JP4607097B2 - Ｘ線回折システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線回折技法を用いて部品材料の強度に付随する特性を測定するシステム及び方法に関し、より詳細には、いろいろな寸法や形状の部品とともにそのような技法を使用するシステム及び方法に関する。

金属又はセラミック材料のような結晶性物質の残留応力を測定するＸ線回折技法の使用は、周知である。Ｘ線回折の使用による一般概念は、材料をＸ線の放射にさらすことである。結果として生じる検出されたＸ線回折のピークは、強度に付随する特性、すなわち、部品材料の、応力、残留オーステナイト、硬度の測定に成功するように分析され、例えば、材料の疲労のレベルを示す。

より詳細には、本発明は、ヘッドの前端に向けて運ばれる光ファイバー検出器を有する、片持ち梁のように突き出たゴニオメーター・ヘッド（a cantilevered goniometer head）を利用するオープン・ビーム形（open beam type）Ｘ線回折装置に関する。それにひきかえ、円形台に沿って通常Ｘ線ヘッドの真向かいに、すなわちＸ線ヘッドとは全く正反対側に離れて配置される検出器を有する円形の台に沿ってある位置にＸ線ヘッドが位置するという意味で、閉ループ変化を持つＸ線回折システムがある。この場合、部品は、それらの間の空間内に挿入される。これらのシステムにおいては、Ｘ線ヘッドと検出器のこのような方位により、部品の大きさが限定される。また、一般に、切り取り試片（coupons）が測定されるべき部品から採取されなければならない。Ｘ線ヘッド及び検出器は、互に一体化しているので、オープン・ビーム方法の場合、切り取り試片は、部品から切り離されてはならない。しかしながら、現在のオープン・ビーム形Ｘ線装置は、依然として、以下に述べるような欠点に悩んでいる。

そのような問題点の１つは、多種多様の異なる部品及び／又は異なる材料、すなわち、結晶構造に関するような異なる特性を有する材料のこのような測定を実行することができるオープン・ビーム形Ｘ線装置が全くないことにある。一般に、ゴニオメーターあるいはＸ線管ヘッドの大きさは、その操作に要求される出力に付随する。より大きな出力レベルであると、Ｘ線管の直径は、熱放散に対するものより大きい。ゴニオメーター・ヘッドに対する出力は、特定の材料または材料の特性とともに行われるＸ線回折工程のための十分なＸ線速（x-ray flux）を発生させるために選択される。

測定するためのより大きな直径のＸ線ヘッドの使用に伴う問題点は、パイプなどのような特定の部品の場合、測定が該部品の内側の材料からなされることが望ましいことにある。パイプの内径の相対的大きさ及びＸ線回折装置のヘッドの相対的大きさによっては、Ｘ線ヘッドがパイプの内側に嵌まりこみ、適切な測定をすることが物理的に不可能となるかもしれない。また、部品表面が回転翼の羽根の付け根における航空機の回転翼ディスクに見出され得るようにお互いに対して接近して対向する関係のような限られた領域にある場合、測定が望まれる表面位置にＸ線を正確に向けるべくＸ線回折装置を設置することは、難しいかもしれない。また、大きなＸ線ヘッド自身が操作されなければならない場合、通常、扱いにくい。現在のオープン・ビーム形Ｘ線回折ユニットは、測定がなされるべきである材料または複数の材料に特に合わせられているＸ線ヘッドを有するので、一般に、たくさんの異なる大きさ及び形式のＸ線回折ユニットが、異なる材料または材料特性を有し、及び／又は、それ相応に設備費用を上昇させる異なる構造を有する広範囲の異なる部品の測定をするのに必要とされる。したがって、正確なＸ線回折測定がなされ得る異なる形式の部品及び部品形状において、より大きな柔軟性を考慮するＸ線回折システム及び方法の必要性が存在する。

この装置を使用するその他の問題点は、望ましい測定の正確さにある。このことは、測定操作中、管を旋回又は回転させるシステム駆動機構の問題を生み出す。Ｘ線測定操作中、管は、通常旋回され、Ｘ線放射源（the x-ray emitter）又はコリメーターの位置を変える。該Ｘ線放射源またはコリメーターからは、より正確な測定を得るために、部品に対して固定されている管及びコリメーターを保持することとは対照的なサンプリング技法により、Ｘ線が部品に向けて放射される。上述したように、管は、通常、片持ち梁状に突き出ており、管とともに旋回するピニオン歯車を含むモーター駆動装置により、固定されている円弧状のラックに沿って前後に旋回する。別の構造では、モーターが管に固定されているラックを旋回させる。２つの事例において、モーターは、また、現在のＸ線回折ユニットの片持ち梁状に突き出た構造の一部である。したがって、現在のＸ線回折ユニットは、重い片持ち梁状に突き出た重錘を有し、特に、該重錘は、より大きなＸ線管を有する。使用されるＸ線回折技法は、回折ピーク及び検出されたＸ線のパターンのわずかな差異を識別することによるので、Ｘ線ヘッドを旋回させるのに正確性が要求される。伸びる伝動ベルトを有する、及び／又は、例えば、上述したラックアンドピニオン機構におけるようなそれらの間の遊びにより噛み合っている歯車間に起こるバックラッシュの問題を有する現在の駆動機構においては、不正確さが生み出され得る。したがって、移動に伴って能率的で正確な測定をするために、Ｘ線ヘッドの正確な移動を提供する駆動機構の必要性が存在する。

種々の部品の大きさ及び形状は、好ましい測定技法、多重露出サイン２乗プサイ法（d v. Sine²Ψ）が全ての部品形状を測定するのに使用できないという点において、標準的なＸ線回折測定技法に対してさらにもう１つの問題点をもたらす。この技法を使用する場合、検出器は、該検出器がヘッド自身の角回転面に平行な平面内にとどまるように配置される。この技法は、Ｘ線放射源、部品、及び検出器間の幾何学的関係のために、部品の強度に付随する特性を測定するのに最も正確な方法である。しかしながら、この技法は、検出器が部品自身にぶつかることなくヘッドが前後に振動することを許容するのに十分な室が必要である。したがって、多重露出サイン２乗カイ法（d v. Sine^２Χ）といわれている異なる測定方法が使用されなければならない場合がある。この技法を使用する場合、検出器は、該検出器が通常Ｘ線管の長手軸に対して整列し又は平行になるように、多重露出サイン２乗プサイの外形から放射源の長手軸の周りに９０度移動されている位置にある。そのとき、ヘッドは、Ｘ線回折測定中、検出器が正常に回転するように回転する。この検出器の構成は、使用者が羽根の付け根の間のような狭い場所で測定をすることを可能とする。しかしながら、多重露出サイン２乗カイ法を利用することは、測定の正確さにおいて犠牲を要する。現在のところ、一方の技法から他方の技法に変更するために、Ｘ線回折装置を切換えなければならない。したがって、装置が使用する測定技法に関して柔軟性を有するＸ線回折装置が望まれる。

本発明の１つの形態によれば、モジュール式であり、装置の性能を最適化すべく該ヘッドがお互いに切り換えられることが可能であるＸ線ヘッドすなわちゴニオメーター・ヘッドを有するＸ線回折装置が提供される。このように、測定は、異なるＸ線回折ユニットを必要とすることなく、測定がなされることになっている部品に対する操作要求にしたがって選択される異なるモジュール式ヘッドと併用して同じベースのＸ線回折装置を使用することで、部品の大きさや構造、及び異なる部品材料又は材料特性の幅広いスペクトルからなされ得る。例えば、部品が、パイプの内面のような標準の比較的大きな大きさのＸ線管により接近することが困難又は不可能である測定部位を含んでいる場合、Ｘ線回折装置でＸ線回折測定をするために、比較的小さなＸ線ヘッドが比較的大きなヘッドと交換され、Ｘ線回折装置に取り外し可能に取り付けられ得る。部品の材料及び／又は形状により、高出力のＸ線ヘッドが好ましい場合には、比較的大きなＸ線ヘッドが比較的小さなヘッドのための装置において交換され得る。明らかなように、このことが必然的に引き起こす据え付け面積と経費とともに、異なるヘッドそれぞれに対応する異なるＸ線回折ユニットを有するよりはむしろ、本発明は、単一のベース・ユニットが異なるモジュラー式のＸ線ヘッドとともに使用されることを可能とし、装置の性能を最適化すべく、それらがお互いに切り換えられることを可能とする。プログラマブル・モジュールは、各ヘッドに関連し、適切な操作のために、ヘッドが交換されるたびにそのような情報を入力する必要性なく、ユニットに接続されているそのＸ線検出器システムを含む特定のヘッドの大きさやその他の操作特性及び性能特性に関して、ベース・ユニットの制御器に情報を伝え得る。

モジュラー式ヘッド各々は、Ｘ線管、及び放射源／検出器アセンブリ、及びヘッドを装置のベースに接続するためのアダプター部分、より具体的には、協働するアダプター部分を有する。ヘッド・アダプター部分は、ベースのシャフトの形状をしたベース・アダプター部分に接続するソケットであり得る。シャフトは、動力伝達機構及びモーターにより駆動され、本明細書で詳細に説明するようにＸ線ヘッドを移動させる。好ましい形状では、ソケットは、円錐形であり、シャフトは、Ｘ線ヘッドのソケットに嵌合する円錐形末端部を有する。ソケット開口にシャフトを確実に固定するために、シャフトは、キー溝を含み得る。また、ヘッド・アダプターは、キー溝に嵌合し、解放可能に動かないように固定し、シャフトとそれに取り外し可能に接続されるＸ線ヘッドとの間の相対的回転を防止するキーを有し得る。あるいは、キー及びキー溝は、入れ換えられてもよい。この場合、シャフトがキーを有し、ソケットがキー溝を含む。

各Ｘ線管ヘッドは、部品に向かって下方にＸ線を向けるために、管の長手方向の軸に略直交して管に従属する放射源すなわちコリメーターを有する。円弧状支持具がその両端にある検出器に対して設けられる。そして、放射源コリメーターは、最新のＸ線管のこれらの放射源／検出器アセンブリにとって典型的な構造であるように、円弧状支持具と交差している。したがって、モーターすなわちベース・ユニットの操作は、そのソケット・アダプター部分を介してユニットのシャフト・アダプターに取り外し可能に接続されるＸ線管を順繰りに回転させる出力シャフト・アダプターを回転させる。かくして、ヘッド・アダプター部分及びそれに取り付けられている管の回転は、Ｘ線がＸ線管ヘッドからの異なる攻撃角度から部品の領域に向けられるように、管の前端部の近くに保持されるコリメーターを所定の円弧状軌跡に沿って移動させる。Ｘ線ヘッド・アセンブリは、ベース・ユニットから前方に片持ち梁状に突出しているけれども、モーター及び出力シャフトを含む伝動機構を含んでいる駆動機構は、全てベース・ユニット側に配置され、モジュラー式Ｘ線ヘッドの片持ち梁状に突出した重量を最小限に抑え、よって、ヘッドに組み込まれているそれらの旋回駆動機構を有し、上述したように片持ち梁状に突出している従来のより重いＸ線ヘッドとは対照的に、その測定の正確さを向上させる。

本発明の別の形態では、抗バックラッシュ機構を含み、駆動モーターの動作時におけるヘッドに対して精度の高い移動を提供する改良された駆動アセンブリが設けられる。そのような精度の高い移動は、より正確なＸ線回折測定がなされることを可能とする。抗バックラッシュ機構は、動力伝達機構、より具体的には、ベース駆動ユニットのアダプター・シャフト・アセンブリに付随する分割歯車を採用することが好ましい。歯車は、お互いに対して反対方向に偏倚されている、対応する歯部分を有する歯車部分に軸方向に分割されている。このように、分割歯車の歯の面は、それらの間の如何なる遊離した空間、すなわち遊びをも実質的に最小限に抑えるように、モーター駆動シャフト歯車の歯の面に対してしっかりと係合した状態を継続する。あるいは、分割歯車は、出力シャフト・アセンブリの歯車と噛み合うために、モーター駆動シャフトに設けられてもよい。

上述した従来のラックアンドピニオン駆動システムと違って、分割歯車は、Ｘ線ヘッドが、その一方の端部又は他方の端部にある、ラックに沿うその走行端部に到達したときにモーターが向きを変更するとき、従来の駆動システムにおいて起こり得るバックラッシュを防止する。ラックアンドピニオン・システムは、モーターが方向を変更するとき歯車間の遊びによる、Ｘ線ヘッドでなされる測定に持ち込まれる不正確さを引き起こす。それにひきかえ、本発明の分割歯車は、モーターが円弧状の走行軌跡の端部に向かって一方の方向または他方の方向に向きを変更しているときでさえも、その歯がモーター歯車の歯面に対してしっかりと係合する状態を維持する。したがって、本発明の抗バックラッシュ機構は、従来の駆動システムにおける歯車歯間の遊びによって引き起こされる不正確さを防止する。

上述したように、本発明のＸ線回折装置のモジュール方式のＸ線ヘッドは、様々な大きさ及び／又は構造を有するＸ線ヘッドが同じベース・ユニットに採用されることを可能とする。この目的のために、ヘッドは、例えば、直径が約４インチの比較的大きなヘッドから、直径がおよそ約１．２５インチ以下０．３７５インチであり得る非常に小さいすなわち極小ヘッドまでに至る大きさを含み得る。管内で発生したＸ線のコリメーターへの通過を許容する、コリメーターと整列する管の窓が、通常、管材料、例えば、ステンレス鋼に蝋付けされている。しかしながら、中間の蝋付け材料を極小管に利用することによる、管を汚染し、管からの漏れを発生させる可能性を増大させる、該材料が溶融する機会を増大させるという問題が存在する。したがって、極小管Ｘ線ヘッドで利用される好ましい窓は、中間の蝋付け材料を避けるべく管材料に電子ビームで溶接される。

極小管に対する別の適合としては、信号処理用に検出器からの信号を受け入れるフレキシブル回路基板の使用がある。フレキシブル回路基板は、その直径がかなり増大することを避けるように、極小管Ｘ線ヘッドの曲面に合致する。一般的に、従来の比較的大きなＸ線管の場合、検出器は、Ｘ線ヘッドの後部の近く又は上方に取り付けられ、それゆえに、例えば、難しい部品形状に求められ得るような、ヘッドを操縦することに対して障害をもたらす処理装置に光ファイバー・ケーブルにより接続される。したがって、極小管にフレキシブル回路基板を使用することは、Ｘ線回折測定がなされている部品の接近が難しい目標面に到達するというその向上した柔軟性を維持する。

本発明のモジュラー式Ｘ線回折装置に使用され得るモジュラー式Ｘ線ヘッド・セットにおけるその他の比較的大きいヘッドにおいて、実行され得る別の有利な特徴は、２つの動作原理的測定技法多重露出サイン２乗プサイ法及び多重露出サイン２乗カイ法が利用されることを可能とするように、Ｘ線ヘッドに対して放射源／検出器アセンブリを移動させることができることにある。本明細書において好ましいシステムとされているモジュール方式のＸ線ヘッドが、異なる放射源／検出器構造がそれによって測定技法が利用されることになっている、容易に変更され得る異なる管に固定されることを可能とする一方、特定の管の放射源／検出器アセンブリの移動は、便利さの観点から、上述したように管を交換しなければならないことを避けるためには好ましい。

典型的には、放射源／検出器サブアセンブリは、検出器が上述したように取り付けられる円弧状支持体を含んでいる。多重露出サイン２乗プサイ法の方位にある検出器の場合、該検出器は、管の長手方向の軸の両側にずれている。したがって、難しい部品形状を測定するとき管の操縦性に対して障害となり得る。したがって、検出器が管軸に沿って整列される、多重露出サイン２乗カイ法の方位にあるように、検出器用円弧状支持体を移動することを可能とすることにより、Ｘ線ヘッドは、円弧状支持体が今侵襲の少ない方位にあるので、うまく位置決めされ得る。とはいえ、Ｘ線回折のためには正確性に若干欠ける数学的技法を実施することになる。

１つの形状として、操作者が上述した構成間の検出器の位置を手動で調整することを可能とする手動作動子が設けられる。手動作動子は、望ましい検出器の構成に対応する２つの開孔のうちの選択された一方の開孔内に偏倚されているピンであり得る。該ピンは、使用者が他の構成に検出器を移動するためにその偏倚力に抗してリングを開孔から引っ張り出すことを可能とするハンドル式引っ張りリングを含んでいる。ピンが別の開孔と整列すると、引っ張りリングは、解放され、該ピンは、整列した開孔内に偏倚され、選択された構成に検出器を固定する。したがって、引っ張りリング式手動作動子は、非常に効率的且つ迅速な調整が検出器の構成に対してなされることを可能とし、比較的大きなＸ線ヘッドがいろいろな異なる部品構造で、より柔軟に使用されることを可能とする。

最初に図１を参照すると、本発明に係るＸ線回折装置１０が、代表的な実施態様として描かれ、組み立てられている。該装置１０は、例えば、その下の固定装置１７に動かないように保持されている図示される歯車１６のような、いろいろな部品からのＸ線回折測定をする、ベース・ユニット１４に取り外し可能に接続されているモジュール式（modular）Ｘ線ゴニオメーター・ヘッド１２を含んでいる。Ｘ線ヘッドは、示されるように、横方向のＹ軸はもちろん垂直方向のＺ軸方向などのような複数の異なる直線方向に移動され得る。Ｘ軸前後方向の移動が、また、異なる旋回軸の周りのヘッド１２の回転又は旋回移動に加えて提供される。共通の駆動アセンブリ１８（図１０−１２）が、Ｘ線管ヘッド・アセンブリ１２、及び、特に、放射源すなわちコリメーター２０を移動させる。該コリメーター２０は、管がその円弧状軌跡２２内で往復して振動するとき、Ｘ線が、いろいろな異なる角度から部品１６の領域に向けられ、測定情報が集められるいくつかの異なるデータ・ポイントを提供するように、管ハウジング１２ａの前方端部において、円弧状軌跡２２で該管ハウジング１２ａに従属する。ベース・ユニット１４の架台１９は、固定装置１７と一緒の部品１６及び駆動アセンブリ１８の両方を支持し得る。

異なるＸ線発生器用管ヘッドすなわちヘッド・アセンブリ（図３−５及び図２８参照）が、共通の駆動アセンブリ１８により駆動されるべく、ベース・ユニット１４上で交換されることを可能とするために、通常指定されたアダプター２４が、図２に示されるように、ヘッド１２に対して、各ヘッドとベース・ユニット１４との間に設けられる。好ましい、図示されている形状において、アダプター２４は、ベース・ユニット１４に付随する出力シャフト端部部分２６及び各Ｘ線ヘッドに付随するソケット部分２８を含んでいる。モジュール式ヘッドの一揃え（set）がそのアダプター部分２８に対して小さな突出部を有しないように、支持装置１４にシャフト部分２６を有することが好ましいけれども、アダプター部分２６と２８は、ヘッドとベース・ユニットに逆に設けられてもよいことは明白である。

出力シャフトのアダプター部分２６及びソケットのアダプター部分２８には、アダプター部分２６と２８が互にぴったりとした関係で円錐面により一緒に嵌まり合い、本明細書においてはアダプター２４に適した接続をさせるのに容易に整列するように、円錐形又は円錐台形の構造が設けられ得る。出力シャフトのアダプター部分２６の回転は、その円弧状軌跡２２で管ヘッド１２を移動させる駆動アセンブリ１８の操作により発生する。このために、角度的に整列したとき、ソケット２８に形成されている軸方向の凹部３１内に嵌合し得るアダプター用シャフト２６に形成される、軸方向に延在するキー突部３０によるような、キー及びキー溝による接続がアダプター２４に設けられ得る。このように、出力シャフトのアダプター部分２６は、管ヘッド１２がモーター操作によりその円弧状軌跡２２で振動するように、駆動アセンブリ１８から管ヘッド１２へ回転力を伝えるために、ソケット２８内に非回転的に収容される。

複数のモジュール式Ｘ線発生器用ヘッド・アセンブリを複数用意することは、異なるヘッドが、そこからのＸ線回折測定をする異なる部品及び材料の要求に対して合わせられることを可能とする。Ｘ線ヘッドは、大きなＸ線ヘッド１２（図３）、中間の大きさのＸ線ヘッド３２（図４）、及び極小ヘッド３４（図５）を有する図３−５及び図２８に示されるような、異なる大きさと形状で提供され得ることが現在のところ想像される。また、Ｘ線回折測定が、以下に詳述するように、非常に特定の部品形状からなされることを可能とする特に専用のＸ線ヘッド２００（図２８）が提供される。したがって、本発明の装置１０は、単一のベース・ユニット１４が図示されるヘッド１２、３２、３４及び２００のセットのようないくつかの異なるＸ線ヘッドで使用されることを可能とする。この例においては、Ｘ線ヘッド１２は、高出力の条件が特定の部品材料からの測定をすべくＸ線を発生させることを求められる場合に使用され得る。一方で、より小さなヘッド３２と３４は、出力が重要ではなくて、難しい部品形状への接近が要求される場合に使用され得る。特に、極小ヘッド３４の場合には、該ヘッドが、その内面からの測定をするために、管状部品の内部の内側に見出されるような限定された空間内に巧みに誘導される。ヘッド・アセンブリ２００は、航空機のローター・ディスク（aircraft rotor discs）２０４に見られる、図示されたボルト孔２０２のような比較的浅い深さを有する小さな貫通孔からの測定をするのに適合する。

大きさ以外に、モジュール式ヘッドは、さらにいくつかのその他の点で合わされ得る。例えば、発生するＸ線の波長が、材料に合わされ、その格子構造に適合するように測定され得る。これをするために、各管ヘッドの前方高電圧端にある標的陽極（the target anode）３６用の材料が変更され得る。代表的な陽極材料は、銅、コバルト、タングステン、銀、モリブデン、マンガン、鉄及びチタンを含み得る。ビーム形状が、Ｘ線ヘッドに異なるコリメーター２０を備えることで、測定される切片に合わせられ得る。例えば、測定されることが望まれる長くて細い裂け目または穴の表面を有するこれらの切片に対して、コリメーター２０は、より細いＸ線ビームを発生させるように設計され、測定誤差が起こることを防ぐ。

コリメーターに加えて、典型的には円弧状のＸ線支持具４２を介してコリメーター２０の両側に取り付けられるＸ線検出器又はセンサー３８及び４０を含む各Ｘ線ヘッドにより保持されるように、Ｘ線検出器アセンブリ３７が設けられる。Ｘ線ヘッドは、コリメーター２０に関連して、これらの検出器３８の位置を有し得る。該検出器３８の位置は、検出器がヘッドにより発生するＸ線の波長及びＸ線ヘッドがＸ線回折測定をするのに使用されることになっている材料の応答と適合するように支持具４２に沿って又は異なる大きさに作られた支持具４２の上を一方のヘッドから他方のヘッドまで変更される。支持具４２それ自身は、移動され、以下に述べるように、異なる測定技法を提供し得、あるいは、アセンブリ・ヘッド２００におけるような異なる回折角度を調節し得る。明らかなように、Ｘ線ヘッド１２、３２、３４及び２００のようなモジュール式Ｘ線ヘッドを複数用意することは、このためにいくつかの異なるＸ線回折ユニットを必要とすることなく行われることになっているＸ線回折操作の特定の要求に装置１０を合わせるのに非常に大きな柔軟性を与える。

好ましいモジュール式Ｘ線ヘッド装置１０の別の特徴は、各Ｘ線ヘッド１２、３２、３４及び２００に付随するプログラマブル・モジュール（a programmable module）４３、ベース・ユニット１４に付随する制御器４４、及びユニット１４に取り外し可能に接続される選択された１つのヘッドとともにモジュール４３を制御器４４に相互接続することができる電気的連結装置４６を含む電子制御システムの使用にある。図２に示されるように、電気的連結装置４６は、モジュール４３に接続され、その自由端に、ベース・ユニット１４に固定されているソケット・コネクタ５２に接続されるのに適合するピン・コネクタ５０を有するケーブル４８を含み得る。１つの形態において、ヘッドがアダプター２４を介してベース・ユニットに適切に接続されていないならば、制御器４４へのデータの流れは、可能とならない。そのために、電気コンタクト５３ａ及び５３ｂが、部分２６及び２８が適切に結合されたとき、電気的に連通状態になるように、アダプター部分２６及び２８それぞれに配置され、設けられ得る。このように、コンタクトもまた、制御システム用の電気的連結装置４６の部分を形成する。コンタクト５３ａと５３ｂとによる装着が首尾よく電気的に連通状態にあるように完成されるならば、ピン・コネクタ５０がソケット・コネクタ５２に接続されると、制御器４４は、適切な装着がなされたことを認識し、システムを自動設定し、図２０のフローチャートに表されるように、測定操作が選択されたヘッドに対し適切に進行することが可能となる。

モジュール４３は、メモリが保持される特定のＸ線ヘッドに関する情報でメモリが予めプログラムされ得るように、プログラム可能なメモリを含み得る。例えば、Ｘ線ヘッドは、具体的には、例えば、適切な量のＸ線速及び部品とともに測定されるべく該部品からの回折測定を得るのに必要な波長のＸ線を発生させることなどの、特定のタイプの材料又は材料の特性を測定するのに合わせられ得る。したがって、Ｘ線ヘッドの装着に成功すると、制御器４４は、例えば、ベース・ユニット１４に取り付けられる特定のＸ線ヘッドに関して、例えば、Ｘ線管ヘッド自身の大きさ及びその出力定格ばかりでなく、そのコリメーター２０の大きさ、その陽極３６の材料のタイプなどの、それに伝えられる情報又はシステム環境設定データを有するであろう。例えば、本明細書で述べられている、異なる大きさのＸ線ヘッド１２、３２及び３４の場合、各ヘッドは、それらの大きさに相互に関連する異なる出力定格を有し得る。したがって、大きなＸ線ヘッド１２は、約４インチ（１０１．６ｍｍ）の直径、３０００ワットの出力定格を有し、中間のＸ線ヘッド３２は、約１．５インチ（３８．１０ｍｍ）の直径、３００ワットの出力定格を有し、極小のＸ線ヘッド３４は、約１．２５インチ（３１．７５ｍｍ）以下０．３７５インチ（９．５２ｍｍ）までの直径、２００ワット又はそれ未満の出力定格を有し得る。さらに、管ヘッドの特定の大きさに対する出力要求は、例えば、互いに異なる目標陽極３６を有する同じ大きさのヘッドの場合などで、変更され得る。どの場合にも、制御システムは、プログラマブル・モジュール４３と制御器４４との間に設けられた電気的連結装置４６を介してベース・ユニット１４に接続される特定のモジュール式Ｘ線ヘッドの出力定格を与えられる。一旦、そのような情報が受け入れられると、制御器４４は、出力供給を調節し、その出力定格に従うＸ線ヘッドの操作を可能とする。

データ情報として制御器４４へ伝えられ得るＸ線ヘッド間のその他の変数は、Ｘ腺ヘッドの焦点距離及び、例えば、検出器のタイプ又は検出器の数、検出器の幅、及び検出器により提供される解像度などの、Ｘ線検出器システム３７の細目を含んでいる。また、Ｘ線ヘッドが、固定されている検出器の構成を使用する場合、ヘッドに付随するモジュール４３は、所定の固定された検出器の構成により指令されると、制御システムで使用される測定技法を指示するようにプログラム化される。

本明細書で開示される、小さな、すなわち、極小管Ｘ線ヘッド３４は、ヘッドに対して設けられる別の冷却システムを含み得る。図６を参照すると、公知のＸ線ヘッド用の典型的な冷却システムは、例えば、水又はグリコールをベースにした流体などの、冷却流体を、ヘッドに連結されるキャップ部材６３でヘッドの前方端、すなわち、自由端６２に取り付けられている流体多岐管（a fluid manifold）６０を通して管状ハウジング５４に供給し、取り除く冷却管５６及び５８を使用する。極小ヘッド３４に対して示されるように、冷却管５６及び５８は、上方に向かって延在し、続いてハウジング５４の頂部に沿ってユニット１４に向かって戻ってくる。そのような構成は、例えば、管状部品の内径に見出されるような限定された空間内に進むというその機能という点から見ると、管状ハウジング５４の大きさまたは直径を実際上増大させる。したがって、別の冷却システムが、また、極小ヘッド３４に対して表される。該システムでは、冷却管５６及び５８は、管状ハウジング５４の外側に沿って後方に延在するよりはむしろ、ハウジング・キャップ６３に形成される冷却管ポート６３ａ及び６３ｂを通ってＸ線ヘッドから前方に延びる。このように、冷却管５６及び５８は、管状ハウジング５４の有効径を増大させることがなく、例えば、冷却管がその外側面に沿って走るときなどの、冷却管５６及び５８からの干渉に遭遇することなく、極小ハウジング５４の直径よりほんのわずかに大きいにすぎない内径を有する管状部品の内部内にそれが進むことを可能とする。

とりわけ極小管３４に対する別の適応は、コリメーター２０の両側の検出器３８及び４０から受け取られた信号を処理する、その上に印刷された回路６６を含むフレキシブル回路基板６４の使用にある。従来のＸ線ヘッドにおいては、検出器は、これらのヘッドの操縦性及び限定された空間に接近する可能性を制限する、Ｘ線信号を処理する制御ユニットに普通上方に向かってそこから延びる配線を含んでいる。他方では、本明細書におけるフレキシブル印刷回路基板の場合、検出器３８及び４０と回路基板６４との間に延びる光ファイバー・ケーブル６８は、基板６４が、検出器３８及び４０に近接し、ハウジング５４を取り巻いて、包まれる該ハウジングに略一致して、その端部６２に向かって管状ハウジング５４の外面に固定され得るので、非常に短い長さで設けられさえすればよい。このように、管状ハウジング５４の有効径は、従来のシステムのような検出器３８及び４０からＸ線ヘッドの上に固定された処理ユニットまで延在する大きくて長い長さの配線を有することにより引き起こされる障害を取り除くことによる付随する利点を持って、薄い印刷回路基板６４の厚さによるように、ほんのわずかに増大するだけである。したがって、Ｘ線検出器信号を処理するのに適合する回路６６を含む本発明のフレキシブル回路基板６４の場合、回路基板６４が固定されている管状ハウジング５４の外面に対してその両側に、一体化されている円弧状支持具４１に取り付けられている検出器３８及び４０の間の距離にわたってケーブルが延在しているだけであるので、検出器用ケーブルの長さは、最小限度に抑えられる。図６に見られ得るように、回路基板６４は、ハウジングに固定されるとき、ハウジングと面一に係合するように、該回路基板が曲げられ、ハウジング５４の外側曲面を囲むように湾曲することを可能とするに十分な柔軟性を有する材料で形成される。

図９に示されるように、極小管ヘッド３４は、前方端部６２の近くであってコリメーター２０と一直線上に配列される窓７０を有する底凹部６９を含んでいる。該窓７０は、管３４ａ内で発生し、目標陽極３６を経由してそれを通るように方向付けられたＸ線の通過を可能とするが、ハウジング５４の真空状態をそのまま保持する。一般に、これらの窓は、中間蝋付け材料を介して管状ハウジングの材料に蝋付けされる。しかしながら、その中で要求される高真空に加えて極小管ハウジング５４の内側の小さな容積は、例えば、そこからの望ましくないＸ線速の漏れを許すばかりではなく、ハウジング５４の内部を汚染し得る蝋付け材料の溶融によるなどの、蝋付け材料の使用による問題を引き起こす。

したがって、好ましい極小管ハウジング５４は、中間蝋付け材料が使用されないように、例えば、管状ハウジング５４のステンレス鋼に電子ビーム溶接で接合されるベリリウム材からなる窓を採用する。この点で、電子ビーム溶接された窓７０を含む本発明の小型のＸ線管ヘッド３４は、蝋付け材料が存在せず、したがって、従来のＸ線ヘッドで使用されるような蝋付けされた窓において見出される汚染や漏れの問題を防いでいる。

次に、図２８及び２９を参照すると、図示されるヘッド・アセンブリ２００は、例えば、航空機用ディスク２０４の図示される締結用貫通孔２０２などの貫通孔の内面からのＸ線回折測定をするのに特によく適合している。先に述べた管１２ａ、３２ａ、及び３４ａとは異なる構成のＸ線管２００ａは、支持体２０６を介して対象物に向けられている。この点に関して、Ｘ線管２００ａは、ｙ方向の横軸に沿って横方向に、より詳細には、先に述べたＸ線管１２ａ、３２ａ、及び３４ａの向きに直交して延在し得る。

支持体２０６は、部品の片側に対して概ね上で且つ離れて空中支持されているＸ線管２００ａでＸ線回折測定がなされることになっている部品２０４の近くで、下方に向かって開口する概ねＵ字形をした構造を有し得る。より具体的には、支持体２０６は、その底部の近くにソケット・アダプター部分２８を含む後方の垂直に延びる部分２０８を含んでいる。垂直部分２０８の状端部の近くには、後方の支持部分２０８の前方であって上方部分２１０の下でＸ線管２００ａを支持するハンガー２１２を含む前方に向かって延びる部分２１０がある。

フレーム部分２０８と２１０及びハンガー２１２は、管ヘッド２００ａがｚ軸方向に垂直に調整され、また、ｘ軸方向の前後に調整されることを可能とする、調整用スロット２１４と付随する案内締結具とによるような、それらの間で調整可能な取り付けを含んでいる。さらに、ヘッド・アセンブリ２０７は、ハンガー２１２の円弧状案内スロット２２２内に調整可能に固定される従動子２２０を有し、ｘ軸とｚ軸とからなる角度方向にヘッド２０７の円弧状の調整を提供する、上方に延びるフランジ２１８を含んでいる。支持体２０６により提供される調整能力により、そこから放射されるＸ線ビームの攻撃角度を考慮し、部品、及び特にｘ軸方向に延在するその軸２０２ａを有する貫通孔２０２に対して変更されるように、コリメーター２０の位置が調整され得る。このように、管２００ａ及びそのコリメーター２０の最適な方向付けが貫通孔２０２の構造及び大きさに関連して達成され得る。

同様に、支持体２０６により、及び特に前方下方に延びるその延長体２２４を介して、検出器アセンブリ３７が調整可能に支持され得る。示されるように、延長体２２４は、管２００ａ及びコリメーター２０が配置されている側に対向して部品２０４の側に検出器を位置決めするために、スロット付摺動ブラケット２２６に調整可能に固定されている円弧状支持部４２を含む検出器アセンブリ３７とともに、上方支持部分２１０の前方端から下方に突出している。摺動ブラケット２２６は、図２８及び２９に見られるように、検出器アセンブリ３７のｘ、ｙ及びｚの調整を可能とし得る。このように、円弧状支持台４２に固定される検出器３８及び４０は、貫通孔２０２の内面から回折されたＸ線を検出するのに最適化された位置を有し得る。さらに、摺動ブラケット２２６は、図２８に示されるように、軌跡２２８に沿って角度的に調整される取り付けを可能とし得る。

上述したように、Ｘ線回折測定操作中Ｘ線ヘッドをこの円弧状軌跡２２で振動させる駆動アセンブリ１８は、従来のＸ線回折システムのようにＸ線ヘッド・アセンブリと一体化され、ベース・ユニット１４からヘッドともに前方に片持ち梁のように突き出るよりはむしろベース・ユニット１４に組み込まれている。このように、駆動部１８の重量は、従来のシステムとは違って、その速度又はその正確さのいずれの点から見ても、Ｘ線回折測定操作に影響を与えない。示されるように、本発明のＸ線ヘッド駆動アセンブリ１８は、例えば、ブラケット７４により、ベース・ユニット１４に取り付けられているモーター７２を含んでいる。モーター７２は、端部アダプター部分２６を含む出力シャフト・アセンブリ７７に回転力を伝達する駆動シャフト７６を含んでいる。図示された好ましい形状において、駆動アセンブリ１８は、図１２に最もよく示されるように、ウォーム歯車伝動駆動装置（worm gear transmission drive）７８を含んでいる。駆動シャフト７６は、横断的に、特に出力シャフト・アセンブリ７７に直交して延在している。また、ウォーム歯車駆動装置７８は、駆動シャフトの駆動歯車８０及び出力シャフト・アセンブリ７７の駆動歯車８２を含んでいる。本明細書における好ましいウォーム歯車駆動装置７８においては、駆動歯車は、ウォーム駆動歯車８０であってもよいし、駆動歯車は、ウォーム・ホイール８２であってもよい。これらの歯車８０及び８２各々は、駆動関係において互に噛み合う螺旋状の歯車歯８０ａ及び８２ａをそれぞれ含んでいる。

バックラッシュにより引き起こされる測定の不正確さを最小限に抑えるために、上述のウォーム歯車装置７８には、図１０−１９に見られ得るように、抗バックラッシュ機構８４が設けられている。より具体的には、ウォーム歯車８２は、例えば、少なくとも１つ、好ましくは２つのバネ９０及び９２により、例えば、測定操作中、Ｘ線ヘッドが円弧状軌跡２２の端部に到達した場合のような、モーター７２が逆転する場合でさえも略いつも歯車歯８２ａが歯車歯８０ａと遊びのない接触状態（in positive contact with）を継続するようお互いに対して角度的に又は回転可能に偏倚されている２つの円環状の歯車部分８６及び８８が存在するように、軸方向に分離されている。図１４に示されるように、歯車部分８６は、例えば、歯車部分８６の内側口径部に形成されたキー溝９８及びシャフト・アセンブリ７７の主シャフト部分９４に形成された軸突起９８により、一緒に回転すべく取り付けられるように、出力シャフト・アセンブリ７７の主シャフト部分９４に固定される。歯車部分８６は、その円環状本体１０４を貫通して延在する円弧状の案内スロット１００及び１０２（図１５）を含んでいる。一対の離れて立つボスすなわち支柱１０６及び１０８が歯車本体１０４の表面１０４ａから軸方向に突出している。案内スロット１００及び１０２は、お互いに略１８０度間隔をおいて配置されるように、歯車本体１０４の直径方向に対向する位置に形成されている。支柱１０６及び１０８は、また、歯車本体の周りにお互いが１８０度間隔をおいて配置され、スロット開口１００及び１０２のそれぞれから約９０度間隔をおいて配置されるように直径方向に対向して配置されている。

歯車部分８８は、シャフト部分に対して自由に回転するように、シャフト部分９４に取り付けられる。図１４及び１６に示されるように、歯車部分８６は、表面１０４ｂから軸方向に突出し、その中に形成されている溝凹部９６を含むハブ部分１１０を含んでいる。歯車部分８８は、また、歯車本体１１６の直径方向に対向する位置に、その表面１１６ａから軸方向に突出する、一対の離れて立つボスすなわち支柱１１２及び１１４を含んでいる。歯車本体１１６は、また、図１８に見られ得るように、歯車本体１１６の反対側の表面１１６ｂから軸方向に突出するハブ部分１１８を含んでいる。図１４に示されるように、ハブ部分１１８の内径は、歯車部分８６および８８が組み立てられるときハブ部分１１８がハブ１１０の周りに回転可能であるように、ハブ部分１１０の外径と略同じかわずかに大きい。組み立てられると、偏倚された歯車部分８６及び８８は、連携し、駆動アセンブリのための抗バックラッシュ機構８４を形成する。抗バックラッシュ機構８４の組み立てのために、歯車部分８６及び８８は、それぞれの歯車本体１０４ｂ及び１１６ａが、案内スロット１００及び１０２を通して嵌合するように揃えられた支柱１１２及び１１４と係合状態になり、ハブ１１８がハブ１１０を覆って摺動するように、お互いに軸方向に近づけられる。支柱１１２及び１１４がスロット開口１００及び１０２を貫通して突出すると、次に、バネ９０及び９２が、図１１及び図１３に示されるように、バネそれぞれが歯車部分８６の支柱１０６、１０８の一方と、歯車部分８８の支柱１１２、１１４の一方との間に延在するように、取り付けられる。

したがって、好ましい図示された抗バックラッシュ機構８４は、図１９に示されるように、分割歯車８２の歯車歯８２ａと歯車８０の歯車歯８０ａとの間に遊びのない接触を維持するように、お互いに対して角度的に又は回転可能に予め負荷がかけられている、すなわち、偏倚されている２つの円環状歯車部分８６及び８８に、軸方向に分割されているウォームホイール歯車８２を含んでいる。言い換えると、偏倚された歯車部分８６及び８８は、モーター７２の作動中略いつも、そこに形成されているそれぞれの駆動歯８６ａ及び８８ａが歯車歯８０ａの駆動面に係合した状態を継続しており、したがって、例えば、オープン・ビーム形Ｘ線回折システムにこれまで採用されてきた従来のラックアンドピニオン駆動システムなどに見出されるような、噛み合っている歯車歯の間の遊びにより引き起こされる測定の不正確さを防止することを可能とする。バネ９０及び９２は、その逆転動作を含むモーターの動作中、歯車歯部分８６ａ、８８ａの一方が１つの歯８０ａと係合し、また、他方の協働する歯車歯部分８６ａ、８８ａが、噛み合っているとき隣接する歯８０ａとの間に隙間を与える個々の歯車歯部分８６ａ及び８８ａの寸法にもかかわらず、次の隣接する歯８０ａと係合状態を継続するように、歯車歯８６ａ及び８８ａが歯車歯８０ａと一定の駆動係合状態を継続することを可能とする、歯車歯８６ａ及び８８ａの間の角変位が存在するように、歯車８０の隣接する歯８０ａ間に配置される分割歯車８２の歯車歯８６ａ及び８８ａに偏倚力を与える。

図１９を参照すると、分割歯車８２に与えられる偏倚力は、歯車歯部分８６ａ、特にその駆動面３００を左側の歯車歯８０ａ、特にその対向駆動面３０２としっかりと係合状態を継続させ、他方の協働する歯車歯８８ａ、特にその駆動面３０４を右側の歯車歯８０ａ、特にその対向駆動面３０６としっかりと係合状態を継続させる。その駆動面３００と反対側の歯車歯部分８６ａの面３０８は、右側の歯車歯８０ａの駆動面３０６から離れて配置されており、同様に、その駆動面３０４と反対側の歯車歯部分８８ａの面３１０は、左側の歯車歯８０ａの駆動面３０２から離れて配置されている。しかしながら、予め負荷がかけられている分割歯車８２は、歯車８０の隣接する歯車歯間の一方の歯車歯部分又は他方の歯車歯部分でこの隙間間隔を塞ぎ、上述したように、歯車８０との一定の駆動接触を維持することを可能とする。かくして、本明細書の抗バックラッシュ機構８４の場合、歯車歯の間に普通見出される遊びは、偏倚された歯車歯部分８６ａ及び８８ａにより塞がれる。したがって、ベース１４に組み込まれ、抗バックラッシュ機構８４が設けられている本明細書における好ましい駆動アセンブリ１８は、測定される部品１６に対してヘッド及びそのコリメーター２０の位置に関して正確な情報が知られることを可能とする。

図１６及び１８を参照すると、歯車歯部分８６ａ及び８８ａは、組み立てられたとき、それらが協働し、協働する歯車歯部分８６ａ及び８８ａにより形成される複合歯車歯８２ａに対し凹面１２０を形成するように、軸方向に向かい合って先細にされ、又は曲線をつけられ得る。歯車表面１２０に対する凹面状の輪郭は、該凹面状の輪郭がウォーム歯車８０の歯の輪郭に、よりよく適合することを可能とする。このように、噛み合う歯車８０及び８２の歯８０ａと８２ａとの間に大きな接触面が存在し、ウォーム歯車駆動装置７８の負荷容量を最適化する。

極小管３４は、図６に示されるように管軸３４ｂの両側にか、あるいは、図２１に見られるように、検出器３８、４０が管軸３４ｂに沿って整列され、閉じ込められた空間内における管３４の操縦可能性を向上させるように、一つおきにかのどちらかに固定されるその検出器３８及び４０を有し得る。他のＸ線ヘッド１２及び３２も、特定のＸ線管ヘッドの大きさとともに２つの測定技法が採用され得る２つのタイプを有し得ることは明白である。上述したように、検出器３８及び４０は、軸方向に整列される場合、採用される測定技法、すなわち、多重露出サイン２乗カイ法は、測定の正確さを減少させる。

さて、図２２−２６を参照すると、使用者が光ファイバー検出器３８及び４０を採用されることが望まれる測定技法、すなわち、多重露出サイン２乗プサイ法又は多重露出サイン２乗カイ法に対応する２つの位置の間のどちらかに移動させることを可能とする検出器用調整装置すなわち移動アセンブリ１２２が示されている。検出器用調整アセンブリ１２２は、測定操作の必要性によりどちらかの測定技法が利用され、Ｘ線ヘッドを変更する、又は、前もって必要とされている場合、異なるＸ線回折ユニットを利用する必要性なしに引き受けられることを可能とすることによりかなりの柔軟性を提供する。したがって、正確性がそれほど重要でなく、空間に接近するのに困難である接近可能性がより重要であるとするならば、検出器用調整アセンブリ１２２は、検出器３８及び４０が管軸１２ａに沿って整列されるように、検出器３８及び４０を移動させることを採用され得る。その場合、図２５に示されるように、多重露出サイン２乗カイ法の測定技法が採用される。他方、Ｘ線ヘッドの操縦性より正確性が重要である場合、検出器３８及び４０は、多重露出サイン２乗プサイ法の測定技法を実行するために、図２３及び図２４に示されるように、図２５の位置から略９０度回転されて、該検出器３８及び４０が管軸の両側に横方向に間隔をおいて配置される位置に移動され得る。

したがって、検出器用調整アセンブリ１２２は、２つの測定技法それぞれに対して異なるＸ線ヘッドを備える必要をなくす。該アセンブリは極小ヘッド３４で実行され得るけれども、ヘッド３４の大きさが減少するという最大の効果を得ることが見出された。また、管ハウジング５４に固定されるか又はこれと一体に形成される検出器用円弧状支持具４１を有する、図６及び図２１に示されるような２つのタイプを提供することが好ましい。

検出器用調整アセンブリ１２２は、例えば、操作者が検出器アセンブリ３７の位置を手動で調整することを可能とする引っ張りリング・アセンブリ１２４の形状をした手動の作動子を含み得る。より具体的には、アセンブリ１２２は、それに固定された検出器用支持具４２を有する回転円盤１２６の形状をした移動部材を含んでいる。回転円盤１２６は、その上の円盤支持部材１２８に対して２つの異なる位置のうちの選択された一方の位置に固定され得る。２つの位置は、本明細書で述べられた２つのＸ線回折測定技法に対応している。この目的のために、円盤支持部材１２８は、それぞれ多重露出サイン２乗プサイ法及び多重露出サイン２乗カイ法に対応する、お互いに９０度間隔をおいて配置される一対の開孔１３０及び１３２を含んでいる。

回転円盤部材１２６は、引っ張りリング・アセンブリ１２４のプランジャ部材１３４を移送する。プランジャ部材１３４は、円盤部材１２６に形成されている貫通孔１３６内にバネを介して装着されている。貫通孔１３６は、要求どおりに検出器システム３７の位置を固定するべく、開口３０及び１３２の何れか一方と整列され得る。図２６を参照すると、貫通孔１３６は、底部開口の周りに突出する半径方向に延在する縁壁部分１３８を有している。プランジャ部材１３４は、円盤支持部材１２８の開孔１３０及び１３２の直径より大きい直径を有する半径方向に広がる鍔部分１４０を有している。開孔１３０及び１３２内に嵌合する大きさに作られたプランジャ部材１３４の上方ピン部材１４２がプランジャの鍔部分１４０から上方に延びている。バネ１４４は、ピン部分１４２を上方向に且つ整列すると開孔１３０及び１３２のうちの一方内に偏倚させている。バネ１４４は、プランジャ部材１３４の周りに延在するコイルを含んでいる。コイルの両端部は、壁部分１３８及び鍔部分１４０に着座している。プランジャ部材１３４は、壁部分１３８で形成されている開口を貫通して下方に突出し、その下端部に固定されている引っ張りリング１４６を有している。

図２３、２４及び図２７に示されるように、ピン部分１４２は、検出器３８及び４０が管軸の両側に配置され、Ｘ線回折測定操作のために多重露出サイン２乗プサイ測定技法が採用されるように、開孔１３０内に偏倚されている。検出器システム３７の構成を切り換えるために、操作者は、バネコイルが壁部分１３８とプランジャ鍔部分１４０との間で圧縮されているバネ１４４により与えられる偏倚力に抗して、ピン部分１４２が開孔１３０から外へ引き出されるように、プランジャ部材１３４を、引っ張りリング１４６を介して下方に引っ張る。次に、操作者は、プランジャ部材１３４が開孔１３２に整列するまで図２７の矢印で示される回転方向に円盤部材１２６を回転させる。この時点で、操作者は、引っ張りリング１４６を放し、バネ１４４により与えられる偏倚力がピン部分１４２を支持部材１２８の開孔１３２内に推し進め、検出器３８及び４０がＸ線ヘッドの管軸に沿って配列される多重露出サイン２乗カイ法の方位に検出器システムの位置を固定する。

次に、より一層の細部について考えると、Ｘ線ヘッド１２、３２及び３４それぞれは、Ｘ線ハウジングからその後端部の従属するフランジ状支持部分１５２まで後方に延在する支持体１５０に取り付けられている。後方フランジ状支持部分１５２は、ヘッド２００及び前述した支持体２０６を含む各ヘッド及びその支持体１５０に対して同一に構成されているソケット・アダプター部分２８を含んでいる。各支持体１５０は、それぞれの長手方向の軸１２ｂ、３２ｂ及び３４ｂが、ソケット軸２８から偏心し、上方に離れて、ｘ軸方向前後に概ね延びるように、ヘッド１２、３２及び３４を保持する、前方に延びる片持ち梁状に突出した支持部分１５４を含んでいる。このように、共通の駆動アセンブリ１８の操作は、ヘッド１２、３２及び３４及びそれらのコリメーター２０を、ヘッド各々のソケット・アダプター２８の偏心軸２８ａが中心である円弧状軌跡２２を通って横断させ又は通過させる。同様に、ソケット軸２８ａは、駆動アセンブリ１８の操作がそのコリメーター２０を、円弧状軌跡２２を横断させるように、ヘッド・アセンブリ２００の管２００ａから概ね偏心しているであろう。シャフト・アダプター部分２６およびソケット・アダプター部分２８は、ヘッドがベース・ユニット１４に接続されるたびに、各ヘッドを同じ所定位置に整列させるべく協働する。したがって、いずれのヘッド１２、３２、３４及び２００がベース・ユニット１４に取り外し可能に接続される場合であっても、シャフト・アダプター軸２６ａは、ソケット軸２８ａに整列され、モジュール式のＸ線ヘッドの不変で且つ再現可能な位置決めを提供するであろう。

続けて図３−５を参照すると、大きなＸ線ヘッド１２のための支持体１５０がより強固な支持体でより重いヘッド１２を備えるべく手を加えてあるのに対して、より小さなヘッド３２及び３４のための支持体１５０は、前方の片持ち梁状に突出する部分１５４に関して略同一であり得る。図１−３に示されるように、前方の突出部分１５４は、大きなＸ線ヘッド１２の後方部の両側を取り囲んで底部から上に延び、ヘッド１２に対して真下及び側部を支持するゆりかごを提供する円弧状の側部１５６及び１５８を含むゆりかご状の受け台構造を有し得る。図３に最もよく示されるように、支持体１５０の後方端部分と従属するフランジ部分１５２との間に設けられるガゼット板（gussetting）１６０によりさらなる補強がなされる。それに反して、より小さな大きさでより軽い重さのヘッド３２及び３４は、その支持体１５０にとって強固な構造を必要としない。示されるように、中間の大きさのヘッド３２は、支持部分１５４の前端部分１６２上で実行される。極端に軽い重量の極小ヘッド３４は、図５に示されるように、その後方端部１６４が支持体１５０の前端部１６６に対して略向かい合って固定されるように、それが支持体１５４に沿って固定されることを可能とする。極小ヘッド３４の整列取り付けは、また、前方支持部分１５４が極小ヘッドの環状ハウジング５４の直径と略同じ直径であるとき、その操縦性を向上させる。

次に、図２、１０及び１２を参照すると、ウォーム歯車駆動装置７８が円環状ケーシング１６８内に収容されていることが理解され得る。ケーシング１６８は、例えば、玉軸受１７４及び１７６のような、高精密軸受を、それぞれ、その中に受け入れるために座ぐりが形成されている前壁部分１７０及び後壁部分１７２を含んでいる。シャフト・アセンブリ７７は、前壁部分１７０から前方に突出している円錐形のアダプター部分２６とともに、軸受１７４及び１７６により回転のために支持されている。ブッシング１７７が、また、シャフト・アセンブリ７７、特に、それに対して設けられる軸受支持体のための主シャフト部分９４を取り囲んで設けられている。半径方向に広がる前フランジ１７８及び後フランジ１８０は、協働し、それぞれの軸受１７４及び１７６との回転に抗して及び該回転用に、シャフト・アセンブリ７７をしっかりと捕らえている。図１２に示されるように、後フランジ１８０は、出力側シャフト・アセンブリ用主シャフト９４の後端部にボルトで締められた後キャップ部材１８２に形成され得る。モーター・ケーシング１６８は、その後方において、ベース・ユニットの架台１９の垂直スタンド１８８に沿って垂直方向上下に摺動し得るｚ軸支持台１８６に蟻継ぎ嵌合で取り付けられるｙ軸支持台１８４に固定されるか、又は該ｙ軸支持台と一体に形成され得る。

本発明の特定の実施態様が例示され、説明されているが、たくさんの変更及び修正が当業者の心に浮かぶことが理解されるであろう。又、添付されるクレームには、本発明の趣旨と範囲内に含まれるこれらの変更や修正を全て含むことが意図されている。

その下に固定された部品からＸ線回折測定をする、コリメーター及び検出器を有するＸ線ヘッドを示す、本発明に係るＸ線回折システムの斜視図である。 モーター・ベース・ユニットとモーター・ユニットの出力側アダプター用シャフト部分を含むモジュール式のＸ線ヘッドとの間のアダプターを示す、図１に示されるＸ線回折ユニットの分解組み立て斜視図である。 駆動ユニットの出力側アダプター用シャフト部分と結合する同一のアダプター用後部ソケット部分を含む、それぞれ異なる大きさに作られたモジュール式Ｘ線ヘッド各々の正面図である。 図３に示されるＸ線ヘッドとは異なる大きさに作られたモジュール式Ｘ線ヘッドの正面図である。 図３、図４に示されるＸ線ヘッドとは異なる大きさに作られたモジュール式Ｘ線ヘッドの正面図である。 固定された検出器配列及び該検出器からの信号を処理するフレキシブル回路基板を示す、図５の極小Ｘ線ヘッドの斜視図である。 管壁の構造及び想像線で標的陽極を示す、図６のＸ線ヘッドを部分的に断面した側面図である。 管のための冷却用前方入口ポート及び出口ポートを示す、図７の線８−８に沿った前面図である。 そこを通ってＸ線が導かれる管の底部に形成された窓を示す、図７の線９−９に沿った底面図である。 モーター及び円錐台形状の出力側アダプター用シャフト端部を示す、駆動アセンブリの図１の線１０−１０に沿った平面図である。 モーターの駆動シャフト及び出力シャフトに付随する抗バックラッシュ歯車アセンブリを想像線で示す、図１０の線１１−１１に沿った駆動アセンブリの前面図である。 出力シャフト・アセンブリの偏倚されている分割歯車を含む抗バックラッシュ歯車と噛み合っているモーターの駆動シャフトのピニオン歯車を示す、図１０の線１２−１２に沿った断面図である。 分割歯車を角度的に相反する方向に付勢する偏倚機構を示す、図１２の線１３−１３に沿った歯車アセンブリの正面図である。 組み立てられ、各分割歯車部材のそれぞれの支柱間に取り付けられたバネによって互いに偏倚されている分割歯車の断面図である。 その一方の面のスロット及び支柱を示す、一方の分割歯車部材の前面図である。 図１５の分割歯車部材の側面図である。 その面の支柱を示す、他方の分割歯車部材の前面図である。 図１７の分割歯車部材の側面図である。 ピニオン歯車の隣接する歯車歯の間のたるみを除いている歯車歯を示す、分割歯車部材のそれぞれの歯車歯の偏倚作用の効果の概略図である。 本発明のモジュール式Ｘ線ヘッド装置でＸ線回折測定をするステップを示すフロー図である。 別の水多岐管を示し、多重露出サイン２乗カイ法の方向に固定された検出器を有する、極小Ｘ線ヘッドの斜視図である。 検出器移動アセンブリを含み、実線の多重露出サイン２乗プサイ法の方位及び想像線で多重露出サイン２乗カイ法の方位にある検出器を示す、大型管のＸ線ヘッドの側面図である。 回転移動部材をその支持部材に解放可能に固定する手動引っ張りリング作動子を示す、図２２のヘッド及び検出器移動アセンブリの前面図である。 図２２及び図２３のヘッド及び検出器移動アセンブリの断片的底面図である。 Ｘ線管の軸に整列し、多重露出サイン２乗カイ法の方位に移動した検出器を示す、図２４と同様の底面図である。 移動部材及び支持部材の整列した開口内に収容されている引っ張りリング作動子のプランジャ部材を付勢するバネを示す図２４の線２６−２６に沿って部分的に断面された拡大側面図である。 多重露出サイン２乗カイ法の方位に移動した検出器とともにプランジャを収容する支持部材の別の開口を示す図２３の線２７−２７に沿って部分的に断面された底面図である。 開口を通して、小さくて浅い表面からのＸ線回折測定をする別のモジュール式のＸ線ヘッド・アセンブリの側面図である。 Ｘ線検出器のための横移動式調整用支持具を示す、図２８のＸ線ヘッド・アセンブリの前面図である。

Claims (11)

1. ベースと、
   該ベースに取り外し可能に接続される複数のモジュラー式Ｘ線ヘッドと、
   Ｘ線回折測定操作の間、円弧状軌跡で、ベースに接続されているヘッドを移動させる、ベースに付随する共通の駆動アセンブリと、
   ヘッドをベースに接続し、及び該ベースから取り外し、操作者が特定のＸ線回折測定操作のために使用されるヘッドを選択することを可能とする、ベースとＸ線ヘッドの間のアダプターと、
   を備え、
   複数のＸ線ヘッドは、異なる大きさのヘッドを含み、限定された空間への接近が望まれる場合、比較的小さなヘッドが使用されることを可能とすることを特徴とする異なる部品からＸ線回折測定をするモジュラー式Ｘ線回折システム。
2. アダプターは、ベースに付随する部分と所定の嵌合構造を有する部分を持つヘッド各々とを含み、それで、ベース・アダプター部分とヘッド・アダプター部分とが一方が他方の中に取り外し可能に受け入れられることを特徴とする請求項１に記載されるモジュラー式Ｘ線回折システム。
3. アダプターは、駆動アセンブリの出力シャフト部分、及びヘッド各々に付随し、シャフト部分を受け入れるように構成されている同じソケットを備えていることを特徴とする請求項１に記載されるモジュラー式Ｘ線回折システム。
4. ヘッドは、お互いとは異なる所定の操作特性を含み、着手される特定の測定操作に対して測定性能を最適化するように、ベースに接続されるために、ヘッドが選択されることを可能とすることを特徴とする請求項１に記載されるモジュラー式Ｘ線回折システム。
5. 操作特性は、Ｘ線ヘッドの出力、Ｘ線の波長、及びＸ線ビームの形状を含んでいることを特徴とする請求項４に記載されるモジュラー式Ｘ線回折システム。
6. ヘッド各々は、制御モジュールを含み、ベースは、これに付随する制御器を有し、
   ヘッド各々は、ヘッドの所定の操作特性の制御器への転送のために、モジュールを制御器に相互接続する連結装置を含んでいることを特徴とする請求項４に記載されるモジュラー式Ｘ線回折システム。
7. 駆動アセンブリは、Ｘ線回折測定操作の間、円弧状の軌跡でヘッドが正確に移動するために、抗バックラッシュ機構を有する歯車装置を含んでいることを特徴とする請求項１に記載されるモジュラー式Ｘ線回折システム。
8. 駆動アセンブリは、モーター、モーター操作により駆動される駆動シャフト、及び出力シャフトを含み、アダプターは、出力シャフトのアダプター用端部及びそれにシャフト端部を受け入れる、ヘッド各々に付随するアダプター用ソケット開口を含み、
   駆動アセンブリは、アダプターを介して接続されているヘッドを円弧状軌跡で移動させるために、出力を駆動シャフトから出力シャフトに伝えるべく協働する駆動シャフト歯車及び出力シャフト歯車を含み、一方の歯車は、２つの歯車部分に分割され、駆動シャフト歯車の歯と出力シャフト歯車の歯との間の遊びを最小限に抑えるために、お互いに対して回転することができるように偏倚されている２つの歯車部分を含んでいることを特徴とする請求項１に記載されるモジュラー式Ｘ線回折システム。
9. ヘッドは、Ｘ線検出器及びＸ線放射源、及び
   ２つの異なるＸ線回折測定技法に付随する少なくとも２つの位置の間で検出器を移動させる検出器用調整アセンブリ、
   を含んでいることを特徴とする請求項１に記載されるモジュラー式Ｘ線回折システム。
10. 複数のモジュラー式Ｘ線ヘッドは、限定された空間に適合するために、直径が約３１．７５ｍｍ又はそれ未満の管状のハウジングを含む極小ヘッドを含んでいることを特徴とする請求項１に記載されるモジュラー式Ｘ線回折システム。
11. 複数のモジュラー式Ｘ線ヘッドは、限定された空間への最適化された接近のために最小限の大きさを持つハウジング、Ｘ線検出器、及び検出器からの信号を処理する回路配線を有するフレキシブル基板を有する極小ヘッドを含み、フレキシブル基板は、ハウジングに巻きつけられ、ハウジングの大きさを最小限に維持すべくそれに略合致していることを特徴とする請求項１に記載されるモジュラー式Ｘ線回折システム。

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