JP2016068187A - 球体研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率を大幅に向上できる球体研磨装置を提供すること。
【解決手段】球体研磨装置（１）の研磨構造部材（１０）は、被加工球体Ｗの外周面に接触する少なくとも３つの接触部材（２，３，４）を備える。少なくとも３つの接触部材（２，３，４）には、それぞれ回転可能に設けられる３つの研磨盤（２，３，４）が含まれる。研磨構造部材（１０）は、３つの研磨盤２，３，４のそれぞれの外周面により被加工球体Ｗを研磨加工する。球体研磨装置（１）は、少なくとも３つの接触部材（２，３，４）の動作条件を見付けるために、研磨加工中の被加工球体（Ｗ）を撮像する撮像装置（１１）を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工球体を研磨加工する球体研磨装置に関する。

従来、高精度な鋼球を製造する際に使用される球体研磨装置は、被加工球体を複数の回転盤体（砥石）の間で挟持し、回転盤体を回転させることにより被加工球体を研磨加工する。例えば、特許文献１に記載の球体研磨装置は、内周側と外周側に分割され、同軸で個別に回転される２つの下回転盤体（下部ラップ）と、下回転盤体と同軸で個別に回転される１つの上回転盤体（上部ラップ）とを備える。上回転盤体は、２つの下回転盤体の境界上方に配置される。そして、下回転盤体及び上回転盤体は、２つの下回転盤体の境界上に載置された被加工球体を挟持しそれぞれ回転することにより、被加工球体を研磨加工する。

また、特許文献２に記載の球体研磨装置は、個別に回転される３つの回転盤体（研磨ロール）を備える。３つの回転盤体は、回転軸線が正三角形の各辺上に位置するように、且つ回転軸線と直角なロール外周面を通る線が１２０度の等間隔で位置するように配置される。そして、３つの回転盤体は、被加工球体を各外周面で三点支持して回転することにより、被加工球体を研磨加工する。

また、特許文献３に記載の球体研磨装置は、個別に回転される一対の回転盤体と、一対の従動ローラとを備える。一対の回転盤体は、同軸で所定間隔をあけて対向配置される。一対の従動ローラは、回転盤体の回転軸線と所定間隔をあけて平行な２本の回転軸線上であって、外周面が一対の回転盤体の間隙で平行になるようにそれぞれ配置される。そして、一対の回転盤体は、一対の従動ローラとともに被加工球体を挟持し差動回転することにより、被加工球体を研磨加工する。また、特許文献４に記載のように、一対の回転盤体（駆動ローラ）及び一対の従動ローラ（支持ローラ）を備えた機構は、球体の外観検査装置にも適用されており、球体の自転軸を随時変化させながら回転させて外観検査するようになっている。

特開２００８−１６１９８６号公報 特開２００２−２８８５１号公報 特開２０１２−７１４１３号公報 特開２０１１−７５４０号公報

上述の特許文献１〜４に記載の球体研磨装置は、精度の高い被加工球体を効率良く研磨加工できるが、近年、被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率のさらなる向上が望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、１つの被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率を大幅に向上できる球体研磨装置を提供することを目的とする。

本発明の球体研磨装置は、被加工球体の外周面に接触する少なくとも３つの接触部材を備える研磨構造部材であって、前記少なくとも３つの接触部材にはそれぞれ回転可能に設けられる３つの研磨盤が含まれ、前記３つの研磨盤のそれぞれの外周面により前記被加工球体を研磨加工する前記研磨構造部材と、前記少なくとも３つの接触部材の動作条件を見付けるために、研磨加工中の前記被加工球体を撮像する撮像装置と、を備える。

これにより、研磨加工中における被加工球体の動作状態は、撮像装置の撮像画像を画像解析することにより把握できるので、被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率の向上が可能となる。なお、少なくとも３つの接触部材は、３つの研磨盤である場合、４つ以上の研磨盤である場合、３つの研磨盤及び１つ以上の非研磨盤である場合、４つ以上の研磨盤及び１つ以上の非研磨盤である場合の何れかである。

本発明の実施の形態に係る球体研磨装置の全体構成を示す図である。 図１の球体研磨装置を上方から見た図である。 図１の球体研磨装置を左側方から見た図である。 図１の球体研磨装置を右側方から見た図である。 図１の球体研磨装置の制御装置の構成ブロック図である。 図５の制御装置による球体研磨装置の動作を説明するためのフローチャート図である。 研磨動作中の図２における被研磨球体付近の拡大図である。 図７のＡ−Ａ線断面図である。 研磨加工中における被加工球体の回転軸の移動範囲の経時変化及びその閾値を示す図である。 研磨加工中における第一、第二、第三研磨盤の回転速度の経時変化を示す図である。 第一、第二研磨盤の回転速度を一定にし、第三研磨盤の回転速度を正弦波状に変動したときの各回転速度の波形図である。 第一、第二研磨盤の回転速度を一定にし、第三研磨盤の回転速度を矩形波状に変動したときの各回転速度の波形図である。 第一、第二研磨盤の回転速度を一定にし、第三研磨盤の回転速度を台形波状に変動したときの各回転速度の波形図である。 図７に対応させた別例の研磨動作中の被研磨球体付近の拡大図である。

（球体研磨装置の機械構成）
実施形態の球体研磨装置１の機械構成について図１〜図４を参照して説明する。この球体研磨装置１は、例えば、鋼球、セラミックス球等の１つの被加工球体Ｗの表面を研磨する装置である。図１〜図４に示すように、この球体研磨装置１は、研磨構造部材１０と、撮像装置１１と、制御装置９等とを備える。

研磨構造部材１０は、第一研磨盤２と、第二研磨盤３と、第三研磨盤４と、第一回転装置５と、第二回転装置６と、第三回転装置７と、荷重付加装置８等とから概略構成される。第一研磨盤２、第二研磨盤３、第三研磨盤４及び荷重付加装置８が、被加工球体Ｗの外周面に接触する接触部材である。なお、図２〜図４においては、荷重付加装置８の一部及び制御装置９を省略して示す。

第一研磨盤２は、円盤状に形成された２つの台座２１と、台座２１と略同一径の円盤状に形成され、２つの台座２１の端面間に挟持され貼着された砥石２２等とを備える。第一研磨盤２は、回転軸線Ｌａ回りに回転可能に、第一回転装置５に支持される。砥石２２は、例えば、白色アルミナ系砥粒をレジンボンドで固めて形成される。

砥石２２の外周面２２ａの径方向断面形状は、被加工球体Ｗの径方向断面形状である円形状のうち半円分より若干小さい形状が収まる円弧凹形状に形成される。これにより、被加工球体Ｗに対する研磨面積が大きくなるので、被加工球体Ｗの研磨加工精度及び研磨加工効率を大幅に向上できる。なお、砥石２２の外周面２２ａの径方向断面形状としては、Ｖ字凹形状や直線形状等であってもよい。

第二研磨盤３は、円盤状に形成された１つの台座３１と、台座３１と略同一径の円盤状に形成され、台座３１の端面に貼着された砥石３２等とを備える。第二研磨盤３は、回転軸線Ｌａと水平方向に平行な回転軸線Ｌｂ回りに回転可能に、且つ砥石３２が第一研磨盤２の砥石２２と径方向に所定間隔をあけて対向するように、第二回転装置６に支持される。砥石３２は、第一研磨盤２の砥石２２と同一材料で形成される。砥石３２の外周面３２ａの径方向断面形状は、被加工球体Ｗの径方向断面形状である円形状のうち四分の一円分より若干小さい形状が収まる円弧凹形状に形成される。

第三研磨盤４は、第二研磨盤３の台座３１と同一形状の円盤状に形成された１つの台座４１と、台座４１と略同一径の円盤状に形成され、台座４１の端面に貼着された砥石４２等とを備える。第三研磨盤４は、第二研磨盤３と同一の回転軸線Ｌｂ回りに回転可能に、且つ砥石４２が第二研磨盤３の砥石３２と回転軸線Ｌｂ方向に所定間隔をあけて対向するように、第三回転装置７に支持される。砥石４２は、第二研磨盤３の砥石３２と同一材料で形成される。砥石４２の外周面４２ａの径方向断面形状は、第二研磨盤３の砥石３２の外周面３２ａの径方向断面形状と同一形状に形成される。

以上のような第一、第二、第三研磨盤２，３，４の形状及び配置により、第一研磨盤２の砥石２２と、第二研磨盤３の砥石３２と、第三研磨盤４の砥石４２との間には、略円形状の隙間が形成される。この隙間の径は、被加工球体Ｗの径よりも若干小さくなるように第一、第二、第三研磨盤２，３，４は配置される。これにより、被加工球体Ｗは、第一研磨盤２の砥石２２と、第二研磨盤３の砥石３２と、第三研磨盤４の砥石４２とにより挟持され研磨加工される。

第一回転装置５は、電気モータ５１と、モータ支持板５２等とを備える。電気モータ５１のモータ軸５１ａは、第一研磨盤２の回転軸線Ｌａと一致するように第一研磨盤２に取り付けられる。モータ支持板５２は、板面方向が回転軸線Ｌａと直角となるように固定台１０上に立設される。そして、モータ軸５１ａがモータ支持板５２を回転軸線Ｌａ方向に貫通するように、電気モータ５１がモータ支持板５２の板面に取り付けられる。電気モータ５１のモータ軸５１ａの回転により、第一研磨盤２は回転軸線Ｌａ回りに回転可能となっている。

第二回転装置６は、電気モータ６１と、モータ支持板６２等とを備える。電気モータ６１のモータ軸６１ａは、第二研磨盤３の回転軸線Ｌｂと一致するように第二研磨盤３に取り付けられる。このモータ軸６１ａは、中空円筒状に形成され、モータ軸６１ａの内周部には、第三回転装置７の電気モータ７１のモータ軸７１ａが同軸で貫通される。モータ支持板６２は、板面方向が回転軸線Ｌｂと直角となるように固定台１０上に立設される。そして、モータ軸６１ａがモータ支持板６２を回転軸線Ｌｂ方向に貫通するように、電気モータ６１がモータ支持板６２の板面に取り付けられる。電気モータ６１のモータ軸６１ａの回転により、第二研磨盤３は回転軸線Ｌｂ回りに回転可能となる。

第三回転装置７は、電気モータ７１と、モータ支持板７２等とを備える。電気モータ７１のモータ軸７１ａは、第三研磨盤４の回転軸線Ｌｂと一致するように第三研磨盤４に取り付けられる。このモータ軸７１ａは、第二回転装置６の電気モータ６１のモータ軸６１ａの内周部に同軸で貫通される。モータ支持板７２は、板面方向が回転軸線Ｌｂと直角となり、且つモータ支持板６２に対し電気モータ６１の軸方向長より若干大きい間隔をあけて平行となるように固定台１０上に立設される。そして、モータ軸７１ａがモータ支持板７２を回転軸線Ｌｂ方向に貫通するように、電気モータ７１がモータ支持板７２の板面に取り付けられる。電気モータ７１のモータ軸７１ａの回転により、第三研磨盤４は回転軸線Ｌｂ回りに回転可能となる。

荷重付加装置８は、油圧シリンダ８１と、押圧部材８２と、シリンダ支持板８３と、油圧供給装置８４等とを備える。油圧シリンダ８１のロッド８１ａの先端には、円筒状の押圧部材８２がロッド８１ａの軸線と押圧部材８２の軸線とが一致するように取り付けられる。シリンダ支持板８３は、第一支持板８３ａと、第二支持板８３ｂとを備える。第一支持板８３ａは、板面方向が回転軸線Ｌａ（Ｌｂ）と直角となり、且つ２つのモータ支持板５２，６２との間で所定間隔をあけてモータ支持板５２，６２と平行となるように固定台１０上に立設される。第二支持板８３ｂは、第一支持板８３ａの上面から第一研磨盤２と第二研磨盤３との間まで水平に延びるように設けられる。

第二支持板８３ｂの先端上面には、ロッド８１ａが第二支持板８３ｂを貫通して垂直下方に延び、押圧部材８２の下端面が第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に挟持される被加工球体Ｗと接触可能となるように、油圧シリンダ８１が取り付けられる。油圧供給装置８４は、油圧シリンダ８１に接続されて油圧をシリンダ内に供給する。油圧シリンダ８１のロッド８１ａの伸縮により、押圧部材８２は第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に挟持されている被加工球体Ｗを垂直下方に押圧可能となる。ロッド８１ａの移動方向及び押圧部材８２の被加工球体Ｗに対する荷重付加方向は、第一研磨盤２の回転軸線Ｌａ及び第二、第三研磨盤３，４の回転軸線Ｌｂを通る平面に垂直（鉛直）な方向である。なお、ロッド８１ａの移動方向及び押圧部材８２の被加工球体Ｗに対する荷重付加方向は、鉛直方向に限定されるものではなく、鉛直線に対し所定角度傾斜した方向でもよい。

撮像装置１１は、ハイスピードカメラ１１ａと、ハイスピードカメラ１１ａに装着された内視鏡１１ｂ等とを備える。ハイスピードカメラ１１ａは、第一支持板８３ａのロッド８１ａ側の側面に取り付けられる。内視鏡１１ｂは、先端部を第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に挟持される被加工球体Ｗに近接させて配置される。撮像装置１１は、被加工球体Ｗの動作状態、例えば被加工球体Ｗの回転軸の移動状態や被加工球体Ｗの回転状態等を解析するために、研磨加工中の被加工球体Ｗを撮像する。なお、被加工球体Ｗの動作状態は、例えば被加工球体Ｗの全周に帯状のマーカを付しておき、研磨加工の進行に従ってマーカが斑模様になっていく変化を見ることで解析できる。

制御装置９は、第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に挟持され、荷重付加装置８の押圧部材８２に押圧された状態の被加工球体Ｗを、第一、第二、第三回転装置５，６，７の動作を制御し、第一研磨盤２を回転軸線Ｌａ回りに回転させ、第二、第三研磨盤３，４を回転軸線Ｌｂ回りに第一研磨盤２と同一方向に差動回転させることで研磨加工を行う。そして、詳細は後述するが、制御装置９は、撮像装置１１で撮像される研磨加工中の被加工球体Ｗの撮像画像に基づいて、被加工球体Ｗの動作状態を把握し、適切な研磨加工を行うための第一、第二、第三研磨盤２，３，４の動作条件を見付けるためにフィードバック制御を行う。

（制御装置の構成）
図５に示すように、制御装置９は、第一回転制御部９１と、第二回転制御部９２と、第三回転制御部９３と、油圧制御部９４と、撮像制御部９５と、画像解析部９６等とを備える。ここで、各部９１〜９５は、それぞれ個別のハードウエアにより構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。

第一回転制御部９１は、第一回転装置５の電気モータ５１の回転を開始し、第一研磨盤２を回転軸線Ｌａ回りに一定回転速度Ｖ１で図１の時計回りもしくは半時計回りに回転させ、また、所定の加工時間が経過したら、電気モータ５１の回転を停止する。
第二回転制御部９２は、第二回転装置６の電気モータ６１の回転を開始し、第二研磨盤３を回転軸線Ｌｂ回りに第一研磨盤２の回転速度Ｖｓより低速もしくは高速の一定回転速度Ｖ２で第一研磨盤２と同一方向に回転させ、また、所定の加工時間が経過したら、電気モータ６１の回転を停止する。

第三回転制御部９３は、第三回転装置７の電気モータ７１の回転を開始し、第三研磨盤４を回転軸線Ｌｂ回りに第二研磨盤３の回転速度Ｖ２より低速もしくは高速の一定回転速度Ｖ３で第一研磨盤２と同一方向に回転させ、また、所定の加工時間が経過したら、電気モータ７１の回転を停止する。第二研磨盤３と第三研磨盤４とは、差動回転されることになる。そして、詳細は後述するが、第三回転制御部９３は、画像解析部９６から入力する被加工球体Ｗの回転軸の移動状態や被加工球体Ｗの回転状態等の解析結果に基づいて、第三研磨盤４の回転速度を変化させる。

油圧制御部９４は、荷重付加装置８の油圧シリンダ８１に油圧供給し、押圧部材８２を第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に挟持されている被加工球体Ｗに対して接近する垂直下方に移動させ、押圧部材８２で被加工球体Ｗを押圧する。
撮像制御部９５は、撮像装置１１のハイスピードカメラ１１ａの撮像開始及び撮像停止を制御する。
画像解析部９６は、撮像装置１１のハイスピードカメラ１１ａから研磨加工中の被加工球体Ｗの撮像画像を入力し、被加工球体Ｗの回転軸の移動状態や被加工球体Ｗの回転状態等を解析し、第三回転制御部９３に当該解析結果を出力する。

（被加工球体Ｗの動き）
次に、研磨加工における非加工球体Ｗの動きについて、図７及び図８を参照して説明する。本実施形態においては、上述したように、第二、第三研磨盤３，４を差動回転させる。しかし、説明の容易化のため、第二、第三研磨盤３，４を差動回転させていない場合を説明した後に、第二、第三研磨盤３，４を差動回転させた場合について説明する。

第二、第三研磨盤３，４が差動回転しない場合には、被加工球体Ｗは、図７及び図８に図示する中心軸線Ｃ１回りに回転する。中心軸線Ｃ１は、被加工球体Ｗの中心Ｃを通り、第一、第二、第三研磨盤２，３，４の回転軸線Ｌａ，Ｌｂに平行な軸である。従って、被加工球体Ｗが中心軸線Ｃ１回りのみに回転するだけでは、被加工球体Ｗの表面の一部が、第一、第二、第三研磨盤２，３，４に接触しない場合がある。これでは、被加工球体Ｗの真球度が向上し難くなる。

しかし、本実施形態においては、第二、第三研磨盤３，４が差動回転している。ここで、第一研磨盤２における被加工球体Ｗとの接触点Ｐ１における周速度と、第三研磨盤４における被加工球体Ｗとの接触点Ｐ３における周速度とは、同一であるとし、第二研磨盤３における被加工球体Ｗとの接触点Ｐ２における周速度が他より大きいとする。

この場合、上記差動回転によって、被加工球体Ｗの回転は、第二研磨盤３における被加工球体Ｗとの接触点Ｐ２の周速方向に回転する成分を有する。つまり、図７に示すように、被加工球体Ｗの回転は、中心軸線Ｃ１を中心Ｃを中心に所定角度θだけ傾斜させた中心軸線Ｃ２回りに回転する成分を有する。従って、被加工球体Ｗの回転は、中心軸線Ｃ１回りに回転する成分に加えて、中心軸線Ｃ２回りに回転する成分を合成した回転となる。そのため、被加工球体Ｗの表面全部が、第一、第二、第三研磨盤２，３，４と接触し、被加工球体Ｗの真球度を大幅に向上できる。
なお、中心軸線Ｃ２の傾斜角度θは、第二、第三研磨盤３，４の差動回転の回転速度を変更することにより変化させることができるので、被加工球体Ｗの材質によって最適な傾斜角度θに調整することが可能となる。

ここで、撮像装置１１の撮像画像により、研磨加工中の被加工球体Ｗには、被加工球体Ｗ自体の回転は継続しているが回転軸の移動が停止した後に元の状態に戻ったり、被加工球体Ｗと第一、第二、第三研磨盤２，３，４との間で滑って被加工球体Ｗ自体の回転が停止した後に元の状態に戻る現象がランダムに発生する場合があることを発見した。当該現象は、被加工球体Ｗの部分的な研磨加工を引き起こすので、研磨加工精度の低下の原因となる。上記現象について種々検討を重ねた結果、上記現象は、当該現象の発生時に被加工球体Ｗの動作状態を変化させることで抑制できることが判明した。

被加工球体Ｗの動作状態を変化させる方法としては、例えば、第二、第三研磨盤３，４の差動回転の回転速度差を増加もしくは減少させる方法がある。なお、第一、第二、第三研磨盤２，３，４の回転速度比は、第二、第三研磨盤３，４の差動回転の回転速度差を第一研磨盤２の回転速度で除算した値で表されるため、第一研磨盤２の回転速度を増加もしくは減少させることで、被加工球体Ｗの動作状態を変化させることもできる。

（研磨加工の動作）
次に、制御装置９による被加工球体Ｗの研磨加工の動作を図６のフローチャートを参照して説明する。なお、本例では、予め設定された第一、第二、第三研磨盤２，３，４の回転速度及び荷重付加装置８の荷重により被加工球体Ｗを研磨加工するフィードフォワード制御、及び被加工球体Ｗの回転軸の移動を画像解析により監視し、当該回転軸の移動範囲が予め設定し記憶している所定の閾値より小さくなったとき、第二、第三研磨盤３，４の差動回転の回転速度差を増加するフィードバック制御を行う場合について説明する。

ここで、１つの被加工球体Ｗは、図７及び図８に示すように、予め作業者により第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に載置され挟持されているものとする。このとき、被加工球体Ｗの中心Ｃは、第一研磨盤２の回転軸線Ｌａと第二、第三研磨盤３，４の回転軸線Ｌｂとを結ぶ直線Ｌよりも上方に位置するので、被加工球体Ｗは、第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に載置され挟持される。

先ず、制御装置９は、荷重付加装置８により被加工球体Ｗに荷重を付加するとともに、撮像装置１１により被加工球体Ｗの撮像を開始する（図６のステップＳ１）。すなわち、図７及び図８に示すように、油圧制御部９４は、油圧供給装置８４を動作させ、油圧シリンダ８１のロッド８１ａを垂直下方に移動させ、押圧部材８２で第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に挟持されている被加工球体Ｗを押圧する。これにより、研磨加工中における被加工球体Ｗの飛び跳ねを防止でき、被加工球体Ｗの研磨加工精度及び研磨加工効率を大幅に向上できる。そして、撮像制御部９５は、撮像装置１１を動作させ、ハイスピードカメラ１１ａでの撮像を開始する。

次に、制御装置９は、第一、第二、第三回転装置５，６，７により第一研磨盤２を回転させるとともに、第二、第三研磨盤３，４を差動回転させる（図６のステップＳ２）。すなわち、図７及び図８に示すように、第一回転制御部９１は、第一回転装置５の電気モータ５１の回転を開始し、第一研磨盤２を回転軸線Ｌａ回りに一定回転速度Ｖ１で図１の時計回りに回転させる。第二回転制御部９２は、第二回転装置６の電気モータ６１の回転を開始し、第二研磨盤３を回転軸線Ｌｂ回りに回転速度Ｖ１より低速の一定回転速度Ｖ２で図１の時計回りに回転させる。第三回転制御部９３は、第三回転装置７の電気モータ７１の回転を開始し、第三研磨盤４を回転軸線Ｌｂ回りに回転速度Ｖ２より低速の一定回転速度Ｖ３で図１の時計回りに回転させる。これにより、第一、第二、第三研磨盤２，３，４間に挟持され、押圧部材８２に押圧された状態の被加工球体Ｗの研磨加工が、開始される。

次に、制御装置９は、被加工球体Ｗの撮像画像に基づいて、被加工球体Ｗの回転軸の移動状態を解析し（図６のステップＳ３）、当該解析結果に基づいて、被加工球体Ｗの回転軸の移動範囲が閾値より小さくなったか否かを判断する（図６のステップＳ４）。そして、制御装置９は、被加工球体Ｗの回転軸の移動範囲が閾値以上であるときは、ステップＳ３に戻って上述の処理を繰り返す。一方、制御装置９は、被加工球体Ｗの回転軸の移動範囲が閾値より小さくなったときは、第二、第三回転装置６，７による第二、第三研磨盤３，４の差動回転の回転速度差を増加する（図６のステップＳ５）。

すなわち、画像解析部９６は、撮像装置１１から研磨加工中の被加工球体Ｗの撮像画像を入力し、画像処理により被加工球体Ｗの回転軸の移動状態を解析する。そして、図９に示すように、画像解析部９６は、時刻ｔ１において、被加工球体Ｗの回転軸の移動範囲ｑが閾値ｑｔより小さくなったと判断したら、第三回転制御部９３に回転速度下降指令を出力する。そして、図１０に示すように、第三回転制御部９３は、画像解析部９６から回転速度下降指令を入力したら、第三回転装置７の電気モータ７１の回転を下降させ、第三研磨盤４を回転速度Ｖ３より低速の回転速度Ｖ４で回転させる。

さらに、制御装置９は、被加工球体Ｗの撮像画像に基づいて、被加工球体Ｗの回転軸の移動状態を解析し（図６のステップＳ６）、当該解析結果に基づいて、被加工球体Ｗの回転軸の移動範囲ｑが閾値ｑｔ以上になったか否かを判断する（図６のステップＳ７）。そして、制御装置９は、被加工球体Ｗの回転軸の移動範囲が閾値ｑｔより小さいときは、ステップＳ５に戻って上述の処理を繰り返す。一方、制御装置９は、被加工球体Ｗの回転軸の移動範囲が閾値ｑｔ以上になったときは、第二、第三回転装置６，７による第二、第三研磨盤３，４の差動回転の回転速度差を元に戻す（図６のステップＳ８）。

すなわち、画像解析部９６は、撮像装置１１から研磨加工中の被加工球体Ｗの撮像画像を入力し、画像処理により被加工球体Ｗの回転軸の移動状態を解析する。そして、図９に示すように、画像解析部９６は、時刻ｔ２（＞ｔ１）において、被加工球体Ｗの回転軸の移動範囲が閾値ｑｔ以上になったと判断したら、第三回転制御部９３に回転速度上昇指令を出力する。そして、図１０に示すように、第三回転制御部９３は、画像解析部９６から回転速度上昇指令を入力したら、第三回転装置７の電気モータ７１の回転を上昇させ、第三研磨盤４を元の回転速度Ｖ３で回転させる。

これにより、図９に示すように、被加工球体Ｗの回転軸の移動範囲ｑが、元の移動範囲ｑｉに戻るまで、従来は時間Ｔｂ掛かっていたものが時間Ｔａ（＜Ｔｂ）に短縮されるので、被加工球体Ｗの部分的な研磨加工を抑制できる。また、第一、第二及び第三研磨盤２，３，４は、一定回転速度Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３で回転するので、被加工球体Ｗの安定した回転及び狙い通りの回転が可能となる。よって、被加工球体Ｗの研磨加工精度を大幅に向上できる。被加工球体Ｗの回転軸の移動範囲ｑが元の状態に戻る理由は、研磨加工中の被加工球体Ｗに掛かる摩擦力が、第三研磨盤４の回転速度Ｖの変化に応じて変動するためである。

次に、制御装置９は、研磨加工開始から所定時間が経過したか否かを判断し（図６のステップＳ９）、研磨加工開始から所定時間が経過していない場合、ステップＳ３に戻って上述の処理を繰り返す。一方、制御装置９は、研磨加工開始から所定時間が経過した場合、研磨加工を停止する（図６のステップＳ１０）。すなわち、第一、第二、第三回転制御部９１，９２，９３は、第一、第二、第三回転装置５，６，７の各電気モータ５１，６１，７１の回転を停止し、油圧制御部９４は、油圧供給装置８４を動作させ、油圧シリンダ８１のロッド８１ａを垂直上方に移動させ、撮像制御部９５は、撮像装置１１の動作を停止させる。

そして、作業者は、球体研磨装置１から被加工球体Ｗを取り出し、当該被加工球体Ｗの真球度を測定する。被加工球体Ｗの真球度が所定値でない場合は、当該被加工球体Ｗを球体研磨装置１に再度セットし、ステップＳ１からの処理を行わせる。一方、被加工球体Ｗの真球度が所定値である場合は、全ての処理を終了する。

（研磨加工の動作の別例）
上述の研磨加工の動作は、第一、第二及び第三研磨盤２，３，４を一定回転速度Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３で回転して被加工球体Ｗを研磨する場合を説明したが、研磨加工の動作の別例としては、第一研磨盤２を一定の回転速度で回転し、差動回転する第二、第三研磨盤３，４の一方を波状に変動する回転速度で回転し、他方を一定の回転速度で回転するようにしてもよい。

波状に変動する回転速度としては、例えば、図１１Ａ，図１１Ｂ，図１１Ｃの実線で示すように、１周期が時間２ｔの正弦波状に変動する回転速度、矩形波状に変動する回転速度、台形波状に変動する回転速度、もしくは図示していないが三角波状に変動する回転速度とする。そして、図１２に示すように、第一研磨盤２は、一点鎖線で示す一定回転速度Ｖａで反時計回りに回転し、第二研磨盤３は、第一研磨盤２の回転速度Ｖａより小さい二点鎖線で示す一定回転速度Ｖｂで反時計回りに回転し、第三研磨盤４は、第一研磨盤２の回転速度Ｖａより小さい実線で示す所定の回転速度範囲内Ｖｃ１〜Ｖｃ２で一定周期で波状に変動する回転速度で反時計回りに回転する。第三研磨盤４の上限の回転速度Ｖｃ１は、第一研磨盤２の回転速度Ｖａより小さく第二研磨盤３の回転速度ＶｂよりΔＶ大きい回転速度（Ｖｃ１＝Ｖｂ＋ΔＶ）とし、下限の回転速度Ｖｃ２は、第二研磨盤３の回転速度ＶｂよりΔＶ小さい回転速度（Ｖｃ２＝Ｖｂ−ΔＶ）とする。

この場合、図７に対応させて示す図１２に示すように、被加工球体Ｗの回転は、第二、第三研磨盤３，４の変動する差動回転によって、中心軸線Ｃ１が中心Ｃを中心に所定角度φの間で往復変動する中心軸線Ｃ１回りの回転となる。このため、被加工球体Ｗの表面と第一、第二、第三研磨盤２，３，４との接触範囲は、一定回転速度で回転させる場合よりも変動回転速度で回転させる場合の方が増加するので、被加工球体Ｗの真球度及び偏差は、一定回転速度で回転させる場合よりも変動回転速度で回転させる場合の方が向上する。

そして、研磨加工中の被加工球体Ｗが、被加工球体Ｗ自体の回転は継続しているが回転軸の移動が停止したり、被加工球体Ｗと第一、第二、第三研磨盤２，３，４との間で滑って被加工球体Ｗ自体の回転が停止する現象が発生した場合、以下のように対応する。すなわち、上記現象が発生した場合は、波状に変動する回転速度で回転する第三研磨盤４の回転速度を増加もしくは減少させ、又は一定回転速度で回転する第二研磨盤３の回転速度を増加もしくは減少させることで、被加工球体Ｗの動作状態を変化させることができる。これにより、被加工球体Ｗは、回転軸の移動範囲を元の状態に戻し、又は回転を元の回転速度に戻すので、被加工球体Ｗの部分的な研磨加工を抑制でき、被加工球体Ｗの研磨加工精度を大幅に向上できる。

（研磨加工による効果）
本実施形態の球体研磨装置１によれば、研磨加工中における被加工球体Ｗの動作状態は、撮像装置１１の撮像画像を画像解析することにより把握できるので、被加工球体Ｗの研磨加工精度及び研磨加工効率の向上が可能となる。また、第一、第二及び第三研磨盤２，３，４は、各回転軸が平行に配置され、それぞれ回転し、さらに第二及び第三研磨盤３，４は差動回転して１つの被加工球体Ｗを研磨加工している。これにより、被加工球体Ｗには、被加工球体Ｗの外周面において中心に向かう１つの力Ｆａ及びこの力Ｆａに平行な方向の２つの力Ｆｂ，Ｆｃが発生するため、被加工球体Ｗを安定且つ良好に回転できる。さらに、被加工球体Ｗを３箇所で研磨加工を行っているので、被加工球体Ｗと第一、第二及び第三研磨盤２，３，４との接触機会が多くなり、被加工球体Ｗの研磨加工精度及び研磨加工効率を大幅に向上できる。

また、球体研磨装置１は、撮像装置１１の撮像画像に基づいて、研磨加工中の被加工球体Ｗの動作状態を変化させるように第一、第二、第三研磨盤２，３，４のうちの少なくとも１つの動作をフィードバック制御により変化させる制御装置９を備えている。これにより、研磨加工中の被加工球体Ｗが、被加工球体Ｗ自体の回転は継続しているが回転軸の移動が停止したり、被加工球体Ｗと接触部材との間で滑って被加工球体自体の回転が停止する現象がランダムに発生しても、上記現象に対し短時間で対応して抑制できる。よって、被加工球体Ｗの研磨加工精度及び研磨加工効率は、大幅に向上する。

また、制御装置９は、第一、第二、第三研磨盤２，３，４のうちの少なくとも１つの研磨盤の回転速度をフィードバック制御により変化させるので、研磨加工中の被加工球体Ｗに掛かる摩擦力が、当該研磨盤の回転速度の変化に応じて変動するので、被加工球体Ｗの研磨加工中の動作状態を元に戻すことが可能となる。

また、背景技術で説明した特許文献１に記載の球体研磨装置は、複数の被加工球体を上回転盤の端面と２つの下回転盤体の端面との間に挟持して回転し研磨加工する装置である。従って、例えば１つの被加工球体を上回転盤と２つの下回転盤体との間に挟持した場合、上回転盤が傾斜し若しくは撓むおそれがあり、被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率が悪化する場合がある。また、被加工球体は、２つの下回転盤体の境界上において遠心力を受けるため、回転盤の回転軸線と直角な軸線回りに回転し難くなる。このため、被加工球体の全面を均等に研磨加工できないおそれがあり、被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率が悪化する場合がある。しかし、この球体研磨装置に本実施形態の撮像装置１１等を備えることにより、研磨加工中における被加工球体Ｗの動作状態は、撮像装置１１の撮像画像を画像解析することにより把握できるので、被加工球体Ｗの研磨加工精度及び研磨加工効率の向上が可能となる。

また、背景技術で説明した特許文献２に記載の球体研磨装置は、１つの被加工球体を３つの回転盤体の各外周面で三点支持して回転し研磨加工する装置である。従って、被加工球体には、外周面において１２０度の等間隔で中心に向かう力が発生するため、被加工球体を安定的に回転させることが困難であり、被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率が悪化する場合がある。しかし、この球体研磨装置に本実施形態の撮像装置１１等を備えることにより、研磨加工中における被加工球体Ｗの動作状態は、撮像装置１１の撮像画像を画像解析することにより把握できるので、被加工球体Ｗの研磨加工精度及び研磨加工効率の向上が可能となる。

また、背景技術で説明した特許文献３に記載の球体研磨装置は、１つの被加工球体を一対の回転盤体及び一対の従動ローラで挟持して差動回転し研磨加工する装置である。従って、被加工球体には、外周面において中心に向かう２つの力及びこれらの力に平行な方向の２つの力が発生するため、被加工球体を安定的に回転させることができ、被加工球体の研磨加工精度及び研磨加工効率を向上できる。そして、この球体研磨装置に本実施形態の撮像装置１１等を備えることにより、研磨加工中における被加工球体Ｗの動作状態は、撮像装置１１の撮像画像を画像解析することにより把握できるので、被加工球体Ｗの研磨加工精度及び研磨加工効率をさらに向上させることが可能となる。

（その他）
上述の実施形態では、第三研磨盤４の回転速度Ｖ３のみを変化させて、被加工球体Ｗの回転軸の移動範囲を元の状態に戻す構成とした。しかし、第一研磨盤２の回転速度Ｖ１のみを変化させ、もしくは第二研磨盤３の回転速度Ｖ２のみを変化させ、もしくは第一、第二、第三研磨盤２，３，４の回転速度を任意に組み合わせて変化させても同様に可能である。

また、上述の実施形態では、制御装置９が、研磨加工中の被加工球体Ｗの撮像画像に基づいて、適切な研磨加工を行うための第一、第二、第三研磨盤２，３，４の動作条件を見付けるためにフィードバック制御を行う構成としたが、作業者が、研磨加工中の被加工球体Ｗの撮像画像を見て、適切な研磨加工を行うための第一、第二、第三研磨盤２，３，４の動作条件を見付けるための制御指令を入力する構成としても同様の効果が得られる。

また、上述の実施形態では、第一、第二、第三研磨盤２，３，４を備える構成としたが、４つ以上の研磨盤である場合、３つの研磨盤及び１つ以上の非研磨盤である場合、４つ以上の研磨盤及び１つ以上の非研磨盤である場合の何れかで構成しても同様の効果が得られる。
また、上述の実施形態では、第二及び第三研磨盤３，４は、同一方向に回転速度を異ならせることにより差動回転させる構成としたが、異なる方向に回転速度を異ならせることにより差動回転させる構成としてもよい。また、第一、第二及び第三研磨盤２，３，４は、同一径としたが、異なる径としてもよい。
また、第二回転装置６の電気モータ６１及び第三回転装置７の電気モータ７１は、第二研磨盤３及び第三研磨盤４の一方の側、すなわち第一回転装置５の電気モータ５１と同じ側に配置する構成としたが、第三回転装置７の電気モータ７１を第二研磨盤３及び第三研磨盤４の他方の側、すなわち２つの電気モータ６１，７１が２つの研磨盤３，４を挟むように配置する構成としてもよい。この場合、電気モータ６１のモータ軸６１ａは、電気モータ７１のモータ軸７１ａと同様に中実円筒状に形成される。

１：球体研磨装置、 ２：第一研磨盤、 ３：第二研磨盤、 ４：第三研磨盤、 ５：第一回転装置、 ６：第二回転装置、 ７：第三回転装置、 ８：荷重付加装置、 ９：制御装置、 １０：研磨構造部材、 １１：撮像装置、 ９１：第一回転制御部、 ９２：第二回転制御部、 ９３：第三回転制御部、 ９４：油圧制御部、 ９５：撮像制御部、 ９６，９６１：画像解析部、 Ｗ：被加工球体

Claims (4)

1. 被加工球体の外周面に接触する少なくとも３つの接触部材を備える研磨構造部材であって、前記少なくとも３つの接触部材にはそれぞれ回転可能に設けられる３つの研磨盤が含まれ、前記３つの研磨盤のそれぞれの外周面により前記被加工球体を研磨加工する前記研磨構造部材と、
   前記少なくとも３つの接触部材の動作条件を見付けるために、研磨加工中の前記被加工球体を撮像する撮像装置と、
   を備える、球体研磨装置。
2. 前記球体研磨装置は、前記撮像装置の撮像画像に基づいて、研磨加工中の前記被加工球体の動作状態を変化させるように前記少なくとも３つの接触部材のうちの少なくとも１つの接触部材の動作をフィードバック制御により変化させる制御装置を備える、請求項１の球体研磨装置。
3. 前記制御装置は、前記３つの研磨盤のうちの少なくとも１つの研磨盤の回転速度をフィードバック制御により変化させる、請求項２の球体研磨装置。
4. 前記研磨構造部材は、
   回転可能に支持され、外周面で被加工球体の研磨加工が可能な第一研磨盤と、
   前記第一研磨盤の回転軸と平行に配置される回転軸回りに回転可能に支持され、外周面で前記被加工球体の研磨加工が可能な第二研磨盤と、
   前記第二研磨盤と同軸で配置される回転軸回りに回転可能に支持され、外周面で前記被加工球体の研磨加工が可能な第三研磨盤と、
   前記第一、第二及び第三研磨盤をそれぞれ回転する第一、第二及び第三回転装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記第一回転装置の駆動を制御して前記第一研磨盤を回転するとともに、前記第二及び第三回転装置の駆動を制御して前記第二及び第三研磨盤を差動回転し、前記第一、第二及び第三研磨盤の外周面で挟持している前記被加工球体の研磨加工を行う、請求項１〜３の何れか一項の球体研磨装置。

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