WO2014076974A1

WO2014076974A1 - 回折環形成装置及び回折環形成システム

Info

Publication number: WO2014076974A1
Application number: PCT/JP2013/051604
Authority: WO
Inventors: 洋一丸山
Original assignee: パルステック工業株式会社
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2014-05-22
Also published as: JP5835191B2; JP2014098677A

Abstract

　回折環形成装置は、測定対象物ＯＢに向けてＸ線を出射するＸ線出射器１０と、中央にＸ線を通過させる貫通孔が形成されたテーブル１６と、テーブル１６に取付けられて、中央部にてＸ線を通過させるとともに、測定対象物ＯＢにて回折したＸ線の回折光を受光する受光面を有し、回折光の像である回折環を記録するイメージングプレート１５とを備えている。Ｘ線出射器１０からＸ線が出射されていない状態で、ＬＥＤ光源４４は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線と同一経路であって、一対の小さな径の貫通孔を介してＬＥＤ光を出射することにより、可視光である平行光を測定対象物ＯＢに出射する。

Description

回折環形成装置及び回折環形成システム

　本発明は、イメージングプレートの表面に形成されたＸ線回折環に基づいて測定対象物の残留応力を測定するために、測定対象物にＸ線を照射して、測定対象物で回折したＸ線によりイメージングプレートの表面にＸ線回折環を形成する回折環形成装置と、回折環形成装置を含む回折環形成システムに関する。

　従来から、例えば下記特許文献１，２に示されているように、イメージングプレートの表面に形成されたＸ線回折環（以下、回折環という）に基づいて測定対象物の残留応力を測定するＸ線回折測定装置（回折環形成装置を含むＸ線回折測定装置）及びＸ線回折測定方法はよく知られている。この種のＸ線回折測定装置及びＸ線回折測定方法においては、Ｘ線出射器から出射されたＸ線を所定の角度で測定対象物に照射し、測定対象物で回折したＸ線（以下、回折Ｘ線という）を、感光性を有するイメージングプレートで受光し、イメージングプレートに形成された環状の回折環の形状を測定する。そして、測定した回折環の形状をｃｏｓα法により分析して、測定対象物の残留応力を計算するようにしている。

特開２００５－２４１３０８号公報特開２０１１－２７５５０号公報

　上記のようなｃｏｓα法によるＸ線回折測定装置及びＸ線回折測定方法において、測定対象物の測定箇所である所定位置の残留応力を求めるには、Ｘ線が測定対象物の所定位置に的確に照射されるようにする必要がある。また、測定対象物の表面における所定方向の残留応力を求めるには、Ｘ線出射器から出射された出射Ｘ線（すなわち、測定対象物に照射される照射Ｘ線）を測定対象物の表面に投影させた直線方向が、所定方向になっている必要がある。なお、この出射Ｘ線（照射Ｘ線）を測定対象物に投影させた直線方向とは、厳密には、Ｘ線の照射位置における測定対象物の表面の法線と出射Ｘ線（照射Ｘ線）の光軸を含む平面が測定対象物の表面と交差する直線の方向を意味する。この明細書では、前記交差する直線の方向を、単に、出射Ｘ線（又は照射Ｘ線）を測定対象物に投影させた直線方向ということにする。さらに、このｃｏｓα法によるＸ線回折測定において、回折環の形状から測定対象物の残留応力を求めるには、出射Ｘ線の光軸とＸ線の照射位置における測定対象物の表面の法線とがなす角度φ（以下、出射Ｘ線の入射角度φという）と、測定対象物におけるＸ線の照射点からイメージングプレートまでの距離Ｌ（すなわち、Ｘ線の照射位置からイメージングプレートまでの垂直方向の距離Ｌ）を求めておく必要がある。

　上記特許文献１に示されているＸ線回折測定装置のように、Ｘ線回折測定装置と測定対象物の位置関係が固定されており、照射Ｘ線と測定対象物の表面の位置関係が常に一定であれば、Ｘ線を測定対象物の所定位置に照射することは容易であり、照射Ｘ線の光軸を測定対象物の表面に投影させた直線方向は常に予め設定された方向である。また、入射角度φと距離Ｌを予め求めておけば、それらの値を使用し続けることで、設定された方向の残留応力を求めることができる。

　しかしながら、種々な測定対象物の残留応力を測定したい場合には、照射Ｘ線と測定対象物の表面との位置関係は様々に変化し、Ｘ線回折測定装置と測定対象物との位置関係を固定することは非常に困難である。そのような場合には、Ｘ線の照射位置を測定対象物の所定位置に設定し、照射Ｘ線の光軸を測定対象物の表面に投影させた直線方向を所定方向に設定することは困難である。さらに、入射角度φと距離Ｌが所定値になるように設定するか、入射角度φと距離Ｌを特別な装置を用いて検出しなければならず、測定を行うのに手間、時間等がかかるという問題がある。

　本発明は上記問題を解決するためになされたもので、その目的は、残留応力を測定するための回折環をイメージングプレートに形成する際に、種々の測定対象物に対して、Ｘ線の照射位置を測定対象物の所定位置に簡単に設定できるようにするとともに、照射Ｘ線の光軸を測定対象物の表面に投影させた直線方向を所定方向に簡単に設定できるようにした回折環形成装置及び回折環形成システムを提供することにある。また、測定対象物におけるＸ線の照射点からイメージングプレートまでの距離を予め定めた所定距離になるように簡単に設定できるようにするか、測定対象物におけるＸ線の照射点からイメージングプレートまでの距離を簡単に検出できるようにした回折環形成装置及び回折環形成システムを提供することもある。さらに、出射Ｘ線の測定対象物の表面に対する入射角度を所定角度に簡単に設定できるようにするか、出射Ｘ線の測定対象物の表面に対する入射角度を簡単に検出できるようにした回折環形成装置及び回折環形成システムを提供することにもある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、後述する実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、この実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

　上記目的を達成するために、本発明の特徴は、測定対象物（ＯＢ）に向けてＸ線を出射するＸ線出射器１０と、中央にＸ線を通過させる貫通孔（１６ａ）が形成されたテーブル（１６）と、テーブルに取付けられて、中央部にてＸ線を通過させるとともに、測定対象物にて回折したＸ線の回折光を受光する受光面を有し、回折光の像である回折環を記録するイメージングプレート（１５）とを備えた回折環形成装置において、Ｘ線出射器からＸ線が出射されていない状態で、Ｘ線出射器から出射されるＸ線と光軸を同一にした平行光である可視光を測定対象物に出射する可視光出射器（４４，２８，１８ａ）を設けたことことにある。

　この場合、可視光出射器は、例えば、可視光を出射する可視光光源（４４）を有し、可視光光源から出射された可視光を小さな径の通路（２８，１８ａ）を通過させることにより、平行光を形成するものであり、Ｘ線出射器から出射されたＸ線も前記通路を通過させるとよい。より具体的には、例えば、可視光光源からの可視光を、長い通路長を有する一つの小さな径の通路を通過させるようにしてもよいし、それぞれ離間した２つ以上の小さな径の通路を通過させるようにしてもよい。

　上記のように構成した本発明においては、可視光出射器が、Ｘ線出射器からＸ線が出射されていない状態で、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸と同一の光軸を有する平行光である可視光を測定対象物に出射する。これにより、測定対象物には視覚確認可能な照射点が形成され、この照射点を視覚確認しながら、照射点が測定対象物の残留応力の測定箇所すなわち測定対象物の所定位置となるように、測定対象物の表面に平行な各種方向に、回折環形成装置又は測定対象物を移動させることにより、すなわち前記各種方向における回折環形成装置と測定対象物との相対位置を調整することにより、可視光すなわちＸ線の照射位置を測定対象物の所定位置に簡単に設定することができる。また、可視光すなわちＸ線の光軸を測定対象物の表面に投影させた直線方向は、Ｘ線出射器の出射口の位置と、テーブル及びイメージングプレートの貫通孔の位置とから、視覚的に判断できるので、測定対象物の表面の法線を回転軸として、回折環形成装置又は測定対象物を回転させることにより、すなわち前記法線を回転軸にした回転方向に回折環形成装置と測定対象物との相対回転位置を調整することにより、可視光すなわちＸ線の光軸を測定対象物の表面に投影させた直線方向を、測定対象物に対して所定方向に簡単に設定できる。

　なお、測定対象物の表面の面積が大きい、測定対象物の表面が方向性を認識できにくい形状（例えば、円）であるなどの理由により、測定対象物の表面における所定位置又は測定対象物に対する所定方向を視認できなかったり、前記視認が難しかったりする場合には、測定対象物の表面に、所定位置を示すマーク（例えば、所定位置を囲む枠）を表記したり、測定対象物に対する所定方向を示すマーク（例えば、直線）を表記したりして、測定対象物の表面における所定位置又は測定対象物に対する所定方向を視認できるようにしておけばよい。その結果、前記本発明の特徴によれば、測定対象物の厚さがほぼ一定であれば、Ｘ線出射器によるＸ線の出射により、測定対象物の表面の所定位置で回折されたＸ線による回折像をイメージングプレートに的確に形成でき、所定方向における残留応力を求めることができる。

　また、本発明の他の特徴は、さらに、前記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（４８）、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（４９）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、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（９３）とを設けたことにある。

　これによれば、前記可視光の照射点を含む領域の画像を表示する表示器の画面を見ながら、前記場合と同様に、測定対象物の表面に平行な各種方向における回折環形成装置と測定対象物との相対位置の調整、及び測定対象物の表面の法線を回転軸にした回転方向における相対回転位置の調整により、可視光すなわちＸ線の照射位置を測定対象物の所定位置に簡単に設定できるとともに、可視光すなわちＸ線の光軸を測定対象物の表面に投影させた直線方向を、測定対象物の所定方向に簡単に設定できる。

　なお、Ｘ線の照射位置の設定においては、測定対象物の表面の面積が小さくて、表示器の画面上に測定対象物ＯＢの全体の画像が表示されており、測定対象物の所定位置を表示器の画面上で視認できれば、作業者は画面上の前記表示に基づいて可視光すなわちＸ線の照射位置を測定対象物の表面の所定位置に設定すればよい。しかし、表示器の画面上に測定対象物ＯＢの全体の画像が表示されなかったり、測定対象物ＯＢの全体の画像が表示されていても、測定対象物の表面の面積が大きかったりして、測定対象物の所定位置が視認できなかったり、前記視認が難しい場合には、測定対象物の表面に、所定位置を示すマーク（例えば、所定位置を囲む枠）を表記して、測定対象物の表面における所定位置を視認できるようにしておけばよい。

　また、測定対象物の表面の面積が小さく、表示器の画面上に測定対象物ＯＢの全体の画像が表示されており、測定対象物における所定方向を表示器の画面上で視認できれば、例えば測定対象物の外形から測定対象物における所定方向を表示器の画面上で視認できれば、作業者は、画面上の表示に基づいて、可視光すなわちＸ線の光軸を測定対象物の表面に投影させた直線方向を、測定対象物における所定方向に設定すればよい。しかし、表示器の画面上に測定対象物ＯＢの全体の画像が表示されなかったり、測定対象物ＯＢの全体の画像が表示されていても、測定対象物の表面の面積が大きい、表面が方向性を認識できにくい形状（例えば、円）であるなどの理由により、測定対象物における所定方向を視認できなかったり、前記視認が難しかったりする場合には、測定対象物の表面に、測定対象物に対する所定方向を示すマーク（例えば、直線）を表記したりして、測定対象物における所定方向を視認できるようにしておけばよい。

　また、可視光すなわちＸ線の光軸を測定対象物の表面に投影させた直線方向を、表示器における画面における方向（例えば、縦方向又は横方向）から視認できれば、前記測定対象物に対する所定方向を、画面上の所定の方向（例えば、縦方向又は横方向）に設定することにより、可視光すなわちＸ線の光軸を測定対象物の表面に投影させた直線方向を、測定対象物に対する所定方向に設定できる。しかし、表示器の画面上に、測定対象物の画像とは独立して、可視光すなわちＸ線の光軸を測定対象物の表面に投影させた直線方向を示す表示マーク（例えば、直線）を表示しておけば、前記測定対象物における所定方向を前記表示マークに合わせることによって、さらに簡単に、可視光すなわちＸ線の光軸を測定対象物の表面に投影させた直線方向を、測定対象物における所定方向に設定できる。

　その結果、前記本発明の他の特徴によっても、測定対象物の厚さがほぼ一定であれば、Ｘ線出射器によるＸ線の出射により、測定対象物の表面の所定位置で回折されたＸ線による回折像をイメージングプレートに的確に形成でき、所定方向における残留応力を求めることができる。また、前記可視光による測定対象物上の照射位置の直接的な視覚確認に比べて、可視光すなわちＸ線の照射位置及び可視光すなわちＸ線の光軸を測定対象物の表面に投影させた直線方向の設定を、簡単かつ精度よく行える。

　また、本発明の他の特徴は、表示器は、測定対象物における可視光の照射点からイメージングプレートまでの距離（すなわち、可視光の照射点からイメージングプレートまでの垂直方向の距離）が所定距離であるとき、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ようにしたことにある。

　前記本発明の他の特徴においては、測定対象物における可視光の照射点からイメージングプレートまでの距離が所定距離であれば、結像レンズによる結像により、撮像器の所定位置に可視光の照射点は撮像され、表示器の表示画面上においても所定位置に可視光の照射点は表示される。一方、測定対象物における可視光の照射点からイメージングプレートまでの距離が前記所定距離でなければ、撮像器における前記所定位置とは異なる位置に可視光の照射点は撮像されて、表示器の表示画面上においても前記所定位置とは異なる位置に可視光の照射点は表示される。この所定位置が照射点基準位置であり、作業者は、前記可視光の照射点を含む領域の画像を表示する表示器の画面を見ながら、表示器による表示画面上で、照射点の画像上の位置が照射点基準位置に合致するように、測定対象物の表面の垂直方向に、回折環形成装置又は測定対象物を移動させることにより、回折環形成装置と測定対象物との前記垂直方向の相対位置を調整する。その結果、照射点の画像上の位置が照射点基準位置に合致すれば、可視光の照射点からイメージングプレートまでの距離が所定距離に設定されたことになる。なお、前述した測定対象物の表面に平行な各種方向における位置調整及び測定対象物の表面の法線を回転軸にした回転方向における回転調整により、Ｘ線の照射位置は測定対象物の所定位置に設定されるとともに、Ｘ線の光軸を測定対象物の表面に投影させた直線方向は測定対象物に対して所定方向に設定されている場合、前記垂直方向の位置調整により、測定対象物における可視光の照射点は前記所定方向に若干移動する。したがって、この場合には、前記所定方向における回折環形成装置と測定対象物の相対位置を若干調整する必要がある。

　その結果、前記本発明の他の特徴によれば、測定対象物におけるＸ線の照射点からイメージングプレートまでの距離が所定距離に設定されるので、測定対象物の所定位置の残留応力の計算のために、測定対象物におけるＸ線の照射点からイメージングプレートまでの距離を検出する必要がなくなるとともに、前記距離を簡単かつ精度よく取得できる。

　また、本発明の他の特徴は、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、撮像器は前記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し、さらに、表示器は、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角度であるとき、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、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にある。

　前記本発明の他の特徴においては、測定対象物に照射される可視光は平行光であるので、測定対象物の照射点において多少散乱するが、略平行光である反射光が測定対象物の照射点で発生する。この反射光は結像レンズによって集光され、この集光された反射光は撮像器上に受光点を形成し、撮像器はこの受光点を撮像するので、表示器の表示画面上においても受光点が表示される。この場合、測定対象物の照射点から出射される反射光は、測定対象物に照射される可視光の光軸と、測定対象物の照射点を通る測定対象物の表面の法線とを含む測定対象物の表面に対して垂直な平面内であって、前記法線を中心にして前記測定対象物に照射される可視光の光軸と対称な位置にある。したがって、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角度であれば、撮像器の所定位置に受光点は撮像され、表示器の表示画面上においても所定位置に受光点は表示される。一方、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前記所定角度でなければ、撮像器における前記所定位置とは異なる位置に受光点は撮像されて、表示器の表示画面上においても前記所定位置とは異なる位置に受光点は表示される。

　この所定位置が受光点基準位置であり、作業者は、受光点を含む領域の画像を表示する表示器の画面を見ながら、表示器による表示画面上で、受光点の画像上の位置が受光点基準位置に合致するように、回折環形成装置又は測定対象物を回転させて、例えば、回折環形成装置又は測定対象物を測定対象物における可視光の照射点を中心に測定対象物の表面の法線に垂直な少なくとも２つの軸周りに回転させて、測定対象物の表面の法線に対する可視光の光軸の角度を調整する。その結果、受光点の画像上の位置が受光点基準位置に合致すれば、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角度に設定されたことになる。

　その結果、前記本発明の他の特徴によれば、測定対象物に照射される可視光の測定対象物の照射点を通る測定対象物の法線に対する角度が所定角度に設定され、測定対象物の所定位置の残留応力の計算のために、測定対象物におけるＸ線の測定対象物に対する入射角度を検出する必要がなくなるとともに、前記入射角度を簡単かつ精度よく取得できる。

　また、本発明の他の特徴は、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、撮像器は前記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し、さらに、カメラを、測定対象物における可視光の照射点からイメージングプレートまでの距離（すなわち、可視光の出射点からイメージングプレートまでの垂直方向の距離）が所定距離であるときに撮像器によって撮像される照射点の撮像位置と、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角度であるときに撮像器によって撮像される受光点の撮像位置とが一致するように構成しておき、表示器は、前記撮像位置を一致させた照射点及び受光点の画像上の位置を基準位置として、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。

　前記本発明の他の特徴においては、作業者は、照射点及び受光点を含む領域の画像を表示する表示器の画面を見ながら、表示器による表示画面上で、照射点及び受光点の画像上の位置が基準位置に共に合致し、照射点が測定対象物の表面の所定位置に合致するように、測定対象物の表面の平行方向及び垂直方向に、回折環形成装置又は測定対象物を移動させて、回折環形成装置と測定対象物との前記平行方向及び垂直方向の相対位置を調整するとともに、回折環形成装置又は測定対象物を回転させて、例えば回折環形成装置又は測定対象物を測定対象物における可視光の照射点を中心に回転させて、測定対象物の表面の法線に対する可視光の光軸の角度を調整する。これによれば、前述した場合と同様に、測定対象物におけるＸ線の照射点からイメージングプレートまでの距離が所定距離に設定されるとともに、測定対象物に照射される可視光の測定対象物の照射点を通る測定対象物の法線に対する角度が所定角度に設定される。その結果、前記本発明の他の特徴によれば、測定対象物におけるＸ線の出射点からイメージングプレートまでの距離、及び測定対象物におけるＸ線の測定対象物に対する入射角度を検出する必要がなくなるとともに、前記距離及び入射角度を簡単かつ精度よく取得できる。

　また、本発明の他の特徴は、撮像信号を基に撮像器によって撮像された照射点の撮像位置を検出し、撮像器によって撮像される照射点の撮像位置と、照射点からイメージングプレートまでの距離との関係に基づいて、前記検出した照射点の撮像位置を用いて照射点からイメージングプレートまでの距離を導出する距離導出手段（９１）を設けたことにある。

　測定対象物における可視光の照射点からイメージングプレートまでの距離が所定距離であれば、前述のように、結像レンズによる結像により、撮像器の所定位置に可視光の照射位置が撮像される。一方、可視光の照射点からイメージングプレートまでの距離が前記所定距離でないときには、撮像器における可視光の照射点は前記所定位置からずれて撮像される。この可視光の照射点の前記所定位置からのずれ量は、可視光の照射点からイメージングプレートまでの距離と１対１の関係にあるので、撮像器における可視光の照射点の位置が特定されれば、３角測量の原理により、可視光の照射点からイメージングプレートまでの距離を計算できる。したがって、前記本発明の他の特徴によれば、距離導出手段により、可視光の照射点からイメージングプレートまでの距離が簡単かつ精度よく取得できる。

　また、本発明の他の特徴は、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、撮像器は前記集光された反射光の受光点も撮像し、かつカメラは前記受光点を表す撮像信号も出力し、さらに、撮像信号を基に撮像器によって撮像された受光点の撮像位置を検出し、撮像器によって撮像された受光点の撮像位置と、可視光出射器から出射される可視光の測定対象物の表面の法線に対する角度との関係に基づいて、前記検出した受光点の撮像位置を用いて可視光出射器から出射される可視光の測定対象物の表面の法線に対する角度を導出する角度導出手段（９１）を設けたことにある。

　可視光出射器から出射される可視光の測定対象物の表面の法線に対する角度が所定角度であれば、前述のように、結像レンズによる集光により、撮像器の所定位置に可視光の受光点が撮像される。一方、可視光の測定対象物の表面の法線に対する角度が前記所定角度でないときには、撮像器における可視光の受光点は前記所定位置からずれて撮像される。この可視光の受光点の前記所定位置からのずれ量は、可視光の照射点からイメージングプレートまでの距離が一定であれば、前記可視光の測定対象物の表面の法線に対する角度と１対１の関係にあるので、撮像器における可視光の受光点の位置が特定されれば、可視光の測定対象物の表面の法線に対する角度を計算できる。したがって、前記本発明の他の特徴によれば、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になるように調整した状態において、又は測定対象物の厚さがほぼ一定であるため常に可視光の照射点からイメージングプレートまでの距離が一定である状態において、角度導出手段により、可視光の測定対象物の表面の法線に対する角度が導出され、可視光とＸ線は同軸であるので、前記角度を簡単かつ精度よく取得できる。

　さらに、本発明の他の特徴は、前述した回折環形成装置を備え、さらに、測定対象物を載置するためのステージを有し、ステージの回折環形成装置に対する位置を調整可能とする対象物セット装置を備えたことにある。この場合、ステージの回折環形成装置に対する位置は、例えば、直交する３軸方向の相対位置及び前記３軸方向のうちの少なくとも２軸周りの相対回転位置である。

　この本発明の他の特徴によれば、ステージの位置を調整すれば、測定対象物の回折環形成装置に対する位置を簡単に調整できる。

　さらに、本発明の実施にあたっては、回折環形成装置に限定されるものではなく、回折環形成装置を用いたＸ線による回折環の形成方法の発明としても実施し得るものである。

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線が通過する部分を拡大して示す部分断面図である。図１のプレート部分の拡大斜視図である。Ｘ線回折測定装置を用いて、測定対象物の残留応力を測定するまでの工程図である。 (Ａ)はステージのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置調整を説明するための図であり、(Ｂ)は前記位置調整時の画像を示す図である。 (Ａ)はステージのＸ，Ｙ軸周りの傾き調整を説明するための図であり、(Ｂ)は前記傾き調整時の画像を示す図である。 (Ａ)はステージのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置及びＸ，Ｙ軸周りの傾きの微調整を説明するための図であり、(Ｂ)は前記微調整時の画像を示す図である。

　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３を用いて説明する。このＸ線回折測定システムは、測定対象物ＯＢの残留応力を測定及び評価するために、Ｘ線を測定対象物ＯＢに照射するとともに、Ｘ線の照射によって測定対象物ＯＢからの出射される回折Ｘ線により形成される回折環の形状を検出する。なお、本実施形態では、測定対象物ＯＢは鉄製の板状部材である。

　Ｘ線回折測定装置は、Ｘ線を出射するＸ線出射器１０、回折Ｘ線による回折環が形成されるイメージングプレート１５を取り付けるためのテーブル１６と、テーブル１６を回転及び移動させるテーブル駆動機構２０と、イメージングプレート１５に形成された回折環の形状を測定するためのレーザ検出装置３０と、これらのＸ線出射器１０、イメージングプレート１５、テーブル１６、テーブル駆動機構２０及びレーザ検出装置３０を収容するケース５０とを備えている。そして、Ｘ線回折測定システムは、前記Ｘ線回折測定装置とともに、測定対象物ＯＢがセットされる対象物セット装置６０、コンピュータ装置９０及び高電圧電源９５を備えている。また、ケース５０内には、Ｘ線出射器１０、テーブル１６、テーブル駆動機構２０及びレーザ検出装置３０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においてケース５０外に示された２点鎖線で示された各種回路は、ケース５０内の２点鎖線内に納められている。なお、図１及び図２においては、回路基板、電線、固定具、空冷ファンなどは省略されている。

　ケース５０は、略直方体状に形成されるとともに、底面壁５０ａと側面壁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を有するように形成されている。ケース５０の上面壁５０ｄには、ケース５０を持ち運ぶための取っ手５１が設けられている。このケース５０の図示裏側の側面壁には、支持ロッド５２（図１では省略）に固定される固定具が設けられており、ケース５０は、切欠き部壁５０ｃが対象物セット装置６０の上面に対向するように、図示傾斜状態で支持ロッド５２に固定される。支持ロッド５２は、設置面上に載置された平板状に形成された設置プレート５３上に立設固定されている。

　対象物セット装置６０は、いわゆるゴニオメータで構成されており、測定対象物ＯＢが載置されるステージ６１を、図示Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向にそれぞれ移動させるとともに、図示Ｘ軸及びＹ軸周りに回動（傾斜）させるものである。設置面上に載置された平板状に形成された設置プレート６２上に、高さ調整機構６３、第１乃至第５プレート６４～６８及びステージ６１がそれぞれ下から上に順に載置されている。高さ調整機構６３は、操作子６３ａを有し、操作子６３ａの回動操作により第１プレート６４を設置プレート６２に対して上下動（すなわちＺ軸方向に移動）させて、設置プレート６２と第１プレート６４間の垂直距離を変更することにより第１プレート６４の高さすなわちステージ６１の高さを変更する。

　第２プレート６５には操作子６５ａが組み付けられており、操作子６５ａの回動操作により、図示しない機構を介して第３プレート６６が第２プレート６５に対してＹ軸周りに回動されて、第３プレート６６の第２プレート６５に対するＹ軸周りの傾斜角すなわちステージ６１のＹ軸周りの傾斜角が変更される。第３プレート６６には操作子６６ａが組み付けられており、操作子６６ａの回動操作により、図示しない機構を介して第４プレート６７が第３プレート６６に対してＸ軸周りに回動されて、第４プレート６７の第３プレート６６に対するＸ軸周りの傾斜角すなわちステージ６１のＸ軸周りの傾斜角が変更される。第４プレート６７には操作子６７ａが組み付けられており、操作子６７ａの回動操作により、図示しない機構を介して第５プレート６８が第４プレート６７に対してＸ軸方向に移動されて、第５プレート６８の第４プレート６７に対するＸ軸方向の位置すなわちステージ６１のＸ軸方向の位置が変更される。第５プレート６８には操作子６８ａが組み付けられており、操作子６８ａの回動操作により、図示しない機構を介してステージ６１が第５プレート６８に対してＹ軸方向に移動されて、ステージ６１の第５プレート６８に対するＹ軸方向の位置すなわちステージ６１のＹ軸方向の位置が変更される。

　Ｘ線出射器１０は、長尺状に形成され、ケース５０内の上部にて図示左右方向に延設されてケース５０に固定されており、高電圧電源９５からの高電圧の供給を受け、Ｘ線制御回路７１により制御されて、Ｘ線を下方（図示左下方向）に向けて出射する。Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸の垂直方向に対する角度（Ｘ線の入射角度φ）が所定角度φｏとなるように、ケース５０が支持ロッド５２に対して組み付けられるとともに、Ｘ線出射器１０の出射口１１の向きが設定されている。この所定角度φｏは、例えば３０度乃至４５度の範囲内の所定角度である。

　Ｘ線制御回路７１は、後述するコンピュータ装置９０を構成するコントローラ９１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９５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７１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の温度が一定に保たれる。

　テーブル駆動機構２０は、Ｘ線出射器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は、フィードモータ２２及びスクリューロッド２３により、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸と測定対象物ＯＢの法線とが成す平面内であって、前記Ｘ線の光軸に垂直な方向に移動可能となっている。フィードモータ２２は、テーブル駆動機構２０内に固定されていてケース５０に対して移動不能となっている。スクリューロッド２３は、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸に垂直な方向に延設されていて、その一端部がフィードモータ２２の出力軸に連結されている。スクリューロッド２３の他端部は、テーブル駆動機構２０内に設けた軸受部２４に回転可能に支持されている。また、移動ステージ２１は、それぞれテーブル駆動機構２０内にて固定された、対向する１対の板状のガイド２５，２５により挟まれていて、スクリューロッド２３の軸線方向に沿って移動可能となっている。すなわち、フィードモータ２２を正転又は逆転駆動すると、フィードモータ２２の回転運動が移動ステージ２１の直線運動に変換される。フィードモータ２２内には、エンコーダ２２ａが組み込まれている。エンコーダ２２ａは、フィードモータ２２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開始する。測定開始直後において、フィードモータ制御回路７３は、フィードモータ２２を駆動して移動ステージ２１をフィードモータ２２側へ移動させる。位置検出回路７２は、エンコーダ２２ａから出力されるパルス列信号が入力されなくなると、移動ステージ２１が移動限界位置に達したことを表す信号をフィードモータ制御回路７３に出力し、カウント値を「０」に設定する。フィードモータ制御回路７３は、位置検出回路７２から移動限界位置に達したことを表す信号を入力すると、フィードモータ２２への駆動信号の出力を停止する。上記の移動限界位置を移動ステージ２１の原点位置とする。したがって、位置検出回路７２は、移動ステージ２１が図１及び図２にて左上方向に移動して移動限界位置に達したとき「０」を表す位置信号を出力し、移動ステージ２１が移動限界位置から右下方向へ移動すると、エンコーダ２２ａからのパルス列信号をカウントし、移動限界位置からの移動距離ｘを表す信号を位置信号として出力する。

　フィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１から移動ステージ２１の移動先の位置を表す設定値を入力すると、その設定値に応じてフィードモータ２２を正転又は逆転駆動する。位置検出回路７２は、エンコーダ２２ａが出力するパルス信号のパルス数をカウントする。そして、位置検出回路７２は、カウントしたパルス数を用いて移動ステージ２１の現在の位置（移動限界位置からの移動距離ｘ）を計算し、コントローラ９１及びフィードモータ制御回路７３に出力する。フィードモータ制御回路７３は、位置検出回路７２から入力した移動ステージ２１の現在の位置が、コントローラ９１から入力した移動先の位置と一致するまでフィードモータ２２を駆動する。

　また、フィードモータ制御回路７３は、移動ステージ２１の移動速度を表す設定値をコントローラ９１から入力する。そして、エンコーダ２２ａから入力したパルス信号の単位時間当たりのパルス数を用いて、移動ステージ２１の移動速度を計算し、前記計算した移動ステージ２１の移動速度がコントローラ９１から入力した移動速度になるようにフィードモータ２２を駆動する。

　一対のガイド２５，２５の上端は、板状の上壁２６によって連結されている。上壁２６には、貫通孔２６ａが設けられていて、貫通孔２６ａの中心位置はＸ線出射器１０の出射口１１の中心位置に対向しており、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線は、出射口１１及び貫通孔２６ａを介してテーブル駆動機構２０内に入射する。

　後述するイメージングプレート１５が回折環撮像位置にある状態（図１乃至図３の状態）において、移動ステージ２１の貫通孔２６ａと対向する位置には、図３に拡大して示すように、貫通孔２１ａが形成されている。移動ステージ２１には、出射口１１及び貫通孔２６ａ，２１ａの中心軸線位置を回転中心とする出力軸２７ａを有するスピンドルモータ２７が組み付けられている。出力軸２７ａは、円筒状に形成され、回転中心を中心軸とする断面円形の貫通孔２７ａ１を有する。スピンドルモータ２７の出力軸２７ａと反対側には、貫通孔２７ａ１の中心位置を中心軸線とする貫通孔２７ｂが設けられている。貫通孔２７ｂの内周面上には、貫通孔２７ｂの一部の内径を小さくするための円筒状の通路部材２８が固定されている。

　また、スピンドルモータ２７内には、エンコーダ２２ａと同様のエンコーダ２７ｃが組み込まれている。エンコーダ２７ｃは、スピンドルモータ２７が所定の微小回転角度だけ回転する度に、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、スピンドルモータ制御回路７４及び回転角度検出回路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、所定の短い期間だけローレベルからハイレベルに切り替わるインデックス信号を、コントローラ９１及び回転角度検出回路７５に出力する。

　スピンドルモータ制御回路７４及び回転角度検出回路７５は、コントローラ９１からの指令により作動開始する。スピンドルモータ制御回路７４は、コントローラ９１から、スピンドルモータ２７の回転速度を表す設定値を入力する。そして、エンコーダ２７ｃから入力したパルス信号の単位時間当たりのパルス数を用いてスピンドルモータ２７の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ９１から入力した回転速度（設定値）になるように、駆動信号をスピンドルモータ２７に供給する。回転角度検出回路７５は、エンコーダ２７ｃから出力されたパルス列信号のパルス数をカウントし、そのカウント値を用いてスピンドルモータ２７の回転角度すなわちイメージングプレート１５の回転角度θｐを計算して、コントローラ９１に出力する。そして、回転角度検出回路７５は、エンコーダ２７ｃから出力されたインデックス信号を入力すると、カウント値を「０」に設定する。すなわち、インデックス信号を入力した位置が回転角度０度の基準位置である。

　テーブル１６は、円形状に形成され、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａの先端部に固定されている。テーブル１６の中心軸と、スピンドルモータ２７の出力軸の中心軸とは一致している。テーブル１６は、一体的に設けられて下面中央部から下方へ突出した突出部１７を有していて、突出部１７の外周面には、ねじ山が形成されている。突出部１７の中心軸は、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａの中心軸と一致している。テーブル１６の下面には、イメージングプレート１５が取付けられる。イメージングプレート１５は、表面に蛍光体が塗布された円形のプラスチックフィルムである。イメージングプレート１５の中心部には、貫通孔１５ａが設けられていて、この貫通孔１５ａに突出部１７を通し、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が、固定具１８とテーブル１６の間に挟まれて固定される。固定具１８は、円筒状の部材で、内周面に、突出部１７のねじ山に対応するねじ山が形成されている。

　テーブル１６、突出部１７及び固定具１８にも貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａがそれぞれ設けられており、貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａの中心軸はテーブル１６の中心軸と同じであり、貫通孔１８ａの内径は貫通孔１６ａ，１７ａに比べて小さく、前述した通路部材２８の内径と同じである。したがって、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａから出射されたＸ線は、貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａを介するとともに、切欠き部壁５０ｃに設けた円形孔５０ｃ１を介して外部下方に位置する測定対象物ＯＢに向かって出射される。この場合、通路部材２８の内径及び貫通孔１８ａの内径は小さいので、通路部材２８を介して貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ内に入射したＸ線はやや拡散しているが、貫通孔１８ａから出射されるＸ線は貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光となり、円形孔５０ｃ１から出射される。また、この円形孔５０ｃ１の内径は、測定対象物ＯＢからの回折光をイメージングプレート１５に導くために大きい。

　イメージングプレート１５は、フィードモータ２２によって駆動されて、移動ステージ２１、スピンドルモータ２７及びテーブル１６と共に、原点位置から回折環を撮像する回折環撮像位置へ移動する。前述のように、この回折環撮像位置において、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線がステージ６１上の測定対象物ＯＢに照射されるようになっている。また、イメージングプレート１５は、スピンドルモータ２７によって駆動されて回転しながら、フィードモータ２２によって駆動されて、移動ステージ２１、スピンドルモータ２７及びテーブル１６と共に、撮像した回折環を読み取る回折環読取り領域内、及び回折環を消去する回折環消去領域内を移動する。なお、この場合のイメージングプレート１５の移動においては、イメージングプレート１５の中心軸が、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸と測定対象物ＯＢの法線とが成す平面内に保たれた状態で、前記Ｘ線の光軸に垂直な方向に移動する。

　レーザ検出装置３０は、回折環を撮像したイメージングプレート１５にレーザ光を照射して、イメージングプレート１５から入射した光の強度を検出する。レーザ検出装置３０は、測定対象物ＯＢ及び回折環撮像位置にあるイメージングプレート１５からフィードモータ２２側に充分離れている。すなわち、イメージングプレート１５が回折環撮像位置にあるとき、測定対象物ＯＢにて回折したＸ線がレーザ検出装置３０によって遮られないようになっている。レーザ検出装置３０は、レーザ光源３１と、コリメートレンズ３２、反射鏡３３、偏光ビームスプリッタ３４、１／４波長板３５及び対物レンズ３６を備えている。

　レーザ光源３１は、レーザ駆動回路７７によって制御されて、イメージングプレート１５に照射するレーザ光を出射する。レーザ駆動回路７７は、コントローラ９１によって制御され、レーザ光源３１から所定の強度のレーザ光が出射されるように、駆動信号を制御して供給する。レーザ駆動回路７７は、後述するフォトディテクタ４２から出力された受光信号を入力して、受光信号の強度が所定の強度になるようにレーザ光源３１に出力する駆動信号を制御する。これにより、イメージングプレート１５に照射されるレーザ光の強度が一定に維持される。

　コリメートレンズ３２は、レーザ光源３１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。反射鏡３３は、コリメートレンズ３２にて平行光に変換されたレーザ光を、偏光ビームスプリッタ３４に向けて反射する。偏光ビームスプリッタ３４は、反射鏡３３から入射したレーザ光の大半（例えば、９５％）をそのまま透過させる。１／４波長板３５は、偏光ビームスプリッタ３４から入射したレーザ光を直線偏光から円偏光に変換する。対物レンズ３６は、１／４波長板３５から入射したレーザ光をイメージングプレート１５の表面に集光させる。この対物レンズ３６から出射されるレーザ光の光軸は、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸と測定対象物ＯＢの法線とが成す平面内であって、前記Ｘ線の光軸に平行な方向、すなわち移動ステージ２１の移動方向に対して垂直な方向である。

　対物レンズ３６には、フォーカスアクチュエータ３７が組み付けられている。フォーカスアクチュエータ３７は、対物レンズ３６をレーザ光の光軸方向に移動させるアクチュエータである。なお、対物レンズ３６は、フォーカスアクチュエータ３７が通電されていないときに、その可動範囲の中心に位置する。

　対物レンズ３６によって集光されたレーザ光を、イメージングプレート１５の表面であって、回折環が撮像されている部分に照射すると、輝尽発光（Ｐｈｏｔｏ－Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ　Ｌｕｍｉｎｅｓｅｎｃｅ）現象が生じる。すなわち、回折環を撮像した後、イメージングプレート１５にレーザ光を照射すると、イメージングプレート１５の蛍光体が回折Ｘ線の強度に応じた光であって、レーザ光の波長よりも波長が短い光を発する。イメージングプレート１５に照射されて反射したレーザ光の反射光及び蛍光体から発せられた光は、対物レンズ３６及び１／４波長板３５を通過して、偏光ビームスプリッタ３４にて反射する。偏光ビームスプリッタ３４の反射方向には、集光レンズ３８、シリンドリカルレンズ３９及びフォトディテクタ４０が設けられている。集光レンズ３８は、偏光ビームスプリッタ３４から入射した光を、シリンドリカルレンズ３９に集光する。シリンドリカルレンズ３９は、透過した光に非点収差を生じさせる。フォトディテクタ４０は、分割線で区切られた４つの同一正方形状の受光素子からなる４分割受光素子によって構成されており、時計回りに配置された受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した大きさの検出信号を受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）として、増幅回路７８に出力する。

　増幅回路７８は、フォトディテクタ４０から出力された受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）をそれぞれ同じ増幅率で増幅して受光信号（ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’）を生成し、フォーカスエラー信号生成回路７９及びＳＵＭ信号生成回路８０へ出力する。本実施形態においては、非点収差法によるフォーカスサーボ制御を用いる。フォーカスエラー信号生成回路７９は、増幅された受光信号（ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’）を用いて、演算によりフォーカスエラー信号を生成する。すなわち、フォーカスエラー信号生成回路７９は、（ａ’＋ｃ’）－（ｂ’＋ｄ’）の演算を行い、この演算結果をフォーカスエラー信号としてフォーカスサーボ回路８１へ出力する。フォーカスエラー信号（ａ’＋ｃ’）－（ｂ’＋ｄ’）は、レーザ光の焦点位置のイメージングプレート１５の表面からのずれ量を表している。

　フォーカスサーボ回路８１は、コントローラ９１により制御され、フォーカスエラー信号に基づいて、フォーカスサーボ信号を生成してドライブ回路８２に出力する。ドライブ回路８２は、このフォーカスサーボ信号に応じてフォーカスアクチュエータ３７を駆動して、対物レンズ３６をレーザ光の光軸方向に変位させる。この場合、フォーカスエラー信号（ａ’＋ｃ’）－（ｂ’＋ｄ’）の値が常に一定値（例えば、ゼロ）となるようにフォーカスサーボ信号を生成することにより、イメージングプレート１５の表面にレーザ光を集光させ続けることができる。

　ＳＵＭ信号生成回路８０は、受光信号（ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’）を合算してＳＵＭ信号（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’）を生成し、Ａ／Ｄ変換回路８３に出力する。ＳＵＭ信号の強度は、イメージングプレート１５にて反射したレーザ光の強度と輝尽発光により発生した光の強度を合わせた強度に相当するが、イメージングプレート１５にて反射したレーザ光の強度はほぼ一定であるので、ＳＵＭ信号の強度は、輝尽発光により発生した光の強度に相当する。すなわち、ＳＵＭ信号の強度は、イメージングプレート１５に入射した回折Ｘ線の強度に相当する。Ａ／Ｄ変換回路８３は、コントローラ９１によって制御され、ＳＵＭ信号生成回路８０からＳＵＭ信号を入力し、入力したＳＵＭ信号の瞬時値をディジタルデータに変換してコントローラ９１に出力する。

　また、レーザ検出装置３０は、集光レンズ４１及びフォトディテクタ４２を備えている。集光レンズ４１は、レーザ光源３１から出射されたレーザ光の一部であって、偏光ビームスプリッタ３４を透過せずに反射したレーザ光をフォトディテクタ４２の受光面に集光する。フォトディテクタ４２は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ４２は、レーザ光源３１が出射したレーザ光の強度に対応した受光信号をレーザ駆動回路７７へ出力する。

　また、対物レンズ３６に隣接して、ＬＥＤ光源４３が設けられている。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。ＬＥＤ駆動回路８４は、コントローラ９１によって制御され、ＬＥＤ光源４３に、所定の強度の可視光を発生させるための駆動信号を供給する。

　また、Ｘ線回折測定装置は、ＬＥＤ光源４４を有する。ＬＥＤ光源４４は、図２乃至図４に示すように、Ｘ線出射器１０とテーブル駆動機構２０の上壁２６との間に配置されたプレート４５の一端部下面に固定されている。プレート４５は、その他端部上面にて、ケース５０内に固定されたモータ４６の出力軸４６ａに固着されており、モータ４６の回転により、テーブル駆動機構２０の上壁２６に平行な面内を回転する。テーブル駆動機構２０の上壁２６にはストッパ部材４７ａ，４７ｂが設けられており、ストッパ部材４７ａは、プレート４５を図４のＤ１方向に回転させたとき、ＬＥＤ光源４４がＸ線出射器１０の出射口１１及びテーブル駆動機構２０の上壁２６の貫通孔２６ａに対向する位置（Ａ位置）に静止するように、プレート４５の回転を規制する。一方、ストッパ部材４７ｂは、プレート４５を図４のＤ２方向に回転させたとき、プレート４５がＸ線出射器１０の出射口１１とテーブル駆動機構２０の上壁２６の貫通孔２６ａとの間を遮断しない位置（Ｂ位置）に静止するように、プレート４５の回転を規制する。言い換えれば、Ａ位置は、プレート４５が図２及び図３に示す状態にある位置であり、ＬＥＤ光源４４から出射されるＬＥＤ光がスピンドルモータ２７の貫通孔２７ａ１に設けた通路部材２８の通路に入射する位置である。Ｂ位置は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線がプレート４５によって遮られない位置である。

　ＬＥＤ光源４４は、コントローラ９１によって作動制御されるＬＥＤ駆動回路８５からの駆動信号によりＬＥＤ光を出射する。ＬＥＤ光は拡散する可視光であり、プレート４５がＡ位置にあるとき、その一部は、貫通孔２６ａ，２１ａ、通路部材２８の通路及び貫通孔２７ｂを介して、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａの貫通孔２７ａ１に入射し、貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａ及び切欠き部壁５０ｃの円形孔５０ｃ１から出射される。このＬＥＤ光の場合も、通路部材２８の内径及び貫通孔１８ａの内径は小さいので、通路部材２８を介して貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ内に入射したＸ線はやや拡散しているが、貫通孔１８ａから出射されるＬＥＤ光は貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光となり、円形孔５０ｃ１から出射される。したがって、ＬＥＤ光源４４、通路部材２８、貫通孔１８ａなどが、可視光である平行光を測定対象物ＯＢに出射する本発明の可視光出射器を構成する。

　モータ４６はエンコーダ２２ａ，２７ａと同様なエンコーダ４６ｂを備えており、エンコーダ４６ｂはモータ４６が所定の微小回転角度だけ回転する度に、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回転制御回路８６に出力する。回転制御回路８６は、コントローラ９１から回転方向と回転開始の指示が入力されると、モータ４６に駆動信号を出力して、モータ４６を指示方向に回転させる。そして、エンコーダ４６ｂからのパルス列信号の入力が停止すると、駆動信号の出力を停止する。これにより、プレート４５を、上述したＡ位置及びＢ位置までそれぞれ回転させることができる。

　ケース５０の切欠き部壁５０ｃには結像レンズ４８が設けられているとともに、ケース５０内部には撮像器４９が設けられている。撮像器４９は、多数の撮像素子をマトリクス状に配置したＣＣＤ受光器又はＣＭＯＳ受光器で構成され、各撮像素子で受光した光の強度に応じた大きさの受光信号（撮像信号）を撮像素子ごとにセンサ信号取出回路８７にそれぞれ出力する。これらの結像レンズ４８及び撮像器４９は、イメージングプレート１５に対して設定された位置にある測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の出射点を中心とした領域の画像を撮像する。すなわち、結像レンズ４８及び撮像器４９は、測定対象物ＯＢを撮像するディジタルカメラとして機能する。このイメージングプレート１５に対して設定された位置とは、前記測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の出射点（照射点）からイメージングプレート１５までの垂直距離Ｌが、予め決められた所定距離Ｌｏとなる位置である。なお、この場合の結像レンズ４８及び撮像器４９による被写界深度は、前記出射点を中心とした前後の範囲で設定されている。センサ信号取出回路８７は、撮像器４９の各撮像素子からの受光信号（撮像信号）を、各撮像素子の位置（すなわち画素位置）が分かるデータと共にコントローラ９１に出力する。したがって、コントローラ９１には、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点Ｐ１（図６～図８参照）を含む、照射点Ｐ１近傍の画像を表す画像データが出力されることになる。

　また、結像レンズ４８の光軸と、測定対象物ＯＢに照射されるＸ線及びＬＥＤ光の光軸を含む平面は、対象物セット装置６０の設置プレート６２の上面と平行な面（すなわち傾き角度が「０」であるときのステージ６１の上面）に垂直になっている。また、結像レンズ４８の光軸と、測定対象物ＯＢに照射されるＸ線及びＬＥＤ光の光軸が交わる点は、イメージングプレート１５に対して設定された位置にある測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の出射点（照射点）である。さらに、設定された位置にある測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の出射点を通り、かつ対象物セット装置６０の設置プレート６２の上面と平行な面（すなわち傾き角度が「０」であるときのステージ６１の上面）の法線に対して、結像レンズ４８の光軸がなす角度は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線及びＬＥＤ光源４４から出射されるＬＥＤ光の光軸が前記法線に対してなす角度（Ｘ線及びＬＥＤ光の入射角度φ）に等しい。

　したがって、測定対象物ＯＢがイメージングプレート１５に対して設定された位置にある状態で、ＬＥＤ光源４４からのＬＥＤ光を測定対象物ＯＢに照射した場合には、照射点Ｐ１を含む測定対象物ＯＢの画像が撮像器４９で撮像されることに加えて、測定対象物ＯＢにて反射したＬＥＤ光の受光点Ｐ２（図７，８参照）も撮像器４９で照射点Ｐ１と同じ位置に撮像されることになる。すなわち、測定対象物ＯＢに照射されるＬＥＤ光は平行光であり、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点において、ＬＥＤ光は散乱光と、略平行光のまま反射する反射光を発生させる。そして、散乱光のうち結像レンズ４８に入射した光は撮像器４９の位置で結像して照射点Ｐ１の画像となり、結像レンズ４８に入射した反射光は結像レンズ４８により集光されて撮像器４９で受光され、受光点Ｐ２の画像となる。測定対象物ＯＢが設定された位置にあるとき、結像レンズ４８に入射する散乱光の光軸と反射光の光軸は、いずれも結像レンズ４８の光軸と一致するため、照射点Ｐ１の画像と受光点Ｐ２の画像は同じ位置になる。なお、撮像器４９は測定対象物ＯＢを撮像するもので、撮像器４９は結像レンズ４８の焦点位置よりも若干量だけ後方に位置するので、厳密には、撮像器４９によって受光される反射光は集光した後にやや拡散したものである。

　コンピュータ装置９０は、コントローラ９１、入力装置９２及び表示装置９３からなる。コントローラ９１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、大容量記憶装置などを備えたマイクロコンピュータを主要部とした電子制御装置であり、大容量記憶装置に記憶された各種プログラムを実行してＸ線回折測定装置の作動を制御する。入力装置９２は、コントローラ９１に接続されて、作業者により、各種パラメータ、作業指示などの入力のために利用される。表示装置９３は、表示画面上に撮像器４９によって撮像された照射点Ｐ１及び受光点Ｐ２を含む画像に加えて、ステージ６１上に測定対象物ＯＢの高さ及び傾斜角を適正に設定するためのマークも表示される。このマークに関しては、詳しく後述する。さらに、表示装置９３は、作業者に対して各種の設定状況、作動状況、測定結果なども視覚的に知らせる。高電圧電源９５は、Ｘ線出射器１０にＸ線出射のための高電圧及び電流を供給する。

　以下に、上記のように構成したＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムを用いて、測定対象物ＯＢである平板状の鉄材の回折環を測定して残留応力を求める具体的方法について説明する。この残留応力の測定においては、Ｘ線回折測定システムを図１及び図２に示すように構成するとともに、電源を投入することによりＸ線回折測定システムの作動を開始させる。そして、図５に示すようなステージ調整工程Ｓ１、回折環撮像工程Ｓ２、回折環読取り工程Ｓ３，回折環消去工程Ｓ４及び残留応力計算工程Ｓ５を実行する。

　まず、ステージ調整工程Ｓ１について説明する。このステージ調整工程Ｓ１においては、作業者は、残留応力の測定位置にＸ線及びＬＥＤ光が照射されるとともに、残留応力の測定方向とＹ軸方向（図２参照）が合うように測定対象物ＯＢを置いた後、入力装置９２を操作して、ステージ調整工程Ｓ１の開始をコントローラ９１に指示する。この指示に応答して、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御して、イメージングプレート１５を回折環撮像位置（図１及び図２の状態）に移動させる。また、コントローラ９１は、回転制御回路８６を制御し、モータ４６をストッパ部材４７ａによりプレート４５の回転が停止するまで図４のＤ１方向に回転させて、プレート４５をＡ位置まで回転させる。この状態では、ＬＥＤ光源４４がテーブル駆動機構２０の上壁２６に設けた貫通孔２６ａに対向して位置する。

　その後、コントローラ９１は、ＬＥＤ駆動回路８５を制御して、ＬＥＤ光源４４を点灯させる。このＬＥＤ光源４４の点灯により、ＬＥＤ光源４４から出射されて拡散された可視光であるＬＥＤ光の一部は、貫通孔２６ａ、通路部材２８、貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａを介して固定具１８から出射される。この場合、通路部材２８及び貫通孔１８ａの内径は小さく、貫通孔１８ａから出射されるＸ線は貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光である。この平行光であるＬＥＤ光は、ケース５０の切欠き部壁５０ｃに設けた円形孔５０ｃ１から外部へ出射され、測定対象物ＯＢに照射される。

　次に、コントローラ９１は、センサ信号取出回路８７に撮像器４９からの撮像信号の入力を指示して、撮像器４９による撮像信号をセンサ信号取出回路８７からコントローラ９１に出力させる。コントローラ９１は、この撮像信号を表示装置９３に出力して、撮像器４９によって撮像されたＬＥＤ光の照射位置近傍の画像を表示装置９３に表示させる。この場合、表示装置９３に表示される画像には、前記ＬＥＤ光の照射位置近傍の画像の中に、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点Ｐ１の画像がある。また、測定対象物ＯＢのＬＥＤ光の照射点で反射した反射光が結像レンズ４８により集光されて、撮像器４９が受光した受光点Ｐ２も画像として表示される。さらに、コントローラ９１は、撮像器４９によって撮像された照射点Ｐ１及び受光された受光点Ｐ２を含む、撮像器４９からの撮像信号によって表示される画像とは独立して、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する位置に相当する撮影画像上の位置に十字マークを表示する。この十字マークは、図６Ａ乃至図６Ｃに破線で示すものであり、図２のＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ対応している。

　この場合、十字マークのクロス点は表示装置９３の画面の中心に位置し、十字マークのＸ軸方向は画面の横方向に対応し、十字マークのＹ軸方向は画面の縦方向に対応する。そして、十字マークのクロス点は、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Ｌが所定距離Ｌｏであるときに、照射点Ｐ１が撮像器４９に撮像される位置であると同時に、距離Ｌが所定距離Ｌｏであり、測定対象物ＯＢにおける照射点を通る測定対象物ＯＢの表面に対して、測定対象物ＯＢに照射されるＬＥＤ光の光軸の角度φ（入射角度φ）が所定角度φｏであるとき、測定対象物ＯＢでの反射光が結像レンズ４８により集光されて、撮像器４９に受光点Ｐ２として受光される位置である。また、十字マークのＹ軸方向がＬＥＤ光及びＸ線の照射方向であり、測定対象物ＯＢの表面に投影させた方向が残留応力の測定方向である。すなわち、十字マークのクロス点は、表示装置９３の表示画面上で、撮像器４９によって撮像されたＬＥＤ光の照射点Ｐ１及び撮像器４９にて受光された受光点Ｐ２を合わせるべき点であり、Ｙ軸方向がＬＥＤ光及びＸ線の照射方向を示す。

　次に、作業者は、表示装置９３に表示される画像を見ながら、対象物セット装置６０の操作子６７ａ，６８ａを操作してステージ６１すなわち測定対象物ＯＢをＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動させて、画面上における照射点すなわちレーザ光の照射位置を測定対象物ＯＢの所定位置（測定箇所）に設定する。また、測定対象物ＯＢをステージ６１上で回転させて、測定対象物ＯＢの所定方向（測定方向）が十字マークのＹ軸方向に一致するようにして、測定対象物ＯＢに照射されるＬＥＤ光の照射方向を所定方向（測定方向）に設定する。また、操作子６３ａを操作して、ステージ６１すなわち測定対象物ＯＢをＺ軸方向（すなわち高さ方向）に移動させて、照射点Ｐ１が十字マークのクロス点と一致するようにして、測定対象物ＯＢにおける照射点からイメージングプレート１５までの垂直距離Ｌを所定距離Ｌｏに設定する。さらに、操作子６８ａ、６５ａを操作して、ステージ６１すなわち測定対象物ＯＢを回転させて（傾斜を変更して）、受光点Ｐ２が十字マークのクロス点と一致するようにして、測定対象物ＯＢにおける照射点を通る測定対象物ＯＢの表面の法線に対する測定対象物ＯＢに照射されるＬＥＤ光の角度（入射角度φ）を所定角度φｏに設定する。

　この表示装置９３の画像を見ながらのステージ６１（測定対象物ＯＢ）のＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、Ｚ軸方向位置（高さ）、Ｘ軸周りの傾斜角及びＹ軸周りの傾斜角の調整について、図６乃至図８を用いて説明すると、前記調整は以下の手順(１)～(３)のように行われる。なお、図６(Ｂ)、図７(Ｂ)及び図８(Ｂ)は表示装置９３に表示される画像を示しており、この場合、測定対象物ＯＢが明確に分かるように、測定対象物ＯＢの輪郭が画像上に現れるようにしているが、測定対象物ＯＢにおける測定箇所及びＬＥＤ光の照射方向が視認できれば、測定対象物ＯＢにおける残留応力の測定箇所部分のみが画像上に現れるようにしてもよい。

(１)まず、図６(Ａ)(Ｂ)に示すように、操作子６７ａ，６８ａを操作してステージ６１をＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動させるとともに、測定対象物ＯＢをステージ６１上でステージ６１の平面内で回転させて、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１すなわち測定対象物ＯＢに対するＬＥＤ光の照射点Ｐ１（照射位置）が測定対象物ＯＢの所定位置（測定箇所）になるとともに、測定対象物ＯＢに対するＬＥＤ光の照射方向である十字マークのＹ軸方向が所定方向（測定方向）になるようにしながら、操作子６３ａを操作してステージ６１をＺ軸方向（高さ方向）に移動させて、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１が十字マークのクロス点になるように調整する。特に、ステージ６１のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動調整により、照射点Ｐ１を測定対象物ＯＢの所定位置に設定しても、その後に、照射点Ｐ１が十字マークのクロス点に位置するように、ステージ６１のＺ軸方向への移動調整を行うと、照射点Ｐ１（照射位置）は測定対象物ＯＢのＹ軸方向に多少ずれるので、これらの位置調整を繰り返し行う必要がある。なお、図６(Ｂ)においては、ステージ６１の傾きが大きく、反射光の受光点Ｐ２（図７(Ｂ)参照）は画像上に現れていないものとしている。

(２)次に、図７(Ａ)(Ｂ)に示すように、操作子６６ａ，６５ａを操作してステージ６１をＸ軸周り及びＹ軸周りにそれぞれ回動させて、平行光であるＬＥＤ光の反射光の受光点Ｐ２が画像の中心（十字マークのクロス点）になるように調整する。

(３)さらに、図８(Ａ)(Ｂ)に示すように、操作子６７ａ，６８ａ，６３ａ，６６ａ，６５ａを操作して、ステージ６１のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＸ軸方向の位置、並びにＸ軸周り及びＹ軸周りの傾斜角を微調整して、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１（照射位置）が測定対象物ＯＢの所定位置（測定箇所）に位置し、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１及び反射光の受光点Ｐ２が十字マークのクロス点に完全に一致するようにする。また、測定対象物ＯＢの残留応力の測定方向と画像の縦方向（Ｙ軸方向）とがずれたときは、測定対象物ＯＢの置き方を微調整する。

　このようなＬＥＤ光の照射点Ｐ１及び受光点Ｐ２の位置調整及びステージ６１の平面内での測定対象物ＯＢの向きの調整により、Ｘ線出射器１０から測定対象物ＯＢに照射されるＸ線は測定箇所になるとともに、照射されるＸ線の測定対象物ＯＢの表面の投影方向（残留応力の測定方向）は設定方向となる。また、Ｘ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌは所定距離Ｌｏになる。さらに、測定対象物ＯＢの表面の法線に対する、Ｘ線出射器１０から測定対象物ＯＢの表面に出射されるＸ線の角度φ（Ｘ線の入射角度φ）は所定角度φｏになる。

　このような画像を用いた調整の終了後、作業者は、入力装置９２を操作して、コントローラ９１に調整終了を指示する。この指示に応答して、コントローラ９１は、ＬＥＤ駆動回路８５を制御してＬＥＤ光源４４を消灯させ、センサ信号取出回路８７を制御して撮像器４９から撮像信号の入力停止及び撮像信号のコントローラ９１への出力を停止させ、かつ回転制御回路８６を制御して、モータ４６をストッパ部材４７ｂによりプレート４５の回転が停止するまで図４のＤ２方向に回転させて、プレート４５をＢ位置まで回転させる。このプレート４５の回転により、Ｘ線出射器１０からのＸ線がテーブル駆動機構２０の上壁２６に設けた貫通孔２６ａに入射され得る状態となる。

　前記ステージ調整工程Ｓ１の終了後の回折環撮像工程Ｓ２においては、作業者は、入力装置９２を用いて、測定対象物ＯＢの材質（例えば、鉄）を入力し、残留応力の測定開始をコントローラ９１に指示する。これにより、コントローラ９１は、まずイメージングプレート１５が撮像位置にある状態で、スピンドルモータ制御回路７４を制御して、イメージングプレート１５を低速回転させ、エンコーダ２７ｃからインデックス信号を入力した時点で、イメージングプレート１５の回転を停止させる。これにより、後述する回折環読取り工程Ｓ３による回折環の読取り開始時における、イメージングプレート１５の回転角度が０度に設定される。

　次に、コントローラ９１は、Ｘ線制御回路７１を制御してＸ線出射器１０にＸ線の出射を開始させ、所定時間の経過後に、Ｘ線制御回路７１を制御してＸ線出射器１０にＸ線の出射を停止させる。これにより、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線は、貫通孔２６ａ，２１ａ、通路部材２８、貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａ及び円形孔５０ｃ１を介して外部に出射され、測定対象物ＯＢの測定箇所に所定時間だけ照射される。この測定対象物ＯＢへのＸ線の所定時間の照射により、測定対象物ＯＢの測定箇所から回折Ｘ線が発生し、イメージングプレート１５には回折環が撮像される。なお、この場合におけるＸ線出射器１０から測定対象物ＯＢの表面に出射されるＸ線の光軸方向は前記ＬＥＤ光の場合と同じであり、Ｘ線の測定対象物ＯＢに対する入射角度φは、上述したＬＥＤ光の場合と同様な所定角度φｏである。

　このような回折環撮像工程Ｓ２の後、コントローラ９１は、自動的に又は作業者による入力装置９２を用いた指示により、図５の回折環読取り工程Ｓ３を実行する。コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御して、イメージングプレート１５を回折環読取り領域内の読取り開始位置へ移動させる。このイメージングプレート１５の読取り開始位置とは、対物レンズ３６の中心すなわちレーザ光の照射位置が回折環基準半径Ｒｏの円に対して若干だけ内側になるような位置である。この場合、位置検出回路７２から出力される位置信号は、移動ステージ２１が移動限界位置にある状態から移動ステージ２１が移動した移動距離ｘを表しており、移動ステージ２１すなわちテーブル１６（イメージングプレート１５）が移動限界位置にある状態で、テーブル１６（イメージングプレート１５）の中心から対物レンズ３６の中心位置までの距離は予め決められた所定値である。したがって、イメージングプレート１５の読取り開始位置への移動は、位置検出回路７２からの位置信号を用いて行われる。

　回折環基準半径Ｒｏとは、測定対象物ＯＢの残留応力が「０」であるときに、測定対象物ＯＢに対するＸ線の照射によりイメージングプレート１５上に形成される回折環の半径であり、測定対象物ＯＢにおけるＸ線の回折角度φｘ及びイメージングプレート１５から測定対象物ＯＢまでの距離Ｌに応じて決まる。そして、Ｘ線の回折角度φｘは測定対象物ＯＢの材質で決まり、前記距離Ｌは前記ステージ調整工程Ｓ１での調整で設定されて予め決められた所定距離Ｌｏである。したがって、測定対象物ＯＢの材質ごとに予め回折角φｘを記憶しておけば、前記入力した測定対象物ＯＢの材質を用いることにより、コントローラ９１は回折環基準半径ＲｏをＲｏ＝Ｌ・ｔａｎ（φｘ）の演算によって自動的に計算する。なお、同一の材質の測定対象物ＯＢの残留応力を繰り返し測定する場合には、前記回折環基準半径Ｒｏを計算することなく、繰り返し利用できる。

　次に、コントローラ９１は、スピンドルモータ制御回路７４に、イメージングプレート１５が所定の一定回転速度で回転するように、スピンドルモータ２７の回転を制御させる。また、レーザ駆動回路７７を制御してレーザ光源３１によるレーザ光のイメージングプレート１５に対する照射を開始させる。その後、コントローラ９１は、フォーカスサーボ回路８１にフォーカスサーボ制御の開始を指示して、フォーカスサーボ回路８１にフォーカスサーボ制御を開始させる。したがって、対物レンズ３６が、レーザ光の焦点がイメージングプレート１５の表面に合うように光軸方向に駆動制御される。

　次に、コントローラ９１は、回転角度検出回路７５及びＡ／Ｄ変換回路８３を作動させて、回転角度検出回路７５からスピンドルモータ２７（イメージングプレート１５）の基準位置からの回転角度θｐを入力させ始めるとともに、Ａ／Ｄ変換回路８３からＳＵＭ信号の瞬時値のディジタルデータをコントローラ９１に出力させ始める。次に、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御してフィードモータ２２を回転させて、イメージングプレート１５を読取り開始位置から図１及び図２の右下方向へ一定速度で移動させる。これにより、レーザ光の照射位置が、イメージングプレート１５において、回折環基準半径Ｒｏの若干内側の位置から外側方向に一定速度で相対移動し始める。この若干内側の位置は、撮像した回折環の半径が回折環基準半径Ｒｏからずれる可能性のある位置よりもやや内側の位置である。これにより、レーザ光の照射位置は、相対的にイメージングプレート１５上を螺旋状に回転し始める。

　その後、コントローラ９１は、イメージングプレート１５が所定の小さな角度だけ回転するごとに、ＳＵＭ信号の瞬時値のディジタルデータをＡ／Ｄ変換回路８３を介して入力するとともに、回転角度検出回路７５からの回転角度θｐ及び位置検出回路７２からの移動距離ｘを入力して、ＳＵＭ信号の瞬時値のディジタルデータを、基準位置からの回転角度θｐと、移動距離ｘに基づくイメージングプレート１５の中心からのレーザ光の照射位置の径方向距離ｒ（半径値ｒ）とに対応させて順次記憶する。この場合も、移動ステージ２１すなわちテーブル１６（イメージングプレート１５）が移動限界位置にある状態で、テーブル１６（イメージングプレート１５）の中心から対物レンズ３６の中心位置までの距離は予め決められた所定値であるので、前記半径値ｒは移動距離ｘを用いて計算される。これにより、螺旋状に回転するレーザ光の照射位置に関して、ＳＵＭ信号の瞬時値、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータが所定回転角度ごとに順次記憶されて蓄積されていく。

　ＳＵＭ信号の瞬時値、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータの所定回転角度ごとの記憶動作と並行して、コントローラ９１は、前記所定角度ごとに、ＳＵＭ信号の瞬時値のピークに対応した半径値ｒを回折環の半径値とする。具体的には、回転角度θｐが同一である複数のＳＵＭ信号の瞬時値が増加した後に減少している状態を検出することにより、前記複数のＳＵＭ信号の瞬時値のピークを検出し、このピークであるＳＵＭ信号の瞬時値に対応して記憶されている半径値ｒを取得する。そして、前記所定回転角度ごとの全ての半径値ｒを取得した時点で、ＳＵＭ信号の瞬時値、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータを所定回転角度ごとに検出し記憶する処理を終了する。これにより、回折環の形状が検出されたことになる。

　その後、コントローラ９１は、フォーカスサーボ回路８１によるフォーカスサーボ制御を停止させ、レーザ駆動回路７７によるレーザ光源３１のレーザ光の照射を停止させる。また、コントローラ９１は、Ａ／Ｄ変換回路８３及び回転角度検出回路７５の作動を停止させるとともに、フィードモータ制御回路７３によるフィードモータ２２の作動も停止させる。これにより、回折環読取り工程Ｓ３が終了される。なお、この状態では、位置検出回路７２の作動及びイメージングプレート１５の回転は、以前と同様のまま継続されている。

　このような回折環読取り工程Ｓ３の後、コントローラ９１は、自動的に又は作業者による入力装置９２を用いた指示により、図５の回折環消去工程Ｓ４を実行する。この回折環消去工程においては、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御してイメージングプレート１５を回折環消去領域内の消去開始位置へ移動させる。このイメージングプレート１５の消去開始位置とは、ＬＥＤ光源４３から出力される可視光の中心が回折環基準半径Ｒｏの円に対して前記読取り開始位置の場合よりもさらに内側になるような位置である。この場合も、前記読取り開始位置の場合と同様に、イメージングプレート１５の移動は、位置検出回路７２からの位置信号を用いて行われる。

　次に、コントローラ９１は、ＬＥＤ駆動回路８４を制御してＬＥＤ光源４３による可視光のイメージングプレート１５に対する照射を開始させるとともに、フィードモータ制御回路７３を制御して、イメージングプレート１５を前記消去開始位置から消去終了位置まで図１及び図２の右下方向に一定速度で移動させるように、フィードモータ２２を回転させる。消去終了位置とは、ＬＥＤ光源４３によるＬＥＤ光の中心が回折環基準半径Ｒｏよりも前記消去開始位置と同じ程度の距離だけ外側となる位置である。これにより、ＬＥＤ光源４３による可視光が、消去開始位置から消去終了位置まで、イメージングプレート１５上に螺旋状に照射され、前記回折Ｘ線によって形成された回折環が消去される。

　次に、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御してイメージングプレート１５の移動を停止させるとともに、ＬＥＤ駆動回路８４を制御してＬＥＤ光源４３による可視光の照射を停止させる。また、コントローラ９１は、位置検出回路７２の作動を停止させるとともに、スピンドルモータ制御回路７４を制御してスピンドルモータ２７によるイメージングプレート１５の回転も停止させる。これにより、回折環消去工程Ｓ４が終了する。

　このような回折環消去工程Ｓ４の後、コントローラ９１は、作業者による入力装置９２を用いた指示により、図５の残留応力計算工程Ｓ５を実行する。なお、前記回折環消去工程Ｓ４の後、同一の測定対象物ＯＢの異なる位置の残留応力の測定又は他の測定対象物ＯＢの残留応力の測定のために、前記ステージ調整工程Ｓ１、回折環撮像工程Ｓ２、回折環読取り工程Ｓ３及び回折環消去工程Ｓ４を繰返し行った後、残留応力計算工程Ｓ５を行うようにしてもよい。

　この残留応力計算工程Ｓ５においては、作業者による入力装置９２を用いた指示により、前記取得した回折環の形状を表すデータすなわち回折環の半径値ｒ、前記計算した回折環基準半径Ｒｏ、前記予め設定されたＸ線の入射角度φｏ、測定対象物ＯＢからイメージングプレート１５までの距離Ｌｏ、前記入力した測定対象物ＯＢの材質などを用いて、測定対象物ＯＢにおける測定箇所の残留圧縮応力、残留せん断応力などを計算し、計算した結果に応じて測定対象物ＯＢのショットピーニングなどによる加工結果を評価する。なお、これらの残留圧縮応力及び残留せん断応力は、従来からよく知られているｃｏｓαを用いて計算されるとともに、その計算結果による残留圧縮応力及び残留せん断応力の大きさにより、測定対象物ＯＢの疲労度の評価や、ショットピーニングなどによる加工結果の評価もなされる。

　上記説明からも理解できるように、上記実施形態においては、Ｘ線出射器１０からＸ線が出射されていない状態で、可視光出射器を構成するＬＥＤ光源４４、通路部材２８、貫通孔１８ａなどにより、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線と光軸を同一にした可視光である平行光が測定対象物ＯＢに出射される。したがって、上記実施形態によれば、可視光である平行光が測定対象物ＯＢに照射される照射点が測定対象物ＯＢの測定箇所（設定位置）になるように、対象物セット装置６０におけるステージ６１の位置、すなわち測定対象物ＯＢの位置を調整することにより、Ｘ線の照射位置を測定対象物ＯＢの設定位置に容易に一致させることができる。また、ＬＥＤ光の照射方向が設定方向になるように測定対象物ＯＢをステージ６１上で回転させれば、Ｘ線の測定対象物ＯＢに対する照射方向も設定方向に容易に一致させることができる。

　この場合、上記実施形態においては、結像レンズ４８及び撮像器４９からなるカメラにより、結像レンズ４８によって結像されたＬＥＤ光の照射点Ｐ１を含む領域の画像を撮像器４９上に撮像し、センサ信号取出回路８７によって取出された撮像器４９による前記画像を表す信号を用いて表示装置９３に前記画像を表示するようにした。したがって、上記実施形態によれば、表示装置９３に表示される前記照射点Ｐ１を含む領域の画像を見ながら、対象物セット装置６０におけるステージ６１の位置、すなわち測定対象物ＯＢの位置の調整を簡単に行うことができるとともに、測定対象物ＯＢのステージ６１上の回転調整も簡単に行うことができる。

　また、上記実施形態においては、イメージングプレート１５からＸ線の照射点までの距離Ｌが所定距離Ｌｏであるとき、撮像器４９からの撮像信号による画像とは独立して、撮像器４９からの信号により表示装置９３に表示される照射点の画像上の照射点の位置を照射点基準位置（十字マークのクロス点）として表示するようにした。したがって、上記実施形態によれば、表示装置９３による表示画面上で、照射点Ｐ１の画像上の位置が照射点基準位置に合致するように、対象物セット装置６０におけるステージ６１の位置（高さ）、すなわち測定対象物ＯＢの位置（高さ）を調整すれば、イメージングプレート１５からＸ線の照射点までの距離Ｌが所定距離Ｌｏになる。その結果、イメージングプレート１５からＸ線の照射点までの距離Ｌを所定距離Ｌｏに簡単に調整できる。

　また、上記実施形態においては、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の測定対象物ＯＢの表面の法線に対する角度（入射角度φ）が所定角度φｏであるとき、撮像器４９からの撮像信号による画像とは独立して、撮像器４９からの信号により表示装置９３に表示されるＬＥＤ光の反射光の受光点Ｐ２の画像上の位置を受光点基準位置（十字マークのクロス点）として表示するようにした。したがって、上記実施形態によれば、表示装置９３による表示画面上で、ＬＥＤ光の反射光の受光点Ｐ２が受光点基準位置に合致するように、対象物セット装置６０におけるステージ６１の傾き、すなわち測定対象物ＯＢの傾きを調整すれば、出射Ｘ線の測定対象物の表面の法線に対する角度（Ｘ線の入射角度φ）が所定角度φｏになる。その結果、出射Ｘ線の測定対象物ＯＢの表面の法線に対する角度を所定角度φｏに簡単に調整できる。

　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、対象物セット装置６０の操作子６７ａ，６８ａ，６３ａ，６６ａ，６５ａを手動操作することにより、ステージ６１及び測定対象物ＯＢのＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、Ｚ軸方向位置、Ｘ軸周りの傾斜角及びＹ軸周りの傾斜角を変更するようにした。しかし、これに加えて、ステージ６１及び測定対象物ＯＢをＺ軸周りに回転させる機構を設けて、操作子の操作によりステージ６１及び測定対象物ＯＢをＺ軸周りに回転させるようにしてもよい。また、操作子の操作によるステージ６１及び測定対象物ＯＢのＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、Ｚ軸方向位置、Ｘ軸周りの傾斜角及びＹ軸周りの傾斜角の変更（又は、これらに加えてＺ軸周りの回転位置の変更）を、対象物セット装置６０内にモータを設けて、入力装置９２による指示によりモータを回転させて、ステージ６１及び測定対象物ＯＢのＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、Ｚ軸方向位置、Ｘ軸周りの傾斜角及びＹ軸周りの傾斜角（これらに加えてＺ軸周りの回転位置）の一部又は全部を変更するようにしてもよい。

　また、上記実施形態においては、表示装置９３に表示される画像上のＬＥＤ光の照射点Ｐ１及び反射光の受光点Ｐ２を同一位置に合わせるようにしたが、これらの画像上のＬＥＤ光の照射点Ｐ１及び反射光の受光点Ｐ２を異なる位置に合わせるようにしてもよい。この場合、結像レンズ４８の光軸位置を上記実施形態とは異なる位置にして、測定対象物ＯＢが設定された位置にあるとき結像レンズ４８に入射する散乱光の光軸と反射光の光軸が異なるようにし、撮像器４９における反射光の受光点Ｐ２をＬＥＤ光の照射点Ｐ１と異ならせるようにすればよい。

　また、上記実施形態においては、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１を画像上の所定位置に合わせるように、ステージ６１すなわち測定対象物ＯＢの高さを調整して、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射位置からイメージングプレートまでの距離Ｌが所定距離Ｌｏになるようにした。しかし、これに代えて、測定対象物ＯＢの表面がステージ６１の表面と平行であるものに限定されていることを条件に、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１を所定位置に合わせることなく、距離Ｌを計算により導出することができる。なお、この場合、測定対象物ＯＢの表面がステージ６１の表面と平行であるので、ＬＥＤ光及びＸ線の入射角度φを所定角度φｏに設定するために、反射光の受光点Ｐ２を画像上の設定位置に合わせる調整を省略してもよい。

　測定対象物ＯＢにおける可視光の照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌが所定距離Ｌｏであれば、結像レンズ４８による結像により、撮像器４９の所定位置にＬＥＤ光の照射点が撮像される。一方、距離Ｌが所定距離Ｌｏでないときには、撮像器４９におけるＬＥＤ光の照射点は前記所定位置からずれて撮像される。このＬＥＤ光の照射点の前記所定位置からずれ量は、距離Ｌと１対１の関係にあるので、撮像器４９におけるＬＥＤ光の照射点の位置が特定されれば、３角測量の原理により距離Ｌを計算できる。すなわち、前記所定位置に対する撮像器４９による照射点の撮像位置と距離Ｌとの関係を予め記憶しておき、撮像器４９からの撮像信号を基に、撮像器４９によるＬＥＤ光の照射点の撮像位置を検出して、前記撮像位置と距離Ｌとの関係に基づいて、前記検出した撮像位置を用いて距離Ｌを計算により導出する。なお、これらの撮像位置の検出及び距離Ｌの計算は、コントローラ９１のプログラム処理により、撮像器４９からの受光信号を用いて実行される。そして、この求めた距離Ｌを用いて回折環基準半径Ｒｏ、残留応力などを計算するようにしてもよい。

　また、上記実施形態においては、画像上においてＬＥＤ光の反射光の受光点Ｐ２を所定位置に合わせるように、測定対象物ＯＢすなわちステージ６１の傾きを調整して、ＬＥＤ光及びＸ線の入射角度φが所定角度φｏになるようにした。しかし、これに代えて、ＬＥＤ光の反射光の受光点Ｐ２を所定位置に合わせることなく、入射角度φを計算により導出することもできる。

　ＬＥＤ光の照射点Ｐ１が所定位置にある条件、すなわち測定対象物ＯＢにおける可視光の照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌが所定距離Ｌｏである条件では、ＬＥＤ光の入射角度φが所定角度φｏであれば、結像レンズ４８によるＬＥＤ光の反射光の集光により、撮像器４９の所定位置にＬＥＤ光の反射光は受光される。一方、入射角度φが所定角度φｏでないときには、撮像器４９における受光点は、前記所定位置からずれる。この受光点の前記所定位置からずれ量は、入射角度φと１対１の関係にあるので、撮像器４９における受光点の位置が特定されれば、入射角度φを計算できる。すなわち、撮像器４９による受光点の位置と入射角度φとの関係を予め記憶しておき、撮像器４９からの撮像信号を基に、撮像器４９による受光点の位置を検出して、前記位置と入射角度φとの関係に基づいて、前記検出した位置を用いて入射角度φを計算により導出する。なお、これらの受光点の位置の検出及び入射角度φの計算は、コントローラ９１のプログラム処理により、撮像器４９からの撮像信号を用いて実行される。そして、この求めた入射角度φを用いて残留応力などを計算するようにしてもよい。

　また、上記実施形態においては、プレート４５、モータ４６及びストッパ部材４７ａによりＬＥＤ光源４４をＸ線の光軸上に移動させて、ＬＥＤ光を測定対象物ＯＢに照射する構造にした。しかし、これに代えて、出射Ｘ線と光軸を同一にした可視の平行光を照射することができれば、どのような構造にしてもよい。例えば、ビームスプリッタを出射Ｘ線の光軸上に配置し、ＬＥＤ光をビームスプリッタで反射させて出射Ｘ線と光軸を同一にして照射するようにしてもよい。

　また、上記実施形態においては、スピンドルモータ２７の貫通孔２７ｂに内径の小さな通路部材２８を設けるとともに、固定具１８の貫通孔１８ａの内径を小さくして、ＬＥＤ光源４４から出射されたＬＥＤ光から小さな断面径の平行光が得られるようにしたが、小さな断面径の可視の平行光が得られるならば、別の構造にしてもよい。例えば、通路部材２８の軸長を長くすることにより、ＬＥＤ光源４４からのＬＥＤ光から小さな断面径の平行光が得られるようにしてもよい。また、可視光であるレーザ光を出射するレーザ光源の近くにコリメートレンズとエキスパンダ―レンズを配置し、出射する小さな断面径のレーザ光の光軸をスピンドルモータ２７の出力軸２７ａの貫通孔２７ａ１の中心軸線と一致させるようにしてもよい。

　また、上記実施形態においては、対象物セット装置６０の操作子６７ａ，６８ａ，６３ａ，６６ａ，６５ａを手動操作することにより、ステージ６１及び測定対象物ＯＢのＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、Ｚ軸方向位置、Ｘ軸周りの傾き及びＹ軸周りの傾きを調整するようにした。しかし、これに代えて、ケース５０又はケース５０内部の各種装置のＸ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、Ｚ軸方向位置、Ｘ軸周りの傾斜角及びＹ軸周りの傾斜角の一部又は全てを調整できる構造にし、ケース５０若しくはケース５０内部の各種装置とステージ６１との組み合わせ、又はケース５０若しくはケース５０内部の各種装置のみで、出射Ｘ線とイメージングプレート１５に対する測定対象物ＯＢの前記位置及び傾きを調整するようにしてもよい。

　また、上記実施形態では、図６乃至図８の(Ｂ)のように、表示装置９３の画面上に、測定対象物ＯＢの全体が表示されるようにしたが、表示装置９３の画面が小さかったり、測定対象物ＯＢの表面積が大きかったりして、測定対象物ＯＢの全体を表示装置９３に表示できずに、測定体対象物ＯＢにおける残留応力の測定箇所が視認できない場合には、測定対象物ＯＢの表面に測定箇所を囲む枠などのマークを表記するとよい。また、前述のように測定対象物ＯＢの全体を表示装置９３に表示できなかったり、測定対象物ＯＢの表面形状が円形などで方向性を認識し難くかったりして、測定対象物ＯＢの方向性を視認でき難い場合には、測定対象物ＯＢの表面に測定対象物ＯＢの方向を示す直線などのマークを表記するとよい。

　また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置を、回折環がイメージングプレート１５に形成された後に、レーザ検出装置３０からのレーザ光の照射により回折環を読取る構造にした。しかし、回折環の読取りを別途行う装置でも、イメージングプレート１５の中心にある貫通孔を通してＸ線が出射され、イメージングプレート１５に回折環を形成する装置であれは、本発明は適用されるものである。

　さらに、上記実施形態では、表示装置９３による画像を見ながら、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射位置及び測定対象物ＯＢに対するＬＥＤ光の照射方向を調整することにより、ＬＥＤ光すなわちＸ線の照射位置及び照射方向を所定位置及び所定方向に設定するようにした。しかし、ＬＥＤ光の測定対象物ＯＢへの照射により、表示装置９３の画像を見なくても、測定対象物ＯＢそのものを見て前記ＬＥＤ光の照射位置及び照射方向の調整が可能であれば、特に、表示装置９３に測定対象物ＯＢの画像を表示しなくてもよい。

Claims

　測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、
中央にＸ線を通過させる貫通孔が形成されたテーブルと、
　前記テーブルに取付けられて、中央部にてＸ線を通過させるとともに、測定対象物にて回折したＸ線の回折光を受光する受光面を有し、回折光の像である回折環を記録するイメージングプレートとを備えた回折環形成装置において、
　前記Ｘ線出射器からＸ線が出射されていない状態で、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線と光軸を同一にした平行光である可視光を測定対象物に出射する可視光出射器を設けたことを特徴とする回折環形成装置。
　請求項１に記載の回折環形成装置において、さらに
　前記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とを設けたことを特徴とする回折環形成装置。
　請求項２に記載の回折環形成装置において、
　前記表示器は、測定対象物における前記可視光の照射点から前記イメージングプレートまでの距離が所定距離であるとき、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ようにしたことを特徴とする回折環形成装置。
　請求項２又は３に記載の回折環形成装置において、
　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し、さらに、
　前記表示器は、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角度であるとき、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回折環形成装置。
　請求項２に記載の回折環形成装置において、
　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し、さらに、
　前記カメラを、測定対象物における前記可視光の照射点から前記イメージングプレートまでの距離が所定距離であるときに前記撮像器によって撮像される照射点の撮像位置と、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角度であるときに前記撮像器によって撮像される前記受光点の撮像位置とが一致するように構成しておき、
　前記表示器は、前記撮像位置を一致させた照射点及び受光点の画像上の位置を基準位置として、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回折環形成装置。
　請求項２に記載の回折環形成装置において、さらに、
　前記撮像信号を基に前記撮像器によって撮像された照射点の撮像位置を検出し、前記撮像器によって撮像される照射点の撮像位置と、前記照射点から前記イメージングプレートまでの距離との関係に基づいて、前記検出した照射点の撮像位置を用いて前記Ｘ線の照射点から前記イメージングプレートまでの距離を導出する距離導出手段を設けたことを特徴とする回折環形成装置。
　請求項２又は３に記載の回折環形成装置において、
　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、さらに、
　前記撮像信号を基に前記撮像器によって撮像された受光点の撮像位置を検出し、前記撮像器によって撮像される受光点の撮像位置と、前記可視光出射器から出射される可視光の測定対象物の表面の法線に対する角度との関係に基づいて、前記検出した受光点の撮像位置を用いて前記可視光出射器から出射される可視光の測定対象物の表面の法線に対する角度を導出する角度導出手段を設けたことを特徴とする回折環形成装置。
　請求項１乃至７のうちのいずれか一つに記載の回折環形成装置において、
　前記可視光出射器は、可視光を出射する可視光光源を備え、前記可視光光源から出射された可視光を小さな径の通路を通過させることにより、平行光を形成するものであり、
　前記Ｘ線出射器から出射されたＸ線も前記小さな径の通路を通過させるようにしたことを特徴とする回折環形成装置。
　請求項１乃至８のうちのいずれか一つに記載した回折環形成装置を備え、さらに、測定対象物を載置するためのステージを有し、前記ステージの前記回折環形成装置に対する位置を調整可能とする対象物セット装置を備えたことを特徴とする回折環形成システム。