JPH01156644A - Ｘ線回折装置のゴニオメータの自動光軸調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、Ｘ線回折装置のゴニオメータの光軸を自動的
に調整する自動光軸調整装置に関する。

［従来の技術］ Ｘ線回折装置のゴニオメータの光軸調整には次に述べる
幾つかの段階がある。

（ａ）検出器アームの回転角（２θ）をゼロにしたとき
に、発散スリットと、試料台の回転軸線（以下、試料軸
という）と、検出器アーム上にある受光スリットとが一
直線上に来るようにする調整。この調整はゴニオメータ
の製造段階で既に調整ずみのものである。

（ｂ）ゴニオメータ光軸上にＸ線焦点が来るように、Ｘ
線焦点とゴニオメータとの相対的位置関係を定める調整
。この調整は、通常は、ゴニオメータ基台を微小回転さ
せて、Ｘ線検出器の出力が最大となるように調整される
。

（ｃ）２θ−ゼロの確認。このＦＭ認は次のように実施
される。検出器アームを２θ＝ゼロの付近で微小回転さ
せてピークプロファイルを求め、検出ピークの半価幅の
中点をゼロピークの位置とする。次に、このゼロピーク
の位置と、検出器アーム台のゼロマークの位置とのずれ
が、所定の角度範囲内に治まっていることを確認する。

所定の角度範囲内に治まっていなければ、上述の（ｂ）
の調整からやり直すことになる。

（ｄ）試料台の回転角（θ）＝ゼロの調整。この調整は
、試料台をθ＝ゼロの付近で微小回転させて、Ｘ線検出
器の出力が最大となるように調整される。その際、光軸
調整治具を試料台に取り付ける。この治具の基準平面は
、試料軸を含む平面内にあり、θ＝ゼロの付近で基準平
面は入射Ｘ線に平行となる。

以上の光軸調整のうち、本考案は、（ｂ）　（ｃ）（ｄ
）の光軸調整を自動化しようとするものである。従来は
、（ｂ）の調整では、調整ねじなどを利用してゴニオメ
ータ基台を手動で微小回転させている。

また、（ｃ）（ｄ）の調整では、２θ回転モータとθ回
転モータとを利用して、Ｘ線検出器アーム台と試料台と
をモータ駆動で回転させているが、これらのモータに対
しては調整作業者がその都度回転指示を与えていた。

［発明が解決しようとする問題点コ 上述した従来の光軸調整では、次のような問題点がある
。

ゴニオメータ基台の微小回転調整は、すべて手作業で行
う必要があり非常に手間が掛かる。２θ−ゼロの確認と
θ＝ゼロの調整は、回転動作だけはモータ駆動であるが
、Ｘ線強度を確認しなからモータに回転指示を与えるの
はやはり調整作業者の仕事である。したがって、光軸調
整の間はＸ線回折装置に手がかかることに変わりはない
。

そこで、このような光軸調整を自動化する要望が高まっ
てきており、本発明の目的は、このような要望を満たし
得る、Ｘ線回折装置のゴニオメータの自動光軸調整装置
を提供することにある。

［問題点を解決するための手段コ まず、Ｘ線焦点とゴニオメータ基台との相対位置関係を
自動的に調整できるようにする必要がある。そのために
、本発明では、Ｘ線源を直線運動させるようにした。ざ
らに、所定のプログラムに従って、また、検出されたＸ
線強度に応じて、３個のモータ（Ｘ線源移動モルり、２
θ回転モータ、θ回転モータ）を独立に回転させる必要
があり、そのための制御装置も必要である。そこで、本
発明による、Ｘ線回折装置のゴニオメータの自動光軸調
整装置は、 ゴニオメータ基台に対して移動可能なＸ線源と、前記ゴ
ニオメータ基台に対して回転可能なＸ線検出器アーム台
と、前記ゴニオメータ基台に対して回転可能な試料台と
を有するＸ線回折装置において、 （ａ）　Ｘ線源移動モータと、 （ｂ）２θ回転モータと、 （ｃ）θ回転モータと、 （ｄ）前記Ｘ線源移動モータの回転を前記Ｘ線源に伝達
してこのＸ線源に直線運動をさせる第１伝動機構と、 （ｅ）前記２０回転モータの回転を前記Ｘ線検出器アー
ム台に伝達する第２伝動機構と、（ｆ）前記θ回転モー
タの回転を前記試料台に伝達する第３伝動機構と、 （（１）　Ｘ線検出器からの信号を受け取って、所定の
判断基準に基づいて、前記Ｘ線源移動モータと前記２θ
回転モータと前記θ回転モータとを独立に制御する制御
装置と、 を有することを特徴とする。

このように、Ｘ線源とＸ線検出器アーム台と試料台とを
、それぞれ別個にモータ駆動できるようにしたことによ
り、光軸調整の自動化が可能になった。

光軸調整のためには、上述の三つの被駆動部分はいずれ
も精度良く微小移動または微小回転させる必要があり、
したがって、そのための三つのモータはこのような要求
を満たすようなモータとする必要がある。好ましくは、
これらのモータとして、パルスモータを利用できる。

第１伝動機構としては、回転運動を直線運動に変換する
ための各種の機構を利用できるが、精度良く制御できる
機構として、たとえば台形ねじを用いたすべりねじ伝動
機構を利用できる。第２伝動機構と第３伝動機構につい
ては、回転運動を回転運動に変換するための各種の伝動
機構を採用できるが、従来のゴニオメータと同様に、つ
ｔ−ム・つｔ−ムホイール伝動機構をそのまま利用する
のが便利である。

上述の三つのモータを、所定のプログラムに従って制御
するには、マイクロコンピュータを利用するのが最適で
ある。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を次の順序で説明する。

イ、Ｘ線回折装置の全体構成 口、自動光軸調整装置の制御系 ハ、光軸調整治具 二、自動光軸調整装置の動作手順 イ、Ｘ線回折装置の全体溝 第１図は本考案の一実施例を備えたＸ線回折装置の概略
平面図であり、第２図はその一部を断面にした正面図で
ある。フレーム１０には、ターゲット１２を有するＸ線
管１４が固定され、ターゲット１２上のＸ線焦点１６か
らＸ線が発生する。

Ｘ線管１４にはＸ線シャッター１５が取り付けられてい
る。

フレーム１０にはプレート１８が固定され、このプレー
ト１８の上にゴニオメータ基台２０が載っている。ゴニ
オメータ基台２０は、Ｘ線管１４との相対位置を大まか
に調整するために、あるいはＸ線焦点１６の見込角を変
更するために、手動で回転させることも可能であるが、
本発明の自動光軸調整の際にはプレート１８に固定され
ている。

ゴニオメータ基台２０の上には、これと相対回転可能な
試料台２２および検出器アーム台２４が載っている。検
出器アーム台２４には検出器アーム２６が固定され、検
出器アーム２６にはＸ線検出器２８が固定される。

発散スリット３０はゴニオメータ基台２０に固定され、
散乱防止スリット３２と受光スリット３４は検出器アー
ム２６に固定される。そして、検出器アーム２６の回転
角２θをゼロにしたときには、発散スリット３０、試料
軸３６、散乱防止スリット３２、受光スリット３４が一
直線３８の上に来るように光軸調整がなされている。試
料軸３６は、試料台２２の回転中心であり、検出器アー
ム台２４の回転中心とも一致する。

試料台２２は、パルスモータ（θ回転モータ）４０によ
って回転駆動される。すなわち、試料台２２にはつｔ−
ムホイール４２が固定され、パルスモータ４０の回転軸
には、ウオームホイール４２と噛み合うウオーム４４が
固定される。検出器アーム台２４も、ウオームホイール
４６どウオーム４８とを介してパルスモータ５０（２θ
回転モータ）によって回転駆動される。試料台２２と検
出器アーム台２４は、１対２の回転比で連動可能であり
、かつ、それぞれの単独回転も可能である。自動光軸調
整には単独回転を利用する。パルスモータ４０と５０は
五相パルスモータである。

Ｘ線管１４は移動台５２に固定され、移動台５２は、固
定台５４のアリ溝５６内を摺動できる。

移動台５２は、台形ねじからなる「すべりねじ伝動機構
」５８によって駆動され、直線運動する。

すべりねじ伝動機構のナツトは移動台５２に固定され、
ねじ軸は固定台５４に回転支持される。ねじ軸は五相パ
ルスモータ（Ｘ線管移動モータ）６０によって回転駆動
される。

口、自動　軸調整装置の制御系 第３図は自動光軸調整装置の制御系を示す。Ｘ線検出器
２８には高圧電源６２が接続され、Ｘ線検出信号は増幅
器を経て波高分析器６４に入力される。所定の強度範囲
の信号は計数計６６でカウントされ、そのカウント値は
、制御装置６８の入力インターフェース７０に入力され
る。キーボードア２からは自動光軸調整の開始指令が入
力される。このキーボード７２は、自動光軸調整以外に
゛も、試料測定の際の各種データや作業指示を入力する
のにも使用されるものである。

制御装置６８は、ＣＰＵ７４、ＲＯＭ７６、ＲＡＭ７８
、入力インターフェース７０．出力インターフェース８
０を含む。なお、パルスモータのためのモータドライバ
８２，８４．８６も制御！＋１装置６８に含めることに
する。ＲＯＭ７６には、自動光軸調整のためのプログラ
ムが格納されている。

ＣＰＵ７４からの指令は、出力インターフェース８０を
介して、モータドライバ８２，８４．８６、ＣＲＴデイ
スプレィ８８、Ｘ線シャッター電磁弁９０に送られる。

モータドライバ８２，８４゜８６からの出力パルス信号
は、３個のパルスモータ、すなわちＸ線管移動モータ６
０．２θ回転モータ５０、θ回転モータ４０にそれぞれ
送られる。

八−光曳且豊造月 第４ａ図および第４ｂ図は、自動光軸調整作業に使用さ
れる光軸調整治具の二つの状態を示す。

第４ａ図において、この治具９２は試料台に取り付けら
れるもので、その片面には、幅２ｍｍの細長い二つの基
準平面９４．９６が形成され、その間９８は、基準平面
９４．９６よりもＱ、５ｍｍだけ低くなっている。この
治具９２を試料台に取り付けるには、基準平面９４．９
６の下半分を試料台の基準面に当接させればよく、この
とき、二つの基準平面９４．９６は、試料軸を含む平面
内に位置決めされるようになっている。

この治具９２には貫通穴１００が形成される。

この貫通穴１００は、基準平面９４．９６に対して垂直
な方向に貫通している。貫通穴１００の、貫通方向に垂
直な断面寸法は、１２ｍｍＸ２０ｍｍである。貫通穴１
００の断面寸法は、発散スリットからやって来るＸ線１
０２を何の障害もなく通過させ得るだけの大きざとなっ
ている。第４ａ図は、Ｘ線管の移動調整と２θ−ゼロの
確認をする場合の、治具９２の状態を示す。第４ｂ図は
θ＝ゼロの調整をする場合の治具９２の状態を示す。

二、　動　　１整装置の勤　手順 以下、第５図から第９図までのフローチャートを参照し
て自動光軸調整装置の動作を説明する。

第５図は自動光軸調整作業の前後の手順を示す。

自動光軸調整作業に入る前には、まず、スリット系およ
び試料台に光軸調整用の部品を取り付ける（ステップ１
０４）。すなわち、発散スリットボックスには、開き幅
０．０５ｍｍの発散スリットを取り付け、散乱防止スリ
ットボックスには、アルミニウム製の吸収板を取り付け
、受光スリットボックスには、開き幅０．１５ｍｍの受
光スリットを取り付ける。試料台には上述の光軸調整治
具９２を取り付ける。ここまでは、作業者が手動で行う
。次に、キーボードから自動光軸調整の指示を与えると
、所定のプログラムに従って自動光軸調整作業が実施さ
れる（ステップ１０６）。自動光軸調整作業が終了した
ら、作業者は、スリット系および試料台に回折測定用の
部品を取り付ける（ステップ１０８）。すなわち、発散
スリットボックスには、開き角１°の発散スリットを取
り付け、散乱防止スリットボックスには、開き角１゜の
散乱防止スリットを取り付け、受光スリットボックスに
は、開き幅Ｑ、３ｍｍの受光スリットを取り付ける。試
料台には試料板を取り付ける。

第６図は自動光軸調整手順の概要を示す。まず、θ回転
モータを早送りして試料台をθ＝−９０’の位置にする
（ステップ１１０）。こうすると、入射Ｘ線は光軸調整
治具の貫通穴を通過することになる。次に、Ｘ線管を２
０ｋＶ、５ｍＡの条件で作動させる。そして、Ｘ線シャ
ッターを開く（ステップ１１４）。それから、Ｘ線管の
移動調整（ステップ１１６）、２θ＝ゼロの確認（ステ
ップ１１８）、θ＝ゼロの調整（ステップ１２０）を順
に実施する。最後に、Ｘ線シャッターを閉じて（ステッ
プ１２２）、光軸調整が終了する。

第７ａ図から第７Ｃ図まではＸ線管の移動調整の手順を
詳細に示す。まず２θ＝−３°〜＋３゜の範囲で、Ｘ線
強度を測定しながら検出器アーム台をスキャンする（ス
テップ１２４）。そのとき、２θの値とＸ線強度を記憶
する（ステップ１２６）。次に、上述のスキャンの範囲
内にピークがあるか判定する（ステップ１２８）。ピー
クがないときは、ＣＲＴデイスプレィにエラーメツセー
ジを表示して（ステップ１３０）、自動光軸調整を中止
する。ピークがあれば、そのピークが２θ−±０．１８
°、の範囲内にあるか判定する（ステップ１３２）。な
お、本実施例ではゴニオメータ半径（試料軸３６からＸ
線焦点１６までの距！＞は１８５ｍｍであり、２θ＝０
．１８°は、Ｘ線管の移動距離ｄ＝０．５８ｍｍに対応
する。

上述の範囲内にピークが無ければＣＲＴデイスプレィに
エラーメツセージを表示して（ステップ１３４）、自動
光軸調整を中止する。ピークがこの範囲内にあれば、ピ
ーク１３５の半価幅δの２分の１を計痺し記憶する（ス
テップ１３６）。次に、ピークの位置がプラス側かマイ
ナス側かを判定する（ステップ１３８）。マイナス側の
ピーク１３７のときは、そのまま第７ｂ図の手順に進む
。

プラス側のピーク１３９のときは、ｄ＝−０，８ｍｍと
なるようにＸ線管を早送りする（ステップ１４０）。な
お、Ｘ線管は最初はｄ＝Ｑの位置にある。ｄのプラス側
とは第１図において上側のことであり、マイナス側とは
下側のことである。

このように、Ｘ線管を移動調整するときは、ピークが常
に２０のマイナス側からゼロに近付いていくようにして
おり、光軸調整の再現性を高めている。

次に、第７ｂ図で、２θ＝（０＋δ／２）°となるよう
に、検出器アーム台を早送りする（ステップ１４２）。

そして、Ｘ線管をゆっくりスキャンする（ステップ１４
４）。すると、マイナス側のピーク１３７はゆっくりと
プラス側へ移動することになり、２θ＝（０＋δ／２）
°の位置で観測していると、Ｘ線強度が徐々に大きくな
ってくる。そして、Ｘ線強度が、これまで観測された最
大強度すなわちピーク高さｈ、の４０％に達したか判定
する（ステップ１４６）。達しない場合はＸ線管の移動
を続ける。最大強度の４０％に遠したら、Ｘ線管を停止
する（ステップ１４８）。その時点で、検出器アーム台
を移動させて、２θ＝（Ｏ十δ／２）°の位置でのＸ線
強度Ｉｐと、２θ−（Ｏ−δ／２）°の位置でのＸ線強
度Ｉｍとを観測して記憶する（ステップ１５０）。次に
、Ｉｐ＆Ｉｍとの差が十分小さいことを確認する。

すなわち、（Ｉ　Ｉｐ−Ｉｍ　ｌ＞／（Ｉｐ＋Ｉｍ＞≦
０．０５を判定する（ステップ１５２）。差が十分小さ
ければ、Ｘ線管の位置調整が完了したことになり、２θ
＝ゼロの確認（ステップ１１８）に進む。その際、Ｘ線
管１４を電磁ロックで固定台５４に固定する。ＩｐとＩ
ｍとの差が十分小さくなければ、第７図Ｃに移って、Ｉ
ｎがＩｐより大きいか判定する（ステップ１５４）。ピ
ークはマイナス側から近付いてくるので、通常は、１ｍ
はＩｐより大きく、そのときは、Ｘ線管移動モータに１
パルスだけ供給して、Ｘ線管をプラス側に微小移動させ
る（ステップ１５６）。すると、ピークはわずかに２θ
のプラス側に移動し、この状態で、もう−度、第７図す
のステップ１５０に戻る。なお、光軸調整作業中にＸ線
源の強度が変化するようなときは、ステップ１５４の判
定は必ずしもＹＥＳにならない。すなわち、最大強度測
定時のＸ線源の強度と比べて、ステップ１５０の測定の
際のＸ線源の強度の方が小さくなっていると、Ｉｐの方
が１ｍより大きくなることがある。このときは、Ｘ線管
移動モータを１２パルス分だけ逆転させてやる（ステッ
プ１５８）。すなわち、ピークをマイナス側に戻してや
る。そして、再度、ステップ１５０からやり直す。いず
れにしても、最終的にはステップ１５２の判定がＹＥＳ
となって、Ｘ線管の移動調整が完了する。

次に、第８図に移って、２θ＝ゼロの確認を行う。まず
、２θ＝−０，１２°〜十０．１２°の範囲で、Ｘ線強
度を測定しながら検出器アーム台をスキャンする（ステ
ップ１６０）。そのとき記憶されたピーク・プロファイ
ルから、ピーク位置を決定し、これを記憶する（ステッ
プ１６２）。

このピーク位置のところが２０＝ゼロの位置である。し
たがって、次に検出器アーム台を回転させて、２θをピ
ーク位置のところにもってくる（ステップ１６４）。こ
れで、検出器アーム台は正確に２θ−ゼロの位置に設定
された。そして、θ＝ゼロの調整（ステップ１２０）に
移る。

第９図は、θ−ゼロの調整手順を示す。まず試料台を現
在の位置（θ＝−９０°）から＋１０’まで、早送りで
回転させ、ピークの予備測定を行う（ステップ１６６）
。次に、観測されたピーク位置の付近で、すなわちθ−
（ピーク位置±０゜０２°）の範囲で、試料台をゆっく
りスキャンする（ステップ１６Ｂ）。そして、ピーク位
置を決定しこれを記憶する（ステップ１７０）。このピ
ーク位置がθ＝ゼロの位置となる。これで、θ−ゼロの
調整が完了し、第６図のステップ１２２に戻る。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、Ｘ線源とＸ線検出器アー
ム台と試料台とをそれぞれ、Ｘ線源移動モータと２ａ回
転モータとθ回転モータとによって駆動し、これらのモ
ータを制御装置によって独立に制御できるようにしたの
で、ゴニオメータの光軸調整を自動化できる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を備えるＸ線回折装置の概略
平面図、 第２図はその一部を断面にした正面図、第３図は本発明
の一実施例の制御系のブロック図、 第４ａ図と第４ｂ図はこの実施例で使用する光軸調整治
具の二つの使用状態を示す斜視図、第５図は自動光軸調
整作業の前後の手順を示すフローチャート、 第６図は自動光軸調整の概略手順を示すフローチャート
、 第７ａ図から第７Ｃ図まではＸ線管の位置調整手順を示
すフローチャート、 第８図は２θ＝ゼロの確認手順を示すフローチャート、 第９図はθ＝ゼロの調整手順を示すフローチャートであ
る。 １４・・・Ｘ線管 ２０・・・ゴニオメータ基台 ２２・・・試料台 ２４・・・Ｘ線検出器アーム台 ２８・・・Ｘ線検出器 ４０・・・θ回転モータ ４２．４６・・・ウオームホイール ４４．４８・・・ウオーム ５０・・・２ａ回転モータ ５２・・・移動台 ５４・・・固定台 ５６・・・アリ溝 ５８・・・すべりねじ伝動機構 ６０・・・Ｘ線管移動モータ ６８・・・制御装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ゴニオメータ基台に対して移動可能なＸ線源と、前記ゴ
   ニオメータ基台に対して回転可能なＸ線検出器アーム台
   と、前記ゴニオメータ基台に対して回転可能な試料台と
   を有するＸ線回折装置において、 （ａ）Ｘ線源移動モータと、 （ｂ）２θ回転モータと、 （ｃ）θ回転モータと、 （ｄ）前記Ｘ線源移動モータの回転を前記Ｘ線源に伝達
   してこのＸ線源に直線運動をさせる第１伝動機構と、 （ｅ）前記２θ回転モータの回転を前記Ｘ線検出器アー
   ム台に伝達する第２伝動機構と、 （ｆ）前記θ回転モータの回転を前記試料台に伝達する
   第３伝動機構と、 （ｇ）Ｘ線検出器からの信号を受け取って、所定の判断
   基準に基づいて、前記Ｘ線源移動モータと前記２θ回転
   モータと前記θ回転モータとを独立に制御する制御装置
   と、 を有することを特徴とする、ゴニオメータの自動光軸調
   整装置。