WO2018221010A1 - 応力測定方法 - Google Patents

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弘行 高枩
利英 福井
真理子 松田
達彦 兜森
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株式会社神戸製鋼所
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Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring the stress of an object to be inspected.
  • a two-dimensional detection method using a two-dimensional detector is used as disclosed in Patent Document 1 and the like. It is popular.
  • This method is a method of measuring stress based on a diffraction ring of diffracted X-rays generated by diffraction of X-rays incident on a test object at a specific incident angle ⁇ . Since the measurement accuracy in this two-dimensional detection method is approximately proportional to sin2 ⁇ , the measurement accuracy decreases as the incident angle ⁇ of X-rays incident on the object to be examined changes from 45 °. For this reason, in the two-dimensional detection method, the incident angle ⁇ of X-rays to the inspection object is usually set to 25 ° to 65 °. In Patent Document 1, the incident angle ⁇ is set to 30 °.
  • the two-dimensional detection method is capable of high-precision measurement when the incident angle ⁇ of X-rays incident on the inspected object is in the range of 25 ° to 65 °, but is caused by the shape of the inspected object. In some cases, an appropriate incident angle cannot be ensured. For example, when the irradiation part capable of irradiating X-rays is tilted with respect to the inspection object so that the incident angle ⁇ of the X-rays to the inspection object falls within the above range, the diffracted X-rays or the irradiation part itself is inspected. May interfere. In such a case, it is difficult to measure the stress of the inspection object with high accuracy.
  • the incident angle ⁇ of X-rays increases, it becomes more susceptible to the surface roughness of the object to be inspected, so that an appropriate incident angle ⁇ may not be ensured. Further, in order to measure the stress in the deep part of the object to be inspected, it is necessary to reduce the incident angle ⁇ . However, as described above, since the measurement accuracy of this measurement method is approximately proportional to sin2 ⁇ , the incident angle ⁇ is As it becomes smaller, the measurement accuracy decreases. For this reason, when the incident angle ⁇ of X-rays to the object to be inspected cannot be set in the range of 25 ° to 65 °, the incident angle ⁇ is set in a range smaller than 25 ° (low incident angle). Usually, it is difficult to apply the two-dimensional detection method.
  • An object of the present invention is to provide a stress capable of measuring the stress of an inspection object with high accuracy by using a two-dimensional detection method when the incident angle of X-rays to the inspection object is in a range of 5 ° to 20 °. It is to provide a measurement method.
  • a stress measurement method is a method for measuring stress of a test object made of metal, and makes X-rays incident on the test object from an irradiation unit capable of irradiating X-rays.
  • the irradiation unit is tilted with respect to the object to be inspected so that an incident angle of the X-ray to the object to be inspected is in a range of 5 ° to 20 °.
  • X-rays are incident on the plurality of parts of the inspection object from the irradiation unit, and a diffraction ring formed by diffracting each X-ray by the inspection object is formed by the two-dimensional detector. To detect.
  • a stress measurement method is a method for measuring stress of a test object made of metal, and makes X-rays enter the test object from an irradiation unit capable of irradiating X-rays. Detecting a diffraction ring of diffracted X-rays formed by diffracting the X-rays by the object to be inspected with a two-dimensional detector, and calculating the stress of the concave portion based on the detection result of the detecting step And in the detection step, a specific incident angle selected from a range of 5 ° or more and 20 ° or less and a plurality of incident angles different from each other from the irradiating unit to specify the specific object to be inspected. X-rays are made incident on the part, and a diffraction ring formed by diffracting each X-ray at the specific part is detected by the two-dimensional detector.
  • This stress measurement method is to measure the stress of a device under test 1 (crankshaft or the like) made of a metal such as a steel material using a two-dimensional detector (not shown).
  • the inspection object 1 is tilted with respect to the inspection object 1 so that the incident angle of the X-rays irradiated from the irradiation unit 4 capable of irradiating X-rays to the inspection object 1 is larger than 25 °.
  • the X-ray irradiated from the irradiation unit 4 or the irradiation unit 4 interferes with the diffracted X-ray formed by diffracting by the inspection object 1, and the incident angle of the X-ray to the inspection object 1 is
  • the stress of the recess 3 of the device under test 1 is measured. That is, in the present embodiment, when the irradiation unit 4 is tilted with respect to the recess 3 so that the incident angle ⁇ of X-rays is greater than 25 °, does the irradiation unit 4 interfere with the surface 2 of the object 1 to be inspected? The diffracted X-rays interfere with the boundary between the recess 3 and the surface.
  • the measurement site is not limited to the recess 3.
  • the stress measurement method includes a detection step and a calculation step.
  • X-rays irradiated from the irradiation unit 4 that can irradiate X-rays are made incident on the concave portion 3, and a diffraction ring R of the diffracted X-rays formed by diffracting the X-rays at the concave portion 3 is set to 2.
  • Detect with dimension detector Specifically, in this detection step, the irradiation unit 4 is tilted with respect to the object to be inspected 1 so that the incident angle ⁇ of the X-rays to the concave portion 3 is in the range of 5 ° to 20 ° (low incident angle).
  • X-rays are incident from the irradiation unit 4 to a plurality of portions in the recess 3 at a constant incident angle ⁇ , and a diffraction ring R formed by diffracting each X-ray at the recess 3 Detect with a two-dimensional detector.
  • the irradiation unit 4 may be moved while the inspection object 1 is fixed, or the inspection object 1 may be moved while the irradiation part 4 is fixed.
  • a part continuously connected in the recess 3 is selected. More preferably, as the plurality of portions, a portion continuously connected along the extending direction of the recess 3 is selected.
  • X-rays are continuously incident at a constant incident angle ⁇ from the irradiation unit 4 on the continuously connected portions, and a plurality of X-rays are formed by diffracting each of the portions.
  • a single diffractive ring R obtained by superimposing the diffractive rings R is detected by a two-dimensional detector.
  • the area of the X-rays irradiated to the continuously connected portions in the recess 3 is set to be equal to or more than a predetermined times (for example, 15000 times) the area of the crystal grains of the device 1 to be inspected.
  • the stress of the recess 3 is calculated based on the detection result of the detection step (the single diffraction ring R).
  • the X-ray incident angle on the object to be inspected 1 is in a range of 5 ° to 20 ° (low incident angle). Since the irradiation unit 4 is tilted with respect to the inspection object 1, the inspection object 1 is irradiated to the inspection object 1 such that the incident angle of X-rays to the inspection object 1 is greater than 25 °. Even when the irradiation unit 4 has a shape that interferes with the inspection object 1 when 4 is tilted, the stress of the inspection object 1 can be measured effectively.
  • the detection step since a plurality of diffraction rings R corresponding to the respective X-rays incident on each of the plurality of parts of the inspection object 1 are detected, it corresponds to a single X-ray incident on the inspection object 1. Compared to the case where only a single diffraction ring R is detected, more diffraction information (information on crystals contributing to diffraction) is included in the detection result of the detection step. Therefore, the accuracy of calculating the stress of the device under test 1 in the calculation process is increased.
  • a portion continuously connected along the direction in which the concave portion 3 extends is selected as the plurality of portions, so that the measurement accuracy of the stress in the concave portion 3 is further increased.
  • the stress of the concave portion 3 is considered to be substantially uniform along the extending direction of the concave portion 3, the measurement is performed by detecting the diffraction ring R for the portion continuously connected along the direction. Accuracy is improved.
  • the detection process as a plurality of sites in the recess 3 where X-rays are incident, sites that are arranged at intervals along the extending direction of the recess 3 are selected, and the incident X-rays are diffracted at each site.
  • a plurality of diffraction rings R formed by the above may be detected.
  • an average value of a plurality of detection values (stress values) obtained from each diffraction ring R is calculated.
  • a portion continuously connected along the extending direction of the recess 3 is selected, and the X-rays are continuously incident on the portion, whereby the recess Compared with the case where X-rays are incident on a plurality of parts arranged at intervals in 3, setting of measurement conditions for each measurement part is not required, so that the operation of the detection process is simplified.
  • the detection step includes a specific incident angle ⁇ selected from a range of 5 ° or more and 20 ° or less with respect to a single portion in the recess 3 and is different from each other.
  • X-rays are made incident from the irradiation unit 4 at a plurality of incident angles ⁇ , and a diffraction ring R formed by each X-ray being diffracted by the recess 3 is detected by a two-dimensional detector.
  • the plurality of incident angles ⁇ are selected from a range in which the specific incident angle ⁇ is a lower limit value and an incident angle ⁇ increased by a predetermined angle with respect to the specific incident angle ⁇ is an upper limit value.
  • X-rays are continuously incident on the concave portion 3 from the lower limit value to the upper limit value or from the upper limit value to the lower limit value, and each X-ray is diffracted by the concave portion 3.
  • a two-dimensional detector detects a single diffraction ring obtained by superimposing a plurality of diffraction rings formed in this manner.
  • X-rays are detected at a plurality of different incident angles ⁇ including a specific incident angle ⁇ selected from a range of 5 ° to 20 ° in the detection step. Since the inspection object 1 is irradiated, the irradiation part 4 is inclined with respect to the inspection object 1 so that the X-ray incident angle on the inspection object 1 is larger than 25 °. Even when the irradiation unit 4 has a shape that interferes with the inspection object 1, the stress of the inspection object 1 can be measured effectively.
  • a plurality of diffraction rings R corresponding to a plurality of X-rays incident at a plurality of different incident angles ⁇ are detected by the two-dimensional detector.
  • the diffraction information information of crystals contributing to diffraction
  • the accuracy of calculation of the stress of the recess 3 in the calculation process is increased.
  • the plurality of incident angles ⁇ are selected from a range in which the specific incident angle ⁇ is a lower limit value and the incident angle ⁇ increased by a predetermined angle with respect to the specific incident angle ⁇ is an upper limit value. Therefore, a lot of diffraction information can be obtained in the vicinity of the irradiated part of X-rays incident at a specific incident angle ⁇ . Therefore, measurement accuracy is improved.
  • a test piece (10 mm ⁇ 10 mm) from which a part of the device under test 1 was cut out was used.
  • the object to be inspected one made of CrMo-based low alloy steel was used.
  • Cr-K ⁇ having a wavelength of 0.117 mm was used, and the beam diameter ⁇ of the X-rays was about 1.5 mm.
  • ⁇ -X360 manufactured by Pulstec was used as the irradiation unit 4.
  • the X-ray is incident on the test piece in a state where stress is applied to the test piece with a four-point bending tester, and a diffraction ring on the diffraction surface of Fe (2,1,1) is obtained. (2 ⁇ ⁇ 156 °) was detected with a two-dimensional detector. Is the diffraction angle.
  • the stress was calculated based on the detection result.
  • FIG. 3 shows an example of the moving direction of incident X-rays incident on the test piece.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the X-ray irradiation area and the tilt error when the incident angle ⁇ of the incident X-ray is 5 °, 10 °, 20 °, and 35 °.
  • the tilt error means an error of a measured value with respect to an actually applied stress (a value of a strain gauge attached to a test piece). Therefore, it can be evaluated that the smaller the value, the higher the accuracy of the measurement.
  • the tilt error in the range where the X-ray irradiation area is 15 mm 2 or more may be comparable to the tilt error at a high incident angle (35 °) that can be evaluated as relatively high accuracy.
  • a high incident angle 35 °
  • the incident angle ⁇ of the incident X-ray is a low incident angle
  • this embodiment by irradiating the X-ray to an area of 15 mm 2 or more, a single X-ray can be obtained at a high incident angle. It was found that it can be measured with the same accuracy as the case of irradiation.
  • This irradiation area corresponds to about 15000 times or more the crystal grain area of the test piece (about 0.001 mm 2 in this example).
  • FIG. 5 shows the relationship between the amount of change in the incident angle ⁇ of the incident X-ray (the angle increased with respect to the incident angle ⁇ ) and the tilt error when the incident angle ⁇ of the incident X-ray is low and high. It is a graph to show.
  • the change amount of the incident angle is 6 °
  • the value of the tilt error is within the range of the incident angle obtained by adding the incident angle ⁇ from the specific incident angle selected from the low incident angle to the specific incident angle by 6 °.
  • the deviation from the value of the strain gauge of the calculated value based on the diffraction ring R obtained by changing continuously is meant.
  • FIG. 5 shows that at a low incident angle, the tilt error decreases (measurement accuracy improves) as the amount of change in the incident angle ⁇ increases. This is because the diffraction information obtained from the diffracted X-rays increases by changing the incident angle ⁇ within the above range.
  • the tilt error in the range where the change amount of the incident angle ⁇ is 6 ° or more at the low incident angle is comparable to the tilt error of the high incident angle that can be evaluated as relatively high accuracy. That is, even if the incident angle ⁇ of the incident X-ray is a low incident angle, the X-ray is irradiated while changing the incident angle ⁇ within a range in which the incident angle ⁇ is increased by 6 ° or more, thereby achieving high incidence. It was found that measurement can be performed with the same degree of accuracy as when X-rays with a single angle (with a swing angle of 0 °) are irradiated.
  • the stress measurement method is a method for measuring the stress of an object to be inspected made of metal.
  • the X-ray is incident on the object to be inspected from an irradiation unit capable of irradiating X-rays, and the X A detection step of detecting a diffraction ring of diffracted X-rays formed by diffracting a line by the inspection object with a two-dimensional detector, and calculating a stress of the inspection object based on a detection result of the detection step
  • the irradiation unit is tilted with respect to the object to be inspected so that an incident angle of the X-ray to the object to be inspected is in a range of 5 ° to 20 °.
  • X-rays are incident on the plurality of parts of the inspection object from the irradiation unit, and a diffraction ring formed by diffracting each X-ray by the inspection object is formed by the two-dimensional detector. To detect.
  • the irradiation part in the detection step, is tilted with respect to the object to be inspected so that the incident angle of X-rays to the object to be inspected is in the range of 5 ° to 20 ° (low incident angle).
  • the irradiation unit is tilted with respect to the inspection object so that the X-ray incident angle to the inspection object is larger than 25 °, for example, the irradiation unit interferes with the inspection object. Even in the case of having a shape, the stress of the object to be inspected can be measured effectively.
  • the detection step a plurality of diffraction rings corresponding to the respective X-rays incident on each of the plurality of parts of the object to be inspected are detected, so that a single X-ray corresponding to the single X-ray incident on the object to be inspected is detected.
  • more diffraction information (information on crystals contributing to diffraction) is included in the detection result of the detection step. Therefore, the accuracy of calculating the stress of the object to be inspected in the calculation process is increased.
  • a part continuously connected among the plurality of parts is selected as the plurality of parts, and X-rays are continuously incident on the parts.
  • the accuracy of measuring the stress of the object to be inspected is further increased, and the operation of the detection process is simplified.
  • the stress of the object to be inspected is considered to be substantially uniform in the continuously connected portions, the measurement accuracy is improved by detecting the diffraction ring in those portions.
  • X-rays are continuously incident on the continuously connected portions, and a plurality of diffraction rings formed by diffracting each X-ray at the portions are overlapped. It is preferable to detect the single diffraction ring obtained by this with the two-dimensional detector.
  • the X-ray is applied to the object to be inspected so that the total irradiation area of the X-rays on the object to be inspected is equal to or larger than a predetermined multiple of the area of crystal grains of the object to be inspected. It is preferable to make the line incident.
  • the stress measurement method of the second embodiment is a method for measuring the stress of a test object made of metal, and makes X-rays incident on the test object from an irradiation unit capable of irradiating X-rays.
  • X-rays are incident on the diffracting ring, and a diffraction ring formed by diffracting each X-ray at the specific portion is detected by the two-dimensional detector.
  • the X-ray is irradiated to the inspected part at a plurality of different incident angles including a specific incident angle selected from the range of 5 ° to 20 °.
  • a specific incident angle selected from the range of 5 ° to 20 °.
  • the irradiation part when the irradiation part is tilted with respect to the inspection object so that the incident angle of X-rays to the inspection object is larger than 25 °, the irradiation part has a shape that interferes with the inspection object. Even in this case, the stress of the object to be inspected can be measured effectively.
  • the two-dimensional detector detects a plurality of diffraction rings corresponding to a plurality of X-rays incident at a plurality of different incident angles, so that a single incident angle with respect to the object to be inspected.
  • more diffraction information (information on crystals contributing to diffraction) is included in the detection result of the detection step. Therefore, the accuracy of calculation of the stress of the recess in the calculation process is increased.
  • the plurality of incident angles are selected from a range in which a specific incident angle is a lower limit value and an incident angle obtained by increasing a predetermined angle with respect to the specific incident angle is an upper limit value.
  • the incident angle of X-rays irradiated from the irradiation unit as the object to be inspected is 25.
  • the X-ray irradiated from the irradiation unit or the irradiation unit tilted with respect to the object to be inspected so as to be larger than ° interferes with the diffracted X-rays formed by diffracting by the object to be inspected, And the X-ray irradiated from the said irradiation part or the said irradiation part inclined with respect to the said to-be-inspected object so that the incident angle of the said X-ray to the to-be-inspected object may be 25 degrees or less It is preferable to use one having a shape that is separated from the diffracted X-ray formed by diffracting at the above.

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Abstract

金属からなる被検査体の応力を測定する方法であって、照射部から被検査体にＸ線を入射させるとともに、Ｘ線が被検査体で回折することにより形成される回折Ｘ線の回折環を２次元検出器で検出する検出工程と、検出工程の検出結果に基づいて被検査体の応力を算出する算出工程と、を含み、検出工程では、被検査体への入射角が５°以上２０°以下の範囲となるように被検査体に対して照射部を傾けた状態で当該照射部から被検査体の複数の部位に対してそれぞれＸ線を入射させるとともに、各Ｘ線が被検査体で回折することにより形成される回折環を２次元検出器で検出する。

Description

応力測定方法
　本発明は、被検査体の応力を測定する方法に関するものである。
　近年、非破壊で金属からなる被検査体の応力（残留応力）を測定する方法として、特許文献１等に見られるように、２次元検出器を用いた２次元検出法（いわゆるｃｏｓα法）が普及している。この方法は、特定の入射角Ψで被検査体に入射したＸ線が被検査体での回折により生じる回折Ｘ線の回折環に基づいて応力を測定する方法である。この２次元検出法における測定の精度は、概ねｓｉｎ２Ψに比例するため、被検査体に入射させるＸ線の入射角Ψが４５°から変化するにしたがって測定精度が低下する。このため、２次元検出法では、通常、Ｘ線の被検査体への入射角Ψは、２５°～６５°に設定される。特許文献１では、入射角Ψは３０°に設定されている。
　２次元検出法は、被検査体に入射させるＸ線の入射角Ψが２５°～６５°の範囲である場合には、高精度な測定が可能であるものの、被検査体の形状等に起因して適切な入射角を確保することができない場合がある。例えば、Ｘ線の被検査体への入射角Ψが上記の範囲となるようにＸ線を照射可能な照射部を被検査体に対して傾けると、回折Ｘ線又は照射部自体が被検査体と干渉する場合がある。このような場合、被検査体の応力を高精度に測定することが困難である。また、Ｘ線の入射角Ψが大きくなるにしたがって被検査体の表面粗さの影響を受け易くなるため、適切な入射角Ψを確保できない場合もある。さらに、被検査体の深部の応力を測定するためには、入射角Ψを小さくする必要があるが、上述のように、この測定方法の測定精度は概ねｓｉｎ２Ψに比例するため、入射角Ψが小さくなると測定精度が低下する。このため、Ｘ線の被検査体への入射角Ψを２５°～６５°の範囲に設定することができない場合、特に、入射角Ψが２５°よりも小さな範囲（低入射角）に設定される必要がある場合、通常、２次元検出法の適用は困難である。
特開２０１１－２７５５０号公報
　本発明の目的は、被検査体へのＸ線の入射角が５°以上２０°以下の範囲でかつ２次元検出法を用いて被検査体の応力を高精度に測定することが可能な応力測定方法を提供することである。
　本発明の一局面に従う応力測定方法は、金属からなる被検査体の応力を測定する方法であって、Ｘ線を照射可能な照射部から前記被検査体にＸ線を入射させるとともに、前記Ｘ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折Ｘ線の回折環を２次元検出器で検出する検出工程と、前記検出工程の検出結果に基づいて前記被検査体の応力を算出する算出工程と、を含み、前記検出工程では、前記Ｘ線の前記被検査体への入射角が５°以上２０°以下の範囲となるように前記被検査体に対して前記照射部を傾けた状態で当該照射部から前記被検査体の複数の部位に対してそれぞれＸ線を入射させるとともに、各Ｘ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折環を前記２次元検出器で検出する。
　また、本発明の他の局面に従う応力測定方法は、金属からなる被検査体の応力を測定する方法であって、Ｘ線を照射可能な照射部から前記被検査体にＸ線を入射させるとともに、前記Ｘ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折Ｘ線の回折環を２次元検出器で検出する検出工程と、前記検出工程の検出結果に基づいて前記凹部の応力を算出する算出工程と、を含み、前記検出工程では、５°以上２０°以下の範囲から選択された特定の入射角を含みかつ互いに異なる複数の入射角で前記照射部から前記被検査体の特定の部位に対してＸ線を入射させるとともに、各Ｘ線が前記特定の部位で回折することにより形成される回折環を前記２次元検出器で検出する。
本発明の第１実施形態の応力測定方法の検出工程を示す概略図である。 本発明の第２実施形態の応力測定方法の検出工程を示す概略図である。 第１実施例における入射Ｘ線の移動方向の例を示す図である。 入射Ｘ線の照射面積と傾き誤差との関係（ＣｒＭｏ系低合金鋼）を示すグラフである。 入射Ｘ線の揺動角と信頼度との関係（ＣｒＭｏ系低合金鋼）を示すグラフである。
　以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
　（第１実施形態）
　本発明の第１実施形態の応力測定方法について、図１を参照しながら説明する。この応力測定方法は、２次元検出器（図示略）を用いて鋼材等の金属からなる被検査体１（クランクシャフト等）の応力を測定するものである。被検査体１は、Ｘ線を照射可能な照射部４から照射されるＸ線の当該被検査体１への入射角が２５°よりも大きくなるように被検査体１に対して傾けられた照射部４又は当該照射部４から照射されたＸ線が被検査体１で回折することにより形成される回折Ｘ線に干渉し、かつ、前記Ｘ線の当該被検査体１への入射角が２５°以下となるように被検査体１に対して傾けられた照射部４又は当該照射部４から照射されたＸ線が被検査体１で回折することにより形成される回折Ｘ線から離間する形状を有する。具体的に、図１に示されるように、被検査体１は、表面２と、表面２から窪むとともに溝状に延びる形状を有する凹部３と、を有する。本実施形態では、被検査体１の凹部３の応力を測定する場合について説明する。すなわち、本実施形態では、Ｘ線の入射角Ψが２５°よりも大きくなるように凹部３に対して照射部４が傾けられると、照射部４が被検査体１の表面２に干渉するか、回折Ｘ線が凹部３と表面との境界に干渉する。ただし、測定部位は、凹部３に限られない。本応力測定方法は、検出工程と、算出工程と、を含む。
　検出工程では、Ｘ線を照射可能な照射部４から照射されたＸ線を凹部３に入射させるとともに、前記Ｘ線が凹部３で回折することにより形成される回折Ｘ線の回折環Ｒを２次元検出器で検出する。具体的に、この検出工程では、前記Ｘ線の凹部３への入射角Ψが５°以上２０°以下の範囲（低入射角）となるように被検査体１に対して照射部４を傾けた状態で当該照射部４から凹部３内の複数の部位に対して一定の入射角ΨでそれぞれＸ線を入射させるとともに、各Ｘ線が凹部３で回折することにより形成される回折環Ｒを２次元検出器で検出する。なお、このとき、被検査体１を固定した状態で照射部４を移動させてもよいし、照射部４を固定した状態で被検査体１を移動させてもよい。また、前記複数の部位として、凹部３内において連続的につながる部位が選択される。より好ましくは、前記複数の部位として、凹部３の延びる方向に沿って連続的につながる部位が選択される。この検出工程では、前記連続的につながる部位に対して照射部４から一定の入射角Ψで連続的にＸ線を入射させるとともに、各Ｘ線が前記部位で回折することにより形成される複数の回折環Ｒを重ね合わせることにより得られる単一の回折環Ｒを２次元検出器で検出する。また、凹部３内の連続的につながる部位に照射するＸ線の面積は、被検査体１の結晶粒の面積の所定倍（例えば１５０００倍）以上に設定されることが好ましい。
　算出工程では、検出工程の検出結果（前記単一の回折環Ｒ）に基づいて凹部３の応力が算出される。
　以上に説明したように、本実施形態の応力測定方法では、検出工程において、Ｘ線の被検査体１への入射角が５°以上２０°以下の範囲（低入射角）となるように被検査体１に対して照射部４が傾けられるため、被検査体１が、当該被検査体１へのＸ線の入射角が２５°よりも大きくなるように被検査体１に対して照射部４が傾けられたときにこの照射部４が被検査体１に干渉する形状を有する場合においても、被検査体１の応力を有効に測定可能である。さらに、検出工程では、被検査体１の複数の部位のそれぞれに入射した各Ｘ線に対応する複数の回折環Ｒを検出するので、被検査体１に入射した単一のＸ線に対応する単一の回折環Ｒのみを検出する場合に比べ、検出工程の検出結果に含まれる回折情報（回折に寄与する結晶の情報）が多くなる。よって、算出工程における被検査体１の応力の算出の精度が高まる。
　また、検出工程では、前記複数の部位として、凹部３の延びる方向に沿って連続的につながる部位が選択されるので、凹部３の応力の測定精度がさらに高まる。具体的に、凹部３の応力は、当該凹部３の延びる方向に沿ってほぼ均一であると考えられるため、その方向に沿って連続的につながる部位についての回折環Ｒを検出することにより、測定精度が向上する。
　なお、検出工程では、Ｘ線が入射される凹部３内の複数の部位として、凹部３の延びる方向に沿って互いに間隔をおいて並ぶ部位が選択され、各部位で入射Ｘ線が回折することにより形成された複数の回折環Ｒを検出してもよい。この場合、算出工程では、各回折環Ｒから求められる複数の検出値（応力の値）の平均値が算出される。ただし、上記実施形態のように、前記複数の部位として、凹部３の延びる方向に沿って連続的につながる部位が選択され、その部位に対して連続的にＸ線が入射されることにより、凹部３内において互いに間隔をおいて並ぶ複数の部位にＸ線を入射させる場合に比べ、測定部位ごとの測定条件の設定が不要となるため、検出工程の作業が簡素化される。
　（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態の応力測定方法について、図２を参照しながら説明する。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行い、第１実施形態と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する。
　本実施形態では、図２に示されるように、検出工程では、凹部３内の単一の部位に対し、５°以上２０°以下の範囲から選択された特定の入射角Ψを含みかつ互いに異なる複数の入射角Ψで照射部４からＸ線を入射させるとともに、各Ｘ線が凹部３で回折することにより形成される回折環Ｒを２次元検出器で検出する。前記複数の入射角Ψは、前記特定の入射角Ψを下限値とし前記特定の入射角Ψに対して所定角度増加させた入射角Ψを上限値とする範囲から選択される。本実施形態では、検出工程において、凹部３に対して前記範囲の下限値から上限値まで、あるいは上限値から下限値まで連続的にＸ線を入射させるとともに、各Ｘ線が凹部３で回折することにより形成される複数の回折環を重ね合わせることにより得られる単一の回折環を２次元検出器で検出する。
　以上に説明したように、本実施形態の応力測定方法では、検出工程において、５°以上２０°以下の範囲から選択された特定の入射角Ψを含む互いに異なる複数の入射角ΨでＸ線が被検査部１に照射されるため、被検査体１が、当該被検査体１へのＸ線の入射角が２５°よりも大きくなるように被検査体１に対して照射部４が傾けられたときにこの照射部４が被検査体１に干渉する形状を有する場合においても、被検査体１の応力を有効に測定可能である。さらに、検出工程では、互いに異なる複数の入射角Ψで入射した複数のＸ線のそれぞれに対応する複数の回折環Ｒを２次元検出器で検出するので、被検査体１に対して単一の入射角で入射したＸ線に対応する単一の回折環のみを検出する場合に比べ、検出工程の検出結果に含まれる回折情報（回折に寄与する結晶の情報）が多くなる。よって、算出工程における凹部３の応力の算出の精度が高まる。
　また、検出工程では、前記複数の入射角Ψは、特定の入射角Ψを下限値とし前記特定の入射角Ψに対して所定角度増加させた入射角Ψを上限値とする範囲から選択されるので、特定の入射角Ψで入射したＸ線の照射部位の近傍において多くの回折情報を得ることが可能となる。よって、測定精度が向上する。
　続いて、上記各実施形態の実施例について順に説明する。この実施例では、被検査体１の一部が切り出された試験片（１０ｍｍ×１０ｍｍ）が用いられた。また、被検査体１としては、ＣｒＭｏ系低合金鋼からなるものが用いられた。この試験片に対して照射部４から入射させるＸ線として、波長が０．１１７ｍｍのＣｒ－Ｋαが用いられ、また、このＸ線のビーム径φは、約１．５ｍｍとされた。なお、照射部４として、パルステック社製のμ－Ｘ３６０が用いられた。
　この実施例の検出工程では、前記試験片に対し４点曲げ試験機で応力を印加した状態で当該試験片に前記Ｘ線を入射させ、Ｆｅ（２，１，１）の回折面における回折環（２θ≦１５６°）を２次元検出器で検出した。なお、θは、回折角である。そして、算出工程では、その検出結果に基づいて応力を算出した。
　（第１実施形態の実施例）
　まず、第１実施形態の実施例について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、試験片に入射させる入射Ｘ線の移動方向の例を示している。図４は、入射Ｘ線の入射角Ψが５°、１０°、２０°及び３５°の場合におけるＸ線の照射面積と傾き誤差との関係を示すグラフである。なお、傾き誤差は、実際に付加されている応力（試験片に取り付けられたひずみゲージの値）に対する測定値の誤差を意味する。よって、この値が小さい程、高精度に測定が行われたと評価できる。
　この図４に示されるように、低入射角（５°、１０°及び２０°）では、単一のＸ線による照射面積（本実施例では約１．８ｍｍ２）から照射面積が増えるにしたがって傾き誤差が低減する（測定精度が向上する）傾向にあることが分かる。これは、Ｘ線の照射面積が大きくなるにしたがって回折Ｘ線から得られる回折情報が多くなるからである。
　また、低入射角において、Ｘ線の照射面積が１５ｍｍ２以上の範囲の傾き誤差は、比較的高精度であると評価可能な高入射角（３５°）の傾き誤差と同程度であることが分かる。つまり、入射Ｘ線の入射角Ψが低入射角であっても、本実施例の場合、１５ｍｍ２以上の面積に対してＸ線を照射することにより、高入射角で単一のＸ線を照射した場合と同程度の精度で測定できることが分かった。この照射面積は、試験片の結晶粒の面積（本実施例では約０．００１ｍｍ２）の約１５０００倍以上に相当する。すなわち、Ｘ線の照射面積の合計が試験片の結晶粒の面積の約１５０００倍以上となるように試験片にＸ線を入射させることにより、高入射角で単一のＸ線を照射した場合と同程度の精度で測定できることが分かった。
　（第２実施形態の実施例）
　次に、第２実施形態の実施例について、図５を参照しながら説明する。図５は、入射Ｘ線の入射角Ψが低入射角及び高入射角の場合における入射Ｘ線の入射角Ψの変更量（入射角Ψに対して増加させる角度）と傾き誤差との関係を示すグラフである。例えば、入射角の変更量が６°の場合の傾き誤差の値は、入射角Ψを低入射角から選択された特定の入射角から当該特定の入射角に６°加えた入射角の範囲で連続的に変化させることにより得られた回折環Ｒに基づく算出値のひずみゲージの値からのずれを意味する。
　この図５から、低入射角では、入射角Ψの変更量が増加するにしたがって傾き誤差が減少している（測定精度が向上している）ことが分かる。これは、入射角Ψを前記範囲で変更することによって回折Ｘ線から得られる回折情報が多くなるからである。
　また、低入射角において、入射角Ψの変更量が６°以上の範囲の傾き誤差は、比較的高精度であると評価可能な高入射角の傾き誤差と同程度であることが分かる。つまり、入射Ｘ線の入射角Ψが低入射角であっても、この入射角Ψに対して６°以上増加させた範囲で入射角Ψを変更させながらＸ線を照射することにより、高入射角で単一の（揺動角が０°の）Ｘ線を照射した場合と同程度の精度で測定できることが分かった。
　ここで、上記実施形態について概説する。
　上記第１実施形態の応力測定方法は、金属からなる被検査体の応力を測定する方法であって、Ｘ線を照射可能な照射部から前記被検査体にＸ線を入射させるとともに、前記Ｘ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折Ｘ線の回折環を２次元検出器で検出する検出工程と、前記検出工程の検出結果に基づいて前記被検査体の応力を算出する算出工程と、を含み、前記検出工程では、前記Ｘ線の前記被検査体への入射角が５°以上２０°以下の範囲となるように前記被検査体に対して前記照射部を傾けた状態で当該照射部から前記被検査体の複数の部位に対してそれぞれＸ線を入射させるとともに、各Ｘ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折環を前記２次元検出器で検出する。
　本応力測定方法では、検出工程において、Ｘ線の被検査体への入射角が５°以上２０°以下の範囲（低入射角）となるように被検査体に対して照射部が傾けられるため、被検査体が、例えば当該被検査体へのＸ線の入射角が２５°よりも大きくなるように被検査体に対して照射部が傾けられたときにこの照射部が被検査体に干渉する形状を有する場合においても、被検査体の応力を有効に測定可能である。さらに、検出工程では、被検査体の複数の部位のそれぞれに入射した各Ｘ線に対応する複数の回折環を検出するので、被検査体に入射した単一のＸ線に対応する単一の回折環のみを検出する場合に比べ、検出工程の検出結果に含まれる回折情報（回折に寄与する結晶の情報）が多くなる。よって、算出工程における被検査体の応力の算出の精度が高まる。
　この場合において、前記検出工程では、前記複数の部位として、前記被検査体のうち連続的につながる部位が選択され、その部位に対して連続的にＸ線を入射させることが好ましい。
　このようにすれば、被検査体の応力の測定精度がさらに高まり、かつ、検出工程の作業が簡素化される。具体的に、被検査体の応力は、連続的につながる部位においてほぼ均一であると考えられるため、それらの部位において回折環を検出することにより、測定精度が向上する。また、被検査体において互いに離間する部位に対して個別にＸ線が照射される場合に比べ、測定部位ごとの測定条件の設定が不要となるので、検出工程の作業が簡素化される。
　さらにこの場合において、前記検出工程では、前記連続的につながる部位に対して連続的にＸ線を入射させるとともに、各Ｘ線が前記部位で回折することにより形成される複数の回折環を重ね合わせることにより得られる単一の回折環を前記２次元検出器で検出することが好ましい。
　このようにすれば、検出工程がさらに簡素化される。
　また、前記検出工程では前記検出工程では、前記Ｘ線の前記被検査体への照射面積の合計が前記被検査体の結晶粒の面積の所定倍以上となるように前記被検査体に前記Ｘ線を入射させることが好ましい。
　このようにすれば、検出工程の検出結果に含まれる回折情報がより多くなるので、測定精度が一層高まる。
　また、上記第２実施形態の応力測定方法は、金属からなる被検査体の応力を測定する方法であって、Ｘ線を照射可能な照射部から前記被検査体にＸ線を入射させるとともに、前記Ｘ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折Ｘ線の回折環を２次元検出器で検出する検出工程と、前記検出工程の検出結果に基づいて前記凹部の応力を算出する算出工程と、を含み、前記検出工程では、５°以上２０°以下の範囲から選択された特定の入射角を含みかつ互いに異なる複数の入射角で前記照射部から前記被検査体の特定の部位に対してＸ線を入射させるとともに、各Ｘ線が前記特定の部位で回折することにより形成される回折環を前記２次元検出器で検出する。
　本応力測定方法では、検出工程において、５°以上２０°以下の範囲から選択された特定の入射角を含む互いに異なる複数の入射角でＸ線が被検査部に照射されるため、被検査体が、例えば当該被検査体へのＸ線の入射角が２５°よりも大きくなるように被検査体に対して照射部が傾けられたときにこの照射部が被検査体に干渉する形状を有する場合においても、被検査体の応力を有効に測定可能である。さらに、検出工程では、互いに異なる複数の入射角で入射した複数のＸ線のそれぞれに対応する複数の回折環を２次元検出器で検出するので、被検査体に対して単一の入射角で入射したＸ線に対応する単一の回折環のみを検出する場合に比べ、検出工程の検出結果に含まれる回折情報（回折に寄与する結晶の情報）が多くなる。よって、算出工程における凹部の応力の算出の精度が高まる。
　この場合において、前記複数の入射角は、特定の入射角を下限値とし前記特定の入射角に対して所定角度増加させた入射角を上限値とする範囲から選択されることが好ましい。
　このようにすれば、検出工程において、特定の入射角で入射したＸ線の照射部位の近傍において多くの回折情報を得ることが可能となる。よって、測定精度が向上する。
　また、上記第１実施形態又は上記第２実施形態の応力測定方法において、前記検出工程では、前記被検査体として、前記照射部から照射されるＸ線の当該被検査体への入射角が２５°よりも大きくなるように前記被検査体に対して傾けられた前記照射部又は当該照射部から照射されたＸ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折Ｘ線に干渉し、かつ、前記Ｘ線の当該被検査体への入射角が２５°以下となるように前記被検査体に対して傾けられた前記照射部又は当該照射部から照射されたＸ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折Ｘ線から離間する形状を有するものが用いられることが好ましい。
 

Claims (8)

  1. 　金属からなる被検査体の応力を測定する方法であって、
    　Ｘ線を照射可能な照射部から前記被検査体にＸ線を入射させるとともに、前記Ｘ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折Ｘ線の回折環を２次元検出器で検出する検出工程と、
    　前記検出工程の検出結果に基づいて前記被検査体の応力を算出する算出工程と、を含み、
    　前記検出工程では、前記Ｘ線の前記被検査体への入射角が５°以上２０°以下の範囲となるように前記被検査体に対して前記照射部を傾けた状態で当該照射部から前記被検査体の複数の部位に対してそれぞれＸ線を入射させるとともに、各Ｘ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折環を前記２次元検出器で検出する、応力測定方法。
  2. 　請求項１に記載の応力測定方法において、
    　前記検出工程では、前記複数の部位として、前記被検査体のうち連続的につながる部位が選択され、その部位に対して連続的にＸ線を入射させる、応力測定方法。
  3. 　請求項２に記載の応力測定方法において、
    　前記検出工程では、前記連続的につながる部位に対して連続的にＸ線を入射させるとともに、各Ｘ線が前記部位で回折することにより形成される複数の回折環を重ね合わせることにより得られる単一の回折環を前記２次元検出器で検出する、応力測定方法。
  4. 　請求項１ないし３のいずれかに記載の応力測定方法において、
    　前記検出工程では、前記Ｘ線の前記被検査体への照射面積の合計が前記被検査体の結晶粒の面積の所定倍以上となるように前記被検査体に前記Ｘ線を入射させる、応力測定方法。
  5. 　金属からなる被検査体の応力を測定する方法であって、
    　Ｘ線を照射可能な照射部から前記被検査体にＸ線を入射させるとともに、前記Ｘ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折Ｘ線の回折環を２次元検出器で検出する検出工程と、
    　前記検出工程の検出結果に基づいて前記凹部の応力を算出する算出工程と、を含み、
    　前記検出工程では、５°以上２０°以下の範囲から選択された特定の入射角を含みかつ互いに異なる複数の入射角で前記照射部から前記被検査体の特定の部位に対してＸ線を入射させるとともに、各Ｘ線が前記特定の部位で回折することにより形成される回折環を前記２次元検出器で検出する、応力測定方法。
  6. 　請求項５に記載の応力測定方法において、
    　前記検出工程では、前記複数の入射角は、前記特定の入射角を下限値とし前記特定の入射角に対して所定角度増加させた入射角を上限値とする範囲から選択される、応力測定方法。
  7. 　請求項１に記載の応力測定法において、
    　前記検出工程では、前記被検査体として、前記照射部から照射されるＸ線の当該被検査体への入射角が２５°よりも大きくなるように前記被検査体に対して傾けられた前記照射部又は当該照射部から照射されたＸ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折Ｘ線に干渉し、かつ、前記Ｘ線の当該被検査体への入射角が２５°以下となるように前記被検査体に対して傾けられた前記照射部又は当該照射部から照射されたＸ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折Ｘ線から離間する形状を有するものが用いられる、応力測定方法。
  8. 　請求項５に記載の応力測定法において、
    　前記検出工程では、前記被検査体として、前記照射部から照射されるＸ線の当該被検査体への入射角が２５°よりも大きくなるように前記被検査体に対して傾けられた前記照射部又は当該照射部から照射されたＸ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折Ｘ線に干渉し、かつ、前記Ｘ線の当該被検査体への入射角が２５°以下となるように前記被検査体に対して傾けられた前記照射部又は当該照射部から照射されたＸ線が前記被検査体で回折することにより形成される回折Ｘ線から離間する形状を有するものが用いられる、応力測定方法。
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