JP7147984B2 - 負荷検知装置、負荷検知方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、機械装置にかかる負荷の変化を検知するための、負荷検知装置、及び負荷検知方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムに関する。

空港監視用等の空中線装置、風力発電装置等のように、重量物が回転運動する構成を備えた機械装置は、重量物の回転運動の繰り返しによって、更には、風等の外力によって、大きな負荷を受けている。特に、空中線装置では、重量物である反射板が、その重心位置と回転中心とがずれた状態（偏心した状態）で、一定周期で回転運動するため、軸受け部分に非常に大きな負荷がかかる。

このため、このような機械装置においては、負荷によって構造部材が疲弊し、最終的には損壊する可能性があることから、正常な運用を維持するためには、機械装置にかかる負荷の状態を把握し、負荷の変化を検知することが重要となる。例えば、特許文献１は、機械装置が受ける負荷の変化を検知するシステムを開示している。

具体的には、特許文献１は、回転部材に取り付けられた第１の応力センサと、回転部材の軸受けに取り付けられた第２の応力センサと、制御装置とで構成されたシステムを開示している。特許文献１に開示されたシステムでは、制御装置は、第１の応力センサから検出された回転部材の応力と、第２の応力センサから検出された軸受けの応力とを比較し、比較結果に基づいて、回転に伴う応力を抽出する。更に、制御装置は、抽出した応力に基づいて、回転部材にかかる負荷の変化を検知する。

特開２００９－８５８９３号公報

ところで、特許文献１に開示されたシステムで使用される応力センサは、ひずみゲージとも呼ばれ、直接ひずみを測定し、測定したひずみから応力を検出する。しかしながら、ひずみゲージは、基本的に貼り付け方向に応じた１軸方向のひずみのみを測定可能である。一方で、上述した空中線装置のように、風等の外力の影響を四方八方から受け、負荷の方向が変わる場合には、応力の方向も変わる。そのため、ひずみゲージでは、負荷を受ける方向によっては、応力を検出することができなくなる場合がある。従って、負荷の方向に影響されることなく応力を検出することは困難となる。つまり、上記特許文献１に開示されたシステムでは、このような機械装置の負荷の状態を、負荷の方向に影響されることなく把握し、負荷の変化を検知・診断することは困難である。

本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、可動部分を有する機械装置において、様々な方向から負荷がかかるような状況においても、負荷の方向に影響されることなく、機械装置にかかる負荷の変化を検知し得る、負荷検知装置、負荷検知方法、及びプログラムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一側面における負荷検知装置は、可動部分を有する機械装置にかかる負荷の変化を検知するための装置であって、
前記機械装置の前記可動部分以外の部分を撮影する撮像装置から出力されてきた時系列画像に基づいて、前記機械装置の特定方向における変位を算出する、変位算出部と、
算出された前記変位の時系列変化と、予め所得されている基準時の時系列変化とを比較し、比較結果に基づいて、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、負荷検知部と、
を備えている、ことを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における負荷検知方法は、可動部分を有する機械装置にかかる負荷の変化を検知するための方法であって、
（ａ）前記機械装置の前記可動部分以外の部分を撮影する撮像装置から出力されてきた時系列画像に基づいて、前記機械装置の特定方向における変位を算出する、ステップと、
（ｂ）算出された前記変位の時系列変化と、予め所得されている基準時の時系列変化とを比較し、比較結果に基づいて、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、ステップと、
を有する、ことを特徴とする。

更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムは、コンピュータによって、可動部分を有する機械装置にかかる負荷の変化を検知するためのプログラムであって、
前記コンピュータに、
（ａ）前記機械装置の前記可動部分以外の部分を撮影する撮像装置から出力されてきた時系列画像に基づいて、前記機械装置の特定方向における変位を算出する、ステップと、
（ｂ）算出された前記変位の時系列変化と、予め所得されている基準時の時系列変化とを比較し、比較結果に基づいて、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、ステップと、
を実行させる、プログラム。

以上のように、本発明によれば、可動部分を有する機械装置において、様々な方向から負荷がかかるような状況においても、負荷の方向に影響されることなく、機械装置にかかる負荷の変化を検知することができる。

図１は、本発明の実施の形態における負荷検知装置の概略構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態における負荷検知装置の構成をより具体的に示すブロック図である。 図３は、対象物の計測対象領域を撮影した際に、ある点における撮像装置の撮像面上で観測される変位に含まれる成分を説明した図である。 図４は、計測対象領域を撮影した画像上の特定領域で観察される変位成分(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)の２次元空間分布（以下、変位分布とする）の様子を模擬的に示した図である。 図５（ａ）は、本発明の実施の形態において変位算出部によって算出された変位の時系列変化を示す図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す時系列変化に時間窓が設定された状態を示す図である。図５（ｃ）は、本発明の実施の形態で用いられる基準時の時系列変化を示す図である。 図６（ａ）は、偏心荷重の印加位置と揺動成分の振幅との関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、重りの質量（偏心荷重の大きさ）と揺動成分の振幅との関係を示すグラフである。 図７は、変位の時系列変化のピーク位置（位相）の変化を示す図である。 図８は、揺動成分の振幅と位相との関係を示す図である。 図９は、偏心荷重の印加位置が半径方向にずれた場合の変位の時系列変化の変動を示す図である。 図１０は、偏心荷重の印加位置が円周方向にずれた場合の変位の時系列変化の変動を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態における負荷検知装置の動作を示すフロー図である。 図１２は、本発明の実施の形態における負荷検知装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における、負荷検知装置、負荷検知方法、及びプログラムについて、図１～図１２を参照しながら説明する。

［装置構成］
最初に、図１を用いて、本発明の実施の形態における負荷検知装置の概略構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態における負荷検知装置の概略構成を示すブロック図である。

図１に示す、本実施の形態における負荷検知装置１０は、可動部分を有する機械装置にかかる負荷の変化を検知するための装置である。図１に示すように、負荷検知装置１０は、変位算出部１１と、負荷検知部１２とを備えている。

変位算出部１１は、機械装置の可動部分以外の部分を撮影する撮像装置から出力されてきた時系列画像に基づいて、機械装置の特定方向における変位を算出する。負荷検知部１２は、算出された変位の時系列変化と、予め所得されている基準時の時系列変化とを比較し、比較結果に基づいて、機械装置にかかる負荷を検知する。

このように、本実施の形態における負荷検知装置１０では、応力センサではなく時系列画像から、機械装置の微少な３次元変位が検出される。このため、負荷検知装置１０によれば、可動部分を有する機械装置において、様々な方向から負荷がかかるような状況においても、負荷の方向に影響されることなく機械装置にかかる負荷の状態を把握し、負荷の変化を検知することができる。

続いて、図２～図１０を用いて、本実施の形態における負荷検知装置１０の構成について、より具体的に説明する。図２は、本発明の実施の形態における負荷検知装置の構成をより具体的に示すブロック図である。

図２に示すように、まず、本実施の形態では、検知対象となる機械装置３０は、可動部分を有している。具体的には、図２の例では、機械装置３０は、レーダーアンテナ装置（空中線装置）であり、一定の周期で回転する回転部（指向性アンテナ）３１と、回転部３１を指示する支持部３２とを備えている。なお、以降においては、機械装置３０は、レーダーアンテナ装置３０とも表記し、回転部３１は、指向性アンテナ３１とも表記する。

また、図２に示すように、撮像装置２０は、指向性アンテナ３１の回転軸に垂直な方向から、支持部３２を撮影するように配置されている。撮像装置２０は、例えば、デジタルカメラであり、時系列画像として、設定されたフレームレートで、画像データを連続的に出力する。

更に、図２に示すように、本実施の形態では、負荷検知装置１０は、上述の変位算出部１１及び負荷検知部１２に加えて、異常判定部１３と、回転検出部１４とを備えている。異常判定部１３及び回転検出部１４の詳細については後述する。

変位算出部１１は、本実施の形態では、レーダーアンテナ装置３０の計測対象領域の時系列画像に基づいて、計測対象領域における、時系列画像の水平方向に相当する方向の変位と、時系列画像の垂直方向に相当する方向の変位と、撮像装置２０の光軸方向に相当する方向（時系列画像の法線方向に相当する方向）の変位とを算出する。また、本実施の形態では、指向性アンテナ３１の回転軸に相当する方向を時系列画像の垂直方向とする。この場合、時系列画像の水平方向に相当する方向と、撮像装置２０の光軸方向に相当する方向とが、指向性アンテナ３１の回転軸に垂直な方向となる。

なお、以降において、時系列画像の水平方向に相当する方向を「Ｘ方向」と表記し、時系列画像の垂直方向に相当する方向の変位を「Ｙ方向」と表記し、撮像装置の光軸方向に相当する方向（時系列画像の法線方向に相当する方向）を「Ｚ方向」と表記する。

具体的には、変位算出部１１は、まず、撮像装置２０から出力されてくる時系列画像のうちの任意の時刻のフレームを基準画像とし、それ以外を処理画像とする。そして、変位算出部１１は、基準画像内の任意の箇所（座標）に最も類似している処理画像における箇所（座標）を探索して、特定した箇所（座標）の変位を算出する。

類似している箇所の特定手法としては、例えば、ある箇所（座標）、およびその周辺の座標の輝度値を用いて、ＳＡＤ（Sum of Squared Difference）、ＳＳＤ（Sum of Absolute Difference）、ＮＣＣ（Normalized Cross-Correlation）、ＺＮＣＣ（Zero-means Normalized Cross-Correlation）等の類似度相関関数を用いて、最も相関が高い位置（座標）を探索する手法が挙げられる。

また、最も類似している箇所の特定は、最も相関が高い箇所（座標）と、その前後左右の位置（座標）における部分との類似度相関関数を利用し、直線フィッティング、曲線フィッティング、パラボラフィッティングなどの手法を適用することによっても行なうことができる。この場合は、より精度良く、サブピクセル精度で類似している領域の位置（座標）を算出できることになる。

また、変位算出部１１は、このような算出処理を、処理画像内の箇所毎に繰り返し実施することで、その処理画像における各箇所の変位を特定する。更に、変位算出部１１は、処理画像毎に、各箇所の変位を特定することで、レーダーアンテナ装置３０の計測対象領域における変位分布を取得する。

次いで、変位算出部１１は、算出した変位分布と、撮像装置２０の撮影情報とから、計測対象領域のＸ方向における変位△Ｘと、Ｙ方向における変位△Ｙと、Ｚ方向における変位△Ｚとを算出する。また、以降においては、変位△Ｘは、計測対象領域のＸ方向における移動量△Ｘとも表記する。変位△Ｙは、Ｙ方向における移動量△Ｙとも表記する。変位△Ｚは、Ｚ方向における移動量△Ｚとも表記する。撮影情報とは、少なくとも、撮像装置２０の固体撮像素子の１画素のサイズ、レンズの焦点距離、撮像装置２０から計測対象領域までの撮像距離（厳密にはレンズの主点から計測対象領域までの距離の事を指す）、撮影フレームレート、とを含む。

ここで、図３及び図４を用いて、変位算出部１１が算出した変位に、どのような変位の成分が含まれているかを説明する。図３は、対象物の計測対象領域を撮影した際に、ある点における撮像装置の撮像面上で観測される変位に含まれる成分を説明した図である。図３は、レーダーアンテナ装置３０が振動によって移動する前と後で、計測対象領域が各方向において移動量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）分だけ移動した状態を示している。

撮像装置２０の撮像面の中心、つまりレンズの光軸と撮像面との交点となる撮像中心にあたる点を原点とした座標系を考える。この座標系において、撮像装置２０の撮像面上の座標（ｉ，ｊ）の点Ａにおける観測される変位（δx_ij，δy_ij）について考える。なお、撮像装置２０の撮像面上の座標（ｉ，ｊ）は、撮影された画像上の座標に置き換えて考えてもよい。

図３の状態では、レーダーアンテナ装置３０の計測対象領域には、画面上の水平方向（Ｘ方向）、垂直方向（Ｙ方向）、及び法線方向（Ｚ方向）において、移動量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）が発生している。計測対象領域は、画面内の水平方向及び垂直方向（Ｘ，Ｙ方向）に移動した分（ΔＸ、ΔＹ）だけ、撮像装置２０の撮像面に対して平行に移動する。また、法線方向（Ｚ方向）に移動した分（△Ｚ）だけ撮像装置２０に近づく。そのため、撮像距離は移動量ΔＺだけ短くなる。

すると、図３に示すように、撮像装置２０の撮像面に対して水平方向（Ｘ方向）における計測対象領域の移動量△Ｘによって生じる変位δxとは別に、移動量ΔＺによる変位δzx_ijが生じる。同様に、撮像装置２０の撮像面には、画面に対して垂直方向（Ｙ方向）における撮像装置２０の移動量ΔＹによって生じる変位δyとは別に、移動量ΔＺによる変位δzy_ijも生じる。

また、レーダーアンテナ装置３０がなんらかの負荷を受けたことによって計測対象領域の表面に変形又は変位（ΔΔＸ_ij，ΔΔＹ_ij）が発生した場合、それに伴って撮像装置２０の撮像面には、表面変位成分（δδx_ij，δδy_ij）が生じる。

これらの変位成分は、重ね合わせとして観察される。この場合に、点Ａで観測される変位（δx_ij，δy_ij）は、後述の図４に示すように、以下の数１及び数２によって表すことができる。

ここで、レンズの主点から計測対象領域までの撮像距離をＬ、撮像装置２０のレンズ焦点距離をｆ、撮像中心からの座標を（ｉ，ｊ）とすると、レーダーアンテナ装置３０のＸＹ向の移動(Δx, Δy)に伴う変位成分(δx, δy)、Ｚ方向の移動(Δz)に伴う変位成分(δzx_ij,δzy_ij)は、それぞれ、下記の数３、数４で表される。

計測対象領域がすべて同じ３次元の動きをしていると仮定すると、上記の数３及び数４で示されるＸＹ方向の移動(Δｘ, Δｙ)に伴う変位成分(δx, δy)は、図３に示す点Ａの座標によらず一定であることがわかる。また、法線方向の移動(Δｚ)に伴う変位成分(δzx_ij ，δzy_ij)は、点Ａの座標が原点から離れるほど大きくなることがわかる。一方、計測対象領域の表面変位成分 (δδx_ij ，δδy_ij)は、点Ａの座標によらず、表面のひび割れなどの欠陥の位置などに応じて連続・不連続な変位の分布を示す。

図４は、計測対象領域を撮影した画像上の特定領域で観察される変位成分(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)の２次元空間分布（以下、変位分布とする）の様子を模擬的に示した図である。図４に示すように変位算出部１１が算出した特定領域の各座標の変位成分(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)を変位ベクトルとして表記する。この場合、変位ベクトルは、画面全体で一様な方向及び大きさで観察されるＸＹ方向の移動(Δｘ, Δｙ)に伴う変位成分(δx, δy)と、画面の撮像中心から放射状のベクトル群として観察されるＺ方向の移動(Δｚ)に伴う変位成分(δzx_ij ，δzy_ij)と、計測対象領域の表面の変形及び変位に伴う表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)との合成成分として表すことができる。

ＸＹ方向の移動(Δｘ, Δｙ)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)を算出する方法について考える。図４に示すように、ＸＹ方向の移動(Δｘ, Δｙ)に伴う変位成分(δx, δy)は、基本的にはオフセットのように画面全体で一様な方向及び大きさで観察される成分である。そこで、変位算出部１１が算出した変位分布から、撮像中心を中心とした特定領域の各座標において計測された変位成分を、変位の方向によってプラスマイナスを付加した変位ベクトルとして扱う。対象となる各座標における変位ベクトルを全て足し合わせ、平均を取る。これにより、ＸＹ方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)を算出できる。

本手法について、詳しく述べる。まず、図４に示すように、変位分布を変位ベクトル分として扱うと、面方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)と、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)と、表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)とが合成された変位ベクトル群が観察される。ここで、撮像中心を中心とした特定領域では、図４に示したように、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij，δzy_ij)は、放射状の変位ベクトルとして観察される。

ここで、表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)は、計測対象領域の表面の変形・変位を表す変位ベクトル成分である。一般的に、計測対象領域に対して直接応力がかからないような場合には、表面の変形は小さい。表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)は、面方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)と、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzxij ，δzyij)と比べると十分に小さいため、無視することができる。

また、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij，δzy_ij)は、撮像中心を中心とした特定領域の各座標（i,j）までの距離に比例した放射状の変位ベクトルとして観察される。そのため、撮像中心を中心とした特定領域の各画素の変位ベクトル成分を足し合わせると相互に打ち消しあう。

以上より、撮像中心を中心とした特定領域の各画素の変位ベクトル成分を足し合わせ、平均を算出することによって、ＸＹ方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)のみを算出することができる。

次に、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)を算出する方法について述べる。法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)のみが発生している状態を考える。そのベクトルの大きさＲ（i,j）は、計測対象領域の移動量Δzが計測対象領域内で一定であれば、下記の数５に示すように、撮像中心からの距離に比例した値となる。また、下記の数６に示すように比例定数をｋと置けば、数５は、数７のようにも表される。

一方、実際に、変位算出部１１によって算出された変位分布は、図４に示すように、合成ベクトル成分(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)（図４：超太実線の矢印）で構成されている。合成ベクトル成分(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)は、図４からもわかるとおり、Ｚ方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)（図３、図４：中実線の矢印）と、ＸＹ方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)（図３、図４：太実線の矢印）と、計測対象領域の表面の変形及び変位に伴う表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)（図３、図４：細実線の矢印）とを含んでいる。

この合成ベクトル成分(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)のうち、先に算出したＸＹ方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)を減算したものが、Ｚ方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)と、表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)との合成ベクトルに相当する。従って、ある座標(i,j)におけるＺ方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ijｊ)と表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)との合成ベクトルをR_mes(i ,j)とすると、これらは下記の数８のように表すことができ、この値は算出することができる。

先にも示した通り、表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)は、ＸＹ方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)、及びＺ方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)に比べると、十分に小さいとみなせる場合が多い。そのため、ここでは支配的な成分である面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)および法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)に着目して話を進める。この場合、上記数８は、数９として表せられる。

この場合、座標（ｉ，ｊ）におけるR_mes(i ,j)は、Ｚ方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)とほぼ等しいとして扱うことができる。このとき、Ｚ方向の移動量ΔＺを与えた時の変位ベクトル成分は、数６～数８のようにＲ（ｉ，ｊ）で表される。

このため、数９によって、変位算出部１１で算出した各座標における変位成分(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)と、面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)とから求められる変位ベクトルの大きさR_mes(i ,j)を用いて、Ｚ方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)による変位ベクトルの大きさR(i ,j)の拡大・縮小の割合を推定することが可能となる。具体的には、R(i ,j)の倍率は、下記の数１０に示す評価関数E(k)を最少にする比例定数kを求めることによって推定することができる。

従って、本実施の形態では、変位算出部１１は、上記の数１０に最小２乗法を適用して、比例定数ｋを算出する。なお、評価関数E(k)として、上記の数１０に示したR_mes(i ,j)とR(i ,j)との差の２乗和以外に、絶対値和、他の累乗和等が用いられていても良い。

そして、変位算出部１１は、算出した比例定数kを拡大・縮小の割合を示す定数として、上記数７に適用して、移動量ΔＺを算出する。

以上のように、変位算出部１１は、計測対象領域の３方向への移動量ΔＸ、ΔＹ、ΔＺを求めることができる。

また、変位算出部１１は、算出した計測対象領域の移動量ΔＸ、ΔＹ、ΔＺを用いて、さらに精度よく計測対象領域の移動量を算出することもできる。具体的には、算出した移動量ΔＺを、上記数４に代入して、法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)を算出する。更に、変位算出部１１によって変位分布として算出されている変位ベクトル(δｘ_ｉｊ，δｙ_ｉｊ)から、算出した法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)を減算することで、ＸＹ方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx’, δy’)を算出する（上記数1及び数２参照）。

なお、ここでも、表面変位成分(δδx_ij ，δδy_ij)は、面内方向の移動(Δx, Δy)に伴う変位ベクトル成分(δx, δy)および法線方向の移動(Δz)に伴う変位ベクトル成分(δzx_ij ，δzy_ij)に比べると、十分に小さいとみなせるという条件を使って算出する。

その後、変位算出部１１は、算出したＸＹ方向の移動量に伴う変位ベクトル成分(δx’, δy’)と、移動量Δｚとを、上記数３に代入することにより、計測対象領域のＸＹ向における移動量△x’及び△y’を算出する。このようにして算出された計測対象領域の面方向における移動量、△x’、及び△y’は、先に算出された移動量ΔＸ、及びΔＹよりも精度よく算出されている。

更に、算出された計測対象領域の３方向への移動量、△x’、△y’を用いて、再び上記数１０を適用してΔz’を算出し、３方向における計測対象領域の移動量△x’、△y’、Δz’を求めることも可能である。この値は、移動量ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ、および△x’、△y’、Δzとして算出した時よりも精度よく算出されている。上記の処理は、あらかじめ定められた回数分繰り返えされても良い、一定の値域に収束するまで繰り返えされても良い。

また、変位算出部１１によって算出された計測対象領域のＸＹ方向における移動量△Ｘ及び△Ｙと、計測対象領域のＺ方向における移動量△Ｚとは、それぞれ、時系列画像を撮影した撮影毎に得られる。このようにして得られた方向毎の（移動量）は、各方向における変位の時系列変化を表しており、撮影の時間間隔をサンプリング間隔とした振動情報として扱うことができる。

回転検出部１４は、レーダーアンテナ装置３０における回転運動を検出する。具体的には、回転検出部１４は、変位算出部１１によって算出された変位の情報に基づいて、又は物理的なデバイスからの信号に基づいて、回転運動を検出する。「変位の情報」は、変位算出部１１によって算出された、方向毎の変位の値である。また、本実施の形態では、回転検出部１４は、指向性アンテナ３１が回転中に特定の位置となると、そのことを検出して、検出信号を出力し、これを負荷検知部１２に入力する。

各方向の変位の情報に基づいて回転運動が検出される場合は、回転検出部１４は、まず、指向性アンテナ３１が特定の位置となった時点で変位算出部１１によって算出された、方向毎の変位の値を記録する。続いて、回転検出部１４は、指向性アンテナ３１が回転状態にあるときに、変位算出部１１によって算出される方向毎の変位の各値を監視し、その値が、記録されている値に最も近くなったかどうかを判定する。具体的には、回転検出部１４は、方向毎の変位の各値に対して、最小二乗法を適用することによって、各値が、記録されている値に最も近くなったかどうかを判定する。

そして、回転検出部１４は、方向毎の変位の各値が、記録されている値に最も近いと判定した場合は、その判定のタイミングで、負荷検知部１２に信号を出力する。このとき出力される信号が、上述の検出信号となる。

また「物理的なデバイス」としては、センサ、スイッチ等が挙げられる。物理的なデバイスからの信号に基づいて回転運動が検出される場合は、例えば、図２に示すように、レーダーアンテナ装置３０の支持部３２に、センサ４０が取り付けられる。センサ４０は、指向性アンテナ３１が特定の位置となると、そのことを検知して検出信号を出力する。そして、回転検出部１４は、センサ４０から出力されてきた信号を受信すると、受信したタイミングで、負荷検知部１２に信号を出力する。このとき出力される信号も、上述の検出信号となる。

負荷検知部１２は、本実施の形態では、まず、変位算出部１１によって方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）毎に算出された変位の時系列変化に対して、回転検出部１４によって検出された回転運動に基づいて、時間窓を設定する。続いて、負荷検知部１２は、各方向について、設定した時間窓毎に、変位算出部１１によって算出された変位の時系列変化と、基準時の時系列変化とを比較して、機械装置にかかる負荷を検知する。

具体的には、負荷検知部１２は、指向性アンテナ３１が特定の位置となり、センサ４０から検出信号が出力されてきた場合は、この検出信号をトリガとして、時間窓の終点と、次の時間窓の開始点とを設定する。これにより、時間窓は、指向性アンテナ３１の回転周期に合わせて設定されることになる。また、終点及び開始点の設定は、検出信号が出力される度に行われても良いし、検出信号が特定回数出力される度に行われても良い。

また、本実施の形態では、レーダーアンテナ装置３０において、指向性アンテナ３１は、その重心と回転軸とがずれた状態で回転している。つまり、指向性アンテナ３１が偏心している状態で回転することで、その重心の位置、重量、及び回転速度に応じて、指向性アンテナ３１に負荷が作用し、揺動が発生している。このため、負荷検知部１２は、この揺動の成分に着目し、設定した時間窓毎に、変位の時系列変化と、基準時の時系列変化とを比較して、振幅及び位相の相違を抽出し、抽出した相違に基づいて、レーダーアンテナ装置３０にかかる負荷を検知することもできる。

ここで、図５を用いて、変位の時系列変化について説明する。図５（ａ）は、本発明の実施の形態において変位算出部によって算出された変位の時系列変化を示す図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す時系列変化に時間窓が設定された状態を示す図である。図５（ｃ）は、本発明の実施の形態で用いられる基準時の時系列変化を示す図である。図５（ａ）～（ｃ）では、時系列画像の水平方向に相当するＸ方向における変位の時系列変化が示されており、縦軸が変位、横軸が時間を表している。

図５に示すように、変位は、指向性アンテナ３１の回転周期に合わせて変動している。また、時間窓は、指向性アンテナ３１の回転周期によって設定されており、１つの時間窓の長さは、指向性アンテナ３１が一回転するのにかかる時間となる。負荷検知部１２は、図３（ｂ）に示す一回転分の変位の時系列変化と、図３（ｃ）に示す基準時の時系列変化とを比較して負荷の変化を検知する。

続いて、図６～図１０を用いて、負荷検知部１２による負荷の変化の検知処理について説明する。また、以下の説明では、偏心している状態で回転する指向性アンテナの代わりに、偏心荷重の印加位置（回転中心からの距離）を３段階（０ｍｍ（偏心無）、５０ｍｍ、１５０ｍｍ）に変化させることができる重りを載せた回転台（ペデスタル）の挙動を用いて説明する。支持部となる回転台部を計測対象領域として設定し、重りの回転に応じて回転台部に生じるわずかな動きを計測した結果を以下に示す。

図６（ａ）は、偏心荷重の印加位置と揺動成分の振幅との関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、重りの質量（偏心荷重の大きさ）と揺動成分の振幅との関係を示すグラフである。一般に、偏心状態で回転が発生すると、半径方向に働く遠心力によって、揺動が発生する。そして、遠心力は、「質量×半径×（角速度）^２」で算出される。従って、図６（ａ）に示すように、偏心荷重の印加位置が大きくなる程、揺動成分の振幅は大きくなる。また、図６（ｂ）に示すように、重りの質量（偏心荷重の大きさ）が大きくなる程、この場合も揺動成分の振幅は大きくなる。また、揺動成分は、風等の外力による影響を受けて変化する。

図７は、変位の時系列変化のピーク位置（位相）の変化を示す図である。図７に示すように、トリガ位置と重りとの関係が変化すると、画像処理によって得られた変位の時系列変化の位相は変化する。具体的には、図７中の上図と下図とでは、偏心荷重の印加位置は９０度異なっている。従って、下図では、トリガ位置に対する揺動成分の振幅のピーク位置が、上図に比べて約１．２秒シフトしている。つまり、図７の例では、回転の１周期は４．６６秒であることから、約９０度度分の位相シフトが発生していることになる。図７から分かるように、重りの位置が円周方向において変化すると、変位の時系列変化の位相が変化する。

図８は、揺動成分の振幅と位相との関係を示す図である。図８において、縦軸及び横軸は、揺動成分の振幅、即ち、半径方向に働く力の大きさ(遠心力＋その他の外力)を示している。また、図８において、●印は、偏心荷重の印加位置それぞれにおける振幅のピークを示している。そして、●から円の中心までを結ぶ線と、トリガ位置から円の中心までを結ぶ線とのなす角度θは、ピークの位相を示し、言い換えると、半径方向に働く力のタイミングのずれを示している。また、角度θは、指向性アンテナ３１がトリガ位置にあるときから振幅がピークとなるまでにかかる時間に比例する。図８からは、偏心荷重の印加位置が変わったり、外力の大きさが変わったりすると、振幅のピークの発生位置が変わることが分かる。

レーダーアンテナ装置３０では、機械部品の摩耗、変形等によって、指向性アンテナ３１の回転中心がわずかにずれ、回転軸や重心位置の変化が発生する可能性がある。本手法では、そのような摩耗や変形が発生した場合には、偏心荷重の印加位置が半径方向及び円周方向に変化することになる。従って、レーダーアンテナ装置３０においても、図６～図８に示した変化が観察され、負荷の状態及び変化を検知することができる。また、この場合、変位の時系列変化は、図９及び図１０に示すように変化する。図９は、偏心荷重の印加位置が半径方向にずれた場合の変位の時系列変化の変動を示す図である。図１０は、偏心荷重の印加位置が円周方向にずれた場合の変位の時系列変化の変動を示す図である。

従って、負荷検知部１２は、変位の時系列変化と、基準時の時系列変化とを比較して、図７に示す結果が得られた場合は、例えば、レーダーアンテナ装置３０において、回転軸を偏心させる負荷を検知することとなる。また、負荷検知部１２は、変位の時系列変化と、基準時の時系列変化とを比較して、図８に示す結果が得られた場合は、例えば、回転軸を捻る負荷（風等の外力）を検知する。

異常判定部１３は、検知された負荷に基づいて、レーダーアンテナ装置３０に異常が発生しているかどうかを判定する。具体的には、異常判定部１３は、例えば、変位の時系列変化と基準時の時系列変化とを比較したときの、振動のピークの差分及び位相差の差分のいずれか又は両方が閾値以上となる場合に、レーダーアンテナ装置３０に異常が発生していると判定する。

［装置動作］
次に、本実施の形態における負荷検知装置１０の動作について図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の実施の形態における負荷検知装置の動作を示すフロー図である。以下の説明においては、適宜図１～図１０を参酌する。また、本実施の形態では、負荷検知装置を動作させることによって、負荷検知方法が実施される。よって、本実施の形態における負荷検知方法の説明は、以下の負荷検知装置１０の動作説明に代える。

図１１に示すように、最初に、変位算出部１１は、撮像装置２０から出力されてきている、レーダーアンテナ装置３０の計測対象領域を撮影した時系列画像の画像データを取得する（ステップＡ１）。次に、変位算出部１１は、時系列画像の画像データを用いて、Ｘ、Ｙ、Ｚそれぞれの方向毎に、画像内の計測対象領域における変位分布を算出する（ステップＡ２）。

次に、変位算出部１１は、ステップＡ２で算出された各方向における変位分布と撮影情報とに基づいて、Ｘ、Ｙ、Ｚそれぞれの方向毎に、移動量（△Ｘ、△Ｙ、△Ｚ）を算出する（ステップＡ３）。これにより、各方向における変位の時系列変化が得られる。

次に、負荷検知部１２は、ステップＡ３で得られた各方向における変位の時系列変化に対して、回転検出部１４から出力されてきた検出信号をトリガとして、時間窓を設定する（ステップＡ４）。次いで、負荷検知部１２は、設定した時間窓で区切った各波形と、基準時の時系列変化とを比較して、レーダーアンテナ装置３０における負荷の変化を検知する（ステップＡ５）。

次に、異常判定部１３は、ステップＡ５検知された負荷の変化に基づいて、レーダーアンテナ装置３０に異常が発生しているかどうかを判定し、判定結果を出力する（ステップＡ６）。

ステップＡ６の実行により、負荷検知装置１０における処理は一旦終了するが、その後、ステップＡ１が再度実行される。即ち、本実施の形態では、ステップＡ１～Ａ６は、繰り返し実行される。

［実施の形態における効果］
以上のように本実施の形態によれば、時系列画像から算出された機械装置３０の微少な揺動成分が検出され、この揺動成分の時系列変化に基づいて、機械装置３０における負荷の変化が検知される。このため、応力が比較的長い周期で変動する場合であっても、機械装置３０における負荷の変化を検知することができる。また、機械装置３０、及び機械装置３０が設置されている鉄塔などの構造物に、風等の外力が四方八方から作用する場合にも、揺動成分が変化する。そのため、このような場合にも、同様の計測手法によって負荷の方向に影響されることなく、風等の外力による負荷の発生及び負荷の変化を検出することも可能となる。また、本実施の形態では、負荷の変化に基づいて異常判定も行われるため、機械装置３０の管理者における負担が大きく低減される。

［変形例］
続いて、本実施の形態における変形例について以下に説明する。上述した実施の形態では、変位算出部１１は、変位分布から、各方向の変位を算出しているが、本変形例では、変位分布を算出することなく、各方向の変位が算出される。

具体的には、変位算出部１１は、まず、処理画像と基準画像とを対比して照合し、処理画像毎に、最も基準画像との照合度合の高い領域の位置を特定する。また、変位算出部１１は、特定した位置を、Ｘ方向における変位ｄ１ｘ、Ｙ方向における変位ｄ１ｙとして算出する。本変形例１でも、最も照合度合いの高い対象領域の探索手法としては、上述した、ＳＡＤ、ＳＳＤ、ＮＣＣ、ＺＮＣＣ等の類似度相関関数を用いて、最も相関が高い位置（座標）を探索する手法が挙げられる。また、最も照合度合いの高い領域の探索手法としては、フィッティングを用いることもできる。

変位算出部１１は、更に、Ｚ方向の変位ｄ１ｚを算出するため、基準画像を予め定められた倍率で拡大及び縮小することによって画像群（以下「基準画像群」と表記する）を作成する。このとき、変位算出部１１は、先に算出したＸＹ方向における変位（ｄ１ｘ、ｄ１ｙ）に基づいて、基準画像の拡大画像及び縮小画像の中心位置を設定して、基準画像群を作成する。

続いて、変位算出部１１は、処理画像毎に、拡大画像及び縮小画像に照合し、最も照合度合の高い拡大画像又は縮小画像を特定する。照合度合の高い画像の特定は、例えば、ＳＡＤ、ＳＳＤ、ＮＣＣ、ＺＮＣＣ等の先に述べた類似度相関関数を用いて行なうことができる。そして、変位算出部１１は、基準画像群を構成する画像の中から最も類似度が高い画像、即ち、相関が高い画像を特定し、特定した画像の拡大率又は縮小率（以下「倍率」と表記する）を、特定領域の法線方向の変位を示す量（ｄ１ｚ）として算出する。

また、変位算出部１１は、最も照合度合が高い画像を特定した後、基準画像群の中から、特定した画像の前後の倍率の画像を選択し、特定した画像と選択した画像との類似度相関関数を算出する。そして、変位算出部１１は、算出した類似度相関関数を用いて、直線フィッティング、曲線フィッティングなどの手法を適用して、法線方向の変位を示す量（ｄ１ｚ）となる倍率を算出することもできる。これにより、より精度良く、法線方向の変位を示す量として、倍率（ｄ１ｚ）を算出できることになる。このようにして処理画像毎のＸＹ方向の変位（ｄ１ｘ、ｄ１ｙ）、およびＺ方向の変位を示す量として倍率（ｄ１ｚ）を算出する。

また、変位算出部１１は、変位の精度を高めるため、上述の処理を複数回実行することができる。具体的には、変位算出部１１は、先に算出した倍率ｄ１ｚの影響を考慮して、基準画像群を構成する画像の中から、倍率ｄ１ｚに対応する画像を選択し、選択した画像を新たな基準画像とする。次いで、変位算出部１１は、処理画像と新たな基準画像とを対比して、処理画像において、新たな基準画像に最も類似している類似箇所を特定し、その位置を求めて、類似箇所の変位（ｄ２ｘ、ｄ２ｙ）を検出する。

次いで、変位算出部１１は、新たに検出した変位（ｄ２ｘ、ｄ２ｙ）に基づいて、基準画像群を構成する各画像の拡大又は縮小の中心位置を設定し、新たな基準画像群を作成する。そして、変位算出部１１は、処理画像と新たな基準画像群を構成する各画像との類似度を算出し、新たな基準画像群を構成する画像の中から最も類似度が高い画像を特定する。その後、変位算出部１１は、特定した画像の倍率を、特定領域の法線方向の変位を示す量（ｄ２ｚ）として算出する。

このように、１回目の処理では、Ｚ方向の変位を示す倍率であるｄ１ｚが考慮されていない状態で、変位（ｄ１ｘ、ｄ１ｙ）が算出されているのに対して、２回目の処理では、倍率ｄ１ｚが考慮された状態で、変位（ｄ２ｘ、ｄ２ｙ）が算出される。このため、２回目の処理で算出された変位（ｄ２ｘ、ｄ２ｙ）の方が、１回目に算出された変位に比べて、高い精度で算出されている。また、同様な処理を複数回実行する場合は、変位の精度がより向上することになる。

なお、上述の例では、処理の繰り返し回数は２回であるが、特に限定されるものではない。繰り返しの回数は、予め設定された回数であっても良いし、結果に応じて適宜設定されても良い。また、算出された変位の値が閾値に到達するまで繰り返される態様であっても良い。

また、以降の説明では、ある処理画像において最終的に得られる変位は、変位（ｄｎｘ、ｄｎｙ）と、法線方向の変位を示す量である倍率（ｄｎｚ）とで表される。時系列画像に対して同様に変位を算出した結果は、時間変化する値として扱うことができるため、変位（ｄｎｘ（ｔ）、ｄｎｙ（ｔ））、および倍率（ｄｎｚ（ｔ））と表記する。

また、上記のＸＹ方向における変位（ｄｎｘ（ｔ）、ｄｎｙ（ｔ））は、ピクセル単位で算出されている。従って、変位算出部１１は、下記の数１１及び数１２に示すように、Ｘ方向及びＹ方向それぞれにおける撮像装置２０の撮像素子の１ピクセル当たりの長さ（Ｄｘ、Ｄｙ）［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］を用いて、Ｘ方向及びＹ方向それぞれにおける変位（△ｘ、△ｙ）［ｍｍ］を算出する。また、撮像素子の１ピクセル当たりの長さ（Ｄｘ、Ｄｙ）［ｍｍ／ｐｉｘｅｌ］は、撮像素子の画素ピッチ（ｐｘ、ｐｙ）［ｍｍ］と、レンズの焦点距離ｆ［ｍｍ］と、レンズの主点から計測対象領域までの距離Ｌ［ｍｍ］とを用いて、下記の数１３及び数１４から算出できる。

また、Ｚ方向における変位は、倍率として算出されている。従って、変位算出部１１は、下記の数１５に示すように、撮像素子の主点から特定領域までの距離Ｌ［ｍｍ］を用いて、Ｚ方向（法線方向）における変位△ｚ［ｍｍ］を算出する。

また、このようにして得られた計測対象領域の変位（△ｘ、△ｙ、△ｚ）は、時系列画像を撮影したフレーム毎に得られている。よって、時系列画像毎に得られた各変位は、撮影フレームレートの逆数をサンプリング間隔とした計測対象領域の振動成分を表している。

［プログラム］
本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータに、図１１に示すステップＡ１～Ａ６を実行させるプログラムであれば良い。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態における負荷検知装置１０と負荷検知方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのプロセッサは、変位算出部１１、負荷検知部１２、及び異常判定部１３として機能し、処理を行なう。

また、本実施の形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されても良い。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、変位算出部１１、負荷検知部１２、及び異常判定部１３のいずれかとして機能しても良い。

ここで、本実施の形態におけるプログラムを実行することによって、負荷検知装置１０を実現するコンピュータについて図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の実施の形態における負荷検知装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。

図１２に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、入力インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６と、通信インターフェイス１１７とを備える。これらの各部は、バス１２１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。また、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１に加えて、又はＣＰＵ１１１に代えて、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を備えていても良い。

ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、本実施の形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶装置である。また、本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１２０に格納された状態で提供される。なお、本実施の形態におけるプログラムは、通信インターフェイス１１７を介して接続されたインターネット上で流通するものであっても良い。

また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置が挙げられる。入力インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、キーボード及びマウスといった入力機器１１８との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１５は、ディスプレイ装置１１９と接続され、ディスプレイ装置１１９での表示を制御する。

データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１２０との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１２０からのプログラムの読み出し、及びコンピュータ１１０における処理結果の記録媒体１２０への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１７は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。

また、記録媒体１２０の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記録媒体、又はＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体が挙げられる。

なお、本実施の形態における負荷検知装置１０は、プログラムがインストールされたコンピュータではなく、各部に対応したハードウェアを用いることによっても実現可能である。更に、負荷検知装置１０は、一部がプログラムで実現され、残りの部分がハードウェアで実現されていてもよい。

上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する（付記１）～（付記２１）によって表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。

（付記１）
可動部分を有する機械装置にかかる負荷の変化を検知するための装置であって、
前記機械装置の前記可動部分以外の部分を撮影する撮像装置から出力されてきた時系列画像に基づいて、前記機械装置の特定方向における変位を算出する、変位算出部と、
算出された前記変位の時系列変化と、予め所得されている基準時の時系列変化とを比較し、比較結果に基づいて、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、負荷検知部と、
を備えている、ことを特徴とする負荷検知装置。

（付記２）
付記１に記載の負荷検知装置であって、
前記機械装置が、一定の周期で回転する回転部と、前記回転部を支持する支持部とを備え、且つ、前記撮像装置が、前記回転部の回転軸に垂直な方向から、前記支持部を撮影している、
ことを特徴とする負荷検知装置。

（付記３）
付記２に記載の負荷検知装置であって、
前記変位算出部が、前記回転軸に垂直な方向と、前記回転軸に垂直な方向に垂直に交わり、且つ、互いに垂直に交わる２つの方向との、３方向において、前記変位を算出し、
前記負荷検知部が、前記３方向において前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、
ことを特徴とする負荷検知装置。

（付記４）
付記２または３に記載の負荷検知装置であって、
前記負荷検知部が、算出された前記変位の時系列変化に対して、前記周期毎に時間窓を設定し、設定した前記時間窓毎に、算出された前記変位の時系列変化と、前記基準時の時系列変化とを比較して、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、
ことを特徴とする負荷検知装置。

（付記５）
付記４のいずれかに記載の負荷検知装置であって、
前記機械装置の前記回転部が、その重心と回転軸とがずれた状態で回転している場合において、
前記負荷検知部が、設定した前記時間窓毎に、算出された前記変位の時系列変化と、前記基準時の時系列変化とを比較して、振幅及び位相の相違を抽出し、抽出した前記相違に基づいて、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、
ことを特徴とする負荷検知装置。

（付記６）
付記４または５に記載の負荷検知装置であって、
前記機械装置における回転運動を検出する、回転検出部を更に備え、
前記負荷検知部は、前記回転検出部によって検出された回転運動に基づいて、前記周期毎に時間窓を設定する、
ことを特徴とする、負荷検知装置。

（付記７）
付記１～６のいずれかに記載の負荷検知装置であって、
検知された前記負荷に基づいて、前記機械装置に異常が発生しているかどうかを判定する、異常判定部を更に備えている、
ことを特徴とする負荷検知装置。

（付記８）
可動部分を有する機械装置にかかる負荷の変化を検知するための方法であって、
（ａ）前記機械装置の前記可動部分以外の部分を撮影する撮像装置から出力されてきた時系列画像に基づいて、前記機械装置の特定方向における変位を算出する、ステップと、
（ｂ）算出された前記変位の時系列変化と、予め所得されている基準時の時系列変化とを比較し、比較結果に基づいて、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、ステップと、
を有する、ことを特徴とする負荷検知方法。

（付記９）
付記８に記載の負荷検知方法であって、
前記機械装置が、一定の周期で回転する回転部と、前記回転部を支持する支持部とを備え、且つ、前記撮像装置が、前記回転部の回転軸に垂直な方向から、前記支持部を撮影している、
ことを特徴とする負荷検知方法。

（付記１０）
付記９に記載の負荷検知方法であって、
前記（ａ）のステップにおいて、前記回転軸に垂直な方向と、前記回転軸に垂直な方向に垂直に交わり、且つ、互いに垂直に交わる２つの方向との、３方向において、前記変位を算出し、
前記（ｂ）のステップにおいて、前記３方向において前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、
ことを特徴とする負荷検知方法。

（付記１１）
付記９または１０に記載の負荷検知方法であって、
前記（ｂ）のステップにおいて、算出された前記変位の時系列変化に対して、前記周期毎に時間窓を設定し、設定した前記時間窓毎に、算出された前記変位の時系列変化と、前記基準時の時系列変化とを比較して、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、
ことを特徴とする負荷検知方法。

（付記１２）
付記１１に記載の負荷検知方法であって、
前記機械装置の前記回転部が、その重心と回転軸とがずれた状態で回転している場合において、
前記（ｂ）のステップにおいて、設定した前記時間窓毎に、算出された前記変位の時系列変化と、前記基準時の時系列変化とを比較して、振幅及び位相の相違を抽出し、抽出した前記相違に基づいて、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、
ことを特徴とする負荷検知方法。

（付記１３）
付記１１または１２に記載の負荷検知方法であって、
（ｃ）前記機械装置における回転運動を検出する、ステップを更に有し、
前記（ｂ）において、前記（ｃ）によって検出された回転運動に基づいて、前記周期毎に時間窓を設定する、
ことを特徴とする、負荷検知方法。

（付記１４）
付記８～１３のいずれかに記載の負荷検知方法であって、
（ｄ）検知された前記負荷に基づいて、前記機械装置に異常が発生しているかどうかを判定する、ステップを更に有している、
ことを特徴とする負荷検知方法。

（付記１５）
コンピュータによって、可動部分を有する機械装置にかかる負荷の変化を検知するためのプログラムであって、
前記コンピュータに、
（ａ）前記機械装置の前記可動部分以外の部分を撮影する撮像装置から出力されてきた時系列画像に基づいて、前記機械装置の特定方向における変位を算出する、ステップと、
（ｂ）算出された前記変位の時系列変化と、予め所得されている基準時の時系列変化とを比較し、比較結果に基づいて、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、ステップと、
を実行させる、プログラム。

（付記１６）
付記１５に記載のプログラムであって、
前記機械装置が、一定の周期で回転する回転部と、前記回転部を支持する支持部とを備え、且つ、前記撮像装置が、前記回転部の回転軸に垂直な方向から、前記支持部を撮影している、
ことを特徴とするプログラム。

（付記１７）
付記１６に記載のプログラムであって、
前記（ａ）のステップにおいて、前記回転軸に垂直な方向と、前記回転軸に垂直な方向に垂直に交わり、且つ、互いに垂直に交わる２つの方向との、３方向において、前記変位を算出し、
前記（ｂ）のステップにおいて、前記３方向において前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、
ことを特徴とするプログラム。

（付記１８）
付記１６または１７に記載のプログラムであって、
前記（ｂ）のステップにおいて、算出された前記変位の時系列変化に対して、前記周期毎に時間窓を設定し、設定した前記時間窓毎に、算出された前記変位の時系列変化と、前記基準時の時系列変化とを比較して、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、
ことを特徴とするプログラム。

（付記１９）
付記１８に記載のプログラムであって、
前記機械装置の前記回転部が、その重心と回転軸とがずれた状態で回転している場合において、
前記（ｂ）のステップにおいて、設定した前記時間窓毎に、算出された前記変位の時系列変化と、前記基準時の時系列変化とを比較して、振幅及び位相の相違を抽出し、抽出した前記相違に基づいて、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、
ことを特徴とするプログラム。

（付記２０）
付記１８または１９に記載のプログラムであって、
前記コンピュータに、
（ｃ）前記機械装置における回転運動を検出する、ステップを更に実行させ、
前記（ｂ）のステップにおいて、前記（ｃ）のステップによって検出された回転運動に基づいて、前記周期毎に時間窓を設定する、
ことを特徴とするプログラム。

（付記２１）
付記１５～２０のいずれかに記載のプログラムであって、
前記コンピュータに、
（ｄ）検知された前記負荷に基づいて、前記機械装置に異常が発生しているかどうかを判定する、ステップを更に実行させる、
ことを特徴とするプログラム。

以上のように、本発明によれば、可動部分を有する機械装置において、回転周期に影響されることなく、機械装置にかかる負荷の変化を検知することができる。本発明は、レーダーアンテナ装置、風力発電装置等の各種機械装置に有用である。

１０ 負荷検知装置
１１ 変位算出部
１２ 負荷検知部
１３ 異常判定部
１４ 回転検出部
２０ 撮像装置
３０ 機械装置（レーダーアンテナ装置）
３１ 指向性アンテナ
３２ 支持部
４０ センサ
１１０ コンピュータ
１１１ ＣＰＵ
１１２ メインメモリ
１１３ 記憶装置
１１４ 入力インターフェイス
１１５ 表示コントローラ
１１６ データリーダ／ライタ
１１７ 通信インターフェイス
１１８ 入力機器
１１９ ディスプレイ装置
１２０ 記録媒体
１２１ バス

Claims (7)

1. 可動部分を有する機械装置にかかる負荷の変化を検知するための装置であって、
   前記機械装置の前記可動部分以外の部分を撮影する撮像装置から出力されてきた時系列画像に基づいて、前記機械装置の特定方向における変位を算出する、変位算出手段と、
   算出された前記変位の時系列変化と、予め所得されている基準時の時系列変化とを比較し、比較結果に基づいて、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、負荷検知手段と、
   を備え、
   前記機械装置が、一定の周期で回転する回転部と、前記回転部を支持する支持部とを備え、且つ、前記撮像装置が、前記回転部の回転軸に垂直な方向から、前記支持部を撮影しており、
   前記負荷検知手段が、算出された前記変位の時系列変化に対して、前記周期毎に時間窓を設定し、設定した前記時間窓毎に、算出された前記変位の時系列変化と、前記基準時の時系列変化とを比較して、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、
   ことを特徴とする負荷検知装置。
2. 請求項１に記載の負荷検知装置であって、
   前記変位算出手段が、前記回転軸に垂直な方向と、前記回転軸に垂直な方向に垂直に交わり、且つ、互いに垂直に交わる２つの方向との、３方向において、前記変位を算出し、
   前記負荷検知手段が、前記３方向において前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、
   ことを特徴とする負荷検知装置。
3. 請求項１に記載の負荷検知装置であって、
   前記機械装置の前記回転部が、その重心と回転軸とがずれた状態で回転している場合において、
   前記負荷検知手段が、設定した前記時間窓毎に、算出された前記変位の時系列変化と、前記基準時の時系列変化とを比較して、振幅及び位相の相違を抽出し、抽出した前記相違に基づいて、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、
   ことを特徴とする負荷検知装置。
4. 請求項１または３に記載の負荷検知装置であって、
   前記機械装置における回転運動を検出する、回転検出手段を更に備え、
   前記負荷検知手段は、前記回転検出手段によって検出された回転運動に基づいて、前記周期毎に時間窓を設定する、
   ことを特徴とする、負荷検知装置。
5. 請求項１～４のいずれかに記載の負荷検知装置であって、
   検知された前記負荷に基づいて、前記機械装置に異常が発生しているかどうかを判定する、異常判定手段を更に備えている、
   ことを特徴とする負荷検知装置。
6. 可動部分を有する機械装置にかかる負荷の変化を検知するための方法であって、
   （ａ）前記機械装置の前記可動部分以外の部分を撮影する撮像装置から出力されてきた時系列画像に基づいて、前記機械装置の特定方向における変位を算出し、
   （ｂ）算出された前記変位の時系列変化と、予め所得されている基準時の時系列変化とを比較し、比較結果に基づいて、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知し、
   前記機械装置が、一定の周期で回転する回転部と、前記回転部を支持する支持部とを備え、且つ、前記撮像装置が、前記回転部の回転軸に垂直な方向から、前記支持部を撮影しており、
   前記（ｂ）において、算出された前記変位の時系列変化に対して、前記周期毎に時間窓を設定し、設定した前記時間窓毎に、算出された前記変位の時系列変化と、前記基準時の時系列変化とを比較して、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、
   ことを特徴とする負荷検知方法。
7. コンピュータによって、可動部分を有する機械装置にかかる負荷の変化を検知するためのプログラムであって、
   前記コンピュータに、
   （ａ）前記機械装置の前記可動部分以外の部分を撮影する撮像装置から出力されてきた時系列画像に基づいて、前記機械装置の特定方向における変位を算出する、ステップと、
   （ｂ）算出された前記変位の時系列変化と、予め所得されている基準時の時系列変化とを比較し、比較結果に基づいて、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知する、ステップと、
   を実行させ、
   前記機械装置が、一定の周期で回転する回転部と、前記回転部を支持する支持部とを備え、且つ、前記撮像装置が、前記回転部の回転軸に垂直な方向から、前記支持部を撮影しており、
   前記（ｂ）のステップにおいて、算出された前記変位の時系列変化に対して、前記周期毎に時間窓を設定し、設定した前記時間窓毎に、算出された前記変位の時系列変化と、前記基準時の時系列変化とを比較して、前記機械装置にかかる負荷の変化を検知させる、
   プログラム。

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