(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
応力測定及び粒子の微細構造の特定を行うゴニオメータ（１）において、
フレーム（４）と、
第１の線形移動装置（５）、第２の線形移動装置（６）及び傾動装置（１６）を備える移動装置と、
測定位置（３１）において測定を実行するため、前記移動装置により移動可能に前記フレーム（４）に設けられた測定ヘッド（７）とから成り、
前記傾動装置（１６）の回転軸（１２）が前記測定位置（３１）と交差せず、測定中に、前記移動装置により、測定ヘッド（７）の円弧形（３０）の移動を作り出す手段を備えることを特徴とするゴニオメータ。
【請求項２】
傾斜角測定用の符号器を備えることを特徴とする請求項1に記載のゴニオメータ。
【請求項３】
シリアル番号により前記測定ヘッドに設けられたＸ線管を自動的に認識する手段を備えることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のゴニオメータ。
【請求項４】
前記測定ヘッド内部に設けられるシャッターに測定位置を示すレーザーダイオード及び鏡と、前記測定ヘッド下部にコリメータとを備え、前記レーザーダイオードから照射されるレーザー光が前記鏡に反射され前記コリメータに導かれることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のゴニオメータ。
【請求項５】
手動移動用に手動式操作装置を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のゴニオメータ。
【請求項６】
応力測定及び粒子の微細構造の特定を行うゴニオメータ制御方法において、
測定ヘッド（７）が、測定位置（３１）の周りを円弧軌道（３０）に沿って動かされ、
１つの傾動装置（１６）と第１の線形移動装置（５）及び第２の線形移動装置（６）の２つの線形移動装置との組み合わせにより、前記円弧軌道（３０）に沿った移動が行われることを特徴とするゴニオメータ制御方法。
【請求項７】
傾動装置（１６）の回転軸（１２）が測定位置（３１）と交差しないように、傾斜移動が行われることを特徴とする請求項６に記載のゴニオメータ制御方法。
【請求項８】
符号器が傾斜角測定に用いられることを特徴とする請求項６又は７に記載のゴニオメータ制御方法。
【請求項９】
シリアル番号により前記測定ヘッドに設けられたＸ線管が自動的に検出されることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のゴニオメータ制御方法。
【請求項１０】
前記測定ヘッド内部に設けられるシャッターに測定位置を示すレーザーダイオード及び鏡と、前記測定ヘッド下部にコリメータとを備えることで、前記レーザーダイオードから照射されるレーザー光が前記鏡に反射され前記コリメータに導かれることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載のゴニオメータ制御方法。
【請求項１１】
手動移動に手動式操作装置（ジョイスティック）を用いることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載のゴニオメータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はゴニオメータに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、応力測定及び微細構造の特定用の持ち移動式ゴニオメータ、又はいわゆる回折装置と呼ばれるものである。移動式とする主な目的は、クランクシャフト、パイプライン、橋などの大きな部品又は構造体の測定を可能にするためである。
【０００３】
経済的、環境的な理由のため、生産における一般的な傾向として、より軽量な部品及び構造体へと向かっている。すべての種類の車が問題になっている現在、環境問題は特に重要である。更なる軽量化は、燃料消費の更なる低減となり、低公害化となる。より軽量な構造体の達成のため、材料強度を向上させ、かつ／又は安全マージンの低下が受け入れられる必要がある。高強度材料は、変形、溶着、機械加工などのような材料取扱に関する更なる高い需要を引き起こす。これらの要素すべのため、品質管理が大幅に増加する。従来の亀裂検出に比較すると、近年ますます頻繁に考慮されているものとして、残留応力の評価が新たな特性としてあげられる。残留応力は、部品又は構造体に負荷応力が加わっている場合、それらの耐久性を直線的に増加又は減少する。
【０００４】
最も一般的な応力測定方法は、測定される原子間の距離である格子面間（ｄ）におけるＸ線回折に基づいたものである。圧縮圧力は格子距離を減少し、それに対応して引張応力は増加する。通常の測定位置の表面に比較して、特定の格子面は多方向に測定される。サンプル表面に加わる応力のため、格子距離は傾斜角の関数として変化する。異なる傾斜角において格子面の測定を可能にするため、通常の測定表面に比較して、入射及び回折ビームの角度は、既知量で変化させなければならない。研究用の回折装置では、サンプルを傾斜させることでこれを行っている。移動式の回折装置では、Ｘ線チューブ及び検出器からなる測定ヘッドを備えたゴニオメータが傾斜される。位置敏感型検出器の場合、検出器はＸ線チューブと共に固定され、単一チャンネル検出器システムの場合では、Ｘ線チューブに比較して、検出器は可動である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｘ線回折による残留応力測定において最も重要な２つの要素は、測定位置と検出器間の距離が一定に保たれていること、及びすべての傾斜角の位置において、入射ビームが正確に測定位置に当たっていることである。従来、一般的には、測定ヘッド下に設置されたクレードル（円弧）により、これが行われていた。この技術は、例えば米国特許第５，１２５，０１６号において説明されている。この種の設計は、多くの不利な点があげられる。
１）クレードル（円弧）の構造が複雑となり、
２）測定距離が固定され、
３）測定ヘッド下に設置されたクレードル（円弧）はサンプル上で不安定になることがあり、
４）測定ヘッドがクレードルの下の場合、円弧の大きさが大きくて嵩張るようになるので移動式に向かない。
【０００６】
米国特許第６，０６４，７１７号により、Ｘ線チューブ及び検出器が２つの異なる回転するロボットアームに取り付けられた測定装置が知られている。この複雑な回転アームの構造は、複数の枢着部において避け難い緩みのため、Ｘ線回折測定装置に必要な十分な正確さで組み立てるのが非常に難しい。これらの問題を許容範囲内に最小化できたとしても、コストが非常に高くなってしまうだろう。この解決策（発明）は、ポータブル（移動式向き）でない。
【０００７】
米国仮出願第２００４／０１６５６９７号及び米国仮出願第２００４／０１８４５８０号には、機械的なクレードルが回転動作に用いられる解決策（発明）が示されているが、いくつかの基本的な調整は、リニアモーターにより行われる。この解決策（発明）にも、他の機械的なクレードルと同様の不利な点が当てはまる。特に、米国仮出願第２００４／０１８４５８０号では、測定位置は傾動装置の回転軸上でなければならず、これは、異なる測定物に関する装置の調整を制限する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、測定中において、実際の測定ヘッドの回転動作が合わさった２つの線形動作により、測定ヘッドの動作を行うことに基づいている。
【０００９】
本発明の好適な一実施形態では、傾動装置の回転軸が測定中に移動可能であり、測定位置と一致しない。
【００１０】
本発明の好適な一実施形態では、線形動作とは、基本的に水平移動と垂直移動である。
さらに具体的には、本発明は、請求項１の特徴部分に記載されたことにより特徴づけられる。
【００１１】
本発明に係る方法は、請求項１１の特徴の要部に記載されたことにより特徴づけられる。
【００１２】
この新しい発明の最も重要な３つの利点は、
１）測定ヘッド下の検出器以外、クレードル（円弧）又はその他の構造体がなく、
２）測定距離は、ソフトウェアにより自由に選択可能であり、
３）ほとんどの部品が購入できるくらいに簡易な設計のため、複雑、不正確、さらにコスト高な米国特許第６，０６４，７１７号の構造を避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下において、添付の図に従い、本発明の実施例に基づいて、本発明を説明する。
【００１４】
図１を参照すると、応力測定を行うゴニオメータ１は、三脚を形成する３つの可調節支持体３からなるフレーム４を備える。さらに、測定ヘッド下にある測定位置において、所望の距離で測定を行うために、この装置（ゴニオメータ１）は、第１の線形移動装置５、第２の線形移動装置６、及び傾動装置１６によりフレーム４に移動可能に設置された測定ヘッド７を備える。測定中において、移動装置５、６、及び１６により作られる測定ヘッド７の円弧形移動のため、傾動装置１６の回転軸１２は、クレードルによる解決策のように測定位置と一致しない。測定ヘッド７の円弧形移動に関して、この装置は移動装置５、６、及び１６により円弧形移動を作り出す制御手段を有する。
【００１５】
従って、中心のないゴニオメータには４つの主要な部品があり、そのうちの２つは、垂直移動及び水平移動の線形移動に関する装置である。３つ目は、垂直移動装置６の下端に設けられた測定ヘッド７である。測定ヘッド７は、その長手方向軸（縦軸）である角度可変軸１２の周りに傾動装置１６により傾斜できる。測定ヘッド７は、検出器円弧９（検出器用円弧状ガイド９）に設けられた検出器１８と同様にＸ線チューブ筺体８も備える。特に、測定ヘッド７の傾斜角は、０．０１度より正確な精度が必要とされる。回転軸１２の一端に設けられた角度センサ１１により、その角度が測定される。
【００１６】
図２を参照すると、測定ヘッド７の内部は、検出器円弧９（検出器用円弧状ガイド９）、コリメータ１０、及び検出器１８がコリメータ装置１５を形成する。
【００１７】
測定ヘッド７が予め決められた測定位置周りの円形路を正確に沿うことで、本発明は機能する。傾動装置１６と共に、線形の垂直移動装置６及び水平移動装置５とにより、この円形路が作られる。コリメータ１０を経て測定位置に向けられるＸ線ビームは、上下又は水平方向に動いたとき、もしくは傾斜したときでさえ、常に正しい測定位置に正確に当たる。さらに、測定ヘッド７の正確な傾斜に加えて、測定位置と検出器との間の距離は、０．０５ｍｍより正確な精度で測定されなければならない。測定ヘッド７が常に円形路を移動しているため、３つのモーターすべてによる動作は、同期していなければならない。内部の制御装置（図示されていない）、又は各移動装置５、６、及び１６のモーターを制御する適切な制御プログラムを備えた通常の卓上コンピュータなどの外部の制御装置１７のどちらか一方により、同期と制御が実行される。もちろん、内部及び外部の制御装置を組み合わせて、制御の目的に供するものであってもよい。
【００１８】
本発明の核心部分は、線形移動装置５及び６の長さの範囲において、ソフトウェアによりゴニオメータの半径が自由に変更可能である点である。
【００１９】
本発明に係る中心のないゴニオメータは、好適な一実施形態において、レーザーポインタ、距離計測用のばね負荷コリメータ１０、及びオプションのレーザー距離測定システムも備えてもよい。実施上、ばね負荷コリメータは、今のところは、測定ヘッドを下げることにより、コリメータが測定位置に触れ、その接触が記録され、それに応じた測定位置とその接触との間の距離が、例えば、位置センサ又は制御データにより判定される、単に測定位置までの距離測定に用いられている。各測定の初めに距離測定を行うことが利点となっている。距離測定システムは、測定ヘッド７と関係する測定位置の場所を探すために用いられる。レーザービームは、コリメータ１０を経て鏡により導かれる。ゴニオメータは、標準的なシャッター構造及び安全機能も備えてもよい。
【００２０】
図４及び５は、垂直及び線形移動装置の近接図を示す。
【００２１】
以下に、本発明において実装するいくつかの重要な機能をあげる。
機械的機構
１）図３を参照すると、傾斜角制御は、傾動軸１２に直接接続された絶対角度位置センサ１１を必要とする。角度位置センサのパルス量が少なすぎるため、傾斜移動は符号器により制御される。ねじ歯車１４は、できる限り少ない緩みとすべきである。
２）システムは、例えばシリアル番号などにより、自動的にＸ線チューブを検出できるプログラム可能な回路を備えてもよい。これにより、チューブ制御パラメータに影響する稼働時間及びチューブ型も、自動的に記録されることが可能となり、質の向上と人的ミスの低減できる。同回路は、チューブの温度制御も備えてもよい。
３）システムは、測定距離を正確に制御するためにフォトマイクロセンサ（提示されていない）も備える。この正確性は、０．０１ｍｍより精度が高くなければならない。センサは、例えば、Ｘ線チューブ筺体８の底部に位置されてもよい。
４）システムは、測定位置を指示するレーザーダイオード及び鏡を、シャッターに備えてもよい。シャッターは、Ｘ線チューブ筺体８の内部に位置する。レーザー光線は、シャッターの鏡によりコリメータ１０を経て導かれる。シャッターが閉まると、レーザービームはコリメータ１０から照射される。シャッターは丸型の棒に孔が設けられたものである。シャッターは、歯車モーターにより開閉される。
５）コリメータの滑りチューブは、摩擦が低減し、それにより測定距離の精度が向上するように、好適にはダイアモンドが塗膜される。
６）システムは、手動移動用に手動式操作装置（ジョイスティック）を備えてもよい。
制御電子回路
１）本発明に係る好適な一実施例において、ゴニオメータには、必要な補助機能すべてを有するモーター制御基板及びマイクロプロセッサ基盤の２つの電子基盤を備える。
２）モーター制御基板は、例えばモーターの種類を柔軟に変更可能となるプログラム可能なＦＧＢＡ部品に基づいて組み立てられる。
３）マイクロプロセッサ基盤は、システムの位置を制御し、モーター制御基板に必要な命令を与える。イーサーネットリンクを介して、基盤は他のシステム部品１７に接続されている。基盤は、検出器接続及び他の補助接続も備える。
ビーム中心位置や潜在的な機械的不正確性のような多くの調整誤差をソフトウェアの機能により修正することが、機械設計により可能となる。
ゴニオメータの機能は、図６ａ〜６ｃに関連して更に詳細に説明される。測定ヘッド７の円弧経路３０は、測定中の測定ヘッド７の経路を示す。測定ヘッドは、測定中常に測定位置３１に向いている。図６ａは最左端における測定ヘッド７での位置、図６ｂは中央での位置、図６ｃは最右端での位置を示す。１回の測定が終了するまでに、少なくともこれら３つの位置が必要である。測定ヘッドの傾斜は傾動装置１６により行われ、円弧移動は、水平移動装置５と水平移動装置６と共に行われる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
図１は、本発明に係るゴニオメータの斜視図を示す。
【００２３】
図２は、本発明に係るＸ線チューブの筺体の斜視図を示す。
【００２４】
図３は、本発明に係る傾動装置の斜視図を示す。
【００２５】
図４は、本発明に係る垂直移動装置の斜視図を示す。
【００２６】
図５は、本発明に係る水平移動装置の斜視図を示す。
【００２７】
図６ａ〜６ｃは、図１のゴニオメータの作動状態を示す正面図
【符号の説明】
【００２８】
以下の本発明の詳細な説明において、以下の用語が使用される。
１    ゴニオメータ
２    三脚
３    可調節支持体
４    支持フレーム
５    水平移動装置
６    垂直移動装置
７    測定ヘッド
８    Ｘ線チューブ筺体
９    検出器用円弧
１０  コリメータ
１１  角度センサ
１２  傾動軸
１３  角度可変モーター
１４  ねじ歯車
１５  コリメータ装置
１６  傾動装置
１７  制御装置
１８  検出器
３０  測定ヘッド７の経路
３１  測定位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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