JP2021071401A - 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線の強度分布に基づく特性値を測定するＸ線回折測定装置において、測定対象物の結晶粒が大きい場合でも特性値の測定精度が悪くならないようにする。【解決手段】 Ｘ線回折測定装置は、Ｘ線管１０から出射したＸ線を入射し通過させて出射する多数の細束管の集合体であるポリキャピラリ１４を備える。ポリキャピラリ１４から出射したＸ線は、シンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４のＸ線入射面付近に設定した、所定の円の箇所における回折Ｘ線の強度がピークになる回折Ｘ線の発生点で集光する。【選択図】図３

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、Ｘ線回折測定装置に対して測定対象物を移動させれば、測定対象物の広い範囲で表面硬さに基づく特性値を測定することができ、測定対象物の表面硬さで異常な箇所を検出することができる。

特許第６０２０８４８号公報

しかしながら、発明者は多くの測定対象物において、表面に垂直にＸ線を照射し、Ｘ線光軸を中心とした複数の半径方向における回折Ｘ線の強度分布曲線を測定したところ、ある半径方向においては回折Ｘ線の強度が小さい、又は該強度分布曲線が正規分布をしていないものがあることが分かった。これは、測定対象物の結晶粒が大きいため回折面があらゆる方向に一様に存在しておらず、Ｘ線照射点から見て特定方向における回折Ｘ線の強度が小さいためと考えられる。そして、このような場合は、特許文献１に示す装置で表面硬さに基づく特性値を測定した場合、該特性値の測定精度が悪くなる可能性があ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、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線回折測定装置において、測定対象物の結晶粒が大きい場合でも表面硬さに基づく特性値の測定精度が悪くならない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線を出射するＸ線出射機構と、Ｘ線出射機構から出射される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線出射機構から出射される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又は中心からの距離の大小が記憶され、中心からの距離順にそれぞれのＸ線検出センサが検出した回折Ｘ線の強度を並べたときの強度変化が、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を備えたＸ線回折測定装置において、Ｘ線出射機構は、内部でＸ線を発生させて出射口よりＸ線を出射させるＸ線管と、Ｘ線管から出射したＸ線を入射し通過させて出射する多数の細束管の集合体であるポリキャピラリとを備え、ポリキャピラリは、多数の細束管から出射したＸ線が、所定の円の箇所における回折Ｘ線の強度がピークになる回折Ｘ線の発生点で集光するように、多数の細束管が構成されているようにしたことにある。

これによれば、Ｘ線が集光する点がＸ線照射点とすべき点（所定の円の箇所における回折Ｘ線の強度がピークになる回折Ｘ線の発生点）となり、Ｘ線が集光する点を測定対象物の表面になるようにすれば、測定対象物にＸ線を所定範囲の入射方向から照射させて測定を行うことができる。これにより、Ｘ線回折測定装置の筐体を揺動させた場合と同じ効果を得ることができ、測定対象物の結晶粒が大きい場合でも、Ｘ線光軸を中心としたあらゆる半径方向における回折Ｘ線の強度分布曲線が、同程度の強度で正規分布をなすようになる。すなわち、表面硬さに基づく特性値の測定精度が悪くならないようにすることができる。また、Ｘ線が集光するので、Ｘ線の照射点の大きさ（測定点の大きさ）が従来と同程度で、Ｘ線管から出射するＸ線の強度が従来と同程度である場合は、Ｘ線を平行光にする際の損失がない分、従来よりも測定対象物に照射されるＸ線の強度は大きくなる。よって、発生する回折Ｘ線の強度は従来より大きくなり、測定精度を向上させることができる。

また、本発明の他の特徴は、ポリキャピラリにＸ線が入射する近傍に配置された、複数のＸ線通過用孔が形成されたプレートであって、複数のＸ線通過用の孔はそれぞれ異なった孔径であるプレートと、プレートに形成された複数のＸ線通過用孔のいずれかがＸ線の光路上に配置するようプレートを移動するプレート移動機構とを備えたことにある。

これによれば、プレート移動機構によりプレートを移動させれば、Ｘ線が通過するＸ線通過用孔が変わり、Ｘ線の断面径が変化する。そして、Ｘ線の断面径が変化すれば、Ｘ線が集光した箇所におけるＸ線入射方向の範囲（装置の筐体を揺動させた場合の揺動角度に相当する角度の範囲）を変化させることができる。すなわち、プレート移動機構によりプレートを移動させてＸ線が通過するＸ線通過用孔を変えることで、Ｘ線入射方向の範囲を様々に設定することができる。

また、本発明の他の特徴は、Ｘ線管からＸ線が出射されていない状態で、可視光をポリキャピラリに入射させて出射させる可視光出射手段を備え、プレートは、円周方向に複数のＸ線通過用孔が形成された円盤状又は扇状のプレートであり、プレート移動機構は、プレートの回転位置を変化させる機構であって、可視光出射手段は、可視光を出射する光源と、プレートの円周方向の一部に取り付けられた反射部材であって、プレート移動機構によるプレートの移動により反射部材に光源から出射された可視光が入射するようになったとき、ポリキャピラリに可視光が入射するよう前記入射した可視光を反射させる反射部材とを備えたことにある。

これによれば、プレート移動機構をコンパクトで簡単な機構にすることができる、また、出射Ｘ線と同じ光軸で可視光を出射することができるので、可視光の照射点を見ながらＸ線の照射点（測定点）が意図した位置になるよう調整することができる。また、可視光も集光して照射されるので、可視光の照射点の大きさが最小と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調整することで、Ｘ線が集光する点をＸ線の照射点（測定対象物の表面）にし、所定の円の箇所における回折Ｘ線の強度がピークになるようにすることができる。

また、本発明の他の特徴は、可視光出射手段から出射される可視光とは別の光軸を有する可視の平行光を出射する平行光出射手段であって、平行光の光軸はポリキャピラリから出射されたＸ線が集光する点を通るようにされている平行光出射手段を備えたことにある。

これによれば、２つの可視光の照射点が合致するよう、測定対象物に対する装置の位置を調整することで、Ｘ線が集光する点をＸ線の照射点（測定対象物の表面）にすることができる。

また、本発明の他の特徴は、可視光出射手段の反射部材はハーフミラーであり、ハーフミラーの近傍に、ポリキャピラリのＸ線が入射する箇所から前記ハーフミラーに向かう方向の光を受光し、受光した光強度に相当する強度の信号を出力する受光器を備えたことにある。

これによれば、受光器の出力信号の強度が最大になるように測定対象物に対する装置の姿勢を調整することで、測定対象物に照射された可視光の反射光を、照射した可視光の進行方向の正反対の方向にしてポリキャピラリを反対方向に進むようにすることができる。すなわち、測定対象物に照射するＸ線の光軸を測定対象物の表面に対して垂直にすることができる。

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線出射機構とシンチレーションカウンタの部分を拡大して示す部分断面図である。 図３の円盤状プレートとＬＥＤ光源を上方から見た図である。 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線回折測定装置から出射されたＸ線が集光する様子を誇張して示すとともに、集光点をレーザ光の光軸が通ることを示す図である。 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。図１に示すように、このＸ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定装置１、アーム式移動装置、高電圧電源７５、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５０内にＸ線を出射するＸ線管１０、Ｘ線管１０から出射されるＸ線を貫通孔を通過させることで断面径を調整するＸ線断面径調整機構、Ｘ線断面径調整機構を通過したＸ線を入射し集光するように出射するＸ線集光機構、可視のＬＥＤ光を出射Ｘ線と同じ光軸で出射するＬＥＤ光出射機構、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複数のシンチレーションカウンター２１、及びＸ線集光機構とシンチレーションカウンター２１を取り付けた直方体状プレート２０を収容している。また、筐体５０内には、Ｘ線管１０、シンチレーションカウンター２１等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外で２点鎖線で囲まれた各種回路は、筐体５０内の２点鎖線内に納められている。なお、図１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。また、筐体５０の外壁の一部には、微小断面の可視のレーザ光を平行光で出射するレーザ出射器４０が取り付けられている。

図１及び図２に示すように、筐体５０は略直方体状に形成され、底面壁５０ａ、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｃ、上面壁５０ｄ、斜面壁５０ｅ及び側面壁５０ｆを有する。底面壁５０ａにはＸ線集光機構である固定ブロック２２とポリキャピラリ１４を、先端から所定の長さだけ筐体５０の外に出すための円形状の孔５０ａ１が形成されている。後述するようにポリキャピラリ１４から出射するＸ線は略１点に集光するＸ線であるが、該出射Ｘ線の光軸は、底面壁５０ａ及び上面壁５０ｄに略垂直であり、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｃ及び側面壁５０ｆに略平行である。また、側面壁５０ｆの１つは回転部５３を回転可能にしている回転台５５に連結され、回転部５３にはアーム式移動装置の先端アーム５４が連結されている。回転部５３は手動で回転台５５に対して任意の回転角度にして固定することができるものであり、アーム式移動装置は複数のアームが関節で連結されていて先端の位置と姿勢を任意の状態で固定することができるものである。これにより、筐体５０（Ｘ線回折測定装置１）は、ステージＳｔ及び測定対象物ＯＢに対する位置と姿勢を変化させることができる。

Ｘ線管１０は長尺状に形成され、筐体５０内の上部にて中心軸が底面壁５０ａ、上面壁５０ｄ及び側面壁５０ｆに平行になるよう筐体５０に固定されており、高電圧電源７５からの高電圧の供給を受け、Ｘ線制御回路３０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３０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、コントローラ７１から指令が入力するとＸ線管１０から一定の強度のＸ線が出射されるように、Ｘ線管１０に高電圧電源７５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線管１０は、図示しない冷却装置を備えていて、Ｘ線制御回路３０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線管１０は温度が一定に保たれる。

図３は、Ｘ線回折測定装置１におけるＸ線集光機構とシンチレーションカウンタ２１の部分を拡大して示す部分断面図であるが、図３には、Ｘ線断面径調整機構及びＬＥＤ光出射機構も含まれている。図３に示すように、Ｘ線管１０の出射口１１から出射されたＸ線は円盤状プレート４５の方向に進むが、円盤状プレート４５には貫通孔４５ａが形成されており、円盤状プレート４５を適切な回転位置にすることで、Ｘ線はこの貫通孔４５ａを通過して固定ブロック２２に形成された貫通孔２２ａに入射する。円盤状プレート４５を上方向から見た図、別の表現をすると出射Ｘ線が進む方向にＸ線管１０側から見た図が、図４である。図４に示すように円盤状プレート４５には貫通孔４５ａ１〜４５ａ１１が形成されており、貫通孔４５ａ１〜４５ａ１１はそれぞれの孔径が異なっている。よって、円盤状プレート４５を回転させ適切な回転位置で停止させることで、出射Ｘ線を指定した貫通孔４５ａを通過させて出射させることができる。これにより貫通孔４５ａを通過した出射Ｘ線の断面径は、貫通孔４５ａの孔径に相当する径になる。貫通孔４５ａ１は孔径が最も大きく、貫通孔２２ａと同程度の孔径であり、貫通孔４５ａ１を通過した出射Ｘ線が貫通孔２２ａに入射したときは円盤状プレート４５を介さずに出射Ｘ線が貫通孔２２ａに入射した状態と同じになる。以下、貫通孔４５ａ２から貫通孔４５ａ１１に行くに従い貫通孔４５ａを通過した出射Ｘ線の断面径は小さくなり、貫通孔２２ａの孔径より断面径が小さい出射Ｘ線が貫通孔２２ａに入射することになる。なお、図３における円盤状プレート４５の回転位置は、出射Ｘ線の光軸上に貫通孔４５ａがなく、出射Ｘ線の光軸と光軸が等しいＬＥＤ光を出射させる位置であり、この点は後述する。この回転位置から図４の矢印が示す方向に円盤状プレート４５を回転させ、適切な回転位置で停止させると、出射Ｘ線の光軸と貫通孔４５ａ１〜４５ａ１１のいずれかの中心軸を一致させることができる。

図３に示すように、円盤状プレート４５の中心には円盤状プレート４５の中心軸と回転軸が合うようにモータ４６の出力軸４６ａが固定されており、モータ４６が回転して停止することで、円盤状プレート４５の回転位置を変化させることができる。モータ４６にはエンコーダ４６ｂが組み込まれており、エンコーダ４６ｂが出力するパルス列信号とインデックス信号は、図１に示す回転角度検出回路３７に入力する。回転角度検出回路３７は、インデックス信号を入力すると回転角度を０にし、その後に入力するパルス列信号のパルス数をカウントすることで回転角度を検出し、検出した回転角度のデータをモータ制御回路３６に出力する。モータ制御回路３６はコントローラ７１から回転角度の信号を入力すると、回転角度検出回路３７から入力する回転角度がコントローラ７１から入力した回転角度に等しくなるまでモータ４６に駆動信号を出力する。この駆動信号はモータ４６を低速回転させるものであり、駆動信号が停止するとその回転位置で円盤状プレート４５は停止するようになる。コントローラ７１のメモリには、貫通孔４５ａ１〜４５ａ１１の中心軸が出射Ｘ線の光軸と一致するときの回転角度が記憶されている。さらに、貫通孔４５ａ１〜４５ａ１１を出射Ｘ線が通過し、後述するようにポリキャピラリ１４からＸ線が集光して出射したときのＸ線入射方向の範囲（筐体５０を揺動させた場合の揺動角度に相当する角度の範囲）が貫通孔４５ａ１〜４５ａ１１に対応させて（すなわち回転角度に対応させて）記憶されている。これにより、入力装置７２から、１１個あるＸ線入射方向の範囲（筐体５０を揺動させた場合の揺動角度に相当する角度の範囲）を選定して入力すると、コントローラ７１からモータ制御回路３６に回転角度の信号が出力し、円盤状プレート４５の回転位置は、出射Ｘ線の光軸が選定されたＸ線入射方向の範囲になる貫通孔４５ａの中心軸と一致する位置になる。

図３に示すように、固定ブロック２２の貫通孔２２ａの先には貫通孔２２ａよりやや小さな孔径の貫通孔２２ｂがあり、この貫通孔２２ｂにはポリキャピラリ１４が固定されている。円盤状プレート４５の貫通孔４５ａを通過したＸ線は貫通孔２２ａに入射した後、ポリキャピラリ１４に入射し、ポリキャピラリ１４のそれぞれの細束管を進んで筐体５０の外にあるポリキャピラリ１４の出射口から出射する。ポリキャピラリ１４のそれぞれの細束管はポリキャピラリ１４の出射口付近では出射したＸ線が集束するような構成になっており、測定対象物ＯＢに照射されるＸ線は、略１点で集光するように照射される。すなわち、測定対象物ＯＢに所定範囲の入射方向からＸ線を照射することができる。そして、上述したように、入力装置７２からの入力によりこのときのＸ線入射方向の範囲を調整することができる。

図３に示すように、固定ブロック２２及びポリキャピラリ１４は、直方体状プレート２０の中心に、中心軸が直方体状プレート２０の平面に略垂直になるよう固定されている。そして、直方体状プレート２０の平面は筐体５０の上面壁５０ｄ及び底面壁５０ａに平行に取り付けられているので、ポリキャピラリ１４から出射し集光するＸ線は、その光軸が上面壁５０ｄ及び底面壁５０ａに垂直な状態で出射する。

図１乃至図３に示すように、直方体状プレート２０は、固定ブロック２２及びポリキャピラリ１４の中心軸が直方体状プレート２０の平面と交差する箇所（直方体状プレート２０の中心と略同一）を中心にした所定の径の円周付近に、４つのシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４を、中心軸が直方体状プレート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線入射面は直方体状プレート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、以後、この平面をＸ線検出平面という。図２に二点鎖線で示される円は、測定対象物ＯＢのＸ線照射点からＸ線検出平面までの距離（以後、照射点−検出平面間距離という）が設定値であるとき、Ｘ線検出平面に形成される回折環の半径方向のＸ線強度がピークになる位置である。なお、図１及び図３においては、分かりやすくするため、４つのシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が重ならないように描いているが、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４の位置は図２に示すものが正式なものである。上述したように、ポリキャピラリ１４から出射するＸ線は略１点で集光するが、この集光点からＸ線検出平面までの距離は、照射点−検出平面間距離の設定値であり、照射点−検出平面間距離が設定値になるよう、Ｘ線回折測定装置１（筐体５０）の位置を調整すれば、Ｘ線照射点がＸ線の集光点になる。

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、固定ブロック２２及びポリキャピラリ１４の中心軸（直方体状プレート２０の中心軸）からの距離が異なっている。そして、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Ｘ線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、測定対象物ＯＢに照射されるＸ線は所定範囲の方向から入射するため、回折環の半径方向において、Ｘ線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。

上述したように、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０は、位置と姿勢を任意にして固定することができるので、後述する位置と姿勢の調整を行うことで、照射点−検出平面間距離を設定値にし、測定対象物ＯＢの表面に対する出射Ｘ線の光軸を垂直にすることができる。測定対象物ＯＢの表面に対する出射Ｘ線の光軸を垂直にすると、回折環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）に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の出射Ｘ線の光軸（固定ブロック２２及びポリキャピラリ１４の中心軸）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５は、横軸に出射Ｘ線の光軸からの距離（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大きい順にＡ，Ｄ，Ｂ，Ｃとすると、｛（Ｄ−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。

図５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（Ｄ−Ａ）及び（Ｂ−Ｃ）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、｛（Ｄ−Ａ）＋（Ｂ−Ｃ）｝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、｛（Ｄ−Ａ）＋（Ｂ−Ｃ）｝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｛（Ｄ−Ａ）＋（Ｂ−Ｃ）｝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用いて、上述した特性値を計算して判定を行うことができるためには、照射点−検出平面間距離が設定値にされ、測定対象物ＯＢに対する出射Ｘ線の光軸が垂直にされている必要がある。言い換えると、図２及び図５に示すように、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２１−４の中間位置にあり、該Ｘ線強度分布曲線が回折環のいずれの円周位置においても同等である必要がある。筐体５０内にあるＬＥＤ光出射機構と筐体５０の斜面壁５０ｅにあるレーザ出射器４０は、この条件を満たすよう、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０の位置と姿勢を調整するために設けらたものである。

図３に示すように、ＬＥＤ光出射機構は、ＬＥＤ光源４４、円盤状プレート４５に取り付けられたハーフミラー１２及び円盤状プレート４５のハーフミラー１２の反対側の面に取り付けられたフォトディテクタ１３から構成される。ハーフミラー１２の円盤状プレート４５への取り付け位置は、図４に示すように、円盤状プレート４５に貫通孔４５ｂが形成されている円周位置の所定の回転角度の位置である。ハーフミラー１２は円盤状プレート４５の平面に水平に入射した光の略半分を反射して円盤状プレート４５に垂直な光にするようになっているので、円盤状プレート４５の回転位置が適切な位置になると、ＬＥＤ光源４４が出射した可視のＬＥＤ光の内、円盤状プレート４５の平面に略平行な光路の光は、反射するとポリキャピラリ１４に入射する。コントローラ７１のメモリには、この回転位置の回転角度が記憶されており、入力装置７２より指令が入力すると、コントローラ７１は記憶されている該回転角度をモータ制御回路３６に出力し、円盤状プレート４５の回転位置は可視のＬＥＤ光がポリキャピラリ１４に入射する位置になる。ポリキャピラリ１４に入射したＬＥＤ光はＸ線と同様にすべての細束管を進んで出射するので、集光するとともに出射Ｘ線と同様の光軸を有する。なお、図３においては、わかりやすくするためＬＥＤ光源４４を固定する部材は除いているが、ＬＥＤ光源４４は直方体状プレート２０に固定されており、図１に示すようにＬＥＤ駆動回路３５から駆動信号が入力すると可視のＬＥＤ光を出射する。ＬＥＤ駆動回路３５は、入力装置７２から位置、姿勢調整の指令を入力すると、コントローラ７１から作動開始の指令が入力し、ＬＥＤ光源４４がＬＥＤ光を出射するための駆動信号を出力する。

図１及び図６に示すように、レーザ出射器４０は、円筒状の枠体４１にレーザ光源４３を固定し、円筒状の枠体４１の先端近傍にコリメーティングレンズ４２を固定したものであり、レーザ光源４３から出射されたレーザ光は、コリメーティングレンズ４２で平行光になって出射される。レーザ光源４３はレーザ駆動回路３８から駆動信号が入力することでレーザ光を出射し、レーザ駆動回路３８は、入力装置７２から位置、姿勢調整の指令を入力すると、コントローラ７１から作動開始の指令が入力し、レーザ光源４３がレーザ光を出射するための駆動信号を出力する。レーザ出射器４０は固定ブロック５１内に固定され、固定ブロック５１は筐体５０の斜面壁５０ｅに固定されることで、レーザ出射器４０は筐体５０と一体になっている。この固定位置は、レーザ出射器４０から出射されるレーザ光の光軸が、出射Ｘ線が集光する点を通るようにされている。なお、図６はポリキャピラリ１４から出射されたＸ線が集光する様子を誇張して示すとともに、集光点をレーザ光の光軸が通ることを示す図である。誇張して示すとは、固定ブロック２２とポリキャピラリ１４を、出射Ｘ線の光軸の垂直方向（Ｙ方向）に拡大して示すということである。

上述したように、入力装置７２から位置、姿勢調整の指令を入力すると、ＬＥＤ光源４４からＬＥＤ光が出射され、レーザ光源４３からレーザ光を出射され、測定対象物ＯＢには、ポリキャピラリ１４で集光したＬＥＤ光の照射点と平行光であるレーザ光の照射点が形成される。そして、ＬＥＤ光（Ｘ線）が集光する点をレーザ光の光軸は通っているので、２つの照射点が一致するようにＸ線回折測定装置１（筐体５０）の位置を調整すれば、測定対象物ＯＢの表面でＸ線を集光させることができる。そして、上述したように、このときの照射点−検出平面間距離は設定値になる。

また、図３及び図４に示すように、円盤状プレート４５のハーフミラー１２が取り付けられた面の反対側の面であって、ハーフミラー１２が取り付けられた箇所にはフォトディテクタ１３が取り付けられており、円盤状プレート４５のハーフミラー１２とフォトディテクタ１３に挟まれた箇所には、貫通孔４５ａ１と同程度の孔径の貫通孔４５ｂが形成されている。ポリキャピラリ１４を反対方向に進んだ光は、ポリキャピラリ１４に入射したＬＥＤ光と同じ光路で反対方向にハーフミラー１２に入射し、半分の光が透過して貫通孔４５ａを通過し、フォトディテクタ１３で受光される。ポリキャピラリ１４を反対方向に光が進む場合は、測定対象物ＯＢで発生するＬＥＤ光の反射光の光路が入射したＬＥＤ光と同じ場合であり、これは、出射Ｘ線の光軸が測定対象物ＯＢに対して垂直になっている場合である。また、ＬＥＤ光は集光するので、照射点−検出平面間距離が設定値であるとき（測定対象物ＯＢの表面にＬＥＤ光が集光するとき）、出射Ｘ線の光軸が測定対象物ＯＢに対して垂直であると、フォトディテクタ１３で受光される光の強度は最大になる。よって、２つの照射点が一致するようにＸ線回折測定装置１（筐体５０）の位置を調整した後、フォトディテクタ１３で受光される光の強度が最大になるようＸ線回折測定装置１（筐体５０）の位置と姿勢を調整すれば、照射点−検出平面間距離は設定値になり、測定対象物ＯＢに対する出射Ｘ線の光軸は垂直になる。

フォトディテクタ１３は、受光した光の強度に相当する強度の信号を光強度検出回路３９に出力し、光強度検出回路３９は、入力装置７２から位置、姿勢調整の指令を入力すると、コントローラ７１から作動開始の指令が入力し、入力する信号を増幅してその強度をＡＤ変換器でデジタルデータにし、コントローラ７１に出力する。コントローラ７１は入力したデジタルデータを受光強度の値にして表示装置７３にて表示するので、作業者は表示装置７３に表示される受光強度を見ながらＸ線回折測定装置１（筐体５０）の姿勢を調整することができる。

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を次々に検査する場合の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、｛（Ｄ−Ａ）＋（Ｂ−Ｃ）｝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し、Ｘ線回折測定装置１の直下に測定対象物ＯＢが来る状態にして、入力装置７２から位置、姿勢調整の指令を入力する。これにより、測定対象物ＯＢ上にＬＥＤ光の照射点とレーザ光の照射点が形成され、表示装置７３にはＬＥＤ光の反射光の受光強度が表示されるので、Ｘ線回折測定装置１（筐体５０）の位置と姿勢を調整し、ＬＥＤ光の照射点とレーザ光の照射点が一致し、ＬＥＤ光の反射光の受光強度が最大になるようにする。これにより、Ｘ線回折測定装置１（筐体５０）の位置と姿勢の調整が完了する。なお、前回の検査時と測定対象物ＯＢの厚さが同一であり、Ｘ線回折測定装置１（筐体５０）の位置と姿勢は変化していないことが明らかであれば、この位置と姿勢の調整は省略してよい。

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７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７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３０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する。これにより、Ｘ線回折測定装置１（筐体５０）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に入力する。次に、コントローラ７１はステップＳ１１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Ｓ１２へ行き、ステップＳ１２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Ｓ１３にて、取り込んだ回折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、｛（Ｄ−Ａ）＋（Ｂ−Ｃ）｝の計算から特性値Ｖ（ｎ，ｍ）を算出する。

次に、コントローラ７１はステップＳ１４にて、ステップＳ１３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Ｓ１６へ行き、許容値Ｌを超える場合はＮｏと判定してステップＳ１５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Ｓ１６へ行く。そして、コントローラ７１はステップＳ１６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Ｓ１７へ行き、ｎをインクリメントしてステップＳ１１に戻る。そして、ステップＳ１１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Ｓ１２へ行き、上述したステップＳ１２乃至ステップＳ１７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）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）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Ｓ１６にてＹｅｓと判定してステップＳ１８へ行き、ステップＳ１８にてＸ線制御回路３０に出射停止の指令を出力し、ステップＳ１９にてＳＤ信号取出回路３１〜３４に出力停止の指令を出力する。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する。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Ｓ２２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）があるか判定し、ない場合はＮｏと判定してステップＳ２５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）がある場合は、Ｙｅｓと判定してステップＳ２３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Ｓ２４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Ｓ２６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Ｓ２５の処理を行う。そして、ステップＳ２６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。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Ｓ２７にてＹｅｓと判定してステップＳ２８へ行き、ステップＳ２８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Ｓ２９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Ｖ（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Ｓ３０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３０は、Ｘ線管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７５からＸ線管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線管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３０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線を出射するＸ線出射機構と、Ｘ線出射機構から出射される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であって、回折Ｘ線を入射する検出箇所が、Ｘ線出射機構から出射される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と、それぞれのシンチレーションカウンタ２１における検出箇所の中心からの距離の大小が記憶され、中心からの距離順にそれぞれのシンチレーションカウンタ２１が検出した回折Ｘ線の強度を並べたときの強度変化が、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コントローラ７１の演算プログラムとを備えたＸ線回折測定システムにおいて、Ｘ線出射機構は、内部でＸ線を発生させて出射口よりＸ線を出射させるＸ線管１０と、Ｘ線管１０から出射したＸ線を入射し通過させて出射する多数の細束管の集合体であるポリキャピラリ１４とを備え、ポリキャピラリ１４は、多数の細束管から出射したＸ線が、所定の円の箇所における回折Ｘ線の強度がピークになる回折Ｘ線の発生点で集光するように、多数の細束管が構成されているようにしている。

これによれば、Ｘ線が集光する点がＸ線照射点とすべき点（所定の円の箇所における回折Ｘ線の強度がピークになる回折Ｘ線の発生点）となり、Ｘ線が集光する点を測定対象物ＯＢの表面になるようにすれば、測定対象物ＯＢにＸ線を所定範囲の入射方向から照射させて測定を行うことができる。これにより、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０を揺動させた場合と同じ効果を得ることができ、測定対象物ＯＢの結晶粒が大きい場合でも、Ｘ線光軸を中心としたあらゆる半径方向における回折Ｘ線の強度分布曲線が、同程度の強度で正規分布をなすようになる。すなわち、表面硬さに基づく特性値の測定精度が悪くならないようにすることができる。また、Ｘ線が集光するので、Ｘ線の照射点の大きさ（測定点の大きさ）が従来と同程度で、Ｘ線管から出射するＸ線の強度が従来と同程度である場合は、Ｘ線を平行光にする際の損失がない分、従来よりも測定対象物ＯＢに照射されるＸ線の強度は大きくなる。よって、発生する回折Ｘ線の強度は従来より大きくなり、測定時間をより短くすることができる。

また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定システムは、ポリキャピラリ１４にＸ線が入射する近傍に配置された、複数のＸ線通過用の貫通孔４５ａが形成された円盤状プレート４５であって、複数のＸ線通過用の貫通孔４５ａはそれぞれ異なった孔径である円盤状プレート４５と、円盤状プレート４５に形成された複数のＸ線通過用の貫通孔４５ａのいずれかがＸ線の光路上に配置するよう円盤状プレート４５を回転させるモータ４６、モータ制御回路３６及び回転角度検出回路３７からなる円盤状プレート移動機構とを備えている。

これによれば、円盤状プレート移動機構により円盤状プレート４５を移動させれば、Ｘ線が通過する貫通孔４５ａが変わり、Ｘ線の断面径が変化する。そして、Ｘ線の断面径が変化すれば、Ｘ線が集光した箇所におけるＸ線入射方向の範囲（装置の筐体５０を揺動させた場合の揺動角度に相当する角度の範囲）を変化させることができる。すなわち、円盤状プレート移動機構により円盤状プレート４５を回転させてＸ線が通過する貫通孔４５ａを変えることで、Ｘ線入射方向の範囲を様々に設定することができる。また、貫通孔４５ａが形成されたプレートの移動機構を、円盤状プレート４５を回転させる機構にすることで、プレートの移動機構をコンパクトで簡単な機構にすることができる。

また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置１は、Ｘ線管１０からＸ線が出射されていない状態で、可視のＬＥＤ光をポリキャピラリ１４に入射させて出射させるＬＥＤ光出射機構を備え、ＬＥＤ光出射機構は、ＬＥＤ光を出射するＬＥＤ光源４４と、円盤状プレート４５の円周方向の一部に取り付けられたハーフミラー１２であって、円盤状プレート移動機構による円盤状プレート４５の移動によりハーフミラー１２にＬＥＤ光源４４から出射されたＬＥＤ光が入射するようになったとき、ポリキャピラリ１４にＬＥＤ光が入射するよう入射したＬＥＤ光を反射させるハーフミラー１２とを備えている。

これによれば、出射Ｘ線と同じ光軸で可視のＬＥＤ光を出射することができるので、ＬＥＤ光の照射点を見ながらＸ線照射点（測定点）が意図した位置になるよう調整することができる。また、ＬＥＤ光も集光して照射されるので、ＬＥＤ光の照射点の大きさが最小となるよう測定対象物ＯＢに対するＸ線回折測定装置１の位置を調整することで、Ｘ線が集光する点をＸ線の照射点（測定対象物ＯＢの表面）にし、複数のシンチレーションカウンタ２１の入射面近傍にある所定の円の箇所における回折Ｘ線の強度が、ピークになるようにすることができる。すなわち、照射点−検出平面間距離を設定値にすることができる。

また、上記実施形態においては、ＬＥＤ光出射機構から出射されるＬＥＤ光とは別の光軸を有する可視で平行なレーザ光を出射するレーザ出射器４０であって、レーザ光の光軸はポリキャピラリ１４から出射されたＸ線が集光する点を通るようにされているレーザ出射器４０を備えている。

これによれば、２つの照射点が合致するよう、測定対象物ＯＢに対するＸ線回折測定装置１の位置を調整することで、Ｘ線が集光する点をＸ線の照射点（測定対象物ＯＢの表面）にすることができる。

また、上記実施形態においては、ハーフミラー１２の近傍に、ポリキャピラリ１４のＸ線が入射する箇所からハーフミラー１２に向かう方向の光を受光し、受光した光強度に相当する強度の信号を出力するフォトディテクタ１３を備えている。

これによれば、フォトディテクタ１３の出力信号の強度が最大になるように測定対象物ＯＢに対する装置の姿勢を調整することで、測定対象物ＯＢに照射されたＬＥＤ光の反射光を、照射したＬＥＤ光の進行方向の正反対の方向にしてポリキャピラリ１４を反対方向に進むようにすることができる。すなわち、測定対象物ＯＢに照射するＸ線の光軸を測定対象物ＯＢの表面に対して垂直にすることができる。

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。

上記実施形態においては、可視光を出射する光源としてＬＥＤ光源４４を用いたが、可視光を出射するもので直方体状プレート２０に固定可能な程度に小型のものであれば、どのような光源を用いてもよい。例えば、レーザ光源とコリメーティングレンズで略平行光にした可視光を、ハーフミラー１２に入射させるようにしてもよい。また、レーザ光源に替えてＳＬＤ光源を用いてもよい。

また、上記実施形態においては、円盤状プレート４５に形成する貫通孔４５ａは、図４に示すように等間隔の回転角度ごとに設けた。しかしながら、貫通孔４５ａ以外の箇所でＸ線管１０が出射したＸ線を遮蔽すればよいので、貫通孔４５ａを孔径が小さくなるほど隣の貫通孔４５ａとの間隔を狭めるようにしてもよい。これによれば、より多くの貫通孔４５ａを円盤状プレート４５に設けることができ、Ｘ線入射方向の範囲の変化の間隔を小さくすることができる。

また、上記実施形態においては、貫通孔４５ａを円盤状プレート４５に形成したが、複数の貫通孔４５ａの位置を変化させ、それぞれの貫通孔４５ａの中心軸を出射Ｘ線の光軸と一致させることができるならば、プレートの形状は円盤状でなくてもよい。プレートを回転させるならば扇状でもいいし、プレートを直線移動させるならば長方形状でもいい。また、装置の構造が複雑化してもかまわなければ、複数の貫通孔４５ａが形成されたプレートを移動させる替わりに、カメラの絞りのように貫通孔の径を変化させる機構を設けたプレートに、可視光を反射させるハーフミラー１２を取り付け、このプレートを往復移動させるような構造にしてもよい。

また、上記実施形態においては、可視のＬＥＤ光を反射させる光学部品にハーフミラー１２を使用し、ＬＥＤ光の反射光を検出するフォトディテクタ１３を設けたが、Ｘ線回折測定装置１の姿勢の調整を別の手段で行うならば、フォトディテクタ１３を無くし、ハーフミラー１２は三角状ミラーにしてもよい。該別の手段としては、水準器によりステージＳｔの表面（測定対象物ＯＢの表面）が水平になるよう調整しておき、水準器により筐体５０の上面壁５０ｄが水平になるようＸ線回折測定装置１の姿勢を調整する等がある。

また、上記実施形態においては、出射Ｘ線と同じ光軸で可視光を出射することができるよう、円盤状プレート４５にハーフミラー１２を取り付け、ＬＥＤ光をポリキャピラリ１４に入射させる機能を設けたが、測定対象物ＯＢの形状が１つに限定されており、ステージＳｔとＸ線回折測定装置１の位置と姿勢の関係が固定されているならば、出射Ｘ線と同じ光軸で可視光を出射する機能は設けなくてもよい。この場合は、レーザ出射器４０は設けず、円盤状プレート４５は貫通孔４５ａだけを設ければよい。

また、上記実施形態においては、４つのシンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４を図２に示すように直方体状プレート２０に固定したが、４つのＸ線入射面を、固定ブロック２２とポリキャピラリ１４の中心軸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、シンチレーションカウンタ２１−１〜２１−４を任意の回転角度の位置で半径方向に１列に並べてもよい。

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、半径方向における回折Ｘ線の強度変化に基づく特性値を計算することができるならば、シンチレーションカウンタ２１の個数は３つでもよいし、５つ以上でもよい。例えば３つであれば、Ｘ線入射面の固定ブロック２２とポリキャピラリ１４の中心軸からの距離が大きい順にＡ，Ｂ，Ｃとすると、該特性値は（Ｂ−Ａ−Ｃ）で計算される値を採用でき、例えば６つであれば、該距離が大きい順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとすると、該特性値は｛（Ｃ−Ｂ−Ａ）＋（Ｄ−Ｅ−Ｆ）｝で計算される値を採用できる。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、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、測定対象物ＯＢを特性値Ｖで評価するようにしたが、これ以外に取得した特性値Ｖと測定対象物ＯＢ上の位置から計算できるものにより評価を行ってもよい。例えば、位置に対する特性値Ｖの変化曲線から計算される平均値、最大値、最小値及び変動範囲により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、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、１０…Ｘ線管、１１…出射口、１２…ハーフミラー、１３…フォトディテクタ、１４…ポリキャピラリ、２０…直方体状プレート、２１，２１−１〜２１−４…シンチレーションカウンター、２２…固定ブロック、４０…レーザ出射器、４１…枠体、４２…コリメーティングレンズ、４３…レーザ光源、４４…ＬＥＤ光源、４５…円盤状プレート、４５ａ…貫通孔、４６…モータ、５０…筐体、５０ａ…底面壁、５０ａ１…孔、５０ｂ…前面壁、５０ｃ…後面壁、５０ｄ…上面壁、５０ｅ…斜面壁、５０ｆ…側面壁、５１…固定ブロック、５３…回転部、５４…先端アーム、５５…回転台、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、７５…高電圧電源、Ｓｔ…ステージ、ＯＢ…測定対象物

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線出射機構と、Ｘ線出射機構から出射される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線出射機構から出射される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又は中心からの距離の大小が記憶され、中心からの距離順にそれぞれのＸ線検出センサが検出した回折Ｘ線の強度を並べたときの強度変化が、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を備えたＸ線回折測定装置において、Ｘ線出射機構は、内部でＸ線を発生させて出射口よりＸ線を出射させるＸ線管と、Ｘ線管から出射したＸ線を入射し通過させて出射する多数の細束管の集合体であるポリキャピラリであって、多数の細束管から出射したＸ線が、所定の円の箇所における回折Ｘ線の強度がピークになる回折Ｘ線の発生点で集光するように、多数の細束管が構成されているポリキャピラリとを備え、ポリキャピラリにＸ線が入射する近傍に配置された、複数のＸ線通過用孔が形成されたプレートであって、複数のＸ線通過用の孔はそれぞれ異なった孔径であるプレートと、プレートに形成された複数のＸ線通過用孔のいずれかがＸ線の光路上に配置するようプレートを移動するプレート移動機構と、Ｘ線管からＸ線が出射されていない状態で、可視光をポリキャピラリに入射させて出射させる可視光出射手段とを備え、プレートは、円周方向に複数のＸ線通過用孔が形成された円盤状又は扇状のプレートであり、プレート移動機構は、プレートの回転位置を変化させる機構であって、可視光出射手段は、可視光を出射する光源と、プレートの円周方向の一部に取り付けられた反射部材であって、プレート移動機構によるプレートの移動により反射部材に光源から出射された可視光が入射するようになったとき、ポリキャピラリに可視光が入射するよう入射した可視光を反射させる反射部材とを備えたことにある。

これによれば、Ｘ線が集光する点がＸ線照射点とすべき点（所定の円の箇所における回折Ｘ線の強度がピークになる回折Ｘ線の発生点）となり、Ｘ線が集光する点を測定対象物の表面になるようにすれば、測定対象物にＸ線を所定範囲の入射方向から照射させて測定を行うことができる。これにより、Ｘ線回折測定装置の筐体を揺動させた場合と同じ効果を得ることができ、測定対象物の結晶粒が大きい場合でも、Ｘ線光軸を中心としたあらゆる半径方向における回折Ｘ線の強度分布曲線が、同程度の強度で正規分布をなすようになる。すなわち、表面硬さに基づく特性値の測定精度が悪くならないようにすることができる。また、Ｘ線が集光するので、Ｘ線の照射点の大きさ（測定点の大きさ）が従来と同程度で、Ｘ線管から出射するＸ線の強度が従来と同程度である場合は、Ｘ線を平行光にする際の損失がない分、従来よりも測定対象物に照射されるＸ線の強度は大きくなる。よって、発生する回折Ｘ線の強度は従来より大きくなり、測定精度を向上させることができる。また、これによれば、プレート移動機構によりプレートを移動させれば、Ｘ線が通過するＸ線通過用孔が変わり、Ｘ線の断面径が変化する。そして、Ｘ線の断面径が変化すれば、Ｘ線が集光した箇所におけるＸ線入射方向の範囲（装置の筐体を揺動させた場合の揺動角度に相当する角度の範囲）を変化させることができる。すなわち、プレート移動機構によりプレートを移動させてＸ線が通過するＸ線通過用孔を変えることで、Ｘ線入射方向の範囲を様々に設定することができる。また、これによれば、プレート移動機構をコンパクトで簡単な機構にすることができる。また、出射Ｘ線と同じ光軸で可視光を出射することができるので、可視光の照射点を見ながらＸ線の照射点（測定点）が意図した位置になるよう調整することができる。また、可視光も集光して照射されるので、可視光の照射点の大きさが最小と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調整することで、Ｘ線が集光する点をＸ線の照射点（測定対象物の表面）にし、所定の円の箇所における回折Ｘ線の強度がピークになるようにすることができる。

Claims (5)

1. 対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射機構と、
   前記Ｘ線出射機構から出射されるＸ線が測定対象物に照射されたとき、前記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線出射機構から出射される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又は前記中心からの距離の大小が記憶され、前記中心からの距離順に前記それぞれのＸ線検出センサが検出した回折Ｘ線の強度を並べたときの強度変化が、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を備えたＸ線回折測定装置において、
   前記Ｘ線出射機構は、内部でＸ線を発生させて出射口よりＸ線を出射させるＸ線管と、前記Ｘ線管から出射したＸ線を入射し通過させて出射する多数の細束管の集合体であるポリキャピラリとを備え、
   前記ポリキャピラリは、前記多数の細束管から出射したＸ線が、前記所定の円の箇所における回折Ｘ線の強度がピークになる回折Ｘ線の発生点で集光するように、前記多数の細束管が構成されてい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、
   前記ポリキャピラリにＸ線が入射する近傍に配置された、複数のＸ線通過用孔が形成されたプレートであって、前記複数のＸ線通過用の孔はそれぞれ異なった孔径であるプレートと、
   前記プレートに形成された複数のＸ線通過用孔のいずれかがＸ線の光路上に配置するよう前記プレートを移動するプレート移動機構とを備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
3. 請求項２に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記Ｘ線管からＸ線が出射されていない状態で、可視光を前記ポリキャピラリに入射させて出射させる可視光出射手段を備え、
   前記プレートは、円周方向に前記複数のＸ線通過用孔が形成された円盤状又は扇状のプレートであり、
   前記プレート移動機構は、前記プレートの回転位置を変化させる機構であって、
   前記可視光出射手段は、可視光を出射する光源と、前記プレートの円周方向の一部に取り付けられた反射部材であって、前記プレート移動機構による前記プレートの移動により前記反射部材に前記光源から出射された可視光が入射するようになったとき、前記ポリキャピラリに可視光が入射するよう前記入射した可視光を反射させる反射部材とを備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
4. 請求項３に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記可視光出射手段から出射される可視光とは別の光軸を有する可視の平行光を出射する平行光出射手段であって、前記平行光の光軸は前記ポリキャピラリから出射されたＸ線が集光する点を通るようにされている平行光出射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３又は請求項４に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記可視光出射手段の反射部材はハーフミラーであり、前記ハーフミラーの近傍に、前記ポリキャピラリのＸ線が入射する箇所から前記ハーフミラーに向かう方向の光を受光し、受光した光強度に相当する強度の信号を出力する受光器を備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。

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