JP6600930B1 - Ｘ線回折測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｘ線回折測定装置をアーム式移動装置の先端に取り付けたＸ線回折測定システムにおいて、Ｘ線回折測定装置の位置及び姿勢を変化させるごとに、照射点—撮像面間距離及びＸ線の入射方向に関する値をリアルタイムで検出する。【解決手段】 アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢を基準座標系で検出する先端位置姿勢検出手段と、測定対象物ＯＢの３次元形状を測定する３次元形状測定装置８５とを備える。コントローラ９１は、３次元形状測定装置の座標系と基準座標系との関係と、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢と出射Ｘ線の光軸及び回折環撮像面の位置及び姿勢との関係を予め記憶し、３次元形状測定装置８５の測定により得られた３次元形状データと、先端位置姿勢検出手段が検出した先端の位置及び姿勢とを用いて、Ｘ線照射点の座標と照射点−撮像面間距離とＸ線の入射方向に関する値とを計算する。【選択図】図２

Description

本発明は、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で回折したＸ線により撮像面に回折環を形成するＸ線回折測定装置を、アーム式移動装置の先端に取り付けたＸ線回折測定システムに関する。

従来から、例えば特許文献１に示されるように、測定対象物に所定の入射角でＸ線を照射して、測定対象物で回折したＸ線によりＸ線回折環（以下、回折環という）を形成し、形成された回折環の形状を検出してｃｏｓα法による分析を行い、測定対象物の残留応力を測定するＸ線回折測定装置が知られている。特許文献１に示されている装置は、Ｘ線出射器、イメージングプレート等の撮像手段、レーザ検出装置等の読取手段、移動機構と回転機構等のレーザ走査手段及びＬＥＤ照射器等の回折環消去手段等を１つの筐体内に備え、該筐体がアーム式移動装置に接続されている。この装置によりＸ線回折測定を行う場合は、アーム式移動装置を測定対象物の近傍に設置した後、アーム式移動装置を操作して測定対象物に対するＸ線回折測定装置の位置と姿勢を調整する位置姿勢調整工程、測定対象物にＸ線を照射して発生する回折Ｘ線により、回折環をイメージングプレートに撮像する撮像工程、イメージングプレートにレーザ検出装置からのレーザ光を走査しながら照射することで回折環の形状を検出する読取り工程、該回折環をＬＥＤ光の照射により消去する消去工程、及び検出した回折環の形状から残留応力を計算する計算工程を連続して行う。これにより、測定対象物の残留応力を短時間で測定することができる。

また、特許文献１に示されるＸ線回折測定装置は出射Ｘ線の光軸と同一の光軸を有する平行なＬＥＤ光を照射し、ＬＥＤ光の照射点付近をカメラ撮影する機能がある。そして、測定対象物の意図する箇所をＸ線回折測定する場合は、前記平行なＬＥＤ光を照射し、ＬＥＤ光照射点が測定対象物の意図する箇所になり、撮影画像上のＬＥＤ光の照射点とＬＥＤ光の反射光の受光点が所定の位置（十字マークのクロス点）になるようＸ線回折測定装置の位置と姿勢を調整する。これにより、Ｘ線が意図する箇所に照射されるとともに、Ｘ線照射点からイメージングプレートまでの距離（以下、照射点―撮像面間距離という）およびＸ線の入射角を設定値にすることができる。さらに、イメージングプレートの回転角度０のラインと出射Ｘ線の光軸を含む平面（以下、基準平面という）とＸ線照射点における測定対象物の法線とが成す角度（以下、基準平面傾き角という）が０になるよう、言い換えると基準平面内にＸ線照射点における測定対象物の法線が含まれるようにすることができる。

特許第５９６７３９４号公報

しかしながら、特許文献１に示されるＸ線回折測定装置は、測定対象物が複雑な形状をしている場合、ＬＥＤ光照射点を意図する箇所にした後、撮影画像上のＬＥＤ光の照射点と受光点が所定の位置になるようＸ線回折測定装置の位置及び姿勢を調整するのに時間がかかるという問題がある。撮影画像上のＬＥＤ光の照射点と受光点を所定の位置にしなくても、照射点―撮像面間距離、Ｘ線の入射角及び基準平面傾き角が予め設定した許容範囲内にあり、これらの値を検出することができるならばＸ線回折測定は可能である。よって、Ｘ線回折測定装置の位置及び姿勢を変化させるごとに、照射点―撮像面間距離、Ｘ線の入射角及び基準平面傾き角の値を短時間で検出することができるならば、Ｘ線回折測定装置の位置及び姿勢を調整する時間は大幅に短縮することができる。しかし、特許文献１に示されるＸ線回折測定装置では、照射点―撮像面間距離、Ｘ線の入射角及び基準平面傾き角のすべてを短時間で検出することは不可能である。

本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で回折したＸ線により撮像面に回折環を形成するＸ線回折測定装置を、アーム式移動装置の先端に取り付けたＸ線回折測定システムにおいて、Ｘ線回折測定装置の位置及び姿勢を変化させるごとに、照射点―撮像面間距離及びＸ線の入射方向に関する値をリアルタイムで検出することができるＸ線回折測定システム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、Ｘ線を対象とする測定対象物に向けて出射するＸ線出射器と、Ｘ線出射器から測定対象物に向けてＸ線が出射された際、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線の光軸に対して略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、Ｘ線出射器及び回折環形成手段を内部に含む筐体とを備えたＸ線回折測定装置と、筐体を先端に取り付け、筐体の位置と姿勢を変化させるアーム式移動装置とを備えたＸ線回折測定システムにおいて、アーム式移動装置の先端の位置及び姿勢を、基準座標系による値で検出する先端位置姿勢検出手段と、測定対象物の３次元形状を測定し、３次元形状データを作成するための元データを出力する３次元形状測定装置と、３次元形状測定装置が出力する元データを入力し、３次元形状測定装置の座標系による３次元形状データを作成する３次元形状データ作成手段と、予め記憶している３次元形状測定装置の座標系と基準座標系との関係と、予め記憶しているアーム式移動装置の先端の位置及び姿勢とＸ線出射器から出射されるＸ線の光軸及び撮像面の位置及び姿勢との関係と、３次元形状データ作成手段が作成した３次元形状データと、先端位置姿勢検出手段が検出した先端の位置及び姿勢とを用いて、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の照射点の座標と、Ｘ線の照射点から撮像面までの距離である照射点−撮像面間距離と、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の入射方向に関する値とを計算する演算手段とを備えたＸ線回折測定システムとしたことにある。

これによれば、３次元形状測定装置により測定対象物の３次元形状を測定し、３次元形状データ作成手段により３次元形状測定装置の座標系による３次元形状データを作成しておき、Ｘ線回折測定装置の筐体の位置と姿勢を変化させるごとに、先端位置姿勢検出手段によりアーム式移動装置の先端の位置及び姿勢を検出すれば、演算手段が作成された３次元形状データと、検出された位置及び姿勢と、予め記憶している３次元形状測定装置の座標系と基準座標系との関係と、予め記憶しているアーム式移動装置の先端の位置及び姿勢とＸ線出射器から出射されるＸ線の光軸及び撮像面の位置及び姿勢との関係とを用いて、Ｘ線の照射点の座標と、照射点−撮像面間距離と、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の入射方向に関する値とを計算する。演算手段がコンピュータ装置にインストールされたプログラムであれば、この計算を短時間で行うことは可能であり、Ｘ線回折測定装置の位置及び姿勢を変化させるごとに、照射点―撮像面間距離及びＸ線の入射方向に関する値をリアルタイムで検出することができる。なお、Ｘ線の入射方向に関する値とはＸ線の入射角及び基準平面傾き角の値であるが、測定対象物の表面形状が複雑でない場合はＸ線の入射角の値に限定してもよい。また、位置及び姿勢とは具体的には複数の座標又は複数の座標とベクトル成分で表される値である。

また、本発明の他の特徴は、Ｘ線を対象とする測定対象物に向けて出射するＸ線出射器と、Ｘ線出射器から測定対象物に向けてＸ線が出射された際、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線の光軸に対して略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、Ｘ線出射器及び回折環形成手段を内部に含む筐体とを備えたＸ線回折測定装置と、筐体を先端に取り付け、筐体の位置と姿勢を変化させるアーム式移動装置とを備えたＸ線回折測定システムにおいて、Ｘ線回折測定装置の筐体は、筐体の位置及び姿勢を特定可能な基準物体を取り付け、測定対象物及びＸ線回折測定装置の筐体の３次元形状を測定し、３次元形状データを作成するための元データを出力する３次元形状測定装置と、３次元形状測定装置が出力する元データを入力し、３次元形状測定装置の座標系による３次元形状データを作成する３次元形状データ作成手段と、３次元形状データ作成手段が作成した３次元形状データから基準物体の３次元形状データを抽出し、筐体の位置及び姿勢を計算する筐体位置姿勢計算手段と、予め記憶している筐体の位置及び姿勢とＸ線出射器から出射されるＸ線の光軸及び撮像面の位置及び姿勢との関係と、筐体位置姿勢計算手段が計算した筐体の位置及び姿勢と、３次元形状データ作成手段が作成した３次元形状データとを用いて、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の照射点の座標と、Ｘ線の照射点から撮像面までの距離である照射点−撮像面間距離と、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の入射方向に関する値とを計算する演算手段とを備えたＸ線回折測定システムとしたことにある。

これによれば、３次元形状測定装置により測定対象物の３次元形状を測定し、３次元形状データ作成手段により３次元形状測定装置の座標系による３次元形状データを作成しておき、Ｘ線回折測定装置の筐体の位置と姿勢を変化させるごとに、３次元形状測定装置によりＸ線回折測定装置の筐体の３次元形状を測定し、３次元形状データ作成手段により３次元形状データを作成し、筐体位置姿勢計算手段により筐体の位置及び姿勢を計算すれば、演算手段が作成された測定対象物の３次元形状データと、計算された筐体の位置及び姿勢と、予め記憶している筐体の位置及び姿勢とＸ線出射器から出射されるＸ線の光軸及び撮像面の位置及び姿勢との関係とを用いて、Ｘ線の照射点の座標と、照射点−撮像面間距離と、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の入射方向に関する値とを計算する。３次元形状データ作成手段、筐体位置姿勢計算手段及び演算手段がコンピュータ装置にインストールされたプログラムであれば、３次元形状データの作成、筐体の位置及び姿勢の計算、及びＸ線の照射点の座標、照射点−撮像面間距離、Ｘ線の入射方向に関する値の計算を短時間で行うことは可能であり、３次元形状測定装置が位相シフト法による３次元形状測定装置のように高速で３次元形状測定することが可能な装置であれば、Ｘ線回折測定装置の位置及び姿勢を変化させるごとに、照射点―撮像面間距離及びＸ線の入射方向に関する値をリアルタイムで検出することができる。

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出射する可視光出射器と、可視光出射器から出射された可視光の照射点を含む領域の画像を結像する結像レンズ、及び結像レンズによって結像された画像を撮像する撮像器を有し、撮像器が作成する撮影画像を表す撮像信号を出力するカメラとを備え、カメラが出力する撮像信号から作成された撮影画像における可視光の照射点の位置を検出する照射点位置検出手段を備え、演算手段は、照射点位置検出手段が検出した可視光の照射点の位置、及び予め記憶している撮影画像における可視光の照射点の位置と照射点−撮像面間距離との関係をも用いて、Ｘ線の照射点の座標と、照射点−撮像面間距離と、Ｘ線の入射方向に関する値とを計算するようにしたことにある。

これによれば、撮影画像における可視光の照射点の位置、及び予め記憶している撮影画像における可視光の照射点の位置と照射点−撮像面間距離との関係を用いて、照射点−撮像面間距離が計算でき、照射点−撮像面間距離が得られたうえで出射されるＸ線の光軸及び撮像面の位置及び姿勢が計算できれば、Ｘ線照射点の座標を計算できる。すなわち、３次元形状データを使用しなくてもＸ線照射点の座標を計算できる。そして、Ｘ線照射点の座標が得られれば、その座標から設定された範囲の３次元形状データを抽出して、Ｘ線の入射方向に関する値を計算することができるので、Ｘ線回折測定装置の位置及び姿勢を変化させるごとに、照射点―撮像面間距離及びＸ線の入射方向に関する値をよりリアルタイムで検出することができる。

また、本発明の他の特徴は、演算手段は、３次元形状データを用いて３次元画像を作成するとともに、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸とＸ線の照射点における測定対象物の法線とを含む平面が測定対象物と交差するラインを、３次元画像に残留垂直応力の測定方向として表示するようにしたことにある。これによれば、残留垂直応力の測定方向が意図した通りか確認することができる。

また、本発明の他の特徴は、演算手段が計算した照射点−撮像面間距離及びＸ線の入射方向に関する値が、予め設定された許容範囲内であるか否かにより、Ｘ線回折測定が可能か否かを判定する判定手段を備えたことにある。これによれば、演算手段が計算した値を確認せずともＸ線回折測定が可能か否か判断できるので、効率よくＸ線回折測定を行うことができる。

本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定システムにおいて、アーム型ロボットの先端にＸ線回折測定装置を取り付けた状態を示す外観図である。 本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定システムの全体概略図である。 図２のＸ線回折測定装置の拡大図である。 測定対象物を載置するステージの斜視図である。 図４のステージを上方から見て基準物体の配置の仕方を示した図である。 アーム型ロボットの各関節の回転角度とアーム型ロボットの先端の位置及び姿勢との関係を取得する方法を示した図である。 アーム型ロボットの先端に定めた座標軸とＸ線回折測定装置に定めた座標軸との関係を視覚的に示した図である。 アーム型ロボットの先端に定めた座標軸とＸ線回折測定装置に定めた座標軸との関係を取得する方法を示した図である。 アーム型ロボットの先端に定めた座標軸とＸ線回折測定装置に定めた座標軸との関係を取得するときに、取得する座標点を示した図である。 図９において座標点を取得する際の、Ｘ線回折測定装置のカメラ機能による撮影画像を示した図である。 ３次元形状測定装置の座標系と基準座標系との関係を取得する方法を示した図である。 コントローラが実行する演算を視覚的に示した図である。 本発明の別の実施形態に係るＸ線回折測定システムの全体概略図である。 Ｘ線回折測定装置の筐体に取り付けた基準物体の特定点の座標とＸ線回折測定装置に定めた座標軸との関係を視覚的に示した図である。 Ｘ線回折測定装置の筐体に取り付けた基準物体の特定点の座標とＸ線回折測定装置に定めた座標軸との関係を取得する方法を示した図である。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定システムの構成について図１乃至図３を用いて説明する。図１に示されるようにこのＸ線回折測定システムは、アーム式移動装置をアーム型ロボット１にし、アーム型ロボット１の先端にＸ線回折測定装置２を取り付けたものである。アーム型ロボット１はそれぞれの関節部分の回転角度を変化させることで先端の位置及び姿勢を変化させることができ、これによりＸ線回折測定装置２は様々な位置及び姿勢をとることができる。また、このＸ線回折測定システムは、図２に示すように、測定対象物ＯＢの３次元形状を測定する３次元形状測定装置８５と、アーム型ロボット１、Ｘ線回折測定装置及び３次元形状測定装置８５の作動を制御するコンピュータ装置９０と、Ｘ線回折測定装置２がＸ線を出射するための高電圧を供給する高電圧電源９５を備える。Ｘ線回折測定装置２は先行技術文献の特許文献１に示されるＸ線回折測定装置と構成は同じものであり、高電圧電源９５も同じものである。すなわち、このＸ線回折測定システムは、特許文献１に示されるＸ線回折測定システムの複数の関節を有する移動装置をアーム型ロボット１に替え、３次元形状測定装置８５と測定対象物ＯＢを載置するためのステージ５を追加し、コンピュータ装置９０にアーム型ロボット１及び３次元形状測定装置８５を制御するシステムと、記憶されているデータ及び検出したデータを用いて照射点―撮像面間距離及びＸ線の入射方向に関する値等をリアルタイムで検出して表示するシステムとを加えたものである。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により測定される測定対象物ＯＢは、テーブル６の上に載置されたステージ５上に載置される。ステージ５は基準物体ＳＢを配置した円形状のもので、回転可能になっており、３次元形状測定装置８５により測定対象物ＯＢをあらゆる方向から３次元形状測定し、得られた３次元形状データを１つの座標系のデータに変換することができるようになっている。この点は後程詳細に説明する。図２ではステージ５はテーブル６の上に載置されるようになっているが、これは配置の仕方の１例であり、測定対象物ＯＢが３次元形状測定装置８５とＸ線回折測定装置により測定可能となる位置にステージ５が配置されるならば、配置のされ方はどのようなものであってもよい。また、測定対象物ＯＢはＸ線回折測定が可能なものであれば材質、形状はどのようなものであってもよいが、本実施形態では鉄製のギヤとして説明する。

図２及び図３に示すように、Ｘ線回折測定装置２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等を備える。筐体５０内には、上述した装置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２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。

Ｘ線出射器１０は、筐体５０内の上部にて筐体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ると、Ｘ線を図示下方向に出射する。Ｘ線制御回路８０は、コントローラ９１から指令が入力すると、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。

テーブル駆動機構２０は、筐体５０に固定され、フィードモータ制御回路７０から駆動信号がフィードモータ２２に出力されることで移動ステージ２１を図３の左右方向に移動させる。移動ステージ２１にはスピンドルモータ２７が取り付けられ、スピンドルモータ２７の回転軸にはイメージングプレート１５がセットされたテーブル１６が固定されており、テーブル駆動機構２０はイメージングプレート１５を図３の左右方向に移動させる。フィードモータ制御回路７０には移動ステージ２１の移動位置を検出する機能と、入力した移動位置と実際の移動位置が等しくなるまでフィードモータ２２に駆動信号を出力する機能があり、コントローラ９１からの適切な移動位置が入力することで、テーブル駆動機構２０はイメージングプレート１５を、Ｘ線が出射され回折Ｘ線による像（回折環）が撮像されるときと、撮像された回折環を読み取るときとにおいて、適切な位置に移動させることができる。また、フィードモータ制御回路７０にはコントローラ９１から移動方向と移動速度が入力すると、入力した移動方向に入力した移動速度で移動する機能もある。

テーブル駆動機構２０の上壁において、Ｘ線出射器１０の出射口に対向する位置には貫通孔が形成されており、Ｘ線出射器１０の出射口から出射されたＸ線は、該貫通孔を介してテーブル駆動機構２０内に入射する。スピンドルモータ２７の回転軸及び該回転軸の中心がスピンドルモータ２７の底面と交差する箇所にも貫通孔が形成されており、該回転軸の中心がテーブル１６と交差する箇所、及び該回転軸の中心がテーブル１６にイメージングプレート１５を固定するための固定具と交差する箇所にも貫通孔が形成されている。また、該回転軸の中心が移動ステージ２１と交差する箇所にも貫通孔が形成されている。よって、移動ステージ２１が図３の右方向に移動し、テーブル駆動機構２０の上壁に形成された貫通孔と移動ステージ２１に形成された貫通孔が対向した状態になると、Ｘ線出射器１０の出射口から出射されたＸ線は、これらの貫通孔を通過し、テーブル１６上にある固定具の貫通孔から出射する。これが、イメージングプレート１５に回折環を撮像する位置であり、コントローラ９１から適切な移動位置がフィードモータ制御回路７０に入力することで、テーブル駆動機構２０は移動ステージ２１をこの位置にすることができる。以下、この位置を回折環撮像位置という。

Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線は広がりながら進むＸ線であるが、スピンドルモータ２７に形成された貫通孔およびこの貫通孔と中心軸が一致している移動ステージ２１、テーブル１６及び固定具の貫通孔を通過して出射することで、これらの貫通孔の軸線に平行な平行光となる。そして、筐体５０に形成された円形孔５０ｃを通過して測定対象物ＯＢに照射される。よって、コントローラ９１からフィードモータ制御回路７０へ回折環撮像位置への移動指令、Ｘ線制御回路８０へ出射指令が出力し、設定された時間後、Ｘ線制御回路８０へ停止指令が出力するとイメージングプレート１５には回折環が撮像される。

スピンドルモータ２７は、スピンドルモータ制御回路７６から駆動信号が入力することで回転する。スピンドルモータ制御回路７６にはスピンドルモータ２７内のエンコーダから入力するパルス列信号により回転速度を設定された回転速度にする機能があり、コントローラ９１が回転の指令を出力すると、スピンドルモータ２７と一体になっているイメージングプレート１５は設定された回転速度で回転する。また、スピンドルモータ制御回路７６には回転角度を検出する機能と、入力した回転角度と実際の回転角度が等しくなるまでスピンドルモータ２７に低速回転を行うための駆動信号を出力する機能があり、コントローラ９１から回転角度が入力すると、スピンドルモータ２７と一体になっているイメージングプレート１５は入力した回転角度になる。イメージングプレート１５に回折環が撮像されるときは、コントローラ９１からスピンドルモータ制御回路７６に回転角度０の出力がされ、イメージングプレート１５は回転角度が０になる。

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、回転角度が０となっ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。このイメージングプレート１５の回転角度０のラインとＸ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸（スピンドルモータ２７に形成された貫通孔の軸線と等しい）とが含まれる平面を、以後、基準平面という。

コントローラ９１から適切な移動位置をフィードモータ制御回路７０に入力することで、テーブル駆動機構２０は移動ステージ２１を、イメージングプレート１５にレーザ検出装置３０が対向する位置まで移動させることができる。以後、この位置を回折環読取り位置という。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で輝尽発光した光の強度を検出する。イメージングプレート１５で輝尽発光した光の強度は撮像における回折Ｘ線の強度に比例するため、イメージングプレート１５にレーザ光を走査させるとともに走査位置を検出し、走査位置と発光した光の強度とを同じタイミングで検出することでイメージングプレート１５に撮像された回折環の形状（回折Ｘ線の強度分布）を検出することができる。レーザ検出装置３０は、検出装置制御回路７２により制御され、検出装置制御回路７２はコントローラ９１から読取り開始の指令を入力すると、レーザ検出装置３０がレーザ光を出射する駆動信号を出力し、レーザ検出装置３０が検出した光の強度のデジタルデータをコントローラ９１に出力する。

イメージングプレート１５にレーザ光を走査させるには、スピンドルモータ２７の回転と移動ステージ２１の移動を同時に行い、イメージングプレート１５上をレーザ光が螺旋状に移動するようにする。また、レーザ光の走査位置は、スピンドルモータ制御回路７６の回転角度を検出する機能と、フィードモータ制御回路７０の移動位置を検出する機能を用いる。そして、コントローラ９１に、発光した光の強度、回転角度及び移動位置のデジタルデータが同じタイミングで入力するようにすれば、コントローラ９１のメモリには回折環の形状（回折Ｘ線の強度分布）データが記憶される。すなわち、コントローラ９１は、検出装置制御回路７２へ読取り開始の指令、フィードモータ制御回路７０へ移動方向、移動速度、及び移動位置検出指令、及びスピンドルモータ制御回路７６へ回転指令と回転角度検出指令を出力すると、回折環の形状データがメモリに記憶される。

また、レーザ検出装置３０にはＬＥＤ光源が設けられ、検出装置制御回路７２から電力が供給されると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可視光を出射する。よって、レーザ光のイメージングプレート１５への走査が終了した後、レーザ光の出射を停止してＬＥＤ光源から可視光を照射し、可視光をレーザ光と同様にイメージングプレート１５上を走査させれば、イメージングプレート１５に撮像された回折環は消去される。

また、移動ステージ２１とテーブル駆動機構２０の上壁の下面との間には、プレート４５に固定されたＬＥＤ光源がスピンドルモータ２７の下面と対向するように配置されている。プレート４５は、近傍に配置されたモータの出力軸に固着されており、近傍に固定されたストッパ部材により２つの回転位置で回転が停止するようになっている。この２つの回転位置はスピンドルモータ２７の下面の貫通孔にＬＥＤ光源が対向する位置（以下、Ａ位置という）と、プレート４５がテーブル駆動機構２０の上壁の貫通孔を通過するＸ線を遮断しない位置（以下、Ｂ位置という）である。ＬＥＤ光源及びモータは、発光制御回路７８により制御され、発光制御回路７８はコントローラ９１から発光開始の指令が入力するとＬＥＤ光源に発光させる駆動信号を出力し、モータにＡ位置までプレート４５が回転する駆動信号を出力する。また、コントローラ９１から発光停止の指令が入力すると、発光のための駆動信号を停止し、モータにＢ位置までプレート４５が回転する駆動信号を出力する。

ＬＥＤ光源から出射されるＬＥＤ光はＸ線出射器１０から出射されるＸ線と同じ光路を通って、筐体５０の円形孔５０ｃから出射するが、出射Ｘ線と同様に平行光で出射されるので、ＬＥＤ光の照射点は出射Ｘ線の照射点と同一になる。よって、ＬＥＤ光の照射点が残留応力の測定点になるようにすることで、Ｘ線の照射点を残留応力の測定点にすることができる。

また、図２及び図３に示すように筐体５０には結像レンズ４８が設けられ、結像レンズ４８により画像が形成される箇所には、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７４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に対して基準位置にある測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点を中心とした領域の画像を撮像するデジタルカメラとして機能する。イメージングプレート１５に対して基準位置とは、ＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離である照射点−撮像面間距離が、基準距離Ｌｓ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７４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、基準平面（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）に含まれるとともに、この光軸と測定対象物ＯＢに照射されるＸ線及びＬＥＤ光の光軸が交わる点は、イメージングプレート１５から基準距離Ｌｓ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光の照射点箇所の測定対象物ＯＢの法線が基準平面に含まれ、Ｘ線及びＬＥＤ光の測定対象物ＯＢに対する入射角度が基準入射角度Ψｓであるとき、結像レンズ４８の光軸と測定対象物ＯＢのＸ線及びＬＥＤ光の照射点における法線方向とが成す角度は基準入射角度Ψｓに等しい角度であるようにされている。したがって、照射点−撮像面間距離が基準距離Ｌｓであり、Ｘ線及びＬＥＤ光の照射点箇所の測定対象物ＯＢの法線が基準平面に含まれ、ＬＥＤ光が測定対象物ＯＢに基準入射角度Ψｓで照射された場合には、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、撮像器４９におけるＬＥＤ光の照射点と測定対象物ＯＢで反射したＬＥＤ光が焦点を結ぶ点（以下、受光点という）は同じ位置に生じる。詳細に説明すると、測定対象物ＯＢに照射されるＬＥＤ光は平行光であるので、照射点において、ＬＥＤ光は散乱光と、略平行光のまま反射する反射光を発生させるが、散乱光のうち結像レンズ４８に入射した光は撮像器４９の位置で結像して照射点となり、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。そして、この状態で撮像器４９が出力する信号強度データから作成される撮影画像においても、照射点の画像と受光点の画像は同じ位置になる。

コンピュータ装置９０は、コントローラ９１、キーボード、タッチパネル等の入力装置９２及びディスプレイ等の表示装置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上述した回路への指令の出力と、上述した回路からのデータ取り込みを行い、各種の演算を行ってその結果を表示装置９３に表示する。

また、表示装置９３には、表示画面上にセンサ信号取出回路７４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。この十字マークのクロス点は、照射点−撮像面間距離が基準距離Ｌｓであり、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）が測定対象物ＯＢに基準入射角度Ψｓで照射され、かつ照射点の箇所の法線が基準平面に含まれるとき、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、十字マークの縦方向ラインは、基準平面が撮像器４９と交差するラインであり、このラインを測定対象物ＯＢの表面に投影させた方向が、撮像された回折環から計算される残留垂直応力の測定方向である。よって、十字マークの縦方向ラインは測定方向ラインである。なお、表示装置９３は撮影画像を表示するときは、後述するよう照射点―撮像面間距離及びＸ線の入射方向に関する値や、Ｘ線照射点と残留垂直応力の測定方向を示した測定対象物ＯＢの３次元画像等も表示するので、撮影画像は表示装置９３の表示面の一部である。

コントローラ９１のメモリには、撮影画像における照射点の十字マークの縦方向ラインにおける位置（以下、照射点縦方向位置という）と照射点−撮像面間距離との関係が、テーブル換算表または関係式により記憶されている。上述したように、撮影画像における照射点は、照射点−撮像面間距離が基準距離Ｌｓにあるとき十字マークのクロス点と合致するが、照射点−撮像面間距離が基準距離Ｌｓから変化するに伴い、十字マークの縦方向ライン上に位置を変化する。コントローラ９１のメモリには、この関係が記憶されている。よって、撮影画像における照射点縦方向位置を検出すれば、照射点−撮像面間距離を即座に算出することができる。

撮影画像における照射点縦方向位置と照射点−撮像面間距離との関係は、以下のようにすれば得ることができる。まず、金属粉（例えば鉄粉）を糊塗した測定対象物ＯＢにて撮影画像における照射点縦方向位置を取得する。次に、該測定対象物ＯＢにＸ線を照射してイメージングプレート１５に回折環を撮像し、上述した回折環読み取り機能により回折環の形状を読み取る。金属粉を糊塗した測定対象物ＯＢは残留応力０であり、読み取った回折環は真円に近い。そして、標準の回折角を２Θ（Θはブラッグ角）とすると、この回折環の半径Ｒは照射点−撮像面間距離ＬとＲ＝Ｌ・ｔａｎ（２Θ）の関係があり、標準の回折角２Θは金属粉の金属において定数であるので、読み取った回折環の半径値Ｒを算出すれば、上記計算式から照射点−撮像面間距離Ｌを求めることができる。よって、金属粉を糊塗した測定対象物ＯＢにおいて撮影画像における照射点縦方向位置を異ならせて取得するごとに、該測定対象物ＯＢにＸ線を照射して回折環を撮像し、この回折環の形状を読み取って半径値を算出すれば、撮影画像における照射点縦方向位置と照射点−撮像面間距離との関係を得ることができる。

３次元形状測定装置８５は、図２に示すよう、ステージ５に載置された測定対象物ＯＢの３次元形状を測定できる位置に配置されている。３次元形状測定装置８５は精度よく測定対象物ＯＢの３次元形状を測定することができるならば、測定原理はどのようなものであってもよく、レーザ光やライン光を照射して反射光を受光し、３角測量法の測定原理で各点の３次元座標群を得る装置や、格子状のパターン光を照射してカメラ撮影を行い位相シフト法の測定原理で各点の３次元座標群を得る装置等が用いられる。３次元形状測定装置８５による測定対象物ＯＢの３次元形状測定は、Ｘ線回折測定装置２の位置及び姿勢の調整が行われる前に行われ、その際、３次元形状測定装置８５の測定領域に余計なものがないよう、後述するようアーム型ロボット１を操作することでＸ線回折測定装置２を図２で示す位置より上方に移動する。３次元形状測定装置８５は、入力装置９２から測定指令を入力することで、コントローラ９１から測定指令が入力すると３次元測定を行い、得られたデータをコントローラ９１に出力する。３次元形状データは、レーザ光の照射方向データやカメラの撮影画像データ等、元データとなるものから演算処理により作成されるデータであるが、この演算処理は３次元形状測定装置８５に内蔵されているマイクロコンピュータで行っても、コントローラ９１で行ってもよい。作成される３次元形状データは、３次元形状測定装置８５に定められた座標軸により（ｘ，ｙ，ｚ）で表される座標データの群であり、３次元形状測定装置の座標系によるデータである。なお、作成される３次元形状データは、３次元形状測定装置８５の測定領域にあるものすべてであり、測定対象物ＯＢ以外に、ステージ５、及びテーブル６の上面の３次元形状データも含まれる。ただし、後述するようにコントローラ９１での演算処理により、作成された３次元形状データから測定対象物ＯＢの以外の３次元形状データは除去されるので、測定対象物ＯＢの３次元形状データのみが得られる。

測定対象物ＯＢが載置されるステージ５は図４に示すよう、基準物体として球体ＳＢを縁付近に配置した円形形状のもので、回転可能になっている。このステージ５は中央部分に載置された測定対象物ＯＢの３次元形状をあらゆる方向から測定した際、それぞれの測定方向の３次元形状データを１つの座標系によるデータにすることが可能なもので、詳細は特許第４２９１１７８号で説明されている。ステージ５を上方から見て基準物体である球体ＳＢの配置の仕方を示したものが図５である。図５に示すように球体ＳＢは円形に配置され、隣同士の球体ＳＢの中心と円の中心を結んだラインが成す角度はすべて異なっており、３つの球体ＳＢの中心座標がわかれば、それがどの球体ＳＢのものであるか識別できるようになっている。

コントローラ９１には、図５に示す、隣同士の球体ＳＢの中心と円の中心を結んだラインが成す角度が球体ＳＢに識別番号が付されて記憶されている。また、ステージ５が、Ｘ線回折測定装置２の位置及び姿勢調整とＸ線回折測定装置２による測定がされる回転角度であるときの、３次元形状測定装置の座標系による球体ＳＢの中心座標が記憶されている。この中心座標は、測定対象物ＯＢを載置せず３次元形状測定装置８５によりステージ５の３次元形状測定を行い、得られた３次元形状データからそれぞれの球体ＳＢの３次元形状データを抽出し、球の式に当てはめて最小２乗法により計算すればよい。この演算方法の詳細は、特許第３９５２４６７号で説明されている。以下、ステージ５の、Ｘ線回折測定装置２の位置及び姿勢調整とＸ線回折測定装置２による測定がされるときの回転角度を、基準回転角度という。

３次元形状測定装置８５により測定対象物ＯＢの３次元形状測定を行うときは、ステージ５の回転角度を変えるごとに測定を行う。これは、１回の測定では測定対象物ＯＢの３次元形状測定装置８５側の面しか３次元形状データが得られないためであり、ステージ５の回転角度を変えるごとに測定を行うことで、測定対象物ＯＢの全面の３次元形状データを得るようにするためである。そして、得られた３次元形状データはステージ５の回転角度が異なるごとに測定方向が異なり、座標系が異なるので、得られたデータをステージ５が基準回転角度のときの３次元形状データに変換する。これは、ステージ５の回転角度が異なるごとの３次元形状データから球体ＳＢの３次元形状データを抽出して球体ＳＢの中心座標を計算し、予め記憶しているステージ５が基準回転角度のときの球体ＳＢの中心座標を用いて座標変換係数を計算し、この座標変換係数により３次元形状データを変換すればよい。ステージ５に測定対象物ＯＢが載置されると、すべての球体ＳＢの３次元形状データは得られないが、最低でも３つの球体ＳＢの中心座標が得られれば座標変換係数は計算することができる。また、球体ＳＢの３次元形状データがどの球体ＳＢのものであるか識別するには、隣同士の球体ＳＢの中心と円の中心を結んだラインが成す角度を計算して、球体ＳＢの識別番号とともに記憶してある該角度と対比させればよい。この演算方法の詳細も、特許第４２９１１７８号で説明されている。

座標変換された３次元形状データには、測定対象物ＯＢ以外にステージ５及びテーブル６のデータも含まれているため、コントローラ９１は次いで測定対象物ＯＢ以外のデータを除外する処理を行う。これは、次のような演算処理である。まず、球体ＳＢの３次元形状データに座標値が近い球体ＳＢ以外の３次元形状データを抽出し、これを平面の式に当てはめて最小２乗法により平面の式の係数を求め、この平面から設定範囲内の距離にある３次元形状データを抽出し、再度最小２乗法により平面の式の係数を求める。得られた平面の式から設定範囲内の距離にある３次元形状データを抽出すれば、これはステージ５の平面部分の３次元形状データである。次に、平面の式の係数は法線ベクトルの成分であるので、ステージ５の平面の下向き方向の法線ベクトルの成分を求め、この法線ベクトルと抽出した３次元形状データの中の１つの座標からステージ５の平面以外の１つ１つの３次元形状データ（座標値）に向かう方向のベクトルとの角度を内積の式から計算し、角度が９０度未満になる３次元形状データを抽出する。これは、ステージ５の平面より下側にある箇所の３次元形状データである。全体の３次元形状データから抽出した３次元データと球体ＳＢの３次元形状データを除けば、残った３次元形状データは測定対象物ＯＢの３次元形状データである。

図２及び図３に示すよう、アーム型ロボット１は、先端がＸ線回折測定装置２の筐体５０の上面に固定された連結板５１にねじ止め等により固定されることで、Ｘ線回折測定装置２と一体になっている。アーム型ロボット１は複数の関節を有し、それぞれの関節は１つの回転軸周りに回転可能になっていて任意の回転角度で停止することができるようになっている。そして、アーム型ロボット１のそれぞれの関節の回転角度を様々に設定することでアーム型ロボット１の先端、すなわちＸ線回折測定装置２は様々な位置及び姿勢をとることができるようになっている。

アーム型ロボット１のそれぞれの関節の回転角度の設定は、コントローラ９１から関節モータ制御回路６０−１〜６０−６への回転角度の出力により行われる。関節モータ制御回路６０−１〜６０−６は、コントローラ９１から回転角度が入力するとアーム型ロボット１のそれぞれの関節にあるモータに駆動信号を出力するとともに、該モータのエンコーダから入力するパルス列信号のパルス数をカウントすることで回転角度を算出し、算出した回転角度がコントローラ９１から入力した回転角度と等しくなると駆動信号の出力を停止する。よって、コントローラ９１がそれぞれの関節の回転角度を出力することで、アーム型ロボット１の先端、すなわちＸ線回折測定装置２は様々な位置及び姿勢をとる。なお、図２においては、関節モータ制御回路６０−１〜６０−６は、アーム型ロボット１の外部に描かれているが、実際は２点鎖線で囲まれた回路は、アーム型ロボット１に２点鎖線で囲まれた箇所に内蔵されている。

コントローラ９１のメモリには、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢とアーム型ロボット１のそれぞれの関節の回転角度との関係が記憶されており、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢が設定されれば、それぞれの関節の回転角度は定まる。よって、コントローラ９１にてアーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢が設定されると、コントローラ９１はそれぞれの関節の回転角度を出力し、アーム型ロボット１の先端は即座に設定された位置及び姿勢になる。コントローラ９１でのアーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢の設定は、作業者が入力装置９２から位置として（ｘ，ｙ，ｚ）の座標を入力することと、姿勢として（Θｘ，Θｙ，Θｚ）の回転角度を入力することで行われる。この座標と回転角度は、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の原点における基準座標系による座標と、該座標軸の基準座標系の座標軸周りの回転角度である。基準座標系はアーム型ロボット１が固定された基台３の付近に定めた座標軸であり、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の方向が縦方向、横方向、高さ方向にされていて、アーム型ロボット１の先端の移動方向や姿勢変更方向が容易に判断できるものである。なお、入力装置９２からの（ｘ，ｙ，ｚ）の座標及び（Θｘ，Θｙ，Θｚ）の回転角度の入力は、数値の入力の他、既に入力されている数値の１つを正方向又は負方向に連続して変化させる入力の仕方もでき、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢を連続的に変化させることができる。

コントローラ９１のメモリに入力される、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢とアーム型ロボット１のそれぞれの関節の回転角度との関係は、以下のようにして求めることができる。なお、これは既存技術における１つの方法であり、この関係を精度よく求めることができるならば、これ以外の方法を用いてもよい。まず、アーム型ロボット１の先端からＸ線回折測定装置２を取り外し、図６に示すようにアーム型ロボット１の先端の固定用ブロック５２の下面（取り付け時に連結板５１と迎合する面）に３つの点Ｓ０〜Ｓ２を定める。１つは固定用ブロック５２の下面の中心点Ｓ０にし、１つは点Ｓ０からＸ線回折測定装置２を取り付けたとき基準平面と固定用ブロック５２の面が交差するラインの方向にある点Ｓ１とし、もう１つは点Ｓ０から点Ｓ０と点Ｓ１を結ぶラインの垂直方向にある点Ｓ２とする。ここで点Ｓ０はアーム型ロボット１の先端の位置を表すものであり、点Ｓ０と点Ｓ１を結ぶラインの方向と、点Ｓ０と点Ｓ２を結ぶラインの方向はアーム型ロボット１の先端の姿勢を表すものである。また、別の言い方をすると、点Ｓ０がアーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の原点であり、２つのラインが座標軸におけるＸ軸とＹ軸である。次に、アーム型ロボット１が固定された基台３の付近に基準座標系の原点とＸ，Ｙ軸を定め、原点をＦ０とし、Ｘ軸上に点Ｆ１を定め、Ｙ軸上に点Ｆ２を定める。なお、Ｚ軸はＸ軸及びＹ軸に垂直な軸であるので、原点とＸ，Ｙ軸が定まれば自ずと定まる。また、図５では３つの座標軸を明確にするためＹ軸を描いているが、実際はＹ軸は紙面垂直方向にあり、点Ｓ２及び点Ｆ２は点Ｓ０及び点Ｆ０と重なっている。これは、座標軸を示しているこれ以降の図でも同じである。

次に、高精度でリフレクター（ＳＭＲ）までの距離と方向を測定することができるレーザトラッカー８を用意する。距離と方向を測定することができるとは、レーザトラッカー８に定めた座標系でリフレクター（ＳＭＲ）中心位置を（ｘ，ｙ，ｚ）の座標で測定することができるということであり、このレーザトラッカー８により点Ｆ０〜Ｆ２にリフレクター（ＳＭＲ）を置いたときの座標値（ｘｆ０，ｙｆ０，ｚｆ０），（ｘｆ１，ｙｆ１，ｚｆ１），（ｘｆ２，ｙｆ２，ｚｆ２）を測定する。これらの座標値はリフレクター（ＳＭＲ）の半径分、点Ｆ０〜Ｆ２からずれているため、得られた３つの座標値から３つの座標を含む平面の式を計算し、測定した座標値からこの平面の法線方向にリフレクター（ＳＭＲ）の半径分、移動した座標値を計算し、正規の点Ｆ０〜Ｆ２の座標値（ｘｆ０，ｙｆ０，ｚｆ０），（ｘｆ１，ｙｆ１，ｚｆ１），（ｘｆ２，ｙｆ２，ｚｆ２）とする。なお、リフレクター（ＳＭＲ）の半径は小さいので、基準座標系の原点とＸ，Ｙ軸は、定めたものからＺ軸方向にリフレクター（ＳＭＲ）の半径分移動したものとして、測定した３つの座標値をそのまま点Ｆ０〜Ｆ２の座標値としてもよい。

次に、レーザトラッカー８で得られた座標値を基準座標系の座標値に変換するための座標変換の式を計算する。この座標変換の式は以下の数１に示す座標変換の式におけるｇ１１〜ｇ１３及びａ，ｂ，ｃを求めることで得ることができる。

ｇ１１〜ｇ１３は、ａ，ｂ，ｃを０にして、数１の（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に（１，０，０）を代入し、（ｘ，ｙ，ｚ）に、｛α・（ｘｆ１−ｘｆ０），α・（ｙｆ１−ｙｆ０），α・（ｚｆ１−ｚｆ０）｝を代入したときの式、（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に（０，１，０）を代入し、（ｘ，ｙ，ｚ）に、｛β・（ｘｆ２−ｘｆ０），β・（ｙｆ２−ｙｆ０），β・（ｚｆ２−ｚｆ０）｝を代入したときの式、（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に（０，０，１）を代入し、（ｘ，ｙ，ｚ）に、｛α・（ｘｆ１−ｘｆ０），α・（ｙｆ１−ｙｆ０），α・（ｚｆ１−ｚｆ０）｝と｛β・（ｘｆ２−ｘｆ０），β・（ｙｆ２−ｙｆ０），β・（ｚｆ２−ｚｆ０）｝の外積によるベクトル成分を代入したときの式から得られる、９つの式から成り立つ連立方程式を解くことで求めることができる。なお、αは、〔１／｛（ｘｆ１−ｘｆ０）^２＋（ｙｆ１−ｙｆ０）^２＋（ｚｆ１−ｚｆ０）^２｝^１／２〕であり、βは、〔１／｛（ｘｆ２−ｘｆ０）^２＋（ｙｆ２−ｙｆ０）^２＋（ｚｆ２−ｚｆ０）^２｝^１／２〕であって、点Ｆ０からＦ１へ向かうベクトルの成分、及び点Ｆ０からＦ２へ向かうベクトルの成分を単位ベクトルの成分にするための係数である。また、ａ，ｂ，ｃは、ｇ１１〜ｇ１３が得られた後、数１の（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に（０，０，０）を代入し、数１の（ｘ，ｙ，ｚ）に（ｘｆ０，ｙｆ０，ｚｆ０）を代入したときに得られる３つの式を解くことで求めることができる。

次に、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢を変更するごとに、アーム型ロボット１のそれぞれの関節の回転角度を関節モータ制御回路６０−１〜６０−６からコントローラ９１に出力させ、レーザトラッカー８で点Ｓ０〜Ｓ２にリフレクター（ＳＭＲ）を置いたときの座標値（ｘｓ０，ｙｓ０，ｚｓ０），（ｘｓ１，ｙｓ１，ｚｓ１），（ｘｓ２，ｙｓ２，ｚｓ２）を測定する。これらの座標値も、点Ｆ０〜Ｆ２と同様リフレクター（ＳＭＲ）の半径分、点Ｓ０〜Ｓ２からずれているため、点Ｆ０〜Ｆ２のときと同様に補正するか、リフレクター（ＳＭＲ）の半径は小さいので、点Ｓ０〜Ｓ２は固定用ブロック５２の下面の法線方向にリフレクター（ＳＭＲ）の半径分移動したものとして、測定した座標値をそのまま用いる。そして、得られた座標値を数１の（ｘ，ｙ，ｚ）に代入することで基準座標系による座標値にする。得られた座標値を（ｘｓ０’，ｙｓ０’，ｚｓ０’），（ｘｓ１’，ｙｓ１’，ｚｓ１’），（ｘｓ２’，ｙｓ２’，ｚｓ２’）とすると、（ｘｓ０’，ｙｓ０’，ｚｓ０’）はアーム型ロボット１の先端の位置を表す基準座標系による座標値である。そして、｛α・（ｘｓ１’−ｘｓ０’），α・（ｙｓ１’−ｙｓ０’），α・（ｚｓ１’−ｚｓ０’）｝と｛β・（ｘｓ２’−ｘｓ０’），β・（ｙｓ２’−ｙｓ０’），β・（ｚｓ２’−ｚｓ０’）｝の単位ベクトルの成分はアーム型ロボット１の先端の姿勢を表す基準座標系によるベクトル成分である。なお、αは、〔１／｛（ｘｓ１’−ｘｓ０’）^２＋（ｙｓ１’−ｙｓ０’）^２＋（ｚｓ１’−ｚｓ０’）^２｝^１／２〕であり、βは、〔１／｛（ｘｓ２’−ｘｆ０’）^２＋（ｙｓ２’−ｙｓ０’）^２＋（ｚｓ２’−ｚｓ０’）^２｝^１／２〕であって、点Ｓ０からＳ１へ向かうベクトルの成分、点Ｓ０からＳ２へ向かうベクトルの成分を単位ベクトルの成分にするための係数である。なお、別の言い方をすると、（ｘｓ０’，ｙｓ０’，ｚｓ０’）はアーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の原点における基準座標系による座標であり、｛α・（ｘｓ１’−ｘｓ０’），α・（ｙｓ１’−ｙｓ０’），α・（ｚｓ１’−ｚｓ０’）｝はＸ軸方向の基準座標系による単位ベクトルであり、｛β・（ｘｓ２’−ｘｓ０’），β・（ｙｓ２’−ｙｓ０’），β・（ｚｓ２’−ｚｓ０’）｝はＹ軸方向の基準座標系による単位ベクトルである。

そして、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢を僅かづつ変更するごとに、上記のようにして得られた、アーム型ロボット１の各関節の回転角度、点Ｓ０の座標値、点Ｓ０から点Ｓ１方向へ向かう単位ベクトルの成分、点Ｓ０から点Ｓ２方向へ向かう単位ベクトルの成分を、コントローラ９１のメモリに順に記憶させていけば、アーム型ロボット１の各関節の回転角度と先端の位置及び姿勢の関係を取得することができ、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢を設定すれば、記憶しているこの関係を用いて各関節の回転角度が定まり、関節モータ制御回路６０−１〜６０−６に回転角度を出力することで、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢は設定した通りになる。

なお、アーム型ロボット１の先端の姿勢を、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の方向における単位ベクトルの成分、すなわち点Ｓ０から点Ｓ１方向へ向かう単位ベクトルの成分と点Ｓ０から点Ｓ２方向へ向かう単位ベクトルの成分として表わすと、入力装置９２から姿勢の入力を行う際にわかりにくいため（Θｘ，Θｙ，Θｚ）の回転角度の値にし、入力装置９２からは姿勢として（Θｘ，Θｙ，Θｚ）の回転角度を入力するようにする。この回転角度は、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸をＸ’軸，Ｙ’軸として、すなわち、点Ｓ０と点Ｓ１を通るラインをＸ’軸、点Ｓ０と点Ｓ２を通るラインをＹ’軸として、基準座標系のＸ軸，Ｙ軸の方向をＸ’軸，Ｙ’軸の方向に一致させる際、基準座標系のＺ軸，Ｙ軸，Ｘ軸をその軸周りに回転させる角度である。見方を換えると、このΘｚ，Θｙ，Θｘは、基準座標系のＺ軸，Ｙ軸，Ｘ軸方向とＸ線回折測定装置２の筐体５０の高さ方向、幅方向、長尺方向が合うようにした状態から、高さ方向の軸周りにΘｚ回転させ、幅方向の軸周りにΘｙ回転させ、長尺方向の軸周りにΘｘ回転させた状態の姿勢を表すものであるため、入力装置９２から姿勢の入力を行う際にわかりやすい値である。そして、このΘｚ，Θｙ，Θｘは、Ｘ’軸方向の単位ベクトル（点Ｓ０から点Ｓ１方向へ向かう単位ベクトル）の基準座標系による成分、Ｙ’軸方向の単位ベクトル（点Ｓ０から点Ｓ２方向へ向かう単位ベクトル）の基準座標系による成分から、以下のようにして求めることができる。

まず、点Ｓ０から点Ｓ１へ向かう単位ベクトルの基準座標系による成分を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とすると、Θｚは以下の数２で求めることができる。
（数２）
Θｚ＝ｔａｎ^−１（ｙ１／ｘ１）
そして、Θｙは、以下の数３で求めることができる。
（数３）
Θｙ＝ｔａｎ^−１｛Ｚ１／（ｘ１^２＋ｙ１^２）^１／２｝
また、Θｘは、点Ｓ０から点Ｓ２へ向かう単位ベクトルの基準座標系による成分を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）とすると、以下の数４の座標変換の式により基準座標系のＸ軸の方向をＸ’軸の方向にしたときのベクトル成分（ｘ２’，ｙ２’，ｚ２’）を求め、以下の数５で求めることができる。

（数５）
Θｚ＝ｔａｎ^−１（ｚ２’／ｙ２’）
このようにして計算した回転角度Θｚ，Θｙ，Θｘを、アーム型ロボット１の各関節の回転角度に関連づけてコントローラ９１のメモリに記憶しておくことで、作業者が入力装置９２からアーム型ロボット１の先端の姿勢を表す値として回転角度Θｚ，Θｙ，Θｘを入力すると、各関節の回転角度が定まり、アーム型ロボット１の先端の姿勢は入力装置９２から入力した通りになる。なお、アーム型ロボット１の関節の回転角度と回転角度Θｚ，Θｙ，Θｘとの関係は、換算テーブルの形であり値としては不連続である。よって、入力されたアーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢から各関節の回転角度を定めるときは、換算テーブルの中の最も近い値を選択し、補間法による計算を行う。また、回転角度Θｚ，Θｙ，Θｘを、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の方向における単位ベクトルの成分にするときは、以下の数６の座標変換の式の（ｘ，ｙ，ｚ）に（１，０，０）、（０，１，０）、（０，０，１）を入力して、それぞれ（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を求めればよい。

また、コントローラ９１のメモリには、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸と、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸との関係が記憶されている。上述したように、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸は、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢を表すものであり、点Ｓ０を原点にし、点Ｓ０と点Ｓ１を通るラインをＸ’軸、点Ｓ０と点Ｓ２を通るラインをＹ’軸にし、Ｘ’軸とＹ’軸に直交する軸をＺ’軸にしたものである。そして、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸は、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）の光軸とイメージングプレート１５の位置及び姿勢を表すものであって、具体的にはＬＥＤ光（出射Ｘ線）の光軸とイメージングプレート１５の上面が交差する点を原点にし、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）の光軸をＺ軸にし、イメージングプレート１５の回転角度０のラインをＸ軸にし、Ｘ軸とＺ軸に直交する軸をＹ軸にしたものである。この座標軸の関係を視覚的に示したものが図７であり、図７ではＸ線回折測定装置２に定めた座標軸をＸｒ軸、Ｙｒ軸、Ｚｒ軸としている。そして、コントローラ９１のメモリに記憶される関係とは、基準座標系におけるアーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の原点（点Ｓ０）からＸ線回折測定装置２に定めた座標軸の原点に向かうベクトルの成分と、基準座標系におけるアーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の方向の単位ベクトルをＸ線回折測定装置２に定めた座標軸の方向の単位ベクトルにするときの回転の行列式である。別の見方をすると、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸をＸ線回折測定装置２に定めた座標軸に一致させるときの原点の移動方向と移動量、及び基準座標系の座標軸方向周りの回転角度である。コントローラ９１のメモリにこの関係が記憶されていることで、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の位置と方向が設定されれば、Ｘ線回折測定装置２の座標軸の位置と方向が設定される。具体的には、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢が設定されれば、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）の光軸とイメージングプレート１５の上面が交差する点（イメージングプレート１５の中心点）の位置、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）の光軸方向、イメージングプレート１５の回転角度０のラインの方向及び基準平面の法線方向を算出することができる。

コントローラ９１のメモリに記憶される、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸と、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸との関係は、以下のようにして求めることができる。なお、この関係を求めるのは、コントローラ９１のメモリに、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢とアーム型ロボット１のそれぞれの関節の回転角度との関係が記憶された後である。まず、図８に示すように、Ｘ線回折測定装置２からＬＥＤ光を照射し、カメラ機能を作動させたとき、ＬＥＤ光が照射され撮影画像に写る位置に直方体状のブロックＢＬが底面が下方から見えるようにセットする。直方体状のブロックＢＬは上面に十字マークが描かれ、その十字マークのクロス点は上面の中心点、すなわち上面の長方形の対角線が交差する点と合致している。図８では高さ方向位置を変化させることができる支持装置９によりセットするようにしているが、ブロックＢＬの底面が下方から見えるようにセットできればセットの方法はどのような方法でもよい。次に、前述した関係を求めたときと同様にレーザトラッカー８を用意し、基準座標系の座標軸に設定した点Ｆ０〜Ｆ２にリフレクター（ＳＭＲ）をセットし、リフレクター（ＳＭＲ）の中心座標を測定し、前述した関係を求めたときと同様に、レーザトラッカー８の座標系による座標を基準座標系による座標に変換する座標変換の式である数１を計算する。ただし、レーザトラッカー８を前述した関係を求めたときから移動していなければ、先に得られた座標変換の式をそのまま使用すればよいので、この作業は不要である。

次に、アーム型ロボット１のそれぞれの関節の回転角度から既にメモリに記憶されている関係を用いてアーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢、すなわち点Ｓ０の座標、Ｘ’軸方向及びＹ’軸方向の単位ベクトルの成分を取得する。そして、図８に示すようにブロックＢＬの位置を実線で示すように、Ｘ線回折測定装置２に近い位置にし、すなわち撮影画像の上方にＬＥＤ光の照射点が写るようにし、ブロックＢＬの上面の十字マークの中心と照射点が合致するようブロックＢＬの位置を調整する。この状態で、撮影画像上のＬＥＤ光の照射点の位置から照射点−撮像面間距離Ｌ１を取得する。次に、ブロックＢＬの底面の角である点Ｂ１〜Ｂ３にリフレクター（ＳＭＲ）をセットし、レーザトラッカー８によりそれぞれのリフレクター（ＳＭＲ）の中心座標を測定し、この座標を数１の座標変換の式により基準座標系による座標に変換する。そして、得られた３つの座標からブロックＢＬの上面の中心点Ｂ０１の座標（ｘｂ１，ｙｂ１，ｚｂ１）を計算する。この計算は、ブロックＢＬの下面の長方形の対角線の中心点の座標を求め、下面の上面に向かう法線方向の単位ベクトルを求め、リフレクター（ＳＭＲ）の半径とブロックＢＬの高さ方向の長さを加算した値をこの単位ベクトルに乗算して、対角線の中心点の座標に加算すればよい。なお、図８において点Ｂ１〜Ｂ３は１つのライン上にあるようになっているが、実際は点Ｂ３は点Ｂ１から紙面垂直方向にあり、点Ｂ１と重なっている。

次に、図９に示すようにブロックＢＬの位置を点線で示すように、Ｘ線回折測定装置２から離れた位置にし、すなわち撮影画像の下方にＬＥＤ光の照射点が写るようにし、ブロックＢＬの十字マークの中心とＬＥＤ光の照射点が合致するようブロックＢＬの位置を調整する。この状態で、撮影画像上のＬＥＤ光の照射点の位置から照射点−撮像面間距離Ｌ２を取得する。そして、上述した作業と同じ作業を行って、ブロックＢＬの上面の中心点Ｂ０２の座標（ｘｂ２，ｙｂ２，ｚｂ２）を取得する。次に、図９に示すようにブロックＢＬの位置を１点鎖線で示すように、ＬＥＤ光が照射されない結像レンズ４８から離れた位置にし、ブロックＢＬの十字マークの中心が撮影画像における十字マークの縦方向ラインと重なるようブロックＢＬの位置を調整する。そして、上述した作業と同じ作業を行って、ブロックＢＬの上面の中心点Ｂ０３の座標（ｘｂ３，ｙｂ３，ｚｂ３）を取得する。撮影画像において図９における３つのブロックＢＬを示したものが図１０であり、（ａ）の撮影画像は図９の実線のブロックＢＬ、（ｂ）の撮影画像は図９の点線のブロックＢＬ、（ｃ）の撮影画像は図９の１点鎖線のブロックＢＬである。このようにして得られた、２つの照射点−撮像面間距離Ｌ１，Ｌ２と３つの中心点Ｂ０１〜Ｂ０３の座標から、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸の原点と座標軸の方向の単位ベクトルの成分を計算する。なお、得られた３つの中心点Ｂ０１〜Ｂ０３の座標は基準座標系による値であるので、以後計算される座標及びベクトル成分は、すべて基準座標系による値である。

まず、Ｚ軸方向の単位ベクトルの成分は、｛α・（ｘｂ２−ｘｂ１），α・（ｙｂ２−ｙｂ１），α・（ｚｂ２−ｚｂ１）｝で計算される。αは、〔１／｛（ｘｂ２−ｘｂ１）^２＋（ｙｂ２−ｙｂ１）^２＋（ｚｂ２−ｚｂ１）^２｝^１／２〕であり、点Ｂ０１から点Ｂ０２へ向かうベクトルの成分を単位ベクトルの成分にするための係数である。そして、座標軸の原点は、点Ｂ０１の座標（ｘｂ１，ｙｂ１，ｚｂ１）に、上記のように得られたＺ軸方向の単位ベクトルの成分に照射点−撮像面間距離Ｌ１を乗算して符号を逆にしたベクトルの成分を加算することで得ることができる。また、点Ｂ０２の座標（ｘｂ２，ｙｂ２，ｚｂ２）に、上記のように得られたＺ軸方向の単位ベクトルの成分に照射点−撮像面間距離Ｌ２を乗算して符号を逆にしたベクトルの成分を加算してもで得ることができるので、得られた２つの座標値を平均すればよい。次に、Ｙ軸方向の単位ベクトルは、３つの点Ｂ０１〜Ｂ０３の座標から３つの点Ｂ０１〜Ｂ０３を含む平面（基準平面）の式を算出すれば、この平面の法線ベクトルが計算されるので、この法線ベクトルの単位ベクトルを計算することで得ることができる。さらに、Ｘ軸方向の単位ベクトルは、Ｙ軸方向の単位ベクトルとＺ軸方向の単位ベクトルの外積から得ることができる。

そして、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸と、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸との関係である、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の原点からＸ線回折測定装置２に定めた座標軸の原点に向かうベクトルの成分と、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の方向の単位ベクトルをＸ線回折測定装置２に定めた座標軸の方向の単位ベクトルにするときの回転の行列式は以下のようにして計算する。まず、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の原点からＸ線回折測定装置２に定めた座標軸の原点に向かうベクトルの成分は、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸の原点を（ｘｒ０，ｙｒ０，ｚｒ０），アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の原点を（ｘｓ０，ｙｓ０，ｚｓ０）とすると、（ｘｒ０−ｘｓ０，ｙｒ０−ｙｓ０，ｚｒ０−ｚｓ０）で得ることができる。そして、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸の方向の単位ベクトルをアーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の方向の単位ベクトルにするときの回転の行列式は、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸のＸ軸方向の単位ベクトルを（ｘｓ１，ｙｓ１，ｚｓ１）、Ｙ軸方向の単位ベクトルを（ｘｓ２，ｙｓ２，ｚｓ２）、Ｚ軸方向の単位ベクトルを（ｘｓ３，ｙｓ３，ｚｓ３）とし、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸のＸ軸方向の単位ベクトルを（ｘｒ１，ｙｒ１，ｚｒ１）、Ｙ軸方向の単位ベクトルを（ｘｒ２，ｙｒ２，ｚｒ２）、Ｚ軸方向の単位ベクトルを（ｘｒ３，ｙｒ３，ｚｒ３）とすると、以下の数７の式の（ｘ，ｙ，ｚ）に、（ｘｓ１，ｙｒｓ，ｚｓ１）、（ｘｓ２，ｙｓ２，ｚｓ２）、（ｘｓ３，ｙｓ３，ｚｓ３）を代入し、（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に、（ｘｒ１，ｙｒ１，ｚｒ１）、（ｘｒ２，ｙｒ２，ｚｒ２）、（ｘｒ３，ｙｒ３，ｚｒ３）を代入したときに成立する９つの式からなる連立方程式を解いてｇ１１〜ｇ３３を求めることで得ることができる。

これにより、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸と、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸との関係を得ることができる。なお、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸と、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸との関係は、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢によらず一定であるので、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢を変えて上述した作業を行い、複数の（ｘｓ０−ｘｒ０，ｙｓ０−ｙｒ０，ｚｓ０−ｚｒ０）と行列式の係数ｇ１１〜ｇ３３を求め、平均することで精度のよい関係を求めることが好ましい。

そして、コントローラ９１のメモリに上述したように求めた、ベクトル成分（ｘｒ０−ｘｓ０，ｙｒ０−ｙｓ０，ｚｒ０−ｚｓ０）と行列式の係数ｇ１１〜ｇ３３を記憶しておけば、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の原点の座標にベクトル成分（ｘｓ０−ｘｒ０，ｙｓ０−ｙｒ０，ｚｓ０−ｚｒ０）を加算し、アーム型ロボット１の先端に定めた３つの座標軸の方向の単位ベクトルを数７の行列で変換すれば、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸の原点の座標と３つの座標軸の方向の単位ベクトルになる。

また、コントローラ９１のメモリには、３次元形状測定装置の座標系と基準座標系との関係が記憶されている。これは、具体的には３次元形状測定装置の座標系による３次元形状データを基準座標系による３次元形状データに変換するための座標変換係数であり、数１の係数ｇ１１〜ｇ３３とａ，ｂ，ｃである。そして、コントローラ９１は入力装置９２から３次元形状測定完了の指令が入力すると、記憶されている座標変換係数により、３次元形状測定装置の座標系による３次元形状データを基準座標系の３次元形状データに変換する。この座標変換係数は、以下のようにして求めることができる。まず、図１１に示すようにステージ５を取り除いてテーブル６上に半径を異ならせた球体ＴＢを３つ載置する。球体ＴＢの載置の仕方は球体ＴＢの中心が直線にならなければ任意である。そして、３次元形状測定装置８５により３次元形状測定を行い、コントローラ９１で得られる３次元形状データから、球体ＴＢの３次元形状データを抽出し、球体ＴＢの中心座標を計算する。これは、ステージ５を使用した３次元形状測定において球体ＳＢの３次元形状データを抽出し、中心座標を求める演算と演算方法は同じである。球体ＴＢは半径を異ならせており、中心座標を計算する際に半径も計算するので、得られた球体ＴＢの中心座標はどの球体ＴＢのものであるか識別することができる。

次に、前述した関係を求めたときと同様にレーザトラッカー８を用意し、基準座標系の座標軸に設定した点Ｆ０〜Ｆ２にリフレクター（ＳＭＲ）をセットし、リフレクター（ＳＭＲ）の中心座標を測定し、前述した関係を求めたときと同様に、レーザトラッカー８の座標系による座標を基準座標系による座標に変換する座標変換係数である数１を計算する。ただし、図１１ではレーザトラッカー８の位置はこれ以前の図の位置から移動させているが、レーザトラッカー８を前述した関係を求めたときから移動していなければ、先に得られた座標変換係数をそのまま使用すればよいので、この作業は不要である。

次に、図１１に示すようにリフレクターＳＭＲを球体ＴＢの表面に接触させ、リフレクターＳＭＲの中心座標をレーザトラッカー８で測定し、この座標を得られている座標変換係数で変換し基準座標系による座標にする。これを１つの球体ＴＢにおいて接触させる表面の位置を異ならせて、４回以上行い、得られた座標を球の式に代入して成立する連立方程式を解くことで中心座標を求める。これにより、３つの球体ＴＢの中心座標が基準座標系による値と３次元形状測定装置の座標系による値で得られるとともに、それぞれの球体ＴＢの中心座標は球体ＴＢが識別されているので、２つの座標系で対比させることができる。よって、座標変換の式である数１の（ｘ，ｙ，ｚ）に３次元形状測定装置の座標系による座標値を代入し、（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に基準座標系による座標値を代入し、さらに、ａ，ｂ，ｃを０にした数１の（ｘ，ｙ，ｚ）と（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に３つの座標の２つを結ぶベクトルの外積によるベクトルの成分を代入することで１２個の式からなる連立方程式を作成する。この連立方程式を解くことで係数ｇ１１〜ｇ３３とａ，ｂ，ｃを求めることができる。これは公知の計算方法であり、特許第４２９１１７８号等で説明されている。

このようにして構成されたＸ線回折測定システムにおいて、作業者は測定対象物ＯＢのＸ線回折測定を行うときは、まずステージ５に測定対象物ＯＢを載置し、ステージ５の複数の回転角度で入力装置９２から３次元形状測定の指令を入力する。これにより、３次元形状測定装置８５はコントローラ９１の指令で測定を行い、コントローラ９１にステージ５のそれぞれの回転角度での３次元形状データ又はその元データが入力する。コントローラ９１はデータが入力するごとに上述した演算処理により、入力又は作成された３次元形状データをステージ５の基準回転角度での３次元形状データに変換し、さらに上述した演算処理によりテーブル６やステージ５等の余計な３次元形状データを除去して、測定対象物ＯＢの３次元形状データのみにする。そして、作業者が入力装置９２から３次元形状測定完了の指令を入力すると、コントローラ９１は、３次元形状測定装置の座標系によるデータであるこの３次元形状データを記憶されている座標変換係数により座標変換して、基準座標系での３次元形状データにする。これによりコントローラ９１に記憶されている座標やベクトル成分に関する値は、すべて基準座標系による値になる。

次に作業者はステージ５を基準回転角度にし、入力装置９２から位置姿勢調整を入力する。これにより、コントローラ９１は発光制御回路７８とセンサ信号取出回路７２に指令を出力し、Ｘ線回折測定装置２からは出射Ｘ線と同じ光軸の平行なＬＥＤ光が出射され、撮像器４９が出力した撮像信号から作成された撮影画像が表示装置９３に表示される。そして、作業者は入力装置９２からアーム型ロボット１の先端の位置と姿勢を入力して、Ｘ線回折測定装置２から出射されるＬＥＤ光の照射点が、測定対象物ＯＢの測定点近傍になるとともに、おおよそでＬＥＤ光の照射方向を測定対象物ＯＢの表面に投影した方向が残留垂直応力の測定方向になるようにする。

コントローラ９１は撮影画像にＬＥＤ光の照射点が生じると、ＬＥＤ光照射点の縦方向位置を検出することを繰り返し行う。そして、入力装置９２からアーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢が入力するごとに、記憶されている３次元形状データ、記憶されているアーム型ロボット１の先端に定めた座標軸とＸ線回折測定装置２に定めた座標軸との関係、及び記憶されている撮影画像における照射点縦方向位置と照射点−撮像面間距離との関係を用いて、Ｘ線照射点の座標、照射点―撮像面間距離、Ｘ線の入射角、基準平面傾き角及び残留垂直応力の測定方向を計算する。そして、表示装置９３に照射点―撮像面間距離、Ｘ線の入射角、基準平面傾き角の値を表示するとともに、３次元形状データから作成した３次元画像上にＸ線照射点及び残留垂直応力の測定方向を表示する。

これらの値を計算する方法を視覚的に示したものが図１２である。アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢が定まるということは、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の位置と方向が定まるということであり、これから記憶されているアーム型ロボット１の先端に定めた座標軸とＸ線回折測定装置２に定めた座標軸との関係を用いれば、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）の光軸とイメージングプレート１５の上面が交差する点（図１２の○で示される点）Ｇの座標値、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）の光軸Ｒの方向（Ｚｒ軸方向）の単位ベクトルの成分、イメージングプレート１５の回転角度０のラインの方向（Ｘｒ軸方向）の単位ベクトル成分及び基準平面の法線方向（Ｙｒ軸方向）の単位ベクトルの成分が計算される。

３次元形状データ（図１２の●で示される点）で表される測定対象物ＯＢの表面とＬＥＤ光（出射Ｘ線）の光軸Ｒが交差する点（図１２の◎で示される点）ＰがＸ線照射点であり、点Ｇの座標値とＺｒ軸方向の単位ベクトルから定まるＬＥＤ光（出射Ｘ線）の光軸Ｒの直線の式と３次元形状データを用いて演算処理することで計算することができる。しかし、３次元形状データの量は多く、光軸Ｒの直線の式に近い３次元形状データを抽出するだけでも、多くの演算を要する。よって、結果が出るまでの時間を短くするため（よりリアルタイムで表示装置９３への表示を行うため）、Ｘ線照射点Ｐの座標計算は別の方法を用いる。コントローラ９１は撮影画像におけるＬＥＤ光照射点の縦方向位置を検出することを繰り返し行っており、検出されるＬＥＤ光照射点の縦方向位置を、記憶されている撮影画像における照射点縦方向位置と照射点−撮像面間距離との関係に当てはめれば、照射点―撮像面間距離を求めることができる。得られた照射点―撮像面間距離をＺｒ軸方向の単位ベクトルに乗算し、点Ｇの座標値に加算すれば、Ｘ線照射点Ｐの座標を求めることができる。

次にコントローラ９１は得られたＸ線照射点Ｐの座標から基準座標系のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の距離が所定範囲内の３次元形状データを抽出する。これは視覚的には図１２の立方体Ｃの内側に含まれる３次元形状データ（●で示される点）を抽出することである。そして、抽出した３次元形状データを平面の式に当てはめることで最小２乗法により平面Ｓの式の係数を計算し、得られた平面Ｓから抽出した３次元形状データまでの距離をそれぞれ計算し平均する。距離の平均値が予め設定した許容値より大きい場合は、抽出した３次元形状データが表す面は平面からの乖離が大きいとして、Ｘ線照射点Ｐの座標からの距離の範囲を狭くして（立方体Ｃの大きさを小さくして）再度同じ計算を行う。このようにして、抽出した３次元形状データが表す面が平面に近似できるまで同じ計算を行う。得られた平面Ｓの式の係数は法線ベクトルの成分であるが、符号を逆にした２つの法線ベクトルが考えられるので、Ｚｒ軸方向の単位ベクトルの反対方向ベクトルとの成す角度を内積の式から計算し、９０°以下の方を平面Ｓの法線ベクトルＶとする。このとき計算される角度が法線ベクトルＶとＸ線照射点Ｐから点Ｇに向かうベクトルとが成す角度であり、Ｘ線の入射角である。次に、法線ベクトルＶとＹｒ軸方向の単位ベクトルとが成す角度を内積の式から計算し、９０°から減算する。得られた角度が基準平面と法線ベクトルＶが成す角度であり、基準平面傾き角である。さらに、法線ベクトルＶとＺｒ軸方向の単位ベクトルとの外積によるベクトルを計算し、得られたベクトルと法線ベクトルＶの外積によるベクトルを計算する。得られたベクトルが 光軸ＲとＸ線照射点Ｐでの平面Ｓの法線を含む平面が平面Ｓと交差するラインに平行なベクトルであり、残留垂直応力の測定方向に平行なベクトルである。これにより、Ｘ線照射点の座標、照射点―撮像面間距離、Ｘ線の入射角、基準平面傾き角及び残留垂直応力の測定方向のすべてが計算されたことになる。

さらにコントローラ９１は計算された照射点―撮像面間距離及びＸ線の入射角と予め設定されたそれぞれの許容範囲とを比較し、Ｘ線回折測定が可能か否かの判定結果も表示装置９３に表示する。照射点―撮像面間距離が大きすぎると、回折環の径がイメージングプレート１５の径よりも大きくなって回折環が撮像されず、小さすぎると、レーザ検出装置３０による回折環の検出が不可能になる。また、Ｘ線の入射角が９０°に近くなったり０°に近くなると、残留垂直応力の測定精度が悪くなる。よって、許容範囲はＸ線回折測定が精度よく行われる範囲により適宜決めればよい。

作業者は、入力装置９２からアーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢を入力するごとに、表示装置９３に表示される、照射点―撮像面間距離、Ｘ線の入射角及び基準平面傾き角の値と、測定対象物ＯＢの３次元画像上に示されるＸ線照射点及び残留垂直応力の測定方向と、Ｘ線回折測定が可能か否かの判定結果を見て、Ｘ線回折測定装置２の位置及び姿勢を調整する。そして、位置及び姿勢がこれでよいとなった時点で、入力装置９２から位置姿勢調整完了を入力する。これにより、コントローラ９１は最後に計算した照射点―撮像面間距離、Ｘ線の入射角、法線ベクトルＶの成分、Ｚｒ軸方向方の単位ベクトルの成分及びＹｒ軸方向の単位ベクトルの成分を記憶するとともに、発光制御回路７８とセンサ信号取出回路７２に指令を出力し、Ｘ線回折測定装置２はＬＥＤ光照射とカメラ撮影を停止する。

この後、作業者は、入力装置９２からＸ線回折測定の開始を入力する。Ｘ線回折測定はＸ線の照射により回折環をイメージングプレート１５に撮像する撮像工程、撮像された回折環の形状を検出する読取り工程、該回折環を消去する消去工程、及び検出した回折環の形状から残留応力を計算する計算工程からなるが、このときのＸ線回折測定装置２及びコントローラ９１の作動は、すべて先行技術文献である特許文献１で説明されている通りである。なお、残留応力の計算においては、最後に計算され記憶されている照射点−撮像面間距離及びＸ線の入射角が用いられる。また、基準平面傾き角が０より大きく離れていると、回折環において回転角度を０とするラインを変更しないと残留応力の測定精度は悪くなるので、回折環において回転角度を０とするラインと基準の回転角度０のラインとの成す角度を計算し、回折環の形状データの１つである回転角度のデータに加算又は減算することで正規の回転角度とする。該角度は、法線ベクトルＶとＺｒ軸方向方の単位ベクトルの外積によるベクトルを計算し、得られたベクトルとＹｒ軸方向方の単位ベクトルとが成す角度を内積の式から計算することで求めることができる。

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、Ｘ線を対象とする測定対象物ＯＢに向けて出射するＸ線出射器１０と、Ｘ線出射器１０から測定対象物ＯＢに向けてＸ線が出射された際、測定対象物ＯＢ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線の光軸に対して略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手段と、Ｘ線出射器１０及び回折環形成手段を内部に含む筐体５０とを備えたＸ線回折測定装置２と、筐体５０を先端に取り付け、筐体５０の位置と姿勢を変化させるアーム型ロボット１とを備えたＸ線回折測定システムにおいて、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢を基準座標系による値で検出するコントローラ９１と、測定対象物ＯＢの３次元形状を測定し、３次元形状データを作成するための元データを出力する３次元形状測定装置８５と、３次元形状測定装置８５が出力する元データを入力し、３次元形状測定装置の座標系による３次元形状データを作成する３次元形状データ作成プログラムと、予め記憶している３次元形状測定装置８５の座標系と基準座標系との関係と、予め記憶しているアーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢とＸ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸及びイメージングプレート１５の位置及び姿勢との関係と、３次元形状データ作成プログラムが作成した３次元形状データと、コントローラ９１が検出した先端の位置及び姿勢とを用いて、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の照射点の座標と、Ｘ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離である照射点−撮像面間距離と、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の入射方向に関する値とを計算するコントローラ９１内の演算プログラムとを備えている。

これによれば、３次元形状測定装置８５により測定対象物ＯＢの３次元形状を測定し、３次元形状データ作成プログラムにより３次元形状測定装置８５の座標系による３次元形状データを作成しておき、Ｘ線回折測定装置２の筐体５０の位置と姿勢を変化させるごとに、コントローラ９１によりアーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢を検出すれば、コントローラ９１内の演算プログラムが、Ｘ線の照射点の座標と、照射点−撮像面間距離と、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の入射方向に関する値とを計算する。コントローラ９１はコンピュータ装置であるので、この計算を短時間で行うことでき、Ｘ線回折測定装置２の位置及び姿勢を変化させるごとに、照射点―撮像面間距離及びＸ線の入射方向に関する値をリアルタイムで検出することができる。

また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置２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ＬＥＤ光を出射するＬＥＤ光出射器と、ＬＥＤ光出射器から出射されたＬＥＤ光の照射点を含む領域の画像を結像する結像レンズ４８、及び結像レンズ４８によって結像された画像を撮像する撮像器４９を有し、撮像器４９が作成する撮影画像を表す撮像信号を出力するカメラとを備え、カメラが出力する撮像信号から作成された撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点の位置を検出するコントローラ９１内のプログラムを備え、コントローラ９１内の演算プログラムは、照射点位置を検出するプログラムが検出したＬＥＤ光の照射点の位置、及び予め記憶している撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点の位置と照射点−撮像面間距離との関係をも用いて、Ｘ線の照射点の座標と、照射点−撮像面間距離と、Ｘ線の入射方向に関する値とを計算している。

これによれば、検出した撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点の位置、及び予め記憶している撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点の位置と照射点−撮像面間距離との関係を用いて、照射点−撮像面間距離が計算でき、照射点−撮像面間距離が得られたうえで出射されるＸ線の光軸及びイメージングプレート１５の位置及び姿勢が計算できれば、Ｘ線照射点の座標を計算できる。すなわち、３次元形状データを使用しなくてもＸ線照射点の座標を計算できる。そして、Ｘ線照射点の座標が得られれば、その座標から設定された範囲の３次元形状データを抽出して、Ｘ線の入射方向に関する値を計算することができるので、Ｘ線回折測定装置２の位置及び姿勢を変化させるごとに、照射点―撮像面間距離及びＸ線の入射方向に関する値をよりリアルタイムで検出することができる。

また、上記実施形態においては、コントローラ９１内の演算プログラムは、３次元形状データを用いて３次元画像を作成するとともに、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸とＸ線の照射点における測定対象物ＯＢの法線とを含む平面が測定対象物ＯＢと交差するラインを、３次元画像に残留垂直応力の測定方向として表示している。これによれば、残留垂直応力の測定方向が意図した通りか確認することができる。

また、上記実施形態においては、コントローラ９１内に演算プログラムが計算した照射点−撮像面間距離及びＸ線の入射方向に関する値が、予め設定された許容範囲内であるか否かにより、Ｘ線回折測定が可能か否かを判定する判定用プログラムを備えている。これによれば、演算プログラムが計算した値を確認せずともＸ線回折測定が可能か否か判断できるので、効率よくＸ線回折測定を行うことができる。

（第２実施形態）
上記実施形態におけるＸ線回折測定システムは、アーム式移動装置をアーム型ロボット１にし、アーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の位置及び方向をアーム型ロボット１を作動させるごとに検出して、予め記憶してあるアーム型ロボット１の先端に定めた座標軸の位置及び方向とＸ線回折測定装置２に定めた座標軸の位置及び方向との関係から、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸の位置及び方向を計算するようにした。これに対し、本発明の別の実施形態におけるＸ線回折測定システムは、アーム式移動装置をＸ線回折測定装置２の位置及び姿勢を調整することのみが可能なアーム式移動機構にし、３次元形状測定装置８５の測定により得られる３次元形状データからＸ線回折測定装置２に定めた座標軸の位置及び方向を算出するようにしたものである。以下、この別の実施形態を第２実施形態といい、先の実施形態を第１実施形態という。この第２実施形態においても、題１実施形態と同様、アーム式移動機構の先端の位置及び姿勢を変化させるごとに、Ｘ線照射点の座標、照射点―撮像面間距離、Ｘ線の入射角、基準平面傾き角及び残留垂直応力の測定方向をリアルタイムで計算することができる。

本発明の第２実施形態に係るＸ線回折測定システムの構成について図１３を用いて説明する。第２実施形態が第１実施形態と構成上で異なっている点は、アーム式移動装置をＸ線回折測定装置２の位置及び姿勢を調整することのみが可能なアーム式移動機構１００にした点、Ｘ線回折測定装置２の筐体５０に基準物体ＦＢと取り付けた点、３次元形状測定装置８５を高速で３次元形状測定が行えるものに限定した点及びコントローラ９１が実行する演算の方法である。よって、第１実施形態と同じ箇所は説明を省略し、異なっている点のみを説明する。

アーム式移動機構１００は、作業者がアーム式移動機構１００の先端又はＸ線回折測定装置２を手で持って動かすと、それぞれの関節が回転し、Ｘ線回折測定装置２の位置及び姿勢を作業者が望むように変化させることができる。このアーム式移動機構１００は、先行技術文献の特許文献１に示されるアーム式移動装置と同じものである。

３次元形状測定装置８５は、測定対象物ＯＢの３次元形状に加えてＸ線回折測定装置２の筐体５０の基準物体である球体ＦＢを取り付けた箇所の３次元形状も測定する。また、３次元形状測定装置８５はＸ線回折測定装置２の位置及び姿勢を調整する間、繰り返して３次元形状測定を実施するので、高速で３次元形状測定が行えるものに限定される。高速で３次元形状測定が行える装置としては、例えば位相シフト法による３次元形状測定装置であるパルステック工業（株）製のＦｓｃａｎがある。この装置を用いれば、１秒の測定時間で測定領域にある物体の３次元形状を測定することができる。

第２実施形態においてはアーム式移動機構１００の先端の位置及び姿勢を検出することに替えて、Ｘ線回折測定装置２の筐体５０の位置及び姿勢を検出する。そのために、Ｘ線回折測定装置２の筐体５０には半径を異ならせた３つの球体ＦＢが取り付けられており、この３つの球体ＦＢの中心座標を検出することが筐体５０の位置及び姿勢を検出することになる。第２実施形態においては基準座標系はなく、すべて３次元形状測定装置の座標系であり、３つの球体ＦＢの中心座標を検出するには３次元形状測定装置８５によりＸ線回折測定装置２の筐体５０の球体ＦＢを取り付けた箇所を３次元形状測定する。得られた３次元形状データから球体ＦＢの３次元形状データを抽出し、半径から球体ＦＢを識別して中心座標を求める演算はコントローラ９１にて行われるが、この演算方法は第１実施形態で３次元形状測定装置の座標系と基準座標系との関係（座標変換係数）を求める際に、３次元形状データから球体ＴＢの中心座標を求めるときの演算方法と同一である。第２実施形態においては、Ｘ線回折測定装置２の位置及び姿勢を調整する間、３次元形状測定装置８５により繰り返して３次元形状測定を実施し、測定ごとにコントローラ９１内の演算により３つの球体ＦＢの中心座標を求める。なお、得られる３つの球体ＦＢの中心座標は３次元形状測定装置の座標系による値であるが、この座標系は、３次元形状測定装置８５の設置位置を変えるごとに変化するので、以下、位置姿勢調整時の３次元形状測定装置の座標系といい、それ以外の座標系と区別する。

第２実施形態においては、第１実施形態がアーム型ロボット１の先端に定めた座標軸と、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸との関係がコントローラ９１に記憶されていたのに対し、Ｘ線回折測定装置２の筐体５０の位置及び姿勢とＸ線回折測定装置２に定めた座標軸との関係がコントローラ９１内に記憶されている。具体的には図１４に示すように、３つの球体ＦＢの中心座標Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）の光軸とイメージングプレート１５の上面が交差する点の座標（座標軸原点）、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）の光軸の方向（Ｚｒ軸方向）の単位ベクトルの成分、イメージングプレート１５の回転角度０のラインの方向（Ｘｒ軸方向）の単位ベクトル成分及び基準平面の法線方向（Ｙｒ軸方向）の単位ベクトルの成分が同一の座標系による値で記憶されている。

そして、コントローラ９１は上述したように３つの球体ＦＢの中心座標を計算した後、計算された３つの球体ＦＢの中心座標と記憶されている３つの球体ＦＢの中心座標を用いて座標変換係数を計算し、得られた座標変換係数により、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸の位置と方向の値である、原点座標、Ｘｒ軸方向、Ｙｒ軸方向、Ｚｒ軸方向の単位ベクトルの成分を変換する。座標変換係数の計算方法は、第１実施形態で３次元形状測定装置の座標系と基準座標系との関係（座標変換係数）を求める際の計算方法と同一である。これにより、３次元形状測定装置８５により３次元形状測定が行われるごとに、Ｘ線回折測定装置２に定めた座標軸の値が位置姿勢調整時の３次元形状測定装置の座標系による値で得られる。

３つの球体ＦＢの中心座標とＸ線回折測定装置２に定めた座標軸の位置と方向の値を、同一の座標系で得る方法は以下の通りである。まず、図１５に示すように、ブロックＢＬを支持装置９にセットし、Ｘ線回折測定装置２からＬＥＤ光の照射を行い、Ｘ線回折測定装置２にあるカメラ機能により撮影を行う。そして、ＬＥＤ光の照射点に、半径を異ならせた２つの球体ＣＢ１，ＣＢ２の中心を通るようにした指示針を刺し、３次元形状測定装置８５により３次元形状測定を行う。得られた３次元形状データから上述した演算と同様の演算で３つの球体ＦＢの中心座標、２つの球体ＣＢ１，ＣＢ２の中心座標を算出し、さらに、球体ＣＢ２と球体ＣＢ１の中心座標を結ぶベクトルの成分を球体ＣＢ１に加算した座標の近傍にある３次元形状データを抽出して、ブロックＢＬの上面の平面式を算出する。平面式の算出は第１実施形態で測定対象物ＯＢの３次元形状データ以外のデータを除外するときに行った演算方法と同一である。次に、球体ＣＢ２と球体ＣＢ１の中心座標を結ぶ直線の式と算出された平面式とからなる連立方程式を解くことでＬＥＤ光の照射点の座標を得る。また、Ｘ線回折測定装置２にあるカメラ機能による撮影画像からＬＥＤ光の照射点位置を検出し、予め記憶されている撮影画像における照射点縦方向位置と照射点−撮像面間距離との関係から照射点−撮像面間距離を求める。これにより、３つの球体ＦＢの中心座標、ＬＥＤ光の照射点の座標、照射点−撮像面間距離が得られる。

さらに、ブロックＢＬの位置を、第１実施形態でアーム型ロボット１の先端に定めた座標軸とＸ線回折測定装置２に定めた座標軸との関係を求めた時と同様に（図９に示すように）変え、３次元形状測定して、上述したように３つの球体ＦＢの中心座標、ＬＥＤ光の照射点の座標、及び照射点−撮像面間距離を求める。３つ目はＬＥＤ光の照射点がない位置であるので、撮影画像の縦方向ラインに合致する箇所に２つの球体ＣＢ１，ＣＢ２を取り付けた指示針を刺し、ＬＥＤ光の照射点の座標の代わりに基準平面がブロックＢＬの表面と交差するライン上の点の座標を求める。これにより、３次元形状測定装置の座標系による３つの球体ＦＢの中心座標、２つのＬＥＤ光の照射点の座標、２つの照射点−撮像面間距離及び基準平面がブロックＢＬの表面と交差するライン上の点の座標が得られる。そして、２つのＬＥＤ光の照射点の座標からＺｒ軸方向の単位ベクトルを求め、得られたＺｒ軸方向の単位ベクトル、２つのＬＥＤ光の照射点の座標、及び２つの照射点−撮像面間距離から原点座標を求め、２つのＬＥＤ光の照射点の座標と基準平面がブロックＢＬの表面と交差するライン上の点の座標からＹｒ軸方向の単位ベクトルを求め、Ｚｒ軸方向とＹｒ軸方向の単位ベクトルの外積からＸｒ軸方向の単位ベクトルを求める。この計算は、第１実施形態でアーム型ロボット１の先端に定めた座標軸とＸ線回折測定装置２に定めた座標軸との関係を求めた時と同様である。なお、得られた値の座標系は３次元形状測定装置の座標系であるが、３次元形状測定装置８５の位置はＸ線回折測定装置２の位置及び姿勢調整時とは異なっているので、区別するため、関係取得時の３次元形状測定装置の座標系という。

ステージ５に載置した測定対象物ＯＢの３次元形状測定装置８５による３次元形状測定と、コントローラ９１での同一の座標系での測定対象物ＯＢの３次元形状データの作成は上記実施形態と同様である。この後、３次元形状測定装置８５の位置を変えることなく、Ｘ線回折測定装置２の位置及び姿勢の調整を行うならば、作成された３次元形状データは、位置姿勢調整時の３次元形状測定装置の座標系によるデータである。しかし、３次元形状測定装置８５の位置を変えて、Ｘ線回折測定装置２の位置及び姿勢の調整を行うならば、作成された３次元形状データは異なる座標系によるデータであるので、座標変換により位置姿勢調整時の３次元形状測定装置の座標系によるデータにする必要がある。この座標変換を行うための座標変換係数は、３次元形状測定装置８５をＸ線回折測定装置２の位置及び姿勢の調整を行うときの位置にした後、３次元形状測定を行い、得られた３次元形状データからステージ５の球体ＳＢの３次元形状データを抽出して、球体ＳＢを識別すると共に中心座標を求めれば計算することができる。すなわち、ステージ５の基準回転角度のときの球体ＳＢの中心座標と上記のように得られた球体ＳＢの中心座標とを数１に代入してそれぞれの係数を計算すればよい。これはステージ５の様々な回転角度での３次元形状データを基準回転角度での３次元形状データに変換するときの座標変換係数の計算と同様である。

このようにして、Ｘ線回折測定装置２の姿勢及び調整を行う段階では、位置姿勢調整時の３次元形状測定装置の座標系による測定対象物ＯＢの３次元形状データと、関係取得時の３次元形状測定装置の座標系による３つの球体ＦＢの中心座標とＸ線回折測定装置２に定めた座標軸の位置と方向の値とが、コントローラ９１に記憶されている。そして、Ｘ線回折測定装置２の姿勢及び調整を開始した後、上述したように、繰り返し作成される３次元形状データを用いた演算により、関係取得時の３次元形状測定装置の座標系によるＸ線回折測定装置２に定めた座標軸の位置と方向の値が、位置姿勢調整時の３次元形状測定装置の座標系による値に変換されるので、同一の座標系で測定対象物ＯＢの３次元形状データとＸ線回折測定装置２に定めた座標軸の位置と方向の値が得られる。また、撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点の位置は逐次得られている。よって、第１実施形態と同様の演算、（視覚的には図１２に示される演算）を行うことで、Ｘ線照射点の座標、照射点―撮像面間距離、Ｘ線の入射角、基準平面傾き角及び残留垂直応力の測定方向が計算される。

このようにして構成された第２実施形態のＸ線回折測定システムにおいて、作業者は測定対象物ＯＢのＸ線回折測定を行うときは、まずステージ５に測定対象物ＯＢを載置し、ステージ５の複数の回転角度で入力装置９２から３次元形状測定の指令を入力する。これは第１実施形態と同様でありこれにより、ステージ５の基準回転角度での測定対象物ＯＢの３次元形状データが得られる。次に３次元形状測定装置８５をＸ線回折測定装置２の位置調整用の位置に変更したときは、入力装置９２から３次元形状データの座標変換の指令を入力する。これにより３次元形状測定装置８５は３次元形状測定を行い、位置姿勢調整時の３次元形状測定装置の座標系による値で３次元形状データが作成されるので、コントローラ９１は上述した演算により座標変換係数を計算し、得られている測定対象物ＯＢの３次元形状データを、位置姿勢調整時の３次元形状測定装置の座標系によるデータに変換する。

この後作業者は、入力装置９２から位置姿勢調整を入力する。これにより、Ｘ線回折測定装置２からＬＥＤ光が出射され、撮影画像が表示装置９３に表示される。そして、コントローラ９１は３次元形状測定装置８５に測定開始指令を出力し、３次元形状測定装置８５は３次元形状測定を繰り返し行うことを開始し、コントローラ９１には３次元形状測定装置８５から測定データが入力する。コントローラ９１は３次元形状データを作成するごとに、上述した演算によりＸ線回折測定装置２に定めた座標軸の位置と方向の値を位置姿勢調整時の３次元形状測定装置の座標系による値に変換することを開始する。作業者はアーム式移動機構１００の先端又はＸ線回折測定装置２を手で持って位置及び姿勢を変化させ、Ｘ線回折測定装置２から出射されるＬＥＤ光の照射点が、測定対象物ＯＢの測定点近傍になるとともに、おおよそでＬＥＤ光の照射方向を測定対象物ＯＢの表面に投影した方向が残留垂直応力の測定方向になるようにする。

コントローラ９１は撮影画像にＬＥＤ光の照射点が生じると、ＬＥＤ光照射点の縦方向位置を検出することを繰り返し行う。そして、コントローラ９１はＸ線回折測定装置２に定めた座標軸の位置と方向の値が位置姿勢調整時の３次元形状測定装置の座標系による値に変換されるごとに、第１実施形態と同様の演算を行って、Ｘ線照射点の座標、照射点―撮像面間距離、Ｘ線の入射角、基準平面傾き角及び残留垂直応力の測定方向を計算する。そして、表示装置９３に照射点―撮像面間距離、Ｘ線の入射角、基準平面傾き角の値を表示するとともに、３次元形状データから作成した３次元画像上にＸ線照射点及び残留垂直応力の測定方向を表示し、Ｘ線回折測定が可能か否かの判定結果を表示する。作業者は、３次元形状測定が行われるごとに、表示されるこれらの値と画像と判定結果を見て、Ｘ線回折測定装置２の位置及び姿勢を調整し、位置及び姿勢がこれでよいとなった時点で、入力装置９２から位置姿勢調整完了を入力する。このときのコントローラ９１の作動は、３次元形状測定装置８５に測定停止指令を出力する以外は上記第１実施形態と同様である。また、この後、作業者は、入力装置９２からＸ線回折測定開始を入力するが、このときのコントローラ９１及びＸ線回折測定装置２の作動も上記第１実施形態と同様である。

上記説明からも理解できるように、上記第２実施形態においては、Ｘ線を対象とする測定対象物ＯＢに向けて出射するＸ線出射器１０と、Ｘ線出射器１０から測定対象物ＯＢに向けてＸ線が出射された際、測定対象物ＯＢ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線の光軸に対して略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手段と、Ｘ線出射器１０及び回折環形成手段を内部に含む筐体５０とを備えたＸ線回折測定装置２と、筐体５０を先端に取り付け、筐体５０の位置と姿勢を変化させるアーム式移動機構１００とを備えたＸ線回折測定システムにおいて、Ｘ線回折測定装置２の筐体５０は、筐体５０の位置及び姿勢を特定可能な基準物体ＦＢを取り付け、測定対象物ＯＢ及びＸ線回折測定装置２の筐体５０の３次元形状を測定し、３次元形状データを作成するための元データを出力する３次元形状測定装置８５と、３次元形状測定装置８５が出力する元データを入力し、３次元形状測定装置８５の座標系による３次元形状データを作成する３次元形状データ作成プログラムと、３次元形状データ作成プログラムが作成した３次元形状データから基準物体ＦＢの３次元形状データを抽出し、筐体５０の位置及び姿勢を計算するコントローラ９１内の筐体位置姿勢計算プログラムと、予め記憶している筐体５０の位置及び姿勢とＸ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸及びイメージングプレート１５の位置及び姿勢との関係と、筐体位置姿勢計算プログラムが計算した筐体５０の位置及び姿勢と、３次元形状データ作成プログラムが作成した３次元形状データとを用いて、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の照射点の座標と、Ｘ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離である照射点−撮像面間距離と、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の入射方向に関する値とを計算するコントローラ９１内の演算プログラムとを備えている。

これによれば、３次元形状測定装置８５により測定対象物ＯＢの３次元形状を測定し、３次元形状データ作成プログラムにより３次元形状測定装置の座標系による３次元形状データを作成しておき、Ｘ線回折測定装置２の筐体５０の位置と姿勢を変化させるごとに、３次元形状測定装置８５によりＸ線回折測定装置２の筐体５０の３次元形状を測定し、３次元形状データ作成プログラムにより３次元形状データを作成し、コントローラ９１内の筐体位置姿勢計算プログラムにより筐体の位置及び姿勢を計算すれば、コントローラ９１内の演算プログラムが作成された測定対象物ＯＢの３次元形状データと、計算された筐体５０の位置及び姿勢と、予め記憶している筐体５０の位置及び姿勢とＸ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸及びイメージングプレート１５の位置及び姿勢との関係とを用いて、Ｘ線の照射点の座標と、照射点−撮像面間距離と、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の入射方向に関する値とを計算する。コントローラ９１はコンピュータ装置であるので、この計算を短時間で行うことでき、３次元形状測定装置８５が高速で３次元形状測定することが可能な装置であれば、Ｘ線回折測定装置２の位置及び姿勢を変化させるごとに、照射点―撮像面間距離及びＸ線の入射方向に関する値をリアルタイムで検出することができる。

なお、本発明の実施にあたっては、上記２つの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。

上記第１実施形態では、アーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢は入力装置９２から入力される値で設定されるようにしたが、アーム型ロボット１を別の操作方式で動かして先端の位置及び姿勢を変化させた場合でも、それぞれの関節の回転角度が検出されれば、記憶されている先端の位置及び姿勢とそれぞれの関節の回転角度との関係からアーム型ロボット１の先端の位置及び姿勢を検出することができるので、上記第１実施形態と同様のことを行うことができる。また、上記第２実施形態のように作業者が手でアーム式移動機構１００の先端又はＸ線回折測定装置２を持って移動させる場合でも、それぞれの関節の回転角度が検出できれば、先端の位置及び姿勢を検出することができるので、上記第１実施形態と同様のことを行うことができる。

また、上記第１実施形態及び第２実施形態では、表示装置９３に照射点―撮像面間距離、Ｘ線の入射角及び基準平面傾き角の値を表示するとともに、３次元形状データから作成した３次元画像上にＸ線照射点及び残留垂直応力の測定方向を表示するようにした。しかし、これ以外の値や画像で、３次元形状データおよびその他の値から計算できるものがあれば、表示するようにしてもよい。例えば、測定対象物ＯＢが複雑な形状である場合、Ｘ線照射点の場所によっては回折Ｘ線が測定対象物ＯＢで妨害される可能性があるので、撮像される回折環の形状を表示するようにしてもよい。これは、Ｘ線照射点を原点にし出射Ｘ線をＺ軸にした座標軸を考え、この座標軸をＺ軸周りに少しずつ回転させながら、ＸＺ平面に含まれる３次元形状データと原点を結ぶラインとＺ軸とが成す角度の最小値が（１８０°−標準の回折角２Θ）より小さいか大きいかにより妨害有、妨害無しを判定すればよい。この計算の仕方の詳細は、特許第５９１５９４３号の００７３、００７４及び図８に記載されているので、詳細はそちらを参照する。

また、上記第２実施形態では、Ｘ線回折測定装置２の筐体５０に基準物体として球体ＦＢを取り付けたが、基準物体は特定点を定義でき３次元形状データを処理して特定点の座標を算出することができるならば、どのような形状でもよく、直方体、角錐、円錐、円柱といった形状であってもよい。これは、ステージ５に取り付けた基準物体ＳＢ、第１実施形態で３次元形状測定装置の座標系と基準座標系の関係を求める際に使用した基準物体ＴＢであっても同様である。

また、上記第１実施形態では、アーム型ロボット１の位置及び姿勢とＸ線回折測定装置２の出射Ｘ線の光軸及びイメージングプレート１５の位置及び姿勢は、座標軸原点と座標軸方向の単位ベクトル、すなわち１つの座標点と２つのベクトルで表し、上記第２実施形態では、Ｘ線回折測定装置２の筐体５０の位置及び姿勢は３つの座標点で表した。しかし、位置及び姿勢を表すことができれば、３つの座標点、２つの座標点と１つのベクトル、又は１つの座標点と２つのべクトルのいずれを用いてもよいし、これらの座標点又はベクトルの数を増やしてもよい。ただし、Ｘ線回折測定装置２の出射Ｘ線の光軸及びイメージングプレート１５の位置及び姿勢を表すものは、Ｘ線照射点の座標、照射点−撮像面間距離、Ｘ線の入射角、基準平面傾き角及び残留垂直応力の測定方向を、より簡単に計算できるもので定めた方がよい。

また、上記第１実施形態及び第２実施形態では、撮影画像上のＬＥＤ光の照射点位置と、予め記憶されている照射点―撮像面間距離と撮影画像上のＬＥＤ光の照射点位置との関係から照射点―撮像面間距離を求め、Ｘ線回折測定装置２に定義した座標軸の原点の座標にＺｒ軸方向の単位ベクトルに照射点―撮像面間距離を乗算したベクトルを加算することでＸ線の照射点の座標を求めることで、より簡単にＸ線照射点の座標、照射点―撮像面間距離、Ｘ線の入射角、基準平面傾き角及び残留垂直応力の測定方向を計算するようにした。しかし、コントローラ９１に高速のコンピュータ装置を使用することができるならば、３次元形状データとＸ線回折測定装置２に定義した座標軸の原点の座標とＺｒ軸方向の単位ベクトルから測定対象物ＯＢの表面と出射Ｘ線の光軸の交点座標をＸ線照射点の座標として計算し、これ以外の値を計算するようにしてもよい。

また、上記第１実施形態及び第２実施形態では、Ｘ線回折測定装置２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ことで回折環を読取る装置としたが、回折環を撮像するとともに回折環を読取ることができ、出射Ｘ線と同じ光軸を有するＬＥＤ光を照射でき、ＬＥＤ光の照射点付近を撮像するカメラ機能を備えた装置であれば、どのような方式のＸ線回折測定装置でも本発明は適用することができる。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。なお、請求項に記載された、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は、上記のように回折Ｘ線を受光して回折Ｘ線の強度を電気信号として出力する機器も含むものとする。

また、上記実施形態では、コントローラ９１に残留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２は回折環の形状データを取得するまでにし、残留応力の計算は別の装置で行うようにしてもよい。この場合、別の装置に回折環の形状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、上記実施形態及び変形例においては、プレート４５に取り付けたＬＥＤ光源を出射Ｘ線の光軸上に移動させて、ＬＥＤ光を測定対象物ＯＢに照射する構造にした。しかし、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、上記実施形態においては、ＬＥＤ光をスピンドルモータ２７等に形成した貫通孔を通過させることで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の貫通孔の中心軸線と一致させて出射するようにしてもよい。

１…アーム型ロボット、２…Ｘ線回折測定装置、３…基台、５…ステージ、６…テーブル、８…レーザトラッカー、９…支持装置、１０…Ｘ線出射器、１５…イメージングプレート、１６…テーブル、２０…テーブル駆動機構、２１…移動ステージ、２２…フィードモータ、２７…スピンドルモータ、３０…レーザ検出装置、４５…プレート、４８…結像レンズ、４９…撮像器、５０…筐体、５０ｃ…円形孔、５１…連結板、５２…固定用ブロック、６０−１〜６０−２…関節モータ制御回路、７０…フィードモータ制御回路、７２…検出装置制御回路、７４…センサ信号取出回路、７６…スピンドルモータ制御回路、７８…発光制御回路、８０…Ｘ線制御回路、８５…３次元形状測定装置、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…アーム式移動機構、ＯＢ…測定対象物、ＢＬ…ブロック、ＳＢ，ＴＢ，ＦＢ…球体

Claims (5)

1. Ｘ線を対象とする測定対象物に向けて出射する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線が出射された際、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線の光軸に対して略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、
   前記Ｘ線出射器及び前記回折環形成手段を内部に含む筐体とを備えたＸ線回折測定装置と、
   前記筐体を先端に取り付け、前記筐体の位置と姿勢を変化させるアーム式移動装置とを備えたＸ線回折測定システムにおいて、
   前記アーム式移動装置の先端の位置及び姿勢を、基準座標系による値で検出する先端位置姿勢検出手段と、
   前記測定対象物の３次元形状を測定し、３次元形状データを作成するための元データを出力する３次元形状測定装置と、
   前記３次元形状測定装置が出力する元データを入力し、前記３次元形状測定装置の座標系による３次元形状データを作成する３次元形状データ作成手段と、
   予め記憶している前記３次元形状測定装置の座標系と基準座標系との関係と、予め記憶している前記アーム式移動装置の先端の位置及び姿勢と前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸及び前記撮像面の位置及び姿勢との関係と、前記３次元形状データ作成手段が作成した３次元形状データと、前記先端位置姿勢検出手段が検出した先端の位置及び姿勢とを用いて、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の照射点の座標と、前記Ｘ線の照射点から前記撮像面までの距離である照射点−撮像面間距離と、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の入射方向に関する値とを計算する演算手段とを備えたことを特徴とするＸ線回折測定システム。
2. Ｘ線を対象とする測定対象物に向けて出射する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線が出射された際、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線の光軸に対して略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、
   前記Ｘ線出射器及び前記回折環形成手段を内部に含む筐体とを備えたＸ線回折測定装置と、
   前記筐体を先端に取り付け、前記筐体の位置と姿勢を変化させるアーム式移動装置とを備えたＸ線回折測定システムにおいて、
   前記Ｘ線回折測定装置の筐体は、前記筐体の位置及び姿勢を特定可能な基準物体を取り付け、
   前記測定対象物及び前記Ｘ線回折測定装置の筐体の３次元形状を測定し、３次元形状データを作成するための元データを出力する３次元形状測定装置と、
   前記３次元形状測定装置が出力する元データを入力し、前記３次元形状測定装置の座標系による３次元形状データを作成する３次元形状データ作成手段と、
   前記３次元形状データ作成手段が作成した３次元形状データから前記基準物体の３次元形状データを抽出し、前記筐体の位置及び姿勢を計算する筐体位置姿勢計算手段と、
   予め記憶している前記筐体の位置及び姿勢と前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸及び前記撮像面の位置及び姿勢との関係と、前記筐体位置姿勢計算手段が計算した筐体の位置及び姿勢と、前記３次元形状データ作成手段が作成した３次元形状データとを用いて、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の照射点の座標と、前記Ｘ線の照射点から前記撮像面までの距離である照射点−撮像面間距離と、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の入射方向に関する値とを計算する演算手段とを備えたことを特徴とするＸ線回折測定システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載のＸ線回折測定システムにおいて、
   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出射する可視光出射器と、
   前記可視光出射器から出射された可視光の照射点を含む領域の画像を結像する結像レンズ、及び前記結像レンズによって結像された画像を撮像する撮像器を有し、前記撮像器が作成する撮影画像を表す撮像信号を出力するカメラとを備え、
   前記カメラが出力する撮像信号から作成された撮影画像における前記可視光の照射点の位置を検出する照射点位置検出手段を備え、
   前記演算手段は、前記照射点位置検出手段が検出した可視光の照射点の位置、及び予め記憶している前記撮影画像における前記可視光の照射点の位置と前記照射点−撮像面間距離との関係をも用いて、前記Ｘ線の照射点の座標と、前記照射点−撮像面間距離と、前記Ｘ線の入射方向に関する値とを計算することを特徴とするＸ線回折測定システム。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のＸ線回折測定システムにおいて、
   前記演算手段は、前記３次元形状データを用いて３次元画像を作成するとともに、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸と前記Ｘ線の照射点における前記測定対象物の法線とを含む平面が前記測定対象物と交差するラインを、前記３次元画像に残留垂直応力の測定方向として表示することを特徴とするＸ線回折測定システム。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のＸ線回折測定システムにおいて、
   前記演算手段が計算した前記照射点−撮像面間距離及び前記Ｘ線の入射方向に関する値が、予め設定された許容範囲内であるか否かにより、Ｘ線回折測定が可能か否かを判定する判定手段を備えたことを特徴とするＸ線回折測定システム。

Images