特開2017-223662(P2017-223662A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特開2017-223662球体挙動計測装置及び球体挙動計測方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-223662(P2017-223662A)
(43)【公開日】2017年12月21日
(54)【発明の名称】球体挙動計測装置及び球体挙動計測方法
(51)【国際特許分類】
   G01B 11/00 20060101AFI20171124BHJP
   B24B 11/06 20060101ALI20171124BHJP
   B24B 49/04 20060101ALI20171124BHJP
   B23Q 17/24 20060101ALI20171124BHJP
   F16C 33/32 20060101ALI20171124BHJP
   F16C 19/10 20060101ALN20171124BHJP
【FI】
   G01B11/00 H
   B24B11/06
   B24B49/04 Z
   B23Q17/24 Z
   F16C33/32
   F16C19/10
【審査請求】未請求
【請求項の数】19
【出願形態】OL
【全頁数】23
(21)【出願番号】特願2017-97771(P2017-97771)
(22)【出願日】2017年5月17日
(31)【優先権主張番号】特願2016-116606(P2016-116606)
(32)【優先日】2016年6月10日
(33)【優先権主張国】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000001247
【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト
(74)【代理人】
【識別番号】100089082
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 脩
(74)【代理人】
【識別番号】100130188
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 喜一
(74)【代理人】
【識別番号】100190333
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 群司
(72)【発明者】
【氏名】増田 祐生
(72)【発明者】
【氏名】河原 徹
(72)【発明者】
【氏名】三井 哲弥
(72)【発明者】
【氏名】小野▲崎▼ 徹
【テーマコード(参考)】
2F065
3C029
3C034
3C049
3J701
【Fターム(参考)】
2F065AA03
2F065AA04
2F065AA09
2F065AA17
2F065BB07
2F065BB16
2F065DD03
2F065FF04
2F065FF42
2F065GG07
2F065HH13
2F065JJ03
2F065JJ09
2F065JJ26
2F065QQ24
2F065QQ28
2F065QQ31
2F065QQ42
2F065UU05
3C029EE20
3C034AA13
3C034BB58
3C034BB76
3C034BB93
3C034CA02
3C034CA22
3C034CB06
3C034DD01
3C049AA04
3C049AA18
3C049AB08
3C049AC02
3C049BA02
3C049CA02
3C049CB01
3J701AA02
3J701AA32
3J701AA42
3J701AA53
3J701AA62
3J701BA01
3J701BA35
3J701BA45
3J701BA77
3J701DA11
3J701FA41
3J701FA44
3J701XB50
(57)【要約】
【課題】回転する球体の挙動を容易に計測可能な球体挙動計測装置及び球体挙動計測方法を提供する。
【解決手段】球体挙動計測装置60,60Aは、中心軸線L3回りに回転可能な環状の保持器17,17A,18に保持される球体2,4の挙動を計測する球体挙動計測装置60,60Aであって、保持器17,17A,18に設けられ、保持器17,17A,18の回転とともに中心軸線L3回りに回転し、球体2,4が保持器17,17A,18に保持された状態で自転する球体2,4の画像を取得する画像取得部61と、画像取得部61で取得される球体2,4の画像に基づいて、回転する球体2,4の挙動を演算する画像処理部62と、を備える。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
中心軸線回りに回転可能な環状の保持器に保持される球体の挙動を計測する球体挙動計測装置であって、
前記保持器に設けられ、前記保持器の回転とともに中心軸線回りに回転し、前記球体が前記保持器に保持された状態で自転する前記球体の画像を取得する画像取得部と、
前記画像取得部で取得される前記球体の画像に基づいて、回転する前記球体の挙動を算出する画像処理部と、
を備える、球体挙動計測装置。
【請求項2】
前記保持器は、前記保持器の中心軸線方向に対向して配置される第一盤と第二盤との間に配置され、
前記画像取得部は、前記球体において、前記球体の中心を通り且つ前記保持器の径方向線上に位置する部位の画像を取得する、請求項1に記載の球体挙動計測装置。
【請求項3】
前記保持器は、前記保持器の径方向に対向して配置される第一盤と第二盤との間に配置され、
前記画像取得部は、前記球体において、前記球体の中心を通り、前記保持器の中心軸線方向に平行な線上に位置する部位の画像を取得する、請求項1に記載の球体挙動計測装置。
【請求項4】
前記画像処理部は、前記球体の自転軸を算出する、請求項2又は3に記載の球体挙動計測装置。
【請求項5】
前記画像取得部は、前記画像取得部の光軸が前記球体の中心を通るように前記保持器に設けられる、請求項2−4の何れか一項に記載の球体挙動計測装置。
【請求項6】
前記画像取得部は、二次元の画像を取得し、
前記画像処理部は、前記画像取得部により取得した複数の二次元の画像に基づいて、前記球体の表面の所定位置の二次元座標系における移動量を算出する、請求項5に記載の球体挙動計測装置。
【請求項7】
前記画像処理部は、
それぞれの前記二次元の画像に基づいて、それぞれの前記所定位置の前記画像取得部の光軸方向の位置を算出し、
前記所定位置の二次元座標系における移動量、及び、それぞれの前記所定位置の光軸方向の位置に基づいて、前記所定位置の三次元座標系における実移動量を算出する、請求項6に記載の球体挙動計測装置。
【請求項8】
前記保持器は、前記保持器の中心軸線方向に対向して配置される第一盤と第二盤との間に配置され、
少なくとも前記画像取得部は、前記保持器における前記球体の保持位置よりも前記保持器の径方向外側に設けられる、請求項1に記載の球体挙動計測装置。
【請求項9】
前記保持器は、前記保持器の中心軸線方向に対向して配置される第一盤と第二盤との間に配置され、且つ軸受により前記第一盤及び前記第二盤と非接触で支持され、
前記軸受は、前記第一盤、前記第二盤、前記第一盤を支持する第一盤支持体及び前記第二盤を支持する第二盤支持体の少なくとも一つに支持される、請求項1−8の何れか一項に記載の球体挙動計測装置。
【請求項10】
前記軸受は、前記保持器に保持される前記球体よりも前記保持器の径方向で中心軸線に対し近い位置もしくは遠い位置に配置される、請求項9に記載の球体挙動計測装置。
【請求項11】
前記軸受は、軸受配置部材により径方向の移動が規制されて配置される、請求項9又は10に記載の球体挙動計測装置。
【請求項12】
前記軸受は、スラスト針状ころ軸受である、請求項9−11の何れか一項に記載の球体挙動計測装置。
【請求項13】
前記保持器は、少なくとも2つの前記球体を保持し、
前記球体挙動計測装置は、少なくとも2つの前記画像取得部を備え、
前記少なくとも2つの画像取得部の合成重心は、前記中心軸線の上に位置する、請求項1−12の何れか一項に記載の球体挙動計測装置。
【請求項14】
前記画像処理部は、前記保持器に設けられ、前記保持器の回転中に前記球体の挙動を演算すると共に、演算した前記球体の挙動を記憶する、請求項1−13の何れか一項に記載の球体挙動計測装置。
【請求項15】
前記画像処理部の一部は、前記保持器とは別体に設けられ、
前記画像処理部の他部は、前記画像取得部により取得する前記球体の画像に基づいて処理した情報を無線送信する送信部を備え、
前記画像処理部の一部は、前記送信部からの送信信号を無線受信する受信部を備える、請求項1−13の何れか一項に記載の球体挙動計測装置。
【請求項16】
前記球体挙動計測装置は、前記保持器に設けられ、前記画像取得部に対して電力供給可能な電源を備える、請求項1−15の何れか一項に記載の球体挙動計測装置。
【請求項17】
前記球体挙動計測装置は、前記球体を研磨する球体研磨装置により研磨されている際の前記球体の挙動を計測し、
前記球体研磨装置は、
一方の面に中心軸線回りに環状に形成される第一研磨溝を有する第一研磨盤と、
前記第一研磨盤の中心軸線と同軸上の中心軸線回りに前記第一研磨盤に対して相対的に回転可能に設けられ、前記第一研磨盤の前記一方の面に対向する面に、前記中心軸線回りに環状に形成される第二研磨溝を有する第二研磨盤と、
前記前記第一研磨盤と前記第二研磨盤との対向領域に配置され、前記第一研磨溝と前記第二研磨溝との間に配置される複数の前記球体を保持する前記保持器と、
を備える、請求項1−16の何れか一項に記載の球体挙動計測装置。
【請求項18】
前記球体挙動計測装置は、前記球体を有する軸受において前記軸受の動作中の前記球体の挙動を計測する、請求項1−16の何れか一項に記載の球体挙動計測装置。
【請求項19】
中心軸線回りに回転可能な環状の保持器に保持される球体の挙動を計測する球体挙動計測方法であって、
前記保持器の回転とともに中心軸線回りに回転し、前記球体が前記保持器に保持された状態で自転する前記球体の画像を取得する画像取得工程と、
前記画像取得工程で取得される前記球体の画像に基づいて、回転する前記球体の挙動を算出する画像処理工程と、
を備える、球体挙動計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、球体挙動計測装置及び球体挙動計測方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、固定盤と、固定盤に対向し同軸回転する第一、第二回転盤とを備え、固定盤及び第一、第二回転盤とにより球体を研磨する装置が記載されている。第一回転盤と第二回転盤の回転速度は異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平11−156689号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載されているように、第一、第二回転盤の相対回転速度を変化させることにより、球体を満遍なく回転させることができるため、球体の真球度が向上する。この場合、球体の回転の挙動が計測できれば、計測結果を研磨条件に反映させてさらに球体の真球度を向上させることが可能となる。
【0005】
球体の回転の挙動を計測するには、第一、第二回転盤の外部に固定カメラを設置することにより可能となる。しかし、第一、第二回転盤の相対回転速度は変化しているため、球体は回転盤上を公転することになり、上記固定カメラでは球体の回転の挙動を計測することは困難である。
【0006】
本発明は、回転する球体の挙動を容易に計測可能な球体挙動計測装置及び球体挙動計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
(1.球体挙動計測装置)
球体挙動計測装置は、中心軸線回りに回転可能な環状の保持器に保持される球体の挙動を計測する球体挙動計測装置であって、前記保持器に設けられ、前記保持器の回転とともに中心軸線回りに回転し、前記球体が前記保持器に保持された状態で自転する前記球体の画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部で取得される前記球体の画像に基づいて、回転する前記球体の挙動を算出する画像処理部と、を備える。
【0008】
これにより、球体が、保持器とともに保持器の中心軸線回りに回転、すなわち球体が公転しても、画像取得部は、保持器とともに保持器の中心軸線回りに回転するので、保持器内での球体の画像を取得でき、画像処理部は、回転する球体の挙動を容易に求めることができる。
【0009】
(2.球体挙動計測方法)
球体挙動計測方法は、中心軸線回りに回転可能な環状の保持器に保持される球体の挙動を計測する球体挙動計測方法であって、前記保持器の回転とともに中心軸線回りに回転し、前記球体が前記保持器に保持された状態で自転する前記球体の画像を取得する画像取得工程と、前記画像取得工程で取得される前記球体の画像に基づいて、回転する前記球体の挙動を算出する画像処理工程と、を備える。これにより、上述の球体挙動計測装置の作用効果と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本実施形態の球体挙動計測装置を適用した球体研磨装置の構成を示す図である。
図2図1の球体研磨装置の制御装置の構成を示す図である。
図3】球体及び球体挙動計測装置を保持する保持器の軸線方向断面図である。図4のIII-III断面図である。
図4図3の保持器のIV方向から見た図である。
図5】保持器に保持される球体挙動計測装置の構成を示す図である。
図6A】球体挙動計測装置で球体の挙動を計測する方法を説明するためのフローチャートである。
図6B】球体挙動計測装置で球体の挙動を計測する方法を説明するための図6Aの続きのフローチャートである。
図7】第一研磨盤と第二研磨盤の回転速度を示す図である。
図8】球体挙動計測装置で取り込んだ球体の複数の二次元画像を合成した二次元画像を示す図である。
図9図8の取り込みから所定時間経過後に球体挙動計測装置で取り込んだ球体の複数の二次元画像を合成した二次元画像を示す図である。
図10】本実施形態の球体挙動計測装置を適用した球体研磨装置の別例の主要部の構成を示す図である。
図11】球体及び球体挙動計測装置を保持する保持器の軸線方向断面図である。図12のXI-XI断面図である。
図12図11の保持器のXII方向から見た図である。
図13】保持器を支持するスラスト針状ころ軸受の軸線方向断面図である。図14のXIII-XIII断面図である。
図14図13のスラスト針状ころ軸受のXIV方向から見た図である。
図15】スラスト針状ころ軸受を位置決めする軸受配置部材を径方向から見た図である。
図16図13の軸受配置部材を軸線方向から見た図である。
図17】保持器に保持される球体挙動計測装置の別例の構成を示す図である。
図18】本実施形態の球体挙動計測装置を適用した軸受の保持器の一部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
(1.球体挙動計測装置を備える球体研磨装置の構成)
本実施形態の球体挙動計測装置を適用した装置として球体研磨装置を例に図を参照して説明する。図1に示すように、球体研磨装置1は、基台11、コラム12、第一移動体13、第二移動体14、上下駆動機構15、制御装置16(図2に示す)、保持器17及び球体挙動計測装置60を備える。
【0012】
基台11は、床面に設置され、中央に上下方向への貫通孔11aを備える。コラム12は、基台11の上面に固定される。コラム12の側面には、上下方向に延びるガイドレール12a,12bが設けられる。
【0013】
第一移動体13は、基台11の上面及び貫通孔11aに配置される。第一移動体13は、第一本体部21、第一研磨盤支持体22、第一盤として第一研磨盤23、第一静圧軸受24及び第一モータ25を備える。
【0014】
第一本体部21は、中央孔21aを有する円盤状に形成される。第一本体部21は、中央孔21aが基台11の貫通孔11aと同軸上に位置するように、基台11の上面に固定される。中央孔21aの中心軸線は、L1であり、鉛直軸方向に一致する。
【0015】
第一研磨盤支持体22は、第一本体部21に対して、中心軸線L1の回りに回転可能に設けられる。第一研磨盤支持体22は、第一本体部21の中央孔21aを貫通する軸部22a、第一本体部21の上面及び下面に対向する円盤状のフランジ部22b,22cを備える。
【0016】
第一研磨盤23は、第一研磨盤支持体22の上側のフランジ部22bの上面に一体的に固定される。つまり、第一研磨盤23は、第一本体部21に対して中心軸線L1の回りに回転可能に設けられる。第一研磨盤23は、環状に形成される。さらに、第一研磨盤23は、一方の面(上面)に中心軸線L1の回りに環状に形成される第一研磨溝23aを有する。第一研磨溝23aの断面形状は、円弧凹状に形成される。第一研磨溝23aは、研磨対象である球体2を研磨する。
【0017】
第一静圧軸受24は、第一本体部21に保持され、第一研磨盤23に一体的に固定される第一研磨盤支持体22を、第一本体部21に対してラジアル方向及びスラスト方向に支持する。詳細には、第一静圧軸受24は、第一本体部21の中央孔21aに保持され、軸部22aの外周面に対して流体圧により支持するラジアル軸受24aを備える。さらに、第一静圧軸受24は、第一本体部21の上面及び下面に保持され、フランジ部22b,22cに対して流体圧により支持するスラスト軸受24b,24cを備える。
【0018】
第一静圧軸受24に供給される流体は、共通の流体供給源から供給され、ラジアル軸受24a、スラスト軸受24b,24cに分岐される。第一静圧軸受24は、さらにオリフィス絞り24d(図2に示す)を備える。オリフィス絞り24dは、ラジアル軸受24a、スラスト軸受24b,24cのそれぞれに設けられる。ここで、第一静圧軸受24を構成するオリフィス絞り24dの位置は可変であるため、流体圧は可変とされる。第一モータ25は、第一本体部21に支持され、第一研磨盤支持体22を回転駆動する。
【0019】
第二移動体14は、コラム12に対して上下方向に移動可能に配置される。第二移動体14は、第二本体部31、第二研磨盤支持体32、第二盤として第二研磨盤33、第二静圧軸受34及び第二モータ35を備える。
【0020】
第二本体部31は、円筒状に形成され、下円盤部及び上円盤部には中央孔31a,31bを有する。第二本体部31の中央孔31a,31bの中心軸線は、L2であり、第一本体部21の中央孔21aの中心軸線L1に一致する。第二本体部31の円筒部は、コラム12の側面のガイドレール12a,12bに摺動可能に設けられる。つまり、第二本体部31は、コラム12に対して上下方向に移動可能である。
【0021】
第二研磨盤支持体32は、第二本体部31に対して、中心軸線L2の回りに回転可能に設けられる。第二研磨盤支持体32は、第二本体部31の下円盤部の中央孔31aを貫通する軸部32a、第二本体部31の下円盤部の下面及び上面に対向する円盤状のフランジ部32b,32cを備える。
【0022】
第二研磨盤33は、第二研磨盤支持体32の下側のフランジ部32bの下面に一体的に固定される。つまり、第二研磨盤33は、第二本体部31に対して中心軸線L2の回りに回転可能に設けられる。第二研磨盤33は、環状に形成される。さらに、第二研磨盤33は、一方の面(下面)に中心軸線L2の回りに環状に形成される第二研磨溝33aを有する。第二研磨溝33aの断面形状は、円弧凹状に形成される。第二研磨溝33aは、研磨対象である球体2を研磨する。
【0023】
第二研磨盤33の第二研磨溝33a側の面は、第一研磨盤23の第一研磨溝23a側の面に対向する。第二研磨溝33aの環状径は、第一研磨溝23aの環状径と同径に形成される。さらに、第二研磨溝33aの断面円弧径は、第一研磨溝23aの断面円弧径と同径に形成される。
【0024】
第二静圧軸受34は、第二本体部31の下円盤部に保持され、第二研磨盤33に一体的に固定される第二研磨盤支持体32を、第二本体部31に対してラジアル方向及びスラスト方向に支持する。詳細には、第二静圧軸受34は、第二本体部31の下円盤部の中央孔31aに保持され、軸部32aの外周面に対して流体圧により支持するラジアル軸受34aを備える。さらに、第二静圧軸受34は、第二本体部31の下円盤部の上面及び下面に保持され、フランジ部32b,32cに対して流体圧により支持するスラスト軸受34b,34cを備える。
【0025】
第二静圧軸受34に供給される流体は、共通の流体供給源から供給され、ラジアル軸受34a、スラスト軸受34b,34cに分岐される。第二静圧軸受34は、さらにオリフィス絞り34d(図2に示す)を備える。オリフィス絞り34dは、ラジアル軸受34a、スラスト軸受34b,34cのそれぞれに設けられる。
【0026】
ここで、第二静圧軸受34を構成するオリフィス絞り34dの位置は可変であるため、流体圧は可変とされる。また、第二静圧軸受34に流体を供給する流体供給源は、第一静圧軸受24に流体を供給する流体供給源と共通して設けられる。第二モータ35は、第二本体部31に支持され、第二研磨盤支持体32を回転駆動する。
【0027】
上下駆動機構15は、コラム12に対して第二本体部31を上下移動させる。上下駆動機構15は、コラム12の上端に固定されるモータ41と、モータ41の出力軸に連結されるボールねじ42と、ボールねじ42に螺合する第二本体部31の上円盤部の中央孔31bに固定されるボールねじナット43とを備える。
【0028】
(2.制御装置の構成)
次に、制御装置16の構成について、図を参照して説明する。図2に示すように、制御装置16は、モータ制御部51と、流体圧調整部52とを備える。モータ制御部51は、各モータ25,35,41を制御する。つまり、モータ制御部51が第一モータ25を回転駆動することにより、第一研磨盤23が回転する。また、モータ制御部51が第二モータ35を回転駆動することにより、第二研磨盤33が回転する。また、モータ制御部51がモータ41を回転駆動することにより、第二移動体14が上下動する。
【0029】
流体圧調整部52は、各オリフィス絞り24d,34dの絞り量を調整する。流体圧調整部52が第一オリフィス絞り24dの位置を移動させることにより、第一静圧軸受24の剛性が変化する。また、流体圧調整部52が第二オリフィス絞り34dの位置を移動させることにより、第二静圧軸受34の剛性が変化する。
【0030】
第一オリフィス絞り24dは、ラジアル軸受24a、スラスト軸受24b,24cの流体圧全てを同時に調整する。つまり、第一オリフィス絞り24dが調整されることで、ラジアル軸受24aによる剛性、及び、スラスト軸受24b,24cによる剛性が調整される。同時に、第一静圧軸受24によるモーメント剛性が調整される。
【0031】
第二オリフィス絞り34dは、ラジアル軸受34a、スラスト軸受34b,34cの流体圧全てを同時に調整する。つまり、第二オリフィス絞り34dが調整されることで、ラジアル軸受34aによる剛性、及び、スラスト軸受34b,34cによる剛性が調整される。同時に、第二静圧軸受34によるモーメント剛性が調整される。
【0032】
なお、第一オリフィス絞り24dをラジアル軸受24a、スラスト軸受24b,24cのそれぞれに設けることで、ラジアル軸受24a、スラスト軸受24b,24cのそれぞれの流体圧を独立して調整することも可能である。また、第二オリフィス絞り34dについても同様である。また、第一,第二オリフィス絞り24d,34dの位置を可変とすることにより、第一,第二静圧軸受24,34の流体圧を可変とした。この他に、流体圧調整部52は、第一,第二静圧軸受24,34への流体供給源による供給される流体圧を調整することもできる。
【0033】
(3.保持器の構成)
次に、保持器17の構成について、図を参照して説明する。図3及び図4に示すように、保持器17は、環状に形成され、本体部17aと、つば部17bと、保持部17cとを備える。
【0034】
本体部17aは、環状で、且つ、円盤状に形成される。本体部17aの内径は、第一研磨溝23aの内径より小さく、本体部17aの外径は、第一研磨溝23aの外径より大きい。さらに、本体部17aの厚み(軸線方向幅)は、球体2の外径より小さい。本体部17aは、第一研磨盤23における第二研磨盤33に対向する側の面、すなわち第一研磨盤23の上面に載置される。
【0035】
本体部17aは、周方向に等角度間隔で複数(本実施形態では、12個)の円形状の第一ポケット17dを備える。各第一ポケット17dは、中心軸線L3方向に貫通している。12個の第一ポケット17dのうち90度間隔の4個の第一ポケット17dは、保持器17の本体部17aの面上において球体2を全周に亘って囲んでおらず、径方向に開口する開口部17daが設けられる。本実施形態においては、第一ポケット17dの開口部17daは、保持器17の本体部17aの外周面に開口する。
【0036】
また、第一ポケット17dの開口部17daの周方向長さは、球体2の直径より小さく形成される。そのため、球体2が第一ポケット17dに配置された状態において、球体2が第一ポケット17dの開口部17daから抜け出すことが規制される。つまり、保持器17の本体部17aは、球体2の径方向移動及び周方向移動を規制する。
【0037】
つば部17bは、本体部17aの内周縁から中心軸線L3方向に延在し、第一研磨盤23に対する径方向移動を規制する。すなわち、つば部17bは、第一ポケット17dの開口部17daとは反対側に形成される。つば部17bは、周方向に断続して複数形成されるが、周方向全周に亘って形成してもよい。つば部17bの外径は、第一研磨盤23の内径と同程度に形成される。
【0038】
保持部17cは、開口部17daを有する4個の第一ポケット17dに対応して保持器17の径方向の最も外側にそれぞれ突出するように設けられる。保持部17cは、矩形状に形成され、第一ポケット17dの開口部17daと連通する矩形状の第二ポケット17eを備える。各第二ポケット17eは、中心軸線L3方向に貫通している。
【0039】
各第二ポケット17eには、球体挙動計測装置60を構成する第一ユニット81又は第三ユニット83がそれぞれ挿入され保持部17cの上面に設けられるブラケット17caで保持される。第一ユニット81又は第三ユニット83は、保持器17の径方向の最も外側に設けられるので、大きなスペースを確保でき、第一ユニット81又は第三ユニット83を保持器17に容易に配置できる。なお、第一ユニット81及び第三ユニット83の詳細は後述する。
【0040】
(4.球体挙動計測装置の構成)
次に、球体挙動計測装置の構成について、図を参照して説明する。図5に示すように、球体挙動計測装置60は、保持器17の第一ポケット17d内で回転する球体2の挙動、例えば球体2の自転軸の変動量や自転軸の回転速度変化量等を計測する装置である。これにより、球体2の回転姿勢を把握できる。この球体挙動計測装置60は、第一ユニット81と、第二ユニット82とを備える。第一ユニット81は、保持器17に設けられ、第二ユニット82は、保持器17とは別体、例えば制御装置16に設けられる。
【0041】
第一ユニット81は、画像取得部61を構成する発光部66及びイメージセンサ67と、画像処理部62を構成する第一演算部63及び送信部64(画像処理部62の他部に相当)と、電源65とを備える。第二ユニット82は、画像処理部62を構成する受信部68、第二演算部69及び記憶部70(画像処理部62の一部に相当)を備える。画像取得部61は、を備える。
【0042】
第一ユニット81、特に画像処理部62よりも容量が大きい画像取得部61は、保持器17における球体2の保持位置、すなわち第一ポケット17dの位置よりも保持器17の径方向外側に位置する保持部17cに保持されるので、大きな配置スペースを確保でき、第一ユニット81を保持器17に容易に配置できる。第一ユニット81は、保持器17の第一ポケット17d内で回転する球体2の表面の二次元画像を開口部17daを通して取得し、取得した二次元画像に基づいて球体2の自転軸や移動量を演算する。本実施形態では、4つの第一ユニット81は、4か所の保持部17cにそれぞれ保持される。
【0043】
4つの第一ユニット81、特に画像処理部62よりも重量が大きい画像取得部61の合成重心は、保持器17の中心軸線L3の上に位置するように設けられる。これにより、保持器17の回転バランスを良好に保つことができる。各第一ユニット81は、発光部66と、イメージセンサ67と、第一演算部63と、送信部64とを備える。発光部66は、例えばLED等(図示省略)を有し、保持器17の第一ポケット17dに保持される球体2に対し光を開口部17daを通して照射する。発光部66には、画像取得部61に付設される電源65により電力が供給される。電源65は、例えば充電可能な電池であり、発光部66に電力を供給する。これにより、外部電源の確保が不要となる。
【0044】
イメージセンサ67は、例えばCCDもしくはCMOS等の受光素子及び光学系(いずれも図示省略)を有し、球体2からの反射光を入射して球体2の表面の所定のエリア(本例では、矩形状のエリア)Gの二次元画像を取り込む。このイメージセンサ67は、イメージセンサ67の光学系の中心と受光素子の受光エリア中心とを結ぶ光軸LLが、球体2の中心Cを通る直線Lと一致するように配置される。これにより、保持器17の第一ポケット17d内で回転する球体2において、球体2の中心Cを通り且つ保持器17の径方向線上に位置する部位の二次元画像を取得できる。そして、第一盤(第一研磨盤23)と第二盤(第二研磨盤33)の回転に伴う球体2,4の基準となる自転軸上の画像を取得することになるので、球体2,4の挙動を確実に計測できる。なお、以下の説明では、上述の光軸LLの方向をZ方向とし、光軸LLと直角な方向のうち、高さ方向(紙面に平行な方向)をY方向、水平方向(紙面に直角な方向)をX方向とする。
【0045】
第一演算部63は、イメージセンサ67からの球体2の二次元画像に基づいて、球体2の自転軸や移動量を演算する。送信部64は、無線送信可能に構成され、第一演算部63からの球体2の自転軸や移動量を無線で第二ユニット82に送信する。
第二ユニット82は、受信部68と、第二演算部69と、記憶部70とを備える。受信部68は、無線受信可能に構成され、第一ユニット81の送信部64から送信されてくる球体2の自転軸や移動量を無線で受信する。第二演算部69は、受信部68からの球体2の自転軸や移動量に基づいて、球体2の挙動、すなわち球体2の自転軸の変動量や自転軸の回転速度変化量を演算する。
【0046】
記憶部70は、受信部68からの球体2の自転軸や移動量及び第二演算部69で求めた球体2の挙動を記憶する。これにより、球体2の回転条件を変更したときの球体2の挙動の比較を容易に行うことができる。この球体挙動計測装置60は、無線の送信部64及び受信部68を備えるので、配線の取り回しを行う必要がなく、第一ユニット81の保持器17への取り付けを容易に行うことができる。また、球体2の挙動を外部において容易に把握できる。
【0047】
(5.球体の挙動計測方法)
次に、球体挙動計測装置60で球体2の挙動を計測する方法について、図を参照して説明する。先ず、球体研磨装置1において球体2の挙動を計測するために、球体2の研磨が可能な状態に準備する(図6AのステップS1)。具体的には、制御装置16の流体圧調整部52は、第一、第二静圧軸受24,34の流体圧が球体2の研磨を行うときに使用する流体圧となるように、オリフィス絞り24d,34dを設定しておく。
【0048】
そして、制御装置16のモータ制御部51は、モータ41を駆動して、第二移動体14を上方へ移動させておく。この状態で、作業者は、保持器17を第一研磨盤23の上面に載置する。つまり、保持器17のつば部17bが第一研磨盤23の内周側に入り込む状態となるように、且つ、保持器17の本体部17aが第一研磨盤23の上面に接触する状態となるようにする。
【0049】
そして、計測対象である複数の球体2を、保持器17のそれぞれの第一ポケット17dに配置し、且つ、第一研磨盤23の第一研磨溝23aに配置する。続いて、制御装置16のモータ制御部51は、モータ41を駆動して、第二移動体14を下方へ移動させて、第二研磨盤33の第二研磨溝33aが球体2に接触する状態とする。以上により、球体2の研磨が可能な状態になる。
【0050】
次に、球体研磨装置1において球体2の研磨を開始する(図6AのステップS2)。具体的には、制御装置16のモータ制御部51は、上述したように、第一モータ25及び第二モータ35を制御する。ひいては、モータ制御部51は、第一研磨盤23の回転及び第二研磨盤33の回転を制御する。詳細には、モータ制御部51は、第一研磨盤23の回転速度を、第二研磨盤33の回転速度に対して異なるようにする(相対的に速度差があるようにする)。速度差は、一定でもよいし、変動していてもよい。
【0051】
第一、第二研磨盤23,33の回転速度N1,N2について、図7を参照して説明する。図7において、回転速度が正の場合を一方方向の回転とした場合に、回転速度比が負の場合を他方方向の回転とする。第一研磨盤23の回転速度N1及び第二研磨盤33の回転速度N2は、式(1)の関係を有する。つまり、第一研磨盤23の回転方向と第二研磨盤33の回転方向とは、逆方向となる。
【0052】
【数1】
【0053】
さらに、第一研磨盤23の回転速度N1は、周期的に且つ所定振幅W1で変動するように制御される。一方、第二研磨盤33の回転速度N2は、一定値に制御される。そして、第二研磨盤33の回転速度N2の絶対値|N2|は、第一研磨盤23の回転速度N1の絶対値の最大値|N1max|及び最小値|N1min|に対して式(2)の関係を有する。つまり、第二研磨盤33の回転速度N2の絶対値|N2|は、最大値|N1max|と最小値|N1min|との間に含まれるように制御される。
【0054】
【数2】
【0055】
特に、式(3)に示すように、第二研磨盤33の回転速度N2の絶対値|N2|は、第一研磨盤23の回転速度N1の振幅W1の中央値N1midとなるように制御される。なお、第一研磨盤23の回転速度N1を一定値に制御し、第二研磨盤33の回転速度N2を周期的に且つ所定振幅W1で変動するように制御してもよい。
【0056】
【数3】
【0057】
この球体2の研磨中において、画像取得部61は、回転する球体2の二次元画像を取得する(画像取得工程)。具体的には、画像取得部61は、発光部66で光を球体2に照射し、球体2の表面から反射してくる光をイメージセンサ67で入射して球体2の表面、すなわち球体2の中心Cを通り且つ保持器17の径方向線上に位置する部位の二次元画像を取り込む(図6AのステップS3)。
【0058】
つまり、画像取得部61は、第一、第二研磨盤23,33の回転に伴う球体2の基準となる自転軸上の画像を取得することで、画像処理部62は、球体2の基準となる自転軸回りの自転以外の成分を検出できるので、球体2の実際の自転軸を算出できる。また、球体2の基準となる自転軸上の画像を取得することになるので、球体2の移動量を算出できる。
【0059】
そして、画像取得部61は、球体2の表面の二次元画像の取り込み回数が所定回数、例えば3回取り込んだか否かを判断し(図6AのステップS4)、画像取り込み回数が上記所定回数(3回)に達していないときはステップS3に戻って上述の処理を繰り返す。なお、画像取り込みの時間間隔は、任意の間隔でよいが、例えば0.5msec.間隔で行う。
【0060】
一方、ステップS4において、画像取得部61は、画像取り込み回数が所定回数に達したと判断したときは、上記所定回数で1セットの画像取り込みを所定セット数、例えば2セット行ったか否かを判断する(図6AのステップS5)。画像取得部61は、画像取り込みを所定セット数(2セット)行っていないと判断したときは、最終回目(3回目)の画像取り込みから所定時間経過したか否か、例えば10msec.経過したか否かを判断する(図6AのステップS6)。
【0061】
画像取得部61は、最終回目の画像取り込みから上記所定時間経過したと判断したら、ステップS3に戻って上述の処理を繰り返す。一方、ステップS5において、画像取得部61は、画像取り込みを所定セット数(2セット)行ったと判断したときは、画像処理部62は、取り込んだ複数の球体2の二次元画像、本例では6つの球体2の二次元画像の画像変化から球体2の自転軸及び移動量を求める。
【0062】
具体的には、画像処理部62の第一演算部63は、1セット目の1回目に取り込んだ二次元画像の中から認識が容易な所定の計測点、例えばモアレ縞における所定の計測点を決定し、1セット目の2回目及び3回目に取り込んだ各二次元画像において、決定した計測点を特定する(図6BのステップS7)。
【0063】
例えば、図8の1セット目の1−3回目に取り込んだ二次元画像を合成した二次元画像D1に示すように、1回目に取り込んだ二次元画像の中から計測点Pd1を決定し、2回目及び3回目に取り込んだ各二次元画像において、計測点Pd1に該当する計測点Pd2,Pd3を特定する。
【0064】
第一演算部63は、二次元画像における座標系(Xd−Yd)において、各計測点Pd1,Pd2,Pd3のXdYd座標(Xd1,Yd1),(Xd2,Yd2),(Xd3,Yd3)を求める(図6BのステップS8)。そして、第一演算部63は、求めた各計測点Pd1,Pd2,Pd3のXdYd座標(Xd1,Yd1),(Xd2,Yd2),(Xd3,Yd3)及び既知の球体2の半径rを式(4)にそれぞれ代入して、画像取得部61の光軸LL方向の位置、すなわち座標系(Xd−Yd)に直交する各計測点Pd1,Pd2,Pd3のZd座標Zd1,Zd2,Zd3を求める(図6BのステップS9)。
【0065】
【数4】
【0066】
第一演算部63は、求めた各計測点Pd1,Pd2,Pd3のXdYdZd座標(Xd1,Yd1,Zd1),(Xd2,Yd2,Zd2),(Xd3,Yd3,Zd3)に基づいて、既知の方法、例えば各計測点Pd1,Pd2,Pd3のXdYdZd座標から球体2の中心CのXdYdZd座標を求め、当該座標と各計測点Pd1,Pd2,Pd3を通る円とから球体2の自転軸R1を求める。
【0067】
さらに、各計測点Pd1,Pd2,Pd3のXdYdZd座標に基づいて、各計測点Pd1,Pd2,Pd3間の実移動量(三次元座標系XdYdZdにおける移動量)m1,m2を求める(図6BのステップS10)。なお、各計測点Pd1,Pd2,Pd3のXdYd座標(Xd1,Yd1),(Xd2,Yd2),(Xd3,Yd3)からも、球体2の自転軸及び各計測点間の移動量を簡易的に求めることができる。
【0068】
そして、第一演算部63は、全セットの二次元画像の処理が終了したか否かを判断し(図6BのステップS11)、今回は2セット目の二次元画像が未処理であるため、ステップS8に戻って2セット目の3つの二次元画像D2に対して、1セット目の3つの二次元画像に対して行った処理と同様の処理を行って、図9に示すように、球体2の自転軸R2及び各計測点Pd11,Pd12,Pd13間の実移動量m11,m12を求める。
【0069】
そして、ステップS11において、第一演算部63は、全セットの二次元画像の処理が終了したと判断したら、球体2の自転軸R2、各計測点Pd1,Pd2,Pd3間の実移動量m1,m2及び各計測点Pd11,Pd12,Pd13間の実移動量m11,m12を送信部64を介して受信部68に送信する(図6BのステップS12)。
【0070】
第二演算部69は、受信部68を介して受信した球体2の自転軸R2、各計測点Pd1,Pd2,Pd3間の実移動量m1,m2及び各計測点Pd11,Pd12,Pd13間の実移動量m11,m12に基づいて、回転する球体2の挙動、すなわち球体2の自転軸の変動量、回転速度、回転速度変化量を演算する(画像処理工程)。
【0071】
具体的には、第二演算部69は、1セット目の二次元画像から求めた球体2の自転軸R1と2セット目の二次元画像から求めた球体2の自転軸R2とを比較して球体2の自転軸R1,R2の変動量、例えば軸旋回角度θを求める(図6BのステップS13)。さらに、1セット目の二次元画像から求めた各計測点Pd1,Pd2,Pd3間の実移動量m1,m2及び画像取り込みの時間間隔に基づいて、自転軸R1の平均回転速度v1を求める。また、2セット目の二次元画像から求めた各計測点Pd11,Pd12,Pd13間の実移動量m11,m12及び画像取り込みの時間間隔に基づいて、自転軸R1の平均回転速度v2を求める(図6BのステップS14)。
【0072】
そして、第二演算部69は、球体2の自転軸R1の回転速度v1と球体2の自転軸R2の回転速度v2とを比較して球体2の自転軸R1,R2の回転速度変化量(v2−v1)を求める(図6BのステップS15)。第二演算部69は、求めた球体2の自転軸R1,R2の変動量(軸旋回角度θ)や自転軸R1,R2の回転速度変化量(v2−v1)を記憶部70に記憶する。
【0073】
そして、制御装置16は、第一モータ25及び第二モータ35を停止して、モータ41を駆動して第二移動体14を上方へ移動させて研磨加工を停止し(図6BのステップS16)、全ての処理を終了する。以上の処理から求めた球体2の自転軸R1,R2の変動量(軸旋回角度θ)や自転軸R1,R2の回転速度変化量(v2−v1)を研磨加工条件に反映することで、球体2の真球度の向上を図ることができる。
【0074】
(6.球体の挙動計測方法の別例)
次に、球体挙動計測装置60で球体2の挙動を計測する方法の別例について、図を参照して説明する。この球体2の挙動計測方法は、上述の球体2の挙動計測方法(図6A及び図6B)のうち、図6AのステップS1−図6BのステップS8までの処理は同じである。そして、第一演算部63は、三次元座標系XdYdZdにおける計測点の移動量及び球体2の自転軸の演算は行わずに、二次元座標系XdYdにおける計測点の移動量のみを求めて送信部64を介して受信部68に送信する。そして、第二演算部69は、受信部68を介して受信した計測点の移動量に基づいて、回転する球体2の挙動を演算する。
【0075】
(7.球体挙動計測装置を備える球体研磨装置の別例)
上述の実施形態の球体研磨装置1では、保持器17は、球体2の研磨加工を行うときは、ABS等の樹脂により形成されたものを使用するが、球体2の挙動計測を行うときは、アルミニウム等の金属により形成されたものを使用する。この理由は、以下の通りである。
【0076】
球体2の研磨加工時は、保持器17に球体挙動計測装置60(第一ユニット81、第三ユニット83)を付帯させる必要が無く、保持器17が球体挙動計測装置60(第一ユニット81、第三ユニット83)の自重によりたわむことは無いので、樹脂により形成された保持器17が使用できる。一方、球体2の挙動計測時は、保持器17に球体挙動計測装置60(第一ユニット81、第三ユニット83)を付帯させる必要が有り、樹脂により形成された保持器17では球体挙動計測装置60(第一ユニット81、第三ユニット83)の自重によりたわみが生じるおそれがあるので、樹脂より剛性が高い金属により形成された保持器17を使用する。
【0077】
ここで、球体研磨装置1の保持器17は、保持器17のつば部17bが第一研磨盤23の内周に嵌め込まれて径方向の移動が規制される構成となっている。このため、保持器17の本体部17aは、第一研磨盤23の上面に支持されることになる。保持器17は、第一研磨盤23の回転に伴う球体2の公転により球体2に押されて回転するが、保持器17の回転速度は第一研磨盤23の回転速度よりも遅いため、保持器17の本体部17aと第一研磨盤23との間に摩擦抵抗が発生する。そして、この摩擦抵抗が発生すると、保持器17に保持される球体2の公転や姿勢に悪影響を及ぼすおそれがある。なお、保持器17の本体部17aと第二研磨盤33とは接触しない。
【0078】
球体2の研磨加工時は、球体2にクーラントが供給されるため、樹脂で成る保持器17は、クーラントにより浮き上がるので、第一研磨盤23と保持器17の本体部17aとの間に摩擦抵抗は発生しない。ところが、球体2の挙動計測時は、球体2にクーラントが供給されると球体2の挙動が見えなくなるため、球体2にクーラントは供給されない。このため、保持器17の本体部17aは第一研磨盤23と接触したままであり、第一研磨盤23と保持器17の本体部17aとの間に摩擦抵抗が発生する。さらに、球体2の挙動計測時の保持器17は金属製であるため自重により摩擦抵抗は大きくなる。
【0079】
そこで、図10に示すように、別例の球体研磨装置1Aでは、球体2の挙動計測時において、保持器17Aの本体部17Aaが、第一研磨盤23と非接触でスラスト針状ころ軸受90により支持される構成となっている。この場合、保持器17Aの位置決めは、保持する球体2で行われる。なお、この球体研磨装置1Aの全体構成は、図1に示す球体研磨装置1と概略同一構成であり、主要部のみを示す図10において図1と同一構成部材は同一番号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
【0080】
図3及び図4に対応させて示す図11及び図12に示すように、保持器17Aは、保持器17に設けられていたつば部17bが設けられていない点でのみ異なる構成となっており、本体部17aと保持部17cとを備える。なお、図11及び図12において、図3及び図4と同一構成部材は同一番号を付してそれらの詳細な説明を省略する。
【0081】
図13及び図14に示すように、スラスト針状ころ軸受90は、既知の軸受であり、複数の円筒状のころ91と、環状で且つ円筒状の第一軌道盤92と、第一軌道盤92と同一の内外径を有する環状で且つ円盤状の第二軌道盤93とを備える。ころ91には、中心軸91aが両端面から突出して設けられる。第一軌道盤92には、中心軸線L4方向の断面がU字状の環状溝92aが設けられる。環状溝92aは、径方向の幅がころ91の中心軸91aの長さより若干小さくなるように形成され、中心軸線L4方向の深さがころ91の半径より大きく、直径より小さくなるように形成される。
【0082】
複数のころ91は、第一軌道盤92の環状溝92a内において、中心軸線L4に対し等角度間隔で放射状に配置され、中心軸91a回りに回転可能に支持される。第二軌道盤93は、第一軌道盤92の環状溝92aの開放面を覆うように配置されるが、このとき第一軌道盤92に支持される複数のころ91の上側の周面が露出するように、第二軌道盤93には、複数のころ91の配置に合わせて矩形状の窓93aが設けられる。
【0083】
図10に示すように、スラスト針状ころ軸受90は、第一研磨盤支持体22のフランジ部22bの上面において軸受配置部材95を介して位置決め固定される。図15及び図16に示すように、軸受配置部材95は、円筒状の小径部95a及び円筒状の大径部95bを同軸で一体化した形状に形成される。
【0084】
そして、軸受配置部材95は、中心軸線L5が第一研磨盤支持体22の中心軸線L1と一致するように第一研磨盤支持体22のフランジ部22bの上面に一体的に固定される。スラスト針状ころ軸受90は、内周が軸受配置部材95の小径部95aに嵌め込まれて径方向の移動が規制され位置決め固定される。これにより、スラスト針状ころ軸受90を高精度に位置決めできる。
【0085】
小径部95aは、外周径がスラスト針状ころ軸受90の内周径より若干小さい径となるように形成され、中心軸線L5方向の高さがスラスト針状ころ軸受90の中心軸線L4方向の高さよりも若干小さい高さとなるように形成される。大径部95bは、外周径が小径部95aより大径であって第一研磨盤23の内周径より小径に形成され、中心軸線L5方向の高さが以下の条件を満たすように形成される。
【0086】
すなわち、大径部95bの上面には、保持器17Aを支持するスラスト針状ころ軸受90が載置されるが、このとき保持器17Aと第一研磨盤23とが非接触となる必要がある。つまり、スラスト針状ころ軸受90に支持される保持器17Aが、第一研磨盤23との間に隙間が生じるように、大径部95bは、中心軸線L5方向の高さが決定され形成される。
【0087】
これにより、球体2の挙動計測時は、保持器17Aの本体部17aが、第一研磨盤23と接触しないので、保持器17Aの本体部17aと第一研磨盤23との間に摩擦抵抗は発生しない。よって、保持器17Aに保持される球体2の公転や姿勢に悪影響を及ぼすおそれはなく、別例の球体研磨装置1Aでは、球体2の挙動を高精度に計測できる。
【0088】
(8.その他)
上述の実施形態では、保持器17,17Aに12個の第一ポケット17dを設ける構成としたが、保持器17,17Aが回転するときの重量バランスが取れる3個以上の第一ポケット17dを等角度間隔に設ける構成としてもよく、また、保持器17,17Aの回転軸の振れが許容範囲内であれば2個の第一ポケット17dを180度間隔に設ける構成としてもよい。さらに、1個の第一ポケット17dのみを設ける構成としてもよい。
【0089】
また、保持器17,17Aに4つの保持部17cを90度間隔で設ける構成としたが、保持器17,17Aが回転するときの重量バランスが取れる3つもしくは5つ以上の保持部17cを等角度間隔に設ける構成としてもよく、また、保持器17,17Aの回転軸の振れが許容範囲内であれば2つの保持部17cを180度間隔に設ける構成としてもよい。さらに、1つの保持部17cのみを設ける構成としてもよい。
【0090】
また、保持器17,17Aの第一ポケット17dの開口部17daは、本体部17aの外周側に開口するように設け、保持部17cは、開口部17daに対応して保持器17の径方向の最も外側にて突出するように設けたが、開口部を本体部17aの内周側に開口するように設け、保持部を開口部に対応して保持器17,17Aの径方向の最も内側にて突出するように設けてもよい。これにより、第一ユニット81は、保持器17,17Aにおける球体2の保持位置、すなわち第一ポケット17dの位置よりも保持器17,17Aの径方向内側に設けられるので、保持器17,17Aに第一ユニット81を配置しても保持器17,17Aを小型化できる。
【0091】
また、第一ユニット81は、各保持部17cに備える構成としたが、1つの保持部17cにのみ備え、他の保持部17cには保持器17,17Aが回転するときの重量バランスをとるためのダミーウエイトを備える構成としてもよい。また、球体挙動計測装置60は、第一ユニット81と第二ユニット82とを送受信部64,68を介して無線でデータを送受信する構成としたが、有線でデータを送受信する構成としてもよい。
【0092】
また、球体研磨装置1Aの保持器17Aは、第一研磨盤23と非接触でスラスト針状ころ軸受90により支持される構成となっているが、ころがり軸受の代わりにすべり軸受を用いてもよい。また、保持器17Aは、第一研磨盤23の内周に配置される軸受配置部材95を介してスラスト針状ころ軸受90により支持される構成となっているが、第一研磨盤23の外周に配置される軸受配置部材を介してスラスト針状ころ軸受により支持される構成としてもよい。また、保持器17Aは、第一研磨盤支持体22の上面に配置したスラスト針状ころ軸受90により支持される構成となっているが、第二研磨盤支持体32の下面に治具を介して配置したスラスト針状ころ軸受90により支持される構成としてもよい。
【0093】
(9.球体挙動計測装置の別例の構成)
上述の実施形態の球体挙動計測装置60は、第一ユニット81と第二ユニット82とを無線でデータを送受信する構成としたが、図5に対応させた図17に示すように構成してもよい。なお、図5及び図17において同一構成部材は同一番号を付してその詳細な説明は省略する。
【0094】
この球体挙動計測装置60Aは、送受信部64,68を備えず、画像取得部61と画像処理部62Aを一体で第三ユニット83として構成して保持器17,17Aの保持部17cに設けられている。そして、この球体挙動計測装置60Aの画像処理部62Aの演算部71は、上述の実施形態の球体挙動計測装置60の画像処理部62の第一演算部63の処理と第二演算部69の処理が可能に構成される。これにより、球体挙動計測装置60Aの配置が簡易となる。
【0095】
この球体挙動計測装置60Aでは、イメージセンサ67から演算部71に二次元画像を送出し、保持器17の回転中に演算部71で球体2の挙動を演算するとともに、演算した球体2の挙動を記憶部70に記憶する。これにより、計測後に球体2の挙動を記憶部70から読み出して検証できる。この球体挙動計測装置60Aにおいても、図6A及び図6Bで説明した球体2の挙動計測方法及び球体2の挙動計測方法の別例で説明した演算処理が行われる。
【0096】
(10.球体挙動計測装置を適用可能な装置の別例)
上述の実施形態の球体挙動計測装置60,60Aは、球体研磨装置1に適用した場合を説明したが、球体を保持可能な環状の保持器を備え、保持器内で球体を回転させる機能を有する装置であれば、例えば回転軸を支持するスラスト軸受又はラジアル軸受にも適用可能である。
【0097】
スラスト軸受の保持器17に球体挙動計測装置60,60Aを適用するときは、画像取得部61は、保持器17,17Aの第一ポケット17d内で回転する球体2において、球体2の中心Cを通り且つ保持器17,17Aの径方向線上に位置する部位の二次元画像を取得するように配置する。また、ラジアル軸受に球体挙動計測装置60,60Aを適用するときは、画像取得部61は、保持器17,17Aの第一ポケット17d内で回転する球体2において、球体2の中心Cを通り且つ保持器17,17Aの中心軸線L3方向に平行な線上に位置する部位の二次元画像を取得するように配置する。
【0098】
なお、図18に示すように、例えば風車に用いられるスラスト軸受の保持器18は大型となるため、保持器18に保持部及び開口部を設けなくても、保持器18の第一ポケット18dに隣接するように第一ユニット81又は第三ユニット83を保持する第二ポケット18eを設ける構成としてもよい。これにより、軸受の機能を最大限に発揮できる球体4の回転状態を調べることができる。
【0099】
(11.実施形態の効果)
本実施形態の球体挙動計測装置60,60Aは、中心軸線L3回りに回転可能な環状の保持器17,17A,18に保持される球体2,4の挙動を計測する球体挙動計測装置60,60Aであって、保持器17,17A,18に設けられ、保持器17,18の回転とともに中心軸線L3回りに回転し、球体2,4が保持器17,17A,18に保持された状態で自転する球体2,4の画像を取得する画像取得部61と、画像取得部61で取得される球体2,4の画像に基づいて、回転する球体2,4の挙動を算出する画像処理部62と、を備える。
【0100】
これにより、球体2,4が、保持器17,17A,18とともに保持器17,17A,18の中心軸線L3回りに回転、すなわち球体2,4が公転しても、画像取得部61は、保持器17,17A,18とともに保持器17,17A,18の中心軸線L3回りに回転するので、保持器17,17A,18内での球体2,4の画像を取得でき、画像処理部62は、回転する球体2,4の挙動を容易に求めることができる。
【0101】
また、保持器17,17A,18は、保持器17,17A,18の中心軸線方向に対向して配置される第一盤(第一研磨盤23)と第二盤(第二研磨盤33)との間に配置され、画像取得部61は、球体2,4において、球体2,4の中心Cを通り且つ保持器17,17A,18の径方向線上に位置する部位の画像を取得する。これにより、第一盤(第一研磨盤23)と第二盤(第二研磨盤33)の回転に伴う球体2,4の基準となる自転軸上の画像を取得することになるので、球体2,4の挙動を確実に計測できる。
【0102】
また、保持器17,17A,18は、保持器17,17A,18の径方向に対向して配置される第一盤(第一研磨盤23)と第二盤(第二研磨盤33)との間に配置され、画像取得部61は、球体2,4において、球体2,4の中心Cを通り、保持器17,17A,18の中心軸線L3方向に平行な線上に位置する部位の画像を取得する。これにより、第一盤(第一研磨盤23)と第二盤(第二研磨盤33)の回転に伴う球体2,4の基準となる自転軸上の画像を取得することになるので、球体2,4の挙動を確実に計測できる。
【0103】
また、画像処理部62は、球体2,4の自転軸を算出する。画像処理部62は、球体2,4において、球体2,4の中心Cを通り且つ保持器17,17A,18の径方向線上に位置する部位の画像又は保持器17,17A,18の中心軸線L3方向に平行な線上に位置する部位の画像を取得することで、球体2,4の基準となる自転軸回りの自転以外の成分を検出できる。従って、球体2,4の実際の自転軸を算出できる。
【0104】
また、画像取得部61は、画像取得部61の光軸LLが球体2,4の中心Cを通るように保持器17,17A,18に設けられるので、球体2,4において、球体2,4の中心Cを通り且つ保持器17,17A,18の径方向線上に位置する部位の画像又は保持器17,17A,18の中心軸線L3方向に平行な線上に位置する部位の画像を確実に取得できる。
【0105】
また、画像取得部61は、二次元の画像を取得し、画像処理部62は、画像取得部61により取得した複数の二次元の画像に基づいて、球体2,4の表面の所定位置の二次元座標系における移動量を算出するので、球体2,4の自転軸の変動量及び回転速度変化量を簡易に求めることができる。
【0106】
また、画像処理部62は、それぞれの二次元の画像に基づいて、それぞれの所定位置の画像取得部61の光軸LL方向の位置を算出し、所定位置の二次元座標系における移動量、及び、それぞれの所定位置の光軸LL方向の位置に基づいて、所定位置の三次元座標系における実移動量を算出するので、球体2,4の自転軸の変動量及び回転速度変化量を高精度に求めることができる。
【0107】
また、保持器17,17A,18は、保持器17,17A,18の中心軸線L3方向に対向して配置される第一盤(第一研磨盤23)と第二盤(第二研磨盤33)との間に配置され、少なくとも画像取得部61は、保持器17,17A,18における球体2,4の保持位置よりも保持器17,17A,18の径方向外側に設けられるので、大きな配置スペースを確保でき、画像取得部61を保持器17,17A,18に容易に配置できる。
【0108】
また、保持器17Aは、保持器17Aの中心軸線方向に対向して配置される第一盤(第一研磨盤23)と第二盤(第二研磨盤33)との間に配置され、且つ軸受90により第一盤(第一研磨盤23)及び第二盤(第二研磨盤33)と非接触で支持され、軸受90は、第一盤(第一研磨盤23)、第二盤(第二研磨盤33)、第一盤(第一研磨盤23)を支持する第一盤支持体(第一研磨盤支持体22)及び第二盤(第二研磨盤33)を支持する第二盤支持体(第二研磨盤支持体32)の少なくとも一つに支持される。
【0109】
これにより、球体2の挙動計測時は、保持器17Aが、第一盤(第一研磨盤23)及び第二盤(第二研磨盤33)と接触しないので、保持器17Aと第一盤(第一研磨盤23)及び第二盤(第二研磨盤33)との間に摩擦抵抗は発生せず、保持器17Aに保持される球体2の公転や姿勢に悪影響を及ぼすおそれはなく、球体2の挙動を高精度に計測できる。
【0110】
また、軸受90は、保持器17Aに保持される球体2よりも保持器17Aの径方向で中心軸線L1に対し近い位置もしくは遠い位置に配置されるので、第一盤(第一研磨盤23)及び第二盤(第二研磨盤33)の回転に影響を及ぼすことなく保持器17Aを確実に支持できる。また、軸受90は、軸受配置部材95により径方向の移動が規制されて配置されるので、軸受90を高精度に位置決めできる。また、軸受90は、スラスト針状ころ軸受であるので一般的なものであり、コスト高となることを抑制できる。
【0111】
また、保持器17,17A,18は、保持器17,17A,18の中心軸線L3方向に対向して配置される第一盤(第一研磨盤23)と第二盤(第二研磨盤33)との間に配置され、少なくとも画像取得部61は、保持器17,17A,18における球体2,4の保持位置よりも保持器17,17A,18の径方向内側に設けられるので、画像取得部61を配置しても保持器17,17A,18を小型化できる。
【0112】
また、保持器17,17A,18は、少なくとも2つの球体2を保持し、球体挙動計測装置60,60Aは、少なくとも2つの画像取得部61を備え、少なくとも2つの画像取得部61の合成重心は、中心軸線L3の上に位置するので、保持器17,18の回転バランスを良好に保つことができる。
また、画像処理部62は、保持器17,17A,18に設けられ、保持器17,17A,18の回転中に球体2,4の挙動を演算すると共に、演算した球体2,4の挙動を記憶するので、計測後に球体2の挙動を記憶部70から読み出して検証できる。
【0113】
また、画像処理部62の一部は、保持器17,17A,18とは別体に設けられ、画像処理部62の他部は、画像取得部61により取得する球体2の画像に基づいて処理した情報を無線送信する送信部64を備え、画像処理部62の一部は、送信部64からの送信信号を無線受信する受信部68を備える。これにより、球体2の挙動を外部において容易に把握できる。
また、球体挙動計測装置60,60Aは、保持器17,17A,18に設けられ、画像取得部61に対して電力供給可能な電源65を備えるので、配線の取り回しを行う必要がなく、画像取得部61の保持器17,17A,18への取り付けを容易に行うことができる。
【0114】
また、球体挙動計測装置60,60Aは、球体2を研磨する球体研磨装置1により研磨されている際の球体2の挙動を計測し、球体研磨装置1は、一方の面に中心軸線L1回りに環状に形成される第一研磨溝23aを有する第一研磨盤23と、第一研磨盤23の中心軸線L1と同軸上の中心軸線L2回りに第一研磨盤23に対して相対的に回転可能に設けられ、第一研磨盤23の一方の面に対向する面に、中心軸線L2回りに環状に形成される第二研磨溝33aを有する第二研磨盤33と、第一研磨盤23と第二研磨盤33との対向領域に配置され、第一研磨溝23aと第二研磨溝33aとの間に配置される複数の球体2を保持する保持器17,17Aと、を備える。これにより、最適な球体研磨加工条件を容易に見出すことが可能となる。
【0115】
また、球体挙動計測装置60,60Aは、球体2,4を有する軸受において軸受の動作中の球体2,4の挙動を計測するので、軸受の機能を最大限に発揮できる軸受の球体2,4の回転状態を調べることができる。
【0116】
本実施形態の球体挙動計測方法は、中心軸線L3回りに回転可能な環状の保持器17,18に保持される球体2,4の挙動を計測する球体挙動計測方法であって、保持器17,18の回転とともに中心軸線L3回りに回転し、球体2,4が保持器17,17A,18に保持された状態で自転する球体2,4の画像を取得する画像取得工程と、画像取得工程で取得される球体2,4の画像に基づいて、回転する球体2,4の挙動を算出する画像処理工程と、を備える。これにより、上述の球体挙動計測装置60,60Aの効果と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【0117】
1:球体研磨装置、 2:球体、 17,17A:保持器、 17c:保持部、 17d:第一ポケット、 17e:第二ポケット、 60:球体挙動計測装置、 61:画像取得部、 62:画像処理部、 63:第一演算部、 64:送信部、 65:電源、 66:発光部、 67:イメージセンサ、 68:受信部、 69:演算部、 70:記憶部、 71:第二演算部、 81:第一ユニット、 82:第二ユニット、 83:第三ユニット
図1
図2
図3
図4
図5
図6A
図6B
図7
図8
図9
図10
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図12
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図18