JPH05288616A - X-ray residual stress measuring method - Google Patents

X-ray residual stress measuring method

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JPH05288616A
JPH05288616A JP4085733A JP8573392A JPH05288616A JP H05288616 A JPH05288616 A JP H05288616A JP 4085733 A JP4085733 A JP 4085733A JP 8573392 A JP8573392 A JP 8573392A JP H05288616 A JPH05288616 A JP H05288616A
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JP
Japan
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ray
angle
sample
incident
residual stress
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JP4085733A
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Japanese (ja)
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Kiyoshi Mase
精士 間瀬
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MC SCIENCE KK
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MC SCI KK
MC SCIENCE KK
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a residual X-ray stress measuring method which enables the reducing of the number of position sensitive type X-ray detectors mounted on an X-ray diffraction device to one while enabling the measurement of a residual stress even when a limited number of crystal grains exist in an X-ray irradiation area or there is a deviation in distribution of directions crystal lattice faces of the crystal grains. CONSTITUTION:A sample support mechanism 6 of an X-ray diffraction device 1 is provided with an irradiation area turning function to rotate a sample 3 with an optical axis of an incident X-ray beam 4 as center axis of rotation. Thus, a residual stress is determined from a deviation of a peak angle in a peak profile which is detected by a position sensitive type X-ray detector 8 at two positions of an arbitrary angle alpha and (alpha+180 deg.) as angle of rotation of the sample 3 by the irradiation area turning function.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、X線回折装置を使って
残留応力を測定するX線残留応力測定方法に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an X-ray residual stress measuring method for measuring residual stress using an X-ray diffractometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】X線回折装置を使って残留応力を測定す
るX線残留応力測定方法として、従来より sin2 ψ法が
知られている。この方法は、試料面法線と入射X線ビー
ムとのなす角度ψを変化させながらピークプロファイル
を測定し、ピーク角度の変化から残留応力を求めるもの
である。
2. Description of the Related Art The sin 2 ψ method is conventionally known as an X-ray residual stress measuring method for measuring residual stress using an X-ray diffractometer. In this method, the peak profile is measured while changing the angle ψ formed by the normal to the sample surface and the incident X-ray beam, and the residual stress is obtained from the change in the peak angle.

【0003】ところが、X線回折装置を使ってピークプ
ロファイルを測定する対象が例えば試料(多結晶試料)
上の微小領域となる場合には、X線照射領域中に存在す
る結晶粒の数が少ないこと、さらに、結晶粒の結晶格子
面の方向分布に偏りがあることなどのために、ピーク検
出の洩れのない連続した回折スペクトルを得ることがで
きなくなる虞れがあり、このような場合には、前述した
sin2 ψ法では、回折ピークが検出できないために角度
ψの変化に対するピーク角度の変化を正確に知ることが
できなくなって、残留応力が求めることができないとい
った事態が発生する虞れがある。
However, an object whose peak profile is measured using an X-ray diffractometer is, for example, a sample (polycrystalline sample).
In the case of the upper minute region, the peak detection is not performed because the number of crystal grains existing in the X-ray irradiation region is small and the direction distribution of the crystal lattice planes of the crystal grains is uneven. There is a risk that it will not be possible to obtain a continuous diffraction spectrum that does not leak.
In the sin 2 ψ method, since the diffraction peak cannot be detected, it is not possible to accurately know the change in the peak angle with respect to the change in the angle ψ, which may cause a situation in which the residual stress cannot be obtained.

【0004】そこで、このように測定対象が微小領域と
なるような場合に適したX線残留応力測定方法として、
単一入射法が提案されている。この方法は、試料面法線
と入射X線ビームとのなす角度ψを固定しておいて、デ
バイリングを前記X線フィルムあるいは2個の位置感応
型X線検出器に記録して、記録したデバイリング画像か
ら残留応力を求めるものである。
Therefore, as an X-ray residual stress measuring method suitable for the case where the object to be measured is such a minute region,
The single injection method has been proposed. In this method, the angle ψ formed by the normal to the sample surface and the incident X-ray beam is fixed, and the Debye ring is recorded on the X-ray film or two position-sensitive X-ray detectors. The residual stress is obtained from the Debye ring image.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前述した単一入射法に
よれば、測定対象が微小領域等で、X線照射領域中に存
在する結晶粒の数が少なかったり、あるいは結晶粒の結
晶格子面の方向分布に偏りがあるような場合でも、残留
応力の測定が可能であるが、従来の単一入射法では、デ
バイリングを写真撮影するために必要な露光時間によっ
て処理の高速化が困難であるとか、あるいは、二つの位
置感応型X線検出器をX線回折装置に装備するために、
X線回折装置が大型化したり、装置コストが高価になる
という欠点があった。
According to the single-incidence method described above, the number of crystal grains existing in the X-ray irradiation region is small, or the crystal lattice planes of the crystal grains are small, because the measurement target is a minute region or the like. It is possible to measure the residual stress even when there is a bias in the directional distribution of the distribution, but with the conventional single-incidence method, it is difficult to speed up the processing due to the exposure time required to take a picture of the Debye ring. Or, to equip an X-ray diffractometer with two position-sensitive X-ray detectors,
There are drawbacks that the X-ray diffractometer becomes large and the device cost becomes high.

【0006】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、X線照射領域中に存在する結晶粒の数が少なかった
り、あるいは結晶粒の結晶格子面の方向分布に偏りがあ
るような場合でも、残留応力の測定が可能であり、しか
も、X線回折装置に装備する位置感応型X線検出器を一
つで済ませることができて、装置コストの低減や装置の
コンパクト化にも適したX線残留応力測定方法を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in the case where the number of crystal grains existing in the X-ray irradiation region is small or the direction distribution of the crystal lattice planes of the crystal grains is uneven. However, it is possible to measure residual stress, and moreover, it is possible to use only one position-sensitive X-ray detector equipped in the X-ray diffractometer, which is suitable for reducing the device cost and making the device compact. It is an object of the present invention to provide an X-ray residual stress measuring method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係るX線残留応
力測定方法は、X線源と、該X線源から出力された入射
X線ビームの光路上に試料を保持して試料上のX線照射
位置を操作する試料支持機構と、前記試料からの回折X
線を検出する位置感応型X線検出器とを備えたX線回折
装置を使って残留応力を測定する。
An X-ray residual stress measuring method according to the present invention is a method for holding an X-ray source and a sample on the sample by holding the sample on the optical path of an incident X-ray beam output from the X-ray source. Sample support mechanism for operating the X-ray irradiation position and diffraction X from the sample
The residual stress is measured using an X-ray diffractometer equipped with a position-sensitive X-ray detector for detecting the rays.

【0008】具体的には、前記X線回折装置の試料支持
機構には、試料上の任意箇所を任意の角度で入射X線ビ
ームの光路上に位置させることのできる照射領域設定機
能と、前記入射X線ビームの光軸を回転中心軸として前
記試料を回転させる照射領域旋回機能とを備えておく。
Specifically, the sample support mechanism of the X-ray diffractometer has an irradiation area setting function capable of arranging an arbitrary position on the sample on the optical path of the incident X-ray beam at an arbitrary angle, and An irradiation area swirling function of rotating the sample with the optical axis of the incident X-ray beam as the rotation center axis is provided.

【0009】そして、試料面法線に対して角度ψ0 で入
射する入射X線ビームに対して、前記照射領域旋回機能
による試料の回転角が任意角度αおよび(α+180
゜)の2位置で回折X線を前記位置感応型X線検出器に
検出させ、前記任意角度αのときのピークプロファイル
と角度(α+180゜)のときのピークプロファイルと
におけるピーク角度のずれから残留応力を測定する。
Then, with respect to the incident X-ray beam that is incident at an angle ψ 0 with respect to the normal to the sample surface, the rotation angle of the sample by the irradiation region turning function is an arbitrary angle α and (α + 180).
The position-sensitive X-ray detector detects the diffracted X-rays at two positions of (°) and remains due to the difference in peak angle between the peak profile at the arbitrary angle α and the peak profile at the angle (α + 180 °). Measure stress.

【0010】[0010]

【作用】本発明に係るX線残留応力測定方法は、試料の
入射X線ビームの光軸を回転中心軸として角度αから角
度(α+180゜)まで回転させ、これらの角度αと角
度(α+180゜)の2位置でピークプロファイルの測
定を行うもので、入射X線ビームが試料面法線に対して
いかなる角度で入射したとしても、前記2位置における
ピークプロファイルのピーク角度のずれから、残留応力
を求めることができる。また、一つの試料に対して、角
度αの値を変えて、角度αと角度(α+180゜)との
2位置におけるピークプロファイルの測定を複数回繰り
返し、それによって得た複数の測定値を比較処理するこ
とによって、測定精度を高めることも容易であり、ま
た、測定値の誤差評価を行って信頼性を高めることも可
能になる。
According to the X-ray residual stress measuring method of the present invention, the optical axis of the incident X-ray beam of the sample is rotated from the angle α to the angle (α + 180 °), and the angle α and the angle (α + 180 °). ), The peak profile is measured at two positions. Even if the incident X-ray beam is incident at any angle with respect to the normal to the sample surface, the residual stress can be calculated from the deviation of the peak angle of the peak profile at the two positions. You can ask. Moreover, the value of the angle α is changed for one sample, the peak profile measurement at two positions of the angle α and the angle (α + 180 °) is repeated a plurality of times, and the plurality of measured values obtained by the comparison processing are compared. By doing so, it is easy to increase the measurement accuracy, and it is also possible to evaluate the error of the measurement value and increase the reliability.

【0011】従って、測定対象が薄膜試料上の微小領域
等で、X線照射領域中に存在する結晶粒の数が少なかっ
たり、あるいは結晶粒の結晶格子面の方向分布に偏りが
あるような場合でも、残留応力の測定が可能であると同
時に、測定値の誤差評価を行うことも可能になり、しか
も、X線回折装置に装備する位置感応型X線検出器は一
つで済ませることができて、装置コストの低減や装置の
コンパクト化を図ることもできる。
Therefore, when the object to be measured is a minute region on the thin film sample, the number of crystal grains existing in the X-ray irradiation region is small, or the direction distribution of the crystal lattice planes of the crystal grains is uneven. However, it is possible to measure the residual stress, and at the same time, it is possible to evaluate the error of the measured value. Moreover, it is possible to use only one position-sensitive X-ray detector equipped in the X-ray diffractometer. As a result, the cost of the device can be reduced and the device can be made compact.

【0012】[0012]

【実施例】図1は、本発明の一実施例のX線残留応力測
定方法に使用するX線回折装置の概略構成を示したもの
である。
EXAMPLE FIG. 1 shows a schematic structure of an X-ray diffractometer used in an X-ray residual stress measuring method according to an example of the present invention.

【0013】このX線回折装置1は、いわゆる微小焦点
型のX線源2と、このX線源2の出力するX線をコリメ
ートして試料3上の微小領域に照射する入射X線ビーム
4を生成する入射X線生成手段5と、この入射X線生成
手段5によって生成される入射X線ビーム4の光路上に
試料3を保持して試料3上のX線照射位置を操作する試
料支持機構6と、前記試料3からの回折X線7を検出す
る単一の位置感応型X線検出器8と、前記試料支持機構
6およびその他の可動部の動作を制御するとともに前記
位置感応型X線検出器8による検出結果を処理する制御
処理装置9とを備えた構成とされている。
This X-ray diffractometer 1 collimates the X-rays output from the so-called micro-focus X-ray source 2 and the incident X-ray beam 4 for irradiating a micro area on the sample 3. X-ray generating means 5 for generating the X-ray, and a sample support for holding the sample 3 on the optical path of the incident X-ray beam 4 generated by the incident X-ray generating means 5 and operating the X-ray irradiation position on the sample 3. The mechanism 6, the single position-sensitive X-ray detector 8 for detecting the diffracted X-rays 7 from the sample 3, the operation of the sample support mechanism 6 and other movable parts, and the position-sensitive X-ray A control processing device 9 for processing the detection result of the line detector 8 is provided.

【0014】そして、詳細な構造は示さないが、前記試
料支持機構6は、例えば、回転機構部および平行移動機
構部とを適宜数組合わせることによって、試料3を任意
の方向に移動および回転可能にしたもので、前記試料3
上の任意箇所を任意の角度で入射X線ビーム4の光路上
に位置させることのできる照射領域設定機能と、前記入
射X線ビーム4の光軸を回転中心軸として前記試料3を
回転させる照射領域旋回機能とを備えている。
Although the detailed structure is not shown, the sample support mechanism 6 can move and rotate the sample 3 in an arbitrary direction by, for example, appropriately combining a rotation mechanism section and a parallel movement mechanism section. Sample 3
Irradiation area setting function capable of locating an arbitrary position on the optical path of the incident X-ray beam 4 at an arbitrary angle, and irradiation for rotating the sample 3 with the optical axis of the incident X-ray beam 4 as a rotation center axis. It has a region turning function.

【0015】なお、図1において、符号10は試料3の
表面3aに直交する試料面法線、11は回折にあずかる
結晶格子面に直交する格子面法線、12は前記入射X線
ビーム4の光軸の延長線である。この延長線12は、試
料支持機構6の照射領域旋回機能が試料3を回転させる
際の回転中心軸に相当する。
In FIG. 1, reference numeral 10 is a sample plane normal line orthogonal to the surface 3a of the sample 3, 11 is a lattice plane normal line orthogonal to the crystal lattice plane involved in diffraction, and 12 is the incident X-ray beam 4. It is an extension of the optical axis. The extension line 12 corresponds to the central axis of rotation when the irradiation region turning function of the sample support mechanism 6 rotates the sample 3.

【0016】また、角度ψ0 は前記試料面法線10と入
射X線ビーム4との挟角であり、角度ηは格子面法線1
1と入射X線ビーム4との挟角(即ち、格子面法線11
と回折X線7との挟角でもある)である。
The angle ψ 0 is the angle between the sample surface normal 10 and the incident X-ray beam 4, and the angle η is the lattice surface normal 1.
1 and the incident X-ray beam 4 (that is, the lattice plane normal 11
Is also the included angle between the diffracted X-ray 7).

【0017】本発明の一実施例のX線残留応力測定方法
は、前記制御処理装置9におけるプログラム処理で前記
試料支持機構6の動作を制御して、必要な回折X線7を
前記位置感応型X線検出器8に検出させる。具体的に
は、前記入射X線ビーム4に対して、前記照射領域旋回
機能による試料3の回転角が任意角度αおよび(α+1
80゜)の2位置で回折X線7を前記位置感応型X線検
出器8に検出させ、前記任意角度αのときのピークプロ
ファイルと角度(α+180゜)のときのピークプロフ
ァイルとにおけるピーク角度のずれから残留応力を測定
するものである。以下、この一実施例の方法で、残留応
力が測定できることを説明する。
In the X-ray residual stress measuring method of one embodiment of the present invention, the operation of the sample support mechanism 6 is controlled by the program processing in the control processing unit 9 so that the necessary diffracted X-rays 7 can be detected by the position sensitive type. The X-ray detector 8 is made to detect. Specifically, with respect to the incident X-ray beam 4, the rotation angle of the sample 3 by the irradiation region turning function is an arbitrary angle α and (α + 1).
The position-sensitive X-ray detector 8 detects the diffracted X-rays 7 at two positions of 80 °), and detects the peak angle between the peak profile at the arbitrary angle α and the peak profile at the angle (α + 180 °). The residual stress is measured from the deviation. Hereinafter, it will be described that the residual stress can be measured by the method of this embodiment.

【0018】図2は、試料3上での入射X線ビーム4
と、主ひずみおよび応力との関係を定義するものであ
る。試料上の入射X線ビーム4の入射点を原点Oとし
て、この原点Oから主ひずみε1 ,ε2 ,ε3 の方向に
1 軸,X2 軸,X3 軸の3軸をとる。これらの3軸は
互いに直交しており、前記X3 軸が図1の試料面法線1
0に一致しているものとする。
FIG. 2 shows the incident X-ray beam 4 on the sample 3.
And defines the relationship between principal strain and stress. The incident point of the incident X-ray beam 4 on the sample is set as an origin O, and three axes of X 1 , X 2 , and X 3 are taken from this origin O in the directions of main strains ε 1 , ε 2 , and ε 3 . These three axes are orthogonal to each other, and the X3 axis is the sample surface normal 1 of FIG.
It is assumed to match 0.

【0019】さて、前記X1 2 平面内で、X1 軸より
φ回転したX軸方向の残留応力σfを測定するために、
XOX3 面内で、X3 軸に対して角度ψ0 傾けて入射X
線ビーム4を入射させたとする。なお、図2中の軸線O
Pは入射X線ビーム4の延長線であり、図1における軸
線12に相当している。
Now, in order to measure the residual stress σ f in the X-axis direction rotated by φ from the X 1 axis in the X 1 X 2 plane,
In the XOX 3 plane, incident with an angle ψ 0 inclined with respect to the X 3 axis X
It is assumed that the line beam 4 is incident. In addition, the axis O in FIG.
P is an extension of the incident X-ray beam 4 and corresponds to the axis 12 in FIG.

【0020】前記主ひずみε1 ,ε2 ,ε3 と、応力σ
1 ,σ2 ,σ3 との間には、次の式(1)〜(3)に示
す関係がある。
The principal strains ε 1 , ε 2 , ε 3 and the stress σ
There is a relationship shown in the following equations (1) to (3) between 1 , σ 2 and σ 3 .

【0021】[0021]

【数1】 ただし、前記式(1)〜(3)および以降に記述する式
中におけるEは弾性定数であり、またνはポアソン比で
ある。
[Equation 1] However, in the formulas (1) to (3) and the formulas described below, E is an elastic constant, and ν is a Poisson's ratio.

【0022】X線応力測定では表面層の応力を測定する
ため、一般に平面応力状態が成立するから、近似的に、
σ3 =0と見なすことができる。従って、前述の式
(1)〜(3)は、次の式(4)〜(6)とすることが
できる。
Since the stress of the surface layer is measured in the X-ray stress measurement, a plane stress state is generally established.
It can be considered that σ 3 = 0. Therefore, the above equations (1) to (3) can be converted into the following equations (4) to (6).

【0023】[0023]

【数2】 また、前記図2において、線OAは、図1における格子
面法線11を示したものである。そして、図2おける角
度ηは、図1でも示したように、格子面法線11に対す
る入射X線ビーム4および回折X線7の挟角である。
[Equation 2] Further, in FIG. 2, the line OA shows the lattice plane normal line 11 in FIG. The angle η in FIG. 2 is the included angle between the incident X-ray beam 4 and the diffracted X-ray 7 with respect to the lattice plane normal 11, as also shown in FIG. 1.

【0024】前記角度ηと、回折角2θとの間には、 180゜−2θ=2η、即ち、η=90゜−θ ……(7) の関係がある。There is a relation of 180 ° -2θ = 2η, that is, η = 90 ° -θ (7) between the angle η and the diffraction angle 2θ.

【0025】いま、試料を軸線OPの回りに角度αだけ
回転させた状態で測定している場合を検討する。この状
態で回折条件を満たしている結晶の格子面法線11は、
図2の線OAであり、これは、XOX3 平面内でX3
から角度(ψ0 +η)だけ傾いた位置にある(以下、
(ψ0 +η)=ψとして記述する)。
Now, let us consider a case where the sample is measured while being rotated around the axis OP by an angle α. In this state, the crystal plane normal 11 of the crystal satisfying the diffraction condition is
The line OA in FIG. 2 is located at a position tilted by an angle (ψ 0 + η) from the X 3 axis in the XOX 3 plane (hereinafter,
0 + η) = φ).

【0026】この時の格子面法線ベクトルは(sin ψ,
0,cos ψ)である。測定条件を、軸線OPの回りに角
度αだけ回転する前の状態に戻すと、その時の格子面法
線に対する格子面法線ベクトルは、次の式(8)で表さ
れる。
The lattice plane normal vector at this time is (sin ψ,
0, cos ψ). When the measurement condition is returned to the state before rotating about the axis OP by the angle α, the lattice plane normal vector with respect to the lattice plane normal at that time is expressed by the following equation (8).

【0027】[0027]

【数3】 そして、前記式(8)において、ψ0 −ψ=η=( 90
゜−θ) であるから、次の式(9)が成立する。
[Equation 3] Then, in the equation (8), ψ 0 −ψ = η = (90
The following equation (9) is established because of (-θ).

【0028】[0028]

【数4】 即ち、図1に示したX線回折装置1において、試料3を
角度αだけ回転して測定することは、試料3を回転しな
い状態で格子面法線ベクトル( n(α) 1 ,n( α)
2 ,n( α) 3 )を測定することと同値である。
[Equation 4] That is, in the X-ray diffractometer 1 shown in FIG. 1, when the sample 3 is rotated by the angle α and measured, the lattice plane normal vectors (n (α) 1 , n (α )
2 , n (α) 3 ) is the same value as the measurement.

【0029】いま、試料3を角度αと、角度(α+18
0゜)との一対で測定した場合について考える。角度が
(α+180゜)の時の格子面法線ベクトルを( n(
α+π) 1 ,n( α+ π) 2 ,n( α+ π) 3 )、角度
αの時の前記法線ベクトル方向のひずみをε( α) 、角
度(α+180゜)の時の法線ベクトル方向のひずみを
ε( α+ π) とすると、これらの法線ベクトル方向の各
ひずみは、次の式(10)、(11)となる。
Now, with respect to the sample 3, the angle α and the angle (α + 18
Consider the case of measurement with a pair of 0 °). When the angle is (α + 180 °), the normal vector of the lattice plane is (n (
α + π) 1 , n (α + π) 2 , n (α + π) 3 ), the strain in the direction of the normal vector at the angle α is ε (α) and the strain at the angle (α + 180 °) is When the strain in the direction of the line vector is ε (α + π), the strains in the direction of the normal vector are given by the following equations (10) and (11).

【0030】[0030]

【数5】 ここで、[ ε( α) −ε( α+ π) ] を計算すると、次
の式(12)を得ることができる。
[Equation 5] Here, by calculating [ε (α) −ε (α + π)], the following equation (12) can be obtained.

【0031】[0031]

【数6】 ここに、前述の式(4),(5),(6)と、次の式
(13)を前述の式12に代入することによって、以下
の式(14)を得ることができる。
[Equation 6] By substituting the above equations (4), (5), and (6) and the following equation (13) into the above equation 12, the following equation (14) can be obtained.

【0032】 εx =ε1 cos 2 φ+ε2 sin 2 φ ……( 13) Ε x = ε 1 cos 2 φ + ε 2 sin 2 φ (13)

【数7】 ここに、σf =σ1 cos 2 φ+σ2 sin 2 φ ……( 15) を前記式(14)に代入して、次の式(16)を得るこ
とができる。
[Equation 7] By substituting σ f = σ 1 cos 2 φ + σ 2 sin 2 φ (15) into the above equation (14), the following equation (16) can be obtained.

【0033】[0033]

【数8】 ここで、角度αの回転をした時に測定される格子面間隔
をd( α) 、角度(α+180゜)の回転をした時に測
定される格子面間隔をd( α+π) とし、無歪の状態で
の格子面間隔をd0 とする。また、結晶格子面への入射
角θは、前記角度αに対するものをθ1 、角度(α+
π)に対するものをθ2 とすると、前述のε( α) およ
びε( α+ π) は、次の式(18),(19)のように
表すことができる。
[Equation 8] Here, let d (α) be the lattice spacing measured when rotated by an angle α, and let d (α + π) be the lattice spacing measured when rotated by an angle (α + 180 °). Let d 0 be the lattice spacing. The incident angle θ to the crystal lattice plane is θ 1 for the angle α, and the angle (α +
Letting θ 2 be for π), the above ε (α) and ε (α + π) can be expressed as in the following equations (18) and (19).

【0034】[0034]

【数9】 ここに、前記式(18)、(19)においては、近似的
に、cot θ1 =cot θ2 =cot θと見なすことができる
から、次の式(20)が成立する。
[Equation 9] Here, in the equations (18) and (19), it can be approximately regarded that cot θ 1 = cot θ 2 = cot θ, and therefore the following equation (20) is established.

【0035】 ε( α) −ε( α+ π) =−cot θ・( Δθ1 −Δθ2 ) ……(20) そして、この式(20)と前述の式(16)とから、以
下の式(21)が成り立ち、この式(21)から式(2
2)を導き、( Δ2θ1 −Δ2θ2 ) :cos αの直線の
勾配K(式(23))を求めることによって、以下の式
(24)に示すように、残留応力σf を算出することが
できる。
Ε (α) −ε (α + π) = − cot θ · (Δθ 1 −Δθ 2 ) (20) Then, from this equation (20) and the above equation (16), Expression (21) is established, and from this expression (21), expression (2
2) and derive the gradient K (equation (23)) of the straight line of (Δ2θ 1 −Δ2θ 2 ): cos α to calculate the residual stress σ f as shown in the following equation (24). You can

【0036】[0036]

【数10】 以上において、試料支持機構6に装備した照射領域旋回
機能による試料3の回転角度αの値は、角度αと角度
(α+180゜)の2位置で測定ができる範囲内であれ
ば、任意の値でよい。そして、角度αの位置および角度
(α+180゜)の位置の2位置においてピークプロフ
ァイルの測定を行えば、入射X線ビーム4が試料面法線
10に対していかなる角度ψ0 で入射した場合でも、前
述の式(24)に示したように、角度αおよび角度(α
+180゜)の2位置におけるピークプロファイルにお
けるピーク角度のずれから、残留応力を求めることがで
きる。また、一つの試料に対して、角度αの値を変え
て、角度αと角度(α+180゜)との2位置における
ピークプロファイルの測定を複数回繰り返し、それによ
って得た複数の測定値を比較処理することによって、測
定精度を高めることも容易であり、また、測定値の誤差
評価を行って信頼性を高めることも可能になる。
[Equation 10] In the above, the value of the rotation angle α of the sample 3 by the irradiation region turning function provided in the sample support mechanism 6 is an arbitrary value as long as it can be measured at two positions of the angle α and the angle (α + 180 °). Good. Then, by measuring the peak profile at two positions of the angle α and the angle (α + 180 °), even if the incident X-ray beam 4 is incident on the sample surface normal 10 at any angle ψ 0 , As shown in the above equation (24), the angle α and the angle (α
The residual stress can be obtained from the deviation of the peak angle in the peak profile at the two positions (+ 180 °). Moreover, the value of the angle α is changed for one sample, the peak profile measurement at two positions of the angle α and the angle (α + 180 °) is repeated a plurality of times, and the plurality of measured values obtained by the comparison processing are compared. By doing so, it is easy to increase the measurement accuracy, and it is also possible to evaluate the error of the measurement value and increase the reliability.

【0037】従って、以上の一実施例のX線残留応力測
定方法によれば、測定対象が薄膜試料上の微小領域等
で、X線照射領域中に存在する結晶粒の数が少なかった
り、あるいは結晶粒の結晶格子面の方向分布に偏りがあ
るような場合でも、残留応力の測定が可能であると同時
に、測定値の誤差評価を行うことも可能になり、しか
も、X線回折装置に装備する位置感応型X線検出器は一
つで済ませることができて、装置コストの低減や装置の
コンパクト化を図ることもできる。
Therefore, according to the X-ray residual stress measuring method of the above-described embodiment, the object of measurement is a small area on the thin film sample, and the number of crystal grains existing in the X-ray irradiation area is small, or Even when the distribution of crystal grains in the crystal lattice plane is biased, residual stress can be measured, and at the same time, it is possible to evaluate the error of the measured value. Since only one position sensitive X-ray detector can be used, the cost of the device can be reduced and the device can be made compact.

【0038】なお、前述の一実施例では、位置感応型X
線検出器8をただ一つ装備することとした。しかし、前
述の角度αにおけるピークプロファイルの測定と角度
(α+180゜)におけるピークプロファイルの測定と
を同時に可能成らしめて、処理速度の高速化を図るため
に、X線回折装置に位置感応型X線検出器を二つ装備し
ておくことも考えられる。
In the embodiment described above, the position sensitive X
It was decided to equip only one line detector 8. However, in order to enable the measurement of the peak profile at the angle α and the measurement of the peak profile at the angle (α + 180 °) at the same time to increase the processing speed, the X-ray diffractometer detects position sensitive X-rays. It is also possible to equip two vessels.

【0039】図3は、位置感応型X線検出器を二つ装備
したX線回折装置の構成例を示したものである。この場
合、二つの位置感応型X線検出器20,21は、一方の
位置感応型X線検出器20で例えば角度αにおけるピー
クプロファイルを測定しているときには他方の位置感応
型X線検出器21で角度(α+180゜)におけるピー
クプロファイルが測定できるように、それぞれの有感面
が入射X線ビーム4を含む同一面内に位置するように、
入射X線ビーム4を挟んで配置されている。
FIG. 3 shows an example of the construction of an X-ray diffractometer equipped with two position-sensitive X-ray detectors. In this case, the two position-sensitive X-ray detectors 20 and 21 are arranged such that, when one of the position-sensitive X-ray detectors 20 is measuring a peak profile at an angle α, for example, the other position-sensitive X-ray detector 21. So that the peak profile at the angle (α + 180 °) can be measured at, so that each sensitive surface is located in the same plane containing the incident X-ray beam 4,
It is arranged so as to sandwich the incident X-ray beam 4.

【0040】なお、図3において、符号22は入射X線
ビーム4の延長線と重なる試料3の回転軸である。ま
た、図中の角度η1 ,η2 については、近似的に、次の
式(25)が成立する。
In FIG. 3, reference numeral 22 is the rotation axis of the sample 3 which overlaps the extension line of the incident X-ray beam 4. Further, for the angles η 1 and η 2 in the figure, the following equation (25) is approximately established.

【0041】 η1 =η2 =η=(90゜−θ) ……(25) そして、図中の角度ψ1 およびψ2 は、次の式(26)
および(27)に従う。 ψ1 =ψ0 −η
……(26) ψ2 =ψ0 +η ……(27) 図3のX線回折装置において、位置感応型X線検出器2
0で検出される結晶格子面法線は、前述した式(9)で
与えられる。また、位置感応型X線検出器21で検出さ
れる結晶格子面法線は、前述の式(8)において、ψの
代りにψ1 を代入し、次の式(28)の関係を用いるこ
とによって、以下の式(29)の如くとなる。
Η 1 = η 2 = η = (90 ° −θ) (25) Then, the angles ψ 1 and ψ 2 in the figure are calculated by the following formula (26).
And according to (27). ψ 1 = ψ 0 −η
(26) ψ 2 = ψ 0 + η (27) In the X-ray diffractometer of FIG. 3, the position-sensitive X-ray detector 2 is used.
The crystal lattice plane normal detected at 0 is given by the above equation (9). For the crystal lattice plane normal detected by the position-sensitive X-ray detector 21, substitute ψ 1 in place of ψ in the above formula (8) and use the relationship of the following formula (28). Thus, the following expression (29) is obtained.

【0042】 ψ−ψ0 =ψ1 −ψ0 =−η=(−90゜+θ) ……(28)Ψ−ψ 0 = ψ 1 −ψ 0 = −η = (− 90 ° + θ) (28)

【数11】 この式(29)は、前述の式(9)において角度αの代
りに(α+π)を代入して得た式と同じであるから、こ
れら二つの位置感応型X線検出器20,21において同
時期に検出したピークプロファイルのピーク角度の差か
ら、一実施例の場合と同様に、残留応力を検出すること
ができる。
[Equation 11] Since this formula (29) is the same as the formula obtained by substituting (α + π) for the angle α in the above formula (9), the same is true for these two position-sensitive X-ray detectors 20 and 21. The residual stress can be detected from the difference between the peak angles of the peak profiles detected at the same time as in the case of the first embodiment.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係るX線残留応力測定方法は、試料の入射X線ビーム
の光軸を回転中心軸として角度αから角度(α+180
゜)まで回転させ、これらの角度αと角度(α+180
゜)の2位置でピークプロファイルの測定を行うもの
で、入射X線ビームが試料面法線に対していかなる角度
で入射したとしても、前記2位置におけるピークプロフ
ァイルのピーク角度のずれから、残留応力を求めること
ができる。また、一つの試料に対して、角度αの値を変
えて、角度αと角度(α+180゜)との2位置におけ
るピークプロファイルの測定を複数回繰り返し、それに
よって得た複数の測定値を比較処理することによって、
測定精度を高めることも容易であり、また、測定値の誤
差評価を行って信頼性を高めることも可能になる。
As is apparent from the above description, the X-ray residual stress measuring method according to the present invention has an angle (α + 180) from the angle α with the optical axis of the incident X-ray beam of the sample as the rotation center axis.
Rotate to the angle α and angle (α + 180)
The peak profile is measured at two positions of (°), and even if the incident X-ray beam is incident at any angle with respect to the normal to the sample surface, the residual stress can be calculated from the deviation of the peak angle of the peak profile at the two positions. Can be asked. Moreover, the value of the angle α is changed for one sample, the peak profile measurement at two positions of the angle α and the angle (α + 180 °) is repeated a plurality of times, and the plurality of measured values obtained by the comparison processing are compared. By,
It is easy to improve the measurement accuracy, and it is also possible to evaluate the error of the measurement value and improve the reliability.

【0044】従って、測定対象が薄膜試料上の微小領域
等で、X線照射領域中に存在する結晶粒の数が少なかっ
たり、あるいは結晶粒の結晶格子面の方向分布に偏りが
あるような場合でも、残留応力の測定が可能であると同
時に、測定値の誤差評価を行うことも可能になり、しか
も、X線回折装置に装備する位置感応型X線検出器は一
つで済ませることができて、装置コストの低減や装置の
コンパクト化を図ることもできる。
Therefore, when the object to be measured is a minute area on the thin film sample, the number of crystal grains existing in the X-ray irradiation area is small, or the direction distribution of the crystal lattice planes of the crystal grains is uneven. However, it is possible to measure the residual stress, and at the same time, it is possible to evaluate the error of the measured value. Moreover, it is possible to use only one position-sensitive X-ray detector equipped in the X-ray diffractometer. As a result, the cost of the device can be reduced and the device can be made compact.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例で使用するX線回折装置の構
成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an X-ray diffractometer used in an embodiment of the present invention.

【図2】一実施例における作用説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of the operation in one embodiment.

【図3】本発明の応用例の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of an application example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 X線回折装置 2 X線源 3 試料 3a 表面 4 入射X線ビーム 6 試料支持機構 7 回折X線 8 位置感応型X線検出器 10 試料面法線 11 格子面法線 12 軸線 1 X-ray diffractometer 2 X-ray source 3 Sample 3a Surface 4 Incident X-ray beam 6 Sample support mechanism 7 Diffractive X-ray 8 Position-sensitive X-ray detector 10 Sample surface normal 11 Lattice surface normal 12 Axes

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 X線源と、該X線源から出力された入射
X線ビームの光路上に試料を保持して試料上のX線照射
位置を操作する試料支持機構と、前記試料からの回折X
線を検出する位置感応型X線検出器とを備えたX線回折
装置を使って残留応力を測定するX線残留応力測定方法
であって、 前記X線回折装置の試料支持機構には、試料上の任意箇
所を任意の角度で入射X線ビームの光路上に位置させる
ことのできる照射領域設定機能と、前記入射X線ビーム
の光軸を回転中心軸として前記試料を回転させる照射領
域旋回機能とを備えておき、 試料面法線に対して角度ψ0 で入射する入射X線ビーム
に対して、前記照射領域旋回機能による試料の回転角が
任意角度αおよび(α+180゜)の2位置で回折X線
を前記位置感応型X線検出器に検出させ、前記任意角度
αのときのピークプロファイルと角度(α+180゜)
のときのピークプロファイルとにおけるピーク角度のず
れから残留応力を測定することを特徴とするX線残留応
力測定方法。
1. An X-ray source, a sample support mechanism for holding a sample on an optical path of an incident X-ray beam output from the X-ray source, and operating an X-ray irradiation position on the sample, and a sample support mechanism from the sample. Diffraction X
An X-ray residual stress measuring method for measuring residual stress using an X-ray diffractometer equipped with a position-sensitive X-ray detector for detecting X-rays, comprising: a sample support mechanism of the X-ray diffractometer; Irradiation area setting function capable of locating an arbitrary position on the optical path of the incident X-ray beam at an arbitrary angle, and irradiation area swiveling function of rotating the sample with the optical axis of the incident X-ray beam as a rotation center axis With respect to the incident X-ray beam which is incident at an angle ψ 0 with respect to the normal to the sample surface, the rotation angle of the sample by the irradiation region turning function is at two positions of arbitrary angles α and (α + 180 °). The position-sensitive X-ray detector detects diffracted X-rays, and the peak profile and angle (α + 180 °) at the arbitrary angle α
An X-ray residual stress measuring method, characterized in that the residual stress is measured from the deviation of the peak angle from the peak profile at the time.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014190899A (en) * 2013-03-28 2014-10-06 Pulstec Industrial Co Ltd X-ray diffraction measurement equipment and x-ray diffraction measurement system
CN110715946A (en) * 2019-09-19 2020-01-21 西安交通大学 Single crystal stress tensor measurement method based on monochromatic X-ray diffraction
CN113125480A (en) * 2019-12-27 2021-07-16 科德尔科股份公司 Mineral analysis system for copper concentrate
DE102022130253A1 (en) 2021-11-18 2023-05-25 Rigaku Corporation Correction amount specifying device, method, program and JIG

Cited By (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014190899A (en) * 2013-03-28 2014-10-06 Pulstec Industrial Co Ltd X-ray diffraction measurement equipment and x-ray diffraction measurement system
CN110715946A (en) * 2019-09-19 2020-01-21 西安交通大学 Single crystal stress tensor measurement method based on monochromatic X-ray diffraction
CN113125480A (en) * 2019-12-27 2021-07-16 科德尔科股份公司 Mineral analysis system for copper concentrate
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