JP2014013183A - Ｘ線応力測定装置およびｘ線応力測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で多様な試料の測定を可能とするＸ線応力測定装置およびＸ線応力測定方法を提案する。
【解決手段】試料ＳにＸ線を入射するＸ線発生器１１と、試料測定点Ｐで回折された回折Ｘ線を検出する回折Ｘ線検出器１２とを具備してなり、Ｘ線発生器１１及び回折Ｘ線検出器１２又は試料Ｓを回転させて試料面法線Ｚに対する回折面法線Ｎの傾き角ψを変化させ、回折面法線Ｎの傾き角ψ及び対応する回折Ｘ線の回折角２θに基づいて試料内の応力を測定するＸ線応力測定装置１において、試料Ｓの標準固定位置からの試料面法線方向の変位量を測定する変位量測定器１３を具備してなり、変位量測定器１３にて測定された変位量に基づいて回折角２θを補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線応力測定装置およびＸ線応力測定方法に関し、より詳細には、試料にＸ線を入射するＸ線発生器と、試料測定点で回折された回折Ｘ線を検出する回折Ｘ線検出器とを具備してなり、Ｘ線発生器及び回折Ｘ線検出器又は試料を回転させて試料面法線に対する回折面法線の傾き角を変化させ、回折面法線の傾き角及び対応する回折Ｘ線の回折角に基づいて試料内の応力を測定するＸ線応力測定の技術に関する。

従来、Ｘ線応力測定装置は、試料にＸ線を入射するＸ線発生器と、試料測定点で回折された回折Ｘ線を検出する回折Ｘ線検出器とを具備してなり、Ｘ線発生器及び回折Ｘ線検出器又は試料を回転させて試料面法線に対する回折面法線の傾き角を変化させ、回折面法線の傾き角及び対応する回折Ｘ線の回折角に基づいて試料内の応力を測定する構成が公知となっている。

図２に示すように、Ｘ線応力測定装置１において、Ｘ線発生器１１より入射された入射Ｘ線は、試料表面の応力測定位置である試料測定点Ｐで回折され、回折Ｘ線検出器１２で回折Ｘ線の強度（回折強度）が検出される。このとき、Ｘ線発生器１１の中心軸と回折Ｘ線検出器１２の中心軸との交点が試料測定点Ｐであり、試料測定点Ｐを通る試料表面に対する法線が試料面法線Ｚ、入射Ｘ線と回折Ｘ線が交わってできる角の二等分線が回折面法線Ｎとなる。入射Ｘ線と回折Ｘ線は、回折面法線Ｎに対して角度ηで等角となる。

試料面法線Ｚに対する回折面法線Ｎの傾きを傾き角ψとし、入射Ｘ線方向と回折Ｘ線方向とのなす角を回折角２θとすると、回折Ｘ線の回折強度は、回折角２θでピークとなり、回折面法線Ｎの方向（傾き角ψ）に応じて回折角２θが変化する。そこで、Ｘ線応力測定装置１では、試料測定点Ｐを中心にＸ線発生器１１及び回折Ｘ線検出器１２を同時に回転させるか又は試料Ｓを回転させるかして、試料面法線Ｚに対する回折面法線Ｎの傾き角ψを変化させて、回折Ｘ線検出器１２にて検出される回折Ｘ線の回折強度ピークから回折角２θが求められる。そして、ｓｉｎ^２ψを変数として対応する回折Ｘ線の回折角２θをプロットすることで得られる２θ−ｓｉｎ^２ψ図に基づいて、図中プロットの回帰直線を演算し、かかる回帰直線の傾きより試料内の応力が求められる。

ところで、Ｘ線応力測定装置では、試料が正しい位置（標準固定位置）に位置決めされているという条件下で傾き角ψが設定されて回折角２θが測定されるため、試料の標準固定位置よりもずれた位置で応力測定を行うと、得られる応力値に誤差が生じる。特に、Ｘ線応力測定装置では、試料測定点Ｐを中心にＸ線発生器や回折Ｘ線検出器等が回転駆動されるため、試料が正しい位置（標準固定位置）に配置されていないと、Ｘ線発生器や回折Ｘ線検出器等の回転中心と試料測定点Ｐとがずれる結果、正確な応力値を得ることができない。

かかる観点から、従来のＸ線応力測定装置においては、試料の位置決め精度を向上させるために、例えば、特許文献１には、Ｘ線発生器や回折Ｘ線検出器等の回転軸と試料測定点Ｐとを一致させて試料を標準固定位置で位置決めするための光学顕微鏡を備えてなる構成が開示され、また、特許文献２には、試料を標準固定位置で位置決めするためのレーザ変位計を設けてなる構成が開示されている。

しかしながら、上述した特許文献１又は特許文献２に開示されるＸ線応力測定装置の構成では、Ｘ線発生器や回折Ｘ線検出器等の回転軸を試料測定点Ｐと一致させるために、測定の度に試料やＸ線発生器や回折Ｘ線検出器等の設定位置を変動させる必要があったため、試料の形状・大きさ・重量等によっては位置決めの微調整ができない場合があり、測定可能な試料の種類が制限されてしまうという問題があった。また、位置決めを微調整できる場合であっても、試料やＸ線発生器や回折Ｘ線検出器等の設定位置を変動させるための駆動源や駆動機構の機械精度が高度化して、構造が複雑化してしまうという問題があった。

特開平３−５９４４９号公報 特開平７−２６０５９８号公報

そこで、本発明では、Ｘ線応力測定装置およびＸ線応力測定方法に関し、前記従来の課題を解決するもので、簡易な構成で多様な試料の測定を可能とするＸ線応力測定装置およびＸ線応力測定方法を提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、試料にＸ線を入射するＸ線発生器と、試料測定点で回折された回折Ｘ線を検出する回折Ｘ線検出器とを具備してなり、前記Ｘ線発生器及び回折Ｘ線検出器又は試料を回転させて試料面法線に対する回折面法線の傾き角を変化させ、回折面法線の傾き角及び対応する回折Ｘ線の回折角に基づいて試料内の応力を測定するＸ線応力測定装置において、試料の標準固定位置からの試料面法線方向の変位量を測定する変位量測定器を具備してなり、前記変位量測定器にて測定された変位量に基づいて回折角を補正するものである。

請求項２においては、前記回折Ｘ線検出器を検出器走査面上で回折Ｘ線方向と交差する方向に直線移動させる検出器駆動機構を具備してなるものである。

請求項３においては、前記変位量測定器は、試料に対して試料面法線に沿ってレーザを照射するレーザ変位計として構成され、試料表面までの離間距離の変位を試料の標準固定位置からの試料面法線方向の変位量として測定するものである。

請求項４においては、試料にＸ線を入射するＸ線発生器と、試料測定点で回折された回折Ｘ線を検出する回折Ｘ線検出器とを具備してなるＸ線応力測定装置を用いて、試料内の応力を測定するＸ線応力測定方法において、試料の標準固定位置からの試料面法線方向の変位量を測定する変位量測定工程と、前記Ｘ線発生器及び回折Ｘ線検出器又は試料を回転させて試料面法線に対する回折面法線の傾き角を変化させ、回折面法線の傾き角に対応する回折Ｘ線の回折角を求める回折角解析工程と、前記変位量測定工程にて測定された変位量に基づいて前記回折角解析工程にて求められた回折角を補正する回折角補正工程と、回折面法線の傾き角及び前記回折角補正工程にて補正された回折Ｘ線の回折角に基づいて試料内の応力を求める応力測定工程と、を有してなるものである。

請求項５においては、前記変位量測定工程は、試料に対して試料面法線に沿ってレーザを照射するレーザ変位計にて、試料表面までの離間距離の変位を試料の標準固定位置からの試料面法線方向の変位量として測定するものである。

本発明の効果として、簡易な構成で多様な試料の測定が可能となる。

本発明の一実施例に係るＸ線応力測定装置の全体的な構成を示した正面図である。 入射Ｘ線と回折Ｘ線の関係を示す図である。 Ｘ線検出時のＸ線応力測定装置の斜視図である。 Ｘ線検出器の走査を説明した図である。 変位量測定時のＸ線応力測定装置の斜視図である。 処理測定装置の機能ブロック図である。 回折Ｘ線の測定方法を説明した図である。 回折角の補正方法を説明した図である。 本実施例のＸ線応力測定方法を説明したフローチャートである。

次に、発明を実施するための形態を説明する。以下の実施例では、Ｘ線応力測定装置１において、一例として、試料Ｓとして自動車用カムシャフト等の断面円形の棒状重量物の応力測定を可能とするように構成されている。

まず、本実施例のＸ線応力測定装置１の全体構成について、以下に説明する。
図１乃至図７に示すように、本実施例のＸ線応力測定装置１は、試料Ｓを固定する試料台１０と、試料台１０に固定された試料ＳにＸ線を入射するＸ線発生器１１と、試料測定点Ｐで回折された回折Ｘ線を検出する回折Ｘ線検出器１２と、試料台１０に固定された試料Ｓの標準固定位置からの試料面法線方向の変位量を測定する変位量測定器１３と、回折面法線Ｎの傾き角ψ及び対応する回折Ｘ線の回折角２θに基づいて試料内の応力を測定する処理測定装置１４等とで構成されている。

本実施例のＸ線応力測定装置１では、Ｘ線発生器１１より試料Ｓに入射された入射Ｘ線は、試料表面の応力を測定する試料測定点Ｐで回折され、回折Ｘ線検出器１２で回折Ｘ線の強度（回折強度）が検出されるように構成されている。以下、図２に示すように、Ｘ線発生器１１の中心軸と回折Ｘ線検出器１２の中心軸との交点を試料測定点Ｐとし、試料測定点Ｐを通る試料表面に対する法線を試料面法線Ｚとし、入射Ｘ線と回折Ｘ線が交わってできる角の二等分線を回折面法線Ｎとする。このとき、入射Ｘ線と回折Ｘ線は回折面法線Ｎに対して角度ηで等角となる。また、入射Ｘ線の方向と回折Ｘ線検出器１２の走査方向とによって決まる面を検出器走査面とし、試料面法線Ｚと応力測定方向とによって決まる面を測定方向面とする（図７参照）。

試料台１０は、棒状重量物としての試料Ｓを回転可能に支持するように構成されており、試料台１０にて試料Ｓが装置本体の設置面に対して水平に支持される。試料台１０は、試料測定点Ｐを通り試料Ｓの軸芯に沿って設置面に対して水平な軸（以下、ψ軸という。）を中心に試料Ｓを回転駆動させるψ軸駆動機構（図略）と接続されており、ψ軸駆動機構にてψ軸を中心に試料Ｓが回転駆動される。また、試料台１０は、ψ軸に沿って水平方向（図３における矢印Ｙ方向）に移動可能とされている。

Ｘ線発生器１１、回折Ｘ線検出器１２及び変位量測定器１３は、装置本体に回転可能に接続された測定アーム１６に固定され、試料台１０の上方位置に配置されている。測定アーム１６は、試料測定点Ｐを通り上述したψ軸と直交する軸（以下、２θ軸という。）を中心に回転駆動させる２θ軸駆動機構（図略）と接続されており、２θ軸駆動機構にて２θ軸を中心に回転駆動される。

回折Ｘ線検出器１２は、公知の検出器を用いることができ、本実施例では走査型の検査器として構成されている。回折Ｘ線検出器１２は、測定アーム１６に検出器駆動機構１８を介して取り付けられており、試料台１０の上方位置に配置されている。検出器駆動機構１８は、回折Ｘ線検出器１２を検出器走査面上で直線移動させる走査機構として構成されている。

検出器駆動機構１８は、回折Ｘ線検出器１２を固定支持するガイドレール１８ａと、回折Ｘ線検出器１２をガイドレール１８ａに沿って移動させる駆動装置１８ｂ等とで構成されている。回折Ｘ線検出器１２は、検出器駆動機構１８の駆動装置１８ｂにて駆動され、ガイドレール１８ａに沿って所定の走査範囲で往復動されることで、検出器走査面上で回折Ｘ線方向と交差する方向に直線移動され、試料測定点Ｐで回折された回折Ｘ線が検出されて強度分布が測定される（図４参照）。

変位量測定器１３は、公知のレーザ変位計として構成されており、測定アーム１６に固定され、試料台１０の上方位置に配置されている。本実施例の変位量測定器１３は、回折Ｘ線の測定時は、試料Ｓの上方位置に対して測定を妨げない位置に退避されており、試料Ｓの変位量の測定時は、試料台１０がψ軸に沿って水平方向（図３における矢印Ｙ方向）に移動されることで、試料Ｓの試料測定点Ｐの上方位置であって試料面法線Ｚとレーザ軸とが一致する位置に配置される（図５参照）。

試料Ｓの標準固定位置は、上述した試料台１０、Ｘ線発生器１１、及び回折Ｘ線検出器１２等の配置構成より予め設定されており、本実施例では、ψ軸及び２θ軸の交点と試料測定点Ｐ（Ｘ線発生器１１の中心軸と回折Ｘ線検出器１２の中心軸との交点）とが一致する位置に設定される。変位量測定器１３は、試料台１０に固定された試料Ｓに対して試料面法線Ｚに沿って試料表面に向けてレーザを照射することで、試料Ｓの標準固定位置からの試料測定点Ｐの試料面法線方向の変位量が測定される。本実施例では、試料面法線方向における試料表面から変位量測定器１３までの離間距離が予め設定されており、試料台１０に固定された試料Ｓに対して試料面法線Ｚに沿って試料表面に向けてレーザを照射した場合の離間距離の変位が、試料Ｓの標準固定位置からの試料面法線方向の変位量として測定される。

処理測定装置１４は、各種処理が実行されるＣＰＵや各種処理プログラム等が格納されるメモリ等で構成され、上述した回折Ｘ線検出器１２や変位量測定器１３等と接続されている。本実施例の処理測定部１４は、図示せぬ入力装置にて入力された測定条件や測定プログラムに従ってＸ線発生器１１等の駆動を制御する駆動制御部１９と、回折Ｘ線検出器１２にて検出された所定の回折面法線Ｎの傾き角ψに対応する回折Ｘ線の回折角２θを求める回折角解析部２０と、変位量測定器１３にて測定された変位量に基づいて回折角解析部２０にて求められた回折角２θを補正する回折角補正部２１と、回折面法線Ｎの傾き角ψ及び回折角補正部２１にて補正された回折Ｘ線の回折角２θに基づいて試料内の応力を求める応力測定部２２等とで構成されている（図６参照）。

駆動制御部１９は、図示せぬ入力装置にて入力された測定条件や測定プログラムに従ってＸ線発生器１１等の駆動を制御する制御信号が送信され、回折Ｘ線検出器１２にて検出された回折Ｘ線の検出信号や、変位量測定器１３にて測定された試料測定点Ｐの変位量に基づく信号等が受信される。

本実施例のＸ線応力測定装置１では、駆動制御部１９にて上述したψ軸駆動機構又は２θ軸駆動機構が駆動制御されることで、試料面法線Ｚに対する回折面法線Ｎの傾き角ψが変化される。側傾法の場合は、駆動制御部１９にて２θ軸駆動機構が駆動されて、測定アーム１６（Ｘ線発生器１１、回折Ｘ線検出器１２及び変位量測定器１３）が２θ軸を中心に回転され、検出器走査面を測定方向面に対して直交させるように回折面法線Ｎの傾き角ψが変化される（図７（ａ）参照）。一方、並傾法の場合は、駆動制御部１９にてψ軸駆動機構１５が駆動されて、ψ軸を中心に試料Ｓが回転され、検出器走査面が測定方向面に一致するように検出器走査面内にて回折面法線Ｎの傾き角ψが変化される（図７（ｂ）参照）。

回折Ｘ線の強度分布を測定する際には、駆動制御部１９にて検出器駆動機構１８が駆動制御され、駆動装置１８ｂにてガイドレール１８ａに沿って回折Ｘ線検出器１２が検出器走査面上を直線移動（走査）される。また、試料Ｓの変位量を測定する際には、駆動制御部１９にて試料台１０がψ軸に沿って水平方向に移動されて、試料測定点Ｐの上方位置であって試料面法線Ｚとレーザ軸とが一致するように変位量測定器１３が配置される。

回折角解析部２０では、Ｘ線発生器１１及び回折Ｘ線検出器１２又は試料Ｓが所定の回折面法線Ｎの傾き角ψで固定された状態で、回折Ｘ線検出器１２にて検出された回折Ｘ線の強度分布に基づいて、回折Ｘ線の強度分布における回折強度ピークが解析されて回折角２θが求められる。回折角２θは、回折面法線Ｎの傾き角ψが変化されることで、回折面法線Ｎの傾き角ψに対応する回折Ｘ線の回折角２θがそれぞれ求められる。

回折角補正部２１では、変位量測定器１３にて測定された試料Ｓの変位量に基づいて回折角解析部２０にて求められた回折角２θが補正される。ここで、図８を参照しながら、回折角補正部２１における回折角２θの補正方法について説明する。まず、Ｘ：試料面、Ｘ’：試料面法線方向に距離ｄだけずれた試料面、ｌ_０：Ｘ線入射方向、ｌ_１：試料Ｓが正しい位置にあった場合の回折Ｘ線方向、ｌ_２：試料面法線方向に距離ｄだけずれた場合の回折Ｘ線方向、ｌ_３：回折Ｘ線検出器１２の軌道、Ｐ：試料Ｓが正しい位置にあった場合の試料測定点、Ｐ’：試料面法線方向に距離ｄだけずれた場合の試料測定点、Ｃ：回折角補正部１２の位置、ｂ：ｌ_３の切片とする。

変位量測定器１３にて変位量として距離ｄが測定された場合に、回折角解析部２０にて回折角２θ_１が求められたとすると、かかる角度は実際には回折角２θ_２となるため（図８参照）、直線ｌ_１と試料面Ｘとのなす角をφ_１とし、直線ｌ_２と試料面Ｘ’とのなす角をφ_２とすると、次の式（１）の関係式が成立する。なお、θ_３は直線ｌ_３と試料面Ｘとの交点角度である。

φ_２は式（１）の逆正接関数として式（２）より求められる。

また、φ_１及びφ_２は次の式（３）、（４）で表される。なお、角度θ_０は直線ｌ_１と試料面法線Ｘとの角度である。

求める回折角２θ_２を回折角解析部２０にて求められた回折角２θ_１で表すと、式（２）に上記の式（３）、（４）を代入した式（５）のようになる。

側傾法にて試料面法線Ｚに対する回折面法線Ｎの傾き角ψが変化された場合には、測定アーム１６（Ｘ線発生器１１、回折Ｘ線検出器１２及び変位量測定器１３）が２θ軸を中心に回転されるため、試料測定点Ｐを中心に傾き角ψだけ変化されたとすると、距離ｄは次の式（６）のように距離ｄ’として表される。

以上より、側傾法の場合は、式（６）を上記の式（５）に代入した式（７）を用いて回折角２θ_２が求められる。

一方、並傾法にて試料面法線Ｚに対する回折面法線Ｎの傾き角ψが変化された場合には、ψ軸を中心に試料Ｓが回転されるため、試料測定点Ｐを中心に傾き角ψだけ変化されたとすると、角度θ_０、回折角２θ_１、回折角２θ_１、角度θ_２及び切片ｂは、それぞれ次の式（８）で表されるように移動する。

以上より、並傾法の場合は、式（８）をそれぞれ上記の式（５）に代入した式（９）を用いて回折角２θ_２が求められる。

応力測定部２２では、回折面法線Ｎの傾き角ψ及び回折角補正部２１にて補正された回折角２θに基づいて、ｓｉｎ^２ψを変数として対応する回折Ｘ線の回折角２θをプロットすることで２θ−ｓｉｎ^２ψ図を作成し、かかる２θ−ｓｉｎ^２ψ図のプロットより演算される回帰直線の傾きより試料内の応力値が求められる。

次に、本実施例のＸ線応力測定装置１を用いたＸ線応力測定方法について、以下に説明する。
図９に示すように、本実施例のＸ線応力測定装置１を用いたＸ線応力測定方法は、試料Ｓの標準固定位置からの試料面法線方向の変位量を測定する変位量測定工程（Ｓ１００）と、Ｘ線発生器１１及び回折Ｘ線検出器１２又は試料Ｓを回転させて試料面法線Ｚに対する回折面法線Ｎの傾き角ψを変化させ、回折面法線Ｎの傾き角ψに対応する回折Ｘ線の回折角２θを求める回折角解析工程（Ｓ１１０）と、変位量測定工程（Ｓ１００）にて測定された変位量に基づいて回折角解析工程（Ｓ１１０）にて求められた回折角を補正する回折角補正工程（Ｓ１２０）と、回折面法線Ｎの傾き角ψ及び回折角補正工程（Ｓ１２０）にて補正された回折Ｘ線の回折角２θに基づいて試料内の応力を求める応力測定工程（Ｓ１３０）と、を有してなる。

変位量測定工程（Ｓ１００）では、試料台１０に試料Ｓが固定されると、試料表面の測定箇所がＸ線発生器１１の中心軸と回折Ｘ線検出器１２の中心軸との交点（試料測定点Ｐ）に位置するようにして位置決めされる（Ｓ１０１）。そして、試料台１０がψ軸に沿って水平方向（図３における矢印Ｙ方向）に移動されて、変位量測定器１３が試料Ｓの試料測定点Ｐの上方位置であって試料面法線Ｚとレーザ軸とが一致する位置に配置され、試料Ｓの標準固定位置からの試料面法線方向の変位量が測定される（Ｓ１０２）。変位量測定器１３にて測定が終了すると、試料台１０が移動されて試料Ｓが元の位置まで戻される。

回折角解析工程（Ｓ１１０）では、Ｘ線発生器１１及び回折Ｘ線検出器１２（側傾法）又は試料Ｓ（並傾法）が回転されて試料面法線Ｚに対する回折面法線Ｎの傾き角ψが変化され（Ｓ１１１）、かかる状態で回折Ｘ線検出器１２が走査されて、回折Ｘ線検出器１２にて回折Ｘ線の強度分布が測定される（Ｓ１１２）。そして、回折Ｘ線検出器１２にて検出された回折Ｘ線の強度分布に基づいて回折強度ピークが解析されて回折角２θが求められる（Ｓ１１３）。回折面法線Ｎの傾き角ψが所定角度ごとに変化されることで、回折面法線Ｎの傾き角ψに対応する回折Ｘ線の回折角２θがそれぞれ求められる。なお、回折面法線Ｎの傾き角ψの測定範囲は予め設定されている。

回折角補正工程（Ｓ１２０）では、変位量測定工程（Ｓ１００）にて測定された試料Ｓの変位量に基づいて回折角解析工程（Ｓ１１０）にて求められた回折角２θがそれぞれ補正される。このとき、回折角２θは、上述したように側傾法の場合は式（７）を用いて、並傾法の場合は式（９）を用いてそれぞれ演算補正される。

応力測定工程（Ｓ１３０）では、回折面法線Ｎの傾き角ψ及び回折角補正工程（Ｓ１２０）にて補正された回折角２θに基づいて、ｓｉｎ^２ψを変数として対応する回折Ｘ線の回折角２θをプロットすることで２θ−ｓｉｎ^２ψ図が作成される（Ｓ１３１）。そして、２θ−ｓｉｎ^２ψ図のプロットより演算される回帰直線の傾きより試料内の応力値が算出される（Ｓ１３２）。

以上のように、本実施例のＸ線応力測定装置１は、試料ＳにＸ線を入射するＸ線発生器１１と、試料測定点Ｐで回折された回折Ｘ線を検出する回折Ｘ線検出器１２とを具備してなり、Ｘ線発生器１１及び回折Ｘ線検出器１２又は試料Ｓを回転させて試料面法線Ｚに対する回折面法線Ｎの傾き角ψを変化させ、回折面法線Ｎの傾き角ψ及び対応する回折Ｘ線の回折角２θに基づいて試料内の応力を測定するＸ線応力測定装置１において、試料Ｓの標準固定位置からの試料面法線方向の変位量を測定する変位量測定器１３を具備してなり、変位量測定器１３にて測定された変位量に基づいて回折角２θを補正するものであるため、簡易な構成で多様な試料の測定を可能とすることができるのである。

すなわち、本実施例のＸ線応力測定装置１は、試料Ｓの標準固定位置からの試料面法線方向の変位量を測定する変位量測定器１３を具備してなり、変位量測定器１３にて測定された変位量に基づいて回折角２θを補正するものであるため、標準固定位置から試料法線方向にずれた位置に試料Ｓが固定された場合であっても、回折角２θを補正して精度よく求めることができる。そのため、装置に試料Ｓを固定する際に精密に位置決めする必要がなく、例えば、特殊な形状のものやサイズ・重量が大きいものなど、位置決めの微調整が困難な試料Ｓであっても測定することができる。また、試料Ｓを精密に位置決めするための機械精度の高い駆動源や駆動機構が不要であり、簡易に構成することができる。

特に、本実施例のＸ線応力測定装置１は、回折Ｘ線検出器１２を検出器走査面上で回折Ｘ線方向と交差する方向に直線移動させる検出器駆動機構１８を具備してなるため、標準固定位置から試料法線方向にずれた位置に試料Ｓが固定された場合であっても、回折Ｘ線検出器１２において受光スリットを介して検出される回折Ｘ線の測定値のバラつきや、回折強度の分解能の低減を防止して、補正精度を向上することができる。

また、変位量測定器１３は、試料Ｓに対して試料面法線に沿ってレーザを照射するレーザ変位計として構成され、試料表面までの離間距離の変位を試料の標準固定位置からの試料面法線方向の変位量として測定するため、位置決めされた状態の試料Ｓに対して試料面法線方向の変位量を非接触で簡易に測定することができる。

なお、Ｘ線応力測定装置１の構成としては、上述した実施例に限定されず、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。

すなわち、上述した実施例のＸ線応力測定装置１では、回折Ｘ線検出器１２として走査型の検出器を用いた構成について説明したが（図４参照）、回折Ｘ線検出器１２としてはこれに限定されず、例えば、ＰＳＰＣ（位置敏感型比例計数管）などのＰＳＤとして構成されてもよく、かかる場合には、上述した検出器駆動機構１８が不要である。また、上述した実施例では、回折Ｘ線検出器１２の走査機構として、Ｘ線発生器１１を位置固定した状態で回折Ｘ線検出器１２の相対移動させる構成について説明したが、回折Ｘ線検出器１２と連動してＸ線発生器１１を移動させるように構成してもよい。

また、上述した実施例のＸ線応力測定装置１では、変位量測定器１３がＸ線発生器１１等とともに測定アーム１６に固定される構成について説明したが、変位量測定器１３の配置構成はこれに限定されない。また、上述した実施例では、変位量測定器１３は、試料Ｓの変位量の測定時に、試料Ｓの試料測定点Ｐの上方位置であって試料面法線Ｚとレーザ軸とが一致する位置に配置されるように構成されるが（図５参照）、変位量測定器１３の配置はこれに限定されず、例えば、試料測定点Ｐの近傍位置にレーザ軸と試料表面との交点が位置するように配置されてもよい。ただし、変位量測定器１３が試料面法線Ｚとレーザ軸とが一致する位置に配置されることで、試料Ｓの変位量の測定精度がより向上できるため好ましい。

また、上述した実施例のＸ線応力測定方法では、回折角解析工程（Ｓ１１０）の前に変位量測定工程（Ｓ１００）にて試料Ｓの変位量が測定されるが（図９参照）、回折角解析工程と回折角解析工程の順番はこれに限定されず、回折角解析工程にて回折角２θが求められた後に変位量が測定されてもよい。

また、上述した実施例のＸ線応力測定装置１では、試料Ｓとして断面円形の棒状重量物を用いた場合について説明したが、測定可能な試料Ｓの形状等についてはこれに限定されず、例えば、平板状のものやブロック状のものであってもよい。

１ Ｘ線応力測定装置
１０ 試料台
１１ Ｘ線発生器
１２ 回折Ｘ線検出器
１３ 変位量測定器
１４ 処理測定装置
１６ 測定アーム
１８ａ ガイドレール
１８ｂ 駆動装置
Ｎ 回折面法線
Ｐ 試料測定点
Ｓ 試料
Ｚ 試料面法線
ψ 傾き角
２θ 回折角

Claims (5)

1. 試料にＸ線を入射するＸ線発生器と、試料測定点で回折された回折Ｘ線を検出する回折Ｘ線検出器とを具備してなり、前記Ｘ線発生器及び回折Ｘ線検出器又は試料を回転させて試料面法線に対する回折面法線の傾き角を変化させ、回折面法線の傾き角及び対応する回折Ｘ線の回折角に基づいて試料内の応力を測定するＸ線応力測定装置において、
   試料の標準固定位置からの試料面法線方向の変位量を測定する変位量測定器を具備してなり、
   前記変位量測定器にて測定された変位量に基づいて回折角を補正する、
   ことを特徴とするＸ線応力測定装置。
2. 前記回折Ｘ線検出器を検出器走査面上で回折Ｘ線方向と交差する方向に直線移動させる検出器駆動機構を具備してなる請求項１に記載のＸ線応力測定装置。
3. 前記変位量測定器は、試料に対して試料面法線に沿ってレーザを照射するレーザ変位計として構成され、試料表面までの離間距離の変位を試料の標準固定位置からの試料面法線方向の変位量として測定する請求項１又は請求項２に記載のＸ線応力測定装置。
4. 試料にＸ線を入射するＸ線発生器と、試料測定点で回折された回折Ｘ線を検出する回折Ｘ線検出器とを具備してなるＸ線応力測定装置を用いて、試料内の応力を測定するＸ線応力測定方法において、
   試料の標準固定位置からの試料面法線方向の変位量を測定する変位量測定工程と、
   前記Ｘ線発生器及び回折Ｘ線検出器又は試料を回転させて試料面法線に対する回折面法線の傾き角を変化させ、回折面法線の傾き角に対応する回折Ｘ線の回折角を求める回折角解析工程と、
   前記変位量測定工程にて測定された変位量に基づいて前記回折角解析工程にて求められた回折角を補正する回折角補正工程と、
   回折面法線の傾き角及び前記回折角補正工程にて補正された回折Ｘ線の回折角に基づいて試料内の応力を求める応力測定工程と、
   を有してなることを特徴とするＸ線応力測定方法。
5. 前記変位量測定工程は、試料に対して試料面法線に沿ってレーザを照射するレーザ変位計にて、試料表面までの離間距離の変位を試料の標準固定位置からの試料面法線方向の変位量として測定する請求項４に記載のＸ線応力測定方法。

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