(57)【要約】【課題】測定対象物の表面に凹凸がある測定対象物の残留応力を該表面を傷つけることなく正確に測定することができるＸ線応力測定装置を提供する。【解決手段】Ｘ線応力測定装置１は、測定対象Ｚの表面の測定点Ａを通過する表面の法線Ｑと交差するようにＸ線Ｘ１を照射するＸ線照射部１０と、Ｘ線Ｘ１が測定点Ａで回折した回折Ｘ線Ｘ２を検出可能とされ、Ｘ線照射部１０との相対位置が固定されたＸ線受光部２０と、Ｘ線照射部１０と一体に設けられ、Ｘ線Ｘ１と法線Ｑとの交点Ｂを通る第一レーザＲ１を照射する第一レーザ照射部３０と、Ｘ線受光部２０と一体に設けられ、交点Ｂを通る第二レーザＲ２を照射する第二レーザ照射部４０と、Ｘ線照射部１０及びＸ線受光部２０を測定点Ａに近接離間させる第一移動部５０とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の表面の測定点を通過する該表面の法線と交差するようにＸ線を照射するＸ線照射部と、
前記Ｘ線が前記測定点で回折した回折Ｘ線を検出可能とされ、前記Ｘ線照射部との相対位置が固定されたＸ線受光部と、
前記Ｘ線照射部と一体に設けられ、前記Ｘ線と前記法線との交点を通る第一レーザを照射する第一レーザ照射部と、
前記Ｘ線受光部と一体に設けられ、前記交点を通る第二レーザを照射する第二レーザ照射部と、
前記Ｘ線照射部及び前記Ｘ線受光部を前記測定点に近接離間させる第一移動部とを備えることを特徴とするＸ線応力測定装置。
【請求項２】
前記法線、前記第一レーザ照射部及び前記第二レーザ照射部を含む第一仮想平面上において、前記測定点を中心とする同心円状に、前記Ｘ線照射部及び前記Ｘ線受光部を移動させる第二移動部を備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線応力測定装置。
【請求項３】
前記Ｘ線照射部と前記Ｘ線受光部との離間方向に直交するとともに前記法線を含む第二仮想平面から第一レーザ照射部までの距離及び前記第二仮想平面から第二レーザ照射部までの距離をそれぞれ維持して、前記Ｘ線照射部及び前記Ｘ線受光部を移動させる第三移動部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＸ線応力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線応力測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属材料の残留応力を測定する方法として、測定対象物にＸ線を照射して、該測定対象物で回折した回折Ｘ線を検出し、その検出した回折Ｘ線に基づいて測定する方法が知られている。
【０００３】
上記のＸ線を利用した測定装置としては、測定対象物における測定位置を位置決めするために該測定対象物に接触設置される金属治具と、該金属治具により位置決めされた測定位置に向かってＸ線を照射する照射部と、該測定対象物で回折した回折Ｘ線を検出する検出部とを有するものがある。
このような測定装置によれば、金属治具により測定位置を位置決めし、その後該金属治具を取り外して照射部から測定位置に向かってＸ線を照射し、回折した回折Ｘ線を検出部により検出して該回折Ｘ線を分析することにより、測定位置における残留応力を測定することができる。
【０００４】
また、別の装置としては、測定対象物にＸ線を照射するＸ線管と、該測定対象物で回折した回折Ｘ線を検出するＸ線検出器と、測定対象物の直上からレーザ光を発光する発光部と、該測定対象物で反射したレーザ光を受光する受光部とを備えるものが知られている（下記特許文献１参照）。
このような測定装置によれば、レーザ光により測定対象物までの距離を測定することができるため、測定した距離により特定された測定箇所における残留応力を推定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３２０２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の測定対象物に金属治具を接触設置する方法では、測定位置の位置決めの際に測定対象物に金属治具の先端が接触して該測定対象物の表面に傷が生じてしまうため、腐食等の原因になり好ましくなかった。
【０００７】
また、上記の特許文献１に記載の装置を用いる方法では、測定対象物の表面に凹凸があると、凹凸部分で反射したレーザーを受光部にて正確に受光することができず、正確な距離を測定することができないおそれがある。この場合、測定値に誤差が生じるため、正確な測定箇所を特定することができず、推定した残留応力にも誤差が生じるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、測定対象物の表面に凹凸がある測定対象物の残留応力を該表面を傷つけることなく正確に測定することができるＸ線残留応力測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係るＸ線応力測定装置は、測定対象の表面の測定点を通過する前記表面の法線と交差するようにＸ線を照射するＸ線照射部と、前記Ｘ線が前記測定点で回折した回折Ｘ線を検出可能とされ、前記Ｘ線照射部との相対位置が固定されたＸ線受光部と、前記Ｘ線照射部と一体に設けられ、前記Ｘ線と前記法線との交点を通る第一レーザを照射する第一レーザ照射部と、前記Ｘ線受光部と一体に設けられ、前記交点を通る第二レーザを照射する第二レーザ照射部と、前記Ｘ線照射部及び前記Ｘ線受光部を前記測定点に近接離間させる第一移動部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
このようなＸ線応力測定装置では、第一レーザ及び第二レーザは交点において交差し、第一移動部により該交点を測定対象から近接離間させることができる。よって、測定対象の表面に凹凸がある場合でも、交点を測定対象上に設けることが可能となる。したがって、測定対象の表面上にＸ線を照射して、回折Ｘ線を得ることができるため、この回折Ｘ線に基づいて残留応力を該表面を傷つけることなく正確に測定することができる。
【００１１】
また、本発明に係るＸ線応力測定装置は、前記法線、前記第一レーザ照射部及び前記第二レーザ照射部を含む第一仮想平面上において、前記測定点を中心とする同心円状に、前記Ｘ線照射部及び前記Ｘ線受光部を移動させる第二移動部を備えていることが好ましい。
【００１２】
このようなＸ線応力測定装置では、第二移動部によりＸ線照射部及びＸ線受光部を同心円状に移動させることにより、測定点において所望の入射角でＸ線を入射させることができる。これにより得られた回折Ｘ線に基づいて残留応力を正確に測定することができる。
【００１３】
また、本発明に係るＸ線応力測定装置は、前記Ｘ線照射部と前記Ｘ線受光部との離間方向に直交するとともに前記法線を含む第二仮想平面から第一レーザ照射部までの距離及び前記第二仮想平面から第二レーザ照射部までの距離をそれぞれ維持して、前記Ｘ線照射部及び前記Ｘ線受光部を移動させる第三移動部を備えていてもよい。
【００１４】
このようなＸ線応力測定装置では、第三移動部によりＸ線照射部及びＸ線受光部を移動させることにより、測定点において所望の入射角でＸ線を入射させることができる。これにより得られた回折Ｘ線に基づいて残留応力を正確に測定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るＸ線応力測定装置によれば、表面に凹凸がある測定対象物の残留応力を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第一実施形態に係るＸ線応力測定装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るＸ線応力測定装置における第一レーザ及び第二レーザの照射の様子を示す図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係るＸ線応力測定装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係るＸ線応力測定装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第一実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第一実施形態に係るＸ線応力測定装置について説明する。
Ｘ線応力測定装置は、例えば金属材料で構成された測定対象の残留応力を測定するためのものである。なお、測定対象としては、原子力発電プラントに設けられた蒸気発生器における出入口管台や原子炉容器出入口管台等が一例として挙げられる。
【００１８】
図１に示すように、Ｘ線応力測定装置１は、測定対象Ｚの測定点ＡにＸ線を照射するＸ線照射部１０と、測定点Ａにて回折したＸ線を検出するＸ線受光部２０と、測定対象Ｚにレーザを照射する第一レーザ照射部３０及び第二レーザ照射部４０とを備えている。
【００１９】
さらに、Ｘ線応力測定装置１は、Ｘ線照射部１０、Ｘ線受光部２０、第一レーザ照射部３０及び第二レーザ照射部４０を測定対象Ｚに近接離間させる第一移動部５０と、該Ｘ線照射部１０とＸ線受光部２０とを連結する連結部６０とを備えている。
【００２０】
ここで、図１に示す紙面上下方向をＸ方向とし、該Ｘ方向と直交する紙面左右方向をＹ方向とし、該Ｘ方向及びＹ方向と直交する紙面奥行き方向をＰ方向とする。
【００２１】
Ｘ線照射部１０は、測定対象Ｚの表面の測定点Ａを通過する該表面の法線Ｑと交差するようにＸ線Ｘ１を照射する。Ｘ線照射部１０により照射されたＸ線Ｘ１は、測定点Ａで回折した回折Ｘ線Ｘ２となる。
【００２２】
Ｘ線受光部２０は、回折Ｘ線Ｘ２を検出可能とされるとともに、Ｘ線照射部１０との相対位置が固定されている。本実施形態では、Ｘ線照射部１０及びＸ線受光部２０は、ＸＹ平面状にあるとともに、互いの離間距離が距離Ｌ１に設定されている。
【００２３】
第一レーザ照射部３０は、Ｘ線照射部１０と一体に設けられ、Ｘ線Ｘ１と法線Ｑとの交点Ｂと通る第一レーザＲ１を照射する。図１では、測定点Ａと交点Ｂとが一致している。
【００２４】
第二レーザ照射部４０は、Ｘ線受光部２０と一体に設けられ、交点Ｂを通る第二レーザＲ２を照射する。
【００２５】
第一移動部５０は、Ｘ線照射部１０及びＸ線受光部２０を測定点Ａに近接離間させる方向、本実施形態ではＸ方向に移動する。例えば、図示しないアクチュエータ等により、第一移動部５０は、Ｘ線照射部１０、Ｘ線受光部２０、第一レーザ照射部３０、第二レーザ照射部４０及び連結部６０を一体として移動可能としている。
【００２６】
連結部６０は、Ｘ線照射部１０とＸ線受光部２０とを連結しており、本実施形態では円弧状に形成されている。
【００２７】
次に、上記のように構成されたＸ線応力測定装置１を用いて、測定対象の測定点Ａにおける残留応力を測定する手順について説明する。
【００２８】
まず、第一レーザ照射部３０及び第二レーザ照射部４０が、それぞれ第一レーザＲ１、第二レーザＲ２を照射する。
【００２９】
ここで、図２（ａ）に示すように、測定対象Ｚの表面における第一レーザＲ１の円形状の照射点である第一照射点Ｓ１と、第二レーザＲ２の照射点である円形状の第二照射点Ｓ２とが表れる。第一照射点Ｓ１と第二照射点Ｓ２とが離れている場合には、第一移動部５０を測定対象Ｚから離間させる方向に移動させる。
【００３０】
そして、図２（ｂ）に示すように、第一照射点Ｓ１と第二照射点Ｓ２とが、一部重なった状態となる。第一移動部５０を測定対象Ｚからさらに離間させると、図２（ｃ）に示すように、第一照射点Ｓ１と第二照射点Ｓ２とが完全に一致し、当該一致した点が測定点Ａとなる。この状態で、第一移動部５０を固定する。
【００３１】
そして、Ｘ線照射部１０からＸ線Ｘ１を測定点Ａに向かって照射し、該測定点Ａにおいて回折した回折Ｘ線Ｘ２をＸ線受光部２０にて検出する。なお、回折Ｘ線Ｘ２に基づいて、周知のｓｉｎ２ψ−２θ法と呼ばれる方法により残留応力を算出することができる。
【００３２】
このように構成されたＸ線応力測定装置１では、第一レーザＲ１及び第二レーザＲ２は交点Ｂにおいて交差し、第一移動部５０により該交点Ｂを測定対象Ｚから近接離間させることができる。よって、測定対象Ｚの表面に凹凸がある場合でも、交点Ｂを測定対象上に設けることが可能となる。したがって、測定対象Ｚの表面上にＸ線Ｘ１を照射して、回折Ｘ線Ｘ２を得ることができるため、この回折Ｘ線Ｘ２に基づいて残留応力を該表面を傷つけることなく、正確に測定することができる。
【００３３】
（第二実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第二実施形態に係るＸ線応力測定装置２０１について、図３を用いて説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００３４】
第一実施形態に係るＸ線応力測定装置１は、Ｘ方向に移動可能とされていたのに対して、本実施形態に係るＸ線応力測定装置２０１は、円弧上に移動可能とされている。
【００３５】
図３に示すように、Ｘ線応力測定装置２０１は、法線Ｑ、第一レーザ照射部３０及び第二レーザ照射部４０を含む第一仮想平面（本実施形態ではＸＹ平面）上において、測定点Ａを中心とする同心円状に、Ｘ線照射部１０及びＸ線受光部２０を移動させる第二移動部７０を備えている。
【００３６】
第二移動部７０は、例えば、測定点Ａを中心にもうけられた円弧状のレールであって、第二移動部７０はその延在方向に向かって連結部６０を移動可能に支持している。
【００３７】
このように構成されたＸ線応力測定装置２０１では、第二移動部７０によりＸ線照射部及１０及びＸ線受光部２０を測定点Ａを中心とする同心円状に移動させることにより、測定点Ａにおいて所望の入射角でＸ線を入射させることができる。これにより得られた回折Ｘ線に基づいて残留応力を正確に測定することができる。
【００３８】
例えば、Ｘ線応力測定装置２０１の上方の空間スペースが小さい場合でも、図３において二点鎖線で示すように測定対象Ｚの斜め上方からＸ線を照射することができ、残留応力を測定することができる。
【００３９】
（第三実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第三実施形態に係るＸ線応力測定装置３０１について、図４を用いて説明する。
この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４０】
本実施形態に係るＸ線応力測定装置３０１は、法線Ｑを含む第二仮想平面（本実施形態ではＰＸ平面）から第一レーザ照射部３０までの距離Ｌ２及び第二仮想平面（ＰＸ平面）から第二レーザ照射部４０までの距離Ｌ３をそれぞれ維持して、Ｘ線照射部１０及びＸ線受光部２０が移動可能とされている。
【００４１】
第二仮想平面（ＰＸ平面）は、Ｘ線照射部１０とＸ線受光部２０との離間方向（Ｙ方向）と直交するとともに、法線Ｑを含む平面とされている。
図４に示すように、Ｘ線応力測定装置３０１は、第二仮想平面（ＰＸ平面）から第一レーザ照射部３０までの距離Ｌ２（図１参照）及び第二仮想平面（ＰＸ平面）から第二レーザ照射部４０までの距離Ｌ３（図１参照）をそれぞれ維持して、Ｘ線照射部１０及びＸ線受光部２０を移動させる第三移動部８０を備えている。
【００４２】
第三移動部８０は、図示しないアクチュエータ等により、第一移動部５０は、Ｘ線照射部１０、Ｘ線受光部２０、第一レーザ照射部３０、第二レーザ照射部４０及び連結部６０を一体として移動可能としている。
【００４３】
このように構成されたＸ線応力測定装置３０１では、第三移動部８０によりＸ線照射部１０及びＸ線受光部２０を移動させることにより、測定点Ａにおいて所望の入射角でＸ線を入射させることができる。これにより得られた回折Ｘ線に基づいて残留応力を正確に測定することができる。
【００４４】
なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４５】
例えば、上記の実施形態においては、第一移動部５０、第二移動部７０、第三移動部８０がそれぞれ別個に設けられているが、これらを全て備えたＸ線応力測定装置であってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０…Ｘ線照射部
２０…Ｘ線受光部
３０…第一レーザ照射部
４０…第二レーザ照射部
５０…第一移動部
７０…第二移動部
８０…第三移動部
ＰＸ平面…第二仮想平面
Ｑ…法線
ＸＹ平面…第一仮想平面
Ｚ…測定対象
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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