CN116057363A - 测定系统及测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一方案的测定系统测定对具有轴部和从该轴部向径向突出的凸缘部且在上述轴部与上述凸缘部的连接部分具有圆角部的金属构造物的上述圆角部照射X射线而得到的衍射X射线的强度分布，其中，所述测定系统具备：衍射X射线测定装置，其具有对上述圆角部照射X射线的照射部；以及定位装置，其用于将上述衍射X射线测定装置相对于上述圆角部进行定位，上述定位装置具有：移动机构，其使上述衍射X射线测定装置相对于上述圆角部三维地相对移动；以及旋转机构，其使上述衍射X射线测定装置向上述X射线相对于上述圆角部的入射角度变化的方向旋转。

Description

测定系统及测定方法
技术领域
本发明涉及测定系统及测定方法。
背景技术
近年来，使用X射线测定残余应力的技术正在普及。该技术通过使用X射线来测定在具有晶体结构的被检查体的内部产生的晶格畸变，将测定结果换算为残余应力。
作为使用了X射线的残余应力测定方法，已知有cosα法。cosα法为如下方法：对被检查体以特定的入射角度照射X射线，二维地检测该X射线由被检查体反射而产生的衍射X射线的强度，基于由检测出的衍射X射线的强度分布形成的衍射环来测定残余应力。
另外，如今，也通过算出基于衍射X射线的强度分布的X射线衍射强度曲线的半值宽度来求出被检查体的硬度等。
作为测定具备圆柱状的轴部和从该轴部向径向突出的凸缘部(板状部)且在轴部与凸缘部的连接部分设置有用于缓和应力集中的圆角部的金属构造物的上述圆角部的残余应力的X射线应力测定装置，可以使用射出X射线的X射线射出器、形成有基于衍射X射线的衍射环的成像板等配置于单一的壳体的X射线应力测定装置(参照日本特开2012-225796号公报)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-225796号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在基于cosα法的残余应力的测定中，为了提高测定精度，通常将入射角度设定为15°以上且65°以下。但是，对于具备圆柱状的轴部和从该轴部向径向突出的凸缘部(板状部)且在轴部与凸缘部的连接部分设置有用于缓和应力集中的圆角部的金属构造物，例如在向圆角部的多个位置照射X射线的情况下，凸缘部或轴部与X射线应力测定装置干涉的可能性变高，有时难以将X射线应力测定装置配置于所期望的位置。
本发明是基于这样的情况而完成的，其目的在于提供能够以所期望的配置容易地测定衍射X射线的强度分布的测定系统及测定方法。
用于解决课题的方案
本发明的一方案的测定系统能够测定对具有轴部和从该轴部向径向突出的凸缘部且在上述轴部与上述凸缘部的连接部分具有圆角部的金属构造物的上述圆角部照射X射线而得到的衍射X射线的强度分布，其中，所述测定系统具备：衍射X射线测定装置，其具有对上述圆角部照射X射线的照射部；以及定位装置，其用于将上述衍射X射线测定装置相对于上述圆角部进行定位，上述定位装置具有：移动机构，其使上述衍射X射线测定装置相对于上述圆角部三维地相对移动；以及旋转机构，其使上述衍射X射线测定装置向上述X射线相对于上述圆角部的入射角度变化的方向旋转。
该测定系统具备将上述衍射X射线测定装置相对于上述圆角部进行定位的定位装置，上述定位装置具有：移动机构，其使上述衍射X射线测定装置相对于上述圆角部三维地相对移动；以及旋转机构，其使上述衍射X射线测定装置向上述X射线相对于上述圆角部的入射角度变化的方向旋转，因此能够以所期望的配置容易地测定对上述圆角部照射X射线而得到的衍射X射线的强度分布。
也可以是，该测定系统还具备控制部，该控制部以上述衍射X射线测定装置与上述轴部及上述凸缘部不接触的方式对基于上述移动机构的移动及基于上述旋转机构的旋转进行控制。该测定系统通过还具备以上述衍射X射线测定装置与上述轴部及上述凸缘部不接触的方式对基于上述移动机构的移动及基于上述旋转机构的旋转进行控制的控制部，能够以所期望的配置更容易地测定上述衍射X射线的强度分布。
也可以是，上述控制部在能够通过上述衍射X射线测定装置检测衍射X射线的峰值的范围内对基于上述移动机构的移动及基于上述旋转机构的旋转进行控制。这样，通过上述控制部在能够通过上述衍射X射线测定装置检测衍射X射线的峰值的范围内对基于上述移动机构的移动及基于上述旋转机构的旋转进行控制，能够容易且可靠地测定上述衍射X射线的强度分布。
也可以是，在将通过圆角中心且与上述轴部的中心轴平行的轴设为X轴、将通过上述圆角中心且与上述凸缘部的突出方向平行的轴设为Z轴、将上述圆角中心的坐标设为(0，0)、将上述衍射X射线测定装置的旋转中心的坐标设为(X，Z)、将基于上述衍射X射线测定装置的X射线的照射距离设为L[mm]、将上述X射线的照射距离的最小值设为Lmin[mm]、将上述X射线的照射距离的最大值设为Lmax[mm]、将圆角角度设为θ[°]、将圆角半径设为R[mm]、将X射线的入射角度设为Ψ[°]、将X射线的照射方向上的上述衍射X射线测定装置的壳体的上述圆角部侧的端部与上述旋转中心的距离设为h[mm]、将上述壳体的与上述圆角部相邻的一侧的端部的上下宽度设为W[mm]、将布拉格角的余角设为η[°]、将上述衍射X射线测定装置的二维检测器的检测区域的上下宽度设为D[mm]、将通过上述圆角中心且与上述凸缘部平行的假想直线与上述凸缘部的间隔设为a[mm]的情况下，满足下述式1及下述式2。
[数学式1]
(Lmin+h)sin(θ+ψ)-Rsinθ≤×≤(Lmax+h)sin(θ+ψ)-Rsinθ···1
[数学式2]
(Lmin+h)cos(θ+ψ)-Rcosθ≤Z≤(Lmax+h)cos(e+ψ)-Rcosθ···2
其中，X射线的入射角度Ψ在相对于通过测定部位及圆角中心的假想直线向上述轴部侧倾斜时为正，在向上述凸缘部侧倾斜时为负，在Ψ≥0的情况下，X射线的照射距离L满足下述式3，在Ψ＜0的情况下，X射线的照射距离L满足下述式4。
[数学式3]
Figure BDA0004105636120000041
[数学式4]
Figure BDA0004105636120000042
该测定系统通过在满足上述式1及上述式2的范围内对上述衍射X射线测定装置进行定位，能够容易地抑制上述轴部及上述凸缘部与上述衍射X射线测定装置的接触。
也可以是，上述控制部在Ψ≥0的情况下，基于下述式5对基于上述移动机构的移动及基于上述旋转机构的旋转进行控制，在Ψ＜0的情况下，基于下述式6对基于上述移动机构的移动及基于上述旋转机构的旋转进行控制。
[数学式5]
Figure BDA0004105636120000043
[数学式6]
Figure BDA0004105636120000044
这样，通过上述控制部基于上述式5及上述式6对基于上述移动机构的移动及基于上述旋转机构的旋转进行控制，从而能够在抑制上述轴部及上述凸缘部与上述衍射X射线测定装置的接触的同时，能够容易且可靠地测定上述衍射X射线的强度分布。
也可以是，上述移动机构具有：第一移动体，其与上述轴部的外周面嵌合，并相对于上述轴部沿周向相对旋转；垂直轴，其与上述第一移动体连接，并沿与上述轴部的中心轴正交的方向延伸；第二移动体，其与上述垂直轴连接，并能够沿上述垂直轴的轴向移动；以及滑动机构，其使上述第一移动体或上述垂直轴沿上述轴部的轴向移动，上述衍射X射线测定装置与上述第二移动体连接。这样，通过上述移动机构具有与上述轴部的外周面嵌合并相对于上述轴部沿周向相对旋转的第一移动体、与上述第一移动体连接并沿与上述轴部的中心轴正交的方向延伸的垂直轴、与上述垂直轴连接并能够沿上述垂直轴的轴向移动的第二移动体、以及使上述第一移动体或上述垂直轴沿上述轴部的轴向移动的滑动机构，且上述衍射X射线测定装置与上述第二移动体连接，能够以所期望的配置更容易地测定上述衍射X射线的强度分布。
也可以是，上述衍射X射线测定装置设置为能够利用cosα法算出上述圆角部的残余应力。该测定系统能够以所期望的配置容易地测定上述衍射X射线的强度分布，因此适于算出上述圆角部的残余应力。
也可以是，上述衍射X射线测定装置设置为能够算出X射线衍射强度曲线的半值宽度。该测定系统能够以所期望的配置容易地测定上述衍射X射线的强度分布，因此适于算出上述X射线衍射强度曲线的半值宽度。
本发明的另一方案的测定方法能够测定对具有轴部和从该轴部向径向突出的凸缘部且在上述轴部与上述凸缘部的连接部分具有圆角部的金属构造物的上述圆角部照射X射线而得到的衍射X射线的强度分布，其中，在所述测定方法中，使用具有对上述圆角部照射X射线的照射部的衍射X射线测定装置，所述测定方法包括：使上述衍射X射线测定装置相对于上述圆角部三维地相对移动的工序；使上述衍射X射线测定装置向上述X射线相对于上述圆角部的入射角度变化的方向旋转的工序；以及利用上述衍射x射线测定装置测定上述衍射X射线的强度分布的工序。
该测定方法包括：使上述衍射X射线测定装置相对于上述圆角部三维地相对移动的工序；使上述衍射X射线测定装置向上述X射线相对于上述圆角部的入射角度变化的方向旋转的工序，因此能够以所期望的配置容易地测定对上述圆角部照射X射线而得到的衍射X射线的强度分布。
也可以是，在上述测定工序中，利用cosα法算出上述圆角部的残余应力。该测定方法能够以所期望的配置容易地测定上述衍射X射线的强度分布，因此适于算出上述圆角部的残余应力。
也可以是，在上述测定工序中，算出X射线衍射强度曲线的半值宽度。该测定方法能够以所期望的配置容易地测定上述衍射X射线的强度分布，因此适于算出上述X射线衍射强度曲线的半值宽度。
也可以是，与上述移动工序和上述旋转工序中的至少一方并行地对上述圆角部连续照射X射线，在上述测定工序中，求出通过重叠由上述X射线的衍射产生的多个衍射环而得到的单一的衍射环。这样，通过与上述移动工序和上述旋转工序中的至少一方并行地对上述圆角部连续照射X射线，在上述测定工序中，求出通过重叠由上述X射线的衍射产生的多个衍射环而得到的单一的衍射环，能够容易且高精度地算出上述残余应力或上述半值宽度。
也可以是，该测定方法还包括如下工序：在上述测定工序后反复进行上述移动工序及上述旋转工序中的至少任一个工序和上述测定工序。这样，通过包括在上述测定工序后反复进行上述移动工序及上述旋转工序中的至少任一个工序和上述测定工序的工序，能够更准确地测定上述残余应力或上述半值宽度。
也可以是，该测定方法还包括如下工序：求出通过上述测定工序得到的多个算出值的平均值。这样，通过还包括求出由上述测定工序得到的多个算出值的平均值的工序，能够容易且高精度地测定上述残余应力或上述半值宽度。
需要说明的是，在本发明中，“圆角中心”是指圆角部的曲率中心。“圆角角度”是指通过圆角中心并与轴部正交的假想直线和通过测定部位及圆角中心的假想直线在侧视下所成的角度(参照图2的θ)。“圆角半径”是指圆角部的曲率半径。“上下宽度”是指与轴部相邻的一侧的面和与该面对置且与凸缘部相邻的一侧的面的宽度。“通过圆角中心且与凸缘部平行的假想直线与凸缘部的间隔”是指上述假想直线与上述凸缘部(其中除了圆角部以外)的任意5点处的间隔的平均值。
发明效果
如上所说明的那样，本发明的一方案的测定系统及本发明的另一方案的测定方法能够以所期望的配置容易地测定衍射X射线的强度分布。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式的测定系统的使用时的状态的示意性立体图。
图2是示出用图1的测定系统的衍射X射线测定装置测定圆角部的残余应力的状态的示意性侧视图。
图3是示出图1的测定系统的移动机构的主要部分的示意性A-A线剖视图。
图4是示出X射线的入射角度Ψ与残余应力的测定误差的关系的图表。
图5是示出X射线的照射面积与残余应力的测定误差的关系的图表。
图6是示出与图1的测定系统不同的形态的测定系统的使用时的状态的示意性侧视图。
图7是示出使用了图1的测定系统的残余应力的测定结果的图表。
图8是示出实施例及比较例中的测定点数与测定时间的关系的图表。
图9是示出利用由在图7的测定中导出的配置得到的X射线衍射强度曲线算出的半值宽度的图表。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[测定系统]
如图1及图2所示，该测定系统1测定对具有轴部2、以及从轴部2向径向突出的凸缘部3且在轴部2与凸缘部3的连接部分具有圆角部4的金属构造物M的圆角部4照射X射线而得到的衍射X射线的强度分布。凸缘部3向相对于轴部2的中心轴垂直的方向突出。如图2所示，该测定系统1具备衍射X射线测定装置10，该衍射X射线测定装置10具有向圆角部4照射X射线的照射部11。作为衍射X射线测定装置10，例如可以举出X射线应力测定装置。另外，如图1及图3所示，该测定系统1具备定位装置20，该定位装置20将衍射X射线测定装置10相对于圆角部4进行定位。进而，如图1及图3所示，该测定系统1具备控制部30，该控制部30控制定位装置20对衍射X射线测定装置10的动作，以使衍射X射线测定装置10与轴部2及凸缘部3不接触。
(衍射X射线测定装置)
如图2所示，衍射X射线测定装置10具有：照射部11，其照射X射线；二维检测器12，其检测由从照射部11向圆角部4(更详细而言，圆角部4中的测定部位S)照射的X射线的布拉格衍射产生的衍射环；以及壳体13，其供照射部11及二维检测器12装配。衍射X射线测定装置10构成为能够通过cosα法算出圆角部4的残余应力。具体而言，衍射X射线测定装置10构成为，对测定部位S照射X射线，利用二维检测器12检测由于该X射线被反射而产生的衍射X射线的强度，能够基于由检测出的衍射X射线的强度分布形成的衍射环来算出残余应力。另外，衍射X射线测定装置10构成为能够算出基于衍射X射线的强度分布的X射线衍射强度曲线的半值宽度。“X射线衍射强度曲线的半值宽度”是指X射线衍射强度曲线的峰值的一半的强度值的轮廓(profile)的宽度。上述半值宽度可以说是反映由淬火、回火、塑性变形等引起的不均匀的应变而变化，例如认为与圆角部4的硬度、塑性应变等相关。上述半值宽度例如可以是在构成上述衍射环的任意的X射线衍射强度曲线中算出的值，也可以是在构成上述衍射环的多个X射线衍射强度曲线中算出的值的平均值等。
二维检测器12设置于从壳体13射出X射线的一侧的端部。即，二维检测器12设置于与测定部位S对置的一侧的端部。作为二维检测器12，例如可以举出成像板。壳体13例如为大致长方体状。壳体13具有与轴部2相邻的下表面13a、以及与下表面13a对置且与凸缘部3相邻的上表面13b。照射部11及二维检测器12通过配置于壳体13而一体地设置。在壳体13上连接有算出机14，该算出机14使用上述衍射环，能够通过cosα法算出残余应力。另外，该算出机14构成为能够算出基于衍射X射线的强度分布的X射线衍射强度曲线的半值宽度。
(定位装置)
如图3所示，定位装置20具有：移动机构21，其使衍射X射线测定装置10相对于圆角部4三维地相对移动；以及旋转机构22，其使衍射X射线测定装置10向X射线相对于圆角部4的入射角度Ψ(参照图2)变化的方向旋转。移动机构21与轴部2或凸缘部3连接，在本实施方式中与轴部2连接。
〔移动机构〕
移动机构21具有：第一移动体23，其嵌合于轴部2的外周面，并相对于轴部2沿周向相对旋转；垂直轴24，其与第一移动体23连接，并沿与轴部2的中心轴正交的方向延伸；第二移动体25，其与垂直轴24连接，并能够沿垂直轴24的轴向移动；以及滑动机构26，其使垂直轴24沿轴部2的轴向移动。衍射X射线测定装置10与第二移动体25连接。
如图3所示，第一移动体23具有：框架23a，其与轴部2的外周面嵌合；多个滚轮23c，其旋转轴23b与轴部2的中心轴平行地配置且与轴部2的外周面抵接；以及马达23d，其驱动多个滚轮23c旋转。第一移动体23通过马达23d驱动而使多个滚轮23c旋转，从而使衍射X射线测定装置10相对于轴部2沿周向相对旋转。第一移动体23也可以通过使轴部2沿周向旋转而使衍射X射线测定装置10相对于轴部2沿周向相对旋转。另外，该测定系统1也可以通过第一移动体23沿轴部2的周向旋转而使衍射X射线测定装置10相对于轴部2沿周向相对旋转。
垂直轴24可以与第一移动体23直接连接，也可以经由其他构件与第一移动体23连接。在本实施方式中，垂直轴24经由滑动机构26与第一移动体23连接。
第二移动体25与垂直轴24嵌合，构成为能够通过马达(未图示)沿垂直轴24的轴向移动。第二移动体25例如是外嵌于垂直轴24的框状。
滑动机构26具有：支承部26a，其将垂直轴24支承为能够沿轴部2的轴向滑动；以及马达(未图示)，其沿轴部2的轴向对垂直轴24进行驱动。
在该测定系统1中，移动机构21具有第一移动体23、垂直轴24、第二移动体25及滑动机构26，衍射X射线测定装置10与第二移动体25连接，因此移动机构21难以妨碍将衍射X射线测定装置10配置于所期望的位置。即，在利用衍射X射线测定装置10测定圆角部4的残余应力等的情况下，由于衍射X射线测定装置10或定位装置20与轴部2或凸缘部3干涉，有时难以以所期望的配置向圆角部4照射X射线。关于这一点，该测定系统1通过移动机构21具有上述结构，能够抑制衍射X射线测定装置10或定位装置20与轴部2或凸缘部3干涉，并且能够以所期望的配置容易且可靠地测定圆角部4的残余应力等。
〔旋转机构〕
旋转机构22具有：连接体22a，其将第二移动体25和衍射X射线测定装置10连接；以及马达(未图示)，其驱动连接体22a绕与轴部2的中心轴垂直的轴旋转。衍射X射线测定装置10直接与连接体22a连接，经由连接体22a与第二移动体25连接。
(控制部)
控制部30构成为包括计算机，该计算机具有例如进行数据处理的CPU(CentralProcessing Unit)、暂时或者永久存储各种信息的半导体存储器等存储部。控制部30对基于移动机构21的移动及基于旋转机构22的旋转进行控制，以使衍射X射线测定装置10与轴部2及凸缘部3不接触。该测定系统1通过具备控制部30，能够以所期望的配置容易地测定圆角部4的残余应力等。
控制部30在能够通过衍射X射线测定装置10(更详细而言二维检测器12)检测衍射X射线的峰值的范围内对基于移动机构21的移动及基于旋转机构22的旋转进行控制。根据该结构，能够容易且可靠地测定圆角部4的残余应力等。
参照图2，对基于控制部30的控制步骤进行说明。控制部30使用二维正交坐标系来控制壳体13的配置，该二维正交坐标系将圆角中心P的坐标设为(0，0)，将通过圆角中心P且与轴部2的中心轴平行的轴设为X轴，将通过圆角中心P且与凸缘部3的突出方向平行的轴设为Z轴。
控制部30在将衍射X射线测定装置10的旋转中心Q的坐标设为(X，Z)、将基于衍射X射线测定装置10的X射线的照射距离设为L[mm]、将X射线的照射距离L的最小值设为Lmin[mm]、将X射线的照射距离L的最大值设为Lmax[mm]、将圆角角度设为θ[°]、将圆角半径设为R[mm]、将X射线的入射角度(通过测定部位S及圆角中心P的假想直线N与X射线所成的角度)设为Ψ[°]、将X射线的照射方向上的壳体13的圆角部4侧的端部与旋转中心Q的距离设为h[mm]、将壳体13的与圆角部4相邻的一侧的端部的上下宽度(下表面13a与上表面13b的宽度)设为W[mm]、将布拉格角的余角设为η[°]、将二维检测器12的上下宽度设为D[mm]、将通过圆角中心P且与凸缘部3平行的假想直线与凸缘部3的间隔设为a[mm]的情况下，以满足下述式1及下述式2的方式对衍射X射线测定装置10的配置进行控制。
[数学式7]
(Lmin+h)sin(θ+ψ)-Rsinθ≤x≤(Lmax+h)sin(θ+ψ)-Rsinθ···1
[数学式8]
(Lmin+h)cos(θ+ψ)-Rcosθ≤Z≤(Lmax+h)cos(θ+ψ)-Rcosθ···2
其中，X射线的入射角度Ψ在相对于通过测定部位S及圆角中心P的假想直线N向轴部2侧倾斜时为正，在向凸缘部3侧倾斜时为负，在Ψ≥0的情况下，X射线的照射距离L满足下述式3，在Ψ＜0的情况下，X射线的照射距离L满足下述式4。
[数学式9]
Figure BDA0004105636120000111
[数学式10]
Figure BDA0004105636120000112
该测定系统1通过在满足上述式1及上述式2的范围内对衍射X射线测定装置10进行定位，能够容易地抑制轴部2及凸缘部3与衍射X射线测定装置10的接触。
控制部30在Ψ≥0的情况下，优选基于下述式5对基于移动机构21的移动及基于旋转机构22的旋转进行控制。
[数学式11]
Figure BDA0004105636120000113
另外，控制部30在Ψ＜0的情况下，优选基于下述式6对基于移动机构21的移动及基于旋转机构22的旋转进行控制。
[数学式12]
Figure BDA0004105636120000121
该测定系统1通过基于上述式5及上述式6对基于移动机构21的移动及基于旋转机构22的旋转进行控制，能够抑制轴部2及凸缘部3与衍射X射线测定装置10的接触，并且能够容易且可靠地测定圆角部4的残余应力等。
将X射线的入射角度Ψ与残余应力的测定误差的关系示于图4。如图4所示，X射线的入射角度Ψ的绝对值越小，则X射线的入射角度的设定误差的影响越大。特别是，当X射线的入射角度Ψ的绝对值小于10°时，X射线的入射角度的设定误差的影响变得显著。因此，控制部30优选以X射线的入射角度Ψ的绝对值为10°以上、优选为20°以上的方式对壳体13的配置进行控制。
该测定系统1通过由控制部30对移动机构21及旋转机构22进行控制，能够容易地配置壳体13，以使X射线的入射角度Ψ的绝对值变大。即，假设在通过手工作业配置壳体13的情况下，不容易在不与轴部2及凸缘部3接触的范围内发现X射线的入射角度Ψ的绝对值变大的配置。与此相对，该测定系统1通过控制部30对移动机构21及旋转机构22进行控制，能够自动地发现壳体13的所期望的配置，并且以成为该配置的方式使壳体13移动及旋转。
控制部30优选相对于圆角部4的圆角角度θ导出衍射X射线测定装置10与轴部2及凸缘部3不接触的X射线的照射距离L及X射线的入射角度Ψ。具体而言，控制部30针对特定的圆角角度θ，接受用户所期望的X射线的照射距离L及X射线的入射角度Ψ的输入。当输入X射线的照射距离L及X射线的入射角度Ψ时，控制部30基于上述式5或上述式6来判定是否能够以由用户输入的X射线的照射距离L及X射线的入射角度Ψ配置壳体13。在能够以由用户输入的X射线的照射距离L及X射线的入射角度Ψ配置壳体13的情况下，控制部30使壳体13移动及旋转到与输入值对应的配置，或者向用户传达能够配置壳体13的情况。根据该结构，能够以所期望的配置更容易地测定圆角部4的残余应力等。
控制部30优选针对多个圆角角度θ导出能够配置壳体13的X射线的照射距离L及X射线的入射角度Ψ。该测定系统1通过由控制部30对移动机构21及旋转机构22进行控制，能够以所期望的配置且在短时间内多次算出圆角部4的残余应力。
需要说明的是，衍射X射线测定装置10在算出X射线衍射强度曲线的半值宽度时，也可以不配置成X射线的入射角度Ψ的绝对值变大。例如，如果是算出X射线衍射强度曲线的半值宽度的情况下，则X射线的入射角度Ψ也可以是0°。但是，该测定系统1通过将衍射X射线测定装置10配置成适于算出圆角部4的残余应力，从而容易算出圆角部4的残余应力和X射线衍射强度曲线的半值宽度这两者。
控制部30优选对基于移动机构21的移动及基于旋转机构22的旋转进行控制，以使衍射X射线测定装置10沿轴部2的周向旋转，或者在包含轴部2的中心轴的特定的面内移动。
衍射X射线测定装置10可以与基于定位装置20的定位并行地连续照射X射线，也可以在由定位装置20定位为特定的配置后照射x射线。作为衍射X射线测定装置10与基于定位装置20的定位并行地连续照射X射线的具体例，例如可以举出在使衍射X射线测定装置10沿轴部2的周向相对旋转的同时照射X射线的结构。根据该结构，能够容易且高精度地测定圆角部4的残余应力等。
在用衍射X射线测定装置10多次算出圆角部4的残余应力的情况下，衍射X射线测定装置10优选通过算出机14求出多个算出值(残余应力的算出值)的平均值。另外，在用衍射X射线测定装置10多次算出X射线衍射强度曲线的半值宽度的情况下，衍射X射线测定装置10优选通过算出机14求出多个算出值(半值宽度的算出值)的平均值。该测定系统1通过由算出机14求出多个算出值的平均值，能够降低上述残余应力、上述半值宽度的测定误差。
将X射线的照射面积与残余应力的测定误差的关系示于图5。在图5中，使X射线通过的准直直径为1mm，1点的照射面积约为6.5mm2。如图5所示，通过增大照射面积的合计值，能够降低残余应力的测定误差。特别是，通过使照射面积的合计值为25mm2以上，能够充分降低残余应力的测定误差。作为增大X射线的照射面积的合计值的方法，例如可以举出任意变更壳体13的配置而多次照射X射线的方法、在使壳体13沿轴部2的周向摆动的同时照射X射线的方法、以多个入射角度Ψ照射X射线的方法等。需要说明的是，在图5中，对于贝氏体组织的偏析部、贝氏体组织的不存在偏析的部分及马氏体组织，分别以照射面积的合计值变大的方式多次照射X射线。
[测定方法]
接着，对本发明的一实施方式的测定方法进行说明。在该测定方法中，测定对具有轴部2和从轴部2向径向突出的凸缘部3且在轴部2与凸缘部3的连接部分具有圆角部4的金属构造物M的圆角部4照射X射线而得到的衍射X射线的强度分布。该测定方法可以使用图1的测定系统1来进行。因此，以下对使用了该测定系统1的测定方法进行说明。
该测定方法包括：使衍射X射线测定装置10相对于圆角部4三维地相对移动的工序(移动工序)；使衍射X射线测定装置10向X射线相对于圆角部4的入射角度Ψ变化的方向旋转的工序(旋转工序)；以及利用衍射X射线测定装置10测定上述衍射X射线的强度分布的工序(测定工序)。该测定方法也可以包括在上述测定工序后反复进行上述移动工序及上述旋转工序中的至少任一个工序和上述测定工序的工序(重复工序)。进而，该测定方法也可以包括求出通过上述测定工序得到的多个算出值(多个残余应力的算出值或多个半值宽度的算出值)的平均值的工序(平均值算出工序)。
(移动工序)
在上述移动工序中，通过由控制部30对移动机构21进行控制，使壳体13移动到所期望的位置。
(旋转工序)
在上述旋转工序中，通过由控制部30对旋转机构22进行控制，使壳体13旋转到所期望的角度。需要说明的是，上述移动工序及上述旋转工序可以先进行任一个，也可以同时进行两者。
(测定工序)
在上述测定工序中，利用cosα法算出圆角部4的残余应力。具体而言，在上述测定工序中，基于由衍射X射线测定装置10对圆角部4(更详细而言测定部位S)照射的X射线的布拉格衍射而产生的衍射环算出残余应力。另外，在上述测定工序中，算出基于衍射X射线的强度分布的X射线衍射强度曲线的半值宽度。
在上述测定工序中，例如也可以在上述移动工序及上述旋转工序后的配置中对圆角部4照射X射线，由二维检测器12检测通过照射的X射线的布拉格衍射而产生的衍射环，由算出机14使用cosα法来算出残余应力。另外，在上述测定工序中，也可以在上述移动工序及上述旋转工序后的配置中对圆角部4照射X射线，算出X射线衍射强度曲线的半值宽度。
另外，在该测定方法中，也可以与上述移动工序和上述旋转工序中的至少一方并行地对圆角部4连续照射X射线，在上述测定工序中，求出通过重叠由上述X射线的衍射产生的多个衍射环而得到的单一的衍射环。在该情况下，在上述测定工序中，也可以基于得到的单一的衍射环算出残余应力。更详细而言，也可以与上述移动工序及上述旋转工序中的至少一方并行地从衍射X射线测定装置10对圆角部4的连续相连的部分始终照射X射线，利用二维检测器12检测通过使各X射线在圆角部4衍射而形成的多个衍射环重叠而得到的单一的衍射环，在上述测定工序中，基于该单一的衍射环算出残余应力。作为与上述移动工序和上述旋转工序中的至少一方并行地对圆角部4连续照射X射线的结构，例如可以举出在使衍射X射线测定装置10沿轴部2的周向相对旋转的同时对圆角部4连续照射x射线的方法。该测定方法通过在上述测定工序中基于上述单一的衍射环算出残余应力，能够容易且高精度地测定圆角部4的残余应力。另外，该测定方法也可以基于上述单一的衍射环(即，基于通过与上述移动工序和上述旋转工序中的至少一方并行地对圆角部4连续照射X射线而得到的X射线衍射强度曲线)算出半值宽度。需要说明的是，该测定方法在上述测定工序中基于上述单一的衍射环算出残余应力等的情况下，也可以不包括后述的重复工序及平均值算出工序。
(重复工序)
在上述重复工序中，在上述测定工序后，进行上述移动工序及上述旋转工序中的至少一方，变更壳体13相对于圆角部4的配置。在上述重复工序中，以该变更后的配置从衍射X射线测定装置10照射X射线，算出圆角部4的残余应力。通常，由于圆角部4的残余应力具有一定的分布，因此通过进行上述重复工序，容易掌握残余应力的分布。另外，在上述重复工序中，以上述变更后的配置从衍射X射线测定装置10照射X射线，算出X射线衍射强度曲线的半值宽度。X射线衍射强度曲线的半值宽度可以根据X射线的照射位置而变化，因此通过进行上述重复工序，容易更准确地掌握上述半值宽度。
由上述重复工序进行的重复次数是任意的，也可以是1次。但是，如图5所示，从充分降低残余应力的测定误差的观点出发，上述重复工序优选反复进行直至X射线的照射面积的合计值为25mm2以上。在上述重复工序中，也可以在相对于一个测定部位S使X射线的入射角度Ψ变化的同时，以多个入射角度Ψ算出残余应力。例如，在上述重复工序中，也可以在使X射线的入射角度Ψ每隔10°变化的同时，以多个入射角度Ψ算出残余应力。
(平均值算出工序)
在上述平均值算出工序中，求出包括上述重复工序在内实施了多次的上述测定工序的算出值的平均值。在该测定方法中，算出该平均值(残余应力的平均值)作为圆角部4的残余应力。另外，在该测定方法中，算出该平均值(半值宽度的平均值)作为X射线衍射强度曲线的半值宽度。该测定方法通过包括上述平均值算出工序，能够容易地对测定误差的降低的残余应力及半值宽度进行测定。
<优点>
该测定系统1具备将衍射X射线测定装置10相对于圆角部4进行定位的定位装置20，定位装置20具有：移动机构21，其使衍射X射线测定装置10相对于圆角部4三维地相对移动；以及旋转机构22，其使衍射X射线测定装置10向X射线相对于圆角部4的入射角度Ψ变化的方向旋转，因此能够以所期望的配置容易地测定对圆角部4照射X射线而得到的衍射X射线的强度分布。
该测定系统1能够以所期望的配置容易地测定上述衍射X射线的强度分布，因此适于算出圆角部4的残余应力。即，通常，圆角部4在X射线的入射角度Ψ变化的方向、轴部2的周向等具有残余应力的分布。该测定系统1能够高精度且在短时间内进行衍射X射线测定装置10的定位，因此能够容易地测定圆角部4的多个位置处的残余应力。其结果是，能够容易掌握圆角部4的残余应力的分布。
另外，该测定系统1能够以所期望的配置容易地测定上述衍射X射线的强度分布，因此适于算出上述X射线衍射强度曲线的半值宽度。
该测定方法包括：使衍射X射线测定装置10相对于圆角部4三维地相对移动的工序；以及使衍射X射线测定装置10向X射线相对于圆角部4的入射角度Ψ变化的方向旋转的工序，因此能够以所期望的配置容易地测定对圆角部4照射X射线而得到的衍射X射线的强度分布。
该测定方法由于能够以所期望的配置容易地测定上述衍射X射线的强度分布，因此适于算出圆角部4的残余应力。另外，该测定方法能够以所期望的配置容易地测定上述衍射X射线的强度分布，因此适于算出上述X射线衍射强度曲线的半值宽度。
[其他实施方式]
上述实施方式并不限定本发明的结构。因此，上述实施方式能够基于本说明书的记载及技术常识进行上述实施方式各部分的构成要素的省略、置换或追加，这些全部应该解释为属于本发明的范围。
上述定位装置的结构并不限定于上述实施方式所记载的结构。例如，上述定位装置的移动机构也可以与凸缘部连接。参照图6，对移动机构与凸缘部连接的结构的一例进行说明。图6的定位装置40的移动机构41与凸缘部3的上表面连接。移动机构41具有：支承台41a，其配置于凸缘部3的上表面；第一支承棒41b，其从支承台41a向上方突出，且能够沿周向旋转；第二支承棒41c，其与第一支承棒41b连接，且沿与第一支承棒41b正交的方向延伸；移动体41d，其与第二支承棒41c连接，且能够沿第二支承棒41c的轴向移动；以及第三支承棒41e，其与移动体41d连接，且与第一支承棒41b平行地配置，能够在上下方向上移动。衍射X射线测定装置10经由旋转机构42与第三支承棒41e的下部连接。该测定系统通过图6的结构也能够以所期望的配置测定圆角部4的残余应力等。
在上述实施方式中，对上述滑动机构使上述垂直轴沿轴部的轴向移动的结构进行了说明。但是，该测定系统也可以构成为上述滑动机构使上述第一移动体沿轴部的轴向移动。
该测定系统也可以设为不具备上述控制部的结构。例如，该测定系统也可以构成为，通过用户操作上述移动机构及上述旋转机构而将衍射X射线测定装置配置于所期望的位置。另外，该测定系统即使在具备上述控制部的情况下，由该控制部进行的具体的控制步骤也不限定于上述实施方式所记载的结构。例如，上述控制部也可以控制上述移动机构及上述旋转机构，以使相对于特定的圆角角度，X射线的入射角度Ψ接近±35°地配置衍射X射线测定装置。
该测定系统及该测定方法也可以构成为，仅能够算出上述圆角部的残余应力及X射线衍射强度曲线的半值宽度中的任一方。另外，该测定系统及该测定方法也可以构成为，算出上述圆角部的残余应力及X射线衍射强度曲线的半值宽度以外的值。
如上述那样，该测定方法从降低测定误差的观点出发，优选以多个配置算出圆角部的残余应力等。但是，该测定方法只要是能够使X射线的入射角度Ψ的绝对值足够大的情况下等，则也可以仅通过所期望的1点的值来求出圆角部的残余应力等。在该情况下，该测定方法也可以不包括上述的重复工序及平均值算出工序。
实施例
以下，基于实施例对本发明进行详细说明，但并不是基于该实施例的记载限定性地解釈本发明。
通过图1的测定系统1，使用cosα法测定具有轴部2及从该轴部2向径向突出的凸缘部3的金属构造物M的圆角部4的残余应力。作为衍射X射线测定装置10，使用了二维检测器12的检测区域的上下宽度D为70mm且壳体13的上下宽度为102mm的X射线应力测定装置。圆角部4的圆角半径R为29mm，布拉格角的余角η为23.6°，通过圆角中心P且与凸缘部3平行的假想直线与凸缘部3的间隔a为8mm。
在图7中示出使用了该测定系统1的残余应力的测定结果。在图7中，对于多个圆角角度θ，通过控制部30导出衍射X射线测定装置10与轴部2及凸缘部3不接触的X射线的照射距离L及X射线的入射角度Ψ，以该导出的配置测定圆角部4的残余应力。如图7所示，通过使用该测定系统1，能够针对多个圆角角度θ自动地测定残余应力。
在图8中示出使用该测定系统1的情况(实施例)和不使用该测定系统1而手动配置壳体的情况(比较例)下的测定点数与测定时间的关系。如图8所示，测定点数越大，使用该测定系统1能够大幅缩短测定时间。
另外，在图9中示出利用由在图7的测定中导出的配置得到的X射线衍射强度曲线算出的半值宽度。在图9中，误差棒表示构成衍射环的X射线衍射强度曲线中的半值宽度的最大值和最小值的宽度，各点表示半值宽度的平均值。如图9所示，可知根据该测定系统1能够算出X射线衍射强度曲线的半值宽度。
产业上的可利用性
如上所说明的那样，本发明的一方案的测定系统适于测定圆角部的残余应力等。
附图标记说明：
1 测定系统
2 轴部
3 凸缘部
4 圆角部
10 衍射X射线测定装置
11 照射部
12 二维检测器
13 壳体
13a 下表面
13b 上表面
14 算出机
20、40 定位装置
21、41 移动机构
22、42 旋转机构
22a 连接体
23 第一移动体
23a 框架
23b 旋转轴
23c 滚轮
23d 马达
24 垂直轴
25 第二移动体
26 滑动机构
26a 支承部
30 控制部
41a 支承台
41b 第一支承棒
41c 第二支承棒
41d 移动体
41e 第三支承棒
a 通过圆角中心且与凸缘部平行的假想直线与凸缘部的间隔
D 二维检测器的检测区域的上下宽度
h X射线的照射方向上的壳体的圆角部侧的端部与旋转中心的距离
L X射线的照射距离
M 金属构造物
N 通过测定部位及圆角中心的假想直线
P 圆角中心
Q 衍射X射线测定装置的旋转中心
R 圆角半径
S 测定部位
W 壳体的与圆角部相邻的一侧的端部的上下宽度
θ 圆角角度
Ψ X射线的入射角度
η 布拉格角的余角。

Claims (14)

1.一种测定系统，其能够测定对具有轴部和从该轴部向径向突出的凸缘部且在所述轴部与所述凸缘部的连接部分具有圆角部的金属构造物的所述圆角部照射X射线而得到的衍射X射线的强度分布，其中，
所述测定系统具备：
衍射X射线测定装置，其具有对所述圆角部照射X射线的照射部；以及
定位装置，其将所述衍射X射线测定装置相对于所述圆角部进行定位，
所述定位装置具有：
移动机构，其使所述衍射X射线测定装置相对于所述圆角部三维地相对移动；以及
旋转机构，其使所述衍射X射线测定装置向所述X射线相对于所述圆角部的入射角度变化的方向旋转。
2.根据权利要求1所述的测定系统，其中，
所述测定系统还具备控制部，所述控制部以所述衍射X射线测定装置与所述轴部及所述凸缘部不接触的方式对基于所述移动机构的移动及基于所述旋转机构的旋转进行控制。
3.根据权利要求2所述的测定系统，其中，
所述控制部在能够通过所述衍射X射线测定装置检测衍射X射线的峰值的范围内对基于所述移动机构的移动及基于所述旋转机构的旋转进行控制。
4.根据权利要求3所述的测定系统，其中，
在将通过圆角中心且与所述轴部的中心轴平行的轴设为X轴、将通过所述圆角中心且与所述凸缘部的突出方向平行的轴设为Z轴、将所述圆角中心的坐标设为(0，0)、将所述衍射X射线测定装置的旋转中心的坐标设为(X，Z)、将基于所述衍射X射线测定装置的X射线的照射距离设为L[mm]、将所述X射线的照射距离的最小值设为Lmin[mm]、将所述X射线的照射距离的最大值设为Lmax[mm]、将圆角角度设为θ[°]、将圆角半径设为R[mm]、将X射线的入射角度设为Ψ[°]、将X射线的照射方向上的所述衍射X射线测定装置的壳体的所述圆角部侧的端部与所述旋转中心的距离设为h[mm]、将所述壳体的与所述圆角部相邻的一侧的端部的上下宽度设为W[mm]、将布拉格角的余角设为η[°]、将所述衍射X射线测定装置的二维检测器的检测区域的上下宽度设为D[mm]、将通过所述圆角中心且与所述凸缘部平行的假想直线与所述凸缘部的间隔设为a[mm]的情况下，满足下述式1及下述式2，
[数学式1]
(Lmin+h)sin(θ+ψ)-Rsinθ≤X≤(Lmax+h)sin(θ+ψ)-Rsinθ…1
[数学式2]
(Lmin+h)cos(θ+ψ)-Rcosθ≤Z≤(Lmax+h)cos(θ+ψ)-Rcosθ…2
其中，X射线的入射角度Ψ在相对于通过测定部位及圆角中心的假想直线向所述轴部侧倾斜时为正，在向所述凸缘部侧倾斜时为负，在Ψ≥0的情况下，X射线的照射距离L满足下述式3，在Ψ＜0的情况下，X射线的照射距离L满足下述式4，
[数学式3]
Figure FDA0004105636110000021
[数学式4]
Figure FDA0004105636110000022
5.根据权利要求4所述的测定系统，其中，
所述控制部在Ψ≥0的情况下，基于下述式5对基于所述移动机构的移动及基于所述旋转机构的旋转进行控制，在Ψ＜0的情况下，基于下述式6对基于所述移动机构的移动及基于所述旋转机构的旋转进行控制，
[数学式5]
Figure FDA0004105636110000031
[数学式6]
Figure FDA0004105636110000032
6.根据权利要求1至5中任一项所述的测定系统，其中，
所述移动机构具有：
第一移动体，其与所述轴部的外周面嵌合，并相对于所述轴部沿周向相对旋转；
垂直轴，其与所述第一移动体连接，并沿与所述轴部的中心轴正交的方向延伸；
第二移动体，其与所述垂直轴连接，并能够沿所述垂直轴的轴向移动；以及
滑动机构，其使所述第一移动体或所述垂直轴沿所述轴部的轴向移动，
所述衍射X射线测定装置与所述第二移动体连接。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的测定系统，其中，
所述衍射X射线测定装置设置为能够利用cosα法算出所述圆角部的残余应力。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的测定系统，其中，
所述衍射X射线测定装置设置为能够算出X射线衍射强度曲线的半值宽度。
9.一种测定方法，其能够测定对具有轴部和从该轴部向径向突出的凸缘部且在所述轴部与所述凸缘部的连接部分具有圆角部的金属构造物的所述圆角部照射X射线而得到的衍射X射线的强度分布，其中，
在所述测定方法中，使用具有对所述圆角部照射X射线的照射部的衍射X射线测定装置，
所述测定方法包括：
使所述衍射X射线测定装置相对于所述圆角部三维地相对移动的工序；
使所述衍射X射线测定装置向所述X射线相对于所述圆角部的入射角度变化的方向旋转的工序；以及
利用所述衍射X射线测定装置测定所述衍射X射线的强度分布的工序。
10.根据权利要求9所述的测定方法，其中，
在所述测定工序中，利用cosα法算出所述圆角部的残余应力。
11.根据权利要求9或10所述的测定方法，其中，
在所述测定工序中，算出X射线衍射强度曲线的半值宽度。
12.根据权利要求10所述的测定方法，其中，
与所述移动工序和所述旋转工序中的至少一方并行地对所述圆角部连续照射X射线，
在所述测定工序中，求出通过重叠由所述X射线的衍射产生的多个衍射环而得到的单一的衍射环。
13.根据权利要求10所述的测定方法，其中，
所述测定方法还包括如下工序：在所述测定工序后反复进行所述移动工序及所述旋转工序中的至少任一个工序和所述测定工序。
14.根据权利要求13所述的测定方法，其中，
所述测定方法还包括如下工序：求出通过所述测定工序得到的多个算出值的平均值。
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