａとを整合させる。
【００４０】
ステップＳ４は、例えば、次の［数１］で表わされる相関値を用いて行われる。この相関値が大きいほど、参照エッジ画像Ｉａと計測エッジ画像Ｉｂとの一致度が高くなる。すなわち、ステップＳ４において、画像処理用の二次元空間において相関値が最も大きくなる位置へ、計測エッジ画像Ｉｂと参照エッジ画像Ｉａを、回転軸Ｃ回りに互いに対して相対回転させることにより、計測エッジ画像Ｉｂと参照エッジ画像Ｉａとを整合させる。図９の例では、図１０のように、ステップＳ４でθ度だけ回転させる時に、相関値が最も大きくなる。
【００４１】
【数１】
【００４２】
［数１］において、ＡｉとＢｉの添え字ｉは、画像処理用の二次元空間に存在する座標を示す。すなわち、当該二次元空間内に存在する座標がｎ個である場合に、ｉは、ｎ個の座標のうち、ｉ番目の座標を示す。
Ａｉは、ｉ番目の座標に、計測エッジ画像Ｉｂにおけるエッジが位置していれば、１であり、そうでなければ、０である。Ｂｉは、ｉ番目の座標に、参照エッジ画像Ｉａにおけるエッジが位置していれば、１であり、そうでなければ、０である。
【００４３】
ステップＳ５において、画像処理用の二次元空間において、ステップＳ３により計測エッジ画像Ｉｂと重ねられた参照エッジ画像Ｉａにおける既知の対象点Ｐｔの方向と、ステップＳ４で行った相対回転の量とに基づいて、ステップＳ２で回転体３を撮像した時における回転体３の対象点Ｐｔの方向を求める。
【００４４】
上述した本発明の実施形態によると、対象点Ｐｔの方向が既知である回転体３の参照エッジ画像Ｉａを予め用意し、その後、回転体３を、その軸方向一端側から回転軸Ｃ方向に撮像することにより回転体３の計測画像を取得するとともに、計測画像からエッジを抽出した計測エッジ画像Ｉｂを作成し、画像処理用の二次元空間において、相対回転により計測エッジ画像Ｉｂと参照エッジ画像Ｉａとを一致させ、参照エッジ画像Ｉａにおける既知である対象点Ｐｔの方向と相対回転量とに基づいて、計測画像を取得した時における回転体３の対象点Ｐｔの方向を求める。
従って、計測画像において、対象点Ｐｔとその背景とが互いに対して識別しにくい場合であっても、上述の相対回転により、対象点Ｐｔ近傍以外の回転体３のエッジ部分同士を一致させることにより、対象点Ｐｔの方向を求めることができる。
【００４５】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４６】
上述では、切削対象部１６は、六角ナットであったが、本発明はこれに限定されない。すなわち、切削対象部１６は、その外周面（すなわち、半径方向外端面）と回転体３の回転軸Ｃとの距離が、周方向位置に応じて異なっているものである。
【００４７】
また、対象点Ｐｔは、回転体３における認識可能な周方向位置であればよく、例えば、回転体３（好ましくは、切削対象部１６）の形状、回転体３に付された印や色などにより認識可能な周方向位置である。
【００４８】
本発明では、アンバランス修正のための切削により切削部分が全く存在しない回転体３に対して上述のステップＳ２を行ってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
３ 回転体、５ タービン翼、７ コンプレッサ翼、８ 回転シャフト、９ タービンハウジング、９ａ 排気穴、１０ 対象点方向計測装置、１１ 軸受、１３ 軸受ハウジング、１５ 支持体、１５ａ 排気穴、１６ 切削対象部分（ナット）、１６ａ 線分、１７ コンプレッサ羽根車、１７ａ コンプレッサ羽根車の先端部、１９ 把持装置、２０ 回転機械、２１ 軸方向端部、２３ カメラ、２５ 画像処理装置、２７ 光検出器、２９ 反射テープ、３１ 振動センサ、３３ 切削工具、３５ 線分、３７ 直線、Ｉａ 参照エッジ画像、Ｉｂ 計測画像、Ｃ 回転軸、Ｐｔ 対象点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体における対象点の方向を計測する回転体の対象点方向計測方法であって、
回転体は、回転機械に設けられ回転軸回りに回転駆動されるものであり、対象点は、回転軸から半径方向外側にずれた位置にあり、対象点の方向は、回転軸の位置から見たその方向であり、
（Ａ）対象点が特定方向を向いている回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像した画像からエッジを抽出したエッジ画像と同じエッジ形状の参照エッジ画像を作成し、
（Ｂ）回転体が、回転軸回りに回転可能に支持されており、かつ、該回転体の検出回転角が設定値となっている状態で、該回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像することにより回転体の計測画像を取得するとともに、計測画像からエッジを抽出した計測エッジ画像を作成し、
（Ｃ）画像処理用の二次元空間において、参照エッジ画像と計測エッジ画像とを、その中心同士が一致するように重ね、
（Ｄ）この状態で、参照エッジ画像と計測エッジ画像との一致度が最も高くなる位置へ、参照エッジ画像と計測エッジ画像を、前記中心回りに互いに対して相対回転させ、
（Ｅ）画像処理用の二次元空間において、前記（Ｃ）で計測エッジ画像と重ねられた参照エッジ画像における既知である対象点の特定方向と、前記（Ｄ）で行った相対回転の量とに基づいて、前記（Ｂ）で撮像を行った時における回転体の対象点の方向を求める、ことを特徴とする回転体の対象点方向計測方法。
【請求項２】
回転体における対象点の方向を計測する回転体の対象点方向計測装置であって、
回転体は、回転機械に設けられ回転軸回りに回転駆動されるものであり、対象点は、回転軸から半径方向外側にずれた位置にあり、対象点の方向は、回転軸の位置から見たその方向であり、
回転体が、回転軸回りに回転可能に支持されており、かつ、該回転体の検出回転角が設定値となっている状態で、該回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像することにより回転体の計測画像を取得するカメラと、
計測画像からエッジを抽出することにより計測エッジ画像を作成し、計測エッジ画像と参照エッジ画像とに基づいて対象点の方向を求める画像処理装置と、を備え、
参照エッジ画像は、対象点が特定方向を向いている回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像した画像からエッジを抽出したエッジ画像と同じエッジ形状を有し、
画像処理装置は、
（１）画像処理用の二次元空間において、参照エッジ画像と計測エッジ画像とを、その中心同士が一致するように重ね、
（２）この状態で、参照エッジ画像と計測エッジ画像との一致度が最も高くなる位置へ、参照エッジ画像と計測エッジ画像を、前記中心回りに互いに対して相対回転させ、
（３）画像処理用の二次元空間において、前記（１）で計測エッジ画像と重ねられた参照エッジ画像における既知である対象点の特定方向と、前記（２）で行った相対回転の量とに基づいて、計測画像を取得した時における回転体の対象点の方向を求める、ことを特徴とする回転体の対象点方向計測装置。
【請求項１】
回転体における対象点の方向を計測する回転体の対象点方向計測方法であって、
回転体は、回転機械に設けられ回転軸回りに回転駆動されるものであり、対象点は、回転軸から半径方向外側にずれた位置にあり、対象点の方向は、回転軸の位置から見たその方向であり、
（Ａ）対象点が特定方向を向いている回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像した画像からエッジを抽出したエッジ画像と同じエッジ形状の参照エッジ画像を作成し、
（Ｂ）回転体が、回転軸回りに回転可能に支持されており、かつ、該回転体の検出回転角が設定値となっている状態で、該回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像することにより回転体の計測画像を取得するとともに、計測画像からエッジを抽出した計測エッジ画像を作成し、
（Ｃ）画像処理用の二次元空間において、参照エッジ画像と計測エッジ画像とを、その中心同士が一致するように重ね、
（Ｄ）この状態で、参照エッジ画像と計測エッジ画像との一致度が最も高くなる位置へ、参照エッジ画像と計測エッジ画像を、前記中心回りに互いに対して相対回転させ、
（Ｅ）画像処理用の二次元空間において、前記（Ｃ）で計測エッジ画像と重ねられた参照エッジ画像における既知である対象点の特定方向と、前記（Ｄ）で行った相対回転の量とに基づいて、前記（Ｂ）で撮像を行った時における回転体の対象点の方向を求める、ことを特徴とする回転体の対象点方向計測方法。
【請求項２】
回転体における対象点の方向を計測する回転体の対象点方向計測装置であって、
回転体は、回転機械に設けられ回転軸回りに回転駆動されるものであり、対象点は、回転軸から半径方向外側にずれた位置にあり、対象点の方向は、回転軸の位置から見たその方向であり、
回転体が、回転軸回りに回転可能に支持されており、かつ、該回転体の検出回転角が設定値となっている状態で、該回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像することにより回転体の計測画像を取得するカメラと、
計測画像からエッジを抽出することにより計測エッジ画像を作成し、計測エッジ画像と参照エッジ画像とに基づいて対象点の方向を求める画像処理装置と、を備え、
参照エッジ画像は、対象点が特定方向を向いている回転体を、その軸方向一端側から回転軸方向に撮像した画像からエッジを抽出したエッジ画像と同じエッジ形状を有し、
画像処理装置は、
（１）画像処理用の二次元空間において、参照エッジ画像と計測エッジ画像とを、その中心同士が一致するように重ね、
（２）この状態で、参照エッジ画像と計測エッジ画像との一致度が最も高くなる位置へ、参照エッジ画像と計測エッジ画像を、前記中心回りに互いに対して相対回転させ、
（３）画像処理用の二次元空間において、前記（１）で計測エッジ画像と重ねられた参照エッジ画像における既知である対象点の特定方向と、前記（２）で行った相対回転の量とに基づいて、計測画像を取得した時における回転体の対象点の方向を求める、ことを特徴とする回転体の対象点方向計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−３６９１１（Ｐ２０１３−３６９１１Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４５２９（Ｐ２０１１−１７４５２９）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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