JP2019066336A - Ｘ線回折測定装置及びｘ線回折測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｘ線回折測定装置の筐体を測定対象物に対して揺動させる機構を設けることなく、Ｘ線回折測定装置の筐体を測定対象物に対して揺動させた場合と同様の効果を得るようにする。【解決手段】 Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線を貫通孔を通過させて測定対象物ＯＢに照射する構成において、Ｘ線出射器１０におけるＸ線発生点の領域を大きくし、測定対象物ＯＢの近傍にＸ線出射孔５１ａを配置させる。これにより、Ｘ線を微小断面の複数のＸ線の集合で見たとき、測定対象物ＯＢのＸ線照射箇所におけるそれぞれの点に達するまでの複数のＸ線の光路が、可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になるようにＸ線を出射する。【選択図】図６

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線により回折環を形成するＸ線回折測定装置及び該Ｘ線回折測定装置を用いたＸ線回折測定方法に関する。

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、レーザ検出装置等の回折環読取手段、移動機構と回転機構等のレーザ走査手段及びＬＥＤ照射器等の回折環消去手段等を１つの筐体内に備え、該筐体がアーム式移動装置に接続されている。この装置によりＸ線回折測定を行う場合は、アーム式移動装置を測定対象物の近傍に設置した後、アーム式移動装置を操作して測定対象物に対するＸ線回折測定装置の位置と姿勢を調整する位置姿勢調整工程、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、撮像した回折環をＬＥＤ光の照射により消去する消去工程、及び検出した回折環の形状から残留応力を計算する計算工程を連続して行う。これにより、測定対象物の残留応力を短時間で測定することができる、また、このＸ線回折測定装置は運搬することができるので、測定対象物の運搬や切り出しが不可能な場合でもＸ線回折測定を行うことができる。

このようなＸ線回折測定装置を用いて測定対象物の残留応力を測定するとき、測定対象物の結晶粒が大きかったりすると明瞭な回折環が検出されない場合がある。具体的には、検出される回折環が不連続になったり、回折環の半径方向のＸ線強度分布が正規分布状にならない場合がある。このような場合でも、例えば以下の特許文献２に示されているように、Ｘ線回折測定装置の筐体を揺動させる機構を設け、揺動の回転中心とＸ線照射点を一致させて、Ｘ線回折測定装置の筐体を揺動させながらＸ線照射を行って回折環を撮像するようにすると、通常の方法では明瞭な回折環が得られない場合であっても、明瞭な回折環を得ることができる。

特許第５９６７３９４号公報 特許第５９６７５００号公報

しかしながら、Ｘ線回折測定装置の筐体を揺動させる機構を設けると装置のコストがアップするという問題や、装置の重量がアップして運搬の負担が増大するという問題がある。本発明はこの問題を解消するためなされたもので、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線により回折環を形成するＸ線回折測定装置において、Ｘ線回折測定装置の筐体を測定対象物に対して揺動させる機構を設けることなく、Ｘ線回折測定装置の筐体を測定対象物に対して揺動させた場合と同様の効果を得ることができる、すなわち通常の方法では明瞭な回折環が得られない場合であっても、明瞭な回折環を得ることができるＸ線回折測定装置を提供することにある。および、先行技術文献の特許文献１で示されるＸ線回折測定装置からの変更を極力少なくして、Ｘ線回折測定装置の筐体を測定対象物に対して揺動させた場合と同様の効果を得ることができるＸ線回折測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射手段と、Ｘ線出射手段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線出射手段から出射される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回折環形成手段とを備えたＸ線回折測定装置において、Ｘ線出射手段は、出射するＸ線を微小断面の複数のＸ線の集合で見たとき、測定対象物のＸ線照射箇所におけるそれぞれの点に達するまでの複数のＸ線の光路が、可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になるようにＸ線を出射するようにしたことにある。

これによれば、測定対象物のＸ線照射箇所におけるそれぞれの点に照射される複数のＸ線は、ある範囲のあるゆる入射角を有する。これは、Ｘ線回折測定装置の筐体を測定対象物に対して揺動させて、ある範囲のあらゆる入射角でＸ線を照射する場合と同様とみなすことができる。発明者は、Ｘ線をこのようにして測定対象物に照射して回折環を撮像すると、Ｘ線回折測定装置の筐体を測定対象物に対して揺動させて回折環を撮像した場合と同様の効果を得ることができることを、実験により確認した。すなわち、これによれば、Ｘ線回折測定装置の筐体を測定対象物に対して揺動させる機構を設けることなく、Ｘ線回折測定装置の筐体を測定対象物に対して揺動させた場合と同様の効果を得ることができる。なお、断面が円形である可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になるようにＸ線を出射するようにすれば、Ｘ線照射箇所におけるそれぞれの点に照射される複数のＸ線は、該それぞれの点を含む測定対象物の表面上のあらゆるラインに対してある範囲のあらゆる角度を有する。これは、出射されるＸ線の光軸に垂直な２方向に対してＸ線回折測定装置の筐体を揺動させる場合と同様とみなすことができ、先行技術文献の特許文献２で示されるＸ線回折測定装置のように装置の筐体を１方向に揺動させた場合よりも、明瞭な回折環を得ることができるという効果がある。

また、本発明の他の特徴は、Ｘ線出射手段は、測定対象物の近傍に配置させることができるＸ線出射孔と、Ｘ線出射孔の径より径の大きな円柱状の貫通孔を有するＸ線通過用物体と、加速した電子線をターゲットに当てることでＸ線を発生させるＸ線出射器であって、電子線の断面径または断面長さを調整して、Ｘ線が発生する点の径または長さをＸ線出射孔の径より大きくしたＸ線出射器とから構成されているようにしたことにある。

これによれば、Ｘ線出射手段を簡単な構成で測定対象物のＸ線照射箇所におけるそれぞれの点に達するまでの複数のＸ線の光路が、可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になるようにすることができ、装置のコストアップが殆どないようにすることができる。

また、本発明の他の特徴は、Ｘ線出射手段は、測定対象物の近傍に配置させることができるＸ線出射孔と、Ｘ線出射孔の径より径の大きな円柱状の貫通孔を有するＸ線通過用物体と、加速した電子線をターゲットに当てることでＸ線を発生させるＸ線出射器と、Ｘ線出射器がＸ線を出射している間、Ｘ線出射器に強度が変化する磁界を及ぼすことにより電子線の光路を変化させて、ターゲットに当たる電子線の位置を、Ｘ線出射孔の径より径または長さが大きな範囲で変化させるＸ線発生点変化手段とから構成されているようにしたことにある。これによれば、Ｘ線出射器の電子線の断面径または断面長さを変えることなく、Ｘ線発生点変化手段を新たに設けるのみで、Ｘ線が発生する点の径または長さをＸ線出射孔の径より大きくした状態と同様の状態にすることができ、これによっても装置のコストアップが殆どないようにすることができる。

また、本発明の他の特徴は、対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射手段であって、Ｘ線発生点で発生したＸ線を出射するＸ線出射器と、Ｘ線出射器から出射されたＸ線を通過させる円柱状の貫通孔を有するＸ線通過用物体とから構成されるＸ線出射手段と、Ｘ線出射手段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線出射手段から出射される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回折環形成手段とを備えたＸ線回折測定装置を用いたＸ線回折測定方法において、測定対象物のＸ線照射箇所となる箇所に、貫通孔の径およびＸ線発生点の径あるいは長さより小さな径のＸ線照射孔を有するＸ線不透過のシートを、Ｘ線照射孔が合致するよう載置した後、Ｘ線出射手段からＸ線を出射し、回折環形成手段により回折環を形成するＸ線回折測定方法としたことにある。

これによれば、Ｘ線回折測定装置に測定対象物の近傍に配置させることができるＸ線出射孔を設ける替わりに、測定対象物のＸ線照射箇所となる箇所に、Ｘ線照射孔を有するＸ線不透過のシートを載置するので、先行技術文献の特許文献１に示されるＸ線回折測定装置からの変更を極力少なくすることができる。そして、このようにした場合でも、Ｘ線回折測定装置の筐体を測定対象物に対して揺動させた場合と同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムを示す全体概略図である。 図１のＸ線回折測定装置の拡大図である。 図２のＸ線回折測定装置におけるＸ線が通過する部分を拡大して示す部分断面図である。 図１のＸ線回折測定装置における円形孔付近を出射Ｘ線の光軸方向から見た図である。 図３のプレート部分の拡大斜視図である。 図１のＸ線回折測定装置において、Ｘ線出射器のＸ線発生点から測定対象物のＸ線照射箇所までのＸ線の光路を、Ｘ線の光軸方向を縮小し、該光軸方向の垂直方向を拡大して示した図であり、（ａ）はＸ線照射箇所の左端の点におけるＸ線の光路、（ｂ）はＸ線照射箇所の右端の点におけるＸ線の光路である。 本発明の別の実施形態に係るＸ線回折測定装置において、Ｘ線出射器の内部とＸ線出射器周囲に配置したＸ線発生点変化機構を、Ｘ線出射器の中心軸方向に見た図である。 測定対象物にＸ線照射孔を有するＸ線不透過シートを載置し、Ｘ線を照射したときの様子を横方向と縦方向から見た図である。 本発明のさらに別の実施形態に係るＸ線回折測定装置の拡大図である。 従来のＸ線回折測定装置において、Ｘ線出射器のＸ線発生点から測定対象物のＸ線照射箇所までのＸ線の光路を、Ｘ線の光軸方向を縮小し、該光軸方向の垂直方向を拡大して示した図である。

本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムの構成について図１乃至図５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１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、ＬＥＤ光源４４が取り付けられたユニットの配置、Ｘ線出射器１０のＸ線が発生する箇所の領域を大きくしている点、出射されたＸ線が通過する貫通孔の端にある通路部材の孔の径を大きくしている点、及び固定具１８の中心にパイプ部５１を取り付け、出射されたＸ線が貫通孔を通過した後パイプ部５１内部を通過して、パイプ部５１先端にあるＸ線出射孔５１ａから出射される点である。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。

このＸ線回折測定システムは、残留応力を測定する測定対象物ＯＢがある場所まで運搬されてセットされるものである。Ｘ線回折測定装置はアーム式移動装置により位置と姿勢を調整することができ、測定対象物ＯＢに対するＸ線回折測定装置の位置と姿勢を変更して、測定対象物ＯＢに対するＸ線の照射方向及びＸ線照射点から回折環の撮像面までの距離を、意図した方向と距離に設定することができる。測定対象物ＯＢはＸ線回折測定が可能であればどのような材質のものでもよいが、本実施形態では鉄製のものとする。なお、測定対象物ＯＢは結晶粒が大きい等の理由により、先行技術文献の特許文献１に示されるＸ線回折測定装置では明瞭な回折環が撮像されないものである。

図１及び図２に示すように、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点鎖線で囲われた各種回路は、筐体５０内の２点鎖線内に納められている。

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。切欠き部壁５０ｃには円形孔５０ｃ１があり、回折環撮像時にはこの円形孔５０ｃ１の中心を貫いてパイプ部５１が切欠き部壁５０ｃと垂直に筐体５０の外側に出ている。パイプ部５１はＸ線が出射された際、Ｘ線が内部を通過して先端にあるＸ線出射孔５１ａから出射するためのものであるが、これについては後ほど詳細に説明する。側面壁の１つには、支持アーム５２に接続される接続部（図示せず）が設けられており、接続部は図１及び図２の紙面の垂直周りに回転可能になっている。支持アーム５２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。

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ると、Ｘ線を図示下方向に出射する。Ｘ線出射器１０は、電子線を加速させてターゲットに当てることでＸ線を発生させるＸ線管であるが、先行技術文献で示されているＸ線回折測定装置に使用されるＸ線出射器より電子線の断面径が大きく、Ｘ線が発生する箇所（以下、Ｘ線発生点という）の領域が、該Ｘ線出射器より大きくなっている。この点は後ほど詳細に説明する。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。

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。

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。Ｘ線回折測定装置への電源投入直後において、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。なお、移動ステージ２１の移動限界位置は、移動ステージ２１がフィードモータ２２側へ移動したとき、円形孔５０ｃ１から筐体５０の外側に出ているパイプ部５１が円形孔５０ｃ１の一部と繋がっている長尺孔５０ｃ２の縁に当たる寸前で停止するよう、ストッパ等で設定されている。この点は後ほど詳細に説明する。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。

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。

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。

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の各半径位置においてあるためラインである。

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おり、中心にパイプ部５１が固定されている。突出部１７に固定具１８をねじ込んだとき、パイプ部５１の先端部分は突出部１７の貫通孔１７ａの中に入り、パイプ部５１の先端５１ｂはテーブル１６の貫通孔１６ａの近傍になる。

Ｘ線出射器１０の出射口１１から出射されたＸ線は貫通孔２６ａ，２１ａ、通路部材２８の孔、貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａを通過した後、パイプ部５１の先端５１ｂからパイプ部５１の内部に入射し、パイプ部５１の逆側の先端にあるＸ線出射孔５１ａから出射する。なお、パイプ部５１の内径は通路部材２８の孔の内径と同程度となっており、パイプ部５１の先端５１ｂが通路部材２８の位置に存在した場合と同じと見なすことができる。出射口１１から出射されたＸ線は広がりながら進むＸ線であるが、パイプ部５１の内部を通過し、微小径であるＸ線出射孔５１ａから出射することで、パイプ部５１の軸線に平行な平行光となる。

後述するように測定対象物ＯＢのＸ線照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定距離になるようにしたとき、図２に示すようにＸ線出射孔５１ａが測定対象物ＯＢのＸ線照射点の近傍になるよう、パイプ部５１の長さは設定されている。図４は円形孔５０ｃ１の付近を出射Ｘ線の光軸方向から見た図であるが、Ｘ線照射点で発生した回折Ｘ線は円形孔５０ｃ１から筐体５０内に入射し、イメージングプレート１５で受光されてイメージングプレート１５には回折環が撮像される。また、図４に示されるように、円形孔５０ｃ１の一部は長尺孔５０ｃ２と繋がっており、移動ステージ２１がフィードモータ２２側へ移動するとき、パイプ部５１は円形孔５０ｃ１を通り過ぎた後、長尺孔５０ｃ２を移動する。そして、パイプ部５１が長尺孔５０ｃ２の端の近傍になると、移動ステージ２１は移動限界位置に達して停止する。

イメージングプレート１５はフィードモータ２２の駆動により、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、図１乃至図３に示す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における回転角度０°の位置（ライン）とが成す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。なお、以下、出射Ｘ線の光軸とイメージングプレート１５における回転角度０°の位置（ライン）とが成す平面を基準平面という。

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。

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。

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。

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。

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。

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、図３及び図５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５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５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Ｘ線出射孔５１ａから出射するので、出射Ｘ線と同様、貫通孔２７ａ１及びパイプ部５１の軸線に平行な平行光になる。

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。

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距離となる位置である。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。

また、結像レンズ４８の光軸は、基準平面（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から設定された距離にある測定対象物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光の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定された距離にあり、Ｘ線及び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、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、撮像器４９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で受光され受光点なる。よって、ＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定された距離であり、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、撮像器４９が出力する信号強度データから作成される撮影画像では、照射点の画像と受光点の画像は同じ位置になる。

コンピュータ装置９０は、コントローラ９１、入力装置９２及び表示装置９３からなる。コントローラ９１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、大容量記憶装置などを備えたマイクロコンピュータを主要部とした電子制御装置であり、大容量記憶装置に記憶された各種プログラムを実行してＸ線回折測定装置の作動を制御する。入力装置９２は、コントローラ９１に接続されて、作業者により、各種パラメータ、作業指示などの入力のために利用される。表示装置９３は、表示画面上に撮像器４９から入力する信号強度データにより作成された撮影画像を表示するとともに、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する箇所に相当する箇所に十字のマークを表示する。この十字マークのクロス点は、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定された距離であり、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）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、照射点の画像および受光点の画像が生じる位置である。また、十字マークの縦方向を測定対象物ＯＢの表面に投影させた方向が、撮像された回折環から計算される残留垂直応力の測定方向である。さらに、表示装置９３は、Ｘ線回折測定システムの各種の設定状況、作動状況及び測定結果などを表示する。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。

上述したように、Ｘ線出射器１０におけるＸ線発生点の領域は、先行技術文献に示されているＸ線回折測定装置のものより大きく、通路部材２８の貫通孔の内径は、該Ｘ線回折測定装置のものより大きめであり、出射Ｘ線は貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａを通過した後、パイプ部５１の内部を通過して微小径のＸ線出射孔５１ａより出射している。これにより、出射Ｘ線を微小断面の複数のＸ線の集合で見たとき、測定対象物ＯＢのＸ線照射箇所におけるそれぞれの点に達するまでの複数のＸ線の光路は、可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になる。これを視覚的に示したものが図６である。

図６は、Ｘ線出射器１０におけるＸ線発生点から測定対象物ＯＢのＸ線照射箇所までを、Ｘ線の光軸方向を縮小し、この垂直方向を拡大して示すとともに、Ｘ線照射箇所の一部の点までのＸ線の光路を示した図である。（ａ）はＸ線照射箇所の左端の点におけるＸ線の光路、（ｂ）はＸ線照射箇所の右端の点におけるＸ線の光路であるが、Ｘ線照射箇所の左端の点から右端の点までのすべての点において、Ｘ線の光路はこれらと同様の図になる。なお、図６は見やすくするため、貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａは同一径の円柱状とし、パイプ部５１の先端５１ｂはこの円柱状の貫通孔の端に固定された部材に固定されているようにしてある。Ｘ線出射器１０は加速した電子線ＥがターゲットＴａに当たることでＸ線が発生するが、電子線Ｅの径を大きくしてあるため、Ｘ線発生点の領域が大きい。このため、Ｘ線出射孔５１ａから出射されて測定対象物ＯＢに照射されるＸ線は、Ｘ線照射箇所のそれぞれの点においてＸ線発生点におけるＸ線の発生箇所により入射角度が異なり、図６に示されたＸ線の光路のように、ある範囲の入射角度のＸ線が照射される。また、図６は平面図であり、Ｘ線発生点を出射Ｘ線の光軸方向から見ると円形であるので、図６を立体的に見ると、Ｘ線照射箇所におけるそれぞれの点に照射されるＸ線は、該それぞれの点を含む測定対象物の表面上のあらゆるラインに対して、図６に示されたＸ線の光路のようにある範囲の角度を有する。

図１０は、先行技術文献におけるＸ線回折測定装置において、Ｘ線出射器１０におけるＸ線発生点から測定対象物ＯＢのＸ線照射箇所までを、Ｘ線の光軸方向を縮小し、この垂直方向を拡大して示すとともに、Ｘ線照射箇所の一部の点までのＸ線の光路を示した図である。先行技術文献におけるＸ線回折測定装置では装置と測定対象物ＯＢが固定されていれば、測定対象物ＯＢに照射されるＸ線の角度は一定である。そして、図６と図１０を比較すると、本発明はターゲットＴａにおけるＸ線発生点の領域を大きくし、Ｘ線出射孔５１ａを測定対象物ＯＢの測定箇所の近傍に配置することにより、ある範囲の角度を有するＸ線を測定対象物ＯＢに照射するようにしていることがわかる。

発明者は、実験した結果、このようにしてＸ線を測定対象物ＯＢに照射して回折環を撮像すると、結晶粒が大きい等の理由で通常の方法では明瞭な回折環が検出されない場合でも、明瞭な回折環が撮像することができることを確認した。これは、このようにしてＸ線を測定対象物ＯＢに照射することは、Ｘ線回折測定装置の筐体を測定対象物に対して揺動させて回折環を撮像するのと同様の効果があることを示すものであると考えることができる。なお、先行技術文献の特許文献２に示されるＸ線回折測定装置のように装置の筐体を１方向にのみ揺動させる場合は、Ｘ線の入射角度が変化するのみであるので、本実施形態のようにＸ線を測定対象物ＯＢに照射することは、出射するＸ線の光軸の垂直方向である２方向に装置の筐体を揺動させた場合と同様と考えることができる。

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、測定対象物ＯＢをＸ線回折測定する方法について説明する。ただし、この方法は先行技術文献の特許文献１に示されている方法と同じであり、特許文献１で既に詳細に説明されているので、簡単に説明するにとどめる。作業者はＸ線回折測定システムを測定対象物ＯＢの近傍にセットした後、アーム式移動装置を操作してＸ線回折測定装置（筐体５０）を測定対象物ＯＢの近くまで移動させ、電源を投入してＸ線回折測定システムを作動させる。この後、Ｘ線回折測定は位置姿勢調整工程、回折環撮像工程、回折環読取り工程、回折環消去工程及び計算工程の順に作業、操作又は処理が行われる。

位置姿勢調整工程は、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、まず、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することで、おおよそでＸ線（ＬＥＤ光）の照射点が測定対象物ＯＢの測定箇所になり、測定対象物ＯＢの測定箇所の法線が基準平面と平行になるようにする。

次に作業者は、入力装置９２から位置姿勢の調整を行うことを入力する。この入力により、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Ｘ線出射孔５１ａ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撮影画像を表示装置９３に表示させる。

作業者は、表示装置９３に表示される画像を見ながら、アーム式移動装置を操作して、Ｘ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整し、ＬＥＤ光の照射点が測定対象物ＯＢの測定箇所になり、十字マークの縦方向が残留垂直応力の測定方向になるとともに、ＬＥＤ光の照射点および受光点が画面上における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、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌは設定値となり、Ｘ線が設定された入射角で入射する。このとき、パイプ部５１の先端にあるＸ線出射孔５１ａは測定対象物ＯＢの近傍になる。調整が完了すると、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から出射される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。

次の回折環撮像工程において、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の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。

次にコントローラ９１は、回折環読取り工程を実行する。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の材質におけるＸ線の回折角２Θｍ（Θｍはブラッグ角）及びＸ線照射点からイメージングプレート１５までの距離ＬからＲｏ＝Ｌ・ｔａｎ（２Θｍ）の計算式で計算される。そして、Ｘ線の回折角２Θｍ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２Θｍ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。なお、パイプ部５１が長尺孔５０ｃ２の端の近傍になる位置が、移動ステージ２１の移動限界位置であるため、レーザ光の照射位置はイメージングプレート１５の最内周位置まで行くことはないが、測定対象物ＯＢの材質がどのようなものであってもレーザ光の照射位置は回折環基準半径Ｒｏの円より内側の位置になるよう、レーザ検出装置３０の位置は設定されている。

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対応して、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。

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。

次にコントローラ９１は、回折環消去工程を実行する。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。

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。

次にコントローラ９１は計算工程を実行する。これは、回折環の形状である回転角度αごとの半径値ｒαのデータ、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線入射角ψの設定値及び測定対象物ＯＢの材質（本実施形態では鉄）において既知の値である回折角、ヤング率、ポアソン比等の定数を用いて、ｃｏｓα法を用いた演算により残留応力を計算する演算処理である。この計算は公知技術を用いたものであり、例えば特開２００５−２４１３０８号公報の〔００２６〕〜〔００４４〕に詳細に説明されているので説明は省略する。計算が終了するとコントローラ９１は残留応力の値を表示装置９３に表示する。

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、及びＸ線の入射角ψ等の測定条件を表示するようにしてもよい。また、回折環の形状曲線（回転角度αごとの半径値ｒ_αから得られる曲線）、回折環の強度分布画像（瞬時値Ｉを明度に換算し、瞬時値Ｉ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。作業者は表示された結果を見ることで、測定対象物ＯＢの疲労度等の特性を評価することができる。

上記説明からも理解できるように、上記実施形態においては、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等からなるＸ線出射手段と、Ｘ線出射手段から測定対象物ＯＢに向けてＸ線が照射された際、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線を、Ｘ線出射手段から出射される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回折環形成手段とを備えたＸ線回折測定装置において、Ｘ線出射手段は、出射するＸ線を微小断面の複数のＸ線の集合で見たとき、測定対象物ＯＢのＸ線照射箇所におけるそれぞれの点に達するまでの複数のＸ線の光路が、可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になるようにＸ線を出射するようにしている。

これによれば、測定対象物のＸ線照射箇所におけるそれぞれの点に照射される複数のＸ線は、ある範囲のあらゆる入射角を有し、Ｘ線回折測定装置の筐体５０を測定対象物ＯＢに対して揺動させて、ある範囲のあらゆる入射角でＸ線を照射する場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、これによれば、Ｘ線回折測定装置の筐体５０を測定対象物ＯＢに対して揺動させる機構を設けることなく、Ｘ線回折測定装置の筐体５０を測定対象物ＯＢに対して揺動させた場合と同様の効果を得ることができる。なお、Ｘ線照射箇所におけるそれぞれの点に照射される複数のＸ線は、断面が円形である可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になるので、Ｘ線照射箇所におけるそれぞれの点に照射される複数のＸ線は、該それぞれの点を含む測定対象物の表面上のあらゆるラインに対して、ある範囲のあらゆる角度を有する。これは、出射されるＸ線の光軸に垂直な２方向に対してＸ線回折測定装置の筐体５０を揺動させる場合と同様とみなすことができ、Ｘ線回折測定装置の筐体を１方向に揺動させた場合よりも、明瞭な回折環を得ることができるという効果がある。

また、上記実施形態においては、Ｘ線出射手段は、測定対象物ＯＢの近傍に配置させることができるＸ線出射孔５１ａと、Ｘ線出射孔５１ａの径より径の大きな円柱状の貫通孔を有するスピンドルモータ２７及びパイプ部５１と、加速した電子線ＥをターゲットＴａに当てることでＸ線を発生させるＸ線出射器１０であって、電子線Ｅの断面径を調整して、Ｘ線が発生する点の径をＸ線出射孔５１ａの径より大きくしたＸ線出射器１０とから構成されているようにしている。

これによれば、Ｘ線出射手段を簡単な構成で測定対象物ＯＢのＸ線照射箇所におけるそれぞれの点に達するまでの複数のＸ線の光路が、可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になるようにすることができ、装置のコストアップが殆どないようにすることができる。

（変形例）
上記実施形態においては、Ｘ線出射器１０内においてターゲットＴａに当てる加速した電子線Ｅの断面径を大きくすることで、Ｘ線発生点の径をＸ線出射孔５１ａの径より大きくしたが、ターゲットＴａに当てる加速した電子線Ｅの位置を高速で変化させ、Ｘ線発生点の領域の径をＸ線出射孔５１ａの径より大きくしてもよい。この場合、電子線Ｅの位置を変化させるには、Ｘ線出射器１０の中心軸の垂直方向に互いに方向が直角な２つの磁界を作用させ、この磁界の強度と磁極の方向を変化させるようにするとよい。図７はＸ線出射器１０の内部とＸ線出射器１０の周囲をＸ線出射器１０の中心軸方向に見た図であるが、Ｘ線出射器１０に２つの磁界を作用させるには、図７に示すように、永久磁石６１，６５を磁性体６４，６８と対向させ、磁界の強度と磁極の方向を変化させるには、永久磁石６１，６５をモータ６３，６７により回転させればよい。永久磁石６１，６５から磁性体６４，６８に向かう方向は互いに直角であるとともに、Ｘ線出射器１０の中心軸に直交する方向である。また、電子線Ｅの光軸はＸ線出射器１０の中心軸に略一致しているので、永久磁石６１，６５と磁性体６４，６８により発生する磁界の方向は、Ｘ線出射器１０内の電子線Ｅの光軸に略垂直である。

永久磁石６１，６５は固定具６２，６６に取り付けられ、固定具６２，６６はモータ６３，６７の出力軸に連結されており、モータ６３，６７を回転させると永久磁石６１，６５の磁極の方向は変化する。これにより、永久磁石６１，６５と磁性体６４，６８により発生する磁界の強度と方向は変化するが、永久磁石６１，６５はＸ線出射器１０に対して小さいのでモータ６３，６７を回転させても永久磁石６１，６５から磁性体６４，６８に向かう方向は大きく変化せず、永久磁石６１，６５の磁極の方向のみが変化すると見なすことができる。よって、モータ６３，６７を回転させると永久磁石６１，６５と磁性体６４，６８により発生する磁界の変化は、永久磁石６１，６５の中心と磁性体６４，６８の中心を結ぶラインの方向における、磁界の向きの変化と磁界強度の変化と見なすことができる。以下、永久磁石６１，６５、固定具６２，６６、モータ６３，６７及び磁性体６４，６８をＸ線発生点変化機構という。

永久磁石６１と磁性体６４による磁界を変化させたときに発生するローレンツ力は、図７の縦方向に発生するため、電子線Ｅは図７の縦方向に変化する。また、永久磁石６５と磁性体６８による磁界を変化させたときに発生するローレンツ力は、図７の横方向に発生するため、電子線Ｅは図７の横方向に変化する。そして、永久磁石６１，６５を一定速度で回転させると、磁界の強度は正弦波状に変化するため、電子線ＥがターゲットＴａに当たる位置は時間軸で見ると縦方向、横方向とも正弦波状に変化する。電子線ＥがターゲットＴａに当たる位置が縦方向、横方向とも同じ速さで正弦波状に変化し、位相が９０度ずれるように変化させると、電子線ＥがターゲットＴａに当たる位置は平面で見ると円周を描くように変化する。そして、永久磁石６１，６５の片方の回転速度を片方の整数倍にすると、電子線ＥがターゲットＴａに当たる位置、すなわちＸ線発生点は図７に示すように正弦波状に、すなわちジグザグ状に変化する。図７は上方向にジグザグ状に変化するように描かれているが、上限位置に達した後は下方向にジグザグ状に変化する。図７は永久磁石６５の回転速度を永久磁石６１の回転速度の８倍にした場合であり、ジグザグの回数を増やしたい場合は、回転速度の倍数をさらに大きくすればよい。Ｘ線発生点をジグザグ状に変化させると、Ｘ線発生領域内のそれぞれの領域におけるＸ線発生点の存在割合は均等に近くなり、より明瞭な回折環を得ることができる。

上記変形例におけるＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムの図１に相当する全体概略図は、図１にモータ６３，６７を設定した回転速度で回転させる回転制御回路を追加したものであり、これ以外は上記実施形態の説明をそのまま適用することができる。この変形例によれば、Ｘ線出射器１０は先行技術文献に示される従来のものを変えることなく、Ｘ線発生点変化機構を新たに設けるのみで、Ｘ線が発生する点の径をＸ線出射孔５１ａの径より大きくした状態と同様の状態にすることができ、これによっても装置のコストアップが殆どないようにすることができる。

なお、上記変形例のＸ線発生点変化機構は永久磁石６１，６５と磁性体６４，６８を対向させ、永久磁石６１，６５を回転させる機構にしたが、磁界の強度と磁極の向きを変化させることができれば、Ｘ線発生点変化機構は別の機構にしてもよい。例えば２つの電磁石に供給する電流を交流にして交流の強度と周波数を適切なものにすれば、図７と同様にＸ線発生点をジグザグ状に変化させることができる。また、この場合、２つの電磁石に供給する交流の周波数を等しくするとともに位相を９０度ずらし、交流の強度を変化させれば、Ｘ線発生点を螺旋状に変化させることができる。

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

上記実施形態においては、イメージングプレート１５をテーブル１６に固定する固定具１８にパイプ部５１を取り付け、Ｘ線出射孔５１ａをパイプ部５１の先端に設けることで、Ｘ線回折測定の際、測定対象物ＯＢの近傍にＸ線出射孔５１ａが配置されるようにした。しかし、測定対象物ＯＢの近傍または表面に径の小さな孔を配置することができればよいので、Ｘ線回折測定装置の固定具１８にパイプ部５１を取り付ける替わりに、作業者が測定対象物ＯＢの測定箇所にＸ線照射孔を有するＸ線不透過シートを、該Ｘ線照射孔が合致するよう載置するようにしてもよい。すなわち、Ｘ線回折測定装置を、Ｘ線出射器１０内においてターゲットＴａに当てる電子線Ｅの断面径を大きくし、通路部材２８と固定具１８の貫通孔を大きくする以外は従来技術の特許文献１に示されるＸ線回折測定装置と同様のものにし、図８に示すように、測定対象物ＯＢの測定箇所にＸ線照射孔Ａｐを有するＸ線不透過シートＳｈを載置して、上記実施形態のようにＸ線回折測定を行うようにしてもよい。この場合、Ｘ線照射孔Ａｐが測定箇所と合致するようにＸ線不透過シートＳｈを載置し、上記実施形態の位置姿勢調整工程では、Ｘ線照射孔ＡｐとＬＥＤ光照射点が合致するよう、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢を調整するようにすればよい。これによれば、先行技術文献の特許文献１で示されるＸ線回折測定装置からの変更を極力少なくすることができる。

また、上記実施形態および変形例では、Ｘ線出射器１０は断面径の大きな電子線ＥをターゲットＴａに当てるようにした、又はターゲットＴａに当たる位置がジグザグ状に変化する電子線Ｅであるようにした。すなわち、Ｘ線発生点又はＸ線発生領域を出射Ｘ線の光軸方向から見ると円形又は正方形状であるようにした。しかし、測定対象物ＯＢに照射されるＸ線の入射角がある範囲のあらゆる角度になっていれば、効果の度合は減るが上記実施形態と同等の効果を得ることができるので、効果の度合が減ってもよい場合は、ターゲットＴａに当たる電子線Ｅを断面が図６の縦方向に長い直線状にし、Ｘ線発生点を出射Ｘ線の光軸方向から見ると図６の横方向に長い直線状であるようにしてもよい。また、上記変形例においては、Ｘ線発生点変化機構は永久磁石６１、固定具６２、モータ６３及び磁性体６４のみにし、Ｘ線発生点は図７の縦方向のみに変化するようにしてもよい。よって、特許請求の範囲における可視の平行光なる語句は、断面が円形のものから直線状のものまですべてのものを指す。

また、上記実施形態および変形例では、Ｘ線出射器１０におけるＸ線発生点を大きくするかＸ線発生点の領域を大きくし、Ｘ線を通路部材２８の貫通孔及び貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａを通過させた後、パイプ部５１を介して通路部材２８の貫通孔より径の小さなＸ線出射孔５１ａより出射させることで、測定対象物ＯＢのＸ線照射箇所におけるそれぞれの点に達するまでの複数のＸ線の光路が、可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になるようにした。しかしながら、Ｘ線照射箇所におけるそれぞれの点に達するまでの複数のＸ線の光路を、可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路にできるならば、Ｘ線照射手段をどのような構成にしてもよい。例えば、パイプ部５１をなくし、Ｘ線集光レンズを固定具１８の貫通孔に設けることで、Ｘ線照射箇所におけるそれぞれの点に達するまでの複数のＸ線の光路を上記のようにするようにしてもよい。ただし、この場合は上記実施形態のように、Ｘ線と光軸が同一のＬＥＤ光を照射するとＬＥＤ光は拡散するので、円形孔５０ｃ１にＸ線は透過するがＬＥＤ光は大半を遮断するシートを貼り、出射Ｘ線の光軸と交わる箇所に微小な孔を開けるといった対応を行う必要がある。

また、上記実施形態および変形例では、Ｘ線回折測定装置はアーム式移動装置に取り付けられ、アーム式移動装置を操作することにより、測定対象物ＯＢに対してＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整するものとした。しかし、本発明は、Ｘ線回折測定装置がスタンド等に固定され、測定対象物ＯＢを位置と姿勢が調整可能なステージに載置し、該ステージを操作することにより、Ｘ線回折測定装置（筐体５０）に対して測定対象物ＯＢの位置と姿勢をする場合であっても、適用することができる。この場合は、該ステージに揺動機構を設けることを不要にして、該ステージを揺動させた場合と同様の効果を得ることができるという効果が得られる。

また、上記実施形態および変形例では、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からレーザ光照射しながら走査して照射位置と光の強度検出を行うことで回折環を読取る装置とした。しかし、回折環を撮像し回折環を読取ることができるならば、どのような方式の装置でも本発明は適用することができる。例えば、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。

なお、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を備える装置とした場合、上記実施形態のＸ線回折測定装置にあるテーブル駆動機構２０は不要になるので、図９に示すように、テーブル１６に取り付けたＸ線ＣＣＤ５４をＸ線出射器１０の近くに配置することができる。これにより、Ｘ線出射器１０の出射口１１とパイプ部５１のＸ線出射孔５１ａとの間の距離を短くすることができるので、Ｘ線出射器１０のＸ線発生点の径を従来よりやや大きくする程度で本発明は実現することができる。なお、この場合はＸ線と光軸が同一のＬＥＤ光を照射し、カメラ撮影する構造にすることは困難であるので、図９に示すようにレーザ光源５５，５６から出射されたレーザ光が同一箇所に照射されるようＸ線回折測定装置の位置を調整することで、Ｘ線照射点から回折環撮像面（Ｘ線ＣＣＤ５４）までの距離を設定値にするとよい。また、測定対象物ＯＢに対するＸ線入射角は、読み取った回折環から特許５９６７４９１号公報に示された方法を用いて計算することで算出するとよい。

また、上記実施形態および変形例では、コントローラ９１に残留垂直応力を演算して求めるプログラムがインストールされているとした。しかし、測定効率を重要視しなければ、Ｘ線回折測定装置はＸ線回折像を検出するまでにし、残留応力の計算は別の装置で行うようにしてもよい。この場合、別の装置にＸ線回折像の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、さらに時間がかかってもよければ演算プログラムを使用せず、残留応力の計算の一部またはすべてを手計算により行ってもよい。

また、上記実施形態および変形例では、Ｘ線回折測定装置を回折環を形成（撮像）し回折環を読取ることができる装置としたが、測定効率を重要視しなければ、Ｘ線回折測定装置は回折環の形成のみを行う装置にし、回折環が形成されたイメージングプレート１５をテーブル１６から取り外して別の装置にセットし、回折環の読取り、回折環の消去及び残留応力の計算を別の装置で行うようにしてもよい。なお、上述したようにＸ線ＣＣＤやシンチレーションカウンタを用いれば、回折環の形成と読取りを同時に行うことができるので、Ｘ線ＣＣＤやシンチレーションカウンタを用いた場合、特許請求の範囲における回折環の形成は、回折環の形成と読取りを指すものとする。

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、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、５０ｃ１…円形孔、５０ｃ２…長尺孔、５０ｄ…繋ぎ壁、５１…パイプ部、５１ａ…Ｘ線出射孔、５２…支持アーム、５５，５６…レーザ光源、６１…永久磁石、６２…固定具、６３…モータ、６４…磁性体、６５…永久磁石、６６…固定具、６７…モータ、６８…磁性体、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、Ｅ…電子線、Ｔａ…ターゲット

Claims (4)

1. 対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射手段と、
   前記Ｘ線出射手段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線出射手段から出射される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回折環形成手段とを備えたＸ線回折測定装置において、
   前記Ｘ線出射手段は、出射するＸ線を微小断面の複数のＸ線の集合で見たとき、前記測定対象物のＸ線照射箇所におけるそれぞれの点に達するまでの複数のＸ線の光路が、可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になるようにＸ線を出射することを特徴とするＸ線回折測定装置。
2. 請求項１に記載のＸ線回折測定装置において、前記Ｘ線出射手段は、
   前記測定対象物の近傍に配置させることができるＸ線出射孔と、
   前記Ｘ線出射孔の径より径の大きな円柱状の貫通孔を有するＸ線通過用物体と、
   加速した電子線をターゲットに当てることでＸ線を発生させるＸ線出射器であって、前記電子線の断面径または断面長さを調整して、Ｘ線が発生する点の径または長さを前記Ｘ線出射孔の径より大きくしたＸ線出射器とから構成されていることを特徴とするＸ線回折測定装置。
3. 請求項１に記載のＸ線回折測定装置において、前記Ｘ線出射手段は、
   前記測定対象物の近傍に配置させることができるＸ線出射孔と、
   前記Ｘ線出射孔の径より径の大きな円柱状の貫通孔を有するＸ線通過用物体と、
   加速した電子線をターゲットに当てることでＸ線を発生させるＸ線出射器と、
   前記Ｘ線出射器がＸ線を出射している間、前記Ｘ線出射器に強度が変化する磁界を及ぼすことにより前記電子線の光路を変化させて、前記ターゲットに当たる電子線の位置を、前記Ｘ線出射孔の径より径または長さが大きな範囲で変化させるＸ線発生点変化手段とから構成されていることを特徴とするＸ線回折測定装置。
4. 対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射手段であって、Ｘ線発生点で発生したＸ線を出射するＸ線出射器と、前記Ｘ線出射器から出射されたＸ線を通過させる円柱状の貫通孔を有するＸ線通過用物体とから構成されるＸ線出射手段と、
   前記Ｘ線出射手段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線出射手段から出射される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回折環形成手段とを備えたＸ線回折測定装置を用いたＸ線回折測定方法において、
   前記測定対象物のＸ線照射箇所となる箇所に、前記貫通孔の径および前記Ｘ線発生点の径あるいは長さより小さな径のＸ線照射孔を有するＸ線不透過のシートを、前記Ｘ線照射孔が合致するよう載置した後、前記Ｘ線出射手段からＸ線を出射し、前記回折環形成手段により回折環を形成することを特徴とするＸ線回折測定方法。

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