(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線出射器から前記測定対象物に向けてＸ線を照射して、前記測定対象物にて発生したＸ線の回折光を、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する面にて受光し、前記面に前記Ｘ線の回折光の像である回折環を形成するとともに、前記回折環における前記Ｘ線の回折光の強度に相当する強度の分布を検出する回折環形成検出手段とを備えたＸ線回折測定装置において、
前記回折環形成検出手段により検出された強度分布に基づいて、回折環の円周方向に対する前記強度の変化、又は回折環の円周方向に対する回折環の半径方向の前記強度分布に基づく幅の変化を検出し、前記検出した変化および予め取得されている回折環の円周方向に対する前記変化と測定対象物に対するＸ線の入射角度との関係を用いて測定対象物に対するＸ線の入射角度を検出するＸ線入射角検出手段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線入射角検出手段は、検出した回折環の円周方向に対する前記変化を用いて、Ｘ線の入射角度とともに前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸と測定対象物のＸ線の照射点における法線とを含む平面が、前記形成される回折環と交差するラインを基準円周方向位置として定めることを特徴とするＸ線回折測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のＸ線回折測定装置において、
前記Ｘ線出射器からＸ線が出射されていない状態で、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線と光軸を同一にした平行光である可視光を測定対象物に出射する可視光出射器と、
前記可視光出射器、前記Ｘ線出射器および前記回折環形成検出手段における回折環が形成される面とを内蔵する筐体と、
測定対象物と相対的に前記筐体の位置および姿勢を調整する位置姿勢調整手段と、
前記筐体に内蔵され、前記可視光の照射点を含む領域の測定対象物の画像を結像する結像レンズ、及び前記結像レンズによって結像された画像を撮像する撮像器を有し、前記撮像された画像を表す撮像信号を出力するカメラと、
前記カメラから出力される撮像信号を入力して、前記撮像器によって撮像された画像を画面上に表示する表示器であって、測定対象物における前記可視光の照射点から前記回折環が形成される面までの距離が所定距離であるとき、前記撮像器によって撮像される照射点の画像上の位置を照射点基準位置として、前記撮像信号により表示される画像とは独立して画面上に表示する表示器とを備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のＸ線回折測定装置において、
前記Ｘ線出射器からＸ線が出射されていない状態で、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線と光軸を同一にした平行光である可視光を測定対象物に出射する可視光出射器と、
前記可視光出射器、前記Ｘ線出射器および前記回折環形成検出手段における回折環が形成される面とを内蔵する筐体と、
測定対象物と相対的に前記筐体の位置および姿勢を調整する位置姿勢調整手段と、
前記筐体に内蔵され、前記可視光の照射点を含む領域の測定対象物の画像を結像する結像レンズ、及び前記結像レンズによって結像された画像を撮像する撮像器を有し、前記撮像された画像を表す撮像信号を出力するカメラと、
前記カメラから出力される撮像信号を入力して、前記可視光の照射点の画像上の位置を用いて前記可視光の照射点から前記回折環が形成される面までの距離を算出する距離算出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５】
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線出射器から前記測定対象物に向けてＸ線を照射して、前記測定対象物にて発生したＸ線の回折光を、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する面にて受光し、前記面に前記Ｘ線の回折光の像である回折環を形成するとともに、前記回折環における前記Ｘ線の回折光の強度に相当する強度の分布を検出する回折環形成検出手段とを備えたＸ線回折測定装置により測定を行うときの、測定対象物に対するＸ線の入射角度を検出するＸ線入射角検出方法であって、
前記回折環形成検出手段により検出された強度分布に基づいて、回折環の円周方向に対する前記強度の変化、又は回折環の円周方向に対する回折環の半径方向の前記強度分布に基づく幅の変化を検出し、前記検出した変化および予め取得されている回折環の円周方向に対する前記変化と測定対象物に対するＸ線の入射角度との関係を用いて測定対象物に対するＸ線の入射角度を検出することを特徴とするＸ線入射角検出方法。
【請求項６】
請求項５に記載のＸ線入射角検出方法において、
検出した回折環の円周方向に対する前記変化を用いて、Ｘ線の入射角度とともに前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸と測定対象物のＸ線の照射点における法線とを含む平面が、前記形成される回折環と交差するラインを基準円周方向位置として定めることを特徴とするＸ線入射角検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物にＸ線を照射して測定対象物で回折したＸ線によりＸ線回折環を形成し、形成されたＸ線回折環の形状を検出するＸ線回折測定装置、および該Ｘ線回折測定装置におけるＸ線入射角検出方法に関する。
【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、Ｘ線照射により感光性を有するイメージングプレートに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。この回折環の形状を用いたｃｏｓα法による残留応力の計算方法は、例えば以下の特許文献２に示されており、残留応力を計算するには回折環の形状（回転角度ごとの半径値）の他に、既知のパラメーター、Ｘ線の照射点からイメージングプレート（回折環が形成される平面）までの距離Ｌ、及びＸ線の測定対象物に対する入射角度ψが必要である。距離Ｌは測定対象物を載置するステージの高さを調整して測定対象物表面の高さを設定した高さにすれば設定値にすることができ、入射角度ψは測定対象物の表面がステージ表面と平行であれば、設定値にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２５７９６号公報
【特許文献２】特開２００５−２４１３０８号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、測定対象物の下面と上面が平行でない場合や測定対象物が複雑な形状を有する場合は、入射角度ψを設定値通りにすることは困難である。また、測定対象物が大型であったり取り付けられていて運搬できない場合は、Ｘ線回折測定装置を運搬して測定対象物に対して位置と姿勢を調整する必要があるが、この場合は入射角度ψに加えて距離Ｌも設定値通りにすることが困難である。
【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線を照射して、測定対象物で回折したＸ線によりＸ線回折環を形成し、形成されたＸ線回折環の形状を検出するＸ線回折測定装置において、測定対象物が複雑な形状を有している場合であっても、又は測定対象物に対してＸ線回折測定装置の位置と姿勢を調整する場合であっても、入射角度ψを精度よく検出することができるＸ線回折測定装置を提供することにある。又、入射角度ψに加えて距離Ｌも精度よく検出することができる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線出射器から測定対象物に向けてＸ線を照射して、測定対象物にて発生したＸ線の回折光を、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する面にて受光し、面にＸ線の回折光の像である回折環を形成するとともに、回折環におけるＸ線の回折光の強度に相当する強度の分布を検出する回折環形成検出手段とを備えたＸ線回折測定装置において、回折環形成検出手段により検出された強度分布に基づいて、回折環の円周方向に対する強度の変化、又は回折環の円周方向に対する回折環の半径方向の強度分布に基づく幅の変化を検出し、検出した変化および予め取得されている回折環の円周方向に対する変化と測定対象物に対するＸ線の入射角度との関係を用いて測定対象物に対するＸ線の入射角度を検出するＸ線入射角検出手段とを備えたことにある。
【０００７】
これによれば、測定対象物に向けてＸ線を照射して得られる回折環におけるＸ線の回折光の強度に相当する強度の分布に基づいて、Ｘ線入射角検出手段が、回折環の円周方向に対する強度の変化、又は回折環の円周方向に対する回折環の半径方向の強度分布に基づく幅の変化を検出し、検出した変化からＸ線の入射角度を検出するので、測定対象物が複雑な形状を有している場合であっても、又は測定対象物に対してＸ線回折測定装置の位置と姿勢を調整する場合であっても、Ｘ線の入射角度を精度よく検出することができる。発明者は様々な測定対象物を用いて試験した結果、Ｘ線の入射角度と回折環の円周方向に対する強度変化、又は回折環の円周方向に対する回折環の半径方向の強度分布に基づく幅の変化とには、１：１の関係があることを見出した。よって、予めこの関係を取得しておけば、回折環におけるＸ線の回折光の強度に相当する強度の分布を検出し、回折環の円周方向に対する前記変化を求めれば、取得してある関係から、Ｘ線の入射角度を求めることができる。
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、Ｘ線入射角検出手段は、検出した回折環の円周方向に対する変化を用いて、Ｘ線の入射角度とともにＸ線出射器から出射されるＸ線の光軸と測定対象物のＸ線の照射点における法線とを含む平面が、形成される回折環と交差するラインを基準円周方向位置として定めるようにしたことにある。
【０００９】
これによれば、回折環の形状から残留応力を計算する際、正確に定められた基準円周方向位置に基づいた円周方向位置を用いて計算を行うことができるので、精度よく残留応力を求めることができる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、Ｘ線出射器からＸ線が出射されていない状態で、Ｘ線出射器から出射されるＸ線と光軸を同一にした平行光である可視光を測定対象物に出射する可視光出射器と、可視光出射器、Ｘ線出射器および回折環形成検出手段における回折環が形成される面とを内蔵する筐体と、測定対象物と相対的に筐体の位置および姿勢を調整する位置姿勢調整手段と、筐体に内蔵され、可視光の照射点を含む領域の測定対象物の画像を結像する結像レンズ、及び前記結像レンズによって結像された画像を撮像する撮像器を有し、前記撮像された画像を表す撮像信号を出力するカメラと、カメラから出力される撮像信号を入力して、撮像器によって撮像された画像を画面上に表示する表示器であって、測定対象物における可視光の照射点から回折環が形成される面までの距離が所定距離であるとき、撮像器によって撮像される照射点の画像上の位置を照射点基準位置として、撮像信号により表示される画像とは独立して画面上に表示する表示器とを備えたことにある。
【００１１】
これによれば、測定対象物にＸ線を照射する前に可視光出射器から可視光を照射し、撮像器により撮像され表示器に表示される撮像画像における可視光の照射点位置が照射点基準位置になるよう調整すれば、Ｘ線の照射点から回折環が形成される面までの距離を所定距離にできる。よって、入射角度ψに加えて距離Ｌも精度よく得ることができる。
【００１２】
また、本発明の他の特徴は、Ｘ線出射器からＸ線が出射されていない状態で、Ｘ線出射器から出射されるＸ線と光軸を同一にした平行光である可視光を測定対象物に出射する可視光出射器と、可視光出射器、Ｘ線出射器および回折環形成検出手段における回折環が形成される面とを内蔵する筐体と、測定対象物と相対的に前記筐体の位置および姿勢を調整する位置姿勢調整手段と、筐体に内蔵され、可視光の照射点を含む領域の測定対象物の画像を結像する結像レンズ、及び結像レンズによって結像された画像を撮像する撮像器を有し、撮像された画像を表す撮像信号を出力するカメラと、カメラから出力される撮像信号を入力して、可視光の照射点の画像上の位置を用いて可視光の照射点から回折環が形成される面までの距離を算出する距離算出手段とを備えたことにある。
【００１３】
これによれば、測定対象物にＸ線を照射する前に可視光出射器から可視光を照射し、距離算出手段がカメラが撮像器により撮像された撮像画像を表す撮像信号を用いて演算を行えば、Ｘ線の照射点から回折環が形成される面までの距離を求めることができる。よって、この場合でも入射角度ψに加えて距離Ｌも精度よく得ることができる。
【００１４】
さらに、本発明の実施にあたっては、Ｘ線回折測定装置に限定されるものではなく、Ｘ線出射器と回折環形成検出手段とを備えたＸ線回折測定装置により測定を行うときの、測定対象物に対するＸ線の入射角度を検出するＸ線入射角検出方法の発明としても実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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４】図３のプレート部分の拡大斜視図である。
【図５】Ｘ線回折測定装置を用いて測定対象物の残留応力の測定を行うときの工程図である。
【図６】（Ａ）はＸ線回折測定装置のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置の調整とＺ軸周りの姿勢の調整を説明するための図であり、（Ｂ）は前記位置調整時の画像を示す図である。
【図７】回折環の回転角度と強度との関係を示す図である。
【図８】図７の関係が生じる理由を説明する図である。
【図９】回折環の回転角度と回折環の半径方向の強度曲線の半価幅との関係を示す図である。
【図１０】図９の関係が生じる理由を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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４を用いて説明する。このＸ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定装置を測定対象物ＯＢの近傍に設置し、測定対象物ＯＢに対して位置と姿勢を調整したうえで、Ｘ線を測定対象物ＯＢに照射して測定対象物ＯＢのＸ線照射点から発生する回折Ｘ線により形成される回折環における回折Ｘ線の強度に相当する強度の分布を検出する。そして、検出した強度分布を用いた演算により回折環の形状及び測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角度等を求め、求めた値および既知の値を用いて、測定対象物ＯＢの残留応力を求める。なお、本実施形態では、測定対象物ＯＢは鉄製の部材である。
【００１７】
Ｘ線回折測定装置は、Ｘ線を出射するＸ線出射器１０、回折Ｘ線による回折環が形成されるイメージングプレート１５を取り付けるためのテーブル１６と、テーブル１６を回転及び移動させるテーブル駆動機構２０と、イメージングプレート１５に形成された回折環の形状を測定するためのレーザ検出装置３０と、これらのＸ線出射器１０、イメージングプレート１５、テーブル１６、テーブル駆動機構２０及びレーザ検出装置３０を収容する筐体５０とを備えている。そして、Ｘ線回折測定システムは、前記Ｘ線回折測定装置とともに、測定対象物ＯＢがセットされる対象物セット装置６０、コンピュータ装置９０及び高電圧電源９５を備えている。また、筐体５０内には、Ｘ線出射器１０、テーブル１６、テーブル駆動機構２０及びレーザ検出装置３０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点鎖線で示された各種回路は、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。
【００１８】
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（図示せず）、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と繋ぎ壁５０ｄを有するように形成されている。切欠き部壁５０ｃは底面壁５０ａに垂直な平板と平行な平板とからなり、繋ぎ壁５０ｄは側面壁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。側面壁の１つには、支持アーム５１に接続される接続部（図示せず）が設けられており、接続部は図１及び図２の紙面の垂直周りに回転可能になっている。支持アーム５１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。
【００１９】
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線を図１の下方に向けて出射する。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、底面壁５０ａ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の表面に対して垂直になる。また、繋ぎ壁５０ｄ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繋ぎ壁５０ｄと底面壁５０ａとが成す角度（例えば３０〜４５度）になる。
【００２０】
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。
【００２１】
テーブル駆動機構２０は、Ｘ線出射器１０の下方にて、移動ステージ２１を備えている。移動ステージ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線の光軸と測定対象物ＯＢの法線とが成す平面内であって、前記Ｘ線の光軸に垂直な方向に移動可能となっている。フィードモータ２２は、テーブル駆動機構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、テーブル駆動機構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、移動ステージ２１は、それぞれテーブル駆動機構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の回転運動が移動ステージ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。
【００２２】
位置検出回路７２及びフィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１からの指令により作動開始する。測定開始直後において、フィードモータ制御回路７３は、フィードモータ２２を駆動して移動ステージ２１をフィードモータ２２側へ移動させる。位置検出回路７２は、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、移動ステージ２１が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に出力し、カウント値を「０」に設定する。フィードモータ制御回路７３は、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。上記の移動限界位置を移動ステージ２１の原点位置とする。したがって、位置検出回路７２は、移動ステージ２１が図１及び図２にて左上方向に移動して移動限界位置に達したとき「０」を表す位置信号を出力し、移動ステージ２１が移動限界位置から右下方向へ移動すると、エンコーダ２２ａからのパルス列信号をカウントし、移動限界位置からの移動距離ｘを表す信号を位置信号として出力する。
【００２３】
フィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１から移動ステージ２１の移動先の位置を表す設定値を入力すると、その設定値に応じてフィードモータ２２を正転又は逆転駆動する。位置検出回路７２は、エンコーダ２２ａが出力するパルス信号のパルス数をカウントする。そして、位置検出回路７２は、カウントしたパルス数を用いて移動ステージ２１の現在の位置（移動限界位置からの移動距離ｘ）を計算し、コントローラ９１及びフィードモータ制御回路７３に出力する。フィードモータ制御回路７３は、位置検出回路７２から入力した移動ステージ２１の現在の位置が、コントローラ９１から入力した移動先の位置と一致するまでフィードモータ２２を駆動する。
【００２４】
また、フィードモータ制御回路７３は、移動ステージ２１の移動速度を表す設定値をコントローラ９１から入力する。そして、エンコーダ２２ａから入力したパルス信号の単位時間当たりのパルス数を用いて、移動ステージ２１の移動速度を計算し、前記計算した移動ステージ２１の移動速度がコントローラ９１から入力した移動速度になるようにフィードモータ２２を駆動する。
【００２５】
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。上壁２６には、貫通孔２６ａが設けられていて、貫通孔２６ａの中心位置はＸ線出射器１０の出射口１１の中心位置に対向しており、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線は、出射口１１及び貫通孔２６ａを介してテーブル駆動機構２０内に入射する。
【００２６】
後述するイメージングプレート１５が回折環撮像位置にある状態（図１乃至図３の状態）において、移動ステージ２１の貫通孔２６ａと対向する位置には、図３に拡大して示すように、貫通孔２１ａが形成されている。移動ステージ２１には、出射口１１及び貫通孔２６ａ，２１ａの中心軸線位置を回転中心とする出力軸２７ａを有するスピンドルモータ２７が組み付けられている。出力軸２７ａ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２７ａ１を有する。スピンドルモータ２７の出力軸２７ａと反対側には、貫通孔２７ａ１の中心位置を中心軸線とする貫通孔２７ｂが設けられている。貫通孔２７ｂの内周面上には、貫通孔２７ｂの一部の内径を小さくするための円筒状の通路部材２８が固定されている。
【００２７】
また、スピンドルモータ２７内には、エンコーダ２２ａと同様のエンコーダ２７ｃが組み込まれている。エンコーダ２７ｃは、スピンドルモータ２７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、スピンドルモータ制御回路７４及び回転角度検出回路７５へ出力する。さらに、エンコーダ２７ｃは、スピンドルモータ２７が１回転するごとに、所定の短い期間だけローレベルからハイレベルに切り替わるインデックス信号を、コントローラ９１及び回転角度検出回路７５に出力する。
【００２８】
スピンドルモータ制御回路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。スピンドルモータ制御回路７４は、コントローラ９１から、スピンドルモータ２７の回転速度を表す設定値を入力する。そして、エンコーダ２７ｃから入力したパルス信号の単位時間当たりのパルス数を用いてスピンドルモータ２７の回転速度を計算し、計算した回転速度がコントローラ９１から入力した回転速度（設定値）になるように、駆動信号をスピンドルモータ２７に供給する。回転角度検出回路７５は、エンコーダ２７ｃから出力されたパルス列信号のパルス数をカウントし、そのカウント値を用いてスピンドルモータ２７の回転角度すなわちイメージングプレート１５の回転角度θｐを計算して、コントローラ９１に出力する。そして、回転角度検出回路７５は、エンコーダ２７ｃから出力されたインデックス信号を入力すると、カウント値を「０」に設定する。すなわち、インデックス信号を入力した位置が回転角度０°の位置である。なお、イメージングプレート１５の回転角度０°の位置とは、後述するレーザ検出装置３０からのレーザ照射によりイメージングプレート１５に形成された回折環を読み取る際、インデックス信号を入力した時点でレーザ光が照射されている位置である。この位置は各半径位置においてあるためラインである。なお、後述するが、この回転角度０°の位置は仮の位置であり、回折環における強度分布を検出した後の演算処理により、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸とＸ線照射点における測定対象物の法線とを含む平面がイメージングプレート１５と交差するラインを、正規の回転角度０°の位置として定める。今後、インデックス信号を入力した時点でレーザ光が照射されている位置を仮の回転角度０°の位置と呼び、正規の回転角度０°の位置と区別する。
【００２９】
テーブル１６は、円形状に形成され、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａの先端部に固定されている。テーブル１６の中心軸と、スピンドルモータ２７の出力軸の中心軸とは一致している。テーブル１６は、一体的に設けられて下面中央部から下方へ突出した突出部１７を有していて、突出部１７の外周面には、ねじ山が形成されている。突出部１７の中心軸は、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａの中心軸と一致している。テーブル１６の下面には、イメージングプレート１５が取付けられる。イメージングプレート１５は、表面に蛍光体が塗布された円形のプラスチックフィルムである。イメージングプレート１５の中心部には、貫通孔１５ａが設けられていて、この貫通孔１５ａに突出部１７を通し、突出部１７の外周面上にナット状の固定具１８をねじ込むことにより、イメージングプレート１５が、固定具１８とテーブル１６の間に挟まれて固定される。固定具１８は、円筒状の部材で、内周面に、突出部１７のねじ山に対応するねじ山が形成されている。
【００３０】
テーブル１６、突出部１７及び固定具１８にも貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａがそれぞれ設けられており、貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａの中心軸はテーブル１６の中心軸と同じであり、貫通孔１８ａの内径は貫通孔１６ａ，１７ａに比べて小さく、前述した通路部材２８の内径と同じである。したがって、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａから出射されたＸ線は、貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａを介するとともに、切欠き部壁５０ｃに設けた円形孔５０ｃ１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。この場合、通路部材２８の内径及び貫通孔１８ａの内径は小さいので、通路部材２８を介して貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ内に入射したＸ線はやや拡散しているが、貫通孔１８ａから出射されるＸ線は貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光となり、円形孔５０ｃ１から出射される。また、この円形孔５０ｃ１の内径は、測定対象物ＯＢからの回折光をイメージングプレート１５に導くために大きい。
【００３１】
イメージングプレート１５は、フィードモータ２２によって駆動されて、移動ステージ２１、スピンドルモータ２７及びテーブル１６と共に、原点位置から回折環を撮像する回折環撮像位置へ移動する。前述のように、この回折環撮像位置において、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線が測定対象物ＯＢに照射されるようになっている。また、イメージングプレート１５は、スピンドルモータ２７によって駆動されて回転しながら、フィードモータ２２によって駆動されて、移動ステージ２１、スピンドルモータ２７及びテーブル１６と共に、撮像した回折環を読み取る回折環読取り領域内、及び回折環を消去する回折環消去領域内を移動する。なお、この場合のイメージングプレート１５の移動においては、イメージングプレート１５の中心軸が、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸とイメージングプレート１５における仮の回転角度０°の位置（ライン）とが成す平面内に保たれた状態で、前記Ｘ線の光軸に垂直な方向に移動する。
【００３２】
レーザ検出装置３０は、回折環を撮像したイメージングプレート１５にレーザ光を照射して、イメージングプレート１５から入射した光の強度を検出する。レーザ検出装置３０は、測定対象物ＯＢ及び回折環撮像位置にあるイメージングプレート１５からフィードモータ２２側に充分離れている。すなわち、イメージングプレート１５が回折環撮像位置にあるとき、測定対象物ＯＢにて回折したＸ線がレーザ検出装置３０によって遮られないようになっている。レーザ検出装置３０は、レーザ光源３１と、コリメートレンズ３２、反射鏡３３、ダイクロイックミラー３４、及び対物レンズ３６を備えている。
【００３３】
レーザ光源３１は、レーザ駆動回路７７によって制御されて、イメージングプレート１５に照射するレーザ光を出射する。レーザ駆動回路７７は、コントローラ９１によって制御され、レーザ光源３１から所定の強度のレーザ光が出射されるように、駆動信号を制御して供給する。レーザ駆動回路７７は、後述するフォトディテクタ４２から出力された受光信号を入力して、受光信号の強度が所定の強度になるようにレーザ光源３１に出力する駆動信号を制御する。これにより、イメージングプレート１５に照射されるレーザ光の強度が一定に維持される。
【００３４】
コリメートレンズ３２は、レーザ光源３１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。反射鏡３３は、コリメートレンズ３２にて平行光に変換されたレーザ光を、ダイクロイックミラー３４に向けて反射する。ダイクロイックミラー３４は、反射鏡３３から入射したレーザ光の大半（例えば、９５％）をそのまま透過させる。対物レンズ３６は、ダイクロイックミラー３４から入射したレーザ光をイメージングプレート１５の表面に集光させる。この対物レンズ３６から出射されるレーザ光の光軸は、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸とイメージングプレート１５における仮の回転角度０°の位置（ライン）とが成す平面内であって、前記Ｘ線の光軸に平行な方向、すなわち移動ステージ２１の移動方向に対して垂直な方向である。
【００３５】
対物レンズ３６には、フォーカスアクチュエータ３７が組み付けられている。フォーカスアクチュエータ３７は、対物レンズ３６をレーザ光の光軸方向に移動させるアクチュエータである。なお、対物レンズ３６は、フォーカスアクチュエータ３７が通電されていないときに、その可動範囲の中心に位置する。
【００３６】
対物レンズ３６によって集光されたレーザ光を、イメージングプレート１５の表面であって、回折環が撮像されている部分に照射すると、輝尽発光（Ｐｈｏｔｏ−Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｌｕｍｉｎｅｓｅｎｃｅ）現象が生じる。すなわち、回折環を撮像した後、イメージングプレート１５にレーザ光を照射すると、イメージングプレート１５の蛍光体が回折Ｘ線の強度に応じた光であって、レーザ光の波長よりも波長が短い光を発する。イメージングプレート１５に照射されて反射したレーザ光の反射光及び蛍光体から発せられた光は、対物レンズ３６を通過して、ダイクロイックミラー３４にて蛍光体から発せられた光の大部分は反射し、レーザ光の反射光の大部分は透過する。ダイクロイックミラー３４の反射方向には、集光レンズ３８、シリンドリカルレンズ３９及びフォトディテクタ４０が設けられている。集光レンズ３８は、ダイクロイックミラー３４から入射した光を、シリンドリカルレンズ３９に集光する。シリンドリカルレンズ３９は、透過した光に非点収差を生じさせる。フォトディテクタ４０は、分割線で区切られた４つの同一正方形状の受光素子からなる４分割受光素子によって構成されており、時計回りに配置された受光領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに入射した光の強度に比例した大きさの検出信号を受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）として、増幅回路７８に出力する。
【００３７】
増幅回路７８は、フォトディテクタ４０から出力された受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）をそれぞれ同じ増幅率で増幅して受光信号（ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’）を生成し、フォーカスエラー信号生成回路７９及びＳＵＭ信号生成回路８０へ出力する。本実施形態においては、非点収差法によるフォーカスサーボ制御を用いる。フォーカスエラー信号生成回路７９は、増幅された受光信号（ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’）を用いて、演算によりフォーカスエラー信号を生成する。すなわち、フォーカスエラー信号生成回路７９は、（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）の演算を行い、この演算結果をフォーカスエラー信号としてフォーカスサーボ回路８１へ出力する。フォーカスエラー信号（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）は、レーザ光の焦点位置のイメージングプレート１５の表面からのずれ量を表している。
【００３８】
フォーカスサーボ回路８１は、コントローラ９１により制御され、フォーカスエラー信号に基づいて、フォーカスサーボ信号を生成してドライブ回路８２に出力する。ドライブ回路８２は、このフォーカスサーボ信号に応じてフォーカスアクチュエータ３７を駆動して、対物レンズ３６をレーザ光の光軸方向に変位させる。この場合、フォーカスエラー信号（ａ’＋ｃ’）−（ｂ’＋ｄ’）の値が常に一定値（例えば、ゼロ）となるようにフォーカスサーボ信号を生成することにより、イメージングプレート１５の表面にレーザ光を集光させ続けることができる。
【００３９】
ＳＵＭ信号生成回路８０は、受光信号（ａ’，ｂ’，ｃ’，ｄ’）を合算してＳＵＭ信号（ａ’＋ｂ’＋ｃ’＋ｄ’）を生成し、Ａ／Ｄ変換回路８３に出力する。ＳＵＭ信号の強度は、イメージングプレート１５にて反射し、ダイクロイックミラー３４で反射した微量のレーザ光の強度と輝尽発光により発生した光の強度を合わせた強度に相当するが、イメージングプレート１５にて反射したレーザ光の強度はほぼ一定であるので、ＳＵＭ信号の強度は、輝尽発光により発生した光の強度に相当する。すなわち、ＳＵＭ信号の強度は、イメージングプレート１５に入射した回折Ｘ線の強度に相当する。Ａ／Ｄ変換回路８３は、コントローラ９１によって制御され、ＳＵＭ信号生成回路８０からＳＵＭ信号を入力し、入力したＳＵＭ信号の瞬時値をディジタルデータに変換してコントローラ９１に出力する。
【００４０】
また、レーザ検出装置３０は、集光レンズ４１及びフォトディテクタ４２を備えている。集光レンズ４１は、レーザ光源３１から出射されたレーザ光の一部であって、ダイクロイックミラー３４を透過せずに反射したレーザ光をフォトディテクタ４２の受光面に集光する。フォトディテクタ４２は、受光面に集光された光の強度に応じた受光信号を出力する受光素子である。従って、フォトディテクタ４２は、レーザ光源３１が出射したレーザ光の強度に相当する受光信号をレーザ駆動回路７７へ出力する。
【００４１】
また、対物レンズ３６に隣接して、ＬＥＤ光源４３が設けられている。ＬＥＤ光源４３は、ＬＥＤ駆動回路８４によって制御されて、可視光を発して、イメージングプレート１５に撮像された回折環を消去する。ＬＥＤ駆動回路８４は、コントローラ９１によって制御され、ＬＥＤ光源４３に、所定の強度の可視光を発生させるための駆動信号を供給する。
【００４２】
また、Ｘ線回折測定装置は、ＬＥＤ光源４４を有する。ＬＥＤ光源４４は、図２乃至図４に示すように、Ｘ線出射器１０とテーブル駆動機構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、テーブル駆動機構２０の上壁２６に平行な面内を回転する。テーブル駆動機構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４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及びテーブル駆動機構２０の上壁２６の貫通孔２６ａ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４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とテーブル駆動機構２０の上壁２６の貫通孔２６ａ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３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光がスピンドルモータ２７の貫通孔２７ａ１に設けた通路部材２８の通路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。
【００４３】
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、貫通孔２６ａ，２１ａ、通路部材２８の通路及び貫通孔２７ｂを介して、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａの貫通孔２７ａ１に入射し、貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａ及び切欠き部壁５０ｃの円形孔５０ｃ１から出射される。このＬＥＤ光の場合も、通路部材２８の内径及び貫通孔１８ａの内径は小さいので、通路部材２８を介して貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ内に入射したＸ線はやや拡散しているが、貫通孔１８ａから出射されるＬＥＤ光は貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光となり、円形孔５０ｃ１から出射される。したがって、ＬＥＤ光源４４、通路部材２８、貫通孔１８ａなどが、可視光である平行光を測定対象物ＯＢに出射する本発明の可視光出射器を構成する。
【００４４】
モータ４６はエンコーダ２２ａ，２７ａ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示が入力されると、モータ４６に駆動信号を出力して、モータ４６を指示方向に回転させる。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。
【００４５】
筐体５０の切欠き部壁５０ｃには結像レンズ４８が設けられているとともに、筐体５０内部には撮像器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、イメージングプレート１５に対して設定された位置にある測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の出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を撮像するディジタルカメラとして機能する。このイメージングプレート１５に対して設定された位置とは、前記測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の出射点（照射点）からイメージングプレート１５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、前記出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Ｐ１（図６参照）を含む、照射点Ｐ１近傍の画像を表す画像データが出力されることになる。
【００４６】
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線の光軸とイメージングプレート１５の仮の回転角度０°の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、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、イメージングプレート１５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。したがって、測定対象物ＯＢがイメージングプレート１５に対して設定された位置にある状態で、ＬＥＤ光源４４からのＬＥＤ光を測定対象物ＯＢに照射した場合には、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する点にＬＥＤ光の照射点の像が形成される。また、逆に、センサ信号取出回路８７が出力する画像データにより作成される撮像画像中に、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する点を表示し、撮像画像中のＬＥＤ光の照射点Ｐ１をこの点に合わせるようにＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整すれば、測定対象物ＯＢをイメージングプレート１５に対して設定された位置にすることができる。
【００４７】
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Ｐ１を含む画像に加えて、測定対象物ＯＢがイメージングプレート１５に対して設定された位置にあるときにＬＥＤ光の照射点Ｐ１が撮像される点を示すマークも表示される。このマークに関しては、詳しく後述する。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。
【００４８】
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対してＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整した後、Ｘ線を照射し、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の作動させた後、図５に示すように、位置姿勢調整工程Ｓ１、回折環撮像工程Ｓ２、回折環読取り工程Ｓ３，回折環消去工程Ｓ４及び残留応力計算工程Ｓ５を実行することにより行われる。
【００４９】
まず、位置姿勢調整工程Ｓ１について説明する。作業者は測定対象物ＯＢの近傍にＸ線回折測定装置を設置し、筐体５０に接続されたアーム式移動装置を操作して、Ｘ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整する。この位置と姿勢の調整は目視にて行う調整であり、おおよその感じで、筐体５０の側面壁が測定対象物ＯＢの表面と垂直で、残留応力の測定方向（出射されるＸ線の光軸を測定対象物ＯＢの表面に投影した方向）が目的とする方向で、測定対象物ＯＢの測定点にＸ線が設定された距離から設定された入射角度の範囲で照射されるようにする。次に作業者は、入力装置９２を操作して、位置姿勢調整工程Ｓ１の開始をコントローラ９１に指示する。この指示に応答して、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御して、イメージングプレート１５を回折環撮像位置（図１及び図２の状態）に移動させる。また、コントローラ９１は、回転制御回路８６を制御し、モータ４６をストッパ部材４７ａによりプレート４５の回転が停止するまで図４のＤ１方向に回転させて、プレート４５をＡ位置まで回転させる。この状態では、ＬＥＤ光源４４がテーブル駆動機構２０の上壁２６に設けた貫通孔２６ａに対向して位置する。
【００５０】
その後、コントローラ９１は、ＬＥＤ駆動回路８５を制御して、ＬＥＤ光源４４を点灯させる。このＬＥＤ光源４４の点灯により、ＬＥＤ光源４４から出射されて拡散された可視光であるＬＥＤ光の一部は、貫通孔２６ａ、通路部材２８、貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａを介して固定具１８から出射される。この場合、通路部材２８及び貫通孔１８ａの内径は小さく、貫通孔１８ａから出射されるＸ線は貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光である。この平行光であるＬＥＤ光は、筐体５０の切欠き部壁５０ｃに設けた円形孔５０ｃ１から外部へ出射され、測定対象物ＯＢに照射される。
【００５１】
次に、コントローラ９１は、センサ信号取出回路８７に撮像器４９からの撮像信号の入力を指示して、撮像器４９による撮像信号をセンサ信号取出回路８７からコントローラ９１に出力させる。コントローラ９１は、この撮像信号を表示装置９３に出力して、撮像器４９によって撮像されたＬＥＤ光の照射位置近傍の画像を表示装置９３に表示させる。この場合、表示装置９３に表示される画像には、前記ＬＥＤ光の照射位置近傍の画像の中に、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点Ｐ１の画像がある。また、コントローラ９１は、撮像器４９によって撮像された照射点Ｐ１を含む、撮像器４９からの撮像信号によって表示される画像とは独立して、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。
【００５２】
この場合、十字マークのクロス点は表示装置９３の画面の中心に位置し、十字マークのＸ軸方向は画面の横方向に対応し、十字マークのＹ軸方向は画面の縦方向に対応する。そして、十字マークのクロス点は、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌが所定距離Ｌｏであるときに、照射点Ｐ１が撮像器４９に撮像される位置である。また、十字マークのＹ軸方向がＬＥＤ光及びＸ線の照射方向であり、このＹ軸方向を測定対象物ＯＢの表面に投影させた方向が、おおよその残留応力の測定方向である。
【００５３】
作業者は、表示装置９３に表示される撮像画像を見ながら、Ｘ線回折測定装置の筐体５０に接続されたアーム式移動装置を操作して筐体５０の位置と姿勢を調整する。この調整の様子を示したものが図６（Ａ）であり、図６（Ｂ）は表示装置９３に表示される撮像画像であって、調整が完了した状態を示す撮像画像である。すなわち、作業者は、筐体５０をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動させて、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１が測定対象物の測定位置に合致するとともに、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１が十字マークのクロス点に合致するようにする。このとき、Ｘ，Ｙ軸方向への移動調整により照射点Ｐ１を測定対象物ＯＢの測定位置に設定しても、その後に、Ｚ軸方向への移動調整により照射点Ｐ１が十字マークのクロス点に合致するようにすると、照射点Ｐ１はＹ軸方向に多少ずれるので、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向への移動調整は繰り返し行う必要がある。また、筐体５０のＺ軸周りの姿勢を調整して、十字マークのＹ軸方向が残留応力の測定方向になるようにする。なお、図６（Ｂ）では、測定対象物ＯＢが明確に分かるように、測定対象物ＯＢの輪郭が撮像画像上に現れるようにしているが、測定対象物ＯＢにおける測定箇所及びＬＥＤ光の照射方向が視認できれば、測定対象物ＯＢにおける残留応力の測定箇所部分のみが画像上に現れるようにしてもよい。
【００５４】
この調整により、測定対象物ＯＢに照射されるＸ線は測定箇所になり、Ｘ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌが所定距離Ｌｏになり、残留応力の測定方向が、おおよそ目的とする方向になる。
【００５５】
次に作業者は、入力装置９２を操作してコントローラ９１に調整終了を指示する。この指示に応答して、コントローラ９１は、ＬＥＤ駆動回路８５を制御してＬＥＤ光源４４を消灯させ、センサ信号取出回路８７を制御して撮像器４９から撮像信号の入力停止及び撮像信号のコントローラ９１への出力を停止させ、かつ回転制御回路８６を制御して、モータ４６をストッパ部材４７ｂによりプレート４５の回転が停止するまで図４のＤ２方向に回転させて、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からのＸ線がテーブル駆動機構２０の上壁２６に設けた貫通孔２６ａに入射され得る状態となる。
【００５６】
次の回折環撮像工程Ｓ２において、作業者は入力装置９２を用いて、測定対象物ＯＢの材質（本実施例では、鉄）を入力し、残留応力の測定開始をコントローラ９１に指示する。これにより、コントローラ９１は、まずイメージングプレート１５が撮像位置にある状態で、スピンドルモータ制御回路７４を制御して、イメージングプレート１５を低速回転させ、エンコーダ２７ｃからインデックス信号を入力した時点で、イメージングプレート１５の回転を停止させる。これにより、後述する回折環読取り工程Ｓ３による回折環の読取り開始時においてレーザ光が照射されている位置が仮の回転角度０°の位置になる。
【００５７】
次に、コントローラ９１は、Ｘ線制御回路７１を制御してＸ線出射器１０にＸ線の出射を開始させ、所定時間の経過後に、Ｘ線制御回路７１を制御してＸ線出射器１０にＸ線の出射を停止させる。これにより、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線は、貫通孔２６ａ，２１ａ、通路部材２８、貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａ及び円形孔５０ｃ１を介して外部に出射され、測定対象物ＯＢの測定箇所に所定時間だけ照射される。この測定対象物ＯＢへのＸ線の所定時間の照射により、測定対象物ＯＢの測定箇所から回折Ｘ線が発生し、イメージングプレート１５には回折環が撮像される。
【００５８】
このような回折環撮像工程Ｓ２の後、コントローラ９１は、自動的に又は作業者による入力装置９２を用いた指示により、図５の回折環読取り工程Ｓ３を実行する。コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御して、イメージングプレート１５を回折環読取り領域内の読取り開始位置へ移動させる。このイメージングプレート１５の読取り開始位置とは、対物レンズ３６の中心すなわちレーザ光の照射位置が回折環基準半径Ｒｏの円に対して若干だけ内側になるような位置である。この場合、位置検出回路７２から出力される位置信号は、移動ステージ２１が移動限界位置にある状態から移動ステージ２１が移動した移動距離ｘを表しており、移動ステージ２１すなわちテーブル１６（イメージングプレート１５）が移動限界位置にある状態で、テーブル１６（イメージングプレート１５）の中心から対物レンズ３６の中心位置までの距離は予め決められた所定値である。したがって、イメージングプレート１５の読取り開始位置への移動は、位置検出回路７２からの位置信号を用いて行われる。
【００５９】
回折環基準半径Ｒｏとは、測定対象物ＯＢの残留応力が「０」であるときに、測定対象物ＯＢに対するＸ線の照射によりイメージングプレート１５上に形成される回折環の半径であり、測定対象物ＯＢにおけるＸ線の回折角度Θｘ及びイメージングプレート１５から測定対象物ＯＢまでの距離Ｌに応じて決まる。そして、Ｘ線の回折角度Θｘは測定対象物ＯＢの材質で決まり、前記距離Ｌは前記Ｘ線入射角調整工程Ｓ１での調整で設定されて予め決められた所定距離Ｌｏである。したがって、測定対象物ＯＢの材質ごとに予め回折角Θｘを記憶しておけば、前記入力した測定対象物ＯＢの材質を用いることにより、コントローラ９１は回折環基準半径ＲｏをＲｏ＝Ｌ・ｔａｎ（２Θｘ）の演算によって自動的に計算する。なお、同一の材質の測定対象物ＯＢの残留応力を繰り返し測定する場合には、前記回折環基準半径Ｒｏを計算することなく、繰り返し利用できる。
【００６０】
次に、コントローラ９１は、スピンドルモータ制御回路７４に、イメージングプレート１５が所定の一定回転速度で回転するように、スピンドルモータ２７の回転を制御させる。また、レーザ駆動回路７７を制御してレーザ光源３１によるレーザ光のイメージングプレート１５に対する照射を開始させる。その後、コントローラ９１は、フォーカスサーボ回路８１にフォーカスサーボ制御の開始を指示して、フォーカスサーボ回路８１にフォーカスサーボ制御を開始させる。したがって、対物レンズ３６が、レーザ光の焦点がイメージングプレート１５の表面に合うように光軸方向に駆動制御される。
【００６１】
次に、コントローラ９１は、回転角度検出回路７５及びＡ／Ｄ変換回路８３を作動させて、回転角度検出回路７５からスピンドルモータ２７（イメージングプレート１５）の基準位置からの回転角度θｐを入力させ始めるとともに、Ａ／Ｄ変換回路８３からＳＵＭ信号の瞬時値Ｉのディジタルデータをコントローラ９１に出力させ始める。次に、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御してフィードモータ２２を回転させて、イメージングプレート１５を読取り開始位置から図１及び図２の右下方向へ一定速度で移動させる。これにより、レーザ光の照射位置が、イメージングプレート１５において、回折環基準半径Ｒｏの若干内側の位置から外側方向に一定速度で相対移動し始める。この若干内側の位置は、撮像した回折環の半径が回折環基準半径Ｒｏからずれる可能性のある位置よりもやや内側の位置である。これにより、レーザ光の照射位置は、相対的にイメージングプレート１５上を螺旋状に回転し始める。
【００６２】
その後、コントローラ９１は、イメージングプレート１５が所定の小さな角度だけ回転するごとに、ＳＵＭ信号の瞬時値ＩのディジタルデータをＡ／Ｄ変換回路８３を介して入力するとともに、回転角度検出回路７５からの回転角度θｐ及び位置検出回路７２からの移動距離ｘを入力して、ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉのディジタルデータを、基準位置からの回転角度θｐと、移動距離ｘに基づくイメージングプレート１５の中心からのレーザ光の照射位置の径方向距離ｒ（半径値ｒ）とに対応させて順次記憶する。この場合も、移動ステージ２１すなわちテーブル１６（イメージングプレート１５）が移動限界位置にある状態で、テーブル１６（イメージングプレート１５）の中心から対物レンズ３６の中心位置までの距離は予め決められた所定値であるので、前記半径値ｒは移動距離ｘを用いて計算される。これにより、螺旋状に回転するレーザ光の照射位置に関して、ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータが所定回転角度ごとに順次記憶されて蓄積されていく。
【００６３】
ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータの所定回転角度ごとの記憶動作と並行して、コントローラ９１は、回転角度θｐごとに半径値ｒに対するＳＵＭ信号の瞬時値Ｉの曲線を作成し、曲線のピークに対応した半径値ｒαとＳＵＭ信号強度値Ｉαを記憶する。これは回折環の回転角度αごとに半径方向における回折Ｘ線の強度分布を求め、回折Ｘ線の強度がピークとなる箇所の半径値ｒαと回折Ｘ線の強度に相当する強度Ｉαを求める処理である。そして、すべての回転角度θｐ（回転角度α）において半径値ｒαと強度Ｉαを取得し、検出するＳＵＭ信号の瞬時値Ｉが強度Ｉαに対して充分小さくなった（例えば１／１０以下になった）時点で、ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータを所定回転角度ごとに検出し記憶する処理を終了する。これにより、回折環における回折Ｘ線の強度に相当する強度の分布（瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒのデータ群）、回折環の形状（回転角度αごとの半径値ｒα）および回折環の円周方向の回折Ｘ線の強度に相当する強度の変化（回転角度αごとの強度Ｉα）が検出されたことになる。
【００６４】
その後、コントローラ９１は、フォーカスサーボ回路８１によるフォーカスサーボ制御を停止させ、レーザ駆動回路７７によるレーザ光源３１のレーザ光の照射を停止させる。また、コントローラ９１は、Ａ／Ｄ変換回路８３及び回転角度検出回路７５の作動を停止させるとともに、フィードモータ制御回路７３によるフィードモータ２２の作動も停止させる。これにより、回折環読取り工程Ｓ３が終了される。なお、この状態では、位置検出回路７２の作動及びイメージングプレート１５の回転は、以前と同様のまま継続されている。
【００６５】
このような回折環読取り工程Ｓ３の後、コントローラ９１は、自動的に又は作業者による入力装置９２を用いた指示により、図５の回折環消去工程Ｓ４を実行する。この回折環消去工程においては、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御してイメージングプレート１５を回折環消去領域内の消去開始位置へ移動させる。このイメージングプレート１５の消去開始位置とは、ＬＥＤ光源４３から出力される可視光の中心が回折環基準半径Ｒｏの円に対して前記読取り開始位置の場合よりもさらに内側になるような位置である。この場合も、前記読取り開始位置の場合と同様に、イメージングプレート１５の移動は、位置検出回路７２からの位置信号を用いて行われる。
【００６６】
次に、コントローラ９１は、ＬＥＤ駆動回路８４を制御してＬＥＤ光源４３による可視光のイメージングプレート１５に対する照射を開始させるとともに、フィードモータ制御回路７３を制御して、イメージングプレート１５を前記消去開始位置から消去終了位置まで図１及び図２の右下方向に一定速度で移動させるように、フィードモータ２２を回転させる。消去終了位置とは、ＬＥＤ光源４３によるＬＥＤ光の中心が回折環基準半径Ｒｏよりも前記消去開始位置と同じ程度の距離だけ外側となる位置である。これにより、ＬＥＤ光源４３による可視光が、消去開始位置から消去終了位置まで、イメージングプレート１５上に螺旋状に照射され、前記回折Ｘ線によって形成された回折環が消去される。
【００６７】
次に、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３を制御してイメージングプレート１５の移動を停止させるとともに、ＬＥＤ駆動回路８４を制御してＬＥＤ光源４３による可視光の照射を停止させる。また、コントローラ９１は、位置検出回路７２の作動を停止させるとともに、スピンドルモータ制御回路７４を制御してスピンドルモータ２７によるイメージングプレート１５の回転も停止させる。これにより、回折環消去工程Ｓ４が終了する。
【００６８】
このような回折環消去工程Ｓ４の後、コントローラ９１は、自動的に又は作業者による入力装置９２を用いた指示により、図５の残留応力計算工程Ｓ５を行う。なお、残留応力計算工程Ｓ５は、回折環消去工程Ｓ４と並行して行ってもよい。残留応力計算工程Ｓ６は、回折環読取り工程Ｓ３において得られた回折環の形状（回転角度αごとの半径値ｒα）及び回折環の円周方向の回折Ｘ線の強度に相当する強度の変化（回転角度αごとの強度Ｉα）を用いて、コントローラ９１が行うプログラムによる演算処理である。コントローラ９１はまず、回転角度αごとの強度Ｉαを用いてＸ線の入射角度を求める。具体的には回転角度αに対する強度Ｉαの関係から後述する演算値を求め、予め記憶されている演算値とＸ線の入射角度との関係テーブル又は関係曲線からＸ線の入射角度を求める。この演算処理の説明を行う前に、回折環の円周方向に対する回折Ｘ線の強度とＸ線の入射角度との関係を説明する。
【００６９】
図７は、回折環の円周方向に対する回折Ｘ線の強度変化（回転角度αと強度Ｉαとの関係）をＸ線の入射角度が０°、２０°、４５°の場合で示したものである。回転角度０°（３６０°）付近が強度が最も大きく、回転角度１８０°付近が強度が最も小さくなっており、Ｘ線の入射角度が小さくなるほど、この強度の差の度合は小さくなっている。その理由は以下のように考えられる。測定対象物ＯＢに入射したＸ線は、微小ではあるが測定対象物ＯＢの表面からある程度の深さまで浸透し回折する。そして、回折したＸ線は測定対象物ＯＢ中を進む距離が長いほど強度は弱くなる。図８は、測定対象物ＯＢにおけるＸ線の回折を、回折する深さを誇張して示したものであるが、図８（ａ）に示されるように、回転角度０°（３６０°）の位置が回折したＸ線が測定対象物中ＯＢ中を進む距離が最も短く、回転角度１８０°の位置が回折したＸ線が測定対象物中を進む距離が最も長い。そして、図８（ａ）〜（ｃ）に示されるように、Ｘ線の入射角度が小さくなるほど（Ｘ線の光軸と測定対象物表面の成す角度が大きくなるほど）、回転角度０°と１８０°における回折Ｘ線が測定対象物ＯＢ中を進む距離の差は小さくなる。これにより、回折環には図７に示すような円周方向に対する強度変化が生じ、この強度変化の度合はＸ線の入射角度が小さくなる程小さくなる。
【００７０】
従って、測定対象物ＯＢの材質ごとに、既知の入射角度でＸ線を照射して撮像した回折環の回折環の円周方向に対する強度変化を得ることを複数のＸ線の入射角度にて行い、得られた強度変化から強度変化の度合を表す演算値を算出し、この演算値をＸ線の入射角度に対応させた関係テーブル又は関係曲線を記憶しておけば、測定において撮像した回折環からＸ線の入射角度を求めることができる。すなわち、上述のように得られた回転角度αに対する強度Ｉαの関係から強度変化の度合を表す演算値を計算し、この演算値を記憶させてある関係テーブル又は関係曲線に当てはめれば、Ｘ線の入射角度を求めることができる。強度変化の度合を表す演算値としては、以下のいずれかを用いるとよい。又は、以下の複数の演算値を用いて関係テーブル又は関係曲線を複数作成し、それぞれから求められたＸ線の入射角度を平均するようにしてもよい。
・強度変化曲線をスムージング処理した後の強度Ｉαのピーク値とボトム値の差を平均の強度で除算した値（変動範囲の割合）
・強度変化曲線における強度Ｉαの平均の強度からの差の絶対値を加算してデータ数で除算し、さらに平均の強度で除算した値（平均偏差の割合）
・強度変化曲線における強度Ｉαの平均の強度からの差の二乗を加算してデータ数で除算し、その正の平方根値を求め、さらに平均の強度で除算した値（標準偏差の割合）
なお、回折環を形成していないときのＳＵＭ信号の瞬時値Ｉの平均値を得ておき、この値を強度Ｉαから減算した値を強度Ｉαとして計算を行った演算値を用いると、微量ではあるがバックグランドの影響を除外でき、さらにＸ線の入射角度の検出精度を良くすることができる。
【００７１】
コントローラ９１は次に、回転角度αごとの強度Ｉα（回折環の円周方向に対する強度変化）を用いて、Ｘ線の光軸とＸ線の照射点における測定対象物の法線とを含む平面が、撮像された回折環と交差する箇所の回転角度を求める。これは、Ｘ線の光軸と仮の回転角度０°のラインを含む平面に対して測定対象物の法線が成す角度を求めることである。測定対象物の法線がＸ線の光軸と仮の回転角度０°のラインを含む平面に含まれていれば、回折環の円周方向に対する強度変化の曲線は図７が示すように、回転角度０°（３６０°）がピーク点、回転角度１８０°がボトム点になる。しかし、目視によりＸ線回折装置の筐体５０の側面壁が測定対象物ＯＢの表面と垂直になるように筐体５０の位置と姿勢を調整しているので、小さい値ではあるが、Ｘ線の光軸と仮の回転角度０°のラインを含む平面に対して測定対象物の法線が成す角度はある数値になる。この場合は、ピーク点、ボトム点は、回転角度０°（３６０°）、回転角度１８０°の位置からずれる。そして、ピーク点、ボトム点になる回転角度の０°（３６０°）、１８０°からのずれ量は、Ｘ線の光軸と仮の回転角度０°のラインを含む平面に対して測定対象物の法線が成す角度であり、Ｘ線の光軸とＸ線の照射点における測定対象物の法線とを含む平面が撮像された回折環と交差する箇所の、仮の回転角度０°、１８０°からのずれ量である。
【００７２】
このずれがあると、仮の回転角度０°を基準に回折環の形状（回転角度αごとの半径値ｒα）から残留応力を計算すると、残留応力の精度が悪くなる。よって、正規の回転角度０°の位置を定めたうえで回折環の形状から残留応力を計算する必要がある。また、このずれがあると、残留応力の測定方向は撮像画像のＹ軸方向から微量であるが変化する。この変化は、前述のように得られたＸ線の入射角度と、Ｘ線の光軸と仮の回転角度０°のラインを含む平面に対して測定対象物の法線が成す角度から計算することができる。よって、回折環の円周方向に対する強度変化の曲線におけるピーク点、ボトム点の回転角度の０°（３６０°）、１８０°からのずれ量を求め、正規の回転角度０°の位置を求めるとともに、残留応力の測定方向のＹ軸方向からの変化量を求め、正規の回転角度０°の位置は回折環の形状から残留応力を計算する際に使用し、残留応力の測定方向のＹ軸方向からの変化量は表示装置９３に表示する。
【００７３】
回折環の円周方向に対する強度変化の曲線におけるピーク点、ボトム点の、回転角度の０°（３６０°）、１８０°からのずれ量は次のように計算する。回転角度αごとの強度Ｉαのデータを用いてスムージング処理を行った強度Ｉα’を求め、強度Ｉα’から強度Ｉα’の最小値を減算して強度Ｉα’の最大値と最小値の差で除算し、数値が０〜１までの値Ｉα”になるようにする（すなわち、規格化した値にする）。次にＩ＝ｃｏｓ（α＋Θｄ）のΘｄに０近傍の値を定め、Ｉ＝ｃｏｓ（α＋Θｄ）に回転角度αを当てはめたときの、Ｉα”のＩからのずれの２乗を、すべての回転角度αごとの強度Ｉα”に対して計算して加算し、データ数で除算して数値σ２を得る。この計算をΘｄを変化させるごとに行い、σ２が最も小さくなるΘｄを求める。これは視覚的には、回折環の円周方向に対する強度変化の曲線に対し、ｃｏｓαの曲線を重ね、ｃｏｓαの曲線を横方向に移動させて回折環の円周方向に対する強度変化の曲線に最も合致するときの移動量Θｄを求める処理である。得られたΘｄが、回折環の円周方向に対する強度変化の曲線におけるピーク点、ボトム点の回転角度の０°（３６０°）、１８０°からのずれ量Θｄである。なお、このずれ量Θｄは他の計算方法を用いて求めてもよく、例えばスムージング処理を行った後の強度変化の曲線のピーク点、ボトム点における回転角度の、０°（３６０°）、１８０°からのずれ量を平均して求めてもよい。
【００７４】
コントローラ９１は次に、回折環の形状（回転角度αごとの半径値ｒα）を用いて残留応力を計算する。まず、回転角度αに前述のようにして得られたずれ量Θｄを加算し、正規の回転角度０°に基づいた回転角度αにする。これ以降の計算は、背景技術に特許文献２として示した特開２００５−２４１３０８号公報の〔００２６〕〜〔００４４〕に詳細に説明されているので省略するが、この計算において、前述のようにして得られた測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角度ψと予め設定値に設定された測定対象物ＯＢのＸ線照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌｏが使用される。
【００７５】
コントローラ９１は残留応力の計算が終了すると、表示装置に９３に残留応力の計算結果、及び前述のように計算した残留応力の測定方向のＹ軸方向からの変化量を表示する。なお、これ以外に、Ｘ線の入射角度、Ｘ線の光軸と仮の回転角度０°のラインを含む平面に対して測定対象物の法線が成す角度、回折環の形状曲線（回転角度αごとの半径値ｒαから得られる曲線）、回折環の強度分布画像（瞬時値Ｉを明度にして瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒのデータ群から得られる画像）等を表示するようにしてもよい。作業者は結果を見ることで、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。
【００７６】
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、測定対象物ＯＢにＸ線を照射して得られる回折環におけるＸ線の回折光の強度に相当する強度の分布を検出した後、コントローラ９１がプログラムによる演算処理により、検出した強度の分布に基づいて、回折環の円周方向に対する強度の変化を検出する。そして、コントローラ９１は、検出した回折環の円周方向に対する強度変化、及び予めコントローラ９１に記憶されている回折環の円周方向に対する強度変化と測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角度との関係を用いて、測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角度を検出する。これによれば、測定対象物ＯＢが複雑な形状を有している場合であっても、又は測定対象物ＯＢに対してＸ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢を調整する場合であっても、Ｘ線の入射角度を精度よく検出することができる。
【００７７】
また、上記実施形態においては、コントローラ９１は、検出した回折環の円周方向に対する強度変化を用いて、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸と測定対象物ＯＢのＸ線の照射点における法線とを含む平面が、形成される回折環と交差するラインを正規の回転角度０°の位置として定めている。これによれば、回折環の形状から残留応力を計算する際、正確に定められた回転角度０°の位置による回転角度を用いて計算を行っているので、精度よく残留応力を求めることができる。
【００７８】
また、上記実施形態においては、Ｘ線出射器１０からＸ線が出射されていない状態で、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線と光軸を同一にした平行光であるＬＥＤ光を測定対象物ＯＢに出射するＬＥＤ光源４４と、ＬＥＤ光の照射点を含む領域の測定対象物ＯＢの画像を結像する結像レンズ４８、結像レンズ４８によって結像された画像を撮像する撮像器４９、及び撮像器４９が出力する信号を撮像器４９の画素ごとのデジタルデータに変換して撮像画像を画面表示する、センサ信号取出回路８７、コントローラ９１及び表示装置９３からなる撮像システムとを備え、表示装置９３は、測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離が所定距離であるとき、撮像システムにより撮像される照射点の画像上の位置を十字マークのクロス点として、撮像画像とは独立して画面上に表示するようにしている。これによれば、測定対象物ＯＢにＸ線を照射する前にＬＥＤ光を照射し、表示装置９３に表示される撮像画像における可視光の照射点位置が十字マークのクロス点に合致するよう、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢を調整すれば、Ｘ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離を所定距離Ｌｏにできる。よって、残留応力の計算に必要な距離Ｌも所定距離Ｌｏとして精度よく得ることができる。
【００７９】
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。
【００８０】
（変形例）
上記実施形態においては、回折環におけるＸ線の回折光の強度に相当する強度の分布に基づいて、回折環の円周方向に対する強度変化を検出し、この強度変化から測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角度を検出したが、これに替えて、回折環の円周方向に対する回折環の半径方向の強度分布に基づく幅の変化、例えば半価幅の変化を検出し、この幅の変化から測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角度を検出するようにしてもよい。この場合、図５の残留応力計算工程Ｓ５においてコントローラ９１は、まず、回転角度θｐ（回転角度α）ごとの半径値ｒに対するＳＵＭ信号の瞬時値Ｉの曲線から半価幅Ｗαを計算する。次に、回転角度αの半価幅Ｗα得の関係から上記実施形態と同様の演算値を求め、予め記憶されている演算値とＸ線の入射角度との関係テーブル又は関係曲線からＸ線の入射角度を求める。回転角度αと半価幅Ｗαにも上記実施形態と同様の関係があることを以下に説明する。
【００８１】
図９は、回折環の円周方向に対する半価幅の変化（回転角度αと半価幅Ｗαとの関係）をＸ線の入射角度が０°、２０°、４５°の場合で示したものである。回転角度０°（３６０°）付近が半価幅が最も大きく、回転角度１８０°付近が半価幅が最も小さくなっており、Ｘ線の入射角度が小さくなるほど、この半価幅の差の度合は小さくなっている。その理由は以下のように考えられる。測定対象物ＯＢに入射するＸ線はある程度の断面径を有し、Ｘ線照射点はある程度の面積を有する。図１０は、測定対象物ＯＢにおけるＸ線の回折を入射Ｘ線の断面径を誇張して示したものであるが、図１０（ａ）に示されるように、Ｘ線照射点の各点から発生する回折Ｘ線がイメージングプレート１５の回転角度０°の位置において受光される幅は広くなるが、回転角度１８０°の位置において受光される幅は狭くなる。そして、図５（ａ）〜（ｃ）に示されるように、Ｘ線の入射角度が小さくなるほど、回転角度０°と１８０°における回折Ｘ線が受光される幅の差は小さくなる。これにより、回折環には図９に示すような円周方向位置（回転角度）に対する半価幅の変化が生じ、この半価幅の変化の度合はＸ線の入射角度により異なる。なお、上記実施形態と異なっている点は、強度のレベル（平均値）はＸ線の入射角度が変化すると変化するのに対し、半価幅のレベル（平均値）はＸ線の入射角度が変化してもあまり変化しない点である。ただし、この違いは変化の度合を表す演算値には影響せず、変化の曲線の縦軸を０〜１に規格化した場合はなくなるので、上記実施形態と同様の処理を行うことができる。
【００８２】
従って、測定対象物ＯＢの材質ごとに、既知の入射角度でＸ線を照射して撮像した回折環の回折環の円周方向に対する半価幅の変化を得ることを複数のＸ線の入射角度にて行い、得られた半価幅の変化から半価幅の変化の度合を表す演算値を算出し、この演算値をＸ線の入射角度に対応させた関係テーブル又は関係曲線を記憶しておけば、測定において撮像した回折環からＸ線の入射角度を求めることができる。半価幅の変化の度合を表す演算値としては、上記実施形態と同様、以下のいずれかを用いるとよい。又は、上記実施形態と同様、複数を用いて平均するようにしてもよい。
・半価幅の変化曲線をスムージング処理した後の半価幅Ｗαのピーク値とボトム値の差を平均の半価幅で除算した値（変動範囲の割合）
・半価幅の変化曲線における各半価幅Ｗαの平均の半価幅からの差の絶対値を加算してデータ数で除算し、さらに平均の半価幅で除算した値（平均偏差の割合）
・半価幅の変化曲線における各半価幅Ｗαの平均の半価幅からの差の二乗を加算してデータ数で除算し、その正の平方根値を求め、さらに平均の半価幅で除算した値（標準偏差の割合）
【００８３】
また、この場合もＸ線の光軸とＸ線の照射点における測定対象物の法線とを含む平面が、撮像された回折環と交差する箇所の回転角度、すなわち、Ｘ線の光軸と仮の回転角度０°のラインを含む平面に対して測定対象物の法線が成す角度を求めることができ、その方法も上記実施形態と同様である。
【００８４】
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。上記変形例では、回折環の円周方向に対する回折環の半径方向の強度分布に基づく幅として半価幅を用いたが、半径方向の強度分布に基づく幅であれば、これ以外の値を用いてもよい。例えば積分幅でもよいし、ピーク値の１／βのレベルでスライスしたときの幅でβを適切な値に定めた幅でもよい。
【００８５】
また、上記実施形態および変形例では、回折環の回転角度（円周方向）に対する強度変化の曲線又は半価幅の変化曲線の変化の度合を表す演算値として、変動範囲の割合、平均偏差の割合又は標準偏差の割合を用いたが、変化曲線の変化の度合を表す演算値であれば、これ以外にどのような値を用いてもよい。例えば、変化曲線における０°を中心とした所定範囲における平均値と１８０°を中心とした所定範囲における平均値との差を全体の平均値で除算した値を用いてもよい。
【００８６】
また、上記実施形態および変形例では、Ｘ線回折測定装置の筐体５０をアーム式移動装置に連結させ、測定対象物に対して筐体５０の位置、姿勢を調整できる構成にしたが、本発明は、Ｘ線回折測定装置の筐体５０に対して測定対象物ＯＢの位置、姿勢を調整する場合でも適用することができる。この場合、本発明は測定対象物の形状が複雑な場合において有効である。
【００８７】
また、上記実施形態および変形例では、撮像器４９が出力する信号を基に作成され表示される撮像画像においてＬＥＤ光の照射点Ｐ１を十字マークのクロス点に一致させることで、Ｘ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌが設定距離Ｌｏになるようにしている。しかし、距離Ｌが精度よく得られれば残留応力を精度よく計算することができるので、これに代えて、予め撮像画像におけるＬＥＤ光の照射点位置と距離Ｌとの関係を精度よく得て関係テーブル又は関係曲線をコントローラ９１に記憶しておき、撮像器４９が出力する信号を基に作成される撮像画像を処理してＬＥＤ光の照射点位置を取得し、記憶してある関係テーブル又は関係曲線から距離Ｌを計算するようにしてもよい。これによれば、位置、姿勢の調整をより簡単にすることができる。
【００８８】
また、上記実施形態および変形例では、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ようにしたが、測定対象物ＯＢがイメージングプレート１５に対して設定された位置にあるときにＬＥＤ光の照射点の像が形成される位置を精度よく撮像画像中に表示できればよいので、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する位置でなくてもよい。この場合は、測定対象物ＯＢがイメージングプレート１５に対して設定された位置にあるときにＬＥＤ光の照射点の像が形成される撮像画像上の位置を検出し、その位置に十字マークを表示するようにすればよい。なお、結像レンズ４８の中心を通過する光は結像レンズ４８の光軸から離れるほど、形成されるスポットは大きくなるので、上記の位置は、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する位置近辺にあることが好ましい。
【００８９】
また、上記実施形態および変形例では、結像レンズ４８、撮像器４９、センサ信号取出回路８７、コントローラ９１及び表示装置９３からなる撮像システムを備える構成にしたが、Ｘ線回折測定装置の筐体５０が固定され、測定対象物ＯＢの位置、姿勢を調整する場合で、測定対象物ＯＢの表面形状が複雑でも形状がほぼ一定の場合は、ＬＥＤ光の照射点がおよそ一定になるように位置を調整することで、Ｘ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌをぼぼ一定にすることができるので、予め距離Ｌを精度よく求めておけば、撮像システムを備えないようにすることができる。距離Ｌを精度よく求める方法としては、鉄粉を糊塗した測定対象物ＯＢにＸ線を照射して回折環を撮像して形状を検出し、回折環の半径値と無応力のときの回折角度から距離Ｌを計算する方法などがある。また、測定対象物ＯＢが単純形状で一定の大きさであるが、底面と表面が成す角度が異なるという場合は、Ｘ線回折測定装置の筐体５０に対し測定対象物ＯＢの位置と姿勢を一定にできれば、撮像システムに加えて、ＬＥＤ光源４４、プレート４５及びモータ４６等からなるＬＥＤ光照射システムを、備えないようにすることができる。
【００９０】
また、上記実施形態および変形例では、プレート４５、モータ４６及びストッパ部材４７ａによりＬＥＤ光源４４をＸ線の光軸上に移動させて、ＬＥＤ光を測定対象物ＯＢに照射する構造にした。しかし、これに代えて、出射Ｘ線と光軸を同一にした可視の平行光を照射することができれば、どのような構造にしてもよい。例えば、ビームスプリッタを出射Ｘ線の光軸上に配置し、ＬＥＤ光をビームスプリッタで反射させて出射Ｘ線と光軸を同一にして照射するようにしてもよい。
【００９１】
また、上記実施形態および変形例では、スピンドルモータ２７の貫通孔２７ｂに内径の小さな通路部材２８を設けるとともに、固定具１８の貫通孔１８ａの内径を小さくして、ＬＥＤ光源４４から出射されたＬＥＤ光から小さな断面径の平行光が得られるようにしたが、小さな断面径の可視の平行光が得られるならば、別の構造にしてもよい。例えば、通路部材２８の軸長を長くすることにより、ＬＥＤ光源４４からのＬＥＤ光から小さな断面径の平行光が得られるようにしてもよい。また、可視光であるレーザ光を出射するレーザ光源の近くにコリメートレンズとエキスパンダ―レンズを配置し、出射する小さな断面径のレーザ光の光軸をスピンドルモータ２７の出力軸２７ａの貫通孔２７ａ１の中心軸線と一致させるようにしてもよい。
【００９２】
また、上記実施形態および変形例では、イメージングプレート１５に回折環を形成し、レーザ照射装置３０からのレーザ照射と光の強度検出により、回折環における回折Ｘ線の強度に相当する強度の分布を検出し、ＬＥＤ光の照射により回折環の消去を行ったが、回折環を形成してその強度分布を検出することができるならば、回折環の形成と強度分布の検出はどのような方法を用いてもよい。例えば、イメージングプレート１５の代わりにイメージングプレート１５と同じ広さの平面を有するＸ線ＣＣＤを備え、Ｘ線出射器１０からのＸ線照射の際、Ｘ線ＣＣＤの各画素が出力する電気信号により回折環における強度分布を検出するようにしてもよい。また、イメージングプレート１５と同じ広さの平面を有するＸ線ＣＣＤの代わりに微小サイズのＸ線ＣＣＤを位置を検出しながら走査し、Ｘ線ＣＣＤの各画素が出力する電気信号とＸ線ＣＣＤの走査位置から回折環における強度分布を検出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９３】
１０…Ｘ線出射器、１５…イメージングプレート、１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，２１ａ，２６ａ，２７ａ１，２７ｂ…貫通孔、１６…テーブル、１８…固定具、２０…テーブル駆動機構、２１…移動ステージ、２２…フィードモータ、２３…スクリューロッド、２７…スピンドルモータ、２８…通路部材、３０…レーザ検出装置、３１…レーザ光源、３６…対物レンズ、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、５０ｄ…繋ぎ壁、５１…支持アーム、９０…コンピュータ装置、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】
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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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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