JP6924348B2 - 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、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、および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つの筐体内に備えている。そして、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工程、及び該回折環をＬＥＤ光の照射により消去する消去工程を連続して行えるようになっている。また、特許文献１に示されている装置は、測定対象物に照射されるＸ線と光軸を同一にしたＬＥＤ光を照射するＬＥＤ光照射機能と、ＬＥＤ光の照射点付近を撮像する撮像機能とを備える。そして、該ＬＥＤ光を測定対象物に照射してＬＥＤ光の照射点付近の撮像を行い、該照射点が測定対象物上の目的とする測定箇所になり、撮像画面におけるＬＥＤ光の照射点とＬＥＤ光の反射光の受光点が設定された位置になるようＸ線回折測定装置の位置と姿勢を調整することで、Ｘ線照射点からイメージングプレートまでの距離とＸ線入射角が設定値になるようにすることができる。

特許第５８３５１９１号公報 特許第５９６７５００号公報 特許第６３６１０８６号公報

Ｘ線回折測定の対象となる物体には様々なものがあるが、その中には結晶粒が大きいものがあり、そのような測定対象物においては明瞭な回折環が撮像されない場合がある。具体的には、検出される回折環が不連続になったり、回折環の半径方向のＸ線強度分布が正規分布状にならない箇所がある場合がある。このような場合でも、例えば以下の特許文献２に示されているように、Ｘ線回折測定装置の筐体を揺動させる機構を設け、該筐体を揺動させながらＸ線照射を行って回折環を撮像するようにすると、通常の方法では明瞭な回折環が得られない場合であっても、明瞭な回折環を得ることができることが多い。これは、Ｘ線の測定対象物に対する入射方向が設定された範囲で変動するため、回折Ｘ線が発生する回折面があらゆる方向に一様に存在していなくても、入射方向のいずれかで回折Ｘ線が強く発生する回折面にＸ線が照射されることになるためである。

しかし、Ｘ線回折測定装置の筐体を揺動させる機構を設けると装置のコストがアップするという問題、装置の構造が複雑化するとともに重量がアップして装置の運搬の負担が増大するという問題、さらには揺動がないときよりも回折環が撮像されるまでに時間を要し、揺動がない測定（特許文献１に示されるＸ線回折測定装置による測定）よりも測定時間がかかるという問題がある。この問題に対応した装置として、特許文献３に示されるように、測定対象物に照射されるＸ線を微小断面の複数のＸ線の集合で見たとき、測定対象物のＸ線照射箇所におけるそれぞれの点に達するまでの複数のＸ線の光路が、可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になるようにするＸ線回折測定装置がある。この装置によれば、Ｘ線を所定の入射方向範囲で測定対象物に照射することになるため、装置の筐体を揺動させる機構がなくても、装置の筐体を揺動させた場合と同様の効果を得ることができる。

しかしながら、特許文献３に示されるＸ線回折測定装置でも、特許文献１に示されるＸ線回折測定装置による測定よりも測定時間がかかるという問題がある。詳細に説明すると、特許文献３では、Ｘ線の光路を可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になるようにするための方法として、次の３つを紹介している。
・Ｘ線管のターゲットにおけるＸ線発生領域を大きくし、Ｘ線を通過させるパイプの先端を測定箇所の近傍に位置させる。
・Ｘ線管のターゲットにおけるＸ線発生領域を大きくし、貫通孔を通過したＸ線をＸ線集光レンズで集光させる。
・Ｘ線管のターゲットにおけるＸ線発生箇所を大きくし、測定対象物の測定箇所に微小な孔の空いたＸ線不透過のシートを貼る。
いずれの方法も、Ｘ線管のターゲットにおけるＸ線発生領域を大きくしているため、パイプ内部や貫通孔又はシートの孔を通過させる際に、通過しないＸ線の割合は通常よりも大きくなり、測定対象物に照射されるＸ線の強度は小さくなる。このため、特許文献１に示されるＸ線回折測定装置による測定よりも測定対象物に照射されるＸ線の強度は小さくなり、回折環が撮像されるまでにかかる時間が長くなるため測定時間がかかることになる。この問題に対応するため、Ｘ線管が出射するＸ線の強度を強くすると、装置の電力消費が増大するという問題や、装置の劣化が早くなるという問題がある。また、特許文献３に示されるＸ線回折測定装置では、Ｘ線入射方向の範囲（揺動角度に相当する角度の範囲）は１つに定まり、装置の筐体を揺動させるＸ線回折測定装置のように揺動角度を様々に設定することはできないという問題がある。

本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、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線回折測定装置において、Ｘ線管から出射するＸ線の強度を従来と同程度にして、測定対象物に所定範囲の入射方向からＸ線を照射しても、言い換えると、Ｘ線の光路を可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になるようにＸ線を照射しても、測定時間を従来と同程度にすることができるＸ線回折測定装置を提供することにある。さらに、Ｘ線入射方向の範囲を様々に設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。なお、本願において従来、といった場合は、特許文献１に示されるＸ線回折測定装置のように、筐体の揺動機構がなく、Ｘ線を略平行光にして出射するＸ線回折測定装置を指すものとし、以後も同様とする。

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線出射手段と、Ｘ線出射手段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線出射手段から出射される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線回折測定装置において、Ｘ線出射手段は、内部でＸ線を発生させて出射口よりＸ線を出射させるＸ線管と、Ｘ線管から出射したＸ線を入射し通過させて出射する多数の細束管の集合体であるポリキャピラリであって、多数の細束管から出射したＸ線が略１点で集光するように多数の細束管が構成されているポリキャピラリとを備え、ポリキャピラリにＸ線が入射する近傍に配置された、複数のＸ線通過用孔が形成されたプレートであって、複数のＸ線通過用の孔はそれぞれ異なった孔径であるプレートと、プレートに形成された複数のＸ線通過用孔のいずれかがＸ線の光路上に配置するようプレートを移動するプレート移動機構と、Ｘ線管からＸ線が出射されていない状態で、可視光をポリキャピラリに入射させて出射させる可視光出射手段とを備え、プレートは、円周方向に複数のＸ線通過用孔が形成された円盤状又は扇状のプレートであり、プレート移動機構は、プレートの回転位置を変化させる機構であって、可視光出射手段は、可視光を出射する光源と、プレートの円周方向の一部に取り付けられた反射部材であって、プレート移動機構によるプレートの移動により反射部材に光源から出射された可視光が入射するようになったとき、ポリキャピラリに可視光が入射するよう入射した可視光を反射させる反射部材とを備えたことにある。

これによれば、Ｘ線管のターゲットにおけるＸ線発生領域を大きくする必要はなく、ポリキャピラリの径をＸ線を通過させる貫通孔の径と同程度にすれば、従来のＸ線回折測定装置のように貫通孔にアパーチャがない分、出射するＸ線の強度を大きくし、Ｘ線を集光させて測定対象物に照射することができる。すなわち、Ｘ線管から出射するＸ線の強度が従来と同程度でも、測定対象物に照射されるＸ線の強度を従来より大きくして、測定対象物に所定範囲の入射方向からＸ線を照射することができる。別の表現をすると、Ｘ線をその光路が可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になるようにして測定対象物に照射することができる。これにより、測定時間を従来と同程度にしたまま、筐体を揺動させてＸ線回折測定を行った場合と同じ効果を得ることができる。 また、これによれば、プレート移動機構によりプレートを移動させれば、Ｘ線が通過するＸ線通過用孔が変わり、Ｘ線の断面径が変化する。そして、Ｘ線の断面径が変化すれば、Ｘ線が集光した箇所におけるＸ線入射方向の範囲（揺動角度に相当する角度の範囲）を変化させることができる。すなわち、プレート移動機構によりプレートを移動させてＸ線が通過するＸ線通過用孔を変えることで、Ｘ線入射方向の範囲を様々に設定することができる。また、これによれば、プレート移動機構をコンパクトで簡単な機構にすることができ、従来のＸ線回折測定装置にある出射Ｘ線の光軸と同じ光軸で可視光を出射する機能を、可視光の光源を設けプレートに反射部材を取り付けるのみで設けることができるので、Ｘ線入射方向の範囲を変化させる機能や出射Ｘ線の光軸と同じ光軸で可視光を出射する機能を設けても、Ｘ線回折測定装置をコンパクトにすることができる。

また、本発明の他の特徴は、可視光出射手段から出射された可視光の照射点を含む領域の測定対象物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、撮像された画像を表す撮像信号を出力するカメラと、カメラから出力される撮像信号を入力して、撮像器によって撮像された画像を画面上に表示する表示器であって、測定対象物における可視光の照射点から撮像面までの距離が設定値であるとき、撮像器によって撮像される照射点の画像上の位置を照射点基準位置として、撮像信号により表示される画像とは独立して画面上に表示する表示器とを備え、表示器の照射点基準位置に可視光の照射点があるとき、測定対象物における可視光の照射点は、ポリキャピラリでＸ線が集光する点であるようにしたことにある。

これによれば、従来のＸ線回折測定装置にある、表示器における可視光の照射点が照射点基準位置にあるようにすることでＸ線照射点から撮像面までの距離を設定値にする機能を、Ｘ線照射点から撮像面までの距離を設定値にするとともにＸ線照射点をＸ線が集光する点にする機能にすることができる。

また、本発明の他の特徴は、可視光出射手段は、可視光の光路上に、ポリキャピラリの中心軸周りの限定された細束管にのみ可視光を入射させるようにした可視光限定入射手段をも備え、結像レンズは測定対象物による可視光の反射光を集光し、撮像器は集光された反射光の受光点も撮像し、かつカメラは受光点を表す撮像信号も出力し、表示器は、撮像器によって撮像された受光点も撮像信号により画面上に表示するとともに、測定対象物における可視光の照射点を通る測定対象物の表面の法線に対して、測定対象物に照射される可視光の光軸が所定方向であるとき、撮像器によって撮像される受光点の画像上の位置を受光点基準位置として、撮像信号により表示される画像とは独立して画面上に表示するようにしたことにある。

これによれば、Ｘ線が集光するよう測定対象物に照射されても、可視光は略平行光で測定対象物に照射されるので、従来のＸ線回折測定装置にある、表示器における可視光の受光点が受光点基準位置にあるようにすることでＸ線の入射角を設定値にし、撮像面の回転角度０のラインとＸ線光軸を含む平面と測定対象物のＸ線照射点における法線が成す角度を０にする機能をそのまま設けることができる。なお本願においては、Ｘ線の入射角は集光するＸ線の中心軸が測定対象物のＸ線照射点における法線と成す角度である。

また、本発明の他の特徴は、可視光出射手段は、可視光の光路上に、ポリキャピラリの断面における可視光が通過する細束管の集合体が、ポリキャピラリの断面の中心を定義可能な形状になるようポリキャピラリに可視光を入射させるようにしたマーク用可視光入射手段をも備えたことにある。

これによれば、Ｘ線照射点から撮像面までの距離が設定値になる前は、可視光の照射箇所をＸ線照射点を定義可能なマーク（例えば十字マーク）にすることができ、このマークが点になるよう位置を調整すれば、おおよそでＸ線照射点から撮像面までの距離を設定値にすることができる。また、結像レンズの箇所にマークが生じるように姿勢を調整すれば、おおよそでＸ線の入射角を設定値にし、撮像面の回転角度０のラインとＸ線光軸を含む平面と測定対象物のＸ線照射点における法線が成す角度を０にすることができるので、その後の位置と姿勢の調整を行いやすくすることができる。

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線出射機構部分を拡大して示す部分断面図である。 図３の円盤状プレートとＬＥＤ光源を上方から見た図である。 図１のＸ線回折測定装置から出射されたＸ線の光路と、カメラの結像レンズの光軸との関係を、出射Ｘ線の光軸の垂直方向を拡大して示した図である。 本発明の変形例におけるＸ線回折測定装置において、円盤状プレートとＬＥＤ光源を上方から見た図である。 本発明の変形例におけるＸ線回折測定装置において、可視のレーザ光をポリキャピラリに入射させる構造の図である。 本発明の変形例におけるＸ線回折測定装置において、出射されたＸ線の光路と、カメラの結像レンズの光軸との関係を、出射Ｘ線の光軸の垂直方向を拡大して示した図である。

本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムの構成について図１乃至図５を用いて説明する。なお、このＸ線回折測定装置が先行技術文献の特許文献１に示されているＸ線回折測定装置と異なっている点で本願の発明に関わる点は、主に、Ｘ線出射機構のモータ２７の貫通孔にポリキャピラリ１４を取り付けている点、Ｘ線管１０から出射されるＸ線がポリキャピラリ１４に入射される前に、円盤状プレート４５及びモータ４６等からなるＸ線断面径調整機構を設けた点、および出射Ｘ線と同じ光軸で可視光を出射する機構をＬＥＤ光源４４、円盤状プレート４５に取り付けた三角状ミラー１２及びポリキャピラリ１４等から構成した点である。また、本実施形態は、本願出願人が特許文献１に示されるＸ線回折測定装置を小型化するために開発したＸ線回折測定装置をベースにしているため、本願の発明に直接関わらない点においても特許文献１に示されているＸ線回折測定装置と、さらには特許文献２及び特許文献３に示されているＸ線回折測定装置とも異なっている箇所がある。以下、特許文献１乃至特許文献３に示されているＸ線回折測定システムのすべて又はいずれかと機能及び構造が同じ箇所は、同じであることを述べて簡略的に説明するにとどめ、異なっている箇所は詳細に説明するようにする。

図１及び図２に示すように、このＸ線回折測定システムは、測定対象物ＯＢを対象物セット装置６０に載置し、Ｘ線回折測定装置１からＸ線を照射して測定対象物ＯＢの残留応力を測定するものである。図１に示すように、Ｘ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定装置１、対象物セット装置６０、コンピュータ装置９０及び高電圧電源９５及びＸ線回折測定装置１の固定機構から構成される。図２に示すようにＸ線回折測定装置１の筐体５０は傾斜状態で支持ロッド５２に固定され、支持ロッド５２は設置プレート５３に固定されており、設置プレート５３を作業台等に載置することで、Ｘ線回折測定装置１は位置と姿勢が固定される。このＸ線回折測定装置１の固定機構は特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと同じである。なお、以下、図１及び図２の紙面垂直方向をＸ軸方向、横方向をＹ軸方向、縦方向をＺ軸方向として説明する。

図１及び図２に示すように、測定対象物ＯＢは対象物セット装置６０のステージ６１に載置される。対象物セット装置６０は、特許文献１に示されているＸ線回折測定システムのものと同じであり、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動とＸ，Ｙ軸周りの傾斜角変更を行う機能を有し、ステージ６１及びそこに載置された測定対象物ＯＢの位置と姿勢を調整することができる。端的に説明すると、対象物セット装置６０は、設置プレート６２の上に高さ調整機構６３、操作子６３ａ及び第１プレート６４からなるＺ軸方向移動機能があり、その上に第２プレート６５及び操作子６５ａからなるＸ軸周り傾斜角変更機能があり、その上に第３プレート６６及び操作子６６ａからなるＹ軸周り傾斜角変更機能があり、その上に第４プレート６７及び操作子６７ａからなるＸ軸方向移動機能があり、その上に第５プレート６８、操作子６８ａ及びステージ６１からなるＹ軸方向移動機能がある。これにより、操作子６３ａ，６５ａ，６６ａ，６７ａ，６８ａを回転させることで、ステージ６１及びそこに載置された測定対象物ＯＢの位置と姿勢を変化させることができる。

図１及び図２に示すように、Ｘ線回折測定装置１は筐体５０内に、Ｘ線管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線回折測定装置１は筐体５０内に、Ｘ線管１０、テーブル駆動機構２０及びレーザ検出装置３０に接続され、それらの作動を制御したり、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。そして、これらの各種回路はコンピュータ装置９０に接続され、コンピュータ装置９０のコントローラ９１から入力する指令により作動する。コンピュータ装置９０は入力装置９２及び表示装置９３を有し、入力装置９２からの入力及びインスト−ルされているプログラムの作動により、上述した各種回路に指令を出力し、また該各種回路が出力したデータを入力してメモリに記憶する。また、図１に示すように、Ｘ線回折測定システムは高電圧電源９５を備え、高電圧電源９５はＸ線管１０がＸ線を出射するための電圧及び電流をＸ線管１０に出力する。これらの全体構成は、特許文献１乃至特許文献３に示されているＸ線回折測定システムと同じである。

図２に示すように、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０は、底面壁５０ａ、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｅ、上面壁５０ｆ、側面壁（図示せず）、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及び後面壁５０ｅと上面壁５０ｆの角部をなくすように設けた傾斜壁５０ｇ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に対し所定の角度を成す平板と底面壁５０ａに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３０〜４０度であり、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０は、繋ぎ壁５０ｄが設置プレート５３の上面及び下面と平行になるように支持ロッド５２に固定されている。切欠き部壁５０ｃには円形孔５０ｃ１があり、回折環撮像時にはこの円形孔５０ｃ１を通過してＸ線が出射され、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線はこの円形孔５０ｃ１を通過して撮像される。

図１及び図２に示すように、Ｘ線管１０は筐体５０内の上部にて図示左右方向に延設されて固定されている。この固定は、Ｘ線管１０の側面が、後述するテーブル駆動機構２０の板状プレート２６に形成された円柱側面の一部の形状になっている溝に嵌合することで、位置決めがされたうえで行われている。そして、Ｘ線管１０は、高電圧電源９５からの高電圧の供給を受けると、その側面に形成された円状の出射口１１からＸ線を図示下方向に出射する。図３に示すように板状プレート２６において出射口１１と合わさる箇所には貫通孔２６ａが形成されており、出射口１１から出射したＸ線は貫通孔２６ａを通過して下方向に進む。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線管１０から一定強度のＸ線が出射するように、高電圧電源９５からＸ線管１０に供給される駆動電流及び駆動電圧を制御する。また、Ｘ線管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。

図２に示すように、テーブル駆動機構２０は、筐体５０に固定され、Ｘ線管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の紙面反対側には凸部があり、この凸部はテーブル駆動機構２０における板状プレート２６に固定されたブロック２８とブロック２９に固定された板状のガイド２５にある溝に嵌合している。これにより移動ステージ２１は板状のガイド２５にある溝の方向にのみ移動可能になっており、ブロック２８に固定されたフィードモータ２２、スクリューロッド２３及びブロック２９に固定された軸受部２４が回転することにより移動する。この移動方向は、Ｘ線管１０の中心軸方向であり、別の表現をすると出射Ｘ線の光軸に垂直で筺体５０の側面壁に平行な方向である。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が回転するとパルス列信号を、図１に示す位置検出回路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し、位置検出回路７２はエンコーダ２２ａからのパルス列信号をカウントすることで、移動限界位置を原点とした移動距離である移動位置をフィードモータ制御回路７３とコントローラ９１に出力する。また、フィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１から入力した移動位置が位置検出回路７２から入力する移動位置に等しくなるまで、フィードモータ２２に駆動信号を出力する。さらに、フィードモータ制御回路７３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、エンコーダ２２ａからのパルス列信号から計算される移動速度が入力した移動速度になるよう移動を行う。位置検出回路７２及びフィードモータ制御回路７３のこれらの機能により、コントローラ９１が指令を出力することで、移動ステージ２１及び移動ステージ２１と一体になっているスピンドルモータ２７、テーブル１６及びイメージングプレート１５等は、回折環撮像位置、回折環読取位置及び回折環消去位置に移動し、コントローラ９１が指定する移動速度で指定した方向に移動する。これらの機能は、特許文献１乃至特許文献３に示されているＸ線回折測定システムと同じである。

コントローラ９１の指令により移動ステージ２１が回折環撮像位置になっていると、図３に示すように、Ｘ線管１０の出射口１１から出射され板状プレート２６の貫通孔２６ａを通過したＸ線は円盤状プレート４５の方向に進む。円盤状プレート４５には円周方向に複数の貫通孔４５ａが形成されており、円盤状プレート４５が適切な回転位置にあると、Ｘ線はこの貫通孔４５ａを通過して移動ステージ２１に形成された貫通孔２１ａの方向に進む。円盤状プレート４５を上方向から見た図、別の表現をすると出射Ｘ線が進む方向にＸ線管１０側から見た図が、図４である。図４に示すように円盤状プレート４５は貫通孔４５ａ１〜４５ａ１１が形成されており、貫通孔４５ａ１〜４５ａ１１はそれぞれの孔径が異なっている。よって、円盤状プレート４５を回転させ適切な回転位置で停止させることで、出射Ｘ線を指定した貫通孔４５ａを通過させて出射させることができる。これにより貫通孔４５ａを通過した出射Ｘ線の断面径は、貫通孔４５ａの孔径に相当する径になる。貫通孔４５ａ１は孔径が最も大きく、貫通孔２１ａと同程度の孔径であり、貫通孔４５ａ１を通過した出射Ｘ線が貫通孔２１ａに入射したときは円盤状プレート４５を介さずに出射Ｘ線が貫通孔２１ａに入射した状態と同じになる。以下、貫通孔４５ａ２から貫通孔４５ａ１１に行くに従い貫通孔４５ａを通過した出射Ｘ線の断面径は小さくなり、貫通孔２１ａの孔径より断面径が小さい出射Ｘ線が貫通孔２１ａに入射することになる。なお、図３における円盤状プレート４５の回転位置は、出射Ｘ線の光軸上に貫通孔４５ａがなく、出射Ｘ線の光軸と光軸が等しいＬＥＤ光を出射させる位置であり、この点は後述する。この回転位置から図４の矢印が示す方向に円盤状プレート４５を回転させ、適切な回転位置で停止させると、出射Ｘ線の光軸と貫通孔４５ａ１〜４５ａ１１のいずれかの中心軸を一致させることができる。

図３に示すように、円盤状プレート４５の中心には円盤状プレート４５の中心軸と回転軸が合うようにモータ４６の出力軸４６ａが固定されており、モータ４６が回転して停止することで、円盤状プレート４５の回転位置を変化させることができる。モータ４６にはエンコーダ４６ｂが組み込まれており、エンコーダ４６ｂが出力するパルス列信号とインデックス信号は、図１に示す回転角度検出回路８７に入力する。回転角度検出回路８７は、インデックス信号を入力すると回転角度を０にし、その後に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検出し、検出した回転角度のデータをモータ制御回路８６に出力する。モータ制御回路８６はコントローラ９１から回転角度の信号を入力すると、回転角度検出回路８７から入力する回転角度がコントローラ９１から入力した回転角度に等しくなるまでモータ４６に駆動信号を出力する。この駆動信号はモータ４６を低速回転させるものであり、駆動信号が停止するとその回転位置で円盤状プレート４５は停止するようになる。コントローラ９１のメモリには、貫通孔４５ａ１〜４５ａ１１の中心軸が出射Ｘ線の光軸と一致するときの回転角度が記憶されている。さらに、貫通孔４５ａ１〜４５ａ１１を出射Ｘ線が通過し、後述するようにポリキャピラリ１４からＸ線が集光して出射したときのＸ線入射方向の範囲（揺動角度に相当する角度の範囲）が、貫通孔４５ａ１〜４５ａ１１に対応させて（すなわち回転角度に対応させて）記憶されている。これにより、入力装置９２から、１１個あるＸ線入射方向の範囲（揺動角度に相当する角度の範囲）を選定して入力すると、コントローラ９１からモータ制御回路８６に回転角度の信号が出力し、円盤状プレート４５の回転位置は、出射Ｘ線の光軸が選定されたＸ線入射方向の範囲になる貫通孔４５ａの中心軸と一致する位置になる。

図３に示すように、移動ステージ２１の貫通孔２１ａは移動ステージ２１に固定されたスピンドルモータ２７の出力軸２７ａに形成された貫通孔２７ａ１に固定されたポリキャピラリ１４に入射する。スピンドルモータ２７の出力軸２７ａは回転するため貫通孔２７ａ１に固定されたポリキャピラリ１４も回転するが、スピンドルモータ２７の底面側に形成された貫通孔２７ｂはポリキャピラリ１４よりも大きくなっており、ポリキャピラリ１４の回転に障害にならない。ポリキャピラリ１４に入射したＸ線は、ポリキャピラリ１４のそれぞれの細束管を進み、固定具１８の孔１８ａの先にあるポリキャピラリ１４の出射口から出射する。図３に示すように、ポリキャピラリ１４のそれぞれの細束管はポリキャピラリ１４の出射口付近では出射したＸ線が集束するような構成になっており、測定対象物ＯＢに照射されるＸ線は、略１点で集光するように照射される。すなわち、測定対象物ＯＢに所定範囲の入射方向からＸ線を照射することができる。そして、上述したように入力装置９２からの入力によりこのときのＸ線入射方向の範囲を調整することができる。

テーブル１６は円盤状であり、その中心軸に形成された孔１６ａがスピンドルモータ２７の出力軸２７ａの貫通孔２７ａ１と位置が合うよう出力軸２７ａに固定されている。そして、テーブル１６は、中心軸周りに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の下面に貫通孔１５ａを突出部１７に嵌め込むようにイメージングプレート１５を取り付け、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はテーブル１６に固定される。この構造は特許文献１乃至特許文献３に示されているＸ線回折測定装置と同じであるが、テーブル１６の孔１６ａ、突出部１７の孔１７ａ及び固定具１８の孔１８ａを貫くようにポリキャピラリ１４が固定されている点が異なっている。上述したように、コントローラ９１からＸ線制御回路７１に指令が入力するとＸ線管１０からＸ線が出射し、ポリキャピラリ１４の先端からＸ線が測定対象物ＯＢに照射されて照射点で回折Ｘ線が発生する。この回折Ｘ線が、イメージングプレート１５に入射すると回折Ｘ線の強度が大きい箇所に回折環が撮像される。これが、回折環撮像機能であり、この機能は特許文献１乃至特許文献３に示されているＸ線回折測定システムと同じである。

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、パルス列信号を、図１に示すスピンドルモータ制御回路７４と回転角度検出回路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回転するごとにインデックス信号を、回転角度検出回路７５及びコントローラ９１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。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したタイミングで回転角度を０にし、その後に入力するパルス列信号のパルス数から回転角度を計算してコントローラ９１に出力する。これにより、コントローラ９１の指令でテーブル１６は指定された回転速度で回転し、回転角度データがコントローラ９１に入力する。これらの機能は、特許文献１乃至特許文献３に示されているＸ線回折測定システムと同じである。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り、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。そして、移動ステージ２１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。以下、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°のラインとが成す平面を基準平面という。

図１に示すように、レーザ検出装置３０はレーザ検出制御回路７７により制御され、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で発光した光の強度から、レーザ光照射位置における回折Ｘ線の強度を検出する。コントローラ９１の指令で移動ステージ２１が回折環読取位置になり、スピンドルモータ２７とフィードモータ２２が回転を開始したとき、レーザ検出制御回路７７にはコントローラ９１から指令が入力し、レーザ検出制御回路７７はレーザ検出装置３０に対し、レーザ光出射、出射レーザ光の強度制御、レーザ光照射点のイメージングプレート１５への合焦制御、及びイメージングプレート１５での発光強度のコントローラ９１への出力といった制御を行う。レーザ検出装置３０の構造は、先行技術文献の特許文献２及び特許文献３に示されているＸ線回折測定システムと同じであり、レーザ検出制御回路７７の機能は、特許文献１乃至特許文献３と同じである。なお、特許文献１乃至特許文献３に示されているＸ線回折測定システムでは、レーザ検出制御回路７７は、上述した制御ごとにいくつかの回路に分割されて示されている。コントローラ９１は、レーザ検出制御回路７７、スピンドルモータ制御回路７４及びフィードモータ制御回路７３に指令を出力した後、レーザ検出制御回路７７から入力する発光強度のデータを、位置検出回路７２と回転角度検出回路７５が出力するデジタルデータと同じタイミングで取り込む。これにより、コントローラ９１には撮像した回折環における回折Ｘ線の強度データが、移動距離データ及び回転角度データとともに蓄積される。これが回折環読取機能であり、この機能は特許文献１乃至特許文献３に示されているＸ線回折測定システムと同じである。

また、レーザ検出装置３０にはＬＥＤ光源４３が設けられており、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。回折環読取りがされた後、コントローラ９１の指令により移動ステージ２１が所定位置に戻り移動を再開したとき、ＬＥＤ駆動回路８４にコントローラ９１から指令が入力し、ＬＥＤ駆動回路８４はＬＥＤ光源４３が所定の強度の可視光を出射する駆動信号を出力する。これが回折環消去機能であり、この機能も特許文献１乃至特許文献３に示されているＸ線回折測定システムと同じである。

図３に示すように、円盤状プレート４５には三角状ミラー１２が取り付けられており、取り付け位置は図４に示すように、円盤状プレート４５に貫通孔４５ａが形成されている円周位置の所定の回転角度の位置である。三角状ミラー１２は円盤状プレート４５の平面に水平に入力した光を反射して円盤状プレート４５に垂直な光にするので、回折環撮像位置において円盤状プレート４５の回転位置が適切な位置になると、ＬＥＤ光源４４が出射した可視のＬＥＤ光を反射してポリキャピラリ１４に入射させる。コントローラ９１のメモリには、この回転位置の回転角度が記憶されており、入力装置９２より指令が入力すると、コントローラ９１は記憶されている該回転角度をモータ制御回路８６に出力し、円盤状プレート４５の回転位置は可視のＬＥＤ光がポリキャピラリ１４に入射する位置になる。また、図３においては、わかりやすくするためＬＥＤ光源４４を固定する部材は除いているが、ＬＥＤ光源４４は移動ステージ２１に固定されており、図１に示すようにＬＥＤ駆動回路８５から駆動信号が入力すると可視のＬＥＤ光を出射する。

図３に示すように、三角状ミラー１２には中心に貫通孔１３ａを有する板状プレート１３が取り付けられており、三角状ミラー１２で反射したＬＥＤ光は、貫通孔１３ａを通過したＬＥＤ光のみがポリキャピラリ１４に入射する。貫通孔１３ａを通過する光は、三角状ミラー１２の反射面の中心に円盤状プレート４５に平行に入射した光のみであり、この光はポリキャピラリ１４の中心軸周りの限られた細束管のみに入射する。このため、ポリキャピラリ１４から出射するＬＥＤ光は、特許文献１に示されているＸ線回折測定装置と同様に出射Ｘ線と光軸が等しく平行光となる。よって、
出射Ｘ線を集光させるポリキャピラリ１４を設けても、出射Ｘ線と光軸が等しいＬＥＤ光は特許文献１に示されているＸ線回折測定装置と同じ平行光であり。このＬＥＤ光照射機能と後述するカメラ機能とを用いることで、特許文献１に示されているＸ線回折測定装置と同様に、測定対象物ＯＢに対するＸ線回折測定装置１の位置と姿勢の調整を行うことができる。

コントローラ９１は、入力装置９３から位置及び姿勢調整の指令を入力すると、モータ制御回路８６にＬＥＤ光がポリキャピラリ１４に入射する回転角度を出力し、ＬＥＤ駆動回路８５にＬＥＤ出射の指令を出力し、さらにセンサ信号取出回路８７に作動開始の指令を出力する。これにより、出射Ｘ線と光軸が等しい平行なＬＥＤ光が測定対象物ＯＢに照射され、測定対象物ＯＢのＬＥＤ光照射点の付近の撮影画像データがコントローラ９１に入力し、表示装置９３には入力した撮影画像データから作成された撮影画像が表示される。作業者はこの撮影画像を見ながら、対象物セット装置６０を用いてＸ線回折測定装置１に対する測定対象物ＯＢの位置と姿勢の調整を行うが、この調整方法は特許文献１乃至特許文献３に示されているＸ線回折測定装置の場合と同じである。

Ｘ線回折測定装置１に対する測定対象物ＯＢの位置と姿勢の調整が終了すると、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光照射点（Ｘ線照射点と同）は意図した測定箇所になり、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離（以下、照射点―ＩＰ間距離という）は設定値になり、測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角（本発明では出射Ｘ線は集光して入射するため、正確には出射Ｘ線の光軸が測定対象物ＯＢのＸ線照射点における法線と成す角）は設定値になり、さらにＸ線照射点における法線は基準平面（出射Ｘ線の光軸と回転角度０のラインを含む平面）に含まれるようになる。このとき、図５に示すように、ポリキャピラリ１４により出射したＸ線が集光する点は、測定対象物ＯＢ上のＸ線照射点になっており、測定対象物ＯＢに所定範囲の入射方向からＸ線を照射することができ、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０を揺動させてＸ線回折測定を行った場合と同じ効果を得ることができる。また、Ｘ線管１０から出射するＸ線の強度が特許文献１に示されているＸ線回折測定装置のものと同等でも、スピンドルモータ２７の貫通孔２７ｂに入射したＸ線の大部分を測定対象物ＯＢに照射することができるので、照射されるＸ線の強度は特許文献１に示されているＸ線回折測定装置のときより大きくなり、Ｘ線を所定範囲の入射方向から照射しても、回折環撮像に要する時間は特許文献１に示されているＸ線回折測定装置のときと同程度になる。また、出射Ｘ線がポリキャピラリ１４に入射する前に円盤状プレート４５の貫通孔４５ａ１〜４５ａ１１を通過することで、ポリキャピラリ１４に入射するＸ線の断面径は変化し、ポリキャピラリ１４から出射した時点のＸ線の断面径も変化するので、Ｘ線の入射方向の範囲（揺動角度に相当する角度の範囲）を意図する範囲に調整することができる。なお、図５においては、出射Ｘ線の光軸の垂直方向を拡大し、出射Ｘ線が集光する様子を誇張して示してある。

図５に示すように、結像レンズ４８の光軸は、ポリキャピラリ１４により出射Ｘ線が集光する点と交差している。結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する箇所は、照射点―ＩＰ間距離が設定値であるときＬＥＤ光照射点が結像する位置であり、この位置が基準位置として撮像器４９から出力される撮像信号から作成された画像上に画像データとは独立して、例えば十字マークで表示される。よって、撮影画像上のＬＥＤ光照射点が基準位置に合うよう測定対象物ＯＢの位置を調整することで、照射点―ＩＰ間距離を設定値にし、Ｘ線照射点を出射Ｘ線が集光する点にすることができる。また、結像レンズ４８の光軸は基準平面に含まれ、出射Ｘ線の光軸と成す角度は、Ｘ線入射角の設定値の２倍の角度になっている。よって、照射点―ＩＰ間距離が設定値であり、出射Ｘ線の入射角が設定値であって、Ｘ線照射点の箇所の測定対象物ＯＢの法線が基準平面に含まれていれば、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する箇所は、照射されたＬＥＤ光の反射光が結像レンズ４８により集光して受光される点である。よって、撮影画像上のＬＥＤ光照射点が基準位置に合うようにした後、撮影画像上のＬＥＤ光の受光点も基準位置に合うよう測定対象物ＯＢの姿勢を調整することで、測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角は設定値になり、Ｘ線照射点における測定対象物ＯＢの法線は基準平面に含まれるようになる。これらの説明は出射Ｘ線の集光を除き、特許文献１で詳細に説明されている。

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、測定対象物ＯＢをＸ線回折測定する方法は、測定前に入力装置９２からＸ線の入射方向の範囲を入力する点が追加される点を除き、特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと同じであり、特許文献１で既に詳細に説明されている。端的に説明すると、作業者は電源を投入してＸ線回折測定システムを作動させ、対象物セット装置６０にセットし、入力装置９２から位置及び姿勢調整の指令を入力してＬＥＤ光を測定対象物ＯＢに照射し、表示装置９３に撮影画像を見ながら測定対象物ＯＢの位置と姿勢を調整する。次に、入力装置９２からＸ線の入射方向の範囲とそれ以外の測定条件を入力し、測定開始の指令を入力する。これにより、Ｘ線回折測定装置１は測定対象物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、レーザ検出装置３０からのレーザ照射により、撮像された回折環のそれぞれの箇所における回折Ｘ線強度を検出してコントローラ９１にデータを出力し、撮像された回折環を消去する。そして、コントローラ９１は入力したデータから残留応力等の特性値を計算して、計算結果、Ｘ線の入射方向の範囲等の測定条件、及び回折環のそれぞれの箇所における回折Ｘ線強度に基づくマップ等を表示する。

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ＯＢに向けてＸ線を出射するＸ線出射機構と、Ｘ線出射機構から測定対象物ＯＢに向けてＸ線が照射された際、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線を、Ｘ線出射機構から出射される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構とを備えたＸ線回折測定装置１において、Ｘ線出射機構は、内部でＸ線を発生させて出射口１１よりＸ線を出射させるＸ線管１０と、Ｘ線管１０から出射したＸ線を入射し通過させて出射する多数の細束管の集合体であるポリキャピラリ１４とを備え、ポリキャピラリ１４は、多数の細束管から出射したＸ線が略１点で集光するように多数の細束管が構成されている。

これによれば、Ｘ線管１０のターゲットにおけるＸ線発生領域を大きくする必要はなく、ポリキャピラリ１４の径をＸ線を通過させる貫通孔２７ｂの径と同程度にすれば、従来のＸ線回折測定装置ように貫通孔にアパーチャがない分、出射するＸ線の強度を大きくし、Ｘ線を集光させて測定対象物ＯＢに照射することができる。すなわち、Ｘ線管１０から出射するＸ線の強度が従来と同程度でも、測定対象物ＯＢに照射されるＸ線の強度を従来より大きくして、測定対象物ＯＢに所定範囲の入射方向からＸ線を照射することができる。別の表現をすると、Ｘ線をその光路が可視の平行光が凸レンズにより集光したときと同様の光路になるようにして測定対象物ＯＢに照射することができる。これにより、測定時間を従来と同程度にしたまま、筐体５０を揺動させてＸ線回折測定を行った場合と同じ効果を得ることができる。

また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置１は、ポリキャピラリ１４にＸ線が入射する近傍に、複数のＸ線通過用の貫通孔４５ａが形成された円盤状プレート４５であって、複数のＸ線通過用の貫通孔４５ａはそれぞれ異なった孔径である円盤状プレートと、円盤状プレートに形成されたＸ線通過用の貫通孔４５ａのいずれかがＸ線の光路上に配置するよう、円盤状プレート４５を回転させるモータ４６、モータ制御回路８６及び回転角度検出回路８７からなる円盤状プレート移動機構とを備えている。

これによれば、円盤状プレート移動機構により円盤状プレート４５を移動させれば、Ｘ線が通過する貫通孔４５ａが変わり、Ｘ線の断面径が変化する。そして、Ｘ線の断面径が変化すれば、Ｘ線が集光した箇所におけるＸ線入射方向の範囲（揺動角度に相当する角度の範囲）を変化させることができる。すなわち、円盤状プレート移動機構により円盤状プレート４５を回転させてＸ線が通過する貫通孔４５ａを変えることで、Ｘ線入射方向の範囲を様々に設定することができる。また、Ｘ線が通過する貫通孔４５ａを変える機構を、複数の貫通孔４５ａが形成された円盤状プレート４５を回転させる機構にすることで、該機構をコンパクトで簡単な機構にすることができる。

また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置１は、Ｘ線管１０からＸ線が出射されていない状態で、可視のＬＥＤ光をポリキャピラリ１４に入射させて出射させる可視光出射機構を備え、可視光出射機構は、ＬＥＤ光を出射するＬＥＤ光源４４と、円盤状プレート４５の円周方向の一部に取り付けられた三角状ミラー１２であって、円盤状プレート移動機構による円盤状プレート４５の移動により三角状ミラー１２にＬＥＤ光源４４から出射されたＬＥＤ光が入射するようになったとき、ポリキャピラリ１４にＬＥＤ光が入射するよう入射したＬＥＤ光を反射させる三角状ミラー１２とを備えている。

これによれば、従来のＸ線回折測定装置にある出射Ｘ線の光軸と同じ光軸で可視のＬＥＤ光を出射する機能を、ＬＥＤ光源４４を設け、円盤状プレート４５に三角状ミラー１２を取り付けるのみで設けることができるので、Ｘ線入射方向の範囲を変化させる機能や出射Ｘ線の光軸と同じ光軸で可視光を出射する機能を設けても、Ｘ線回折測定装置１をコンパクトにすることができる。

また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置１は、出射されたＬＥＤ光の照射点を含む領域の測定対象物ＯＢ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、撮像された画像を表す撮像信号を出力するカメラと、カメラから出力される撮像信号を入力して、撮像器４９によって撮像された画像を画面上に表示する表示装置９３であって、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定値であるとき、撮像器４９によって撮像される照射点の画像上の位置を照射点基準位置として、撮像信号により表示される画像とは独立して画面上に表示する表示装置９３とを備え、表示装置９３の照射点基準位置にＬＥＤ光の照射点があるとき、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点は、ポリキャピラリ１４でＸ線が集光する点であるようにしている。

これによれば、特許文献１のＸ線回折測定装置にある、表示装置９３におけるＬＥＤ光の照射点が照射点基準位置にあるようにすることでＸ線照射点からイメージングプレート１５までの距離を設定値にする機能を、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離を設定値にするとともにＸ線照射点をＸ線が集光する点にする機能にすることができる。

また、上記実施形態においては、可視光出射機構は、ＬＥＤ光の光路上に、ポリキャピラリ１４の中心軸周りの限定された細束管にのみＬＥＤ光を入射させるようにした板状プレート１３をも備え、結像レンズ４８は測定対象物ＯＢによるＬＥＤ光の反射光を集光し、撮像器４９は集光された反射光の受光点も撮像し、かつカメラは受光点を表す撮像信号も出力し、表示装置９３は、撮像器４９によって撮像された受光点も撮像信号により画面上に表示するとともに、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点を通る測定対象物ＯＢの表面の法線に対して、測定対象物ＯＢに照射されるＬＥＤ光の光軸が所定方向であるとき、撮像器４９によって撮像される受光点の画像上の位置を受光点基準位置として、撮像信号により表示される画像とは独立して画面上に表示するようにしている。

これによれば、Ｘ線が集光するよう測定対象物ＯＢに照射されても、ＬＥＤ光は略平行光で測定対象物ＯＢに照射されるので、特許文献１のＸ線回折測定装置にある、表示装置９３におけるＬＥＤ光の受光点が受光点基準位置にあるようにすることでＸ線の入射角を設定値にし、イメージングプレート１５の回転角度０のラインとＸ線光軸を含む平面と測定対象物ＯＢのＸ線照射点における法線が成す角度を０にする機能をそのまま設けることができる。

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。

上記実施形態においては、三角状ミラー１２で反射したＬＥＤ光を板状プレート１３の貫通孔１３ａを通すことで、ポリキャピラリ１４の中心軸周りの限定された細束管にのみＬＥＤ光を入射させるようにし、ポリキャピラリ１４から出射したＬＥＤ光を平行光にしてＬＥＤ光照射点が測定対象物ＯＢに生じるようにした。そして、このＬＥＤ光照射点が意図した測定箇所になるとともに、カメラの撮影画像でのＬＥＤ光照射点と受光点の位置が基準位置に合うように測定対象物ＯＢの位置と姿勢を調整するようにした。しかし、カメラの撮影画像でのＬＥＤ光照射点と受光点を見ながら調整をする前に、測定対象物ＯＢの位置と姿勢が、大まかに合っていると測定対象物ＯＢの位置と姿勢の調整はより容易になる。図６に示す円盤状プレート４５は大まかに測定対象物ＯＢの位置と姿勢を調整できるようにしたもので、上記実施形態と同じ形状の三角状ミラー１２と貫通孔１３ａが形成された板状プレートが同じように取り付けられ、その隣に、同じ形状の三角状ミラー１２’と十字の貫通孔１３ａ’が形成された板状プレートが取り付けられている。

この場合は、最初に三角状ミラー１２’と十字の貫通孔１３ａ’が形成された板状プレートによりＬＥＤ光をポリキャピラリ１４に入射させる。これにより、ポリキャピラリ１４の細束管でＬＥＤ光が通過するものの集合体は、ポリキャピラリ１４の断面で見ると十字状になり、測定対象物ＯＢには十字マークのＬＥＤ光照射模様ができる。そして、十字マークのクロス点が意図した測定箇所になるとともに、十字マークが点に近くなり、結像レンズ４８付近で十字マークができるよう測定対象物ＯＢの位置と姿勢を調整すれば、測定対象物ＯＢの位置と姿勢は、照射点―ＩＰ間距離が設定値になり、Ｘ線の入射角が設定値になり、基準平面に測定対象物ＯＢのＸ線照射点における法線が含まれる位置と姿勢に近くなる。次に、円盤状プレート４５の回転位置を変えることで、三角状ミラー１２と貫通孔１３ａが形成された板状プレートによりＬＥＤ光をポリキャピラリ１４に入射させ、上記実施形態のように測定対象物ＯＢの位置と姿勢の調整を行えばよい。既に、大まかに測定対象物ＯＢの位置と姿勢は調整されているので、この場合の調整は微調整でよくなる。なお、図６では、貫通孔１３ａ’の形状は十字にしたが、測定対象物ＯＢにできるＬＥＤ光照射模様からＸ線照射点が定義できれば、別の表現をするとポリキャピラリ１４の断面におけるＬＥＤ光が通過する細束管の集合体が、ポリキャピラリ１４の断面の中心を定義可能な形状であれば、形状は十字以外のものでもよい。例えば、アスタリスクの形状でもよいし、○の中に×がある形状でもよい。

また、上記実施形態においては、可視光を出射する光源としてＬＥＤ光源４４を用いたが、可視光を出射するもので移動ステージ２１に固定可能な程度に小型のものであれば、どのような光源を用いてもよい。例えば、図７に示すように、可視光を出射する光源をレーザ光源５４にし、レーザ光源５４から出射したレーザ光をコリメーティングレンズ５５で平行光に近くして、三角状ミラー１２に入射させるようにしてもよい。これによれば、発光光量に対する板状プレート１３の貫通孔１３ａを通過する光量の割合は大きくなるので、ＬＥＤ光照射点がより明確になる。また、発光光量を抑制することができるので光源の劣化速度を遅くすることができる。また、レーザ光源５４に替えてＳＬＤ光源を用いてもよい

また、上記実施形態においては、ＬＥＤ光照射点の撮影画像上の位置を照射点基準位置にしたとき、照射点―ＩＰ間距離が設定値になり、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点は、ポリキャピラリ１４でＸ線が集光する点であるようにしている。しかし、ＬＥＤ光照射点の撮影画像上の位置を照射点基準位置にしたとき、ポリキャピラリ１４でＸ線が集光する点は、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点よりも、Ｘ線の出射方向において後側にあってもよい。この場合、上記実施形態のように、撮影画像上の照射点基準位置を結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する点であるようにすると、図８に示すようにＸ線が集光する点は、結像レンズ４８の光軸が出射Ｘ線の光軸と交差する点よりＸ線の出射方向において後側にある。このようにすると、Ｘ線入射方向の範囲が狭くなり、円盤状プレート４５の貫通孔４５ａを変えることで変化させることができるＸ線入射方向の範囲も小さくなる。しかし、円盤状プレート４５の貫通孔４５ａを変えることで、Ｘ線照射点の径を変化させることができるので、Ｘ線入射方向の範囲を小さくしても、測定対象物ＯＢにより測定点の大きさを変化させることが要求される場合は、この形態にすればよい。

また、上記実施形態においては、円盤状プレート４５に形成する貫通孔４５ａは、図４に示すように等間隔の回転角度ごとに設けた。しかしながら、図６に示すように貫通孔４５ａを孔径が小さくなるほど隣との間隔を狭めるようにしてもよい。これによれば、より多くの貫通孔４５ａを円盤状プレート４５に設けることができ、Ｘ線入射方向の範囲の変化の間隔を小さくすることができる。また、複数の貫通孔４５ａの位置を変化させ、それぞれの貫通孔４５ａの中心軸を出射Ｘ線の光軸と一致させることができるならば、プレートの形状は円盤状でなくてもよい。プレートを回転させるならば扇状でもよいし、プレートを直線移動させるならば長方形状でもよい。また、装置の構造が複雑化してもかまわなければ、複数の貫通孔４５ａが形成されたプレートを移動させる替わりに、カメラの絞りのように貫通孔の径を変化させる機構を設けたプレートに、可視光を反射させる三角状ミラー１２を取り付け、このプレートを往復移動させるような構造にしてもよい。

また、上記実施形態においては、三角状ミラー１２で反射したＬＥＤ光を貫通孔１３ａを通過させることでポリキャピラリ１４の中心軸付近の細束管に入射させるようにした。しかし、Ｘ線の入射角を設定値にするか該入射角を検出し、基準平面内にＸ線照射点部分の測定対象物ＯＢの法線を含める調整をすることができるならば、貫通孔１３ａが形成された板状プレート１３をなくし、ポリキャピラリ１４のすべての細束管にＬＥＤ光を入射させるようにしてもよい。又は、貫通孔１３ａが形成された板状プレート１３をなくし、図６に示される貫通孔１３ａ’が形成された板状プレートを替わりに取り付けてもよい。なお、Ｘ線の入射角を設定値にするか該入射角を検出し、基準平面内にＸ線照射点部分の測定対象物ＯＢの法線を含める調整を行う方法としては、特許第６１２８３３３号の特許又は特許６０４８５４７号の特許に示された技術がある。

また、上記実施形態においては、出射Ｘ線と同じ光軸で可視光を出射することができるよう、円盤状プレート４５に三角状ミラー１２を取り付け、ＬＥＤ光をポリキャピラリ１４に入射させることができるようにしたが、測定対象物ＯＢの形状が１つに限定されており、対象物セット装置６０とＸ線回折測定装置１の位置と姿勢の関係が固定されているならば、出射Ｘ線と同じ光軸で可視光を出射する機能は設けなくてもよい。この場合は、円盤状プレート４５は貫通孔４５ａだけを設ければよい。

また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置１が固定され、測定対象物ＯＢを位置と姿勢が調整可能な対象物セット装置６０に載置し、対象物セット装置６０を操作することにより、Ｘ線回折測定装置１（筐体５０）に対する測定対象物ＯＢの位置と姿勢をするようにした。しかし、本発明は、測定対象物ＯＢが固定され、Ｘ線回折測定装置１はアーム式移動装置等に取り付けられて位置と姿勢が変更可能な場合であっても適用することができる。また、測定対象物ＯＢ及びＸ線回折測定装置１の、双方の位置と姿勢が変更可能な場合であっても適用することができる。

また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置１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。しかし、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線管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、上記実施形態においては、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線回折測定システムはＸ線回折像を検出するまでにし、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、残留応力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、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置１を回折環を形成（撮像）し回折環を読取ることができる装置としたが、測定効率を重要視しなければ、Ｘ線回折測定装置１は回折環の形成のみを行う装置にし、回折環が形成されたイメージングプレート１５をテーブル１６から取り外して別の装置にセットし、回折環の読取り、回折環の消去及び残留応力の計算を別の装置で行うようにしてもよい。なお、上述したようにＸ線ＣＣＤやシンチレーションカウンタを用いれば、回折環の形成と読取りを同時に行うことができるので、Ｘ線ＣＣＤやシンチレーションカウンタを用いた場合、特許請求の範囲における回折環の形成は、回折環の形成と読取りを指すものとする。

１…Ｘ線回折測定装置、１０…Ｘ線管、１１…出射口、１２…三角状ミラー、１３…板状プレート、１３ａ…貫通孔、１４…ポリキャピラリ、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、１７…突出部、１８…固定具、２０…テーブル駆動機構、２１…移動ステージ、２２…フィードモータ、２３…スクリューロッド、２４…軸受部、２５…ガイド、２６…板状プレート、２７…スピンドルモータ、２８，２９…ブロック、３０…レーザ検出装置、４３，４４…ＬＥＤ光源、４５…円盤状プレート、４５ａ…貫通孔、４６…モータ、４８…結像レンズ、４９…撮像器、５０…筐体、５０ａ…底面壁、５０ｃ…切欠き部壁、５０ｃ１…円形孔、５０ｄ…繋ぎ壁、５２…支持ロッド、５３…設置プレート、５４…レーザ光源、５５…コリメーティングレンズ、６０…対象物セット装置、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 、ＯＢ…測定対象物

Claims (4)

1. 対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射手段と、
   前記Ｘ線出射手段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線出射手段から出射される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線回折測定装置において、
   前記Ｘ線出射手段は、内部でＸ線を発生させて出射口よりＸ線を出射させるＸ線管と、前記Ｘ線管から出射したＸ線を入射し通過させて出射する多数の細束管の集合体であるポリキャピラリであって、前記多数の細束管から出射したＸ線が略１点で集光するように前記多数の細束管が構成されているポリキャピラリとを備え、
   前記ポリキャピラリにＸ線が入射する近傍に配置された、複数のＸ線通過用孔が形成されたプレートであって、前記複数のＸ線通過用の孔はそれぞれ異なった孔径であるプレートと、
   前記プレートに形成された複数のＸ線通過用孔のいずれかがＸ線の光路上に配置するよう前記プレートを移動するプレート移動機構と、
   前記Ｘ線管からＸ線が出射されていない状態で、可視光を前記ポリキャピラリに入射させて出射させる可視光出射手段とを備え、
   前記プレートは、円周方向に前記複数のＸ線通過用孔が形成された円盤状又は扇状のプレートであり、
   前記プレート移動機構は、前記プレートの回転位置を変化させる機構であって、
   前記可視光出射手段は、可視光を出射する光源と、前記プレートの円周方向の一部に取り付けられた反射部材であって、前記プレート移動機構による前記プレートの移動により前記反射部材に前記光源から出射された可視光が入射するようになったとき、前記ポリキャピラリに可視光が入射するよう前記入射した可視光を反射させる反射部材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、
   前記可視光出射手段から出射された可視光の照射点を含む領域の測定対象物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、前記撮像された画像を表す撮像信号を出力するカメラと、
   前記カメラから出力される撮像信号を入力して、前記撮像器によって撮像された画像を画面上に表示する表示器であって、前記測定対象物における可視光の照射点から前記撮像面までの距離が設定値であるとき、前記撮像器によって撮像される照射点の画像上の位置を照射点基準位置として、前記撮像信号により表示される画像とは独立して画面上に表示する表示器とを備え、
   前記表示器の前記照射点基準位置に可視光の照射点があるとき、前記測定対象物における可視光の照射点は、前記ポリキャピラリでＸ線が集光する点であることを特徴とするＸ線回折測定装置。
3. 請求項２に記載のＸ線回折測定装置において、
   前記可視光出射手段は、前記可視光の光路上に、前記ポリキャピラリの中心軸周りの限定された細束管にのみ可視光を入射させるようにした可視光限定入射手段をも備え、
   前記結像レンズは測定対象物による前記可視光の反射光を集光し、前記撮像器は前記集光された反射光の受光点も撮像し、かつ前記カメラは前記受光点を表す撮像信号も出力し、
   前記表示器は、前記撮像器によって撮像された受光点も前記撮像信号により画面上に表示するとともに、前記測定対象物における前記可視光の照射点を通る測定対象物の表面の法線に対して、測定対象物に照射される前記可視光の光軸が所定方向であるとき、前記撮像器によって撮像される前記受光点の画像上の位置を受光点基準位置として、前記撮像信号により表示される画像とは独立して画面上に表示するようにしたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のＸ線回折測定装置において、
   前記可視光出射手段は、前記可視光の光路上に、前記ポリキャピラリの断面における可視光が通過する細束管の集合体が、前記ポリキャピラリの断面の中心を定義可能な形状になるよう前記ポリキャピラリに可視光を入射させるようにしたマーク用可視光入射手段をも備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
   

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