JP6055970B2 - Surface hardness evaluation method using X-ray diffractometer and X-ray diffractometer - Google Patents

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Description

本発明は、対象物にX線を照射して対象物で回折したX線によりX線回折像を形成するX線回折装置を用いて対象物の表面硬さを評価する方法に関する。および該評価方法を実行する演算装置を装置内に備えたX線回折測定装置に関する。   The present invention relates to a method for evaluating the surface hardness of an object using an X-ray diffractometer that forms an X-ray diffraction image by irradiating the object with X-rays and diffracting the object with X-rays. The present invention also relates to an X-ray diffraction measurement apparatus provided with an arithmetic device for executing the evaluation method.

従来から、所定の処理を行った金属性物体の表面の硬さ、または年月が経過した金属性物体の表面の硬さを評価するため、様々な方法により表面の硬さが測定されている。それらの評価方法の中で、非破壊で表面硬さを評価することができる方法として、例えば特許文献1または特許文献2に示されるように、X線回折を用いた方法がある。この方法は、金属性物体の対象物にX線を照射して、対象物で発生した回折X線によりX線回折像を形成し、形成した像の回折X線の強度分布に基づく特性値(半価幅、積分幅等)を求めて、予め得られている特性値と表面硬さとの関係を用いて表面硬さを求める方法である。この方法は、対象物を損傷させることなく表面の硬さを評価することができるとともに、短時間で評価を行うことができるという利点がある。   Conventionally, in order to evaluate the hardness of the surface of a metallic object that has been subjected to a predetermined treatment or the hardness of the surface of a metallic object that has passed the years, the hardness of the surface has been measured by various methods. . Among these evaluation methods, as a method capable of nondestructively evaluating the surface hardness, there is a method using X-ray diffraction as shown in Patent Document 1 or Patent Document 2, for example. This method irradiates an object of a metallic object with X-rays, forms an X-ray diffraction image by diffracted X-rays generated at the object, and a characteristic value based on the intensity distribution of the diffracted X-rays of the formed image ( This is a method for obtaining the surface hardness using the relationship between the characteristic value and the surface hardness obtained in advance. This method has an advantage that the hardness of the surface can be evaluated without damaging the object and the evaluation can be performed in a short time.

特開平6−347425号公報JP-A-6-347425 特開2007−271600号公報JP 2007-271600 A

しかしながら、X線回折を用いて対象物の表面硬さを評価する方法には、いくつか問題点がある。第一の問題点は、対象物の結晶粒が大きい等の原因で正常な回折X線の強度分布が得られないことがあり、対象物の表面硬さを精度よく求めることができない場合がある、という問題である。第二の問題点は、回折X線の強度分布に基づく特性値は、X線の強度、X線の照射時間、X線の入射角度及びX線の照射点からX線回折像を形成する箇所までの距離等、該特性値に影響する可能性があるパラメータをすべて同一にして、X線回折像を形成した場合でも、該特性値のばらつきが大きいという問題である。すなわち、数回の測定では精度よく対象物の表面硬さを求めることができず、多数回測定して平均値を求めることで精度をよくしようとすると、その分測定に時間がかかる、という問題である。第三の問題点は、対象物の形状がギヤのような複雑な形状をしていると、X線回折像を得るためにX線の入射角度を適切な角度にしなければならないが、X線の入射角度を変化させると回折X線の強度分布及び該分布に基づく特性値も変化してしまい、精度よく対象物の表面硬さを求めることができない、という問題である。   However, there are some problems in the method for evaluating the surface hardness of an object using X-ray diffraction. The first problem is that a normal diffraction X-ray intensity distribution may not be obtained due to large crystal grains of the object, and the surface hardness of the object may not be obtained accurately. This is a problem. The second problem is that the characteristic value based on the intensity distribution of the diffracted X-rays is an X-ray intensity, an X-ray irradiation time, an X-ray incident angle, and an X-ray irradiation point where an X-ray diffraction image is formed. Even when an X-ray diffraction image is formed with all the parameters that may affect the characteristic value such as the distance to the same being formed, the variation in the characteristic value is large. That is, the problem is that the surface hardness of the object cannot be obtained with high accuracy by several measurements, and if it is attempted to improve the accuracy by obtaining an average value by measuring many times, the measurement takes time. It is. The third problem is that if the shape of the object is a complicated shape such as a gear, the X-ray incident angle must be set to an appropriate angle in order to obtain an X-ray diffraction image. When the incident angle is changed, the intensity distribution of the diffracted X-rays and the characteristic value based on the distribution also change, and the surface hardness of the object cannot be obtained with high accuracy.

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、対象物にX線を照射して対象物で回折したX線によりX線回折像を形成するX線回折装置を用いた対象物の表面硬さ評価方法において、1回のX線回折像形成で精度よく対象物の表面硬さを求めることができるとともに、X線の入射角度を一定にしなくても精度よく対象物の表面硬さを求めることができる表面硬さ評価方法を提供することにある。および、該評価方法を実行する演算装置を装置内に備えたX線回折測定装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to use an X-ray diffractometer that forms an X-ray diffraction image by irradiating an object with X-rays and diffracting the object with X-rays. In the method for evaluating the surface hardness of an object, the surface hardness of the object can be obtained with high precision by forming an X-ray diffraction image once, and the surface of the object can be accurately obtained without making the incident angle of X-rays constant. An object of the present invention is to provide a surface hardness evaluation method capable of obtaining hardness. And it is providing the X-ray-diffraction measuring apparatus provided with the arithmetic unit which performs this evaluation method in an apparatus.

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線出射器から測定対象物に向けてX線を照射して、測定対象物にて発生した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撮像面にて受光し、撮像面にX線の回折光の像である回折環を形成する回折環形成手段とを備えたX線回折装置を用いた測定対象物の表面硬さ評価方法において、回折環形成手段により回折環を形成する回折環形成ステップと、回折環形成ステップにより形成された回折環におけるX線の回折光の強度に相当する強度の分布を検出する回折環強度分布検出ステップと、回折環強度分布検出ステップにより検出された強度分布に基づいて、回折環の半径方向における強度分布に基づく幅である回折環幅を回折環の複数の箇所で算出し、回折環幅の回折環の円周方向に対する変化曲線を算出する回折環幅変化曲線計算ステップと、回折環幅変化曲線計算ステップにより算出された回折環幅の変化曲線から、回折環幅の平均値を算出する回折環幅平均ステップと、回折環幅平均ステップにより得られた回折環幅の平均値と、予め取得されている回折環幅と表面硬さの関係とを用いて測定対象物の表面硬さを算出する表面硬さ計算ステップとを行うことにある。
In order to achieve the above object, the present invention is characterized by an X-ray emitter that emits X-rays toward an object to be measured, and an X-ray emitted from the X-ray emitter toward the object to be measured. The X-ray diffracted light generated at the measurement object is received by an imaging surface perpendicular to the optical axis of the X-ray emitted from the X-ray emitter, and X-ray diffraction is performed on the imaging surface. In the method for evaluating the surface hardness of an object to be measured using an X-ray diffractometer having a diffraction ring forming means for forming a diffraction ring that is an image of light, a diffraction ring forming step for forming the diffraction ring by the diffraction ring forming means And a diffraction ring intensity distribution detection step for detecting an intensity distribution corresponding to the intensity of X-ray diffracted light in the diffraction ring formed by the diffraction ring formation step, and an intensity distribution detected by the diffraction ring intensity distribution detection step. Based on the intensity distribution in the radial direction of the diffraction ring Which is the brute wide diffraction ring width is calculated at a plurality of points of diffraction ring, a diffraction ring width change curve calculation step of calculating a variation curve for the circumferential direction of the diffraction rings of the diffraction ring width, the diffraction ring width change curve calculating step The diffraction ring width average step for calculating the average value of the diffraction ring width and the average value of the diffraction ring width obtained by the diffraction ring width average step are acquired in advance from the change curve of the diffraction ring width calculated by It is to perform a surface hardness calculation step of calculating the surface hardness of the measurement object using the relationship between the diffraction ring width and the surface hardness.

これによれば、回折環幅を回折環全周に渡ってあらゆる箇所で算出し平均していることになるので、回折環幅のばらつきを小さくすることができ、精度のよい表面硬さを求めることができる。さらに発明者は、対象物に対するX線の入射角度を変化させて回折環幅を測定したところ、X線の入射角度により、回折環の円周方向に対する回折環幅の変化曲線は変化しても、回折環幅の変化曲線から算出した回折環幅の平均値は変化しないことを見出した。また、これは理論的に説明できることも見出した。この理論的な説明については発明を実施するための形態で行う。すなわち、これによればX線の入射角度を一定にしなくても精度よく対象物の表面硬さを求めることができる。
According to this, since the diffractive ring width is calculated and averaged at all points over the entire circumference of the diffractive ring, variations in the diffractive ring width can be reduced and accurate surface hardness is obtained. be able to. Furthermore, the inventor measured the diffraction ring width by changing the incident angle of the X-ray with respect to the object. Even if the change curve of the diffraction ring width with respect to the circumferential direction of the diffraction ring changes depending on the incident angle of the X-ray. It was found that the average value of the diffraction ring width calculated from the change curve of the diffraction ring width did not change. We also found that this can be explained theoretically. This theoretical explanation will be given in the form for carrying out the invention. That is, according to this, the surface hardness of the object can be obtained with high accuracy without making the incident angle of X-rays constant.

また、本発明の他の特徴は、回折環幅平均ステップは、算出された変化曲線に対し予め曲線形状が設定されている基準変化曲線が最も一致するときの基準変化曲線におけるパラメータを算出し、算出したパラメータから回折環幅の平均値を算出することにある。   Another feature of the present invention is that the diffraction ring width averaging step calculates a parameter in the reference change curve when the reference change curve whose curve shape is set in advance with the calculated change curve most closely, The average value of the diffraction ring width is calculated from the calculated parameters.

これによれば、測定対象物が複雑な形状をしている等の原因で回折X線が遮られ、回折環の一部が欠けている場合でも、算出された変化曲線に最も一致する基準変化曲線のパラメータを求めれば、回折環幅の平均値を精度よく求めることができ、精度のよい表面硬さを求めることができる。なお、発明者は、回折環の円周方向に対する回折環幅の変化曲線の形状は正弦曲線になることが理論的に説明できることを見出した。また、複数の対象物に対して回折環の円周方向に対する回折環幅の変化曲線を測定した結果もその通りになっていることを確認した。   According to this, even if the diffracted X-ray is obstructed due to the measurement object having a complicated shape, etc., and even if a part of the diffraction ring is missing, the reference change that most closely matches the calculated change curve If the parameters of the curve are obtained, the average value of the diffraction ring width can be obtained with high accuracy, and the surface hardness with high accuracy can be obtained. The inventor has found that it can theoretically be explained that the shape of the change curve of the diffraction ring width with respect to the circumferential direction of the diffraction ring is a sine curve. In addition, it was confirmed that the result of measuring the change curve of the diffraction ring width with respect to the circumferential direction of the diffraction ring for a plurality of objects was also the same.

また、本発明の他の特徴は、回折環幅変化曲線計算ステップは、変化曲線を算出した後、算出された変化曲線の曲線形状の基準変化曲線の曲線形状からのずれを算出し、算出したずれが予め設定された許容値を超えている箇所を、算出された変化曲線から除外することにある。   Another feature of the present invention is that, in the diffraction ring width change curve calculation step, after calculating the change curve, the deviation of the calculated curve shape of the change curve from the curve shape of the reference change curve is calculated and calculated. The point where the deviation exceeds a preset allowable value is to be excluded from the calculated change curve.

これによれば、回折環の円周方向に対する回折環幅の変化曲線に正常でない箇所があっても、その箇所を自動で除外した上で、最も一致する基準変化曲線のパラメータから、回折環幅の平均値を求めることができるので、短時間で回折環幅の平均値を精度よく求めることができ、精度のよい表面硬さを求めることができる。   According to this, even if there is an abnormal part in the change curve of the diffractive ring width with respect to the circumferential direction of the diffractive ring, the diffractive ring width is calculated from the parameters of the reference change curve that most closely matches after automatically excluding the part. Therefore, the average value of the diffraction ring width can be obtained with high accuracy in a short time, and the surface hardness with high accuracy can be obtained.

また、本発明の他の特徴は、回折環形成ステップは、測定対象物に対するX線出射器からのX線の入射角度を10度以上にした上で行い、回折環強度分布検出ステップにより検出された強度分布に基づいて、回折環の形状を検出し、検出した回折環の形状からcosα法を用いて測定対象物の残留応力を算出する残留応力計算ステップを行うことにある。これによれば、表面硬さ以外に残留応力によっても対象物を評価することができる。   Another feature of the present invention is that the diffraction ring forming step is performed after the incident angle of the X-ray from the X-ray emitter to the measurement object is set to 10 degrees or more, and is detected by the diffraction ring intensity distribution detection step. The shape of the diffraction ring is detected on the basis of the intensity distribution, and the residual stress calculation step of calculating the residual stress of the measurement object using the cos α method from the detected shape of the diffraction ring is performed. According to this, an object can be evaluated not only by surface hardness but also by residual stress.

さらに、本発明の実施にあたっては、X線回折装置を用いた表面硬さ評価方法に限定されるものではなく、上述した表面硬さ評価方法をプログラムにより実行する演算装置を装置内に備えたX線回折測定装置の発明としても実施し得るものである。   Furthermore, the implementation of the present invention is not limited to the surface hardness evaluation method using the X-ray diffractometer, but is an X equipped with an arithmetic device for executing the above-described surface hardness evaluation method by a program. The invention can also be implemented as an invention of a line diffraction measuring apparatus.

本発明の実施形態に用いる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。1 is an overall schematic diagram showing an X-ray diffraction measurement system including an X-ray diffraction measurement apparatus used in an embodiment of the present invention. 図1のX線回折測定装置の拡大図である。It is an enlarged view of the X-ray-diffraction measuring apparatus of FIG. 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。It is a fragmentary sectional view which expands and shows the part through which the X-ray passes in the X-ray-diffraction measuring apparatus of FIG. 図3のプレート部分の拡大斜視図である。It is an expansion perspective view of the plate part of FIG. X線回折測定装置のカメラ機能により撮像される画像を、LED光の光軸、結像レンズの光軸とともに示す図である。It is a figure which shows the image imaged with the camera function of a X-ray-diffraction measuring apparatus with the optical axis of LED light, and the optical axis of an imaging lens. X線回折測定装置を用いて対象物の表面硬さの測定を行うときの工程図である。It is process drawing when measuring the surface hardness of a target object using an X-ray-diffraction measuring apparatus. 回折環の半径方向の回折X線の強度分布と半価幅を示す図である。It is a figure which shows the intensity distribution and half value width of the diffraction X-ray of the radial direction of a diffraction ring. 回折環の周方向に対する半価幅の変化曲線をX線の入射角度ごとに示す図である。It is a figure which shows the change curve of the half value width with respect to the circumferential direction of a diffraction ring for every incident angle of an X-ray. 半価幅と対象物の表面硬さとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a half value width and the surface hardness of a target object. 図8の関係が生じる理由を説明する図である。It is a figure explaining the reason which the relationship of FIG. 8 arises. 図8の関係が生じる理由を数式を使用して説明するための図で、X線照射点を拡大して上方向から見た図である。It is a figure for demonstrating the reason which the relationship of FIG. 8 arises using numerical formula, and is the figure which expanded the X-ray irradiation point and was seen from the upper direction. 図8の関係が生じる理由を数式を使用して説明するための図で、X線照射箇所を拡大して横方向から見た図である。It is a figure for demonstrating the reason which the relationship of FIG. 8 arises using numerical formula, and is the figure which expanded the X-ray irradiation location and was seen from the horizontal direction. 図8の関係が生じる理由を数式を使用して説明するための図で、出射X線の断面径を誇張して回折X線の幅を示した図である。It is a figure for demonstrating the reason which the relationship of FIG. 8 arises using numerical formula, and is the figure which exaggerated the cross-sectional diameter of the emitted X-ray, and showed the width | variety of the diffraction X-ray. 図8の関係が生じる理由を数式を使用して説明するための図で、X線入射角度が0°のときの回折環とX線照射点を直交座標により示した図である。It is a figure for demonstrating the reason which the relationship of FIG. 8 arises using numerical formula, and is the figure which showed the diffraction ring and X-ray irradiation point when an X-ray incident angle is 0 degree by the orthogonal coordinate. 図8の関係が生じる理由を数式を使用して説明するための図で、X線入射角度を所定の角度にしたときの回折環とX線照射点を直交座標により示した図である。It is a figure for demonstrating the reason which the relationship of FIG. 8 arises using numerical formula, and is the figure which showed the diffraction ring and X-ray irradiation point when an X-ray incident angle was made into the predetermined angle by the orthogonal coordinate.

本発明の実施形態に用いる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。このX線回折測定システムは、測定対象物OBの表面硬さ及び残留応力を測定及び評価するために、X線を測定対象物OBに照射して、X線の照射によって測定対象物OBから出射される回折X線により回折環を形成し、形成した回折環の回折X線の強度分布を検出して演算処理を行う。なお、本実施形態では、測定対象物OBは鉄製の部材である。   A configuration of an X-ray diffraction measurement system including an X-ray diffraction measurement apparatus used in an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In order to measure and evaluate the surface hardness and residual stress of the measurement object OB, this X-ray diffraction measurement system irradiates the measurement object OB with X-rays and emits the X-ray from the measurement object OB. A diffraction ring is formed by the diffracted X-rays generated, and the calculation processing is performed by detecting the intensity distribution of the diffracted X-rays of the formed diffraction ring. In the present embodiment, the measurement object OB is an iron member.

X線回折測定装置は、X線を出射するX線出射器10、回折X線による回折環が形成されるイメージングプレート15を取り付けるためのテーブル16と、テーブル16を回転及び移動させるテーブル駆動機構20と、イメージングプレート15に形成された回折環の形状を測定するためのレーザ検出装置30と、これらのX線出射器10、イメージングプレート15、テーブル16、テーブル駆動機構20及びレーザ検出装置30を収容する筐体50とを備えている。そして、X線回折測定システムは、前記X線回折測定装置とともに、測定対象物OBがセットされる対象物セット装置60、コンピュータ装置90及び高電圧電源95を備えている。また、筐体50内には、X線出射器10、テーブル16、テーブル駆動機構20及びレーザ検出装置30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。なお、図1及び図2においては、回路基板、電線、固定具、空冷ファンなどは省略されている。   The X-ray diffraction measurement apparatus includes an X-ray emitter 10 that emits X-rays, a table 16 for mounting an imaging plate 15 on which a diffraction ring is formed by diffracted X-rays, and a table drive mechanism 20 that rotates and moves the table 16. And a laser detector 30 for measuring the shape of the diffraction ring formed on the imaging plate 15, and these X-ray emitter 10, imaging plate 15, table 16, table driving mechanism 20 and laser detector 30. And a housing 50 to be used. The X-ray diffraction measurement system includes an object setting device 60 on which a measurement object OB is set, a computer device 90, and a high-voltage power supply 95 together with the X-ray diffraction measurement device. The housing 50 also includes various circuits that are connected to the X-ray emitter 10, the table 16, the table driving mechanism 20, and the laser detection device 30 to control operation and input detection signals. In FIG. 1, various circuits indicated by a two-dot chain line shown outside the casing 50 are accommodated within a two-dot chain line in the casing 50. In FIG. 1 and FIG. 2, circuit boards, electric wires, fixtures, air cooling fans, and the like are omitted.

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。筐体50の上面壁50fには、筐体50を持ち運ぶための取っ手51が設けられている。この筐体50の図示裏側の側面壁には、支持ロッド52(図1では省略)に固定される固定具が設けられており、筐体50は、切欠き部壁50cが対象物セット装置60の上面に対向するように、図示傾斜状態で支持ロッド52に固定される。支持ロッド52は、設置面上に載置された平板状に形成された設置プレート53上に立設固定されている。   The casing 50 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape, and includes a bottom wall 50a, a front wall 50b, a rear wall 50e, a top wall 50f, a side wall (not shown), and corners of the bottom wall 50a and the front wall 50b. It is formed to have a notch wall 50c and a connecting wall 50d provided so as to be cut out from the front side to the back side of the sheet. The notch wall 50c is composed of a flat plate perpendicular to the bottom wall 50a and a parallel plate, and the connecting wall 50d is perpendicular to the side wall and has a predetermined angle with the bottom wall 50a. This predetermined angle is, for example, 30 to 45 degrees. A handle 51 for carrying the housing 50 is provided on the upper surface wall 50 f of the housing 50. On the side wall of the rear side of the casing 50 in the figure, a fixture that is fixed to a support rod 52 (not shown in FIG. 1) is provided. The casing 50 has a notch portion wall 50c that is an object setting device 60. It is fixed to the support rod 52 in the illustrated inclined state so as to be opposed to the upper surface. The support rod 52 is erected and fixed on an installation plate 53 formed in a flat plate shape placed on the installation surface.

対象物セット装置60は、いわゆるゴニオメータで構成されており、測定対象物OBが載置されるステージ61を、図示X,Y,Z軸方向にそれぞれ移動させるとともに、図示X軸及びY軸周りに回動(傾斜)させるものである。設置面上に載置された平板状に形成された設置プレート62上に、高さ調整機構63、第1乃至第5プレート64〜68及びステージ61がそれぞれ下から上に順に載置されている。高さ調整機構63は、操作子63aを有し、操作子63aの回動操作により第1プレート64を設置プレート62に対して上下動(すなわちZ軸方向に移動)させて、設置プレート62と第1プレート64間の垂直距離を変更することにより第1プレート64の高さすなわちステージ61の高さを変更する。   The object setting device 60 is configured by a so-called goniometer, and moves the stage 61 on which the measurement object OB is placed in the X, Y, and Z axis directions in the figure and around the X axis and the Y axis in the figure. Rotate (tilt). A height adjusting mechanism 63, first to fifth plates 64 to 68, and a stage 61 are sequentially placed from the bottom to the top on a flat plate-like installation plate 62 placed on the installation surface. . The height adjustment mechanism 63 has an operation element 63a, and moves the first plate 64 up and down (that is, moves in the Z-axis direction) relative to the installation plate 62 by rotating the operation element 63a. By changing the vertical distance between the first plates 64, the height of the first plate 64, that is, the height of the stage 61 is changed.

第2プレート65には操作子65aが組み付けられており、操作子65aの回動操作により、図示しない機構を介して第3プレート66が第2プレート65に対してX軸周りに回動されて、第3プレート66の第2プレート65に対するX軸周りの傾斜角すなわちステージ61のX軸周りの傾斜角が変更される。第3プレート66には操作子66aが組み付けられており、操作子66aの回動操作により、図示しない機構を介して第4プレート67が第3プレート66に対してY軸周りに回動されて、第4プレート67の第3プレート66に対するY軸周りの傾斜角すなわちステージ61のY軸周りの傾斜角が変更される。第4プレート67には操作子67aが組み付けられており、操作子67aの回動操作により、図示しない機構を介して第5プレート68が第4プレート67に対してX軸方向に移動されて、第5プレート68の第4プレート67に対するX軸方向の位置すなわちステージ61のX軸方向の位置が変更される。第5プレート68には操作子68aが組み付けられており、操作子68aの回動操作により、図示しない機構を介してステージ61が第5プレート68に対してY軸方向に移動されて、ステージ61の第5プレート68に対するY軸方向の位置すなわちステージ61のY軸方向の位置が変更される。また、操作子65a、66aは回転角度(傾斜角度)を目盛りにより示すことができ、操作子65aが示す回転角度は図2のX軸方向に向かって左周りに回転したとき増加する。   An operating element 65a is assembled to the second plate 65, and the third plate 66 is rotated about the X axis with respect to the second plate 65 by a rotation operation of the operating element 65a via a mechanism (not shown). The inclination angle of the third plate 66 around the X axis relative to the second plate 65, that is, the inclination angle of the stage 61 around the X axis is changed. An operation element 66a is assembled to the third plate 66, and the fourth plate 67 is rotated around the Y axis with respect to the third plate 66 by a rotation operation of the operation element 66a via a mechanism (not shown). The inclination angle of the fourth plate 67 around the Y axis relative to the third plate 66, that is, the inclination angle of the stage 61 around the Y axis is changed. An operating element 67a is assembled to the fourth plate 67, and the fifth plate 68 is moved in the X-axis direction with respect to the fourth plate 67 by a rotation operation of the operating element 67a. The position of the fifth plate 68 in the X-axis direction with respect to the fourth plate 67, that is, the position of the stage 61 in the X-axis direction is changed. An operation element 68a is assembled to the fifth plate 68, and the stage 61 is moved in the Y-axis direction with respect to the fifth plate 68 by a rotation operation of the operation element 68a. The position of the fifth plate 68 in the Y axis direction, that is, the position of the stage 61 in the Y axis direction is changed. Further, the operating elements 65a and 66a can indicate the rotation angle (inclination angle) with a scale, and the rotating angle indicated by the operating element 65a increases when it rotates counterclockwise in the X-axis direction of FIG.

X線制御回路71は、後述するコンピュータ装置90を構成するコントローラ91によって制御され、X線出射器10から一定の強度の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。これにより、X線出射器10の温度が一定に保たれる。   The X-ray control circuit 71 is controlled by a controller 91 that configures a computer device 90 to be described later, and a high-voltage power supply 95 is supplied to the X-ray emitter 10 so that X-rays with a certain intensity are emitted from the X-ray emitter 10. The drive current and the drive voltage supplied from are controlled. In addition, the X-ray emitter 10 includes a cooling device (not shown), and the X-ray control circuit 71 also controls a drive signal supplied to the cooling device. Thereby, the temperature of the X-ray emitter 10 is kept constant.

テーブル駆動機構20は、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、フィードモータ22及びスクリューロッド23により、X線出射器10から出射されたX線の光軸と測定対象物OBの法線とが成す平面内であって、前記X線の光軸に垂直な方向に移動可能となっている。フィードモータ22は、テーブル駆動機構20内に固定されていて筐体50に対して移動不能となっている。スクリューロッド23は、X線出射器10から出射されたX線の光軸に垂直な方向に延設されていて、その一端部がフィードモータ22の出力軸に連結されている。スクリューロッド23の他端部は、テーブル駆動機構20内に設けた軸受部24に回転可能に支持されている。また、移動ステージ21は、それぞれテーブル駆動機構20内にて固定された、対向する1対の板状のガイド25,25により挟まれていて、スクリューロッド23の軸線方向に沿って移動可能となっている。すなわち、フィードモータ22を正転又は逆転駆動すると、フィードモータ22の回転運動が移動ステージ21の直線運動に変換される。フィードモータ22内には、エンコーダ22aが組み込まれている。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。   The table driving mechanism 20 includes a moving stage 21 below the X-ray emitter 10. The moving stage 21 is in the plane formed by the optical axis of the X-ray emitted from the X-ray emitter 10 and the normal line of the measurement object OB by the feed motor 22 and the screw rod 23, and the X-ray light. It can move in the direction perpendicular to the axis. The feed motor 22 is fixed in the table driving mechanism 20 and cannot move with respect to the housing 50. The screw rod 23 extends in a direction perpendicular to the optical axis of the X-ray emitted from the X-ray emitter 10, and one end thereof is connected to the output shaft of the feed motor 22. The other end portion of the screw rod 23 is rotatably supported by a bearing portion 24 provided in the table drive mechanism 20. The moving stage 21 is sandwiched between a pair of opposed plate-like guides 25 and 25 fixed in the table driving mechanism 20, respectively, and can move along the axial direction of the screw rod 23. ing. That is, when the feed motor 22 is driven forward or backward, the rotational motion of the feed motor 22 is converted into the linear motion of the moving stage 21. An encoder 22 a is incorporated in the feed motor 22. The encoder 22a outputs a pulse train signal that alternately switches between a high level and a low level to the position detection circuit 72 and the feed motor control circuit 73 each time the feed motor 22 rotates by a predetermined minute rotation angle.

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開始する。測定開始直後において、フィードモータ制御回路73は、フィードモータ22を駆動して移動ステージ21をフィードモータ22側へ移動させる。位置検出回路72は、エンコーダ22aから出力されるパルス列信号が入力されなくなると、移動ステージ21が移動限界位置に達したことを表す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、位置検出回路72から移動限界位置に達したことを表す信号を入力すると、フィードモータ22への駆動信号の出力を停止する。上記の移動限界位置を移動ステージ21の原点位置とする。したがって、位置検出回路72は、移動ステージ21が図1及び図2にて左上方向に移動して移動限界位置に達したとき「0」を表す位置信号を出力し、移動ステージ21が移動限界位置から右下方向へ移動すると、エンコーダ22aからのパルス列信号をカウントし、移動限界位置からの移動距離xを表す信号を位置信号として出力する。   The position detection circuit 72 and the feed motor control circuit 73 start to operate in response to a command from the controller 91. Immediately after the start of measurement, the feed motor control circuit 73 drives the feed motor 22 to move the moving stage 21 to the feed motor 22 side. When the pulse train signal output from the encoder 22a is not input, the position detection circuit 72 outputs a signal indicating that the movement stage 21 has reached the movement limit position to the feed motor control circuit 73, and sets the count value to “0”. Set to. When the feed motor control circuit 73 receives a signal indicating that the movement limit position has been reached from the position detection circuit 72, the feed motor control circuit 73 stops outputting the drive signal to the feed motor 22. The above movement limit position is set as the origin position of the moving stage 21. Therefore, the position detection circuit 72 outputs a position signal representing “0” when the movable stage 21 moves in the upper left direction in FIGS. 1 and 2 and reaches the movement limit position, and the movement stage 21 moves to the movement limit position. When moving to the lower right, the pulse train signal from the encoder 22a is counted, and a signal indicating the movement distance x from the movement limit position is output as a position signal.

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の移動先の位置を表す設定値を入力すると、その設定値に応じてフィードモータ22を正転又は逆転駆動する。位置検出回路72は、エンコーダ22aが出力するパルス信号のパルス数をカウントする。そして、位置検出回路72は、カウントしたパルス数を用いて移動ステージ21の現在の位置(移動限界位置からの移動距離x)を計算し、コントローラ91及びフィードモータ制御回路73に出力する。フィードモータ制御回路73は、位置検出回路72から入力した移動ステージ21の現在の位置が、コントローラ91から入力した移動先の位置と一致するまでフィードモータ22を駆動する。   When the feed motor control circuit 73 receives a set value indicating the position of the moving stage 21 from the controller 91, the feed motor control circuit 73 drives the feed motor 22 in the forward or reverse direction according to the set value. The position detection circuit 72 counts the number of pulses of the pulse signal output from the encoder 22a. Then, the position detection circuit 72 calculates the current position (movement distance x from the movement limit position) of the movement stage 21 using the counted number of pulses, and outputs it to the controller 91 and the feed motor control circuit 73. The feed motor control circuit 73 drives the feed motor 22 until the current position of the moving stage 21 input from the position detection circuit 72 matches the position of the moving destination input from the controller 91.

また、フィードモータ制御回路73は、移動ステージ21の移動速度を表す設定値をコントローラ91から入力する。そして、エンコーダ22aから入力したパルス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、前記計算した移動ステージ21の移動速度がコントローラ91から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。   Further, the feed motor control circuit 73 inputs a set value indicating the moving speed of the moving stage 21 from the controller 91. Then, the moving speed of the moving stage 21 is calculated using the number of pulses per unit time of the pulse signal input from the encoder 22a, and the calculated moving speed of the moving stage 21 becomes the moving speed input from the controller 91. The feed motor 22 is driven.

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いる。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、X線出射器10から出射された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。   The upper ends of the pair of guides 25 are connected by a plate-like upper wall 26. A through hole 26 a is provided in the upper wall 26, and the center position of the through hole 26 a faces the center position of the emission port 11 of the X-ray emitter 10. The line enters the table driving mechanism 20 through the emission port 11 and the through hole 26a.

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出力軸27aを有するスピンドルモータ27が組み付けられている。出力軸27aは、円筒状に形成され、回転中心を中心軸とする断面円形の貫通孔27a1を有する。スピンドルモータ27の出力軸27aと反対側には、貫通孔27a1の中心位置を中心軸線とする貫通孔27bが設けられている。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。   In a state where an imaging plate 15 to be described later is in the diffraction ring imaging position (the state shown in FIGS. 1 to 3), a through hole is provided at a position facing the through hole 26a of the moving stage 21 as shown in an enlarged view in FIG. 21a is formed. The moving stage 21 is assembled with a spindle motor 27 having an output shaft 27a whose center of rotation is the position of the central axis of the exit port 11 and the through holes 26a, 21a. The output shaft 27a is formed in a cylindrical shape and has a through-hole 27a1 having a circular cross section with the center of rotation as the central axis. On the opposite side of the spindle motor 27 from the output shaft 27a, a through hole 27b having the central position of the through hole 27a1 as a central axis is provided. A cylindrical passage member 28 for reducing the inner diameter of a part of the through hole 27b is fixed on the inner peripheral surface of the through hole 27b.

また、スピンドルモータ27内には、エンコーダ22aと同様のエンコーダ27cが組み込まれている。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。   An encoder 27c similar to the encoder 22a is incorporated in the spindle motor 27. The encoder 27c outputs, to the spindle motor control circuit 74 and the rotation angle detection circuit 75, a pulse train signal that is alternately switched between a high level and a low level every time the spindle motor 27 rotates by a predetermined minute rotation angle. Furthermore, the encoder 27c outputs an index signal that switches from the low level to the high level for a predetermined short period of time for each rotation of the spindle motor 27 to the controller 91 and the rotation angle detection circuit 75.

スピンドルモータ制御回路74及び回転角度検出回路75は、コントローラ91からの指令により作動開始する。スピンドルモータ制御回路74は、コントローラ91から、スピンドルモータ27の回転速度を表す設定値を入力する。そして、エンコーダ27cから入力したパルス信号の単位時間当たりのパルス数を用いてスピンドルモータ27の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ91から入力した回転速度(設定値)になるように、駆動信号をスピンドルモータ27に供給する。回転角度検出回路75は、エンコーダ27cから出力されたパルス列信号のパルス数をカウントし、そのカウント値を用いてスピンドルモータ27の回転角度すなわちイメージングプレート15の回転角度θpを計算して、コントローラ91に出力する。そして、回転角度検出回路75は、エンコーダ27cから出力されたインデックス信号を入力すると、カウント値を「0」に設定する。すなわち、インデックス信号を入力した位置が回転角度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。この位置は各半径位置においてあるためラインである。   The spindle motor control circuit 74 and the rotation angle detection circuit 75 start to operate in response to a command from the controller 91. The spindle motor control circuit 74 inputs a setting value representing the rotational speed of the spindle motor 27 from the controller 91. Then, the rotational speed of the spindle motor 27 is calculated using the number of pulses per unit time of the pulse signal input from the encoder 27c, and the calculated rotational speed becomes the rotational speed (set value) input from the controller 91. A drive signal is supplied to the spindle motor 27. The rotation angle detection circuit 75 counts the number of pulses of the pulse train signal output from the encoder 27c, calculates the rotation angle of the spindle motor 27, that is, the rotation angle θp of the imaging plate 15 using the count value, and sends it to the controller 91. Output. The rotation angle detection circuit 75 sets the count value to “0” when the index signal output from the encoder 27c is input. That is, the position where the index signal is input is the position where the rotation angle is 0 °. Note that the position of the imaging plate 15 at a rotation angle of 0 ° means that the laser beam is irradiated when an index signal is input when a diffraction ring formed on the imaging plate 15 is read by laser irradiation from a laser detection device 30 described later. It is a position that has been. This position is a line because it is at each radial position.

テーブル16は、円形状に形成され、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の中心軸と、スピンドルモータ27の出力軸の中心軸とは一致している。テーブル16は、一体的に設けられて下面中央部から下方へ突出した突出部17を有していて、突出部17の外周面には、ねじ山が形成されている。突出部17の中心軸は、スピンドルモータ27の出力軸27aの中心軸と一致している。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は、表面に蛍光体が塗布された円形のプラスチックフィルムである。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。   The table 16 is formed in a circular shape, and is fixed to the tip of the output shaft 27 a of the spindle motor 27. The center axis of the table 16 coincides with the center axis of the output shaft of the spindle motor 27. The table 16 has a protrusion 17 that is provided integrally and protrudes downward from the center of the lower surface, and a thread is formed on the outer peripheral surface of the protrusion 17. The central axis of the protrusion 17 coincides with the central axis of the output shaft 27 a of the spindle motor 27. An imaging plate 15 is attached to the lower surface of the table 16. The imaging plate 15 is a circular plastic film whose surface is coated with a phosphor. A through-hole 15a is provided at the center of the imaging plate 15. By passing the protrusion 17 through the through-hole 15a and screwing a nut-shaped fixture 18 on the outer peripheral surface of the protrusion 17, the imaging plate 15 is fixed between the fixture 18 and the table 16. The fixture 18 is a cylindrical member, and a thread corresponding to the thread of the protrusion 17 is formed on the inner peripheral surface.

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16a,17a,18aの中心軸はテーブル16の中心軸と同じであり、貫通孔18aの内径は貫通孔16a,17aに比べて小さく、前述した通路部材28の内径と同じである。したがって、スピンドルモータ27の出力軸27aから出射されたX線は、貫通孔16a,17a,18aを介するとともに、切欠き部壁50cに設けた円形孔50c1を介して外部下方に位置する測定対象物OBに向かって出射される。この場合、通路部材28の内径及び貫通孔18aの内径は小さいので、通路部材28を介して貫通孔27b,27a1,16a,17a内に入射したX線はやや拡散しているが、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、円形孔50c1から出射される。また、この円形孔50c1の内径は、測定対象物OBからの回折光をイメージングプレート15に導くために大きい。   The table 16, the projecting portion 17 and the fixture 18 are also provided with through holes 16a, 17a and 18a, respectively. The central axis of the through holes 16a, 17a and 18a is the same as the central axis of the table 16, and the through hole 18a. Is smaller than the through holes 16a and 17a, and is the same as the inner diameter of the passage member 28 described above. Accordingly, the X-ray emitted from the output shaft 27a of the spindle motor 27 passes through the through holes 16a, 17a, and 18a, and the measurement object is positioned below and outside via the circular hole 50c1 provided in the notch wall 50c. It is emitted toward OB. In this case, since the inner diameter of the passage member 28 and the inner diameter of the through hole 18a are small, the X-rays that have entered the through holes 27b, 27a1, 16a, and 17a through the passage member 28 are slightly diffused, but the through hole 18a. X-rays emitted from the light become parallel light parallel to the axis of the through hole 27a1 and are emitted from the circular hole 50c1. The inner diameter of the circular hole 50c1 is large in order to guide the diffracted light from the measurement object OB to the imaging plate 15.

イメージングプレート15は、フィードモータ22によって駆動されて、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、原点位置から回折環を撮像する回折環撮像位置へ移動する。前述のように、この回折環撮像位置において、X線出射器10から出射されたX線が測定対象物OBに照射されるようになっている。また、イメージングプレート15は、スピンドルモータ27によって駆動されて回転しながら、フィードモータ22によって駆動されて、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、撮像した回折環を読み取る回折環読取り領域内、及び回折環を消去する回折環消去領域内を移動する。なお、この場合のイメージングプレート15の移動においては、イメージングプレート15の中心軸が、X線出射器10から出射された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、前記X線の光軸に垂直な方向に移動する。   The imaging plate 15 is driven by the feed motor 22 and moves together with the moving stage 21, the spindle motor 27, and the table 16 from the origin position to the diffraction ring imaging position for imaging the diffraction ring. As described above, the measurement object OB is irradiated with the X-rays emitted from the X-ray emitter 10 at the diffraction ring imaging position. In addition, the imaging plate 15 is driven by the feed motor 22 while being driven by the spindle motor 27 and rotated, together with the moving stage 21, the spindle motor 27, and the table 16, in the diffraction ring reading region for reading the imaged diffraction ring, And move in the diffractive ring erasing region to erase the diffractive ring. In this case, in the movement of the imaging plate 15, the central axis of the imaging plate 15 is the optical axis of the X-ray emitted from the X-ray emitter 10 and the position (line) at a rotation angle of 0 ° in the imaging plate 15. In a state maintained in a plane formed by the X-ray, it moves in a direction perpendicular to the optical axis of the X-ray.

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て、イメージングプレート15から入射した光の強度を検出する。レーザ検出装置30は、測定対象物OB及び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側に充分離れている。すなわち、イメージングプレート15が回折環撮像位置にあるとき、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と、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を備えている。   The laser detection device 30 detects the intensity of light incident from the imaging plate 15 by irradiating the imaging plate 15 that images the diffraction ring with laser light. The laser detection device 30 is sufficiently separated from the measurement object OB and the imaging plate 15 at the diffraction ring imaging position toward the feed motor 22. That is, when the imaging plate 15 is at the diffraction ring imaging position, the X-ray diffracted by the measurement object OB is not blocked by the laser detection device 30. The laser detection device 30 includes a laser light source 31, a collimating lens 32, a reflecting mirror 33, a dichroic mirror 34, and an objective lens 36.

レーザ光源31は、レーザ駆動回路77によって制御されて、イメージングプレート15に照射するレーザ光を出射する。レーザ駆動回路77は、コントローラ91によって制御され、レーザ光源31から所定の強度のレーザ光が出射されるように、駆動信号を制御して供給する。レーザ駆動回路77は、後述するフォトディテクタ42から出力された受光信号を入力して、受光信号の強度が所定の強度になるようにレーザ光源31に出力する駆動信号を制御する。これにより、イメージングプレート15に照射されるレーザ光の強度が一定に維持される。   The laser light source 31 is controlled by the laser driving circuit 77 to emit laser light that irradiates the imaging plate 15. The laser drive circuit 77 is controlled by the controller 91 and controls and supplies a drive signal so that laser light having a predetermined intensity is emitted from the laser light source 31. The laser drive circuit 77 inputs a light reception signal output from the photodetector 42 described later, and controls a drive signal output to the laser light source 31 so that the intensity of the light reception signal becomes a predetermined intensity. Thereby, the intensity of the laser light applied to the imaging plate 15 is kept constant.

コリメートレンズ32は、レーザ光源31から出射されたレーザ光を平行光に変換する。反射鏡33は、コリメートレンズ32にて平行光に変換されたレーザ光を、ダイクロイックミラー34に向けて反射する。ダイクロイックミラー34は、反射鏡33から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、ダイクロイックミラー34から入射した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。この対物レンズ36から出射されるレーザ光の光軸は、X線出射器10から出射された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)とが成す平面内であって、前記X線の光軸に平行な方向、すなわち移動ステージ21の移動方向に対して垂直な方向である。   The collimating lens 32 converts the laser light emitted from the laser light source 31 into parallel light. The reflecting mirror 33 reflects the laser light converted into parallel light by the collimating lens 32 toward the dichroic mirror 34. The dichroic mirror 34 transmits most of the laser light incident from the reflecting mirror 33 (for example, 95%) as it is. The objective lens 36 focuses the laser light incident from the dichroic mirror 34 on the surface of the imaging plate 15. The optical axis of the laser light emitted from the objective lens 36 is in a plane formed by the optical axis of the X-ray emitted from the X-ray emitter 10 and the position (line) at the rotation angle 0 ° in the imaging plate 15. The direction parallel to the optical axis of the X-ray, that is, the direction perpendicular to the moving direction of the moving stage 21.

対物レンズ36には、フォーカスアクチュエータ37が組み付けられている。フォーカスアクチュエータ37は、対物レンズ36をレーザ光の光軸方向に移動させるアクチュエータである。なお、対物レンズ36は、フォーカスアクチュエータ37が通電されていないときに、その可動範囲の中心に位置する。   A focus actuator 37 is assembled to the objective lens 36. The focus actuator 37 is an actuator that moves the objective lens 36 in the optical axis direction of the laser light. The objective lens 36 is located at the center of the movable range when the focus actuator 37 is not energized.

対物レンズ36によって集光されたレーザ光を、イメージングプレート15の表面であって、回折環が撮像されている部分に照射すると、輝尽発光(Photo−Stimulated Luminesence)現象が生じる。すなわち、回折環を撮像した後、イメージングプレート15にレーザ光を照射すると、イメージングプレート15の蛍光体が回折X線の強度に応じた光であって、レーザ光の波長よりも波長が短い光を発する。イメージングプレート15に照射されて反射したレーザ光の反射光及び蛍光体から発せられた光は、対物レンズ36を通過して、ダイクロイックミラー34にて蛍光体から発せられた光の大部分は反射し、レーザ光の反射光の大部分は透過する。ダイクロイックミラー34の反射方向には、集光レンズ38、シリンドリカルレンズ39及びフォトディテクタ40が設けられている。集光レンズ38は、ダイクロイックミラー34から入射した光を、シリンドリカルレンズ39に集光する。シリンドリカルレンズ39は、透過した光に非点収差を生じさせる。フォトディテクタ40は、分割線で区切られた4つの同一正方形状の受光素子からなる4分割受光素子によって構成されており、時計回りに配置された受光領域A,B,C,Dに入射した光の強度に比例した大きさの検出信号を受光信号(a,b,c,d)として、増幅回路78に出力する。   When the laser beam condensed by the objective lens 36 is irradiated on the surface of the imaging plate 15 where the diffraction ring is imaged, a photo-stimulated luminescence phenomenon occurs. That is, after imaging the diffraction ring, when the imaging plate 15 is irradiated with laser light, the phosphor of the imaging plate 15 is light corresponding to the intensity of the diffracted X-ray and has a wavelength shorter than the wavelength of the laser light. To emit. The reflected light of the laser light irradiated and reflected on the imaging plate 15 and the light emitted from the phosphor pass through the objective lens 36, and most of the light emitted from the phosphor is reflected by the dichroic mirror 34. Most of the reflected light of the laser beam is transmitted. In the reflection direction of the dichroic mirror 34, a condenser lens 38, a cylindrical lens 39, and a photodetector 40 are provided. The condensing lens 38 condenses the light incident from the dichroic mirror 34 on the cylindrical lens 39. The cylindrical lens 39 causes astigmatism in the transmitted light. The photodetector 40 is composed of four divided light receiving elements composed of four light receiving elements having the same square shape divided by dividing lines, and the light incident on the light receiving areas A, B, C, and D arranged in the clockwise direction. A detection signal having a magnitude proportional to the intensity is output to the amplifier circuit 78 as a light reception signal (a, b, c, d).

増幅回路78は、フォトディテクタ40から出力された受光信号(a,b,c,d)をそれぞれ同じ増幅率で増幅して受光信号(a’,b’,c’,d’)を生成し、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。本実施形態においては、非点収差法によるフォーカスサーボ制御を用いる。フォーカスエラー信号生成回路79は、増幅された受光信号(a’,b’,c’,d’)を用いて、演算によりフォーカスエラー信号を生成する。すなわち、フォーカスエラー信号生成回路79は、(a’+c’)−(b’+d’)の演算を行い、この演算結果をフォーカスエラー信号としてフォーカスサーボ回路81へ出力する。フォーカスエラー信号(a’+c’)−(b’+d’)は、レーザ光の焦点位置のイメージングプレート15の表面からのずれ量を表している。   The amplifying circuit 78 amplifies the light reception signals (a, b, c, d) output from the photodetector 40 with the same amplification factor to generate light reception signals (a ′, b ′, c ′, d ′), Output to the focus error signal generation circuit 79 and the SUM signal generation circuit 80. In this embodiment, focus servo control based on the astigmatism method is used. The focus error signal generation circuit 79 generates a focus error signal by calculation using the amplified light reception signals (a ′, b ′, c ′, d ′). That is, the focus error signal generation circuit 79 calculates (a ′ + c ′) − (b ′ + d ′) and outputs the calculation result to the focus servo circuit 81 as a focus error signal. The focus error signal (a ′ + c ′) − (b ′ + d ′) represents the amount of deviation of the focal position of the laser beam from the surface of the imaging plate 15.

フォーカスサーボ回路81は、コントローラ91により制御され、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、この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る。この場合、フォーカスエラー信号(a’+c’)−(b’+d’)の値が常に一定値(例えば、ゼロ)となるようにフォーカスサーボ信号を生成することにより、イメージングプレート15の表面にレーザ光を集光させ続けることができる。   The focus servo circuit 81 is controlled by the controller 91, generates a focus servo signal based on the focus error signal, and outputs the focus servo signal to the drive circuit 82. The drive circuit 82 drives the focus actuator 37 according to the focus servo signal to displace the objective lens 36 in the optical axis direction of the laser light. In this case, the focus servo signal is generated so that the value of the focus error signal (a ′ + c ′) − (b ′ + d ′) is always a constant value (for example, zero), so that the laser is applied to the surface of the imaging plate 15. The light can be continuously collected.

SUM信号生成回路80は、受光信号(a’,b’,c’,d’)を合算してSUM信号(a’+b’+c’+d’)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にて反射した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、イメージングプレート15に入射した回折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によって制御され、SUM信号生成回路80からSUM信号を入力し、入力したSUM信号の瞬時値をディジタルデータに変換してコントローラ91に出力する。   The SUM signal generation circuit 80 adds the received light signals (a ′, b ′, c ′, d ′) to generate a SUM signal (a ′ + b ′ + c ′ + d ′) and outputs it to the A / D conversion circuit 83. To do. The intensity of the SUM signal is equivalent to the intensity of a small amount of laser light reflected by the imaging plate 15 and reflected by the dichroic mirror 34 and the intensity of light generated by the stimulated emission. Since the intensity of the reflected laser light is substantially constant, the intensity of the SUM signal corresponds to the intensity of light generated by the stimulated emission. That is, the intensity of the SUM signal corresponds to the intensity of the diffracted X-ray incident on the imaging plate 15. The A / D conversion circuit 83 is controlled by the controller 91, receives the SUM signal from the SUM signal generation circuit 80, converts the instantaneous value of the input SUM signal into digital data, and outputs the digital data to the controller 91.

また、レーザ検出装置30は、集光レンズ41及びフォトディテクタ42を備えている。集光レンズ41は、レーザ光源31から出射されたレーザ光の一部であって、ダイクロイックミラー34を透過せずに反射したレーザ光をフォトディテクタ42の受光面に集光する。フォトディテクタ42は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ42は、レーザ光源31が出射したレーザ光の強度に相当する受光信号をレーザ駆動回路77へ出力する。   Further, the laser detection device 30 includes a condenser lens 41 and a photodetector 42. The condenser lens 41 is a part of the laser light emitted from the laser light source 31, and condenses the laser light reflected without passing through the dichroic mirror 34 on the light receiving surface of the photodetector 42. The photodetector 42 is a light receiving element that outputs a light receiving signal corresponding to the intensity of light collected on the light receiving surface. Therefore, the photodetector 42 outputs a light reception signal corresponding to the intensity of the laser light emitted from the laser light source 31 to the laser driving circuit 77.

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によって制御され、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。   Further, an LED light source 43 is provided adjacent to the objective lens 36. The LED light source 43 is controlled by the LED drive circuit 84 to emit visible light and erase the diffraction ring imaged on the imaging plate 15. The LED drive circuit 84 is controlled by the controller 91 and supplies a drive signal for generating visible light having a predetermined intensity to the LED light source 43.

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、テーブル駆動機構20の上壁26に平行な面内を回転する。テーブル駆動機構20の上壁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4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)に静止するように、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)に静止するように、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。   The X-ray diffraction measurement apparatus has an LED light source 44. As shown in FIGS. 2 to 4, the LED light source 44 is fixed to the lower surface of one end portion of the plate 45 disposed between the X-ray emitter 10 and the upper wall 26 of the table driving mechanism 20. The plate 45 is fixed to the output shaft 46a of the motor 46 fixed in the housing 50 at the other end upper surface, and is in a plane parallel to the upper wall 26 of the table driving mechanism 20 by the rotation of the motor 46. Rotate. Stopper members 47 a and 47 b are provided on the upper wall 26 of the table driving mechanism 20. When the plate 45 is rotated in the direction D <b> 1 in FIG. 4, the LED light source 44 is connected to the X-ray emitter 10. The rotation of the plate 45 is restricted so that it stops at a position (position A) opposite to the exit hole 11 and the through hole 26 a of the upper wall 26 of the table drive mechanism 20. On the other hand, when the plate 45 is rotated in the direction D2 in FIG. 4, the stopper member 47b is formed between the emission port 11 of the X-ray emitter 10 and the through hole 26a of the upper wall 26 of the table driving mechanism 20. The rotation of the plate 45 is restricted so that it stops at a position (B position) that is not blocked. In other words, the A position is a position where the plate 45 is in the state shown in FIGS. 2 and 3, and the LED light emitted from the LED light source 44 enters the passage of the passage member 28 provided in the through hole 27 a 1 of the spindle motor 27. This is the incident position. The B position is a position where X-rays emitted from the X-ray emitter 10 are not blocked by the plate 45.

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り、プレート45がA位置にあるとき、その一部は、貫通孔26a,21a、通路部材28の通路及び貫通孔27bを介して、スピンドルモータ27の出力軸27aの貫通孔27a1に入射し、貫通孔16a,17a,18a及び切欠き部壁50cの円形孔50c1から出射される。このLED光の場合も、通路部材28の内径及び貫通孔18aの内径は小さいので、通路部材28を介して貫通孔27b,27a1,16a,17a内に入射したX線はやや拡散しているが、貫通孔18aから出射されるLED光は貫通孔27a1の軸線に平行な平行光となり、円形孔50c1から出射される。したがって、LED光源44、通路部材28、貫通孔18aなどが、可視光である平行光を測定対象物OBに出射する本発明の可視光出射器を構成する。   The LED light source 44 emits LED light according to a drive signal from an LED drive circuit 85 that is controlled by the controller 91. LED light is diffused visible light, and when the plate 45 is in the A position, a part of the plate 45 passes through the through holes 26a and 21a, the passage of the passage member 28 and the through hole 27b, and the output shaft 27a of the spindle motor 27. Is incident on the through hole 27a1 and emitted from the through holes 16a, 17a, 18a and the circular hole 50c1 of the notch wall 50c. Also in the case of this LED light, since the inner diameter of the passage member 28 and the inner diameter of the through hole 18a are small, the X-rays that have entered the through holes 27b, 27a1, 16a, and 17a through the passage member 28 are slightly diffused. The LED light emitted from the through hole 18a becomes parallel light parallel to the axis of the through hole 27a1, and is emitted from the circular hole 50c1. Therefore, the LED light source 44, the passage member 28, the through hole 18a, and the like constitute the visible light emitter of the present invention that emits parallel light, which is visible light, to the measurement object OB.

モータ46はエンコーダ22a,27aと同様なエンコーダ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示が入力されると、モータ46に駆動信号を出力して、モータ46を指示方向に回転させる。そして、エンコーダ46bからの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。   The motor 46 includes an encoder 46b similar to the encoders 22a and 27a. The encoder 46b generates a pulse train signal that alternately switches between a high level and a low level each time the motor 46 rotates by a predetermined minute rotation angle. 86. When a rotation direction and a rotation start instruction are input from the controller 91, the rotation control circuit 86 outputs a drive signal to the motor 46 to rotate the motor 46 in the specified direction. When the input of the pulse train signal from the encoder 46b is stopped, the output of the drive signal is stopped. Thereby, the plate 45 can be rotated to the A position and the B position, respectively.

筐体50の切欠き部壁50cには結像レンズ48が設けられているとともに、筐体50内部には撮像器49が設けられている。撮像器49は、多数の撮像素子をマトリクス状に配置したCCD受光器又はCMOS受光器で構成され、各撮像素子で受光した光の強度に応じた大きさの受光信号(撮像信号)を撮像素子ごとにセンサ信号取出回路87にそれぞれ出力する。これらの結像レンズ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光の出射点を中心とした領域の画像を撮像する。すなわち、結像レンズ48及び撮像器49は、測定対象物OBを撮像するディジタルカメラとして機能する。このイメージングプレート15に対して設定された位置とは、前記測定対象物OBにおけるX線及びLED光の出射点(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。なお、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、前記出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の各撮像素子からの受光信号(撮像信号)の強度データを、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。したがって、図5に示すように、コントローラ91には、測定対象物OBにおけるLED光の照射点P1を含む、照射点P1近傍の画像を表す画像データが出力され後述する表示装置93に画像が表示されることになる。   An imaging lens 48 is provided on the cutout wall 50 c of the housing 50, and an imager 49 is provided inside the housing 50. The image pickup device 49 is composed of a CCD light receiver or a CMOS light receiver in which a large number of image pickup devices are arranged in a matrix, and receives a light reception signal (image pickup signal) having a magnitude corresponding to the intensity of light received by each image pickup device. For each output to the sensor signal extraction circuit 87. The imaging lens 48 and the image pickup device 49 pick up an image of a region centered on the emission point of the LED light on the measurement object OB located at a position set with respect to the imaging plate 15. That is, the imaging lens 48 and the imager 49 function as a digital camera that images the measurement object OB. The position set with respect to the imaging plate 15 means that a vertical distance L from the X-ray and LED light emission point (irradiation point) to the imaging plate 15 on the measurement object OB is a predetermined distance. Is the position. In this case, the depth of field by the imaging lens 48 and the imaging device 49 is set in a range before and after the emission point. The sensor signal extraction circuit 87 outputs the intensity data of the light reception signal (imaging signal) from each imaging device of the imaging device 49 to the controller 91 together with the data indicating the position (that is, the pixel position) of each imaging device. Therefore, as shown in FIG. 5, the controller 91 outputs image data representing an image in the vicinity of the irradiation point P1 including the LED light irradiation point P1 on the measurement object OB, and displays an image on the display device 93 described later. Will be.

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の回転角度0°のラインを含む平面に含まれるように調整されている。そして、この平面は、対象物セット装置60の傾斜角0のときのステージ61の表面に垂直になっている。また、結像レンズ48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光の出射点(照射点)である。さらに、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光の出射点を通る、対象物セット装置60の傾斜角0のときのステージ61の表面の法線に対して、結像レンズ48の光軸がなす角度は、X線出射器10から出射されるX線及びLED光源44から出射されるLED光の光軸が前記法線に対してなす角度(X線及びLED光の入射角度)に等しい。   Further, the optical axis of the imaging lens 48 is adjusted so as to be included in a plane including the optical axis of the X-ray emitted from the X-ray emitter 10 and a line having a rotation angle of 0 ° of the imaging plate 15. This plane is perpendicular to the surface of the stage 61 when the object setting device 60 has an inclination angle of 0. Further, the point where the optical axis of the imaging lens 48 and the optical axes of the X-rays and LED light irradiated to the measurement object OB intersect with each other in the X of the measurement object OB at a position set with respect to the imaging plate 15. It is the emission point (irradiation point) of the line and LED light. Further, an imaging lens is used with respect to the normal of the surface of the stage 61 when the inclination angle of the object setting device 60 passes through the X-ray and LED light emission points of the measurement object OB at the set position. The angle formed by the optical axis 48 is the angle formed by the X-ray emitted from the X-ray emitter 10 and the optical axis of the LED light emitted from the LED light source 44 with respect to the normal line (incidence of the X-ray and LED light). Angle).

したがって、測定対象物OB上の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、該照射点の表面が傾斜角0のステージ61の上面と平行である状態で、LED光源44からのLED光を測定対象物OBに照射した場合には、照射点P1を含む測定対象物OBの画像が撮像器49で撮像されることに加えて、測定対象物OBにて反射したLED光の受光点P2も撮像器49で照射点P1と同じ位置に撮像されることになる。すなわち、測定対象物OBに照射されるLED光は平行光であり、測定対象物OBにおけるLED光の照射点において、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。そして、図5に示すように、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P1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P2の画像となる。このとき、X線及びLED光の照射点が設定された位置にあり、該照射点の表面が傾斜角0のステージ61の上面と平行であれば、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P1と受光点P2は同じ位置になる。なお、撮像器49は測定対象物OBを撮像するもので、撮像器49は結像レンズ48の焦点位置よりも若干量だけ後方に位置するので、厳密には、撮像器49によって受光される反射光は集光した後にやや拡散したものである。   Therefore, the irradiation point of X-rays and LED light on the measurement object OB is at a position set with respect to the imaging plate 15, and the surface of the irradiation point is parallel to the upper surface of the stage 61 with an inclination angle of 0. When the measurement object OB is irradiated with the LED light from the LED light source 44, an image of the measurement object OB including the irradiation point P1 is captured by the imaging device 49, and the measurement object OB The light receiving point P2 of the reflected LED light is also imaged at the same position as the irradiation point P1 by the imager 49. That is, the LED light applied to the measurement object OB is parallel light, and the LED light generates scattered light and reflected light that is reflected substantially as parallel light at the irradiation point of the LED light on the measurement object OB. As shown in FIG. 5, the light incident on the imaging lens 48 among the scattered light forms an image at the position of the image pickup device 49 to become an image of the irradiation point P1, and the reflected light incident on the imaging lens 48 is condensed. The light is condensed by the image lens 48 and received by the image pickup device 49, and an image of the light receiving point P2 is obtained. At this time, if the irradiation point of the X-ray and the LED light is at the set position and the surface of the irradiation point is parallel to the upper surface of the stage 61 having the inclination angle 0, the light of the scattered light incident on the imaging lens 48 Since both the axis and the optical axis of the reflected light coincide with the optical axis of the imaging lens 48, the irradiation point P1 and the light receiving point P2 are at the same position. Note that the imaging device 49 images the measurement object OB, and the imaging device 49 is located slightly behind the focal position of the imaging lens 48. Strictly speaking, the reflection received by the imaging device 49 is reflected. The light is slightly diffused after being collected.

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は図5に示すように、表示画面上に撮像器49によって撮像された画像に加えて、X線及びLED光の照射点が設定された位置にあり、該照射点の表面が傾斜角0のステージ61の上面と平行であるときに、照射点P1と受光点P2が表示される位置に十字マークを表示する。この十字マークは撮像画像とは独立して表示される。よって、照射点P1と受光点P2が十字マークと一致するように、対象物セット装置60のステージ61(測定対象物OB)の位置と姿勢を調整すれば、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が所定距離になり、X線の測定対象物OBに対する入射角度が所定角度(X線の光軸と傾斜角0のステージ61の上面の法線とが成す角度)になる。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。また、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。   The computer device 90 includes a controller 91, an input device 92, and a display device 93. The controller 91 is an electronic control unit mainly including a microcomputer including a CPU, ROM, RAM, a large capacity storage device, and the like, and executes various programs stored in the large capacity storage device to perform an X-ray diffraction measurement device. Control the operation of The input device 92 is connected to the controller 91 and is used by an operator to input various parameters, work instructions, and the like. As shown in FIG. 5, the display device 93 is in a position where irradiation points of X-rays and LED light are set on the display screen in addition to the image captured by the imager 49, and the surface of the irradiation point is inclined. When it is parallel to the upper surface of the stage 61 at the corner 0, a cross mark is displayed at a position where the irradiation point P1 and the light receiving point P2 are displayed. This cross mark is displayed independently of the captured image. Therefore, if the position and orientation of the stage 61 (measurement object OB) of the object setting device 60 are adjusted so that the irradiation point P1 and the light receiving point P2 coincide with the cross mark, the imaging plate 15 starts from the X-ray irradiation point. Is a predetermined distance, and the incident angle of the X-ray with respect to the measurement object OB is a predetermined angle (an angle formed by the optical axis of the X-ray and the normal line of the upper surface of the stage 61 having an inclination angle of 0). Further, the display device 93 visually notifies the operator of various setting situations, operating situations, measurement results, and the like. The high voltage power supply 95 supplies the X-ray emitter 10 with a high voltage and current for X-ray emission.

なお、測定対象物OBがギヤのように複雑な形状をしている場合は、回折X線が遮られない方向からX線を照射しなければならない場合があり、この場合はX線の測定対象物OBに対する入射角度を所定角度にすることが困難である。このような場合は、照射点P1のみが十字マークと一致するように位置と姿勢を調整すればよい。X線の入射角度を所定角度にしなくても測定対象物OBの表面硬さを求めることは可能であり、形成された回折環からX線の入射角度を算出して残留応力を求めることも可能である。これについては後述する。   When the measurement object OB has a complicated shape such as a gear, it may be necessary to irradiate the X-ray from a direction in which the diffracted X-ray is not obstructed. It is difficult to make the incident angle with respect to the object OB a predetermined angle. In such a case, the position and orientation may be adjusted so that only the irradiation point P1 coincides with the cross mark. It is possible to determine the surface hardness of the measurement object OB without setting the X-ray incident angle to a predetermined angle, and it is also possible to determine the residual stress by calculating the X-ray incident angle from the formed diffraction ring. It is. This will be described later.

このように構成した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の表面硬さと残留応力を測定するときは、図6に示す工程を行う。作業者はまずステージ調整工程S1でX線回折測定装置からLED光を照射して対象物セット装置60のステージ61(測定対象物OB)の位置と姿勢を調整する。次に、回折環撮像工程S2で、X線を照射してイメージングプレート15に回折環を形成する。次に、回折環読取り工程S3で、テーブル16を回転させながらレーザ検出装置30からレーザ光を照射して回折X線の強度分布を測定する。次に、回折環消去工程S4でイメージングプレート15に形成された回折環を消去する。そして、計算工程S5で、回折環の半径方向の強度分布における半価幅を複数の箇所で算出して平均し、半価幅の平均値を予め得られている半価幅と表面硬さとの関係曲線に当てはめ、表面硬さを算出する。また、回折X線の強度分布から回折環の形状を検出して残留応力を計算する。   When measuring the surface hardness and residual stress of the measurement object OB using the X-ray diffraction measurement system including the X-ray diffraction measurement apparatus configured as described above, the process shown in FIG. 6 is performed. The operator first irradiates LED light from the X-ray diffraction measurement device in the stage adjustment step S1 to adjust the position and posture of the stage 61 (measurement object OB) of the object setting device 60. Next, in the diffraction ring imaging step S2, X-rays are irradiated to form a diffraction ring on the imaging plate 15. Next, in the diffraction ring reading step S3, the intensity distribution of the diffracted X-rays is measured by irradiating the laser beam from the laser detector 30 while rotating the table 16. Next, the diffraction ring formed on the imaging plate 15 in the diffraction ring elimination step S4 is erased. In the calculation step S5, the half-value width in the radial intensity distribution of the diffraction ring is calculated and averaged at a plurality of locations, and the average value of the half-value widths is obtained with the half-value width and the surface hardness obtained in advance. Fit the relationship curve to calculate the surface hardness. Further, the residual stress is calculated by detecting the shape of the diffraction ring from the intensity distribution of the diffracted X-rays.

以下、工程S1〜S5について説明する。なお工程S1〜S4については、特開2014−98677号公報に詳細に説明されているので、簡潔に説明するにとどめる。ステージ調整工程S1において、作業者はステージ61に測定対象物OBを残留応力の測定方向とY軸方向とが合うように置き、入力装置92からステージ調整の開始を入力する。これにより、コントローラ91は各回路に指令を出力し、イメージングプレート15が回折環撮像位置(図1及び図2の状態)になり、プレート45がA位置になり、LED光源44が点灯してLED光が出射して測定対象物OBに照射される。さらに、撮像器49から撮像信号が入力して表示装置93に撮像画像が表示される。図5に示すように、撮像画像にはLED光の照射点P1と反射光の受光点P2が表示されるので、作業者は撮像画像を見ながらステージ61をX軸、Y軸、Z軸方向に移動させ、照射点P1が測定箇所と十字マークに合致するように調整する。そして、ステージ61をX軸周り、Y軸周りに回転(傾斜)させ、受光点P2が十字マークに合致するように調整し、これにより照射点P1が測定箇所と十字マークからややずれるので、X軸、Y軸、Z軸方向の微量移動とX軸、Y軸周りの微小回転とを繰り返して照射点P1と受光点P2が十字マークに合致するようにする。   Hereinafter, steps S1 to S5 will be described. Steps S1 to S4 are described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-98677, so only a brief description will be given. In the stage adjustment step S1, the operator places the measurement object OB on the stage 61 so that the measurement direction of the residual stress matches the Y-axis direction, and inputs the start of stage adjustment from the input device 92. As a result, the controller 91 outputs a command to each circuit, the imaging plate 15 is in the diffraction ring imaging position (the state of FIGS. 1 and 2), the plate 45 is in the A position, the LED light source 44 is lit and the LED is turned on. Light is emitted and applied to the measurement object OB. Further, an image pickup signal is input from the image pickup device 49 and a picked-up image is displayed on the display device 93. As shown in FIG. 5, since the LED light irradiation point P1 and the reflected light receiving point P2 are displayed in the captured image, the operator moves the stage 61 in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions while viewing the captured image. The irradiation point P1 is adjusted so that it coincides with the measurement location and the cross mark. Then, the stage 61 is rotated (tilted) around the X axis and the Y axis, and the light receiving point P2 is adjusted so as to coincide with the cross mark. As a result, the irradiation point P1 slightly deviates from the measurement position and the cross mark. By repeating a small amount of movement in the directions of the axis, Y axis, and Z axis and a minute rotation around the X axis and Y axis, the irradiation point P1 and the light receiving point P2 are made to coincide with the cross mark.

これにより、測定対象物OBに照射されるX線は測定箇所になり、Y軸方向が残留応力の測定方向になり、X線の照射点からイメージングプレート15までの距離Lが所定距離になり、測定対象物OBに対するX線の入射角度が所定角度になる。なお、上述したように、測定対象物OBが複雑な形状をしていてX線の入射角度を所定角度にすることが困難な場合は、照射点P1のみが十字マークと合致するように調整を行えばよい。   Thereby, the X-ray irradiated to the measurement object OB becomes a measurement location, the Y-axis direction becomes the measurement direction of the residual stress, the distance L from the X-ray irradiation point to the imaging plate 15 becomes a predetermined distance, The incident angle of the X-ray with respect to the measurement object OB becomes a predetermined angle. As described above, when the measurement object OB has a complicated shape and it is difficult to set the incident angle of the X-ray to a predetermined angle, adjustment is performed so that only the irradiation point P1 matches the cross mark. Just do it.

次に作業者は、入力装置92からステージ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光の発光が停止し、撮像器49からの信号入力を停止し、プレート45をB位置まで回転させる。これで、ステージ調整工程S1は終了する。   Next, the operator inputs the end of stage adjustment from the input device 92. Thereby, the controller 91 outputs a command to each circuit, stops the light emission of the LED light, stops the signal input from the image pickup device 49, and rotates the plate 45 to the B position. This completes the stage adjustment step S1.

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(本実施例では、鉄)、及びX線入射角度ψが所定角度であるか否かを入力する。また、後述するが、X線入射角度ψを0°(垂直入射)にして測定を行うときは、垂直入射であることを入力する。そして、表面硬さ及び残留応力の測定開始を入力する。これにより、コントローラ91は、各回路に指令を出力し、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が入力する角度である回転角度0°に設定した後、X線出射器10からX線を出射させ、所定時間の経過後に出射を停止させる。これにより、イメージングプレート15には所定時間で所定強度のX線により発生した回折X線により回折環が撮像される。   In the next diffraction ring imaging step S2, the operator inputs from the input device 92 the material of the measurement object OB (in this example, iron) and whether or not the X-ray incident angle ψ is a predetermined angle. As will be described later, when measurement is performed with the X-ray incident angle ψ set to 0 ° (normal incidence), the fact that the incidence is normal is input. Then, the start of measurement of surface hardness and residual stress is input. As a result, the controller 91 outputs a command to each circuit, rotates the imaging plate 15 at a low speed, sets the rotation angle to 0 °, which is an angle at which the index signal is input from the encoder 27c, and then outputs the X-ray from the X-ray emitter 10. The line is emitted and the emission is stopped after a predetermined time. Thereby, the diffraction ring is imaged on the imaging plate 15 by diffracted X-rays generated by X-rays having a predetermined intensity in a predetermined time.

回折環撮像工程S2の後、コントローラ91は自動で回折環読取り工程S3を実行する。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を回折環読取り開始位置へ移動させた後、テーブル16を所定の一定回転速度で回転させ、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に照射させる。そして、レーザ光の焦点がイメージングプレート15の表面に合わせるフォーカスサーボ制御を開始させ、イメージングプレート15の図1及び図2の右下方向への移動を開始させる。この状態で、回転角度検出回路75、位置検出回路72及びA/D変換器83の作動を開始させ、イメージングプレート15の回転角度θpが所定の小さな角度だけ回転するごとに、回転角度θp、レーザ光照射位置の径方向距離r(半径値r)、及びA/D変換器83からの信号の瞬時値I(回折X線の強度)を入力して記憶することを開始する。これにより、螺旋状に回転するレーザ光の照射位置ごとに、回転角度θp、半径値r及び瞬時値Iのデータが記憶されていく。   After the diffraction ring imaging step S2, the controller 91 automatically executes the diffraction ring reading step S3. The controller 91 outputs a command to each circuit, moves the imaging plate 15 to the diffraction ring reading start position, then rotates the table 16 at a predetermined constant rotational speed, and transmits laser light from the laser detection device 30 to the imaging plate 15. To irradiate. Then, focus servo control for focusing the laser beam on the surface of the imaging plate 15 is started, and movement of the imaging plate 15 in the lower right direction in FIGS. 1 and 2 is started. In this state, the operation of the rotation angle detection circuit 75, the position detection circuit 72, and the A / D converter 83 is started, and every time the rotation angle θp of the imaging plate 15 rotates by a predetermined small angle, the rotation angle θp and the laser Inputting and storing the radial distance r (radius value r) of the light irradiation position and the instantaneous value I (the intensity of the diffracted X-ray) of the signal from the A / D converter 83 is started. Thereby, the data of the rotation angle θp, the radius value r, and the instantaneous value I are stored for each irradiation position of the laser beam rotating in a spiral shape.

コントローラ91は、記憶動作と並行して、設定されている複数の回転角度ごとに半径値rに対する瞬時値Iの変化曲線を作成し、すべての回転角度において該変化曲線が左右対称で得られた時点で、瞬時値I、回転角度θp及び半径値rの記憶動作を終了する。その後、コントローラ91は、各回路に指令を出力し、フォーカスサーボ制御の停止、レーザ光照射の停止、イメージングプレート15の移動の停止、及び回転角度検出回路75とA/D変換器83の作動の停止を行う。これにより、回折環読取り工程S3が終了する。この時点で、回折環における回折X線の強度分布が回転角度θp、半径値r及び瞬時値Iのデータとして得られている。   In parallel with the storage operation, the controller 91 creates a change curve of the instantaneous value I with respect to the radius value r for each of a plurality of set rotation angles, and the change curves are obtained symmetrically at all rotation angles. At the time, the storage operation of the instantaneous value I, the rotation angle θp, and the radius value r is finished. Thereafter, the controller 91 outputs a command to each circuit to stop the focus servo control, stop the laser light irradiation, stop the movement of the imaging plate 15, and operate the rotation angle detection circuit 75 and the A / D converter 83. Stop. Thereby, the diffraction ring reading step S3 is completed. At this time, the intensity distribution of the diffracted X-rays in the diffraction ring is obtained as data of the rotation angle θp, the radius value r, and the instantaneous value I.

回折環読取り工程S3の後、コントローラ91は自動で回折環消去工程S4を実行する。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を回折環消去開始位置へ移動させた後、LED光源43からLED光を発光させてイメージングプレート15へ照射させ、イメージングプレート15を図1及び図2の右下方向に一定速度で移動させる。なお、イメージングプレート15の回転と位置検出回路72の作動は、回折環読取り工程S3から継続して行われている。これにより、LED光源43による可視光が、イメージングプレート15上に螺旋状に照射され、前記回折X線によって形成された回折環が消去されていく。コントローラ91は、回折環消去終了位置になると、各回路に指令を出力し、イメージングプレート15の移動停止、LED光源43の発光停止、イメージングプレート15の回転停止、及び位置検出回路72の作動停止を行う。これにより、回折環消去工程S4が終了する。   After the diffraction ring reading step S3, the controller 91 automatically executes a diffraction ring elimination step S4. The controller 91 outputs a command to each circuit, moves the imaging plate 15 to the diffraction ring erasing start position, emits LED light from the LED light source 43, and irradiates the imaging plate 15 with the imaging plate 15 in FIG. And it is moved at a constant speed in the lower right direction of FIG. The rotation of the imaging plate 15 and the operation of the position detection circuit 72 are continued from the diffraction ring reading step S3. As a result, visible light from the LED light source 43 is spirally irradiated onto the imaging plate 15, and the diffraction ring formed by the diffracted X-rays is erased. When the diffraction ring erasure end position is reached, the controller 91 outputs a command to each circuit to stop the movement of the imaging plate 15, stop the light emission of the LED light source 43, stop the rotation of the imaging plate 15, and stop the operation of the position detection circuit 72. Do. Thereby, the diffraction ring erasing step S4 ends.

このような回折環消去工程S4の後、コントローラ91は、自動的に又は作業者による入力装置92からの指令により、計算工程S5を行う。なお、この計算工程S5は回折環消去工程S4と並行して行ってもよい。計算工程S5においてコントローラ91は、インストールされている演算プログラムを実行させ、回転角度θp、半径値r及び瞬時値Iのデータと予め記憶されている半価幅と表面硬さとの関係曲線を用いて測定対象物OBの表面硬さを計算する。及び、回転角度θp、半径値r及び瞬時値Iのデータと予め記憶されているX線照射点からイメージングプレート15までの距離L、X線の入射角度ψ及び格子面間隔等のパラメータを用いて残留応力を計算する。   After such a diffraction ring elimination step S4, the controller 91 performs the calculation step S5 automatically or in response to a command from the input device 92 by the operator. This calculation step S5 may be performed in parallel with the diffraction ring elimination step S4. In the calculation step S5, the controller 91 executes the installed calculation program, and uses the rotation angle θp, the radius value r, and the instantaneous value I data, and the pre-stored relationship curve between the half width and the surface hardness. The surface hardness of the measurement object OB is calculated. Using the rotation angle θp, the radius value r, and the instantaneous value I data and the previously stored parameters such as the distance L from the X-ray irradiation point to the imaging plate 15, the X-ray incident angle ψ, and the lattice plane spacing. Calculate the residual stress.

まず表面硬さの計算方法から説明する。コントローラ91は、以下に示す(1)〜(7)の順に計算を行い、表面硬さを計算する
(1)回折環の半径方向における回折X線の強度分布曲線作成
コントローラ91は、回転角度θpごとに瞬時値Iと半径値rのデータを用いて、図7に示すように半径値rに対する瞬時値Iの変化曲線(以下、r−I変化曲線という)を作成する。これが、回折環の半径方向における回折X線の強度分布曲線である。データ処理上は、回転角度θpごとに半径値rの数値順に半径値rと瞬時値Iのデータ群をまとめる処理である。なお、記憶されている半価幅と表面硬さとの関係曲線において半価幅が角度の単位になっているときは、半径値rはtan−1(半径値r/距離L)の計算により角度の単位にする。
First, the surface hardness calculation method will be described. The controller 91 calculates in the order of (1) to (7) shown below, and calculates the surface hardness. (1) Creation of an intensity distribution curve of diffracted X-rays in the radial direction of the diffraction ring. A change curve of the instantaneous value I with respect to the radius value r (hereinafter referred to as r-I change curve) is created as shown in FIG. This is an intensity distribution curve of diffracted X-rays in the radial direction of the diffraction ring. In the data processing, the data group of the radius value r and the instantaneous value I is collected in the numerical order of the radius value r for each rotation angle θp. When the half-value width is a unit of angle in the stored relationship between the half-value width and the surface hardness, the radius value r is calculated by calculating tan −1 (radius value r / distance L). In units.

(2)正常な強度分布曲線の抽出
関係曲線は左右対称で尖った形状であるのが理想であるが、測定対象物OBの結晶粒が大きい、測定対象物OBが複雑な形状をしているため回折X線の一部が遮断される等の理由で、r−I変化曲線の形状が悪い箇所があるので、次に、形状が悪いr−I変化曲線を除外する処理を行う。具体的には、r−I変化曲線の歪度と尖度を計算し、予め記憶されている許容値より歪度が大きい場合と、予め記憶されている許容値より尖度が小さい場合を除外する処理を行う。歪度と尖度は、r−I変化曲線のピーク値を平均値として統計学で使用されている通常の歪度と尖度の計算式を用いて計算すればよい。歪度は変化曲線の左右対称性を評価する値であり、尖度は変化曲線の尖りの程度を評価する値である。これにより、正常な形状のr−I変化曲線が抽出される。なお、このとき抽出されるr−I変化曲線の数が予め設定されている許容値より少ないときは、後述する半価幅の平均化処理を精度よく行うことができないので、表示装置93に表面硬さの測定不可とX線を測定対象物OBに垂直に(入射角度0°で)入射させて測定を行う指示を表示し、表面硬さの計算は終了する。その理由は後述する。また、X線を測定対象物OBに垂直に入射させる方法についても後述する。
(2) Extraction of normal intensity distribution curve Ideally, the relationship curve should be symmetrical and pointed, but the measurement object OB has large crystal grains and the measurement object OB has a complicated shape. For this reason, there is a portion where the shape of the rI change curve is bad because, for example, a part of the diffracted X-ray is cut off. Next, processing for removing the rI change curve having a bad shape is performed. Specifically, the skewness and kurtosis of the r-I change curve are calculated, and the case where the skewness is larger than the pre-stored allowable value and the case where the kurtosis is smaller than the pre-stored allowable value are excluded. Perform the process. The skewness and kurtosis may be calculated using the normal skewness and kurtosis calculation formulas used in statistics with the peak value of the rI change curve as the average value. The skewness is a value for evaluating the left-right symmetry of the change curve, and the kurtosis is a value for evaluating the degree of sharpness of the change curve. As a result, an r-I change curve having a normal shape is extracted. If the number of r-I change curves extracted at this time is less than a preset allowable value, the half-value width averaging process described later cannot be performed with high accuracy, so that the display device 93 has a surface. When the hardness cannot be measured, an instruction to perform measurement by causing X-rays to enter the measurement object OB perpendicularly (at an incident angle of 0 °) is displayed, and the calculation of the surface hardness is completed. The reason will be described later. Further, a method for causing X-rays to enter the measurement object OB perpendicularly will be described later.

(3)半価幅計算
次に抽出されたr−I変化曲線すべてにおいて、r−I変化曲線のピーク値とグランドレベル値の差を2で除算し、その値にグランドレベル値を加算したレベルで変化曲線をスライスしたときの、変化曲線の幅を半値幅Wとして求める。これは、図7にWで示される幅である。
(3) Half width calculation Next, in all the extracted r-I change curves, the level obtained by dividing the difference between the peak value of the r-I change curve and the ground level value by 2, and adding the ground level value to that value The width of the change curve when the change curve is sliced is obtained as the half-value width W. This is the width indicated by W in FIG.

(4)円周方向位置(回転角度)に対する半価幅の変化曲線作成
得られた複数の半価幅Wを平均して、半価幅と表面硬さとの関係曲線に当てはめれば測定対象物OBの表面硬さを求めることができる。しかし、本実施形態のようにX線を測定対象物OBに対し所定の入射角度で入射させて回折環を作成した場合は、r−I変化曲線で除外したものがない限り、すなわち、すべての回転角度θpで半価幅Wが得られていない限り、通常の平均の計算では精度のよい平均値を求めることはできない。その理由は、円周方向位置(回転角度)θpに対する半価幅Wの変化曲線は、常に回転角度0°をピーク点とする正弦曲線になり、r−I変化曲線で除外したものがある場合は、この変化曲線の一部が欠けているということであるので、通常の平均の計算では、平均値が変化曲線の中心線の値(本来の平均値)からずれてしまうためである。よって、円周方向位置(回転角度)θpに対する半価幅Wの変化曲線(以下、θp−W変化曲線という)を作成し、このθp−W変化曲線から半価幅Wの平均値を計算する。θp−W変化曲線の作成は、データ処理上は、回転角度θpと半価幅Wのデータ群を用いてスムージング処理を行い、処理を行った半価幅W’のデータを得る処理である。
(4) Creating a change curve of the half width with respect to the circumferential position (rotation angle) If the average of the obtained half width W is applied to the relationship curve between the half width and the surface hardness, the measurement object The surface hardness of OB can be obtained. However, when a diffraction ring is created by causing X-rays to enter the measurement object OB at a predetermined incident angle as in the present embodiment, unless there is anything excluded by the r-I change curve, that is, all Unless the full width at half maximum W is obtained at the rotation angle θp, it is not possible to obtain an accurate average value by normal average calculation. The reason is that the change curve of the half-value width W with respect to the circumferential position (rotation angle) θp is always a sine curve having a rotation angle of 0 ° as a peak point and excluded by the r-I change curve. This is because a part of the change curve is missing, and therefore, in the normal average calculation, the average value deviates from the value of the center line (original average value) of the change curve. Therefore, a change curve of the half width W with respect to the circumferential position (rotation angle) θp (hereinafter referred to as θp-W change curve) is created, and an average value of the half width W is calculated from the θp-W change curve. . The creation of the θp-W change curve is a process for obtaining data of the half width W ′ obtained by performing the smoothing process using the data group of the rotation angle θp and the half width W in terms of data processing.

なお、(2)の処理で抽出されるr−I変化曲線の数が許容値より少ないとき計算処理を終了したのは、θp−W変化曲線において欠けている部分が多すぎると精度よく平均値を求めることができないためである。このときは、表示装置93に表示されるようにX線を測定対象物OBに入射角度0°で入射させ、測定を行う。X線を測定対象物OBに入射角度0°で入射させるとθp−W変化曲線は、直線になるので、(3)までの処理を行った後、データ値を加算してデータ数で除算する通常の平均の計算で半価幅Wを平均することができる。   When the number of r-I change curves extracted in the process (2) is less than the allowable value, the calculation process is terminated because the average value is accurately obtained when there are too many missing portions in the θp-W change curve. It is because it cannot ask. At this time, X-rays are incident on the measurement object OB at an incident angle of 0 ° so as to be displayed on the display device 93, and measurement is performed. When X-rays are incident on the measurement object OB at an incident angle of 0 °, the θp-W change curve becomes a straight line. Therefore, after performing the processing up to (3), the data value is added and divided by the number of data. The half width W can be averaged by a normal average calculation.

本願発明者は、多数の測定対象物OBを複数回測定することにより、測定対象物OBに対するX線の入射角度を0°にすると、θp−W変化曲線は直線になり、入射角度を0°から大きくしていくと、θp−W変化曲線は回転角度0°をピーク点とする正弦曲線で、その振幅値が大きくなっていくことを見出した。これを、示したものが図8である。また、X線の入射角度を変化させると振幅値は変化するが、平均値すなわちθp−W変化曲線の中心線の値は変化しないことも見出した。そして、これらのことは理論的に説明できることも見出した。よって、X線の入射角度を0°にしても、また設定値以外の値にしても、半価幅Wの平均値は変化せず、半価幅Wから計算される表面硬さも変化しない。よって、上述したようにθp−W変化曲線において欠けている部分が多い場合は、X線の入射角度を0°にして測定をやり直すことができ、また、測定対象物OBが複雑な形状をしている場合は、X線の入射角度を所定角度にせずに測定を行うこともできる。θp−W変化曲線の上記特徴が理論的に説明できることは重要であるので後で詳細に説明する。   When the inventor of the present application measures a large number of measurement objects OB a plurality of times and sets the incident angle of X-rays to the measurement object OB to 0 °, the θp-W change curve becomes a straight line, and the incident angle is set to 0 °. From this, it was found that the θp-W change curve is a sine curve having a rotation angle of 0 ° as a peak point, and its amplitude value increases. This is shown in FIG. It was also found that when the incident angle of X-rays is changed, the amplitude value changes, but the average value, that is, the value of the center line of the θp-W change curve does not change. They also found that these could be explained theoretically. Therefore, even if the incident angle of X-rays is 0 ° or a value other than the set value, the average value of the half width W does not change, and the surface hardness calculated from the half width W does not change. Therefore, as described above, when there are many missing portions in the θp-W change curve, the X-ray incident angle can be set to 0 ° and the measurement can be performed again, and the measurement object OB has a complicated shape. In this case, measurement can be performed without setting the incident angle of X-rays to a predetermined angle. Since it is important that the above characteristic of the θp-W change curve can be theoretically explained, it will be described in detail later.

(5)半価幅の変化曲線の異常箇所除外
作成されたθp−W’変化曲線は正常であれば正弦曲線になるが、(2)の処理後でも正常でないr−I変化曲線が残存している等の理由で、正弦曲線からずれている箇所がある可能性がある。よって、θp−W’変化曲線から異常箇所を除外する処理を行う。この処理は、まず、θp−W’変化曲線のピーク値とボトム値の箇所を検出し、回転角度θpが180°異なっていることを確認したうえで、全ての半価幅W’のデータからピーク値とボトム値の中間値を減算し、ピーク値と中間値との差(中間値とボトム値の差)で除算した半価幅W”を作成する。これは、規格化した曲線(ボトム値を−1、ピーク値を1にした曲線)を作成する処理である。このとき、ピーク値とボトム値のいずれか1つが(2)の処理の結果得られていなていないときは、ピーク値またはボトム値から90度の位置にある点2つの半価幅W’のデータを平均した値を中間値にし、同様の処理を行う。また、ピーク値とボトム値の双方が得られていない場合は、(2)の処理で抽出されるr−I変化曲線の数が許容値より少ないときと同様、表示装置93に表面硬さの測定不可とX線を測定対象物OBに入射角度0°で入射させて測定を行う指示を表示し、表面硬さの計算は終了する。
(5) Exclusion of abnormal part of half-width change curve The created θp-W 'change curve is a sine curve if it is normal, but an abnormal r-I change curve remains even after the processing of (2). There is a possibility that there is a part deviating from the sine curve due to the reason. Therefore, a process of excluding abnormal portions from the θp-W ′ change curve is performed. In this process, first, the peak value and bottom value portions of the θp-W ′ change curve are detected, and after confirming that the rotation angle θp is different by 180 °, from the data of all the half widths W ′. Subtract the median value between the peak value and the bottom value, and create the half width W "divided by the difference between the peak value and the median value (difference between the median value and the bottom value). This is a standardized curve (bottom A curve with a value of -1 and a peak value of 1.) At this time, if any one of the peak value and the bottom value is not obtained as a result of the processing of (2), the peak The value obtained by averaging the data of the two half-value widths W ′ at the position 90 degrees from the value or the bottom value is set to the intermediate value, and the same processing is performed, and neither the peak value nor the bottom value is obtained. In this case, the number of r-I change curves extracted in the process (2) is smaller than the allowable value. Similar to time, the non-measurable and X-ray of the surface hardness is incident at an incident angle of 0 ° to the measurement object OB on the display device 93 displays an indication to perform measurement, calculation of surface hardness is terminated.

半価幅W”を作成した後、θp−W”変化曲線とsin(θp+90°+α)の曲線を比較し、sin(θp+90°+α)からのずれが大きい箇所を除外する処理を行う。データ処理上は、sin(θp+90°+α)のαを微少量ずつ変化させ、それぞれの半価幅W”とsin(θp+90°+α)の値との差の2乗を加算してデータ数で除算した値が最小となるときのαをαdとして求める。次に半価幅W”とsin(θp+90°+αd)の値との差の絶対値が許容値より大きい半価幅W”に対応する半価幅W’をθp−W’変化曲線から除外する。これによりθp−W’変化曲線から異常箇所が除外される。   After the half-value width W ″ is created, the θp−W ″ change curve is compared with the sin (θp + 90 ° + α) curve, and a process of excluding a portion having a large deviation from sin (θp + 90 ° + α) is performed. In data processing, α of sin (θp + 90 ° + α) is changed little by little, and the square of the difference between each half-value width W ″ and the value of sin (θp + 90 ° + α) is added and divided by the number of data Α is obtained as αd when the obtained value is minimum. Next, the half value width corresponding to the half value width W ″ whose absolute value of the difference between the half value width W ″ and the value of sin (θp + 90 ° + αd) is larger than the allowable value. The price range W ′ is excluded from the θp−W ′ change curve, whereby the abnormal portion is excluded from the θp−W ′ change curve.

ここでαの最小値αdを求める理由を説明する。θp−W”変化曲線は、出射されるX線の光軸とX線照射点部分の表面の法線とを含む平面がイメージングプレート15と交差するラインXIが回転角度0°のラインになっていれば、sin(θp+90°)の曲線になる。しかし、ステージ調整工程S1において、測定対象物OBが複雑な形状をしているため、照射点P1のみを十字マークと合致するよう調整を行い、受光点P2の調整を行わなかった場合は、前記ラインXIは回転角度0°のラインからずれる可能性がある。この場合は、θp−W”変化曲線のピーク点、ボトム点は回転角度θpが0°の点からずれた点になる。よって、sin(θp+90°+α)とし、αの最小値αdを求める処理を行う。そして、αdは、前記ラインXIと回転角度0°のラインとのずれの角度である。   Here, the reason for obtaining the minimum value αd of α will be described. In the θp-W "change curve, a line XI where the plane including the optical axis of the emitted X-ray and the normal of the surface of the X-ray irradiation point intersects the imaging plate 15 is a line with a rotation angle of 0 °. However, since the measurement object OB has a complicated shape in the stage adjustment step S1, only the irradiation point P1 is adjusted so as to match the cross mark, and the curve becomes sin (θp + 90 °). If the light receiving point P2 is not adjusted, the line XI may deviate from the line having the rotation angle of 0 °. In this case, the peak point and the bottom point of the θp-W ″ change curve have the rotation angle θp. The point is shifted from the 0 ° point. Accordingly, sin (θp + 90 ° + α) is set, and processing for obtaining the minimum value αd of α is performed. Αd is an angle of deviation between the line XI and a line having a rotation angle of 0 °.

(6)半価幅の平均値算出
次に、θp−W’変化曲線から半価幅Wの平均値を計算する。この処理は、(2)の処理と(5)の処理で除外したr−I変化曲線の数と半価幅W’の数の総計により計算方法が異なる。まず、1つも除外されなかった場合は、全ての半価幅Wを加算してデータ数で除算する通常の平均の計算を行う。これは、θp−W’変化曲線を積分して横軸の大きさ360°で除算する計算である。次に除外数が許容値以下であった場合は、θp−W’変化曲線の欠けているデータW’を両側のデータにより補間演算で作成し、全ての半価幅W’を加算してデータ数で除算する計算を行う。これは、θp−W’変化曲線の欠けている箇所を作成したうえで積分して横軸の大きさ360°で除算する計算である。次に除外数が許容値より多かった場合は、θp−W’変化曲線に最も一致する〔A・sin(θp+90°+αd)+B〕の曲線のAとBを求める計算を行う。この計算は以下のように行う。θp−W’変化曲線にピーク点とボトム点がある場合は、まず、(ピーク値−ボトム値)/2 をAにし、(ピーク値+ボトム値)/2 をBにする。次にAを微小量変化させるごとにBを所定範囲で変化させ、それぞれの半価幅W’と〔A・sin(θp+90°+αd)+B〕の値と差の2乗を加算してデータ数で除算した値が最小となるときのA、Bを求める。θp−W’変化曲線にピーク点、ボトム点のいずれか一方しかない場合は、ピーク値又はボトム値から90°の回転角度θpの箇所の半価幅W’2つを平均した値Cを計算し、(ピーク値−C)または(C−ボトム値)をAにし、CをBにする。次に同様に、Aを微小量変化させるごとにBを所定範囲で変化させ、それぞれの半価幅W’と〔A・sin(θp+90°+αd)+B〕の値と差の2乗を加算してデータ数で除算した値が最小となるときのA、Bを求める。計算の結果得られたBが半価幅Wの平均値である。これは、〔A・sin(θp+90°+αd)+B〕の曲線を積分して横軸の大きさ360°で除算するとBになるためである。なお、Aは半価幅Wの平均値には関係しない値であるが、上述したようにX線の入射角度を大きくしていくとθp−W変化曲線の振幅値は大きくなっていくので、後述するように、測定対象物OBに対するX線の入射角度を計算する際に使用することができる。
(6) Average value calculation of half-value width Next, the average value of the half-value width W is calculated from the θp−W ′ change curve. The calculation method of this process differs depending on the total number of rI change curves and the number of half-value widths W ′ excluded in the process (2) and the process (5). First, when none is excluded, a normal average calculation is performed in which all the half-value widths W are added and divided by the number of data. This is a calculation in which the θp−W ′ change curve is integrated and divided by the horizontal axis size of 360 °. Next, if the number of exclusions is less than the allowable value, the data W ′ lacking the θp−W ′ change curve is created by interpolation using the data on both sides, and the data is obtained by adding all the half-value widths W ′. Calculate by dividing by a number. This is a calculation in which a portion lacking the θp−W ′ change curve is created and integrated and divided by the size of 360 ° on the horizontal axis. Next, when the number of exclusions is larger than the allowable value, calculation is performed to obtain A and B of the curve [A · sin (θp + 90 ° + αd) + B] that most closely matches the θp−W ′ change curve. This calculation is performed as follows. When the θp−W ′ change curve has a peak point and a bottom point, first, (peak value−bottom value) / 2 is set to A, and (peak value + bottom value) / 2 is set to B. Next, every time A is changed by a minute amount, B is changed in a predetermined range, and the half value width W ′, the value of [A · sin (θp + 90 ° + αd) + B], and the square of the difference are added to obtain the number of data. A and B when the value divided by is minimized. If the θp-W ′ change curve has only one of a peak point and a bottom point, a value C is calculated by averaging two half-value widths W ′ at a position where the rotation angle θp is 90 ° from the peak value or the bottom value. (Peak value-C) or (C-bottom value) is set to A, and C is set to B. Similarly, each time A is changed by a small amount, B is changed within a predetermined range, and the half-value width W ′, the value of [A · sin (θp + 90 ° + αd) + B], and the square of the difference are added. Then, A and B when the value divided by the number of data is minimum are obtained. B obtained as a result of the calculation is an average value of the half width W. This is because B is obtained by integrating the curve of [A · sin (θp + 90 ° + αd) + B] and dividing it by 360 ° of the horizontal axis. Note that A is a value not related to the average value of the half width W, but as described above, the amplitude value of the θp-W change curve increases as the X-ray incident angle increases. As will be described later, it can be used when calculating the incident angle of the X-ray with respect to the measurement object OB.

(7)測定対象物OBの表面硬さ計算
次に半価幅Wの平均値を、予め記憶されている半価幅と表面硬さとの関係曲線に当てはめて測定対象物OBの表面硬さを計算する。半価幅と表面硬さとの関係曲線は図9に示すものであるが、この関係曲線は、表面硬さを変化させた試料を用意し、上述したX線回折測定システムを用いて上述した測定方法と演算方法で半価幅Wの平均値を求め、公知技術である破壊検査の手法により試料の表面硬さを測定すれば、得ることができる。半価幅と表面硬さに相関関係があることは、先行技術文献にも書かれているが、本願発明のように回折環を撮像し半価幅の平均値を求めれば、相関係数の高い半価幅と表面硬さの相関関係を得ることができる。
(7) Calculation of surface hardness of measurement object OB Next, the average value of the half-value width W is applied to a relationship curve between the half-value width and the surface hardness stored in advance to determine the surface hardness of the measurement object OB. calculate. The relationship curve between the half width and the surface hardness is as shown in FIG. 9, and this relationship curve is prepared by preparing a sample with the surface hardness changed and measuring the above-mentioned using the above-described X-ray diffraction measurement system. The average value of the half width W can be obtained by the method and the calculation method, and the surface hardness of the sample can be measured by a destructive inspection method which is a known technique. The fact that there is a correlation between the half-value width and the surface hardness is also described in the prior art documents, but if the diffraction ring is imaged and the average value of the half-value width is obtained as in the present invention, the correlation coefficient A correlation between a high half width and surface hardness can be obtained.

次に、コントローラ91は、測定対象物OBの残留応力を計算する。この計算は、測定対象物OBの表面硬さ計算の(2)で算出したr−I変化曲線のピーク点における半径値rpを計算した後、回転角度θpと半径値rpで表される回折環の形状と、X線照射点からイメージングプレート15までの距離L、X線の入射角度ψ及び格子面間隔等のパラメータ等を用いて行う計算である。この計算方法は公知技術であり、特開2005−241308号公報の〔0026〕〜〔0044〕及び特開2011−27550号公報の〔0007〕〜〔0017〕等で詳細に説明されているので本願では省略する。また、r−I変化曲線が正常でないためピーク点における半径値rpが得られない箇所があり、回折環全体の形状が得られない場合は、別の方法により残留応力を計算する必要があるが、この方法は特許第5408234号公報で詳細に説明されているので本願では省略する。   Next, the controller 91 calculates the residual stress of the measurement object OB. In this calculation, after calculating the radius value rp at the peak point of the r-I change curve calculated in (2) of the surface hardness calculation of the measurement object OB, the diffraction ring represented by the rotation angle θp and the radius value rp. And a parameter L such as a distance L from the X-ray irradiation point to the imaging plate 15, an X-ray incident angle ψ, and a lattice plane spacing. This calculation method is a well-known technique and is described in detail in [0026] to [0044] of Japanese Patent Laid-Open No. 2005-241308 and [0007] to [0017] of Japanese Patent Laid-Open No. 2011-27550. I will omit it. In addition, since there is a portion where the radius value rp at the peak point cannot be obtained because the r-I change curve is not normal, and the shape of the entire diffraction ring cannot be obtained, it is necessary to calculate the residual stress by another method. Since this method is described in detail in Japanese Patent No. 5408234, it is omitted here.

なお、上述したステージ調整工程S1において、測定対象物OBが複雑な形状をしているため、照射点P1のみを十字マークと合致するよう調整を行い、受光点P2の調整を行わなかった場合は、残留応力の計算の前に行う演算処理がある。これは、X線の入射角度ψは設定値になっておらず、出射されるX線の光軸とX線照射点部分の表面の法線とを含む平面がイメージングプレート15と交差するラインXIが回転角度0°のラインと一致していないために行う演算処理であり、具体的には、X線の入射角度ψを求める処理と回転角度θpのデータを補正する処理である。これについて、以下に説明する。   In the above-described stage adjustment step S1, since the measurement object OB has a complicated shape, the adjustment is made so that only the irradiation point P1 matches the cross mark, and the light receiving point P2 is not adjusted. There is an arithmetic processing performed before the calculation of the residual stress. This is because the X-ray incident angle ψ is not a set value, and the plane XI intersects the imaging plate 15 with a plane including the optical axis of the emitted X-ray and the normal of the surface of the X-ray irradiation point portion. Is a calculation process performed because it does not coincide with a line with a rotation angle of 0 °, and specifically, a process for obtaining an X-ray incident angle ψ and a process for correcting the data of the rotation angle θp. This will be described below.

上述したようにX線の入射角度ψが大きくなるほど、正弦曲線であるθp−W変化曲線の振幅値は大きくなる。よって、予めθp−W変化曲線をスムージング処理したθp−W’変化曲線の振幅値とX線の入射角度ψとの関係曲線を求め、記憶しておけば、測定対象物OBの表面硬さ計算の(6)で算出した〔A・sin(θp+90°+αd)+B〕の曲線のAの値をこの関係曲線に当てはめることで、X線の入射角度ψを求めることができる。測定対象物OBの表面硬さ計算の(6)で除外した数が許容値以下である場合は、この段階で上述した方法により〔A・sin(θp+90°+αd)+B〕の曲線のAの値を算出する。θp−W’変化曲線の振幅値とX線の入射角度ψとの関係曲線は、表面がステージ61と平行である測定対象物OBを用意し、上述したX線回折測定システムを用いて上述した測定方法と演算方法で〔A・sin(θp+90°+αd)+B〕の曲線のAの値を求め、以後、対象物セット装置60の操作子65aを回動操作することでX線の入射角度ψを変化させるごとに、同様の方法で〔A・sin(θp+90°+αd)+B〕の曲線のAの値を求めればよい。初回のX線の入射角度ψは設定値になり、2回目以降のX線の入射角度ψは、回動操作後に操作子65aが示す回転角度から初回の操作子65aが示す回転角度を減算した角度を、入射角度ψの設定値に加算した角度になる。   As described above, as the incident angle ψ of X-rays increases, the amplitude value of the θp-W change curve that is a sine curve increases. Therefore, if a relationship curve between the amplitude value of the θp-W ′ change curve obtained by smoothing the θp-W change curve and the X-ray incident angle ψ is obtained and stored in advance, the surface hardness of the measurement object OB is calculated. By applying the value A of the curve [A · sin (θp + 90 ° + αd) + B] calculated in (6) to the relationship curve, the X-ray incident angle ψ can be obtained. When the number excluded in (6) of the surface hardness calculation of the measurement object OB is less than the allowable value, the value of A in the curve of [A · sin (θp + 90 ° + αd) + B] by the method described above at this stage. Is calculated. The relationship curve between the amplitude value of the θp-W ′ change curve and the incident angle ψ of the X-ray has been described above using the above-described X-ray diffraction measurement system by preparing a measurement object OB whose surface is parallel to the stage 61. The value of A of the curve of [A · sin (θp + 90 ° + αd) + B] is obtained by the measurement method and the calculation method, and thereafter the X-ray incident angle ψ by rotating the operation element 65a of the object setting device 60 The value A of the curve of [A · sin (θp + 90 ° + αd) + B] may be obtained by the same method each time. The first X-ray incident angle ψ is a set value, and the second and subsequent X-ray incident angles ψ are obtained by subtracting the rotation angle indicated by the first operation element 65a from the rotation angle indicated by the operation element 65a after the rotation operation. The angle is obtained by adding the angle to the set value of the incident angle ψ.

回転角度θpのデータの補正は、出射されるX線の光軸とX線照射点部分の表面の法線とを含む平面がイメージングプレート15と交差するラインXIを回転角度0°にする補正である。具体的には、それぞれの回転角度θpから、測定対象物OBの表面硬さ計算の(6)で算出したラインXIと回転角度0°のラインとのずれの角度であるαdを減算する補正である。   The correction of the rotation angle θp data is a correction in which the line XI where the plane including the optical axis of the emitted X-ray and the normal of the surface of the X-ray irradiation point intersects the imaging plate 15 is set to 0 °. is there. Specifically, the correction is performed by subtracting αd, which is the deviation angle between the line XI calculated in (6) of the surface hardness calculation of the measurement object OB and the line having the rotation angle of 0 °, from each rotation angle θp. is there.

コントローラ91は、測定対象物OBの表面硬さと残留応力の計算が終了すると、表示装置93に表面硬さと残留応力の計算結果を表示する。なお、これ以外に、回折環の強度分布画像(瞬時値Iを明度にして瞬時値I、回転角度θp及び半径値rのデータ群から得られる画像)及びX線入射角度ψ、X線照射点からイメージングプレート15までの距離L等の測定条件を表示するようにしてもよい。作業者は結果を見ることで、表面硬さの値から測定対象物OBの表面硬さの評価をし、残留応力の値から測定対象物OBの疲労度等を評価する。   When the calculation of the surface hardness and residual stress of the measurement object OB is completed, the controller 91 displays the calculation result of the surface hardness and residual stress on the display device 93. In addition to this, the intensity distribution image of the diffraction ring (image obtained from the data group of the instantaneous value I, the rotation angle θp and the radius value r with the instantaneous value I as the brightness), the X-ray incident angle ψ, and the X-ray irradiation point Measurement conditions such as the distance L from the imaging plate 15 to the imaging plate 15 may be displayed. By looking at the result, the operator evaluates the surface hardness of the measurement object OB from the surface hardness value, and evaluates the fatigue level of the measurement object OB from the residual stress value.

ここで、表示装置93に表面硬さの測定不可とX線を測定対象物OBに垂直に(入射角度0°で)入射させて測定を行う指示が表示された場合、X線を測定対象物OBに垂直に入射させる方法について説明する。ステージ調整工程S1において、照射点P1と受光点P2とを十字マークに合致するよう調整を行った場合は、X線を測定対象物OBに対する入射角度は設定値である。よって、この場合は、対象物セット装置60の操作子65aを回動操作し、回動操作後に操作子65aが示す回転角度から回動操作前の操作子65aが示す回転角度を減算した角度が、入射角度の設定値にマイナスを付けた値になるようにステージ61の傾斜状態を調整すればよい。また、測定対象物OBが複雑な形状をしているため、照射点P1のみを十字マークと合致するよう調整を行い、受光点P2の調整を行わなかった場合は、切欠き部壁50cに設けた円形孔50c1の箇所に切欠き部壁50cと平行に黒色のフィルムを設ける。そして、黒色のフィルム上に形成される2つのLED光の照射点である、LED光源44からの出射光の照射点と、測定対象物OBからの反射光の照射点が、一致するよう、対象物セット装置60の操作子65aと操作子66aを回動操作すればよい。   Here, when the display device 93 displays that the surface hardness cannot be measured and an instruction to perform measurement by causing X-rays to enter the measurement object OB perpendicularly (at an incident angle of 0 °), the X-rays are measured. A method of making the light incident on the OB perpendicularly will be described. In the stage adjustment step S1, when the irradiation point P1 and the light receiving point P2 are adjusted so as to coincide with the cross mark, the incident angle of the X-ray with respect to the measurement object OB is a set value. Therefore, in this case, the operation element 65a of the object setting device 60 is rotated, and an angle obtained by subtracting the rotation angle indicated by the operation element 65a before the rotation operation from the rotation angle indicated by the operation element 65a after the rotation operation is obtained. The tilt state of the stage 61 may be adjusted so that the set value of the incident angle is a minus value. Further, since the measurement object OB has a complicated shape, only the irradiation point P1 is adjusted so as to coincide with the cross mark, and when the light receiving point P2 is not adjusted, the measurement object OB is provided on the notch wall 50c. A black film is provided in parallel with the cutout wall 50c at the circular hole 50c1. Then, the irradiation point of the emitted light from the LED light source 44, which is the irradiation point of the two LED lights formed on the black film, and the irradiation point of the reflected light from the measurement object OB are matched. The operation element 65a and the operation element 66a of the object setting device 60 may be rotated.

次に、上述したように回折環の円周方向に対する半価幅Wの変化曲線であるθp−W変化曲線が、以下の特徴を有することを、理論的に説明する。
・回転角度0°(X線の光軸と測定箇所の平面の法線を含む平面がイメージングプレートと交差するラインの箇所)をピーク点とする正弦曲線である。
・X線の入射角度が大きくなるほど振幅値は大きくなり、X線の入射角度が0°であるときは振幅値は0、すなわち直線になる。
・X線の入射角度を変化させると振幅値は大きくなるが、平均値(θp−W変化曲線の中心線の値)は変化しない。
Next, it will be theoretically explained that the θp-W change curve, which is the change curve of the half width W with respect to the circumferential direction of the diffraction ring as described above, has the following characteristics.
A sinusoidal curve having a peak point at a rotation angle of 0 ° (a portion of a line where a plane including the normal of the optical axis of the X-ray and the plane of measurement intersects the imaging plate).
As the X-ray incident angle increases, the amplitude value increases. When the X-ray incident angle is 0 °, the amplitude value is 0, that is, a straight line.
When the incident angle of X-rays is changed, the amplitude value increases, but the average value (the value of the center line of the θp-W change curve) does not change.

測定対象物OBに入射するX線はある程度の断面径を有し、X線照射点はある程度の面積を有する。よって、以後この説明ではX線照射点をX線照射円と呼ぶ。図10は、測定対象物OBにおけるX線の回折を入射X線の断面径を誇張して示したものであるが、X線照射円内の各点から回折X線が発生するとした場合、回転角度θpにおける半価幅は、入射X線の光軸とイメージングプレート15の回転角度θpのラインとを含む平面が、X線照射円内の外周と交差する2点から発生する回折X線が、イメージングプレート15に入射したときの幅(以下、撮像幅という)に比例すると見なすことができる。図10(a)に示されるように、回転角度0°の位置において撮像幅は広くなるが、回転角度180°の位置において撮像幅は狭くなる。そして、図10(a)〜(c)に示されるように、X線の入射角度が小さくなるほど、回転角度0°と回転角度180°における回折X線の撮像幅の差は小さくなる。これにより、回転角度0°がピーク点となること、およびX線の入射角度が大きくなるほどθp−W変化曲線の振幅値は大きくなり、入射角度が0°であるときは振幅値は0になる(直線になる)ことが説明できる。ただし、この説明のみではθp−W変化曲線が正弦曲線になること、及びX線の入射角度により平均値(中心線の値)は変化しないことは、説明できないので、さらに数式を使った説明を行う。   The X-ray incident on the measurement object OB has a certain cross-sectional diameter, and the X-ray irradiation point has a certain area. Therefore, hereinafter, in this description, the X-ray irradiation point is referred to as an X-ray irradiation circle. FIG. 10 shows X-ray diffraction in the measurement object OB with the cross-sectional diameter of the incident X-ray exaggerated. When diffraction X-rays are generated from each point in the X-ray irradiation circle, The half width at the angle θp is the diffracted X-ray generated from two points where the plane including the optical axis of the incident X-ray and the line of the rotation angle θp of the imaging plate 15 intersects the outer periphery in the X-ray irradiation circle. It can be considered that it is proportional to the width when incident on the imaging plate 15 (hereinafter referred to as imaging width). As shown in FIG. 10A, the imaging width is widened at a rotation angle of 0 °, but the imaging width is narrowed at a rotation angle of 180 °. As shown in FIGS. 10A to 10C, the difference in the imaging width of the diffracted X-rays at the rotation angle of 0 ° and the rotation angle of 180 ° decreases as the X-ray incident angle decreases. Thereby, the amplitude value of the θp-W change curve increases as the rotation angle of 0 ° becomes the peak point and the incident angle of the X-ray increases, and the amplitude value becomes 0 when the incident angle is 0 °. Explain that it becomes a straight line. However, this explanation alone cannot explain that the θp-W change curve becomes a sine curve and that the average value (center line value) does not change depending on the incident angle of X-rays. Do.

測定対象物OBにある入射角度で入射したX線の照射円を拡大して示すと図11のようになるが、上述したように、また、図13に示すように、回転角度θpにおける半価幅Wは、入射X線の光軸とイメージングプレート15の回転角度θpのラインとを含む平面が、X線の照射円の外周と交差する2点から発生する回折X線が、イメージングプレート15に入射したときの撮像幅Wiに比例すると見なすことができる。ここでの回折X線は、X線の光軸と成す角度が所定角度である回折X線のみとする。すなわち、回折X線は頂点を回折X線の発生点としたときの円錐の側面に沿った直線であるとする。円錐の側面に沿った直線と円錐の底面とが成す角度はどの箇所でも一定であるように、回転角度θpによらず回折X線がイメージングプレート15に対する入射角度は一定である。従って、図13に示すように、撮像幅Wiは、X線照射円の外周の2点から発生する回折X線の幅Wdに定数を乗算したものである。また、X線照射円の外周の2点から発生する回折X線の幅Wdは、X線照射円の中心から発生する回折X線と、X線の照射円の外周点から発生する回折X線の幅Wrを2倍した値である。従って、半価幅Wは回折X線の幅Wrに比例すると見なすことができ、θp−W変化曲線は、回転角度θpに対する回折X線の幅Wrの変化曲線に曲線形状が等しいと見なすことができる。   FIG. 11 is an enlarged view of the X-ray irradiation circle incident at the incident angle on the measurement object OB. As described above and as shown in FIG. 13, the half value at the rotation angle θp is as follows. The width W is such that diffracted X-rays generated from two points where a plane including the optical axis of incident X-rays and the line of the rotation angle θp of the imaging plate 15 intersects the outer circumference of the X-ray irradiation circle are applied to the imaging plate 15. It can be considered that it is proportional to the imaging width Wi at the time of incidence. Here, the diffracted X-rays are only diffracted X-rays having a predetermined angle with the optical axis of the X-rays. That is, it is assumed that the diffracted X-ray is a straight line along the side surface of the cone when the vertex is the generation point of the diffracted X-ray. The incident angle of the diffracted X-ray with respect to the imaging plate 15 is constant regardless of the rotation angle θp so that the angle formed by the straight line along the side surface of the cone and the bottom surface of the cone is constant everywhere. Therefore, as shown in FIG. 13, the imaging width Wi is obtained by multiplying the width Wd of diffracted X-rays generated from two points on the outer periphery of the X-ray irradiation circle by a constant. In addition, the width Wd of the diffracted X-rays generated from two points on the outer periphery of the X-ray irradiation circle includes the diffracted X-rays generated from the center of the X-ray irradiation circle and the diffracted X-rays generated from the outer peripheral point of the X-ray irradiation circle. The width Wr is doubled. Therefore, it can be considered that the half width W is proportional to the width Wr of the diffracted X-ray, and the θp-W change curve can be considered to have the same curve shape as the change curve of the width Wr of the diffracted X-ray with respect to the rotation angle θp. it can.

次に、回転角度θpにおけるX線照射円の中心からX線照射円の外周点までの距離Xcrにおいて成り立つ式を考える。断面が円であるX線がある入射角度で入射した場合、X線照射円は楕円となるので、楕円における中心から外周までの距離の式が成り立つ。すなわち、図11に示すように、楕円における短軸半径をa、長軸半径をbとすると、次の数1の式が成り立つ。
X線照射円の平面で見ると、X線照射円の外周点と回転角度θpのラインとは一致しないが、これはX線照射円の平面とイメージングプレート15の平面は、X線入射角度分の角度がある関係であるためであり、入射X線の光軸とイメージングプレート15の回転角度θpのラインとを含む平面が、X線の照射円の外周と交差する2点は図11で示す点になる。なお、これ以降の説明では計算式を分かりやすくするため、X軸、Y軸の方向は図2と合わせているが、回転角度θpはX軸方向を0°とし、反時計回りに値が増大するとする。すなわち、X軸方向は図11下方向、Y軸方向は図11右方向とし、回転角度θpは図11下方向が0°で反時計回りに値が増大するとする。よって、これ以降の説明における回転角度θpは、上述したX線回折システムによる半価幅Wの説明のときの回転角度θpから90°を減算した値である。
Next, consider an equation that holds in the distance Xcr from the center of the X-ray irradiation circle to the outer peripheral point of the X-ray irradiation circle at the rotation angle θp. When X-rays having a circular cross section are incident at a certain incident angle, the X-ray irradiation circle becomes an ellipse, and the equation of the distance from the center to the outer periphery of the ellipse is established. That is, as shown in FIG. 11, when the short axis radius of the ellipse is a and the long axis radius is b, the following equation 1 is established.
When viewed in the plane of the X-ray irradiation circle, the outer peripheral point of the X-ray irradiation circle does not coincide with the line of the rotation angle θp, but this is because the plane of the X-ray irradiation circle and the plane of the imaging plate 15 are equal to the X-ray incident angle. FIG. 11 shows two points where a plane including the optical axis of the incident X-ray and the line of the rotation angle θp of the imaging plate 15 intersects the outer periphery of the X-ray irradiation circle. Become a point. In the following description, in order to make the calculation formulas easier to understand, the directions of the X axis and the Y axis are the same as those in FIG. 2, but the rotation angle θp is 0 ° in the X axis direction and the value increases counterclockwise. Then. That is, the X-axis direction is the downward direction in FIG. 11, the Y-axis direction is the rightward direction in FIG. 11, and the rotation angle θp is 0 ° in the downward direction in FIG. Therefore, the rotation angle θp in the following description is a value obtained by subtracting 90 ° from the rotation angle θp in the description of the half width W by the X-ray diffraction system described above.

X線の入射角度をψとすると、図12に示すように、楕円の短軸半径aは照射されるX線の断面径Xrに等しく、長軸半径bはXr/cosψになる。よって数1は次の数2に書き換えることができる。
Assuming that the incident angle of X-rays is ψ, as shown in FIG. 12, the minor axis radius a of the ellipse is equal to the cross-sectional diameter Xr of the irradiated X-rays, and the major axis radius b is Xr / cos ψ. Therefore, Equation 1 can be rewritten as the following Equation 2.

次に、回転角度θpにおける回折X線の幅Wrを考える。図13に示すように、入射X線の光軸とイメージングプレート15の回転角度θpのラインとを含む平面において、回折X線がX線照射円の平面となす角度をθk(以下、回折X線が平面となす角度θkという)とすると、回折X線の幅WrはXcr・sinθkとなる。このXcrに、数2の式を代入すると、回折X線の幅Wrは次の数3で表される。
回折X線が平面と成す角度θkは回転角度θpにより異なる。入射X線の光軸と回折X線がなす角度をθrとすると、回折X線が平面と成す角度θkは、回転角度θpが90°のときは、90°−(ψ+θr)になり、回転角度θpが270°のときは90°−(ψ−θr)になる。そして、回転角度θpが90°と270°の間にあるときは、回折X線が平面と成す角度θkは、これら2つの値の中間の値になる。
Next, consider the width Wr of the diffracted X-ray at the rotation angle θp. As shown in FIG. 13, in a plane including the optical axis of the incident X-ray and the line of the rotation angle θp of the imaging plate 15, the angle formed by the diffracted X-ray and the plane of the X-ray irradiation circle is θk (hereinafter, diffracted X-ray). , The width Wr of the diffracted X-ray is Xcr · sin θk. Substituting the equation of Equation 2 into Xcr, the width Wr of the diffracted X-ray is expressed by Equation 3 below.
The angle θk formed by the diffracted X-ray with the plane varies depending on the rotation angle θp. If the angle between the optical axis of the incident X-ray and the diffracted X-ray is θr, the angle θk formed by the diffracted X-ray with the plane is 90 ° − (ψ + θr) when the rotation angle θp is 90 °. When θp is 270 °, it becomes 90 ° − (ψ−θr). When the rotation angle θp is between 90 ° and 270 °, the angle θk formed by the diffracted X-ray with the plane is an intermediate value between these two values.

次に回折X線が平面と成す角度θkを求める式を考える。まず、図14に示すように、照射されるX線が測定対象物の平面に垂直に照射される場合を考え、X線照射円の中心座標を(0,0,0)とし、入射X線の光軸とイメージングプレート15の平面が交差する点の座標を(0,0,L)とする。入射X線の光軸と回折X線がなす角度θrは一定であるので、入射X線の光軸とイメージングプレート15の回転角度θpのラインとを含む平面において、X線照射円の中心から発生した回折X線がイメージングプレート15と交差する点までの距離はL・tanθrである。よって、入射X線の光軸とイメージングプレート15の回転角度θpのラインとを含む平面において、X線照射円の中心から発生した回折X線がイメージングプレート15と交差する点の座標は(L・tanθr・cosθp,L・tanθr・sinθp,L)である。   Next, an equation for obtaining the angle θk formed by the diffracted X-ray and the plane will be considered. First, as shown in FIG. 14, considering the case where the irradiated X-rays are irradiated perpendicularly to the plane of the measurement object, the center coordinates of the X-ray irradiation circle are set to (0, 0, 0), and the incident X-rays And (0, 0, L) are the coordinates of the point where the optical axis of and the plane of the imaging plate 15 intersect. Since the angle θr formed between the optical axis of the incident X-ray and the diffracted X-ray is constant, the angle θr is generated from the center of the X-ray irradiation circle on the plane including the optical axis of the incident X-ray and the line of the rotation angle θp of the imaging plate 15. The distance to the point where the diffracted X-ray intersects the imaging plate 15 is L · tan θr. Therefore, on the plane including the optical axis of the incident X-ray and the line of the rotation angle θp of the imaging plate 15, the coordinates of the point where the diffracted X-ray generated from the center of the X-ray irradiation circle intersects the imaging plate 15 is (L · tan θr · cos θp, L · tan θr · sin θp, L).

次にこの状態から、図15に示すように、入射X線をψの角度だけ傾けた状態(X線入射角度をψにした状態)を考える。これは、X軸を回転軸としX軸方向に向かって左周りに座標群を回転させた状態と考えることができるので、回転前の座標(x,y,z)と回転後の座標(x’,y’,z’)には次の数4の式が成り立つ。
この(x,y,z)に座標(0,0,0)、(0,0,L)及び(L・tanθr・cosθp,L・tanθr・sinθp,L)を代入したとき、対応する(x’,y’,z’)の座標は、(0,0,0)、(0,L・sinψ,L・cosψ)及び(L・tanθr・cosθp,L・tanθr・cosψ・sinθp+L・sinψ,−L・tanθr・sinψ・sinθp+L・cosψ)になる。この座標を座標O、座標Ic、座標Rとする。
Next, from this state, as shown in FIG. 15, a state where the incident X-ray is inclined by an angle of ψ (a state where the X-ray incident angle is set to ψ) is considered. This can be considered as a state in which the coordinate group is rotated counterclockwise in the X-axis direction with the X axis as the rotation axis. Therefore, the coordinates before rotation (x, y, z) and the coordinates after rotation (x The following equation (4) holds for ', y', z ').
When the coordinates (0, 0, 0), (0, 0, L) and (L · tan θr · cos θp, L · tan θr · sin θp, L) are substituted into (x, y, z), the corresponding (x The coordinates of ', y', z ') are (0, 0, 0), (0, L · sinψ, L · cosψ) and (L · tanθr · cosθp, L · tanθr · cosψ · sinθp + L · sinψ, − L · tan θr · sin ψ · sin θp + L · cos ψ). Let these coordinates be coordinates O, coordinates Ic, and coordinates R.

次に、座標Oから座標Icに向かうベクトルVと座標Oから座標Rに向かうベクトルDとを外積したベクトルSを考える。このベクトルSは、入射X線の光軸とイメージングプレート15の回転角度θpのラインとを含む平面の法線ベクトルである。次にこのベクトルSと(0,0,1)の単位ベクトルとを外積したベクトルFを求める。このベクトルFは、入射X線の光軸とイメージングプレート15の回転角度θpのラインとを含む平面がX線照射円の平面(図15のXY平面)と交差するラインに平行なベクトルである。図15に示すように、回転角度θpの箇所の回折X線が平面と成す角度θkは、ベクトルFとベクトルDが成す角度であり、ベクトルFおよびベクトルDの大きさを|F|および|D|とすると、以下のベクトルの内積の式で求めることができる。
ベクトルFとベクトルDの成分を座標O、座標Ic、座標Rの座標値と外積の計算により求め、数5に代入し、式を整理すると、以下の数6の式が成り立つ。
Next, consider a vector S obtained by outer product of a vector V from the coordinate O to the coordinate Ic and a vector D from the coordinate O to the coordinate R. This vector S is a normal vector of a plane including the optical axis of the incident X-ray and the line of the rotation angle θp of the imaging plate 15. Next, a vector F obtained by outer product of the vector S and a unit vector of (0, 0, 1) is obtained. This vector F is a vector parallel to a line in which a plane including the optical axis of the incident X-ray and the line having the rotation angle θp of the imaging plate 15 intersects the plane of the X-ray irradiation circle (XY plane in FIG. 15). As shown in FIG. 15, the angle θk formed by the diffracted X-ray at the position of the rotation angle θp and the plane is an angle formed by the vector F and the vector D, and the magnitudes of the vector F and the vector D are | F | and | D If |, it can be obtained by the following inner product equation of vectors.
When the components of the vector F and the vector D are obtained by calculating the coordinate values of the coordinates O, the coordinates Ic, and the coordinates R and the outer product, substituting them into the equation 5, and rearranging the equations, the following equation 6 is established.

これで回折X線が平面と成す角度θkを求める式ができたので、数6の式を数3のθkに代入して式を整理すると、次の数7ができる。
数7において、変数は回転角度θpと回折X線の幅Wrであり、X線の入射角度ψを設定すれば、後はすべて定数である。よって、回転角度θpに対する回折X線の幅Wrの変化曲線は、振幅値Aが次の数8であり、中心線の値(平均値)Bが次の数9の正弦曲線になる。
As a result, an equation for obtaining the angle θk formed by the diffracted X-rays and the plane is obtained. By substituting Equation 6 into θk in Equation 3, the following Equation 7 can be obtained.
In Equation 7, the variables are the rotation angle θp and the width Wr of the diffracted X-ray. If the incident angle ψ of the X-ray is set, the rest are constants. Therefore, the change curve of the width Wr of the diffracted X-ray with respect to the rotation angle θp is a sinusoidal curve having an amplitude value A of the following formula 8 and a centerline value (average value) B of the following formula 9.

数8において、振幅値Aにおいて変化するのはX線の入射角度ψであり、それ以外は定数である。よって、数8から、X線の入射角度ψが大きくなるほど正弦曲線の振幅値Aは大きくなり、X線の入射角度ψが0°のとき、振幅値Aは0になることがわかる。また、数9においては全てが定数である。よって、数9から、X線の入射角度ψによらず正弦曲線の中心線の値(平均値)Bは変化しないことがわかる。上述したように、θp−W変化曲線は、回転角度θpに対する回折X線の幅Wrの変化曲線に曲線形状が等しいと見なすことができるので、θp−W変化曲線にも同様の特徴があるといえる。これにより、θp−W変化曲線の特徴を理論的に説明することができた。   In Equation 8, the X-ray incident angle ψ changes in the amplitude value A, and the other values are constants. Therefore, it can be seen from Equation 8 that the amplitude value A of the sine curve increases as the incident angle ψ of X-rays increases, and the amplitude value A becomes 0 when the incident angle ψ of X-rays is 0 °. Also, in Equation 9, all are constants. Therefore, it can be seen from Equation 9 that the value (average value) B of the center line of the sine curve does not change regardless of the incident angle ψ of the X-ray. As described above, the θp-W change curve can be regarded as having the same shape as the change curve of the width Xr of the diffraction X-ray with respect to the rotation angle θp. I can say that. Thereby, the feature of the θp-W change curve could be theoretically explained.

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、測定対象物OBに向けてX線を出射し、測定対象物OBにて発生した回折X線を、出射X線の光軸に対して垂直に交差する撮像面を有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に回折環を形成するX線回折システムを用いて測定対象物OBの表面硬さを評価する際、イメージングプレート15に回折環を形成し、形成した回折環における回折X線の強度分布を検出した後、X線回折システムのコントローラ91が実行する演算プログラムにより、回折環の半径方向における回折X線の強度分布を用いて半価幅Wを回折環の複数の箇所で算出して平均し、得られた半価幅Wの平均値と、予め記憶されている半価幅と表面硬さの関係曲線とを用いて測定対象物OBの表面硬さを算出している。   As can be understood from the above description, in the above-described embodiment, X-rays are emitted toward the measurement object OB, and the diffracted X-rays generated at the measurement object OB are compared with the optical axis of the emission X-ray. When the surface hardness of the measurement object OB is evaluated using an X-ray diffraction system that receives light at an imaging plate 15 having a vertically intersecting imaging surface and forms a diffraction ring on the imaging plate 15, diffraction is performed on the imaging plate 15. After forming a ring and detecting the intensity distribution of the diffracted X-rays in the formed diffractive ring, the calculation program executed by the controller 91 of the X-ray diffraction system uses the intensity distribution of the diffracted X-rays in the radial direction of the diffractive ring. The half width W is calculated and averaged at a plurality of locations of the diffraction ring, and measured using the average value of the obtained half width W and a relationship curve between the half width and surface hardness stored in advance. versus And it calculates the surface hardness of the object OB.

これによれば、回折環の半径方向における回折X線の強度分布に正常でない箇所があっても、回折X線の強度分布が正常である箇所を抽出して回折環幅を算出することができるので、精度のよい測定対象物OBの表面硬さを求めることができる。また、複数の箇所で回折環幅を算出して平均しているので回折環幅のばらつきを小さくすることができ、1回のX線回折像形成で精度のよい測定対象物OBの表面硬さを求めることができる。   According to this, even if there is a location where the intensity distribution of diffracted X-rays in the radial direction of the diffractive ring is not normal, a portion where the intensity distribution of diffracted X-ray is normal can be extracted to calculate the width of the diffracted ring. Therefore, the surface hardness of the measurement object OB with high accuracy can be obtained. In addition, since the diffraction ring width is calculated and averaged at a plurality of locations, variations in the diffraction ring width can be reduced, and the surface hardness of the measurement object OB can be accurately obtained by forming an X-ray diffraction image once. Can be requested.

また、上記実施形態においては、コントローラ91が実行する演算プログラムは、検出された回折環における回折X線の強度分布に基づいて、半価幅Wの回折環の円周方向に対する変化曲線であるθp−W変化曲線を算出し、算出されたθp−W変化曲線から半価幅Wの平均値を算出している。   In the above embodiment, the calculation program executed by the controller 91 is θp, which is a change curve with respect to the circumferential direction of the diffraction ring having the half width W based on the detected intensity distribution of the diffracted X-rays in the diffraction ring. A −W change curve is calculated, and an average value of the half width W is calculated from the calculated θp−W change curve.

これによれば、半価幅Wを回折環全周に渡ってあらゆる箇所で算出し平均していることになるので、半価幅Wのばらつきをさらに小さくすることができ、精度のよい測定対象物OBの表面硬さを求めることができる。また、上述したように、測定対象物OBへのX線の入射角度ψによって、θp−W変化曲線の振幅は変化するが、θp−W変化曲線の中心線、すなわち半価幅Wの平均値は変化しないので、X線の入射角度を一定にしなくても精度よく測定対象物OBの表面硬さを求めることができる。   According to this, since the half-value width W is calculated and averaged everywhere over the entire circumference of the diffraction ring, the variation in the half-value width W can be further reduced, and the measurement object is accurate. The surface hardness of the object OB can be obtained. Further, as described above, the amplitude of the θp-W change curve varies depending on the incident angle ψ of the X-ray to the measurement object OB, but the center line of the θp-W change curve, that is, the average value of the half width W. Therefore, the surface hardness of the measurement object OB can be obtained with high accuracy without making the incident angle of X-rays constant.

また、上記実施形態においては、コントローラ91が実行する演算プログラムは、算出されたθp−W変化曲線に正弦曲線が最も一致するときの正弦曲線の中心線値を算出し、算出した中心線値を半価幅Wの平均値にしている。   In the above embodiment, the calculation program executed by the controller 91 calculates the centerline value of the sine curve when the sine curve most closely matches the calculated θp-W change curve, and calculates the calculated centerline value. The average value of the half width W is set.

これによれば、測定対象物OBが複雑な形状をしている等の原因で回折X線が遮られ、回折環の一部が欠けている場合でも、算出されたθp−W変化曲線に最も一致する正弦曲線の中心線値を求めれば、半価幅Wの平均値を精度よく求めることができ、精度よく測定対象物OBの表面硬さを求めることができる。   According to this, even when the diffracted X-ray is interrupted due to the measurement object OB having a complicated shape or the like, and even when a part of the diffraction ring is missing, the calculated θp-W change curve is the most. If the center line value of the coincident sine curve is obtained, the average value of the half width W can be obtained with high accuracy, and the surface hardness of the measurement object OB can be obtained with high accuracy.

また、上記実施形態においては、コントローラ91が実行する演算プログラムは、θp−W変化曲線を算出した後、算出されたθp−W変化曲線を規格化し、規格化したθp−W変化曲線の正弦曲線からのずれを算出し、算出したずれが予め設定された許容値を超えている箇所を、θp−W変化曲線から除外している。   In the above embodiment, the arithmetic program executed by the controller 91 calculates the θp-W change curve, then normalizes the calculated θp-W change curve, and normalizes the sine curve of the normalized θp-W change curve. Deviations from are calculated, and locations where the calculated deviation exceeds a preset allowable value are excluded from the θp-W change curve.

これによれば、θp−W変化曲線に正常でない箇所があっても、その箇所を自動で除外した上で、最も一致する正弦曲線の中心線値から、半価幅Wの平均値を求めることができるので、短時間で半価幅Wの平均値を精度よく求めることができ、精度よく測定対象物OBの表面硬さを求めることができる。   According to this, even if there is an abnormal part in the θp-W change curve, the average value of the half width W is obtained from the center line value of the most coincident sine curve after automatically removing the part. Therefore, the average value of the half width W can be accurately obtained in a short time, and the surface hardness of the measurement object OB can be accurately obtained.

また、上記実施形態においては、コントローラ91が実行する演算プログラムは、検出された回折環における回折X線の強度分布に基づいて、回折環の形状を検出し、検出した回折環の形状からcosα法を用いて測定対象物OBの残留応力を算出している。これによれば、表面硬さ以外に残留応力によっても対象物を評価することができる。   In the above embodiment, the calculation program executed by the controller 91 detects the shape of the diffraction ring based on the detected intensity distribution of the diffracted X-rays in the diffraction ring, and the cos α method is detected from the detected shape of the diffraction ring. Is used to calculate the residual stress of the measurement object OB. According to this, an object can be evaluated not only by surface hardness but also by residual stress.

さらに、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。   Furthermore, in carrying out the present invention, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.

上記実施形態においては、測定対象物OBに対するX線の入射角度ψを所定の角度にし、測定対象物OBの表面硬さに加えて測定対象物OBの残留応力を測定することができるようにした。そして、θp−W変化曲線の正常部分が少ない場合は、測定対象物OBに対するX線の入射角度ψを0°にして測定を行うようにした。しかし、測定対象物OBの表面硬さのみを測定したい場合は、最初から測定対象物OBに対するX線の入射角度ψを0°にして測定を行えばよい。この場合は、θp−W変化曲線は直線になるので、r−I変化曲線が正常な箇所を抽出して、通常の平均の計算で半価幅を求めることができる。また、この場合は、作業者がr−I変化曲線を表示装置93に表示し、適切と判断した箇所を抽出してもよい。さらに、X線回折測定装置を測定対象物OBの表面硬さの測定のみに使用する場合は、X線回折測定装置の筐体50をステージ61に対してX線が垂直に入射する姿勢で支持ロッド52に固定するようにしてもよい。   In the above embodiment, the incident angle ψ of the X-ray with respect to the measurement object OB is set to a predetermined angle so that the residual stress of the measurement object OB can be measured in addition to the surface hardness of the measurement object OB. . When the normal portion of the θp-W change curve is small, the X-ray incident angle ψ with respect to the measurement object OB is set to 0 ° for measurement. However, when it is desired to measure only the surface hardness of the measurement object OB, the X-ray incident angle ψ with respect to the measurement object OB may be set to 0 ° from the beginning. In this case, since the θp-W change curve is a straight line, a half-value width can be obtained by extracting a portion where the r-I change curve is normal and performing a normal average calculation. In this case, the operator may display an r-I change curve on the display device 93 and extract a portion determined to be appropriate. Further, when the X-ray diffraction measurement apparatus is used only for measuring the surface hardness of the measurement object OB, the housing 50 of the X-ray diffraction measurement apparatus is supported in a posture in which X-rays are incident on the stage 61 perpendicularly. You may make it fix to the rod 52. FIG.

また、上記実施形態においては、測定対象物OBに対するX線の入射角度ψを所定の角度にするよう調整し、測定対象物OBの形状が複雑等の理由で調整が困難であるときは、調整を行わず、残留応力の計算において、X線の入射角度ψをθp−W変化曲線の振幅値から求めるようにしたが、残留応力の計算の精度を少々落としてもよければ、測定対象物OBに対するX線の入射角度ψの調整は行わないようにしてもよい。これによれば、測定対象物OBの表面硬さの測定精度を変化させず、調整の要する時間を短縮することができる。   In the above embodiment, the X-ray incident angle ψ with respect to the measurement object OB is adjusted to a predetermined angle, and the adjustment is difficult when the measurement object OB has a complicated shape or the like. In the calculation of the residual stress, the X-ray incident angle ψ is obtained from the amplitude value of the θp-W change curve. However, if the accuracy of the residual stress calculation may be slightly reduced, the measurement object OB The X-ray incident angle ψ may not be adjusted. According to this, the time required for adjustment can be shortened without changing the measurement accuracy of the surface hardness of the measurement object OB.

また、上記実施形態においては、イメージングプレート15に回折環を形成し、回折X線の強度分布を検出した後、コントローラ91の演算プログラムの実行により、測定対象物OBの表面硬さと残留応力を計算するようにした。しかし、測定に時間がかかってもよければ、回折X線の強度分布データを用いての計算は別の装置で行ってもよいし、計算の一部または全部を人為的に行ってもよい。また、X線回折測定装置は回折環の形成のみを行う装置にし、回折環が形成されたイメージングプレート15をテーブル16から取り外して別の装置にセットし、回折X線の強度分布検出、回折環の消去を別の装置で行うようにしてもよい。   In the above embodiment, after the diffraction ring is formed on the imaging plate 15 and the intensity distribution of the diffracted X-ray is detected, the surface hardness and residual stress of the measurement object OB are calculated by executing the calculation program of the controller 91. I tried to do it. However, if the measurement may take time, the calculation using the intensity distribution data of the diffracted X-rays may be performed by another device, or a part or all of the calculation may be performed artificially. Further, the X-ray diffraction measurement device is a device that only forms a diffraction ring, the imaging plate 15 on which the diffraction ring is formed is detached from the table 16 and set in another device to detect the intensity distribution of the diffraction X-ray, and the diffraction ring. The erasure may be performed by another device.

また、上記実施形態においては、回折環の半径方向における強度分布に基づく幅として半価幅を用いたが、回折環の半径方向における強度分布に基づく幅であれば、これ以外の値を用いてもよい。例えば積分幅でもよいし、ピーク値の1/βのレベルでスライスしたときの幅でβを適切な値に定めた幅でもよい。   In the above embodiment, the half-value width is used as the width based on the intensity distribution in the radial direction of the diffraction ring. However, if the width is based on the intensity distribution in the radial direction of the diffraction ring, other values are used. Also good. For example, an integral width may be used, or a width obtained by slicing at a level 1 / β of the peak value and β being set to an appropriate value may be used.

また、上記実施形態では、対象物セット装置60の移動機構、回転機構を用いて、測定対象物OBの位置、姿勢を調整できる構成にしたが、測定対象物OBは固定させ、X線回折測定装置の筐体50をアーム式移動装置等に連結させて、測定対象物OBに対して筐体50の位置、姿勢を調整するようにしてもよい。この場合は、測定対象物OBが重量物であるか、固定されていて運搬が困難な場合に有効である。   Moreover, in the said embodiment, although it was set as the structure which can adjust the position and attitude | position of the measurement target OB using the moving mechanism and rotation mechanism of the target set apparatus 60, the measurement target OB is fixed and X-ray diffraction measurement is carried out. The housing 50 of the apparatus may be connected to an arm type moving device or the like to adjust the position and posture of the housing 50 with respect to the measurement object OB. In this case, it is effective when the measurement object OB is a heavy object or is fixed and difficult to transport.

また、上記実施形態および変形例では、イメージングプレート15に回折環を形成し、レーザ照射装置30からのレーザ照射と光の強度検出により、回折環における回折X線の強度に相当する強度の分布を検出し、LED光の照射により回折環の消去を行ったが、回折環を形成してその強度分布を検出することができるならば、回折環の形成と強度分布の検出はどのような方法を用いてもよい。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強度分布を検出するようにしてもよい。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強度分布を検出するようにしてもよい。   In the embodiment and the modification, a diffraction ring is formed on the imaging plate 15, and the intensity distribution corresponding to the intensity of the diffracted X-rays in the diffraction ring is obtained by laser irradiation from the laser irradiation device 30 and light intensity detection. Detecting and erasing the diffraction ring by irradiating with LED light. If the diffraction ring is formed and its intensity distribution can be detected, what kind of method is used to form the diffraction ring and detect the intensity distribution? It may be used. For example, instead of the imaging plate 15, an X-ray CCD having a plane as wide as the imaging plate 15 is provided, and when X-ray irradiation from the X-ray emitter 10 is performed, an electric signal output from each pixel of the X-ray CCD is used. You may make it detect the intensity distribution in a diffraction ring. Further, instead of the X-ray CCD having the same area as the imaging plate 15, the X-ray CCD having a small size is scanned while detecting the position, and the electric signal output from each pixel of the X-ray CCD and the X-ray CCD. You may make it detect the intensity distribution in a diffraction ring from a scanning position.

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、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、52…支持ロッド、60…対象物セット装置、61…ステージ、63a,65a,66a,67a,68a…操作子、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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... X-ray emitter, 15 ... Imaging plate, 15a, 16a, 17a, 18a, 21a, 26a, 27a1, 27b ... Through-hole, 16 ... Table, 18 ... Fixing tool, 20 ... Table drive mechanism, 21 ... Moving stage , 22 ... feed motor, 23 ... screw rod, 27 ... spindle motor, 28 ... passage member, 30 ... laser detector, 31 ... laser light source, 36 ... objective lens, 44 ... LED light source, 45 ... plate, 46 ... motor, 47a, 47b ... stopper member, 48 ... imaging lens, 49 ... imaging device, 50 ... housing, 50a ... bottom wall, 50c ... notch wall, 50d ... connecting wall, 52 ... support rod, 60 ... target set Device 61 ... Stage 63a, 65a, 66a, 67a, 68a ... Operator 90 ... Computer device 91 ... Controller 92 Input device, 93 ... display, 95 ... high voltage power supply, OB ... measurement object

Claims (5)

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線出射器から前記測定対象物に向けてX線を照射して、前記測定対象物にて発生した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撮像面にて受光し、前記撮像面に前記X線の回折光の像である回折環を形成する回折環形成手段とを備えたX線回折装置を用いた測定対象物の表面硬さ評価方法において、
前記回折環形成手段により回折環を形成する回折環形成ステップと、
前記回折環形成ステップにより形成された回折環におけるX線の回折光の強度に相当する強度の分布を検出する回折環強度分布検出ステップと、
前記回折環強度分布検出ステップにより検出された強度分布に基づいて、前記回折環の半径方向における強度分布に基づく幅である回折環幅を前記回折環の複数の箇所で算出し、前記回折環幅の前記回折環の円周方向に対する変化曲線を算出する回折環幅変化曲線計算ステップと、
前記回折環幅変化曲線計算ステップにより算出された回折環幅の変化曲線から、前記回折環幅の平均値を算出する回折環幅平均ステップと、
前記回折環幅平均ステップにより得られた回折環幅の平均値と、予め取得されている前記回折環幅と表面硬さの関係とを用いて測定対象物の表面硬さを算出する表面硬さ計算ステップとを行うことを特徴とする測定対象物の表面硬さ評価方法。
An X-ray emitter that emits X-rays toward a target measurement object;
X-ray radiated from the X-ray emitter toward the measurement object, and X-ray diffracted light generated at the measurement object is applied to the optical axis of the X-ray emitted from the X-ray emitter. An object to be measured using an X-ray diffractometer that includes a diffraction ring forming unit that receives light on an imaging surface that intersects perpendicularly and forms a diffraction ring that is an image of the X-ray diffracted light on the imaging surface. In the surface hardness evaluation method,
A diffractive ring forming step of forming a diffractive ring by the diffractive ring forming means;
A diffraction ring intensity distribution detection step for detecting a distribution of intensity corresponding to the intensity of the X-ray diffracted light in the diffraction ring formed by the diffraction ring formation step;
Based on the intensity distribution detected by the diffraction ring intensity distribution detection step, a diffraction ring width that is a width based on an intensity distribution in the radial direction of the diffraction ring is calculated at a plurality of locations of the diffraction ring, and the diffraction ring width is calculated. Diffractive ring width change curve calculating step for calculating a change curve with respect to the circumferential direction of the diffractive ring,
From the diffraction ring width change curve calculated by the diffraction ring width change curve calculation step, a diffraction ring width average step of calculating an average value of the diffraction ring width;
Surface hardness for calculating the surface hardness of the object to be measured using the average value of the diffraction ring width obtained by the diffraction ring width averaging step and the relationship between the diffraction ring width and the surface hardness acquired in advance. A method for evaluating the surface hardness of an object to be measured, comprising performing a calculation step.
請求項1に記載の測定対象物の表面硬さ評価方法において、
前記回折環幅平均ステップは、算出された変化曲線に対し予め曲線形状が設定されている基準変化曲線が最も一致するときの基準変化曲線におけるパラメータを算出し、前記算出したパラメータから回折環幅の平均値を算出することを特徴とする測定対象物の表面硬さ評価方法。
In the surface hardness evaluation method of the measuring object according to claim 1 ,
The diffraction ring width averaging step calculates a parameter in a reference change curve when a reference change curve whose curve shape is set in advance matches the calculated change curve, and calculates the diffraction ring width from the calculated parameter. A method for evaluating the surface hardness of an object to be measured, comprising calculating an average value.
請求項2に記載の測定対象物の表面硬さ評価方法において、
前記回折環幅変化曲線計算ステップは、変化曲線を算出した後、算出された変化曲線の曲線形状の前記基準変化曲線の曲線形状からのずれを算出し、前記算出したずれが予め設定された許容値を超えている箇所を、前記算出された変化曲線から除外することを特徴とする測定対象物の表面硬さ評価方法
In the surface hardness evaluation method of the measuring object according to claim 2 ,
In the diffraction ring width change curve calculation step, after calculating the change curve, the deviation of the calculated curve shape of the change curve from the curve shape of the reference change curve is calculated, and the calculated deviation is set to a preset tolerance. A method for evaluating the surface hardness of an object to be measured, wherein a portion exceeding the value is excluded from the calculated change curve .
請求項1乃至請求項3に記載の測定対象物の表面硬さ評価方法において、
前記回折環形成ステップは、測定対象物に対する前記X線出射器からのX線の入射角度を10度以上にした上で行い、
前記回折環強度分布検出ステップにより検出された強度分布に基づいて、前記回折環の形状を検出し、前記検出した回折環の形状からcosα法を用いて測定対象物の残留応力を算出する残留応力計算ステップを行うことを特徴とする測定対象物の表面硬さ評価方法。
In the surface hardness evaluation method of the measuring object according to claim 1 to claim 3 ,
The diffraction ring forming step is performed after the incident angle of the X-ray from the X-ray emitter to the measurement object is set to 10 degrees or more,
Based on the intensity distribution detected by the diffraction ring intensity distribution detection step, the shape of the diffraction ring is detected, and the residual stress of the object to be measured is calculated from the detected shape of the diffraction ring using the cos α method. A method for evaluating the surface hardness of a measurement object, comprising performing a calculation step.
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線出射器から前記測定対象物に向けてX線を照射して、前記測定対象物にて発生した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撮像面にて受光し、前記撮像面に前記X線の回折光の像である回折環を形成する回折環形成手段と、
前記回折環形成手段により形成された回折環におけるX線の回折光の強度に相当する強度の分布を検出する回折環強度分布検出手段と、
前記回折環強度分布検出手段により検出された強度分布に基づいて、前記回折環の半径方向における強度分布に基づく幅である回折環幅を前記回折環の複数の箇所で算出し、前記回折環幅の前記回折環の円周方向に対する変化曲線を算出する回折環幅変化曲線計算手段と、
前記回折環幅変化曲線計算手段により算出された回折環幅の変化曲線から、前記回折環幅の平均値を算出する回折環幅平均手段と、
前記回折環幅平均手段により得られた回折環幅の平均値と、予め取得されている前記回折環幅と対象物の表面硬さとの関係とを用いて測定対象物の表面硬さを算出する表面硬さ計算手段とを備えたことを特徴とするX線回折測定装置。
An X-ray emitter that emits X-rays toward a target measurement object;
X-ray radiated from the X-ray emitter toward the measurement object, and X-ray diffracted light generated at the measurement object is applied to the optical axis of the X-ray emitted from the X-ray emitter. Diffractive ring forming means for receiving light at imaging surfaces that intersect perpendicularly to each other and forming a diffraction ring that is an image of the X-ray diffracted light on the imaging surface;
Diffractive ring intensity distribution detecting means for detecting an intensity distribution corresponding to the intensity of X-ray diffracted light in the diffractive ring formed by the diffractive ring forming means;
Based on the intensity distribution detected by the diffraction ring intensity distribution detecting means, a diffraction ring width, which is a width based on the intensity distribution in the radial direction of the diffraction ring, is calculated at a plurality of locations of the diffraction ring, and the diffraction ring width is calculated. Diffractive ring width change curve calculating means for calculating a change curve with respect to the circumferential direction of the diffractive ring,
From the diffraction ring width change curve calculated by the diffraction ring width change curve calculation means, a diffraction ring width average means for calculating an average value of the diffraction ring width;
The surface hardness of the measurement object is calculated using the average value of the diffraction ring width obtained by the diffraction ring width averaging means and the relationship between the previously obtained diffraction ring width and the surface hardness of the object. An X-ray diffraction measurement apparatus comprising a surface hardness calculation means.
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