(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源から放射されたＸ線を一定の入射角度で試料へ入射し、試料で回折する回折Ｘ線をＸ線検出器で検出し、その検出結果に基づいてｓｉｎ２ψ−２θ線図における傾き量を求め、その傾き量に基づいて試料の内部応力を求めるＸ線応力測定方法において、
予め基準となる１点のｓｉｎ２ψ及び２θをＩＣＤＤファイル等によって求めておき、被測定試料については１点のみのｓｉｎ２ψ及び２θを測定することを特徴とするＸ線応力測定方法。
【請求項２】
Ｘ線源から放射されたＸ線を一定の入射角度で試料へ入射し、試料で回折する回折Ｘ線をＸ線検出器で検出し、その検出結果に基づいてｓｉｎ２ψ−２θ線図における傾き量を求め、その傾き量に基づいて試料の内部応力を求めるＸ線応力測定装置において、
予め基準点のｓｉｎ２ψ及び２θをＩＣＤＤファイル等によって求めて記憶しておき、被測定試料について測定した１点のｓｉｎ２ψ及び２θと、上記基準点についてのｓｉｎ２ψ及び２θとからｓｉｎ２ψ−２θ線図における傾き量を求める
ことを特徴とするＸ線応力測定装置。
【請求項３】
Ｘ線源から放射されたＸ線を一定の入射角度で試料へ入射し、試料で回折する回折Ｘ線をＸ線検出器で検出し、その検出結果に基づいてｓｉｎ２ψ−２θ線図における傾き量を求め、その傾き量に基づいて試料の内部応力を求めるＸ線応力測定装置において、
試料とＸ線検出器との間の距離を検出する距離検出手段と、
試料に対するＸ線検出器の距離を調節する距離調節手段と、
上記距離検出手段の出力に基づいて距離調節手段を制御する制御手段と
を有することを特徴とするＸ線応力測定装置。
【請求項４】
請求項２記載のＸ線応力測定装置において、
試料とＸ線検出器との間の距離を検出する距離検出手段と、
試料に対するＸ線検出器の距離を調節する距離調節手段と、
上記距離検出手段の出力に基づいて距離調節手段を制御する制御手段と
を有することを特徴とするＸ線応力測定装置。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれか１つに記載のＸ線応力測定装置において、Ｘ線検出器は複数のフォトダイオードを直線的に配列することによって形成されたフォトダイオードアレイを有することを特徴とするＸ線応力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、Ｘ線を用いて試料の内部応力を測定するＸ線応力測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
測定対象である試料にＸ線を照射し、その試料で回折した回折Ｘ線を検出し、その検出した回折Ｘ線に基づいて試料の内部応力を非破壊で測定するようにしたＸ線応力測定方法は広く知られている。このよなＸ線応力測定方法として、ｓｉｎ２  ψ−２θ法と呼ばれる方法がある。以下、このｓｉｎ２  ψ−２θ法について簡単に説明する。
【０００３】
図５の（ａ）および（ｂ）において、試料１に対する試料面法線をＮで示し、内部の結晶格子面に対する格子面法線をＮ’で示す。試料面法線Ｎと格子面法線Ｎ’との成す角度ψ（一般にψ角と呼ばれている）を（ψａ  ）→（ψｂ  ）で示すように変化させ、その各々のψ角において試料１へＸ線管２よりＸ線Ｒ１  を入射させ、そして結晶格子面で回折する回折Ｘ線Ｒ２  をＸ線検出器３によって検出し、各回折Ｘ線の回折角度２θａ  、２θｂ  を求める。
【０００４】
測定において用いたψをｓｉｎ２  ψに換算し、そのｓｉｎ２  ψ値と、各ψに対応して測定された回折角度２θ値とをグラフ上にプロットすると、図６に示すような直線状のｓｉｎ２  ψ−２θ線Ｌが得られる。このｓｉｎ２  ψ−２θ線Ｌに関して最小二乗法を用いて傾き量を求め、求められた傾き量に定数Ｋを乗ずることにより目的とする内部応力値が求められる。定数Ｋは、試料の材質及び測定に供されるＸ線の波長等によって決まる定数である。
【０００５】
今、内部応力をσ、これにより生ずる試料の内部歪量をεとすると、
ε＝［（１＋ν  ）／Ｅ］σｓｉｎ２  ψ−（ν／Ｅ）σ  ‥‥（１）
の関係が得られる。但し、νはポアソン比、Ｅはヤング率である。また、（１）式をｓｉｎ２  ψで微分し、さらに適当な変形を加えると、内部応力σは、
σ＝Ｋ［∂（２θ  ）／∂（ｓｉｎ２  ψ）］  ‥‥  （２）
によって表される。このときの∂（２θ  ）／∂（ｓｉｎ２  ψ）がとりもなおさず、ｓｉｎ２  ψ−２θ線Ｌの傾き量である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のｓｉｎ２  ψ−２θ法によれば、試料の内部応力を非破壊で精度良く求めることができるという特長がある。しかしながら、ｓｉｎ２  ψ−２θ法で傾き量を求めるためには、ψ角を少なくとも２回変化させ、その都度、回折角度２θのピーク値を求めなければならないので、測定時間が長くかかるという問題があった。また、ψ角を変化させるための角度制御機構を必要としたので、その分だけ構造が複雑になり、しかも高価になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解消するために成されたものであって、非常に短時間で応力測定ができるＸ線応力測定方法及び装置を提供することを目的とする。また、安価で小型のＸ線応力測定装置を提供することを他の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため，本発明に係るＸ線応力測定方法は、Ｘ線源から放射されたＸ線を一定の入射角度で試料へ入射し、試料で回折する回折Ｘ線をＸ線検出器で検出し、その検出結果に基づいてｓｉｎ２ψ−２θ線図における傾き量を求め、その傾き量に基づいて試料の内部応力を求めるＸ線応力測定方法において、予め基準となる１点のｓｉｎ２ψ及び２θをＩＣＤＤファイル等によって求めておき、被測定試料については１点のみのｓｉｎ２ψ及び２θを測定することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るＸ線応力測定装置は、Ｘ線源から放射されたＸ線を一定の入射角度で試料へ入射し、試料で回折する回折Ｘ線をＸ線検出器で検出し、その検出結果に基づいてｓｉｎ２ψ−２θ線図における傾き量を求め、その傾き量に基づいて試料の内部応力を求めるＸ線応力測定装置において、予め基準点のｓｉｎ２ψ及び２θをＩＣＤＤファイル等によって求めて記憶しておき、被測定試料について測定した１点のｓｉｎ２ψ及び２θと、上記基準点についてのｓｉｎ２ψ及び２θとからｓｉｎ２ψ−２θ線図における傾き量を求めることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明のＸ線応力測定方法においては、標準試料により予め測定して算出している１点と、被測定試料を測定して求められるもう１点を結べばｓｉｎ２  ψ−２θ線が特定され、その線の傾き量が定まり、これに基づいて内部応力が演算される。また、試料とＸ線検出器との間の距離を測定するセンサを設け、そのセンサの出力信号に基づいて試料とＸ線検出器との間の距離を正確に調節できる。この場合、被測定試料とＸ線検出器との間の距離を標準試料についての測定距離と同一に調節することにより、内部応力についての測定精度を高めることができる。さらに、Ｘ線検出器としてフォトダイオードアレイを使用することにより、様々な回折角度で飛び出してくるＸ線を、Ｘ線検出器を機械的に走査移動させなくとも検出できるようになる。
【００１１】
【実施例】
図１は本発明に係るＸ線応力測定方法を実施する測定装置の一実施例の要部を示す。同図において、試料１０が内部応力を測定すべき測定対象であり、例えば大きな鋼板や橋のビームなどが考えられる。また、平面（ＰＱ）が試料面であり、そして直線Ｎ０  が試料面法線である。Ｘ線源２１を内蔵したＸ線管２０は試料１０に対して一定の位置からＸ線を照射できるように固定されている。Ｘ線源２１から放射されたＸ線ビームＲは、発散制限スリット２２によって発散を制限された状態で一定の入射角で試料１０に入射する。試料１０に入射したＸ線Ｒは試料１０内の結晶格子面との間で所定の回折条件が満足されると、試料１０でＸ線回折が生じ、その回折Ｘ線は試料の内部ひずみの程度により、図に示すＲａ  方向やＲｂ  方向で回折し、そしてＸ線検出器３０で検出される。
【００１２】
Ｘ線検出器３０はケーシング３７及びその内部に配設されたフォトダイオードアレイ３１を備えている。フォトダイオードアレイ３１は複数のフォトダイオード３２を直線的に配列したもので、フォトダイオード３２には各々出力線３３が接続されており、それらの出力線３３は演算器３４に接続されている。演算器３４はフォトダイオード３２の出力よりＸ線回折角度２θを計算する。演算器３４で計算された結果は外部に接続されたＣＲＴモニタ３５に表示したり、プリンタ３６でプリントアウトされる。
【００１３】
今、図１において、回折Ｘ線Ｒａ  やＲｂ  はそれぞれの位置に固定されたフォトダイオード３２ａ及び３２ｂにより検出されるので、フォトダイオード３２ａ、３２ｂはそれぞれ出力を生じ、出力線３３を通じて、演算器３４に送られる。演算器３４はフォトダイオードの位置と出力からｓｉｎ２  ψ及び２θを計算する。
【００１４】
次に、図２のｓｉｎ２  ψ−２θ線図を用いて、上記測定装置にて測定したＸ線より応力を求める方法を説明する。図２において、直線Ａは試料の内部応力が０（ゼロ）、すなわち内部ひずみ量が０（ゼロ）の場合を示しており、他方、直線Ｂは適宜の内部応力が存在する場合の傾斜を表している。これらの直線は１点Ｏにおいて必ず交差することが知られている。この点Ｏは、内部応力が０（ゼロ）、従ってひずみ量εが０（ゼロ）の点である。今、ε＝０とすると、（１）式から次式が求められる。
ｓｉｎ２  ψ＝ν／（１＋ν  ）  ‥‥  （３）
つまり、この時のψをψ０  とすると、ψ０  は材料のみによって定まる定数となる。
【００１５】
まず、上式（３）より被測定試料の内部応力０の場合のψ０  角を求める。そして次に、予め無歪状態の標準試料を任意のψ角、例えばψ＝０゜に設定してＸ線回折測定を行ってＸ線回折角２θのピーク値２θ０  を求める。一度この２θ０  を求めておけば試料が同じであれば、毎回測定する必要がなくなる。従って、実際に応力を求める場合には、標準試料についてのψ０  及び２θ０  を予めｓｉｎ２  ψ−２θ線図上にプロットしておくか、或いは計算式の中に入力しておけばよい。
【００１６】
次に、橋のビームのように未知の内部応力が存在する被測定試料に対してＸ線回折測定を行い、任意のψ１  角に関しての回折角２θのピーク値＝２θ１  を求める。この場合、測定精度を高めるため、ψ角はψ０  角とできるだけ離れていることが望ましく、例えばψ１  角は４５゜程度に設定する。また、試料１０とＸ線検出器３０との間の距離を、予め無ひずみ状態の標準試料を測定したときの距離と正確に同一に設定して測定を行うと更に測定精度が高まる。この測定結果により応力は次のようにして求めらる。
σ＝Ｋ［（２θ１−２θ０  ）／（ｓｉｎ２  ψ１−ｓｉｎ２  ψ０）］  ‥‥  （４）。
【００１７】
上記実施例によれば、予め標準試料の測定で求められる基準の１点を事前にｓｉｎ２  ψ−２θ線図にプロットしておけば、現場などで測定して得られるもう１点を求めるだけで、素早く応力σが求められる。従って、実際の応力のかかっている状態の測定は１点で済むので測定時間が短縮できる。また、コンピュータなどを用いて予め計算式にいれておけば、更に早く計算できる。また測定対象物の測定は１点で済むことによりＸ線源を種々の角度に走査する必要が無いので、走査のための複雑な駆動機構が不要となり、Ｘ線応力測定装置を安価にしかも小型化できる。
【００１８】
本発明の好適な実施例のＸ線応力測定装置の全体図を図３及び図４に示す。図３はその正面図、図４はその側面図である。これらの図において１００は図の上下方向へ移動可能なＺステージであり、測定時に前述の試料１０の上に取り付け台４０を介して取り付けられる。また、Ｚステージ１００と取り付け台４０との間には、図４に示すように、昇降駆動装置６１が配設され、この昇降駆動装置６１によって試料１０とＺステージ１００との間の距離を調節する。Ｚステージ１００の内部には前述のＸ線管２０及びＸ線検出器３０が配設される。Ｘ線管２０から放射されるＸ線が試料１０に入射する入射角度及びＸ線検出器３０によって検出可能な回折Ｘ線の角度は、測定対象である試料１０の材質に応じた所定の値に固定される。
【００１９】
Ｚステージ１００の上部には試料１０までの距離をレーザ光にて測定するための距離センサ５０が固定されている。距離センサ５０はレーザ光を発光する発光部５１と、発光されたレーザ光が試料１０当たって反射するレーザ光を受光するための受光部５２とを有している。受光部５２で受光されたレーザ光は距離センサ５０にある変換部で距離に応じた電気信号に変換されて制御信号となり制御部６０（図４）へ送られる。制御部６０はＺステージ１００の全体を上下移動させるための昇降駆動装置６１を備えており、制御部６０より送られる制御信号に応じてＺステージ１００を適切な位置に昇降させる。従って、Ｚステージ１００と測定する試料１０との距離を精度高く測定できるので、Ｘ線管２０及びＸ線検出器３０と測定試料１０との間の距離を精度良く合わすことができる。
【００２０】
以上の実施例によれば、ｓｉｎ２  ψ−２θ法を用いて応力測定を行う際に必要となる少なくとも２点の測定点のうち、基準となる１点は予め標準試料の実測又はＩＣＤＤファイル等によって求めておくようにしたので、現場などでの測定は１点で済み、その結果、測定時間が非常に短縮できる。また、Ｘ線検出器にダイオードアレイを使用することによりＸ線検出器を走査移動する必要がなくなるので、複雑の駆動機構が不要となり、その結果、Ｘ線応力測定装置を安価に作製できしかも小型化できる。さらに、Ｘ線源と試料との間の距離及びＸ線検出器と試料との間の距離を測定するセンサ並びにそのセンサの出力信号に基づいて作動する距離制御装置により、Ｘ線管と試料との間の距離等を精度高く位置設定できるので、標準試料の測定時と被測定試料の測定時との間で測定距離を正確に同一に合わせることができ、よって、信頼性の高い測定を行うことができる。なお、以上の説明では、好ましい実施例をあげて本発明を説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、請求の範囲に記載した技術的範囲内で種々に改変できる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明に係るＸ線応力測定方法及びＸ線応力測定装置によれば、ｓｉｎ２ψ−２θ法を用いる際に必要となる２点の測定点のうち、予め基準の１点を求めておくようにしたので、現場などでの測定は１点で済むので測定時間が短縮できる。
【００２２】
本発明に係るＸ線応力測定方法及びＸ線応力測定装置において、少なくともＸ線検出器と試料との間の距離を測定するセンサを設け、そのセンサの出力に基づいてＸ線検出器と試料との間の距離を精度高く位置設定するようにすれば、Ｘ線検出器と試料との間の距離を正確に同一に合わせることができ、これにより、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００２３】
本発明に係るＸ線応力測定装置において、Ｘ線検出器にダイオードアレイを使用すれば、Ｘ線検出器を走査移動する必要がなくなり、よって、複雑な駆動機構が不要となり、Ｘ線応力測定装置を安価に作製でき、しかも小型化できる。
【００２４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＸ線応力測定装置の一実施例の要部を示す図である。
【図２】本発明に係るＸ線応力測定方法の基礎となるｓｉｎ２ψ  −２θ法を用いた応力測定方法を説明するためのグラフである
【図３】図１に示す測定系を用いたＸ線応力測定装置の全体構成の一例を示す正面図である。
【図４】図３に示すＸ線応力測定装置の側面図である。
【図５】ｓｉｎ２ψ  −２θ法を用いたＸ線応力測定方法の測定例を模式的に示す図である。特に、（ａ）と（ｂ）との間でψ角を変化させた状態を示している。
【図６】ｓｉｎ２ψ  −２θ法を用いた一般的な応力測定方法を説明するためのグラフである
【符号の説明】
１０      被測定試料
２０      Ｘ線管
２１      Ｘ線源
２２      発散制限スリット
３０      Ｘ線検出器
３１      フォトダイオードアレイ
３２，３２ａ，３２ｂ  フォトダイオード
３３      出力線
３７      ケーシング
４０        取り付け台
５０        距離センサ
５１      発光部
５２      受光部
６０      制御部
６１      昇降駆動装置
１００      Ｚステージ
Ｏ        ｓｉｎ２ψ  −２θ線上の基準点
Ｒ        入射Ｘ線
Ｒａ，Ｒｂ  回折Ｘ線
【図１】
0003596561.tif 000002
【図２】
0003596561.tif 000003
【図３】
0003596561.tif 000004
【図４】
0003596561.tif 000005
【図５】
0003596561.tif 000006
【図６】
0003596561.tif 000007