JP6818224B2 - Ｘ線回折測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物にＸ線を照射し、Ｘ線照射点において発生する回折Ｘ線により形成されるＸ線回折像から、測定対象物の残留応力を測定するＸ線回折測定装置に関する。

従来から、金属性の測定対象物にＸ線を照射し、Ｘ線照射点で発生する回折Ｘ線により形成されるＸ線回折像を分析することで、該測定対象物の残留応力を測定するＸ線回折測定装置がある。このＸ線回折測定装置には、特許文献１に示すようにＸ線照射点で発生する回折Ｘ線により撮像面にＸ線回折像として回折環を形成し、該回折環の形状からｃｏｓα法を用いて残留応力を測定する装置がある。特許文献１に示すＸ線回折測定装置は、装置を小型化でき測定時間を短くすることができるが、ラインで流れる測定対象物の残留応力を次々に測定する場合においては測定時間がかかりすぎ、ライン用の測定装置としては不向きである。これに対し、ｃｏｓα法を用いたＸ線回折測定装置であって、ライン用の測定装置に向いているＸ線回折測定装置として、特許文献２に示すＸ線回折測定装置がある。この装置は、Ｘ線回折像として形成される回折環の半径方向に２つのＸ線検出センサを同時に移動し、回折環の半径値を０°と１８０°の２つの回転角度位置で検出することで残留応力を求めている。２つのＸ線検出センサの移動は短時間で行うことができるので、この装置を用いれば短時間で残留応力の測定を行うことができる、

回折環の半径値を０°と１８０°の２つの回転角度位置のみで得るだけで残留応力測定を行うことができることは、回折環の半径値からｃｏｓα法を用いて残留応力を計算する方法を見れば理解することができる。特許文献３には回折環の形状からｃｏｓα法を用いて残留応力を求める際の方法および計算式が示されているが、数７の式を見ると分かるように、αを０として回折環の半径値を０°と１８０°で得ればａ１の値を得ることができ、ａ１の値が得られれば数８の式から残留応力を計算することができる。特許文献２に示されるＸ線回折測定装置を用いれば、ラインで流れる測定対象物がＸ線回折測定装置の直下に来たときラインの移動を停止し、短時間で残留応力を測定した後ラインの移動を再開すればよいので、効率よく測定対象物ごとの残留応力を測定することができる。

特許第５８３５１９１号公報 特許第６３９４５１３号公報 特許第４２７６１０６号公報

しかしながら、特許文献２に示されるＸ線回折測定装置は、ラインで流れる測定対象物の複数の箇所の残留応力を測定する場合は、１つの測定対象物の測定にかかる時間が長くなりすぎるため測定に不向きである。また、ラインの移動を止めず、１つの測定対象物内でＸ線が照射された箇所の残留応力を連続的に測定する場合は対応できない。このような測定に対応できるためにはＸ線が照射された箇所の残留応力を極短時間で測定できるＸ線回折測定装置が必要であるが、現時点ではそのようなＸ線回折測定装置は開発されていない。

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、Ｘ線照射点において発生する回折Ｘ線により形成されるＸ線回折像から、測定対象物の残留応力を測定するＸ線回折測定装置において、Ｘ線が照射された箇所が移動する場合であっても連続的に残留応力の測定が可能になる程、極短時間で残留応力を測定することが可能なＸ線回折測定装置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線を略平行光にして出射するＸ線出射器と、Ｘ線出射器から出射されるＸ線が測定対象物に照射されたとき、測定対象物のＸ線照射点にて発生する回折Ｘ線の強度を検出する複数のＸ線検出センサであって、回折Ｘ線により形成される回折環の０°と１８０°の位置にそれぞれ、複数のＸ線検出センサの入射面又は受光面を回折環の半径方向に密着して配置し、回折環の０°と１８０°の位置で、複数のＸ線検出センサの全体としての入射面又は受光面における半径方向の長さを異なるようにしたＸ線検出センサと、複数のＸ線検出センサが検出する回折Ｘ線の強度を用いて、回折環の半径方向における回折Ｘ線強度分布のピーク位置の移動に基づく値を応力特性値として計算する応力特性値計算手段と、複数のＸ線検出センサが検出する回折Ｘ線の強度を用いて、回折環の半径方向における回折Ｘ線強度分布の広がりに基づく値を広がり特性値として計算する広がり特性値計算手段と、広がり特性値が標準値であるときの応力特性値と残留応力との関係が予め記憶され、広がり特性値計算手段により計算された広がり特性値の標準値からのずれが許容値内であるとき、応力特性値計算手段により計算された応力特性値を記憶された関係に当てはめることで残留応力を計算する残留応力計算手段とを備えたＸ線回折測定装置としたことにある。

これによれば、回折Ｘ線により形成される回折環の０°と１８０°の位置に配置したＸ線検出センサが回折Ｘ線の強度を検出すると、即座に応力特性値計算手段と広がり特性値計算手段が応力特性値と広がり特性値を計算し、残留応力計算手段が計算された広がり特性値の標準値からのずれが許容値内であることを判定のうえ、記憶された応力特性値と残留応力との関係に計算された応力特性値を当てはめて残留応力を計算する。よって、応力特性値計算手段、広がり特性値計算手段及び残留応力計算手段を高速のコンピュータ装置を用いて構成すれば、Ｘ線検出センサが回折Ｘ線の強度を検出するのとほぼ同じタイミングで残留応力が計算される。すなわち、このＸ線回折測定装置によれば、Ｘ線が照射された箇所が移動する場合であっても、連続的に残留応力の測定が可能になる程、極短時間で残留応力を測定することができる。なお、回折環の０°と１８０°の位置で、複数のＸ線検出センサの全体としての入射面又は受光面における半径方向の長さを異なるようにするのは、Ｘ線検出センサの数を少なくしても、Ｘ線検出センサが検出する回折Ｘ線の強度から応力特性値と広がり特性値とを計算することができるようにするためである。

また、本発明の他の特徴は、残留応力計算手段は、複数の広がり特性値、及び複数の応力特性値と残留応力との関係が互いに対応するように記憶され、記憶された複数の広がり特性値の中から広がり特性値計算手段により計算された広がり特性値が最も近いものを選定することで、記憶された複数の関係の中から適用する関係を選定し、応力特性値計算手段により計算された応力特性値を選定した関係に当てはめることで残留応力を計算するようにしたことにある。

これによれば、広がり特性値計算手段で計算された広がり特性値が標準値から許容値以上にずれていても、別の応力特性値と残留応力との関係に計算された応力特性値を当てはめて残留応力を計算することができる。回折Ｘ線強度分布の広がりに基づく値である広がり特性値は、測定対象物の表面硬さと相関関係があり、広がり特性値の標準値からのすれが許容値内である時は、測定対象物の表面硬さが正常であるときである。すなわち、これによれば、測定対象物の表面硬さが正常でない場合でも残留応力を計算することができる。

また、本発明の他の特徴は、複数のＸ線検出センサは、０°と１８０°の位置にそれぞれ、２つのＸ線検出センサの入射面又は受光面を密着して配置したものであって、Ｘ線照射点から入射面又は受光面までの距離が基準距離であるとき、２つの入射面又は受光面の密着した箇所が、半径方向における回折Ｘ線強度分布のピーク位置になるよう配置したものであり、０°と１８０°の位置にそれぞれ配置した２つのＸ線検出センサの全体としての入射面又は受光面における半径方向の長さは、片方が半径方向における回折Ｘ線の強度がピーク位置の強度の３０〜７０％になる箇所を両端にする範囲間の長さであり、もう片方が回折Ｘ線の強度から半径方向の長さを定めた片方の１．５〜３倍の長さであり、Ｘ線検出センサのそれぞれが検出する回折Ｘ線の強度を、入射面又は受光面の０°の位置から１８０°の位置に向かう方向に並んだ順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、残留応力が０であり回折Ｘ線強度分布の広がりが標準であるとき、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの内の少なくとも２つに乗算すると乗算後のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの強度が略等しくなる定数を、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの内の少なくとも２つに乗算する乗算手段を備え、応力特性値計算手段は、乗算手段で乗算されたＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いて、｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝なる計算式で応力特性値を計算し、広がり特性値計算手段は、乗算手段で乗算されたＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いて、｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝なる計算式で広がり特性値を計算するようにしたことにある。

これによれば、Ｘ線検出センサを０°と１８０°の位置にそれぞれ２つづつ配置すればよいのでＸ線検出センサの数は４つでよく、Ｘ線回折測定装置のコストを抑制することができる。なお、０°と１８０°の位置における２つのＸ線検出センサの全体としての入射面又は受光面における半径方向の長さを上記のようにし、それぞれのＸ線検出センサの回折Ｘ線の強度であるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに上記のように定数を乗算すると、応力特性値は｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝で計算でき、広がり特性値は｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝で計算できる理由は、発明を実施するための形態で詳細に説明する。

また、本発明の他の特徴は、Ｘ線出射器と複数のＸ線検出センサを内部に含む筐体と、筐体と測定対象物との相対的な位置関係を、Ｘ線照射点から入射面又は受光面までの距離が変化するよう変化させる位置変化手段と、Ｘ線検出センサが検出した回折Ｘ線の強度であるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを、乗算手段において乗算に用いた定数の比と同じ比の増幅率で増幅したうえで、｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝なる計算式で筐体の測定対象物に対する位置に基づく値を位置特性値として計算する位置特性値計算手段と、位置特性値計算手段が計算した位置特性値が０になるよう、位置変化手段を制御する位置制御手段を備えたことにある。

これによれば、Ｘ線照射点の移動方向と測定対象物の表面が平行でない場合や、測定対象物の表面に凹凸がある場合であっても、常にＸ線照射点からＸ線検出センサの入射面又は受光面までの距離を基準距離にすることができ、残留応力および広がり特性値を精度よく計算することができる。なお、Ｘ線照射点から入射面又は受光面までの距離を常に基準距離にすると、残留応力および広がり特性値を精度よく計算することができる理由、位置特性値を｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝なる計算式で計算できる理由、及び位置特性値である｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝を０にするとＸ線照射点から入射面又は受光面までの距離を基準距離にできる理由は、発明を実施するための形態で詳細に説明する。なお、Ｘ線照射点からＸ線検出センサの入射面又は受光面までの距離とは、Ｘ線照射点から複数のＸ線検出センサの入射面又は受光面が含まれる平面までの距離のことをいう。

また、本発明の他の特徴は、回折環の０°と１８０°の位置に、それぞれ入射面又は受光面を密着して配置した２つのＸ線検出センサの少なくとも片方において、入射面又は受光面を密着した箇所の反対側の縁から所定割合遮閉することで、回折環の０°と１８０°の位置における全体としての入射面又は受光面の半径方向の長さを異なるようにしたことにある。

これによれば、４つのＸ線検出センサはすべて同一のものを使用すればよいので、Ｘ線回折測定装置の製作工数を抑制することができ、また、装置のコストを抑制することもできる。

本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムを示す全体構成図である。 図１のＸ線回折測定装置の筐体の底面壁を外し、出射Ｘ線の光軸方向からＸ線回折測定装置を見た図である。 図１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２において、シンチレーションカウンターを配置した箇所を拡大して示す図である。 回折環の０°の位置から１８０°の位置に向かう方向を横軸にし、シンチレーションカウンターが検出する回折Ｘ線強度をシンチレーションカウンターの先端と回折Ｘ線の強度分布とともに示した図であり、回折Ｘ線強度分布の広がりが正常であり、Ｘ線照射点からシンチレーションカウンターのＸ線入射面までの距離が基準距離である場合の図である。 図５と同様の図であり、回折Ｘ線強度分布の広がりが正常の場合より大きい場合の図、及びＸ線照射点からシンチレーションカウンターのＸ線入射面までの距離が基準距離より大きい場合の図である。 図１のＸ線回折測定システムのコントローラが実行するプログラムのフロー図である。

本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムの構成について図１乃至図４を用いて説明する。図１に示すように、このＸ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定装置１、位置制御装置５、高電圧電源４５、コンピュータ装置７０、先端検出センサ６０及びベルトコンベアのように一定速度で移動する長尺状のステージＳｔを有する移動機構から構成される。ステージＳｔは平面で、移動方向がこの平面に平行であり、一定間隔で測定対象物ＯＢが載置されている。よって、ステージＳｔが移動すると、載置された測定対象物ＯＢは移動して次々にＸ線回折測定装置１の直下に来る。そして、Ｘ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定装置１の直下に来た測定対象物ＯＢに対して先端から後端までＸ線を連続的に照射して、測定対象物ＯＢの残留応力と回折Ｘ線の強度分布の広がりに基づく特性値をＸ線照射点のラインに沿って測定し、それぞれの測定対象物ＯＢごとに異常箇所を検出する検査を行う。なお、本実施形態では測定対象物ＯＢは鉄製の平板とする。また、図１に示すようにステージＳｔの移動方向をＹ方向とし、ステージＳｔの平面の垂直方向をＺ方向とし、Ｙ方向とＺ方向に垂直な方向をＸ方向とする。

図１に示すようにＸ線回折測定装置１は、筐体３０内にＸ線を出射するＸ線出射器１０、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線を通過させる円筒状パイプ２２、測定対象物ＯＢのＸ線照射点で発生する回折Ｘ線の強度を検出するシンチレーションカウンター２１、及び円筒状パイプ２２とシンチレーションカウンター２１を取り付けた直方体状プレート２０を収容している。また、筐体３０内には、Ｘ線出射器１０、シンチレーションカウンター２１及び位置制御装置５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３０外で２点鎖線で囲まれた各種回路は、筐体３０内の２点鎖線内に納められている。なお、図１においては、回路基板、電線、固定具及び空冷ファン等は省略されている。

図２は、Ｘ線回折測定装置１の筐体３０の底面壁３０ａを外し、出射Ｘ線の光軸方向からＸ線回折測定装置１を見た図である。図１及び図２に示すように、筐体３０は略直方体状に形成され、底面壁３０ａ、前面壁３０ｂ、上面壁３０ｃ、後面壁３０ｅ、及び側面壁３０ｄを有する。底面壁３０ａにはＸ線出射器１０から円筒状パイプ２２を介して出射されるＸ線を通過させ、Ｘ線照射点で発生する回折Ｘ線を通過させる、長方形状の孔３０ａ１が形成されている。円筒状パイプ２２から出射されるＸ線の光軸は、底面壁３０ａ及び上面壁３０ｃに略垂直であり、前面壁３０ｂ、後面壁３０ｅ及び側面壁３０ｄに略平行である。また、側面壁３０ｄの１つは位置制御装置５の移動ステージ５５に連結されており、移動ステージ５５が移動することにより、筐体３０（Ｘ線回折測定装置１）は移動する。位置制御装置５は移動ステージ５５が出射Ｘ線の光軸方向に移動するよう姿勢が調整されており、筐体３０（Ｘ線回折測定装置１）は出射Ｘ線の光軸方向に移動する。なお、図１においては、出射Ｘ線の光軸方向はステージＳｔの平面の垂直方向と３０°の角度を成しており、出射Ｘ線は測定対象物ＯＢに入射角３０°で入射するが、この角度は１０〜８０°の間で適宜設定することができる。

Ｘ線出射器１０は長尺状に形成され、筐体３０内の上部にて中心軸が底面壁３０ａ、上面壁３０ｃ及び側面壁３０ｄに平行になるよう筐体３０に固定されており、高電圧電源４５からの高電圧の供給を受け、Ｘ線制御回路４０により制御されて、Ｘ線を出射口１１から出射する。

Ｘ線制御回路４０は、後述するコンピュータ装置７０を構成するコントローラ７１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４５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４０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は温度が一定に保たれる。

図３は、図１のＸ線出射器１０の出射口１１付近を拡大した部分断面図であるが、図３に示すように、出射口１１から出射されたＸ線は、大部分が円筒状パイプ２２の内部に入射し、円筒状パイプ２２の反対側から出射する。出射口１１から出射されるＸ線は進行方向に拡がるＸ線であるが、円筒状パイプ２２の内部を通過することにより、円筒状パイプ２２の中心軸と同一の光軸の略平行なＸ線となって円筒状パイプ２２から出射する。円筒状パイプ２２は内径が約５ｍｍの大きさにされており、円筒状パイプ２２から出射するＸ線も断面径が約５ｍｍになる。図２に示すように、直方体状プレート２０は、長尺方向がＸ線出射器１０の中心軸方向と略平行になるよう筐体３０に取り付けられており、図１乃至図３に示すように、円筒状パイプ２２は直方体状プレート２０の中心に、中心軸が直方体状プレート２０の上面と下面に略垂直になるよう固定されている。そして、直方体状プレート２０の上面と下面は筐体３０の上面壁３０ｃ及び底面壁３０ａに平行になっているので、円筒状パイプ２２から出射するＸ線は、光軸が上面壁３０ｃ及び底面壁３０ａに垂直な状態で、底面壁３０ａに形成された直方形状の孔３０ａ１から出射する。

図４は、図２においてシンチレーションカウンター２１を配置した箇所を拡大して示す図である。図４に示すように、直方体状プレート２０は、円筒状パイプ２２の中心軸が直方体状プレート２０の平面と交差する箇所（直方体状プレート２０の中心と略同一）を対称の中心として点対称となる位置に、２つのシンチレーションカウンター２１−１，２１−２と２つのシンチレーションカウンター２１−３，２１−４をそれぞれ取り付けている。シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４は、入射したＸ線により発生する蛍光の強度を光電子増倍管により増幅し、該蛍光の強度に相当する強度の信号を出力するもので、一般的に用いられているものである。

４つのシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４は、中心軸が直方体状プレート２０の上面と下面に垂直であり、４つのシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４のＸ線入射面は、直方体状プレート２０の上面と下面に平行な１つの平面内に含まれるようになっている。以下、この平面を回折Ｘ線検出平面という。また、２つのシンチレーションカウンター２１−１，２１−２及びシンチレーションカウンター２１−３，２１−４は、Ｘ線入射面が密着して取り付けられている。図２及び図４において二点鎖線で示される円は、測定対象物ＯＢにおけるＸ線照射点から回折Ｘ線検出平面までの距離（以下、照射点−検出平面間距離という）が基準距離であるとき、回折Ｘ線検出平面に形成される回折環Ｒの半径方向の強度がピークになる箇所を示している。図２及び図４に示すように、照射点−検出平面間距離が基準距離であるとき、回折環Ｒは、半径方向の強度のピーク位置が２つのシンチレーションカウンター２１−１，２１−２及びシンチレーションカウンター２１−３，２１−４のＸ線入射面が密着した箇所（以下、Ｘ線入射面密着箇所という）を通るように形成される。

また図４に示すように、２つのシンチレーションカウンター２１−１，２１−２のＸ線入射面は、回折環Ｒの半径方向における半分の面が遮蔽されるよう、遮蔽板２４がＸ線入射面に固定されている。遮蔽されたＸ線入射面は、Ｘ線入射面密着箇所の反対側の面であり、これにより、２つのシンチレーションカウンター２１−１，２１−２のＸ線入射面は、２つのシンチレーションカウンター２１−３，２１−４のＸ線入射面の半分の面積になる。別の言い方をすると、２つのシンチレーションカウンター２１−１，２１−２は、Ｘ線入射面の回折環Ｒの半径方向における長さが２つのシンチレーションカウンター２１−３，２１−４の半分の状態で回折Ｘ線の強度を検出する。

回折環Ｒの半径方向のＸ線強度分布は、Ｘ線入射面密着箇所をピーク位置とした正規分布状になっているが、上述したように、円筒状パイプ２２から出射するＸ線は断面径が約５ｍｍであり、正規分布の両端の間はある程度の距離になる。そして、Ｘ線強度分布を正規分布曲線で描いた場合、２つのシンチレーションカウンター２１−１，２１−２のＸ線入射面の両端は、正規分布曲線がピーク強度の約５０％程度の強度になる箇所になっており、２つのシンチレーションカウンター２１−３，２１−４のＸ線入射面の両端は、正規分布曲線がグランドレベルになる箇所になっている。

シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４は、入射したＸ線によりシンチレータで発生する蛍光を光電子増倍管により電子に変換して増幅し、増幅した電子による電気信号を出力するものであり、出力する電気信号の強度は入射したＸ線の強度に相当しているため、電気信号の強度としてＸ線強度を検出することができるものである。シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４はＳＤ信号取出回路３１〜３４と信号線がつながっており、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が出力するＸ線強度に相当する電気信号は、ＳＤ信号取出回路３１〜３４に入力する。ＳＤ信号取出回路３１〜３４は入力する電気信号を積分回路等により平坦な信号に変換した後、ＡＤ変換器によりデジタルデータに変換して出力する回路であり、コントローラ７１から作動開始の指令が入力するとＡＤ変換器が作動し、Ｘ線強度に相当する電気信号の強度のデジタルデータがコントローラ７１に入力する。以下、ＳＤ信号取出回路３１〜３４が出力する信号の強度を順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとして説明する。この信号の強度は、図４に示すようにシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が検出する回折Ｘ線の強度を順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたものに相当する。別の言い方をすると、回折環Ｒの０°の位置から１８０°の位置に向かってＸ線入射面を配置したシンチレーションカウンター２１が検出する回折Ｘ線の強度を、順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたものに相当する。

コンピュータ装置７０は、コントローラ７１、入力装置７２及び表示装置７３からなる。コントローラ７１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、予め記憶された演算処理のプログラムを実行することで、入力したシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が検出する回折Ｘ線強度に相当する値から、測定対象物ＯＢの残留応力や回折Ｘ線強度分布の広がりに基づく特性値（以下、広がり特性値という）を計算する。また、得られた残留応力や広がり特性値から合否判定、異常程度の評価、測定対象物ＯＢの位置に対する残留応力のグラフ化、及び測定対象物ＯＢの位置に対する広がり特性値のグラフ化等を行う。また、コントローラ７１は、予め記憶された制御用のプログラムを実行することで、Ｘ線回折測定装置１及び位置制御装置５の作動を制御する。そして、入力装置７２はコントローラ７１に接続されて、作業者により各種パラメータ、作動指示などの入力のために利用される。また、表示装置７３もコントローラ７１に接続されて、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。

コントローラ７１が行う演算処理について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、回折環の０°の位置から１８０°の位置に向かう方向を横軸にし、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が検出する回折Ｘ線強度を●のドットで、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４の先端と回折Ｘ線の強度分布とともに示した図である。また、図５において、右側に回折Ｘ線検出平面に形成される回折環の状態を、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４のＸ線入射面の位置をわかりやすくＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄにして示してある。なお、図５ではシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が検出する回折Ｘ線強度を●で示してあるが、上述したようにシンチレーションカウンター２１−３，２１−４は、Ｘ線入射面の半径方向長さがシンチレーションカウンター２１−１，２１−２の２倍（Ｘ線入射面積が２倍）であるので、シンチレーションカウンター２１−３，２１−４は、それぞれ２つのシンチレーションカウンターＣ’，Ｃ”及びＤ’，Ｄ”があり、Ｃ’，Ｃ”及びＤ’，Ｄ”が検出する回折Ｘ線強度の合計が検出されるとしてある。すなわち、シンチレーションカウンターＣ’，Ｃ”及びＤ’，Ｄ”が検出する回折Ｘ線強度を○で示し、この合計がシンチレーションカウンター２１−３，２１−４が検出する回折Ｘ線強度として●で示してある。

図５の（Ａ）は照射点−検出平面間距離が基準距離であり、回折環の半径方向における回折Ｘ線強度分布の広がりが標準である場合において、測定対象物ＯＢの残留応力が０である場合である。この場合は図５の（Ａ）に示されるように、回折Ｘ線強度分布のピーク位置は、シンチレーションカウンター２１−１，２１−２及びシンチレーションカウンター２１−３，２１−４ともＸ線入射面密着箇所になり、回折Ｘ線強度分布がグランドレベルになる箇所は、シンチレーションカウンター２１−３，２１−４のＸ線入射面の両端付近になる。そして、シンチレーションカウンター２１−３，２１−４が検出する回折Ｘ線強度Ｃ，Ｄは、Ｘ線入射面の半径方向長さがシンチレーションカウンター２１−１，２１−２の２倍ある分、シンチレーションカウンター２１−１，２１−２が検出する回折Ｘ線強度Ａ，Ｂより大きくなる。別の表現をすると、Ａ＝Ｂ＝Ｃ”＝Ｄ’であるが、Ｃ＝Ｃ’＋Ｃ”であり、Ｄ＝Ｄ’＋Ｄ”であるため、Ｃ，Ｄは、Ａ，Ｂより大きくなる。

図５の（Ｂ）は（Ａ）の状態において、回折Ｘ線強度Ａ，Ｂに予め定められた定数を乗算してＡ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄとした場合である。そして図５の（Ｃ）は、（Ｂ）の状態において測定対象物ＯＢに残留応力が発生した場合である。測定対象物ＯＢに残留圧縮応力が発生すると図５の（Ｃ）の右側に示すよう回折環は回折環の０°の方向に移動し、回折Ｘ線強度分布のピーク位置は、シンチレーションカウンター２１−１，２１−２及びシンチレーションカウンター２１−３，２１−４ともＸ線入射面密着箇所からずれる。このため（Ａ−Ｂ）＞０、（Ｃ−Ｄ）＞０となり、｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）｝＝｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝は０より大きい数値になる。そして、回折環の移動は残留圧縮応力が大きくなるほど大きくなるので、｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝は残留圧縮応力が大きくなるほど大きくなる。また、測定対象物ＯＢに残留引っ張り応力が発生すると回折環は回折環の１８０°の方向に移動し、（Ａ−Ｂ）＜０、（Ｃ−Ｄ）＜０となり、｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）｝＝｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝は０より小さい数値になる。そして、回折環の移動は残留引っ張り応力が大きくなるほど大きくなるので、｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝は残留引っ張り応力が大きくなるほど小さくなる。すなわち、｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝は、測定対象物ＯＢで発生している残留応力と１：１の関係にあり、コントローラ７１内のメモリには、残留応力と｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝との関係テーブル又は関係式が記憶されており、この関係テーブル又は関係式に得られた｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝を当てはめることで残留応力を求めることができる。以下、｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝で計算される値を応力特性値という。

残留応力と応力特性値である｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝との関係テーブル又は関係式は、特許文献１に示されるＸ線回折測定装置で様々な測定対象物ＯＢの残留応力を測定し、同一測定箇所を本実施形態のＸ線回折測定システムで照射点−検出平面間距離を基準距離にして｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝を測定し、回折Ｘ線強度分布の広がりが標準のものを採用すれば得ることができる。又は、回折Ｘ線強度分布の広がりが標準の測定対象物ＯＢに、外部から既知の力を加えて既知の残留応力を発生させ、本実施形態のＸ線回折測定システムで照射点−検出平面間距離を基準距離にして｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝を測定しても得ることができる。

応力特性値から残留応力を求めるためには、コントローラ７１内のメモリに記憶した、残留応力と応力特性値との関係テーブル又は関係式を得るときの照射点−検出平面間距離が基準距離であり、回折Ｘ線強度分布の広がりが標準であるとともに、応力特性値を求めるときの照射点−検出平面間距離が基準距離であり、回折Ｘ線強度分布の広がりが標準である必要がある。これらの条件が異なっていると、正確な残留応力を計算することはできない。以下に、それについて説明する。

図６は、図５と同様の図であり、（Ｄ）及び（Ｅ）は回折Ｘ線強度分布の広がりが標準の場合より大きく、（Ｆ）及び（Ｇ）は照射点−検出平面間距離が基準距離より大きい場合である。図６の（Ｄ）は、照射点−検出平面間距離が基準距離であり、回折Ｘ線強度分布の広がりが標準より大きい場合において、測定対象物ＯＢの残留応力が０である場合である。この場合は図６の（Ｄ）に示されるように、Ａ＝Ｂ及びＣ＝Ｄであるため｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）｝＝｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝は０になり、図５の（Ｂ）と同じ値になる。図６の（Ｅ）は、図６の（Ｄ）の状態から測定対象物ＯＢに図５の（Ｃ）と同程度の残留圧縮応力が発生した場合であるが、図６の（Ｅ）と図５の（Ｃ）を比較すると分かるように、図６の（Ｅ）は（Ａ−Ｂ）及び（Ｃ−Ｄ）が図５の（Ｃ）よりも小さくなり、｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）｝＝｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝は図５の（Ｃ）よりも小さくなる。すなわち、回折Ｘ線強度分布の広がりが標準より大きくなると、残留応力と応力特性値との関係は変化する。これは、回折Ｘ線強度分布の広がりが標準より小さくなっても同じことが言え、残留応力と応力特性値との関係は回折Ｘ線強度分布の広がりにより変化する。従って、応力特性値を得たときの回折Ｘ線強度分布の広がりが標準と異なっている場合は、正確な残留応力を測定することができない。

図５の（Ｂ）のときＡ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄであり、図５の（Ｃ）のときはＡ＞Ｂ及びＣ＞Ｄとなるが、ＡとＣおよびＢとＤはほぼ同じ値であり、｛（Ａ−Ｃ）＋（Ｂ−Ｄ）｝＝｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝は、図５の（Ｂ）においても図５の（Ｃ）においても０付近の値になる。すなわち、回折Ｘ線強度分布の広がりが標準の場合であれば、測定対象物ＯＢの残留応力によらず、｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝は０付近の値になる。これに対し、図６の（Ｄ）のとき及び図６の（Ｅ）のとき、Ａ＜Ｃ及びＢ＜Ｄであるため、｛（Ａ−Ｃ）＋（Ｂ−Ｄ）｝＝｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝は、負の値になる。そして、図６の（Ｄ）の（Ｃ−Ａ）及び（Ｄ−Ｂ）の大きさと、図６の（Ｅ）の（Ｃ−Ａ）及び（Ｄ−Ｂ）の大きさは、やや異なっているが、図５及び図６においては残留応力による回折環の移動を誇張して示してあるので、実際は残留応力の大きさによらず（Ｃ−Ａ）及び（Ｄ−Ｂ）の大きさは、ほぼ同一であり、｛（Ａ−Ｃ）＋（Ｂ−Ｄ）｝＝｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝は、残留応力の大きさによらずほぼ同一である。よって、｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝は回折Ｘ線強度分布の広がりの度合いを示す値であり、上述した広がり特性値である。そして、広がり特性値である｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝が標準値である０付近の値であれば、より正確には広がり特性値の絶対値（標準値である０からのずれ）が予め定めた許容値以下であれば、得られた応力特性値を記憶されている残留応力と応力特性値との関係テーブル又は関係式に当てはめることで、正確な残留応力を求めることができる。

なお、回折Ｘ線強度分布の広がりは主に測定対象物ＯＢの表面硬さにより決まる。測定対象物ＯＢの表面硬さが硬いと回折Ｘ線強度分布の広がりは大きくなり、柔らかいと回折Ｘ線強度分布の広がりは小さくなる。測定対象物ＯＢの表面硬さが硬い場合を異常とするか、柔らかい場合を異常とするか、標準硬さからのずれが大きければ硬くても柔らかくても異常とするかは測定対象物ＯＢによって異なる。すなわち、広がり特性値が定めた許容値より大きい場合を異常とするか、小さい場合を異常とするか、広がり特性値の絶対値が定めた許容値より大きい場合を異常とするかは測定対象物ＯＢによって異なる。

図６の（Ｆ）は、回折Ｘ線強度分布の広がりが標準であり、照射点−検出平面間距離が基準距離より大きい場合において、測定対象物ＯＢの残留応力が０である場合である。すなわち、図５の（Ｂ）の状態から照射点−検出平面間距離が基準距離より大きくなった場合である。この場合は、図６の（Ｆ）に示されるように、（Ａ−Ｂ）＜（Ｄ−Ｃ）となるため、｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝＝｛（Ａ−Ｂ）−（Ｄ−Ｃ）｝は０より小さくなり、残留応力は０であっても、応力特性値は０より小さくなる。また、図６の（Ｇ）は、図６の（Ｆ）の状態から図５の（Ｃ）と同程度の残留応力が発生した場合であり、言い換えると、図５の（Ｃ）の状態から照射点−検出平面間距離が基準距離より大きくなった場合である。この場合は、図６の（Ｇ）と図５の（Ｃ）における｛（Ａ−Ｄ）＋（Ｃ−Ｂ）｝を比較すると分かるように、図６の（Ｇ）の方が図５の（Ｃ）よりも｛（Ａ−Ｄ）＋（Ｃ−Ｂ）｝が小さくなっており、｛（Ａ−Ｄ）＋（Ｃ−Ｂ）｝＝｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝であるので、同じ残留応力でも、応力特性値は小さくなる。すなわち、照射点−検出平面間距離が基準距離より大きくなると、応力特性値は本来の値から変化することが分かる。これは、照射点−検出平面間距離が基準距離より小さくなっても同じことが言え、応力特性値は照射点−検出平面間距離が基準距離より変化することにより変化する。従って、応力特性値を得たときの照射点−検出平面間距離が基準距離よりずれている場合は、正確な残留応力を測定することができない。

図５の（Ｂ）のときＡ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄであり、図５の（Ｃ）のときはＡ＞Ｂ及びＣ＞Ｄとなるが、（Ａ−Ｂ）と（Ｃ−Ｄ）はほぼ同じ値であり、｛（Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）｝＝｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝は、図５の（Ｂ）においても図５の（Ｃ）においても０付近の値になる。すなわち、照射点−検出平面間距離が基準距離であれば、測定対象物ＯＢの残留応力によらず、｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝は０付近の値になる。これに対し、図６の（Ｆ）のとき（Ａ−Ｂ）＞０，（Ｄ−Ｃ）＞０となるため、｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝＝｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｄ−Ｃ）｝は０より大きくなる。及び図６の（Ｇ）のときも、（Ａ−Ｂ）＞０，（Ｄ−Ｃ）＞０となるため、｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝＝｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｄ−Ｃ）｝は０より大きくなる。そして、図６の（Ｆ）の｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｄ−Ｃ）｝の大きさと、図６の（Ｇ）の｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｄ−Ｃ）｝の大きさは、やや異なっているように見えるが、図６においては残留応力による回折環の移動を誇張して示してあるので、実際は残留応力の大きさによらず｛（Ａ−Ｂ）＋（Ｄ−Ｃ）｝の大きさはほぼ同一であり、｛（Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）｝＝｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝は、残留応力の大きさによらずほぼ同一である。よって、｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝は、照射点−検出平面間距離の基準距離からのずれの度合いを示す値である。以下、｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝で計算される値を位置特性値という。そして、位置特性値である｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝が０付近の値であれば、得られた応力特性値を記憶されている残留応力と応力特性値との関係テーブル又は関係式に当てはめることで、正確な残留応力を求めることができる。

なお図６の（Ｄ）においても、Ａ＝Ｂ及びＣ＝Ｄであるため、｛（Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）｝＝｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝は０であり、図６の（Ｅ）においても（Ａ−Ｂ）と（Ｃ−Ｄ）は、おおよそ同一であるので、｛（Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）｝＝｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝は０付近の値になる。すなわち、残留応力及び回折Ｘ線強度分布の広がりによらず、照射点−検出平面間距離が基準距離であれば、位置特性値である｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝は０付近の値になる。逆に言うと、位置特性値が常に０になるよう筐体３０の位置を制御することで、照射点−検出平面間距離を常に基準距離にすることができる。

以上、説明したように、コントローラ７１が残留応力を求めるためには、広がり特性値の絶対値（標準値である０からのずれ）が許容値内であり、位置特性値が０付近の値である必要がある。位置特性値はＸ線回折測定装置１（筐体３０）の測定対象物ＯＢに対する位置による値であるので、位置制御装置５によりＸ線回折測定装置１（筐体３０）の位置を制御することで、位置特性値を０付近の値にすることができる。そして、広がり特性値は測定対象物ＯＢによる特性値であるので、広がり特性値の絶対値が許容値内か否かは、計算により判定することになる。すなわち、コントローラ７１は、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が検出する回折Ｘ線強度Ａ，Ｂに、残留応力が０であり回折Ｘ線強度分布の広がりが標準であるときに該回折Ｘ線強度Ａ，Ｂに乗算すると乗算後の強度がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで等しくなる定数を乗算し、｛（Ａ＋Ｃ）‐（Ｂ＋Ｄ）｝なる計算式で応力特性値を計算し、｛（Ａ＋Ｂ）‐（Ｃ＋Ｄ）｝なる計算式で広がり特性値を計算する。そして、広がり特性値の絶対値が許容値内であるとき、応力特性値を、予めメモリに記憶されている残留応力と応力特性値との関係テーブル又は関係式に当てはめることで、正確な残留応力を求めることができる。そして、測定の期間中、位置制御装置５はＸ線回折測定装置１（筐体３０）の位置を位置特性値が０になるよう制御する。以下に位置制御装置５による位置制御の方法を、位置制御装置５の構成とともに説明する。

位置制御装置５は、図１及び図２に示すように、枠体５１、フィードモータ５２、スクリューロッド５３、軸受部５４及び移動ステージ５５から構成される機構部分と、枠体５１の一部に取り付けられているモータ駆動回路５６及び移動位置検出回路５７から構成される。枠体５１は、直方体形状の金属体に直方体形状の穴が開けられたものであり、枠体５１の直方体形状の穴に嵌めこまれた移動ステージ５５に連結されたＸ線回折測定装置１から出射されるＸ線の出射方向が、移動ステージ５５の移動方向と平行になるように、図１の裏面側が固定棒４９に連結された固定ブロック５０に連結されている。枠体５１の上側にはフィードモータ５２が固定され、フィードモータ５２の回転軸にはスクリューロッド５３が連結され、スクリューロッド５３の反対側は軸受部５４に連結されている。移動ステージ５５は中心部分に雌ネジが切られた孔が開けられ、この孔と雄ネジが切られたスクリューロッド５３が迎合している。そして、フィードモータ５２の回転軸及びスクリューロッド５３の中心軸の方向は、Ｘ線回折測定装置１から出射されるＸ線の光軸方向と平行であり、フィードモータ５２が回転しスクリューロッド５３が回転すると、移動ステージ５５及びこれに連結されたＸ線回折測定装置１（筐体３０）は出射Ｘ線の光軸方向に移動する。なお、出射Ｘ線の光軸方向はＺ方向（ステージＳｔの平面の垂直方向）と３０°の角度を成しており、出射Ｘ線の光軸方向を測定対象物ＯＢに投影した方向は、Ｙ方向（ステージＳｔの移動方向）である。これにより、上述したコントローラ７１の計算により、測定対象物ＯＢのＸ線照射点のそれぞれにおいて、Ｙ方向の残留垂直応力が測定される。

フィードモータ５２内には、エンコーダ５２ａが組み込まれており、エンコーダ５２ａはフィードモータ５２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モータ駆動回路５６及び移動位置検出回路５７へ出力する。モータ駆動回路５６は、コントローラ７１から移動位置が入力すると、移動位置検出回路５７から入力する移動位置がコントローラ７１から入力した移動位置になるまでフィードモータ５２へ駆動信号を出力する。また、モータ駆動回路５６は、コントローラ７１からフィードモータ５２側の移動限界位置への移動指令を入力すると、後述する移動位置検出回路５７から停止指令が入力するまでフィードモータ５２へ駆動信号を出力する。そして、フィードモータ５２へ駆動信号を出力するとき、フィードモータ５２の回転が移動方向に対応する回転方向になり、エンコーダ５２ａ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が、予め設定されている単位時間当たりのパルス数になるよう、駆動信号を制御する。これにより、コントローラ７１から移動位置又は移動限界位置移動指令が出力すると、移動ステージ５５及び筐体３０は該移動位置又は原点位置まで設定された移動速度で移動して停止する。また、モータ駆動回路５６は、コントローラ７１から位置制御の指令が入力すると、後述するサーボ信号生成回路３６から入力する信号の極性と強度に基づいた駆動信号をフィードモータ５２へ出力する。

移動位置検出回路５７はコントローラ７１からフィードモータ５２側の移動限界位置への移動指令を入力すると、エンコーダ５２ａから入力するパルス列信号のパルス数をカウントし、パルス数のカウントが停止すると、モータ駆動回路５６に停止指令を出力して、パルス数のカウント値を「０」に設定する。以後、移動位置検出回路５７はエンコーダ５２ａから入力するパルス列信号のパルス数をカウントし、移動方向によりカウント値を加算または減算し、カウント値から移動位置を算出してモータ駆動回路５６とコントローラ７１に出力する。これにより、移動ステージ５５及び筐体３０の移動位置がフィードモータ５２側の移動限界位置を原点として検出される。

エラー信号生成回路３５は、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が出力する信号であるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの信号を入力し、Ｃ，Ｄの信号の増幅率に対するＡ，Ｂの信号の増幅率の比が、コントローラ７１の演算処理においてＡ，Ｂの信号強度に乗算する定数と等しくなる増幅率で、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの信号を増幅する。そして、強度が｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝となる信号を作成してサーボ信号生成回路３６に出力する。サーボ信号生成回路３６はコントローラ７１から位置制御開始の指令が入力すると、エラー信号生成回路３５から入力した信号をローパスフィルタを通すことにより周波数の低い信号にし、この信号を照射点−検出平面間距離の基準距離からのずれ量に相当する強度の信号に変換してモータ駆動回路５６に出力する。上述したように、モータ駆動回路５６は、サーボ信号生成回路３６から入力する信号の極性と強度に基づいた駆動信号をフィードモータ５２へ出力する。これにより、エラー信号生成回路３５が出力する信号は常に０になるよう制御され、ステージＳｔの移動方向に測定対象物ＯＢの厚さが変動しても、照射点−検出平面間距離は常に基準距離になるよう制御される。言い換えると、位置特性値である｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝の値は常に０になるよう制御される。

なお、回折Ｘ線強度分布のピーク位置がシンチレーションカウンター２１−１，２１−２のＸ線入射面内及びシンチレーションカウンター２１−３，２１−４のＸ線入射面内にないと、上述した位置制御は不可能であるので、最初に照射点−検出平面間距離が基準距離付近になるよう移動ステージ５５及び筐体３０を移動させたうえで、上述した位置制御が行われる。コントローラ７１のメモリには、測定対象物ＯＢの厚さが基準値であり、照射点−検出平面間距離が基準距離であるときの、移動位置検出回路５７が検出する移動位置が基準移動位置として記憶されている。よって、コントローラ７１がモータ駆動回路５６に基準移動位置を出力した後、サーボ信号生成回路３６とモータ駆動回路５６に位置制御開始の指令を出力することで、上述した位置制御が行われる。

ステージＳｔの側面の近傍には、測定対象物ＯＢの先端および後端が出射Ｘ線が照射される位置になったことを検出するための端検出センサ６０が取り付けられている。端検出センサ６０はステージＳｔの反対側の側面近傍にあるレーザ光の受光の有無により、測定対象物ＯＢの先端および後端を検出するものであり、レーザ光を受光すると所定強度の信号を出力し、レーザ光の受光がないと信号の出力はないようになっている。端検出回路６１は端検出センサ６０と一体になっており、コントローラ７１から作動指令が入力した後、端検出センサ６０から入力する信号の強度が所定強度から０になると、「先端検出」を意味する信号をコントローラ７１に出力し、０から所定強度になると「後端検出」を意味する信号をコントローラ７１に出力する。なお、端検出センサ６０が検出するライン（反対側にあるレーザ光の光軸）は、測定対象物ＯＢの移動方向に対して出射Ｘ線の光軸が測定対象物ＯＢの表面と交差する点よりやや後方にあり、後述するように、「先端検出」の信号が出力されたときは、予め設定された時間をおいてＸ線の出射と回折Ｘ線の強度の検出を行い、「後端検出」の信号が出力されたときは、即座にＸ線の出射と回折Ｘ線の強度の検出を停止するようになっている。これは、出射Ｘ線が測定対象物ＯＢの先端及び後端の縁にかかった状態では正確な測定ができないため、この状態のときは測定を行わないようにするためである。

次に、上記のように構成したＸ線回折測定装置１を含むＸ線回折測定システムを用いて、一定速度で移動する長尺状のステージＳｔに載置された測定対象物ＯＢの残留応力と広がり特性値を連続的に測定し、測定対象物ＯＢの合否を判定する場合のＸ線回折測定システムの作動について説明する。なお、この説明においては、残留応力の絶対値が許容値から大きい場合、又は広がり特性値の絶対値が許容値から大きい場合を不合格とするが、広がり特性値における合否判定の許容値は、得られた応力特性値を記憶されている残留応力と応力特性値との関係に当てはめて残留応力を計算することが可能か否かを判定する際の許容値と同じとする。

まず、作業者はＸ線回折測定システムの電源を投入する。これにより、コントローラ７１はモータ駆動回路５６及び移動位置検出回路５７に移動限界位置移動指令を出力し、移動ステージ５５及び筐体３０（Ｘ線回折測定装置１）はフィードモータ５２側の移動限界位置である限界位置に移動する。次に作業者は、入力装置７２からＸ線回折測定装置１が測定位置へ移動する指令を入力する。これによりコントローラ７１は、モータ駆動回路５６に基準移動位置を出力し、移動ステージ５５及び筐体３０は、測定対象物ＯＢの厚さが基準値であるときに照射点−検出平面間距離が基準距離になる基準移動位置まで移動する。次に作業者は、ステージＳｔを移動させる装置を作動させ、入力装置７２から測定開始を入力する。これによりコントローラ７１は、インストールされている図７に示すフローのプログラムの実行をステップＳ１にて開始する。以下、図７に示すフローに沿って説明する。

まず、コントローラ７１はステップＳ２にて、コントローラ７１に内蔵されたクロックによる時間計測を開始し、ステップＳ３にて端検出回路６１に作動開始の指令を出力する。これにより端検出回路６１は、上述したように端検出センサ６０からの信号により測定対象物ＯＢの先端と後端を検出するごとに、「先端検出」及び「後端検出」を意味する信号をコントローラ７１に出力する。次にコントローラ７１はステップＳ４にて測定対象物ＯＢを識別する番号であるｍを「１」にし、ステップＳ５にて測定点を識別する番号であるｎを「１」にする。そして、ステップＳ６にて端検出回路６１から最初の測定対象物ＯＢにおける「先端検出」の信号が入力するのをＮｏの判定を繰り返しながら待ち、入力するとＹｅｓと判定してステップＳ７へ行き、ステップＳ７にて計測時間をリセットして０にし、ステップＳ８にて予め設定した時間Ｔが経過するのをＮｏの判定を繰り返しながら待つ。これは、上述したように、端検出センサ６０が検出するライン（反対側にあるレーザ光の光軸）は、測定対象物ＯＢの移動方向に対して出射Ｘ線の光軸が測定対象物ＯＢの表面と交差する点よりやや後方にあり、出射Ｘ線が測定対象物ＯＢの縁にかかると正確な測定が行われないため、Ｘ線照射点が測定対象物ＯＢの縁より微小距離だけ離れ、正確な測定を行うことができるまで待つためである。

コントローラ７１は、時間Ｔが経過するとＹｅｓと判定してステップＳ９へ行き、ステップＳ９にてＸ線制御回路４０に出射開始の指令を出力し、ステップＳ１０にてＳＤ信号取出回路３１〜３４にデータ出力開始の指令を出力し、ステップＳ１１にてサーボ信号生成回路３６とモータ駆動回路５６に位置制御開始の指令を出力する。これにより、Ｘ線回折測定装置１（筐体３０）からＸ線が測定対象物ＯＢに照射され、回折Ｘ線強度のデジタルデータがコントローラ７１に入力し、照射点−検出平面間距離が常に基準距離になるＸ線回折測定装置１（筐体３０）の位置制御が開始される。

次に、コントローラ７１はステップＳ１２にて、時間が（Ｔ＋Δｔ）になるまでＮｏの判定を繰り返しながら待ち、時間が（Ｔ＋Δｔ）になるとＹｅｓと判定してステップＳ１３へ行き、ステップＳ１３にてＳＤ信号取出回路３１〜３４から入力している回折Ｘ線強度に相当する強度のデータＩ（ｎ，ｍ）をメモリに取り込む。取り込み時間は予め設定されており、この設定時間中にＳＤ信号取出回路３１〜３４から入力しているデータはすべて取り込む。次にステップＳ１４にて、取込んだ回折Ｘ線強度のデータＩ（ｎ，ｍ）を平均して上述した信号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのそれぞれの強度値にし、Ａ，Ｂの値に、残留応力が０であり回折Ｘ線強度分布の広がりが標準であるときに該Ａ，Ｂの値に乗算すると乗算後の値がＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで等しくなる定数を乗算する。次にステップＳ１５にて、｛（Ａ＋Ｂ）‐（Ｃ＋Ｄ）｝なる計算式で広がり特性値Ｄ（ｎ，ｍ）を計算し、ステップＳ１６にて、広がり特性値Ｄ（ｎ，ｍ）の絶対値が許容値以下か否かを判定する。許容値以下の場合はＹＥＳと判定してステップＳ１８へ行き、ステップＳ１８にて合格とするメモリ領域へ広がり特性値Ｄ（ｎ，ｍ）を記憶する。また、許容値より大きい場合はＮｏと判定してステップＳ１７へ行き、ステップＳ１７にて不合格とするメモリ領域へ広がり特性値Ｄ（ｎ，ｍ）を記憶する。そして、ステップＳ１８へ行った場合（広がり特性値が合格の場合）は、続くステップＳ１９にて、｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝なる計算式で応力特性値を計算し、予めメモリに記憶されている残留応力と応力特性値との関係テーブル又は関係式に計算した応力特性値を当てはめることで、残留応力σ（ｎ，ｍ）を求める。また、ステップＳ１７へ行った場合（広がり特性値が不合格の場合）は、残留応力σ（ｎ，ｍ）は計算せず、後述するステップＳ２３へ行く。

ステップＳ１９にて残留応力σ（ｎ，ｍ）を計算したときは、ステップＳ２０にて残留応力σ（ｎ，ｍ）の絶対値が許容値以下か否かを判定する。許容値以下の場合はＹＥＳと判定してステップＳ２２へ行き、ステップＳ２２にて合格とするメモリ領域へ残留応力σ（ｎ，ｍ）を記憶する。また、許容値より大きい場合はＮｏと判定してステップＳ２１へ行き、ステップＳ２１にて不合格とするメモリ領域へ残留応力σ（ｎ，ｍ）を記憶する。なお、残留応力σ（ｎ，ｍ）は圧縮応力と引っ張り応力で符号が変わるため、絶対値を許容値と比較して判定する。ステップＳ２１、ステップＳ２２のどちらへ行った場合も、残留応力σ（ｎ，ｍ）のメモリへの記憶が終了するとステップＳ２３へ行き、ステップＳ２３にて、端検出回路６１から最初の測定対象物ＯＢにおける「後端検出」の信号が入力したか判定するが、この段階では検査を開始したばかりであるのでＮｏと判定してステップＳ２４へ行き、ｎをインクリメントしてステップＳ１２に戻る。そして、ステップＳ１２にて計測時間がＴ＋ｎ・Δｔ（この場合はＴ＋２・Δｔ）になるまで待ち、計測時間がＴ＋ｎ・ΔｔになるとＹｅｓと判定してステップＳ１３へ行き、上述したステップＳ１３乃至ステップＳ２３の処理を行ってステップＳ１２へ戻る。

このようにして計測時間がＴ＋Δｔ，Ｔ＋２・Δｔ，Ｔ＋３・Δｔ・・・と、Δｔづつ増えるごとに、広がり特性値Ｄ（ｎ，ｍ）及び残留応力σ（ｎ，ｍ）が計算されて、それぞれ合否判定が行われ、不合格（異常検出）の場合は、広がり特性値Ｄ（ｎ，ｍ）又は残留応力σ（ｎ，ｍ）が不合格とするメモリ領域に記憶されていく。そして、端検出回路６１から「後端検出」の信号が入力すると、ステップＳ２３にてＹｅｓと判定してステップＳ２５へ行き、ステップＳ２５にてＸ線制御回路４０に出射停止の指令を出力し、ステップＳ２６にてＳＤ信号取出回路３１〜３４に出力停止の指令を出力し、ステップＳ２７にてサーボ信号生成回路３６とモータ駆動回路５６に位置制御停止の指令を出力する。これにより、測定対象物ＯＢへのＸ線照射は停止し、回折Ｘ線強度に相当するデータの出力は停止し、Ｘ線回折測定装置１（筐体３０）の位置制御は停止する。そして、ステップＳ２８にてモータ駆動回路５６に基準移動位置を出力し、これによりＸ線回折測定装置１（筐体３０）は、検査開始時の移動位置に戻る。上述したように、端検出センサ６０が検出するライン（反対側にあるレーザ光の光軸）は、測定対象物ＯＢの移動方向に対して出射Ｘ線の光軸が測定対象物ＯＢと交差する点よりやや後方にあるため、端検出センサ６０が後端を検出したときは、出射Ｘ線は測定対象物ＯＢの後端の縁にかかっていない。よって、「後端検出」の信号が入力したときは、即座にＸ線照射とデータの出力を停止する。

次に、コントローラ７１はステップＳ２９にて、不合格とするメモリ領域に記憶した広がり特性値Ｄ（ｎ，ｍ）又は残留応力σ（ｎ，ｍ）に現時点のｍ（この場合はｍ＝１）があるか判定し、ない場合はＮｏと判定してステップＳ３２へ行き、「合格」の表示をｍ＝１に対応する測定対象物ＯＢの識別情報とともに表示装置７３へ表示させる。また、不合格とするメモリ領域に記憶した広がり特性値Ｄ（ｎ，ｍ）又は残留応力σ（ｎ，ｍ）がある場合は、Ｙｅｓと判定してステップＳ３０へ行き、「不合格」の表示をｍ＝１に対応する測定対象物ＯＢの識別情報とともに表示装置７３へ表示させる。そして、ステップＳ３１にて、記憶したデータのｎ、予め記憶されているステージＳｔの移動速度Ｆ、時間Ｔおよび端検出センサ６０が検出するラインから出射Ｘ線の光軸が測定対象物ＯＢと交差する点までのＹ方向距離Ｂから、Ｆ・（Ｔ＋ｎ・Δｔ）−Ｂの計算を行い、異常箇所の測定対象物ＯＢの先端からの距離を計算する。さらに、広がり特性値Ｄ（ｎ，ｍ）の絶対値から許容値を減算した大きさ、又は残留応力σ（ｎ，ｍ）の絶対値から許容値を減算した大きさを、予め記憶されている異常度合のテーブルに当てはめて異常度合を定める。異常度合のテーブルは、広がり特性値Ｄ（ｎ，ｍ）の絶対値から許容値を減算した大きさ、および残留応力σ（ｎ，ｍ）の絶対値から許容値を減算した大きさを範囲ごとに分け、「微」，「小」，「中」，「大」，「特大」又は「１」，「２」，「３」，「４」，「５」というように異常度合を定めたものである。なお、広がり特性値Ｄ（ｎ，ｍ）の絶対値から許容値を減算した大きさ、および残留応力σ（ｎ，ｍ）の絶対値から許容値を減算した大きさを、そのまま異常の度合いとしてもよい。そして、コントローラ７１は、このように計算した異常箇所の先端からの距離と定めた異常の度合を、異常の種類（表面硬さの異常か、残留応力の異常か）とともに表示装置７３へ表示する。この表示において、数値での表示に加えて図で異常箇所と異常の度合を示す表示を行うと測定結果が分かりやすい。

次に、コントローラ７１はステップＳ３３にて、ｍをインクリメントしてステップＳ５に戻り、ｍ＝２の測定対象物ＯＢに対して、上述したステップＳ５乃至ステップＳ３２の処理を行う。そして、ステップＳ３３にて、ｍをインクリメントしてステップＳ５に戻り、ｍ＝３の測定対象物ＯＢに対して同様の処理を行う。このようにして、移動するステージＳｔに載置されて次々に移動してくる測定対象物ＯＢが測定され、測定結果が表示装置７３に表示される。作業者は表示装置７３に表示される結果を見て、不合格と判定された測定対象物ＯＢをステージＳｔから取り除き、それ以外の測定対象物ＯＢと分別する。そして、測定する測定対象物ＯＢがなくなり、作業者が入力装置７２から検査停止の指令を入力すると、ステップＳ３４にてＹｅｓと判定してステップＳ３５へ行き、ステップＳ３５にて端検出回路６１へ作動停止の指令を出力し、内蔵されたクロックによる時間計測を停止する。次にステップＳ３６にて、記憶した広がり特性値Ｄ（ｎ，ｍ）及び残留応力σ（ｎ，ｍ）を別のメモリ領域に移動して、次回の検査の際に使用するメモリ領域を空にし、ステップＳ３７にてプログラムの実行を終了する。

このように、ステージＳｔを移動させた後、入力装置７２から検査開始の指令を入力すれば、コントローラ７１がインストールされたプログラムを実行することで、ステージＳｔに載置された測定対象物ＯＢの測定が次々に行われ、測定結果が順に表示装置７３に表示される。作業者は異常が検出された測定対象物ＯＢの異常の原因を詳細に分析したいときは、該測定対象物ＯＢをＸ線回折像を得るＸ線回折測定装置にセットして、異常箇所のＸ線回折像を測定すればよい。なお、コントローラ７１に記憶されている残留応力と応力特性値との関係テーブル又は関係式を用いて残留応力を計算するには、測定対象物ＯＢに照射されるＸ線の強度が一定である必要がある。上述したように、Ｘ線制御回路４０は、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、高電圧電源４５からＸ線出射器１０に供給される駆動電流及び駆動電圧を制御しているが、長期間が経過するとＸ線出射器１０から出射されるＸ線の強度が変化する可能性がある。よって、定期的に標準の測定対象物ＯＢの残留応力を測定して残留応力が許容範囲内にあることを確認する。そして、許容範囲外になったときは、Ｘ線回折測定装置１のメンテナンスを行うか、Ｘ線制御回路４０の設定を変えて標準の測定対象物ＯＢの残留応力を許容範囲内にするか、又は残留応力既知の複数の測定対象物ＯＢを用いて、コントローラ７１に記憶されている残留応力と応力特性値との関係テーブル又は関係式を設定し直す。

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ＯＢに向けてＸ線を略平行光にして出射するＸ線出射器１０及び円筒状パイプ２２と、円筒状パイプ２２から出射されるＸ線が測定対象物ＯＢに照射されたとき、測定対象物ＯＢのＸ線照射点にて発生する回折Ｘ線の強度を検出する複数のシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４であって、回折Ｘ線により形成される回折環の０°と１８０°の位置にそれぞれ、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４のＸ線入射面を回折環の半径方向に密着して配置し、回折環の０°と１８０°の位置で、すべてのＸ線入射面における半径方向の長さを異なるようにしたシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４と、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が検出する回折Ｘ線の強度を用いて、回折環の半径方向における回折Ｘ線強度分布のピーク位置の移動に基づく値を応力特性値として計算するコントローラ７１にインストールされたプログラムの第１の演算機能と、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が検出する回折Ｘ線の強度を用いて、回折環の半径方向における回折Ｘ線強度分布の広がりに基づく値を広がり特性値として計算するコントローラ７１にインストールされたプログラムの第２の演算機能と、広がり特性値が標準値である０のときの応力特性値と残留応力との関係が予め記憶され、計算された広がり特性値の標準値である０からのずれが許容値内であるとき、計算された応力特性値を記憶された関係に当てはめることで残留応力を計算するコントローラ７１にインストールされたプログラムの第３の演算機能とを備えたＸ線回折測定装置１を含むＸ線回折測定システムとしている。

これによれば、回折Ｘ線により形成される回折環の０°と１８０°の位置に配置したシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が回折Ｘ線の強度を検出すると、即座にコントローラ７１にインストールされたプログラムが応力特性値と広がり特性値を計算し、計算された広がり特性値の標準値である０からのずれ（広がり特性値の絶対値）が許容値内であることを判定のうえ、記憶された応力特性値と残留応力との関係に計算された応力特性値を当てはめて残留応力を計算する。よって、コントローラ７１を高速のコンピュータ装置７０を用いて構成すれば、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が回折Ｘ線の強度を検出するのとほぼ同じタイミングで残留応力が計算される。すなわち、このＸ線回折測定装置１を含むＸ線回折測定システムによれば、Ｘ線が照射された箇所が移動する場合であっても、連続的に残留応力の測定が可能になる程、極短時間で残留応力を測定することができる。

また、上記実施形態においては、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４は、回折環の０°と１８０°の位置にそれぞれ、２つのシンチレーションカウンター２１−１，２１−２と２１−３，２１−４のＸ線入射面を密着して配置したものであって、Ｘ線照射点からＸ線入射面までの距離が基準距離であるとき、２つのＸ線入射面の密着した箇所が、回折環の半径方向における回折Ｘ線強度分布のピーク位置になるよう配置したものであり、０°と１８０°の位置にそれぞれ配置した２つのシンチレーションカウンター２１−１，２１−２と２１−３，２１−４のＸ線入射面の半径方向の長さは、シンチレーションカウンター２１−１，２１−２が半径方向における回折Ｘ線の強度がピーク位置の強度の５０％程度になる箇所を両端にする範囲間の長さであり、シンチレーションカウンター２１−３，２１−４がシンチレーションカウンター２１−１，２１−２の２倍程度の長さであり、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４のそれぞれが検出する回折Ｘ線の強度を、Ｘ線入射面の０°の位置から１８０°の位置に向かう方向に並んだ順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、残留応力が０であり回折Ｘ線強度分布の広がりが標準であるとき、Ａ，Ｂに乗算すると乗算後のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの強度が略等しくなる定数を、Ａ，Ｂに乗算するコントローラ７１にインストールされたプログラムの乗算機能を備え、コントローラ７１にインストールされたプログラムは、乗算機能で乗算されたＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いて、｛（Ａ＋Ｃ）‐（Ｂ＋Ｄ）｝なる計算式で応力特性値を計算し、｛（Ａ＋Ｂ）‐（Ｃ＋Ｄ）｝なる計算式で広がり特性値を計算するようにしている。

これによれば、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４を回折環の０°と１８０°の位置にそれぞれ２つづつ配置すればよいのでシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４の数は４つでよく、Ｘ線回折測定装置１のコストを抑制することができる。

また、上記実施形態においては、Ｘ線出射器１０及び円筒状パイプ２２とシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４を内部に含む筐体３０と、筐体３０と測定対象物ＯＢとの相対的な位置関係を、Ｘ線照射点からシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４のＸ線入射面までの距離が変化するよう変化させる位置制御装置５と、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が検出した回折Ｘ線の強度であるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを、コントローラ７１にインストールされたプログラムの乗算機能において乗算に用いた定数の比と同じ比の増幅率で増幅したうえで、｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝なる計算式で筐体３０の測定対象物ＯＢに対する位置に基づく値を位置特性値として計算するエラー信号生成回路３５と、エラー信号生成回路３５が計算した位置特性値が０になるよう、位置制御装置５を制御するサーボ信号生成回路３６及びモータ駆動回路５６とを備えている。

これによれば、Ｘ線照射点の移動方向と測定対象物ＯＢの表面が平行でない場合や、測定対象物ＯＢの表面に凹凸がある場合であっても、常にＸ線照射点からシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４のＸ線入射面までの距離（照射点−検出平面間距離）を基準距離にすることができ、残留応力および広がり特性値を精度よく計算することができる。

また、本発明の他の特徴は、回折環の０°と１８０°の位置に、それぞれＸ線入射面を密着して配置した２つのシンチレーションカウンター２１−１，２１−２及び２１−３，２１−４の片方において、Ｘ線入射面を密着した箇所の反対側の縁から所定割合遮閉することで、回折環の０°と１８０°の位置におけるＸ線入射面の半径方向の長さを異なるようにしたことにある。

これによれば、４つのシンチレーションカウンター２１−１〜２１−４はすべて同一のものを手配すればよいので、Ｘ線回折測定装置１の製作工数を抑制することができ、また、Ｘ線回折測定システムのコストを抑制することもできる。

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

上記実施形態においては、広がり特性値の絶対値が許容値より大きい場合は、計算した応力特性値を予め記憶してある応力特性値と残留応力との関係テーブル又は関係式に当てはめて残留応力を計算することはせず、広がり特性値のみで不合格としたが、広がり特性値によらず残留応力を計算できるようにしてもよい。この場合は、コントローラ７１のメモリに複数の広がり特性値、及び複数の応力特性値と残留応力との関係を互いに対応するように記憶し、記憶された複数の広がり特性値の中から計算された広がり特性値が最も近いものを選定することで、記憶された複数の応力特性値と残留応力との関係の中から適用する関係を選定し、計算された応力特性値を選定した関係に当てはめることで残留応力を計算するようにすればよい。

コントローラ７１のメモリに複数の広がり特性値、及び複数の応力特性値と残留応力との関係テーブル又は関係式を互いに対応するように記憶するには、次のようにすればよい。まず、特許文献１に示されるＸ線回折測定装置で様々な測定対象物ＯＢの残留応力を測定する。次に、同一測定箇所を本実施形態のＸ線回折測定システムで照射点−検出平面間距離を基準距離にして応力特性値である｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝と広がり特性値である｛（Ａ＋Ｂ）‐（Ｃ＋Ｄ）｝を測定し、広がり特性値ごとに分類して、応力特性値と残留応力の値を記憶すればよい。また、回折Ｘ線強分布の広がりが異なる複数の測定対象物ＯＢを用意し、外部から既知の力を加えて既知の残留応力を発生させ、本実施形態のＸ線回折測定システムで照射点−検出平面間距離を基準距離にして応力特性値である｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝と広がり特性値である｛（Ａ＋Ｂ）‐（Ｃ＋Ｄ）｝を測定しても得ることができる。

これによれば、広がり特性値の絶対値が許容値より大きい場合でも、複数ある応力特性値と残留応力との関係の中から計算された広がり特性値に最も合うものを選定し、計算した応力特性値を当てはめて残留応力を計算することができる。上記実施形態で説明したように、広がり特性値は測定対象物ＯＢの表面硬さと相関関係があり、広がり特性値の絶対値が許容値以下である時は、測定対象物ＯＢの表面硬さが正常であるときである。すなわち、これによれば、測定対象物ＯＢの表面硬さが正常でない場合でも残留応力を計算することができる。また、これによれば、測定対象物ＯＢの表面硬さにおいて正常とする範囲を広くした場合、すなわち広がり特性値における許容値を緩くした場合でも、残留応力と広がり特性値とにより合否判定を行うことができる。

また、上記実施形態においては、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４をすべて同一のものにし、シンチレーションカウンター２１−１，２１−２のＸ線入射面に遮蔽板２４を固定することで該Ｘ線入射面の半径方向における半分の面が遮蔽されるようにした。しかし、シンチレーションカウンター２１−１，２１−２のＸ線入射面とシンチレーションカウンター２１−３，２１−４のＸ線入射面の半径方向の長さを変えることができれば、コントローラ７１において同様の演算処理で残留応力と広がり特性値を計算することができる。また、同様の制御によりＸ線回折測定装置１（筐体３０）の位置制御を行うこともできる。よって、製作コストを重要視しなければ、シンチレーションカウンター２１−１，２１−２とシンチレーションカウンター２１−３，２１−４は、Ｘ線入射面の半径方向長さが異なるものを用意してもよい。

また、上記実施形態においては、シンチレーションカウンター２１−１，２１−２のＸ線入射面の半径方向長さを、回折Ｘ線の強度がピーク位置の強度の５０％程度になる箇所を両端にする範囲間の長さにし、シンチレーションカウンター２１−３，２１−４のＸ線入射面の半径方向長さを、シンチレーションカウンター２１−１，２１−２のＸ線入射面の半径方向長さの２倍の長さにした。しかし、次の（１）と（２）の条件であれば、コントローラ７１において上記実施形態と同様の演算処理で残留応力と広がり特性値を計算し、上記実施形態と同様の制御によりＸ線回折測定装置１（筐体３０）の位置制御を行うことができる。（１）シンチレーションカウンター２１−１，２１−２のＸ線入射面の半径方向長さは、回折Ｘ線の強度がピーク位置の強度の３０〜７０％になる箇所を両端にする範囲間の長さ。（２）シンチレーションカウンター２１−３，２１−４のＸ線入射面の半径方向長さは、シンチレーションカウンター２１−１，２１−２のＸ線入射面の半径方向長さの１．５〜３倍の長さ。よって、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４のＸ線入射面の半径方向長さは、この条件の範囲内で様々に変更して測定を行い、最も適切な長さに設定すればよい。

また、上記実施形態においては、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−２のＸ線入射面の半径方向長さを、シンチレーションカウンター２１−３，２１−４のＸ線入射面の半径方向長さより小さくしたが、反対にシンチレーションカウンター２１−３，２１−４のＸ線入射面の半径方向長さを、シンチレーションカウンター２１−１，２１−２のＸ線入射面の半径方向長さより小さくしてもよい。その場合でもコントローラ７１での演算処理の方法とＸ線回折測定装置１（筐体３０）の位置制御の方法は同じである。

また、上記実施形態においては、回折環の０°と１８０°の位置に、シンチレーションカウンター２１をそれぞれ２つづつ配置し、シンチレーションカウンター２１−１，２１−２のＸ線入射面の半径方向長さを、シンチレーションカウンター２１−３，２１−４のＸ線入射面の半径方向長さより小さくした。しかし、装置のコストを重要視しなければ、回折環の０°と１８０°の位置でシンチレーションカウンター２１のすべてのＸ線入射面における半径方向長さを異ならせ、検出する回折Ｘ線強度を用いて、回折環の半径方向における回折Ｘ線強度分布のピーク位置の移動に基づく値を応力特性値として計算でき、回折環の半径方向における回折Ｘ線強度分布の広がりに基づく値を広がり特性値として計算できれば、シンチレーションカウンター２１の数を上記実施形態より増やしてもよい。例えば、図５及び図６に示されるシンチレーションカウンター２１の先端に示したＡ，Ｂ，Ｃ’，Ｃ”，Ｄ’，Ｄ”に対応するように６つのシンチレーションカウンター２１を配置してもよい。この場合であれば、Ｃ＝Ｃ’＋Ｃ”、Ｄ＝Ｄ’＋Ｄ”とすれば、上記実施形態と同様の計算で応力特性値と広がり特性値を計算することができる。また、これ以外の場合でも、応力特性値と広がり特性値は、回折環の０°と１８０°の位置に配置したシンチレーションカウンター２１のすべてのＸ線入射面における半径方向長さを適切な長さにすれば、適宜計算することができる。

また、上記実施形態においては、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が出力する回折Ｘ線強度に相当する強度の電気信号を、ＳＤ信号取出回路３１〜３４によりデジタルデータにしてコントローラ７１に入力し、コントローラ７１による演算処理により応力特性値及び広がり特性値を計算した。しかし、これらの特性値を計算できるならば、別の手段を用いてもよい。例えば、エラー信号生成回路３５に入力した電気信号から、強度が｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝となる位置特性値に相当する電気信号を作成するとともに、強度が｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝及び｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝となる応力特性値及び広がり特性値に相当する電気信号を作成する。そして、応力特性値及び広がり特性値に相当する電気信号をＡＤ変換器によりデジタルデータにしてコントローラ７１に入力させるようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、シンチレーションカウンター２１−１〜２１−４が出力する回折Ｘ線強度に相当する強度の電気信号をエラー信号生成回路３５に入力させ、エラー信号生成回路３５にて位置特性値に相当する電気信号を作成し、サーボ信号生成回路３６及びモータ駆動回路５６により、位置特性値に相当する電気信号が０になるよう制御を行った。しかし、位置特性値が０になるよう筐体３０の位置を制御できるならば、別の手段を用いてもよい。例えば、コントローラ７１にて｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝なる計算により位置特性値を求め、この値が０になるための筐体３０の移動量を計算し、その時点で移動位置検出回路５７から入力している移動位置に計算した移動量を加減算した移動位置をモータ駆動回路５６に出力することを、短い時間間隔で繰り返してもよい。

また、上記実施形態では、本発明を測定対象物ＯＢが移動機構のステージＳｔ上に載置され一定速度で移動する場合に適用したが、測定対象物ＯＢがＸ線回折測定装置１に対して相対的に移動する場合であれば、どのような場合でも本発明は適用することができる。例えば、固定されたステージに測定対象物ＯＢを載置し、Ｘ線回折測定装置１を測定対象物ＯＢの表面と平行に移動させる場合でも本発明は適用することができる。また、Ｘ線回折測定装置１を車両に搭載し、測定対象物ＯＢ上を走行させる場合でも本発明は適用することはできる。また、本発明は測定対象物ＯＢがＸ線回折測定装置１に対して相対的に移動する場合でなくても、測定対象物ＯＢを次々に固定されたステージ上に載置し、それぞれの測定対象物ＯＢの設定された箇所を測定する場合でも適用することができる。

また、上記実施形態では、Ｘ線回折測定装置１（筐体３０）を出射Ｘ線の光軸方向に移動させる位置制御を行うようにしたが、照射点−検出平面間距離が常に基準距離になるよう制御できればよいので、測定対象物ＯＢを載置したステージを高さ方向に移動させる位置制御を行ってもよい。ただし、上記実施形態のようにＸ線照射点に対してステージが移動する機構であると、ステージを高さ方向に移動させる機構にするのは困難であるので、固定されたステージに測定対象物ＯＢを次々に載置し、それぞれの測定対象物ＯＢの設定された箇所を測定する場合に、ステージを高さ方向に移動させる位置制御を行うことができる。

また、上記実施形態では、Ｘ線回折測定装置１（筐体３０）を出射Ｘ線の光軸方向に移動させる位置制御装置５をフィードモータ５２を回転させ移動ステージ５５をＺ方向に移動させる装置にした。しかし照射点−検出平面間距離が常に基準距離になるようＸ線回折測定装置１（筐体３０）を出射Ｘ線の光軸方向に移動させる制御ができれば、位置制御装置５はどのような作動方式のものでもよい。例えば、電磁石に流す電流強度を変化させることで吸引力又は反発力を変化させ、Ｘ線回折測定装置１（筐体３０）を取り付けた箇所と固定箇所との間の距離を変化させる方式にしてもよい。

また、上記実施形態では、Ｘ線回折測定装置１から出射されたＸ線が３０°の入射角で測定対象物ＯＢに照射されるようにしたが、測定対象物ＯＢの残留応力が測定できればよいので、入射角は１０〜８０°における適切な入射角に設定すればよい。ただし、応力特性値と残留応力との関係テーブル又は関係式はＸ線の入射角により変化するので、一度設定したＸ線の入射角は固定する必要がある。

また、上記実施形態では、測定対象物ＯＢを残留応力と広がり特性値により合否判定したが、これ以外に取得したデータ又は取得できるデータから算出可能なものにより合否判定を行ってもよい。例えば、移動方向における残留応力又は広がり特性値の変化曲線から計算される平均値、最大値、最小値及び変動度合いにより合否判定を行ってもよい。また、移動位置検出回路５７から入力する位置データにより、移動方向における測定対象物ＯＢの表面プロファイルを算出し、これから計算される変動範囲、Ｒａ値及びＲＭＳ値で合否判定を行ってもよい。

また、上記実施形態では、回折Ｘ線強度を検出するのにシンチレーションカウンター２１を使用したが、Ｘ線の強度を精度よく高速で検出することができれば、どのようなＸ線検出センサを用いてもよい。

また、上記実施形態では、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線を円筒状パイプ２２を介して測定対象物ＯＢに照射することで、照射するＸ線を略平行光にしたが、Ｘ線を適切な断面直径の略平行光にすることができるならば、どのような手段を用いてもよい。例えば、長尺の孔を有するブロックの孔を介してＸ線を測定対象物ＯＢに照射するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、端検出センサ６０はステージＳｔの反対側から出射されているレーザ光の受光の有無により、測定対象物ＯＢの先端および後端を検出するものにしたが、端検出センサ６０は測定対象物ＯＢの先端および後端を検出できれば、どのような作動原理のものでもよい。例えば、端検出センサ６０を撮像機能のあるものにし、ステージＳｔの反対側に輝点や特殊なマークを設けて、撮像画像から輝点や特殊なマークがなくなることや現れることで測定対象物ＯＢの先端および後端を検出するものであってもよい。

１…Ｘ線回折測定装置、５…位置制御装置、１０…Ｘ線出射器、２０…直方体状プレート、２１，２１−１〜２１−４…シンチレーションカウンター、２２…円筒状パイプ、２４…遮蔽板、３０…筐体、３０ａ…底面壁、３０ａ１…孔、３０ｂ…前面壁、３０ｃ…上面壁、３０ｄ…側面壁、３０ｅ…後面壁、４５…高電圧電源、４９…固定棒、５０…固定ブロック、５１…枠体、５２…フィードモータ、５３…スクリューロッド、５４…軸受部、５５…移動ステージ、６０…端検出センサ、７０…コンピュータ装置、７１…コントローラ、７２…入力装置、７３…表示装置、Ｓｔ…ステージ、ＯＢ…測定対象物

Claims (5)

1. 対象とする測定対象物に向けてＸ線を略平行光にして出射するＸ線出射器と、
   前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線が測定対象物に照射されたとき、前記測定対象物のＸ線照射点にて発生する回折Ｘ線の強度を検出する複数のＸ線検出センサであって、前記回折Ｘ線により形成される回折環の０°と１８０°の位置にそれぞれ、複数のＸ線検出センサの入射面又は受光面を前記回折環の半径方向に密着して配置し、前記回折環の０°と１８０°の位置で、前記複数のＸ線検出センサの全体としての入射面又は受光面における前記半径方向の長さを異なるようにしたＸ線検出センサと、
   前記複数のＸ線検出センサが検出する回折Ｘ線の強度を用いて、前記回折環の半径方向における回折Ｘ線強度分布のピーク位置の移動に基づく値を応力特性値として計算する応力特性値計算手段と、
   前記複数のＸ線検出センサが検出する回折Ｘ線の強度を用いて、前記回折環の半径方向における回折Ｘ線強度分布の広がりに基づく値を広がり特性値として計算する広がり特性値計算手段と、
   前記広がり特性値が標準値であるときの前記応力特性値と残留応力との関係が予め記憶され、前記広がり特性値計算手段により計算された広がり特性値の前記標準値からのずれが許容値内であるとき、前記応力特性値計算手段により計算された応力特性値を前記記憶された関係に当てはめることで残留応力を計算する残留応力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。
2. 請求項１に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記残留応力計算手段は、複数の前記広がり特性値、及び複数の前記応力特性値と残留応力との関係が互いに対応するように記憶され、前記記憶された複数の広がり特性値の中から前記広がり特性値計算手段により計算された広がり特性値が最も近いものを選定することで、前記記憶された複数の関係の中から適用する関係を選定し、前記応力特性値計算手段により計算された応力特性値を前記選定した関係に当てはめることで残留応力を計算することを特徴とするＸ線回折測定装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記複数のＸ線検出センサは、前記０°と１８０°の位置にそれぞれ、２つのＸ線検出センサの入射面又は受光面を密着して配置したものであって、前記Ｘ線照射点から前記入射面又は受光面までの距離が基準距離であるとき、前記２つの入射面又は受光面の密着した箇所が、前記半径方向における回折Ｘ線強度分布のピーク位置になるよう配置したものであり、
   前記０°と１８０°の位置にそれぞれ配置した２つのＸ線検出センサの全体としての入射面又は受光面における半径方向の長さは、片方が前記半径方向における回折Ｘ線の強度が前記ピーク位置の強度の３０〜７０％になる箇所を両端にする範囲間の長さであり、もう片方が前記回折Ｘ線の強度から半径方向の長さを定めた片方の１．５〜３倍の長さであり、
   前記Ｘ線検出センサのそれぞれが検出する回折Ｘ線の強度を、前記入射面又は受光面の前記０°の位置から前記１８０°の位置に向かう方向に並んだ順にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、残留応力が０であり前記回折Ｘ線強度分布の広がりが標準であるとき、前記Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの内の少なくとも２つに乗算すると乗算後のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの強度が略等しくなる定数を、前記Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの内の少なくとも２つに乗算する乗算手段を備え、
   前記応力特性値計算手段は、前記乗算手段で乗算された前記Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いて、｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）｝なる計算式で前記応力特性値を計算し、
   前記広がり特性値計算手段は、前記乗算手段で乗算された前記Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いて、｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝なる計算式で前記広がり特性値を計算することを特徴とするＸ線回折測定装置。
4. 請求項３に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記Ｘ線出射器と前記複数のＸ線検出センサを内部に含む筐体と、
   前記筐体と前記測定対象物との相対的な位置関係を、前記Ｘ線照射点から前記入射面又は受光面までの距離が変化するよう変化させる位置変化手段と、
   前記Ｘ線検出センサが検出した回折Ｘ線の強度であるＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを、前記乗算手段において乗算に用いた定数の比と同じ比の増幅率で増幅したうえで、｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝なる計算式で前記筐体の前記測定対象物に対する位置に基づく値を位置特性値として計算する位置特性値計算手段と、
   前記位置特性値計算手段が計算した位置特性値が０になるよう、前記位置変化手段を制御する位置制御手段を備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記０°と１８０°の位置に、それぞれ入射面又は受光面を密着して配置した２つのＸ線検出センサの少なくとも片方において、前記入射面又は受光面を前記密着した箇所の反対側の縁から所定割合遮閉することで、前記０°と１８０°の位置における前記全体としての入射面又は受光面の半径方向の長さを異なるようにしたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
   

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