JP2016090362A - Ｘ線回折測定装置およびｘ線回折測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 １回の測定で、測定対象物の表面に平行な２軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを得る。
【解決手段】 測定対象物ＯＢに向けて、少なくとも２つの波長の特性Ｘ線を有するＸ線を、測定対象物ＯＢの表面に対して略垂直に照射されるよう出射し、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線を、イメージングプレート１５にて受光して、イメージングプレート１５に２つの回折環を形成する。イメージングプレート１５にレーザ光を走査して少なくとも２つの回折環の形状を検出し、得られた回折環の形状から、ｓｉｎ^２ψ法を用いて、測定対象物ＯＢの表面に平行なそれぞれの方向の残留垂直応力を計算する。得られたそれぞれの方向の残留垂直応力から、測定対象物の表面に平行な２軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを計算する。
【選択図】図２

Description

本発明は、測定対象物にＸ線を照射して測定対象物で回折したＸ線によりＸ線回折環を形成し、形成されたＸ線回折環の形状から残留応力を計算するＸ線回折測定装置、およびＸ線回折測定方法に関する。

従来から、測定対象物に所定の角度でＸ線を照射して、測定対象物で回折したＸ線によりＸ線回折環（以下、回折環という）を形成し、形成された回折環の形状からｃｏｓα法による分析を行って測定対象物の残留応力を測定するＸ線回折測定装置が知られている。このようなＸ線回折測定装置において、３軸方向の残留応力を測定することができる装置として例えば以下の特許文献１に示される装置がある。このＸ線回折測定装置は、測定対象物がある場所まで装置を持ち運ぶことができ、測定対象物の表面に対して所定の入射角度でＸ線を照射して形成された回折環の形状を検出することができる。また、測定対象物の表面に垂直方向からＸ線を照射して形成された回折環の形状を検出することもできる。このＸ線回折測定装置により、Ｘ方向から所定の入射角度でのＸ線照射、Ｙ方向から所定の入射角度でのＸ線照射および垂直方向からのＸ線照射により、それぞれ回折環を形成し、それぞれの回折環の形状を検出すれば、ｃｏｓα法による分析により３軸方向の残留垂直応力と残留せん断応力を計算することができる。３つの回折環の形状からｃｏｓα法による分析を行って３軸方向の残留応力σｘ，σｙ，σｚ，τｘｙ，τｙｚ，τｘｚを計算する方法は、例えば以下の特許文献２に示されている。

特開２０１４−６６５４５号公報 特開２０１１−２７５５０号公報

しかしながら、特許文献１のＸ線回折測定装置により３軸方向の残留応力を求めるには、測定対象物に対する装置の置き方を変えて３回の測定を行う必要があり、測定時間がかかるという問題がある。また、複数軸方向の残留応力測定でも、３軸方向の残留応力を求めることは少なく、測定対象物の平面に平行な２軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを測定することが殆どであるが、その場合であっても測定対象物に対する装置の置き方を変えて２回の測定を行う必要があり、測定時間がかかるという問題がある。

本発明はこの問題を解消するためなされたもので、測定対象物にＸ線を照射して測定対象物で回折したＸ線によりＸ線回折環を形成し、形成されたＸ線回折環の形状から残留応力を計算するＸ線回折測定装置およびＸ線回折測定方法において、１回の測定で、測定対象物の平面に平行な２軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを求めることができる、Ｘ線回折測定装置およびＸ線回折測定方法を提供することにある。さらに、１回の測定で、残留垂直応力σｚを除く３軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙ，τｙｚ，τｘｚを求めることができる、Ｘ線回折測定装置およびＸ線回折測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、対象とする測定対象物に向けて、少なくとも２つの波長の特性Ｘ線を有するＸ線を出射するＸ線出射器と、Ｘ線出射器から出射されるＸ線が、測定対象物の表面に対して略垂直に照射されるよう、測定対象物に対するＸ線の向きを調整することができる姿勢調整手段と、Ｘ線出射器から測定対象物に向けてＸ線を照射して、測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する面にて受光し、面に回折Ｘ線の像である、少なくとも２つの回折環を形成するとともに、回折環の形状を検出する回折環形成検出手段と、回折環形成検出手段により検出された少なくとも２つの回折環の形状から、ｓｉｎ^２ψ法を用いて、測定対象物の表面に平行なそれぞれの方向の残留垂直応力を計算する残留応力計算手段とを備えたＸ線回折測定装置とすることにある。

これによれば、姿勢調整手段を用いて測定対象物の表面に対してＸ線が略垂直に照射されるようＸ線の向きを調整した後、回折環形成検出手段によりＸ線出射器から少なくとも２つの波長の特性Ｘ線を有するＸ線を照射して、少なくとも２つの回折環を形成してその形状を検出すれば、残留応力計算手段による計算で、測定対象物の表面に平行なそれぞれの方向の残留垂直応力を計算することができ、この計算結果から測定対象物の表面に平行な２軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを計算することができる。すなわち、１回の測定で、測定対象物の表面に平行な２軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを求めることができる。

少なくとも２つの回折環の形状から残留応力σｘ，σｙ，τｘｙが計算できる理由を以下に説明する。波長の異なるＸ線のそれぞれのＸ線において、回折環が形成される測定対象物の回折面は異なる。これは、Ｘ線の入射角を変化させて回折角を検出するｓｉｎ^２ψ法とみなすことができ、少なくとも２つの回折環の形状からそれぞれの方向における複数の回折角を計算し、ｓｉｎ^２ψ法を適用すれば、測定対象物の表面に平行なそれぞれの方向の残留垂直応力を計算することができる。そして、測定対象物が平面応力状態にあるとすれば、測定対象物の表面に平行なそれぞれの方向の残留垂直応力は、測定対象物の平面に平行な２軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙから既知の計算式で計算することができるので、逆に、それぞれの方向の残留垂直応力を求めることができれば、残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを計算することもできる。

測定対象物の表面に平行なそれぞれの方向の残留垂直応力から残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを計算するには、残留応力計算手段は、さらに計算されたそれぞれの方向の残留垂直応力において対称となる方向の残留垂直応力を平均して、測定対象物の表面に平行なＸ軸方向とＹ軸方向の間のそれぞれの方向における残留垂直応力の平均値を取得し、それぞれの方向に対する前記取得した残留垂直応力の平均値の関係曲線を計算し、計算した関係曲線からＸ軸方向とＹ軸方向における残留垂直応力σｘ，σｙと残留せん断応力τｘｙを計算するようにするとよい。なお、ここで対称となる方向とは、回折環の中心に対して対称となる方向とＸ軸またはＹ軸に対して対称となる方向の２つをいう。

これによれば、それぞれの方向の残留垂直応力は少なくとも２つの回折角に基づくデータであるため精度は高くないが、複数のデータを平均する処理と、平均したデータにより関係曲線を作成する処理の２つを行うことで、計算される残留応力σｘ，σｙ，τｘｙの測定精度を高くすることができる。また、測定対象物の表面に対してＸ線が厳密に垂直に照射されていなくても、対称となる方向の残留垂直応力を平均すると、残留垂直応力の平均値は測定対象物の表面に対してＸ線が垂直に照射された場合と略同じ値になる。よって、測定対象物が曲面であっても、測定対象物の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを精度よく求めることができる。

また、本発明の他の特徴は、残留応力計算手段は、さらに回折環形成検出手段により検出された回折環の形状から、Ｘ軸方向と測定対象物の表面に垂直なＺ軸方向における残留せん断応力τｘｚと、Ｙ軸方向とＺ軸方向における残留せん断応力τｙｚを計算することにある。これによれば、１回の測定で、残留垂直応力σｚを除く３軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙ，τｙｚ，τｘｚを求めることができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、Ｘ線回折測定装置に限定されるものではなく、Ｘ線回折測定方法の発明としても実施し得るものである。

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２のＸ線回折測定装置におけるＸ線が通過する部分を拡大して示す部分断面図である。 図３のプレート部分の拡大斜視図である。 Ｘ線回折測定装置を用いて測定対象物の残留応力の測定を行うときの工程図である。 ２つの回折環における回折面と回折角を示す図である。 測定対象物の表面に平行なそれぞれの方向に対する残留垂直応力を示す図である。 Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の間のそれぞれの方向に対する残留垂直応力の平均値を示す図である。

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の構成について図１乃至図４を用いて説明する。このＸ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定システムを測定対象物ＯＢの所まで運搬してセットし、測定対象物ＯＢの残留垂直応力σｚを除く３軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙ，τｙｚ，τｘｚを測定するものである。Ｘ線回折測定装置はアーム式移動装置の先端に連結され、測定対象物ＯＢの表面にＸ線が垂直に照射されるよう調整したうえで、Ｘ線照射により回折環を撮像することができるようになっている。なお、本実施形態では、測定対象物ＯＢは固定された鉄製の部材である。

Ｘ線回折測定装置は、Ｘ線を出射するＸ線出射器１０、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１５を取り付けるためのテーブル１６と、テーブル１６を回転及び移動させるテーブル駆動機構２０と、イメージングプレート１５に形成された回折環の形状を測定するためのレーザ検出装置３０と、これらのＸ線出射器１０、イメージングプレート１５、テーブル１６、テーブル駆動機構２０及びレーザ検出装置３０を収容する筐体５０とを備えている。そして、Ｘ線回折測定システムは、前記Ｘ線回折測定装置とともに、コンピュータ装置９０、高電圧電源９５を備えている。また、筐体５０内には、Ｘ線出射器１０、テーブル１６、テーブル駆動機構２０及びレーザ検出装置３０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において筐体５０外に示された２点鎖線で示された各種回路は、筐体５０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。

筐体５０は、略直方体状に形成されるとともに、底面壁５０ａ、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｅ、上面壁５０ｆ、側面壁（図示せず）、及び底面壁５０ａと前面壁５０ｂの角部を紙面の表側から裏側に向けて切り欠くように設けた切欠き部壁５０ｃと繋ぎ壁５０ｄを有するように形成されている。切欠き部壁５０ｃは底面壁５０ａに垂直な平板と平行な平板とからなり、繋ぎ壁５０ｄは側面壁と垂直であり底面壁５０ａと所定の角度を有している。この所定の角度は、例えば３０〜４５度である。側面壁の１つには、支持アーム５１に接続される接続部（図示せず）が設けられており、接続部は図１及び図２の紙面の垂直周りに回転可能になっている。支持アーム５１は、図示されていないアーム式移動装置の先端であり、アーム式移動装置を操作することにより、筐体５０（Ｘ線回折測定装置）を任意の位置と姿勢にすることができる。これにより、測定対象物ＯＢに対して筐体５０（Ｘ線回折測定装置）の位置と姿勢を調整することができ、後述するＸ線出射器１０が出射するＸ線を測定対象物ＯＢに対して垂直に照射させることができる。

Ｘ線出射器１０は、長尺状に形成され、筐体５０内の上部にて図示左右方向に延設されて筐体５０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線を図１の下方に向けて出射する。Ｘ線出射器１０は２つの波長の特性Ｘ線を出射するものであり、本実施形態では電子をぶつけるターゲットがクロムであるＸ線管である。このＸ線出射器１０は波長が２．２９１ÅのＣｒＫα線と、２．０８５ÅのＣｒＫβ線の特性Ｘ線を出射する。そして、測定対象物ＯＢが鉄であれば、どちらの特性Ｘ線も２１１面で強い回折が起こり、２つの回折環が発生する。そして、回折角度をθとすると、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸と回折環を発生させる回折Ｘ線とが成す角度は（１８０°−２θ）であるが、この角度は測定対象物ＯＢが無応力の場合、波長２．２９１ÅのＣｒＫα線では２３．６°であり、波長２．０８５ÅのＣｒＫβ線では５４．１°である。なお、ＣｒＫα線とＣｒＫβ線の強度比は、１０：２〜３であるので、内側の回折環に対して外側の回折環のピーク強度は、およそこの比になる。

筐体５０の側面壁は出射されるＸ線の光軸に対して略平行で、底面壁５０ａは出射されるＸ線の光軸に対して略垂直になっている。よって、底面壁５０ａを測定対象物ＯＢの表面と平行にすると、出射されるＸ線は測定対象物ＯＢの表面に対して垂直になる。また、繋ぎ壁５０ｄを測定対象物ＯＢの表面と平行にすると、出射されるＸ線は測定対象物ＯＢの表面の法線に対して繋ぎ壁５０ｄと底面壁５０ａとが成す角度（例えば３０〜４５度）になる。

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に高電圧電源９５から供給され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され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２０は、Ｘ線出射器１０の下方にて、移動ステージ２１を備えている。移動ステージ２１は、フィードモータ２２及びスクリューロッド２３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２２は、テーブル駆動機構２０内に固定されていて筐体５０に対して移動不能となっている。スクリューロッド２３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２２の出力軸に連結されている。スクリューロッド２３の他端部は、テーブル駆動機構２０内に設けた軸受部２４に回転可能に支持されている。また、移動ステージ２１は、それぞれテーブル駆動機構２０内にて固定された、対向する１対の板状のガイド２５，２５により挟まれていて、スクリューロッド２３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２２を正転又は逆転駆動すると、フィードモータ２２の回転運動が移動ステージ２１の直線運動に変換される。フィードモータ２２内には、エンコーダ２２ａが組み込まれている。エンコーダ２２ａは、フィードモータ２２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２２を駆動して移動ステージ２１をフィードモータ２２側へ移動させる。位置検出回路７２は、エンコーダ２２ａから出力されるパルス列信号が入力されなくなると、移動ステージ２１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２２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２１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２１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２１が移動限界位置から右下方向へ移動すると、エンコーダ２２ａからのパルス列信号をカウントし、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２１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２２を正転又は逆転駆動する。位置検出回路７２は、エンコーダ２２ａ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２１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２１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２２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２１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２２ａ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２１の移動速度を計算し、前記計算した移動ステージ２１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２２を駆動する。

一対のガイド２５，２５の上端は、板状の上壁２６によって連結されている。上壁２６には、貫通孔２６ａが設けられていて、貫通孔２６ａの中心位置はＸ線出射器１０の出射口１１の中心位置に対向しており、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線は、出射口１１及び貫通孔２６ａを介してテーブル駆動機構２０内に入射する。

後述するイメージングプレート１５が回折環撮像位置にある状態（図１乃至図３の状態）において、移動ステージ２１の貫通孔２６ａと対向する位置には、図３に拡大して示すように、貫通孔２１ａが形成されている。移動ステージ２１には、出射口１１及び貫通孔２６ａ，２１ａの中心軸線位置を回転中心とする出力軸２７ａを有するスピンドルモータ２７が組み付けられている。出力軸２７ａは、円筒状に形成され、回転中心を中心軸とする断面円形の貫通孔２７ａ１を有する。スピンドルモータ２７の出力軸２７ａと反対側には、貫通孔２７ａ１の中心位置を中心軸線とする貫通孔２７ｂが設けられている。貫通孔２７ｂの内周面上には、貫通孔２７ｂの一部の内径を小さくするための円筒状の通路部材２８が固定されている。

また、スピンドルモータ２７内には、エンコーダ２２ａと同様のエンコーダ２７ｃが組み込まれている。エンコーダ２７ｃは、スピンドルモータ２７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２７ｃは、スピンドルモータ２７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に出力する。

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２７の回転速度を表す設定値を入力する。そして、エンコーダ２７ｃ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２７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（設定値）になるように、駆動信号をスピンドルモータ２７に供給する。回転角度検出回路７５は、エンコーダ２７ｃ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２７の回転角度すなわちイメージングプレート１５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２７ｃ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°の位置である。なお、イメージングプレート１５の回転角度０°の位置とは、後述するレーザ検出装置３０からのレーザ照射によりイメージングプレート１５に形成された回折環を読み取る際、インデックス信号を入力した時点でレーザ光が照射されている位置である。この位置は各半径位置においてあるためラインである。

テーブル１６は、円形状に形成され、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａの先端部に固定されている。テーブル１６の中心軸と、スピンドルモータ２７の出力軸の中心軸とは一致している。テーブル１６は、一体的に設けられて下面中央部から下方へ突出した突出部１７を有していて、突出部１７の外周面には、ねじ山が形成されている。突出部１７の中心軸は、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａの中心軸と一致している。テーブル１６の下面には、イメージングプレート１５が取付けられる。イメージングプレート１５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１５の中心部には、貫通孔１５ａが設けられていて、この貫通孔１５ａに突出部１７を通し、突出部１７の外周面上にナット状の固定具１８をねじ込むことにより、イメージングプレート１５が、固定具１８とテーブル１６の間に挟まれて固定される。固定具１８は、円筒状の部材で、内周面に、突出部１７のねじ山に対応するねじ山が形成されている。テーブル１６およびイメージングプレート１５は、Ｘ線照射点までの距離が設定された距離のとき、測定対象物ＯＢから発生する回折環を形成する回折Ｘ線において、上述したＣｒＫβ線による回折Ｘ線を受光することができる半径値になっている。

テーブル１６、突出部１７及び固定具１８にも貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａがそれぞれ設けられており、貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａの中心軸はテーブル１６の中心軸と同じであり、貫通孔１８ａの内径は貫通孔１６ａ，１７ａに比べて小さく、前述した通路部材２８の内径と同じである。したがって、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａから出射されたＸ線は、貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａを介するとともに、切欠き部壁５０ｃに設けた円形孔５０ｃ１を介して外部下方に位置する測定対象物ＯＢに向かって出射される。この場合、通路部材２８の内径及び貫通孔１８ａの内径は小さいので、通路部材２８を介して貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ内に入射したＸ線はやや拡散しているが、貫通孔１８ａから出射されるＸ線は貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光となり、円形孔５０ｃ１から出射される。また、この円形孔５０ｃ１の内径は、Ｘ線照射点までの距離が設定された距離のとき、測定対象物ＯＢから発生する回折環を形成する回折Ｘ線において、上述したＣｒＫβ線による回折Ｘ線をイメージングプレート１５に導くことができる程度まで大きくなっている。また、円形孔５０ｃ１には出射されるＸ線の光軸と交差する位置に、貫通孔１８ａと同程度の大きさの孔が開けられた黒色のフィルムが貼られている。なお、出射されるＸ線は黒色のフィルムをほとんど透過するため黒色のフィルムの孔は意味をなさないが、後述するＬＥＤ光源４４からのＬＥＤ光は黒色のフィルムで減衰するので、黒色のフィルムの孔はＬＥＤ光源４４からのＬＥＤ光を減衰させないためのものである。

イメージングプレート１５は、フィードモータ２２によって駆動されて、移動ステージ２１、スピンドルモータ２７及びテーブル１６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。前述のように、この回折環撮像位置において、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線が測定対象物ＯＢに照射されるようになっている。また、イメージングプレート１５は、スピンドルモータ２７によって駆動されて回転しながら、フィードモータ２２によって駆動されて、移動ステージ２１、スピンドルモータ２７及びテーブル１６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１５の移動においては、イメージングプレート１５の中心軸が、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸とイメージングプレート１５における回転角度０°の位置（ライン）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。

レーザ検出装置３０は、回折環を撮像したイメージングプレート１５にレーザ光を照射して、イメージングプレート１５から入射した光の強度を検出する。レーザ検出装置３０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１５からフィードモータ２２側に充分離れている。すなわち、イメージングプレート１５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３０によって遮られないようになっている。レーザ検出装置３０は、レーザ光源３１と、コリメートレンズ３２、反射鏡３３、ダイクロイックミラー３４、及び対物レンズ３６を備えている。

レーザ光源３１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１５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３１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４２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３１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１５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３２は、レーザ光源３１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。反射鏡３３は、コリメートレンズ３２にて平行光に変換されたレーザ光を、ダイクロイックミラー３４に向けて反射する。ダイクロイックミラー３４は、反射鏡３３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。対物レンズ３６は、ダイクロイックミラー３４から入射したレーザ光をイメージングプレート１５の表面に集光させる。この対物レンズ３６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線の光軸とイメージングプレート１５における回転角度０°の位置（ライン）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２１の移動方向に対して垂直な方向である。

対物レンズ３６には、フォーカスアクチュエータ３７が組み付けられている。フォーカスアクチュエータ３７は、対物レンズ３６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３６は、フォーカスアクチュエータ３７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３６によって集光されたレーザ光を、イメージングプレート１５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１５にレーザ光を照射すると、イメージングプレート１５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１５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３６を通過して、ダイクロイックミラー３４にて蛍光体から発せられた光の大部分は反射し、レーザ光の反射光の大部分は透過する。ダイクロイックミラー３４の反射方向には、集光レンズ３８、シリンドリカルレンズ３９及びフォトディテクタ４０が設けられている。集光レンズ３８は、ダイクロイックミラー３４から入射した光を、シリンドリカルレンズ３９に集光する。シリンドリカルレンズ３９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４０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４０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１５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３７を駆動して、対物レンズ３６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１５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１５にて反射し、ダイクロイックミラー３４で反射した微量の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１５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１５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３０は、集光レンズ４１及びフォトディテクタ４２を備えている。集光レンズ４１は、レーザ光源３１から出射されたレーザ光の一部であって、ダイクロイックミラー３４を透過せずに反射したレーザ光をフォトディテクタ４２の受光面に集光する。フォトディテクタ４２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４２は、レーザ光源３１が出射したレーザ光の強度に相当する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３６に隣接して、ＬＥＤ光源４３が設けられている。ＬＥＤ光源４３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１５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、ＬＥＤ光源４３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。

また、Ｘ線回折測定装置は、ＬＥＤ光源４４を有する。ＬＥＤ光源４４は、図２乃至図４に示すように、Ｘ線出射器１０とテーブル駆動機構２０の上壁２６との間に配置されたプレート４５の一端部下面に固定されている。プレート４５は、その他端部上面にて、筐体５０内に固定されたモータ４６の出力軸４６ａに固着されており、モータ４６の回転により、テーブル駆動機構２０の上壁２６に平行な面内を回転する。テーブル駆動機構２０の上壁２６にはストッパ部材４７ａ，４７ｂが設けられており、ストッパ部材４７ａは、プレート４５を図４のＤ１方向に回転させたとき、ＬＥＤ光源４４がＸ線出射器１０の出射口１１及びテーブル駆動機構２０の上壁２６の貫通孔２６ａに対向する位置（Ａ位置）に静止するように、プレート４５の回転を規制する。一方、ストッパ部材４７ｂは、プレート４５を図４のＤ２方向に回転させたとき、プレート４５がＸ線出射器１０の出射口１１とテーブル駆動機構２０の上壁２６の貫通孔２６ａとの間を遮断しない位置（Ｂ位置）に静止するように、プレート４５の回転を規制する。言い換えれば、Ａ位置は、プレート４５が図２及び図３に示す状態にある位置であり、ＬＥＤ光源４４から出射されるＬＥＤ光がスピンドルモータ２７の貫通孔２７ａ１に設けた通路部材２８の通路に入射する位置である。Ｂ位置は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線がプレート４５によって遮られない位置である。

ＬＥＤ光源４４は、コントローラ９１によって作動制御されるＬＥＤ駆動回路８５からの駆動信号によりＬＥＤ光を出射する。ＬＥＤ光は拡散する可視光であり、プレート４５がＡ位置にあるとき、その一部は、貫通孔２６ａ，２１ａ、通路部材２８の通路及び貫通孔２７ｂを介して、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａの貫通孔２７ａ１に入射し、貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａ及び切欠き部壁５０ｃの円形孔５０ｃ１から出射される。このＬＥＤ光の場合も、通路部材２８の内径及び貫通孔１８ａの内径は小さいので、通路部材２８を介して貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ内に入射したＸ線はやや拡散しているが、貫通孔１８ａから出射されるＬＥＤ光は貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光となり、円形孔５０ｃ１に貼られた黒色フィルムの孔から出射される。

モータ４６はエンコーダ２２ａ，２７ａと同様なエンコーダ４６ｂを備えており、エンコーダ４６ｂはモータ４６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回転制御回路８６に出力する。回転制御回路８６は、コントローラ９１から回転方向と回転開始の指示が入力されると、モータ４６に駆動信号を出力して、モータ４６を指示方向に回転させる。そして、エンコーダ４６ｂからのパルス列信号の入力が停止すると、駆動信号の出力を停止する。これにより、プレート４５を、上述したＡ位置及びＢ位置までそれぞれ回転させることができる。

筐体５０の切欠き部壁５０ｃには結像レンズ４８が設けられているとともに、筐体５０内部には撮像器４９が設けられている。撮像器４９は、多数の撮像素子をマトリクス状に配置したＣＣＤ受光器又はＣＭＯＳ受光器で構成され、各撮像素子で受光した光の強度に応じた大きさの受光信号（撮像信号）を撮像素子ごとにセンサ信号取出回路８７にそれぞれ出力する。これらの結像レンズ４８及び撮像器４９は、イメージングプレート１５に対して設定された位置にある測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の出射点（照射点）を中心とした領域の画像を撮像する。すなわち、結像レンズ４８及び撮像器４９は、測定対象物ＯＢを撮像するデジタルカメラとして機能する。このイメージングプレート１５に対して設定された位置とは、前記測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの垂直距離Ｌが、予め決められた所定距離となる位置である。なお、この場合の結像レンズ４８及び撮像器４９による被写界深度は、前記出射点を中心とした前後の範囲で設定されている。センサ信号取出回路８７は、撮像器４９の各撮像素子からの受光信号（撮像信号）の強度データを、各撮像素子の位置（すなわち画素位置）が分かるデータと共にコントローラ９１に出力する。したがって、コントローラ９１には、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点Ｐ１を含む、照射点Ｐ１近傍の画像を表す画像データが出力されることになる。

また、結像レンズ４８の光軸は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸とイメージングプレート１５の回転基準位置のラインを含む平面に含まれるように調整されている。また、結像レンズ４８の光軸と、測定対象物ＯＢに照射されるＸ線及びＬＥＤ光の光軸が交わる点は、イメージングプレート１５に対して設定された位置にある測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点である。したがって、測定対象物ＯＢにおける測定箇所がイメージングプレート１５に対して設定された位置にある場合には、照射点Ｐ１を含む測定対象物ＯＢの画像が撮像器４９で撮像されることに加えて、照射点Ｐ１が結像レンズ４８の光軸と交差する撮像器４９の位置に対応する撮像画面上の位置に表示される。後述するように、結像レンズ４８の光軸と交差する撮像器４９の位置に対応する撮像画面上の位置には十字マークのクロス点が表示されるので、照射点Ｐ１は十字マークのクロス点に表示される。

測定対象物ＯＢに照射されたＬＥＤ光のその後の光路の観点から説明すると、ＬＥＤ光の照射点においてＬＥＤ光は反射することに加えて散乱光を発生させる。そして、散乱光のうち結像レンズ４８に入射した光は撮像器４９の位置で結像し、撮像画面上で照射点Ｐ１の画像となる。また、測定対象物ＯＢで反射したＬＥＤ光は、測定対象物ＯＢの表面に対しＬＥＤ光が垂直に近い状態で照射されれば、円形孔５０ｃ１に貼られた黒色フィルムに受光される。そして、測定対象物ＯＢの表面に対しＬＥＤ光が垂直で照射されれば、反射したＬＥＤ光は黒色フィルムの孔部分で受光される。ＬＥＤ光は図２および図３を見ればわかるように完全な平行光ではなく、やや広がる光となって出射されるので、この場合、反射したＬＥＤ光は黒色フィルムの孔周りで受光される。よって、撮像画面上で照射点Ｐ１の画像が後述する十字マークのクロス点に表示されるとともに、ＬＥＤ光の反射光が黒色フィルムの孔部分で受光されるようＸ線回折測定装置の筐体５０を調整することで、ＬＥＤ光および出射されたＸ線は測定対象物ＯＢの表面に対し垂直で、照射点からイメージングプレート１５までの距離は設定された距離にすることとができる。

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各種プログラムを実行してＸ線回折測定装置の作動を制御する。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、表示画面上に撮像器４９によって撮像された照射点Ｐ１を含む画像に加えて、測定対象物ＯＢの測定箇所に対するＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を適正に設定するための十字マークも表示される。さらに、表示装置９３は、作業者に対して各種の設定状況、作動状況、測定結果なども視覚的に知らせる。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及び電流を供給する。

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に対するＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整したうえでＸ線を照射し、測定対象物ＯＢの残留垂直応力σｚを除く３軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙ，τｙｚ，τｘｚを測定する具体的方法について説明する。この残留応力の測定は、Ｘ線回折測定システムを測定対象物ＯＢの所まで運搬して設置し、電源を投入することにより作動させた後、図５に示すように、位置姿勢調整工程Ｓ１、回折環撮像工程Ｓ２、回折環読取り工程Ｓ３，回折環消去工程Ｓ４及び残留応力計算工程Ｓ５を実行することにより行われる。

まず、位置姿勢調整工程Ｓ１について説明する。最初に作業者は、Ｘ線回折測定装置の筐体５０に接続されたアーム式移動装置を操作することで、Ｘ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整して、おおよそで筐体５０の底面壁５０ａと測定対象物ＯＢの測定箇所（Ｘ線の照射点）が平行になり、測定箇所からイメージングプレート１５までの距離が設定値になるようにする。次に作業者は、入力装置９２から位置姿勢調整工程Ｓ１の開始を入力する。この入力に応答して、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御して、イメージングプレート１５を回折環撮像位置（図１及び図２の状態）に移動させる。また、コントローラ９１は、回転制御回路８６を制御し、モータ４６をストッパ部材４７ａによりプレート４５の回転が停止するまで図４のＤ１方向に回転させて、プレート４５をＡ位置まで回転させる。この状態では、ＬＥＤ光源４４がテーブル駆動機構２０の上壁２６に設けた貫通孔２６ａに対向して位置する。

その後、コントローラ９１は、ＬＥＤ駆動回路８５を制御して、ＬＥＤ光源４４を点灯させる。このＬＥＤ光源４４の点灯により、ＬＥＤ光源４４から出射されて拡散された可視光であるＬＥＤ光の一部は、貫通孔２６ａ、通路部材２８、貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａを介して固定具１８から出射される。この場合、通路部材２８及び貫通孔１８ａの内径は小さく、貫通孔１８ａから出射されるＸ線は貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光である。平行光であるＬＥＤ光は、筐体５０の切欠き部壁５０ｃに設けた円形孔５０ｃ１に貼られた黒色フィルムの孔から外部へ出射され、測定対象物ＯＢの測定箇所近傍に照射される。

次に、コントローラ９１は、センサ信号取出回路８７に撮像器４９からの撮像信号の入力を指示して、撮像器４９による撮像信号をセンサ信号取出回路８７からコントローラ９１に出力させる。コントローラ９１は、この撮像信号を表示装置９３に出力して、撮像器４９によって撮像されたＬＥＤ光の照射位置近傍の画像を表示装置９３に表示させる。このとき、表示される画像にはＬＥＤ光の照射点Ｐ１の画像がある。また、コントローラ９１は、撮像器４９からの撮像信号によって表示される画像とは独立して、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する位置に相当する撮影画像上の位置に十字マークを表示する。

この場合、十字マークのクロス点は表示装置９３の画面の中心に位置し、十字マークのＸ軸方向は画面の横方向に対応し、十字マークのＹ軸方向は画面の縦方向に対応する。そして、十字マークのクロス点は、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌが設定値であるときに、照射点Ｐ１が撮像される位置である。また、十字マークのＹ軸線は、Ｘ線の光軸と結像レンズ４８の光軸とを含む平面が、撮像器４９と交差するラインである。

作業者は、表示装置９３に表示される画像を見ながら、アーム式移動装置を操作することで、Ｘ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整して、画面上におけるＬＥＤ光の照射点Ｐ１が測定対象物ＯＢの測定箇所と合致するとともに十字マークのクロス点と合致するようにする。さらに、測定対象物ＯＢの測定箇所近傍に円形孔５０ｃ１に貼られた黒色フィルムが映るように小型のミラーを置き、円形孔５０ｃ１に貼られた黒色フィルムの孔部分に、測定対象物ＯＢで反射したＬＥＤ光が受光されるようにする。なお、黒色フィルムの孔部分で反射したＬＥＤ光が受光するようにする調整は厳密でなくてもよい。その理由については後述する。

次に作業者は、入力装置９２から位置姿勢調整工程Ｓ１の終了を入力する。この入力に応答して、コントローラ９１は、ＬＥＤ駆動回路８５を制御してＬＥＤ光源４４を消灯させ、センサ信号取出回路８７を制御して、撮像器４９からの撮像信号の入力及び撮像信号のコントローラ９１への出力を停止させ、かつ回転制御回路８６を制御して、モータ４６をストッパ部材４７ｂによりプレート４５の回転が停止するまで図４のＤ２方向に回転させて、プレート４５をＢ位置にする。これにより、Ｘ線出射器１０からのＸ線がテーブル駆動機構２０の上壁２６に設けた貫通孔２６ａに入射され得る状態となる。

次の回折環撮像工程Ｓ２において、作業者は入力装置９２から測定対象物ＯＢの材質（本実施例では、鉄）を入力し、残留応力の測定開始をコントローラ９１に入力する。これにより、コントローラ９１は、まずイメージングプレート１５が撮像位置にある状態で、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１５を低速回転させ、エンコーダ２７ｃ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１５の回転を停止させる。これにより、後述する回折環読取り工程Ｓ３による回折環の読取り開始時においてレーザ光が照射されている位置が回転角度０°の位置になる。

次に、コントローラ９１は、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、所定時間の経過後に、Ｘ線制御回路７１を制御してＸ線出射器１０にＸ線の出射を停止させる。これにより、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線は、貫通孔２６ａ，２１ａ、通路部材２８、貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａ及び円形孔５０ｃ１を介して外部に出射され、測定対象物ＯＢの測定箇所に所定時間だけ照射される。この測定対象物ＯＢへのＸ線の所定時間の照射により、測定対象物ＯＢの測定箇所から回折Ｘ線が発生し、イメージングプレート１５には回折環が撮像される。

このような回折環撮像工程Ｓ２の後、コントローラ９１は、自動的に又は作業者による入力装置９２を用いた指示により、図５の回折環読取り工程Ｓ３を実行する。コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御して、イメージングプレート１５を回折環読取り領域内の読取り開始位置へ移動させる。このイメージングプレート１５の読取り開始位置とは、対物レンズ３６の中心すなわちレーザ光の照射位置が、内側に撮像される回折環（ＣｒＫα線による回折環）に対してやや内側になる位置である。この場合、位置検出回路７２から出力される位置信号は、移動ステージ２１が移動限界位置にある状態から移動ステージ２１が移動した移動距離ｘを表しており、移動ステージ２１すなわちテーブル１６（イメージングプレート１５）が移動限界位置にある状態で、テーブル１６（イメージングプレート１５）の中心から対物レンズ３６の中心位置までの距離は予め決められた所定値である。したがって、イメージングプレート１５の読取り開始位置への移動は、位置検出回路７２からの位置信号を用いて行われる。

なお、回折環が形成される位置は、測定対象物ＯＢにおけるＸ線の回折角度θ、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌおよび特性Ｘ線の波長λにより決まるが、距離Ｌは位置姿勢調整工程Ｓ１で設定値になるよう調整されており、特性Ｘ線の波長λは既知であるので、Ｘ線の回折角度θで決まる。回折角度θは無応力状態では測定対象物ＯＢの材質により定まるので、測定対象物ＯＢの材質から、無応力状態での回折環形成位置を計算することができる。測定対象物ＯＢの残留応力が大きくなるほど、撮像される回折環の位置は無応力状態の回折環の位置からずれるので、回折環に対してやや内側になる読取り開始位置とは、考えられる最大の残留応力の場合の回折環位置よりも内側になる位置である。コントローラ９１は、測定対象物ＯＢの材質ごとに読取り開始位置を記憶しており、測定開始前に入力された測定対象物ＯＢの材質から読取り開始位置を定めることができる。

次に、コントローラ９１は、スピンドルモータ制御回路７４に、イメージングプレート１５が所定の一定回転速度で回転するように、スピンドルモータ２７の回転を制御させる。また、レーザ駆動回路７７を制御してレーザ光源３１によるレーザ光のイメージングプレート１５に対する照射を開始させる。その後、コントローラ９１は、フォーカスサーボ回路８１にフォーカスサーボ制御の開始を指示して、フォーカスサーボ回路８１にフォーカスサーボ制御を開始させる。したがって、対物レンズ３６が、レーザ光の焦点がイメージングプレート１５の表面に合うように光軸方向に駆動制御される。

次に、コントローラ９１は、回転角度検出回路７５及びＡ／Ｄ変換回路８３を作動させて、回転角度検出回路７５からスピンドルモータ２７（イメージングプレート１５）の基準位置からの回転角度θｐを入力させ始めるとともに、Ａ／Ｄ変換回路８３からＳＵＭ信号の瞬時値Ｉのディジタルデータをコントローラ９１に出力させ始める。次に、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御してフィードモータ２２を回転させて、イメージングプレート１５を読取り開始位置から図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１５において、読取り開始位置から外側方向に一定速度で相対移動し始める。これにより、レーザ光の照射位置は、相対的にイメージングプレート１５上を螺旋状に回転し始める。

その後、コントローラ９１は、イメージングプレート１５が所定の小さな角度だけ回転するごとに、ＳＵＭ信号の瞬時値ＩのデジタルデータをＡ／Ｄ変換回路８３を介して入力するとともに、回転角度検出回路７５からの回転角度θｐ及び位置検出回路７２からの移動距離ｘを入力して、ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉのデジタルデータを、基準位置からの回転角度θｐと、移動距離ｘに基づくイメージングプレート１５の中心からのレーザ光の照射位置の径方向距離ｒ（半径値ｒ）とに対応させて順次記憶する。この場合も、移動ステージ２１すなわちテーブル１６（イメージングプレート１５）が移動限界位置にある状態で、テーブル１６（イメージングプレート１５）の中心から対物レンズ３６の中心位置までの距離は予め決められた所定値であるので、前記半径値ｒは移動距離ｘを用いて計算される。これにより、螺旋状に回転するレーザ光の照射位置に関して、ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータが所定回転角度ごとに順次記憶されて蓄積されていく。

ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータの所定回転角度ごとの記憶動作と並行して、コントローラ９１は、回転角度θｐごとに半径値ｒに対するＳＵＭ信号の瞬時値Ｉの曲線を作成し、曲線のピークに対応した半径値ｒ_αとＳＵＭ信号強度値Ｉ_αを記憶する。これは回折環の回転角度αごとに半径方向における回折Ｘ線の強度分布を求め、回折Ｘ線の強度がピークとなる箇所の半径値ｒ_αと回折Ｘ線の強度に相当する強度Ｉ_αを求める処理である。上述したように回折環はＣｒＫα線による回折環とＣｒＫβ線による回折環の２つが形成されるので、半径値ｒに対するＳＵＭ信号の瞬時値Ｉの曲線は２つのピークが生じる。以後、コントローラ９１記憶されるＣｒＫα線による回折環（内側の回折環）における半径値ｒ_αをｒ１_αとし、ＣｒＫβ線による回折環（外側の回折環）における半径値ｒ_αをｒ２_αとする。コントローラ９１は、すべての回転角度θｐ（回転角度α）において２つの半径値ｒ_αと２つの強度Ｉ_αを取得し、検出するＳＵＭ信号の瞬時値Ｉが２つの強度Ｉ_αの小さい方（ＣｒＫβ線による回折環の方）に対して充分小さくなった（例えば１／１０以下になった）時点で、ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータを所定回転角度ごとに検出し記憶する処理を終了する。これにより２つの回折環の形状（回転角度αごとの半径値ｒ１_αと半径値ｒ２_α）が検出されたことになる。

その後、コントローラ９１は、フォーカスサーボ回路８１によるフォーカスサーボ制御を停止させ、レーザ駆動回路７７によるレーザ光源３１のレーザ光の照射を停止させる。また、コントローラ９１は、Ａ／Ｄ変換回路８３及び回転角度検出回路７５の作動を停止させるとともに、フィードモータ制御回路７３によるフィードモータ２２の作動も停止させる。これにより、回折環読取り工程Ｓ３が終了される。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１５の回転は、以前と同様のまま継続されている。

このような回折環読取り工程Ｓ３の後、コントローラ９１は、自動的に又は作業者による入力装置９２を用いた指示により、図５の回折環消去工程Ｓ４を実行する。この回折環消去工程においては、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御してイメージングプレート１５を回折環消去領域内の消去開始位置へ移動させる。このイメージングプレート１５の消去開始位置とは、ＬＥＤ光源４３から出力されるＬＥＤ光の中心が前記読取り開始位置の場合よりもさらに内側になる位置であり、測定対象物ＯＢの材質ごとにコントローラ９１に記憶されている。この場合も、前記読取り開始位置の場合と同様に、イメージングプレート１５の移動は、位置検出回路７２からの位置信号を用いて行われる。

次に、コントローラ９１は、ＬＥＤ駆動回路８４を制御してＬＥＤ光源４３によるＬＥＤ光のイメージングプレート１５に対する照射を開始させるとともに、フィードモータ制御回路７３を制御して、イメージングプレート１５を前記消去開始位置から消去終了位置まで図１及び図２の右下方向に一定速度で移動させるように、フィードモータ２２を回転させる。消去終了位置とは、ＬＥＤ光源４３によるＬＥＤ光の中心が、外側に形成される回折環（ＣｒＫβ線による回折環）の位置よりも充分外側になる位置であり、測定対象物ＯＢの材質ごとにコントローラ９１に記憶されている。
これにより、ＬＥＤ光源４３によるＬＥＤ光が、消去開始位置から消去終了位置まで、イメージングプレート１５上に螺旋状に照射され、前記回折Ｘ線によって形成された回折環が消去される。

次に、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御してイメージングプレート１５の移動を停止させるとともに、ＬＥＤ駆動回路８４を制御してＬＥＤ光源４３によるＬＥＤ光の照射を停止させる。また、コントローラ９１は、位置検出回路７２の作動を停止させるとともに、スピンドルモータ制御回路７４を制御してスピンドルモータ２７によるイメージングプレート１５の回転も停止させる。これにより、回折環消去工程Ｓ４が終了する。

このような回折環消去工程Ｓ４の後、コントローラ９１は、自動的に又は作業者による入力装置９２を用いた指示により、図５の残留応力計算工程Ｓ５を行う。なお、残留応力計算工程Ｓ５は、回折環消去工程Ｓ４と並行して行ってもよい。残留応力計算工程Ｓ５は、回折環読取り工程Ｓ３において得られた２つの回折環の形状（回転角度αごとの半径値ｒ１_αと半径値ｒ２_α）を用いて、コントローラ９１が行うプログラムによる演算処理である。この演算処理は以下の（１）〜（８）の順に行われる。

（１）回転角度αごとに２つの回折角を計算
記憶されている回転角度αごとの半径値ｒ１_αと半径値ｒ２_αおよびＸ線照射点からイメージングプレートまでの設定距離Ｌを用いて、回転角度αごとに以下の数１の計算式を用いて２つの回折角を計算する。内側に形成される回折環（ＣｒＫα線による回折環）の回折角を２θα_ｉｎ、外側に形成される回折環（ＣｒＫβ線による回折環）の回折角を２θα_ｏｕｔとする。
（数１）
２θα_ｉｎ ＝ １８０°−ｔａｎ^−１（ｒ１_α／Ｌ）
２θα_ｏｕｔ ＝ １８０°−ｔａｎ^−１（ｒ２_α／Ｌ）
これは、図６に示すように、異なる回折面での回折角を計算することである。本実施形態では測定対象物ＯＢの材質は鉄であるので、無応力の場合、２θα_ｉｎは１５６．４°、２θα_ｏｕｔは１２５．９°の値である。なお、回転角度αは回折環における回転角度（回折環の中心からの方向）であるが、本発明では測定対象物ＯＢにＸ線を垂直に入射させているので、回転角度αは測定対象物ＯＢにおける回転角度φ（Ｘ線照射点からの方向）でもある。２θα_ｉｎと２θα_ｏｕｔは異なる回折面での回折角であるため、この回折角を同じ波長のＸ線における回折角に換算すれば、測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角を変化させて、異なる回折面での回折角を測定するｓｉｎ^２ψ法と同じとみなすことができ、残留垂直応力の計算にｓｉｎ^２ψ法の理論を適用することができる。

（２）外側の回折環を形成する測定対象物ＯＢの回折面でＣｒＫα線が回折するときの回折角２θα_ｏｕｔ’を計算
外側の回折環を形成するのはＣｒＫβ線であり、内側の回折環を形成するのはＣｒＫα線であるためＸ線の波長が異なる。上述したようにｓｉｎ^２ψ法の理論を適用するには、同じ波長のＸ線での異なった回折面での回折角にする必要がある。よって、（１）で得られた２θα_ｏｕｔから以下の数２の計算式で、外側の回折環を形成する回折面でＣｒＫα線が回折環を形成するときの回折角２θα_ｏｕｔ’を計算する。数２の計算式はブラッグの式 ２ｄ・ｓｉｎθ = ｎ・λとＣｒＫα線の波長２．２９１Å、ＣｒＫβ線の波長２．０８５Åから得られるものである。
（数２）
２θα_ｏｕｔ’= ２・ｓｉｎ^−１｛（２．０９１／２．０８５）・ｓｉｎθα_ｏｕｔ｝

（３）回転角度αごとにｓｉｎ^２ψ法を用いて残留垂直応力σαを計算
測定対象物ＯＢの法線と回折環を形成する回折面の法線が成す角度（以下、回折面角度という）をψとすると、内側の回折環の回転角度αにおける回折面角度ψα_ｉｎは（１８０°−２θα_ｉｎ）／２で、外側の回折環の回転角度αにおける回折面角度ψα_ｏｕｔは（１８０°−２θα_ｏｕｔ）／２である。この回折面角度ψα_ｉｎ、ψα_ｏｕｔと、回折角度２θα_ｉｎ，２θα_ｏｕｔ’からｓｉｎ^２ψ法を用いて回転角度θαごとの残留垂直応力σαを計算する。ｓｉｎ^２ψ法では、横軸にｓｉｎ^２ψ法をとり、縦軸に回折角２θをとると、ｓｉｎ^２ψと回折角２θは直線関係になり、この傾きにヤング率、ポアソン比、無歪状態における回折角から定まる係数Ｋを乗算して残留垂直応力を求める。よって、座標、（ｓｉｎ^２ψα_ｉｎ，２θα_ｉｎ）、（ｓｉｎ^２ψα_ｏｕｔ，２θα_ｏｕｔ’）から定まる直線の傾きに係数Ｋを乗算することで残留垂直応力σαを求める。

（４）回転角度αが１８０°異なる残留垂直応力σαを平均
残留垂直応力は、方向が１８０°異なれば理論的には同じ値になる。よって、回転角度αと回転角度α＋１８０°の残留垂直応力σαを足して２で割り、残留垂直応力σα’とする。これにより、回転角度αが０〜１８０°の間における（α，σα’）のデータ群が得られ、このデータ群から横軸に回転角度αをとり、縦軸に残留垂直応力σα’をとったグラフを描くと図７に示すようなグラフになる。なお、方向が１８０°異なる残留垂直応力を平均するため、測定対象物ＯＢに対してＸ線が厳密に垂直に入射していなくても、平均した残留垂直応力σα’は測定対象物ＯＢに対してＸ線が垂直に入射した場合と略同じ値になる。位置姿勢調整工程Ｓ１において、円形孔５０ｃ１に貼られた黒色フィルムの孔部分に、測定対象物ＯＢで反射したＬＥＤ光が受光されるようにする調整は厳密でなくてもよいとしたのは、この理由による。本発明は測定対象物ＯＢに対してＸ線が厳密に垂直に入射していなくても、精度よく平面の残留応力を測定することができるので、測定対象物ＯＢが曲面であっても精度よく平面の残留応力を測定することができるという利点がある。

（５）Ｘ軸方向から等しい回転角度の残留垂直応力σα’を平均
回転角度αが０°はＹ軸方向であるので、Ｘ軸方向は回転角度αが９０°の方向である。Ｘ軸方向から等しい回転角度は、回転角度αと回転角度１８０°−αであるので、これらの回転角度αの残留垂直応力σαを足して２で割り、平均残留垂直応力σα”とする。これにより、回転角度αが０〜９０°の間における（α，σα”）のデータ群が得られる。回転角度αと回転角度１８０°−αの残留垂直応力σαは等しい値ではないが、平均残留垂直応力σα”は、Ｘ軸方向の残留垂直応力σｘとＹ軸方向の残留垂直応力σｙの成分のみの値にすることができる。その理由について以下に説明する。

Ｘ軸方向の残留垂直応力σｘ，Ｙ軸方向の残留垂直応力σｙ，残留せん断応力τｘｙとし、平面応力状態をテンソルで表すと、以下の数３のように表される。
この数３で表されたテンソルをコーシーの定理で座標変換した、Ｘ軸方向からθの回転角度方向の残留垂直応力σθは、以下の数４の式になる。
数４の式を変形すると、以下の数５の式になる。
ｓｉｎ２θ＝−ｓｉｎ（−２θ）であるので、Ｘ軸方向からθの回転角度の残留応力とＸ軸方向から−θの回転角度の残留応力を足して２で割ると、以下の数６の式のように、Ｘ軸方向の残留垂直応力σｘとＹ軸方向の残留垂直応力σｙの成分のみの値にすることができる。

（６）残留垂直応力σｘ，σｙを計算
数６の左辺を変形すると、（σｘ−σｙ）ｃｏｓ^２θ＋σｙとなり、θ＝９０°−αであるので、ｃｏｓθ＝ｃｏｓ（９０°−α）＝ｓｉｎαである。よって、（α，σα”）のデータ群から横軸に回転角度αをとり、縦軸に平均残留垂直応力σα”をとると、０°でσｙ、９０°でσｘになるｓｉｎ^２θカーブの関係になる。よって、（α，σα”）のデータ群に最も合致するＡ・ｓｉｎ^２α＋Ｂを最小２乗法により計算し、計算されたＡ、Ｂから残留垂直応力σｘ，σｙを計算する。これは視覚的に示すと、図８に示すように、（α，σα”）のデータ群から横軸に回転角度αをとり、縦軸に平均残留垂直応力σα”をとったグラフを描き、それぞれの打点からの距離が最小になる、Ａ・ｓｉｎ^２α＋Ｂの曲線を見つけ出す処理である。

（７）残留せん断応力τｘｙを計算
上述した計算により残留垂直応力σｘ，Ｙ軸方向の残留垂直応力σｙは得られ、回転角度αが０〜１８０°の間における残留垂直応力σα’は得られており、θ＝９０°−αであるので、数５において、未知数は残留せん断応力τｘｙのみである。よって、回転角度αごとに数５にσｘ，σｙ，σα’を代入して残留せん断応力τｘｙを計算し、得られた複数の残留せん断応力τｘｙを平均して、正規の残留せん断応力τｘｙとする。

（８）残留せん断応力τｘｚ，τｙｚを計算
測定対象物ＯＢの表面に垂直にＸ線を照射して回折環を形成した場合、先行技術文献に特許文献２として示した特開２０１１−２７５５０号公報に式１９として示されているように、回折環の形状から以下の数７の式により残留せん断応力τｘｚ，τｙｚを計算することができる。
なお、数７においてＥは縦弾性定数、νはポアソン比、ηはブラッグ角θの補角［（π／２）−θ］であり定数である。また、αは上記の回転角度αであり、ａ１(０)，ａ２(０)は回折環の形状から求めることができる値である。よって、回折環のピーク強度が大きい内側の回折環（ＣｒＫα線による回折環）の形状データである回転角度αごとの半径値ｒ１_αから、回転角度αごとのａ１(０)，ａ２(０)を計算し、これを数７に当てはめて残留せん断応力τｘｚ，τｙｚを計算する。

コントローラ９１は、測定対象物ＯＢの残留垂直応力σｚを除く３軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙ，τｙｚ，τｘｚの計算が終了すると、表示装置に９３にこれらの残留応力の計算結果を表示する。なお、これ以外に、回転角度αと平均残留垂直応力σα”の関係を示すグラフ、回転角度αと回折環の強度分布画像（瞬時値Ｉを明度にして瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒのデータ群から得られる画像）、及び距離Ｌ等の測定条件を表示するようにしてもよい。作業者は結果を見ることで、測定対象物ＯＢの疲労度の評価やショットピーニングの評価等を行うことができる。

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、対象とする測定対象物ＯＢに向けて、少なくとも２つの波長の特性Ｘ線を有するＸ線を出射するＸ線出射器１０と、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線が、測定対象物ＯＢの表面に対して略垂直に照射されるよう、測定対象物ＯＢに対するＸ線の向きを調整することができるアーム式移動装置と、Ｘ線出射器１０から測定対象物ＯＢに向けてＸ線を照射して、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線を、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差するイメージングプレート１５にて受光し、イメージングプレート１５に回折Ｘ線の像である、少なくとも２つの回折環を形成するとともに、回折環の形状を検出するテーブル駆動機構２０、レーザ検出装置３０、コントローラ９１及び各種回路と、検出された少なくとも２つの回折環の形状から、ｓｉｎ^２ψ法を用いて、測定対象物ＯＢの表面に平行なそれぞれの方向の残留垂直応力を計算するコントローラ９１にインストールされている演算プログラムとを備えたＸ線回折測定装置としている。

これによれば、アーム式移動装置を用いて測定対象物ＯＢの表面に対してＸ線が略垂直に照射されるようＸ線の向きを調整した後、テーブル駆動機構２０、レーザ検出装置３０、コントローラ９１及び各種回路の作動により、Ｘ線出射器１０から少なくとも２つの波長の特性Ｘ線を有するＸ線を照射して、イメージングプレート１５に少なくとも２つの回折環を形成し、その形状を検出すれば、コントローラ９１内の演算プログラムによる計算で、測定対象物ＯＢの表面に平行なそれぞれの方向の残留垂直応力を計算することができ、この計算結果から測定対象物ＯＢの表面に平行な２軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを計算することができる。すなわち、１回の測定で、測定対象物の表面に平行な２軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを求めることができる。

また、上記実施形態においては、測定対象物ＯＢの表面に平行なそれぞれの方向の残留垂直応力から残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを計算するため、コントローラ９１内の演算プログラムは、計算されたそれぞれの方向の残留垂直応力において対称となる方向の残留垂直応力を平均して、測定対象物の表面に平行なＸ軸方向とＹ軸方向の間のそれぞれの方向における残留垂直応力の平均値を取得し、それぞれの方向に対する取得した残留垂直応力の平均値の関係曲線を計算し、計算した関係曲線からＸ軸方向とＹ軸方向における残留垂直応力σｘ，σｙと残留せん断応力τｘｙを計算している。

これによれば、それぞれの方向の残留垂直応力は少なくとも２つの回折角に基づくデータであるため精度は高くないが、複数のデータを平均する処理と、平均したデータにより関係曲線を作成する処理の２つを行うことで、計算される残留応力σｘ，σｙ，τｘｙの測定精度を高くすることができる。また、測定対象物ＯＢの表面に対してＸ線が厳密に垂直に照射されていなくても、対称となる方向の残留垂直応力を平均すると、残留垂直応力の平均値は測定対象物ＯＢの表面に対してＸ線が垂直に照射された場合と略同じ値になる。よって、測定対象物ＯＢが曲面であっても、測定対象物ＯＢの残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを精度よく求めることができる。

また、上記実施形態においては、コントローラ９１内の演算プログラムは、テーブル駆動機構２０、レーザ検出装置３０、コントローラ９１及び各種回路の作動により検出された回折環の形状から、Ｘ軸方向と測定対象物の表面に垂直なＺ軸方向における残留せん断応力τｘｚと、Ｙ軸方向とＺ軸方向における残留せん断応力τｙｚを計算している。これによれば、１回の測定で、残留垂直応力σｚを除く３軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙ，τｙｚ，τｘｚを求めることができる。

なお、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。

上記実施形態では、Ｘ線出射器１０を電子をぶつけるターゲットがクロムであるＸ線管にすることで、波長が２．２９１ÅのＣｒＫα線と、波長が２．０８５ÅのＣｒＫβ線の特性Ｘ線を出射するようにし、イメージングプレート１５に２つの回折環が形成されるようにした。しかし、Ｘ線出射器１０から出射される特性Ｘ線を３つ以上の波長のものにし、３つ以上の回折環が形成されるようにしてもよい。３つ以上の波長の特性Ｘ線を出射する方法としては、電子をぶつけるターゲットが２種類以上のＸ線管を使用する等の方法がある。なお、３つ以上の回折環が形成される場合でも、残留応力の計算方法は上記実施形態と同じであるが、ｓｉｎ^２ψと回折角２θの関係直線の傾きを計算するとき、座標は３つ以上あるので、最小２乗法により回帰線の式を計算することで回帰線の傾きを求めればよい。

また、上記実施形態では、回折環の形成、回折環の形状検出、残留応力の計算を１つのＸ線回折測定システムにおいてすべて行うようにしたが、残留応力を得るまでに時間がかかってもよい場合は、これらを別々の装置で行うようにしてもよい。例えば、Ｘ線出射器とイメージングプレートを筐体内に備えたＸ線回折装置により測定対象物ＯＢへＸ線照射して回折環を形成する。次に、Ｘ線回折装置からイメージングプレートを取外し、イメージングプレート上をレーザ光の照射位置を検出しながらレーザ光を走査して反射光強度を検出する装置にセットし、回折環の形状データを取得する。次に、取得された回折環の形状データを記録媒体に記録し、残留応力計算プログラムがインストールされたコンピュータ装置に記録媒体をセットして読み出し残留応力の計算を行う、というようにしてもよい。

また、上記実施形態では、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線と光軸を同一にしたＬＥＤ光を照射する機能と、ＬＥＤ光の照射点の周囲を撮像して撮像画像を表示する機能を設け、撮像画像に表示されるクロス点にＬＥＤ光の照射点が合致し、測定対象物ＯＢで反射したＬＥＤ光がＸ線回折測定装置の円形孔５０ｃ１に貼られた黒色フィルムの孔部分で受光されるよう、Ｘ線回折測定装置の筐体の位置と姿勢を調整した。しかし、測定対象物ＯＢの表面に垂直かつ設定された距離でＸ線が照射されるようにできれば、どのような調整システムを用いてもよい。例えば、測定対象物ＯＢが小型であるもの限定されていれば、Ｘ線回折測定装置は固定して、測定対象物ＯＢを載置するステージとステージの位置と姿勢を調整する機構を設け、上記実施形態のようにＬＥＤ光の照射と撮像画像の表示をした際、測定対象物ＯＢを載置したステージの位置と姿勢を調整するようにしてもよい。

また、測定対象物ＯＢが小型で平板に限定されていれば、出射されるＸ線がステージに垂直に照射されるように調整し、Ｘ線出射方向の位置のみが調整できる機構をＸ線回折測定装置またはステージに設け、上記実施形態のようにＬＥＤ光の照射と撮像画像の表示をした際、撮像画像に表示されるクロス点にＬＥＤ光の照射点が合致するよう、位置を調整するようにしてもよい。また、測定対象物ＯＢが小型で平板のうえ厚さが一定のもに限定されていれば、出射されるＸ線がステージに垂直かつ設定された距離で照射されるように調整し、ステージにＸ線の照射箇所を明示して、測定の際、測定対象物ＯＢの測定点がＸ線の照射箇所に一致するようステージに測定対象物ＯＢを載置するようにしてもよい。この場合は、ＬＥＤ光照射機能と撮像機能は不要になる。

また、上記実施形態では、イメージングプレート１５に回折環を形成した後、レーザ照射装置３０からのレーザ照射と光の強度検出により、回折環における回折Ｘ線の強度に相当する強度の分布を検出し、ＬＥＤ光の照射により回折環の消去を行ったが、回折環を形成してその強度分布を検出することができるならば、回折環の形成と強度分布の検出はどのような方法を用いてもよい。例えば、イメージングプレート１５の代わりにイメージングプレート１５と同じ広さの平面を有するＸ線ＣＣＤを備え、Ｘ線出射器１０からのＸ線照射の際、Ｘ線ＣＣＤの各画素が出力する電気信号により回折環における強度分布を検出するようにしてもよい。また、イメージングプレート１５と同じ広さの平面を有するＸ線ＣＣＤの代わりに微小サイズのＸ線ＣＣＤを位置を検出しながら走査し、Ｘ線ＣＣＤの各画素が出力する電気信号とＸ線ＣＣＤの走査位置から回折環における強度分布を検出するようにしてもよい。また、Ｘ線ＣＣＤに替えてシンチレータから出た蛍光を、光電子増倍管（ＰＭＴ）で検出するシンチレーションカウンタを用いてもよい。

また、上記実施形態においては、測定対象物ＯＢの表面に平行なそれぞれの方向の残留垂直応力から残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを計算する際、対称となる方向の残留垂直応力を平均して、測定対象物の表面に平行なＸ軸方向とＹ軸方向の間のそれぞれの方向における残留垂直応力の平均値を出し、それぞれの方向に対する残留垂直応力の平均値の関係曲線を計算して、この関係曲線から残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを計算するようにしたが、残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを計算することができれば、どのような計算方法を用いてもよい。例えば、全方向における残留垂直応力の関係曲線を最小２乗法により作成し、この関係曲線の線上の値を用いて上記実施形態と同様な計算を行ってもよい。

また、上記実施形態においては、残留垂直応力σｚを除く３軸方向の残留応力σｘ，σｙ，τｘｙ，τｙｚ，τｘｚを計算したが、測定対象物ＯＢが平面応力状態にあるとみなしてよいものに限定されていれば、残留垂直応力σｘ，σｙ及び残留せん断応力τｘｙを計算するのみにしてもよい。

１０…Ｘ線出射器、１５…イメージングプレート、１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，２１ａ，２６ａ，２７ａ１，２７ｂ…貫通孔、１６…テーブル、１８…固定具、２０…テーブル駆動機構、２１…移動ステージ、２２…フィードモータ、２３…スクリューロッド、２７…スピンドルモータ、２８…通路部材、３０…レーザ検出装置、３１…レーザ光源、３６…対物レンズ、４４…ＬＥＤ光源、４５…プレート、４６…モータ、４７ａ，４７ｂ…ストッパ部材、４８…結像レンズ、４９…撮像器、５０…筐体、５０ａ…底面壁、５０ｃ…切欠き部壁、５０ｄ…繋ぎ壁、５１…支持アーム、９０…コンピュータ装置、９１…コントローラ、９２…入力装置、９３…表示装置、９５…高電圧電源 、ＯＢ…測定対象物

Claims (6)

1. 対象とする測定対象物に向けて、少なくとも２つの波長の特性Ｘ線を有するＸ線を出射するＸ線出射器と、
   前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線が、前記測定対象物の表面に対して略垂直に照射されるよう、前記測定対象物に対する前記Ｘ線の向きを調整することができる姿勢調整手段と、
   前記Ｘ線出射器から前記測定対象物に向けてＸ線を照射して、前記測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する面にて受光し、前記面に回折Ｘ線の像である、少なくとも２つの回折環を形成するとともに、前記回折環の形状を検出する回折環形成検出手段と、
   前記回折環形成検出手段により検出された少なくとも２つの回折環の形状から、ｓｉｎ^２ψ法を用いて、前記測定対象物の表面に平行なそれぞれの方向の残留垂直応力を計算する残留応力計算手段とを備え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、
   前記残留応力計算手段は、さらに前記計算されたそれぞれの方向の残留垂直応力において対称となる方向の残留垂直応力を平均して、測定対象物の表面に平行なＸ軸方向とＹ軸方向の間のそれぞれの方向における残留垂直応力の平均値を取得し、前記それぞれの方向に対する前記取得した残留垂直応力の平均値の関係曲線を計算し、前記計算した関係曲線から前記Ｘ軸方向とＹ軸方向における残留垂直応力σｘ，σｙと残留せん断応力τｘｙを計算することを特徴とするＸ線回折測定装置。
3. 請求項２に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記残留応力計算手段は、さらに前記回折環形成検出手段により検出された回折環の形状から、前記Ｘ軸方向と前記測定対象物の表面に垂直なＺ軸方向における残留せん断応力τｘｚと、前記Ｙ軸方向と前記Ｚ軸方向における残留せん断応力τｙｚを計算することを特徴とするＸ線回折測定装置。
4. 対象とする測定対象物に向けて、少なくとも２つの波長の特性Ｘ線を有するＸ線を、前記測定対象物の表面に対して略垂直に照射されるよう出射し、前記測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、前記出射したＸ線の光軸に対して垂直に交差する面にて受光し、前記面に回折Ｘ線の像である、少なくとも２つの回折環を形成するとともに、前記回折環の形状を検出する回折環形成検出ステップと、
   前記回折環形成検出手段により検出された少なくとも２つの回折環の形状から、ｓｉｎ^２ψ法を用いて、前記測定対象物の表面に平行な複数の方向の残留垂直応力を計算する残留応力計算ステップとを行うことを特徴とするＸ線回折測定方法。
5. 請求項４に記載のＸ線回折測定方法において、
   前記残留応力計算ステップは、さらに前記計算されたそれぞれの方向の残留垂直応力において対称となる方向の残留垂直応力を平均して、測定対象物の表面に平行なＸ軸方向とＹ軸方向の間のそれぞれの方向における残留垂直応力の平均値を取得し、前記それぞれの方向に対する前記取得した残留垂直応力の平均値の関係曲線を計算し、前記計算した関係曲線から前記Ｘ軸方向とＹ軸方向における残留垂直応力σｘ，σｙと残留せん断応力τｘｙを計算することを特徴とするＸ線回折測定方法。
6. 請求項５に記載のＸ線回折測定方法において、
   前記残留応力計算手段は、さらに前記回折環形成検出ステップにより検出された回折環の形状から、前記Ｘ軸方向と前記測定対象物の表面に垂直なＺ軸方向における残留せん断応力τｘｚと、前記Ｙ軸方向と前記Ｚ軸方向における残留せん断応力τｙｚを計算することを特徴とするＸ線回折測定装置。