JP6246965B1 - Ｘ線回折測定装置を用いた軸力評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｘ線回折測定装置を用いて締結の軸力を評価する方法において、従来よりさらに精度よく軸力を評価することができる方法を提供する。【解決手段】 この方法は、Ｘ線を締結を行っているボルトＳの頭部の中心に照射してイメージングプレート１５に回折環を形成する撮像ステップと、撮像された回折環の形状を検出して残留応力を算出する残留応力算出ステップと、算出された残留応力からボルトＳの締結における軸力を評価する評価ステップとから構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、ねじ又はボルトの締め込みの力（以下、軸力という）の評価を、測定対象物にＸ線を照射し、発生する回折Ｘ線により撮像面にＸ線回折環を撮像するＸ線回折測定装置を用いて行う方法に関する。

ねじ又はボルトを用いて対象物を締結したときの軸力を評価する方法には様々な方法があるが、締結作業とは独立して軸力の評価を行うことができる方法として、以下の特許文献１に示されるようにＸ線回折測定装置を用いる方法がある。この方法は、締結の際にねじ又はボルトの頭部と対象物との間にブロックを入れ、このブロック側面にＸ線を照射して発生する回折Ｘ線により撮像面にＸ線回折環（以下、回折環という）を撮像し、この回折環の形状から残留垂直応力を算出し、得られた残留垂直応力及び予め得られている残留垂直応力と軸力との関係から軸力を評価するものである。この方法は、ねじ又はボルトによる締結を行ったままで軸力を評価することができ、定期的にＸ線回折測定装置を用いてブロックの側面の残留垂直応力を測定すれば軸力の経時変化を得ることができるので、橋梁やプラント等における締結の軸力を評価するのに有効である。また、残留垂直応力は常温であれば温度等の影響を大きく受けないので別のパラメータを測定する必要がなく、作業効率が悪くならず軸力を評価することができるという利点もある。

特開２０１５−２１５３４３号公報

しかしながら、特許文献１に示される軸力評価方法は、ブロックの側面の位置により残留垂直応力が異なることが多く、軸力を精度よく評価することができないという問題がある。この問題は、ブロックの中心軸に平行に軸力がかからない場合、顕著に現れる。本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、対象物にＸ線を照射して撮像面に回折環を撮像するＸ線回折測定装置を用いて軸力の評価を行う方法において、作業効率は特許文献１に示される方法と同等のまま、特許文献１に示される方法よりさらに精度よく軸力を評価することができる方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、Ｘ線出射器から測定対象物に向けてＸ線が照射された際、測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、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、撮像面に回折Ｘ線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線回折測定装置を用いた、ねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法において、Ｘ線出射器から出射されるＸ線を評価対象のねじ又はボルトの頭部の中心に照射し、撮像面に回折環を形成する撮像ステップと、撮像ステップにおいて撮像面に撮像された回折環の形状を検出し、残留応力または残留応力に相当する値を算出する残留応力算出ステップと、残留応力算出ステップにおいて算出された値から、ねじ又はボルトの締結における軸力を評価する評価ステップとからなるねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法としたことにある。

発明者は様々なねじ又はボルトにより締結を行い、ねじ又はボルトの頭部の残留応力をＸ線照射により回折環を形成するＸ線回折測定装置を用いて測定した結果、中心点を通るラインにおける各点の残留応力は、中心点付近をピークにした放物曲線のように変化していることを確認した。また、ねじ又はボルトにより締結を行ったときの軸力をロードセルのような軸力を精度よく測定できるもので測定し、軸力を変化させながら、ねじ又はボルトの頭部の中心の残留応力を該Ｘ線回折測定装置を用いて測定した結果、残留応力と軸力とは高い相関関係があることを確認した。よって、本発明によれば、締結を行った後ねじ又はボルトの頭部の中心の残留応力または残留応力に相当する値をＸ線回折測定装置を用いて測定すれば、この値から精度よく軸力を評価することができる。また、ねじ又はボルトの種類ごとに頭部の中心位置の残留応力または残留応力に相当する値と軸力との関係を予め求めておけば、Ｘ線回折測定装置を用いて測定した値をこの関係に当てはめることで、軸力を値として評価することができる。

また、本発明の他の特徴は、Ｘ線回折測定装置は、Ｘ線出射器からＸ線が出射されていない状態で、Ｘ線出射器から出射されるＸ線と光軸を同一にした平行光である可視光を測定対象物に出射する可視光出射器と、Ｘ線出射器、回折環形成検出手段及び可視光出射器を内部に配置した筐体とを備え、撮像ステップの前に、評価対象のねじ又はボルトの頭部に、頭部の平面形状と略同一形状で中心位置が描かれたフィルムを頭部の平面に合うように置くフィルムセットステップと、可視光出射器から可視光を出射させ、可視光の照射点位置とフィルムの中心位置とを比較しながら、評価対象のねじ又はボルトに対する筐体の位置及び姿勢を調整する位置姿勢調整ステップとを行うようにしたことにある。

これによれば、位置姿勢調整ステップにて可視光出射器から出射される可視光の照射点がフィルムの中心位置に合致するよう、Ｘ線回折測定装置の筐体の位置及び姿勢を調整した後撮像ステップを行えば、精度よくねじ又はボルトの頭部の中心にＸ線を照射して残留応力を測定することができるので、精度よく軸力を評価することができる。また、中心周りの複数の点にＸ線を照射して複数回残留応力を測定する場合は、測定点が偏らないようにすることができ、残留応力の平均値の精度をよくすることができる。

また、本発明の他の特徴は、Ｘ線回折測定装置は、可視光出射器から出射される可視光の照射箇所付近を結像レンズと撮像器を備えたカメラ機能により撮影し撮影画像を表示する撮影手段であって、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸と撮像面に撮像される回折環において回転角度を０とするラインとが含まれる平面が撮像器と交差する箇所を、撮影画像上に撮影画像とは独立してラインで表示する撮影手段を備え、フィルムセットステップにて使用するフィルムは、中心位置を通るラインが描かれたものであり、位置姿勢調整ステップは、撮影手段により撮影画像上に独立して表示されるラインの位置とフィルムに描かれたラインの位置とを比較しながら、筐体の位置及び姿勢を調整することも行うようにしたことにある。

これによれば、位置姿勢調整ステップにて撮影画像上に独立して表示されるラインの位置がフィルムに描かれたラインの位置に合致するよう、Ｘ線回折測定装置の筐体の位置及び姿勢を調整した後撮像ステップを行えば、ねじ又はボルトの頭部の定まった方向の残留応力を測定することができるので、さらに精度よく軸力を評価することができる。また、フィルムに描かれた中心位置を通るラインを中心位置で交差する複数のラインにし、位置姿勢調整ステップにて、撮影画像上に独立して表示されるラインの位置をそれぞれのラインと合致させて複数回撮像ステップを行えば、ねじ又はボルトの頭部における複数の定まった方向の残留応力を測定することができ、残留応力の平均値の精度をさらによくすることができる。

本発明を実行するうえで使用するＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムを示す全体概略図である。 図１のＸ線回折測定装置の拡大図である。 図２のＸ線回折測定装置におけるＸ線が通過する部分を拡大して示す部分断面図である。 図３のプレート部分の拡大斜視図である。 ねじ又はボルト頭部にセットする硬質フィルムの平面を示した図である Ｘ線回折測定装置のカメラ機能で撮影した撮影画像を示す図である。 ねじ又はボルトの頭部の中心を含むラインにおける残留垂直応力の変化曲線を示す図である。 軸力と残留垂直応力との関係を求めるときの、軸力の測定方法を示した図である。 軸力と残留垂直応力との関係を示した図である。 ねじ又はボルトの頭部の測定箇所を電解研磨する装置の概略図である。 ねじ又はボルトの頭部にセットする別の硬質フィルムの平面を示した図である。

本発明を実行するうえで使用する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。ただし、このＸ線回折測定システムが、先行技術文献の特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと異なっている点は、ＬＥＤ光源４４が取り付けられたユニットの配置のみであり、それ以外の構成は同一である。よって、特許文献１に示されているＸ線回折測定システムで既に説明されている箇所は、簡略的に説明するにとどめる。

このＸ線回折測定システムは、締結の軸力を評価するねじ又はボルトがある場所まで運搬されてセットされるものである。以下、ねじ又はボルトは単にボルトＳと記載するが、これは頭部がありねじ込んで締結を行うものであればどのようなものでも該当する。ボルトＳは鉄等の金属であるが、Ｘ線回折測定が可能であればどのような材質の金属でもよい。

図１及び図２に示すよう、Ｘ線回折測定装置は、筐体５０内に、Ｘ線出射器１０、イメージングプレート１５を取り付けるテーブル１６、テーブル１６を回転及び移動させるテーブル駆動機構２０及び回折環を検出するレーザ検出装置３０等を備えている。そして、Ｘ線回折測定システムは、このＸ線回折測定装置とともに、アーム式移動装置（図示しない）、コンピュータ装置９０及び高電圧電源９５を備える。筐体５０内には、コンピュータ装置９０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点鎖線で囲われた各種回路は、筐体５０内の２点鎖線内に納められている。

筐体５０は、略直方体状に形成されるとともに、底面壁５０ａ、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｅ、上面壁５０ｆ、側面壁（図示せず）、及び底面壁５０ａと前面壁５０ｂの角部を紙面の表側から裏側に向けて切り欠くように設けた切欠き部壁５０ｃと繋ぎ壁５０ｄを有するように形成されている。切欠き部壁５０ｃは底面壁５０ａに垂直な平板と平行な平板とからなり、繋ぎ壁５０ｄは側面壁と垂直であり底面壁５０ａと所定の角度を有している。この所定の角度は、例えば３０〜４５度である。側面壁の１つには、支持アーム５１に接続される接続部（図示せず）が設けられており、接続部は図１及び図２の紙面の垂直周りに回転可能になっている。支持アーム５１はアーム式移動装置の先端であり、アーム式移動装置を操作することにより、筐体５０（Ｘ線回折測定装置）を任意の位置と姿勢にすることができる。すなわち、図１及び図２においては、ボルトＳの頭部が水平な場合で示されているが、ボルトＳの頭部が鉛直方向に平行な場合であっても、ボルトＳの頭部にＸ線が照射されるよう筐体５０の位置と姿勢を調整することができる。

Ｘ線出射器１０は、筐体５０内の上部にて図示左右方向に延設されて筐体５０に固定されており、高電圧電源９５からの高電圧の供給を受け、Ｘ線を図示下方向に出射する。Ｘ線制御回路７１は、コントローラ９１から指令が入力すると、Ｘ線出射器１０から一定強度のＸ線が出射されるように、Ｘ線出射器１０に高電圧電源９５から供給される駆動電流及び駆動電圧を制御する。また、Ｘ線出射器１０は、図示しない冷却装置を備えていて、Ｘ線制御回路７１は、この冷却装置に供給される駆動信号も制御する。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

また、Ｘ線回折測定装置は、ＬＥＤ光源４４を有する。ＬＥＤ光源４４は、図２乃至図４に示すように、移動ステージ２１とテーブル駆動機構２０の上壁２６の下面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、移動ステージ２１内に固定されたモータ４６の出力軸４６ａに固着されており、モータ４６の回転により、上壁２６の下面に平行な面内を回転する。移動ステージ２１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が上壁２６の貫通孔２６ａ及び移動ステージ２１の貫通孔２１ａに対向する位置（Ａ位置）で静止するように、プレート４５の回転を規制する。一方、ストッパ部材４７ｂは、プレート４５を図４のＤ２方向に回転させたとき、プレート４５が上壁２６の貫通孔２６ａと移動ステージ２１の貫通孔２１ａとの間を遮断しない位置（Ｂ位置）で静止するように、プレート４５の回転を規制する。言い換えれば、Ａ位置は、プレート４５が図２及び図３に示す状態にある位置であり、ＬＥＤ光源４４から出射されるＬＥＤ光がスピンドルモータ２７の貫通孔２７ａ１に設けた通路部材２８の通路に入射する位置である。Ｂ位置は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線がプレート４５によって遮られない位置である。ＬＥＤ光源４４は、コントローラ９１によって作動制御されるＬＥＤ駆動回路８５からの駆動信号によりＬＥＤ光を出射する。ＬＥＤ光は拡散する可視光であるが、プレート４５がＡ位置にあるとき、その一部は、出射Ｘ線と同様の経路で貫通孔１８ａから出射するので、出射Ｘ線と同様、貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光になる。

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

筐体５０の切欠き部壁５０ｃには結像レンズ４８が設けられ、筐体５０内部には撮像器４９が設けられている。撮像器４９は、ＣＣＤ受光器又はＣＭＯＳ受光器で構成され、各撮像素子ごとの受光強度に相当する強度の信号をセンサ信号取出回路８７に出力する。結像レンズ４８及び撮像器４９は、イメージングプレート１５に対して設定された位置にある測定対象物におけるＬＥＤ光の照射点を中心とした領域の画像を撮像するデジタルカメラとして機能する。イメージングプレート１５に対して設定された位置とは、測定対象物におけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの垂直距離Ｌが、予め決められた設定距離となる位置である。この場合の結像レンズ４８及び撮像器４９による被写界深度は、前記照射点を中心とした前後の範囲で設定されている。センサ信号取出回路８７は、撮像器４９の各撮像素子ごとの信号強度データを、各撮像素子の位置（すなわち画素位置）が分かるデータと共にコントローラ９１に出力する。

また、結像レンズ４８の光軸は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸とイメージングプレート１５の回転基準位置のラインを含む平面に含まれるとともに、結像レンズ４８の光軸と照射される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から設定された距離にあるＸ線及びＬＥＤ光の照射点であるように調整されている。さらに、Ｘ線及びＬＥＤ光の測定対象物に対する入射角が設定値であるとき、結像レンズ４８の光軸と測定対象物のＸ線及びＬＥＤ光の照射点における法線方向とが成す角度は前記入射角度に等しい角度であるようにされている。したがって、測定対象物におけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定された距離にあり、Ｘ線及びＬＥＤ光が測定対象物に設定された入射角で照射された場合には、結像レンズ４８に入射するＬＥＤ光の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、撮像器４９におけるＬＥＤ光の照射点と測定対象物で反射したＬＥＤ光の受光点は同じ位置に生じる。測定対象物に照射されるＬＥＤ光は平行光であるので、照射点において、ＬＥＤ光は散乱光と、略平行光のまま反射する反射光を発生させるが、散乱光のうち結像レンズ４８に入射した光は撮像器４９の位置で結像して照射点となり、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で受光され受光点なる。よって、ＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定された距離であり、ＬＥＤ光が測定対象物に設定された入射角で照射されたとき、撮像器４９が出力する信号強度データから作成される撮影画像では、照射点の画像と受光点の画像が同じ位置に生じる。

コンピュータ装置９０は、コントローラ９１、入力装置９２及び表示装置９３からなる。コントローラ９１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、大容量記憶装置などを備えたマイクロコンピュータを主要部とした電子制御装置であり、大容量記憶装置に記憶された各種プログラムを実行してＸ線回折測定装置の作動を制御する。入力装置９２は、コントローラ９１に接続されて、作業者により、各種パラメータ、作業指示などの入力のために利用される。表示装置９３は、表示画面上に撮像器４９から入力する信号強度データにより作成された撮影画像を表示するとともに、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する箇所に相当する箇所に十字のマークを表示する。この十字のマークのクロス点は、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定された距離であり、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）が測定対象物に設定された入射角で照射されたとき、照射点の画像および受光点の画像が生じる位置である。また、この十字のマークの縦方向のライン（以下、Ｙ軸ラインという）は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸とイメージングプレート１５の回転基準位置のラインを含む平面が撮臓器４９と交差するラインであり、受光点の画像がこのＹ軸ラインと合致すれば、残留垂直応力の測定方向はＹ軸ラインを測定対象物に投影した方向となる。さらに、表示装置９３は、Ｘ線回折測定システムの各種の設定状況、作動状況及び測定結果などを表示する。高電圧電源９５は、Ｘ線出射器１０にＸ線出射のための高電圧及び電流を供給する。

次に、上記のように構成したＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムを用いて、ボルトＳの締結の軸力を評価する具体的方法について説明する。作業者はＸ線回折測定システムを評価対象であるボルトＳの近傍にセットし、アーム式移動装置を操作してＸ線回折測定装置（筐体５０）をボルトＳの近くまで移動させ、電源を投入してＸ線回折測定システムを作動させる。この後、位置姿勢調整工程、回折環撮像工程、回折環読取り工程、回折環消去工程，残留応力計算工程及び評価工程の順に作業、操作又は処理が行われるが、これらの工程で先行技術文献の特許文献１で既に詳細に説明されているものは、簡略的に説明するにとどめる。

位置姿勢調整工程は、ボルトＳの頭部に対するＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整する工程である。作業者は、まず、ボルトＳの頭部に図５に示す硬質フィルムＦを角が合うように置き、アーム式移動装置を操作してＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整することで、おおよそでＸ線の照射点が硬質フィルムＦに描かれた十字マークのクロス点に合致し、Ｘ線の入射方向をボルトＳの頭部に投影した方向が硬質フィルムＦに描かれた十字マークの決められたラインと合致するようにする。図５に示す硬質フィルムＦに描かれた十字マークはクロス点が中心であり、ラインが角と角を結ぶライン及び角と角の中間同士を結ぶラインであり、上述したように合致させることでＸ線はボルトＳの頭部の中心に照射され、残留垂直応力の測定方向はボルトＳの頭部の決められた方向になる。なお、本実施形態ではボルトＳは六角柱状の頭部としているため硬質フィルムＦは六角形のものとしているが、ボルトＳの頭部が別の形状であるときは、その形状に合った硬質フィルムＦを使用する。

次に作業者は、入力装置９２から位置姿勢の調整を行うことを入力する。この入力により、コントローラ９１は、各回路に指令を出力し、イメージングプレート１５を回折環撮像位置（図１乃至図３の状態）に移動させ、モータ４６を駆動させてプレート４５をＡ位置まで回転させ、ＬＥＤ光源４４を点灯させる。これにより平行光であるＬＥＤ光が筐体５０の円形孔５０ｃ１から外部へ出射され、ボルトＳの頭部に置かれた硬質フィルムＦの十字マークのクロス点付近に照射される。さらに、コントローラ９１は、撮像器４９による撮像信号をセンサ信号取出回路８７からコントローラ９１に出力させ、この撮像信号から作成した撮影画像を表示装置９３に表示させる。

この撮影画像は図６に示すものであり、十字マークのクロス点は表示装置９３の画面の中心に位置し、Ｙ軸ラインおよびＸ軸ラインは縦方向と横方向の中間位置にある。上述したように、十字マークのクロス点は、ＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌが設定値であるときに照射点が撮像される位置であると同時に、距離Ｌが設定値であり、ＬＥＤ光が測定対象物に設定された入射角で入射されるとき、受光点が撮像される位置である。また、受光点がＹ軸ライン上にあるとき、Ｙ軸ラインを測定対象物に投影させた方向は残留垂直応力の測定方向である。

作業者は、表示装置９３に表示される画像を見ながら、アーム式移動装置を操作して、Ｘ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整し、図６に示すようにＬＥＤ光の照射点Ｐ１および受光点Ｐ２が画面上における十字マークのクロス点と合致するとともに、画面上における十字マークのラインと硬質フィルムＦに描かれた十字マークのラインとが合致するようにする。このとき画面上のＹ軸ラインは硬質フィルムＦに描かれた十字マークの決められたラインと合致するようにする。これにより、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌは設定値となり、Ｘ線が設定された入射角で入射し、Ｘ線照射点（残留応力の測定点）はボルトＳの頭部の中心になり、残留応力の測定方向はボルトＳの頭部の決められた方向になる。調整が完了すると、作業者は入力装置９２から位置姿勢の調整終了を入力する。これにより、コントローラ９１は、各回路に指令を出力し、ＬＥＤ光源４４を消灯させ、撮像信号の出力を停止させ、モータ４６を駆動させてプレート４５をＢ位置まで回転させる。これにより、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線が、移動ステージ２１の貫通孔２１ａに入射され得る状態となる。

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

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

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

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

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

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

次にコントローラ９１は、残留応力計算工程を実行する。これは、回折環の形状である回転角度αごとの半径値ｒαのデータ、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離ＬとＸ線の入射角の設定値、及びボルトＳの材質（例えば鉄）において既知の値である回折角、ヤング率、ポアソン比等の定数を用いて、ｃｏｓα法を用いた演算により残留垂直応力を計算する演算処理である。ただし、残留垂直応力を計算する演算は公知技術を用いたものであり、例えば特開２００５−２４１３０８号公報の〔００２６〕〜〔００４４〕に詳細に説明されているので説明は省略する。計算が終了するとコントローラ９１は残留垂直応力の値を表示装置９３に表示する。

次の評価工程は表示装置９３に表示されたボルトＳの頭部中心の残留垂直応力を作業者が見て、締結の軸力を評価する工程である。ボルトＳの頭部中心の残留垂直応力はボルトＳによる締結の軸力と高い相関関係があるので、予めこの相関関係を得ておけば、作業者は表示された残留垂直応力から軸力が充分か不足しているか等の評価を行うことができる。以下、ボルトＳの頭部中心の残留垂直応力が、ボルトＳによる締結の軸力と高い相関関係があることを説明する。

発明者は、締結を行った複数のボルトＳにおいて、図７に示すように頭部中心を含むラインにおける各点の残留垂直応力を上述したＸ線回折測定システムを用いて上述したように測定を行った。その結果、いずれのボルトＳにおいても頭部の残留垂直応力は図７のグラフに示すように、中心付近がピークとなる放物曲線状に変化していることを確認した。残留垂直応力は頭部の周辺が０に近く、中心付近がマイナスの数値でピークとなっているが、これは残留垂直応力において圧縮の場合は数値がマイナスとなるためである。そして、発明者は図８に示すように、ボルトＳで締結する物体Ｍ１と物体Ｍ２との間に、圧縮力（軸力）を電気信号に変換できるロードセル１００を挟んでボルトＳの締め込みを行い、ロードセルで検出される軸力ごとにボルトＳにおける頭部の中心の残留垂直応力を上述したＸ線回折測定システムを用いて上述したように測定した。その結果、軸力と残留垂直応力には図９に示すように高い相関関係があることがわかった。よって、予めこの相関関係を得ておけば、ボルトＳの頭部中心の残留垂直応力からボルトＳによる締結の軸力を評価することができると言える。また、ボルトＳの種類ごとに、軸力とボルトＳにおける頭部中心の残留垂直応力との相関関係をテーブル又は変換式の形でコントローラ９１のメモリに記憶しておき、測定した残留垂直応力をこの相関関係に当てはめて軸力の数値として表示装置９３に表示するようにしてもよい。このようにすれば、軸力の数値で軸力を評価することができる。なお、図７及び図８においては、ボルトＳの頭部は六角柱形状のもので示してあるが、発明者は、ボルトＳの頭部が円柱形状や円錐台形状のものであっても、頭部の残留垂直応力の変化曲線及び軸力と残留垂直応力との相関関係は六角柱形状の場合と同様であることを確認している。

なお、上記実施形態では、評価対象のボルトＳの頭部中心にそのままＸ線を照射してＸ線回折測定を行ったが、ボルトＳによっては加工層が存在するためＸ線回折測定により得られる残留垂直応力が正しい値を示さないものがあり、表面を数百μｍ除去したうえでＸ線回折測定を行った方がよい場合がある。この場合は、ボルトＳの頭部中心付近を電解研磨装置で電解研磨したうえで、上述したようにＸ線回折測定を行うようにする。電解研磨装置は例えば図１０に示される装置であり、市場で流通している装置である。端的に説明すると、電解研磨装置は電解液２を入れたトーチ１と、２つの電極間に定電流を流す定電流装置６からなる。トーチ１の中には負極となる電極３が挿入されており、トーチ１の先端は電解液が浸透するマスク４でシールされており、ボルトＳが正極になるよう、電極５がボルトＳと導通している箇所に接続される。定電流装置６により電極３と電極５間にボルトＳが正極となるよう通電が行われると、電解液２に接触しているボルトＳの部分が電界液２中に溶け出す電解研磨がされる。電解液２は、市販されているものの中からボルトＳの材質に適切なものを選択して使用すればよい。例えば、ボルトＳが鉄やステンレスである場合、電界液２は、（株）日本科学エンジニアリング製のマイトスケーラー液ＳＵＳ−４０００Ｂを使用すればよい。なお、図１１の電解研磨装置のトーチ１は、水平なボルトＳの頭部を電解研磨する場合の構造であり、鉛直方向に平行なボルトＳの頭部を電解研磨する場合は、電解液２が漏洩しないように供給口には逆止弁があり、新たな電解液２を供給する際は逆止弁に圧力をかけて供給口を開けるようになっている。

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、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１０と、Ｘ線出射器１０から測定対象物に向けてＸ線が照射された際、測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差するイメージングプレート１５にて受光し、イメージングプレート１５に回折Ｘ線の像である回折環を形成する回折環形成機器とを備えたＸ線回折測定装置を用いた、ボルトＳの締結における軸力の評価方法において、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線を評価対象のボルトＳの頭部の中心に照射し、イメージングプレート１５に回折環を形成する回折環撮像工程と、回折環撮像工程においてイメージングプレート１５に撮像された回折環の形状を検出し、残留垂直応力を算出する回折環読取り工程及び残留応力計算工程と、残留応力計算工程において算出された残留垂直応力から、ボルトＳの締結における軸力を評価する評価工程とからなるボルトＳの締結における軸力の評価方法としている。

上述したように、ボルトＳの頭部中心の残留垂直応力と締結の軸力には高い相関関係があり、上記実施形態のように、締結を行った後ボルトＳの頭部の中心の残留垂直応力をＸ線回折測定装置を用いて測定すれば、この値から精度よく軸力を評価することができる。また、ボルトＳの種類ごとに頭部中心の残留垂直応力と軸力との関係を予め求めておけば、Ｘ線回折測定装置を用いて測定した残留垂直応力をこの関係に当てはめることで、軸力の数値で軸力を評価することができる。

また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置は、Ｘ線出射器１０からＸ線が出射されていない状態で、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線と光軸を同一にした平行光である可視光を測定対象物に出射するＬＥＤ光源４４、プレート４５等からなるＬＥＤ光出射器と、Ｘ線出射器１０、回折環形成検出機器及びＬＥＤ光出射器を内部に配置した筐体５０とを備え、回折環撮像工程の前に、評価対象のボルトＳの頭部に、頭部の平面形状と略同一形状で中心位置が描かれた硬質フィルムＦを頭部の平面に合うように置き、ＬＥＤ光出射器からＬＥＤ光を出射させ、ＬＥＤ光の照射点位置とフィルムの中心位置とを比較しながら、評価対象のボルトＳに対する筐体５０の位置及び姿勢を調整する位置姿勢調整工程を行うようにしている。

これによれば、位置姿勢調整工程にてＬＥＤ光出射器から出射されるＬＥＤ光の照射点がフィルムの中心位置に合致するよう、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置及び姿勢を調整した後回折環撮像工程を行えば、精度よくボルトＳの頭部の中心にＸ線を照射して残留応力を測定することができるので、精度よく軸力を評価することができる。

また、本発明の他の特徴は、Ｘ線回折測定装置は、ＬＥＤ光出射器から出射されるＬＥＤ光の照射箇所付近を結像レンズ４８と撮像器４９を備えたカメラ機能により撮影し撮影画像を表示する撮影機器であって、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に撮像される回折環において回転角度を０とするラインとが含まれる平面が撮像器４９と交差する箇所を、撮影画像上に撮影画像とは独立してＹ軸ラインで表示する撮影機器を備え、硬質フィルムＦは中心位置を通るラインが描かれたものであり、位置姿勢調整工程は、撮影機器により撮影画像上に独立して表示されるＹ軸ラインの位置と硬質フィルムＦに描かれたラインの位置とを比較しながら、筐体５０の位置及び姿勢を調整することも行うようにしている。

これによれば、位置姿勢調整工程にて撮影画像上に表示されるＹ軸ラインの位置が硬質フィルムＦに描かれたラインの位置に合致するよう、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置及び姿勢を調整した後回折環撮像工程を行えば、ボルトＳの頭部の定まった方向の残留応力を測定することができるので、さらに精度よく軸力を評価することができる。

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。

上記実施形態ではボルトＳの頭部に置く硬質フィルムＦを十字マークが描かれたものにし、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置及び姿勢の調整が完了した後は、ボルトＳの頭部から取り除いて回折環撮像工程を行うようにした。しかし、硬質フィルムＦをボルトＳの頭部に置いたまま回折環撮像工程を行いたいときは、図１１に示すように十字マークのクロス点付近に円形の孔を開けた硬質フィルムＦ’を用いればよい。上記実施形態で示されているように、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置及び姿勢の調整においては、撮影画面上における十字マークのラインと硬質フィルムＦに描かれた十字マークのラインとを合致させ、ＬＥＤ光の照射点および受光点を撮影画面上における十字マークのクロス点と合致させるのでこれでも、問題なく位置及び姿勢の調整を行うことができる。

また、上記実施形態ではボルトＳの頭部の中心の１点だけＸ線回折測定により残留垂直応力を測定したが、中心付近の複数の点の残留垂直応力を測定して平均値を求めるようにしてもよい。このときは、図１１に示すように十字マークのクロス点付近に円形の孔を開けた硬質フィルムＦ’を用い、ＬＥＤ光の照射点が円形の孔の外周と交差する各ラインの箇所寄りの位置になるようにして、それぞれＸ線回折測定により残留垂直応力を測定すればよい。これによれば、残留垂直応力の測定点が偏らないようにすることができるので、残留垂直応力の平均値の精度をよくすることができる。

また、上記実施形態ではボルトＳの頭部の定められた１方向だけＸ線回折測定により残留垂直応力を測定したが、複数の方向の残留垂直応力を測定し、それぞれにおいて軸力を評価するようにしてもよい。このとき、それぞれの方向の残留垂直応力と軸力の相関関係を予め求めておき残留垂直応力を軸力に変換して平均値を求めるようにするとさらによい。このときも、図１１に示すように十字マークのクロス点付近に円形の孔を開けた硬質フィルムＦ’を用い、硬質フィルムＦ’のそれぞれのラインと撮影画面上におけるＹ軸ラインとを合致させて、それぞれＸ線回折測定により残留垂直応力を測定すればよい。これによれば、複数の方向の残留垂直応力で軸力を評価することができるので、評価の精度をよくすることができる。なお、図１１では硬質フィルムＦ’に描かれたラインは２つのみであるが、さらにラインを増やしてもよい。

また、上記実施形態及び上記変形例では硬質フィルムＦ，Ｆ’に描かれている模様を十字マークとしたが、ボルトＳの頭部中心と定められた方向を示すことができれば、描かれている模様はどのようなものでもよい。例えば、中心にドットを描き、このドッドを通るラインを描いてもよい。

また、上記実施形態及び上記変形例ではボルトＳに置くものを硬質フィルムＦ，Ｆ’としたが、厚さが薄く、ボルトＳの頭部中心と定められた方向を示すことができれば、別のものを置いてもよい。例えば、上記実施形態と同様の模様が描かれた軟質フィルムをボルトＳの頭部の平面形状と同じ形状の外枠に貼付したものを置いてもよい。

また、上記実施形態及び上記変形例ではボルトＳに硬質フィルムＦ，Ｆ’を置いてＸ線回折測定装置の筐体５０の位置及び姿勢を調整したが、ボルトＳの頭部に中心と定められた方向がわかる模様があれば、ボルトＳに硬質フィルムＦ，Ｆ’を置かずにＸ線回折測定装置の筐体５０の位置及び姿勢を調整してもよい。

また、上記実施形態ではＸ線回折測定装置の筐体５０の位置及び姿勢をアーム式移動装置を操作して調整したが、評価対象のボルトＳにより締結された物体が移動可能なものであれば、該物体を移動させて、評価対象のボルトＳに対するＸ線回折測定装置の筐体５０の位置及び姿勢を調整するようにしてもよい。

また、上記実施形態ではＸ線照射により撮像された回折環の形状から残留垂直応力を求めるようにしたが、軸力を評価することが目的であるので、回折環の形状から求めるものは、残留垂直応力に相当する値であってもよい。例えば、ｃｏｓα法により残留垂直応力を計算する途中で得られるｃｏｓα線図の傾きであってもよい。また、残留垂直応力と軸力との関係を予め求めて記憶しておく場合、軸力は力の単位の値でなく、軸力に相当する値であってもよい。

また、上記実施形態では硬質フィルムＦの十字マークと撮影画面の十字マークが合致し、ＬＥＤ光の照射点及び受光点が撮影画面の十字マークのクロス点に合致するように、Ｘ線回折測定装置の位置及び姿勢を調整した。しかし、これに代えて硬質フィルムＦの十字マークの残留応力の測定方向のラインのみを撮影画面のＹ軸ラインに合わせ、ＬＥＤ光の照射点が硬質フィルムＦの十字マークのクロス点のみに合致するようＸ線回折測定装置の位置及び姿勢を調整するようにしてもよい。このとき、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌは、予めコントローラ９１に距離Ｌと撮影画面におけるＬＥＤ光照射点の位置との関係を記憶させておき、撮影画面におけるＬＥＤ光照射点の位置をこのこの関係に当てはめて計算するようにすればよい。また、Ｘ線の入射角は、ステージ２１を移動させたときのＬＥＤ光照射点の位置から計算することができる。この技術は、特許第６０４８５４７号に詳細に記載されているのでそちらを参照する。距離Ｌ及びＸ線の入射角を求めることができれば、これらが設定値でなくても撮像した回折環の形状から残留垂直応力を計算することができる。

また、上記実施形態では、回折環を撮像し回折環を読取るＸ線回折測定装置を、イメージングプレート１５に回折環を撮像し、レーザ検出装置３０からレーザ光照射しながら走査して照射位置と光の強度検出を行う装置としたが、回折環を撮像し回折環を読取ることができるならば、どのような方式の装置でもよい。例えば、イメージングプレート１５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Ｘ線の強度分布を検出する装置でもよい。また、イメージングプレート１５と同じ広さの平面を有するＸ線ＣＣＤの代わりに、微小サイズのＸ線ＣＣＤを位置を検出しながら走査し、Ｘ線ＣＣＤの各画素が出力する電気信号とＸ線ＣＣＤの走査位置から、回折Ｘ線の強度分布を検出する装置でもよい。また、Ｘ線ＣＣＤに替えてシンチレータから出た蛍光を、光電子増倍管（ＰＭＴ）で検出するシンチレーションカウンタを用いる装置でもよい。

また、上記実施形態では、コントローラ９１に残留垂直応力を演算して求めるプログラムがインストールされているとした。しかし、測定効率を重要視しなければ、Ｘ線回折測定装置は撮像した回折環を読取るまでにし、残留垂直応力の演算は別の装置で行うようにしてもよい。この場合、別の装置にＸ線回折像のデータを入力する方法としては、記録媒体を介する方法、ネット回線等を使用して転送する方法等、様々な方法が考えられる。また、さらに時間がかかってもよければ演算プログラムを使用せず、上記値の計算の一部またはすべてを手計算により行ってもよい。

また、上記実施形態では、Ｘ線回折測定装置を回折環を撮像し回折環を読取る機能を備えた装置とした。しかし、測定効率を重要視しなければ、Ｘ線回折測定装置は回折環を撮像するまでにし、回折環が撮像されたイメージングプレート１５をＸ線回折測定装置から取り外して、回折環を読取る装置にセットし、回折環を読取るようにしてもよい。

また、上記実施形態では、プレート４５、モータ４６及びストッパ部材４７ａによりＬＥＤ光源４４をＸ線の光軸上に移動させて、ＬＥＤ光を測定対象物に照射する構造にした。しかし、これに代えて、出射Ｘ線と光軸を同一にした可視の平行光を照射することができれば、どのような構造にしてもよい。例えば、ビームスプリッタを出射Ｘ線の光軸上に配置し、ＬＥＤ光をビームスプリッタで反射させて出射Ｘ線と光軸を同一にして照射するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、スピンドルモータ２７の貫通孔２７ｂに内径の小さな通路部材２８を設けるとともに、固定具１８の貫通孔１８ａ，１８ｂの内径を小さくして、ＬＥＤ光源４４から出射されたＬＥＤ光から小さな断面径の平行光が得られるようにしたが、小さな断面径の可視の平行光が得られるならば、別の構造にしてもよい。例えば、可視光であるレーザ光を出射するレーザ光源の近くにコリメートレンズとエキスパンダーレンズを配置し、小さな断面径のレーザ光の光軸をスピンドルモータ２７の出力軸２７ａの貫通孔２７ａ１の中心軸線と一致させ、固定具１８の貫通孔１８ａ，１８ｂに入射させるようにしてもよい。

１０…Ｘ線出射器、１５…イメージングプレート、１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，２１ａ，２６ａ，２７ａ１，２７ｂ…貫通孔、１６…テーブル、１８…固定具、２０…テーブル駆動機構、２１…移動ステージ、２２…フィードモータ、２３…スクリューロッド、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、５１…支持アーム、９０…コンピュータ装置、９１…コントローラ、９２…入力装置、９３…表示装置、９５…高電圧電源 、１００…ロードセル、Ｓ…ボルト、Ｆ，Ｆ’…硬質フィルム

Claims (3)

1. 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線が照射された際、前記測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、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、前記撮像面に前記回折Ｘ線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線回折測定装置を用いた、ねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法において、
   前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線を評価対象のねじ又はボルトの頭部の中心に照射し、前記撮像面に回折環を形成する撮像ステップと、
   前記撮像ステップにおいて前記撮像面に撮像された回折環の形状を検出し、残留応力または前記残留応力に相当する値を算出する残留応力算出ステップと、
   前記残留応力算出ステップにおいて算出された値から、ねじ又はボルトの締結における軸力を評価する評価ステップとからなることを特徴とするねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法。
2. 請求項１に記載のねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法において、
   前記Ｘ線回折測定装置は、
   前記Ｘ線出射器からＸ線が出射されていない状態で、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線と光軸を同一にした平行光である可視光を測定対象物に出射する可視光出射器と、
   前記Ｘ線出射器、回折環形成検出手段及び前記可視光出射器を内部に配置した筐体とを備え、
   前記撮像ステップの前に、
   評価対象のねじ又はボルトの頭部に、前記頭部の平面形状と略同一形状で中心位置が描かれたフィルムを前記頭部の平面に合うように置くフィルムセットステップと、
   前記可視光出射器から可視光を出射させ、前記可視光の照射点位置と前記フィルムの中心位置とを比較しながら、前記評価対象のねじ又はボルトに対する前記筐体の位置及び姿勢を調整する位置姿勢調整ステップとを行うことを特徴とするねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法。
3. 請求項２に記載のねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法において、
   前記Ｘ線回折測定装置は、
   前記可視光出射器から出射される可視光の照射箇所付近を結像レンズと撮像器を備えたカメラ機能により撮影し撮影画像を表示する撮影手段であって、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸と前記撮像面に撮像される回折環において回転角度を０とするラインとが含まれる平面が前記撮像器と交差する箇所を、前記撮影画像上に前記撮影画像とは独立してラインで表示する撮影手段を備え、
   前記フィルムセットステップにて使用するフィルムは、中心位置を通るラインが描かれたものであり、
   前記位置姿勢調整ステップは、前記撮影手段により撮影画像上に独立して表示されるラインの位置と前記フィルムに描かれたラインの位置とを比較しながら、前記筐体の位置及び姿勢を調整することも行うことを特徴とするねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法。

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