JP2013113737A - Ｘ線回折測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｘ線回折測定装置を容易に搬送可能に構成するとともに、測定対象物のＸ線による回折環を簡単に形成できるようにする。
【解決手段】 Ｘ線回折測定装置は、ケース６０を備えて、ケース６０内に、測定対象物ＯＢに向けてＸ線を出射するＸ線出射器１０と、イメージングプレート２１が取り付けられるテーブル２０と、イメージングプレート２１にレーザ光を照射して、出射した光を受光して受光強度に応じた受光信号を出力するレーザ検出装置４０と、テーブル２０を中心軸回りに回転させるスピンドルモータ３７と、テーブル２０をイメージングプレート２１の受光面に平行な方向に移動するフィードモータ３２とを収容する。ケース６０は、測定対象物ＯＢ上に載置される傾斜面壁６７を有し、傾斜面壁６７には出射されたＸ線を通過させる貫通孔６７ａが設けられている。傾斜面壁６７は、出射されたＸ線の光軸方向と所定の角度をなす。
【選択図】図２

Description

本発明は、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で回折したＸ線によりイメージングプレートの表面に形成された回折環を測定するＸ線回折測定装置に関する。

従来から、測定対象物の残留応力を計算するために、Ｘ線回折による回折環の形状を測定するＸ線回折測定装置は知られている。この種のＸ線回折測定装置においては、装置を小型化でき、かつＸ線の照射時間を短くすることが可能な装置として、下記特許文献１に示されている装置がある。この装置は、Ｘ線を所定の角度で測定対象物に照射し、測定対象物で回折したＸ線（以下、回折Ｘ線という）を、感光性を有するイメージングプレートで受光し、イメージングプレートに形成された環状のＸ線回折像（以下、回折環という）の形状を測定する。そして、測定した回折環の形状をｃｏｓα法により分析して、測定対象物の残留応力を計算するようにしている。

このｃｏｓα法によれば、Ｘ線の出射軸と測定対象物の法線を含む平面と、測定対象物の平面とがなす交線方向の応力（以下、垂直応力という）が計算され得るとともに、せん断応力も計算され得る。これは、ショットピーニングの効果を評価するのに適している。すなわち、ショットピーニングは、硬質の小球を噴射して金属の表面に当て、金属の表面に凹凸を形成して残留圧縮応力（垂直応力に属する）を生じさせることで金属の破壊強度を増加させるものであるが、凹凸がまばらであると、凹凸が形成された箇所では残留圧縮応力は大きくてもせん断応力が残り、金属の破壊強度の増加は不充分である。個々の凹凸が識別できない程度に凹凸が形成されたとき、せん断応力はほとんど「０」になり、金属の破壊強度の増加が充分となる。よって、ショットピーニングの後で、せん断応力を測定し、その値を確認することでショットピーニングが充分か否かを評価することができる。

特開２００５−２４１３０８号公報

しかしながら、ショットピーニングが行われる材料は大型であることが多く、Ｘ線回折測定装置が設置された場所まで前記材料を持ち運ぶことは困難である。また、上記特許文献１に示されたＸ線回折測定装置は小型であるとはいえ、搬送するようには構成されておらず、このＸ線回折測定装置を測定対象物である材料の所まで持ち運ぶことも困難である。このため、この種のＸ線回折測定装置によりショットピーニングが充分か否かを評価することは行われていないのが現状である。また、ショットピーニングを評価することに限らず、建造物に固定された金属の残留応力を測定したいというニーズがあっても、Ｘ線回折測定装置を持ち運ぶのが困難であるため、そのようのニーズに応えられていないのが現状である。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、その目的は、測定対象物の所まで容易に搬送できて、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物にて回折したＸ線によりイメージングプレートの表面に形成された回折環の形状を測定することが可能なＸ線回折測定装置を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、後述する実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、この実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、測定対象物（ＯＢ）に向けてＸ線を出射するＸ線出射器（１０）と、中央にＸ線を通過させる貫通孔が形成されたテーブル（２０）と、テーブルに取付けられて、中央部にてＸ線を通過させるとともに、測定対象物にて回折したＸ線の回折光を受光する受光面を有し、回折光の像である回折環を記録するイメージングプレート（２１）と、レーザ光を出射するレーザ光源及びレーザ光を受光するフォトディテクタを有し、レーザ光をイメージングプレートの受光面に照射するとともに、レーザ光の照射によってイメージングプレートから出射された光を受光して受光強度に応じた受光信号を出力するレーザ検出装置（４０）と、テーブルを貫通孔の中心軸回りに回転させる回転機構（３７）と、テーブルをイメージングプレートの受光面に平行な方向にレーザ検出装置に対して相対的に移動させる移動機構（３１〜３３）と、Ｘ線出射器、テーブル、イメージングプレート、レーザ検出装置、回転機構及び移動機構を収容したケースとを備えたＸ線回折測定装置であって、ケースは、測定対象物上に面接触させてＸ線回折測定装置を載置させるための平面状の設置用壁（６７）であって、Ｘ線出射器から出射されたＸ線を通過させる開口（６７ａ）を設けた設置用壁を有し、設置用壁の法線とＸ線出射器から出射されたＸ線の光軸とがなす角度を、測定対象物にＸ線を照射した際に測定対象物から回折したＸ線が出射される所定角度に設定したことにある。

この場合、前記所定角度は、例えば、３０度乃至４５度の範囲内の角度である。また、前記ケースは、Ｘ線出射器からＸ線が出射されるＸ線の光軸方向に垂直な下面壁（６４）を有し、下面壁の一端部に下面壁に対して傾斜させた傾斜面壁を形成し、傾斜面壁を前記設置用壁とするとよい。また、前記ケースは、直方体形状に形成され、テーブルの移動方向における下面壁の一端部の角部に前記傾斜面壁を設けるとよい。

上記のように構成した本発明においては、作業者は、Ｘ線回折測定装置を測定対象物のある場所へ搬送して、設置用壁を測定対象物上に面接触させることにより、Ｘ線回折測定装置を測定対象物上に載置する。この状態で、Ｘ線出射器からのＸ線を設置用壁に設けた開口を介して測定対象物に照射すれば、設置用壁の法線とＸ線出射器から出射されたＸ線の光軸とがなす角度が、測定対象物から回折したＸ線が出射される所定角度に設定されているので、測定対象物の表面の法線と前記Ｘ線の光軸とがなす角度も前記所定角度となり、測定対象物から回折したＸ線が出射されてイメージングプレートに回折したＸ線による回折環が形成される。そして、レーザ検出装置を作動させた状態で、回転機構及び移動機構を作動させることによりイメージングプレートをテーブルと共に移動及び回転させれば、イメージングプレートに形成された回折環の形状をレーザ光により測定できる。このように本発明によれば、Ｘ線回折装置を搬送する際には、Ｘ線出射器、テーブル、イメージングプレート、レーザ検出装置、回転機構及び移動機構を収容したケースを持ち運ぶだけでよいので、Ｘ線回折測定装置の搬送が容易となる。また、搬送後、設置用壁を測定対象物上に面接触させてＸ線回折測定装置を測定対象物上に載置し、Ｘ線出射器を作動させてＸ線を測定対象物に照射するだけで、イメージングプレートには回折Ｘ線による回折環が形成され、レーザ検出装置、回転機構及び移動機構を作動させれば、回折環の形状が測定される。そして、回折環の形状の測定結果に基づいて測定対象物の残留応力を計算できるので、ショットピーニング後の測定対象物など、搬送が難しい大きな測定対象物の残留応力の測定が簡単に行えるようになる。

また、本発明の他の特徴は、ケースに、さらに、設置用壁を測定対象物上に面接触させた状態に維持するための支持脚（６８ａ，６８ｂ）を設けたことにある。この場合、支持脚は、例えば折り畳み式であってもよいし、進退式であってもよい。これによれば、簡単な構成で、設置用壁を測定対象物上に面接触させて、Ｘ線回折測定装置を測定対象物上に載置させた状態を確実に維持できる。

さらに、本発明の他の特徴は、ケースに、さらに、搬送用の取っ手（６９）を設けたことにある。この場合、取っ手は、例えばケースの上面に設けるとよい。これによれば、取っ手を持つことによりＸ線回折測定装置を搬送できるので、Ｘ線回折測定装置の搬送がより容易になる。

本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムを示す全体概略図である。 図１のＸ線回折測定装置の拡大図である。 図１のコントローラによって実行される回折環撮像プログラムを示すフローチャートである。 図１のコントローラによって実行される回折環読取りプログラムの前半部分を示すフローチャートである。 前記回折環読取りプログラムの後半部分を示すフローチャートである。 図１のコントローラによって実行される回折環形状検出プログラムを示すフローチャートである。 図１のコントローラによって実行される回折環消去プログラムを示すフローチャートである。 イメージングプレートの移動限界位置からの移動距離と、イメージングプレートにおけるレーザ光の照射位置の半径方向距離（半径）との関係を説明するための図である。 読取りポイントの軌跡を説明する説明図である。 信号強度のピークを説明するための受光曲線の一例を示すグラフである。 図１のＸ線回折測定装置の保管又は搬送状態を示す状態図である。 図１のＸ線回折測定装置の回折環撮像状態を示す状態図である。 図１のＸ線回折測定装置の回折環読取り状態を示す状態図である。 本発明の変形例に係るＸ線回折測定装置の概略図である。

本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置含むＸ線回折測定システムの構成について図１及び図２を用いて説明する。このＸ線回折測定システムは、測定対象物ＯＢの残留応力を評価するために、Ｘ線を測定対象物ＯＢに照射するとともに、同照射による測定対象物ＯＢからの回折Ｘ線により形成される回折環の形状を検出する。

Ｘ線回折測定装置は、Ｘ線を出射するＸ線出射器１０と、回折Ｘ線による回折環が形成されるイメージングプレート２１を取り付けるためのテーブル２０と、テーブル２０を回転及び移動させるテーブル駆動機構３０と、イメージングプレート２１に形成された回折環を測定するためのレーザ検出装置４０と、これらのＸ線出射器１０、テーブル２０、テーブル駆動機構３０及びレーザ検出装置４０を収容するケース６０とを備えている。また、ケース６０内には、Ｘ線出射器１０、テーブル２０、テーブル駆動機構３０及びレーザ検出装置４０に接続されて作動制御したり、検出信号を入力したりするための各種回路も内蔵されており、図１においてケース６０外に示された２点鎖線で示された各種回路は、ケース６０内の２点鎖線内に納められている。なお、図１及び図２においては、回路基板、電線、固定具、空冷ファンなどは省略されている。

ケース６０は、平面状の前面壁６１、後面壁６２、上面壁６３、下面壁６４、左側面壁６５及び右側面壁６６（図示省略）を有する直方体状に形成されるとともに、前面壁６１と下面壁６４の角部を斜めに切断するように傾斜面壁６７が設けられている。傾斜面壁６７の中央部分には円形の貫通孔６７ａが設けられて、貫通孔６７ａを介して、回折環を形成するためのＸ線（Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線）を通過させるようになっている。そして、この傾斜面壁６７を測定対象物ＯＢの表面（上面）に密着すなわち面接触させて、測定対象物ＯＢにＸ線を照射し、イメージングプレート２１に回折環を形成するようになっている。

左右側面壁６５，６６には、支持脚６８ａ，６８ｂ（ただし、支持脚６８ｂは図示省略）の上端部が回転可能に組み付けられている。これらの支持脚６８ａ，６８ｂは、このＸ線回折測定装置の保管時及び搬送時には、下面壁６４に平行になるように折り畳まれて左右側面壁６５，６６に密着させて収納されており、このＸ線回折測定装置の使用時には、回転させて下面壁６４に対して垂直方向に引き延ばし、下端部を測定対象物ＯＢ上に密着させて、傾斜面壁６７を測定対象物ＯＢの表面に密着すなわち面接触させて維持するようにする。なお、この支持脚６８ａ，６８ｂは、ケース６０を図２の状態に維持できれば、何れか一方だけでもよい。また、ケース６０の上面壁６３には、取っ手６９が取り付けられており、ユーザが手で取っ手６９を持って、このＸ線回折測定装置を持ち運びできるようになっている。なお、このＸ線回折測定装置の搬送時に同時に搬送する装置は、後述するコンピュータ装置９０及び高電圧電源９５のみである。

Ｘ線出射器１０は、長尺状に形成され、ケース６０内の上部にて前後方向に延設されてケース６０に固定されており、高電圧電源９５からの高電圧の供給を受け、Ｘ線制御回路７１により制御されて、Ｘ線を下方に向けて出射する。Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸と、傾斜面壁６７の法線とが所定の角度θをなすように、Ｘ線出射器１０の出射口１１の向きが設定されている。この所定の角度θは、測定対象物ＯＢにＸ線を照射した場合に、測定対象物ＯＢから回折したＸ線が出射される角度であり、例えば３０度乃至４５度の範囲内の所定角度である。なお、前記Ｘ線の光軸は、ケース６０の上面壁６３及び下面壁６４に対して垂直であり、ケース６０の前面壁６１、後面壁６２及び左右側面壁６５，６６に対して平行である。

Ｘ線制御回路７１は、後述するコンピュータ装置９０を構成するコントローラ９１によって制御され、Ｘ線出射器１０から一定の強度のＸ線が出射されるように、Ｘ線出射器１０に供給する駆動電流及び駆動電圧を制御する。また、Ｘ線出射器１０は、図示しない冷却装置を備えていて、Ｘ線制御回路７１は、この冷却装置に供給する駆動信号も制御する。これにより、Ｘ線出射器１０の温度が一定に保たれる。

テーブル駆動機構３０は、Ｘ線出射器１０の下方にて、移動ステージ３１を備えている。移動ステージ３１は、フィードモータ３２及びスクリューロッド３３により、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸と測定対象物ＯＢの法線とが成す平面内であって、前記Ｘ線の光軸に垂直な方向に移動可能となっている。フィードモータ３２は、テーブル駆動機構３０内に固定されていてケース６０に対して移動不能となっている。スクリューロッド３３は、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸に垂直な方向に延設されていて、その一端部がフィードモータ３２の出力軸に連結されている。スクリューロッド３３の他端部は、テーブル駆動機構３０内に設けた軸受部３４に回転可能に支持されている。また、移動ステージ３１は、それぞれテーブル駆動機構３０内にて固定された、対向する１対の板状のガイド３５，３５により挟まれていて、スクリューロッド３３の軸線方向に沿って移動可能となっている。すなわち、フィードモータ３２を正転又は逆転駆動すると、フィードモータ３２の回転運動が移動ステージ３１の直線運動に変換される。フィードモータ３２内には、エンコーダ３２ａが組み込まれている。エンコーダ３２ａは、フィードモータ３２が所定の微小回転角度だけ回転するたびに、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を位置検出回路７２及びフィードモータ制御回路７３へ出力する。

位置検出回路７２及びフィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１からの指令により作動開始する。測定開始直後において、フィードモータ制御回路７３は、フィードモータ３２を駆動して移動ステージ３１をフィードモータ３２側へ移動させる。位置検出回路７２は、エンコーダ３２ａから出力されるパルス信号が入力されなくなると、移動ステージ３１が移動限界位置に達したことを表す信号をフィードモータ制御回路７３に出力し、カウント値を「０」に設定する。フィードモータ制御回路７３は、位置検出回路７２から移動限界位置に達したことを表す信号を入力すると、フィードモータ３２への駆動信号の出力を停止する。上記の移動限界位置を移動ステージ３１の原点位置とする。したがって、位置検出回路７２は、移動ステージ３１が図１及び図２にて左上方向に移動して移動限界位置に達したとき「０」を表す位置信号を出力し、移動ステージ３１が移動限界位置から右下方向へ移動するとき、移動限界位置からの移動距離ｘを表す信号を位置信号として出力する。

フィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１から移動ステージ３１の移動先の位置を表す設定値を入力すると、その設定値に応じてフィードモータ３２を正転又は逆転駆動する。位置検出回路７２は、エンコーダ３２ａが出力するパルス信号のパルス数をカウントする。そして、位置検出回路７２は、カウントしたパルス数を用いて移動ステージ３１の現在の位置（移動限界位置からの移動距離ｘ）を計算し、コントローラ９１及びフィードモータ制御回路７３に出力する。フィードモータ制御回路７３は、位置検出回路７２から入力した移動ステージ３１の現在の位置が、コントローラ９１から入力した移動先の位置と一致するまでフィードモータ３２を駆動する。

また、フィードモータ制御回路７３は、移動ステージ３１の移動速度を表す設定値をコントローラ９１から入力する。そして、エンコーダ３２ａから入力したパルス信号の単位時間当たりのパルス数を用いて、移動ステージ３１の移動速度を計算し、前記計算した移動ステージ３１の移動速度がコントローラ９１から入力した移動速度になるようにフィードモータ３２を駆動する。

一対のガイド３５，３５の上端は、板状の上壁３６によって連結されている。上壁３６には、貫通孔３６ａが設けられていて、貫通孔３６ａには、Ｘ線出射器１０の出射口１１の先端部が挿入されている。なお、Ｘ線出射器１０の出射口１１の先端が移動ステージ３１に当接しないように、Ｘ線出射器１０及び移動ステージ３１の位置が設定されている。

また、移動ステージ３１には、スピンドルモータ３７が組み付けられている。スピンドルモータ３７内には、エンコーダ３２ａと同様のエンコーダ３７ａが組み込まれている。すなわち、エンコーダ３７ａは、スピンドルモータ３７が所定の微小回転角度だけ回転する度に、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を、スピンドルモータ制御回路７４及び回転角度検出回路７５へ出力する。さらに、エンコーダ３７ａは、スピンドルモータ３７が１回転するごとに、所定の短い期間だけローレベルからハイレベルに切り替わるインデックス信号を、コントローラ９１及び回転角度検出回路７５へ出力する。

スピンドルモータ制御回路７４及び回転角度検出回路７５は、コントローラ９１からの指令により作動開始する。スピンドルモータ制御回路７４は、コントローラ９１から、スピンドルモータ３７の回転速度を表す設定値を入力する。そして、エンコーダ３７ａから入力したパルス信号の単位時間当たりのパルス数を用いてスピンドルモータ３７の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ９１から入力した回転速度になるように、駆動信号をスピンドルモータ３７に供給する。回転角度検出回路７５は、エンコーダ３７ａから出力されたパルス列信号のパルス数をカウントし、そのカウント値を用いてスピンドルモータ３７の回転角度すなわちイメージングプレート２１の回転角度θｐを計算して、コントローラ９１に出力する。そして、回転角度検出回路７５は、エンコーダ３７ａから出力されたインデックス信号を入力すると、カウント値を「０」に設定する。すなわち、インデックス信号を入力した位置が回転角度０度の基準位置である。

テーブル２０は、円形状に形成され、スピンドルモータ３７の出力軸の先端部に固定されている。テーブル２０の中心軸と、スピンドルモータ３７の出力軸の中心軸とは一致している。テーブル２０は、下面中央部から下方へ突出した突出部２２を有していて、突出部２２の外周面には、ねじ山が形成されている。突出部２２の中心軸は、スピンドルモータ３７の出力軸の中心軸と一致している。テーブル２０の下面には、イメージングプレート２１が取付けられている。イメージングプレート２１は、表面に蛍光体が塗布された円形のプラスチックフィルムである。イメージングプレート２１の中心部には、貫通孔２１ａが設けられていて、この貫通孔２１ａに突出部２２を通し、突出部２２にナット状の固定具２３をねじ込むことにより、イメージングプレート２１が、固定具２３とテーブル２０の間に挟まれて固定される。固定具２３は、円筒状の部材で、内周面に、突出部２２のねじ山に対応するねじ山が形成されている。

イメージングプレート２１は、フィードモータ３２によって駆動されて、移動ステージ３１、スピンドルモータ３７及びテーブル２０と共に原点位置から回折環を撮像する回折環撮像位置へ移動する。また、イメージングプレート２１は、スピンドルモータ３７によって駆動されて回転しながら、フィードモータ３２によって駆動されて、移動ステージ３１、スピンドルモータ３７及びテーブル２０と共に撮像した回折環を読み取る回折環読取り領域内、及び回折環を消去する回折環消去領域内を移動する。なお、この場合のイメージングプレート２１の移動においては、イメージングプレート２１の中心軸が、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸と測定対象物ＯＢの法線とが成す平面内に保たれた状態で、前記Ｘ線の光軸に垂直な方向に移動する。

また、移動ステージ３１、スピンドルモータ３７の出力軸、テーブル２０、イメージングプレート２１及び固定具２３には、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線を通過させる貫通孔がそれぞれ設けられている。これらの貫通孔の中心軸と、テーブル２０の回転軸は一致している。すなわち、これらの貫通孔の中心軸と、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸とが一致するとき、Ｘ線が測定対象物ＯＢに照射されるようになっている。このように、Ｘ線を測定対象物ＯＢに照射するときのイメージングプレート２１の位置が、回折環撮像位置である。

フィードモータ３２の下方には、測定対象物ＯＢにて反射したＸ線を受光する複数の受光素子からなる受光センサ２５（例えば、Ｘ線ＣＣＤ）が組み付けられている。受光センサ２５は、測定対象物ＯＢ及びイメージングプレート２１からフィードモータ３２側に充分離れている。これにより、イメージングプレート２１が回折環撮像位置にあるとき、受光センサ２５は、測定対象物ＯＢにて反射したＸ線を直接受光できる。受光センサ２５の受光面は、測定対象物ＯＢの表面と平行である。受光センサ２５の受光面におけるＸ線の受光位置は、測定対象物ＯＢの高さに対応している。言い換えれば、イメージングプレート２１と測定対象物ＯＢとの距離に対応している。受光センサ２５は、それぞれの受光素子が受光した受光信号をセンサ信号取出回路７６へ出力する。

センサ信号取出回路７６は、コントローラ９１からの指令により作動開始し、受光センサ２５から入力した受光信号を用いて、受光センサ２５の受光面における受光信号のピーク位置を算出して受光位置を表す受光位置信号としてコントローラ９１へ出力する。

レーザ検出装置４０は、回折環を撮像したイメージングプレート２１にレーザ光を照射して、イメージングプレート２１から入射した光の強度を検出する。レーザ検出装置４０は、測定対象物ＯＢ及び回折環撮像位置にあるイメージングプレート２１からフィードモータ３２側に充分離れている。すなわち、イメージングプレート２１が回折環撮像位置にあるとき、測定対象物ＯＢにて回折したＸ線がレーザ検出装置４０によって遮られないようになっている。レーザ検出装置４０は、レーザ光源４１と、コリメートレンズ４２、反射鏡４３、偏光ビームスプリッタ４４、１／４波長板４５及び対物レンズ４６を備えている。

レーザ光源４１は、レーザ駆動回路７７によって制御されて、イメージングプレート２１に照射するレーザ光を出射する。レーザ駆動回路７７は、コントローラ９１によって制御され、レーザ光源４１から所定の強度のレーザ光が出射されるように、駆動信号を制御して供給する。レーザ駆動回路７７は、後述するフォトディテクタ５２から出力された受光信号を入力して、受光信号の強度が所定の強度になるようにレーザ光源４１に出力する駆動信号を制御する。これにより、イメージングプレート２１に照射されるレーザ光の強度が一定に維持される。

コリメートレンズ４２は、レーザ光源４１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。反射鏡４３は、コリメートレンズ４２にて平行光に変換されたレーザ光を、偏光ビームスプリッタ４４に向けて反射する。偏光ビームスプリッタ４４は、反射鏡４３から入射したレーザ光の大半（例えば、９５％）をそのまま透過させる。１／４波長板４５は、偏光ビームスプリッタ４４から入射したレーザ光を直線偏光から円偏光に変換する。対物レンズ４６は、１／４波長板４５から入射したレーザ光をイメージングプレート２１の表面に集光させる。この対物レンズ４６から出射されるレーザ光の光軸は、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸と測定対象物ＯＢの法線とが成す平面内であって、前記Ｘ線の光軸に平行な方向、すなわち移動ステージ３１の移動方向に対して垂直な方向である。

対物レンズ４６には、フォーカスアクチュエータ４７が組み付けられている。フォーカスアクチュエータ４７は、対物レンズ４６をレーザ光の光軸方向に移動させるアクチュエータである。なお、対物レンズ４６は、フォーカスアクチュエータ４７が通電されていないときに、その可動範囲の中心に位置する。

対物レンズ４６によって集光されたレーザ光を、イメージングプレート２１の表面であって、回折環が撮像されている部分に照射すると、輝尽発光（Ｐｈｏｔｏ−Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｌｕｍｉｎｅｓｅｎｃｅ）現象が生じる。すなわち、回折環を撮像した後、イメージングプレート２１にレーザ光を照射すると、イメージングプレート２１の蛍光体が回折Ｘ線の強度に応じた光であって、レーザ光の波長よりも波長が短い光を発する。イメージングプレート２１に照射されて反射したレーザ光の反射光及び蛍光体から発せられた光は、対物レンズ４６及び１／４波長板４５を通過して、偏光ビームスプリッタ４４にて反射する。偏光ビームスプリッタ４４の反射方向には、集光レンズ４８、シリンドリカルレンズ４９及びフォトディテクタ５０が設けられている。集光レンズ４８は、偏光ビームスプリッタ４４から入射した光を、シリンドリカルレンズ４９に集光する。シリンドリカルレンズ４９は、透過した光に非点収差を生じさせる。フォトディテクタ５０は、分割線で区切られた４つの同一正方形状の受光素子からなる４分割受光素子によって構成されており、時計回りに配置された受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した大きさの検出信号を受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）として、増幅回路７８に出力する。

増幅回路７８は、フォトディテクタ５０から出力された受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）をそれぞれ同じ増幅率で増幅して受光信号（ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’）を生成し、フォーカスエラー信号生成回路７９及びＳＵＭ信号生成回路８０へ出力する。本実施形態においては、非点収差法によるフォーカスサーボ制御を用いる。フォーカスエラー信号生成回路７９は、増幅された受光信号（ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’）を用いて、演算によりフォーカスエラー信号を生成する。すなわち、フォーカスエラー信号生成回路７９は、（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）の演算を行い、この演算結果をフォーカスエラー信号としてフォーカスサーボ回路８１へ出力する。フォーカスエラー信号（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）は、レーザ光の焦点位置のイメージングプレート２１の表面からのずれ量を表している。

フォーカスサーボ回路８１は、コントローラ９１により制御され、フォーカスエラー信号に基づいて、フォーカスサーボ信号を生成してドライブ回路８２に出力する。ドライブ回路８２は、このフォーカスサーボ信号に応じてフォーカスアクチュエータ４７を駆動して、対物レンズ４６をレーザ光の光軸方向に変位させる。この場合、フォーカスエラー信号（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）の値が常に一定値（例えば、ゼロ）となるようにフォーカスサーボ信号を生成することにより、イメージングプレート２１の表面にレーザ光を集光させ続けることができる。

ＳＵＭ信号生成回路８０は、受光信号（ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’）を合算してＳＵＭ信号（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’）を生成し、Ａ／Ｄ変換回路８３に出力する。ＳＵＭ信号の強度は、イメージングプレート２１にて反射したレーザ光の強度と輝尽発光により発生した光の強度を合わせた強度に相当するが、イメージングプレート２１にて反射したレーザ光の強度はほぼ一定であるので、ＳＵＭ信号の強度は、輝尽発光により発生した光の強度に相当する。すなわち、ＳＵＭ信号の強度は、イメージングプレート２１に入射した回折Ｘ線の強度に相当する。Ａ／Ｄ変換回路８３は、コントローラ９１によって制御され、ＳＵＭ信号生成回路８０からＳＵＭ信号を入力し、入力したＳＵＭ信号の瞬時値をディジタルデータに変換してコントローラ９１に出力する。

また、レーザ検出装置４０は、集光レンズ５１及びフォトディテクタ５２を備えている。集光レンズ５１は、レーザ光源４１から出射されたレーザ光の一部であって、偏光ビームスプリッタ４４を透過せずに反射したレーザ光をフォトディテクタ５２の受光面に集光する。フォトディテクタ５２は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ５２は、レーザ光源４１が出射したレーザ光の強度に対応した受光信号をレーザ駆動回路７７へ出力する。

また、対物レンズ４６に隣接して、ＬＥＤ５３が設けられている。ＬＥＤ５３は、ＬＥＤ駆動回路８４によって制御されて、可視光を発して、イメージングプレート２１に撮像された回折環を消去する。ＬＥＤ駆動回路８４は、コントローラ９１によって制御され、ＬＥＤ５３に、所定の強度の可視光を発生させるための駆動信号を供給する。

コンピュータ装置９０は、コントローラ９１、入力装置９２及び表示装置９３からなる。コントローラ９１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、大容量記憶装置などを備えたマイクロコンピュータを主要部とした電子制御装置であり、大容量記憶装置に記憶された図３乃至図６の各種プログラムを実行する。入力装置９２は、コントローラ９１に接続されて、作業者により、各種パラメータ、作業指示などの入力のために利用される。表示装置９３は、作業者に対して各種の設定状況、作動状況、測定結果などを視覚的に知らせる。高電圧電源９５は、Ｘ線出射器１０にＸ線出射のための高電圧を供給する。

以下に、上記のように構成したＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムを用いて、測定対象物ＯＢであるショットピーニングを行った後の鉄材の回折環を測定して残留応力を求める具体的方法について説明する。上記のように構成したＸ線回折装置においては、その保管状態及び搬送状態では、図１０Ａに示すように、支持脚６８ａ，６８ｂは、下面壁６４に平行になるように折り畳まれて左右側面壁６５，６６に密着して収納されている。

このような状態にあるＸ線回折測定装置を取っ手６９を持って持ち運び、ショットピーニングを終えた測定対象物ＯＢである鉄材の上に載せる。この場合、図２及び図１０Ｂに示すように、支持脚６８ａ，６８ｂを下面壁６４に対して垂直方向に回転させて、下端部を測定対象物ＯＢ上に密着させ、傾斜面壁６７を測定対象物ＯＢの表面に密着すなわち面接触させて、Ｘ線回折測定装置を測定対象物ＯＢの表面上に維持するようにする。また、この場合、Ｘ線回折測定装置を、測定対象物ＯＢである鉄材上であって、測定位置が傾斜面壁６７に設けた貫通孔６７ａの位置に来るようにする。この状態では、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸と傾斜面壁６７の法線とが所定の角度θをなすように設定されているので、Ｘ線の光軸と測定対象物ＯＢの表面の法線とがなす角度は、所定の角度θに設定される。これにより、測定対象物ＯＢにＸ線が照射されれば、測定対象物ＯＢから回折Ｘ線が出射され、イメージングプレート２１上には回折環が形成される。

その後、コンピュータ装置９０及び高電圧電源９５を上記の構成のＸ線回折測定装置に接続する。そして、作業者が、入力装置９２を用いて、測定対象物ＯＢの材質（例えば、鉄）を入力し、残留応力の測定開始を指示する。これにより、コントローラ９１は、図３に示す回折環撮像プログラムの実行を開始する。

この回折環撮像プログラムは図３のステップＳ１００にて開始され、コントローラ９１は、ステップＳ１０２にて、スピンドルモータ制御回路７４を制御して、イメージングプレート２１を低速回転させ、エンコーダ３７ａからインデックス信号を入力した時点で、イメージングプレート２１の回転を停止させる。これにより、測定開始時において、イメージングプレート２１の回転角度が０度に設定される。次に、コントローラ９１は、ステップＳ１０４にて位置検出回路７２の作動を開始させ、ステップＳ１０６にて、フィードモータ制御回路７３を制御し、フィードモータ３２の作動を開始させるとともに、位置検出回路７２との協働によりフィードモータ３２の作動を停止させて、イメージングプレート２１を回折環撮像位置まで移動させる。

次に、コントローラ９１は、ステップＳ１０８にて、センサ信号取出回路７６の作動を開始させる。次に、コントローラ９１は、ステップＳ１１０にて、Ｘ線制御回路７１を制御してＸ線出射器１０にＸ線の出射を開始させる。これにより、Ｘ線が測定対象物ＯＢに照射され、測定対象物ＯＢの表面にて反射したＸ線が受光センサ２５に受光される。次に、コントローラ９１は、ステップＳ１１２にて、センサ信号取出回路７６から受光位置信号を入力し、前記入力した受光位置信号を用いてイメージングプレート２１と測定対象物ＯＢとの距離Ｌを算出する。なお、この算出した距離Ｌは、後述する処理によって利用されるので、メモリに記憶しておく。そして、コントローラ９１は、ステップＳ１１４にて、前記算出した距離Ｌが所定の基準範囲内にあるか否か判定する。距離Ｌが基準範囲内になければ、「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１１６にて、Ｘ線制御回路７１を制御して測定対象物ＯＢへのＸ線の照射を停止させる。

そして、コントローラ９１は、ステップＳ１１８にて、表示装置９３に、Ｘ線回折測定装置のセットが不適切である旨を表示する。そして、ステップＳ１２８にて、回折環撮像プログラムの実行を終了する。この場合、作業者は、Ｘ線回折測定装置を再度セットし直した後、入力装置９２を用いて、再度、測定開始を指示する。上記のステップＳ１１０〜Ｓ１１６までの所要時間は僅かなので、イメージングプレート２１には回折環が撮像されない。また、受光センサ２５が測定対象物ＯＢにて反射したＸ線を受光しない場合も、ステップＳ１１８にて、Ｘ線回折測定装置のセットが不適切である旨が表示される。この場合も、作業者は、Ｘ線回折測定装置をセットし直す。そして、前記測定開始の指示により、前述したステップＳ１０２〜Ｓ１１４の処理が再度実行され、距離Ｌが所定の基準範囲内になるまで前記処理が繰り返される。ただし、このようにステップＳ１０２〜Ｓ１１４の処理が繰り返し実行される場合には、ステップＳ１０２〜Ｓ１０８の処理は、実質的には不要である。

一方、ステップＳ１１４の判定処理時に、距離Ｌが所定の基準範囲内である場合には、コントローラ９１は、ステップＳ１１４にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１２０に処理を進め、センサ信号取出回路７６の作動を停止させる。そして、コントローラ９１は、ステップＳ１２２にて時間計測を開始し、ステップＳ１２４にてイメージングプレート２１にＸ線による回折環を形成するための所定の設定時間が経過したか否かを判定する。時間計測開始から所定の設定時間を経過していなければ、ステップＳ１２４にて「Ｎｏ」と判定して判定処理を実行し続ける。すなわち、コントローラ９１は、時間計測開始から所定の設定時間を経過するまで待機する。そして、時間計測開始から所定の設定時間を経過すると、コントローラ９１は、ステップＳ１２４にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１２６にてＸ線制御回路７１を制御してＸ線出射器１０によるＸ線の照射を停止させ、ステップＳ１２８にて回折環撮像プログラムの実行を終了する。

これにより、この状態では、測定対象物ＯＢからの回折Ｘ線による回折環がイメージングプレート２１に撮像されている。

前記回折環撮像プログラムの実行後、コントローラ９１は、図４Ａ及び図４Ｂの回折環読取りプログラムの実行を開始する。この場合、コントローラ９１は、この回折環読取りプログラムの実行に並行して、図５の回折環形状検出プログラムの実行をも開始する。回折環読取りプログラムの実行は図４ＡのステップＳ２００にて開始され、コントローラ９１は、ステップＳ２０２にて回折環基準半径Ｒ０を計算する。回折環基準半径Ｒ０は、測定対象物ＯＢの残留応力が「０」である場合の回折環の半径である。回折環基準半径Ｒ０は、測定対象物ＯＢの材質及びイメージングプレート２１から測定対象物ＯＢまでの距離Ｌに依存する。すなわち、残留応力が「０」であるので、回折角θｘは材質（本実施形態では、鉄である）によって決定される。距離Ｌと回折環基準半径Ｒ０とは比例関係にあるので、予め材質ごとに、回折角θｘを記憶しておけば、回折環基準半径Ｒ０を、Ｒ０＝Ｌ・ｔａｎ（θｘ）の演算によって算出できる。この計算された回折環基準半径Ｒ０はメモリに記憶される。

前記ステップＳ２０２の処理後、コントローラ９１は、ステップＳ２０４にて、フィードモータ制御回路７３に、イメージングプレート２１を回折環読取り領域内の読取り開始位置へ移動させることを指示する。フィードモータ制御回路７３は、位置検出回路７２と協働してフィードモータ３２を駆動制御して、イメージングプレート２１を読取り開始位置へ移動させる。このイメージングプレート２１が読取り開始位置にある状態では、対物レンズ４６の中心すなわちレーザ光の照射位置が前記計算した回折環基準半径Ｒ０よりも所定距離αだけ小さい位置に位置する。なお、所定距離αは、撮像した回折環の半径が回折環基準半径Ｒ０からずれる可能性のある距離よりもやや大きい距離である。これにより、後述の処理により、回折環の測定が充分に内側から開始されて、回折環が確実に検出される。このときのＸ線回折測定装置は、図１０Ｃに示された状態にある。

ここで、移動ステージ３１の移動限界位置から図１及び図２の右下方向への移動距離ｘを表す位置検出回路７２からの位置信号と、イメージングプレート２１の中心からレーザ光の照射位置（対物レンズ４６の中心位置）までの距離（すなわちレーザ光の照射位置の半径ｒ）との関係について説明しておく。移動ステージ３１すなわちイメージングプレート２１が移動限界位置にある状態においては、図７(Ａ)に示すように、イメージングプレート２１の中心から対物レンズ４６の中心位置までの距離をＲｘとする。なお、この場合、対物レンズ４６は前記イメージングプレート２１の中心位置から図１及び図２にて左上方向にあり、また前記距離Ｒｘは予め測定されてコントローラ９１に記憶されている。一方、図７(Ｂ)に示すように、イメージングプレート２１を移動限界位置から図１及び図２の右下方向へ距離ｘだけ移動させると、レーザ光の照射位置の半径ｒは、ｒ＝ｘ＋Ｒｘで表される。この場合、距離ｘは、前述のように位置検出回路７２から出力される位置信号によって示されるので、今後の処理において、レーザ光の照射位置の半径ｒは、位置検出回路７２から出力される位置信号によって表された距離ｘに予め記憶されている値Ｒｘを加算することになる。

そして、前記のように、イメージングプレート２１を読取り開始位置へ移動させる場合には、図７(Ｃ)に示すように、レーザ光の照射位置は、回折環基準半径Ｒ０よりも所定距離αだけ内側に位置するので、この場合の半径ｒは距離Ｒ０−αに等しくなるはずである。したがって、イメージングプレート２１を駆動限界位置から図１及び図２の右下方向へ移動させる距離ｘは、ｘ＝Ｒ０−α−Ｒｘに等しくなる。すなわち、前記ステップＳ２０４における読取り開始位置への移動処理においては、位置検出回路７２から出力される位置信号により表される距離ｘ（＝Ｒ０−α−Ｒｘ）だけ、テーブル２０を図１及び図２の右下方向へ移動させればよい。

次に、コントローラ９１は、ステップＳ２０６にて、スピンドルモータ制御回路７４に対して、所定の一定回転速度でイメージングプレート２１を回転させることを指示する。スピンドルモータ制御回路７４は、エンコーダ３７ａからのパルス信号を用いて回転速度を計算しながら、前記指示された一定回転速度でイメージングプレート２１が回転するようにスピンドルモータ３７の回転を制御する。したがって、イメージングプレート２１は前記所定の一定回転速度で回転し始める。次に、コントローラ９１は、ステップＳ２０８にて、レーザ駆動回路７７を制御してレーザ光源４１によるレーザ光のイメージングプレート２１に対する照射を開始させる。

次に、コントローラ９１は、ステップＳ２１０にて、フォーカスサーボ回路８１に対して、フォーカスサーボ制御の開始を指示する。これにより、フォーカスサーボ回路８１は、増幅回路７８及びフォーカスエラー信号生成回路７９からのフォーカスエラー信号を用いて、ドライブ回路８２を介してフォーカスアクチュエータ４７を駆動制御することにより、フォーカスサーボ制御を開始する。その結果、対物レンズ４６が、レーザ光の焦点がイメージングプレート２１の表面に合うように光軸方向に駆動制御される。ステップＳ２１０の処理後、コントローラ９１は、ステップＳ２１２にて、回転角度検出回路７５及びＡ／Ｄ変換回路８３の作動を開始させる。これにより、回転角度検出回路７５は、スピンドルモータ３７（イメージングプレート２１）の基準位置からの回転角度θｐをコントローラ９１に出力し始め、Ａ／Ｄ変換回路８３は、ＳＵＭ信号の瞬時値のディジタルデータをコントローラ９１に出力し始める。

次に、コントローラ９１は、ステップＳ２１４にて、フィードモータ制御回路７３に対して、イメージングプレート２１の移動開始及び移動速度を指示する。フィードモータ制御回路７３は、フィードモータ３２を駆動制御して、イメージングプレート２１を読取り開始位置から軸受部３４側（図1及び図２の右下方向）へ一定速度で移動させる。これにより、レーザ光の照射位置が、イメージングプレート２１において、回折環基準半径Ｒ０から所定距離αだけ内側から外側方向に一定速度で相対移動し始める。なお、この状態では、レーザ光の照射位置は、前記ステップＳ２０６，Ｓ２１４の処理により、相対的にイメージングプレート２１上を螺旋状に回転している。

前記ステップＳ２１４の処理後、コントローラ９１は、ステップＳ２１６にて、周方向番号ｎ及び半径方向番号ｍの値をそれぞれ「１」に初期設定する。周方向番号ｎは、イメージングプレート２１における１回転をＮ個（所定の大きな値）で等分した周方向位置をそれぞれ表す「１」から最大値Ｎまで変化する整数である。半径方向番号ｍは、イメージングプレート２１の内側から外側に向かう径方向位置をそれぞれ表し、イメージングプレート２１が１回転するごとに「１」から「１」ずつ増加する値である。そして、これらの周方向番号ｎ及び半径方向番号ｍにより、図８に示すように、イメージングプレート２１上を螺旋状に移動する読取りポイントＰ(ｎ，ｍ)が示される。

次に、コントローラ９１は、ステップＳ２１８にて、回転角度検出回路７５がエンコーダ３７ａからのインデックス信号を入力したか否かを判定する。回転角度検出回路７５がインデックス信号を入力していなければ、コントローラ９１はステップＳ２１８にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ２１８の判定処理を繰り返し実行し続ける。回転角度検出回路７５がインデックス信号を入力すると、コントローラ９１は、ステップＳ２１８にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ２２０にて、回転角度検出回路７５からイメージングプレート２１の現在の回転角度θｐを取り込む。

そして、コントローラ９１は、ステップＳ２２２にて、現在の回転角度θｐと変数ｎによって指定される回転角度(ｎ−１)・θo（この場合、ｎ＝１であるので「０」）との差の絶対値｜θｐ−(ｎ−１)・θo｜が所定の許容値未満であるか否か判定する。この場合、θoは、３６０度を周方向番号ｎの最大値Ｎで除した予め記憶されている所定値である。前記絶対値｜θｐ−(ｎ−１)・θo｜が所定の許容値未満でなければ、コントローラ９１は、ステップＳ２２２にて「Ｎｏ」と判定してステップＳ２２０，Ｓ２２２の処理を繰り返し実行する。すなわち、コントローラ９１は、現在の回転角度θｐが所定の回転角度(ｎ−１)・θoにほぼ一致するまで待機する。そして、現在の回転角度θｐが所定の回転角度(ｎ−１)・θoにほぼ一致すると、コントローラ９１は、ステップＳ２２２にて「Ｙｅｓ」すなわち前記絶対値｜θｐ−(ｎ−１)・θo｜が所定の許容値未満であると判定して、ステップＳ２２４に進む。

ステップＳ２２４においては、コントローラ９１は、Ａ／Ｄ変換回路８３からＳＵＭ信号を取り込んで、読取りポイントＰ(ｎ，ｍ)の信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)としてメモリにそれぞれ記憶する。また、このステップＳ２２４においては、位置検出回路７２からの位置信号を取り込んで、位置信号によって表される距離ｘに所定距離Ｒｘを加算して半径ｒを計算して、読取りポイントＰ(ｎ，ｍ)の半径ｒ(ｎ，ｍ)として前記信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)に対応させてメモリに記憶する。これにより、イメージングプレート２１の読取りポイントＰ(ｎ，ｍ)からの輝尽発光の強度すなわち読取りポイントＰ(ｎ，ｍ)に対するＸ線回折光の強度を表す信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)が、読取りポイントＰ(ｎ，ｍ)の半径を表す半径ｒ(ｎ，ｍ)と共にメモリに記憶される。

次に、コントローラ９１は、ステップＳ２２６にて、前記記憶した信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)が、所定の基準値以上であるか否か判定する。信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)が所定の基準値以上であれば、コントローラ９１は、ステップＳ２２６にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ２３０に進む。一方、信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)が、所定の基準値より小さければ、コントローラ９１は、ステップＳ２２６にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ２２８にて、前記記憶した信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)及び半径ｒ(ｎ，ｍ)を消去した後、ステップＳ２３０に進む。この信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)及び半径ｒ(ｎ，ｍ)の消去は、所定の基準値より小さな信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)は回折Ｘ線強度の回折環半径方向のピーク位置の検出に不要であるからである。

ステップＳ２３０においては、コントローラ９１は、周方向番号ｎに「１」を加算する。そして、コントローラ９１は、ステップＳ２３２にて、変数ｎが１周当たりの読取りポイントＰ(ｎ，ｍ)の数を表す値Ｎより大きいか、すなわちイメージングプレート２１が１回転したか否かを判定する。この場合、ｎ＝２であり、周方向番号ｎは値Ｎ以下であるので、コントローラ９１は、ステップＳ２３２にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ２２０に戻る。

そして、前述したステップＳ２２０〜Ｓ２３２の処理を、周方向番号ｎが値Ｎよりも大きくなるまで繰り返す。このステップＳ２２０〜Ｓ２３２の繰り返し処理により、回転角度０，θo，２・θo・・・(Ｎ−１) ・θoにそれぞれ対応した所定角度θoごとの信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)及び半径ｒ(ｎ，ｍ)がメモリに記憶される。ただし、この場合も、ステップＳ２２６，Ｓ２２８の処理により、信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)が所定の基準値より小さければ、メモリに記憶された信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)及び半径ｒ(ｎ，ｍ)は消去される。

このようなステップＳ２２０〜Ｓ２３２の循環処理により、周方向番号ｎが値Ｎよりも大きくなると、コントローラ９１は、ステップＳ２３２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ２３４にて、後述の回折環形状検出プログラムによる終了指令の有無を判定する。未だ終了指令がないときは、コントローラ９１は、ステップＳ２３４にて「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ２３６にて半径方向番号ｍに「１」を加算し（この場合、ｍ＝２になる）、ステップＳ２２８にて周方向番号ｎを「１」に戻す。そして、コントローラ９１は、前述したステップＳ２１８〜Ｓ２３２の処理を実行して、次の半径方向位置の回転角度０，θo，２・θo・・・(Ｎ−１) ・θoに対応した読取りポイントＰ(ｎ，ｍ)に関する信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)及び半径ｒ(ｎ，ｍ)をメモリに記憶する。

そして、終了指令の指示があるまで、このようなステップＳ２１８〜Ｓ２３８の処理により、「１」ずつ順次大きくなる半径方向番号ｍ（＝１，２，３・・）と、各半径方向番号ｍごとに回転角度０，θo，２・θo・・・(Ｎ−１) ・θoにそれぞれ対応した周方向番号ｎ（＝１〜Ｎ）とにより指定される読取りポイントＰ(ｎ，ｍ)に対応する信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)及び半径ｒ(ｎ，ｍ)がメモリに順次記憶される。なお、この場合も、信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)が所定の基準値より小さければ、メモリに記憶された信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)及び半径ｒ(ｎ，ｍ)は消去される。

そして、前記回折環形状検出プログラムによる終了指令の指示があると、コントローラ９１は、ステップＳ２３４にて「Ｙｅｓ」と判定し、図４ＢのステップＳ２４０に進む。ここで、この回折環読取りプログラムと並行して実行されている回折環形状検出プログラムについて説明する。

回折環形状検出プログラムの実行は図５のステップＳ３００にて開始され、コントローラ９１は、ステップＳ３０２にて周方向番号ｎを「１」に初期設定する。なお、この周方向番号ｎは、回折環読取りプログラムの場合と同様に所定角度θoごとの周方向位置を示すものであるが、回折環読取りプログラムで用いられる周方向番号ｎとは独立したものである。

前記ステップＳ３０２の処理後、コントローラ９１は、ステップＳ３０４にて、詳しくは後述するピーク半径ｒｐ(ｎ)が存在するか、すなわちピーク半径ｒｐ(ｎ)が検出済みであるかを判定する。この場合、ピーク半径ｒｐ(ｎ)においては、検出されたピーク半径の回転角度が周方向番号ｎによって表される。ピーク半径ｒｐ(ｎ)が検出済みであれば、コントローラ９１は、ステップＳ３０４にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ３０６にて周方向番号ｎに「１」を加算し、ステップＳ３０８にて周方向番号ｎが所定数より大きいか否かを判定する。この場合の所定数も、１周の測定位置数を表す値Ｎである。周方向番号ｎが所定数以下であれば、コントローラ９１は、ステップＳ３０８にて「Ｎｏ」と判定してステップＳ３０４に戻る。

一方、ピーク半径ｒｐ(ｎ)が未検出であれば、コントローラ９１は、ステップＳ３０４にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ３１０にて前記図４ＡのステップＳ２２４の処理によって記憶した信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)の数が所定数以上であるか否か判定する。信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)の数が所定数以上でなければ、コントローラ９１は、ステップＳ３１０にて「Ｎｏ」と判定して、前述したステップＳ３０６，Ｓ３０８の処理を実行してステップＳ３０４又はステップＳ３０２に戻る。このステップＳ３１０の判定処理は、信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)の数が少ない場合には後述するピーク検出処理を実行しても無駄であるからである。なお、前記図４ＡのステップＳ２２８の処理によって消去された信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)は、記憶した信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)としてカウントされない。

一方、前記記憶した信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)の数が所定数以上であるときは、コントローラ９１は、ステップＳ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ３１２にて、ピークの有無を判定する。すなわち、周方向番号ｎによって指定される周方向位置の全ての半径ｒ(ｎ，ｍ)及び信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)を用いて、ＳＵＭ信号の値のピークの有無を判定する。具体的には、図９に示すように、周方向番号ｎによって指定される周方向位置の全ての半径ｒ(ｎ，ｍ)を横軸に取り、その半径ｒ(ｎ，ｍ)に対応させて信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)を縦軸に取った受光曲線において、信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)にピークが存在するか、すなわち信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)が増加した後に減少したかを判定するとよい。そして、ピークが存在しなければ、コントローラ９１は、ステップＳ３１２にて「Ｎｏ」と判定して、前述したステップＳ３０６，Ｓ３０８の処理を実行してステップＳ３０４又はステップＳ３０２に戻る。

このように、ステップＳ３０２〜Ｓ３１２を繰り返し実行している間に、並行して実行されている回折環読取りプログラムの処理により、さらに半径ｒ(ｎ，ｍ)及び信号強度Ｓ(ｎ，ｍ)が取り込まれてメモリに次々に記憶されていく。このため、ステップＳ３１２にてピークが検出されるようになり、検出されると、コントローラ９１は、ステップＳ３１２にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ３１４にて、ピークの半径ｒ(ｎ，ｍ)をピーク半径ｒｐ(ｎ)としてメモリに記憶する。次に、コントローラ９１は、ステップＳ３１６にて、取得したピーク半径ｒｐ(ｎ)の数が所定数以上であるか否かを判定する。この場合の所定数も、１周の測定位置数を表す値Ｎである。そして、取得したピーク半径ｒｐ(ｎ)の数が所定数より小さければ、コントローラ９１は、ステップＳ３１６にて「Ｎｏ」と判定し、前述したステップＳ３０６，Ｓ３０８の処理を実行してステップＳ３０４又はステップＳ３０２に戻る。

このようにステップＳ３０２〜Ｓ３１６の処理を繰り返すことで、取得したピーク半径ｒｐ(ｎ)の数が増えていき所定数に達すると、すなわち周方向の全ての読取りポイントＰ(ｎ，ｍ)にてピーク半径ｒｐ(ｎ)が取得されると、コントローラ９１は、ステップＳ３１６にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ３１８にて回折環形状検出の終了を示す終了指令を出力する。そして、コントローラ９１は、ステップＳ３２０にて回折環形状検出プログラムの実行を終了する。このような周方向の全ての読取りポイントＰ(ｎ，ｍ)におけるピーク半径ｒｐ(ｎ)の検出により、回折環の形状が検出されたことになる。

ここで、図４Ａ及び図４Ｂの回折環読取りプログラムの説明にふたたび戻る。前述のように終了指令が出力されると、コントローラ９１は、図４ＡのステップＳ２３４にて「Ｙｅｓ」と判定し、図４ＢのステップＳ２４０にて、フォーカスサーボ回路８１に対してフォーカスサーボ制御の停止を指示することにより、フォーカスサーボ制御を停止させる。次に、コントローラ９１は、ステップＳ２４２にて、レーザ駆動回路７７を制御して、レーザ光源４１によるレーザ光の照射を停止させる。さらに、コントローラ９１は、ステップＳ２４４にて、Ａ／Ｄ変換回路８３及び回転角度検出回路７５の作動を停止させ、ステップＳ２４６にて、フィードモータ制御回路７３を制御してフィードモータ３２の作動を停止させることにより、イメージングプレート２１を停止させて、ステップＳ２４８にて回折環形状検出プログラムの実行を終了する。なお、この状態では、位置検出回路７２の作動及びイメージングプレート２１の回転は、以前と同様のまま継続されている。

次に、コントローラ９１は、図６の回折環消去プログラムを実行する。回折環消去プログラムの実行は、ステップＳ４００にて開始され、コントローラ９１は、ステップＳ４０２にて、フィードモータ制御回路７３に、イメージングプレート２１を回折環消去領域内の消去開始位置へ移動させることを指示する。フィードモータ制御回路７３は、位置検出回路７２と協働してフィードモータ３２を駆動制御して、イメージングプレート２１を消去開始位置へ移動させる。このイメージングプレート２１が消去開始位置にある状態では、ＬＥＤ５３から出力される可視光の中心が前記計算した回折環基準半径Ｒ０よりも所定距離γだけ小さい位置に位置する。具体的には、この位置は、イメージングプレート２１が駆動限界位置にある状態において、イメージングプレート２１の中心からＬＥＤの可視光の中心までの距離をＲｙ’とすると、位置検出回路７２から出力される位置がＲ０−γ−Ｒｙ’になる位置である。なお、所定距離γは、前記所定距離αよりも若干大きく、前記撮像された回折環の半径よりは余裕をもってずれた位置である。これにより、後述の処理により、前記撮像された回折環が確実に消去される。

次に、コントローラ９１は、ステップＳ４０４にて、ＬＥＤ駆動回路８４を制御してＬＥＤ５３による可視光のイメージングプレート２１に対する照射を開始させる。次に、コントローラ９１は、ステップＳ４０６にて、フィードモータ制御回路７３に対して、イメージングプレート２１の移動開始及び移動速度を指示する。フィードモータ制御回路７３は、フィードモータ３２を駆動制御して、イメージングプレート２１を消去開始位置から軸受部３４側（図１及び図２の右下方向）に一定速度で移動させる。これにより、ＬＥＤ５３による可視光が、イメージングプレート２１において、回転しながら、回折環基準半径Ｒ０から所定距離γ（γ＞α）だけ内側から外側方向に一定速度で移動し始める。

前記ステップＳ４０６の処理後、コントローラ９１は、ステップＳ４０８にて位置検出回路７２からイメージングプレート２１の位置を表す位置信号を入力し、ステップＳ４１０にて、イメージングプレート２１の現在の位置が消去終了位置を超えているか否かを判定する。この終了位置は、回折環基準半径Ｒ０よりも所定距離γだけ大きな位置である。具体的には、位置検出回路７２から出力される位置がＲ０＋γ−Ｒｙ’になる位置である。そして、イメージングプレート２１の現在の位置が消去終了位置を超えるまで、コントローラ９１は、ステップＳ４１０にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ４０８，Ｓ４１０の処理を繰り返し実行する。これにより、回転するイメージングプレート２１に対し、前記回折環基準半径Ｒ０から所定距離γだけ内側から所定距離γだけ外側まで、ＬＥＤ５３による可視光が照射されるので、前記回折Ｘ線によって形成された回折環は内側から徐々に消去されていく。

そして、イメージングプレート２１の現在の位置が消去終了位置を超えると、コントローラ９１は、ステップＳ４１０にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ４１２にてフィードモータ制御回路７３にイメージングプレート２１の移動停止を指示し、ステップＳ４１４にてＬＥＤ駆動回路８４にＬＥＤ５３による可視光の照射停止を指示する。これにより、フィードモータ制御回路７３は、フィードモータ３２の作動を停止させることによりイメージングプレート２１の移動を停止させる。ＬＥＤ駆動回路８４は、ＬＥＤ５３による可視光の照射を停止させる。この状態では、前記撮像された回折環は完全に消去されている。

前記ステップＳ４１４の処理後、コントローラ９１は、ステップＳ４１６にて位置検出回路７２の作動を停止させ、ステップＳ４１８にてスピンドルモータ制御回路７４に対してイメージングプレート２１の回転停止を指示する。この指示に応答して、スピンドルモータ制御回路７４は、スピンドルモータ３７の作動を停止させて、イメージングプレート２１の回転を停止させる。前記イメージングプレート２１の回転停止後、コントローラ９１は、ステップＳ４２０にて回折環消去プログラムの実行を終了する。

上記のような回折環の測定後、作業者による入力装置９２を用いた指示により、コントローラ９１は、図示しないプログラムの実行により、上記回折環形状検出プログラムの実行によって取得した回折環の形状を表すデータを用いて、すなわちピーク半径ｒｐ(ｎ)（ｎ＝１〜Ｎ）及びそれに対応した回転角度(ｎ−１)θo（ｎ＝１〜Ｎ）を用いて、測定対象物ＯＢである鉄材の測定箇所の残留圧縮応力（垂直応力）及びせん断応力を計算し、計算した結果に応じて鉄材のショットピーニングによる加工結果を評価する。なお、これらの残留圧縮応力及びせん断応力は、従来からよく知られているｃｏｓαを用いて計算されるとともに、その計算結果による残留圧縮応力及びせん断応力の大きさにより、ショットピーニングの評価もなされる。この場合、残留圧縮応力がある程度大きく、せん断応力が「０」に近い小さな値であればショットピーニングが良好であったと評価される。

上記説明からも理解できるように、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置をケース６０内に収容するように構成したので、作業者は、Ｘ線回折測定装置を簡単に搬送できるようになる。そして、このＸ線回折測定装置の搬送後、設置用壁である傾斜面壁６７を測定対象物ＯＢ上に面接触させることにより、Ｘ線回折測定装置を測定対象物ＯＢ上に載置する。この状態では、傾斜面壁６７の法線とＸ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸とがなす角度が、測定対象物ＯＢから回折したＸ線が出射される所定角度に設定されているので、測定対象物ＯＢの表面の法線と前記Ｘ線の光軸とがなす角度も前記所定角度となる。したがって、Ｘ線出射器１０からのＸ線を傾斜面壁６７に設けた貫通孔６７ａを介して測定対象物ＯＢに照射することにより、すなわち図３の回折環撮像プログラムの実行により、測定対象物ＯＢから回折したＸ線が出射されてイメージングプレート２１に回折したＸ線による回折環が形成される。その結果、作業者は、設置用壁である傾斜面壁６７を測定対象物ＯＢ上に面接触させることにより、Ｘ線回折測定装置を測定対象物ＯＢ上に載置するという簡単な行為により、イメージングプレート２１に回折環を形成させることができる。

この回折環のイメージングプレート２１への形成後、図４Ａ及び図４Ｂの回折環読取りプログラムの実行及び図５の回折環形状検出プログラムの実行により、回折環の形状が検出される。そして、この検出された回折環の形状に基づいて、測定対象物ＯＢの残留応力を計算できるので、ショットピーニング後の測定対象物ＯＢの残留応力の測定が簡単に行えるようになり、ショットピーニングが良好であったか否かも簡単に評価できる。

また、上記実施形態においては、ケース６０に、搬送用の取っ手６９を設けたので、Ｘ線回折測定装置の搬送がより容易になる。さらに、上記実施形態においては、設置用壁である傾斜面壁６７を測定対象物ＯＢ上に接触させた状態に維持するための支持脚６８ａ，６８ｂを設けたので、簡単な構成で、傾斜面壁６７を測定対象物ＯＢ上に密着すなわち面接触させて、Ｘ線回折測定装置を測定対象物ＯＢ上に載置させた状態を確実に維持できる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

上記実施形態においては、ケース６０の左右側面壁６５，６６に密着させて収納状態にある折り畳み式の支持脚６８ａ，６８ｂを９０度回転させて、Ｘ線回折測定装置を図２の姿勢に維持させるようにしたが、この図２の姿勢と同じ姿勢を維持することができれば、どのような構造の支持部材を設けるようにしてもよい。例えば、Ｘ線回折測定装置の下面壁６４に対して垂直方向に進退可能な支持脚を設け、この支持脚を下面壁６４の下方に突出させて、Ｘ線回折測定装置を図２の姿勢に維持させるようにしてもよい。

また、上記折り畳み式の支持脚６８ａ，６８ｂをなくし、ケース６０の下面壁６４と傾斜面壁６７が交差する角度と等しい角度のある三角形のブロックを用意して、測定の際には、前記ブロックを測定対象物ＯＢと下面壁６４の間に挿入することにより、Ｘ線回折測定装置を図２と同じ姿勢に維持させるようにしてもよい。なお、この場合、Ｘ線回折測定装置の搬送時には、ブロックを搬送する必要も生じる。

また、上記実施形態においては、測定対象物ＯＢが大きくて、図２に示すように、Ｘ線回折測定装置を測定対象物ＯＢ上に載置し、測定対象物ＯＢの残留応力を測定するために、イメージングプレート２１に回折Ｘ線による回折環を撮像して、撮像した回折環の形状を測定することについて説明した。しかし、このＸ線回折測定装置は、測定対象物ＯＢが小さいときの残留応力の測定にも対応させることもできる。この場合、図１１に示すように、Ｘ線回折測定装置を固定支持する固定治具１０１を用意して、設置面ＦＬ上に固定治具１０１を置き、Ｘ線回折測定装置のケース６０の左右側面壁６５，６６を固定治具１０１に固定することにより、傾斜面壁６７が水平になるようにＸ線回折測定装置を固定支持する。

そして、設置面ＦＬ上には、測定対象物ＯＢを載置する昇降ステージ１０２ａを備えた昇降機１０２を置く。昇降ステージ１０２ａは、上下に昇降可能となっている。そして、小さな測定対象物ＯＢの検査位置が傾斜面壁６７に設けた貫通孔６７ａの位置に対向するように、測定対象物ＯＢを昇降ステージ１０２ａ上に載置した後、測定対象物ＯＢが傾斜面壁６７に接触する高さ位置又は前記高さ位置に近接する位置まで、昇降ステージ１０２ａを上昇させる。その後、上記実施形態と同様に、測定対象物ＯＢにＸ線を照射してイメージングプレート２１に回折環を撮像して、撮像した回折環の形状を測定して、残留応力を計算すれば、小さな測定対象物ＯＢであっても、その残留応力を測定できる。

また、上記実施形態においては、回折環の形状を測定するために、イメージングプレート２１の回転角度が所定の回転角度になるごとに、信号強度Ｓ（ｎ，ｍ）及び半径ｒ（ｎ，ｍ）を記憶するようにした。しかし、これに代えて、所定の時間間隔で、イメージングプレート２１の回転角度θ（ｎ，ｍ）、信号強度Ｓ（ｎ，ｍ）及び半径ｒ（ｎ，ｍ）を取得して記憶してもよい。

また、上記実施形態においては、受光センサ２５の受光位置を用いて、撮像した回折環の半径が回折環基準半径Ｒ０からずれる可能性のある領域を想定して、読取り開始位置を決定するようにした。しかし、回折環基準半径Ｒ０を用いることなく、常に一定の領域にレーザ光を照射するようにしてもよい。例えば、イメージングプレート２１の全領域にレーザ光を照射するようにしてもよい。また、ＬＥＤ５３による可視光の照射についても同様に、常に一定の領域にＬＥＤ５３から発せられた可視光を照射するようにしてもよい。例えば、イメージングプレート２１の全領域にＬＥＤ５３からの可視光を照射するようにしてもよい。ただし、この場合、上記実施形態よりも測定時間が長くなる。

また、上記実施形態においては、レーザ検出装置４０は、フォーカスサーボ制御されるようにしたが、イメージングプレート２１を回転させた際のイメージングプレート２１の受光面と対物レンズ４６との距離の変動が微小であれば、フォーカスサーボ制御は不要である。

また、上記実施形態においては、イメージングプレート２１に照射されるレーザ光は、一定強度のレーザ光としたが、これに代えて、予め設定されたハイレベルの強度と、予め設定されたローレベルの強度が繰り返されるパルス状のレーザ光とし、ハイレベルの強度になるタイミングでＳＵＭ信号の瞬時値を取得するようにしてもよい。この場合、イメージングプレート２１のＳＵＭ信号の瞬時値を取得するポイントに瞬間的にハイレベルの強度のレーザ光を照射する。すなわち、ＳＵＭ信号の瞬時値を取得するポイントにレーザ光が向かう状態では、レーザ光の強度はローレベルであり、輝尽発光により発生する光はほとんど無い。そして、ＳＵＭ信号の瞬時値を取得するポイントに近づいたとき、レーザ光の強度がハイレベルになって輝尽発光による光が発生する。常にハイレベルの強度のレーザ光を照射した場合は、輝尽発光による光が生じ続けることで光の強度が減少するが、上記のように構成すれば、輝尽発光によって大きな強度の光を利用して、ＳＵＭ信号の瞬時値を取得することができる。

１０…Ｘ線出射器、２０…テーブル、２１…イメージングプレート、２５…受光センサ、３０…テーブル駆動機構、３１…移動ステージ、３２…フィードモータ、３３…スクリューロッド、３７…スピンドルモータ、４０…レーザ検出装置、４１…レーザ光源、４６…対物レンズ、５０…フォトディテクタ、６０…ケース、６３…上面壁、６４…下面壁、６７…傾斜面壁、６７ａ…貫通孔、６８ａ，６８ｂ…支持脚、６９…取っ手、９０…コンピュータ装置、９１…コントローラ

Claims (6)

1. 測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、
   中央にＸ線を通過させる貫通孔が形成されたテーブルと、
   前記テーブルに取付けられて、中央部にてＸ線を通過させるとともに、測定対象物にて回折したＸ線の回折光を受光する受光面を有し、回折光の像である回折環を記録するイメージングプレートと、
   レーザ光を出射するレーザ光源及びレーザ光を受光するフォトディテクタを有し、レーザ光を前記イメージングプレートの受光面に照射するとともに、レーザ光の照射によって前記イメージングプレートから出射された光を受光して受光強度に応じた受光信号を出力するレーザ検出装置と、
   前記テーブルを貫通孔の中心軸回りに回転させる回転機構と、
   前記テーブルを前記イメージングプレートの受光面に平行な方向に前記レーザ検出装置に対して相対的に移動させる移動機構と、
   前記Ｘ線出射器、前記テーブル、前記イメージングプレート、前記レーザ検出装置、前記回転機構及び前記移動機構を収容したケースとを備えたＸ線回折測定装置であって、
   前記ケースは、測定対象物上に面接触させてＸ線回折測定装置を載置させるための平面状の設置用壁であって、前記Ｘ線出射器から出射されたＸ線を通過させる開口を設けた設置用壁を有し、
   前記設置用壁の法線と前記Ｘ線出射器から出射されたＸ線の光軸とがなす角度を、測定対象物にＸ線を照射した際に測定対象物から回折したＸ線が出射される所定角度に設定したことを特徴とするＸ線回折測定装置。
2. 請求項１に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記所定角度は、３０度乃至４５度の範囲内の角度であるＸ線回折測定装置。
3. 請求項１又は２に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記ケースは、Ｘ線出射器からＸ線が出射されるＸ線の光軸方向に垂直な下面壁を有し、前記下面壁の一端部に前記下面壁に対して傾斜させた傾斜面壁を形成し、前記傾斜面壁を前記設置用壁とすることを特徴とするＸ線回折測定装置。
4. 請求項３に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記ケースは、直方体形状に形成され、前記テーブルの移動方向における下面壁の一端部の角部に前記傾斜面壁を設けたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
5. 請求項１乃至４のうちのいずれか一つに記載のＸ線回折測定装置において、
   前記ケースに、さらに、前記設置用壁を測定対象物上に接触させた状態に維持するための支持脚を設けたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれか一つに記載のＸ線回折測定装置において、
   前記ケースに、さらに、搬送用の取っ手を設けたことを特徴とするＸ線回折測定装置。

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