JP2017129514A - X-ray diffraction measurement device - Google Patents
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Abstract
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線により形成されるX線回折環の形状を検出するX線回折測定装置および該X線回折測定装置を用いたX線回折測定方法に関する。 The present invention uses an X-ray diffractometer that irradiates a measurement object with X-rays and detects the shape of an X-ray diffraction ring formed by the X-ray diffracted by the measurement object, and the X-ray diffraction measurement apparatus. The present invention relates to an X-ray diffraction measurement method.
従来から、例えば特許文献1に示されるように、測定対象物に所定の入射角度で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を検出してcosα法による分析を行い、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。特許文献1に示されている装置は、X線出射器、イメージングプレート等の回折環撮像手段、レーザ検出装置及びレーザ走査機構等の回折環読取手段、並びにLED照射器等の回折環消去手段等を1つの筐体内に備えている。また、筐体の測定対象物に対する位置と姿勢をアーム式移動装置により変化させることができるようになっている。そして、筐体の測定対象物に対する位置と姿勢を調整した後、測定対象物にX線を照射して発生する回折X線により、回折環をイメージングプレートに撮像する撮像工程、イメージングプレートにレーザ検出装置からのレーザ光を走査しながら照射することで回折環の形状を検出する読取り工程、及び該回折環をLED光の照射により消去する消去工程を連続して行えるようになっている。このX線回折測定装置を用いれば、装置を測定対象物がある場所まで運搬してアーム式移動装置を固定した後、短時間で測定対象物の残留応力を測定することができる。 Conventionally, for example, as shown in Patent Document 1, an X-ray diffraction ring (hereinafter referred to as a diffraction ring) is formed by X-rays diffracted by a measurement object by irradiating the measurement object with X-rays at a predetermined incident angle. There is known an X-ray diffraction measurement apparatus that forms a diffraction ring, detects the shape of the formed diffraction ring, performs analysis by a cos α method, and measures a residual stress of a measurement object. The apparatus disclosed in Patent Document 1 includes an X-ray emitter, a diffraction ring imaging means such as an imaging plate, a diffraction ring reading means such as a laser detection device and a laser scanning mechanism, and a diffraction ring erasing means such as an LED irradiator. Are provided in one housing. In addition, the position and posture of the housing with respect to the measurement object can be changed by the arm type moving device. Then, after adjusting the position and orientation of the housing with respect to the measurement object, an imaging process for imaging the diffraction ring on the imaging plate by diffracted X-rays generated by irradiating the measurement object with X-rays, and laser detection on the imaging plate A reading process for detecting the shape of the diffractive ring by irradiating the laser beam from the apparatus while scanning and an erasing process for erasing the diffractive ring by irradiating the LED light can be performed continuously. If this X-ray diffraction measuring apparatus is used, the residual stress of the measuring object can be measured in a short time after the apparatus is transported to a place where the measuring object is located and the arm type moving device is fixed.
測定対象物の残留応力を測定する場合、測定対象物の表面の2方向における残留垂直応力σx、σyと残留せん断応力τxy(以下、平面残留応力という)を測定することが多いが、測定対象物によっては、残留垂直応力σx、σy、σzと残留せん断応力τxy、τyz、τxz(以下、3軸残留応力という)を測定することもある。特許文献1に示されるようなX線回折測定装置で3軸残留応力を測定するには、測定対象物の同一箇所をX線照射方向を変えて複数回測定すればよい。例えば特許文献2では、測定箇所の法線(以下、Z軸という)と測定箇所から残留垂直応力σxの方向のライン(以下、X軸という)とを含む平面にX線の光軸が含まれ、測定対象物に対し所定の入射角になるようX線を照射する場合と、Z軸にX線の光軸を合わせて(すなわち測定箇所に垂直に)X線を照射する場合の2つの測定を行い、それぞれの測定で得られる回折環の形状から3軸残留応力を計算する方法が示されている。この方法を用いれば、2回の測定で測定対象物の3軸残留応力を測定することができる。 When measuring the residual stress of a measurement object, the residual normal stresses σx and σy and the residual shear stress τxy (hereinafter referred to as plane residual stress) in two directions on the surface of the measurement object are often measured. Depending on the case, the residual normal stress σx, σy, σz and the residual shear stress τxy, τyz, τxz (hereinafter referred to as triaxial residual stress) may be measured. In order to measure the triaxial residual stress with an X-ray diffractometer as shown in Patent Document 1, it is only necessary to measure the same portion of the measurement object a plurality of times while changing the X-ray irradiation direction. For example, in Patent Document 2, an X-ray optical axis is included in a plane including a normal line of a measurement location (hereinafter referred to as Z-axis) and a line in the direction of residual normal stress σx from the measurement location (hereinafter referred to as X-axis). Two measurements are performed when X-rays are irradiated to the measurement object at a predetermined incident angle and when X-ray optical axes are aligned with the Z-axis (ie, perpendicular to the measurement location). And a method of calculating the triaxial residual stress from the shape of the diffraction ring obtained by each measurement is shown. If this method is used, the triaxial residual stress of the measurement object can be measured by two measurements.
しかしながら、測定箇所に対し斜め方向と垂直方向のX線照射を行い、それぞれX線回折測定を行う場合、それぞれの測定におけるX線の照射箇所(測定箇所)が同一になるよう、X線回折測定装置の筐体の位置と姿勢を調整する必要があり、調整に時間がかかり、3軸残留応力を測定するまでに時間がかかるという問題がある。また、測定対象物が狭い場所にある場合、測定箇所に対し斜め方向と垂直方向からX線を照射するのが困難な場合があるという問題もある。 However, when X-ray irradiation is performed obliquely and perpendicularly to the measurement location and X-ray diffraction measurement is performed, the X-ray diffraction measurement is performed so that the X-ray irradiation location (measurement location) in each measurement is the same. There is a problem that it is necessary to adjust the position and orientation of the housing of the apparatus, and it takes time to adjust and it takes time to measure the triaxial residual stress. Further, when the measurement object is in a narrow place, there is a problem that it may be difficult to irradiate X-rays from the oblique direction and the perpendicular direction to the measurement place.
本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、測定対象物にX線を照射し、測定対象物で回折したX線により形成される回折環の形状を検出するX線回折測定装置および該X線回折測定装置を用いたX線回折測定方法において、3軸残留応力を測定する際、X線回折測定装置の筐体の位置と姿勢の調整に時間がかからず、測定対象物が狭い場所にある場合でも測定が困難にならない、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。 The present invention has been made to solve this problem, and its purpose is to irradiate the measurement object with X-rays and detect the shape of the diffraction ring formed by the X-rays diffracted by the measurement object. In the X-ray diffraction measurement method using the measurement device and the X-ray diffraction measurement device, when measuring the triaxial residual stress, it takes no time to adjust the position and orientation of the housing of the X-ray diffraction measurement device. An object of the present invention is to provide an X-ray diffraction measurement apparatus and an X-ray diffraction measurement method that do not make measurement difficult even when an object is in a narrow place.
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X線を出射するX線出射器と、X線出射器から測定対象物に向けてX線が照射された際、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撮像面にて受光し、撮像面に回折X線の像である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、X線出射器と回折環形成検出手段とを内部に配置した筐体と、筐体の傾斜角を、X線出射器から出射されるX線の光軸と交差する回転軸であって、交差する点が撮像面から予め設定された距離である回転軸周りに変更する傾斜角変更機構と、X線出射器から出射されるX線の測定対象物に対する入射角を検出する入射角検出手段とを備えたX線回折測定装置において、X線出射器、回折環形成検出手段、傾斜角変更機構及び入射角検出手段を制御するとともに、回折環形成検出手段が検出した回折環の形状と入射角検出手段が検出した入射角を用いて演算を行う制御手段を備え、制御手段は、回転軸がX線の光軸と交差する点が測定対象物の測定箇所に合致した状態で、入射角検出手段に入射角を検出させた後、X線出射器と回折環形成検出手段を制御して、測定対象物にX線を照射して撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第1回折環検出工程と、傾斜角変更機構を制御して筐体を異なる傾斜角にするとともに、入射角検出手段に入射角を検出させた後、X線出射器と回折環形成検出手段を制御して、測定対象物にX線を照射して撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第2回折環検出工程と、第1回折環検出工程及び第2回折環検出工程で得られた2つの回折環の形状と2つの入射角とを用いて、3軸残留応力を計算する演算工程とを行うことにある。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that an X-ray emitter that emits X-rays toward an object to be measured and an X-ray emitted from the X-ray emitter toward the object to be measured. In this case, diffracted X-rays generated at the measurement object are received by an imaging surface perpendicular to the optical axis of the X-rays emitted from the X-ray emitter, and an image of the diffracted X-rays is captured on the imaging surface. The diffraction ring formation detection means for forming the diffraction ring and detecting the shape of the diffraction ring, the housing in which the X-ray emitter and the diffraction ring formation detection means are disposed, and the inclination angle of the housing are represented by X An inclination angle changing mechanism that changes a rotation axis that intersects the optical axis of the X-ray emitted from the line emitter, the intersection point changing around a rotation axis that is a preset distance from the imaging surface, and X-ray emission X-ray diffractometer comprising an incident angle detection means for detecting an incident angle of an X-ray emitted from the detector to an object to be measured In the apparatus, the X-ray emitter, the diffraction ring formation detection means, the tilt angle change mechanism and the incident angle detection means are controlled, and the shape of the diffraction ring detected by the diffraction ring formation detection means and the incident angle detected by the incident angle detection means Control means for performing an operation using the sensor, and the control means causes the incident angle detection means to detect the incident angle in a state where the point where the rotation axis intersects the optical axis of the X-ray coincides with the measurement location of the measurement object. A first diffraction ring detection step of controlling the X-ray emitter and the diffraction ring formation detection means to detect the shape of the diffraction ring imaged on the imaging surface by irradiating the measurement object with X-rays; The angle changing mechanism is controlled to make the housing have different inclination angles, and after the incident angle detecting means detects the incident angle, the X-ray emitter and the diffractive ring formation detecting means are controlled so that the measurement object has X The second time to detect the shape of the diffraction ring imaged on the imaging surface by irradiating a line The ring detection step and the calculation step of calculating the triaxial residual stress using the two diffraction ring shapes and the two incident angles obtained in the first diffraction ring detection step and the second diffraction ring detection step are performed. There is.
これによれば、測定対象物のX線の照射箇所から撮像面までの距離を予め設定された距離にすれば、X線の照射箇所は、傾斜角変更機構が傾斜角を変更する際の回転軸に含まれるので、傾斜角変更機構を用いて筐体の傾斜角を変更させるのみで、X線の照射箇所が同一のままX線の入射角を変更することができ、X線回折測定装置の筐体の位置と姿勢の調整に時間がかからないようにすることができる。すなわち、作業者は測定対象物のX線の照射箇所から撮像面までの距離が予め設定された距離になるよう、筐体の位置と姿勢を調整すれば、後は制御手段が第1回折環検出工程、第2回折環検出工程及び演算工程を実施して3軸残留応力を測定するので、3軸残留応力を測定するまでに時間がかからないようにすることができる。 According to this, if the distance from the X-ray irradiation point of the measurement object to the imaging surface is set to a preset distance, the X-ray irradiation point is rotated when the tilt angle changing mechanism changes the tilt angle. Since it is included in the shaft, it is possible to change the X-ray incident angle while keeping the X-ray irradiation point the same by simply changing the tilt angle of the housing using the tilt angle changing mechanism. It is possible to prevent the adjustment of the position and posture of the casing from taking time. That is, the operator adjusts the position and orientation of the housing so that the distance from the X-ray irradiation point of the measurement object to the imaging surface becomes a preset distance, and then the control means moves the first diffraction ring. Since the detection process, the second diffraction ring detection process, and the calculation process are performed to measure the triaxial residual stress, it can be prevented from taking time to measure the triaxial residual stress.
また、本発明の他の特徴は、X線出射器から出射されるX線と光軸を同一にした平行光である可視光を測定対象物に出射する可視光出射器と、回転軸がX線の光軸と交差する点が測定対象物の測定箇所に合致した状態で、可視光出射器から可視光を測定対象物に照射したとき、測定対象物からの反射光の受光位置を設定された位置にすることにより測定対象物に対する可視光の入射角を設定値にする入射角設定手段とを備え、入射角検出手段は、傾斜角変更機構により変更された傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、傾斜角検出手段が検出した傾斜角の、入射角設定手段により入射角が設定値にされたとき傾斜角検出手段により検出された傾斜角からの差を、入射角の設定値に加算することにより入射角を計算する計算手段とを備えたことにある。 Another feature of the present invention is that a visible light emitter for emitting visible light, which is parallel light having the same optical axis as that of the X-ray emitted from the X-ray emitter, to the measurement object, and a rotational axis of X When the visible light is emitted from the visible light emitter and the point intersecting the optical axis of the line is coincident with the measurement location of the measurement object, the receiving position of the reflected light from the measurement object is set. And an incident angle setting means for setting the incident angle of visible light to the measurement object by setting it to a set position, and the incident angle detection means detects an inclination angle detected by the inclination angle changing mechanism. The difference between the tilt angle detected by the tilt angle detecting means when the incident angle is set to the set value by the incident angle setting means and the tilt angle detected by the tilt angle detecting means is added to the set value of the incident angle. And a calculation means for calculating the incident angle by That.
これによれば、可視光出射器から可視光を出射して照射位置を確認しながら、測定箇所を希望する箇所にすることができるとともに、測定対象物に対するX線の入射角をどのような角度にしても、精度よく入射角を検出することができる。 According to this, while the visible light is emitted from the visible light emitter and the irradiation position is confirmed, the measurement location can be set to a desired location, and the incident angle of the X-ray with respect to the measurement object can be set to any angle. Even so, the incident angle can be detected with high accuracy.
また、本発明の他の特徴は、制御手段は、第2回折環検出工程おける入射角の第1回折環検出工程における入射角からの差が、X線出射器から出射されるX線の測定対象物の表面に投影した方向が同一方向の状態で20°以内であるように、傾斜角変更機構を制御して傾斜角を変更することにある。 Another feature of the present invention is that the control means measures the X-rays emitted from the X-ray emitter based on the difference between the incident angle in the second diffractive ring detection step and the incident angle in the first diffractive ring detection step. The tilt angle is changed by controlling the tilt angle changing mechanism so that the direction projected onto the surface of the object is within 20 ° in the same direction.
これによれば、出射X線の測定対象物表面に投影した方向が同一方向で、測定箇所に対し入射角を20°以内で異ならせてX線を照射すればいいので、X線回折測定装置の筐体の位置と姿勢が大きく変化せず、垂直方向からのX線照射という条件もないので、測定対象物が狭い場所にある場合でも、測定が困難にならない。発明者はこのようにしても3軸残留応力を測定することができることを見出した。その理論は、発明を実施するための形態で説明する。 According to this, the X-ray diffraction measurement apparatus can irradiate X-rays with the same direction of projected X-rays on the surface of the object to be measured and with different incident angles within 20 ° with respect to the measurement location. Since the position and orientation of the housing does not change greatly and there is no condition of X-ray irradiation from the vertical direction, measurement is not difficult even when the measurement object is in a narrow place. The inventor has found that the triaxial residual stress can be measured even in this way. The theory will be described in the form for carrying out the invention.
また、本発明は、上述したX線出射器、回折環形成検出手段、筐体、傾斜角変更機構及び入射角検出手段を備えたX線回折測定装置を用いた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。この場合は、回転軸がX線の光軸と交差する点が測定対象物の測定箇所に合致した状態で、入射角検出手段に入射角を検出させた後、X線出射器からX線を出射させ、回折環形成検出手段により撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第1回折環検出ステップと、傾斜角変更機構により筐体を異なる傾斜角にするとともに、入射角検出手段に入射角を検出させた後、X線出射器からX線を出射させ、回折環形成検出手段により撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第2回折環検出ステップと、第1回折環検出ステップ及び第2回折環検出ステップで得られた2つの回折環の形状と2つの入射角とを用いて、3軸残留応力を計算する演算ステップとを行えばよい。また、その際、第1回折環検出ステップ及び第2回折環検出ステップにおける、X線出射器から出射されるX線の測定対象物の表面に投影した方向が同一方向になり、2つの入射角の差が20°以内になるように傾斜角変更機構により傾斜角を変更すればよい。これによっても、上述したX線回折測定装置の発明と同様の効果を得ることができる。 Further, the present invention is an invention of an X-ray diffraction measurement method using an X-ray diffraction measurement apparatus provided with the above-described X-ray emitter, diffraction ring formation detection means, housing, tilt angle changing mechanism, and incident angle detection means. Can also be implemented. In this case, with the point where the rotation axis intersects the optical axis of the X-ray coincides with the measurement location of the measurement object, the incident angle detection means detects the incident angle, and then the X-ray is emitted from the X-ray emitter. The first diffractive ring detection step for detecting the shape of the diffractive ring that is emitted and imaged on the imaging surface by the diffractive ring formation detection unit, and the tilt angle changing mechanism makes the housing have a different tilt angle, and the incident angle detection unit A second diffractive ring detecting step of detecting the incident angle, then emitting X-rays from the X-ray emitter, and detecting the shape of the diffractive ring imaged on the imaging surface by the diffractive ring formation detecting means; A calculation step for calculating the triaxial residual stress may be performed using the shapes of the two diffraction rings and the two incident angles obtained in the detection step and the second diffraction ring detection step. At that time, in the first diffraction ring detection step and the second diffraction ring detection step, the directions projected on the surface of the measurement object of the X-rays emitted from the X-ray emitter become the same direction, and two incident angles The tilt angle may be changed by the tilt angle changing mechanism so that the difference between the two is within 20 °. Also by this, the same effect as the invention of the X-ray diffraction measuring apparatus described above can be obtained.
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。なお、このX線回折測定システムが、先行技術文献の特許文献2に示されているX線回折測定システムと異なっている点は、X線回折測定装置の筐体50の傾斜角を変更する傾斜角変更機構5とX線の測定対象物に対する入射角を検出する機能とを備える点、及びコントローラ91に傾斜角変更機構5により傾斜角を変更してX線回折測定を2回行うプログラムと、検出した回折環の形状データと入射角データを用いて3軸残留応力を計算するプログラムがインストロールされている点のみである。よって、特許文献1に示されているX線回折測定システムで既に説明されている箇所は、簡略的に説明するにとどめる。 A configuration of an X-ray diffraction measurement system including an X-ray diffraction measurement apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that this X-ray diffraction measurement system is different from the X-ray diffraction measurement system disclosed in Patent Document 2 of the prior art document in that the inclination for changing the inclination angle of the housing 50 of the X-ray diffraction measurement apparatus is different. A program that performs the X-ray diffraction measurement twice by changing the tilt angle to the controller 91 by the tilt angle changing mechanism 5 in the controller 91, and a function of detecting the incident angle of the X-ray with respect to the measurement object. It is only a point where a program for calculating the triaxial residual stress using the detected diffraction ring shape data and incident angle data is installed. Therefore, the part already demonstrated by the X-ray-diffraction measurement system shown by patent document 1 is only demonstrated briefly.
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X線回折測定を行い、測定対象物OBの3軸残留応力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ある支持アーム61に連結され、アーム式移動装置を操作することで位置と姿勢を調整できるようになっている。このX線回折測定システムにより測定を行うときは、X線回折測定システムを測定対象物OBの所まで運搬した後、アーム式移動装置を測定対象物OBの近傍に固定し、X線回折測定装置の位置と姿勢を調整することで、測定対象物OBにおけるX線の照射点、X線の照射方向及びX線照射点から後述するイメージングプレート15までの距離を調整し、測定対象物OBへX線を照射してX線回折測定を行う。なお、本実施形態では、測定対象物OBは鉄製の部材である。 This X-ray diffraction measurement system transports the X-ray diffraction measurement system to the measurement object OB, performs X-ray diffraction measurement, and measures the triaxial residual stress of the measurement object OB. The X-ray diffraction measurement device is connected to a support arm 61 at the tip of the arm type moving device, and the position and posture can be adjusted by operating the arm type moving device. When performing measurement with this X-ray diffraction measurement system, after transporting the X-ray diffraction measurement system to the measurement object OB, the arm type moving device is fixed in the vicinity of the measurement object OB, and the X-ray diffraction measurement apparatus is used. By adjusting the position and orientation of the X-ray, the X-ray irradiation point, the X-ray irradiation direction and the distance from the X-ray irradiation point to the later-described imaging plate 15 are adjusted to the measurement object OB. X-ray diffraction measurement is performed by irradiating a line. In the present embodiment, the measurement object OB is an iron member.
X線回折測定装置は、筐体50内に、X線出射器10、イメージングプレート15を取り付けるテーブル16、テーブル16を回転及び移動させるテーブル駆動機構20及び回折環を検出するレーザ検出装置30等を備えている。そして、X線回折測定システムは、このX線回折測定装置とともに、アーム式移動装置(図示しない)、コンピュータ装置90及び高電圧電源95を備える。筐体50内には、上述した装置および機構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。 The X-ray diffraction measurement apparatus includes an X-ray emitter 10, a table 16 to which the imaging plate 15 is attached, a table driving mechanism 20 that rotates and moves the table 16, a laser detection device 30 that detects a diffraction ring, and the like. I have. The X-ray diffraction measurement system includes an arm type moving device (not shown), a computer device 90, and a high voltage power supply 95 together with the X-ray diffraction measurement device. Various types of circuits for controlling operation and inputting detection signals are connected to the above-described apparatus and mechanism, and are shown in FIG. Various circuits indicated by the dotted line are accommodated in a two-dot chain line in the housing 50.
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。筐体50は、上面壁50fが固定板54を介して電動式ゴニオステージである傾斜角変更機構5の駆動ステージ51に連結され、傾斜角変更機構5により図1及び図2の紙面垂直方向周りに傾斜角が変更できるようになっている。言い換えると、傾斜角を変更するときの回転軸は、図1及び図2の紙面垂直方向であり、後述するX線出射器10から出射されるX線の光軸と後述するイメージングプレート15の回転基準位置のラインとを含む平面の垂直方向である。そして、傾斜角を変更するときの回転軸は、後述するX線出射器10から出射されるX線の光軸と交差し、交差する点から後述するイメージングプレート15までの距離は設定値Lになっている。また、傾斜角変更機構5の固定ステージ52は側面板53に連結され、側面板53には、支持アーム61に接続される接続部(図示せず)が設けられており、接続部も図1及び図2の紙面の垂直周り、すなわち、出射X線の光軸と後述するイメージングプレート15の回転基準位置のラインとを含む平面の垂直周りに回転可能になっている。支持アーム61は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。 The casing 50 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape, and includes a bottom wall 50a, a front wall 50b, a rear wall 50e, a top wall 50f, a side wall (not shown), and corners of the bottom wall 50a and the front wall 50b. It is formed to have a notch wall 50c and a connecting wall 50d provided so as to be cut out from the front side to the back side of the sheet. The notch wall 50c is composed of a flat plate perpendicular to the bottom wall 50a and a parallel plate, and the connecting wall 50d is perpendicular to the side wall and has a predetermined angle with the bottom wall 50a. This predetermined angle is, for example, 30 to 45 degrees. The casing 50 has an upper surface wall 50f connected to a drive stage 51 of an inclination angle changing mechanism 5 that is an electric gonio stage via a fixed plate 54, and the inclination angle changing mechanism 5 rotates around the direction perpendicular to the plane of FIG. 1 and FIG. The tilt angle can be changed. In other words, the rotation axis when changing the tilt angle is in the direction perpendicular to the plane of FIG. 1 and FIG. 2, and the optical axis of the X-ray emitted from the X-ray emitter 10 described later and the rotation of the imaging plate 15 described later. The vertical direction of the plane including the line of the reference position. The rotation axis when changing the tilt angle intersects the optical axis of X-rays emitted from the X-ray emitter 10 described later, and the distance from the intersecting point to the imaging plate 15 described later is a set value L. It has become. Further, the fixed stage 52 of the tilt angle changing mechanism 5 is coupled to the side plate 53, and the side plate 53 is provided with a connection portion (not shown) connected to the support arm 61. The connection portion is also shown in FIG. 2 and can be rotated around the vertical plane of the paper surface of FIG. 2, that is, around the vertical plane of the plane including the optical axis of the outgoing X-ray and the rotation reference position line of the imaging plate 15 described later. The support arm 61 is a tip of an arm type moving device, and the case 50 (X-ray diffraction measuring device) can be set to an arbitrary position and posture by operating the arm type moving device.
傾斜角変更機構5はモータ55が回転駆動することで、駆動ステージ51が固定ステージ52に対して駆動し、これは上述したように回転軸周りの回転であるため、筐体50の傾斜角が変化する。モータ55はモータ制御回路88から入力する駆動信号により回転駆動する。モータ制御回路88は、コンピュータ装置90を構成するコントローラ91から傾斜角変更の指令と回転角度が入力すると、モータ55に駆動信号を出力するとともに後述する回転角度検出回路89から回転角度を入力し、入力した回転角度がコントローラ91から入力した回転角度に等しくなったタイミングで駆動信号の出力を停止する。また、モータ制御回路88は、コントローラ91から駆動開始の指令と回転方向が入力すると、モータ55に駆動信号を出力し、コントローラから駆動停止の指令が入力すると出力していた駆動信号を停止する。そして、どちらの場合においても、モータ制御回路88はモータ55内に組み込まれたエンコーダ55aが出力する信号により、モータ55の回転速度(筐体50の傾斜角変更速度)が設定された速度になるよう、駆動信号の強度を制御する。エンコーダ55aはモータ55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モータ制御回路88と後述する回転角度検出回路89に出力する。モータ制御回路88には、予めコントローラ91から入力して設定された回転速度が記憶されており、モータ55に駆動信号を出力する際、エンコーダ55aから入力するパルス列信号の単位時間当たりのパルス数を用いて回転速度を計算し、計算した回転速度が設定されている回転速度になるよう、出力する駆動信号の強度を制御する。 The tilt angle changing mechanism 5 is driven by the motor 55 to rotate, so that the drive stage 51 is driven with respect to the fixed stage 52. This is rotation around the rotation axis as described above. Change. The motor 55 is rotationally driven by a drive signal input from the motor control circuit 88. The motor control circuit 88 outputs a drive signal to the motor 55 and inputs a rotation angle from a rotation angle detection circuit 89 described later when a tilt angle change command and a rotation angle are input from the controller 91 constituting the computer device 90. When the input rotation angle becomes equal to the rotation angle input from the controller 91, the output of the drive signal is stopped. The motor control circuit 88 outputs a drive signal to the motor 55 when a drive start command and a rotation direction are input from the controller 91, and stops the output drive signal when a drive stop command is input from the controller. In either case, the motor control circuit 88 becomes the speed at which the rotational speed of the motor 55 (the tilt angle changing speed of the housing 50) is set by the signal output from the encoder 55a incorporated in the motor 55. In this way, the intensity of the drive signal is controlled. The encoder 55a outputs a pulse train signal that alternately switches between a high level and a low level to the motor control circuit 88 and a rotation angle detection circuit 89 described later each time the motor 55 rotates by a predetermined minute rotation angle. The motor control circuit 88 stores the rotational speed set in advance from the controller 91, and outputs the number of pulses per unit time of the pulse train signal input from the encoder 55a when outputting the drive signal to the motor 55. The rotational speed is calculated using the control signal, and the intensity of the output drive signal is controlled so that the calculated rotational speed becomes the set rotational speed.
回転角度検出回路89は、エンコーダ55aから入力するパルス列信号のパルス数をカウントし、モータ55の回転方向に応じてカウントアップまたはカウントダウンさせて積算カウント値とし、積算カウント値から回転角度を計算してモータ制御回路88とコントローラ91に出力する。回転角度が0となる位置は、駆動ステージ51及び筐体50が図1及び図2おいて左周りに回転し、駆動限界位置に達したときであり、これは、X線回折測定装置に電源を投入したときコントローラ91からの指令により設定される。すなわち、電源の投入時において、コントローラ91はモータ制御回路88と回転角度検出回路89に回転角度0の設定を指令する信号を出力し、この指令が入力すると、モータ制御回路88は駆動ステージ51が図1及び図2おいて左周りに回転する駆動信号を出力し、回転角度検出回路89は、エンコーダ55aから入力するパルス列信号のパルス数をカウントする。そして、回転角度検出回路89は、パルス列信号のパルス数がカウントされなくなると、積算カウント値をリセットして0にし、駆動限界位置を意味する信号をモータ制御回路88に出力する。モータ制御回路88は駆動限界位置を意味する信号が入力すると、モータ55に出力していた駆動信号を停止する。コントローラ91は回転角度0の設定を指令する信号を出力した後、回転角度検出回路89から入力する回転角度が0になると、駆動ステージ51及び筐体50が図1及び図2の状態になる(傾斜角変化範囲の中心付近の傾斜角になる)回転角度を出力する。これによりモータ制御回路88は上述したように回転角度検出回路89から入力する回転角度がコントローラ91から入力した回転角度になるまで駆動信号を出力し、駆動ステージ51及び筐体50は図1及び図2の状態になる。 The rotation angle detection circuit 89 counts the number of pulses of the pulse train signal input from the encoder 55a, counts up or down according to the rotation direction of the motor 55 to obtain an integrated count value, and calculates the rotation angle from the integrated count value. Output to the motor control circuit 88 and the controller 91. The position where the rotation angle becomes 0 is when the drive stage 51 and the housing 50 rotate counterclockwise in FIG. 1 and FIG. 2 and reach the drive limit position. Is set by a command from the controller 91. That is, when the power is turned on, the controller 91 outputs a signal for instructing the motor control circuit 88 and the rotation angle detection circuit 89 to set the rotation angle 0. When this command is input, the motor control circuit 88 causes the drive stage 51 to 1 and 2, a drive signal that rotates counterclockwise is output, and the rotation angle detection circuit 89 counts the number of pulses of the pulse train signal input from the encoder 55a. Then, when the number of pulses of the pulse train signal is not counted, the rotation angle detection circuit 89 resets the accumulated count value to 0 and outputs a signal indicating the drive limit position to the motor control circuit 88. When a signal indicating the drive limit position is input, the motor control circuit 88 stops the drive signal output to the motor 55. After the controller 91 outputs a signal instructing the setting of the rotation angle 0, when the rotation angle input from the rotation angle detection circuit 89 becomes 0, the drive stage 51 and the housing 50 are in the state shown in FIGS. Output the rotation angle (becomes a tilt angle near the center of the tilt angle change range). Thus, the motor control circuit 88 outputs a drive signal until the rotation angle input from the rotation angle detection circuit 89 becomes the rotation angle input from the controller 91 as described above, and the drive stage 51 and the housing 50 are shown in FIGS. It becomes the state of 2.
コントローラ91は、入力装置92から筐体50の傾斜角が入力されると、筐体50が入力された傾斜角になるよう、傾斜角変更の指令と回転角度をモータ制御回路88に出力する。入力装置92から入力する傾斜角は、駆動ステージ51及び筐体50が図1及び図2おいて左周りに回転し、駆動限界位置に達したときを0とした回転角度であり、回転角度検出回路89が出力する回転角度と同一である。よって、コントローラ91は入力した傾斜角をそのまま回転角度検出回路89に出力する。X線回折測定装置の筐体50は、アーム式移動装置により姿勢を変えることができるので、傾斜角は水平面に対する傾斜の角度にはならない。作業者は、後述する表示装置93に表示される現在の傾斜角とX線回折測定装置の筐体50の姿勢から入力する傾斜角を判断する。また、コントローラ91は、入力装置92から筐体50の傾斜角変化方向が入力されると、モータ制御回路88に駆動開始の指令と回転方向を出力し、入力装置92から停止指令が入力されると、モータ制御回路88に駆動停止の指令を出力する。 When the tilt angle of the housing 50 is input from the input device 92, the controller 91 outputs a tilt angle change command and a rotation angle to the motor control circuit 88 so that the housing 50 has the input tilt angle. The tilt angle input from the input device 92 is a rotation angle when the drive stage 51 and the casing 50 rotate counterclockwise in FIGS. 1 and 2 and reach the drive limit position, and the rotation angle is detected. This is the same as the rotation angle output by the circuit 89. Therefore, the controller 91 outputs the input tilt angle as it is to the rotation angle detection circuit 89. Since the attitude | position of the housing | casing 50 of an X-ray-diffraction measuring apparatus can be changed with an arm-type moving apparatus, an inclination angle does not become an angle of inclination with respect to a horizontal surface. The operator determines the tilt angle to be input from the current tilt angle displayed on the display device 93 to be described later and the attitude of the housing 50 of the X-ray diffraction measurement device. Further, when the direction of change in the tilt angle of the housing 50 is input from the input device 92, the controller 91 outputs a drive start command and a rotation direction to the motor control circuit 88, and a stop command is input from the input device 92. Then, a drive stop command is output to the motor control circuit 88.
また、コントローラ91は、回転角度検出回路89から入力する回転角度を、傾斜角として表示装置93に表示する。さらに、入力装置92から入射角設定値調整完了の指令が入力されると、回転角度検出回路89から入力している回転角度Θsを記憶する。そして、その後、回転角度検出回路89から入力する回転角度Θと、予めメモリに記憶されている入射角の設定値Ψsとを用いて、Ψ=Ψs+(Θ−Θs)なる計算から現時点のX線の入射角Ψを計算して、表示装置93に表示する。作業者は、表示装置93に表示される現時点のX線の入射角またはX線回折測定装置の筐体50の傾斜角を確認しながら、入力装置92からの入力により、X線の入射角または筐体50の傾斜角を意図する値にすることができる。 In addition, the controller 91 displays the rotation angle input from the rotation angle detection circuit 89 on the display device 93 as an inclination angle. Further, when a command for completing the adjustment of the incident angle set value is input from the input device 92, the rotation angle Θs input from the rotation angle detection circuit 89 is stored. Then, using the rotation angle Θ input from the rotation angle detection circuit 89 and the incident angle setting value Ψs stored in the memory in advance, the current X-ray is calculated from the calculation of Ψ = Ψs + (Θ−Θs). Is calculated and displayed on the display device 93. The operator confirms the current X-ray incident angle displayed on the display device 93 or the tilt angle of the housing 50 of the X-ray diffraction measurement device, and inputs the X-ray incident angle or The inclination angle of the housing 50 can be set to an intended value.
X線出射器10は、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線を図示下方向に出射する。X線制御回路71は、コントローラ91から指令が入力すると、X線出射器10から一定強度の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。 The X-ray emitter 10 extends in the left-right direction in the figure at the upper part in the case 50 and is fixed to the case 50. The X-ray emitter 10 is supplied with a high voltage from a high-voltage power supply 95 and receives X-rays at the bottom. Emits in the direction. When a command is input from the controller 91, the X-ray control circuit 71 outputs a driving current supplied to the X-ray emitter 10 from the high voltage power supply 95 so that X-rays with a constant intensity are emitted from the X-ray emitter 10. Control drive voltage. In addition, the X-ray emitter 10 includes a cooling device (not shown), and the X-ray control circuit 71 also controls a drive signal supplied to the cooling device.
テーブル駆動機構20は、筐体50に固定され、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、テーブル駆動機構20における対向する1対の板状のガイド25,25により挟まれていて、テーブル駆動機構20に固定されたフィードモータ22、スクリューロッド23及び軸受部24により、出射X線の光軸が含まれる筐体50の側面壁に平行な平面内であって、出射X線の光軸に垂直な方向に移動する。フィードモータ22内には、エンコーダ22aが組み込まれており、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。 The table driving mechanism 20 is fixed to the housing 50 and includes a moving stage 21 below the X-ray emitter 10. The moving stage 21 is sandwiched between a pair of opposed plate-like guides 25, 25 in the table driving mechanism 20, and is output by a feed motor 22, a screw rod 23, and a bearing portion 24 fixed to the table driving mechanism 20. It moves in a plane parallel to the side wall of the housing 50 including the X-ray optical axis and in a direction perpendicular to the optical axis of the outgoing X-ray. An encoder 22a is incorporated in the feed motor 22, and the encoder 22a outputs a pulse train signal that alternately switches between a high level and a low level each time the feed motor 22 rotates by a predetermined minute rotation angle. And output to the feed motor control circuit 73.
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、移動ステージ21をフィードモータ22側へ移動させるようフィードモータ22に駆動信号を出力し、位置検出回路72は、移動ステージ21が移動限界位置に達して、エンコーダ22aからパルス列信号が入力されなくなると、駆動信号停止を意味する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、これにより駆動信号の出力を停止する。この移動限界位置が移動ステージ21の原点位置となり、位置検出回路72は、以後、移動ステージ21が移動するごとにエンコーダ22aからのパルス列信号をカウントし、移動方向によりカウント値を加算または減算して移動限界位置からの移動距離x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の移動先位置を入力すると、位置検出回路72から入力する位置信号が入力した移動先位置に等しくなるまで、フィードモータ22を正転又は逆転駆動する。 また、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の移動速度を入力すると、エンコーダ22aから入力したパルス列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、計算した移動速度が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。 The position detection circuit 72 and the feed motor control circuit 73 operate according to commands from the controller 91. Immediately after the start of measurement, the feed motor control circuit 73 outputs a drive signal to the feed motor 22 so as to move the moving stage 21 toward the feed motor 22, and the position detection circuit 72 indicates that the moving stage 21 has reached the movement limit position. When the pulse train signal is no longer input from the encoder 22a, a signal indicating that the drive signal is stopped is output to the feed motor control circuit 73, and the count value is set to “0”. Thus, the feed motor control circuit 73 stops outputting the drive signal. This movement limit position becomes the origin position of the moving stage 21, and the position detection circuit 72 thereafter counts the pulse train signal from the encoder 22a every time the moving stage 21 moves, and adds or subtracts the count value depending on the moving direction. The movement distance x from the movement limit position is output as a position signal. When the feed motor control circuit 73 inputs the destination position of the moving stage 21 from the controller 91, the feed motor 22 is driven forward or backward until the position signal input from the position detection circuit 72 becomes equal to the input destination position. To do. Further, when the moving speed of the moving stage 21 is input from the controller 91, the feed motor control circuit 73 calculates the moving speed of the moving stage 21 using the number of pulses per unit time of the pulse train signal input from the encoder 22a. The feed motor 22 is driven so that the calculated movement speed becomes the input movement speed.
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おり、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、出射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スピンドルモータ27が組み付けられており、スピンドルモータ27の出力軸27aは円筒状で断面円形の貫通孔27a1を有する。スピンドルモータ27の出力軸27aの反対側には、貫通孔27bが設けられ、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。 The upper ends of the pair of guides 25, 25 are connected by a plate-like upper wall 26, and a through hole 26 a is provided in the upper wall 26, and the center position of the through hole 26 a is the emission of the X-ray emitter 10. Opposite the center position of the mouth 11, the outgoing X-rays enter the table drive mechanism 20 through the outgoing opening 11 and the through hole 26a. In a state where an imaging plate 15 to be described later is in the diffraction ring imaging position (the state shown in FIGS. 1 to 3), a through hole is formed at a position facing the through hole 26a of the moving stage 21 as shown in an enlarged view in FIG. 21a is formed. The moving stage 21 is assembled with a spindle motor 27 whose center of rotation is the position of the central axis of the emission port 11 and the through holes 26a, 21a. The output shaft 27a of the spindle motor 27 is cylindrical and has a circular cross section. Have A through hole 27b is provided on the opposite side of the output shaft 27a of the spindle motor 27, and a cylindrical passage member 28 for reducing the inner diameter of a part of the through hole 27b is provided on the inner peripheral surface of the through hole 27b. Is fixed.
また、スピンドルモータ27内にはエンコーダ27cが組み込まれ、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。 An encoder 27c is incorporated in the spindle motor 27. The encoder 27c controls a pulse train signal that alternately switches between a high level and a low level every time the spindle motor 27 rotates by a predetermined minute rotation angle. It outputs to the circuit 74 and the rotation angle detection circuit 75. Furthermore, the encoder 27c outputs an index signal that switches from the low level to the high level for a predetermined short period of time for each rotation of the spindle motor 27 to the controller 91 and the rotation angle detection circuit 75.
スピンドルモータ制御回路74は、コントローラ91から回転速度を入力すると、エンコーダ27cから入力するパルス列信号の単位時間当たりのパルス数から計算される回転速度が、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27に出力する。回転角度検出回路75は、エンコーダ27cから入力するパルス列信号のパルス数をカウントし、そのカウント値から回転角度θpを計算してコントローラ91に出力する。また、回転角度検出回路75は、エンコーダ27cからインデックス信号を入力すると、カウント値をリセットして「0」にする。これが回転角度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。この位置はイメージングプレート15の各半径位置ごとにあるためラインであり、以後このラインを回転基準位置のラインという。 When the rotation speed is input from the controller 91, the spindle motor control circuit 74 outputs a drive signal so that the rotation speed calculated from the number of pulses per unit time of the pulse train signal input from the encoder 27c becomes the input rotation speed. Output to the spindle motor 27. The rotation angle detection circuit 75 counts the number of pulses of the pulse train signal input from the encoder 27c, calculates the rotation angle θp from the count value, and outputs it to the controller 91. In addition, when the index signal is input from the encoder 27c, the rotation angle detection circuit 75 resets the count value to “0”. This is the position at a rotation angle of 0 °. Note that the position of the imaging plate 15 at a rotation angle of 0 ° means that the laser beam is irradiated when an index signal is input when a diffraction ring formed on the imaging plate 15 is read by laser irradiation from a laser detection device 30 described later. It is a position that has been. This position is a line because it is at each radial position of the imaging plate 15, and this line is hereinafter referred to as a rotation reference position line.
テーブル16は、円形状であり、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は、下面中央部から下方へ突出した突出部17を有し、突出部17の外周面には、ねじ山が形成されている。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。 The table 16 has a circular shape and is fixed to the tip of the output shaft 27 a of the spindle motor 27. The table 16 has a protruding portion 17 that protrudes downward from the central portion of the lower surface, and a thread is formed on the outer peripheral surface of the protruding portion 17. An imaging plate 15 is attached to the lower surface of the table 16. A through hole 15 a is provided in the center of the imaging plate 15, and the projection 17 is passed through the through hole 15 a, and a nut-shaped fixture 18 is screwed onto the outer peripheral surface of the projection 17, thereby imaging plate 15. Is fixed between the fixture 18 and the table 16. The fixture 18 is a cylindrical member, and a thread corresponding to the thread of the protrusion 17 is formed on the inner peripheral surface.
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18aの内径は通路部材28の内径と同じである。すなわち、出射X線は、貫通孔26a,21a,通路部材28,貫通孔27b,27a1,16a,17a,18aを介して出射され、通路部材28の内径及び貫通孔18aの内径は小さいので、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、筐体50の円形孔50c1から出射される。 The table 16, the protruding portion 17, and the fixture 18 are also provided with through holes 16 a, 17 a, and 18 a, and the inner diameter of the through hole 18 a is the same as the inner diameter of the passage member 28. That is, the emitted X-rays are emitted through the through holes 26a and 21a, the passage member 28, the through holes 27b, 27a1, 16a, 17a and 18a, and the inner diameter of the passage member 28 and the inner diameter of the through hole 18a are small. The X-ray emitted from the hole 18a becomes parallel light parallel to the axis of the through hole 27a1, and is emitted from the circular hole 50c1 of the housing 50.
イメージングプレート15は、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、回折環撮像位置へ移動し、また、後述する撮像した回折環を読み取る回折環読取り領域、及び回折環を消去する回折環消去領域へ移動する。この移動において、イメージングプレート15の中心軸は、出射X線の光軸とイメージングプレート15における回転基準位置のラインとが含まれる平面内に保たれた状態で、出射X線の光軸に垂直な方向に移動する。 The imaging plate 15 moves to the diffraction ring imaging position together with the moving stage 21, the spindle motor 27, and the table 16, and also includes a diffraction ring reading region for reading the imaged diffraction ring, which will be described later, and a diffraction ring erasing region for erasing the diffraction ring. Move to. In this movement, the central axis of the imaging plate 15 is perpendicular to the optical axis of the outgoing X-ray while being maintained in a plane including the optical axis of the outgoing X-ray and the line of the rotation reference position in the imaging plate 15. Move in the direction.
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、イメージングプレート15が発光した光の強度を検出する。レーザ検出装置30は、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側に充分離れており、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、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等を備えた光ヘッドであり、光ディスクの記録再生に用いられるものと同様な構成である。 レーザ駆動回路77は、コントローラ91から指令が入力すると、フォトディテクタ42から入力する信号の強度が所定の強度になるようレーザ光源31に駆動信号を出力し。レーザ光源31からは一定強度のレーザ光が出射される。フォトディテクタ42は後述するダイクロイックミラー34で微量が反射し、集光レンズ41を介して受光したレーザ光の強度に相当する強度の信号を出力するが、ダイクロイックミラー34での反射の割合は一定であるので、出射したレーザ光の強度に相当する強度の信号を出力すると見なせる。コリメートレンズ32はレーザ光を平行光にし、反射鏡33はレーザ光を、ダイクロイックミラー34に向けて反射し、ダイクロイックミラー34は、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、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。対物レンズ36には、フォーカスアクチュエータ37が組み付けられており。後述するフォーカスサーボにより、レーザ光の焦点は常にイメージングプレート15の表面に合致する。 The laser detection device 30 irradiates the imaging plate 15 that images the diffraction ring with laser light, and detects the intensity of the light emitted from the imaging plate 15. The laser detection device 30 is sufficiently separated from the imaging plate 15 at the diffraction ring imaging position toward the feed motor 22 so that the X-ray diffracted by the measurement object OB is not blocked by the laser detection device 30. . The laser detection device 30 is an optical head including a laser light source 31, a collimating lens 32, a reflecting mirror 33, a dichroic mirror 34, an objective lens 36, and the like, and has the same configuration as that used for recording and reproduction of an optical disc. When a command is input from the controller 91, the laser drive circuit 77 outputs a drive signal to the laser light source 31 so that the intensity of the signal input from the photodetector 42 becomes a predetermined intensity. Laser light with a constant intensity is emitted from the laser light source 31. The photodetector 42 reflects a small amount by a dichroic mirror 34 to be described later, and outputs a signal having an intensity corresponding to the intensity of the laser beam received through the condenser lens 41, but the ratio of reflection at the dichroic mirror 34 is constant. Therefore, it can be considered that a signal having an intensity corresponding to the intensity of the emitted laser light is output. The collimating lens 32 collimates the laser light, the reflecting mirror 33 reflects the laser light toward the dichroic mirror 34, and the dichroic mirror 34 transmits most of the incident laser light (for example, 95%) as it is. The objective lens 36 focuses the laser light on the surface of the imaging plate 15. A focus actuator 37 is assembled to the objective lens 36. The focus of the laser light always matches the surface of the imaging plate 15 by a focus servo described later.
集光されたレーザ光が、イメージングプレート15の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、回折環撮像時における回折X線の強度に応じた光が発生する。この輝尽発光により発生した光はレーザ光の波長よりも波長が短く、レーザ光の反射光と共に対物レンズ36を通過するが、ダイクロイックミラー34にて大部分が反射し、レーザ光の反射光は大部分が透過する。ダイクロイックミラー34で反射した光は、集光レンズ38、シリンドリカルレンズ39を介してフォトディテクタ40に入射する。フォトディテクタ40は、4つの同一正方形状の受光素子からなる4分割受光素子からなり、4つの受光信号(a,b,c,d)を増幅回路78に出力する。なお、シリンドリカルレンズ39は非点収差を生じさせるためにある。 When the focused laser beam is applied to the portion of the imaging plate 15 where the diffractive ring is imaged, a photo-stimulated luminescence phenomenon occurs, corresponding to the intensity of the diffracted X-ray at the time of diffractive ring imaging. Light is generated. The light generated by the stimulated light emission has a wavelength shorter than that of the laser light and passes through the objective lens 36 together with the reflected light of the laser light, but most of the light is reflected by the dichroic mirror 34, and the reflected light of the laser light is Most are transparent. The light reflected by the dichroic mirror 34 enters the photodetector 40 via the condenser lens 38 and the cylindrical lens 39. The photodetector 40 includes a four-part light receiving element including four light receiving elements having the same square shape, and outputs four light receiving signals (a, b, c, d) to the amplifier circuit 78. The cylindrical lens 39 is used to cause astigmatism.
増幅回路78は、入力した4つの受光信号(a,b,c,d)を増幅して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。フォーカスエラー信号生成回路79は、非点収差法におけるフォーカスエラー信号を生成してフォーカスサーボ回路81へ出力する。フォーカスサーボ回路81は、コントローラ91により指令が入力すると作動開始し、入力した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、入力した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、これにより、レーザ光の焦点は常にイメージングプレート15の表面に合致する。 The amplifier circuit 78 amplifies the four received light signals (a, b, c, d) and outputs them to the focus error signal generation circuit 79 and the SUM signal generation circuit 80. The focus error signal generation circuit 79 generates a focus error signal in the astigmatism method and outputs the focus error signal to the focus servo circuit 81. The focus servo circuit 81 starts to operate when a command is input from the controller 91, generates a focus servo signal based on the input focus error signal, and outputs the focus servo signal to the drive circuit 82. The drive circuit 82 drives the focus actuator 37 in accordance with the input focus servo signal to displace the objective lens 36 in the direction of the optical axis of the laser beam, so that the focal point of the laser beam is always on the surface of the imaging plate 15. Match.
SUM信号生成回路80は、入力した4つの受光信号を合算してSUM信号を生成し、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にて反射する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、撮像された回折環における回折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から指令が入力すると、入力するSUM信号の瞬時値をデジタルデータに変換してコントローラ91に出力する。 The SUM signal generation circuit 80 adds the four received light reception signals to generate a SUM signal and outputs it to the A / D conversion circuit 83. The intensity of the SUM signal is equivalent to the intensity of a small amount of laser light reflected by the imaging plate 15 and reflected by the dichroic mirror 34 and the intensity of light generated by the stimulated emission. Since the intensity of the reflected laser beam is substantially constant, the intensity of the SUM signal corresponds to the intensity of the light generated by the stimulated emission. That is, the intensity of the SUM signal corresponds to the intensity of diffracted X-rays in the imaged diffraction ring. When a command is input from the controller 91, the A / D conversion circuit 83 converts the instantaneous value of the input SUM signal into digital data and outputs it to the controller 91.
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から指令を入力すると、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。 Further, an LED light source 43 is provided adjacent to the objective lens 36. The LED light source 43 is controlled by the LED drive circuit 84 to emit visible light and erase the diffraction ring imaged on the imaging plate 15. When the LED drive circuit 84 receives a command from the controller 91, the LED drive circuit 84 supplies the LED light source 43 with a drive signal for generating visible light having a predetermined intensity.
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、移動ステージ21とテーブル駆動機構20の上壁26の下面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、移動ステージ21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、上壁26の下面に平行な面内を回転する。移動ステージ21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が上壁26の貫通孔26a及び移動ステージ21の貫通孔21aに対向する位置(A位置)で静止するように、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が上壁26の貫通孔26aと移動ステージ21の貫通孔21aとの間を遮断しない位置(B位置)で静止するように、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るが、プレート45がA位置にあるとき、その一部は、出射X線と同様の経路で貫通孔18aから出射するので、出射X線と同様、貫通孔27a1の軸線に平行な平行光になる。 The X-ray diffraction measurement apparatus has an LED light source 44. As shown in FIGS. 2 to 4, the LED light source 44 is fixed to the lower surface of one end portion of the plate 45 disposed between the moving stage 21 and the lower surface of the upper wall 26 of the table driving mechanism 20. The plate 45 is fixed to an output shaft 46 a of a motor 46 fixed in the moving stage 21, and rotates in a plane parallel to the lower surface of the upper wall 26 by the rotation of the motor 46. The moving stage 21 is provided with stopper members 47a and 47b. When the plate 45 is rotated in the direction D1 in FIG. 4, the LED light source 44 causes the through hole 26a of the upper wall 26 and the moving stage 21 to move. The rotation of the plate 45 is regulated so that it stops at a position (position A) facing the through hole 21a. On the other hand, the stopper member 47b is a position (B position) where the plate 45 does not block between the through hole 26a of the upper wall 26 and the through hole 21a of the moving stage 21 when the plate 45 is rotated in the direction D2 in FIG. The rotation of the plate 45 is restricted so as to be stationary. In other words, the A position is a position where the plate 45 is in the state shown in FIGS. 2 and 3, and the LED light emitted from the LED light source 44 enters the passage of the passage member 28 provided in the through hole 27 a 1 of the spindle motor 27. This is the incident position. The B position is a position where X-rays emitted from the X-ray emitter 10 are not blocked by the plate 45. The LED light source 44 emits LED light according to a drive signal from an LED drive circuit 85 that is controlled by the controller 91. Although the LED light is a diffusing visible light, when the plate 45 is at the A position, a part of the light is emitted from the through hole 18a through the same path as the outgoing X-ray, so that the through hole 27a1 is the same as the outgoing X-ray. Becomes parallel light parallel to the axis.
モータ46はエンコーダ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令が入力されると、モータ46に駆動信号を出力し、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。 The motor 46 includes an encoder 46b. The encoder 46b outputs a pulse train signal that alternately switches between a high level and a low level to the rotation control circuit 86 every time the motor 46 rotates by a predetermined minute rotation angle. When a rotation direction and a rotation start command are input from the controller 91, the rotation control circuit 86 outputs a drive signal to the motor 46 to rotate the motor 46 in the indicated direction. When the input of the pulse train signal from the encoder 46b is stopped, the output of the drive signal is stopped. Thereby, the plate 45 can be rotated to the A position and the B position, respectively.
筐体50の切欠き部壁50cには結像レンズ48が設けられ、筐体50内部には撮像器49が設けられている。撮像器49は、CCD受光器又はCMOS受光器で構成され、各撮像素子ごとの受光強度に相当する強度の信号をセンサ信号取出回路87に出力する。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光の照射点を中心とした領域の画像を撮像するデジタルカメラとして機能する。イメージングプレート15に対して設定された位置とは、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までの垂直距離が、予め決められた設定値Lとなる位置である。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、前記照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の各撮像素子ごとの信号強度データを、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。 An imaging lens 48 is provided on the notch wall 50 c of the housing 50, and an imager 49 is provided inside the housing 50. The image pickup device 49 is constituted by a CCD light receiver or a CMOS light receiver, and outputs a signal having an intensity corresponding to the light reception intensity of each image pickup device to the sensor signal extraction circuit 87. The imaging lens 48 and the imager 49 function as a digital camera that captures an image of a region around the irradiation point of the LED light on the measurement object OB located at a position set with respect to the imaging plate 15. The position set with respect to the imaging plate 15 is a position where the vertical distance from the irradiation point of the X-ray and LED light on the measurement object OB to the imaging plate 15 becomes a predetermined set value L. In this case, the depth of field by the imaging lens 48 and the imager 49 is set in a range before and after the irradiation point. The sensor signal extraction circuit 87 outputs the signal intensity data for each image pickup device of the image pickup device 49 to the controller 91 together with data for knowing the position (that is, pixel position) of each image pickup device.
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とともに、こ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光の照射点であるように調整されている。さらに、X線及びLED光の測定対象物OBに対する入射角度が設定値であるとき、結像レンズ48の光軸と測定対象物OBのX線及びLED光の照射点における法線方向とが成す角度は前記入射角度に等しい角度であるようにされている。したがって、測定対象物OBにおけるX線及びLED光の照射点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り、LED光が測定対象物OBに設定された入射角度で照射された場合には、撮影画像におけるLED光の照射点と測定対象物OBで反射したLED光の受光点は同じ位置に生じる。測定対象物OBに照射されるLED光は平行光であるので、照射点において、LED光は散乱光と、略平行光のまま反射する反射光を発生させるが、散乱光のうち結像レンズ48に入射した光は撮像器49の位置で結像して照射点の画像となり、結像レンズ48に入射した反射光は結像レンズ48により集光されて撮像器49で受光され、受光点の画像となる。そして、LED光の照射点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り、LED光が測定対象物OBに設定された入射角度で照射されたとき、結像レンズ48に入射する散乱光の光軸と反射光の光軸は、いずれも結像レンズ48の光軸と一致するため、照射点の画像と受光点の画像は同じ位置であるとともに、結像レンズ48の光軸が撮臓器49と交差する所定の位置に生じる。よって、撮影画像におけるLED光の照射点と受光点が撮影画像上の所定の位置に生じるよう、X線回折測定装置の筐体50の位置と姿勢を調整することで、X線及びLED光の照射点からイメージングプレート15までの距離を設定値Lにし、X線の入射角を設定値にすることができる。 The optical axis of the imaging lens 48 is included in a plane including the optical axis of the X-rays emitted from the X-ray emitter 10 and the rotation reference position line of the imaging plate 15. The point at which the optical axes of the X-rays and LED light irradiated on the OB intersect is adjusted to be the irradiation point of the X-rays and LED light on the measurement object OB at the position set with respect to the imaging plate 15. Yes. Furthermore, when the incident angle of the X-ray and LED light with respect to the measurement object OB is a set value, the optical axis of the imaging lens 48 and the normal direction at the irradiation point of the X-ray and LED light of the measurement object OB are formed. The angle is made equal to the incident angle. Therefore, when the irradiation point of the X-ray and LED light on the measurement object OB is at a position set with respect to the imaging plate 15, and the LED light is irradiated at the incident angle set on the measurement object OB, The irradiation point of the LED light in the photographed image and the reception point of the LED light reflected by the measurement object OB are generated at the same position. Since the LED light applied to the measurement object OB is parallel light, the LED light generates scattered light and reflected light that is reflected substantially as parallel light at the irradiation point. The incident light is imaged at the position of the image pickup device 49 to form an image of the irradiation point, and the reflected light incident on the image forming lens 48 is collected by the image forming lens 48 and received by the image pickup device 49. It becomes an image. And when the irradiation point of LED light exists in the position set with respect to the imaging plate 15, and LED light is irradiated with the incident angle set to the measuring object OB, the scattered light which injects into the imaging lens 48 is shown. Since both the optical axis and the optical axis of the reflected light coincide with the optical axis of the imaging lens 48, the image of the irradiation point and the image of the light receiving point are at the same position, and the optical axis of the imaging lens 48 is the imaging organ. It occurs at a predetermined position that intersects 49. Therefore, by adjusting the position and orientation of the housing 50 of the X-ray diffraction measurement device so that the irradiation point and the light receiving point of the LED light in the captured image occur at predetermined positions on the captured image, the X-ray and LED light The distance from the irradiation point to the imaging plate 15 can be set to the set value L, and the incident angle of X-rays can be set to the set value.
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、作動指令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及び受光点を含む画像に加えて、LED光の照射点及び受光点を合致させるべき位置を示す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。 The computer device 90 includes a controller 91, an input device 92, and a display device 93. The controller 91 is an electronic control unit mainly including a microcomputer including a CPU, ROM, RAM, a large capacity storage device, and the like, and executes various programs stored in the large capacity storage device to perform an X-ray diffraction measurement device. Control the operation of The input device 92 is connected to the controller 91 and is used by an operator for inputting various parameters, operation commands, and the like. In addition to the image including the irradiation point and the light receiving point imaged by the imager 49, the display device 93 displays a mark indicating the position where the LED light irradiation point and the light receiving point should be matched. Further, the display device 93 visually notifies the operator of various setting situations, operating situations, measurement results, and the like. The high voltage power supply 95 supplies the X-ray emitter 10 with a high voltage and current for X-ray emission.
次に、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、X線回折測定装置の位置と姿勢を調整したうえで、測定対象物OBの3軸残留応力を測定するためのX線回折測定を行う具体的方法について説明する。作業者は、X線回折測定システムを測定対象物OBがある場所まで運搬し、アーム式移動装置を測定対象物OBの近傍の適切な箇所に固定する。そして、アーム式移動装置を操作して、おおよそでX線回折測定装置から出射されるX線が測定対象物OBの測定箇所に目的の方向から照射されるとともに、X線照射点からイメージングプレート15までの距離が設定値L付近になるようにする。この後、X線回折測定は、図5に示されるように、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及び回折環消去工程S4が行われ、測定が1回目であると入射角変更工程S6を行った後、再度、回折環撮像工程S2、回折環読取り工程S3及び回折環消去工程S4が行われ、3軸残留応力計算工程S7が行われることで実施される。なお、各工程において、先行技術文献の特許文献1で既に詳細に説明されている箇所は、簡略的に説明するにとどめる。 Next, using the X-ray diffraction measurement system including the X-ray diffraction measurement apparatus configured as described above, the position and orientation of the X-ray diffraction measurement apparatus are adjusted, and then the triaxial residual stress of the measurement object OB is measured. A specific method for performing X-ray diffraction measurement for measurement will be described. The operator transports the X-ray diffraction measurement system to a place where the measurement object OB is present, and fixes the arm type moving device to an appropriate location near the measurement object OB. Then, by operating the arm type moving device, approximately the X-rays emitted from the X-ray diffraction measurement device are irradiated to the measurement location of the measurement object OB from the target direction, and from the X-ray irradiation point to the imaging plate 15. Until the distance is about the set value L. Thereafter, as shown in FIG. 5, the X-ray diffraction measurement includes the position / orientation adjustment step S1, the diffraction ring imaging step S2, the diffraction ring reading step S3, and the diffraction ring elimination step S4, and is the first measurement. After performing the incident angle changing step S6, the diffraction ring imaging step S2, the diffraction ring reading step S3, and the diffraction ring erasing step S4 are performed again, and the triaxial residual stress calculating step S7 is performed. In each step, the portions already described in detail in Patent Document 1 of the prior art document will be simply described.
位置姿勢調整工程S1は、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する工程である。作業者は、入力装置92から位置姿勢の調整を行うことを入力すると、コントローラ91は、各回路に指令を出力し、イメージングプレート15を回折環撮像位置(図1乃至図3の状態)に移動させ、モータ46を駆動させてプレート45をA位置まで回転させ、LED光源44を点灯させる。これにより平行光であるLED光が筐体50の円形孔50c1から外部へ出射され、測定対象物OBの測定箇所付近に照射される。さらに、コントローラ91は、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、この撮像信号から作成した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、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、十字マークが表示される。 The position and orientation adjustment step S1 is a step of adjusting the position and orientation of the X-ray diffraction measurement apparatus (housing 50) with respect to the measurement object OB. When the operator inputs an adjustment of the position and orientation from the input device 92, the controller 91 outputs a command to each circuit, and moves the imaging plate 15 to the diffraction ring imaging position (state shown in FIGS. 1 to 3). Then, the motor 46 is driven to rotate the plate 45 to the A position, and the LED light source 44 is turned on. As a result, LED light, which is parallel light, is emitted from the circular hole 50c1 of the housing 50 to the outside, and is irradiated near the measurement location of the measurement object OB. Furthermore, the controller 91 causes the image pickup signal from the image pickup device 49 to be output from the sensor signal extraction circuit 87 to the controller 91 and causes the display device 93 to display an image near the irradiation position of the LED light created from this image pickup signal. At this time, the displayed image has a cross mark at a position on the captured image corresponding to the position where the optical axis of the imaging lens 48 intersects the image pickup device 49 independently of the image displayed by the imaging signal. Is displayed.
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、LED光の照射点からイメージングプレート15までの距離が設定値Lであるときに、照射点が撮像される位置であると同時に、該距離が設定値Lであり、LED光が測定対象物OBに設定された入射角度で入射されるとき、受光点が撮像される位置である。また、十字マークのY軸は、出射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が撮臓器49と交差するラインに相当し、十字マークのY軸方向がLED光及びX線の照射方向であり、この方向を測定対象物OBに投影させた方向が残留垂直応力σxの測定方向である。 In this case, the cross point of the cross mark is located at the center of the screen of the display device 93, the X-axis direction of the cross mark corresponds to the horizontal direction of the screen, and the Y-axis direction of the cross mark corresponds to the vertical direction of the screen. The cross point of the cross mark is a position where the irradiation point is imaged when the distance from the LED light irradiation point to the imaging plate 15 is the set value L, and at the same time the distance is the set value L. When the LED light is incident on the measurement object OB at the incident angle set, the light receiving point is a position to be imaged. The Y axis of the cross mark corresponds to a line in which the plane including the optical axis of the emitted X-ray and the rotation reference position line of the imaging plate 15 intersects the imaging organ 49, and the Y axis direction of the cross mark is the LED light and This is the X-ray irradiation direction, and the direction in which this direction is projected onto the measurement object OB is the measurement direction of the residual normal stress σx.
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してX線回折測定装置(筐体50)の位置と姿勢を調整し、画面上におけるLED光の照射点が測定対象物OBの目的とする測定箇所になるとともに、十字マークのクロス点と合致し、受光点が十字マークのクロス点と合致するようにする。これにより、出射X線は測定対象物OBの目的とする測定箇所に照射され、X線照射点からイメージングプレート15までの距離は設定値Lになり、測定対象物OBに対するX線の入射角は設定値になる。 While viewing the image displayed on the display device 93, the operator operates the arm type moving device to adjust the position and posture of the X-ray diffraction measurement device (housing 50), and irradiates the LED light on the screen. Becomes the target measurement location of the measurement object OB, matches the cross point of the cross mark, and makes the light receiving point match the cross point of the cross mark. As a result, the emitted X-ray is irradiated to the target measurement location of the measurement object OB, the distance from the X-ray irradiation point to the imaging plate 15 becomes the set value L, and the incident angle of the X-ray with respect to the measurement object OB is It becomes a set value.
作業者は、LED光の照射点と受光点が十字マークのクロス点と合致すると、入力装置92から入射角設定値調整完了の指令を入力する。これにより、コントローラ91は、回転角度検出回路89から入力している回転角度Θsを記憶し、これ以降、回転角度検出回路89から入力する回転角度Θと、予めメモリに記憶されている入射角の設定値Ψsとを用いて、Ψ=Ψs+(Θ−Θs)なる計算から現時点のX線の入射角Ψを計算して、表示装置93に表示する。作業者はX線の入射角を設定値以外の入射角にしたいときは、入力装置92から傾斜角を入力するか傾斜角変更方向を入力して傾斜角変更機構5のモータ55を駆動させ、X線回折測定装置の筐体50の傾斜角を変更する。上述した調整でX線照射点からイメージングプレート15までの距離は設定値Lになっているので、傾斜角変更機構5の駆動ステージ51の傾斜角を変更するときの回転軸は、X線照射点(LED光の照射点)と一致している。よって、X線回折測定装置の筐体50の傾斜角を変更してもX線照射点は変化せず、X線の入射角のみが変化する。 When the irradiation point and the light receiving point of the LED light coincide with the cross point of the cross mark, the operator inputs a command for completing the adjustment of the incident angle setting value from the input device 92. Thereby, the controller 91 stores the rotation angle Θs input from the rotation angle detection circuit 89, and thereafter, the rotation angle Θ input from the rotation angle detection circuit 89 and the incident angle stored in the memory in advance. Using the set value Ψs, the current incident angle Ψ of the X-ray is calculated from the calculation Ψ = Ψs + (Θ−Θs) and displayed on the display device 93. When the operator wants to make the incident angle of X-rays other than the set value, he / she inputs the tilt angle from the input device 92 or inputs the tilt angle changing direction to drive the motor 55 of the tilt angle changing mechanism 5, The inclination angle of the housing 50 of the X-ray diffraction measurement apparatus is changed. Since the distance from the X-ray irradiation point to the imaging plate 15 is set to the set value L by the adjustment described above, the rotation axis when changing the tilt angle of the drive stage 51 of the tilt angle changing mechanism 5 is the X-ray irradiation point. It corresponds to (irradiation point of LED light). Therefore, even if the inclination angle of the housing 50 of the X-ray diffraction measurement apparatus is changed, the X-ray irradiation point does not change, and only the X-ray incident angle changes.
X線回折測定装置の筐体50の位置と姿勢の調整が終了すると、作業者は入力装置92から位置姿勢の調整終了を入力する。これにより、コントローラ91は、各回路に指令を出力し、LED光源44を消灯させ、撮像信号の出力を停止させ、モータ46を駆動させてプレート45をB位置まで回転させる。これにより、X線出射器10からのX線が移動ステージ21の貫通孔21aに入射され得る状態となる。さらに、コントローラ91は、回転角度検出回路89から入力している回転角度と表示装置93に表示している現時点のX線の入射角Ψ1を記憶する。 When the adjustment of the position and orientation of the housing 50 of the X-ray diffraction measurement apparatus is completed, the operator inputs the end of adjustment of the position and orientation from the input device 92. Thus, the controller 91 outputs a command to each circuit, turns off the LED light source 44, stops outputting the imaging signal, drives the motor 46, and rotates the plate 45 to the B position. As a result, the X-ray from the X-ray emitter 10 can enter the through hole 21 a of the moving stage 21. Further, the controller 91 stores the rotation angle input from the rotation angle detection circuit 89 and the current X-ray incident angle Ψ 1 displayed on the display device 93.
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(本実施形態では、鉄)を入力し、測定開始を入力する。これにより、コントローラ91は、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、回折環の読取り時において回転角度0°となる状態で、イメージングプレート15に回折環が撮像されるようになる。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る。これにより、測定対象物OBにおけるX線照射点で発生した回折X線により、イメージングプレート15に回折環が撮像されていく。そして、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。 In the next diffraction ring imaging step S2, the operator inputs the material of the measurement object OB (in this embodiment, iron) from the input device 92, and inputs the start of measurement. Accordingly, the controller 91 controls the spindle motor control circuit 74 to rotate the imaging plate 15 at a low speed, and stops the rotation of the imaging plate 15 when the index signal is input from the encoder 27c. Thereby, the diffraction ring is imaged on the imaging plate 15 in a state where the rotation angle is 0 ° at the time of reading the diffraction ring. Next, the controller 91 controls the X-ray control circuit 71 to cause the X-ray emitter 10 to start emitting X-rays. Thereby, the diffraction ring is imaged on the imaging plate 15 by the diffracted X-rays generated at the X-ray irradiation point in the measurement object OB. Then, after a predetermined time has elapsed, the X-ray control circuit 71 is controlled to cause the X-ray emitter 10 to stop emitting X-rays.
次にコントローラ91は、自動または作業者の入力により回折環読取り工程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。読取り開始位置とは、レーザ光の照射位置が回折環基準半径Roの円に対して若干だけ内側になるような位置である。回折環基準半径Roとは、測定対象物OBの残留応力が「0」であるときに、イメージングプレート15上に形成される回折環の半径であり、測定対象物OBにおけるX線の回折角度2Θ0(Θ0はブラッグ角)及び距離IP−OBの設定値LからRo=L・tan(2Θ0)の計算式で計算される。そして、X線の回折角度2Θ0は測定対象物OBの材質で決まり、距離Lは設定値に調整されているので、測定対象物OBの材質ごとに予め回折角2Θ0を記憶しておけば、測定対象物OBの材質を入力することで回折環基準半径Roは計算できる。 Next, the controller 91 executes the diffraction ring reading step S3 automatically or by operator input. The controller 91 controls the feed motor control circuit 73 to move the imaging plate 15 to the reading start position in the diffraction ring reading region. The reading start position is a position where the irradiation position of the laser beam is slightly inside the circle with the diffraction ring reference radius Ro. The diffraction ring reference radius Ro is the radius of the diffraction ring formed on the imaging plate 15 when the residual stress of the measurement object OB is “0”, and the X-ray diffraction angle 2Θ on the measurement object OB. 0 (Θ 0 is a Bragg angle) and the set value L of the distance IP-OB are calculated by the following formula: Ro = L · tan (2Θ 0 ). The X-ray diffraction angle 2Θ 0 is determined by the material of the measurement object OB, and the distance L is adjusted to a set value. Therefore, if the diffraction angle 2Θ 0 is stored in advance for each material of the measurement object OB, The diffraction ring reference radius Ro can be calculated by inputting the material of the measurement object OB.
次に、コントローラ91は、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を所定の回転速度で回転させ、レーザ駆動回路77を制御してレーザ検出装置30からレーザ光をイメージングプレート15に照射させ、フォーカスサーボ回路81を制御してフォーカスサーボを開始させる。さらに、回転角度検出回路75を制御して、スピンドルモータ27(イメージングプレート15)の回転角度θpの出力を開始させ、A/D変換回路83を制御して、SUM信号の瞬時値Iのデータ出力を開始させ、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、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、A/D変換回路83が出力するSUM信号の瞬時値Iのデータと、回転角度検出回路75が出力する回転角度θpのデータと位置検出回路72が出力する移動距離xのデータとを入力し、それぞれのデータを対応させて記憶する。なお、移動距離xはレーザ光照射位置の径方向距離r(半径値r)に変換したうえで記憶する。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いく。 Next, the controller 91 controls the spindle motor control circuit 74 to rotate the spindle motor 27 at a predetermined rotation speed, and controls the laser drive circuit 77 to irradiate the imaging plate 15 with laser light from the laser detection device 30. The focus servo circuit 81 is controlled to start focus servo. Further, the rotation angle detection circuit 75 is controlled to start the output of the rotation angle θp of the spindle motor 27 (imaging plate 15), and the A / D conversion circuit 83 is controlled to output the data of the instantaneous value I of the SUM signal. , And the feed motor control circuit 73 is controlled to rotate the feed motor 22 to move the imaging plate 15 from the reading start position in the lower right direction in FIGS. 1 and 2 at a constant speed. Thereby, the irradiation position of the laser beam starts to rotate relatively spirally on the imaging plate 15. Thereafter, every time the imaging plate 15 rotates by a predetermined small angle, the controller 91 outputs the data of the instantaneous value I of the SUM signal output from the A / D conversion circuit 83 and the rotation angle θp output from the rotation angle detection circuit 75. And the data of the movement distance x output from the position detection circuit 72 are input and stored in correspondence with each other. The moving distance x is stored after being converted into a radial distance r (radius value r) of the laser beam irradiation position. As a result, the data representing the instantaneous value I, the rotation angle θp, and the radius value r of the SUM signal are sequentially stored for each predetermined rotation angle with respect to the irradiation position of the laser beam rotating in a spiral.
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rαとSUM信号強度値Iα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rαと回折X線の強度に相当する強度Iαを求める処理である。そして、すべての回転角度θp(回転角度α)において半径値rαと強度Iαを取得し、検出するSUM信号の瞬時値Iが強度Iαに対して充分小さくなった時点で、データの記憶を終了する。これにより、回折環における回折X線の強度に相当する強度の分布が瞬時値I、回転角度θp及び半径値rのデータ群で、および回折環の形状が回転角度αごとの半径値rαで検出されたことになる。その後、コントローラ91は、各回路に指令を出力し、フォーカスサーボを停止させ、レーザ光の照射を停止させ、A/D変換回路83と回転角度検出回路75の作動を停止させ、フィードモータ22の作動を停止させる。なおイメージングプレート15の回転は、継続されている。 In parallel with the storing operation for each predetermined rotation angle of the data representing the instantaneous value I, the rotation angle θp, and the radius value r of the SUM signal, the controller 91 sets the instantaneous value I of the SUM signal with respect to the radius value r for each rotation angle θp. A curve is created, and a radius value r α and a SUM signal intensity value I α corresponding to the peak of the curve are stored. This is to obtain the intensity distribution of the diffracted X-rays in the radial direction for each rotation angle α of the diffraction ring, and to calculate the radius value r α at the location where the intensity of the diffracted X-rays reaches the peak and the intensity I α corresponding to the intensity of the diffracted X-ray. This is the processing to be sought. Then, the radius value r α and the intensity I α are acquired at all the rotation angles θp (rotation angle α), and when the instantaneous value I of the SUM signal to be detected becomes sufficiently small with respect to the intensity I α , the data is stored. Exit. Thereby, the intensity distribution corresponding to the intensity of the diffracted X-rays in the diffraction ring is a data group of the instantaneous value I, the rotation angle θp, and the radius value r, and the shape of the diffraction ring is the radius value r α for each rotation angle α . It is detected. Thereafter, the controller 91 outputs a command to each circuit, stops the focus servo, stops the irradiation of the laser beam, stops the operation of the A / D conversion circuit 83 and the rotation angle detection circuit 75, and Stop operation. The rotation of the imaging plate 15 is continued.
次にコントローラ91は、自動または作業者の入力により回折環消去工程S4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光の中心が回折環基準半径Roの円に対して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光をイメージングプレート15に対して照射させ、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が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するよう、フィードモータ22を回転させる。消去終了位置とは、LED光の中心が回折環基準半径Roよりも前記消去開始位置と同じ程度の距離だけ外側となる位置である。これにより、LED光がイメージングプレート15上に螺旋状に照射され、撮像された回折環が消去される。 Next, the controller 91 executes the diffraction ring elimination step S4 automatically or by operator input. The controller 91 controls the feed motor control circuit 73 to move the imaging plate 15 to the erase start position in the diffraction ring erase region. The erasure start position of the imaging plate 15 is a position where the center of the LED light output from the LED light source 43 is further inside than the reading start position with respect to the circle having the diffraction ring reference radius Ro. Next, the controller 91 controls the LED drive circuit 84 to irradiate the imaging plate 15 with the LED light from the LED light source 43 and controls the feed motor control circuit 73 so that the imaging plate 15 is moved from the erasing start position. The feed motor 22 is rotated so as to move at a constant speed in the lower right direction in FIGS. 1 and 2 to the erase end position. The erase end position is a position where the center of the LED light is outside the diffraction ring reference radius Ro by the same distance as the erase start position. Thereby, LED light is irradiated spirally on the imaging plate 15, and the imaged diffraction ring is erased.
イメージングプレート15が消去終了位置になると、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、LED駆動回路84を制御してLED光の照射を停止させ、位置検出回路72の作動を停止させ、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(イメージングプレート15)の回転を停止させる。 When the imaging plate 15 reaches the erasing end position, the controller 91 controls the feed motor control circuit 73 to stop the movement of the imaging plate 15 and controls the LED drive circuit 84 to stop the irradiation of the LED light to detect the position. The operation of the circuit 72 is stopped, and the spindle motor control circuit 74 is controlled to stop the rotation of the spindle motor 27 (imaging plate 15).
次にコントローラ91または作業者は、測定が1回目であるか否か判定し、1回目であれば、自動または作業者の入力により入射角変更工程S6を実行する。コントローラ91が自動で行う場合は、位置姿勢調整工程S1の終了段階で記憶している回転角度に予め記憶されている回転角度変化量Aを加算した回転角度をモータ制御回路88に出力する。これにより、X線の入射角Ψ2は最初のX線の入射角Ψ1に回転角度変化量Aを加算した値になる。回転角度変化量Aは作業者が入力装置92から入力して設定することができるが、予め設定された上限値を超える設定はできないようになっている。この上限値は例えば20°である。また、作業者が入力する場合は、表示装置93に表示されている入射角と傾斜角を見て、適切な傾斜角を入力装置92から入力するか、表示装置93に表示されている入射角を見ながら、入力装置92から傾斜角変化方向を入力し、適切な入射角となったタイミングで停止指令を入力する。そして、入力装置92から入射角変更終了を入力するとコントローラ91は、表示装置93に表示している入射角Ψ2を記憶する。なお、上述したように、傾斜角変更機構5の駆動ステージ51の傾斜角を変更するときの回転軸は、X線照射点と一致しているので、入射角変更工程S6が実行された後もX線の照射点は同一位置であり、後述する2回目のX線回折測定も測定箇所は同一である。 Next, the controller 91 or the operator determines whether or not the measurement is the first time, and if it is the first time, the incident angle changing step S6 is executed automatically or by the operator's input. When the controller 91 performs automatically, the rotation angle obtained by adding the rotation angle change amount A stored in advance to the rotation angle stored at the end of the position / orientation adjustment step S <b> 1 is output to the motor control circuit 88. Thus, the X-ray incident angle Ψ2 becomes a value obtained by adding the rotation angle change amount A to the first X-ray incident angle Ψ1. The rotation angle change amount A can be set by an operator by inputting from the input device 92, but cannot be set to exceed a preset upper limit value. This upper limit is, for example, 20 °. In addition, when the operator inputs, the incident angle and the tilt angle displayed on the display device 93 are viewed, and an appropriate tilt angle is input from the input device 92 or the incident angle displayed on the display device 93. , The tilt angle change direction is input from the input device 92, and the stop command is input at the timing when the appropriate incident angle is reached. When the end of the incident angle change is input from the input device 92, the controller 91 stores the incident angle Ψ2 displayed on the display device 93. As described above, since the rotation axis when changing the tilt angle of the drive stage 51 of the tilt angle changing mechanism 5 coincides with the X-ray irradiation point, even after the incident angle changing step S6 is executed. The X-ray irradiation point is the same position, and the measurement location is the same in the second X-ray diffraction measurement described later.
次にコントローラ91は、自動または作業者の入力により回折環撮像工程S2、回折環読取り工程S3及び回折環消去工程S4を再度実行する。これらの工程は、1回目のそれぞれの工程と同じである。これによりコントローラ91には、2つ目の回折環の形状データ(回転角度αごとの半径値rα)が記憶される。そして、この時点でコントローラ91に記憶されている値を視覚的に示すと図6のようになる。図6に示す値の内、2つの回折環の半径値rα1,rα2と2つの入射角Ψ1,Ψ2は2回のX線回折測定が行われることにより記憶され、X線照射点からイメージングプレート15までの距離Lは予め記憶されている。図6について注釈すると、X,Y,Z軸は図2に示されるものとは異なり、X軸はX線照射点から出射X線を測定対象物の平面に投影した方向であり、別の表現をすると出射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が、測定対象物の平面と交差するラインである。また、Y軸は測定対象物の平面でX線照射点を通るX軸に垂直なラインであり、Z軸はX軸、Y軸に垂直なラインである。後述する残留垂直応力σx,σy,σzは、X,Y,Z軸方向の残留垂直応力であり、残留せん断応力τxyは、測定対象物の平面であるXY平面の残留せん断応力であり、残留せん断応力τxz,τyzは、XZ平面,YZ平面の残留せん断応力である。 Next, the controller 91 executes the diffraction ring imaging step S2, the diffraction ring reading step S3, and the diffraction ring elimination step S4 again automatically or by operator input. These steps are the same as the first steps. As a result, the shape data of the second diffraction ring (radius value r α for each rotation angle α ) is stored in the controller 91. At this time, the values stored in the controller 91 are visually shown in FIG. Among the values shown in FIG. 6, the radius values r α 1 and r α 2 of the two diffraction rings and the two incident angles ψ 1 and ψ 2 are stored by performing two X-ray diffraction measurements, and the X-ray irradiation point is stored. The distance L from the imaging plate 15 is stored in advance. When annotating FIG. 6, the X, Y, and Z axes are different from those shown in FIG. 2, and the X axis is the direction in which the emitted X-ray is projected from the X-ray irradiation point onto the plane of the measurement object. Then, the plane including the optical axis of the emitted X-ray and the rotation reference position line of the imaging plate 15 is a line intersecting the plane of the measurement object. The Y axis is a line perpendicular to the X axis passing through the X-ray irradiation point on the plane of the measurement object, and the Z axis is a line perpendicular to the X axis and the Y axis. Residual normal stresses σx, σy, and σz, which will be described later, are residual normal stresses in the X, Y, and Z axis directions, and the residual shear stress τxy is a residual shear stress in the XY plane that is the plane of the measurement object. Stress τxz and τyz are residual shear stresses in the XZ plane and the YZ plane.
次にコントローラ91は、自動または作業者の入力により3軸残留応力計算工程S7を実行する。以下に計算の手順を、計算式とともに説明する。なお、cosα法を用いた演算により3軸残留応力を計算する演算は公知技術であり、例えば特開2014−13203号公報に示されているため、公知技術である箇所は簡単に説明するにとどめる。まず、2つの回折環の形状データである半径値rα1,rα2から、以下の数1の式を用いて回転角度αごとの回折角2Θαを計算する。LはX線照射点からイメージングプレート15までの距離Lである。
(数1)
2Θα = tan−1(−rα/L)
次に回折角2Θαと既知である無ひずみのときの回折角2Θ0から、以下の数2の式を用いて回転角度αごとのひずみεαを計算する。
(数2)
εα = (1/2)(2Θ0−2Θα)cotΘ0
次に回転角度αごとのひずみεαから、以下の数3乃至数5の式を用いてa1,a2,a3値を計算する。
(数3)
a1 = (1/2){(εα−επ+α)+(ε−α−επ−α)}
(数4)
a2 = (1/2){(εα−επ+α)−(ε−α−επ−α)}
(数5)
a3 = (1/2){(εα+επ+α)+(ε−α+επ−α)}
2つの回折環の形状データである半径値rα1,rα2があるので、a1,a2,a3値はそれぞれ2つづつ得られる。
Next, the controller 91 executes the triaxial residual stress calculation step S7 automatically or by operator input. The calculation procedure will be described below together with the calculation formula. Note that the calculation for calculating the triaxial residual stress by the calculation using the cos α method is a known technique, and is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2014-13203. . First, from the radius values r α 1 and r α 2 which are the shape data of the two diffraction rings, the diffraction angle 2Θ α for each rotation angle α is calculated using the following equation (1). L is the distance L from the X-ray irradiation point to the imaging plate 15.
(Equation 1)
2Θ α = tan −1 (−r α / L)
Then it is known a diffraction angle 2 [Theta] alpha from the diffraction angle 2 [Theta] 0 in the case of undistorted, calculates the strain epsilon alpha of each rotation angle alpha with the following Expression 2.
(Equation 2)
[epsilon] [ alpha] = (1/2) (2 [theta] 0-2 [ theta] [ alpha] ) cot [theta] 0
Then the strain epsilon alpha of each rotation angle alpha, calculates the a 1, a 2, a 3 value using the following equation 3 or the number 5 of the formula.
(Equation 3)
a 1 = (1/2) {(ε α −ε π + α ) + (ε −α −ε π−α )}
(Equation 4)
a 2 = (1/2) {(ε α −ε π + α ) − (ε −α −ε π−α )}
(Equation 5)
a 3 = (1/2) {(ε α + ε π + α ) + (ε −α + ε π−α )}
Since there are radius values r α 1 and r α 2 which are the shape data of the two diffraction rings, two a 1 , a 2 and a 3 values are obtained.
公知技術に示されているように、a1値と回転角度αの余弦であるcosαには、残留応力σx,σz,τxzを用いて次の数6の関係式がある。
上述したようにa1値には、2回のX線回折測定におけるそれぞれの値があるので、cosαとa1値の原点を通る回帰線の傾きをそれぞれ計算し、得られたそれぞれの値に定数−E/{(1+ν)・sin2η・sin2Ψ}を乗算すれば、2回のX線回折測定におけるそれぞれの(cosα線図計算値)を求めることができる。数8において未知数はσx−σzとτxzの2つであるので、それぞれの(cosα線図計算値)と入射角Ψ1,Ψ2を数8に代入した連立方程式を解くことで、σx−σzとτxzを求めることができる。 As described above, since the a 1 value has each value in the two X-ray diffraction measurements, the slopes of the regression lines passing through the origin of cos α and the a 1 value are calculated, and the obtained values are By multiplying by a constant −E / {(1 + ν) · sin2η · sin2Ψ}, each (cos α diagram calculated value) in the two X-ray diffraction measurements can be obtained. In Equation 8, since there are two unknowns, σx−σz and τxz, σx−σz and τxz can be obtained by solving simultaneous equations in which the respective (cos α diagram calculation values) and incident angles Ψ1, Ψ2 are substituted into Expression 8. Can be requested.
また、公知技術に示されているように、a2値と回転角度αの正弦であるsinαには、残留応力τxy,τyzを用いて次の数9の関係式がある。
上述したようにa2値には、2回のX線回折測定におけるそれぞれの値があるので、sinαとa2値の原点を通る回帰線の傾きをそれぞれ計算し、得られたそれぞれの値に定数E/{2(1+ν)・sin2η・sinΨ}を乗算すれば、2回のX線回折測定におけるそれぞれの(sinα線図計算値)を求めることができる。数11において未知数はτxyとτyzの2つであるので、それぞれの(sinα線図計算値)と入射角Ψ1,Ψ2を数11に代入した連立方程式を解くことで、τxyとτyzを求めることができる。ここまでの計算により、σx−σz,τxy,τxz,τyzを求めることができる。 As described above, since the a 2 value has each value in the two X-ray diffraction measurements, the slopes of the regression lines passing through the origin of sin α and the a 2 value are calculated, and the obtained values are By multiplying by a constant E / {2 (1 + ν) · sin2η · sinΨ}, each (sin α diagram calculation value) in two X-ray diffraction measurements can be obtained. In Equation 11, there are two unknowns, τxy and τyz. Therefore, τxy and τyz can be obtained by solving simultaneous equations in which the respective (sin α diagram calculation values) and incident angles ψ1 and ψ2 are substituted into Equation 11. it can. Σx−σz, τxy, τxz, τyz can be obtained by the calculation so far.
これ以降の計算は、公知技術に示されている計算と同じである。a3値と回転角度αの余弦の二乗であるcos2αには、残留応力σx−σz,σy−σz,τxzを用いて次の数12、数13の関係式がある。
ひずみεαと3軸残留応力を関係づける式は、公知技術に示されているように以下の数14及び数15である。
数14を変形すると、以下の数16及び数17になる。
ひずみεαには2回のX線回折測定におけるそれぞれの値があるので、回転角度αごとの残留垂直応力σzを2回のX線回折測定においてそれぞれ計算し、すべてのσzを平均して正規の残留垂直応力σzとする。そして、既に計算されているσx−σz,σy−σzにσzを加算し、残留垂直応力σx,σyとする。これにより、3軸残留応力σx,σy,σz,τxy,τxz,τyzを求めることができる。 Since the strain epsilon alpha is the respective value in the X-ray diffraction measurement of the two, the residual normal stress σz of each rotation angle alpha was calculated, respectively, in X-ray diffraction measurement twice, the average of all σz by normal The residual normal stress σz. Then, σz is added to already calculated σx−σz, σy−σz to obtain residual normal stress σx, σy. Thereby, triaxial residual stress (sigma) x, (sigma) y, (sigma) z, (tau) xy, (tau) xz, (tau) yz can be calculated | required.
コントローラ91は3軸残留応力計算工程S7が終了すると、表示装置に93に残留応力の計算結果を表示する。なお、残留応力以外に、X線照射点からイメージングプレート15までの距離L、X線の入射角Ψ1,Ψ2等の測定条件、回折環の形状曲線(回転角度αごとの半径値rα1,rα2から得られる曲線)、回折環の強度分布画像(瞬時値Iαを明度に換算し、瞬時値Iαに対応する明度、回転角度θp及び半径値rのデータ群から作成される画像)等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などによる加工結果の評価等を行うことができる。 When the triaxial residual stress calculation step S7 is completed, the controller 91 displays the residual stress calculation result on the display device 93. In addition to the residual stress, the distance L from the X-ray irradiation point to the imaging plate 15, the measurement conditions such as the X-ray incident angles Ψ1, Ψ2, etc., the shape curve of the diffraction ring (radius value r α 1, for each rotation angle α) curve obtained from r α 2), intensity distribution image of diffraction ring (instantaneous value I α is converted into lightness, and an image created from a data group of lightness, rotation angle θp and radius value r corresponding to instantaneous value I α ) Etc. may be displayed. By looking at the result, the operator can evaluate the fatigue level of the measurement object OB, evaluate the processing result by shot peening, and the like.
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、対象とする測定対象物OBに向けてX線を出射するX線出射器10と、X線出射器10から測定対象物OBに向けてX線を出射し、測定対象物OBのX線照射箇所にて発生した回折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線の像である回折環を形成するとともに回折環の形状を検出するレーザ検出装置30、テーブル駆動機構20及び各種回路からなる回折環形成検出機器と、X線出射器10と回折環形成検出機器とを内部に配置した筐体50と、筐体50の傾斜角をX線出射器10から出射されるX線の光軸と交差する回転軸であって、交差する点がイメージングプレート15から予め設定された距離Lである回転軸周りに変更する傾斜角変更機構5と、X線出射器10から出射されるX線の測定対象物OBに対する入射角を検出する入射角検出機能とを備えたX線回折測定装置を含むX線回折測定システムにおいて、X線出射器10、回折環形成検出機器、傾斜角変更機構5及び入射角検出機能を制御するとともに、回折環形成検出機器が検出した回折環の形状と入射角検出機能が検出した入射角を用いて演算を行うコントローラ91のプログラムを備え、コントローラ91のプログラムは、傾斜角変更機構5の回転軸がX線の光軸と交差する点が測定対象物OBの測定箇所に合致した状態で、入射角検出機能に入射角を検出させた後、X線出射器10と回折環形成検出機能を制御して、測定対象物OBにX線を照射してイメージングプレート15に撮像された回折環の形状を検出する1回目の回折環検出工程と、傾斜角変更機構5を制御して筐体50を異なる傾斜角にするとともに、入射角検出機能に入射角を検出させた後、X線出射器10と回折環形成検出機能を制御して、測定対象物OBにX線を照射してイメージングプレート15に撮像された回折環の形状を検出する2回目の回折環検出工程と、1回目の回折環検出工程及び2回目の回折環検出工程で得られた2つの回折環の形状と2つの入射角とを用いて、3軸残留応力を計算する3軸残留応力計算工程とを行っている。 As can be understood from the above description, in the above embodiment, the X-ray emitter 10 that emits X-rays toward the target measurement object OB, and the X-ray emitter 10 toward the measurement object OB. X-rays are emitted, and the diffracted X-rays generated at the X-ray irradiation spot of the measurement object OB are reflected on the imaging plate 15 that intersects the optical axis of the X-rays emitted from the X-ray emitter 10 perpendicularly. A diffractive ring formation detection device comprising a laser detector 30, a table driving mechanism 20, and various circuits that receive light and form a diffraction ring as an image of a diffracted X-ray on the imaging plate 15 and detect the shape of the diffractive ring; A housing 50 in which the emitter 10 and the diffraction ring formation detection device are disposed, and a rotation axis that intersects the optical axis of the X-ray emitted from the X-ray emitter 10 with an inclination angle of the housing 50; The intersecting point is the imaging plan. Inclination angle changing mechanism 5 that changes around a rotation axis that is a distance L set in advance from base 15, and incident angle detection that detects an incident angle of X-rays emitted from X-ray emitter 10 to measurement object OB In an X-ray diffraction measurement system including an X-ray diffraction measurement device having a function, the X-ray emitter 10, the diffraction ring formation detection device, the tilt angle changing mechanism 5 and the incident angle detection function are controlled, and the diffraction ring formation detection is performed. A program of the controller 91 that performs calculation using the shape of the diffraction ring detected by the device and the incident angle detected by the incident angle detection function is provided. The program of the controller 91 is an X-ray light whose rotation axis of the tilt angle changing mechanism 5 is X-ray. After the incident angle is detected by the incident angle detection function in a state where the point intersecting the axis coincides with the measurement location of the measurement object OB, the X-ray emitter 10 and the diffraction ring formation detection function are controlled, and the measurement target OB The first diffraction ring detection step of detecting the shape of the diffraction ring imaged on the imaging plate 15 by irradiating X-rays and the tilt angle changing mechanism 5 to control the casing 50 to have a different tilt angle and incident After the incident angle is detected by the angle detection function, the X-ray emitter 10 and the diffraction ring formation detection function are controlled, and the shape of the diffraction ring imaged on the imaging plate 15 by irradiating the measurement object OB with X-rays. Using the second diffractive ring detection step for detecting the diffractive ring, the two diffractive ring shapes and the two incident angles obtained in the first diffractive ring detection step and the second diffractive ring detection step. A triaxial residual stress calculation step for calculating stress is performed.
これによれば、測定対象物OBのX線の照射箇所からイメージングプレート15までの距離を予め設定された距離にすれば、X線の照射箇所は、傾斜角変更機構5が傾斜角を変更する際の回転軸に含まれるので、傾斜角変更機構5を用いて筐体50の傾斜角を変更させるのみで、X線の照射箇所が同一のままX線の入射角を変更することができ、X線回折測定装置の筐体50の位置と姿勢の調整に時間がかからないようにすることができる。すなわち、作業者は、測定対象物OBのX線の照射箇所からイメージングプレート15までの距離が予め設定された距離になるよう、筐体の位置と姿勢を調整すれば、後はコントローラ91のプログラムが1回目の回折環検出工程、2回目の回折環検出工程及び3軸残留応力計算工程を実施して3軸残留応力を測定するので、3軸残留応力を測定するまでに時間がかからないようにすることができる。 According to this, if the distance from the X-ray irradiation spot of the measurement object OB to the imaging plate 15 is set to a preset distance, the tilt angle changing mechanism 5 changes the tilt angle of the X-ray irradiation spot. The incident angle of the X-ray can be changed while the X-ray irradiation spot remains the same by simply changing the inclination angle of the housing 50 using the inclination angle changing mechanism 5. Adjustment of the position and orientation of the housing 50 of the X-ray diffraction measurement apparatus can be prevented from taking time. In other words, if the operator adjusts the position and orientation of the housing so that the distance from the X-ray irradiation point of the measurement object OB to the imaging plate 15 becomes a preset distance, the program of the controller 91 is performed thereafter. Performs the first diffraction ring detection step, the second diffraction ring detection step, and the triaxial residual stress calculation step to measure the triaxial residual stress, so that it does not take time to measure the triaxial residual stress. can do.
また、上記実施形態においては、X線出射器10から出射されるX線と光軸を同一にした平行光である可視光を測定対象物OBに出射するLED光源44、プレート45等からなる可視光出射器と、傾斜角変更機構5の回転軸がX線の光軸と交差する点が測定対象物OBの測定箇所に合致した状態で、可視光出射器から可視光を測定対象物OBに照射したとき、測定対象物OBからの反射光の受光位置を設定された位置にすることにより測定対象物OBに対する可視光の入射角を設定値にする入射角設定機能とを備え、入射角検出機能は、傾斜角変更機構5により変更された傾斜角を回転角度で検出する回転角度検出回路89と、回転角度検出回路89が検出した回転角度の、入射角設定機能により入射角が設定値にされたとき回転角度検出回路89により検出された回転角度からの差を、入射角の設定値に加算することにより入射角を計算するコントローラ91の計算機能とを備えている。 Moreover, in the said embodiment, the visible light which consists of LED light source 44, the plate 45, etc. which radiate | emit the visible light which is the parallel light which made the X-ray radiate | emitted from the X-ray emitter 10 the same optical axis to the measuring object OB. With the light emitter and the point where the rotation axis of the tilt angle changing mechanism 5 intersects the optical axis of the X-ray coincides with the measurement location of the measurement object OB, the visible light is transferred from the visible light emitter to the measurement object OB. An incident angle setting function for setting the incident angle of visible light to the measurement object OB to a set value by setting the light receiving position of the reflected light from the measurement object OB to a set position when irradiated; The functions include a rotation angle detection circuit 89 that detects the inclination angle changed by the inclination angle change mechanism 5 as a rotation angle, and the incident angle is set to a set value by the incident angle setting function of the rotation angle detected by the rotation angle detection circuit 89. Rotation angle detection when The difference from the rotational angle detected by the road 89, and a calculation function of the controller 91 for calculating the angle of incidence by adding the set value of the incident angle.
これによれば、可視光出射器から可視光を出射して照射位置を確認しながら、測定箇所を希望する箇所にすることができるとともに、測定対象物OBに対するX線の入射角をどのような角度にしても、精度よく入射角を検出することができる。 According to this, while the visible light is emitted from the visible light emitter and the irradiation position is confirmed, the measurement location can be set to a desired location, and the incident angle of the X-ray with respect to the measurement object OB can be set in any way. Even if it is an angle, the incident angle can be detected with high accuracy.
また、上記実施形態においては、コントローラ91のプログラムは、2回目の回折環検出工程おける入射角の1回目の回折環検出工程における入射角からの差が、X線出射器10から出射されるX線の測定対象物OBの表面に投影した方向が同一方向の状態で20°以内であるように、傾斜角変更機構5を制御して傾斜角を変更している。 Further, in the above embodiment, the program of the controller 91 is such that the difference between the incident angle in the second diffraction ring detection step and the incident angle in the first diffraction ring detection step is emitted from the X-ray emitter 10. The tilt angle is changed by controlling the tilt angle changing mechanism 5 so that the direction projected on the surface of the measurement object OB of the line is within 20 ° in the same direction.
これによれば、出射X線の測定対象物OBの表面に投影した方向が同一方向で、測定箇所に対し入射角を20°以内で異ならせてX線を照射すればいいので、X線回折測定装置の筐体50の位置と姿勢が大きく変化せず、垂直方向からのX線照射という条件もないので、測定対象物OBが狭い場所にある場合でも、測定が困難にならない。このようにしても3軸残留応力を測定できることは、数1乃至数17を用いて説明した通りである。 According to this, the X-ray diffraction can be performed because the direction in which the emitted X-ray is projected onto the surface of the measurement object OB is the same direction and the incident angle is different within 20 ° with respect to the measurement location. Since the position and orientation of the housing 50 of the measuring apparatus do not change greatly and there is no condition of X-ray irradiation from the vertical direction, measurement is not difficult even when the measurement object OB is in a narrow place. Even in this way, the triaxial residual stress can be measured as described with reference to equations (1) to (17).
また、上記実施形態は、1回目の回折環検出工程、2回目の回折環検出工程及び3軸残留応力計算工程を、コントローラ91のプログラムの実行に替えて作業者が入力装置92から指令を入力して行うこともできる。すなわち、X線出射器10、回折環形成検出機器、筐体50、傾斜角変更機構5及び入射角検出機能を備えたX線回折測定装置を含むX線回折測定システムを用いた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。この場合、筐体50の傾斜角の変更は、表示装置に表示される入射角を見ながら、2回目の回折環検出工程おける入射角の1回目の回折環検出工程における入射角からの差が、X線出射器10から出射されるX線の測定対象物OBの表面に投影した方向が同一方向の状態で20°以内になるようにすればよい。これによっても、コントローラ91のプログラムの実行による場合と同様の効果を得ることができる。 In the above embodiment, the operator inputs a command from the input device 92 instead of executing the program of the controller 91 for the first diffraction ring detection step, the second diffraction ring detection step, and the triaxial residual stress calculation step. It can also be done. That is, X-ray diffraction measurement using an X-ray diffraction measurement system including an X-ray diffraction measurement apparatus including an X-ray emitter 10, a diffraction ring formation detection device, a casing 50, an inclination angle changing mechanism 5, and an incident angle detection function. It can also be implemented as a method invention. In this case, the change in the inclination angle of the housing 50 is caused by the difference between the incident angle in the second diffraction ring detection step and the incident angle in the first diffraction ring detection step while observing the incident angle displayed on the display device. The direction projected on the surface of the measurement object OB of the X-rays emitted from the X-ray emitter 10 may be within 20 ° in the same direction. Also by this, the same effect as the case of executing the program of the controller 91 can be obtained.
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。 In carrying out the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
上記実施形態においては、電動式ゴニオステージである傾斜角変更機構5の駆動ステージ51をX線回折測定装置の筐体50の上面壁50fに連結させ、筐体50の傾斜角を変更できるようにした。しかし、傾斜角を変更する際の回転軸が出射X線の光軸と交差し、交差する点からイメージングプレート15までの距離が設定値Lになっていれば、傾斜角を変更する機構はどのような機構であってもよい。例えば、手動式で回転角度を読取ることができるゴニオステージを用いてもよいし、駆動ステージ51を筐体50の側面に連結させた機構であってもよい。 In the above embodiment, the drive stage 51 of the tilt angle changing mechanism 5 that is an electric gonio stage is connected to the upper surface wall 50f of the casing 50 of the X-ray diffraction measurement device so that the tilt angle of the casing 50 can be changed. did. However, if the rotation axis when changing the inclination angle intersects the optical axis of the outgoing X-ray and the distance from the intersection to the imaging plate 15 is the set value L, which mechanism changes the inclination angle? Such a mechanism may be used. For example, a gonio stage capable of manually reading the rotation angle may be used, or a mechanism in which the drive stage 51 is connected to the side surface of the housing 50 may be used.
また、上記実施形態においては、結像レンズ48、撮像器49及びセンサ信号取出回路87から得られる撮影画像におけるLED光の照射点と受光点の位置が、撮影画像とは独立して表示される十字マークのクロス点に合致させて、X線の入射角を設定値Ψsにし、このとき回転角度検出回路89から入力している回転角度Θsを記憶した。そして、これ以降、回転角度検出回路89から入力する回転角度Θと、予めメモリに記憶されている入射角の設定値Ψsとを用いて、Ψ=Ψs+(Θ−Θs)なる計算からX線の入射角Ψを検出するようにした。しかし、X線の入射角を検出することができるならば、どのような検出方法を用いてもよい。例えば、可視の平行光とは別に四角形等のパターン光を測定対象物OBに照射し、測定対象物OBの表面に形成されたパターンの撮影画像における形状から演算処理により入射角を計算するようにしてもよい。また、可視の平行光を測定対象物OBに照射したまま、テーブル16をレーザ検出装置30側に移動させ、移動量と撮影画像におけるLED光の照射点の位置の変化量から入射角を計算するようにしてもよい。 In the above embodiment, the irradiation point of the LED light and the position of the light receiving point in the photographed image obtained from the imaging lens 48, the image pickup device 49, and the sensor signal extraction circuit 87 are displayed independently of the photographed image. The incident angle of X-rays was set to a set value ψs by matching with the cross point of the cross mark, and the rotation angle Θs input from the rotation angle detection circuit 89 at this time was stored. Thereafter, using the rotation angle Θ input from the rotation angle detection circuit 89 and the incident angle setting value Ψs stored in advance in the memory, the calculation of Ψ = Ψs + (Θ−Θs) is performed. The incident angle Ψ is detected. However, any detection method may be used as long as the incident angle of X-rays can be detected. For example, the measurement object OB is irradiated with pattern light such as a quadrangle other than visible parallel light, and the incident angle is calculated by calculation processing from the shape of the pattern formed on the surface of the measurement object OB. May be. Further, the table 16 is moved to the laser detection device 30 side while irradiating the measurement object OB with visible parallel light, and the incident angle is calculated from the amount of movement and the change amount of the irradiation point position of the LED light in the photographed image. You may do it.
また、上記実施形態においては、結像レンズ48、撮像器49及びセンサ信号取出回路87から得られる撮影画像におけるLED光照射点の位置が、撮影画像とは独立して表示される十字マークのクロス点に合致するようにすることで、X線照射点からイメージングプレート15までの距離を設定値Lにした。しかし、X線照射点からイメージングプレート15までの距離を設定値Lにできれば、どのような方法を用いてもよい。例えば、撮影機能は設けず、出射X線と光軸が同一のLED光の光軸と光軸が異なる可視の平行光が、LED光の光軸とイメージングプレート15から距離Lの点で交差するようにし、2つの光の照射点が1つになるように測定対象物OBの位置を調整することで、X線照射点からイメージングプレート15までの距離を設定値Lにするようにしてもよい。また、その場合のX線の入射角は、目視でLED光の反射光の受光位置が設定された位置になったとき、回転角度検出回路89から入力している回転角度Θsを記憶し、上述したΨ=Ψs+(Θ−Θs)なる計算により検出するようにすればよい。 In the above-described embodiment, the position of the LED light irradiation point in the captured image obtained from the imaging lens 48, the image pickup device 49, and the sensor signal extraction circuit 87 is a cross of a cross mark displayed independently of the captured image. The distance from the X-ray irradiation point to the imaging plate 15 was set to the set value L by matching the points. However, any method may be used as long as the distance from the X-ray irradiation point to the imaging plate 15 can be the set value L. For example, an imaging function is not provided, and visible parallel light having a different optical axis from that of the LED light having the same optical axis as that of the emitted X-ray intersects the optical axis of the LED light at a distance L from the imaging plate 15. Thus, the distance from the X-ray irradiation point to the imaging plate 15 may be set to the set value L by adjusting the position of the measurement object OB so that the two light irradiation points become one. . Further, the incident angle of the X-ray in that case stores the rotation angle Θs inputted from the rotation angle detection circuit 89 when the light receiving position of the reflected light of the LED light is set at the visual observation, and stores the rotation angle Θs described above. What is necessary is just to make it detect by the calculation of Ψ = Ψs + (Θ−Θs).
また、上記実施形態においては、コントローラ91にインストールされているプログラムは予め記憶されている回転角度変化量Aを、位置姿勢調整工程S1の終了段階で記憶している回転角度に加算してモータ制御回路88に出力することで、2回目のX線回折測定におけるX線入射角Ψ2を1回目のX線回折測定のときのX線入射角Ψ1から回転角度変化量Aだけ変更するようにした。しかし、2回目のX線回折測定におけるX線入射角を1回目のX線回折測定と異ならせ、該X線入射角を検出できれば、傾斜角変更機構5を制御する方法はどのような方法を用いてもよい。例えば、設定された時間だけモータ制御回路88に駆動信号を出力し、回転が終了した時点で上述したΨ=Ψs+(Θ−Θs)なる計算により得られる入射角ΨをX線入射角Ψ2として記憶してもよい。 In the above embodiment, the program installed in the controller 91 adds the rotation angle change amount A stored in advance to the rotation angle stored at the end of the position / orientation adjustment step S1 to perform motor control. By outputting to the circuit 88, the X-ray incident angle Ψ2 in the second X-ray diffraction measurement is changed by the rotation angle change amount A from the X-ray incident angle Ψ1 in the first X-ray diffraction measurement. However, if the X-ray incident angle in the second X-ray diffraction measurement is different from that in the first X-ray diffraction measurement and the X-ray incident angle can be detected, what is the method for controlling the tilt angle changing mechanism 5? It may be used. For example, a drive signal is output to the motor control circuit 88 for a set time, and the incident angle Ψ obtained by the calculation of Ψ = Ψs + (Θ−Θs) described above when the rotation ends is stored as the X-ray incident angle Ψ2. May be.
また、上記実施形態においては、2つの入射角においてそれぞれX線回折測定を行って回折環の形状を検出し、3軸残留応力を計算したが、測定に時間がかかってもよければ、3つ以上の傾斜角でX線回折測定を行い、3軸残留応力を計算してもよい。その場合3軸残留応力は、σx−σz,τxy,τxz,τyzについては2つの回折環のすべての組み合わせで計算して平均し、σy−σz,σzはすべての回折環において計算して平均すればよい。 In the above embodiment, the X-ray diffraction measurement is performed at two incident angles to detect the shape of the diffraction ring, and the triaxial residual stress is calculated. The triaxial residual stress may be calculated by performing X-ray diffraction measurement at the above inclination angle. In that case, triaxial residual stress is calculated and averaged for all combinations of two diffraction rings for σx−σz, τxy, τxz, and τyz, and σy−σz, σz is calculated and averaged for all diffraction rings. That's fine.
また、上記実施形態においては、X線回折測定装置を、イメージングプレート15に回折環を撮像し、レーザ検出装置30からのレーザ照射と光の強度検出により、回折環の形状を検出する装置としたが、回折環を撮像して形状を検出することができるならば、どのような方式の装置でもよい。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回折X線の強度分布を検出する装置でもよい。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、回折環における回折X線の強度分布を検出する装置でもよい。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る装置でもよい。 In the above-described embodiment, the X-ray diffraction measurement apparatus is an apparatus that images the diffraction ring on the imaging plate 15 and detects the shape of the diffraction ring by laser irradiation from the laser detection apparatus 30 and light intensity detection. However, any type of apparatus may be used as long as the shape can be detected by imaging the diffraction ring. For example, instead of the imaging plate 15, an X-ray CCD having a plane as wide as the imaging plate 15 is provided, and when X-ray irradiation from the X-ray emitter 10 is performed, an electric signal output from each pixel of the X-ray CCD A device that detects the intensity distribution of diffracted X-rays in the diffraction ring may be used. Further, instead of the X-ray CCD having the same plane as the imaging plate 15, the X-ray CCD having a small size is scanned while detecting the position, and the electric signal output from each pixel of the X-ray CCD and the X-ray CCD. A device that detects the intensity distribution of the diffracted X-rays in the diffraction ring from the scanning position in FIG. In addition, an apparatus using a scintillation counter that detects fluorescence emitted from the scintillator by a photomultiplier tube (PMT) instead of the X-ray CCD may be used.
また、上記実施形態においては、コントローラ91に3軸残留応力を計算する演算プログラムを備えた。しかし、X線回折測定に時間がかかってもよい場合は、X線回折測定システムは回折環の形状と2つの入射角を得るまでにし、別のコンピュータ装置に回折環の形状データと2つの入射角を入力して、3軸残留応力を計算するようにしてもよい。この場合、別のコンピュータ装置にデータを入力する方法としては、記録媒体を介する方法、ネット回線等を使用して転送する方法等、様々な方法が考えられる。また、計算の一部または全部を人為的に行ってもよい。 In the above embodiment, the controller 91 is provided with a calculation program for calculating the triaxial residual stress. However, if the X-ray diffraction measurement may take a long time, the X-ray diffraction measurement system can obtain the shape of the diffraction ring and two incident angles, and the shape data of the diffraction ring and two incidents can be sent to another computer device. The angle may be input to calculate the triaxial residual stress. In this case, as a method for inputting data to another computer device, various methods such as a method through a recording medium and a method of transferring using a network or the like can be considered. Also, some or all of the calculations may be performed artificially.
また、上記実施形態においては、アーム式移動装置の支持アーム61にX線回折測定装置の筐体50を連結させることで、測定対象物OBに対するX線回折測定装置の筐体50の位置と姿勢を調整できるようにしたが、測定対象物OBに対するX線回折測定装置の筐体50の位置と姿勢を調整することができれば、どのような構造にしてもよい。例えば、測定対象物OBが運搬可能な試料片であれば、傾斜角変更機構5の固定ステージ52と側面板53を固定し、X線回折測定装置の筐体50は傾斜角変更機構5のみにより位置と姿勢が変化するようにし、測定対象物OBの載置用として直交する3方向に移動可能で傾斜角が変更可能なステージ装置を用意してもよい。この場合は、ステージ装置をX線回折測定装置の筐体50に置き、測定対象物OBをステージ装置に載置し、ステージ装置を操作してX線回折測定装置の筐体50に対する測定対象物OB位置と姿勢を調整するようにすればよい。また、その場合でも、X線回折測定装置の筐体50をアーム式移動装置の支持アーム61に連結させ、アーム式移動装置、ステージ装置の双方で位置と姿勢を調整することができるようにしてもよい。 Moreover, in the said embodiment, the position and attitude | position of the housing | casing 50 of the X-ray-diffraction measuring apparatus with respect to the measurement object OB are connected by connecting the housing | casing 50 of an X-ray-diffraction measuring apparatus with the support arm 61 of an arm type moving apparatus. However, any structure may be used as long as the position and orientation of the housing 50 of the X-ray diffraction measurement apparatus with respect to the measurement object OB can be adjusted. For example, if the measurement object OB is a transportable sample piece, the fixed stage 52 and the side plate 53 of the tilt angle changing mechanism 5 are fixed, and the housing 50 of the X-ray diffraction measurement apparatus is only used by the tilt angle changing mechanism 5. A stage apparatus that can move in three orthogonal directions and change the tilt angle may be prepared so that the position and orientation change, and the object to be measured OB can be placed. In this case, the stage device is placed on the housing 50 of the X-ray diffraction measurement device, the measurement object OB is placed on the stage device, and the stage device is operated to measure the measurement object with respect to the housing 50 of the X-ray diffraction measurement device. The OB position and posture may be adjusted. Even in that case, the housing 50 of the X-ray diffraction measurement device is connected to the support arm 61 of the arm type moving device so that the position and posture can be adjusted by both the arm type moving device and the stage device. Also good.
また、上記実施形態においては、プレート45、モータ46及びストッパ部材47aによりLED光源44をX線の光軸上に移動させて、LED光を測定対象物OBに照射する構造にした。しかし、これに代えて、出射X線と光軸を同一にした可視の平行光を照射することができれば、どのような構造にしてもよい。例えば、ビームスプリッタを出射X線の光軸上に配置し、LED光をビームスプリッタで反射させて出射X線と光軸を同一にして照射するようにしてもよい。 In the above embodiment, the LED light source 44 is moved on the optical axis of the X-ray by the plate 45, the motor 46, and the stopper member 47a to irradiate the measurement object OB with the LED light. However, instead of this, any structure may be used as long as it can emit visible parallel light having the same optical axis as that of the emitted X-ray. For example, the beam splitter may be disposed on the optical axis of the outgoing X-ray, and the LED light may be reflected by the beam splitter so that the outgoing X-ray and the optical axis are the same.
また、上記実施形態においては、スピンドルモータ27の貫通孔27bに内径の小さな通路部材28を設けるとともに、固定具18の貫通孔18a,18bの内径を小さくして、LED光源44から出射されたLED光から小さな断面径の平行光が得られるようにしたが、小さな断面径の可視の平行光が得られるならば、別の構造にしてもよい。例えば、可視光であるレーザ光を出射するレーザ光源の近くにコリメートレンズとエキスパンダーレンズを配置し、小さな断面径のレーザ光の光軸をスピンドルモータ27の出力軸27aの貫通孔27a1の中心軸線と一致させ、固定具18の貫通孔18a,18bに入射させるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the passage member 28 having a small inner diameter is provided in the through hole 27b of the spindle motor 27, and the inner diameters of the through holes 18a and 18b of the fixture 18 are reduced to reduce the LED emitted from the LED light source 44. Although parallel light having a small cross-sectional diameter can be obtained from light, another structure may be used as long as visible parallel light having a small cross-sectional diameter can be obtained. For example, a collimator lens and an expander lens are disposed near a laser light source that emits visible laser light, and the optical axis of the laser light having a small cross-sectional diameter is set to the central axis of the through hole 27a1 of the output shaft 27a of the spindle motor 27. They may be made to coincide and enter the through holes 18 a and 18 b of the fixture 18.
5…傾斜角変更機構、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、17…突出部、18…固定具、19…シリンドリカルレンズ、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、50f…上面壁、51…駆動ステージ、52…固定ステージ、53…側面板、54…固定板、55…モータ、61…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 5 ... Inclination angle changing mechanism, 10 ... X-ray emitter, 15 ... Imaging plate, 15a, 16a, 17a, 18a, 21a, 26a, 27a1, 27b ... Through hole, 16 ... Table, 17 ... Projection, 18 ... Fixed , 19 ... cylindrical lens, 20 ... table drive mechanism, 21 ... moving stage, 22 ... feed motor, 23 ... screw rod, 27 ... spindle motor, 28 ... passage member, 30 ... laser detector, 31 ... laser light source, 36 ... objective lens, 44 ... LED light source, 45 ... plate, 46 ... motor, 47a, 47b ... stopper member, 48 ... imaging lens, 49 ... imaging device, 50 ... housing, 50a ... bottom wall, 50c ... notch Wall, 50d ... Connecting wall, 50f ... Top wall, 51 ... Drive stage, 52 ... Fixed stage, 53 ... Side plate, 54 ... Fixed plate, 55 ... Mode Motor, 61 ... support arm, 90 ... computer device, 91 ... controller, 92 ... input apparatus, 93 ... display, 95 ... high voltage power supply, OB ... measurement object
Claims (5)
前記X線出射器から前記測定対象物に向けてX線が照射された際、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撮像面にて受光し、前記撮像面に前記回折X線の像である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X線出射器と前記回折環形成検出手段とを内部に配置した筐体と、
前記筐体の傾斜角を、前記X線出射器から出射されるX線の光軸と交差する回転軸であって、交差する点が前記撮像面から予め設定された距離である回転軸周りに変更する傾斜角変更機構と、
前記X線出射器から出射されるX線の前記測定対象物に対する入射角を検出する入射角検出手段とを備えたX線回折測定装置において、
前記X線出射器、前記回折環形成検出手段、前記傾斜角変更機構及び前記入射角検出手段を制御するとともに、前記回折環形成検出手段が検出した回折環の形状と前記入射角検出手段が検出した角を用いて演算を行う制御手段を備え、
前記制御手段は、前記回転軸が前記X線の光軸と交差する点が前記測定対象物の測定箇所に合致した状態で、前記入射角検出手段に入射角を検出させた後、前記X線出射器と前記回折環形成検出手段を制御して、前記測定対象物にX線を照射して前記撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第1回折環検出工程と、前記傾斜角変更機構を制御して前記筐体を異なる傾斜角にするとともに、前記入射角検出手段に入射角を検出させた後、前記X線出射器と前記回折環形成検出手段を制御して、前記測定対象物にX線を照射して前記撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第2回折環検出工程と、前記第1回折環検出工程及び前記第2回折環検出工程で得られた2つの回折環の形状と2つの入射角とを用いて、3軸残留応力を計算する演算工程とを行うことを特徴とするX線回折測定装置。 An X-ray emitter that emits X-rays toward a target measurement object;
When X-rays are radiated from the X-ray emitter toward the measurement object, the diffracted X-rays generated at the measurement object are reflected with respect to the optical axis of the X-ray emitted from the X-ray emitter. Diffracting ring formation detecting means for detecting light on an imaging surface that intersects perpendicularly and forming a diffraction ring that is an image of the diffracted X-ray on the imaging surface,
A housing in which the X-ray emitter and the diffraction ring formation detection means are disposed;
The rotation angle of the casing is a rotation axis that intersects the optical axis of the X-ray emitted from the X-ray emitter, and the intersection point is around a rotation axis that is a preset distance from the imaging surface. An inclination angle changing mechanism to be changed;
In an X-ray diffraction measurement apparatus comprising an incident angle detection means for detecting an incident angle of the X-ray emitted from the X-ray emitter to the measurement object,
The X-ray emitter, the diffraction ring formation detection means, the tilt angle changing mechanism, and the incident angle detection means are controlled, and the shape of the diffraction ring detected by the diffraction ring formation detection means and the incident angle detection means are detected. A control means for performing calculations using the corners
The control unit causes the incident angle detection unit to detect an incident angle in a state where a point where the rotation axis intersects the optical axis of the X-ray coincides with a measurement location of the measurement object, and then the X-ray A first diffraction ring detection step of controlling the emitter and the diffraction ring formation detection means to detect the shape of the diffraction ring imaged on the imaging surface by irradiating the measurement object with X-rays; The change mechanism is controlled to make the casing have a different inclination angle, and after the incident angle detection means detects the incident angle, the X-ray emitter and the diffraction ring formation detection means are controlled to perform the measurement. Obtained by a second diffractive ring detection step of irradiating an object with X-rays to detect the shape of the diffractive ring imaged on the imaging surface, the first diffractive ring detection step, and the second diffractive ring detection step The calculation of the triaxial residual stress using the shape of the two diffraction rings and the two incident angles. X-ray diffraction measurement apparatus, characterized by performing the steps.
前記X線出射器から出射されるX線と光軸を同一にした平行光である可視光を測定対象物に出射する可視光出射器と、
前記回転軸が前記X線の光軸と交差する点が前記測定対象物の測定箇所に合致した状態で、前記可視光出射器から可視光を前記測定対象物に照射したとき、前記測定対象物からの反射光の受光位置を設定された位置にすることにより前記測定対象物に対する前記可視光の入射角を設定値にする入射角設定手段とを備え、
前記入射角検出手段は、
前記傾斜角変更機構により変更された傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、
前記傾斜角検出手段が検出した傾斜角の、前記入射角設定手段により入射角が設定値にされたとき前記傾斜角検出手段により検出された傾斜角からの差を、前記入射角の設定値に加算することにより入射角を計算する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。 The X-ray diffraction measurement apparatus according to claim 1,
A visible light emitter that emits visible light, which is parallel light having the same optical axis as the X-ray emitted from the X-ray emitter, to the measurement object;
When the measurement object is irradiated with visible light from the visible light emitter in a state where the point where the rotation axis intersects the optical axis of the X-ray coincides with the measurement location of the measurement object, the measurement object An incident angle setting means for setting the incident angle of the visible light to the measurement object by setting the light receiving position of the reflected light from the set position,
The incident angle detection means includes
An inclination angle detecting means for detecting an inclination angle changed by the inclination angle changing mechanism;
The difference between the tilt angle detected by the tilt angle detecting means and the tilt angle detected by the tilt angle detecting means when the incident angle is set to the set value by the incident angle setting means is set as the set value of the incident angle. An X-ray diffraction measuring apparatus comprising: a calculating means for calculating an incident angle by adding.
前記制御手段は、前記第2回折環検出工程おける入射角の前記第1回折環検出工程における入射角からの差が、前記X線出射器から出射されるX線の前記測定対象物の表面に投影した方向が同一方向の状態で20°以内であるように、前記傾斜角変更機構を制御して傾斜角を変更することを特徴とするX線回折測定装置。 The X-ray diffraction measurement apparatus according to claim 1 or 2,
The control means is configured such that the difference of the incident angle in the second diffractive ring detection step from the incident angle in the first diffractive ring detection step is caused on the surface of the measurement object of X-rays emitted from the X-ray emitter. An X-ray diffraction measurement apparatus, wherein the tilt angle is changed by controlling the tilt angle changing mechanism so that the projected directions are within 20 ° in the same direction.
前記X線出射器から前記測定対象物に向けてX線が照射された際、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撮像面にて受光し、前記撮像面に前記回折X線の像である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X線出射器と前記回折環形成検出手段とを内部に配置した筐体と、
前記筐体の傾斜角を、前記X線出射器から出射されるX線の光軸と交差する回転軸であって、交差する点が前記撮像面から予め設定された距離である回転軸周りに変更する傾斜角変更機構と、
前記X線出射器から出射されるX線の前記測定対象物に対する入射角を検出する入射角検出手段とを備えたX線回折測定装置を用いたX線回折測定方法において、
前記回転軸が前記X線の光軸と交差する点が前記測定対象物の測定箇所に合致した状態で、前記入射角検出手段に入射角を検出させた後、前記X線出射器からX線を出射させ、前記回折環形成検出手段により前記撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第1回折環検出ステップと、
前記傾斜角変更機構により前記筐体を異なる傾斜角にするとともに、前記入射角検出手段に入射角を検出させた後、前記X線出射器からX線を出射させ、前記回折環形成検出手段により前記撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第2回折環検出ステップと、
前記第1回折環検出ステップ及び前記第2回折環検出ステップで得られた2つの回折環の形状と2つの入射角とを用いて、3軸残留応力を計算する演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。 An X-ray emitter that emits X-rays toward a target measurement object;
When X-rays are radiated from the X-ray emitter toward the measurement object, the diffracted X-rays generated at the measurement object are reflected with respect to the optical axis of the X-ray emitted from the X-ray emitter. Diffracting ring formation detecting means for detecting light on an imaging surface that intersects perpendicularly and forming a diffraction ring that is an image of the diffracted X-ray on the imaging surface,
A housing in which the X-ray emitter and the diffraction ring formation detection means are disposed;
The rotation angle of the casing is a rotation axis that intersects the optical axis of the X-ray emitted from the X-ray emitter, and the intersection point is around a rotation axis that is a preset distance from the imaging surface. An inclination angle changing mechanism to be changed;
In an X-ray diffraction measurement method using an X-ray diffraction measurement device comprising an incident angle detection means for detecting an incident angle of the X-ray emitted from the X-ray emitter with respect to the measurement object,
After the incident angle is detected by the incident angle detection means in a state where the point where the rotation axis intersects the optical axis of the X-ray coincides with the measurement location of the measurement object, X-rays are emitted from the X-ray emitter. A first diffraction ring detection step of detecting the shape of the diffraction ring imaged on the imaging surface by the diffraction ring formation detection means;
The tilt angle changing mechanism causes the housing to have different tilt angles, and after the incident angle detection means detects the incident angle, X-rays are emitted from the X-ray emitter, and the diffraction ring formation detection means A second diffraction ring detection step of detecting the shape of the diffraction ring imaged on the imaging surface;
And a calculation step of calculating a triaxial residual stress using the shapes of the two diffraction rings and the two incident angles obtained in the first diffraction ring detection step and the second diffraction ring detection step. X-ray diffraction measurement method.
前記第1回折環検出ステップ及び第2回折環検出ステップにおける、前記X線出射器から出射されるX線の前記測定対象物の表面に投影した方向が同一方向になり、前記2つの入射角の差が20°以内になるように前記傾斜角変更機構により傾斜角を変更することを特徴とするX線回折測定装置。 The X-ray diffraction measurement method according to claim 4,
In the first diffraction ring detection step and the second diffraction ring detection step, the X-rays emitted from the X-ray emitter are projected onto the surface of the measurement object in the same direction, and the two incident angles are An X-ray diffraction measurement apparatus, wherein the tilt angle is changed by the tilt angle changing mechanism so that the difference is within 20 °.
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