JP2020067352A - 回折環撮像装置及び回折環読取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回折環撮像と回折環読み取りを別々の装置で行う場合、回折環撮像装置及び回折環読取装置へのイメージングプレートの取り付けを高精度に行わなくても、回折環の中心位置を精度よく求めることができるようにする。【解決手段】 回折環撮像装置において、イメージングプレート１５を取り付けるテーブル１７の中心部にある円筒状パイプ１４の周囲にＸ線を透過させる複数の透過部１７ｂを設け、回折環撮像の際、イメージングプレート１５は、回折環が撮像される領域とは別の領域に、透過部１７ｂを透過したＸ線による像を撮像し、円筒状パイプ１４の中心軸がイメージングプレート１５と交差する点である回折環の中心位置は、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点から算出可能であるようにされている。【選択図】図４

Description

本発明は、測定対象物にＸ線を照射し、該測定対象物で発生する回折Ｘ線により撮像面に回折環を撮像する回折環撮像装置、及び該回折環撮像装置の撮像面に撮像された回折環を読み取る回折環読取装置に関する。

従来から、測定対象物に所定の入射角でＸ線を照射して、該測定対象物で発生する回折Ｘ線によりＸ線回折環（以下、回折環という）を撮像し、撮像された回折環を読み取ってその形状から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。このようなＸ線回折測定装置において、回折環の撮像機能のみを有する回折環撮像装置と回折環の読み取り機能のみを有する回折環読取装置の２つの装置により、Ｘ線回折測定を行うようにしたものとして、例えば以下の特許文献１に示された装置がある。この特許文献１の装置は、回折環撮像装置でイメージングプレートに測定対象物の回折環を撮像した後、該回折環撮像装置からイメージングプレートを取り外して回折環読取装置にセットし、イメージングプレートに撮像された回折環を読み取るようになっている。このＸ線回折測定方法には、イメージングプレートの取り外しと取り付けを行う必要があるため測定効率が悪くなるというデメリットはあるが、回折環撮像装置をＸ線出射機能と回折環撮像機能のみで構成することができるため、回折環撮像装置を小型化することができるというメリットがある。そして、回折環撮像装置を小型化すれば、径の小さい配管内部に回折環撮像装置を挿入して回折環を撮像し、残留応力を測定することができるようになる。

配管内部のように狭い箇所に装置を挿入して回折環を撮像することができる回折環撮像装置としては、例えば以下の特許文献２に示された装置がある。この回折環撮像装置は、イメージングプレートを回転の出力軸に取り付けたモータを有し、回折環を撮像した後、回折環撮像装置ごと回折環読取装置にセットし、該モータによりイメージングプレートを回転させながら回折環読取装置の光ヘッドを半径方向に送り、回折環を読み取るようになっている。この回折環撮像装置によればイメージングプレートの取り外しと取り付けが不要な分、測定効率を良くすることができるが、該モータがある分装置が大型化する。回折環撮像装置を特許文献１のようにイメージングプレートを取り外して回折環読取装置にセットする構造にすれば、該モータがない分、特許文献２に示される回折環撮像装置よりも回折環撮像装置を小型化することができる。

特許第４２７６１０６号公報 特許第６１９８０８８号公報

しかしながら、回折環撮像装置及び回折環読取装置へのイメージングプレートの取り付けを高精度に行わないと、回折環の中心位置（出射Ｘ線の光軸がイメージングプレートと交差する点の位置）は、イメージングプレートの取り付けごとに異なり、設定した回折環の中心位置が実際の中心位置と異なると、算出される残留応力の精度が悪くな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、回折環撮像装置及び回折環読取装置へのイメージングプレートの取り付けを高精度に行わなくても、回折環の中心位置を精度よく求めることができる回折環撮像装置を提供することにある。及び該回折環撮像装置で撮像した回折環を読み取る回折環読取装置において残留応力の測定精度を向上させることができる回折環読取装置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、測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、 中央にＸ線を通過させる貫通孔が形成されたテーブルと、テーブルに取り付けられて、中央部にてＸ線を通過させるとともに、測定対象物にて回折したＸ線を受光して、回折したＸ線による像である回折環を撮像するイメージングプレートとを備えた回折環撮像装置において、テーブルは、貫通孔の周囲にＸ線を透過させる複数の透過部を有し、イメージングプレートは、回折環が撮像される領域とは別の領域に、透過部を透過したＸ線による像を撮像し、貫通孔の中心軸がイメージングプレートと交差する点は、透過部の中心軸がイメージングプレートと交差する点から算出可能にされている回折環撮像装置としたことにある。

これによれば、回折環撮像装置及び回折環読取装置へのイメージングプレートの取り付けを高精度に行わなくても、回折環読取装置にて透過部を透過したＸ線による像を読み取り、該読み取ったＸ線による像の中心点を算出すれば、これらの点は透過部の中心軸がイメージングプレートと交差する点であるので、これらの点から貫通孔の中心軸がイメージングプレートと交差する点を算出することができる。貫通孔の中心軸は出射Ｘ線の光軸と同一であるので、貫通孔の中心軸がイメージングプレートと交差する点は回折環の中心位置である。すなわち、これによれば、回折環撮像装置及び回折環読取装置へのイメージングプレートの取り付けを高精度に行わなくても、回折環の中心位置を精度よく求めることができる。なお、透過部はＸ線を減衰させて通過させるものに加えＸ線を減衰させずに通過させるものも含むものとする。また、本発明においては、Ｘ線による像を撮像でき、円盤状のテーブルに取り付けと取り外しができるものは、呼び名が異なってもイメージングプレートに該当するものとする。

また、本発明の他の特徴は、貫通孔の中心軸がイメージングプレートと交差する点を、透過部の中心軸がイメージングプレートと交差する点から算出可能にする方法として、透過部の中心軸がイメージングプレートと交差する点から、貫通孔の中心軸がイメージングプレートと交差する点に向かう位置ベクトルの方向に、別の透過部の中心軸がイメージングプレートと交差する点があり、位置ベクトルは互いに交差するものが複数あるようにしたことにある。

これによれば、透過部を透過したＸ線による像の中心点と、該中心点から見て回折環の中心位置方向にある別の透過部を透過したＸ線による像の中心点とを直線で結べば、該直線は交差するものが複数あり、該複数の直線が交差する点を回折環の中心位置とすることができるので、容易に回折環の中心位置を算出することができる。

また、本発明の他の特徴は、透過部のそれぞれは、透過部の中心軸がイメージングプレートと交差する点の位置関係又は透過部のテーブルに平行な断面の形状から識別可能にされ、イメージングプレートにおける回転角度０のラインは、識別された透過部の中心軸がイメージングプレートと交差する点から算出可能にされているようにしたことにある。

これによれば、透過部を透過したＸ線による像の中心点の位置関係、又は透過部を透過したＸ線による像の形状から透過部を識別し、識別した透過部を透過したＸ線による像の中心点から、イメージングプレートの回転角度０のラインを算出することができるので、回折環の形状から算出する残留応力の精度を高精度にすることができる。なお、イメージングプレートの回転角度０のラインとは、回折環撮像装置を測定対象物に対して予め設定した位置と姿勢にしたとき、出射Ｘ線の光軸とＸ線照射点における測定対象物の法線とが含まれる平面がイメージングプレートと交差するラインである。

また、本発明の他の特徴は、透過部を識別し、イメージングプレートにおける回転角度０のラインを、識別された透過部の中心軸がイメージングプレートと交差する点から算出可能にする方法として、透過部の中心軸がイメージングプレートと交差する点と、貫通孔の中心軸がイメージングプレートと交差する点とを結んだ線分の１つの長さは、他の線分の長さと異なっており、長さが異なる線分は、イメージングプレートにおける回転角度０のラインに含まれるようにしたことにある。

これによれば、透過部を透過したＸ線による像の中心点から回折環の中心位置を算出し、該算出した中心位置からそれぞれの透過部を透過したＸ線による像の中心点までの距離を算出すれば、該算出した距離が他と異なっているＸ線による像の中心点と回折環の中心位置とを通るラインが回転角度０のラインになるので、容易に回転角度０のラインを算出することができる。

また、本発明の他の特徴は、透過部を識別し、イメージングプレートにおける回転角度０のラインを、識別された透過部の中心軸がイメージングプレートと交差する点から算出可能にする方法として、貫通孔の中心軸がイメージングプレートと交差する点から、透過部の中心軸がイメージングプレートと交差する点に向かう位置ベクトルの方向に、別の透過部の中心軸がイメージングプレートと交差する点がある位置ベクトルが１つあり、１つの位置ベクトルはイメージングプレートにおける回転角度０のラインに含まれるようにしたことにある。

これによれば、透過部を透過したＸ線による像の中心点から回折環の中心位置を算出し、該算出した中心位置からそれぞれの透過部を透過したＸ線による像の中心点に向かう位置ベクトルを算出すれば、該算出した位置ベクトルの方向の中に別のＸ線による像の中心点があるものがあり、その位置ベクトルが含まれるラインが回転角度０のラインになるので、容易に回転角度０のラインを算出することができる。なお、位置ベクトルが含まれるラインから別の透過部の中心軸がイメージングプレートと交差する点がやや離れてある場合であっても、位置ベクトルの１つを他の位置ベクトルと識別することができれば、位置ベクトルの方向に、別の透過部の中心軸がイメージングプレートと交差する点があるとみなす。

また、本発明の他の特徴は、上記の回折環撮像装置により撮像された回折環及び透過部を透過したＸ線による像を読み取る回折環読取装置において、透過部を透過したＸ線による像の形状から、イメージングプレートのテーブルへの取り付け状態の良否を判定する判定手段を備える回折環読取装置としたことにある。

これによれば、回折環撮像装置のテーブルへのイメージングプレートの取り付けにおいて、異物等の影響によりイメージングプレートの平面がテーブルの平面に対して傾いていたり歪んでいる場合、透過部を透過したＸ線による像の形状は、該２つの平面が平行である場合と異なるので、透過部を透過したＸ線による像の形状から、イメージングプレートの取り付けの良否を判定し、取り付けが正常でないと判定された場合は、回折環の撮像をやり直すことができる。すなわち、この回折環読取装置によれば、正常な取り付け状態で撮像された回折環のみから残留応力の計算を行うことができるので、残留応力の測定精度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る回折環撮像装置の全体構成図である。 図１の回折環撮像装置における回折環撮像装置本体の部分断面図である。 図２の回折環撮像装置本体を図２に示されたＡ方向から見た図である。 図２の回折環撮像装置本体の回折環を撮像する部分周辺の断面図である。 図４における固定具の部分の拡大図である。 図４の回折環を撮像する部分を図４に示されたＢ方向から見た図である。 イメージングプレートに撮像されたＸ線による像を示した図である。 回折環撮像装置本体に取り付ける挿入用治具の全体図である。 回折環撮像装置本体にセットする押し当て治具の断面図である。 回折環読取装置の全体構成図である。 イメージングプレートのテーブルへの取り付け状態の良否を判定する方法を視覚的に示す図である。 図４の回折環を撮像する部分を図４に示されたＢ方向から見た図であり、１箇所の透過部を増やしたことを示す図である。

本発明の一実施形態に係る回折環撮像装置の構成について図１乃至図５を用いて説明する。図１は、回折環撮像装置の全体構成図であり、図２は回折環撮像装置本体の部分断面図であり、図３は回折環撮像装置本体を回折環撮像装置本体の中心軸方向から見た図であり、図４及び図５は回折環撮像装置本体の１部分を拡大した断面図である。この回折環撮像装置は測定対象物ＯＢである配管の内部側面にＸ線を照射し、発生した回折Ｘ線により回折環を撮像するものである。撮像された回折環は、回折環撮像装置本体からイメージングプレートを取り外し、回折環読取装置にセットすることで読み取られるが、回折環読取装置については後述する。

図１に示すように、回折環撮像装置１は、回折環撮像装置本体５、高電圧電源６及びコンピュータ装置９０等から構成され、回折環撮像装置本体５を測定対象物ＯＢである配管の内部に挿入し、配管内部側面の測定箇所にＸ線を照射してイメージングプレート１５に回折環を撮像するものである。配管はＸ線が照射されたときイメージングプレート１５に回折環が撮像されるものであれば、どのような材質のものでもよい。回折環撮像装置本体５を配管の内部に挿入し、その後配管の内部から取り出すためには、挿入用治具３を回折環撮像装置本体５に取り付け、配管の中心軸方向に押し引きができるようにする。また、回折環撮像装置本体５を配管内部で位置と姿勢を設定通りにするためには、押し当て治具４を回折環撮像装置本体５にセットし、回折環撮像装置本体５を配管の中心軸方向の垂直方向に押すようにする。これらの治具については後述する。

図２に示すように、回折環撮像装置本体５においては、円筒状のホルダ７の内部にＸ線出射器１０がセットされ、セットされると図示していない位置決め部材によりホルダ７の中心軸とＸ線出射器１０の中心軸とは略一致し、Ｘ線出射器１０の出射口１１から出射されるＸ線の光軸は、ホルダ７の側面の１箇所に開けられた孔７ａの中心軸と略一致する。Ｘ線出射器１０の出射口１１から出射されるＸ線の光軸は、Ｘ線出射器１０の中心軸（ホルダ７の中心軸）と５５°の角度をなし、ホルダ７の側面に開けられた孔７ａの中心軸もホルダ７の中心軸に対し５５°の角度をなしている。円筒状のホルダ７の図２の右側を前部、左側を後部とすると、円筒状のホルダ７の後部側面には雄ねじが切られており、雌ねじが内側に切られた上蓋８を捻じ込むことができるようになっていて、ホルダ７にＸ線出射器１０をセットし上蓋８をホルダ７に捻じ込むと、Ｘ線出射器１０はホルダ７内で固定される。また、上蓋８は中心に孔８ａが開けられており、Ｘ線出射器１０に高電圧を供給するための端子１０ａがホルダ７の外部に出るようになっている。端子１０ａにはケーブル９が接続され、ケーブル９は高電圧電源６の端子にも接続され、高電圧電源６からＸ線出射器１０に、Ｘ線を出射するための高電圧の電力が供給されるようになっている。

図１に示すコンピュータ装置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、回折環撮像の制御を行う。入力装置９２は、作業者が各種パラメータ、作動指令などを入力するためのものであり、表示装置９３は、作業者に対して各種の設定状況、作動状況などを視覚的に知らせるためのものである。

高電圧電源６は内部に制御回路を備え、コントローラ９１からＸ線出射の指令が入力すると、Ｘ線出射器１０に設定された強度の電力を供給し、コントローラ９１から停止指令が入力すると、供給している電力を停止する。コントローラ９１には、入力装置９２から回折環撮像の指令が入力すると高電圧電源６にＸ線出射の指令を出力し、設定された時間が経過した後停止指令を出力するプログラムがインストールされている。よって、作業者が回折環撮像装置本体５を配管内部で位置決めした後、入力装置９２から回折環撮像の指令を入力すれば、設定時間が経過した後イメージングプレート１５には回折環が撮像されている。

図２に示されたＡ方向から回折環撮像装置本体５を見た図が図３である。図１、図２及び図３に示すように、円筒状のホルダ７には囲いブロック１２が固定されている。囲いブロック１２は台形状のブロックの上面と下面において面積が小さい面（以下、この面を下面といい、反対側の面を上面という）を円筒状のホルダ７の前部側にし、側面において９０度の角度をなす側面からなる辺がある箇所を２箇所で上面から下面に向けて切り落とした形状をしている。また、囲いブロック１２は台形状のブロックの上面と下面を垂直に貫くようにホルダ７を挿入するための孔１２ｅが開けられ、台形状のブロックの斜面１２ｇの先端には突出部２４が設けられ、該突出部２４には回転軸方向が孔１２ｅの中心軸方向に垂直で斜面１２ｇに平行になっているローラー１３が取り付けられている。囲いブロック１２の孔１２ｅの側面には孔１２ｅの中心軸と垂直を成す中心軸の孔１２ｃが開けられており、孔１２ｅにホルダ７を挿入し、ホルダ７の側面に作成されたねじ切り孔７ｂと囲いブロック１２に開けられた孔１２ｃとを合わせて、ねじ２３を締め込むことにより囲いブロック１２はホルダ７に固定される。図３に示すように、ねじ２３を締め込む箇所は、回折環撮像装置本体５をその中心軸方向に見た場合互いに９０度の角度を成す３箇所であり、該３箇所のそれぞれは、図１及び図２に示すように回折環撮像装置本体５の中心軸方向と平行な２つの箇所でねじ２３を締め込むようになっている。

囲いブロック１２の斜面１２ｇは孔１２ｅの中心軸に対して３５°の角度をなしており、孔１２ｅの中心軸はＸ線出射器１０およびホルダ７の中心軸と一致しているので、斜面１２ｇはＸ線出射器１０およびホルダ７の中心軸と３５°の角度を成している。そして、上述したように出射口１１から出射されるＸ線の光軸及びホルダ７の孔７ａの中心軸は、Ｘ線出射器１０およびホルダ７の中心軸と５５°の角度をなしているので、斜面１２ｇは出射されるＸ線の光軸及びホルダ７の孔７ａの中心軸に対して垂直になっている。

図１及び図２に示すように、円筒状のホルダ７には囲いブロック２７も固定されている。囲いブロック２７は、図２に示されたＡ方向から見ると、平面形状は図３に示す囲いブロック１２と同じである薄い直方体状のブロックである。言い換えると、囲いブロック２７は、囲いブロック１２の上面から孔１２ｅの中心軸方向に所定の幅の箇所を孔１２ｅの中心軸に垂直な方向に切り落とした形状である。囲いブロック２７にも、ホルダ７を挿入するための孔が開けられ、図２に示されたＡ方向から見て同じ位置に突出部２４と同じ形状の突出部３０が設けられ、突出部３０には、突出部２４に取り付けられたローラー１３と同じ形状で同じ回転軸方向のローラー２８が取り付けられている。囲いブロック２７のホルダ７を挿入するための孔の側面にも該孔の中心軸と垂直を成す中心軸の孔２７ｂが開けられており、該孔にホルダ７を挿入し、ホルダ７の側面に作成されたねじ切り孔７ｃと囲いブロック２７に開けられた孔２７ｂとを合わせて、ねじ２９を締め込むことにより囲いブロック２７はホルダ７に固定される。ねじ２９を締め込む箇所は、図２に示されたＡ方向から見た場合、囲いブロック１２のねじ２３を締め込む位置と同じ３箇所である。

図１、図２及び図３に示すように、囲いブロック１２の上面の突出部２４がある側の２つの角は、上面から下面に向けて小さく切り取られた切取面１２ｆが形成され、切取面１２ｆのそれぞれには、別の突出部２５が設けられている。これらの突出部２５も囲いブロック１２の孔１２ｅの中心軸方向に垂直で切取面１２ｆに平行な方向の回転軸を有するローラー２６を備え、２つの突出部２５はローラー２６を含めて形状及び大きさが同一になっている。また、突出部２５は囲いブロック１２に開けられた円柱状の穴の底面に固定されたばねの先端に固定され、力を加えると突出した長さが変化するようになっており、突出した長さの変化とばねが突出部２５を押す力の関係は、２つの突出部２５で同じになっている。また、図１及び図２に示すように囲いブロック２７にも、突出部２５と同じ形状で同じしくみの突出部３１が、図２のＡ方向から見ると平面上は同一の位置になるよう２箇所に設けられており、取り付けられているローラー３２は突出部２５のローラー２６と同じ形状で同じ回転軸方向である。

測定対象物ＯＢである配管内部に挿入した回折環撮像装置本体５に対し、回折環撮像装置本体５の中心軸から突出部２４及び突出部３０の方向に向けて力を加えると、突出部２４と突出部３０のローラー１３とローラー２８は配管内部の側面に接触するが、このとき２つの突出部２５と２つの突出部３１にかかる力は同一になろうとするので、２つの突出部２５と２つの突出部３１の長さは同一になる。これにより、回折環撮像装置本体５の中心軸から突出部２４及び突出部３０に向かう方向は、ローラー１３及びローラー２８が接触している配管内部の側面と垂直になる。すなわち、配管の径によらず、ローラー１３及びローラー２８が接触している配管内部の側面に対する回折環撮像装置本体５の位置及び姿勢を一定にすることができる。これは、Ｘ線が照射される配管内部の側面に対する回折環撮像装置本体５の位置及び姿勢が一定になることである。

図１、図２及び図３に示すように、囲いブロック１２の斜面１２ｇにはイメージングプレート１５が取り付けられる構造になっている。斜面１２ｇの箇所の構造を拡大して示したものが図４の断面図である。図４に示されるように、囲いブロック１２は斜面１２ｇに垂直な孔１２ａが孔１２ｅに向かって開けられており、囲いブロック１２をホルダ７に固定すると、孔１２ａの中心軸はＸ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸および孔７ａの中心軸と一致する。ホルダ７の孔７ａは、Ｘ線出射器１０の出射口１１から出射されたＸ線が通過する孔であるので、出射されたＸ線は孔１２ａに入る。斜面１２ｇには、出射されたＸ線を通過させるための円筒状パイプ１４が中心部に固定されたテーブル１７が、ねじ１９を締め込むことにより固定されており、円筒状パイプ１４の中心軸は孔１２ａの中心軸と一致する。これにより、出射されたＸ線は円筒状パイプ１４の内部に入射して反対側から出射する。円筒状パイプ１４の両端の内部には通路部材２１，２２が固定されており、通路部材２１，２２の中心軸には微小な径の孔２１ａ，２２ａが開けられている。Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線は出射方向に拡がるＸ線であるが、円筒状パイプ１４に入射して反対側から出射することで、円筒状パイプ１４の中心軸と同一の光軸を有する略平行なＸ線となり、測定箇所に照射される。回折環撮像装置本体５を測定対象物ＯＢである配管内部で位置決めすると、Ｘ線出射器１０およびホルダ７の中心軸は配管内部の中心軸と平行になり、円筒状パイプ１４の中心軸はＸ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸及び孔７ａ，孔１２ａの中心軸と一致しているので、Ｘ線は測定箇所に３５°の入射角で照射される。

テーブル１７を斜面１２ｇに取り付けるには、斜面１２ｇに形成されたねじが切られた孔１２ｄと、テーブル１７に開けられた孔１７ｄとを合わせ、孔１７ｄにねじ１９を挿入して孔１２ｄに締め込めばよい。孔１２ｄは、孔１２ａの中心軸方向に見ると９０°間隔で４箇所に作成されており、テーブル１７の孔１７ｄもこれに合うように作成されているので、ねじ１９は４箇所において締め込まれる。なお、斜面１２ｇの先端にある突出部２４へのローラー１３の取り付けは、突出部２４に直方体状の凹部１２ｂを作成し、凹部１２ｂに囲いブロック１２の上面に平行で孔１２ｅの中心軸に垂直な方向に溝を作成し、その溝にローラー１３の回転軸を入れて、溝を埋めることで行われる。突出部３０へのローラー２８の取り付け、突出部２５へのローラー２６の取り付け、及び突出部３１へのローラー３２の取り付けは、すべて同じ方法で行われる。

図５は、テーブル１７の中心部（円筒状パイプ１４が固定された箇所）を拡大して示した断面図である。図５に示すように、テーブル１７は、中心部に後述する円盤状治具１６を取り付けるための円柱状の凸部１７ａが形成されており、凸部１７ａは側面にねじが切られている。囲いブロック１２の斜面１２ｇへのイメージングプレート１５の取り付けは、イメージングプレート１５を円盤状治具１６に取り付け、円盤状治具１６をテーブル１７に取り付けることで行われる。以下、取り付けの順に説明する。円盤状治具１６は平面で見ると、テーブル１７と同じ形状をしており、図５に示すように中心部にイメージングプレート１５を取り付けるための円柱状の凸部１６ａが形成されており、凸部１６ａは側面にねじが切られている。イメージングプレート１５の中心に形成された孔を凸部１６ａに挿入し、内側にねじが切られた固定具１８を凸部１６ａの側面にねじ込んで締め付けることによりイメージングプレート１５は、円盤状治具１６に取り付けられる。凸部１６ａの中心軸周りには、凸部１７ａより大きい径の孔１６ｄが開けられており、固定具１８には孔１６ｄと同程度の径の孔１８ａが開けられているので、この後、円盤状治具１６を孔１６ｄと孔１８ａに円筒状パイプ１４を通し、凸部１７ａを孔１６ｄに挿入するようにしてテーブル１７と合わせる。このとき、図４に示すように、テーブル１７の外周には凹部１７ｃが形成され、円盤状治具１６の外周には凸部１６ｃが形成されているので、この箇所を合わせるようにすれば、円盤状治具１６の面とテーブル１７の面を密着させることができる。また、後述するテーブル１７の透過部１７ｂと円盤状治具１６の孔１６ｂとの位置を合わせることができる。この後、固定具１８の外径と同程度の径の円盤状部２０ｂと孔１６ｄ，孔１８ａよりやや小さい径の円筒状部２０ａからなる固定具２０の円筒状部２０ａを、円盤状部２０ｂに形成された孔２０ｃに円筒状パイプ１４を挿入した後、固定具１８の孔１８ａから挿入する。そして、円筒状部２０ａの内側に形成されたねじをテーブル１７の凸部１７ａのねじにねじ込んで締め付けることにより、円盤状治具１６はテーブル１７に取り付けられる。

図４及び図５に示すようには、テーブル１７には微小な径の穴である透過部１７ｂが形成され、円盤状治具１６には、テーブル１７に円盤状治具１６を取り付けたとき透過部１７ｂがある箇所に孔１６ｂが開けられている。Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線は出射方向に拡がるＸ線であるため、囲いブロック１２の孔１２ａに入射したＸ線は円筒状パイプ１４の周囲のテーブル１７の面に照射される。透過部１７ｂの先端はテーブル１７の面まで達しておらず、テーブル１７の面に照射されたＸ線はテーブル１７を透過して透過部１７ｂの先端に達するまでに減衰する。そして減衰したＸ線は、透過部１７ｂの穴を通過し、円盤状治具１６の孔１６ｂも通過してイメージングプレート１５の裏面に照射される。図６はテーブル１７に取り付けられたイメージングプレート１５を円筒状パイプ１４の中心軸方向（出射Ｘ線の光軸方向）に見て、孔１６ｂ及び透過部１７ｂを点線で示した図である。図６に示すように孔１６ｂ及び透過部１７ｂは円筒状パイプ１４の中心軸周りに９０°間隔で４箇所作成されている。図７は、Ｘ線出射器１０から測定対象物ＯＢに向けてＸ線を照射したとき、イメージングプレート１５に形成されるＸ線の像を示した図であるが、図７に示すように、イメージングプレート１５には測定対象物ＯＢで発生する回折Ｘ線により形成される回折環Ｄと、透過部１７ｂ、孔１６ｂを通過してイメージングプレート１５に裏面から照射されるＸ線による像が形成される。なお、透過部１７ｂの径及び先端の位置は、イメージングプレート１５に回折環を撮像するとき透過部１７ｂから出射するＸ線が適切な強度になるよう、言い換えると透過部１７ｂを透過したＸ線による像を後述する回折環読取装置２で読み取る際、適切な強度が検出されるよう設定される。

テーブル１７に作成されている透過部１７ｂの位置は、４つの透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点を四角形の頂点とすると、該四角形の対角線が交差する点が円筒状パイプ１４の中心軸（出射Ｘ線の光軸）がイメージングプレート１５と交差する点になるようになっている。よって、図７に点線で示すように、イメージングプレート１５に裏面から照射されるＸ線による像（以下、裏面Ｘ線照射像という）において、イメージングプレート１５の中心に対して点対称にある裏面Ｘ線照射像の中心点同士を線で結んだときの交差点Ｃｅを算出することで、出射Ｘ線の光軸がイメージングプレート１５と交差する点、すなわち回折環の中心位置を算出することができる。これにより、イメージングプレート１５の円盤状治具１６への取り付け、円盤状治具１６のテーブル１７への取り付け、及び後述する回折環読取装置２への円盤状治具１６の取り付けにおいて、取り付け位置が変動しても常に回折環の中心位置を精度よく算出することができる。

また、図６に示すように、４つの透過部１７ｂの１つは円筒状パイプ１４の中心軸（出射Ｘ線の光軸）からの距離が、他の３つとは異なっている。そして、出射Ｘ線の光軸がイメージングプレート１５と交差する点（回折環の中心）と該４つの透過部１７ｂの１つの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点とを通るラインは、円筒状パイプ１４の中心軸（出射Ｘ線の光軸）とホルダ７の中心軸（Ｘ線出射器１０の中心軸）とを含む平面がイメージングプレート１５と交差するラインになっている。また、図３に示すよう、回折環撮像装置本体５を測定対象物ＯＢである配管内部で位置決めしたとき、ホルダ７の中心軸（Ｘ線出射器１０の中心軸）は配管内部の中心軸と平行であり、ホルダ７の中心軸と突出部２４のローラー１３が配管側面と接触する点を含む平面は、配管内部の側面と垂直に交差する。また、該平面は円筒状パイプ１４の中心軸（出射Ｘ線の光軸）を含んでいる。すなわち、回折環撮像装置本体５を測定対象物ＯＢである配管内部で位置決めしたとき、出射Ｘ線の光軸がイメージングプレート１５と交差する点（回折環の中心）と該４つの透過部１７ｂの１つの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点とを通るラインは、出射Ｘ線の光軸とＸ線照射点の箇所の法線とを含む平面がイメージングプレート１５と交差するラインである。別の言い方をすると、回折環撮像装置本体５を測定対象物ＯＢである配管内部で位置決めしたとき、出射Ｘ線の光軸がイメージングプレート１５と交差する点（回折環の中心）と該４つの透過部１７ｂの１つの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点とを通るラインは、イメージングプレート１５の回転角度０のラインである。

よって、図７に示すように裏面Ｘ線照射像の中心点同士を線で結んだときの交差点Ｃｅから、それぞれの裏面Ｘ線照射像の中心点までの距離を算出して、最も大きい距離Ｒ１を抽出すれば、回折環の中心位置に加えて回転角度０のラインも算出することができる。これにより、後述する回折環読取装置２で回折環を読み取った後、回折環の形状から残留応力を算出する際、精度のよい残留応力を算出することができる。

回折環撮像装置本体５を配管内部の目的とする測定箇所にＸ線が照射されるよう位置決めするには、図８に示す挿入用治具３を図１に示すように回折環撮像装置本体５の囲いブロック２７に取り付け、押し当て治具４を斜面１２ｇの反対側にあるホルダ７の囲いブロック１２と囲いブロック２７の間に取り付けたうえで、回折環撮像装置本体５を配管内部に挿入すればよい。挿入用治具３は図８に示すように取っ手６０に伸縮パイプ６１が取り付けられ、伸縮パイプ６１の先端に円盤状部６２と円柱状部６３があり、円柱状部６３の側面はねじが切られた構造をしている。伸縮パイプ６１は伸縮するポインターペンのように、径の大きなパイプに径の小さなパイプを入出させることで全体の長さを変化させることができるものであり、配管の入り口の縁と取っ手６０が接触したとき、Ｘ線が照射される箇所が丁度目的とする測定箇所になるよう適切な長さに調整することができる。円柱状部６３の側面に切られたねじは図２に示すように囲いブロック２７に形成されたねじが切られた穴２７ａにねじ込むことができ、円盤部６２下面が囲いブロック２７の上面と密着するまで円柱状部６３をねじ込んで締め付けることで、挿入用治具３は回折環撮像装置本体５に取り付けられる。

押し当て治具４は図９に示すように、直方体状の固定部６５と固定部６５が内部に入るスペース６９ｂを作成した収納部６９とを伸縮棒６８で連結し、伸縮棒６８が伸縮することで、図９における固定部の左端と収納部６９の右端との間の距離を変化させることができるようにしたものである。固定部６５には２箇所に伸縮棒６８の端部６８ａよりやや径の大きな穴６５ａが開けられ、穴６５ａには、ばね６６が入れられたうえで伸縮棒６８が入れられ、穴６５ａの出口は伸縮棒６８の断面径よりやや大きな径の孔が開けらた蓋６７が固定されている。これにより伸縮棒６８は図９の位置より右側には移動せず、図９の左方向に力を加えるとばね６６が縮むことで左側に移動する。伸縮棒６８の端部６８ａの反対側の端部は収納部６９のスペース６９ｂ内で収納部６９と連結しており、収納部に図９の左方向の力を加えると、ばね６６が縮むことで左側に移動する。そしてばね６６は縮むことにより弾性力が発生し、収納部６９を図９の右側へ、固定部６５を図９の左側へ押す力が発生する。収納部６９の図９の右端付近には、３箇所に直方体状の孔６９ａが開けられ、それぞれの孔６９ａには軸方向が図９の紙面垂直方向のローラー７０の回転軸が固定されている。固定部６５には、収納部６９を最大限固定部６５側に移動させてもローラー７０が接触しないよう直方体状の凹部６５ｂが形成されている。

このように作成されている押し当て治具４の固定部６５を図１に示すように囲いブロック１２と囲いブロック２７との間に挟むようにセットし、収納部６９を固定部６５の方向に押して押し当て治具４の図９における左右の幅を小さくして、測定対象物ＯＢである配管内部に入れる。このようにすると、ばね６６の弾性力により回折環撮像装置本体５はホルダ７の中心軸から突出部２４，３０の方向に力がかかり、押し当て治具４の収納部６９は、これとは反対方向に力がかかる。これにより、囲いブロック１２のローラー１３，２６、囲いブロック２７のローラー２８，３２、及び押し当て治具４のローラー７０は、接触している測定対象物ＯＢである配管側面の垂直方向に配管側面を押し、回折環撮像装置本体５は測定対象物ＯＢである配管内部で位置決めされる。そして、上述したように、突出部２４、突出部３０のローラー１３、ローラー２８が配管内部の側面に接触し、２つの突出部２５と２つの突出部３１にかかる力は同一になろうとして、２つの突出部２５と２つの突出部３１の長さは同一になるので、配管の径によらず、回折環撮像装置本体５のローラー１３、ローラー２８が接触した配管側面に対する位置及び姿勢は一定になる。言い換えると、Ｘ線照射箇所の配管側面に対する位置及び姿勢は一定になる。よって、回折環撮像装置本体５に挿入用治具３を取り付け、押し当て治具４をセットし、挿入用治具３の長さを適切な長さにし、押し当て治具４の伸縮する方向の幅を小さくして回折環撮像装置本体５を配管内部に入れ、挿入用治具３を押して回折環撮像装置本体５を希望する測定箇所まで移動させれば、回折環撮像の準備は完了する。

イメージングプレート１５に回折環が撮像された後、作業者は挿入用治具３を引くことで回折環撮像装置本体５を配管の外部に出すことができる。この後、作業者は図４及び図５に示される固定具２０を、締め込む方向とは反対方向に回して取り外すことで円盤状治具１６を取り外し、図１０に示す回折環読取装置２にイメージングプレート１５が下側になるよう円盤状治具１６をセットする。図１０に示す回折環読取装置２は、先行技術文献の特許文献２に示される回折環読取装置を改良したものであり、特許文献２に示される回折環読取装置が回折環撮像装置本体５をそのままセットするものであるのに対し、図１０に示す回折環読取装置２は回折環撮像装置本体５からイメージングプレート１５取り付けの円盤状治具１６を取り外してセットするものである。以下、特許文献２に示される回折環読取装置と構成が同じ箇所は簡略的に説明するにとどめる。

コンピュータ装置９０は、回折環撮像装置１のコンピュータ装置９０と同様のものであり、回折環撮像装置１のコンピュータ装置９０をそのまま用いても、別のコンピュータ装置９０を用いてもよい。コンピュータ装置９０は、大容量記憶装置に記憶された各種プログラムを実行し、Ｘ線による像の読み取りの制御及び読み取ったＸ線による像を用いた演算処理を行う。表示装置９３は、各種の設定状況、作動状況に加えて残留応力等、演算処理の結果を表示する。

基台５６上にあるステージ移動機構５０は、スピンドルモータ５７を取り付けた移動ステージ５１を図１０の左右方向に移動させるものであり、固定ブロック５５に固定されたフィードモータ５２が回転してスクリューロッド５３及び軸受部５４が回転することで、移動ステージ５１を移動させる。スピンドルモータ５７の出力軸５８の先端は、固定具２０の円盤状部２０ｂと同じ大きさと形状の円盤状部分と、円盤状治具１６の孔１６ｄより僅かに小さい径の円柱状部分からなるセット部５８ａが形成されており、円盤状治具１６の孔１６ｄを該円柱状部分に挿入することで円盤状治具１６をセットすることができるようになっている。円盤状治具１６は取り付けたイメージングプレート１５が下向きになるようにセットし、セット部５８ａの円柱状部分の長さは固定具２０の円筒状部２０ａの長さより短くなっているので、セットしたとき円盤状治具１６の孔１６ｄの箇所にはくぼみができる。このくぼみにくぼみの深さより長さが僅かに小さく、孔１６ｄより径が僅かに小さい円柱状部分と、孔１６ｄより大きな径の円柱状部分からなるキャップ５９を差し込む。これにより、円盤状治具１６はイメージングプレート１５を下向きにしてセット部５８ａに固定される。そして、移動ステージ５１の移動方向は、セット部５８ａにセットされたイメージングプレート１５の半径方向であるが、イメージングプレート１５の中心（スピンドルモータ５７の出力軸５８の中心軸がイメージングプレート１５と交差する点）が移動するライン上に、後述するレーザ検出装置３０から照射されるレーザ光の照射点が形成される。

フィードモータ５２内には、エンコーダ５２ａが組み込まれており、エンコーダ５２ａはフィードモータ５２が回転すると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し、エンコーダ５２ａから入力するパルス列信号を用いて、コントローラ９１から入力した移動位置へ移動ステージ５１を移動させる制御と、設定された速度で指令した方向に移動ステージ５１を移動させる制御を行う。また、位置検出回路７２は、フィードモータ５２の後述するレーザ検出装置３０側の移動限界位置を移動位置０にして、コントローラ９１に移動位置のデジタルデータを出力する。コントローラ９１には、移動位置が０のときの、後述するレーザ検出装置３０から照射されるレーザ光の照射位置のスピンドルモータ５７の中心軸（イメージングプレート１５の中心）からの距離ｒ０が記憶されており、コントローラ９１は、ｒ０に移動位置を加算することで、イメージングプレート１５におけるレーザ光の照射半径位置を取得することができる。

レーザ検出装置３５は支持台４８上に固定され、イメージングプレート１５に集光したレーザ光を照射し、イメージングプレート１５から発光した光の強度を検出するものである。レーザ検出装置３５は、レーザ光源３６、コリメートレンズ３７、反射鏡３８、ダイクロイックミラー３９、及び対物レンズ４０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の構造である。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４６から入力する、集光レンズ４５を介してフォトディテクタ４６が受光したレーザ光の強度に相当する信号の強度が、所定の強度になるようレーザ光源３６に駆動信号を出力し、レーザ光源３６からは一定強度のレーザ光が出射される。コリメートレンズ３７はレーザ光を平行光にし、反射鏡３８はレーザ光をダイクロイックミラー３９に向けて反射し、ダイクロイックミラー３９は入射したレーザ光の僅かを集光レンズ４５に向けて反射させるが大半をそのまま透過させ、対物レンズ４０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４０には、フォーカスアクチュエータ４１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、イメージングプレート１５の縦方向位置が変化しても、また、イメージングプレート１５の表面が完全な平坦でなくても、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、Ｘ線により形成された像に照射されると、輝尽発光（Ｐｈｏｔｏ−Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｌｕｍｉｎｅｓｅｎｃｅ）現象が生じ、形成された像の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４０を通過するが、ダイクロイックミラー３９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３９で反射した光は、集光レンズ４２、シリンドリカルレンズ４３を介してフォトディテクタ４４に入射する。フォトディテクタ４４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４３は非点収差を生じさせるためにある。

増幅回路７８、フォーカスエラー信号生成回路７９、フォーカスサーボ回路８１及びドライブ回路８２は、レーザ光の焦点を常にイメージングプレート１５の表面に合致させる非点収差法によるフォーカスサーボを行うが、これは光ディスクの記録再生において行われる非点収差法によるフォーカスサーボと同一である。また、ＳＵＭ信号生成回路８０は、入力した４つの受光信号を合算したＳＵＭ信号をＡ／Ｄ変換器８３に出力し、Ａ／Ｄ変換器８３は入力したＳＵＭ信号の瞬時値を設定された時間間隔でデジタルデータに変換してコントローラ９１に出力する。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し、イメージングプレート１５に形成された像のＸ線の強度に相当する。コントローラ９１は上述した移動位置のデジタルデータを取り込むのと同じタイミングで、入力したＳＵＭ信号の瞬時値のデジタルデータを取り込む。

スピンドルモータ５７内には、エンコーダ５７ａが組み込まれており、エンコーダ５７ａはスピンドルモータ５７が回転するとパルス列信号を回転角度検出回路７５及びモータ制御回路７４へ出力する。また、エンコーダ５７ａはスピンドルモータ５７の１回転ごとにインデックス信号を回転角度検出回路７５へ出力する。モータ制御回路７４は、コントローラ９１からの指令により作動し、エンコーダ５７ａから入力するパルス列信号を用いて、設定された速度でスピンドルモータ５７が回転する制御を行う。また、回転角度検出回路７２は、コントローラ９１からの指令により作動し、インデックス信号が入力したときを回転角度０として入力するパルス列信号から回転角度を算出し、コントローラ９１に回転角度のデジタルデータを出力する。コントローラ９１は、上述した移動位置のデジタルデータとＳＵＭ信号の瞬時値のデジタルデータを取り込むのと同じタイミングで、入力した回転角度のデジタルデータを取り込む。これにより、コントローラ９１には移動位置、回転角度、ＳＵＭ信号の瞬時値（形成された像のＸ線強度）のデータが記憶される。これは、図７に示す回折環Ｄと４つの裏面Ｘ線照射像のＸ線強度分布データが取得されるということである。

コントローラ９１は、回折環Ｄと４つの裏面Ｘ線照射像のＸ線強度分布データを取得すると、上述したように回折環の中心と回転角度０のラインを算出し、回折環の形状として回転角度ごとのＸ線強度のピーク点の半径値データ群を算出する。得られた半径値データ群は、回折環の中心及び回転角度０のラインとも回折環読取装置２に定められたものであるので、次に、算出した回折環の中心と回転角度０のラインを用いて正規の半径値データ群を算出する。そして、得られた正規の半径値データ群からｃｏｓα法による演算を行い残留応力を算出する。この計算方法は公知技術であり、例えば先行技術文献の特許文献１に詳細に説明されている。なお、残留応力の計算において必要な、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離及びＸ線照射点におけるＸ線の入射角は、配管内部のＸ線照射箇所の側面に対する回折環撮像装置本体５の位置及び姿勢が一定になるようにされているので、一定の値である。この値は、囲いブロック１２の設計上の構造から計算することができる。また、配管内部に金属粉を糊塗して撮像したときの回折環の半径及び回折環の円周方向におけるピーク点のＸ線強度の変化曲線又は半価幅の変化曲線から算出することもできる。この方法は、特許第５９６７４９１号公報で詳細に説明されている。

また、レーザ検出装置３５には対物レンズ４０に隣接して、ＬＥＤ光源４７が設けられており、ＬＥＤ光源４７は、ＬＥＤ駆動回路８４から駆動信号が入力すると、可視光を発して、イメージングプレート１５に形成されたＸ線による像を消去する。ＬＥＤ駆動回路８４は、コントローラ９１から指令が入力すると、ＬＥＤ光源４７に所定の強度の可視光を発生させるための駆動信号を出力する。コントローラ９１は、移動ステージ５１が図１０の右方向の所定位置まで移動したと判定すると、レーザ駆動回路７７とＬＥＤ駆動回路８４に指令を出力してレーザ光照射の停止とＬＥＤ光の照射を行い、フィードモータ制御回路７３に指令を出力して、移動ステージ５１を図１０の左方向に移動させる。これにより、イメージングプレート１５に形成された回折環Ｄと４つの裏面Ｘ線照射像は消去される。

作業者は、回折環読取装置２に回折環撮像装置本体５から取り外したイメージングプレート１５取り付けの円盤状治具１６をセットした後、入力装置９２から読み取り開始の指令を入力すると、コントローラ９１は各回路に指令を出力し、上述したように、Ｘ線による像のＸ線強度分布データの取得、回折環の中心と回転角度０のラインの計算、ｃｏｓα法による残留応力の計算及び回折環Ｄと裏面Ｘ線照射像の消去が連続して行われる。そして、表示装置９３には残留応力の計算結果、回折環のＸ線強度分布図等が表示され、移動ステージ５１は円盤状治具１６をセットしたときと同じ位置に戻り、スピンドルモータ５７の回転は停止するので、作業者はセット部５８ａから円盤状治具１６を取り外して上述したように回折環撮像装置本体５のテーブル１７に取り付け、次の回折環撮像を行うことができる。

回折環読取装置２には、回折環撮像時における、テーブル１７への円盤状治具１６の取り付け状態の良否を判定するプログラムがインストールされており、回折環Ｄと裏面Ｘ線照射像がＸ線強度分布データとして取得された後、残留応力の計算が行われる前にこの良否判定が行われる。この良否判定プログラムは、テーブル１７に円盤状治具１６が密着して取り付けられたか否か判定するものである。視覚的に誇張して示すと、図１１に示すようにテーブル１７と円盤状治具１６は（ａ）のように通常は密着するが、（ｂ）のようにテーブル１７と円盤状治具１６の間にゴミ等の異物が入り、テーブル１７の平面に対し円盤状治具１６の平面、すなわちイメージングプレート１５の平面が傾く場合がある。このような場合は、イメージングプレート１５に撮像される回折環は、本来の形から変化し計算される残留応力も本来の値からずれる。よって、（ｂ）のようにテーブル１７の平面に対してイメージングプレート１５の平面が傾いていることを検出したときは、良否判定プログラムは表示装置９３に取り付け状態が悪いことを表示し、回折環撮像装置本体５に円盤状治具１６を取り付け直し、回折環撮像を再度行うことを表示する。

良否判定プログラムが、テーブル１７への円盤状治具１６の取り付けの良否を判定するのは、裏面Ｘ線照射像の長さが許容値を超えたか否かを判定することによる。図１１に示すように、テーブル１７の平面に対してイメージングプレート１５の平面が傾いていると、裏面Ｘ線照射像の形状が変化する。そして、この形状の変化は傾きの度合いが大きいほど大きくなる。よって、イメージングプレート１５の半径方向と円周方向において、裏面Ｘ線照射像の長さＷを算出し、この長さＷの設定値からのずれが許容値内であるか否かにより、取り付けの良否を判定する。裏面Ｘ線照射像の長さＷを、すべての裏面Ｘ線照射像の半径方向と円周方向において検出すれば、テーブル１７の平面に対してイメージングプレート１５の平面がどの方向に傾いていても、傾きがあることを検出することができる。裏面Ｘ線照射像の長さＷはＸ線の強度分布曲線から算出すればよい。すなわち、図１１に示すように、裏面Ｘ線照射像の中心を通る半径方向と円周方向のＸ線の強度分布曲線を算出し、ピーク点のＸ線強度の予め設定した割合までＸ線強度が減少した箇所を裏面Ｘ線照射像の縁として縁同士の間隔を長さＷとすればよい。なお、円盤状治具１６の平面に対してイメージングプレート１５の平面が傾いていても、裏面Ｘ線照射像の長さＷは大きくなり取り付け状態が悪いと判定される。円盤状治具１６にイメージングプレート１５を取り付けるのは、イメージングプレート１５が使用限界を超えて交換するときであるので頻度は高くはないが、この場合、テーブル１７への円盤状治具１６の取り付けをやり直しても、取り付け状態が悪いとの判定が繰り返されるので、円盤状治具１６へのイメージングプレート１５の取り付けが悪いことを検出することができる。

なお、取り付け状態が良好でも、すなわちテーブル１７の平面に対してイメージングプレート１５の平面が平行になっていても、テーブル１７の中心における円筒状パイプ１４の固定が精度よく行われていないと、すなわちテーブル１７の平面と円筒状パイプ１４の中心軸が精度よく垂直になっていないと、イメージングプレート１５に撮像される回折環は、本来の形から変化し計算される残留応力は本来の値からずれる。よって、回折環撮像装置本体５の製作が完了した直後に、テーブル１７にイメージングプレート１５取り付けの円盤状治具１６を取り付け、配管内部の測定箇所に金属粉を糊塗し（残留応力０の状態を作り）、回折環撮像装置本体５を挿入して回折環を撮像する。そして、円盤状治具１６を回折環読取装置２にセットして、回折環Ｄと裏面Ｘ線照射像を読み取り、上述したように回折環の中心と回転角度０のラインと回折環の形状を算出し、算出した回折環の中心と回転角度０のラインを用いて正規の半径値データ群を算出する。回折環の形状が真円であれば、すなわち正規の半径値データ群の値の範囲が予め設定した許容値内であれば、テーブル１７の平面と円筒状パイプ１４の中心軸は精度よく垂直になっているということであるので、読み取った回折環からの残留応力の計算は、上述したように行うことができる。

これに対し、回折環の形状が真円からずれていれば、すなわち正規の半径値データ群の範囲が予め設定した許容値を超えていれば、テーブル１７の平面に対する円筒状パイプ１４の中心軸は垂直からずれているということであるので、正規の半径値データ群を記憶し、以後の読み取った回折環からの残留応力の計算においては、算出した正規の半径値データ群を記憶してある正規の半径値データ群を用いて補正したうえで残留応力の計算を行う。この補正は、得られた回折環の形状をテーブル１７の平面に対する円筒状パイプ１４の中心軸が垂直であるときの形状に補正するものであり、詳細は特許第５５２２４１１号で説明されている。

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回折環撮像装置１を、測定対象物ＯＢに向けてＸ線を出射するＸ線出射器１０と、中央にＸ線を通過させる円筒状パイプ１４を固定したテーブル１７と、テーブル１７に円盤状治具体１６に取り付けられた状態で取り付けられ、中央部にてＸ線を通過させるとともに、測定対象物ＯＢにて回折したＸ線を受光して、回折したＸ線による像である回折環を撮像するイメージングプレート１５とを備え、テーブル１７は、円筒状パイプ１４の周囲にＸ線を透過させる複数の透過部１７ｂを有し、イメージングプレート１５は、回折環が撮像される領域とは別の領域に、透過部１７ｂを透過したＸ線による像を撮像し、円筒状パイプ１４の中心軸がイメージングプレート１５と交差する点は、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点から算出可能にされている回折環撮像装置１としている。

これによれば、回折環撮像装置１及び回折環読取装置２へのイメージングプレート１５の取り付けを高精度に行わなくても、回折環読取装置２にて透過部１７ｂを透過したＸ線による像を読み取り、該読み取ったＸ線による像の中心点を算出すれば、これらの点は透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点であるので、これらの点から円筒状パイプ１４の中心軸がイメージングプレート１５と交差する点を算出することができる。円筒状パイプ１４の中心軸は出射Ｘ線の光軸と同一であるので、円筒状パイプ１４の中心軸がイメージングプレート１５と交差する点は回折環の中心位置である。すなわち、これによれば、回折環撮像装置１及び回折環読取装置２へのイメージングプレート１５の取り付けを高精度に行わなくても、回折環の中心位置を精度よく求めることができる。

また、上記実施形態においては、円筒状パイプ１４の中心軸がイメージングプレート１５と交差する点を、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点から算出可能にする方法として、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点から、円筒状パイプ１４の中心軸がイメージングプレート１５と交差する点に向かう位置ベクトルの方向に、別の透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点があり、位置ベクトルは互いに交差するものが複数あるようにされている。

これによれば、透過部１７ｂを透過したＸ線による像の中心点と、該中心点から見て回折環の中心位置方向にある別の透過部１７ｂを透過したＸ線による像の中心点とを直線で結べば、該直線は交差するものが複数あり、該複数の直線が交差する点を回折環の中心位置とすることができるので、容易に回折環の中心位置を算出することができる。

また、上記実施形態においては、透過部１７ｂのそれぞれは、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点の位置関係から識別可能にされ、イメージングプレート１５における回転角度０のラインは、識別された透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点から算出可能にされている。

これによれば、透過部１７ｂを透過したＸ線による像の中心点の位置関係から透過部１７ｂを識別し、透過部１７ｂを透過したＸ線による像の中心点の位置関係から、イメージングプレート１５の回転角度０のラインを算出することができるので、回折環の形状から算出する残留応力の精度を高精度にすることができる。

また、上記実施形態においては、透過部１７ｂを識別し、イメージングプレート１５における回転角度０のラインを、識別された透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点から算出可能にする方法として、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点と、円筒状パイプ１４の中心軸がイメージングプレート１５と交差する点とを結んだ線分の１つの長さは、他の線分の長さと異なっており、長さが異なる線分は、イメージングプレート１５における回転角度０のラインに含まれるようにされている。

これによれば、透過部１７ｂを透過したＸ線による像の中心点から回折環の中心位置を算出し、該算出した中心位置からそれぞれの透過部１７ｂを透過したＸ線による像の中心点までの距離を算出すれば、該算出した距離が他と異なっているＸ線による像の中心点と回折環の中心位置とを通るラインが回転角度０のラインになるので、容易に回転角度０のラインを算出することができる。

また、上記実施形態においては、回折環撮像装置１により撮像された回折環及び透過部１７ｂを透過したＸ線による像を読み取る回折環読取装置２を、透過部１７ｂを透過したＸ線による像の形状から、円盤状治具１６に取り付けられたイメージングプレート１５のテーブル１７への取り付け状態の良否を判定する判定手段を備える回折環読取装置２としている。

これによれば、回折環撮像装置本体５のテーブル１７へのイメージングプレート１５の取り付けにおいて、異物等の影響によりイメージングプレート１５の平面がテーブル１７の平面に対して傾いていたり歪んでいる場合、透過部１７ｂを透過したＸ線による像の形状は、該２つの平面が平行である場合と異なるので、透過部１７ｂを透過したＸ線による像の形状から、イメージングプレート１５の取り付けの良否を判定し、取り付けが正常でないと判定された場合は、回折環の撮像をやり直すことができる。すなわち、この回折環読取装置２によれば、正常な取り付け状態で撮像された回折環のみから残留応力の計算を行うことができるので、残留応力の測定精度を向上させることができる。

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

上記実施形態においては、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点と、円筒状パイプ１４の中心軸がイメージングプレート１５と交差する点とを結んだ線分の１つの長さを、他の３つの線分の長さと異なるようにし、該長さが異なる線分からイメージングプレート１５における回転角度０のラインを求めることができるようにしたが、イメージングプレート１５における回転角度０のラインを求めることができれば、どのような方法を用いてもよい。例えば、図１２に示すように、透過部１７ｂの中心軸がイメージング、プレート１５と交差する点と、円筒状パイプ１４の中心軸がイメージングプレート１５と交差する点とを結んだ線分は、すべて同じ長さにし、中心軸がイメージングプレート１５と交差する点が回転角度０のラインにある透過部１７ｂの近くに、別の透過部１７ｅを設けるようにしてもよい。また、１つの透過部１７ｂの位置や付近にある透過部の個数を異ならせるのに替えて、１つの透過部１７ｂの、テーブル１７に平行な断面の形状を他の透過部１７ｂと異ならせるようにしてもよい。この場合、断面の形状を異ならせる中には断面の大きさを異ならせる場合も含まれるとする。

また、透過部１７ｂの１つを中心軸がイメージングプレート１５と交差する点が回転角度０のライン上にあるようにしなくても、それぞれの透過部１７ｂを識別できるようにし、それぞれの透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点から回転角度０のライン上にある点を算出できるようにしてもよい。また、回転角度０のラインを求める計算が複雑になってもよければ、それぞれの透過部１７ｂを識別できるようにし、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点と回転角度０のラインとの位置関係を予め取得しておけばよい。それぞれの透過部１７ｂを識別できるようにするには、上述したように１つの透過部１７ｂの位置、付近にある別の透過部の個数又はテーブル１７に平行な断面の形状を異ならせれば可能であるが、これ以外にイメージングプレート１５を回転させたとき、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点同士の位置関係が１つ以外にない場合であれば、どのような場合でも識別は可能である。

また、それぞれの透過部１７ｂを識別できなくても、円盤状治具１６の回折環撮像装置本体５のテーブル１７への取り付け方向、及び円盤状治具１６の回折環読取装置２のセット部５８ａへの取り付け方向を一定にすることができ、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点と回転角度０のラインとの位置関係が予め取得されていれば、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点から出射Ｘ線の光軸がイメージングプレート１５と交差する点（回折環の中心）を算出できれば、回転角度０のラインは算出することができる。

また、上記実施形態においては、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点同士を結んだ２つの直線の交差点が、出射Ｘ線の光軸がイメージングプレート１５と交差する点（回折環の中心）であるようにしたが、出射Ｘ線の光軸がイメージングプレート１５と交差する点を算出できれば、どのような方法を用いてもよい。例えば、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点同士を結んだ直線が３つ以上同じ点で交差するようにしてもよいし、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点を頂点とする図形の重心位置が回折環の中心となるようにしてもよい。また、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点から等距離にある点を回折環の中心となるようにしてもよい。また、回折環の中心を求める計算が複雑になってもよければ、それぞれの透過部１７ｂを識別できるようにし、透過部１７ｂの中心軸がイメージングプレート１５と交差する点と回折環の中心位置との関係を予め取得しておいてもよい。

また、上記実施形態においては、透過部１７ｂの先端がテーブル１７の面まで達しないようにして、テーブル１７の面に照射されたＸ線が減衰したうえで透過部１７ｂの穴を通過するようにしたが、適切な強度のＸ線をイメージングプレート１５に照射させることができるならば、透過のさせ方はどのような方法を用いてもよい。例えば、透過部１７ｂを貫通孔にし、貫通孔内にＸ線を適度に減衰させる物質を充填してもよいし、貫通孔内の一部又は入口或いは出口にＸ線を適度に減衰させる物質を取り付けてもよい。また、テーブル１７の面に照射されるＸ線が適切な強度であれば、Ｘ線をそのまま貫通孔を通過させてもよい。

また、上記実施形態においては、回折環撮像装置本体５及び回折環読取装置２を、イメージングプレート１５を円盤状治具１６に取り付けたうえで、取り付け及びセットする構造にしたが、イメージングプレート１５を破損する可能性を低くできるならば、回折環撮像装置本体５及び回折環読取装置２を、イメージングプレート１５を直接取り付け及びセットする構造にしてもよい。

また、上記実施形態においては、回折環撮像装置本体５は、テーブル１７の中心部に円筒状パイプ１４を固定し、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線が円筒状パイプ１４の内部を通過することで略平行なＸ線となって出射されるようにしたが、中心部にある貫通孔をＸ線が通過することで略平行なＸ線を出射することができれば、どのような構造にしてもよい。例えばテーブル１７の中心部に長い円柱状部又は角柱状部を設け、該円柱状部又は角柱状部の中心軸方向に貫通孔を設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、回折環撮像装置本体５は、囲いブロック１２及び囲いブロック２７と押し当て治具４により、ローラー１３及びローラー２８が接触する配管内部側面に対する位置及び姿勢が一定になるようにした。しかし、回折環撮像装置本体５の、Ｘ線が照射される箇所の配管内部側面に対する位置及び姿勢が一定になるようにすることができるならば、どのような方法を用いてもよい。例えば、測定対象物ＯＢである配管内部の径がほぼ一定であれば、配管内部の径よりわずかに外径が小さい円筒状の治具の内部に回折環撮像装置本体５を固定し、該円筒状の治具を配管内部に挿入するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、回折環読取装置２を、イメージングプレート１５に照射されるレーザ光がイメージングプレート１５を基準にすると、螺旋状に移動する構造にしたが、イメージングプレート１５に撮像された回折環及び裏面Ｘ線照射像を読み取ることができれば、レーザ光の移動のさせ方はどのようにしてもよい。例えば、イメージングプレート１５に対し、レーザ光が１方向に往復移動するとともにこの方向の垂直方向に移動する構造にしてもよい。

また、上記実施形態においては、回折環読取装置２のコントローラ９１は残留応力を計算する演算プログラムを備えるようにした。しかし、Ｘ線回折測定に時間がかかってもよい場合は、回折環読取装置２のコントローラ９１は回折環の形状を検出するまでにし、別のコンピュータ装置に回折環の形状データ及び計算に必要なパラメータを入力して、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。

また、上記実施形態においては、回折環撮像装置１を、回折環撮像装置本体５を配管内部に挿入して回折環撮像を行う構造にしたが、本発明は回折環撮像と回折環読み取りを別々の装置で行い、回折環撮像の後、イメージングプレート１５又はイメージングプレート１５が取り付けられたユニットを取り外して回折環読取装置にセットする方式の装置であれば、どのような装置の場合でも適用することができる。

１…回折環撮像装置、２…回折環読取装置、３…挿入用治具、４…押し当て治具、５…回折環撮像装置本体、６…高電圧電源、７…ホルダ、８…上蓋、９…ケーブル、１０…Ｘ線出射器、１１…出射口、１２…囲いブロック、１３…ローラー、１４…円筒状パイプ、１５…イメージングプレート、１６…円盤状治具、１７…テーブル、１７ｂ…透過部、１８…固定具、１９…ねじ、２０…固定具、２１，２２…通路部材、２３…ねじ、２４，２５…突出部、２６…ローラー、２７…囲いブロック、２８…ローラー、２９…ねじ、３０，３１…突出部、３２…ローラー、３５…レーザ検出装置、３６…レーザ光源、３７…コリメートレンズ、３８…反射鏡、３９…ダイクロイックミラー、４０…対物レンズ、４１…アクチュエーター、４２…集光レンズ、４３…シリンドリカルレンズ、４４…フォトディテクタ、４５…集光レンズ、４６…フォトディテクタ、４７…ＬＥＤ光源、４８…支持台、５０…ステージ移動機構、５１…移動ステージ、５２…フィードモーター、５３…スクリューロッド、５４…軸受部、５５…固定ブロック、５６…基台、５７…スピンドルモーター、５８…出力軸、５８ａ…セット部、５９…キャップ、６０…取っ手、６１…伸縮パイプ、６２…円盤状部、６３…円柱状部、６５…固定部、６６…ばね、６７…蓋、６８…伸縮棒、６９…収納部、６９ｂ…スペース、７０…ローラー、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、ＯＢ…測定対象物（配管）

Claims (6)

1. 測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、
   中央に前記Ｘ線を通過させる貫通孔が形成されたテーブルと、
   前記テーブルに取り付けられて、中央部にて前記Ｘ線を通過させるとともに、前記測定対象物にて回折したＸ線を受光して、前記回折したＸ線による像である回折環を撮像するイメージングプレートとを備えた回折環撮像装置において、
   前記テーブルは、前記貫通孔の周囲にＸ線を透過させる複数の透過部を有し、前記イメージングプレートは、前記回折環が撮像される領域とは別の領域に、前記透過部を透過したＸ線による像を撮像し、前記貫通孔の中心軸が前記イメージングプレートと交差する点は、前記透過部の中心軸が前記イメージングプレートと交差する点から算出可能にされていることを特徴とする回折環撮像装置。
2. 請求項１に記載の回折環撮像装置において、
   前記透過部の中心軸が前記イメージングプレートと交差する点から、前記貫通孔の中心軸が前記イメージングプレートと交差する点に向かう位置ベクトルの方向に、別の前記透過部の中心軸が前記イメージングプレートと交差する点があり、前記位置ベクトルは互いに交差するものが複数あることを特徴とする回折環撮像装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の回折環撮像装置において、
   前記透過部のそれぞれは、前記透過部の中心軸が前記イメージングプレートと交差する点の位置関係又は前記透過部の前記テーブルに平行な断面の形状から識別可能にされ、前記イメージングプレートにおける回転角度０のラインは、前記識別された透過部の中心軸が前記イメージングプレートと交差する点から算出可能にされていることを特徴とする回折環撮像装置。
4. 請求項３に記載の回折環撮像装置において、
   前記透過部の中心軸が前記イメージングプレートと交差する点と、前記貫通孔の中心軸が前記イメージングプレートと交差する点とを結んだ線分の１つの長さは、他の前記線分の長さと異なっており、前記長さが異なる線分は、前記イメージングプレートにおける回転角度０のラインに含まれることを特徴とする回折環撮像装置。
5. 請求項３に記載の回折環撮像装置において、
   前記貫通孔の中心軸が前記イメージングプレートと交差する点から、前記透過部の中心軸が前記イメージングプレートと交差する点に向かう位置ベクトルの方向に、別の前記透過部の中心軸が前記イメージングプレートと交差する点がある位置ベクトルが１つあり、前記１つの位置ベクトルは前記イメージングプレートにおける回転角度０のラインに含まれることを特徴とする回折環撮像装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の回折環撮像装置により撮像された回折環及び前記透過部を透過したＸ線による像を読み取る回折環読取装置において、
   前記透過部を透過したＸ線による像の形状から、前記イメージングプレートの前記テーブルへの取り付け状態の良否を判定する判定手段を備えることを特徴とする回折環読取装置。

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