(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、
前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線が測定対象物に照射されたとき、前記測定対象物にて発生する回折Ｘ線の強度を検出する２つのＸ線検出センサであって、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対し互いに対称となる位置にある２つのＸ線検出センサと、
前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線を貫通させる孔と、
前記２つのＸ線検出センサを前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸からの距離が常に等しくなるように、前記Ｘ線の光軸に対し垂直に交差するライン上を互いに反対方向に移動させる移動手段と、
前記移動手段により移動される前記Ｘ線検出センサの、前記Ｘ線の光軸からの距離である移動位置を検出する移動位置検出手段と、
前記移動手段を、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸と略一致する回転軸周りに少なくとも半回転させる回転手段と、
前記回転手段による前記移動手段の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
前記移動手段により前記２つのＸ線検出センサを、前記Ｘ線の光軸に対し最も遠い位置から前記Ｘ線の光軸に対し最も近い位置までを往復移動させるとともに、前記往復移動させる期間に前記回転手段により前記移動手段を半回転させることで、前記Ｘ線検出センサを前記回折Ｘ線により形成される回折環に、回折環の中心に対して互いに対称になる２組の２つの位置で交差するように移動させ、前記Ｘ線検出センサと前記移動位置検出手段と前記回転位置検出手段に、前記回折Ｘ線の強度と前記Ｘ線検出センサの移動位置と前記移動手段の回転位置を同じタイミングで検出させ、前記検出させた強度と移動位置と回転位置とを用いて、前記回折環の半径値を前記２組の２つの位置で取得する制御手段とを備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線回折測定装置において、
前記Ｘ線出射器、前記Ｘ線検出センサ、前記Ｘ線を貫通させる孔および前記移動手段を含む筐体と、
前記筐体に連結された筐体支持機構を備え、
前記回転手段は、前記筐体と前記筐体支持機構との連結部分に設けられていることを特徴とするＸ線回折測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で回折したＸ線により形成される回折環におけるＸ線の強度を、複数の位置で検出するＸ線回折測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、測定対象物に所定の角度でＸ線を照射して、測定対象物で回折したＸ線によりＸ線回折環（以下、回折環という）を形成し、形成された回折環の形状からｃｏｓα法による分析を行って測定対象物の残留応力を測定するＸ線回折測定装置が知られている。このようなＸ線回折測定装置として、例えば以下の特許文献１には、測定対象物で回折したＸ線を感光性を有するイメージングプレートで受光して回折環を形成すると共に、回折環が形成されたイメージングプレートにレーザ光を走査しながら照射して、回折環の形状を検出する装置が示されている。また、特許文献２には、測定対象物に照射されたＸ線の光軸に垂直な面に平行にＸ線検出センサを走査させ、回折環の形状を検出する装置が示されている。いずれの装置においても、測定対象物で回折したＸ線により形成される回折環の形状を検出し、測定対象物の残留応力を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−９８６７７号公報
【特許文献２】特開２００５−１２１５１１号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示されるＸ線回折測定装置は、イメージングプレートに回折環を撮像した後、イメージングプレートにレーザ光を走査しながら照射して回折環の形状を検出しているため、残留応力が測定されるまでに時間がかかるという問題点がある。また特許文献２のＸ線回折測定装置も、回折環が形成される平面領域すべてにＸ線検出センサを走査させるため、残留応力が測定されるまでに時間がかかるという問題がある。
【０００５】
本発明はこの問題を解消するためなされたもので、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で回折したＸ線により形成される回折環におけるＸ線の強度を、複数の位置で検出するＸ線回折測定装置において、短時間で残留応力の計算に必要なデータを取得することができるＸ線回折測定装置を提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、Ｘ線出射器から出射されるＸ線が測定対象物に照射されたとき、測定対象物にて発生する回折Ｘ線の強度を検出する２つのＸ線検出センサであって、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対し互いに対称となる位置にある２つのＸ線検出センサと、Ｘ線出射器から出射されるＸ線を貫通させる孔と、２つのＸ線検出センサをＸ線出射器から出射されるＸ線の光軸からの距離が常に等しくなるように、Ｘ線の光軸に対し垂直に交差するライン上を互いに反対方向に移動させる移動手段と、移動手段により移動されるＸ線検出センサの、Ｘ線の光軸からの距離である移動位置を検出する移動位置検出手段と、移動手段を、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸と略一致する回転軸周りに少なくとも半回転させる回転手段と、回転手段による移動手段の回転位置を検出する回転位置検出手段と、移動手段により２つのＸ線検出センサを、Ｘ線の光軸に対し最も遠い位置からＸ線の光軸に対し最も近い位置までを往復移動させるとともに、往復移動させる期間に回転手段により移動手段を半回転させることで、Ｘ線検出センサを回折Ｘ線により形成される回折環に、回折環の中心に対して互いに対称になる２組の２つの位置で交差するように移動させ、Ｘ線検出センサと移動位置検出手段と回転位置検出手段に、回折Ｘ線の強度とＸ線検出センサの移動位置と移動手段の回転位置を同じタイミングで検出させ、検出させた強度と移動位置と回転位置とを用いて、回折環の半径値を２組の２つの位置で取得する制御手段とを備えたことにある。
【０００７】
これによれば、移動手段と回転手段によりＸ線検出センサを移動させるのみで、回折環の中心に対して互いに対称になる２つの位置で回折環の半径値を取得することができ、取得された２つの回折環の半径値からｃｏｓα法による計算を行って、測定対象物の残留応力を計算することができる。すなわち、短時間で残留応力の計算に必要なデータを取得することができる。また、これによれば、２組の回転位置における、回折環の中心に対して互いに対称になる２つの位置の回折環半径で残留応力を計算することができるので、より高い精度で残留応力を計算することができる。また、これによれば、回転手段による回転と移動手段による移動を同時に行うので、回転と移動を別々に行って複数の回転位置で回折環半径を取得する場合に比べ、測定時間を短くすることができる。
【００１１】
この場合、Ｘ線出射器、Ｘ線検出センサ、Ｘ線を貫通させる孔および移動手段を含む筐体と、筐体に連結された筐体支持機構を備え、回転手段は、筐体と筐体支持機構との連結部分に設けられているようにするとよい。これによれば、Ｘ線回折測定装置の筐体の回転位置を測定対象物の周囲の物体に対して邪魔にならない位置にして、測定対象物にＸ線を照射することができるので、混み合った場所にある測定対象物を測定しやすくなる。また、Ｘ線回折測定装置の筐体内に回転手段を設ける場合に比べ、筐体をコンパクトにすることができるので、この点からも混み合った場所にある測定対象物を測定しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る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２】図１のＸ線回折測定装置の拡大図である。
【図３】図２のＸ線回折測定装置の筐体の底面壁を取外し、底面壁側から見た図であり、（Ａ）はステージの移動開始時であり、（Ｂ）はステージの移動終了時である。
【図４】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５】図４のプレート部分の拡大斜視図である。
【図６】図１のＸ線回折測定システムのコントローラが測定時に実行するプログラムのフロー図である。
【図７】取得したＸ線強度データと半径位置データとから作成した半径方向のＸ線強度分布を示す図である。
【図８】図１のＸ線回折測定システムのコントローラが測定時に実行する別のプログラムのフロー図である。
【図９】移動と回転を同時に行ったときのＸ線検出センサの移動する軌跡を示した図である。
【図１０】本発明の別の実施形態に係るＸ線回折測定装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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５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、測定対象物ＯＢから発生する回折Ｘ線の強度を複数の位置で検出し、検出した強度と位置とから回折環の半径値を回折環の複数の回転位置で取得する。なお、本実施形態では、測定対象物ＯＢは鉄製の部材である。
【００１６】
図１及び図２が示すように、Ｘ線回折測定装置は、Ｘ線を出射するＸ線出射器１０、Ｘ線検出センサ１５，１６が取り付けられたステージ２１を移動させるステージ移動機構２０、Ｘ線が出射されないときにＸ線と同じ光軸でＬＥＤ光を出射するＬＥＤ光出射機構４０、測定対象物ＯＢの周囲を撮像する結像レンズ４８、撮像器４９、及びこれらを収容する筐体５０を備えている。そして、Ｘ線回折測定システムは、上記Ｘ線回折測定装置とともに、Ｘ線回折測定装置の筐体５０に接続され、Ｘ線回折測定装置の位置及び姿勢を調整するアーム式移動装置（先端部以外は図示せず）、コンピュータ装置９０及び高電圧電源９５を備え、さらに筐体５０とアーム式移動装置との接続部は、筐体５０を回転させるモータがある回転機構５１を備えている。また、筐体５０内には、Ｘ線出射器１０、Ｘ線検出センサ１５，１６、ステージ移動機構２０及び回転機構５１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において筐体５０外に示された２点鎖線で囲まれた各種回路は、筐体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。
【００１７】
筐体５０は、略直方体状に形成されるとともに、底面壁５０ａ、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｅ、上面壁５０ｆ、側面壁５０ｄ、及び底面壁５０ａと前面壁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。切欠き部壁５０ｃは側面壁５０ｄと垂直であり底面壁５０ａと所定の角度を有している。この所定の角度は、例えば３０〜４５度である。底面壁５０ａには、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線を通過させ、測定対象物ＯＢで発生した回折Ｘ線であって、回折環を形成する回折Ｘ線を通過させるための円形孔５０ａ１が設けられている。上面壁５０ｆには、支持アーム５２に連結される回転機構５１が備えられており、回転機構５１は内部に有するモータの回転駆動により、筐体５０を回転させることができるようになっている。回転機構５１の回転軸はＸ線出射器１０から出射するＸ線の光軸と同じ位置になっており、筐体５０は、Ｘ線出射器１０から出射するＸ線の光軸周りに回転する。これにより、回転機構５１により筐体５０を回転させても、測定対象物ＯＢのＸ線照射位置を変化させないようにすることができる。また、支持アーム５２は、図示されていないアーム式移動装置の先端であり、アーム式移動装置を操作することにより、筐体５０（Ｘ線回折測定装置）を任意の位置と姿勢にすることができる。これにより、測定対象物ＯＢに対して筐体５０（Ｘ線回折測定装置）の位置と姿勢を調整することができる。
【００１８】
Ｘ線出射器１０は、長尺状に形成され、筐体５０内の上部にて図示左右方向に延設されて筐体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。筐体５０の底面壁５０ａは出射されるＸ線の光軸に対して略垂直になっており、切欠き部壁５０ｃを測定対象物ＯＢの表面と平行にすると、出射されるＸ線は測定対象物ＯＢの表面の法線に対して切欠き部壁５０ｃと底面壁５０ａとが成す角度（例えば３０〜４５度）になる。
【００１９】
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。
【００２０】
ステージ移動機構２０は、Ｘ線出射器１０の下方にて、ステージ２１を備えている。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、Ｘ線の光軸と交差する切欠き部壁５０ｃに平行な平面の法線とを含む平面内であって、出射されたＸ線の光軸に垂直な方向に移動可能となっている。ステージ２１には、Ｘ線検出センサ１５，１６が取り付けられており、取り付け位置は、ステージ２１が移動したとき、Ｘ線検出センサ１５，１６の中心点が移動するラインが、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸と交わる位置である。すなわち、Ｘ線検出センサ１５，１６は出射されたＸ線の光軸に対してそれぞれ反対側の位置にあり、ステージ２１の移動により、出射されたＸ線の光軸に対し垂直に交差するライン上を移動する。
【００２１】
図３は、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の底面壁５０ａを取外して、底面壁５０ａ側から見た図であり、（Ａ）は底面壁５０ａ側から見てステージ２１が左側に動く場合の移動開始時の図であり、（Ｂ）は移動終了時の図である。なお、ステージ２１は、移動限界位置から反対側の移動限界位置まで動くようになっているので、（Ａ）はステージ２１が右側の移動限界位置にあるときの図であり、（Ｂ）はステージ２１が左側の移動限界位置にあるときの図でもある。ステージ２１は直方体状であり、後述する円筒状パイプ２７を囲むように直方体状の穴が形成されており、ステージ２１の移動限界位置は、直方体状の穴の端部が後述する円筒状パイプ２７の近傍になる位置で設定されている。Ｘ線出射器１０からのＸ線の出射により、回折環は図３に一点鎖線で示す位置に形成されるが、Ｘ線検出センサ１５，１６は、ステージ２１の移動限界位置から移動限界位置までの移動により、この一点鎖線で示す回折環を横切る。Ｘ線検出センサ１５，１６は、受光したＸ線の強度に相当する強度の信号を出力するセンサであり、後述するように、この信号強度をＸ線検出センサ１５，１６の移動位置とともに検出することで、回折環の半径方向のＸ線強度分布を検出することができる。
【００２２】
Ｘ線検出センサ１５，１６は、Ｘ線の強度を精度よく検出することができれば、どのようなものであってもよい。例えば、シンチレータから出た蛍光を、光電子増倍管（ＰＭＴ）で検出するシンチレーションカウンタを用いることができる。また、Ｘ線ＣＣＤであってもよい。Ｘ線強度検出回路６５，６６は、コントローラ９１からデータ出力の指令信号を入力すると、設定された時間間隔で、Ｘ線検出センサ１５，１６が出力する信号の強度の瞬時値をデジタルデータにして、コントローラ９１に出力する。
【００２３】
フィードモータ２２は、ステージ移動機構２０内に固定されていて筐体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、ステージ移動機構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、ステージ２１は、それぞれステージ移動機構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。
【００２４】
フィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１から移動方向の指令信号を入力すると、移動方向に応じてフィードモータ２２を正転又は逆転駆動する。フィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１から負側への移動指令を入力すると、フィードモータ２２を駆動してステージ２１を軸受部２４側へ移動させ、コントローラ９１から正側への移動指令を入力すると、フィードモータ２２を駆動してステージ２１をフィードモータ２２側へ移動させる。このとき、フィードモータ制御回路７３は、エンコーダ２２ａから入力するパルス列信号の単位時間当たりのパルス数が、設定された移動速度のパルス数になるよう、フィードモータ２２に出力する駆動信号を制御する。これにより、ステージ２１は設定された移動速度で移動する。そして、後述する位置検出回路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。
【００２５】
位置検出回路７２は、コントローラ９１から移動方向の指令信号が入力すると、エンコーダ２２ａから入力するパルス列信号のパルス数をカウントし、移動方向が正側の場合はカウント値をカウントアップさせ、移動方向が負側の場合はカウントダウンさせて移動距離ｗとし、設定された時間間隔で、移動距離ｗを表すデジタルデータの信号をコントローラ９１に出力する。また、コントローラ９１から指令信号が入力した後、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に出力する。このとき、コントローラ９１から入力した移動指令が負側であるとカウント値を「０」にリセットする。すなわち、ステージ２１が軸受部２４側の移動限界位置にあるとき移動距離ｗは「０」であり、ステージ２１がフィードモータ２２側の移動限界位置にあるとき移動距離ｗは最大となる。コントローラ９１は測定開始時において、負側への移動指令を出力した後、位置検出回路７２から入力する移動距離ｗが「０」になってから、本来の移動を開始する。また、コントローラ９１には、ステージ２１が軸受部２４側の移動限界位置にあるときの（移動距離が「０」のときの）、Ｘ線検出センサ１５，１６の出射されるＸ線の光軸からの距離ａ，ｂが記憶されており、位置検出回路７２から入力する移動距離ｗから（ａ−ｗ）と（ｂ＋ｗ）を計算し、それぞれの値をＸ線検出センサ１５，１６の出射されるＸ線の光軸からの距離とする。
【００２６】
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。図４に拡大して示すように、上壁２６には孔が開けられていて、孔には円筒状パイプ２７が挿入され、板状の上壁２６の面に端部を合わせて固定されている。この円筒状パイプ２７は、その中心軸が板状の上壁２６の面に垂直であり、Ｘ線出射器１０の出射口１１の中心を通るように位置と姿勢が調整されている。Ｘ線出射器１０の出射口１１から出射されたＸ線は、円筒状パイプ２７の内部を介し、底面壁５０ａに設けた円形孔５０ａ１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。円筒状パイプ２７の端部２箇所の内部には、貫通孔が開けられた通路部材２８，２９が取り付けられており、出射口１１から出射されたＸ線は、通路部材２８の貫通孔を介して円筒状パイプ２７の内部に入射し、通路部材２９の貫通孔を介して出射することで円筒状パイプ２７の中心軸に略平行な平行光となる。すなわち、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸は、円筒状パイプ２７の中心軸である。
【００２７】
また、円筒状パイプ２７の上壁２６側の端部には、ＬＥＤ光源４４を有する。ＬＥＤ光源４４は、図２、図４及び図５に示すように、Ｘ線出射器１０とステージ移動機構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、筐体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、ステージ移動機構２０の上壁２６に平行な面内を回転する。ステージ移動機構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５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及びステージ移動機構２０の円筒状パイプ２７の上壁２６側の端部に対向する位置（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５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と円筒状パイプ２７の上壁２６側の端部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４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光が円筒状パイプ２７の内部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。
【００２８】
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、円筒状パイプ２７の内部に入射し、円筒状パイプ２７の端部及び底面壁５０ａの円形孔５０ａ１から出射される。このＬＥＤ光の場合も、円筒状パイプ２７の内部を介し貫通孔が開けられた通路部材２９から出射することで、円筒状パイプ２７の中心軸に平行な平行光となり、円形孔５０ａ１から出射される。したがって、ＬＥＤ光の照射位置はＸ線出射器１０から出射されるＸ線の照射位置と同一であり、ＬＥＤ光の照射位置を調整することでＸ線の照射位置（すなわち測定位置）を調整することができる。
【００２９】
モータ４６はエンコーダ２２ａ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令信号が入力されると、モータ４６に駆動信号を出力して、モータ４６を指令された回転方向に回転させる。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。
【００３０】
図１および図２に示すように、筐体５０の底面壁５０ａにはくぼみ５０ａ２が設けられ、レンズ枠に取り付けられた結像レンズ４８がくぼみ５０ａ２内に取り付けられている。また、筐体５０内の結像レンズ４８の光軸上には撮像器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、Ｘ線検出センサ１５，１６の中心点の移動ライン（以下、Ｘ線検出センサ移動ラインという）に対して設定された位置にある、測定対象物ＯＢのＬＥＤ光の照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を撮像するデジタルカメラとして機能する。このＸ線検出センサ移動ラインに対して設定された位置とは、測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点からＸ線検出センサ移動ラインまでの垂直距離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、前記照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）の強度データを、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光の照射点を含む、照射点近傍の画像を表す画像データが出力されることになる。
【００３１】
また、結像レンズ４８の光軸は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸とＸ線検出センサ移動ラインを含む平面に含まれるように調整されている。そして、この平面は、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の底面壁５０ａ及び切欠き部壁５０ｃに略垂直になっている。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、Ｘ線検出センサ移動ライン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光の照射点を含み、切欠き部壁５０ｃに平行な平面の法線に対して、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線の入射角度ψ）に等しい。
【００３２】
したがって、ＬＥＤ光源４４からのＬＥＤ光を測定対象物ＯＢに照射したとき、測定対象物ＯＢのＸ線及びＬＥＤ光の照射点がＸ線検出センサ移動ラインに対して設定された位置にあり、この照射点における平面が切欠き部壁５０ｃと平行である場合には、照射点を含む測定対象物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、受光点の画像となる。測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点が設定された位置にあり、照射点の表面が切欠き部壁５０ｃと平行であるとき、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、照射点の画像と受光点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。
【００３３】
Ｘ線回折測定装置の上面壁５０ｆに備えられた回転機構５１は、内部に有するモータにモータ制御回路７４から駆動信号が入力すると、支持アーム５２に対して筐体５０（Ｘ線回折測定装置）を回転させる。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。モータ制御回路７４は、コントローラ９１から、回転角度と回転開始の指令が入力すると、回転角度検出回路７５が出力する回転角度を入力し、コントローラ９１から入力した回転角度から回転方向を判定して、その回転方向に回転するための駆動信号を回転機構５１内部のモータに供給する。このとき、モータ制御回路７４は、回転機構５１内部のモータ内にあるエンコーダ５１ｃが出力するパルス信号を入力し、このパルス信号の単位時間当たりのパルス数が設定された回転速度のパルス数になるように駆動信号の強度を制御する。これにより、筐体５０（Ｘ線回折測定装置）の回転時は常に設定された速度で回転する。また、モータ制御回路７４は、駆動信号を出力している期間中は回転角度検出回路７５が出力する回転角度を入力し続け、入力した回転角度がコントローラ９１から入力した回転速度に等しくなったとき、駆動信号の出力を停止する。これにより、筐体５０（Ｘ線回折測定装置）は、コントローラ９１から指令された回転角度になる。
【００３４】
回転角度検出回路７５は、コントローラ９１から、回転角度と回転開始の指令が入力すると、設定された時間間隔で回転角度のデジタルデータをコントローラ９１およびモータ制御回路７４に出力する。回転角度検出回路７５は、回転機構５１内部のモータ内にあるエンコーダ５１ｃが出力するパルス列信号を入力して、パルス列信号のパルス数をカウントし、指令入力前の回転角度であるカウント値からカウントアップまたはカウントダウンさせて、回転角度とする。カウントアップまたはカウントダウンは、指令入力時点での回転角度と入力した回転角度から回転方向が判定できるのでこれからどちらを行うか判定することができる。また、エンコーダ５１ｃが出力するパルス列信号には、位相差がπ／２あるＡ相信号とＢ相信号があるので、どちらの信号が進んでいるかにより回転方向を判定してもよい。また、回転角度検出回路７５は、エンコーダ５１ｃが３６０°の回転中、所定の回転位置で出力するインデックス信号を入力し、入力した時点でカウント値を「０」にリセットする。すなわち、インデックス信号が入力した時点が回転角度０°の位置である。
【００３５】
回転機構５１は、内部に有するストッパにより１回転以上回転されないようになっており、図１及び図２に示すＸ線回折測定装置の姿勢は１回転における中間位置である。そして、この位置近傍にエンコーダ５１ｃがインデックス信号を出力する回転位置があり、図１及び図２に示すＸ線回折測定装置の姿勢が回転角度０°の状態である。Ｘ線回折測定システムの電源が入れられたとき、コントローラ９１は初期設定の指令信号をモータ制御回路７４及び回転角度検出回路７５に出力し、モータ制御回路７４は、回転機構５１内部のモータに駆動信号を出力し、エンコーダ５１ｃからインデックス信号が入力した時点で、回転を停止する。このとき、パルス列信号の入力が停止するまで（ストッパにより回転が停止するまで）インデックス信号が入力しないときは、駆動信号の出力を停止し、反対方向に回転する駆動信号を出力する。これにより、回転角度検出回路７５はエンコーダ５１ｃからインデックス信号が入力して回転角度を「０」にできるので、以後、パルス列信号をカウントして正規の回転角度を出力することができる。
【００３６】
上述したように、回転機構５１は１回転以上回転されないようになっており、Ｘ線回折測定システムの電源が入れられたとき、Ｘ線回折測定装置の姿勢は１回転における中間位置である回転角度０°の位置になる。そして、回転角度検出回路７５が出力する及びコントローラ９１から入力する回転角度（カウント値）は、−１８０°〜１８０°に相当する値であり、本実施形態では、図１及び図２に示すＸ線回折測定装置の姿勢から、上面壁５０ｆ側から見て反時計回りに、０〜１８０°の回転角度であり、時計回りに、０〜−１８０°の回転角度である。回転角度は反時計回りに、増大していくので、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から入力する回転角度がその時点での回転角度に対して大きいか小さいかにより回転方向を判定することができる。
【００３７】
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及び受光点を含む画像に加えて、照射点からＸ線検出センサ移動ラインまでの距離及び照射点におけるＸ線（ＬＥＤ光）の入射角度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。
【００３８】
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である鉄製の部材にＸ線を照射して回折Ｘ線の強度分布を検出し、測定対象物ＯＢの残留応力を測定する具体的方法について説明する。この残留応力の測定は、電源を投入することによりＸ線回折測定システムを作動させた後、Ｘ線（ＬＥＤ光）の照射位置と入射角度を調整する位置姿勢調整工程Ｓ１、入力装置９２からの入力により自動で行われる回折Ｘ線強度分布検出工程Ｓ２、及び検出された回折Ｘ線強度分布を用いてコントローラ９１内で行われる残留応力計算工程Ｓ３により行われる。
【００３９】
まず、位置姿勢調整工程Ｓ１から説明する。なお、この調整は、先行技術文献に特許文献１として記載した特開２０１４−９８６７７号公報に記載された内容において、位置姿勢の調整を行うものが測定対象物ＯＢからＸ線回折測定装置（筐体５０）に変わったのみであるので、説明は端的に行う。最初に作業者は、Ｘ線回折測定装置（筐体５０）を目視しながら、切欠き部壁５０ｃが測定対象物ＯＢの測定箇所の面に平行になり、後述するようにＬＥＤ光を照射したとき測定箇所にＬＥＤ光が照射されるとともに、ＬＥＤ光照射点からＸ線検出センサ移動ラインまでの距離が設定距離になり、残留応力の測定方向が筐体５０側面壁５０ｄの面が測定箇所の面と交差する方向になるよう、Ｘ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整する。次に、作業者は入力装置９２を操作して、位置姿勢調整の開始を入力装置９２から入力する。これにより、コントローラ９１は、回転制御回路８６とＬＥＤ駆動回路８５に指令を出力し、プレート４５をＡ位置まで回転させ、ＬＥＤ光源４４を点灯させる。これによりＬＥＤ光は円筒状パイプ２７の内部を介して、円形孔５０ａ１から出射され、測定対象物ＯＢ又はその近傍に照射される。
【００４０】
次に、コントローラ９１は、センサ信号取出回路８７に指令を出力し、撮像器４９からの撮像信号を出力させ、入力したこの撮像信号から作成した撮像画像信号を表示装置９３に出力して、撮像画像を表示装置９３に表示させる。さらに、コントローラ９１は、撮像画像とは独立して、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。この十字マークの横線および縦線は、図２のＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ対応している。また、十字マークの縦軸位置は、ＬＥＤ光（Ｘ線）の光軸とＸ線検出センサ移動ラインを含む平面が撮像器４９の受光面と交差するラインであり、十字マークのクロス点は、ＬＥＤ光照射点からＸ線検出センサ移動ラインまでの距離が設定距離であるときに、照射点が撮像される位置である。さらに、十字マークのクロス点は、ＬＥＤ光照射点からＸ線検出センサ移動ラインまでの距離が設定距離であり、ＬＥＤ光の光軸とＸ線検出センサ移動ラインを含む平面がＬＥＤ光照射点における平面に垂直で、ＬＥＤ光が設定された入射角度で入射するときに、受光点が撮像される位置である。
【００４１】
作業者は表示装置９３に表示された撮像画像を見ながら、ＬＥＤ光が測定箇所に照射され、十字マークのＹ軸方向が残留応力の測定方向になり、ＬＥＤ光の照射点と十字マークのクロス点が一致し、ＬＥＤ光の受光点が十字マークのクロス点と一致するように、アーム式移動装置を動かしてＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整する。これにより、Ｘ線が出射されたとき、Ｘ線は測定対象物ＯＢの測定箇所に照射され、Ｘ線照射点からＸ線検出センサ移動ラインまでの距離が設定距離になり、Ｘ線の入射角度が設定角度になり、残留応力の測定方向が意図した方向になる。
【００４２】
次に作業者は、入力装置９２から位置姿勢調整の終了を入力する。これにより、コントローラ９１は、ＬＥＤ駆動回路８５に指令を出力してＬＥＤ光源４４を消灯させ、センサ信号取出回路８７に指令を出力して撮像信号の出力を停止させ、回転制御回路８６に指令を出力して、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が出射するＸ線が円筒状パイプ２７に入射され得る状態となる。
【００４３】
次に回折Ｘ線強度分布検出工程Ｓ２を説明する。作業者は入力装置９２から、測定対象物ＯＢの材質（本実施例では、鉄）、回折環の半径方向における回折Ｘ線の強度分布を検出する回転角度（−１８０°〜１８０°間の値）を入力し、測定開始を入力装置から入力する。これにより、コントローラ９１は、メモリにインストールされている図６に示すフローのプログラムをスタートさせる。以後、図６に示すフローに従って説明する。まず、ステップＳ１２にて、ｍとｑに１を入力する。ｍは回転角度ごとに割り当てられる数値であり、入力装置９２から入力した回転角度は、回転角度（１），回転角度（２）・・・回転角度（ｍ）として記憶されている。ｑはステージ２１の移動方向を表す数値であり、「１」は正側への移動を表し、「−１」は負側への移動を表す。次にステップＳ１４にて、フィードモータ制御回路７３と位置検出回路７２に負側への移動の指令信号を出力し、ステップＳ１６，Ｓ１８にて位置検出回路７２から入力する移動距離ｗの値が「０」になるまで待つ。ステージ２１が負側（軸受部２４側）の移動限界位置に達したとき、上述したように位置検出回路７２は移動距離ｗを「０」にリセットするので、ステップＳ１８にて「ＹＥＳ」と判定されたとき、ステージ２１は負側（軸受部２４側）の移動限界位置にある。
【００４４】
次にコントローラ９１は、ステップＳ２０にて、モータ制御回路７４に回転角度（ｍ）と回転開始の指令を出力する。この段階ではｍ＝１であるので、回転角度（ｍ）は回転角度（１）である。そして、ステップＳ２２，Ｓ２４にて回転角度検出回路７５から入力する回転角度の値が回転角度（ｍ）になるまで待ち、入力する回転角度の値が回転角度（ｍ）になったとき、ステップＳ２４にて「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ２６に行く。これによりＸ線回折測定装置の筐体５０は回転機構５１により出射するＸ線の光軸周りに回転し、回転角度（ｍ）の姿勢になる。
【００４５】
次にコントローラ９１は、ステップＳ２６にて、Ｘ線制御回路７１にＸ線出射の指令を出力してＸ線出射器１０からＸ線を出射させ、ステップＳ２８にて、Ｘ線強度検出回路６５，６６に強度出力の指令を出力して、Ｘ線検出センサ１５，１６が出力するＸ線強度に相当する強度の信号のデジタルデータの出力を開始させる。次にステップＳ３０乃至ステップＳ３４にて、フィードモータ制御回路７３と位置検出回路７２に、ｑが「１」のときは正側への移動指令を出力し、ｑが「−１」のときは負側への移動指令を出力する。この段階ではｑ＝１であるので、正側への移動指令を出力する。これにより、ステージ２１は正側（フィードモータ２２側）へ移動を開始する。
【００４６】
次にコントローラ９１は、ステップＳ３６にてデータを区別するために割り当てられる数値であるｎに「０」を入力し、ステップＳ３８にて時間ｔの計測を開始する。そして、ステップＳ４０乃至ステップＳ５２の繰り返しにより、微少時間ΔｔごとにＸ線強度検出回路６５，６６が出力するＸ線強度に相当する値、及び移動距離ｗを取込み、Ｘ線強度（ｎ，ｍ，１），Ｘ線強度（ｎ，ｍ，２），移動距離（ｎ，ｍ）（ｎ＝０，１，２・・・，ｍ＝１）として記憶していく。この繰り返しの最中にステージ２１は移動し続けるので、記憶されるデータは、回転角度（ｍ）における回折環の半径方向のＸ線強度の分布に相当する。ステージ２１は正側への移動の場合は移動距離ｗが最大となる位置へ向かって移動し、負側への移動の場合は移動距離ｗが「０」となる位置へ向かって移動するので、ステップＳ４６乃至ステップＳ５０にて、正側への移動の場合は取込んだ移動距離ｗが最大に達したとき、負側への移動の場合は取込んだ移動距離ｗが０になったとき、「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ５４へ行く。この段階ではｑ＝１で正側への移動であるので、移動距離ｗが最大に達したとき、「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ５４へ行く。
【００４７】
次にコントローラ９１は、ステップＳ５４にてＸ線制御回路７１にＸ線出射停止の指令を出力してＸ線出射器１０からのＸ線の出射を停止させ、ステップＳ５６にて、Ｘ線強度検出回路６５，６６に強度出力停止の指令を出力して、データの出力を停止させる。次にコントローラ９１は、ステップＳ５８にて、測定開始前に入力し、記憶されている次の回転角度（ｍ＋１）が存在するか判定し、存在すれば「ＹＥＳ」と判定してステップＳ６０に行く。現段階ではｍ＝１であるので、回転角度（２）が存在すれば「ＹＥＳ」と判定してステップＳ６０に行く。
【００４８】
測定開始前に入力した回転角度が１つのみのときは、回転角度（２）はないので、ステップＳ５８にて、「Ｎｏ」と判定してステップＳ６４に進み、後述する演算処理を行い、ｃｏｓα法による残留応力の計算を行う。この場合、得られる回折環の半径値は、回折環の中心に対して互いに対称になる２つの位置においてのみであるが、ｃｏｓα法による残留応力の計算は可能である。ただし、回折環の半径値が２つであるため測定精度は悪い。測定精度を上げるには、測定開始前に入力する回転角度の値を増やせばよいが、回転角度の値が多いほど測定時間はかかるので、作業者は測定精度と測定時間の兼ね合いから入力する回転角度の値の数を決めればよい。
【００４９】
コントローラ９１は、ステップＳ５８にて「ＹＥＳ」と判定してステップＳ６０に行くと、ステップＳ６０にてｍをインクリメントし、ステップＳ６２にてｑに「−１」を乗算して、ステップＳ２０に戻り、上述したステップＳ２０乃至ステップＳ５８の処理を行う。なお、この処理においてはｑは「−１」であるので、ステップＳ３０乃至ステップＳ３４の処理においては負側への移動指令を出力し、ステップＳ４６乃至ステップＳ５０の処理においては移動距離ｗが０になったとき、「ＹＥＳ」と判定し、ステップＳ５４へ行く。すなわち、１回目のステージ２１の移動でステージ２１は正側（フィードモータ２２側）の移動限界位置に達しているので、２回目のステージ２１の移動は負側（軸受部２４側）へ向かって行われる。そして、ステップＳ５８にて、次の回転角度（ｍ＋１）が存在するか判定し、存在すれば「ＹＥＳ」と判定してステップＳ６０に行く。この段階ではｍ＝２であるので、回転角度（３）が存在すれば「ＹＥＳ」と判定してステップＳ６０に行く。そして、ステップＳ６０にてｍをインクリメントし、ステップＳ６２にてｑに「−１」を乗算してｑ＝１とし、ステップＳ２０に戻る。３回目はｑ＝１になっているので、ステップＳ２０乃至ステップＳ５８の処理は１回目と同じである。すなわち、ステージ２１は負側の移動限界位置から正側の移動限界位置に向けて移動する。
【００５０】
このようにして、Ｘ線回折測定装置の筐体５０における、出射するＸ線の光軸周りの回転角度が、測定開始前に入力された回転角度（ｍ）にそれぞれ設定され、それぞれの回転角度（ｍ）ごとにステージ２１が移動限界位置から反対側の移動限界位置まで移動し、コントローラのメモリにはＸ線強度（ｎ，ｍ，１），Ｘ線強度（ｎ，ｍ，２），移動距離（ｎ，ｍ）（ｎ＝０，１，２・・・，ｍ＝１，２，３・・・）が記憶されていく。そして、すべての回転角度（ｍ）においてステップＳ２０乃至ステップＳ５８の処理が終了したとき、ステップＳ５８において「ＮＯ」と判定されて、ステップＳ６４に行く。
【００５１】
コントローラ９１は、ステップＳ６４にて、メモリに記憶されているＸ線強度（ｎ，ｍ，１），Ｘ線強度（ｎ，ｍ，２），移動距離（ｎ，ｍ）（ｎ＝０，１，２・・・，ｍ＝１，２，３・・・）を用いて残留応力の計算を行う。この処理が残留応力計算工程Ｓ３であり、コントローラ９１は以下の順で計算処理を行う。
【００５２】
（１）回転角度ごとの回折環半径方向におけるＸ線強度分布算出
上述したようにステージ２１が負側（軸受部２４側）の移動限界位置にあるときの（移動距離が「０」のときの）、Ｘ線検出センサ１５，１６の中心点から出射されるＸ線の光軸までの距離ａ，ｂは予め記憶されている。距離ａから移動距離（ｎ，ｍ）を減算して、半径値（ｎ，ｍ，１）を算出する。横軸により半径値をとり、縦軸にＸ線強度をとって、半径値（ｎ，ｍ，１）とＸ線強度（ｎ，ｍ，１）のデータにより点を打つと、図７で示すように回折環が発生する箇所でピークが発生する曲線となる。すなわち、半径値（ｎ，ｍ，１）とＸ線強度（ｎ，ｍ，１）のデータの組は、回転角度（ｍ）における回折環半径方向のＸ線強度分布に相当する。
【００５３】
また、距離ｂに移動距離（ｎ，ｍ）を加算して、半径値（ｎ，ｍ，２）を算出し、横軸により半径値をとり、縦軸にＸ線強度をとって、半径値（ｎ，ｍ，２）とＸ線強度（ｎ，ｍ，２）のデータにより点を打っても、図７で示すように回折環が発生する箇所でピークが発生する曲線となる。すなわち、半径値（ｎ，ｍ，２）とＸ線強度（ｎ，ｍ，２）のデータの組は、回転角度（ｍ）＋１８０°の回転角度における回折環半径方向のＸ線強度分布に相当する。１８０°を加算するのは、回折環の中心（出射するＸ線の光軸位置）から見たＸ線検出センサ１６の回転位置は、Ｘ線検出センサ１５から１８０°回転した位置にあるためである。なお、本実施形態では回転角度は−１８０°〜１８０°で表すので１８０°を加算して１８０°を超えるときは３６０°を減算する。
【００５４】
（２）回転角度ごとの回折環半径算出
半径値（ｎ，ｍ，１）とＸ線強度（ｎ，ｍ，１）のデータの組、及び半径値（ｎ，ｍ，２）とＸ線強度（ｎ，ｍ，２）のデータの組から作成される、回折環半径方向のＸ線強度分布（曲線）においてピークが発生する位置の半径値（ｍ，１）及び半径値（ｍ，２）を計算する。回転角度（ｍ）と半径値（ｍ，１）の組、及び回転角度（ｍ）＋１８０°と半径値（ｍ，２）の組が、回転角度ごとの回折環半径である。
【００５５】
（３）残留応力計算
回転角度ごとの回折環半径が得られたということは、回折環の形状が得られたということであるので、従来より知られているｃｏｓαを用いて残留応力を計算する。この計算には、回転角度ごとの回折環半径の他に、設定値であるＸ線照射点からＸ線検出センサ移動ラインまでの距離Ｌ、設定値であるＸ線の入射角度ψ及び鉄の格子面間隔、無ひずみのときの回折角、ヤング率、ポアソン比等の既定値が用いられる。この計算方法は、例えば特開２００５−２４１３０８号公報の〔００２６〕〜〔００４４〕に詳細に説明されているので本願では省略する。
【００５６】
コントローラ９１は、残留応力の計算が終了すると、ステップＳ６６にて、残留応力の数値を表示装置９３に表示する。これ以外に、回転角度ごとの回折環半径値、回折環の形状、半径方向のＸ線強度曲線等を表示してもよい。また、合否判定基準があるときは、合否判定を表示してもよい。作業者は表示された結果を見ることで、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等を行うことができる。次にコントローラ９１は、ステップＳ６８にてプログラムの実行を終了する。
【００５７】
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線回折測定システムは、測定対象物ＯＢに向けてＸ線を出射するＸ線出射器１０と、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線が測定対象物ＯＢに照射されたとき、測定対象物ＯＢにて発生する回折Ｘ線の強度を検出するＸ線検出センサ１５，１６と、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線を貫通させる円筒状パイプ２７を有し、Ｘ線検出センサ１５，１６をＸ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸に対し垂直に交差するライン上を移動させるステージ移動機構２０と、ステージ移動機構２０によるＸ線検出センサ１５，１６の移動位置を検出する位置検出回路７２と、ステージ移動機構２０によりＸ線検出センサ１５，１６を回折Ｘ線により形成される回折環と回折環の中心に対して互いに対称になる２つの位置で交差するように移動させ、Ｘ線検出センサ１５，１６と位置検出回路７２に回折Ｘ線の強度とＸ線検出センサ１５，１６の移動位置を同じタイミングで検出させ、検出させた強度と移動位置とを用いて、回折環の半径値を２つの位置で取得するコントローラ９１の制御プログラム、演算プログラム及び各種回路とを備えている。これにより、ステージ移動機構２０によりＸ線検出センサ１５，１６を移動させるのみで、回折環の中心に対して互いに対称になる２つの位置で回折環の半径値を取得することができ、取得された２つの回折環の半径値があれば、ｃｏｓα法による計算を行って測定対象物ＯＢの残留応力を計算することができる。すなわち、短時間で残留応力の計算に必要なデータを取得することができる。
【００５８】
また、上記実施形態においては、Ｘ線検出センサ１５，１６は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸に対しそれぞれ反対側となる位置に２つあり、ステージ移動機構２０は、それぞれのＸ線検出センサ１５，１６を、Ｘ線の光軸に対し垂直に交差するライン上を移動させるようにしてある。これにより、Ｘ線検出センサ１５，１６の移動距離を短くすることができるので、さらに短時間で残留応力の計算に必要なデータを取得することができる。
【００５９】
また、上記実施形態においては、ステージ移動機構２０を、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸と略一致する回転軸周りに回転させる回転機構５１と、回転機構５１によるステージ移動機構２０の回転位置を検出する回転角度検出回路７５とを備え、コントローラ９１の制御プログラム及び各種回路は、ステージ移動機構２０および回転機構５１により、Ｘ線検出センサ１５，１６を回折環と２つの位置で複数交差するように移動および回転させ、回転角度検出回路７５に回折Ｘ線の強度とＸ線検出センサ１５，１６の移動位置が検出されるときの回転角度を検出させ、回折環の半径値を複数の回転角度における２つの位置で取得している。これにより、複数の回転角度における、回折環の中心に対して互いに対称になる２つの位置の回折環半径で残留応力を計算することができるので、より高い精度で残留応力を計算することができる。
【００６０】
また、上記実施形態においては、Ｘ線出射器１０、Ｘ線検出センサ１５，１６およびステージ移動機構２０を含む筐体５０と、筐体５０に連結されたアーム式移動装置を備え、回転機構５１は、筐体５０とアーム式移動装置との連結部分に設けられているようにするとよい。これによれば、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の回転角度を測定対象物の周囲の物体に対して邪魔にならない位置にして、測定対象物ＯＢにＸ線を照射することができるので、混み合った場所にある測定対象物ＯＢを測定しやすくなる。また、Ｘ線回折測定装置の筐体５０内に回転機構を設ける場合に比べ、筐体５０をコンパクトにすることができるので、この点からも混み合った場所にある測定対象物ＯＢを測定しやすくなる。
【００６１】
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。
【００６２】
（変形例）
上記実施形態においては、回転機構５１によりＸ線回折測定装置の筐体５０を意図した回転角度まで回転させた後、ステージ移動機構２０のステージ２１を回折環の半径方向に移動させて、複数の回転角度で回折環半径を取得した。すなわち、回転と移動は別々に行うようにした。しかし、互いに対称になる２つの位置での回折環の半径値を２つの回転角度で取得するのみでよければ、これに代えて、回転と移動を同時に行い、２つの回転角度での回折環半径取得をさらに短時間で行うことができる。以下、本変形例において説明する。
【００６３】
本変形例においては、ステージ２１は、図９に示すようにＸ線検出センサ１５が取り付けられているステージ２１−１と、Ｘ線検出センサ１６が取り付けられているステージ２１−２に分けられている。また、スクリューロッド２３のねじの向きは円筒状パイプ２７付近を境にして左右が逆になっており、フィードモータ２２の回転によりステージ２１−１とステージ２１−２は互いに反対方向に移動するようになっている。さらに、スクリューロッド２３のねじのピッチは左右等しく、ステージ２１−１とステージ２１−２の移動限界位置におけるＸ線検出センサ１５，１６の出射するＸ線の光軸位置からの距離が等しくなるよう調整されている。これにより、ステージ２１−１とステージ２１−２が移動してもＸ線検出センサ１５，１６から出射するＸ線の光軸位置までの距離は常に等しくなる。
【００６４】
また、この変形例においては、コントローラ９１がフィードモータ制御回路７３及び位置検出回路７２へ出力する正側への移動指令は、ステージ２１−１とステージ２１−２が内側（出射するＸ線の光軸側）に向かって移動する指令であり、負側への移動指令は、ステージ２１−１とステージ２１−２が外側（フィードモータ２２と軸受部２４側）へ移動する指令である。そして、正側の移動限界位置は、ステージ２１−１とステージ２１−２が最も内側にある位置であり、このとき位置検出回路７２が出力する移動距離ｗは最大になる。また、負側の移動限界位置は、ステージ２１−１とステージ２１−２が最も外側にある位置であり、このとき位置検出回路７２が出力する移動距離ｗは「０」にリセットされる。また、このときのＸ線検出センサ１５，１６の中心点から出射するＸ線の光軸位置までの距離ｃは予めコントローラのメモリに記憶されており、コントローラは（ｃ−ｗ）を計算することで、Ｘ線検出センサ１５，１６の出射されるＸ線の光軸からの距離（半径位置）を計算する。
【００６５】
また、この変形例においては、フィードモータ制御回路７３に設定されているステージ２１−１，２１−２の移動速度（単位時間あたりのパルス数）をＶとし、モータ制御回路７４に設定されている回転機構５１の回転速度（単位時間あたりのパルス数）をＲとし、上記のようにＸ線検出センサ１５，１６の中心点から出射するＸ線の光軸位置までの距離をｃとすると、以下の数１で示す関係式が成り立つように、ステージ２１−１，２１−２の移動速度及び回転機構５１の回転速度が設定されている。
（数１）
１８０°／Ｒ  ＝  ２・（ｃ／Ｖ）
この式は、Ｘ線回折測定装置の筐体５０が半回転する間に、ステージ２１−１，２１−２が１往復することを意味する。また、コントローラ９１は測定の際、図６に示すフローのプログラム代えて図８に示すフローのプログラムを実行する。これ以外の装置構成は上記実施形態と同じである。
【００６６】
この変形例におけるＸ線回折測定システムによる測定は、上記実施形態と同様、位置姿勢調整工程Ｓ１、回折Ｘ線強度分布検出工程Ｓ２及び残留応力計算工程Ｓ３からなる。作業者は位置姿勢調整工程Ｓ１として上記実施形態と同様の調整を行い、回折Ｘ線強度分布検出工程Ｓ２として入力装置９２から、測定対象物ＯＢの材質（本実施例では、鉄）を入力し、測定開始を入力する。これによりコントローラ９１は、図８に示すフローのプログラムを実行する。以後、図８に示すフローに従って説明する。
【００６７】
まず、ステップＳ１０２にて、ｎ、ｍ及びＴに０を入力する。ｎはそれぞれのデータごとに割り当てられる数値であり、ｍはデータ取込みのタイミングを決定するために使用される値であり、Ｔはステージ２１−１，２１−２の移動方向を示す数値であり、「０」は正側への移動を表し、「０」以外の値は負側への移動を表す。次にステップＳ１０４にて、フィードモータ制御回路７３と位置検出回路７２に負側への移動の指令信号を出力し、ステップＳ１０６，Ｓ１０８にて位置検出回路７２から入力する移動距離ｗの値が「０」になるまで待つ。ステージ２１−１，２１−２が外側の移動限界位置に達したとき、上述したように位置検出回路７２は移動距離ｗを「０」にリセットするので、ステップＳ１０８にて「ＹＥＳ」と判定されたとき、ステージステージ２１−１，２１−２は外側の移動限界位置にある。
【００６８】
次にコントローラ９１は、ステップＳ１１０にて、Ｘ線制御回路７１にＸ線出射の指令を出力してＸ線出射器１０からＸ線を出射させ、ステップＳ１１２にて、Ｘ線強度検出回路６５，６６に強度出力の指令を出力して、Ｘ線検出センサ１５，１６が出力するＸ線強度に相当する強度の信号のデジタルデータの出力を開始させる。次にコントローラ９１は、ステップＳ１１４にて、モータ制御回路７４に１８０°の回転角度と回転開始の指令を出力して、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の回転機構５１による回転を開始させる。次に、フィードモータ制御回路７３と位置検出回路７２に正側への移動指令を出力して、ステージ２１−１，２１−２の内側への移動を開始させる。
【００６９】
次にコントローラ９１は、ステップＳ１１８にて、時間ｔの計測を開始する。そして、コントローラ９１は、ステップＳ１２０乃至ステップＳ１３４の繰り返しにより、微少時間ΔｔごとにＸ線強度検出回路６５，６６が出力するＸ線強度に相当する値、位置検出回路７２が出力する移動距離ｗ、及び回転角度検出回路７５が出力する回転角度を取込み、Ｘ線強度（ｎ，１），Ｘ線（ｎ，２），移動距離（ｎ），回転角度（ｎ）（ｎ＝０，１，２・・・）として記憶していく。この繰り返しの最中にＸ線回折測定装置の筐体５０は回転し続け、ステージ２１−１，２１−２は移動し続けるので、記憶されるデータは、Ｘ線検出センサ１５，１６の移動する軌跡におけるＸ線強度の分布に相当する。この点は後述する。なお、この段階ではＴには「０」が入力されているので、この繰り返しにおいてステップＳ１２０における、（ｍ・Δｔ＋Ｔ）は、０，Δｔ，２・Δｔ・・・と変化していく。また、ステップＳ１２８にて「ＹＥＳ」と判定されてステップＳ１３０へ行く。
【００７０】
この繰り返しの最中にステージ２１−１，２１−２は正側の移動限界位置に向けて移動し続けるので、正側の移動限界位置に達すると、ステップＳ１２０にて「ＹＥＳ」と判定してステップＳ１３６へ行き、ステップＳ１３６にて、計測している時間ｔをリセットして「０」から時間計測を行う。次にコントローラ９１は、ステップＳ１３８にて、時間ｔが時間ｔａ経過するまで待つ。時間ｔａは正側の移動限界位置（内側の移動限界位置）にあるＸ線検出センサ１５，１６の中心点から出射するＸ線の光軸位置までの距離をｄとすると、ｔａ＝２・（ｄ／Ｖ）で計算される値である。すなわち、時間ｔａは、正側の移動限界位置（内側の移動限界位置）に達したＸ線検出センサ１５，１６がそのまま同じ移動速度で移動し続け、出射するＸ線の光軸位置に達した後、折り返して正側の移動限界位置まで戻ると仮定したとき、この往復移動にかかる時間である。
【００７１】
コントローラ９１は、ステップＳ１３８にて時間ｔが時間ｔａ経過したとき、「ＹＥＳ」と判定してステップＳ１４０へ行き、ステップＳ１４０にてｎをインクリメントし、ステップＳ１４２にてｍに「０」を入力し、ステップＳ１４４にてＴに時間ｔａを入力し、ステップＳ１４６にて負側への移動を開始する。そして、コントローラ９１は、ステップＳ１２０乃至ステップＳ１２８、ステップＳ１４８、ステップＳ１３２及びステップＳ１３４の繰り返しにより、微少時間ΔｔごとにＸ線強度（ｎ，１），Ｘ線強度（ｎ，２），移動距離（ｎ），回転角度（ｎ）を記憶していく。なお、この段階ではＴには時間ｔａが入力されているので、この繰り返しにおいてステップＳ１２０における、（ｍ・Δｔ＋Ｔ）は、ｔａ，（Δｔ＋ｔａ），（２・Δｔ＋ｔａ）・・・と変化していく。また、ステップＳ１２８にて「ＮＯ」と判定されてステップＳ１４８へ行く。
【００７２】
この繰り返しの最中に、ステージ２１−１，２１−２は負側の移動限界位置に向けて移動し続けるので、負側の移動限界位置に達すると、ステップＳ１４８にて「ＹＥＳ」と判定してステップＳ１５０へ行く。ステップＳ１２０乃至ステップＳ１４８の処理は、要約するとステージ２１−１，２１−２が移動している間、微少時間Δｔごとにデータを取込み、ステージ２１−１，２１−２が移動を停止している間はデータの取込みを中断する処理と、ステージ２１−１，２１−２が正側の移動限界位置に達した後、時間ｔａだけ待って負側へ移動させる処理である。
【００７３】
上述したようにステージ２１−１，２１−２が正側への移動、停止、負側への移動を行っている間、Ｘ線回折測定装置の筐体５０は設定された速度で回転している。これにより、Ｘ線検出センサ１５，１６の中心点が上面壁５０ｆ側から見て、どのような軌跡を描いて移動するかを示したものが図９である。丸の点はＸ線検出センサ１５の中心点が回転が１０°されるごとに存在する位置を示しており、三角の点はＸ線検出センサ１６の中心点が回転が１０°されるごとに存在する位置を示している。図９を見るとわかるように、Ｘ線検出センサ１５，１６の中心点は双方で８の字を描くように移動し、回折環が負側の移動限界位置におけるＸ線検出センサ１５，１６の位置と出射されるＸ線の光軸の中間位置に形成される場合は、Ｘ線検出センサ１５，１６が回折環と交差する位置は４箇所とも４５°の位置（図９における×点の位置）になる。
【００７４】
コントローラ９１は、ステージ２１−１，２１−２が負側の移動限界位置に達し、ステップＳ１４８にて「ＹＥＳ」と判定してステップＳ１５０へ行くと、ステップＳ１５０にて、Ｘ線出射器１０からのＸ線の出射させ、ステップＳ１５２にて、Ｘ線強度検出回路６５，６６のデータ出力を停止させる。そして、ステップＳ１５４にて、モータ制御回路７４に０°の回転角度と回転開始の指令を出力して、Ｘ線回折測定装置の筐体５０を回転角度０°の姿勢（元の姿勢）に戻す。なお、ステージ２１−１，２１−２が負側の移動限界位置に達したタイミングで、Ｘ線回折測定装置の筐体５０は回転角度１８０°に達し、回転は停止している。次にコントローラ９１は、ステップＳ１５６にて残留応力を計算し、ステップＳ１５８にて計算結果を表示装置９３に表示する。この処理は、上記実施形態と同じである。なお、本変形例ではＸ線強度分布（曲線）におけるピーク点から半径位置と回転角度とが検出される。次にコントローラ９１は、ステップＳ１６０にてプログラムの実行を終了する。
【００７５】
なお、本変形例では図９に示すように、Ｘ線検出センサ１５，１６が回折環と交差する回転角度は４箇所とも４５°の位置であるが、この位置は、ステージ２１−１，２１−２の移動開始位置を負側の移動限界位置とし、回折環が形成される位置を、負側の移動限界位置におけるＸ線検出センサ１５，１６の位置から出射されるＸ線の光軸位置までの中間点とした場合である。すなわち、Ｘ線検出センサ１５，１６が回折環と交差する回転角度は、ステージ２１−１，２１−２の移動開始位置と回折環が形成される位置との関係から、様々な値になる。よって、Ｘ線検出センサ１５，１６が回折環と交差する回転角度を意図した値にしたいときは、測定対象物の材質から回折環が形成される位置を算出し、算出した位置と意図する交差の回転角度とから、ステージ２１−１，２１−２の移動開始位置を算出し、測定において、その位置からステージ２１−１，２１−２の移動を開始させればよい。
【００７６】
また、本変形例は、互いに対称になる２つの位置での回折環半径を２つの回転角度で取得することを目的としたもので、筐体５０の回転とステージ２１−１，２１−２の往復移動は１回とした。しかし、測定時間が増大してもよい場合は、ステージ２１−１，２１−２の移動開始位置を変化させながら、筐体５０の回転とステージ２１−１，２１−２の往復移動を複数回行えば、複数の回転角度でＸ線検出センサ１５，１６と回折環を交差させることができ、回折環半径を複数の回転角度で得ることができる。
【００７７】
上記説明からも理解できるように、上記変形例においては、コントローラ９１の制御プログラム及び各種回路は、ステージ移動機構２０によりＸ線検出センサ１５，１６を往復するよう移動させると同時に、Ｘ線検出センサ１５，１６が回折環と互いに対称になる２つの位置で交差するよう、回転機構５１によりステージ移動機構２０を連続的に回転させ、回転角度検出回路７５による回転角度の検出を、位置検出回路７２による移動位置の検出と同じタイミングで行うようにさせている。  これにより、回転機構５１による回転とステージ移動機構２０による移動を同時に行うので、回転と移動を別々に行って複数の回転角度で回折環半径を取得する場合に比べ、測定時間を短くすることができる。
【００７８】
さらに、本発明は上記実施形態および変形例以外にも種々の変更が可能である。上記実施形態および上記変形例では、回転機構５１によりＸ線回折測定装置の筐体５０が回転するようにしたが、Ｘ線回折測定装置の筐体５０を大きくしてもよいときは、これに代えて図１０に示すようにステージ移動機構２０が出射されるＸ線の光軸周りに回転する構成にしてもよい。この場合、回転機構はモータ５５であり、モータ５５の出力軸５５ａ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５５ａ１を有し、出力軸５５ａは円筒状パイプ２７に中心軸位置を同一にして連結されている。モータ５５は筐体５０に取り付けられており、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線は、貫通孔５５ａ１を介して円筒状パイプ２７に入射するようになっている。また、上記実施形態において円筒状パイプ２７の端部２箇所の内部に設けられた貫通孔が開けられた通路部材２８，２９の内、通路部材２８は貫通孔５５ａ１のＸ線出射器１０側の端部に設けられている。また、モータ５５は、ストッパにより１回転以上回転しないようになっている。これはＸ線検出センサ１５，１６やフィードモータ２２等から出ている電線が１回転以上よじれるのを防止するためである。
【００７９】
上記実施形態および変形例が筐体５０を回転させるのに対し、本形態はステージ移動機構２０を回転させる点のみが異なっており、これ以外の構成及びコントローラ９１が実行するプログラムは上記実施形態および変形例と同じである。この形態によれば、Ｘ線回折測定装置の筐体５０は大きくなるが、Ｘ線回折測定装置の筐体５０は回転しないので、誤って筐体５０を測定対象物ＯＢの周辺にあるものにぶつける可能性を低くすることができる。
【００８０】
また、上記実施形態および変形例においては、Ｘ線回折測定装置の筐体５０またはステージ移動機構２０を回転させるようにしたが、ステージ移動機構２０は測定対象物ＯＢに対して回転するようになっていればよいので、測定対象物ＯＢが略同じ大きさで、試料台に載置することができるものに限定されていれば、Ｘ線回折測定装置と試料台を一定の位置関係になるようにし、試料台が出射されるＸ線の光軸周りに回転するような構成にしてもよい。これによっても、上記実施形態および変形例と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
また、上記実施形態および変形例においては、Ｘ線回折測定装置の筐体５０はアーム式移動装置により位置と姿勢を調整できる構成にし、Ｘ線と同じ光軸で平行光であるＬＥＤ光を照射し、表示装置９３に表示された撮像画面を見ながら、位置と姿勢を調整する構成にした。しかし、測定対象物ＯＢが試料台に載置することができるものに限定されていれば、Ｘ線回折測定装置の筐体５０はアーム式移動装置に替えて、回転機構５１による回転以外は位置と姿勢が変化しない支持機構に連結させ、試料台に位置と姿勢を変化させることができる機構を設けてもよい。この場合は、ＬＥＤ光を照射し、表示装置９３に表示される撮像画面を見ながら、試料台の位置と姿勢を調整することになる。これによっても、上記実施形態および変形例と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
また、上記実施形態および変形例においては、Ｘ線回折測定装置の筐体５０を回転させて、複数の回転角度で回折環半径を取得することができるようにしたが、残留応力は互いに対称になる２つの位置での回折環半径が得られれば計算することができるので、高い測定精度を必要としないときは、回転機構５１は備えず、ステージ移動機構２０によりステージ２１を移動させるのみで残留応力の測定を行うようにしてもよい。
【００８３】
また、上記実施形態および変形例においては、Ｘ線検出センサを２つ設け、ステージ２１の１回の移動により２つの回折環半径が得られるようにしたが、測定時間が増えてもよければ、Ｘ線検出センサを１つにして、ステージ２１の１回の移動により１つの回折環半径が得られるのみにしてもよい。この場合、上記実施形態においては回転角度の設定回数が倍になり、上記変形例においては、回転は０から１８０°までと０から−１８０°までの２回行う必要があるが、Ｘ線検出センサを1つにするため、装置のコストを抑制することができる。
【００８４】
また、上記実施形態および変形例においては、Ｘ線検出センサを２つ設け、１つのＸ線検出センサの移動限界位置は出射されるＸ線の光軸の近傍までとしたが、Ｘ線回折測定装置の筐体５０が大きくなり、測定時間が増えてもよければ、Ｘ線検出センサを１つにし、１つのＸ線検出センサが出射されるＸ線の光軸位置を中心して移動開始前と対称となる位置まで移動するようにしてもよい。この場合、ステージ２１が円筒状パイプ２７に衝突しないように、円筒状パイプ２７の先端近傍をステージ２１の底面が通過する構成にする必要があるが、Ｘ線検出センサを1つにするため、装置のコストを抑制することができる。
【００８５】
また、上記実施形態および変形例では、取得したデータから回転角度ごとの回折環半径を算出し、ｃｏｓα法により測定対象物の残留応力を計算するようにしたが、取得したデータから計算が可能な数値であればどのような数値を計算してもよい。例えば、回折環の半価幅や積分値幅を計算してもよいし、測定対象物ＯＢの材質が鉄であれば、オーステナイトの割合を計算してもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０…Ｘ線出射器、１５，１６…Ｘ線検出センサ、２７…円筒状パイプ、２０…ステージ移動機構、２１…ステージ、２２…フィードモータ、２３…スクリューロッド、４０…ＬＥＤ光出射機構、４４…ＬＥＤ光源、４５…プレート、４６…モータ、４７ａ，４７ｂ…ストッパ部材、４８…結像レンズ、４９…撮像器、５０…筐体、５０ａ…底面壁、５０ｃ…切欠き部壁、５０ｆ…上面壁、５１…回転機構、５２…支持アーム、９０…コンピュータ装置、５５…モータ、６５，６６…Ｘ線強度検出回路、７１…Ｘ線制御回路、７２…位置検出回路、７３…フィードモータ制御回路、７４…モータ制御回路、７５…回転角度検出回路、８５…ＬＥＤ駆動回路、８６…回転制御回路、９１…コントローラ、９２…入力装置、９３…表示装置、９５…高電圧電源、ＯＢ…測定対象物
【図１】
0005984024.tif 000002
【図２】
0005984024.tif 000003
【図３】
0005984024.tif 000004
【図４】
0005984024.tif 000005
【図５】
0005984024.tif 000006
【図６】
0005984024.tif 000007
【図７】
0005984024.tif 000008
【図８】
0005984024.tif 000009
【図９】
0005984024.tif 000010
【図１０】
0005984024.tif 000011