JP2020094874A - Ｘ線回折測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定対象物のＸ線照射点において発生する回折Ｘ線により形成されるＸ線回折像の、回折Ｘ線の強度分布の広がりに基づく特性値を測定するＸ線回折測定装置において、装置のコストアップを抑制して、測定対象物に対するＸ線回折測定装置の位置が一定になるよう制御することを可能にする。【解決手段】 Ｘ線出射器１０及び複数のシンチレーションカウンター２１を含む筐体３０を、測定対象物ＯＢの垂直方向に位置を変化させる位置制御装置５の移動ステージに取り付け、複数のシンチレーションカウンター２１の中で、Ｘ線入射面の円盤状プレート２０の中心からの距離が小さい側にあるシンチレーションカウンター２１と大きい側にあるシンチレーションカウンター２１とが検出する回折Ｘ線の強度の差がなくなるよう、移動ステージを移動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物にＸ線を照射し、Ｘ線照射点において発生する回折Ｘ線により形成されるＸ線回折像の、回折Ｘ線の強度分布に基づく特性値を測定するＸ線回折測定装置に関する。

従来から、金属性物体の表面の硬さを非破壊で測定する方法としてＸ線回折を用いた方法がある。この方法は、Ｘ線回折像の特定方向において正規分布状をなすＸ線強度分布曲線が、金属性物体の表面の硬さにより変化するため、Ｘ線強度分布曲線から半価幅又は積分幅等の特性値を算出して、金属性物体の表面硬さを求める方法である。この方法を用いたＸ線回折測定装置の中に、短時間で表面硬さに基づく特性値を測定することができるＸ線回折測定装置として、特許文献１に示された装置がある。この装置は、出射Ｘ線の光軸に垂直な平面に複数のシンチレーションカウンタを出射Ｘ線の光軸からの距離を異ならせて配置し、出射Ｘ線を測定対象物に垂直に照射し、出射Ｘ線の光軸からの距離に対するそれぞれのシンチレーションカウンタが検出する回折Ｘ線強度を、１つの半径方向における回折Ｘ線強度の変化とみなして、特性値を算出するものである。このＸ線回折測定装置を用いれば、１箇所における測定を極短時間で行うことができるので、測定対象範囲が広い場合でも短時間で測定を完了させることができる。

特許文献１に示される装置は、特許文献１の実施形態のように測定対象範囲全体に渡って、測定対象物のＸ線照射点から出射Ｘ線の光軸に垂直な平面であってシンチレーションカウンタの入射口がある平面（以下、回折Ｘ線検出平面という）までの距離（以下、照射点−検出平面間距離という）が一定である場合は問題なく測定をすることができる。しかし、照射点−検出平面間距離が変動する場合は、Ｘ線強度分布のピーク位置が回折Ｘ線検出平面の半径方向に変動し、照射点−検出平面間距離の変動が大きい箇所では算出される特性値に影響が出る場合がある。この問題に対応する方法として特許文献２に示されるように、測定対象物のＸ線照射点付近に断面径の小さい可視の平行光を照射して反射光を受光し、受光位置が一定になるよう測定対象物に対するＸ線回折測定装置の位置を制御することで照射点−検出平面間距離が常に設定値になるよう制御する方法がある。

特許第６０２０８４８号公報 特許第３９５６７０７号公報

しかしながら、特許文献２に示されるこの方法は、可視の平行光を照射する機能及び反射光の受光位置を検出する機能を設ける必要があるため、装置がコストアップするという問題がある。また、測定対象物が反射率が低いものである場合は反射光の受光強度が弱く、制御ができなくなるという問題もある。

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、Ｘ線照射点において発生する回折Ｘ線により形成されるＸ線回折像の、回折Ｘ線の強度分布の広がりに基づく特性値を測定するＸ線回折測定装置において、装置のコストアップを抑制でき、測定対象物が反射率が低いものである場合でも、測定対象物に対するＸ線回折測定装置の位置が一定になるよう制御することが可能なＸ線回折測定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、対象とする測定対象物に向けてＸ線を略平行光にして出射するＸ線出射器と、Ｘ線出射器から出射されるＸ線が測定対象物に照射されたとき、測定対象物にて発生する回折Ｘ線の強度を検出する複数のＸ線検出センサであって、回折Ｘ線を入射又は受光する検出箇所が、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸上の点を中心にしたＸ線の光軸に垂直な平面内における所定の円の円周位置付近になるとともに、中心からの距離がそれぞれ異なるように配置されている複数のＸ線検出センサと、それぞれのＸ線検出センサにおける検出箇所の中心からの距離が記憶され、中心からの距離に対するそれぞれのＸ線検出センサが検出した回折Ｘ線の強度を、所定の円の１つの円周位置における半径方向の回折Ｘ線の強度変化として、強度変化に基づく特性値を計算する評価手段と、Ｘ線出射器及び複数のＸ線検出センサを含む筐体とを備えたＸ線回折測定装置において、複数のＸ線検出センサの中で、検出箇所の中心からの距離が小さい側にあるＸ線検出センサと大きい側にあるＸ線検出センサとが検出する回折Ｘ線の強度の差がなくなるよう、測定対象物に対する筐体の位置を制御する位置制御手段を備えたことにある。

これによれば、位置制御手段が検出箇所の中心からの距離が小さい側にあるＸ線検出センサと大きい側にあるＸ線検出センサとが検出する回折Ｘ線の強度の差がなくなるよう、測定対象物に対する筐体の位置を制御すれば、Ｘ線の光軸上の点である中心からの距離に対してＸ線検出センサを並べた場合、Ｘ線検出センサ群の中央付近に常に回折Ｘ線の強度分布曲線のピークが来るよう制御される。すなわち、照射点−検出平面間距離が常に設定値になるよう制御される。そして、この制御においては、可視の平行光を照射する機能及び反射光の受光位置を検出する機能を設ける必要はないため装置のコストアップを抑制することができる。また、回折Ｘ線は測定対象物の反射率に関係なく発生するので、反射率が低い測定対象物でも制御が可能になる。

また、本発明の他の特徴は、Ｘ線検出センサの個数は４つであり、Ｘ線検出センサが検出する回折Ｘ線の強度を、Ｘ線検出センサにおける検出箇所の中心からの距離が最も小さいものから順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたとき、位置制御手段は、（Ａ−Ｄ）、（Ｂ−Ｃ）又は｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝のいずれか１つが０になるよう制御する手段であるようにしたことにある。或いは、Ｘ線検出センサの個数を３つにし、Ｘ線検出センサが検出する回折Ｘ線の強度を、Ｘ線検出センサにおける検出箇所の中心からの距離が最も小さいものから順にＡ，Ｂ，Ｃとしたとき、位置制御手段は、（Ａ−Ｃ）が０になるよう制御する手段であるようにしたことにある。

これらは、本発明が最も有効になる構成である。すなわち、Ｘ線検出センサの数が少ないほど、評価手段が計算する半径方向の回折Ｘ線の強度変化に基づく特性値（言い方を換えると、回折Ｘ線の強度分布の広がりに基づく特性値）は、回折Ｘ線の強度分布曲線におけるピーク位置の変動の影響、言い方を換えると照射点−検出平面間距離の変動の影響を受けるので、位置制御手段が有効に作用する。しかし、Ｘ線検出センサが４つであれば、例えば｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｃ−Ｄ）｝で半径方向の回折Ｘ線の強度分布の広がりに基づく特性値を計算でき、Ｘ線検出センサが３つであれば、例えば｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｂ−Ｃ）｝で該特性値を計算することができるが、Ｘ線検出センサを２つ以下にすると該特性値の計算が困難になる。よって、Ｘ線検出センサの個数を４つにし、位置制御手段は、（Ａ−Ｄ）、（Ｂ−Ｃ）又は｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝のいずれか１つが０になるよう制御する手段であるようにする構成、或いはＸ線検出センサの個数を３つにし、位置制御手段は、（Ａ−Ｃ）が０になるよう制御する手段であるようにする構成が、本発明が最も有効になる構成である。

また、本発明の他の特徴は、評価手段が計算した特性値と予め設定した合否判定レベルとを比較して合否判定を行う判定手段であって、特性値を算出する際に用いたＸ線検出センサが検出した回折Ｘ線の強度から、検出箇所の中心からの距離が小さい側にあるＸ線検出センサと大きい側にあるＸ線検出センサとが検出した回折Ｘ線の強度の差を計算し、計算した強度の差を用いて、特性値又は合否判定レベルを補正したうえで合否判定を行う判定手段を備えたことにある。

これによれば、測定対象物が狭い領域において凹凸が大きい場合でも、精度のよい合否判定を行うことができる。すなわち、位置制御手段が照射点−検出平面間距離を常に設定値になるよう制御しても、回折Ｘ線の強度の差が発生してから、その差がなくなるよう制御するので、制御にはある程度の遅れが発生し、測定対象物が狭い領域において凹凸が大きい場合は、Ｘ線検出センサが検出した回折Ｘ線の強度を瞬時値で見ると、検出箇所の中心からの距離が小さい側にあるＸ線検出センサと大きい側にあるＸ線検出センサとが検出する回折Ｘ線の強度の差が大きい場合がある。このずれは、回折Ｘ線の強度の瞬時値を多く取得し平均すれば許容できるまで小さくすることができるが、測定対象物が狭い領域において凹凸が大きい場合は瞬時値の個数を多くする必要があるため、１回の評価における範囲は広がり局所的な異常を発見しにくくなる。しかし、中心からの距離が小さい側にあるＸ線検出センサと大きい側にあるＸ線検出センサとが検出した回折Ｘ線の強度の差から特性値又は合否判定レベルを補正すれば、回折Ｘ線の強度の瞬時値を多く取得しなくても、精度のよい合否判定を行うことができる。

また、本発明の他の特徴は、位置制御手段により測定対象物に対して変化する筐体の位置を検出する筐体位置検出手段と、基準厚さの測定対象物に対して位置制御手段が筐体の位置を制御したときの、筐体位置検出手段が検出する筐体の位置を基準筐体位置として予め記憶し、筐体位置検出手段が検出した筐体位置の基準筐体位置からの差と基準厚さとから測定対象物の厚さを算出する厚さ計算手段を備えたことにある。

これによれば、測定対象物を評価手段が計算する半径方向の回折Ｘ線の強度変化に基づく特性値に加え、測定対象物の厚さによっても評価することができる。また、測定対象物がＸ線回折測定装置に対して移動している場合は、測定対象物の厚さのデータ群は、測定対象物のＸ線照射ラインにおける表面プロファイルになり、これによっても測定対象物を評価することができる。

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構成図である。 図１のＸ線回折測定装置の筐体の底面壁を外し、出射Ｘ線の光軸方向からＸ線回折測定装置を見た図である。 図１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。 Ｘ線照射点から回折Ｘ線検出平面までの距離が設定値である場合の４つのシンチレーションカウンタが検出する回折Ｘ線強度の関係を視覚的に示した図であり、（Ａ）は測定対象物の表面硬さが小さい場合であり、（Ｂ）は表面硬さが大きい場合である。 Ｘ線照射点から回折Ｘ線検出平面までの距離が設定値からずれた場合の４つのシンチレーションカウンタが検出する回折Ｘ線強度の関係を視覚的に示した図であり、（Ａ）は測定対象物の表面硬さが小さい場合であり、（Ｂ）は表面硬さが大きい場合である。 図１のＸ線回折測定システムのコントローラが実行するプログラムのフロー図である。 本発明の変形例に係るＸ線回折測定装置において、筐体の底面壁を外し、出射Ｘ線の光軸方向からＸ線回折測定装置を見た図である。 シンチレーションカウンタの数を３つにし、Ｘ線照射点から回折Ｘ線検出平面までの距離が設定値である場合の、それぞれのシンチレーションカウンタが検出する回折Ｘ線強度の関係を視覚的に示した図であり、（Ａ）は測定対象物の表面硬さが小さい場合であり、（Ｂ）は表面硬さが大きい場合である。 シンチレーションカウンタを１２個にした場合の検出する回折Ｘ線強度の関係を視覚的に示した図であり、（Ａ）はＸ線照射点から回折Ｘ線検出平面までの距離が設定値の場合であり、（Ｂ）はＸ線照射点から回折Ｘ線検出平面までの距離が設定値からずれた場合である。

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３を用いて説明する。このＸ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定装置１、位置制御装置５、高電圧電源４５、コンピュータ装置７０、先端検出センサ６０及びベルトコンベアのように一定速度で移動する長尺状のステージＳｔを有する移動機構から構成される。ステージＳｔは平面で、移動方向がこの平面に平行であり、一定間隔で測定対象物ＯＢが載置されている。よって、ステージＳｔが移動すると、載置された測定対象物ＯＢは移動して次々にＸ線回折測定装置１の直下に来る。そして、Ｘ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定装置１の直下に来た測定対象物ＯＢに対して先端から後端までＸ線を連続的に照射して、回折Ｘ線の強度分布の広がりに基づく特性値を測定し、それぞれの測定対象物ＯＢごとに異常箇所を検出する検査を行う。なお、本実施形態では測定対象物ＯＢは鉄製の平板とする。また、図１に示すようにステージＳｔの移動方向をＹ方向とし、ステージＳｔの平面の垂直方向をＺ方向とし、Ｙ方向とＺ方向に垂直な方向をＸ方向とする。

図１に示すようにＸ線回折測定装置１は、筐体３０内にＸ線を出射するＸ線出射器１０、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線を通過させる円筒状パイプ２２、測定対象物ＯＢのＸ線照射点で発生する回折Ｘ線の強度を検出するシンチレーションカウンター２１、及び円筒状パイプ２２とシンチレーションカウンター２１を取り付けた円盤状プレート２０を収容している。また、筐体３０内には、Ｘ線出射器１０、シンチレーションカウンター２１及び位置制御装置５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３０外で２点鎖線で囲まれた各種回路は、筐体３０内の２点鎖線内に納められている。なお、図１においては、回路基板、電線、固定具及び空冷ファン等は省略されている。

図１及び図２に示すように、筐体３０は略直方体状に形成され、底面壁３０ａ、前面壁３０ｂ、上面壁３０ｃ、後面壁３０ｅ、及び側面壁３０ｄを有する。底面壁３０ａにはＸ線出射器１０から円筒状パイプ２２を介して出射されるＸ線を通過させ、Ｘ線照射点で発生する回折Ｘ線を通過させる、円形状の孔３０ａ１が形成されている。円筒状パイプ２２から出射されるＸ線の光軸は、底面壁３０ａ及び上面壁３０ｃに略垂直であり、前面壁３０ｂ、後面壁３０ｅ及び側面壁３０ｄに略平行である。また、側面壁３０ｄの１つは位置制御装置５の移動ステージ５５に固定されており、移動ステージ５５が移動することにより、筐体３０（Ｘ線回折測定装置１）は移動する。位置制御装置５は移動ステージ５５がＺ方向に移動するよう姿勢が調整されており、筐体３０（Ｘ線回折測定装置１）はＺ方向（ステージＳｔの平面の垂直方向）に移動する。

Ｘ線出射器１０は長尺状に形成され、筐体３０内の上部にて中心軸が底面壁３０ａ、上面壁３０ｃ及び側面壁３０ｄに平行になるよう筐体３０に固定されており、高電圧電源４５からの高電圧の供給を受け、Ｘ線制御回路４０により制御されて、Ｘ線を出射口１１から出射する。

Ｘ線制御回路４０は、後述するコンピュータ装置７０を構成するコントローラ７１によって制御され、Ｘ線出射器１０から一定の強度のＸ線が出射されるように、Ｘ線出射器１０に高電圧電源４５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６２は、この冷却装置に供給される駆動信号も制御する。これにより、Ｘ線出射器１０は温度が一定に保たれる。

図３は、図１のＸ線出射器１０の出射口１１付近を拡大した部分断面図であるが、図３に示すように、出射口１１から出射されたＸ線は、大部分が円筒状パイプ２２の内部に入射し、円筒状パイプ２２の反対側から出射する。出射口１１から出射されるＸ線は進行方向に拡がるＸ線であるが、円筒状パイプ２２の内部を通過することにより、円筒状パイプ２２の中心軸と同一の光軸の略平行なＸ線となって円筒状パイプ２２から出射する。図１乃至図３に示すように、円筒状パイプ２２は円盤状プレート２０の中心に、中心軸が円盤状プレート２０の平面に略垂直になるよう固定されている。そして、円盤状プレート２０の平面は筐体３０の上面壁３０ｃ及び底面壁３０ａに平行になっているので、円筒状パイプ２２から出射するＸ線は、光軸が上面壁３０ｃ及び底面壁３０ａに垂直な状態で、底面壁３０ａに形成された孔３０ａ１から出射する。

図１及び図２に示すように、円盤状プレート２０は、円筒状パイプ２２の中心軸が円盤状プレート２０の平面と交差する箇所（円盤状プレート２０の中心と略同一）を中心にした所定の径の円周付近に、略９０°間隔で４つのシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４を、中心軸が円盤状プレート２０の平面と垂直になるよう取り付けている。４つのシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４のＸ線入射面は円盤状プレート２０の平面に平行な１つの平面内に含まれるようになっており、この平面は回折Ｘ線検出平面である。図２に二点鎖線で示される円は、照射点−検出平面間距離（測定対象物ＯＢのＸ線照射点から回折Ｘ線検出平面までの距離）が設定値であるとき、回折Ｘ線検出平面に形成される回折環の半径方向の強度がピークになる位置である。図２から分かるように、４つのシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４のＸ線入射面は、円筒状パイプ２２の中心軸が円盤状プレート２０の平面と交差する箇所（円盤状プレート２０の中心）からの距離が異なっている。

シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４は、入射したＸ線により発生する蛍光の強度を光電子増倍管により増幅し、該蛍光の強度に相当する強度の信号を出力するもので、一般的に用いられているものであり、Ｘ線入射面はある程度の大きさがある。図２ではシンチレーションカウンター２１−１，２１−４のＸ線入射面は、回折環の半径方向の強度がピークになる二点鎖線の円から外れているが、回折Ｘ線の強度を所定以上の強度で検出する。これは、円筒状パイプ２２の内径は、測定対象物ＯＢの表面におけるＸ線の照射点の直径が約１０ｍｍになるような大きさにされており、回折環の半径方向において、回折Ｘ線の強度が所定以上になる範囲は広くなっているためである。すなわち、図２に示した二点鎖線の円の両側に回折Ｘ線の強度が所定以上になる範囲が広範囲で存在しており、シンチレーションカウンター２１−１，２１−４も回折Ｘ線の強度を所定以上の強度で検出する。

位置制御装置５の移動ステージ５５は、Ｘ線回折測定装置１を、底面壁３０ａに形成された孔３０ａ１から出射されるＸ線の光軸がＺ方向になるよう取り付けており、Ｘ線回折測定装置１から出射されたＸ線は、測定対象物ＯＢの表面に垂直に照射される。このため、回折環の半径方向（円盤状プレート２０の半径方向）における回折Ｘ線の強度分布は、回折環の円周位置（回転角度）のよらず略一定になる。よって、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４の円盤状プレート２０の中心からの距離（半径値）と、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が検出した回折Ｘ線の強度との関係は、回折環の１つの円周位置における半径方向での関係と略同一とみなすことができる。すなわち、該半径値と回折Ｘ線の強度との関係は、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４を、回折環の１つの円周位置において半径方向に重ねて並べた場合と略同一の関係である。

図４は、横軸に円盤状プレート２０の中心からの距離（半径値）をとり、縦軸に回折Ｘ線強度をとり、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が検出した回折Ｘ線強度をプロットしたグラフである。グラフの上にはシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４のＸ線入射面を半径値に対応させて示し、回折環の半径方向（円盤状プレート２０の半径方向）における回折Ｘ線の強度分布を点線で示してある。（Ａ）は出射Ｘ線が照射された箇所の表面硬さが小さい場合であり、（Ｂ）は出射Ｘ線が照射された箇所の表面硬さが大きい場合である。グラフの点線が示すよう、表面硬さが大きい箇所では回折Ｘ線の強度分布は広がる。そして、表面硬さが大きいほど、この強度分布の広がりは大きくなる。シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が検出する回折Ｘ線強度は、グラフにプロットした点が示すようＸ線入射面がある回折Ｘ線の強度分布曲線の平均値と見なすことができる。回折Ｘ線の強度分布の広がりを特性値で得るには、強度分布曲線の半価幅や積分幅といった値を計算すればよいが、４つのシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４の値のみでは、すなわちグラフにプロットした点が４つでは半価幅や積分幅を計算することはできない。よって、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が検出する回折Ｘ線強度を、Ｘ線入射面が配置された箇所の半径値の小さい順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｃ−Ｄ）｝で計算される値を回折Ｘ線の強度分布の広がりを表す特性値とする。

図４の（Ａ）と（Ｂ）における４つのプロットを比較すると分かるように、回折Ｘ線の強度分布が広がると（Ｂ−Ａ）及び（Ｃ−Ｄ）の値は小さくなる。そして、これらの値は、回折Ｘ線の強度分布が広がるほど小さくなる。よって、｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｃ−Ｄ）｝で計算される特性値は、回折Ｘ線の強度分布の広がりを表す特性値であり、出射Ｘ線の強度が一定になるようにし、許容値を定めれば、該特性値を許容値と比較することで異常箇所を検出することができる。また、該特性値の大きさから異常の程度を判定することもできる。なお、測定対象物ＯＢの表面硬さが小さい方を異常とするか、大きい方を異常とするかは測定対象物ＯＢにより異なる。すなわち、｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｃ−Ｄ）｝で計算される特性値が許容値より大きい方を異常とするか、許容値より小さい方を異常とするかは測定対象物ＯＢにより異なる。

シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４は、入射したＸ線によりシンチレータで発生する蛍光を光電子増倍管により電子に変換して増幅し、増幅した電子による電気信号を出力するものであり、出力する電気信号の強度は入射したＸ線の強度に相当しているため、電気信号の強度としてＸ線強度を検出することができるものである。シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４はＳＤ信号取出回路３１〜３４と信号線がつながっており、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が出力するＸ線強度に相当する電気信号は、ＳＤ信号取出回路３１〜３４に入力する。ＳＤ信号取出回路３１〜３４は入力する電気信号を積分回路等により平坦な信号に変換した後、ＡＤ変換器によりデジタルデータに変換して出力する回路であり、コントローラ７１から作動開始の指令が入力するとＡＤ変換器が作動し、Ｘ線強度に相当する電気信号の強度のデジタルデータがコントローラ７１に入力する。そして、コントローラ７１内にて｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｃ−Ｄ）｝の計算が行われ、算出された値により異常の有無及び異常の程度が判定される。

シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が検出する回折Ｘ線強度に相当する値をコントローラ７１に入力し、上述した判定を行うことができるためには、照射点−検出平面間距離（Ｘ線照射点から回折Ｘ線検出平面までの距離）が設定値にされている必要がある。言い換えると、図４に示すように、回折Ｘ線検出平面に形成される回折環の半径方向におけるＸ線強度分布曲線のピークが、シンチレーションカウンター２１−２とシンチレーションカウンター２１−３の中間位置にある必要がある。すなわち、照射点−検出平面間距離が設定値からずれると、図５の（Ａ）に示すようにＸ線強度分布曲線はグラフの左右に移動し、これによりシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が検出する回折Ｘ線強度から計算される｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｃ−Ｄ）｝の特性値は、４つのプロットが示すように小さくなり、測定対象物ＯＢの表面硬さがより硬い場合の特性値となる。これは、ステージＳｔの移動方向に測定対象物ＯＢの厚さが変化している場合や測定対象物ＯＢ表面に凹凸がある場合に発生する。このため、エラー信号生成回路３５、サーボ信号生成回路３６及び位置制御装置５により、シンチレーションカウンター２１−１とシンチレーションカウンター２１−４が出力する信号であるＡとＤの信号を用いて、照射点−検出平面間距離を常に設定値にする制御が行われる。

位置制御装置５は、図１及び図２に示すように、枠体５１、フィードモータ５２、スクリューロッド５３、軸受部５４及び移動ステージ５５から構成される機構部分と、枠体５１の一部に取り付けられているモータ駆動回路５６及び移動位置検出回路５７から構成される。枠体５１は、直方体形状の金属体に直方体形状の穴が開けられたものであり、移動ステージ５５に連結されたＸ線回折測定装置１から出射されるＸ線がＺ方向（ステージＳｔの平面の垂直方向）になるように、図１の裏面側が固定具５０に連結されている。枠体５１の上側にはフィードモータ５２が固定され、フィードモータ５２の回転軸にはスクリューロッド５３が連結され、スクリューロッド５３の反対側は軸受部５４に連結されている。移動ステージ５５は枠体５１の直方体形状の穴に移動可能に嵌めこまれており、中心部分に雌ネジが切られた孔が開けられ、この孔と雄ネジが切れらたスクリューロッド５３が迎合している。そして、フィードモータ５２の回転軸及びスクリューロッド５３の中心軸の方向は移動ステージ５５に連結されたＸ線回折測定装置１から出射されるＸ線の光軸方向と平行であり、フィードモータ５２が回転しスクリューロッド５３が回転すると、移動ステージ５５は出射Ｘ線の光軸方向であるＺ方向に移動する。これにより、移動ステージ５５に連結されたＸ線回折測定装置１（筐体３０）もＺ方向へ移動する。

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駆動回路５６及び移動位置検出回路５７へ出力する。モータ駆動回路５６は、コントローラ７１から移動位置が入力すると、移動位置検出回路５７から入力する移動位置がコントローラ７１から入力した移動位置になるまでフィードモータ５２へ駆動信号を出力する。また、モータ駆動回路５６は、コントローラ７１からフィードモータ５２側の移動限界位置への移動指令を入力すると、後述する移動位置検出回路５７から停止指令が入力するまでフィードモータ５２へ駆動信号を出力する。そして、フィードモータ５２へ駆動信号を出力するとき、フィードモータ５２の回転が移動方向に対応する回転方向になり、エンコーダ５２ａ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が、予め設定されている単位時間当たりのパルス数になるよう、駆動信号を制御する。これにより、コントローラ７１から移動位置又は移動限界位置移動指令が出力すると、移動ステージ５５及び筐体３０は該移動位置又は原点位置まで設定された移動速度で移動して停止する。また、モータ駆動回路５６は、コントローラ７１から位置制御の指令が入力すると、後述するサーボ信号生成回路３６から入力する信号の極性と強度に基づいた駆動信号をフィードモータ５２へ出力する。

移動位置検出回路５７はコントローラ７１からフィードモータ５２側の移動限界位置への移動指令を入力すると、エンコーダ５２ａから入力するパルス列信号のパルス数をカウントし、パルス数のカウントが停止すると、モータ駆動回路５６に停止指令を出力して、パルス数のカウント値を「０」に設定する。以後、移動位置検出回路５７はエンコーダ５２ａから入力するパルス列信号のパルス数をカウントし、移動方向によりカウント値を加算または減算し、カウント値から移動位置を算出してモータ駆動回路５６とコントローラ７１に出力する。これにより、移動ステージ５５及び筐体３０の移動位置がフィードモータ５２側の移動限界位置を原点として検出される。

エラー信号生成回路３５は、シンチレーションカウンター２１−１とシンチレーションカウンター２１−４が出力する信号であるＡとＤの信号を入力し、強度が（Ａ−Ｄ）となる信号を作成してサーボ信号生成回路３６に出力する。サーボ信号生成回路３６はコントローラ７１から位置制御開始の指令が入力すると、エラー信号生成回路３５から入力した信号をローパスフィルタを通すことにより周波数の低い信号にし、この信号を照射点−検出平面間距離の設定値からのずれ量に相当する強度の信号に変換してモータ駆動回路に出力する。上述したように、モータ駆動回路５６は、サーボ信号生成回路３６から入力する信号の極性と強度に基づいた駆動信号をフィードモータ５２へ出力する。これにより、エラー信号生成回路３５が出力する信号である（Ａ−Ｄ）の信号は０になるよう制御され、ステージＳｔの移動方向に測定対象物ＯＢの厚さが変動しても照射点−検出平面間距離が常に設定値となるよう制御される。言い換えると回折環の半径方向におけるＸ線強度分布曲線は、図４に示すように、常にピークがシンチレーションカウンター２１−２とシンチレーションカウンター２１−３の中間になるよう制御される。そして、この制御は、測定対象物ＯＢのＸ線照射箇所の表面硬さによらず行うことができる。すなわち図５に示すよう、Ｘ線照射箇所が（Ａ）にように表面硬さが小さい場合でも（Ｂ）のように表面硬さが大きい場合でも、照射点−検出平面間距離が設定値からずれると（Ｘ線強度分布曲線が左右に移動すると）、ＡとＤの信号の強度には差が生じるので、（Ａ−Ｄ）の信号を０にする制御が可能になる。なお、Ｘ線強度分布のピークがシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４の範囲に発生していないと、上述した位置制御は不可能であるので、最初に照射点−検出平面間距離が設定値になるよう移動ステージ５５及び筐体３０を設定位置に移動させた後、上述した位置制御が行われる。

コントローラ７１のメモリには、測定対象物ＯＢの厚さが基準値であり、照射点−検出平面間距離が設定値であるときの（（Ａ−Ｄ）の信号が０であるときの）、移動位置検出回路５７が検出する移動位置が基準移動位置として記憶されている。よって、移動位置検出回路５７から入力する移動位置を基準移動位置から減算した値を厚さの基準値に加算することで、Ｘ線が照射されている箇所の厚さを検出することができる。これにより、｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｃ−Ｄ）｝の特性値による評価に加え、測定対象物ＯＢの厚さによっても評価を行うことができる。

ステージＳｔの側面の近傍には、測定対象物ＯＢの先端および後端が出射Ｘ線が照射される位置になったことを検出するための端検出センサ６０が取り付けられている。端検出センサ６０はステージＳｔの反対側の側面近傍にあるレーザ光の受光の有無により、測定対象物ＯＢの先端および後端を検出するものであり、レーザ光を受光すると所定強度の信号を出力し、レーザ光の受光がないと信号の出力はないようになっている。端検出回路６１は端検出センサ６０と一体になっており、コントローラ７１から作動指令が入力した後、端検出センサ６０から入力する信号の強度が所定強度から０になると、「先端検出」を意味する信号をコントローラ７１に出力し、０から所定強度になると「後端検出」を意味する信号をコントローラ７１に出力する。なお、端検出センサ６０が検出するライン（反対側にあるレーザ光の光軸）は、測定対象物ＯＢの移動方向に対して出射Ｘ線の光軸よりやや後方にあり、後述するように、「先端検出」の信号が出力されたときは、予め設定された時間をおいてＸ線の出射と回折Ｘ線の強度の検出を行い、「後端検出」の信号が出力されたときは、即座にＸ線の出射と回折Ｘ線の強度の検出を停止するようになっている。これは、出射Ｘ線が測定対象物ＯＢの先端及び後端の縁にかかった状態では正常な評価ができないため、この状態のときは評価を行わないようにするためである。

コンピュータ装置７０は、コントローラ７１、入力装置７２及び表示装置７３からなる。コントローラ７１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プログラムを実行してＸ線回折測定装置１及び位置制御装置５の作動を制御するとともに、入力したデジタルデータを用いて演算を行い、合否判定及び異常程度の評価を行う。入力装置７２は、コントローラ７１に接続されて、作業者により、各種パラメータ、作動指示などの入力のために利用される。表示装置７３も、コントローラ７１に接続されて、Ｘ線回折測定システムの各種の設定状況、作動状況及び検査結果などを表示する。

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、一定速度で移動する長尺状のステージＳｔに載置された測定対象物ＯＢを次々に評価する場合のＸ線回折測定システムの作動について説明する。なお、この説明においては、測定対象物ＯＢの表面硬さが小さい方、すなわち、｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｃ−Ｄ）｝で計算される特性値が許容値より大きい方を異常として説明する。まず、作業者はＸ線回折測定システムの電源を投入する。これにより、コントローラ７１はモータ駆動回路５６及び移動位置検出回路５７に移動限界位置移動指令を出力し、移動ステージ５５及び筐体３０（Ｘ線回折測定装置１）はフィードモータ５２側の移動限界位置である限界位置に移動する。次に作業者は、入力装置７２から基準移動位置へ移動することを入力する。これにより移動ステージ５５及び筐体３０は、測定対象物ＯＢの厚さが基準値であるときに照射点−検出平面間距離が設定値になる基準移動位置まで移動する。次に作業者は、ステージＳｔを移動させる装置を作動させ、入力装置７２から検査開始を入力する。これにより、コントローラ７１はインストールされている図６に示すフローのプログラムの実行をステップＳ１にて開始する。以下、図６に示すフローに沿って説明する。

まず、コントローラ７１はステップＳ２にて、コントローラ７１に内蔵されたクロックによる時間計測を開始し、ステップＳ３にて端検出回路６１に作動開始の指令を出力する。これにより端検出回路６１は、上述したように端検出センサ６０からの信号により測定対象物ＯＢの先端と後端を検出するごとに、「先端検出」及び「後端検出」を意味する信号をコントローラ７１に出力する。次にコントローラ７１はステップＳ４にて測定対象物ＯＢを識別する番号であるｍを「１」にし、ステップＳ５にて測定点を識別する番号であるｎを「１」にする。そして、ステップＳ６にて端検出回路６１から最初の測定対象物ＯＢにおける「先端検出」の信号が入力するのをＮｏの判定を繰り返しながら待ち、入力するとＹｅｓと判定してステップＳ７へ行き、ステップＳ７にて計測時間をリセットして０にし、ステップＳ８にて予め設定した時間Ｔが経過するのをＮｏの判定を繰り返しながら待つ。これは、上述したように、端検出センサ６０が検出するライン（反対側にあるレーザ光の光軸）は、測定対象物ＯＢの移動方向に対して出射Ｘ線の光軸よりやや後方にあり、出射Ｘ線が測定対象物ＯＢの縁にかかると正確な検査が行われないため、Ｘ線照射点が測定対象物ＯＢの縁より微小距離だけ離れ、正確に検査を行うことができるまで待つためである。

コントローラ７１は、時間Ｔが経過するとＹｅｓと判定してステップＳ９へ行き、ステップＳ９にてＸ線制御回路４０に出射開始の指令を出力し、ステップＳ１０にてＳＤ信号取出回路３１〜３４にデータ出力開始の指令を出力し、ステップＳ１１にてサーボ信号生成回路３６とモータ駆動回路５６に位置制御開始の指令を出力する。これにより、Ｘ線回折測定装置１（筐体３０）からＸ線が測定対象物ＯＢに照射され、回折Ｘ線強度のデジタルデータがコントローラ７１に入力し、照射点−検出平面間距離が常に設定値になるＸ線回折測定装置１（筐体３０）の位置制御が開始される。

次に、コントローラ７１はステップＳ１２にて、時間が（Ｔ＋Δｔ）になるまでＮｏの判定を繰り返しながら待ち、時間が（Ｔ＋Δｔ）になるとＹｅｓと判定してステップＳ１３へ行き、ステップＳ１３にてＳＤ信号取出回路３１〜３４から入力している回折Ｘ線強度に相当する強度のデータＩ（ｎ，ｍ）をメモリに取込み、ステップＳ１４にて移動位置検出回路５７から入力している移動位置のデータＰ（ｎ，ｍ）をメモリに取り込む。取り込み時間は予め設定されており、この設定時間中にＳＤ信号取出回路３１〜３４及び移動位置検出回路５７から入力しているデータはすべて取り込む。次にステップＳ１５にて、取込んだ回折Ｘ線強度のデータＩ（ｎ，ｍ）を平均し、上述した信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれの強度値にし、｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｃ−Ｄ）｝の計算から特性値Ｖ（ｎ，ｍ）を算出する。そして、（Ａ−Ｄ）の値から特性値Ｖ（ｎ，ｍ）を補正する。これは、上述した位置制御により、照射点−検出平面間距離は設定値になるよう、すなわち（Ａ−Ｄ）の値は０になるよう制御されているが、信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの強度を瞬時値で見ると（Ａ−Ｄ）の値は常に０になってはいないためである。別の言い方をすると、位置制御は図５に示すように（Ａ−Ｄ）が０でない状態を検出してから図４に示すように（Ａ−Ｄ）が０になる状態になるようにする制御であり、（Ａ−Ｄ）の値を０を中心にして変動させる制御であるためである。（Ａ−Ｄ）の値は、設定時間中にＳＤ信号取出回路３１〜３４から取込んだデータを平均すれば、０に近い値になるが、測定対象物ＯＢの表面の凹凸が狭い範囲で大きい場合は、取込んだデータを平均しても（Ａ−Ｄ）は０からのずれが大きい値になることがある。よって、（Ａ−Ｄ）の値から定まる補正係数を特性値Ｖ（ｎ，ｍ）に乗算する補正を行う。

この補正係数は、正常な測定対象物ＯＢを用いて照射点−検出平面間距離を設定値から微小量づつずらし、それぞれの移動位置ごとに、ＳＤ信号取出回路３１〜３４から信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの強度のデジタルデータを複数取り込んで平均し、（Ａ−Ｄ）が０のときの｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｃ−Ｄ）｝をＶ’とし、（Ａ−Ｄ）が０以外の値のときの｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｃ−Ｄ）｝をＶとし、（Ｖ’／Ｖ）を補正係数として計算すれば、得ることができる。

次に、コントローラ７１はステップＳ１６にて、取り込んだ移動位置のデータＰ（ｎ，ｍ）を平均し、この平均値を基準移動位置から減算した値を厚さの基準値に加算することで、測定対象物ＯＢの厚さＨ（ｎ，ｍ）を算出する。そして、（Ａ−Ｄ）の値から厚さＨ（ｎ，ｍ）を補正する。この理由も特性値Ｖ（ｎ，ｍ）の場合と同じであり、瞬時値で見るとデータＰ（ｎ，ｍ）の平均値を基準移動位置から減算した値が、厚さの基準値からのずれに常に等しくなっていないためである。この補正は（Ａ−Ｄ）の値から定まる補正値を厚さＨ（ｎ，ｍ）に加算する補正である。この補正値は、正常な測定対象物ＯＢを用いて照射点−検出平面間距離を設定値から微小量づつずらし、それぞれの移動位置ごとに、ＳＤ信号取出回路３１，３４から信号Ａ，Ｄの強度のデータと移動位置検出回路５７から移動位置のデータＰを複数取り込んで平均し、（Ａ−Ｄ）が０のときのＰをＰ’とし、（Ａ−Ｄ）が０以外の値のときのＰをＰ’から減算した値を補正値とすれば得ることができる。

次に、コントローラ７１はステップＳ１７にて、ステップＳ１５で得た特性値Ｖ（ｎ，ｍ）が許容値Ｌ以下である場合はＹｅｓと判定してステップＳ１９へ行き、許容値Ｌを超える場合はＮｏと判定してステップＳ１８へ行き、特性値Ｖ（ｎ，ｍ）を異常箇所データとして別のメモリ領域に記憶した後、ステップＳ１９へ行く。次に、コントローラ７１はステップＳ１９にて、ステップＳ１６で得た厚さＨ（ｎ，ｍ）の基準値Ｓからのずれが許容値以下である場合はＹｅｓと判定してステップＳ２１へ行き、許容値を超える場合はＮｏと判定してステップＳ２０へ行き、厚さＨ（ｎ，ｍ）を異常箇所データとして別のメモリ領域に記憶した後、ステップＳ２１へ行く。そして、コントローラ７１はステップＳ２１にて、端検出回路６１から最初の測定対象物ＯＢにおける「後端検出」の信号が入力したか判定するが、この段階では検査を開始したばかりであるのでＮｏと判定してステップＳ２２へ行き、ｎをインクリメントしてステップＳ１２に戻る。そして、ステップＳ１２にて計測時間がＴ＋ｎ・Δｔ（この場合はＴ＋２・Δｔ）になるまで待ち、計測時間がＴ＋ｎ・ΔｔになるとＹｅｓと判定してステップＳ１３へ行き、上述したステップＳ１３乃至ステップＳ２２の処理を行ってステップＳ１２へ戻る。

このようにして計測時間がＴ＋Δｔ，Ｔ＋２・Δｔ，Ｔ＋３・Δｔ・・・と、Δｔづつ増えるごとに、特性値Ｖ（ｎ，ｍ）及び厚さＨ（ｎ，ｍ）が取り込まれてそれぞれ合否判定が行われ、不合格（異常検出）の場合は、特性値Ｖ（ｎ，ｍ）又は厚さＨ（ｎ，ｍ）が異常箇所データとして別のメモリ領域に記憶されていく。そして、端検出回路６１から「後端検出」の信号が入力すると、ステップＳ２１にてＹｅｓと判定してステップＳ２３へ行き、ステップＳ２３にてＸ線制御回路４０に出射停止の指令を出力し、ステップＳ２４にてＳＤ信号取出回路３１〜３４に出力停止の指令を出力し、ステップＳ２５にてサーボ信号生成回路３６とモータ駆動回路５６に位置制御停止の指令出力する。これにより、測定対象物ＯＢへのＸ線照射は停止し、回折Ｘ線強度に相当するデータの出力は停止し、Ｘ線回折測定装置１（筐体３０）の位置制御は停止する。そして、ステップＳ２６にてモータ駆動回路５６に基準移動位置を出力し、これによりＸ線回折測定装置１（筐体３０）は、検査開始時の移動位置に戻る。上述したように、端検出センサ６０が検出するライン（反対側にあるレーザ光の光軸）は、測定対象物ＯＢの移動方向に対して出射Ｘ線の光軸よりやや後方にあるため、端検出センサ６０が後端を検出したときは、出射Ｘ線は測定対象物ＯＢの後端の縁にかかっていない。よって、「後端検出」の信号が入力したときは、即座にＸ線照射とデータの出力を停止する。

次に、コントローラ７１はステップＳ２７にて、異常箇所データとして別のメモリ領域に記憶した特性値Ｖ（ｎ，ｍ）又は厚さＨ（ｎ，ｍ）があるか判定し、ない場合はＮｏと判定してステップＳ３０へ行き、「合格」の表示をｍ＝１に対応する測定対象物ＯＢの識別情報とともに表示装置７３へ表示させる。また、別のメモリ領域に記憶した特性値Ｖ（ｎ，ｍ）又は厚さＨ（ｎ，ｍ）がある場合は、Ｙｅｓと判定してステップＳ２８へ行き、「不合格」の表示をｍ＝１に対応する測定対象物ＯＢの識別情報とともに表示装置７３へ表示させる。そして、ステップＳ２９にて、記憶したデータのｎ、予め記憶されているステージＳｔの移動速度Ｆ、時間Ｔおよび端検出センサ６０が検出するラインから出射Ｘ線の光軸までの距離Ｂから、Ｆ・（Ｔ＋ｎ・Δｔ）−Ｂの計算を行い、異常箇所の測定対象物ＯＢの先端からの距離を計算する。さらに、特性値Ｖ（ｎ，ｍ）から許容値Ｌを減算した大きさ、又は厚さＨ（ｎ，ｍ）の基準値Ｓからのずれ量を、予め記憶されている異常度合のテーブルに当てはめて異常度合を定める。異常度合のテーブルは、特性値Ｖ（ｎ，ｍ）から許容値Ｌを減算した大きさ、および厚さＨ（ｎ，ｍ）の基準値Ｓからのずれ量を範囲ごとに分け、「微」，「小」，「中」，「大」，「特大」又は「１」，「２」，「３」，「４」，「５」というように異常度合を定めたものである。なお、特性値Ｖ（ｎ，ｍ）から許容値Ｌを減算した大きさ、および厚さＨ（ｎ，ｍ）の基準値Ｓからのずれ量を、そのまま異常の度合いとしてもよい。そして、コントローラ７１は、このように計算した異常箇所の先端からの距離と定めた異常の度合を、異常の種類（表面硬さの異常か、厚さの異常か）とともに表示装置７３へ表示する。この表示において、数値での表示に加えて図で異常箇所と異常の度合を示す表示を行うと検査結果が分かりやすい。

次に、コントローラ７１はステップＳ３１にて、ｍをインクリメントしてステップＳ５に戻り、ｍ＝２の測定対象物ＯＢに対して、上述したステップＳ５乃至ステップＳ３０の処理を行う。そして、ステップＳ３１にて、ｍをインクリメントしてステップＳ５に戻り、ｍ＝３の測定対象物ＯＢに対して同様の処理を行う。このようにして、移動するステージＳｔに載置されて次々に移動してくる測定対象物ＯＢが検査され、検査結果が表示装置７３に表示される。作業者は表示装置７３に表示される結果を見て、不合格と判定された測定対象物ＯＢをステージＳｔから取り除き、それ以外の測定対象物ＯＢと分別する。なお、不合格が厚さによるものである場合は、異常の原因が測定対象物ＯＢの厚さによるものか、測定対象物ＯＢのステージＳｔへの載置の仕方によるものかを調査する。そして、検査する測定対象物ＯＢがなくなり、作業者が入力装置７２から検査停止の指令を入力すると、ステップＳ３２にてＹｅｓと判定してステップＳ３３へ行き、ステップＳ３３にて端検出回路６１へ作動停止の指令を出力し、内蔵されたクロックによる時間計測を停止する。次にステップＳ３４にて、異常箇所データとして記憶した回折Ｘ線強度データＩ（ｎ，ｍ）及びずれ距離Ｄ（ｎ，ｍ）を別のメモリ領域に移動して、次回の検査の際に使用するメモリ領域を空にし、ステップＳ３５にてプログラムの実行を終了する。

このように、ステージＳｔを移動させた後、入力装置７２から検査開始の指令を入力すれば、コントローラ７１がインストールされたプログラムを実行することで、ステージＳｔに載置された測定対象物ＯＢの検査が次々に行われ、検査結果が順に表示装置７３に表示される。作業者は異常が検出された測定対象物ＯＢの異常の原因を詳細に分析したいときは、該測定対象物ＯＢをＸ線回折像を得るＸ線回折測定装置にセットして、異常箇所のＸ線回折像を測定すればよい。なお、コントローラ７１に設定されている合否判定レベルＬは、測定対象物ＯＢに照射されるＸ線の強度が一定である必要がある。上述したように、Ｘ線制御回路４０は、Ｘ線出射器１０から一定の強度のＸ線が出射されるように、高電圧電源４５からＸ線出射器１０に供給される駆動電流及び駆動電圧を制御しているが、長期間が経過するとＸ線出射器１０から出射されるＸ線の強度が変化する可能性がある。よって、定期的に標準の測定対象物ＯＢを測定して特性値Ｖが許容範囲内にあることを確認する。そして、許容範囲外になったときは、Ｘ線回折測定装置１のメンテナンスを行うか、Ｘ線制御回路４０の設定を変えて標準の測定対象物ＯＢの特性値Ｖを許容範囲内にするか、又は許容値レベルＬを変更する。

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線を略平行光にして出射するＸ線出射器１０及び円筒状パイプ２２と、円筒状パイプ２２から出射されるＸ線が測定対象物ＯＢに照射されたとき、測定対象物ＯＢにて発生する回折Ｘ線の強度を検出する複数のシンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４であって、回折Ｘ線を入射するＸ線入射面が、円筒状パイプ２２から出射されるＸ線の光軸上の点を中心にしたＸ線の光軸に垂直な平面内における所定の円の円周位置付近になるとともに、中心からの距離がそれぞれ異なるように配置されている複数のシンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４と、それぞれのシンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４におけるＸ線入射面の中心からの距離が記憶され、中心からの距離に対するそれぞれのシンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４が検出した回折Ｘ線の強度を、所定の円の１つの円周位置における半径方向の回折Ｘ線の強度変化として、強度変化に基づく特性値Ｖを計算するコントローラ７１にインストールされたプログラムの評価機能と、Ｘ線出射器１０、円筒状パイプ２２及び複数のシンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４を含む筐体３０とを備えたＸ線回折測定装置１を含むＸ線回折測定システムにおいて、複数のシンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４の中で、Ｘ線入射面の中心からの距離が小さい側にあるシンチレーションカウンタ２１−１と大きい側にあるシンチレーションカウンタ２１−４とが検出する回折Ｘ線の強度の差がなくなるよう、測定対象物ＯＢに対する筐体３０の位置を制御するエラー信号生成回路３５、サーボ信号生成回路３６及び位置制御装置５を備えたＸ線回折測定装置１を含むＸ線回折測定システムとしている。

これによれば、エラー信号生成回路３５、サーボ信号生成回路３６及び位置制御装置５がＸ線入射面の中心からの距離が小さい側にあるシンチレーションカウンタ２１−１と大きい側にあるシンチレーションカウンタ２１−４とが検出する回折Ｘ線の強度の差がなくなるよう、測定対象物ＯＢに対する筐体３０の位置を制御すれば、Ｘ線の光軸上の点である中心からの距離に対してシンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４を並べた場合、シンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４の中央付近に常に回折Ｘ線の強度分布曲線のピークが来るよう制御される。すなわち、照射点−検出平面間距離が常に設定値になるよう制御される。そして、この制御においては、可視の平行光を照射する機能及び反射光の受光位置を検出する機能を設ける必要はないため装置のコストアップを抑制することができる。また、回折Ｘ線は測定対象物ＯＢの反射率に関係なく発生するので、反射率が低い測定対象物ＯＢでも制御が可能になる。

また、上記実施形態においては、シンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４の個数は４つであり、シンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４が検出する回折Ｘ線の強度を、シンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４におけるＸ線入射面の中心からの距離が最も小さいものから順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたとき、エラー信号生成回路３５、サーボ信号生成回路３６及び位置制御装置５は、（Ａ−Ｄ）が０になるよう制御するようにしている。

これは、本発明が最も有効になる構成の１つである。すなわち、シンチレーションカウンタ２１の数が少ないほど、コントローラ７１にインストールされたプログラムの評価機能が計算する半径方向における回折Ｘ線の強度変化に基づく特性値Ｖ（言い方を換えると、回折Ｘ線の強度分布の広がりに基づく特性値Ｖ）は、回折Ｘ線の強度分布曲線におけるピーク位置の変動の影響、言い方を換えると照射点−検出平面間距離の変動の影響を受けるので、エラー信号生成回路３５、サーボ信号生成回路３６及び位置制御装置５による位置制御が有効に作用する。しかし、シンチレーションカウンタ２１が４つであれば、上記実施形態のように｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｃ−Ｄ）｝で半径方向の回折Ｘ線の強度分布の広がりに基づく特性値Ｖを計算することができ、後述する変形例のようにシンチレーションカウンタ２１を３つにしても該特性値Ｖを計算することができるが、シンチレーションカウンタ２１を２つ以下にすると該特性値Ｖの計算が困難になる。よって、シンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４の個数を４つにし、エラー信号生成回路３５、サーボ信号生成回路３６及び位置制御装置５による位置制御が（Ａ−Ｄ）が０になるよう制御する構成は、本発明が最も有効になる構成の１つである。

また、上記実施形態においては、コントローラ７１にインストールされたプログラムは、計算した特性値Ｖと予め設定した許容値Ｌとを比較して合否判定を行う判定機能であって、特性値Ｖを算出する際に用いたシンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４が検出した回折Ｘ線の強度から、Ｘ線入射面の中心からの距離が小さい側にあるシンチレーションカウンタ２１−１と大きい側にあるシンチレーションカウンタ２１−４とが検出した回折Ｘ線の強度の差を計算し、計算した強度の差を用いて、特性値Ｖを補正したうえで合否判定を行う判定機能を備えている。

これによれば、測定対象物ＯＢが狭い領域において凹凸が大きい場合でも、精度のよい合否判定を行うことができる。すなわち、エラー信号生成回路３５、サーボ信号生成回路３６及び位置制御装置５が照射点−検出平面間距離を常に設定値になるよう制御しても、回折Ｘ線の強度の差が発生してから、その差がなくなるよう制御するので、制御にはある程度の遅れが発生し、測定対象物ＯＢが狭い領域において凹凸が大きい場合は、シンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４が検出した回折Ｘ線の強度を瞬時値で見ると、Ｘ線入射面の中心からの距離が小さい側にあるシンチレーションカウンタ２１−１と大きい側にあるシンチレーションカウンタ２１−４とが検出する回折Ｘ線の強度の差が大きい場合がある。このずれは、回折Ｘ線の強度の瞬時値を多く取得し平均すれば許容できるまで小さくすることができるが、測定対象物ＯＢが狭い領域において凹凸が大きい場合は瞬時値の個数を多くする必要があるので、１回の評価における範囲は広がり局所的な異常を発見しにくくなる。しかし、中心からの距離が小さい側にあるシンチレーションカウンタ２１−１と大きい側にあるシンチレーションカウンタ２１−４とが検出した回折Ｘ線の強度の差から特性値Ｖを補正すれば、回折Ｘ線の強度の瞬時値を多く取得しなくても、精度のよい合否判定を行うことができる。

また、上記実施形態においては、エラー信号生成回路３５、サーボ信号生成回路３６及び位置制御装置５による位置制御により測定対象物ＯＢに対して変化する筐体３０の移動位置を検出する移動位置検出回路５７と、基準厚さの測定対象物ＯＢに対してエラー信号生成回路３５、サーボ信号生成回路３６及び位置制御装置５が筐体３０の位置を制御したときの、移動位置検出回路５７が検出する筐体３０の移動位置を基準移動位置として予め記憶し、移動位置検出回路５７が検出した移動位置の基準移動位置からの差と基準厚さとから測定対象物ＯＢの厚さＨを算出するコントローラ７１にインストールされたプログラムの算出機能を備えている。

これによれば、測定対象物ＯＢをコントローラ７１にインストールされたプログラムの評価機能が計算する、半径方向の回折Ｘ線の強度変化に基づく特性値Ｖに加え、測定対象物ＯＢの厚さＨによっても評価することができる。

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

上記実施形態では、４つのシンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４を出射Ｘ線の光軸方向から見て９０°の間隔で配置するようにしたが、Ｘ線入射面を、円筒状パイプ２２の中心軸が円盤状プレート２０の平面と交差する箇所（円盤状プレート２０の中心）からの距離が異なるようにすれば、配置における間隔の回転角度は任意の角度にしてよい。また、シンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４のＸ線入射面を本実施形態より小さくしても回折Ｘ線の強度を精度よく検出することができるならば、図７に示すように、シンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４を回折環の半径方向に１列に並べてもよい。図７は図２に相当する図であり、筐体３０の底面壁３０ａを外し、出射Ｘ線の光軸方向からＸ線回折測定装置１を見た図である。この場合は、円盤状プレート２０を直方体状プレート２５にし、Ｘ線出射器１０の中心軸方向の垂直方向におけるＸ線回折測定装置１の幅を小さくすることができる。また、この場合は、底面壁３０ａに開けられた孔３０ａ１は、通過した回折Ｘ線がシンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４に入射すればいいので、細長い長方形状にすることができる。

また、上記実施形態では、４つのシンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４が検出する回折Ｘ線の強度（出力する信号の強度）を、円盤状プレート２０の中心からの距離が小さい順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、（Ａ−Ｄ）が０になるよう筐体３０の位置をＺ方向に変化させたが、照射点−検出平面間距離が設定値になるよう制御できれば、計算式は別の式であってもよい。例えば、（Ｂ−Ｃ）であってもよいし、｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝であってもよい。

また、上記実施形態では、シンチレーションカウンタ２１の個数を４つにしたが、シンチレーションカウンタ２１の個数を３つにした場合も、本発明が最も有効になる構成の１つである。すなわち、上述したようにシンチレーションカウンタ２１の数が少ないほど、コントローラ７１にインストールされたプログラムの評価機能が計算する、半径方向における回折Ｘ線の強度分布の広がりに基づく特性値Ｖは、回折Ｘ線の強度分布曲線におけるピーク位置の変動の影響を受けるので、エラー信号生成回路３５、サーボ信号生成回路３６及び位置制御装置５による位置制御が有効に作用する。そして、シンチレーションカウンタ２１が３つであれば、図８に示すように｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｂ−Ｃ）｝で半径方向の回折Ｘ線の強度分布の広がりに基づく特性値Ｖを計算することができ、シンチレーションカウンタ２１を２つ以下にすると該特性値Ｖの計算が困難になる。よって、シンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４の個数を３つにし、エラー信号生成回路３５、サーボ信号生成回路３６及び位置制御装置５による位置制御が（Ａ−Ｃ）が０になるよう制御する構成も、本発明が最も有効になる構成の１つである。

なお、図８は図４と同様のグラフであり、シンチレーションカウンター２１の個数を３つにした場合の、それぞれのシンチレーションカウンター２１が検出した回折Ｘ線強度をプロットしたグラフである。（Ａ）のように表面硬さが小さくなるほど回折Ｘ線の強度分布の広がりは小さくなって｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｂ−Ｃ）｝は値が大きくなり、（Ｂ）のように表面硬さが大きくなるほど回折Ｘ線の強度分布の広がりは大きくなって｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｂ−Ｃ）｝は値が小さくなるので、｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｂ−Ｃ）｝で計算される値を回折Ｘ線の強度分布の広がりを表す特性値とすることができる。

また、上記実施形態では、シンチレーションカウンタ２１の個数を４つにしたが、シンチレーションカウンタ２１の個数はこれよりも多くしてもよい。ただし、上述したように本発明による有効性はシンチレーションカウンタ２１の個数が少ないときの方が大きい。すなわち、特許文献１で示されるＸ線回折測定装置のようにシンチレーションカウンタ２１が１２個あるようにした場合、図９に示すように、回折環の半径方向におけるＸ線強度分布曲線が（Ａ）から（Ｂ）に変動しても、半価幅、積分値幅といったＸ線強度分布の広がりに基づく特性値は、問題なく算出することができる。よって、シンチレーションカウンタ２１の数を多くした場合は、測定対象物ＯＢの厚さの変化や表面の凹凸が大きい場合において、本発明は有効になる。なお、シンチレーションカウンタ２１の数を多くした場合も、照射点−検出平面間距離が設定値になるよう制御できれば、シンチレーションカウンタ２１の信号強度を用いた計算式は様々な式が考えられる。すなわち、照射点−検出平面間距離が設定値のとき回折Ｘ線強度が略同強度になる、中心からの距離が小さい側と大きい側の任意のシンチレーションカウンタ２１を選定して減算する式でもよいし、中心からの距離が小さい側と大きい側のシンチレーションカウンタ２１を複数選定し、それぞれの側で加算したものを減算する式でもよい。

また、上記実施形態では、シンチレーションカウンタ２１の個数を４つにし、｛（Ｂ−Ａ）＋（Ｃ−Ｄ）｝により半径方向におけるＸ線強度分布の広がりに基づく特性値を計算したが、Ｘ線強度分布の広がりに基づく特性値を求めることができれば、別の計算式を用いてもよい。例えば、Ｋを定数として｛（Ｂ＋Ｃ）−Ｋ・（Ａ＋Ｄ）｝で、許容値が０付近の値になるような計算式で特性値を求めてもよい。また、シンチレーションカウンタ２１の個数を４つより増やした場合は、Ｘ線強度分布の広がりに基づく特性値は適切なものを定めればよい。例えば、シンチレーションカウンタ２１の個数を６つにした場合、それぞれが出力する信号の強度を、中心からのＸ線入射面の距離が小さい順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとしたとき、（Ｃ−Ｂ−Ａ）＋（Ｄ−Ｅ−Ｆ）で特性値を計算してもよい。また、シンチレーションカウンタ２１の個数をさらに増やしたときは、半価幅、積分値幅といった特性値を計算してもよい。

また、上記実施形態では、本発明を測定対象物ＯＢが移動機構のステージＳｔ上に載置され一定速度で移動する場合に適用したが、測定対象物ＯＢがＸ線回折測定装置１に対して相対的に移動する場合であれば、どのような場合でも本発明は適用することができる。例えば、固定されたステージに測定対象物ＯＢを載置し、Ｘ線回折測定装置１を測定対象物ＯＢの表面と平行に移動させる場合でも本発明は適用することができる。また、測定対象物ＯＢの厚さ測定が不要であれば、Ｘ線回折測定装置１を車両に搭載し、表面に凹凸がある測定対象物ＯＢ上を走行させる場合でも本発明は適用することはできる。また、本発明は測定対象物ＯＢがＸ線回折測定装置１に対して相対的に移動する場合でなくても、測定対象物ＯＢを次々に固定されたステージ上に載置し、それぞれの測定対象物ＯＢの設定された箇所を検査する場合でも適用することができる。

また、上記実施形態では、Ｘ線回折測定装置１（筐体３０）をＺ方向に移動させる位置制御を行うようにしたが、照射点−検出平面間距離が常に設定値になるよう制御できればよいので、測定対象物ＯＢを載置したステージをＺ方向に移動させる位置制御を行ってもよい。ただし、上記実施形態のように、ステージがＺ方向の垂直方向に移動する機構であると、ステージをＺ方向に移動させる機構にするのは困難であるので、固定されたステージに測定対象物ＯＢを載置し、Ｘ線回折測定装置１を測定対象物ＯＢの表面と平行に移動させる場合に、ステージをＺ方向に移動させる位置制御を行うことができる。

また、上記実施形態では、Ｘ線回折測定装置１（筐体３０）をＺ方向に移動させる位置制御装置５をフィードモータ５２を回転させ移動ステージ５５をＺ方向に移動させる装置にした。しかし照射点−検出平面間距離が常に設定値になるようＸ線回折測定装置１（筐体３０）をＺ方向に移動させる制御ができれば、位置制御装置５はどのような作動方式のものでもよい。例えば、電磁石に流す電流強度を変化させることで吸引力又は反発力を変化させ、Ｘ線回折測定装置１（筐体３０）を取り付けた箇所と固定箇所との間の距離を変化させる方式にしてもよい。

また、上記実施形態では、Ｘ線回折測定装置１から出射されたＸ線が垂直に測定対象物ＯＢに照射されるようにしたが、測定対象物ＯＢの測定箇所が複雑な形状をしている等の理由で垂直にＸ線を照射することが困難であれば、出射Ｘ線がある入射角で測定対象物ＯＢに照射されるようにしてもよい。この場合、測定対象物ＯＢの残留応力の大きさにより回折Ｘ線検出平面に形成される回折環の位置と形状が変化するが、測定対象物ＯＢの表面硬さの変化による半径方向の回折Ｘ線の強度分布の広がりの変化に比べれば、その変化は僅かであるので、回折Ｘ線の強度分布の広がりに基づく特性値に大きな影響は生じない。なお、この場合は、位置制御装置５はＸ線回折測定装置１（筐体３０）を出射Ｘ線の光軸方向に移動させる構造にし、Ｘ線回折測定装置１（筐体３０）の位置制御によりＸ線照射点の位置が変動しないようにする。

また、上記実施形態では、位置制御に使用する２つのシンチレーションカウンター２１−１，２１−４が検出する回折Ｘ線強度の差（Ａ−Ｄ）を用いて算出した特性値Ｖを補正するようにしたが、特性値Ｖを補正するのに換えて許容値Ｌを補正するようにしてもよい。この補正は、上記実施形態で説明した（Ｖ’／Ｖ）の補正係数で許容値Ｌを除算すればよい。

また、上記実施形態では、測定対象物ＯＢを特性値Ｖと厚さＨで評価するようにしたが、これ以外に取得した回折Ｘ線強度データＩと移動位置データＰで算出可能なものにより評価を行ってもよい。例えば、移動方向における特性値Ｖの変化曲線、これから計算される平均値、最大値、最小値及び変動範囲による評価を行ってもよいし、移動方向における測定対象物ＯＢの表面プロファイルやこれから計算される変動範囲、Ｒａ値及びＲＭＳ値で評価を行ってもよい。

また、上記実施形態では、回折Ｘ線の強度を検出するのにシンチレーションカウンター２１を使用したが、Ｘ線の強度を精度よく高速で検出することができれば、どのようなＸ線検出センサを用いてもよい。

また、上記実施形態では、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線を円筒状パイプ２２を介して測定対象物ＯＢに照射することで、照射するＸ線を略平行光にしたが、Ｘ線を適切な断面直径の略平行光にすることができるならば、どのような手段を用いてもよい。例えば、長尺の孔を有するブロックの孔を介してＸ線を測定対象物ＯＢに照射するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、端検出センサ６０はステージＳｔの反対側から出射されているレーザ光の受光の有無により、測定対象物ＯＢの先端および後端を検出するものにしたが、端検出センサ６０は測定対象物ＯＢの先端および後端を検出できれば、どのような作動原理のものでもよい。例えば、端検出センサ６０を撮像機能のあるものにし、ステージＳｔの反対側に輝点や特殊なマークを設けて、撮像画像から輝点や特殊なマークがなくなることや現れることで測定対象物ＯＢの先端および後端を検出するものであってもよい。

１…Ｘ線回折測定装置、５…位置制御装置、１０…Ｘ線出射器、２０…円盤状プレート、２１，２１−１〜２１−４…シンチレーションカウンター、２２…円筒状パイプ、２５…直方体状プレート、３０…筐体、３０ａ…底面壁、３０ａ１…孔、３０ｂ…前面壁、３０ｃ…上面壁、３０ｄ…側面壁、３０ｅ…後面壁、４５…高電圧電源、５０…固定具、５１…枠体、５２…モータ、５３…スクリューロッド、５４…軸受部、５５…移動ステージ、６０…端検出センサ、７０…コンピュータ装置、７１…コントローラ、７２…入力装置、７３…表示装置、Ｓｔ…ステージ、ＯＢ…測定対象物

Claims (5)

1. 対象とする測定対象物に向けてＸ線を略平行光にして出射するＸ線出射器と、
   前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線が測定対象物に照射されたとき、測定対象物にて発生する回折Ｘ線の強度を検出する複数のＸ線検出センサであって、前記回折Ｘ線を入射又は受光する検出箇所が、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸上の点を中心にした前記Ｘ線の光軸に垂直な平面内における所定の円の円周位置付近になるとともに、前記中心からの距離がそれぞれ異なるように配置されている複数のＸ線検出センサと、
   前記それぞれのＸ線検出センサにおける前記検出箇所の前記中心からの距離が記憶され、前記中心からの距離に対する前記それぞれのＸ線検出センサが検出した回折Ｘ線の強度を、前記所定の円の１つの円周位置における半径方向の回折Ｘ線の強度変化として、前記強度変化に基づく特性値を計算する評価手段と、
   前記Ｘ線出射器及び前記複数のＸ線検出センサを含む筐体とを備えたＸ線回折測定装置において、
   前記複数のＸ線検出センサの中で、前記検出箇所の前記中心からの距離が小さい側にあるＸ線検出センサと大きい側にあるＸ線検出センサとが検出する回折Ｘ線の強度の差がなくなるよう、前記測定対象物に対する前記筐体の位置を制御する位置制御手段を備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
2. 請求項１に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記Ｘ線検出センサの個数は４つであり、
   前記Ｘ線検出センサが検出する回折Ｘ線の強度を、前記Ｘ線検出センサにおける前記検出箇所の前記中心からの距離が最も小さいものから順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたとき、前記位置制御手段は、（Ａ−Ｄ）、（Ｂ−Ｃ）又は｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝のいずれか１つが０になるよう制御する手段であ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線検出センサの個数は３つであり、
   前記Ｘ線検出センサが検出する回折Ｘ線の強度を、前記Ｘ線検出センサにおける前記検出箇所の前記中心からの距離が最も小さいものから順にＡ，Ｂ，Ｃとしたとき、前記位置制御手段は、（Ａ−Ｃ）が０になるよう制御する手段であることを特徴とするＸ線回折測定装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のＸ線回折測定装置において、
   前記評価手段が計算した特性値と予め設定した合否判定レベルとを比較して合否判定を行う判定手段であって、前記特性値を算出する際に用いた前記Ｘ線検出センサが検出した回折Ｘ線の強度から、前記検出箇所の前記中心からの距離が小さい側にあるＸ線検出センサと大きい側にあるＸ線検出センサとが検出した回折Ｘ線の強度の差を計算し、前記計算した強度の差を用いて、前記特性値又は前記合否判定レベルを補正したうえで合否判定を行う判定手段を備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のＸ線回折測定装置において、
   前記位置制御手段により前記測定対象物に対して変化する前記筐体の位置を検出する筐体位置検出手段と、
   基準厚さの測定対象物に対して前記位置制御手段が前記筐体の位置を制御したときの、前記筐体位置検出手段が検出する筐体の位置を基準筐体位置として予め記憶し、前記筐体位置検出手段が検出した筐体位置の前記基準筐体位置からの差と前記基準厚さとから測定対象物の厚さを算出する厚さ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。

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