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

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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. SineΧ)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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