JP2021185342A - Ｘ線回折測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 固体撮像素子をＸ線照射点から撮像面までの距離に応じて簡単な機構で回折環の半径方向に移動させることができ、装置が運搬可能な程度に小型で、コストダウンが図れるＸ線回折測定装置を提供する。【解決手段】 スクロールチャック２０により、出射Ｘ線の光軸が撮像面と交差する点に対して対称位置にある固体撮像素子２５−１〜２５−４を互いの反対方向に移動させる。スクロールチャック２０は出射Ｘ線の光軸を中心軸とする孔を有し、モータ２２による回転駆動を複数の移動体２１−１〜２１−４の該孔の中心軸に垂直な方向への移動に変換する機構であり、複数の固体撮像素子２５−１〜２５−４のそれぞれは複数の移動体２１−１〜２１−４のそれぞれと一体になっている。【選択図】図４Ａ

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線を撮像面に配置した固体撮像素子で受光して、撮像面に形成される回折環を検出するＸ線回折測定装置に関する。

従来から、測定対象物に所定の入射角でＸ線を照射して、測定対象物で回折したＸ線により撮像面に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。このＸ線回折測定装置には、例えば特許文献１に示されている装置のように、撮像面をイメージングプレートにして、測定対象物へのＸ線照射によりイメージングプレートに回折環を撮像し、その後にイメージングプレートにレーザ光を走査しながら照射して走査位置と共に発光強度を検出することで、撮像された回折環の形状を検出する装置がある。この装置は回折環の形状を精度よく検出することができるが、回折環の撮像と検出を別々に行うため、測定に時間がかかるという問題がある。これに対し、例えば特許文献２に示されている装置のように撮像面に固体撮像素子を配置し、該固体撮像素子で撮像面の位置ごとの回折Ｘ線強度を検出することで、回折環の撮像と検出を同時に行うＸ線回折測定装置があり、この装置では測定に時間を要しない。また、例えば特許文献３に示されている装置のように、該固体撮像素子を移動させて撮像面の位置ごとの回折Ｘ線強度を検出する装置であれば、広い面積で固体撮像素子を配置する必要がないので、測定に時間を要しないとともに、装置のコストダウンを図ることができる。

特許第６０４８５４７号公報 特許第６３１３０１０号公報 特開２０１９−３９６８１号公報

Ｘ線回折測定において、Ｘ線照射点から撮像面までの距離（以下、照射点―撮像面間距離という）を測定対象物により様々に設定して測定を行う場合があるが、この場合は形成される回折環の半径値が変化するので、Ｘ線回折測定装置に固体撮像素子を出射Ｘ線の光軸に対して垂直方向（回折環の半径方向）に移動させる機構を設ける必要がある。しかし、特許文献３に示されているこの移動の方法は、固体撮像素子を先端に固定したロボットハンドとＸ線管を先端に固定したロボットハンドを動かすという方法のみであり、この方法では装置のコストダウンを図ることはできないという問題がある。また、この方法では装置全体が大型化するとともに装置をセットしてからロボットハンド先端の移動位置を調整するのに多大の時間を要するため、実質的にロボットハンドが固定された場所でのみ測定が可能になり、運搬や切り出しができない測定対象物は測定できないというという問題もある。

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、測定対象物で回折したＸ線を撮像面に配置した固体撮像素子で受光して、撮像面に形成される回折環を検出するＸ線回折測定装置において、照射点―撮像面間距離を様々に設定して測定を行う場合でも、固体撮像素子を照射点―撮像面間距離に応じて簡単な機構で回折環の半径方向に移動させることができ、装置が運搬可能な程度に小型で、コストダウンが図れる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線出射機構から測定対象物に向けてＸ線が出射された際、測定対象物にて発生した回折Ｘ線を受光し、受光位置ごとのＸ線強度に相当する信号を出力する複数の固体撮像素子であって、複数の固体撮像素子の面を含む面である撮像面が出射されるＸ線の光軸に対して垂直である複数の固体撮像素子と、複数の固体撮像素子を撮像面内で移動させる撮像素子移動機構であって、出射されるＸ線の光軸が撮像面と交差する点に対して対称位置になっている固体撮像素子を互いの反対方向に移動させる撮像素子移動機構とを備えたＸ線回折測定装置において、撮像素子移動機構は、出射されるＸ線の光軸を中心軸とする孔を有し、１つの回転駆動を複数の移動体の該孔の中心軸に垂直な方向への移動に変換する機構であって、複数の固体撮像素子のそれぞれは複数の移動体のそれぞれと一体になっているようにしたことにある。

これによれば、撮像素子移動機構により、複数の固体撮像素子のそれぞれにおける出射されるＸ線の光軸からの距離を、一律に変化させることができるので、照射点―撮像面間距離に応じて複数の固体撮像素子を適切な位置に移動させることができる。そして、撮像素子移動機構は、例えばスクロールチャックのように１つの回転駆動を中心にある孔の中心軸に垂直な方向への移動に変換できる機構であるので、既存の一般的な機構をそのまま用いることができ、コストダウンが図れるとともに、小型の機構であるため装置を運搬可能な程度に小型にすることができる。既存の一般的なスクロールチャックは加工において円柱形状の物体を挟んで固定するものであるが、本発明ではスクロールチャックの爪と呼ばれる箇所を移動体にして複数の固体撮像素子のそれぞれと一体にし、複数の固体撮像素子を移動できるようにする。なお、スクロールチャックは、既存の一般的な機構の１つの例であり、１つの回転駆動を複数の移動体の中心にある孔の中心軸に垂直な方向への移動に変換する機構であれば、どのようなものでも用いることができる。

また、本発明の他の特徴は、複数の固体撮像素子は正方形の形状をした４つの固体撮像素子であり、撮像素子移動機構による４つの固体撮像素子のそれぞれの移動方向は、４つの固体撮像素子のそれぞれの２つの対角線に対して平行と垂直である方向であるようにしたことにある。

これによれば、照射点―撮像面間距離を大きくして撮像面に形成される回折環の半径値が大きくなる場合、４つの固体撮像素子の出射されるＸ線の光軸からの距離を大きくすることで、不連続ながら回折環のそれぞれの箇所のＸ線強度データを得ることができる。そして、４つの固体撮像素子の移動方向を回折環の回転角度０とするラインに対し４５°の角度を成す方向にすれば、回折環の４５°、−４５°、１３５°、−１３５°の回転角度周辺のデータを得ることができるので、回折環全周のデータから残留応力を計算した場合に比べても、残留応力を同程度の精度で求めることができる。また、このような移動が可能となる撮像素子移動機構としては、例えば４爪のスクロールチャックのように既存の一般的な機構をそのまま用いることができるので、コストダウンが図れる。

また、本発明の他の特徴は、Ｘ線出射機構から出射されるＸ線の測定対象物における照射点から撮像面までの距離である照射点―撮像面間距離を検出する距離検出手段と、撮像素子移動機構による移動体の移動における移動位置を検出する移動位置検出手段と、照射点―撮像面間距離と複数の固体撮像素子の適切な位置に回折環が形成されるための移動体の移動位置との関係を予め記憶している記憶手段と、距離検出手段が検出した照射点―撮像面間距離と記憶手段に記憶されている関係とを用いて移動体の移動位置を定め、移動位置検出手段により検出される移動位置が定めた移動位置になるよう撮像素子移動機構による移動を制御する移動制御手段とを備えたことにある。

これによれば、距離検出手段が照射点―撮像面間距離を検出すれば、移動制御手段が撮像素子移動機構を制御して固体撮像素子を適切な位置に移動させるので、Ｘ線回折測定装置の操作者は、固体撮像素子の移動位置を気にすることなく測定を行うことができ、測定効率をよくすることができる。

また、本発明の他の特徴は、Ｘ線出射機構、固体撮像素子及び撮像素子移動機構を含む筐体と、筐体に連結され、筐体の位置と姿勢を任意に設定する筐体位置姿勢変化機構と、筐体にセットされ、重力方向に対する直交する２軸の傾斜角をそれぞれ検出する傾斜角センサと、Ｘ線出射機構からＸ線が出射されない状態で、Ｘ線出射機構から出射されるＸ線と光軸を同一にした可視の平行光を出射する可視光出射手段と、可視光出射手段から可視の平行光が測定対象物に向けて出射されたとき、測定対象物にて発生する反射光を受光し、受光位置を検出できる信号を出力する受光器であって、撮像素子移動機構の複数の移動体の間の面に、撮像面に形成される回折環の回転角度を０とするラインと出射されるＸ線の光軸とを含む平面である基準平面を跨ぐように配置されている受光器と、可視光出射手段が可視光を出射して受光器が反射光を受光したときの、受光器が出力する信号から検出した反射光の受光位置と、距離検出手段が検出した照射点―撮像面間距離とから、予め記憶している関係を用いて可視光の入射角を検出する入射角検出手段と、傾斜角センサの直交する２軸と、回折環の回転角度を０とするラインの方向及び基準平面に垂直な方向との関係が予め記憶され、傾斜角センサが検出した先の角度と後の角度から、可視光の入射角の変化量を検出する入射角変化量検出手段とを備えたことにある。

これによれば、固体撮像素子が出力する信号から得られる回折環の形状から測定対象物の残留応力を計算する際に必要なパラメータであるＸ線入射角を、入射角検出手段が検出する可視光の入射角に、その後の入射角変化量検出手段が検出する可視光の入射角の変化量を加算又は減算することで得ることができる。この際、傾斜角センサが検出する先の角度を、筐体位置姿勢変化機構により筐体の位置と姿勢を変化させて、可視光の照射点がＸ線照射点（測定点）になり、入射角検出手段が可視光の入射角を検出したときの角度とする。そして、傾斜角センサが検出する後の角度を、筐体位置姿勢変化機構により可視光の照射点と基準平面に垂直な軸の方向が変わらないよう筐体の位置と姿勢を変化させたときの角度とすればよい。また、測定対象物の残留応力をより精度よく測定するためには、Ｘ線照射点における法線方向と基準平面とが成す角度を０にする必要があるが、これは、入射角検出手段が可視光の入射角を検出するときを、受光器の反射光の受光位置を基準平面が受光器と交差する位置になるようにし、それ以降の筐体位置姿勢変化機構による筐体の姿勢変更を、基準平面に垂直な軸の方向が変わらないよう行うようにすればよい。なお、傾斜角センサの直交する２軸の方向が、回折環の回転角度を０とするラインの方向及び基準平面に垂直な方向と一致するようにすれば、入射角変化量検出手段が検出する可視光の入射角の変化量の計算がより簡単になる。

また、本発明の他の特徴は、Ｘ線出射機構、固体撮像素子及び撮像素子移動機構を含む筐体と、撮像素子移動機構はＸ線出射機構と一体になっており、Ｘ線出射機構を撮像素子移動機構とともに筐体に対して移動させるＸ線光軸移動機構であって、出射されるＸ線の光軸が撮像面と交差する点である中心点から撮像面に形成される回折環の回転角度を０とする方向に向けて移動させるＸ線光軸移動機構とを備え、撮像素子移動機構による移動は、Ｘ線光軸移動機構による移動と同時に行われるとともに、中心点に対してＸ線光軸移動機構による移動の方向の反対側にある固体撮像素子は、Ｘ線光軸移動機構による移動と平行な方向における移動がないようにされていることにある。

これによれば、回折環の回転角度が１８０°となる部分、別の表現をすると、Ｘ線回折測定により形成される回折環において最も測定対象物に近くなる部分の周辺を撮像する固体撮像素子は、回折環の中心から回折環の回転角度が１８０°となる部分へ向かう方向へは移動しないので、回折環の中心から見て該固体撮像素子の前側にあるＸ線回折測定装置の筐体は、該固体撮像素子に近接させて設けることができる。これにより、該固体撮像素子を測定対象物により近づけることができ、照射点―撮像面間距離をより小さく設定することが可能になる。

また、本発明の他の特徴は、中心点に対してＸ線光軸移動機構による移動の方向の反対側にある固体撮像素子は、ストッパによりＸ線光軸移動機構による移動と平行な方向における移動がないようにされ、撮像素子移動機構に移動体を移動させるための動力が供給されたとき、Ｘ線光軸移動機構はその動力を用いて移動を行うようにしたことにある。

これによれば、Ｘ線光軸移動機構はモータ等の動力部分を有さないので、Ｘ線回折測定装置をコンパクトにし、コストダウンを図ることができる。

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って、固体撮像素子の半径位置を最も小さくした場合の図である。 図１のＸ線回折測定装置の拡大図であって、固体撮像素子の半径位置を最も大きくした場合の図である。 図２のＸ線回折測定装置におけるＸ線出射機構の部分を拡大して示す部分断面図である。 図２のＸ線回折測定装置の固体撮像素子とスクロールチャックの部分を出射Ｘ線の光軸の方向から見た図であって、固体撮像素子の半径位置を最も小さくした場合の図である。 図２のＸ線回折測定装置の固体撮像素子とスクロールチャックの部分を出射Ｘ線の光軸の方向から見た図であって、固体撮像素子の半径位置を最も大きくした場合の図である。 図３において、出射Ｘ線と同じ光軸となる可視のＬＥＤ光を出射する部分を拡大して示す斜視図である。 本発明の変形例に係るＸ線回折測定装置の拡大図である。 図６のＸ線回折測定装置の筐体内部を、Ｘ線管の後方位置からＸ線管の中心軸方向に見た図である。 図６のＸ線回折測定装置の固体撮像素子とスクロールチャックの部分を周囲の筐体とともに出射Ｘ線の光軸の方向から見た図であって、固体撮像素子の半径位置を最も小さくした場合の図である。 図２のＸ線回折測定装置の固体撮像素子とスクロールチャックの部分を周囲の筐体とともに出射Ｘ線の光軸の方向から見た図であって、固体撮像素子の半径位置を最も大きくした場合の図である。 本発明の別の変形例に係るＸ線回折測定装置の固体撮像素子とスクロールチャックの部分を出射Ｘ線の光軸の方向から見た図であって、固体撮像素子の半径位置を最も小さくした場合の図である。 本発明の別の変形例に係るＸ線回折測定装置の固体撮像素子とスクロールチャックの部分を出射Ｘ線の光軸の方向から見た図であって、固体撮像素子の半径位置を最も大きくした場合の図である。

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、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、コンピュータ装置９０及び高電圧電源９５から構成され、測定対象物ＯＢがある所まで持ち運ばれ、アーム式移動装置を測定対象物ＯＢの近傍にセットして操作することで、Ｘ線回折測定装置１を測定対象物ＯＢに対して適切な位置と姿勢にすることができるものである。Ｘ線回折測定装置１はＸ線を測定対象物ＯＢに照射し、照射点で発生する回折Ｘ線により撮像面に形成される回折環の形状を表すデータをコンピュータ装置９０に出力するものであり、コンピュータ装置９０は入力したデータを用いてｃｏｓα法による演算処理を行い測定対象物ＯＢの残留応力を算出するものである。測定対象物ＯＢはＸ線照射により発生する回折Ｘ線により撮像面に回折環が形成されれば、どのようなものでも測定可能であるが、本実施形態では大型の鉄材とする。なお、回折環が形成される撮像面とは、後述する複数の固体撮像素子２５の平面が含まれる１つの平面である。固体撮像素子２５は位置ごとのＸ線強度に相当する強度の信号を出力する素子であるが、該信号を処理することで回折環の形状を表すデータを作成できるので、撮像面に回折環が形成されると表現する。

図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、Ｘ線回折測定装置１は筐体５０の側面壁がアーム式移動装置の先端にある先端アーム５１に連結されており、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１）を測定対象物ＯＢに対して任意の位置と姿勢にすることができる。別の表現をすると、Ｘ線回折測定装置１から出射されるＸ線（以下、出射Ｘ線という）の測定対象物ＯＢにおける照射点（以下、Ｘ線照射点という）から回折環が形成される撮像面までの距離である照射点―撮像面間距離、出射Ｘ線の測定対象物ＯＢに対する入射角（以下、Ｘ線入射角という）、及び出射Ｘ線の光軸を測定対象物ＯＢの表面に投影した方向（以下、残留垂直応力の測定方向という）を任意に設定することができる。また、先端アーム５１と筐体５０の側面壁との連結部は図２Ａ及び図２Ｂの紙面垂直方向周りに回転可能になっており、別の表現をすると出射Ｘ線の光軸と回折環の回転角度を０とするラインを含む平面の垂直方向周りに回転可能になっている。なお、図２Ａ及び図２Ｂは固体撮像素子２５の半径位置を最小にしたときの図と最大にしたときの図であるが、これについては後述する。また、これ以降、方向の説明においては、図１、図２Ａ及び図２Ｂの紙面垂直方向をＸ軸方向、横方向をＹ軸方向、縦方向をＺ軸方向とする。

図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、Ｘ線回折測定装置１は筐体５０内に、Ｘ線管１０、固体固体撮像素子２５を取り付けたプレート２４、プレート２４を固定した移動体２１を出射Ｘ線の光軸の垂直方向に移動させるスクロールチャック２０、Ｘ線管１０から出射されたＸ線を略平行にするコリメータの役割をする円筒状パイプ１２、出射Ｘ線と同じ光軸で可視のＬＥＤ光を出射するＬＥＤ光出射機構４０、及びＬＥＤ光の照射点付近を撮影して画像用データを出力するカメラＣａ等を備えている。そして、Ｘ線回折測定装置１は筐体５０内に、Ｘ線管１０、固体撮像素子２５、スクロールチャック２０、ＬＥＤ光出射機構４０及びカメラＣａ等に接続され、それらの作動を制御したり、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点鎖線内に収められている。そして、これらの各種回路はコンピュータ装置９０に接続され、コンピュータ装置９０のコントローラ９１から入力する指令により作動する。コンピュータ装置９０は入力装置９２及び表示装置９３を有し、コントローラ９１は、入力装置９２からの入力及びインスト−ルされているプログラムの作動により上述した各種回路に指令を出力し、また、該各種回路が出力したデータ及び入力装置９２から入力された値を入力してメモリに記憶する。そして、記憶されたデータをインスト−ルされているプログラムにより処理し、得られた残留応力等の測定結果及びカメラＣａの撮影画像等を表示装置９３に表示させる。また、図１に示すように、Ｘ線回折測定システムは高電圧電源９５を備え、高電圧電源９５はＸ線管１０がＸ線を出射するための電圧及び電流をＸ線管１０に出力する。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０は、直方体形状の上面と底面にそれぞれ１つの角をなくすように斜面を形成し、底面に段差をつけたような構造をしている。詳細には、筐体５０は、第１底面壁５０ａ、第２底面壁５０ｃ、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｅ、上面壁５０ｆ、側面壁（図示せず）、第１底面壁５０ａと第２底面壁５０ｃを連結する底面傾斜壁５０ｈ、第２底面壁５０ｃと前面壁５０ｂが交差する角部をなくすように設けた繋ぎ壁５０ｄ及び後面壁５０ｅと上面壁５０ｆが交差する角部をなくすように設けた上面傾斜壁５０ｇを有するように形成されている。第２底面壁５０ｃと上面壁５０ｆは略平行であり、前面壁５０ｂと後面壁５０ｅも略平行である。そして、第２底面壁５０ｃと上面壁５０ｆに対し前面壁５０ｂと後面壁５０ｅは略垂直であり、側面壁も略垂直である。また、繋ぎ壁５０ｄは側面壁と垂直であり第２底面壁５０ｃと所定の角度を有している。この所定の角度は、例えば３０〜４０度であり、後述するように出射Ｘ線の光軸は第２底面壁５０ｃと上面壁５０ｆに略垂直で、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｅ及び側面壁に対して略平行であるので、繋ぎ壁５０ｄの平面を測定対象物ＯＢの平面と平行にすると、この所定の角度がＸ線入射角になる。第２底面壁５０ｃには円形孔５０ｃ１があり、撮像面への回折環形成時にはこの円形孔５０ｃ１を通過してＸ線が出射され、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線はこの円形孔５０ｃ１を通過して複数の固体撮像素子２５で受光される。そして、回折Ｘ線は複数の固体撮像素子２５が含まれる1つの平面である撮像面の所定の位置に回折環を形成する。また、底面傾斜壁５０ｈはカメラＣａの結像レンズ４８を取り付けた円筒状の枠体を固定しており、カメラＣａはＸ線照射点付近を撮影することができる。

図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、Ｘ線管１０は筐体５０内の上部にて図示左右方向に延設されて固定されている。Ｘ線管１０の中心軸は、上面壁５０ｆ、第２底面壁５０ｃ及び側面壁に略平行になっており、Ｘ線管１０から出射されるＸ線の光軸は、Ｘ線管１０の中心軸に対して略垂直になっている。そして、Ｘ線管１０は、高電圧電源９５から高電圧の供給を受けると、その側面に形成された円状の出射口１１からＸ線を図の下方向に出射する。図１に示す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線管１０から一定強度のＸ線が出射するように、高電圧電源９５からＸ線管１０に供給される駆動電圧及び駆動電流を制御する。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７１は、この冷却装置に供給される駆動信号も制御する。

図３は、図２Ａ及び図２Ｂに示すＸ線回折測定装置１の、固体撮像素子２５、プレート２４、スクロールチャック２０、ＬＥＤ光出射機構４０及び円筒状パイプ１２の部分を拡大して示した部分断面図である。スクロールチャック２０は、中心にある孔２０ａの中心軸がＸ線管１０の出射口１１から出射されるＸ線の光軸と一致するよう筐体５０に固定されている。スクロールチャック２０は、回転駆動を複数の移動体２１のスクロールチャック２０の半径方向への移動に変換するものであり、その構造は市販されているスクロールチャックと同じである。スクロールチャック２０の半径方向は、孔２０ａの中心軸に対して垂直であり、孔２０ａの中心軸はＸ線管１０から出射されるＸ線が通過する円筒状パイプ１２の中心軸と一致しており、後述するように出射Ｘ線の光軸は円筒状パイプ１２の中心軸と同一であるので、スクロールチャック２０の半径方向は、出射Ｘ線の光軸に対して垂直である。また、複数の固体撮像素子２５は平面形状が略同一の複数のプレート２４にそれぞれ固定され、複数のプレート２４は、複数の固体撮像素子２５の平面が含まれる１つの平面である撮像面が出射Ｘ線の光軸に対して垂直になるよう、すなわち移動体２１の移動方向に平行になるよう移動体２１に取り付けられている。よって、スクロールチャック２０の半径方向（移動体２１の移動方向）は、撮像面に形成される回折環の半径方向であり、以下、出射Ｘ線の光軸に対して垂直な方向を、単に半径方向という。市販されているスクロールチャックは円柱状の加工対象物を固定するために使用されるものであり、その多くは、作業者が手動で側面にある回転部を回転させることで、複数の爪を半径方向に移動させ、複数の爪で加工対象物を押圧することで加工対象物を固定するものである。これに対し、本実施形態のスクロールチャック２０は、通常、爪と呼ばれる箇所を移動体２１にし、それぞれの移動体２１に固体撮像素子２５を固定したプレート２４をそれぞれ固定することで、それぞれの固体撮像素子２５を半径方向に移動させるために用いられている。また、本実施形態のスクロールチャック２０は、側面にある回転部にモータ２２の回転部を連結させ、モータ２２の回転駆動により、それぞれの固体撮像素子２５（移動体２１）を半径方向に移動させる。

図１に示すように、モータ２２にはモータ制御回路７３が接続され、モータ制御回路７３から駆動信号が出力するとモータ２２は回転駆動する。また、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はモータ２２が回転するとパルス列信号を、位置検出回路７２及びモータ制御回路７３へ出力する。位置検出回路７２及びモータ制御回路７３は、コントローラ９１からの指令により作動し、位置検出回路７２はエンコーダ２２ａから入力するパルス列信号のパルス数を積算カウントすることで、固体撮像素子２５（移動体２１）の出射Ｘ線の光軸側の移動限界位置を原点とした移動距離をモータ制御回路７３とコントローラ９１に出力する。この移動距離は、固体撮像素子２５（移動体２１）の半径方向の位置であり、以下、位置検出回路７２が出力する値である固体撮像素子２５の移動距離を単に半径値又は半径位置という。モータ制御回路７３は、コントローラ９１から入力した半径値が位置検出回路７２から入力する半径値に等しくなるまで、モータ２２に駆動信号を出力する。このときモータ制御回路７３は、エンコーダ２２a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、設定された値になるよう駆動信号の強度を制御する。これにより、固体撮像素子２５（移動体２１）は、設定された速さでコントローラ９１が指示した半径位置に移動する。また、モータ制御回路７３と位置検出回路７２は、コントローラ９１から移動限界位置への移動の指令が入力すると、モータ制御回路７３は固体撮像素子２５（移動体２１）が出射Ｘ線の光軸側の移動限界位置へ向かう駆動信号をモータ２２に出力し、位置検出回路７２はエンコーダ２２ａからのパルス列信号の入力がなくなると、カウント値をリセットして０にし、モータ制御回路７３に作動停止の信号を出力する。これにより、位置検出回路７２は移動限界位置を０にした半径値を出力することができるようになる。

図３に示すように、スクロールチャック２０の中心にある孔２０ａには、径が孔２０ａの径より大きい円柱部分と径が孔２０ａの径より僅かに小さい円柱部分とを中心軸が一致するよう合体させた形状の固定ブロック２７が挿入されている。そして、固定ブロック２７の孔２０ａの径より大きい円柱部分の縁の近傍に数箇所形成された孔２７ｂを、スクロールチャック２０の面に形成されたねじ穴２０ｂと合わせ、ボルトＢｔを挿入して締め込むことにより、固定ブロック２７はスクロールチャック２０に固定されている。固定ブロック２７の中心には固定ブロック２７と中心軸を合わせて孔２７ａが形成されており、その孔２７ａには円筒状パイプ１２が挿入され接着剤で固定されている。円筒状パイプ１２ａの両側の先端には通路部材１３，１４がそれぞれ固定されており、通路部材１３，１４の中心には通路部材１３，１４と中心軸を合わせて孔１３ａ，１４ａが形成されている。固定ブロック２７の中心軸とスクロールチャック２０の孔２０ａの中心軸は一致しており、上述したように、スクロールチャック２０は、孔２０ａの中心軸がＸ線管１０から出射されるＸ線の光軸と一致するように固定され、孔２０ａの中心軸は円筒状パイプ１２の中心軸と一致しているので、円筒状パイプ１２の中心軸はＸ線管１０から出射されるＸ線の光軸と一致している。図３においては、Ｘ線管１０の出射口１１の近傍にＬＥＤ光出射機構４０の回転プレート４５があるが、後述するように、回転プレート４５はモータ４６の回転により位置を変えるので、出射口１１から円筒状パイプ１２までの間には回転プレート４５がないようにすることができる。その状態であれば、出射口１１から出射したＸ線は通路部材１３の孔１３ａから円筒状パイプ１２に入射し、円筒状パイプ１２の内部を通過して通路部材１４の孔１４ａから出射する。出射するＸ線は円筒状パイプ１２の中心軸付近を平行に通過するＸ線のみであるので、円筒状パイプ１２の内部を通過することで、出射するＸ線は略平行なＸ線となる。すなわち、両側の先端に通路部材１３，１４を固定した円筒状パイプ１２は、出射Ｘ線のコリメータとして働く。よって、出射Ｘ線の光軸は円筒状パイプ１２の中心軸と同一であり、さらに、固定ブロック２７の中心軸、スクロールチャック２０の孔２０ａの中心軸、及びＸ線管１０から出射されるＸ線の光軸とも一致している。

スクロールチャック２０の移動体２１、移動体２１に固定されているプレート２４及びプレート２４に固定されている固体撮像素子２５はそれぞれ４つあり、図３においては、それぞれを区別するため−１，−２，−３，−４と番号を付している。ただし、図３においては、−３，−４の番号を付した固体撮像素子２５及びプレート２４は、−１，−２の番号を付した固体撮像素子２５及びプレート２４の紙面奥側にあり、重なっているため表示されていない。スクロールチャック２０及び固体撮像素子２５を、出射Ｘ線の光軸方向から見た図が図４Ａ及び図４Ｂである。図４Ａは、固体撮像素子２５の半径位置が最も小さいときの図であり、言い換えると固体撮像素子２５の半径位置が図２Ａ及び図３に相当するときの図である。また、図４Ｂは固体撮像素子２５の半径位置が最も大きいときの図であり、言い換えると固体撮像素子２５の半径位置が図２Ｂに相当するときの図である。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、移動体２１及び固体撮像素子２５は、出射Ｘ線の光軸方向からＸ軸方向を上にして見て、左上のものから順に−１，−２，−３，−４と番号を付している。別の表現をすると、撮像面に形成される回折環の回転角度０のラインにする、固体撮像素子２５−１と固体撮像素子２５−４の中間のラインから右周りに順に番号を付している。なお、回転角度０のライン、及び該ラインを固体撮像素子２５−１と固体撮像素子２５−４の中間のラインにするための機能及び方法については後述する。上述したように、モータ２２の回転駆動によりスクロールチャック２０は固体撮像素子２５（移動体２１）を半径方向に移動させるが、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、スクロールチャック２０は移動体２１−１〜２１−４を９０°間隔で配置しており、固体撮像素子２５−１〜２５−４は回折環の回転角度０のラインから見て、４５°，１３５°，−４５°，−１３５°の回転角度のラインの方向へ移動する。そして、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、固体撮像素子２５−１〜２５−４は正方形であり、その２つの対角線が移動体２１−１〜２１−４の移動方向に対して垂直と平行になるよう、固体撮像素子２５−１〜２５−４を固定したプレート２４が移動体２１に固定されている。

照射点―撮像面間距離に比例して撮像面に形成される回折環の半径は変化するので、照射点―撮像面間距離により固体撮像素子２５−１〜２５−４の適切な箇所に回折環が形成されるよう、固体撮像素子２５−１〜２５−４の半径位置は調整される。コントローラ９１のメモリには、照射点―撮像面間距離と固体撮像素子２５の半径位置との関係が記憶されており、後述するように照射点―撮像面間距離が検出されると、コントローラ９１は検出した照射点―撮像面間距離をメモリに記憶している該関係に当てはめて半径位置を算出し、算出した半径位置をモータ制御回路７３に出力する。これにより、固体撮像素子２５−１〜２５−４の半径位置は適切な箇所に回折環が形成される半径位置になる。図４Ａ及び図４Ｂからわかるように、照射点―撮像面間距離が小さく回折環の半径が小さいときは、回折環の大部分が固体撮像素子２５−１〜２５−４上に形成されるが、照射点―撮像面間距離が大きく回折環の半径が大きいときは、回折環の４５°，１３５°，−４５°，−１３５°の回転角度部分の周囲のみが固体撮像素子２５上に形成される。しかし、そのような場合でも、例えば特許第４２７６１０６号に示されている回折環の形状から残留応力を計算するｃｏｓα法の演算の式から分かるように、４５°，１３５°，−４５°，−１３５°の回転角度部分の周囲のデータが、計算において重要の要素になる。よって、照射点―撮像面間距離が大きく回折環の半径が大きい場合でも、測定される残留応力の精度は照射点―撮像面間距離が小さく回折環の半径が小さい場合の精度と同等である。

固体撮像素子２５は、Ｘ線ＣＣＤのようにそれぞれの画素位置におけるＸ線強度を検出することができるものであれば、どのようなものでも用いることができる。図１に示すように固体撮像素子２５はＸ線強度信号取出回路７４と信号線が接続されており、コントローラ９１からＸ線強度信号取出回路７４にデータ取出しの指令が入力すると、固体撮像素子２５のそれぞれの画素は受光するＸ線強度に相当する強度の信号をＸ線強度信号取出回路７４に出力する。そして、Ｘ線強度信号取出回路７４は入力した信号の強度をデジタルデータにし、画素位置の分かるデジタルデータと共に又は画素位置順に該デジタルデータをコントローラ９１に出力し、コントローラ９１は入力したデジタルデータをメモリに記憶する。これにより、コントローラ９１には撮像面の位置ごとの回折Ｘ線強度データが記憶される。このデータは言い換えると撮像面に形成される回折環の形状データであり、コントローラ９１は、このデータを用いてｃｏｓα法による演算を行うことで、残留応力を算出することができる。

照射点―撮像面間距離は、出射Ｘ線と同じ光軸で可視のＬＥＤ光を照射し、カメラＣａの撮影画像におけるＬＥＤ光照射点の位置を検出し、予め記憶されている撮影画像におけるＬＥＤ光照射点の位置と照射点―撮像面間距離との関係に当てはめることで求めることができる。出射Ｘ線と同じ光軸で可視のＬＥＤ光を照射する機構及びカメラＣａの構成と機能は、先行技術文献の特許文献１である特許第６０４８５４７号公報で示されているものと同一である。図３に示すように、固定ブロック２７は、Ｘ線管１０と対向する面にモータ４６を取り付けており、モータ４６は出力軸４６ａに回転プレート４５を取り付けている。図５は、このモータ４６と回転プレート４５の拡大斜視図である。回転プレート４５は、モータ４６の回転によりストッパ部材４７ａに当たるまで回転すると、円筒状パイプ１２の中心軸と回転プレート４５が交差する箇所が中心となるようにＬＥＤ光源４４を取り付けている。ＬＥＤ光源４４は、図１に示すＬＥＤ駆動回路８５から駆動信号が入力すると可視のＬＥＤ光を出射し、そのＬＥＤ光は出射Ｘ線の光路と同じ光路で測定対象物ＯＢに向けて照射される。これにより、出射Ｘ線の光軸及びＸ線照射点をＬＥＤ光の光軸および照射点として把握することができる。また、モータ４６の回転により回転プレート４５がストッパ部材４７ｂに当たるまで回転すると、Ｘ線管１０の出射口１１と円筒状パイプ１２の間には何もなくなり、前述したようにＸ線管１０から出射されたＸ線は円筒状パイプ１２に入射する。モータ４６は図１に示すモータ制御回路８６からの駆動信号により図５に示すＤ１方向及びＤ２方向に回転するようになっており、モータ制御回路８６は、コントローラ９１からの回転方向の指令が入力すると、モータ４６のエンコーダ４６ｂからのパルス列信号が入力しなくなるまで駆動信号を出力する。また、ＬＥＤ駆動回路８５は、コントローラ９１からの指令が入力すると駆動信号をＬＥＤ光源４４に出力する。よって、回転プレート４５の回転位置及びＬＥＤ光源４４からのＬＥＤ光照射は、コントローラ９１により制御される。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、底面傾斜壁５０ｈはカメラＣａの結像レンズ４８を取り付けており、結像レンズ４８の光軸は撮像器４９に略垂直になっているとともに、出射Ｘ線の光軸と交差するようになっている。そして、該交差する点がＬＥＤ光照射点（Ｘ線照射点）であるとき、結像レンズ４８により撮像器４９上に形成されるＬＥＤ光照射点の像は、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する箇所に形成される。そして、ＬＥＤ光照射点（Ｘ線照射点）が該交差する点から離れるにしたがって撮像器４９上に形成されるＬＥＤ光照射点の像の位置は、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する箇所から離れていく。すなわち、ＬＥＤ光照射点の位置（照射点―撮像面間距離）が変化すると、撮像器４９上に形成されるＬＥＤ光照射点の像の位置は変化し、この関係は１対１の関係である。カメラＣａはデジタルカメラであり、撮像器４９はＣＣＤ受光器又はＣＭＯＳ受光器で構成され、コントローラ９１からセンサ信号取出回路８７にデータ出力指令が入力すると、撮像器４９の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。そして、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、画素位置が分かるデジタルデータと共に又は画素位置順にコントローラ９１に出力し、コントローラ９１は入力したデータから画像を作成し表示装置９３の画面に撮影画像を表示させる。操作者は、表示装置９３に表示される撮影画像によりカメラＣａが撮影している箇所を知ることができる。また、上述したように、照射点―撮像面間距離と撮像器４９上に形成されるＬＥＤ光照射点の像の位置は１対１の関係にあるので、照射点―撮像面間距離と撮影画像におけるＬＥＤ光照射点の位置も１対１の関係にあり、コントローラ９１のメモリには予めこの関係が記憶されている。よって、コントローラ９１は撮影画像を処理することでＬＥＤ光照射点の位置を検出し、予め記憶されている関係に当てはめることで、照射点―撮像面間距離を検出することができる。

コントローラ９１が回折環の形状のデータからｃｏｓα法による演算を行うことで残留応力を算出するにはいくつかのパラメータが必要であり、その中にはヤング率、ポアソン比及び基準回折角 のように既定値であり予め記憶されているパラメータ値もあるが、照射点―撮像面間距離やＸ線入射角のようにＸ線回折測定を行うごとに、変化するパラメータ値もある。照射点―撮像面間距離は、上述したようにカメラＣａの撮影画像を処理することで得ることができる。そして、Ｘ線入射角を検出するために設けられている機器が、図４Ａ及び図４Ｂに示すようにスクロールチャック２０の下面に取り付けられているエリアセンサ２８、図２Ａ及び図２Ｂに示すように筐体５０の上面壁５０ｆに取り付けられている傾斜角センサ６０、及び図１に示すように、これらのセンサから信号を入力してコントローラ９１にデータを出力するセンサ信号取出回路８８と傾斜角信号取出回路７５である。また、これらは、出射Ｘ線の光軸と回折環の回転角度を０とするライン（固体撮像素子２５−１，２５−４の中間のライン）が含まれる平面（以下、この平面を基準平面という）に、Ｘ線照射点における法線が含まれるようにするためにも用いられる。回折環の回転角度０のラインは、測定対象物ＯＢのＸ線照射点における法線と出射Ｘ線の光軸とを含む平面が撮像面と交差するラインにおいて、出射Ｘ線の光軸が撮像面と交差する点から測定対象物ＯＢから遠い側にあるラインである。精度のよい測定を行うには、この回折環の回転角度０のラインを固体撮像素子２５−１と固体撮像素子２５−４の中間のラインになるようにする必要があり、このようにすることを、上述したように、基準平面にＸ線照射点における法線が含まれるようにすると表現する。

エリアセンサ２８はＣＣＤ受光器又はＣＭＯＳ受光器で構成され、固体撮像素子２５−１，２５−４の中間のラインと中心線が一致するようにスクロールチャック２０の下面に取り付けられている。そして、コントローラ９１からセンサ信号取出回路８８にデータ出力指令が入力すると、各画素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８８に出力する。センサ信号取出回路８８は、エリアセンサ２８の各画素ごとの信号強度データを、画素位置が分かるデータと共に又は画素位置順にコントローラ９１に出力し、コントローラ９１は入力したデータから光の強度が最も大きい点の位置を表示装置９３に表示する。これは、出射Ｘ線と同じ光軸で可視のＬＥＤ光を照射したとき、測定対象物ＯＢで反射し、エリアセンサ２８で受光される反射光の受光位置を検出するために用いられる。傾斜角センサ６０は、コントローラ９１から傾斜角信号取出回路７５にデータ出力指令が入力すると、回折環の回転角度を０とするライン（固体撮像素子２５−１，２５−４の中間のライン）に平行な軸とこの軸と出射Ｘ線の光軸に垂直な軸、すなわち基準平面に垂直な軸の重力方向に対する傾斜角度に相当する信号を傾斜角信号取出回路７５に出力する。傾斜角信号取出回路７５は、上述した２軸の傾斜角度のデジタルデータをコントローラ９１に出力し、コントローラ９１は入力した２軸の傾斜角度から、出射Ｘ線の入射角とＸ線照射点における測定対象物ＯＢの法線に対する基準平面の傾き角（以下、基準平面傾き角という）を計算して表示装置９３に表示する。

以下に、コントローラ９１が行う出射Ｘ線の入射角と基準平面傾き角の計算方法を、操作者が行うＸ線回折測定装置１（筐体５０）の位置と姿勢の調整手順と共に説明する。まず、操作者は、入力装置９２から位置・姿勢調整を入力する。これによりコントローラ９１はＬＥＤ駆動回路８５、センサ信号取出回路８７、モータ制御回路７３及びセンサ信号取出回路８８に指令を出力し、出射Ｘ線と同じ光軸のＬＥＤ光を出射させ、カメラＣａの撮影画像を表示装置９３に表示させ、固体撮像素子２５を図４Ｂに示す最大半径位置まで移動させ、エリアセンサ２８でのＬＥＤ光の反射光の受光位置を表示装置９３に表示させる。さらに、カメラＣａの撮影画像におけるＬＥＤ光照射点の位置から照射点―撮像面間距離を計算し表示装置９３に表示させる。操作者はＬＥＤ光照射点の位置と表示装置９３に表示される画像と値を見ながら、アーム式移動装置を操作してＸ線回折測定装置１（筐体５０）の位置と姿勢を調整することで、Ｘ線照射点（ＬＥＤ光照射点）が希望箇所（測定箇所）になり、残留垂直応力の測定方向が希望方向になり、照射点―撮像面間距離をおおよそで希望距離になるようにする。さらに、ＬＥＤ光の反射光の受光位置がエリアセンサ２８の中心線の位置になるようにする。操作者はこの調整が完了すると入力装置９２から、１次調整完了の入力を行う。これによりコントローラ９１は、表示装置９３に基準平面傾き角が０（Ｘ線照射点における測定対象物ＯＢの法線が基準平面に含まれる状態）であることを表示するとともに、Ｘ線入射角（ＬＥＤ光の入射角）を算出して表示する。コントローラ９１のメモリには、照射点―撮像面間距離ごとに、エリアセンサ２８の反射光の受光位置とＸ線入射角（ＬＥＤ光の入射角）との関係が記憶されており、照射点―撮像面間距離はカメラＣａの撮影画像におけるＬＥＤ光照射点の位置から算出されるので、記憶されているこの関係にエリアセンサ２８の反射光の受光位置を当てはめることで、Ｘ線入射角（ＬＥＤ光の入射角）を算出することができる。これによりＸ線入射角が算出できることは、図２ＢにＸ線照射点から２点鎖線で示されているラインのようにＬＥＤ光の反射光を発生させたとき、照射点―撮像面間距離が一定であれば、反射光の光軸と出射Ｘ線の光軸とが成す角度（入射角の倍の角度）と、エリアセンサ２８の受光位置とは１対１の関係になることからもわかる。

コントローラ９１は、Ｘ線入射角を算出するとともに、その時点で傾斜角信号取出回路７５から入力した２軸の傾斜角度のデータをコントローラ９１に記憶する。以後、操作者はＸ線回折測定装置１（筐体５０）とアーム式移動装置の先端アーム５１とを回転可能に接続している接続部のみを回転させ、コントローラ９１は、回転がされるごとにＸ線入射角と基準平面傾き角を計算して表示装置９３に表示する。Ｘ線回折測定装置１（筐体５０）と先端アーム５１との接続部の回転の軸は、基準平面に対して垂直であり、基準平面に垂直な軸の重力方向に対する傾斜角度はこの回転では変化しない。よって、コントローラ９１は、基準平面に垂直な軸の傾斜角度を最初に記憶した同軸の傾斜角度から加算又は減算し、この角度を基準平面傾き角とする。基準平面傾き角は０、すなわちＸ線照射点における測定対象物ＯＢの法線が基準平面に含まれる状態にすべきものであるので、操作者はＸ線回折測定装置１の位置と姿勢の調整の間、表示装置９３に表示される基準平面傾き角の絶対値が予め定めた０近傍の許容値内であることを確認する。また、コントローラ９１は、回折環の回転角度を０とするラインに平行な軸（以下、Ｙ方向軸という）の傾斜角度と最初に記憶した同軸の傾斜角度から、基準平面に垂直な軸（以下、Ｘ方向軸という）周りのＹ方向軸の角度変化を計算し、最初に記憶したＸ線入射角に加算又は減算し、この角度をＸ線入射角にする。Ｘ方向軸周りのＹ方向軸の角度変化Ｙａは、以下のようにすれば計算することができる。重力方向の単位ベクトルを（０，０，１）とし、最初のＹ方向軸の傾斜角度をα０、Ｘ方向軸の傾斜角度をβとし、Ｘ方向軸の単位ベクトルを（ｃｏｓβ，０，ｓｉｎβ）として、最初のＹ方向軸の単位ベクトルを、重力方向の単位ベクトルとの内積がｓｉｎα０、Ｘ方向軸の単位ベクトルとの内積が０になることから計算する。その後は、Ｘ方向軸の傾斜角度はβのまま変化させず、Ｙ方向軸の傾斜角度のみが変化するので、それ以降のＹ方向軸の傾斜角度をα１とすると、Ｙ方向軸の単位ベクトルは、重力方向の単位ベクトルとの内積がｓｉｎα１、Ｘ方向軸の単位ベクトルとの内積が０になることから計算する。これにより、最初のＹ方向軸の単位ベクトルとそれ以降のＹ方向軸の単位ベクトルが揃うので、２つのベクトルの内積がｃｏｓＹａになることからＸ方向軸周りのＹ方向軸の角度変化Ｙａを計算することができる。

操作者は、Ｘ線回折測定装置１（筐体５０）とアーム式移動装置との接続部を回転させながら、表示装置９３に表示される基準平面傾き角が０近傍の許容値内にとどまるとともに、Ｘ線入射角が希望する値になるようにする。また、１次調整完了時のようにＸ線照射点（ＬＥＤ光照射点）が希望箇所（測定箇所）になり、残留垂直応力の測定方向を希望方向になり、照射点―撮像面間距離が希望距離になるようにする。これによりＸ線回折測定装置１（筐体５０）の位置姿勢調整は完了するので、操作者は入力装置９２から最終調整完了の入力を行う。これによりコントローラ９１は、表示装置９３に表示されている照射点―撮像面間距離とＸ線入射角をメモリに記憶し、ＬＥＤ駆動回路８５、モータ制御回路８６、センサ信号取出回路８７及びセンサ信号取出回路８８に指令を出力し、ＬＥＤ光源４４からのＬＥＤ光の出射を停止させ、ＬＥＤ光源４４が固定された回転プレート４５を図５のＤ２方向に回転させて、Ｘ線管１０の出射口１１と円筒状パイプ１２の間に遮蔽物がないようにし、カメラＣａの撮影画像の表示装置９３への表示を終了させ、エリアセンサ２８でのＬＥＤ光の反射光の受光位置の表示装置９３への表示を終了させる。さらに、記憶した照射点―撮像面間距離から上述したように固体撮像素子２５の半径値を計算し、モータ制御回路７３に計算した半径値を出力する。これにより、固体撮像素子２５は半径方向に移動し、Ｘ線を測定対象物ＯＢに照射した際、固体撮像素子２５の適切な箇所に回折環が形成されるようになる。

次に操作者は、入力装置９２から測定開始の指令を出力する。これによりコントローラ９１はＸ線制御回路７１とＸ線強度信号取出回路７４に指令を出力し、Ｘ線管１０からＸ線が出射し、Ｘ線強度信号取出回路７４から出力される固体撮像素子２５のそれぞれの素子が出力する信号の強度を表すデジタルデータが、コントローラ９１に入力してメモリに記憶されていく。コントローラ９１は指令を出力して時間計測を開始し、例えば１〜５秒程度の設定時間が経過した後、Ｘ線制御回路７１とＸ線強度信号取出回路７４に停止指令を出力してＸ線の出射とデータの入力を停止する。この後、コントローラ９１はインストールされているプログラムを用いて、回折環の形状から残留応力等の特性値を計算する。これは、回折環の形状である回転角度αごとのＸ線強度がピークとなる半径値ｒαのデータ、照射点―撮像面間距離、Ｘ線入射角及び既定のパラメータ値を用いて、ｃｏｓα法により行う演算である。この演算は公知技術であり、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。コントローラ９１は残留応力の計算が終了すると、表示装置９３に残留応力の計算結果を表示する。なお、残留応力以外に、照射点―撮像面間距離、Ｘ線入射角等の測定条件、回折環の形状曲線（回転角度αごとの半径値ｒαから得られる曲線）及び回折環の強度分布画像（固体撮像素子２５の各素子が出力する信号の強度を明度に換算し、各素子の位置と該明度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の評価を行うことができる。

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線管１０、円筒状パイプ１２等からなるＸ線出射機構と、Ｘ線出射機構から測定対象物ＯＢに向けてＸ線が出射された際、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線を受光し、受光位置ごとのＸ線強度に相当する信号を出力する複数の固体撮像素子２５であって、複数の固体撮像素子２５の面を含む面である撮像面が出射されるＸ線の光軸に対して垂直である複数の固体撮像素子２５と、複数の固体撮像素子２５を撮像面内で移動させるスクロールチャック２０であって、出射されるＸ線の光軸が撮像面と交差する点に対して対称位置になっている固体撮像素子２５を互いの反対方向に移動させるスクロールチャック２０とを備えたＸ線回折測定装置１において、スクロールチャック２０は、出射されるＸ線の光軸を中心軸とする孔を有し、モータ２２の回転駆動を複数の移動体２１の該孔の中心軸に垂直な方向への移動に変換する機構であって、複数の固体撮像素子２５のそれぞれは複数の移動体２１のそれぞれと一体になっている。

これによれば、スクロールチャック２０により、複数の固体撮像素子２５のそれぞれにおける出射されるＸ線の光軸からの距離を、一律に変化させることができるので、照射点―撮像面間距離に応じて複数の固体撮像素子２５を適切な位置に移動させることができる。そして、スクロールチャック２０は、１つの回転駆動を中心にある孔の中心軸に垂直な方向への移動に変換できる機構であるので、既存の一般的な機構をそのまま用いることができ、コストダウンが図れるとともに、小型の機構であるため装置を運搬可能な程度に小型にすることができる。既存の一般的なスクロールチャックは加工において円柱形状の物体を挟んで固定するものであるが、本実施形態ではスクロールチャックの爪と呼ばれる箇所を移動体２１にして複数の固体撮像素子２５のそれぞれと一体にし、複数の固体撮像素子２５を移動できるようにしてある。

また、上記実施形態においては、複数の固体撮像素子２５は正方形の形状をした４つの固体撮像素子２５−１〜２５−４であり、スクロールチャック２０による４つの固体撮像素子２５−１〜２５−４のそれぞれの移動方向は、４つの固体撮像素子２５−１〜２５−４のそれぞれの２つの対角線に対して平行と垂直である方向にされている。

これによれば、照射点―撮像面間距離を大きくして撮像面に形成される回折環の半径値が大きくなる場合、４つの固体撮像素子２５−１〜２５−４の出射されるＸ線の光軸からの距離を大きくすることで、不連続ながら回折環のそれぞれの箇所のＸ線強度データを得ることができる。そして、４つの固体撮像素子２５−１〜２５−４の移動方向を回折環の回転角度０とする方向に対し４５度の角度を成す方向にすれば、回折環の４５°、−４５°、１３５°、−１３５°の回転角度周辺のデータを得ることができるので、回折環全周のデータから残留応力を計算した場合に比べても、残留応力を同程度の精度で求めることができる。また、このような移動が可能となるスクロールチャック２０としては、４爪のスクロールチャックのように既存の一般的な機構をそのまま用いることができるので、コストダウンが図れる。

また、上記実施形態においては、Ｘ線出射機構から出射されるＸ線の測定対象物ＯＢにおける照射点から撮像面までの距離である照射点―撮像面間距離を検出するＬＥＤ光出射機構４０、カメラＣａ及びコントローラ９１の演算プログラムからなる距離検出手段と、スクロールチャック２０による移動体２１の移動における移動位置を検出する移動位置検出回路７２と、照射点―撮像面間距離と複数の固体撮像素子２５の適切な位置に回折環が形成されるための移動体２１の移動位置との関係を予め記憶しているコントローラ９１のメモリと、距離検出手段が検出した照射点―撮像面間距離とコントローラ９１のメモリに記憶されている関係とを用いて移動体２１の移動位置を定め、移動位置検出回路７２により検出される移動位置が定めた移動位置になるようスクロールチャック２０による移動を制御するモータ制御回路７３及びコントローラ９１の制御プログラムからなる移動制御手段とを備えている。

これによれば、距離検出手段が照射点―撮像面間距離を検出すれば、移動制御手段がスクロールチャック２０を制御して固体撮像素子２５を適切な位置に移動させるので、Ｘ線回折測定システムの操作者は、固体撮像素子２５の移動位置を気にすることなく測定を行うことができ、測定効率をよくすることができる。

また、上記実施形態においては、Ｘ線出射機構、固体撮像素子２５及びスクロールチャック２０を含む筐体５０と、筐体５０に連結され、筐体５０の位置と姿勢を任意に設定するアーム式移動装置と、筐体５０にセットされ、重力方向に対する直交する２軸の傾斜角をそれぞれ検出する傾斜角センサ６０と、Ｘ線出射機構からＸ線が出射されない状態で、Ｘ線出射機構から出射されるＸ線と光軸を同一にした可視のＬＥＤ光を出射するＬＥＤ光出射機構４０と、ＬＥＤ光出射機構４０から可視のＬＥＤ光が測定対象物ＯＢに向けて出射されたとき、測定対象物ＯＢにて発生する反射光を受光し、受光位置を検出できる信号を出力するエリアセンサ２８であって、スクロールチャック２０の複数の移動体２１の間の面に、撮像面に形成される回折環の回転角度を０とするラインと出射されるＸ線の光軸とを含む平面である基準平面を跨ぐように配置されているエリアセンサ２８と、ＬＥＤ光出射機構４０がＬＥＤ光を出射してエリアセンサ２８が反射光を受光したときの、エリアセンサ２８が出力する信号から検出した反射光の受光位置と、距離検出手段が検出した照射点―撮像面間距離とから、予め記憶している関係を用いてＬＥＤ光の入射角を検出するコントローラ９１の演算プログラムと、傾斜角センサ６０の直交する２軸の方向が、回折環の回転角度を０とするラインの方向及び基準平面に垂直な方向にされ、傾斜角センサ６０が検出した先の角度と後の角度から、ＬＥＤ光の入射角の変化量を検出するコントローラ９１の別の演算プログラムとを備えている。

これによれば、固体撮像素子２５が出力する信号から得られる回折環の形状から測定対象物ＯＢの残留応力を計算する際に必要なパラメータであるＸ線入射角を、コントローラ９１の演算プログラムにより検出するＬＥＤ光の入射角に、その後のコントローラ９１の別の演算プログラムにより検出するＬＥＤ光の入射角の変化量を加算又は減算することで得ることができる。この際、傾斜角センサ６０が検出する先の角度を、アーム式移動装置により筐体５０の位置と姿勢を変化させて、ＬＥＤ光の照射点がＸ線照射点（測定点）になり、コントローラ９１の演算プログラムがＬＥＤ光の入射角を検出したときの角度とする。そして、傾斜角センサ６０が検出する後の角度を、アーム式移動装置により可視光の照射点と基準平面に垂直な軸の方向が変わらないよう筐体５０の位置と姿勢を変化させたときの角度とすればよい。また、測定対象物ＯＢの残留応力をより精度よく測定するためには、Ｘ線照射点における法線方向と基準平面とが成す角度を０にする必要があるが、これは、コントローラ９１の演算プログラムがＬＥＤ光の入射角を検出するときを、エリアセンサ２８の反射光の受光位置を基準平面がエリアセンサ２８と交差する位置になるようにし、それ以降のアーム式移動装置による筐体５０の姿勢変更を、基準平面に垂直な軸の方向が変わらないよう行うようにすればよい。

（変形例）
上記実施形態におけるＸ線回折測定装置１は、Ｘ線管１０及びスクロールチャック２０は筐体５０に対して固定されており、移動体２１、プレート２４及び固体撮像素子２５が筐体５０に対して移動するようになっている。このため、図２Ｂに示すように筐体５０における繋ぎ壁５０ｄの位置は、固体撮像素子２５の半径位置を最も大きくしたとき固体撮像素子２５に接触しない位置にする必要がある。そして、図２Ａ及び図２Ｂにおいて測定対象物ＯＢを上方に移動させて、照射点―撮像面間距離を小さくしていくと、繋ぎ壁５０ｄが測定対象物ＯＢに接触する位置になる。この繋ぎ壁５０ｄが測定対象物ＯＢに接触する位置が照射点―撮像面間距離が最小値となる位置であり、上記実施形態においては、照射点―撮像面間距離をこの最小値より小さくして測定を行うことはできない。これに対し、本変形例は、照射点―撮像面間距離を上記実施形態の最小値よりさらに小さくして測定を行うことが可能な実施形態である。

本変形例におけるＸ線回折測定装置１’は、図６に示すように上記実施形態の筐体５０の繋ぎ壁５０ｄの部分を上部段差壁５０ｊと横段差壁５０ｋの２つにし、横段差壁５０ｋの下部にストッパ３６を固定し、このストッパ３６にプレート２４及び固体撮像素子２５を当接させ、プレート２４及び固体撮像素子２５は半径位置が変化しても、これ以上、図６の右方向には移動しないようになっている。図６は、後述する筐体５０内をＸ線管１０の後方からＸ線管１０の軸方向に見た図７と対比できやすくするため、図２Ａ及び図２Ｂを紙面垂直周りに３０°左周りに回転させた図になっている。図６において測定対象物ＯＢを上方に移動させて、照射点―撮像面間距離を小さくしていくと、横段差壁５０ｋと第２底面壁５０ｃの角に測定対象物ＯＢが接触するまで、照射点―撮像面間距離を小さくすることができ、照射点―撮像面間距離の最小値を上記実施形態より小さくすることができる。

Ｘ線回折測定装置１’が、固体撮像素子２５の半径位置が変化しても、固体撮像素子２５の近傍に横段差壁５０ｋを設けることができるのは、Ｘ線管１０及びスクロールチャック２０が移動機構３０により筐体５０に対して移動し、固体撮像素子２５は前面壁５０ｂ、横段差壁５０ｋの方向には移動しない構造になっているためである。移動機構３０は、Ｘ線管１０及びスクロールチャック２０を固定し一体化している移動ブロック３２と、移動ブロック３２に嵌合し、移動ブロック３２をＸ線管１０の中心軸方向（回折環の回転角度０とするラインの方向）に移動可能にする枠体３１と、移動ブロック３２のそれぞれの移動位置で移動ブロック３２が固定されるようにする圧縮ばね３５とから構成される。図７はＸ線回折測定装置１’の筐体５０の内部をＸ線管１０の後方位置からＸ線管１０の中心軸方向に見た図である。図７に示すように移動ブロック３２は、直方体形状で上面に円柱状のくぼみ３２ａ１が形成された上部３２ａと、平板形状で上下に貫通孔が数箇所形成されている下部３２ｂと、枠体３１の側板の段差部分と嵌合し、Ｘ線管１０の中心軸方向に移動が可能になっている凸部３２ｃとから構成されている。枠体３１は、Ｘ線管１０の中心軸方向に見て左右に段差のある側板３１ｂを前方と後方で平板により固定した形状をしており、前方の平板が筐体５０の横段差壁５０ｋに当接した状態で筐体５０に対して固定されている。移動ブロック３２の上部３２ａのくぼみ３２ａ１はＸ線管１０の側面と嵌合する形状であり、Ｘ線管１０をくぼみ３２ａ１に置き、Ｘ線管１０の中心軸方向に見て上部３２ａの上面の左右の端に固定されている３箇所のベルト固定部３３に、Ｘ線管１０の側面にまわしたベルト３４を締め付けて固定することで、移動ブロック３２にＸ線管１０が固定される。また、移動ブロック３２の下部３２ｂに形成された貫通孔とスクロールチャック２０の上面に形成されたねじ穴との位置を合わせ、ボルトＢｔを締め込むことで移動ブロック３２にスクロールチャック２０が固定される。これにより、移動ブロック３２が枠体３１の長尺方向でありＸ線管１０の中心軸方向に移動すると、Ｘ線管１０、スクロールチャック２０及びスクロールチャック２０に固定されているＬＥＤ光出射機構４０や固体撮像素子２５等は、一体になってＸ線管１０の中心軸方向に移動する。

移動ブロック３２には、上部３２ａの上面の中心を中心とする貫通孔３２ａ２が形成されており、貫通孔３２ａ２の孔径は固定ブロック２７の上部の径よりやや大きくなっており、移動ブロック３２にスクロールチャック２０を固定したとき、図３においてスクロールチャック２０の上面より上側に出ている箇所は貫通孔３２ａ２内に収まるようになっている。よって、本変形例においても上記実施形態と同様、出射Ｘ線と同じ光軸でＬＥＤ光を出射する機能を有する。なお、出射Ｘ線と該ＬＥＤ光の光軸は、移動ブロック３２のＸ線管１０の中心軸方向への移動により移動するので、本変形例では、第２底面壁５０ｃに形成された円形孔５０ｃ１は、長方形の左右に半円を密着させた形状をしている。

移動ブロック３２を枠体３１の長尺方向でありＸ線管１０の中心軸方向に移動させるときの駆動力は、スクロールチャック２０の移動体２１を移動させるモータ２２の駆動力である。図８Ａ及び図８Ｂは、図６において第２底面壁５０ｃを外し、出射Ｘ線の光軸方向からＸ線回折測定装置１’を見た図であり、モータ２２の駆動力により固体撮像素子２５−１〜２５−４とスクロールチャック２０が筐体５０に対して移動する様子を示した図である。なお、図８Ａ及び図８Ｂは、図を見やすくするため、移動機構３０、Ｘ線管１０、上部段差壁５０ｊ及び前面壁５０ｂは省略されている。図８Ａは固体撮像素子２５−１〜２５−４の半径位置が最小である場合であり、図８Ｂは固体撮像素子２５−１〜２５−４の半径位置が最大である場合であるが、図８Ａ及び図８Ｂに示すよう、固体撮像素子２５−２及び固体撮像素子２５−３の横段差壁５０ｋに向かう方向の位置は変化しない。これは、固体撮像素子２５−２，２５−３とそれらを固定するプレート２４は、断面がＬ字状のストッパ３６により横段差壁５０ｋに向かう方向への移動ができないようにされており、ストッパ３６の長尺方向への移動（側面壁Ｌに向かう方向への移動）のみが可能になっているためである。これにより、固体撮像素子２５−２，２５−３とそれらを固定するプレート２４を横段差壁５０ｋ方向へ移動させる力は、Ｘ線管１０やスクロールチャック２０を固定している移動ブロック２０に作用し、移動ブロック３２は枠体３１の長尺方向でありＸ線管１０の中心軸方向に移動する。この時、枠体３１の後方板３１ａとスクロールチャック２０との間には圧縮ばね３５があるため、移動ブロック２０を移動させる力に等しい力が反対側から移動ブロック２０に作用する。これにより、コントローラ９１が固体撮像素子２５の半径位置をモータ制御回路７３に指令すると、固体撮像素子２５−２，２５−３の横段差壁５０ｋに向かう方向における位置は一定のまま、４つの固体撮像素子２５−１〜２５−４は指令された通りの半径位置になり、Ｘ線管１０やスクロールチャック２０は移動位置が固定される。すなわち、固体撮像素子２５の半径位置と移動ブロック２０の移動位置とには、言い換えると固体撮像素子２５の半径位置と出射Ｘ線の移動位置とには１対１の関係があり、コントローラ９１のメモリにはこの関係が記憶されている。

本変形例にもカメラＣａの撮影機能があり、コントローラ９１はＬＥＤ光出射機構４０からＬＥＤ光を出射させたとき、表示装置９３にカメラＣａの撮影画像を表示させることができる。しかし、上述したように、本変形例においては固体撮像素子２５の半径位置により出射Ｘ線（ＬＥＤ光）の移動位置は変化するので、照射点―撮像面間距離と撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点位置との関係は１つにはならない。よって、本変形例においては固体撮像素子２５の半径位置ごとに（出射Ｘ線の移動位置ごとに）照射点―撮像面間距離と撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点位置との関係が記憶されており、固体撮像素子２５の半径位置が定まると、定まった半径位置に相当する該関係が用いられて、撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点位置から照射点―撮像面間距離が検出される。そして、固体撮像素子２５の半径位置は、上記実施形態と同様、照射点―撮像面間距離により設定される。よって、本変形例においてはＸ線回折測定装置１’の位置と姿勢の調整は次のように行われる。

まず、操作者は入力装置９２から位置・姿勢調整を入力する。このときコントローラ９１は希望する照射点―撮像面間距離を入力するよう表示装置９３に指示するので、操作者は次いで希望する照射点―撮像面間距離を入力する。これによりコントローラ９１は上記実施形態と同じ回路に指令を出力し、出射Ｘ線と同じ光軸のＬＥＤ光を出射させ、カメラＣａの撮影画像を表示装置９３に表示させ、固体撮像素子２５を入力された照射点―撮像面間距離に対応する半径位置まで移動させ、カメラＣａの撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点位置から照射点―撮像面間距離を算出して表示装置９３に表示させる。また、入力装置９２から入力された照射点―撮像面間距離も設定すべき照射点―撮像面間距離として表示装置９３に表示する。操作者はＸ線照射点（ＬＥＤ光照射点）が希望箇所（測定箇所）になり、残留垂直応力の測定方向を希望方向になるとともに、表示装置９３に表示された照射点―撮像面間距離を見ながら、検出される値の設定すべき値からのずれが許容値内になるようアーム式移動装置を操作してＸ線回折測定装置１’（筐体５０）の位置と姿勢を調整する。

また、本変形例においてもＸ線回折測定により残留応力を求めるには、Ｘ線入射角（ＬＥＤ光の入射角）を検出する必要がある。また、精度のよいＸ線回折測定を行うには基準平面傾き角を０、すなわち、Ｘ線照射点における測定対象物ＯＢの法線が基準平面に含まれる状態にする必要がある。本変形例においては、固体撮像素子２５の半径位置を変化させることで、ＬＥＤ光が移動する機能を利用してＸ線入射角を検出する。この方法は先行技術文献の特許文献１である特許第６０４８５４７号公報に示されている方法であるので、説明は簡単に行う。上述したようにコントローラ９１は出射Ｘ線（ＬＥＤ光）の移動位置ごとに照射点―撮像面間距離と撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点位置との関係が記憶されているので、ＬＥＤ光を移動させるごとに、照射点―撮像面間距離を検出することができる。これは、ＬＥＤ光の光軸をＺ軸として、ＬＥＤ光をＹ軸方向に移動させたときのＬＥＤ光照射点の移動箇所における測定対象物ＯＢのプロファイルをＹ−Ｚ平面で検出することであるので、Ｘ線照射点におけるこのプロファイルの法線方向とＺ軸との成す角度からＸ線入射角を算出することができる。また、測定対象物ＯＢが平面であれば、測定対象物ＯＢのプロファイルを求める必要はなく、ＬＥＤ光の移動位置の２点において照射点―撮像面間距離を検出すれば、Ｘ線入射角を算出することができる。

また、本変形例においては、Ｘ線回折測定装置１’（筐体５０）とアーム式移動装置の先端アーム５１との接続部には基準平面に垂直な軸周りにＸ線回折測定装置１’（筐体５０）を回転できる機構と共に、基準平面に垂直な方向にＸ線回折測定装置１’（筐体５０）を微小量移動できる機構があり、基準平面傾き角の検出は、この機構を用いて行う。この方法も先行技術文献の特許文献１である特許第６０４８５４７号公報に示されている方法であるので、説明は簡単に行う。Ｘ線回折測定装置１’（筐体５０）を基準平面に垂直な方向に微小量移動させるごとに、照射点―撮像面間距離を検出する。これは、ＬＥＤ光の光軸をＺ軸として、ＬＥＤ光をＸ軸方向に移動させたときのＬＥＤ光照射点の移動箇所における測定対象物ＯＢのプロファイルをＸ−Ｚ平面で検出することであるので、Ｘ線照射点におけるこのプロファイルの法線方向とＺ軸との成す角度から基準平面傾き角を算出することができる。また、測定対象物ＯＢが平面であれば、測定対象物ＯＢのプロファイルを求める必要はなく、ＬＥＤ光の移動位置の２点において照射点―撮像面間距離を検出すれば、基準平面傾き角を算出することができる。

操作者は、照射点―撮像面間距離の検出される値が設定すべき値になるようＸ線回折測定装置１’（筐体５０）の位置と姿勢を調整する際、目測でＸ線入射角が希望する値になり、基準平面傾き角が０になるようにし、調整が終了すると入力装置９２から角度検出の指令を入力する。これにより、コントローラ９１はモータ制御回路７３に指令を出力し、固体撮像素子２５の半径位置を変化させて元の半径位置に戻ることを行い、ＬＥＤ光の移動位置ごとのカメラＣａの撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点位置から照射点―撮像面間距離を算出して、上述したようにＸ線入射角を算出して表示装置９３に表示する。次いで、Ｘ線回折測定装置１’（筐体５０）とアーム式移動装置の先端アーム５１との接続部に指令を出力して、基準平面に垂直な軸方向にＸ線回折測定装置１’（筐体５０）を微小量移動させて元の位置に戻ることを行い、ＬＥＤ光の移動位置ごとのカメラＣａの撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点位置から照射点―撮像面間距離を算出して、上述したように基準平面傾き角を算出して表示装置９３に表示する。操作者は、表示装置９３に表示されたＸ線入射角と基準平面傾き角を見て、Ｘ線入射角の希望値との差及び基準平面傾き角の絶対値がそれぞれ許容値内であれば入力装置９２から調整完了を入力する。また、いずれかが許容値を超えていれば、照射点―撮像面間距離の検出値の設定すべき値からのずれを許容値内に保ったままＸ線回折測定装置１’（筐体５０）の位置と姿勢を微調整し、再度、入力装置９２から角度検出の指令を入力する。これを、Ｘ線入射角の希望値との差及び基準平面傾き角の絶対値がそれぞれ許容値内になるまで行う。

操作者が、入力装置９２から調整完了を入力したときのコントローラ９１の作動は、モータ制御回路７３への半径値の出力を除き、上記実施形態と同様である。すなわち、コントローラ９１は、表示装置９３に表示されている照射点―撮像面間距離の検出値とＸ線入射角をメモリに記憶し、各回路に指令を出力して、ＬＥＤ光の出射停止、回転プレート４５の遮蔽とならない位置への回転、カメラＣａの撮影画像の表示装置９３への表示の終了を行う。次いで操作者は、入力装置９２から測定開始の指令を出力するが、これによるコントローラ９１の作動は上記実施形態と同様である。すなわち、コントローラ９１は各回路に指令を出力し、Ｘ線の出射及び固体撮像素子２５の位置ごとのＸ線強度に相当するデジタルデータのメモリへの記憶を行い、演算プログラムを用いて残留応力等の特性値を計算し、測定条件、回折環の形状曲線及び回折環の強度分布画像等の有用なデータと共に表示装置９３へ表示する。

上記説明からも理解できるように、上記変形例においては、Ｘ線管１０、円筒状パイプ１２等からなるＸ線出射機構、固体撮像素子２５及びスクロールチャック２０を含む筐体５０と、スクロールチャック２０はＸ線出射機構と一体になっており、Ｘ線出射機構をスクロールチャック２０とともに筐体５０に対して移動させる移動機構３０であって、出射されるＸ線の光軸が撮像面と交差する点である中心点から撮像面に形成される回折環の回転角度を０とする方向に向けて移動させる移動機構３０とを備え、スクロールチャック２０による移動は、移動機構３０による移動と同時に行われるとともに、該中心点に対して移動機構３０による移動の方向の反対側にある固体撮像素子２５−２，２５−３は、移動機構３０による移動と平行な方向における移動がないようにされている。

これによれば、回折環の回転角度が１８０°となる部分、別の表現をすると、Ｘ線回折測定により形成される回折環において最も測定対象物ＯＢに近くなる部分の周辺を撮像する固体撮像素子２５−２，２５−３は、回折環の中心から回折環の回転角度が１８０°となる部分へ向かう方向へは移動しないので、回折環の中心から見て固体撮像素子２５−２，２５−３の前側にあるＸ線回折測定装置１’の筐体５０は、固体撮像素子２５−２，２５−３に近接させて設けることができる。これにより、固体撮像素子２５−２，２５−３を測定対象物ＯＢにより近づけることができ、照射点―撮像面間距離をより小さく設定することが可能になる。

また、上記変形例においては、該中心点に対して移動機構３０による移動の方向の反対側にある固体撮像素子２５−２，２５−３は、ストッパ３６により移動機構３０による移動と平行な方向における移動がないようにされ、スクロールチャック２０に移動体２１を移動させるための動力が供給されたとき、移動機構３０は該動力を用いて移動を行うようにされている。

これによれば、移動機構３０はモータ等の動力部分を有さないので、Ｘ線回折測定装置１’をコンパクトにし、コストダウンを図ることができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態及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。

上記実施形態及び変形例においては、固体撮像素子２５を正方形の形状で４つにし、それぞれの固体撮像素子２５の移動方向を、４つの固体撮像素子２５のそれぞれの２つの対角線に対して平行と垂直である方向にした。しかしながら、スクロールチャック２０により、出射Ｘ線の光軸が撮像面と交差する点に対して対称位置になっている固体撮像素子２５を、互いの反対方向に移動させる構造であれば、固体撮像素子の形状および個数はこれ以外のものであってもよい。例えば、図９Ａ及び図９Ｂに示すように固体撮像素子２６−１，２６−２を長方形の形状で２つにし、スクロールチャック２０の２つの移動体２１−１，２１−２を用いて互いの反対方向に移動させる構造にしてもよい。この場合、移動方向は回折環の回転角度０とするラインと平行な方向にすればよい。なお、このようにした場合、上記実施形態及び変形例に示すように、Ｘ線入射角及び基準平面傾き角を検出することができなくなるが、Ｘ線入射角及び基準平面傾き角の検出方法は上記実施形態及び変形例に限定されない。これについては後述する。

また、上記実施形態及び変形例においては、モータ２２の回転駆動によりスクロールチャック２０の移動体２１を移動させるようにしたが、１つの回転駆動により移動体２１を移動させることができれば、回転駆動はモータ以外の手段であってもよい。例えば、筐体５０の外側に回転機構を設けてスクロールチャック２０の回転機構と接続し、手動による回転により移動体２１を移動させるようにしてもよい。なお、手段を変更した場合でも回転数を検出する機器等、移動体２１の移動位置を検出する手段を設ける必要がある。

また、上記実施形態及び変形例においては、固体撮像素子２５を移動させる機構としてスクロールチャック２０を用いたが、中心に孔があり、１つの回転駆動を複数の移動体の該孔の中心軸に垂直な方向への移動に変換する機構であれば、スクロールチャック以外の機構を用いてもよい。

また、上記実施形態及び変形例においては、傾斜角センサ６０が重力方向に対する傾斜角を検出する際の直交する２軸を、回折環の回転角度０の方向と平行な軸と基準平面に垂直な方向の軸とした。しかしながら、傾斜角センサ６０の該直交する２軸と回折環の回転角度０の方向に平行な軸及び基準平面に垂直な方向の軸との関係がコントローラ９１のメモリに記憶されていれば、Ｘ線入射角と基準平面傾き角を計算することは可能である。この場合は、記憶されている関係を用いて座標変換の計算を行うことで、傾斜角センサ６０が検出した傾斜角を、回折環の回転角度０の方向に平行な軸と基準平面に垂直な方向の軸に対する傾斜角にすればよい。

また、上記実施形態及び変形例においては、照射点―撮像面間距離の検出を、出射Ｘ線と光軸が同じ可視のＬＥＤ光を照射し、ＬＥＤ光照射点付近をカメラＣａで撮影し、撮影画像におけるＬＥＤ光照射点の位置を検出して、これを予め記憶している照射点―撮像面間距離とＬＥＤ光照射点の位置との関係に当てはめることで行うようにした。しかしながら、照射点―撮像面間距離を精度よく検出することができるならば、検出方法はどのような方法を用いてもよい。例えば、タイムオブフライトの測定原理の距離計測器を筐体５０内に設け、該距離計測器のレーザ光源から出射したレーザ光を出射Ｘ線と同じ光軸で測定対象物ＯＢに照射し、該距離計測器が検出する距離から該レーザ光源から撮像面までの距離を減算して照射点―撮像面間距離としてもよい。

また、上記変形例においては、スクロールチャック２０の移動体２１を半径方向に移動させるモータ２２の動力により、Ｘ線管１０及びスクロールチャック２０を固定した移動ブロック３２を移動させた。しかしながら、Ｘ線回折測定により形成される回折環において最も測定対象物ＯＢに近くなる部分の周辺を撮像する固体撮像素子２５が、回折環の中心から回折環の回転角度が１８０°となる部分へ向かう方向へ移動しないようにすれば、固体撮像素子２５の移動のための動力とＸ線管１０及びスクロールチャック２０を固定した移動ブロック３２の移動の動力とは別々にしてもよい。

また、上記実施形態においては、エリアセンサ８８、傾斜角センサ６０、これらに接続される回路及びコントローラ９１の演算プログラムによりＸ線入射角及び基準平面傾き角を検出するようにし、上記変形例においては、ＬＥＤ光の光軸を回折環の回転角度０のライン方向及び基準平面に垂直な方向に移動させ、先行技術文献の特許文献１である特許第６０４８５４７号公報に示されている方法により、Ｘ線入射角及び基準平面傾き角を検出するようにした。しかしながら、Ｘ線入射角及び基準平面傾き角を検出することができるならば、これ以外の方法を用いてもよい。例えば、希望するＸ線入射角の範囲が大きければ、特許第５９６７４９１号公報に示されているように、回折環の形状データを得た後に、回折環の回転角度に対する回折環のピーク強度の変化曲線又は回折環の回転角度に対する回折環の半価幅の変化曲線からＸ線入射角及び基準平面傾き角を求めてもよい。また、特許第６１１５５９７号公報に示されているように、Ｘ線照射点（ＬＥＤ光照射点）の近傍にパターン光を投影し、パターン光の形状からＸ線入射角及び基準平面傾き角を検出するようにしてもよい。

また、上記実施形態及び変形例においては、Ｘ線回折測定装置１，１’（筐体５０）の位置と姿勢調整をアーム式移動装置により行うようにしたが、Ｘ線回折測定装置１，１’（筐体５０）の位置と姿勢を調整することができれば、どのような装置を用いてもよい。例えば、ステージを３軸方向に移動させる機構と２軸周りに傾斜させる機構を設けた装置のステージにＸ線回折測定装置１，１’（筐体５０）を連結させた構造にしてもよい。

また、上記実施形態及び変形例においては、Ｘ線回折測定装置１，１’（筐体５０）の位置と姿勢の調整をアーム式移動装置により行うようにしたが、測定対象物ＯＢに対するＸ線回折測定装置１，１’（筐体５０）の位置と姿勢を調整することができれば本発明は適用することができるので、測定対象物ＯＢが運搬可能ならば、Ｘ線回折測定装置１，１’は固定され、測定対象物ＯＢを載置するステージの位置と姿勢が調整できる構造であってもよい。また、Ｘ線回折測定装置１，１’と測定対象物ＯＢを載置するステージの双方が位置と姿勢が調整できる構造であってもよい。

また、上記実施形態及び変形例においては、コントローラ９１に回折環の形状データから残留応力を演算して求めるプログラムや回折環の形状曲線及び回折環の強度分布画像等を作成す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線回折測定システムは回折環の形状データを得るまでにし、コントローラ９１が行っている演算を別の装置で行うようにしてもよい。この場合、別の装置に回折環の形状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、上記実施形態及び変形例においては、回転プレート４５、モータ４６及びストッパ部材４７ａによりＬＥＤ光源４４を出射Ｘ線の光軸上に移動させて、出射Ｘ線の光軸と同一光軸の可視のＬＥＤ光を照射する構造にした。しかし、出射Ｘ線の光軸と同一光軸の可視の平行光を照射することができれば、可視の平行光を照射する構造はどのようなものでもよい。例えば、ビームスプリッタを出射Ｘ線の光軸上に配置し、可視のレーザ光、ＳＬＤ光又はＬＥＤ光を平行光にしてビームスプリッタで反射させて出射Ｘ線と光軸を同一にして照射するようにしてもよい。

１，１’…Ｘ線回折測定装置、１０…Ｘ線管、１１…出射口、１２…円筒状パイプ、１３，１４…通路部材、１３ａ，１４ａ…孔、２０…スクロールチャック、２０ａ…孔、２０ｂ…ねじ穴、２１，２１−１，２１−２，２１−３，２１−４…移動体、２２…モータ、２２ａ…エンコーダ、２４，２４−１，２４−２…プレート、２５，２５−１，２５−２，２５−３，２５−４…固体撮像素子、２６−１，２６−２…固体撮像素子、２７…固定ブロック、２７ａ…孔、２７ｂ…孔、２８…エリアセンサ、３０…移動機構、３１…枠体、３１ａ…後方板、３１ｂ…側板、３２…移動ブロック、３２ａ…上部、３２ａ１…くぼみ、３２ａ２…貫通孔、３２ｂ…下部、３２ｃ…凸部、３３…ベルト固定部、３４…ベルト、３５…圧縮ばね、３６…ストッパ、４０…ＬＥＤ光出射機構、４４…ＬＥＤ光源、４５…回転プレート、４６…モータ、４６ａ…出力軸、４６ｂ…エンコーダ、４７ａ，４７ｂ…ストッパ部材、４８…結像レンズ、４９…撮像器、５０…筐体、５０ａ…第１底面壁、５０ｃ…第２底面壁、５０ｂ…前面壁、５０ｄ…繋ぎ壁、５０ｅ…後面壁、５０ｆ…上面壁、５０ｇ…上面傾斜壁、５０ｈ…底面傾斜壁、５０ｊ…上部段差壁、５０ｋ…横段差壁、５０Ｌ…側面壁、５０ｃ１…円形孔、５１…先端アーム、６０…傾斜角センサ、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、Ｃａ…カメラ、ＯＢ…測定対象物、Ｂｔ…ボルト

Claims (6)

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線出射機構から前記測定対象物に向けてＸ線が出射された際、前記測定対象物にて発生した回折Ｘ線を受光し、受光位置ごとのＸ線強度に相当する信号を出力する複数の固体撮像素子であって、前記複数の固体撮像素子の面を含む面である撮像面が前記出射されるＸ線の光軸に対して垂直である複数の固体撮像素子と、
   前記複数の固体撮像素子を前記撮像面内で移動させる撮像素子移動機構であって、前記出射されるＸ線の光軸が前記撮像面と交差する点に対して対称位置になっている固体撮像素子を互いの反対方向に移動させる撮像素子移動機構とを備えたＸ線回折測定装置において、
   前記撮像素子移動機構は、前記出射されるＸ線の光軸を中心軸とする孔を有し、１つの回転駆動を複数の移動体の前記孔の中心軸に垂直な方向への移動に変換する機構であって、前記複数の固体撮像素子のそれぞれは前記複数の移動体のそれぞれと一体になっ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、
   前記複数の固体撮像素子は正方形の形状をした４つの固体撮像素子であり、
   前記撮像素子移動機構による前記４つの固体撮像素子のそれぞれの移動方向は、前記４つの固体撮像素子のそれぞれの２つの対角線に対して平行と垂直である方向であることを特徴とするＸ線回折測定装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記Ｘ線出射機構から出射されるＸ線の前記測定対象物における照射点から前記撮像面までの距離である照射点―撮像面間距離を検出する距離検出手段と、
   前記撮像素子移動機構による前記移動体の移動における移動位置を検出する移動位置検出手段と、
   前記照射点―撮像面間距離と前記複数の固体撮像素子の適切な位置に回折環が形成されるための前記移動体の移動位置との関係を予め記憶している記憶手段と、
   前記距離検出手段が検出した照射点―撮像面間距離と前記記憶手段に記憶されている関係とを用いて前記移動体の移動位置を定め、前記移動位置検出手段により検出される移動位置が前記定めた移動位置になるよう前記撮像素子移動機構による移動を制御する移動制御手段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Ｘ線出射機構、前記固体撮像素子及び前記撮像素子移動機構を含む筐体と、
   前記筐体に連結され、前記筐体の位置と姿勢を任意に設定する筐体位置姿勢変化機構と、
   前記筐体にセットされ、重力方向に対する直交する２軸の傾斜角をそれぞれ検出する傾斜角センサと、
   前記Ｘ線出射機構からＸ線が出射されない状態で、前記Ｘ線出射機構から出射されるＸ線と光軸を同一にした可視の平行光を出射する可視光出射手段と、
   前記可視光出射手段から可視の平行光が前記測定対象物に向けて出射されたとき、前記測定対象物にて発生する反射光を受光し、受光位置を検出できる信号を出力する受光器であって、前記撮像素子移動機構の複数の移動体の間の面に、前記撮像面に形成される回折環の回転角度を０とするラインと前記出射されるＸ線の光軸とを含む平面である基準平面を跨ぐように配置されている受光器と、
   前記可視光出射手段が可視光を出射して前記受光器が反射光を受光したときの、前記受光器が出力する信号から検出した反射光の受光位置と、前記距離検出手段が検出した照射点―撮像面間距離とから、予め記憶している関係を用いて前記可視光の入射角を検出する入射角検出手段と、
   前記傾斜角センサの直交する２軸と、前記回折環の回転角度を０とするラインの方向及び前記基準平面に垂直な方向との関係が予め記憶され、前記傾斜角センサが検出した先の角度と後の角度から、前記可視光の入射角の変化量を検出する入射角変化量検出手段と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又は請求項２に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記Ｘ線出射機構、前記固体撮像素子及び前記撮像素子移動機構を含む筐体と、
   前記撮像素子移動機構は前記Ｘ線出射機構と一体になっており、前記Ｘ線出射機構を前記撮像素子移動機構とともに前記筐体に対して移動させるＸ線光軸移動機構であって、前記出射されるＸ線の光軸が前記撮像面と交差する点である中心点から前記撮像面に形成される回折環の回転角度を０とする方向に向けて移動させるＸ線光軸移動機構とを備え、
   前記撮像素子移動機構による移動は、前記Ｘ線光軸移動機構による移動と同時に行われるとともに、前記中心点に対して前記Ｘ線光軸移動機構による移動の方向の反対側にある固体撮像素子は、前記Ｘ線光軸移動機構による移動と平行な方向における移動がないようにされていることを特徴とするＸ線回折測定装置。
6. 請求項５に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記中心点に対して前記Ｘ線光軸移動機構による移動の方向の反対側にある固体撮像素子は、ストッパにより前記Ｘ線光軸移動機構による移動と平行な方向における移動がないようにされ、前記撮像素子移動機構に前記移動体を移動させるための動力が供給されたとき、前記Ｘ線光軸移動機構は前記動力を用いて移動を行うことを特徴とするＸ線回折測定装置。

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