JP5915943B2 - 回折環形成システム及びx線回折測定システム - Google Patents
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Description
(A)決定した点にX線が照射された場合にイメージングプレートに形成される回折環の形状。
(B)決定した点にX線が照射された場合のX線の入射角度。
(C)決定した点にX線が照射され、その際にX線照射点からイメージングプレート15までの距離が設定値になるための、ステージX方向、ステージY方向およびステージZ方向の移動量。
また、コントローラ101には入力装置102からの入力により、ステージ61の(測定対象物OBの)傾斜方向と傾斜量(符号が付いた傾斜量)を指定すると、その場合の上記の(A)〜(C)を計算して表示するためのプログラムもインストールされている。また、コントローラ101には入力装置102からの入力により、X線回折測定装置1においてテーブル20をX線出射器10から出射されるX線が貫通孔27b,27a1,16a,17a,18aを介して出射口51Cから出射のされる位置にしたうえでX線を設定された時間だけ出射し、イメージングプレート15に形成された回折環の形状をレーザ検出装置30により読取り、読取った回折環の形状から残留応力を計算するプログラムもインストールされている。これらのプログラムが実行する制御およびデータ処理の詳細については、これより後に、前述のように構成されたX線回折測定システムにおいて、作業者が測定対象物OBの残留応力測定のために行う操作に沿って説明する。その前に、X線回折測定装置1が接続されているアーム式移動装置によりX線回折測定装置1のステージ61に対する位置を調整した後、コントローラ101には予め上記(A)〜(C)に示した回折環の形状、X線の入射角度およびステージ61の移動量を計算する際に使用する値として、様々な値や式を記憶させておく必要があるので、それらの値や式を求める方法について説明する。
(1)ステージ61の3つの移動方向における単位ベクトルVx,Vy,Vzの成分。
(2)ステージ61の移動位置が設定位置(例えば駆動限界位置、すなわち移動位置0の位置)にあるときの、ステージ61のX軸周りの傾斜とY軸周りの傾斜における回転軸Rx,Ryを表す直線式。
(3)X線の光軸Xaを表す直線式。
(4)イメージングプレート15の表面とX線の光軸が交差する点Xiの座標値。
以下、3次元形状測定装置2、X線回折測定装置1、移動装置70および傾斜装置60を用いてこれらの(1)〜(4)の値および式を求める方法について説明する。
ステージ61に定点定義可能な基準物体(例えば球体)を動かないように載置し、ステージ61を移動装置70によりステージX方向に移動させて3次元形状測定装置2により形状測定が可能な位置にする。そして、入力装置102から測定指令を入力して3次元形状測定装置2により形状測定を行う。コントローラ101では3次元形状測定装置2から入力したデータを用いてデータ処理を行い点群データが算出されるが、この点群データには基準物体の点群データの他にステージ61の点群データおよびその周囲にある物体の点群データがあるので、この点群データから基準物体の点群データのみを抽出し、抽出した点群データから基準物体中に定義される定点座標(球体であれば球体の中心)の座標値を計算する。点群データから基準物体の点群データのみを抽出するためのデータ処理の手法は既存技術であり、例えば特許第3952467号に記載されている。次に入力装置102からの入力により、3次元形状測定装置2による形状測定が可能な範囲内でステージ61をステージX方向に移動させ、上記と同様に3次元形状測定装置2により形状測定を行い、コントローラ101で点群データを処理して基準物体中に定義される定点座標(球体であれば球体の中心)の座標値を算出する。これにより、2つの定点座標が得られるので、この2つの定点座標を結ぶ方向のベクトル成分を計算し、このベクトル成分をベクトルの大きさで除算することで、単位ベクトルVxの成分を計算する。この単位ベクトルVxの向きは図4に示すように3次元形状測定装置2からX線回折測定装置1に向かう向き(すなわち、ステージX方向)を正とする。次に、同様に3次元形状測定装置2による形状測定が可能な範囲内で基準物体を移動装置70によりステージY方向に移動させ、ステージY方向の異なる2点で3次元形状測定装置2により形状測定を行い、点群データを処理して2つの定点座標を求め、2つの定点座標から単位ベクトルVyの成分を計算する。この単位ベクトルVyの向きは図4に示すようにX線回折測定装置1の前方方向(すなわち、ステージY方向)を正とする。さらに、同様に3次元形状測定装置2による形状測定が可能な範囲内で基準物体を移動装置70によりステージZ方向に移動させ、ステージZ方向の異なる2点で3次元形状測定装置2により形状測定を行い、点群データを処理して2つの定点座標を求め、2つの定点座標から単位ベクトルVzの成分を計算する。この単位ベクトルVzの向きは図4に示すようにステージ61が高くなる方向(すなわち、ステージZ方向)を正とする。これにより、単位ベクトルVx,Vy,Vzの成分が得られる。
ステージ61に定点定義可能な基準物体(例えば球体)を動かないように載置し、移動装置70によりステージ61を予め設定された移動位置Xstd,Ystd,Zstdに移動させる。3次元形状測定装置2による形状測定が可能であれば、移動位置がXstd=0,Ystd=0,Zstd=0になる駆動限界位置にすると、後述する計算が簡単になるので好ましい。次に上記(1)の単位ベクトルVx,Vy,Vzの成分を求めた場合と同様に、3次元形状測定装置2により形状測定を行い、点群データを処理して定点座標を求める。次に傾斜装置60によりステージ61のX軸周りの傾斜を変更して、同様に3次元形状測定装置2により形状測定を行い、点群データを処理して定点座標を求め、さらに傾斜装置60によりステージ61のX軸周りの傾斜を変更して、同様に定点座標を求める。すなわち、X軸周りの傾斜が3つの傾斜角度にあるときの定点座標をそれぞれ求める。3つの傾斜角度は、例えばマイナス方向の最大傾斜角度、0付近の傾斜角度およびプラス方向の最大傾斜角度とすればよい。次に得られた3つの定点座標から以下の順で計算を行い、回転軸Rxを表す直線式を計算する。
・3つの定点座標を平面式 a・X+b・Y+c・Z+d = 0の式に代入して、連立方程式を解くことで3つの座標を含む平面式a1・X+b1・Y+c1・Z+d1 = 0を求める。
・3つの定点座標の内、2つの定点座標値を減算して2つの定点座標を結ぶ方向にあるベクトルの成分を計算し、2つの定点座標値を加算して2で除算することで2つの定点座標の中点の座標値を計算する。そして、このベクトルが法線ベクトルで中点を含む平面の式a2・X+b2・Y+c2・Z+d2 = 0を求める。
・3つの定点座標の内、先に選択しなかった定点座標ともう1つの定点座標値から同様の計算によりa3・X+b3・Y+c3・Z+d3 = 0を求める
・3つの平面式a1・X+b1・Y+c1・Z+d1
= 0、a2・X+b2・Y+c2・Z+d2 = 0、およびa3・X+b3・Y+c3・Z+d3 = 0からなる連立方程式を解くことで3つの定点座標が円周上にある円の中心座標値(xc,yc,zc)を求める。回転軸Rxを表す直線式は、(X−xc)/a1=(Y−yc)/b1=(Z−zc)/c1である。なお、後述する回転軸Ryを表す直線式と区別するため、回転軸Rxを表す直線式を、(X−xcx)/ax=(Y−ycx)/bx=(Z−zcx)/cxとする。
X線回折測定装置1のケース50の切欠き部壁50cを取り外し、テーブル16にイメージングプレート15を取付けるための固定具18を外して、X線出射器10から出射されたX線が通過する貫通孔27a1に外径が貫通孔27a1と略同じ大きさの棒111を挿入する。この棒111は先端が尖ったものであり、先端に接触した物に着色する液体(例えばインク)をつけてある。次にステージ61を移動装置70によりステージX方向に移動させて、棒111をX線照射方向に移動させると先端がステージ61の中央部分に当たる位置にする。そして図5に示すように、ステージ61にX線照射により回折環を形成可能な平板状の金属(鉄が最もよい)110を載置し、棒111の先端を接触させて、平板状の金属110に印をつける。次にこの印の箇所に図6に示すように、2つの球体113,114の中心にピン112を通した物体で先端115が接着可能になっている物体の先端115をつける。この状態でステージX方向の移動位置を検出した後、ステージ61をステージX方向に3次元形状測定装置2により形状測定が可能な位置まで移動させ、再びステージX方向の移動位置を検出し、移動前の移動位置から減算してX方向の移動距離Lxを算出する。次に3次元形状測定装置2により形状測定を行い、コントローラ101に入力し計算された点群データから以下の順で計算を行い、X線の光軸上の1点の座標値を求める。
・球体113の点群データのみを抽出して抽出した点群データから球体113の中心座標を計算する。球体113,114の直径の値は予め記憶されており、球体という限定と球体113の直径値の限定から球体113の点群データが抽出される。この手法は前述のように詳しくは特許第3952467号に記載されている。
・同様にして球体114の点群データのみを抽出して抽出した点群データから球体114の中心座標を計算する。
・球体113の中心座標値から球体114の中心座標値を減算し、球体113と球体114間の距離で除算することで球体113の中心から球体114の中心に向かう単位ベクトルの成分を求め、このベクトル成分に予め記憶してある球体113(又は球体114)の中心から先端115までの距離を乗算して球体113(又は球体114)の中心座標に加算することで先端115の位置(金属110に印をつけた位置であり、出射したX線が金属110に当たる位置)の座標値を求める。
・求めた座標値に1)で求めた単位ベクトルVxの成分に移動距離Lxを乗算したベクトル成分を加算する。得られた座標値がX線の光軸上の1点の座標値である。
・球体113と球体114の中心を結ぶ線分方向に球体113の中心から線分の大きさと同じ距離だけ離れた座標値を求め、この座標値を中心とした設定した半径の球体内にある点群データを抽出する。
・抽出した点群データから最小2乗法で平面方程式を算出し、算出した平面からの距離が設定された範囲内にある点群データを抽出し、抽出した点群データにより再度最小2乗法で平面方程式を算出する。これを、抽出する点群データが変化しなくなるまで行う。
・球体113と球体114の中心を通る直線の式を求め、抽出した点群データから作成した平面方程式との連立方程式を解くことで、直線と平面が交差する座標値を求める。求めた座標値がX線の光軸上の1点の座標値である。
X線回折測定装置1のテーブル16にイメージングプレート15を取り付け、固定具18で固定して、X線の光軸Xaを表す直線式を求める際に取り外したX線回折測定装置1のケース50の切欠き部壁50cを取りつける。そして、ステージ61をステージX方向に移動させる前の位置(金属110に棒111の先端で印をつけた位置)に戻し、金属110に鉄粉を糊塗する。これは、残留応力0の鉄にしてX線が照射された場合、理論値の回折角度で回折X線が発生するようにするためである。次に入力装置102からの測定開始指令の入力により、X線出射器からX線を出射してイメージングプレート15に回折環を形成し、形成された回折環を光ヘッドからのレーザ照射により読取る。この時、コントローラ101が実行するプログラムは前記背景技術の特許文献1に記載されている通りであり、後述する測定対象物OBの残留応力測定において説明する。読取った回折環は残留応力0であるため略真円である。この回折環の半径値を求め、この半径値と残留応力0の鉄における回折角度の理論値とからX線照射点からイメージングプレート15までの距離を求める。そして、X線の光軸を表す直線式Xaを求める際に求めた2つの座標値における2回目の座標値から1回目の座標値を減算し2つの座標値間の距離で除算することで得られる単位ベクトルの成分にこの距離を乗算してベクトル成分を求め、2回目の座標値にこのベクトル成分を加算する。得られた座標値がイメージングプレート15の表面とX線の光軸Xaが交差する点Xiの座標値である。
(5)3次元形状測定装置2の座標系Dによる座標値を、座標系の原点はそのままでステージX方向、ステージY方向、ステージZ方向の3つの移動方向をX軸,Y軸,Z軸にした座標系Sの座標値に変換するための座標変換係数Mds。
座標変換係数Mdsは3×3の行列式であり、この行列式の成分をg11〜g33とすると、座標変換の式は以下の数1である。以下の数1の(x’,y’,z’)に(1,0,0)を代入し、(x,y,z)
に単位ベクトルVx の成分を代入した式と、(x’,y’,z’)に(0,1,0)を代入し、(x,y,z)
に単位ベクトルVy の成分を代入した式と、(x’,y’,z’)に(0,0,1)を代入し、(x,y,z)
に単位ベクトルVy の成分を代入した式を作成する。
・Z方向がX線の光軸に平行でX線の照射方向とは逆方向
・X方向がステージX方向をイメージングプレート15の平面に投影させた方向
・Y方向がZ軸方向,X軸方向に垂直でX線回折装置1の前方方向
この座標変換係数Mdiも3×3の行列式であり、行列式の成分をg11〜g33とすると、座標変換の式は上記の数1である。この行列式の成分g11〜g33を求めるため、座標系IのX方向,Y方向,Z方向の単位ベクトルVxi,Vyi,Vziの座標系Dによるベクトル成分を求める。座標系Dによる単位ベクトルVziの成分は、X線の光軸Xaに平行なベクトル(ar,br,cr)をベクトルの大きさで除算することで求める。ar,br,crは上記(3)で求めた、X線の光軸Xaを表す直線式(X−xr)/ar=(Y−yr)/br=(Z−zr)/crの係数である。なお、このときベクトルの向きがX線の照射方向とは逆方向になるよう留意する。座標系Dによる単位ベクトルVyiの成分は、単位ベクトルVziと単位ベクトルVxの外積により得られるベクトル成分をベクトルの大きさで除算することで求める。なお、外積は単位ベクトルVziを前側にすることで単位ベクトルVyiの向きがX線回折装置1の前方方向になるようにする。座標系Dによる単位ベクトルVxiの成分は、単位ベクトルVyiと単位ベクトルVziとの外積により求める。なお、外積は単位ベクトルVyiを前側することで単位ベクトルVxiの向きがステージX方向とほぼ同じ方向になるようにする。そして、上記の数1の(x’,y’,z’)に(1,0,0)を代入し、(x,y,z)
に単位ベクトルVxiの成分を代入した式と、(x’,y’,z’)に(0,1,0)を代入し、(x,y,z) に単位ベクトルVyiの成分を代入した式と、(x’,y’,z’)に(0,0,1)を代入し、(x,y,z) に単位ベクトルVyiの成分を代入した式を作成し、座標変換係数Mdsを求めたときと同じ計算方法により座標変換係数Mdiを求める。
この座標変換係数Msiも3×3の行列式であり、上記で求めた、座標変換係数Mds,座標変換係数Mdiから次の数2の計算により求めることができる。
(数2)
Msi=Mdi・Mds−1
(8)座標系Sによるイメージングプレート15の表面からの距離が設定値LsであるX線の照射点Xmの座標値
(9)座標系Sによる座標系Dの原点をステージ61のX軸周りの傾斜における回転軸Rxに含ませるためのY,Z方向への移動量
(10)座標系Sによる座標系Dの原点をステージ61のY軸周りの傾斜における回転軸Ryに含ませるためのX,Z方向への移動量
以下、これらの(8)〜(10)値を計算する方法について説明する。
上記(4)で求めたイメージングプレート15の表面とX線の光軸が交差する点Xiの座標値に、上記(3)で求めたX線の光軸Xaを表す直線式に平行で方向がX線照射方向である単位ベクトルの成分に設定値Lsを乗算したベクトルの成分を加算する。得られる座標値は、座標系DによるX線の照射点Xmの座標値であるので、この座標値を上記(5)で求めた座標変換係数Mdsにより座標変換することで座標系SによるX線の照射点Xmの座標値にする。
回転軸Rxに垂直で原点を含む平面と回転軸Rxの交点の座標値を、平面式ax・X +bx・Y +cx・Z =0と直線式(X−xcx)/ax=(Y−ycx)/bx=(Z−zcx)/cxからなる連立方程式を解くことで求める。求めた座標値は、座標系Dによる座標値であるので座標変換係数Mdsにより座標変換することで座標系Sによる座標値にする。回転軸Rxの方向は、ステージX方向と略同一であるので、得られるX座標値は0に近い。そして、Y座標値、Z座標値がY,Z方向への移動量になる。この値をYfst,Zfst1とする。
回転軸Ryに垂直で原点を含む平面と回転軸Ryの交点の座標値を、平面式ay・X +by・Y+cy・Z =0と直線式(X−xcy)/ay=(Y−ycy)/by=(Z−zcy)/cyからなる連立方程式を解くことで求める。求めた座標値は、座標系Dによる座標値であるので座標変換係数Mdsにより座標変換することで座標系Sによる座標値にする。回転軸Ryの方向は、ステージY方向と略同一であるので、得られるY座標値は0に近い。そして、X座標値、Z座標値がX,Z方向への移動量になる。この値をXfst,Zfst2とする。
(A)決定した点にX線が照射された場合にイメージングプレートに形成される回折環の形状。
コントローラ101は、次の[1]〜[9]の順でデータ処理を行う。
[1]点群データを予め記憶されている座標変換係数Mdiにより座標変換し、座標系Iによる点群データ(xi,yi,zi)にする
[2]X線照射点として指定されたポイントの座標値(xp,yp,zp)を、座標変換係数Mdiにより座標変換し、座標系Iによる座標値(xpi,ypi,zpi)にする。
[3]座標系Iによる点群データの座標値から座標値(xpi,ypi,zpi)を減算し、新たな点群データ(xi’,yi’,zi’)にする。この点群データは座標系Iにおける座標値(xpi,ypi,zpi)を座標原点にした座標系I’の点群データである。
[4]座標系I’をZ軸周りに回転する角度Θnを0°にする。
[5]点群データ(xi’,yi’,zi’)からY座標値の絶対値が微少値A以下であり、X座標値が正であるものを抽出し、tan−1(xi’/zi’)を計算して最大値を抽出する。
[6]tan−1(xi’/zi’)の最大値が(90°−理論上の回折角度)以上か否かを判定し、以上である場合はEx=0、未満である場合はEx=1とし、回転角度Θnの値に対応させて記憶する。理論上の回折角度は測定対象物OBが鉄であれば、鉄の原子間距離およびX線の波長をブラックの条件式に代入することで求めることができる。
[7]回転角度ΘnにΘsを加算して、新たなΘnにし、以下の数3により点群データ(xi’,yi’,zi’)の座標変換を行う。Θsは例えば2〜5°程度の値である。
[9]円周においてEx=1の回転角度Θnの箇所にドットを表示し、Ex=0の箇所にドットを表示しないようにして円周の画像を表示装置103に表示させる。表示された円周の画像が、イメージングプレートに形成される回折環の形状である。円周の画像は、ドットが連続している箇所を線で結んだものにしてもよい。
上記[3]のデータ処理で得られた座標系I’による点群データ(xi’,yi’,zi’)の中から、原点(0,0,0)からの距離が設定された範囲内にある点群データを抽出する。これは視覚的には、X線照射点として指定されたポイントを中心にした設定された半径値の球体内にある点群を抽出する処理である。次に抽出した点群データから最小2乗法により平面式am・X+bm・Y+cm・Z+dm = 0を算出する。これは視覚的には、抽出した点群からの距離の合計が最も小さくなる平面を求める処理である。そして、ベクトル(am,bm,cm)とベクトル(0,0,1)が成す角度を内積の式から求める。ベクトル(am,bm,cm)は向きがイメージングプレート15に向かう方向とは逆方向になる場合があるので、求めた角度が90°を超えるときは、90°を減算する。得られた角度が指定されたポイントへのX線の入射角度である。
X線照射点として指定されたポイントの座標値(xp,yp,zp)を、座標変換係数Mdsにより座標変換し、座標系Sによる座標値(xps,yps,zps)にする。そして、予め記憶されているX線の照射点Xmの座標値(上記(8)参照)から座標値(xps,yps,zps)を減算し、ベクトル成分(xfs,yfs,zfs)を得る。xfsがステージX方向の移動量、yfsがステージY方向の移動量、zfs がステージZ方向の移動量である。なお、この時点のステージ61の移動位置(原点からの移動量)にこれらの移動量を加算して、ステージX方向、ステージY方向およびステージZ方向の移動位置(原点からの移動量)としてもよい。この場合、ステージY方向およびステージZ方向の移動位置は目視での読取りであるので、作業者に表示装置103にて入力を指示するようにする。
コントローラ101は、次の[1]〜[11]の順でデータ処理を行う。
[1]現在のステージ61のステージX方向移動量Xstを移動量検出回路33から入力し、予め記憶されているステージX方向移動量Xstd(回転軸Rx,Ryを表す直線式を求める際の移動位置、上記(2)参照)を減算して差分移動量Xdeとする。同様に、作業者が入力装置102から入力したステージY方向移動量Ystから予め記憶されているステージX方向移動量Ystdを減算して差分移動量Ydeとし、作業者が入力したステージZ方向移動量Zstから予め記憶されているステージZ方向移動量Zstdを減算して差分移動量Zdeとする。なお、ステージX方向移動量Xstd,ステージY方向移動量YstdおよびステージZ方向移動量Zstdがすべて0であれば(回転軸Rx,Ryを表す直線式を移動装置70の駆動限界位置で求めるようにすれば)Xst=Xde,Yst=Yde,Zst=Zdeである。
[2]点群データを予め記憶されている座標変換係数Mdsにより座標変換し、座標系Sによる点群データ(xs,ys,zs)にする。
[3]点群データ(xs,ys,zs)のY座標値から、予め記憶されている座標系Sによる座標系Dの原点を回転軸Rxに含ませるためのY方向への移動量Yfstと、本データ処理の[1]で求めた差分移動量Ydeを減算し、Z座標値から座標系Sによる座標系Dの原点を回転軸Rxに含ませるためのZ方向への移動量Zfst1と、上記[1]で求めた差分移動量Zdeを減算する。すなわち、点群データ(xs,ys,zs)を点群データ(xs,ys−Yfst−Yde,zs−Zfst1−Zde)にする。
[4]減算して得られた点群データを、作業者が入力装置102から入力した回転軸Rx周りの傾斜量Θxを用いて、以下の数4による座標変換を行う。
[5]座標変換された点群データを(xsa,ysa,zsa)とすると、このY座標値に、本データ処理の[3]で減算したY方向への移動量Yfstと差分移動量Ydeを加算し、Z座標値に本データ処理の[3]で減算したZ方向への移動量Zfst1と差分移動量Zdeを加算する。すなわち、点群データ(xsa,ysa,zsa)を点群データ(xsa,ysa+Yfst+Yde,zsa+Zfst1+Zde)にする。
[6]加算して得られた点群データを(xsb,ysb,zsb)とすると、このX座標値から、予め記憶されている座標系Sによる座標系Dの原点を回転軸Ryに含ませるためのX方向への移動量Xfstと、本データ処理の[1]で求めた差分移動量Xdeを減算し、Z座標値から座標系Sによる座標系Dの原点を回転軸Ryに含ませるためのZ方向への移動量Zfst2と、上記[1]で求めた差分移動量Zdeを減算する。すなわち、点群データ(xsb,ysb,zsb)を点群データ(xsb−Xfst−Xde,ysb,zsb−Zfst2−Zde)にする。
[7]減算して得られた点群データを、作業者が入力装置102から入力した回転軸Ry周りの傾斜量Θyを用いて、以下の数5による座標変換を行う。
[8]座標変換された点群データを(xsc,ysc,zsc)とすると、このX座標値に、本データ処理の[6]で減算したX方向への移動量Xfstと差分移動量Xdeを加算し、Z座標値に本データ処理の[6]で減算したZ方向への移動量Zfst2と差分移動量Zdeを加算する。すなわち、点群データ(xsc,ysc,zsc)を点群データ(xsc+Xfst+Xde,ysc,zsc+Zfst2+Zde)にする。
[9]得られた点群データを予め記憶されている座標変換係数Msiにより座標変換し、座標系Iによる点群データ(xsi,ysi,zsi)にする。
[10]X線照射点として指定されたポイントの座標値(xp,yp,zp)について、本データ処理の[2]〜[9]と同じ処理を行い、座標系Iによる座標点(xpi,ypi,zpi)にする。なお、[8]の処理により求めた座標値(xps,yps,zps)は後述するX線の入射角度の計算のため記憶しておく。
[11]前述した(A)決定した点にX線が照射された場合にイメージングプレートに形成される回折環の形状におけるデータ処理の[3]〜[9]と同じ処理を行う。
前述した(A’)決定した点にX線が照射された場合にイメージングプレートに形成される回折環の形状のデータ処理における[11]の処理の中の、前述した(A)のデータ処理の[3]のデータ処理で得られた座標系I’による点群データ(xi’,yi’,zi’)を用いて、前述した(B)決定した点にX線が照射された場合のX線の入射角度におけるデータ処理と同じ処理を行う。
(C’)決定した点にX線が照射され、その際にX線照射点からイメージングプレート15までの距離が設定値になるための、ステージX方向、ステージY方向およびステージZ方向の移動量。
前述した(A’)決定した点にX線が照射された場合にイメージングプレートに形成される回折環の形状におけるデータ処理の、[10]の処理で記憶した座標値(xps,yps,zps)を、予め記憶されているX線の照射点Xmの座標値(上記(8)参照)から減算し、ベクトル成分(xfs,yfs,zfs)を得る。xfsがステージX方向の移動量、yfsがステージY方向の移動量、zfs がステージZ方向の移動量である。前述したように移動位置(原点からの移動量)を求めてもよい。
により座標変換し、この座標値から座標系Sによる指定ポイントの座標値(xps,yps,zps)を減算する。得られたベクトル成分のX成分、Y成分がステージX方向、ステージY方向の移動量である。また、ベクトル成分のZ成分は0になる。そして、得られた座標値(xm,ym,zm)と、予め記憶してあるイメージングプレート15の表面とX線の光軸が交差する点Xiの座標値との間の距離を求めれば、イメージングプレート15の表面からX線の照射点までの距離が得られる。
Claims (10)
- 測定対象物に向けてX線を出射するX線出射器と、
中央にX線を通過させる貫通孔が形成されたテーブルと、
前記テーブルに取付けられて、中央部にてX線を通過させるとともに、測定対象物にて回折したX線の回折光を受光する受光面を有し、回折光の像である回折環を記録するイメージングプレートとを備えた回折環形成装置を含む回折環形成システムにおいて、
測定対象物に光を照射して反射光を検出または測定対象物を撮像することにより測定対象物の3次元形状を測定し、3次元形状データの作成するための元データを出力する3次元形状測定装置であって、前記回折環形成装置に対する位置及び姿勢が固定されている3次元形状測定装置と、
前記回折環形成装置および前記3次元形状測定装置に対する測定対象物の位置および姿勢を、少なくとも前記回折環形成装置に対向する位置と前記3次元形状測定装置に対向する位置にすることが可能な少なくとも2方向、および少なくとも1軸周りに変化させる位置姿勢変化手段と、
前記3次元形状測定装置から出力される元データを用いて測定対象物の3次元形状データを作成する形状データ作成手段と、
前記形状データ作成手段により作成された3次元形状データを用いて測定対象物の3次元形状画像を作成して表示する3次元画像表示手段と、
前記3次元画像表示手段により表示された測定対象物の3次元形状画像内に、前記X線出射器から出射されるX線が照射されるポイントを指定することができるポイント指定手段と、
前記3次元形状測定装置の座標系により前記X線出射器から出射されるX線の光軸位置を記憶している記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されているX線の光軸位置と、前記形状データ作成手段により作成された3次元形状データとを用いて、前記位置姿勢変化手段により測定対象物の位置を変化させて前記ポイント指定手段を用いて指定されたポイントにX線が照射された場合における、前記イメージングプレートに形成される回折環の形状を計算する回折環形状計算手段とを備えたことを特徴とする回折環形成システム。 - 請求項1に記載された回折環形成システムにおいて、
前記記憶手段は、前記3次元形状測定装置の座標系により前記位置姿勢変化手段による測定対象物の姿勢の変化における回転軸の位置も記憶しており、
前記形状データ作成手段により作成された測定対象物の3次元形状データによる3次元形状に対し、仮想上で前記位置姿勢変化手段を用いて姿勢を変化させる際の姿勢の変化方向および変化量を指定することができる姿勢変化指定手段を備え、
前記形状データ作成手段は、前記姿勢変化指定手段により姿勢の変化方向および変化量が指定されたときは、前記記憶手段に記憶されている回転軸の位置と、前記指定された姿勢の変化方向および変化量とを用いて、前記元データを用いて作成された測定対象物の3次元形状データを姿勢が変化した際の3次元形状データに変更することを特徴とする回折環形成システム。 - 請求項1または請求項2に記載された回折環形成システムにおいて、
前記記憶手段に記憶されているX線の光軸位置と、前記形状データ作成手段により作成された3次元形状データとを用いて、前記位置姿勢変化手段により測定対象物の位置を変化させて前記ポイント指定手段を用いて指定されたポイントにX線が照射された場合における、X線の入射角度を計算する入射角度計算手段を備えたことを特徴とする回折環形成システム。 - 請求項1乃至請求項3のうちのいずれか一つに記載された回折環形成システムにおいて、
前記記憶手段は、前記3次元形状測定装置の座標系により前記位置姿勢変化手段による測定対象物の位置の変化におけるそれぞれの移動方向も記憶しており、
前記記憶手段に記憶されているX線の光軸位置と測定対象物の位置の変化におけるそれぞれの移動方向とを用いて、前記ポイント指定手段を用いて指定されたポイントにX線が照射されるようにするための、前記位置姿勢変化手段による測定対象物の位置の変化におけるそれそれの移動方向の移動量を計算する移動量計算手段を備えたことを特徴とする回折環形成システム。 - 請求項4に記載された回折環形成システムにおいて、
前記位置姿勢変化手段は、測定対象物の位置を少なくとも3方向に変化させ、
前記移動量計算手段は、前記ポイント指定手段を用いて指定されたポイントに、X線の照射点から前記イメージングプレートまでの距離が設定値になるようにX線が照射されるようにするための、前記位置姿勢変化手段による測定対象物の位置の変化におけるそれそれの移動方向の移動量を計算することを特徴とする回折環形成システム。 - 請求項4に記載された回折環形成システムにおいて、
前記記憶手段に記憶されているX線の光軸位置と測定対象物の位置の変化におけるそれぞれの移動方向とを用いて、前記ポイント指定手段を用いて指定されたポイントにX線が照射されたときの、X線の照射点から前記イメージングプレートまでの距離を計算する距離計算手段を備えたことを特徴とする回折環形成システム。 - 請求項1乃至請求項6のうちのいずれか一つに記載された回折環形成システムにおいて、
前記回折環形成装置は、X線出射器からX線が出射されていない状態で、前記X線出射器から出射されるX線と光軸を同一にした平行光である可視光を測定対象物に出射する可視光出射器を備え、
前記回折環形成装置に着脱可能な第1の治具であって、前記回折環形成装置に装着した際に前記可視光出射器から出射される可視光の光軸に垂直であり、前記可視光を通過させるための貫通孔を備える平板と、前記回折環形成装置に装着した際に前記可視光を入射して回折X線の発生する角度と同じ角度で反射させる円錐ミラーとを含む第1の治具を備えたことを特徴とする回折環形成システム。 - 請求項7に記載された回折環形成システムにおいて、
前記回折環形成装置に着脱可能な第2の治具であって、前記回折環形成装置に装着した際に前記可視光出射器から出射される可視光の光軸に垂直であり、前記可視光を通過させるための貫通孔を備える平板と、前記回折環形成装置に装着した際に測定対象物で反射した前記可視光を入射して入射角度により異なる角度で反射する円錐内面形状ミラーとを含む第2の治具を備えたことを特徴とする回折環形成システム。 - 請求項1乃至請求項8のうちのいずれか一つに記載された回折環形成システムを備えたX線回折測定システムであって、
前記回折環形成装置内に、
レーザ光を出射するレーザ光源及び前記レーザ光により発生する光を受光する受光器を有し、レーザ光を前記イメージングプレートの受光面に照射するとともに、レーザ光の照射によって前記イメージングプレートから出射された光を受光して受光強度に応じた受光信号を出力するレーザ検出装置と、
前記テーブルを貫通孔の中心軸回りに回転させる回転機構と、
前記テーブルを前記イメージングプレートの受光面に平行な方向に前記レーザ検出装置に対して相対的に移動させる移動機構とを備え、
前記回転機構を制御して前記テーブルを回転させるとともに、前記移動機構を制御して前記テーブルを移動させながら、前記レーザ検出装置を制御して前記イメージングプレートの受光面にレーザ光を照射位置を検出しながら照射するとともに、前記レーザ検出装置からの受光信号を入力して、前記検出した照射位置と前記入力した受光信号を処理して前記イメージングプレートに形成された回折環を読取る回折環読取り手段を備えたことを特徴とするX線回折測定システム。 - 請求項9に記載されたX線回折測定システムにおいて、
前記回折環読取り手段により読取られた回折環から測定対象物の特性値を計算する特性値計算手段を備え、
前記特性値計算手段は、読取った回折環に欠けがある場合は、回折環が存在する箇所のデータを用いて測定対象物の特性値を計算することを特徴とするX線回折測定システム。
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