JP5954642B1

JP5954642B1 - Ｘ線回折測定装置および３軸残留応力測定の必要性判定方法

Info

Publication number: JP5954642B1
Application number: JP2015058532A
Authority: JP
Inventors: 洋一丸山
Original assignee: Pulstec Industrial Co Ltd
Current assignee: Pulstec Industrial Co Ltd
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2035-03-20
Also published as: JP2016176862A

Abstract

【課題】平面残留応力を求めるためのＸ線回折測定結果から３軸残留応力測定の必要性を判定する。【解決手段】測定対象物のＸ線回折測定により検出された回折環の形状と、Ｘ線照射箇所の平面における２方向の残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙの仮の値から計算される基準回折環の形状とを比較し、回折環形状の差の度合いである回折環形状差を計算することを、前記仮の値を変化させるごとに実施するとともに、回折環形状差が小さくなる方向に前記仮の値を変化させて、最も小さい回折環形状差を検出する。検出した最も小さい回折環形状差を設定値と比較し、測定対象物の３軸残留応力測定の必要性を判定する。【選択図】図９

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線により形成される回折環の形状を検出して、該回折環の形状から測定対象物の残留応力を求めるＸ線回折測定装置、および測定対象物のＸ線回折測定により検出された回折環の形状から、測定対象物の３軸残留応力測定の必要性を判定する方法に関する。

従来から、測定対象物に所定の入射角度でＸ線を照射して、測定対象物で回折したＸ線により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からｃｏｓα法による計算を行って、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。このようなＸ線回折測定装置を用いた残留応力の測定方法として、例えば以下の特許文献１には、測定対象物の表面をＸＹ平面とすると、Ｘ線をＸＺ平面内の所定入射角度方向、ＹＺ平面内の所定入射角度方向、及びＺ軸方向の３方向から測定対象物に照射して、それぞれにおいて形成された回折環の形状から測定対象物のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の残留垂直応力およびＸＹ面，ＹＺ面，ＸＺ面の残留せん断応力（以下、これら６つの残留応力を３軸残留応力という）を測定する方法が示されている。また、以下の特許文献２には、測定対象物が存在する場所まで持ち運んで、容易に上記３方向からＸ線を照射することができるＸ線回折測定装置が示されている。特許文献２に示されている装置は、Ｘ線出射器、イメージングプレート等の撮像手段、レーザ検出装置等の読取手段、および移動機構と回転機構等のレーザ走査手段、ＬＥＤ照射器等の回折環消去手段等を１つの筐体内に備え、該筐体の測定対象物に対する置き方を変えるのみで、Ｘ線を上記３方向から照射することができる構造になっている。また、特許文献２に示されている装置は、測定対象物にＸ線を照射して発生する回折Ｘ線により、回折環をイメージングプレートに撮像する撮像工程と、イメージングプレートにレーザ検出装置からのレーザ光を走査しながら照射することで回折環の形状を検出する読取り工程と、該回折環をＬＥＤ光の照射により消去する消去工程とを連続して行えるようになっている。よって、特許文献２に示されている装置を用いれば、上記３方向からのＸ線照射による回折環の形状を短時間で測定することができ、３軸残留応力を短時間で測定することができる。

また、以下の特許文献３には、Ｘ線回折測定装置をアーム式移動装置に取り付け、Ｘ線回折測定装置の姿勢を変化させることで、測定対象物に対するＸ線の照射方向を変化させることができるＸ線回折測定装置が示されている。この装置を用いれば、特許文献２に示されるようにＸ線回折測定装置を測定対象物上に置かなくても、上記３方向からＸ線を照射することができる。すなわち、測定対象物が平面でない場合や小さい場合でも、上記３方向からのＸ線照射による回折環の形状を短時間で測定することができ、３軸残留応力を短時間で測定することができる。

特開２０１１−２７５５０号公報特開２０１４−６６５４５号公報国際公開２０１４／１２８８７４号

しかしながら、測定対象物の残留応力は、Ｚ軸方向の残留垂直応力、ＹＺ面，ＸＺ面の残留せん断応力が極めて小さく、Ｘ，Ｙ軸方向の残留垂直応力およびＸＹ面の残留せん断応力（以下、これら３つの残留応力を、平面残留応力という）のみを測定すればよい場合が多くある。この場合は、ＸＺ平面内の所定入射角度方向、ＹＺ平面内の所定入射角度方向の２方向からＸ線を照射して形成された回折環から残留応力を測定すればよく、すべての測定対象物において３軸残留応力を測定すると、測定時間が無駄になるという問題がある。しかし、すべての測定対象物において上記２方向からＸ線を照射して平面残留応力のみを測定すると、平面残留応力以外の３軸残留応力が大きい場合、測定対象物の残留応力を適切に評価できないという問題がある。

本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、平面残留応力を求めるためのＸ線回折測定結果から３軸残留応力測定の必要性を判定することができる、Ｘ線回折測定装置および３軸残留応力測定の必要性判定方法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線出射器と、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の、測定対象物の表面に対する照射方向を調整するＸ線照射方向調整手段と、Ｘ線照射方向調整手段によりＸ線出射器から出射されるＸ線の照射方向を調整したうえで、Ｘ線出射器から測定対象物に向けてＸ線を照射し、測定対象物のＸ線照射箇所にて発生したＸ線の回折光を、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する面にて受光し、面にＸ線の回折光の像である回折環を形成するとともに回折環の形状を検出する回折環形成検出手段とを備えたＸ線回折測定装置において、Ｘ線照射方向調整手段によりＸ線出射器から出射されるＸ線が、測定対象物の表面に設定された角度で入射するよう調整したときの、回折環形成検出手段により検出された回折環の形状を、測定対象物のＸ線照射箇所における平面内において、互いに直交する２方向の残留垂直応力と平面の残留せん断応力とにおける仮の値から計算される基準回折環の形状と比較し、回折環形状の差の度合いを計算する回折環形状差計算手段と、回折環形状差計算手段により、仮の値を変化させるごとの回折環形状の差の度合いを計算する収束計算手段であって、回折環形状の差の度合いが小さくなる方向に仮の値を変化させ、最も小さい回折環形状の差の度合いを検出する収束計算手段と、収束計算手段により検出された最も小さい回折環形状の差の度合いと予め設定された設定値とを比較し、測定対象物の３軸残留応力測定の必要性を判定する判定手段とを備えたＸ線回折測定装置とすることにある。

これによれば、Ｘ線回折測定装置に、回折環形状差計算手段、収束計算手段および判定手段を含む演算装置を備え、測定対象物の表面に設定された入射角度でＸ線を照射してＸ線回折測定を行った後、演算装置による演算を行えば、最も小さい検出された回折環の形状と基準回折環の形状との差の度合いと、設定値との比較結果から、測定対象物の３軸残留応力測定の必要性を判定することができる。すなわち、測定対象物の表面に設定された入射角度でＸ線を入射させ回折環を検出することは、平面残留応力を求めるためのＸ線回折測定であるので、平面残留応力を求めるためのＸ線回折測定結果から３軸残留応力測定の必要性を判定することができる。

本願発明者は、測定対象物の表面に設定された入射角度でＸ線を入射させたときの、最も小さい検出された回折環の形状と基準回折環の形状との差の度合いと、平面残留応力以外の３軸残留応力（Ｚ軸方向の残留垂直応力、ＹＺ面，ＸＺ面の残留せん断応力）の大きさとは、正の相関関係があることを見出した。これは、平面残留応力以外の３軸残留応力が大きいほど、検出された回折環の形状は平面残留応力により定まる形状からずれるためである。よって、最も小さい検出された回折環の形状と基準回折環の形状との差の度合いが設定値より小さければ、平面残留応力以外の３軸残留応力は小さいため３軸残留応力測定は不要と判定し、逆に大きければ、平面残留応力以外の３軸残留応力は大きいため３軸残留応力測定は必要と判定することができる。

そして、３軸残留応力測定不要と判定されれば、Ｘ線照射箇所の平面内におけるＸ線照射方向を変更した方向からＸ線を照射するＸ線回折測定を追加で行い、２つのＸ線回折測定により得られた２つの回折環の形状から平面残留応力を求める。また、３軸残留応力測定必要と判定されれば、特許文献１に示されているように、Ｘ線照射箇所の平面内におけるＸ線照射方向を９０度変更した方向からＸ線を照射するＸ線回折測定と、Ｘ線照射箇所の平面の垂線方向からＸ線を照射するＸ線回折測定を追加で行い、３つのＸ線回折測定により得られた３つの回折環の形状から３軸残留応力を求める。すなわち、３軸残留応力測定必要と判定された場合のみ、３方向からのＸ線照射によるＸ線回折測定を行うので、測定時間を無駄にすることがなくなる。なお、平面残留応力において、Ｘ線照射箇所の平面内におけるＸ線照射方向の残留垂直応力σｘと、Ｘ線照射箇所の平面における残留せん断応力τｘｙを精度よく求め、Ｘ線照射箇所の平面内におけるＸ線照射方向に垂直な方向の残留垂直応力σｙを精度よく求める必要がなければ、最も小さい回折環形状の差の度合いが得られたときの仮の値を平面残留応力とすればよい。

また、本発明の他の特徴は、回折環形成検出手段により検出された回折環の形状を用いて、ｃｏｓα法の計算方法により残留垂直応力と残留せん断応力を計算するｃｏｓα法残留応力計算手段を備え、収束計算手段は、ｃｏｓα法残留応力計算手段により計算された残留垂直応力と残留せん断応力を最初の仮の値にして、回折環形状の差の度合いが小さくなる方向に仮の値を変化させるＸ線回折測定装置とすることにある。これによれば、仮の値を変化させ、最も小さい回折環形状の差の度合いに到達するまでの計算処理の回数を減らすことができ、３軸残留応力測定の必要性を判定するまでの時間を短くすることができる。

また、本発明の他の特徴は、回折環形成検出手段が、Ｘ線照射箇所の平面の垂線に対し所定の角度を有し、Ｘ線照射箇所の平面内において異なる２方向からＸ線出射器からのＸ線が照射されたときの、２つの回折環の形状をそれぞれ検出した場合における測定対象物の平面残留応力を計算する平面残留応力計算手段であって、収束計算手段により、２つの回折環のそれぞれにおいて、仮の値を変化させるごとの回折環形状の差の度合いを回折環形状差計算手段により計算するとともに、回折環形状の差の度合いが小さくなる方向に仮の値を変化させ、２つの回折環のそれぞれにおける、回折環形状の差の度合いが最も小さくなったときの仮の値を用いて、Ｘ線照射箇所の平面の２方向における残留垂直応力と平面の残留せん断応力を計算する平面残留応力計算手段を備えたＸ線回折測定装置とすることにある。これによれば、平面残留応力をより精度よく求めることができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、Ｘ線回折測定装置に限定されるものではなく、Ｘ線回折測定装置による測定により得られた回折環から、測定対象物の３軸残留応力測定の必要性を判定する方法の発明としても実施し得るものである。

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る。図２のＸ線回折測定装置におけるＸ線が通過する部分を拡大して示す部分断面図である。図３のプレート部分の拡大斜視図である。Ｘ線回折測定システムを用いて測定対象物の残留応力測定を行うときの工程図である。Ｘ線回折測定システムのコントローラが実行する演算のプログラムのフロー図である。Ｘ線回折測定システムのコントローラが実行する演算のプログラムのフロー図である。図６，図７に示すプログラムのサブプログラムの前半部分のフロー図である。図６，図７に示すプログラムのサブプログラムの後半部分のフロー図である。検出された回折環と残留応力の仮の値で計算した基準回折環との形状の差を求める計算を視覚的に示した図である。検出された回折環と残留応力の仮の値で計算した基準回折環との形状の差が最小となる残留応力の仮の値を求める方法を視覚的に示した図である。

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４を用いて説明する。なお、このＸ線回折測定システムが、先行技術文献の特許文献３に示されているＸ線回折測定システムと異なっている点は、コンピュータ装置９０のコントローラ９１が実行する演算処理のプログラムであり、それ以外の構成はほぼ同一であるので、特許文献３に示されているＸ線回折測定システムで既に説明されている箇所は、簡略的に説明するにとどめる。

このＸ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定システムを測定対象物ＯＢの所まで運搬してＸ線回折測定を行い、測定対象物ＯＢの残留応力を測定するものである。Ｘ線回折測定装置はアーム式移動装置の先端に連結され、Ｘ線回折測定装置の位置と姿勢を調整できるようになっており、これにより、測定対象物ＯＢに対するＸ線の照射方向とＸ線照射点から回折環が形成されるイメージングプレート１５までの距離を調整したうえで、測定対象物ＯＢへＸ線照射することができる。また、Ｘ線回折測定システムは、測定対象物ＯＢへのＸ線照射によりイメージングプレート１５に回折環を撮像し、撮像した回折環の形状を検出し、検出した回折環の形状から、演算処理により測定対象物ＯＢの残留応力を求めるとともに、３軸残留応力測定の必要性を判定することができる。

Ｘ線回折測定装置は、筐体５０内に、Ｘ線出射器１０、イメージングプレート１５を取り付けるテーブル１６、テーブル１６を回転及び移動させるテーブル駆動機構２０及び回折環を検出するレーザ検出装置３０を備えている。そして、Ｘ線回折測定システムは、このＸ線回折測定装置とともに、コンピュータ装置９０、高電圧電源９５を備える。筐体５０内には、上述した装置および機構に接続されて作動制御したり、検出信号を入力したりするための各種回路も内蔵されており、図１において筐体５０外に示された２点鎖線で示された各種回路は、筐体５０内の２点鎖線内に納められている。

筐体５０は、略直方体状に形成されるとともに、底面壁５０ａ、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｅ、上面壁５０ｆ、側面壁（図示せず）、及び底面壁５０ａと前面壁５０ｂの角部を紙面の表側から裏側に向けて切り欠くように設けた切欠き部壁５０ｃと繋ぎ壁５０ｄを有するように形成されている。切欠き部壁５０ｃは底面壁５０ａに垂直な平板と平行な平板とからなり、繋ぎ壁５０ｄは側面壁と垂直であり底面壁５０ａと所定の角度を有している。この所定の角度は、例えば３０〜４５度である。側面壁の１つには、支持アーム５１に接続される接続部（図示せず）が設けられており、接続部は図１及び図２の紙面の垂直周りに回転可能になっている。支持アーム５１は、図示されていないアーム式移動装置の先端であり、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）を任意の位置と姿勢にすることができる。これにより、測定対象物ＯＢに対して筐体５０（Ｘ線回折測定装置）の位置と姿勢を調整することができる。

Ｘ線出射器１０は、筐体５０内の上部にて図示左右方向に延設されて筐体５０に固定されており、高電圧電源９５からの高電圧の供給を受け、Ｘ線を図１の下方に向けて出射する。筐体５０の底面壁５０ａは出射Ｘ線の光軸に対して略垂直であり、繋ぎ壁５０ｄを測定対象物ＯＢの表面と平行にすると、出射Ｘ線の光軸は測定対象物ＯＢの表面の法線に対して繋ぎ壁５０ｄと底面壁５０ａとが成す角度（例えば３０〜４５度）になる。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線出射器１０から一定強度のＸ線が出射されるように、Ｘ線出射器１０に高電圧電源９５から供給される駆動電流及び駆動電圧を制御する。また、Ｘ線出射器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。

テーブル駆動機構２０は、筐体５０に固定され、Ｘ線出射器１０の下方にて移動ステージ２１を備えている。移動ステージ２１は、テーブル駆動機構２０における対向する１対の板状のガイド２５，２５により挟まれていて、テーブル駆動機構２０に固定されたフィードモータ２２、スクリューロッド２３及び軸受部２４により、出射Ｘ線の光軸が含まれる繋ぎ壁５０ｄの法線に平行な平面内であって、出射Ｘ線の光軸に垂直な方向に移動する。フィードモータ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はフィードモータ２２が所定の微小回転角度だけ回転するたびに、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を位置検出回路７２及びフィードモータ制御回路７３へ出力する。

位置検出回路７２及びフィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１からの指令により作動する。測定開始直後において、フィードモータ制御回路７３は、移動ステージ２１をフィードモータ２２側へ移動させるようフィードモータ２２に駆動信号を出力し、位置検出回路７２は、ステージ２１が移動限界位置に達して、エンコーダ２２ａからパルス列信号が入力されなくなると、駆動信号停止を意味する信号をフィードモータ制御回路７３に出力し、カウント値を「０」に設定する。フィードモータ制御回路７３は、これにより駆動信号の出力を停止する。この移動限界位置が移動ステージ２１の原点位置となり、位置検出回路７２は、以後、移動ステージ２１が移動するごとにエンコーダ２２ａからのパルス列信号をカウントし、移動方向によりカウント値を加算または減算して移動限界位置からの移動距離ｘを位置信号として出力する。フィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１から移動ステージ２１の移動先位置を入力すると、位置検出回路７２から入力する位置信号が入力した移動先位置に等しくなるまで、フィードモータ２２を正転又は逆転駆動する。また、フィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１から移動ステージ２１の移動速度を入力すると、エンコーダ２２ａから入力したパルス列信号の単位時間当たりのパルス数を用いて、移動ステージ２１の移動速度を計算し、計算した移動速度が入力した移動速度になるようにフィードモータ２２を駆動する。

一対のガイド２５，２５の上端は、板状の上壁２６によって連結されており、上壁２６には貫通孔２６ａが設けられていて、貫通孔２６ａの中心位置はＸ線出射器１０の出射口１１の中心位置に対向しており、出射Ｘ線は、出射口１１及び貫通孔２６ａを介してテーブル駆動機構２０内に入射する。後述するイメージングプレート１５が回折環撮像位置にある状態（図１乃至図３の状態）において、移動ステージ２１の貫通孔２６ａと対向する位置には、図３に拡大して示すように、貫通孔２１ａが形成されている。移動ステージ２１には、出射口１１及び貫通孔２６ａ，２１ａの中心軸線位置を回転中心とするスピンドルモータ２７が組み付けられており、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａは円筒状で断面円形の貫通孔２７ａ１を有する。スピンドルモータ２７の出力軸２７ａの反対側には、貫通孔２７ｂが設けられ、貫通孔２７ｂの内周面上には、貫通孔２７ｂの一部の内径を小さくするための円筒状の通路部材２８が固定されている。

また、スピンドルモータ２７内にはエンコーダ２７ｃが組み込まれ、エンコーダ２７ｃは、スピンドルモータ２７が所定の微小回転角度だけ回転する度に、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を、スピンドルモータ制御回路７４及び回転角度検出回路７５へ出力する。さらに、エンコーダ２７ｃは、スピンドルモータ２７が１回転するごとに、所定の短い期間だけローレベルからハイレベルに切り替わるインデックス信号を、コントローラ９１及び回転角度検出回路７５に出力する。

スピンドルモータ制御回路７４は、コントローラ９１から回転速度を入力すると、エンコーダ２７ｃ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から計算される回転速度が、入力した回転速度になるように、駆動信号をスピンドルモータ２７に出力する。回転角度検出回路７５は、エンコーダ２７ｃから入力するパルス列信号のパルス数をカウントし、そのカウント値から回転角度θｐを計算してコントローラ９１に出力する。また、回転角度検出回路７５は、エンコーダ２７ｃからインデックス信号を入力すると、カウント値をリセットして「０」にする。これが回転角度０°の位置である。なお、イメージングプレート１５の回転角度０°の位置とは、後述するレーザ検出装置３０からのレーザ照射によりイメージングプレート１５に形成された回折環を読み取る際、インデックス信号を入力した時点でレーザ光が照射されている位置である。この位置はイメージングプレート１５の各半径位置においてあるためラインである。

テーブル１６は、円形状であり、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａの先端部に固定されている。テーブル１６は、下面中央部から下方へ突出した突出部１７を有し、突出部１７の外周面には、ねじ山が形成されている。テーブル１６の下面にはイメージングプレート１５が取付けられる。イメージングプレート１５の中心部には貫通孔１５ａが設けられていて、この貫通孔１５ａに突出部１７を通し、突出部１７の外周面上にナット状の固定具１８をねじ込むことにより、イメージングプレート１５が、固定具１８とテーブル１６の間に挟まれて固定される。固定具１８は、円筒状の部材で、内周面に、突出部１７のねじ山に対応するねじ山が形成されている。

テーブル１６、突出部１７及び固定具１８にも貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａがそれぞれ設けられており、貫通孔１８ａの内径は通路部材２８の内径と同じである。すなわち、出射Ｘ線は、貫通孔２６ａ，２１ａ，通路部材２８，貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａを介して出射され、通路部材２８の内径及び貫通孔１８ａの内径は小さいので、貫通孔１８ａから出射されるＸ線は貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光となり、筐体５０の円形孔５０ｃ１から出射される。

イメージングプレート１５は、移動ステージ２１、スピンドルモータ２７及びテーブル１６と共に、回折環撮像位置へ移動し、また、後述する撮像した回折環を読み取る回折環読取り領域、及び回折環を消去する回折環消去領域へ移動する。この移動において、イメージングプレート１５の中心軸は、出射Ｘ線の光軸とイメージングプレート１５における回転角度０°の位置（ライン）とが成す平面内に保たれた状態で、出射Ｘ線の光軸に垂直な方向に移動する。

レーザ検出装置３０は、回折環を撮像したイメージングプレート１５にレーザ光を照射し、イメージングプレート１５が発光した光の強度を検出する。レーザ検出装置３０は、回折環撮像位置にあるイメージングプレート１５からフィードモータ２２側に充分離れており、測定対象物ＯＢにて回折したＸ線がレーザ検出装置３０によって遮られないようになっている。レーザ検出装置３０は、レーザ光源３１、コリメートレンズ３２、反射鏡３３、ダイクロイックミラー３４、及び対物レンズ３６等を備えた光ヘッドであり、光ディスクの記録再生に用いられるものと同様な構成である。レーザ駆動回路７７は、コントローラ９１から指令が入力すると、フォトディテクタ４２から入力する信号の強度が所定の強度になるようレーザ光源３１に駆動信号を出力し。レーザ光源３１からは一定強度のレーザ光が出射される。フォトディテクタ４２は後述するダイクロイックミラー３４で微量が反射し、集光レンズ４１を介して受光したレーザ光の強度に相当する強度の信号を出力するが、ダイクロイックミラー３４での反射の割合は一定であるので、出射したレーザ光の強度に相当する強度の信号を出力すると見なせる。コリメートレンズ３２はレーザ光を平行光にし、反射鏡３３はレーザ光を、ダイクロイックミラー３４に向けて反射し、ダイクロイックミラー３４は、入射したレーザ光の大半（例えば、９５％）をそのまま透過させる。対物レンズ３６は、レーザ光をイメージングプレート１５の表面に集光させる。対物レンズ３６には、フォーカスアクチュエータ３７が組み付けられており。後述するフォーカスサーボにより、レーザ光の焦点は常にイメージングプレート１５の表面に合致する。

集光されたレーザ光が、イメージングプレート１５の回折環が撮像されている部分に照射すると、輝尽発光（Ｐｈｏｔｏ−ＳｔｉｍｕｌａｔｅｄＬｕｍｉｎｅｓｅｎｃｅ）現象が生じ、回折環撮像時における回折Ｘ線の強度に応じた光が発生する。この輝尽発光により発生した光はレーザ光の波長よりも波長が短く、レーザ光の反射光と共に対物レンズ３６を通過するが、ダイクロイックミラー３４にて大部分が反射し、レーザ光の反射光は大部分が透過する。ダイクロイックミラー３４で反射した光は、集光レンズ３８、シリンドリカルレンズ３９を介してフォトディテクタ４０に入射する。フォトディテクタ４０は、４つの同一正方形状の受光素子からなる４分割受光素子からなり、４つの受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を増幅回路７８に出力する。なお、シリンドリカルレンズ３９は非点収差を生じさせるためにある。

増幅回路７８は、入力した４つの受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を増幅してフォーカスエラー信号生成回路７９及びＳＵＭ信号生成回路８０へ出力する。フォーカスエラー信号生成回路７９は、非点収差法におけるフォーカスエラー信号を生成してフォーカスサーボ回路８１へ出力する。フォーカスサーボ回路８１は、コントローラ９１により指令が入力すると作動開始し、入力したフォーカスエラー信号に基づいて、フォーカスサーボ信号を生成してドライブ回路８２に出力する。ドライブ回路８２は、入力したフォーカスサーボ信号に応じてフォーカスアクチュエータ３７を駆動して、対物レンズ３６をレーザ光の光軸方向に変位させ、これにより、レーザ光の焦点は常にイメージングプレート１５の表面に合致する。

ＳＵＭ信号生成回路８０は、入力した４つの受光信号を合算してＳＵＭ信号を生成し、Ａ／Ｄ変換回路８３に出力する。ＳＵＭ信号の強度は、イメージングプレート１５にて反射し、ダイクロイックミラー３４で反射した微量のレーザ光の強度と輝尽発光により発生した光の強度を合わせた強度に相当するが、イメージングプレート１５にて反射するレーザ光の強度はほぼ一定であるので、ＳＵＭ信号の強度は、輝尽発光により発生した光の強度に相当する。すなわち、ＳＵＭ信号の強度は、撮像された回折環における回折Ｘ線の強度に相当する。Ａ／Ｄ変換回路８３は、コントローラ９１から指令が入力すると、入力するＳＵＭ信号の瞬時値をデジタルデータに変換してコントローラ９１に出力する。

また、対物レンズ３６に隣接して、ＬＥＤ光源４３が設けられている。ＬＥＤ光源４３は、ＬＥＤ駆動回路８４によって制御されて、可視光を発して、イメージングプレート１５に撮像された回折環を消去する。ＬＥＤ駆動回路８４は、コントローラ９１から指令を入力すると、ＬＥＤ光源４３に、所定の強度の可視光を発生させるための駆動信号を供給する。

また、Ｘ線回折測定装置は、ＬＥＤ光源４４を有する。ＬＥＤ光源４４は、図２乃至図４に示すように、Ｘ線出射器１０とテーブル駆動機構２０の上壁２６との間に配置されたプレート４５の一端部下面に固定されている。プレート４５は、その他端部上面にて、筐体５０内に固定されたモータ４６の出力軸４６ａに固着されており、モータ４６の回転により、上壁２６に平行な面内を回転する。上壁２６にはストッパ部材４７ａ，４７ｂが設けられており、ストッパ部材４７ａは、プレート４５を図６のＤ１方向に回転させたとき、ＬＥＤ光源４４がＸ線出射器１０の出射口１１及びテーブル駆動機構２０の上壁２６の貫通孔２６ａに対向する位置（Ａ位置）で静止するように、プレート４５の回転を規制する。一方、ストッパ部材４７ｂは、プレート４５を図４のＤ２方向に回転させたとき、プレート４５がＸ線出射器１０の出射口１１とテーブル駆動機構２０の上壁２６の貫通孔２６ａとの間を遮断しない位置（Ｂ位置）で静止するように、プレート４５の回転を規制する。言い換えれば、Ａ位置は、プレート４５が図２及び図３に示す状態にある位置であり、ＬＥＤ光源４４から出射されるＬＥＤ光がスピンドルモータ２７の貫通孔２７ａ１に設けた通路部材２８の通路に入射する位置である。Ｂ位置は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線がプレート４５によって遮られない位置である。ＬＥＤ光源４４は、コントローラ９１によって作動制御されるＬＥＤ駆動回路８５からの駆動信号によりＬＥＤ光を出射する。ＬＥＤ光は拡散する可視光であるが、プレート４５がＡ位置にあるとき、その一部は、出射Ｘ線と同様の経路で貫通孔１８ａから出射するので、出射Ｘ線と同様、貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光になる。

モータ４６はエンコーダ４６ｂを備えており、エンコーダ４６ｂはモータ４６が所定の微小回転角度だけ回転する度に、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を回転制御回路８６に出力する。回転制御回路８６は、コントローラ９１から回転方向と回転開始の指令が入力されると、モータ４６に駆動信号を出力し、モータ４６を指示方向に回転させる。そして、エンコーダ４６ｂからパルス列信号の入力が停止すると、駆動信号の出力を停止する。これにより、プレート４５を、上述したＡ位置及びＢ位置までそれぞれ回転させることができる。

筐体５０の切欠き部壁５０ｃには結像レンズ４８が設けられ、筐体５０内部には撮像器４９が設けられている。撮像器４９は、ＣＣＤ受光器又はＣＭＯＳ受光器で構成され、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。結像レンズ４８及び撮像器４９は、イメージングプレート１５に対して設定された位置にある測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点を中心とした領域の画像を撮像するデジタルカメラとして機能する。イメージングプレート１５に対して設定された位置とは、測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの垂直距離Ｌが、予め決められた所定距離となる位置である。この場合の結像レンズ４８及び撮像器４９による被写界深度は、前記照射点を中心とした前後の範囲で設定されている。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、各撮像素子の位置（すなわち画素位置）が分かるデータと共にコントローラ９１に出力する。

また、結像レンズ４８の光軸は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸とイメージングプレート１５の回転基準位置のラインを含む平面に含まれるとともに、この光軸と測定対象物ＯＢに照射されるＸ線及びＬＥＤ光の光軸が交わる点は、イメージングプレート１５に対して設定された位置にある測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点であるように調整されている。さらに、Ｘ線及びＬＥＤ光の測定対象物ＯＢに対する入射角度が設定値であるとき、結像レンズ４８の光軸と測定対象物ＯＢのＸ線及びＬＥＤ光の照射点における法線方向とが成す角度は前記入射角度に等しい角度であるようにされている。したがって、測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点がイメージングプレート１５に対して設定された位置にあり、ＬＥＤ光が測定対象物ＯＢに設定された入射角度で照射された場合には、撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点と測定対象物ＯＢで反射したＬＥＤ光の受光点は同じ位置に生じる。測定対象物ＯＢに照射されるＬＥＤ光は平行光であるので、照射点において、ＬＥＤ光は散乱光と、略平行光のまま反射する反射光を発生させるが、散乱光のうち結像レンズ４８に入射した光は撮像器４９の位置で結像して照射点の画像となり、結像レンズ４８に入射した反射光は結像レンズ４８により集光されて撮像器４９で受光され、受光点の画像となる。そして、ＬＥＤ光の照射点がイメージングプレート１５に対して設定された位置にあり、ＬＥＤ光が測定対象物ＯＢに設定された入射角度で照射されたとき、結像レンズ４８に入射する散乱光の光軸と反射光の光軸は、いずれも結像レンズ４８の光軸と一致するため、照射点の画像と受光点の画像は同じ位置になる。

コンピュータ装置９０は、コントローラ９１、入力装置９２及び表示装置９３からなる。コントローラ９１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、大容量記憶装置などを備えたマイクロコンピュータを主要部とした電子制御装置であり、大容量記憶装置に記憶された各種プログラムを実行してＸ線回折測定装置の作動を制御する。入力装置９２は、コントローラ９１に接続されて、作業者により、各種パラメータ、作業指示などの入力のために利用される。表示装置９３は、表示画面上に撮像器４９によって撮像された照射点及び受光点を含む画像に加えて、測定対象物ＯＢの測定箇所に対するＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を適正に設定するためのマークも表示される。さらに、表示装置９３は、作業者に対して各種の設定状況、作動状況、測定結果なども視覚的に知らせる。高電圧電源９５は、Ｘ線出射器１０にＸ線出射のための高電圧及び電流を供給する。

次に、上記のように構成したＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムを用いて、測定対象物ＯＢのＸ線回折測定を行う具体的方法について説明する。Ｘ線回折測定は図５に示すように位置姿勢調整工程Ｓ１、回折環撮像工程Ｓ２、回折環読取り工程Ｓ３，回折環消去工程Ｓ４を行った後、回折環読取り工程Ｓ３で得られたデータを用いて、測定データ演算工程Ｓ６，Ｓ１１，Ｓ１２が行われ、表示装置９３に測定結果が表示されることで完了する。なお、測定データ演算工程Ｓ６，Ｓ１１，Ｓ１２は、何回目の測定であるかにより演算方法が異なっており、また、２回目の測定および３回目の測定は、追加測定判断工程Ｓ７で作業者により実施の有無が判断される。以下、それぞれの工程について詳細に説明する。なお、先行技術文献の特許文献３に示されているＸ線回折測定システムによるＸ線回折測定で、既に詳細に説明されている工程は、簡略的に説明するにとどめる。

まず、位置姿勢調整工程Ｓ１について説明する。作業者は、Ｘ線回折測定装置の筐体５０に接続されたアーム式移動装置を操作し、筐体５０の位置と姿勢を調整して、おおよそで測定対象物ＯＢにおけるＸ線の照射点（測定箇所）、Ｘ線の照射方向（測定対象物ＯＢの平面内における残留垂直応力の測定方向）及びＸ線の入射角度が意図した位置と方向と角度になり、Ｘ線の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ようにする。次に作業者は、入力装置９２から位置姿勢の調整を行うことを入力する。この入力により、コントローラ９１は、各回路に指令を出力し、イメージングプレート１５を回折環撮像位置（図１乃至図３の状態）に移動させ、モータ４６を駆動させてプレート４５をＡ位置まで回転させ、ＬＥＤ光源４４を点灯させる。これにより平行光であるＬＥＤ光が筐体５０の円形孔５０ｃ１から外部へ出射され、測定対象物ＯＢに照射される。さらに、コントローラ９１は、撮像器４９による撮像信号をセンサ信号取出回路８７からコントローラ９１に出力させ、この撮像信号から作成したＬＥＤ光の照射位置近傍の画像を表示装置９３に表示させる。このとき、表示される画像には、撮像信号によって表示される画像とは独立して、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する位置に相当する撮影画像上の位置に、十字マークが表示される。

この場合、十字マークのクロス点は表示装置９３の画面の中心に位置し、十字マークのＸ軸方向は画面の横方向に対応し、十字マークのＹ軸方向は画面の縦方向に対応する。そして、十字マークのクロス点は、ＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌが設定値であるときに、照射点が撮像される位置であると同時に、距離Ｌが設定値であり、ＬＥＤ光が測定対象物ＯＢに設定された入射角度で入射されるとき、受光点が撮像される位置である。また、十字マークのＹ軸方向がＬＥＤ光及びＸ線の照射方向であり、この方向を測定対象物ＯＢに投影させた方向が残留垂直応力σｘの測定方向である。

作業者は、表示装置９３に表示される画像を見ながら、アーム式移動装置を操作してＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整し、画面上における照射点が測定対象物ＯＢの測定箇所になるとともに十字マークのクロス点と合致し、受光点が十字マークのクロス点と合致するようにする。さらに、十字マークのＹ軸方向を測定対象物ＯＢに投影させた方向が、意図した残留垂直応力σｘの測定方向になるようにする。これにより、出射Ｘ線は測定箇所に照射され、Ｘ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌは設定値になり、測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角度は設定値になり、残留垂直応力σｘの測定方向は意図した方向になる。

次に作業者は、入力装置９２から位置姿勢の調整終了を入力する。これにより、コントローラ９１は、各回路に指令を出力し、ＬＥＤ光源４４を消灯させ、撮像信号の出力を停止させ、モータ４６を駆動させてプレート４５をＢ位置まで回転させる。これにより、Ｘ線出射器１０からのＸ線がテーブル駆動機構２０の上壁２６の貫通孔２６ａに入射され得る状態となる。

次の回折環撮像工程Ｓ２において、作業者は入力装置９２から測定対象物ＯＢの材質（例えば、鉄）を入力し、測定開始を入力する。これにより、コントローラ９１は、スピンドルモータ制御回路７４を制御して、イメージングプレート１５を低速回転させ、エンコーダ２７ｃからインデックス信号を入力した時点で、イメージングプレート１５の回転を停止させる。これにより、回折環の読取り時において回転角度０°となる状態で、イメージングプレート１５に回折環が撮像されるようになる。次に、コントローラ９１は、Ｘ線制御回路７１を制御してＸ線出射器１０にＸ線の出射を開始させる。これにより、測定対象物ＯＢの測定箇所で発生した回折Ｘ線により、イメージングプレート１５に回折環が撮像されていく。そして、所定時間の経過後に、Ｘ線制御回路７１を制御してＸ線出射器１０にＸ線の出射を停止させる。

次にコントローラ９１は、自動または作業者の入力により回折環読取り工程Ｓ３を実行する。コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御して、イメージングプレート１５を回折環読取り領域内の読取り開始位置へ移動させる。読取り開始位置とは、レーザ光の照射位置が回折環基準半径Ｒｏの円に対して若干だけ内側になるような位置である。回折環基準半径Ｒｏとは、測定対象物ＯＢの残留応力が「０」であるときに、イメージングプレート１５上に形成される回折環の半径であり、測定対象物ＯＢにおけるＸ線の回折角度２Θｘ（Θｘはブラッグ角）及びＸ線照射点からイメージングプレート１５までの距離ＬからＲｏ＝Ｌ・ｔａｎ（２Θｘ）の計算式で計算される。そして、Ｘ線の回折角度２Θｘは測定対象物ＯＢの材質で決まり、距離Ｌは設定値に調整されているので、測定対象物ＯＢの材質ごとに予め回折角２Θｘを記憶しておけば、測定対象物ＯＢの材質を入力することで回折環基準半径Ｒｏは計算できる。

次に、コントローラ９１は、スピンドルモータ制御回路７４を制御して、スピンドルモータ２７を所定の回転速度で回転させ、レーザ駆動回路７７を制御してレーザ検出装置３０からレーザ光をイメージングプレート１５に照射させ、フォーカスサーボ回路８１を制御してフォーカスサーボを開始させる。さらに、回転角度検出回路７５を制御して、スピンドルモータ２７（イメージングプレート１５）の回転角度θｐの出力を開始させ、Ａ／Ｄ変換回路８３を制御して、ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉのデータ出力を開始させ、フィードモータ制御回路７３を制御してフィードモータ２２を回転させ、イメージングプレート１５を読取り開始位置から図１及び図２の右下方向へ一定速度で移動させる。これにより、レーザ光の照射位置は、相対的にイメージングプレート１５上を螺旋状に回転し始める。その後、コントローラ９１は、イメージングプレート１５が所定の小さな角度だけ回転するごとに、Ａ／Ｄ変換回路８３が出力するＳＵＭ信号の瞬時値Ｉのデータと、回転角度検出回路７５が出力する回転角度θｐのデータと位置検出回路７２が出力する移動距離ｘのデータとを入力し、それぞれのデータを対応させて記憶する。なお、移動距離ｘはレーザ光照射位置の径方向距離ｒ（半径値ｒ）に変換したうえで記憶する。これにより、螺旋状に回転するレーザ光の照射位置に関して、ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータが所定回転角度ごとに順次記憶されていく。

ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータの所定回転角度ごとの記憶動作と並行して、コントローラ９１は、回転角度θｐごとに半径値ｒに対するＳＵＭ信号の瞬時値Ｉの曲線を作成し、曲線のピークに対応した半径値ｒαとＳＵＭ信号強度値Ｉαを記憶する。これは回折環の回転角度αごとに半径方向における回折Ｘ線の強度分布を求め、回折Ｘ線の強度がピークとなる箇所の半径値ｒαと回折Ｘ線の強度に相当する強度Ｉαを求める処理である。そして、すべての回転角度θｐ（回転角度α）において半径値ｒαと強度Ｉαを取得し、検出するＳＵＭ信号の瞬時値Ｉが強度Ｉαに対して充分小さくなった時点で、データの記憶を終了する。これにより、回折環における回折Ｘ線の強度に相当する強度の分布が瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒのデータ群で、および回折環の形状が回転角度αごとの半径値ｒαで検出されたことになる。その後、コントローラ９１は、各回路に指令を出力し、フォーカスサーボを停止させ、レーザ光の照射を停止させ、Ａ／Ｄ変換回路８３と回転角度検出回路７５の作動を停止させ、フィードモータ２２の作動を停止させる。なおイメージングプレート１５の回転は、継続されている。

次にコントローラ９１は、自動または作業者の入力により回折環消去工程Ｓ４を実行する。コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御してイメージングプレート１５を回折環消去領域内の消去開始位置へ移動させる。このイメージングプレート１５の消去開始位置とは、ＬＥＤ光源４３から出力されるＬＥＤ光の中心が回折環基準半径Ｒｏの円に対して前記読取り開始位置の場合よりもさらに内側になる位置である。次に、コントローラ９１は、ＬＥＤ駆動回路８４を制御してＬＥＤ光源４３によるＬＥＤ光をイメージングプレート１５に対して照射させ、フィードモータ制御回路７３を制御して、イメージングプレート１５が前記消去開始位置から消去終了位置まで図１及び図２の右下方向に一定速度で移動するよう、フィードモータ２２を回転させる。消去終了位置とは、ＬＥＤ光の中心が回折環基準半径Ｒｏよりも前記消去開始位置と同じ程度の距離だけ外側となる位置である。これにより、ＬＥＤ光がイメージングプレート１５上に螺旋状に照射され、撮像された回折環が消去される。

イメージングプレート１５が消去終了位置になると、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御してイメージングプレート１５の移動を停止させ、ＬＥＤ駆動回路８４を制御してＬＥＤ光の照射を停止させ、位置検出回路７２の作動を停止させ、スピンドルモータ制御回路７４を制御してスピンドルモータ２７（イメージングプレート１５）の回転を停止させる。

次にコントローラ９１は、自動でＸ線回折測定が１回目であるかの判定Ｓ５を行い、１回目であれば、１回目の測定データ演算工程Ｓ６を行う。なお、判定Ｓ５と１回目の測定データ演算工程Ｓ６は、回折環消去工程Ｓ４と並行して行ってもよい。１回目の測定データ演算工程Ｓ６は、回折環読取り工程Ｓ３において得られた回折環の形状（回転角度αごとの半径値ｒα）を用いて、コントローラ９１が行うプログラムによる演算処理である。この演算処理は、図６に示されるフローのプログラム及び、図８に示されるフローのサブプログラムを実行することで行われる。以下、図６のフローに従って行われる演算処理を説明する。

コントローラ９１は、ステップＳ１０にてプログラムをスタートすると、ステップＳ１２にて変数ｎに「１」を入力する。変数ｎは、後述するステップＳ１６およびステップＳ２２乃至ステップＳ３２の実施回数を識別する変数である。次にコントローラ９１は、ステップＳ１４にて回折環読取り工程Ｓ３において得られた、回折環の形状である回転角度αごとの半径値ｒαのデータが設定値以上であるか判定する。測定対象物ＯＢによって、回折環における半径方向のピーク位置が回折環全周に渡って明確に生じる場合（良好な場合）とそうでない場合があり、後者の場合は半径値ｒαのデータ数が少なくなる。よって、半径値ｒαのデータ数により、回折環の撮像が良好か否かを判定する。回折環の撮像が良好で半径値ｒαのデータ数が設定値以上ある場合は、Ｙｅｓと判定してステップＳ１６へ行き、ステップＳ１６にて、公知技術であるｃｏｓα法の計算方法により残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙを計算する。そして、後述する回折環形状の差の度合いＤｅｖＲ（１）に「１」を入力し、次のステップＳ２０にてｎをインクリメントして「２」にする。また、回折環の撮像が良好でなく、半径値ｒαのデータ数が設定値未満である場合はＮｏと判定してステップＳ１８へ行き、ステップＳ１８にて、残留垂直応力σｙおよび残留せん断応力τｘｙに「０」を入力し、後述する回折環形状の差の度合いＤｅｖＲ（０）に「１」を入力する。

ステップＳ１４乃至ステップＳ２０の処理は、後述するステップＳ２２乃至ステップＳ３４の残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙの収束計算において、回折環の撮像が良好である場合は、ｃｏｓα法の計算方法により求めたσｘ，σｙ，τｘｙを開始の値にして収束計算を行い、回折環の撮像が良好でない場合は、開始の値を設定しないで収束計算を行うためのものである。これは、回折環の撮像が良好であり、半径値ｒαのデータ数が多い場合は、ｃｏｓα法により残留応力の計算をある程度の精度で行えるため、ｃｏｓα法により求めたσｘ，σｙ，τｘｙを開始の値にして収束計算を行えば、計算を早く終了させることができるためである。反対に回折環の撮像が良好でなく、半径値ｒαのデータ数が少ない場合は、ｃｏｓα法による計算は不可能であるか、精度よく行えないためである。なお、ｃｏｓα法による残留応力の計算方法は、公知技術であり、例えば先行技術文献に特許文献１として示した、特開２０１１−２７５５０号公報の背景技術の箇所に詳細に説明されているので、本出願では説明を省略する。

ステップＳ１４乃至ステップＳ２０の処理の後、コントローラ９１は、ステップＳ２２にて後述する回折環形状の差の度合いＤｅｖが最小になる残留垂直応力σｘを求める演算処理を行う。ここで、残留垂直応力σｘは、出射Ｘ線の光軸を測定対象物ＯＢの表面（Ｘ線照射点における平面）に投影させた方向（以下、Ｘ方向という）における残留垂直応力であり、残留垂直応力σｙは、測定対象物ＯＢの表面（Ｘ線照射点における平面）においてＸ方向に垂直な方向（以下、Ｙ方向という）における残留垂直応力であり、残留せん断応力τｘｙは、測定対象物ＯＢの表面（Ｘ線照射点における平面）の面内（以下、ＸＹ平面という）における残留せん断応力である。図２においてＸ線回折測定装置に定めたＸＹ方向は、表示装置９３に表示される撮影画像の横軸と縦軸にＸ方向とＹ方向を合わせたので、測定対象物ＯＢの残留垂直応力の方向を表すＸ方向、Ｙ方向とは異なっていることに注意する。

コントローラ９１は、ステップＳ２２に来ると、図８に示すフローのサブプログラムをスタートさせる。以下、図８のフローに従って行われる演算処理を説明する。コントローラ９１は、ステップＳ１００にてプログラムをスタートすると、ステップＳ１０２にて、変数ｎが「１」であるか判定する。ｃｏｓα法により残留応力σｘ，σｙ，τｘｙを求めたときは変数ｎは「２」になっているので、Ｎｏと判定してステップＳ１０４へ行き、そうでないときは変数ｎは「１」のままであるので、Ｙｅｓと判定してステップＳ１０８へ行く。ステップＳ１０８へ行くと、コントローラ９１は、変数Ａに「０」を入力し、変数Ｂに予め設定されている残留垂直応力σｘの上限値よりやや大きい値σｍａｘを入力し、変数Ｃにσｍａｘの半分の値を入力する。

また、コントローラ９１は、ステップＳ１０４へ行くと、ステップＳ１０４とステップＳ１０６、およびステップＳ１１０乃至ステップＳ１１６の処理により、変数Ａ，Ｂ，Ｃにｃｏｓα法により求めた残留垂直応力σｘに基づいた値を入力する。変数Ａは想定されるσｘの最小の値、変数Ｂは想定されるσｘの最大の値、変数Ｃは変数Ａ，Ｂの中間の値である。ただし、残留垂直応力σｘから変動範囲Ｓを減算した値（σｘ−Ｓ）が０より小さい場合、残留垂直応力σｘに変動範囲Ｓを加算した値（σｘ＋Ｓ）がσｍａｘより大きい場合、及びどちらにも該当しない場合に分けて、変数Ａ，Ｂ，Ｃに値が入力される。変動範囲Ｓはｃｏｓα法により求めたσｘまたはこれから行われる収束計算の途中のσｘと、最終的に求められるσｘとの差において、想定される最大の差であり、予め設定されている。通常は、（σｘ−Ｓ）は０より大きく（σｘ＋Ｓ）はσｍａｘより小さいため、ステップＳ１１４にて、変数Ａに（σｘ−Ｓ）を入力し、変数Ｂに（σｘ＋Ｓ）を入力し、変数Ｃにσｘを入力する。また、可能性は低いが、（σｘ−Ｓ）が０より小さい場合は、残留垂直応力σｘが０に近い値であるので、ステップＳ１１０にて、変数Ａに０を入力し、変数Ｂに（σｘ＋Ｓ）を入力し、変数Ｃに変数Ａと変数Ｂの中間の値である（σｘ＋Ｓ）／２を入力する。また、可能性は低いが、（σｘ＋Ｓ）がσｍａｘより大きい場合は、残留垂直応力σｘがσｍａｘに近い値であるので、ステップＳ１１２にて、変数Ａに（σｘ−Ｓ）を入力し、変数Ｂにσｍａｘを入力し、変数Ｃに変数Ａと変数Ｂの中間の値である（σｍａｘ＋σｘ−Ｓ）／２を入力する。

次にコントローラ９１は、ステップＳ１１６乃至ステップＳ１２０にて、残留垂直応力σｘが変数Ａ，Ｂ，Ｃのときの回折環の形状を回転角度αごとの半径値ｒｓ（α）としてそれぞれ計算し、半径値ｒｓ（α）と回折環読取り工程Ｓ３において得られた回折環の形状である回転角度αごとの半径値ｒαとの差の度合いを、ＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣとしてそれぞれ計算する。これ以降、残留垂直応力σｘ，σｙ、残留せん断応力τｘｙの値を設定して計算される回折環を基準回折環といい、回折環読取り工程Ｓ３において得られた回折環を検出回折環といい、検出回折環の形状と基準回折環の形状の差の度合いを、回折環形状差という。数値データとしては、検出回折環は回転角度αごとの半径値ｒαであり、基準回折環は回転角度αごとの半径値ｒｓ（α）であり、回折環形状差は計算されるＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣである。

ここで、残留垂直応力σｘ，σｙ、残留せん断応力τｘｙを設定すると、基準回折環（ｒｓ（α）のデータ群）を計算できることを説明する。先行技術文献の特許文献１に示されているように、残留垂直応力σｘ，σｙ、残留せん断応力τｘｙと回転角度αのひずみεαには、以下の数１で示す関係式がある。
数１中のｎ１〜ｎ３は、測定座標系に対するひずみεαの方向余弦であり、先行技術文献の特許文献１に示されているように、それぞれ以下の数２で表される。
数１において、Ｅは縦弾性定数、νはポアソン比であり、いずれも回折弾性定数である。また、平面残留応力以外の３軸残留応力である残留垂直応力σｚ，残留せん断応力τｙｚ，τｘｚは小さいため無視できるとして０にする。また、数２において、ηはブラッグ角Θの補角［（π／２）−Θ］であり、この場合ブラッグ角Θは無ひずみの場合で考えればよく、測定対象物ＯＢにより無ひずみのブラッグ角Θは定まっているので補角ηは定数である。また、Ψｏは測定対象物ＯＢへのＸ線の入射角であり、設定値になるよう調整されているので定数である。また、φｏは測定対象物ＯＢの表面（ＸＹ平面）に出射Ｘ線の光軸を投影した方向とＸ方向とが成す角度であり、０である。すなわち、数２において定数でないものは回転角度αであり、数１において定数でないものは、残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙである。よって、残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙの値を設定すれば、回転角度αごとのひずみεαが定まる。

また、先行技術文献の特許文献１に示されているように、ひずみεとブラッグ角Θの変化量（Θ−Θ_０）には以下の数３で示す関係がある。Θ_０は無ひずみのときのブラッグ角であり、Θは実際のブラッグ角である。
測定対象物ＯＢにより無ひずみのブラッグ角Θ_０は定まっているので、数３を用いれば、回転角度αごとのひずみεαから回転角度αごとのブラッグ角Θが定まる。

また、先行技術文献の特許文献１に示されているように、ブラッグ角Θと、回折環半径ｒと、Ｘ線照射点から回折環形成面（イメージングプレート１５）までの距離Ｌには、以下の数４で示す関係がある。
距離Ｌは設定値になるよう調整されているので定数である。よって、ブラッグ角Θから回折環半径ｒを定めることができ、数４を用いれば、回転角度αごとのブラッグ角Θから回転角度αごとの回折環半径ｒｓ（α）が定まる。すなわち、基準回折環が定まる。

次に、回折環形状差の計算方法について説明する。検出回折環と基準回折環を重ねて描くと図９の（ａ）に示すようになる。図において検出回折環は点線で表され、基準回折環は実線で表されているが、どちらの回折環も回転角度αごとの半径値であるのでドットの連続である。２つの回折環の一部分を拡大して示すと図９（ｂ）のようになる。基準回折環は○のドットが示すように直線のドットになり。検出回折環は●のドットが示すようにばらつくとともに、直線のドットからずれがあるドットになる。回折環形状差は、基準回折環の○ドットからの検出回折環の●のドットのずれが、すべての●のドットにおいてどの程度あるかを示す値であればよく、標準偏差の値を用いることができる。すなわち、○のドットと●のドットの差を偏差にし、すべての偏差の２乗を加算して、データ数で除算して平方根を求めればよい。○のドットと●のドットの差は、回転角度αごとの基準回折環の半径値ｒｓ（α）と検出回折環の半径値ｒαとの差（ｒα−ｒｓ（α））である。なお、標準偏差の代わりに分散や平均偏差の値を回折環形状差に用いてもよい。

基準回折環の半径は測定対象物ＯＢの材質により異なるため、回折環形状差を予め定めた設定値と大小関係を比較する場合、標準偏差の値そのままでは、条件が同一にならない。そのため、大小関係を比較する場合は、標準偏差の値を基準回折環の平均半径で除算した値を用いる。これ以後、標準偏差の値における回折環形状差を回折環形状差Ｄｅｖ、これが変数Ａ，Ｂ，Ｃに対応する場合は回折環形状差ＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣとし、標準偏差の値を基準回折環の平均半径で除算した値における回折環形状差を回折環形状差ＤｅｖＲとして区別する。

コントローラ９１は、ステップＳ１１６乃至ステップＳ１２０にて、残留垂直応力σｘが変数Ａ，Ｂ，Ｃのときの基準回折環ｒｓ（α）をそれぞれ計算し、得られている検出回折環ｒαとの回折環形状差ＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣをそれぞれ計算すると、次のステップＳ１２２へ行く。コントローラ９１は、ステップＳ１２２にて、回折環形状差ＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣにおける（最大値−最小値）を基準回折環の半径ｒｓ（α）の平均値ｒａｖｅで除算した値を変数Ｒに入れる。ステップＳ１２２は変数Ａ，Ｂ，Ｃにおける回折環形状差の範囲を求めるのが目的であるが、測定対象物ＯＢの材質によりＸ線の回折角（ブラッグ角）は異なっており、回折環半径は異なるため、条件を同一にするため変数Ｃの基準回折環の平均半径ｒａｖｅで除算し、平均半径に対する割合にする。

次にコントローラ９１は、ステップＳ１２４にて、回折環形状差の範囲の割合Ｒが設定値以下であるか否か判定し、設定値以下であればＹｅｓと判定して図８ＢのステップＳ２００へ行き、設定値より大きければＮｏと判定してステップＳ１２６へ行く。この場合、回折環形状差の範囲の割合Ｒは設定値より大きいのでステップＳ１２６へ行く。ステップＳ１２２，Ｓ１２４の処理があるのは、残留垂直応力σｘが０近傍の値である場合または上限値を超える値である場合は、演算処理を別にするためである。この点は後述する。

次にコントローラ９１は、ステップＳ１２６にて、回折環形状差ＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣの中で、ＤｅｖＣが最小であるか否か判定し、最小であればＹｅｓと判定して図８ＢのステップＳ１７０へ行き、最小でなければＮｏと判定してステップＳ１２８へ行く。通常は、ＤｅｖＣが最小であるためステップＳ１７０へ行くが、ｃｏｓα法により残留垂直応力σｘを求めなかった場合でσｘが０に近い値である場合または上限値に近い値である場合は、ＤｅｖＣが最小でない場合がある。また、ｃｏｓα法により残留垂直応力σｘを求めた場合でも、σｘが０近傍の値である場合または上限値を超える値である場合は、ＤｅｖＣが最小でない場合がある。また、変動範囲Ｓ以上に、ｃｏｓα法により求めたσｘまたはこれから行われる収束計算の途中のσｘと、最終的に求められるσｘとに差がある場合も、ＤｅｖＣが最小でない場合がある。

ＤｅｖＣが最小でなく、ステップＳ１２６にてＮｏと判定された場合は、ステップＳ１２８乃至ステップＳ１６８の処理により新たな変数Ａ，Ｂ，Ｃと回折環形状差ＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣを定め、ステップＳ１２２，Ｓ１２４の処理の後、ＤｅｖＣが最小であるか再度判定する。以下、ケースにより分けて説明する。

（１）回折環形状差ＤｅｖＡが最小であり、変数Ａが０である場合
この場合は、ステップＳ１２８乃至ステップＳ１３６の処理により、変数Ｃを変数Ｂにし、ＤｅｖＣをＤｅｖＢにし、変数Ｃを変数Ａと変数Ｂの中間の値にして、変数Ｃの時のＤｅｖＣを新たに計算する。これは、変数Ａを０のままにし、変数Ａと変数Ｂの間を半分にして変数Ｃを新たに定める処理である。
（２）回折環形状差ＤｅｖＡが最小であり、変数Ａが０でなく、変数Ａ−Ｓが０以上である場合
この場合は、ステップＳ１２８乃至ステップＳ１３２、ステップＳ１３８乃至ステップＳ１４２およびステップＳ１４６の処理により、変数Ｃを変数Ｂにし、ＤｅｖＣをＤｅｖＢにし、変数Ａを変数Ｃにし、ＤｅｖＡをＤｅｖＣにし、変数Ａを（Ｃ−Ｓ）で定めて、変数Ａの時のＤｅｖＡを新たに計算する。これは、変数Ａと変数Ｂの間を２Ｓのまま変えず、変数Ａと変数Ｂの範囲を変動範囲Ｓ分、値が小さい側へ移動させる処理である。この処理では変数Ａと変数Ｂの中間に変数Ｃがあるので、ステップＳ１４８でＹｅｓと判定してステップＳ１２２に戻る。
（３）回折環形状差ＤｅｖＡが最小であり、変数Ａが０でなく、変数Ａ−Ｓが０未満である場合
この場合は、ステップＳ１２８乃至ステップＳ１３２、ステップＳ１３８乃至ステップＳ１４８およびステップＳ１３４，Ｓ１３６の処理により、変数Ｃを変数Ｂにし、ＤｅｖＣをＤｅｖＢにし、変数Ａを変数Ｃにし、ＤｅｖＡをＤｅｖＣにし、変数Ａを０に定めて、変数Ａの時のＤｅｖＡを新たに計算する。この段階で変数Ａと変数Ｂの中間に変数Ｃはないので、ステップＳ１４８でＮｏと判定してステップＳ１３４へ行き、変数Ａと変数Ｂの中間に変数Ｃを定めて、ステップＳ１３６にて変数Ｃの時のＤｅｖＣを新たに計算する。これは、変数Ａと変数Ｂの間を２Ｓのまま変えず、変数Ａと変数Ｂの範囲を変動範囲Ｓ分、値が小さい側へ移動させると変数Ａがマイナスになるため、変数Ａを０にして変数Ｃを新たに定める処理である。

（４）回折環形状差ＤｅｖＢが最小であり、変数Ｂがσｍａｘである場合
この場合は、ステップＳ１２８、ステップＳ１５０乃至ステップＳ１５６の処理により、変数Ｃを変数Ａにし、ＤｅｖＣをＤｅｖＡにし、変数Ｃを変数Ａと変数Ｂの中間の値にして、変数Ｃの時のＤｅｖＣを新たに計算する。これは、変数Ｂをσｍａｘのままにし、変数Ａと変数Ｂの間を半分にして変数Ｃを新たに定める処理である。
（５）回折環形状差ＤｅｖＢが最小であり、変数Ｂがσｍａｘでなく、変数Ｂ＋Ｓがσｍａｘ以下である場合
この場合は、ステップＳ１２８、ステップＳ１５０、Ｓ１５２、ステップＳ１５８乃至ステップＳ１６２およびステップＳ１６６の処理により、変数Ｃを変数Ａにし、ＤｅｖＣをＤｅｖＡにし、変数Ｂを変数Ｃにし、ＤｅｖＢをＤｅｖＣにし、変数Ｂを（Ｃ＋Ｓ）で定めて、変数Ｂの時のＤｅｖＢを新たに計算する。これは、変数Ａと変数Ｂの間を２Ｓのまま変えず、変数Ａと変数Ｂの範囲を変動範囲Ｓ分、値が大きい側へ移動させる処理である。この処理では変数Ａと変数Ｂの中間に変数Ｃがあるので、ステップＳ１６８でＹｅｓと判定してステップＳ１２２に戻る。
（６）回折環形状差ＤｅｖＢが最小であり、変数Ｂがσｍａｘでなく、変数Ｂ＋Ｓがσｍａｘを超える場合
この場合は、ステップＳ１２８、ステップＳ１５０、Ｓ１５２、ステップＳ１５８乃至ステップＳ１６８およびステップＳ１５４、Ｓ１５６の処理により、変数Ｃを変数Ａにし、ＤｅｖＣをＤｅｖＡにし、変数Ｂを変数Ｃにし、ＤｅｖＢをＤｅｖＣにし、変数Ｂをσｍａｘに定めて、変数Ｂの時のＤｅｖＢを新たに計算する。この段階で変数Ａと変数Ｂの中間に変数Ｃはないので、ステップＳ１６８でＮｏと判定してステップＳ１５４へ行き、変数Ａと変数Ｂの中間に変数Ｃを定めて、ステップＳ１５６にて変数Ｃの時のＤｅｖＣを新たに計算する。これは、変数Ａと変数Ｂの間を２Ｓのまま変えず、変数Ａと変数Ｂの範囲を変動範囲Ｓ分、値が大きい側へ移動させると変数Ｂがσｍａｘを超えるため、変数Ｂをσｍａｘにして変数Ｃを新たに定める処理である。

ステップＳ１２８乃至ステップＳ１６８の処理により新たな変数Ａ，Ｂ，Ｃと回折環形状差ＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣが定まると、上述したステップＳ１２２，Ｓ１２４の処理の後、ステップＳ１２６にてＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣの中で、ＤｅｖＣが最小であるか再度判定する。ＤｅｖＣが最小であればＹｅｓと判定して図８ＢのステップＳ１７０へ行き、まだ最小でなければＮｏと判定してステップＳ１２８へ行き、上述したステップＳ１２８乃至ステップＳ１６８の処理を再度行う。ＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣの中で、ＤｅｖＣが最小にならなければ、上述したステップＳ１２８乃至ステップＳ１６８の処理が繰り返し実行されるが、この処理が繰り返されると、変数Ａが０になるか、変数Ｂがσｍａｘになり、変数Ａと変数Ｂの間が狭まっていく、そして、変数Ａと変数Ｂの間がかなり狭まると、ステップＳ１２２で計算される、ＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣにおける（最大値−最小値）を基準回折環の半径ｒｓ（α）の平均値ｒａｖｅで除算した値Ｒは、設定値以下になるので、ステップＳ１２４にてＹｅｓと判定されて、図８ＢのステップＳ２００へ行く。このとき考えられるのは、残留垂直応力σｘがほとんど０であるか上限値を超える場合である。よって、ステップＳ２００乃至ステップＳ２０６の処理により、残留垂直応力σｘがほとんど０である場合は、変数Ａ，Ｂ，Ｃの内、ＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣが最小値のものをσｘに定め、ＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣの最小値を基準回折環の平均半径値ｒａｖｅで除算した値を、回折環形状差ＤｅｖＲに定めてステップＳ２０８にてサブプログラムを終了する。また、残留垂直応力σｘが上限値を超える場合は、「測定不可」を表示装置９３に表示し、図６に示すメインプログラムを停止し、ステップＳ２０８にてサブプログラムを終了する。「測定不可」が表示されても、後述するように、コントローラ９１は回折環における回折Ｘ線強度分布の図を表示装置９３に表示するので、作業者は表示された図を見て「測定不可」の原因を判断する。

通常は、ステップＳ１２８乃至ステップＳ１６８の処理を行わなくても、ステップＳ１２６においてＹｅｓと判定される可能性が高く、ステップＳ１２８乃至ステップＳ１６８の処理を行うか、繰り返せば、高い確率でステップＳ１２６においてＹｅｓと判定されるので、ほとんどの場合において、ステップＳ１２６においてＹｅｓと判定されて、ステップＳ１７０へ行く。コントローラ９１はステップＳ１７０へ行くと、ステップＳ１７０乃至ステップＳ１９４の収束計算処理を繰り返すことで、回折環形状差Ｄｅｖが最小になる値を変数Ｃに定めながら、変数Ａと変数Ｂの間を狭めていき、変数Ａ，Ｂ，Ｃにおける回折環形状差Ｄｅｖの差がほとんど０になった段階で、変数Ｃを残留垂直応力σｘとする。

具体的には、ステップＳ１７０にて、変数Ｃと変数Ａの中間に変数Ｄを、変数Ｃと変数Ｂの中間に変数Ｅを定め、ステップＳ１７２、Ｓ１７４にて、残留垂直応力σｘが変数Ｄ，変数Ｅのときの基準回折環ｒｓ（α）を計算し、回折環形状差ＤｅｖＤ，ＤｅｖＥを計算する。次に、ステップＳ１７６にて、回折環形状差ＤｅｖＡ〜ＤｅｖＥの５つの値をグラフ上で見たとき、極小値は１つか否か判定する。これは、変数Ａと変数Ｂの間を狭めていくと、ＤｅｖＡ〜ＤｅｖＥの差がほとんどなくなるまで小さくなっていき、極小値が２つになること（ＤｅｖＡ〜ＤｅｖＥがＷの形になること）があり、このときは残留垂直応力σｘの収束計算処理は終了したと判定するものである。ステップＳ１７０乃至ステップＳ１９４の収束計算処理を開始した時点では、ＤｅｖＡ〜ＤｅｖＥの極小値は１つであるので、ステップＳ１７６にてＹｅｓと判定してステップＳ１７８へ行く。そして、ステップＳ１７８乃至ステップＳ１９０の処理により、変数Ａ〜ＥにおいてＤｅｖＡ〜ＤｅｖＥが最小になる変数を新たに変数Ｃに定め、その変数の隣りで小さい変数を変数Ａに、その変数の隣りで大きい変数を変数Ｂにし、新たに定めた変数Ａ，Ｂ，Ｃに対応する回折環形状差をＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣにする。そして、上述したステップＳ１２２、Ｓ１２４と同じ、ステップＳ１９２、Ｓ１９４の処理により、回折環形状差ＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣにおける（最大値−最小値）を基準回折環の半径ｒｓ（α）の平均値ｒａｖｅで除算した値Ｒが設定値より小さいか判定する。ステップＳ１７０乃至ステップＳ１９４の収束計算処理を開始した時点では、値Ｒは設定値より大きいため、ステップＳ１９２にてＮｏと判定してステップＳ１７０に戻り、上述した処理を再び行う。

このようにしてステップＳ１７０乃至ステップＳ１９４の収束計算処理を繰り返していくと、ＤｅｖＣを最小値にして変数Ａと変数Ｂの間が狭まっていき、回折環形状差ＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣの差がほとんどなくなるまで小さくなっていく。そして、極小値が２つになる（ＤｅｖＡ〜ＤｅｖＥがＷの形になる）か、回折環形状差ＤｅｖＡ，ＤｅｖＢ，ＤｅｖＣにおける（最大値−最小値）を基準回折環の半径ｒｓ（α）の平均値ｒａｖｅで除算した値Ｒが設定値より小さくなると、ステップＳ１７６でＮｏまたはステップＳ１９４にてＹｅｓと判定して、ステップＳ１９６へ行き、ステップＳ１９６にて変数Ｃを残留垂直応力σｘにし、ステップＳ１９８にてＤｅｖＣを基準回折環の平均半径値ｒａｖｅで除算した値を回折環形状差ＤｅｖＲにし、ステップＳ２０８にてサブプログラムを終了する。

ステップＳ１７０乃至ステップＳ１９４の収束計算処理を視覚的に示したものが図１０である。グラフの線は横軸を残留応力、縦軸を回折環形状差Ｄｅｖとしたときの２つの値の関係を示している。最初、変数Ａ，Ｂ，Ｃを定め、ＤｅｖＣが最小値となったときが○の点であり、変数ＣとＡの間に変数Ｄを定め、変数ＣとＢの間に変数Ｅを定め、それぞれの回折環形状差ＤｅｖＤ，ＤｅｖＥを計算したものが△の点である。○の点と△の点、５つの中で回折環形状差が最小となる点を新たに変数ＣとＤｅｖＣに定め、その両隣の点を新たに変数ＡとＤｅｖＡおよび変数ＢとＤｅｖＢにして、変数ＣとＡの間に変数Ｄを定め、変数ＣとＢの間に変数Ｄを定め、それぞれの回折環形状差ＤｅｖＤ，ＤｅｖＥを計算したものが●の点である。さらに、△の点と●の点、５つの中で回折環形状差が最小となる点を新たに変数ＣとＤｅｖＣに定め、同様にして変数ＡとＤｅｖＡおよび変数ＢとＤｅｖＢを定め、変数Ｄ，Ｅと回折環形状差ＤｅｖＤ，ＤｅｖＥを計算したものが×の点である。このように、５つの点の中で回折環形状差Ｄｅｖが最小になる点とその両隣の点の３つを定め、３つの点の真ん中の点と両隣の点との間に新たに点を定め、再び５つの点の中で回折環形状差Ｄｅｖが最小になる点とその両隣の点を定める、ということを繰り返していくと、極小値の箇所に３つの点の範囲が狭まっていき、最後には３つの点の回折環形状差Ｄｅｖの差がほとんど０になる。このときの中央の点を収束計算処理が行き着いた値とする。なお、図８に示すフローのサブプログラムは、残留垂直応力σｘの１回の収束計算処理であり、後述するように、他の残留応力σｙ，τｘｙの収束計算が行われると、残留垂直応力σｘにおいて行き着いた値における回折環形状差Ｄｅｖが最小値からずれるので、図８に示すフローのサブプログラムは他の残留応力σｙ，τｘｙの収束計算が行われた後、再度行われる。

コントローラ９１は、図８に示すフローのサブプログラム（残留垂直応力σｘの収束計算プログラム）がステップＳ２０８にて終了すると、図６に示すフローのメインプログラムのステップＳ２４へ行き、残留せん断応力τｘｙの収束計算プログラムをスタートさせる。残留せん断応力τｘｙの収束計算プログラムは、図８に示すフローのサブプログラムにおいて、残留垂直応力σｘを残留せん断応力τｘｙに変えたのみのプログラムであり、このプログラムによる演算処理は、上述した説明において残留垂直応力σｘを残留せん断応力τｘｙと読み替えるのみである。ただし、変動範囲Ｓやτｍａｘ、それぞれの判定における設定値および上限値は、残留せん断応力τｘｙにとって適切な値が設定されている。

コントローラ９１は、ステップＳ２４の処理が終了するとステップＳ２６へ行き、残留垂直応力σｙの収束計算プログラムをスタートさせる。残留垂直応力σｙの収束計算プログラムも、図８に示すフローのサブプログラムにおいて、残留垂直応力σｘを残留垂直応力σｙに変えたのみのプログラムであり、このプログラムによる演算処理は、上述した説明において残留垂直応力σｘを残留垂直応力σｙと読み替えるのみである。ただし、変動範囲Ｓやσｍａｘ、それぞれの判定における設定値および上限値は、残留垂直応力σｙにとって適切な値が設定されている。

コントローラ９１は、ステップＳ２６の処理が終了するとステップＳ２８へ行き、最終的な回折環形状差ＤｅｖＲを変数ｎに対応させて記憶する。そして、ステップＳ３０へ行き、１つ前の変数ｎに対応する回折環形状差ＤｅｖＲからの減少分ｄｅｃを計算し、ステップＳ３２にて減少分ｄｅｃが設定値より小さいか判定する。この場合、変数ｎは１又は２であり、１つ前の変数ｎに対応する回折環形状差ＤｅｖＲはステップＳ１６又はステップＳ１８にて「１」になっているので、必ず設定値より大きく、Ｎｏと判定されてステップＳ３４へ行き、変数ｎをインクリメントしてステップＳ２２からの処理を再度行う。残留応力σｘ，σｙ，τｘｙのそれぞれにおける収束計算は、他の残留応力を固定して行っているので、１度収束計算を行っても、他の残留応力の収束計算を行うと、収束する値が変化する。しかし、残留応力σｘ，σｙ，τｘｙのそれぞれにおける収束計算を繰り返していくと、収束する値は変化せず、回折環形状差ＤｅｖＲも変化しないようになってくる。よって、ステップＳ２２乃至ステップＳ３２の処理を繰り返し、回折環形状差ＤｅｖＲの１つ前のｎに対応する回折環形状差ＤｅｖＲからの減少分ｄｅｃが設定値以下、すなわちほとんど変化しないとなった段階で、ステップＳ３２にてＹｅｓと判定して、収束計算を終了する。

コントローラ９１は、ステップＳ３２にてＹｅｓと判定してステップＳ３６へ行くと、最終の回折環形状差ＤｅｖＲが、設定値より小さいか否か判定し、設定値より小さい場合は、ステップＳ３８にて「３軸残留応力測定不要」を表示する。また、設定値より大きい場合は、ステップＳ４０にて「３軸残留応力測定必要」を表示する。これは、平面残留応力でない３軸残留応力であるσｚ，τｘｚ，τｙｚが大きいと回折環形状差ＤｅｖＲが大きく、小さいと回折環形状差ＤｅｖＲが小さいため、最終の回折環形状差ＤｅｖＲから３軸残留応力測定の必要性を判定するものである。本願出願人は平面残留応力でない３軸残留応力が大きいと、回折環形状差ＤｅｖＲが大きくなることを複数の測定により確認している。また、基準回折環を定める際の式である数１において、式には平面残留応力でない３軸残留応力であるσｚ，τｘｚ，τｙｚがあるが、これらは小さいとして０にして基準回折環を計算しており、σｚ，τｘｚ，τｙｚが大きい値であれば、基準回折環からのずれが大きくなることは、理論的にも言える。

コントローラ９１は、ステップＳ４２にて、収束計算処理により最終的に行き着いた残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙを表示する。さらに、ｒαデータにより回折環の形状を表示するとともに、瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒのデータ群で、瞬時値Ｉを明度データに変換して、回折環における回折Ｘ線の強度分布を表示する。また、回折環形状差ＤｅｖＲをステップＳ３６の設定値とともに表示してもよい。なお、このとき回折環形状差ＤｅｖＲや該設定値は分かりやすい数値に変換して表示してもよい。そして、ステップＳ４４にて図６に示すフローのプログラムを終了する。

図５に示す工程図に戻ると、コントローラ９１が表示装置９３に上述した表示を行い、図６に示すフローのプログラムを終了した段階で、１回目の測定データ演算工程Ｓ６が終了する。次の追加測定判断工程Ｓ７にて、作業者は表示装置９３に表示された、３軸残留応力測定の必要性の判定結果と、残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙの測定結果から、追加測定を行うか否か判断し、入力装置９２から判断結果を入力する。「３軸残留応力測定不要」の判定結果が出ても、出射Ｘ線のＸＹ平面における投影方向がＸ方向である場合は、残留垂直応力σｙの測定精度は高くない。よって、残留垂直応力σｙの測定精度を高精度にする必要があると判断した場合は、出射Ｘ線のＸＹ平面における投影方向がＹ方向になるようにしたＸ線回折測定を追加で行う。また、「３軸残留応力測定必要」の判定結果が出た場合は、先行技術文献の特許文献１に示すように、出射Ｘ線のＸＹ平面における投影方向がＹ方向になるようにしたＸ線回折測定と、出射Ｘ線をＸＹ平面の垂線方向にしたＸ線回折測定を追加で行う。また、「３軸残留応力測定不要」の判定結果が出て、残留垂直応力σｘおよび残留せん断応力τｘｙが高精度で得られればよいと判断した場合は、追加測定は不要と判断する。

作業者が追加測定は不要、と入力装置９２から入力した場合は、測定対象物ＯＢの測定は終了し、コントローラ９１は入力装置９２からの次の入力を待つ状態になるので、作業者は、次の測定対象物ＯＢに対し、図５に示す工程図の位置姿勢調整工程Ｓ１から上述したようにＸ線回折測定を行う。また、作業者が出射Ｘ線のＸＹ平面における投影方向がＹ方向になるようにしたＸ線回折測定のみを追加で行う、と入力装置９２から入力した場合は、コントローラ９１は、図５に示す工程図の判定Ｓ８でＹｅｓと判定して位置姿勢調整工程Ｓ１に戻り、上述したように出射Ｘ線と光軸が同一であるＬＥＤ光の照射とカメラ撮影を行う。作業者は上述した位置姿勢調整工程Ｓ１のように、Ｘ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整し、出射Ｘ線のＸＹ平面における投影方向がＹ方向になるようにする。次に、上述した回折環撮像工程Ｓ２、回折環読取り工程Ｓ３及び回折環消去工程Ｓ４を行うと、コントローラ９１は、判定Ｓ５でＮｏ、判定Ｓ９でＹｅｓ、判定Ｓ１０でＮｏと判定し、２回目の測定データ演算工程Ｓ１１を行う。なお、この場合も、これらの判定および２回目の測定データ演算工程Ｓ１１は、回折環消去工程Ｓ４と並行して行ってもよい。

２回目の測定データ演算工程Ｓ１１は、１回目の測定で得られた検出回折環（出射Ｘ線のＸＹ平面における投影方向がＸ方向の回折環）と２回目の測定で得られた検出回折環（出射Ｘ線のＸＹ平面における投影方向がＹ方向の回折環）により、残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙを収束計算で求める演算処理である。コントローラ９１は、この演算処理は、図７に示されるフローのプログラム及び、図８に示されるフローのサブプログラムを実行することで行う。以下、図７のフローに従って行われる演算処理を説明する。なお、これ以後、１回目の測定で得られた検出回折環を検出回折環Ｘ、２回目の測定で得られた検出回折環を検出回折環Ｙという。

コントローラ９１は、ステップＳ５０にてプログラムをスタートすると、ステップＳ５２にて変数ｍに「１」を入力する。変数ｍは、後述するステップＳ６０乃至ステップＳ７４の実施回数を識別する変数である。次にコントローラ９１は、ステップＳ５４にて検出回折環Ｙの半径値ｒαのデータ数が設定値以上であるか判定し、設定値以上であればＹｅｓと判定してステップＳ５６にてｃｏｓα法の計算方法により残留垂直応力σｙを計算し、回折環形状差ＤｅｖＲ（０）に１を入力する。また、検出回折環Ｙの半径値ｒαのデータ数が設定値未満であればＮｏと判定してステップＳ５８にて、回折環形状差ＤｅｖＲ（０）に１を入力する。これは図６に示すフローのプログラムと同様、回折環の撮像が良好な場合は、ｃｏｓα法の計算方法により残留垂直応力σｙを計算し、回折環の撮像が良好でない場合は、計算は行わないようにするものである。これを行う目的は、１回目の測定データ演算工程Ｓ６にて残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙは既に得られているが、残留垂直応力σｙの精度は高くはないので、Ｘ線照射方向を変更した検出回折環Ｙのデータを用いてｃｏｓα法の計算方法により残留垂直応力σｙを求め、残留垂直応力σｙの収束計算の出発点とするためである。なお、ｃｏｓα法により残留垂直応力を計算するときは、Ｘ線照射方向を測定対象物ＯＢの測定点の平面に投影した方向をＸ方向にしているので、計算により得られるσｘをσｙにする。

コントローラ９１は、次にステップＳ６０にて検出回折環Ｙの半径値データｒαを用いて、収束計算により回折環形状差Ｄｅｖが最小になる残留垂直応力σｙを計算する。この計算は、図８に示すフローのサブプログラムを実行することにより、行われる。なお、基準回折環を計算するときは、Ｘ線照射方向を測定対象物ＯＢの測定点の平面に投影した方向をＸ方向にして計算しているので、収束計算を行うときは、既に得られているσｘをσｙにし、σｙをσｘにして回折環形状差が最小になるσｘを求める。そして、得られたσｘをσｙにする。この場合、１回目の測定データ演算工程Ｓ６を実行することにより変数ｎは３以上の数になっているため、図８ＡのステップＳ１０２でＮｏと判定されて、ｃｏｓα法の計算による残留垂直応力σｙの計算の有無によらず、その時点の残留垂直応力σｙの値に基づいて変数Ａ，Ｂ，Ｃが定められる。これ以降の計算は、上述した図８に示すフローのサブプログラムの説明と同様である。

コントローラ９１は、次にステップＳ６２にて検出回折環Ｘの半径値データｒαを用いて、収束計算により回折環形状差Ｄｅｖが最小になる残留垂直応力σｘを計算する。この計算は、１回目の測定データ演算工程Ｓ６において行った収束計算と同じである。コントローラ９１は、次にステップＳ６４にて検出回折環Ｙの半径値データｒαを用いて、収束計算により回折環形状差Ｄｅｖが最小になる残留せん断応力τｘｙ１を計算する。この計算は、図８に示すフローのサブプログラムにおいてσｘをτｘｙと読み替えたプログラムを実行することにより行われる。コントローラ９１は、次にステップＳ６６にて検出回折環Ｘの半径値データｒαを用いて、収束計算により回折環形状差Ｄｅｖが最小になる残留せん断応力τｘｙ２を計算する。この計算は、１回目の測定データ演算工程Ｓ６において行った残留せん断応力τｘｙの収束計算と同じである。コントローラ９１は、次にステップＳ６８にて残留せん断応力τｘｙ１，τｘｙ２の値を平均して、正規の残留せん断応力τｘｙにする。

検出回折環Ｘを用いた収束計算により残留垂直応力σｙを精度よく求めることと、検出回折環Ｙを用いた収束計算により残留垂直応力σｘを精度よく求めることは困難であるため、残留垂直応力σｘ，σｙの収束計算は、検出回折環Ｘ，Ｙをそれぞれ用いた収束計算のみである。これに対し、残留せん断応力τｘｙの収束計算は、検出回折環Ｘ，Ｙのどちらを用いても、同程度の精度で値を求めることができる。よって、検出回折環Ｘ，Ｙを用いたそれぞれの収束計算で求めた残留せん断応力τｘｙ１，τｘｙ２の値を平均して、正規の残留せん断応力τｘｙにする。

コントローラ９１は、次にステップＳ７０にて検出回折環Ｙの回折環形状差ＤｅｖＲと検出回折環Ｘの回折環形状差ＤｅｖＲの平均を回折環形状差ＤｅｖＲとし、現時点の変数ｍ（この段階では１）に対応させる。次に、ステップＳ７２にて回折環形状差ＤｅｖＲの１つ前のｍにおける回折環形状差ＤｅｖＲからの変化分ｄｅｃを計算して記憶し、ステップＳ７４にて変化分ｄｅｃが設定値より小さいか判定する。この段階ではｍは１であり、ｍ＝０に対応する回折環形状差ＤｅｖＲはステップＳ５６又はステップＳ５８にて「１」にされているので、変化分ｄｅｃは設定値より大きく、Ｎｏと判定されてステップＳ７６へ行き、ｍがインクリメントされて、ステップＳ６０へ戻る。この後、上述したステップＳ６０乃至ステップＳ７４の処理が繰り返され、図６に示すフローの収束計算プログラムの場合と同様、変化分ｄｅｃは小さくなっていき、設定値より小さくなる、すなわち変化分ｄｅｃはほとんど０になる。この段階で、ステップＳ７４にてＹｅｓと判定されて、ステップＳ７８にて収束計算により最終的に得られた残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙを表示装置９３に表示する。また、１回目の測定データ演算工程Ｓ６の場合と同様、検出回折環Ｘ，Ｙの形状、および検出回折環Ｘ，Ｙの回折Ｘ線の強度分布を表示する。また、回折環形状差ＤｅｖＲを設定値とともに分かりやすい数値に変換して表示してもよい。そして、ステップＳ８０にて図７に示すフローのプログラムを終了する。

図５に示す工程図に戻ると、コントローラ９１が表示装置９３に上述した表示を行い、図７に示すフローのプログラムを終了した段階で、２回目の測定データ演算工程Ｓ１１は終了し、測定対象物ＯＢの測定は終了する。そして、コントローラ９１は入力装置９２からの次の入力を待つ状態になる。作業者は、次の測定対象物ＯＢに対し、図５に示す工程図の位置姿勢調整工程Ｓ１から上述したようにＸ線回折測定を行う。

図５に示す工程図の１回目の測定データ演算工程Ｓ６の終了時点に戻り、追加測定判断工程Ｓ７にて、作業者が出射Ｘ線のＸＹ平面における投影方向がＹ方向になるようにしたＸ線回折測定と、出射Ｘ線をＸＹ平面の垂線方向にしたＸ線回折測定を追加で行う、すなわち３軸残留応力測定のための追加測定を行う、と入力装置９２から入力した場合は、コントローラ９１は、図５に示す工程図の判定Ｓ８でＹｅｓと判定して位置姿勢調整工程Ｓ１に戻り、上述したように出射Ｘ線と光軸が同一であるＬＥＤ光の照射とカメラ撮影を行う。この後は上述したように位置姿勢調整工程Ｓ１、回折環撮像工程Ｓ２、回折環読取り工程Ｓ３及び回折環消去工程Ｓ４を行うと、コントローラ９１は、判定Ｓ５でＮｏ、判定Ｓ９でＹｅｓ、判定Ｓ１０でＹｅｓと判定し、再度位置姿勢調整工程Ｓ１に戻り、出射Ｘ線と光軸が同一であるＬＥＤ光の照射とカメラ撮影を行う。作業者は、Ｘ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整し、出射Ｘ線がＸＹ平面の垂線方向になり、距離Ｌが設定距離になるようにする。この場合は、撮影画面には受光点は表示されず、照射点のみであるので、作業者は測定対象物ＯＢのＬＥＤ光照射点の近くにミラーを置き、ＬＥＤ光の反射光がナット状の固定具１８の貫通孔１８ａ付近で受光されるよう測定装置（筐体５０）の姿勢を調製し、撮影画面の十字マークのクロス点に照射点がくるよう測定装置（筐体５０）の位置を調整する。

この後、上述したように回折環撮像工程Ｓ２、回折環読取り工程Ｓ３及び回折環消去工程Ｓ４を行うと、コントローラ９１は、判定Ｓ５でＮｏ、判定Ｓ９でＮｏと判定し、３回目の測定データ演算工程Ｓ１２を行う。なお、この場合も、判定Ｓ５，Ｓ９と３回目の測定データ演算工程Ｓ１２は、回折環消去工程Ｓ４と並行して行ってもよい。３回目の測定データ演算工程Ｓ１２は、１回目の測定で得られた検出回折環Ｘと、２回目の測定で得られた検出回折環Ｙと、３回目の測定で得られた検出回折環（以下、検出回折環Ｚという）により、３軸残留応力である、残留垂直応力σｘ，σｙ，σｚおよび残留せん断応力τｘｙ，τｘｚ，τｙｚを求める演算処理である。この演算処理における計算は、先行技術文献の特許文献１である特開２０１１−２７５５０号公報に示されている計算方法を用いる。この場合、収束計算により３軸残留応力の６つの値を求めると、計算に時間がかかる上、測定精度もよくならない。よって、従来のｃｏｓα法による計算を用いる。なお、回折環の撮像が良好でなくｃｏｓα法による計算が不可能か、計算精度が悪い場合は、上述した検出回折環Ｘ，Ｙ用いた収束計算により、残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙのみを求めるようにする。

コントローラ９１が表示装置９３に３軸残留応力と、検出回折環Ｘ，Ｙ，Ｚの形状、および検出回折環Ｘ，Ｙ，Ｚの回折Ｘ線の強度分布を表示した段階で、３回目の測定データ演算工程Ｓ１２は終了し、測定対象物ＯＢの測定は終了する。そして、コントローラ９１は入力装置９２からの次の入力を待つ状態になる。作業者は、次の測定対象物ＯＢに対し、図５に示す工程図の位置姿勢調整工程Ｓ１から上述したようにＸ線回折測定を行う。

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Ｘ線回折測定システムを、対象とする測定対象物ＯＢに向けてＸ線を出射するＸ線出射器１０と、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の、測定対象物ＯＢの表面に対する照射方向を調整する、Ｘ線回折測定装置の筐体５０に接続されたアーム式移動装置と、アーム式移動装置によりＸ線出射器１０から出射されるＸ線の照射方向を調整したうえで、Ｘ線出射器１０から測定対象物ＯＢに向けてＸ線を照射し、測定対象物ＯＢのＸ線照射箇所にて発生したＸ線の回折光を、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差するイメージングプレート１５にて受光し、イメージングプレート１５にＸ線の回折光の像である回折環を形成するとともに回折環の形状を検出するレーザ検出装置３０、テーブル駆動機構２０、各種回路およびコントローラ９１の演算プログラムとを備えたＸ線回折測定システムにおいて、アーム式移動装置によりＸ線出射器１０から出射されるＸ線が、測定対象物ＯＢの表面に設定された角度で入射するよう調整したときの、コントローラ９１および各種装置および回路により検出された回折環の形状を、測定対象物ＯＢのＸ線照射箇所における平面内において、互いに直交する２方向の残留垂直応力と平面の残留せん断応力とにおける仮の値から計算される基準回折環の形状と比較し、回折環形状差を計算する回折環形状差計算プログラムと、回折環形状差計算プログラムにより、仮の値を変化させるごとの回折環形状差を計算する収束計算プログラムであって、回折環形状差が小さくなる方向に仮の値を変化させ、最も小さい回折環形状差を検出する収束計算プログラムと、収束計算プログラムにより検出された最も小さい回折環形状差と予め設定された設定値とを比較し、測定対象物ＯＢの３軸残留応力測定の必要性を判定する判定プログラムとをコントローラ９１に備えたＸ線回折測定システムとしている。

これによれば、Ｘ線回折測定システムに、回折環形状差計算プログラム、収束計算プログラムおよび判定プログラムを実行するコントローラ９１を備え、測定対象物ＯＢの表面に設定された入射角度でＸ線を照射してＸ線回折測定を行った後、コントローラ９１による演算を行えば、最も小さい回折環形状差と設定値との比較結果から、測定対象物ＯＢの３軸残留応力測定の必要性を判定することができる。すなわち、測定対象物ＯＢの表面に設定された入射角度でＸ線を入射させ回折環を検出することは、平面残留応力を求めるためのＸ線回折測定であるので、平面残留応力を求めるためのＸ線回折測定結果から３軸残留応力測定の必要性を判定することができる。そして、３軸残留応力測定不要と判定され、Ｘ線照射箇所の平面内におけるＸ線照射方向の垂直方向の残留垂直応力σｙを精度よく求める必要がないときは、行った測定のみで測定を終了する。また、３軸残留応力測定不要と判定され、Ｘ線照射箇所の平面内におけるＸ線照射方向の垂直方向の残留垂直応力σｙを精度よく求める必要があるときは、Ｘ線照射箇所の平面内におけるＸ線照射方向を９０度変更した方向からＸ線を照射する追加のＸ線回折測定を行い、２つの回折環の形状から平面残留応力を求める。また、３軸残留応力測定必要と判定されたときは、Ｘ線照射箇所の平面内におけるＸ線照射方向を９０度変更した方向からＸ線を照射するＸ線回折測定と、Ｘ線照射箇所の平面の垂線方向からＸ線を照射するＸ線回折測定の２つを追加で行い、３つの回折環の形状から３軸残留応力を求める。すなわち、３軸残留応力測定必要と判定された場合のみ、３方向からのＸ線照射によるＸ線回折測定を行うので、測定時間を無駄にすることがなくなる。

また、上記実施形態においては、コントローラ９１に、コントローラ９１および各種装置および回路により検出された回折環の形状を用いて、ｃｏｓα法の計算方法により残留垂直応力と残留せん断応力を計算するｃｏｓα法残留応力計算プログラムを備え、コントローラ９１の収束計算プログラムは、ｃｏｓα法残留応力計算プログラムにより計算された残留垂直応力と残留せん断応力を最初の仮の値にして、回折環形状差が小さくなる方向に仮の値を変化させるようにしている。これによれば、仮の値を変化させ、最も小さい回折環形状差に到達するまでの計算処理の回数を減らすことができ、３軸残留応力測定の必要性を判定するまでの時間を短くすることができる

また、上記実施形態においては、コントローラ９１に、コントローラ９１および各種装置および回路が、Ｘ線照射箇所の平面の垂線に対し所定の角度を有し、Ｘ線照射箇所の平面内において異なる２方向からＸ線出射器１０からのＸ線が照射されたときの、検出回折環Ｘ，Ｙの形状をそれぞれ検出した場合における測定対象物ＯＢの平面残留応力を計算する平面残留応力計算プログラムであって、コントローラ９１の収束計算プログラムにより、検出回折環Ｘ，Ｙのそれぞれにおいて、仮の値を変化させるごとの回折環形状差をコントローラ９１の回折環形状差計算プログラムにより計算するとともに、回折環形状差が小さくなる方向に仮の値を変化させ、検出回折環Ｘ，Ｙのそれぞれにおける、回折環形状差が最も小さくなったときの仮の値を用いて、Ｘ線照射箇所の平面の２方向における残留垂直応力と平面の残留せん断応力を計算する平面残留応力計算プログラムを備えている。これによれば、平面残留応力をより精度よく求めることができる。

なお、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

上記実施形態では、Ｘ線回折測定システムのコントローラ９１に検出回折環の形状を用いて、収束計算により残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙを求めるとともに、測定対象物ＯＢの３軸残留応力の必要性を判定するプログラムを備えた。しかし、Ｘ線回折測定に時間がかかってもよい場合は、Ｘ線回折測定システムは検出回折環のデータを得るのみにし、別のコンピュータ装置に検出回折環のデータを入力して、同様のプログラムにより同様の処理を行うようにしてもよい。この場合、別のコンピュータ装置に検出回折環の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、上記実施形態では、Ｘ線回折測定装置を、イメージングプレート１５に回折環を撮像し、レーザ検出装置３０からのレーザ照射と光の強度検出により、回折環の形状を検出する装置としたが、回折環を撮像して形状を検出することができるならば、どのような方式の装置でもよい。例えば、イメージングプレート１５の代わりにイメージングプレート１５と同じ広さの平面を有するＸ線ＣＣＤを備え、Ｘ線出射器１０からのＸ線照射の際、Ｘ線ＣＣＤの各画素が出力する電気信号により回折環における回折Ｘ線の強度分布を検出する装置でもよい。また、イメージングプレート１５と同じ広さの平面を有するＸ線ＣＣＤの代わりに、微小サイズのＸ線ＣＣＤを位置を検出しながら走査し、Ｘ線ＣＣＤの各画素が出力する電気信号とＸ線ＣＣＤの走査位置から、回折環における回折Ｘ線の強度分布を検出する装置でもよい。また、Ｘ線ＣＣＤに替えてシンチレータから出た蛍光を、光電子増倍管（ＰＭＴ）で検出するシンチレーションカウンタを用いる装置でもよい。

また、上記実施形態では、Ｘ線回折測定装置（筐体５０）がアーム式移動装置に接続され、ＬＥＤ光が対象物ＯＢに照射された撮像画面を見ながら、アーム式移動装置を操作することで、測定対象物ＯＢに対する筐体５０の位置と姿勢を調整し、出射Ｘ線の照射方向を調整するＸ線回折測定システムにした。しかし、測定対象物ＯＢに対する出射Ｘ線の照射方向を調整することができれば、Ｘ線回折測定システムをどのような構成にしてもよい。例えば、先行技術文献の特許文献２である特開２０１４−６６５４５号公報に示されているように、測定対象物ＯＢに対するＸ線回折測定装置（筐体）の接触方法を変化させることで、出射Ｘ線の照射方向を変化させることができる構成にしてもよい。

また、上記実施形態では、検出回折環Ｘ，Ｙから収束計算により回折環形状差Ｄｅｖが最小になる残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙを計算するとき、検出回折環Ｙを得るための出射Ｘ線の測定対象物ＯＢの平面における方向をＹ方向、すなわちＸ方向に対し９０度の角度がある方向にした。しかし、検出回折環Ｙを得るための出射Ｘ線の測定対象物ＯＢの平面における方向はＸ方向に対し９０度でなくても、Ｘ方向に対する角度が分かれば、収束計算により残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙを計算することができる。この場合は、検出回折環Ｙを得たときの出射Ｘ線の測定対象物ＯＢの平面における方向と本来のＸ方向との角度をθとし、検出回折環Ｙを得たときの出射Ｘ線の測定対象物ＯＢの平面における方向を仮のＸ方向、測定対象物ＯＢの平面における仮のＸ方向から９０度の方向を仮のＹ方向、本来のＸ方向をθ方向とし、仮のＹ方向の残留垂直応力をσｙ、仮のＸ方向における残留垂直応力をσｘ、本来のＸ方向であるθ方向における残留垂直応力をσθとすると、コーシーの定理により導かれる以下の数５を用いることで、残留垂直応力σｙは、残留垂直応力σｘ，σθおよび残留せん断応力τｘｙから求めることができる。そして、残留垂直応力σｘ，σｙ、及び残留せん断応力τｘｙが定まれば基準回折環を計算することができるので、仮のＸ方向における残留垂直応力σｘを変化させることで収束計算を行うことができる。
そして、収束計算により求められた仮のＸ方向における残留垂直応力σｘから正規のＹ方向における残留垂直応力σｙを求めるには、収束計算により求められた残留垂直応力σｘをσθにし、本来のＸ方向における残留垂直応力σｘと残留せん断応力τｘｙとともに、数５に当てはめて計算すればよい。

また、上記実施形態では、収束計算により回折環形状差Ｄｅｖが最小になる残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙを計算する際、１つの値を動かし、それ以外の値は固定するようにして、それぞれの値の収束計算を順に行う演算処理を繰り返すようにした。しかし、回折環形状差Ｄｅｖが最小になる残留垂直応力σｘ，σｙおよび残留せん断応力τｘｙを求めることができれば、どのような収束計算を行うようにしてもよい。

１０…Ｘ線出射器、１５…イメージングプレート、１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，２１ａ，２６ａ，２７ａ１，２７ｂ…貫通孔、１６…テーブル、１８…固定具、２０…テーブル駆動機構、２１…移動ステージ、２２…フィードモータ、２３…スクリューロッド、２４…軸受部、２７…スピンドルモータ、２８…通路部材、３０…レーザ検出装置、３１…レーザ光源、３６…対物レンズ、４４…ＬＥＤ光源、４５…プレート、４６…モータ、４７ａ，４７ｂ…ストッパ部材、４８…結像レンズ、４９…撮像器、５０…筐体、５０ａ…底面壁、５０ｃ…切欠き部壁、５０ｄ…繋ぎ壁、５０ｆ…上面壁、５１…支持アーム、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、ＯＢ…測定対象物

Claims

対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、
前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の、前記測定対象物の表面に対する照射方向を調整するＸ線照射方向調整手段と、
前記Ｘ線照射方向調整手段により前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の照射方向を調整したうえで、前記Ｘ線出射器から前記測定対象物に向けてＸ線を照射し、前記測定対象物のＸ線照射箇所にて発生したＸ線の回折光を、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する面にて受光し、前記面に前記Ｘ線の回折光の像である回折環を形成するとともに前記回折環の形状を検出する回折環形成検出手段とを備えたＸ線回折測定装置において、
前記Ｘ線照射方向調整手段により前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線が、前記測定対象物の表面に設定された角度で入射するよう調整したときの、前記回折環形成検出手段により検出された回折環の形状を、前記測定対象物のＸ線照射箇所における平面内において、互いに直交する２方向の残留垂直応力と前記平面の残留せん断応力とにおける仮の値から計算される基準回折環の形状と比較し、回折環形状の差の度合いを計算する回折環形状差計算手段と、
前記回折環形状差計算手段により、前記仮の値を変化させるごとの前記回折環形状の差の度合いを計算する収束計算手段であって、前記回折環形状の差の度合いが小さくなる方向に前記仮の値を変化させ、最も小さい前記回折環形状の差の度合いを検出する収束計算手段と、
前記収束計算手段により検出された最も小さい前記回折環形状の差の度合いと予め設定された設定値とを比較し、前記測定対象物の３軸残留応力測定の必要性を判定する判定手段とを備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
請求項１に記載のＸ線回折測定装置において、
前記回折環形成検出手段により検出された回折環の形状を用いて、ｃｏｓα法の計算方法により残留垂直応力と残留せん断応力を計算するｃｏｓα法残留応力計算手段を備え、
前記収束計算手段は、前記ｃｏｓα法残留応力計算手段により計算された残留垂直応力と残留せん断応力を最初の前記仮の値にして、前記回折環形状の差の度合いが小さくなる方向に前記仮の値を変化させることを特徴とするＸ線回折測定装置。
請求項１または請求項２に記載のＸ線回折測定装置において、
前記回折環形成検出手段が、前記Ｘ線照射箇所の平面の垂線に対し所定の角度を有し、前記Ｘ線照射箇所の平面内において異なる２方向から前記Ｘ線出射器からのＸ線が照射されたときの、２つの回折環の形状をそれぞれ検出した場合における前記測定対象物の平面残留応力を計算する平面残留応力計算手段であって、
前記収束計算手段により、前記２つの回折環のそれぞれにおいて、前記仮の値を変化させるごとの回折環形状の差の度合いを前記回折環形状差計算手段により計算するとともに、前記回折環形状の差の度合いが小さくなる方向に前記仮の値を変化させ、前記２つの回折環のそれぞれにおける、回折環形状の差の度合いが最も小さくなったときの前記仮の値を用いて、前記Ｘ線照射箇所の平面の２方向における残留垂直応力と前記平面の残留せん断応力を計算する平面残留応力計算手段を備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、
前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の、前記測定対象物の表面に対する照射方向を調整するＸ線照射方向調整手段と、
前記Ｘ線照射方向調整手段により前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の照射方向を調整したうえで、前記Ｘ線出射器から前記測定対象物に向けてＸ線を照射し、前記測定対象物のＸ線照射箇所にて発生したＸ線の回折光を、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する面にて受光し、前記面に前記Ｘ線の回折光の像である回折環を形成するとともに前記回折環の形状を検出する回折環形成検出手段とを備えたＸ線回折測定装置を用いて検出した回折環から、前記測定対象物の３軸残留応力測定の必要性を判定する方法であって、
前記Ｘ線照射方向調整手段により前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線が、前記測定対象物の表面に設定された角度で入射するよう調整したときの、前記回折環形成検出手段により検出された回折環の形状を、前記測定対象物のＸ線照射箇所における平面内において、互いに直交する２方向の残留垂直応力と前記平面の残留せん断応力とにおける仮の値から計算される基準回折環の形状と比較し、回折環形状の差の度合いを計算する回折環形状差計算を、前記仮の値を変化させるごとに実施するとともに、前記回折環形状の差の度合いが小さくなる方向に前記仮の値を変化させて、最も小さい前記回折環形状の差の度合いを検出し、前記検出した最も小さい回折環形状の差の度合いと予め設定された設定値とを比較し、前記測定対象物の３軸残留応力測定の必要性を判定することを特徴とする３軸残留応力測定の必要性を判定する方法。
請求項４に記載の３軸残留応力測定の必要性を判定する方法において、
前記回折環形成検出手段により検出された回折環の形状を用いて、ｃｏｓα法の計算方法により残留垂直応力と残留せん断応力を計算し、得られた残留垂直応力と残留せん断応力を、前記最も小さい回折環形状の差の度合いを検出する際の最初の前記仮の値にして、前記回折環形状の差の度合いが小さくなる方向に前記仮の値を変化させることを特徴とする３軸残留応力測定の必要性を判定する方法。