JP2017223662A - 球体挙動計測装置及び球体挙動計測方法 - Google Patents

Abstract

【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

Description

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。

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。

特開平１１−１５６６８９号公報

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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１の球体研磨装置の制御装置の構成を示す図である。 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３の保持器のIV方向から見た図である。 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。 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。 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。 第一研磨盤と第二研磨盤の回転速度を示す図である。 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。 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。 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１１の保持器のXII方向から見た図である。 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１３のスラスト針状ころ軸受のXIV方向から見た図である。 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１３の軸受配置部材を軸線方向から見た図である。 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。 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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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）。

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。

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）。

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。

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）。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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）。

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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (19)

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

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