(57)【要約】【課題】  測定対象物の内部が極度に狭くない限り測定が可能になるとともに、測定精度が従来と同程度であるＸ線回折測定方法を提供する。【解決手段】  放射状に出射されるＸ線を、角度が可変なモータ２７に形成された貫通孔を介して照射し、発生した回折Ｘ線によりイメージングプレート１５に回折環を撮像する回折環撮像装置本体５により、測定対象物による回折環を撮像する。その後、回折環撮像装置本体５をそのままの状態で回折環読取装置２にセットして回折環の読取りを行い、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離を測定対象物による回折環撮像時と同じにして、回折環読取装置２内にある標準試料Ｓｔによる回折環を撮像し、この回折環の読取りを行う。得られた測定対象物による回折環と標準試料Ｓｔによる回折環とから補正を行ったうえで残留応力を計算する。【選択図】図７
2018091700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自らの中心軸を中心にして放射状にＸ線を出射するＸ線出射器と、
前記Ｘ線出射器から放射状に出射されるＸ線の出射方向に配置され、前記Ｘ線を通過させる第１の貫通孔が設けられたブロックと、
前記ブロックと一体になった回折環撮像手段であって、前記第１の貫通孔と中心軸が一致する第２の貫通孔を有し、前記第２の貫通孔を通過させてＸ線が出射され、出射された方向に物体があるとき、前記物体で発生した回折Ｘ線により前記第２の貫通孔と垂直に交差する撮像面に回折環を撮像する回折環撮像手段と、
前記Ｘ線出射器の中心軸に対する前記第１の貫通孔の角度を任意の角度に設定可能な角度変化機構とを備える回折環撮像装置を測定対象物の測定箇所近傍に配置する第１の配置ステップと、
前記回折環撮像装置からＸ線を前記測定対象物に照射して、前記撮像面に回折環を撮像する第１の回折環撮像ステップと、
前記第１の回折環撮像ステップにて撮像された回折環の形状を読み取る第１の回折環読取りステップと、
前記第１の回折環読取りステップにて読み取った回折環の形状から、前記測定対象物のＸ線照射点から前記撮像面までの距離を計算する距離計算ステップと、
前記回折環撮像装置の前記角度変化機構を前記第１の回折環撮像ステップにおける状態のままで、Ｘ線照射点から前記撮像面までの距離が前記距離計算ステップにて計算された距離になるよう、前記回折環撮像装置を標準試料の近傍に配置する第２の配置ステップと、
前記回折環撮像装置からＸ線を前記標準試料に照射して前記撮像面に回折環を撮像する第２の回折環撮像ステップと、
前記第２の回折環撮像ステップにて撮像された回折環の形状を読み取る第２の回折環読取りステップと、
前記第１の回折環読取りステップにて読み取った回折環の形状と、前記第２の回折環読取りステップにて読み取った回折環の形状とを用いて、前記測定対象物の特性値を計算する特性値計算ステップとを備えたことを特徴とするＸ線回折測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線回折測定方法において、
前記回折環撮像手段は、テーブルに固定されたイメージングプレートであり、
前記第１の回折環読取りステップは、前記回折環撮像装置を、前記角度変化機構が前記第１の回折環撮像ステップにおける状態のまま、前記イメージングプレートにレーザスポットを走査位置を検出しながら走査して反射光強度を検出する回折環読取装置にセットして回折環の形状を読み取るステップであり、
前記第２の配置ステップは、前記回折環撮像装置を前記回折環読取装置にセットしたままで、前記回折環読取装置に備えられた標準試料の近傍に前記回折環撮像装置を配置するステップであり、
前記第２の回折環撮像ステップ及び前記第２の回折環読取りステップは、前記回折環撮像装置を前記回折環読取装置にセットしたままで行われるステップであるようにしたことを特徴とするＸ線回折測定方法。
【請求項３】
請求項２に記載のＸ線回折測定方法において、
前記ブロックは、前記第１の貫通孔が出力軸に形成され、前記テーブルを前記第１の貫通孔の中心軸周りに回転させるモータであり、
前記回折環読取装置は、前記モータを回転させるとともに前記レーザスポットを前記イメージングプレートの半径方向に移動させ、前記レーザスポットの走査位置を前記モータの回転角度と前記半径方向移動の移動位置で検出するものであることを特徴とするＸ線回折測定方法。
【請求項４】
自らの中心軸を中心にして放射状にＸ線を出射するＸ線出射器と、
前記Ｘ線出射器から放射状に出射されるＸ線の出射方向に配置され、前記Ｘ線を通過させる第１の貫通孔が設けられたブロックと、
前記ブロックと一体となったテーブルに固定されたイメージングプレートであって、前記第１の貫通孔と中心軸が一致する第２の貫通孔を有し、前記第２の貫通孔を通過させてＸ線が出射され、出射された方向に物体があるとき、前記物体で発生した回折Ｘ線により前記第２の貫通孔と垂直に交差する面に回折環を撮像するイメージングプレートと、
前記Ｘ線出射器の中心軸に対する前記第１の貫通孔の角度を任意の角度に設定可能な角度変化機構とを備える回折環撮像装置がセットされ、前記イメージングプレートに撮像された回折環を読み取る回折環読取装置であって、
前記回折環撮像装置を、前記角度変化機構が前記イメージングプレートに回折環が撮像されたときの状態のまま所定の位置にセットするセット機構と、
前記イメージングプレートにレーザ光を照射して前記イメージングプレートの表面にレーザスポットを形成するレーザ照射手段と、
前記レーザスポットを前記イメージングプレートと相対的に前記イメージングプレートの面内を走査させる走査手段と、
前記レーザ照射手段によりレーザ光が照射され、前記走査手段により前記レーザスポットが移動されている状態で、前記レーザスポットからの反射光の強度を、前記走査手段による走査位置に関連付けて検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された複数のデータを用いて前記イメージングプレートに撮像された回折環の形状を算出する回折環形状計算手段と、
前記回折環形状計算手段により算出された回折環の形状から前記測定対象物のＸ線照射点から前記イメージングプレートの面までの距離を計算する距離計算手段と、
前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線が照射される標準試料と、
前記Ｘ線出射器からＸ線が照射されたとき前記標準試料のＸ線照射点から前記イメージングプレートの面までの距離が、前記距離計算ステップにより計算された距離になるよう、前記標準試料を前記回折環撮像装置と相対的に移動し、位置決めする標準試料位置決め手段とを備えたことを特徴とする回折環読取装置。
【請求項５】
請求項４に記載の回折環読取装置において、
前記ブロックは、前記第１の貫通孔が出力軸に形成され、前記テーブルを前記第１の貫通孔の中心軸周りに回転させるモータであり、
前記走査手段は、前記モータに駆動信号を供給して前記モータを回転させる回転駆動手段と、前記レーザスポットを前記イメージングプレートと相対的に前記イメージングプレートの半径方向に移動させる移動手段とから構成され、
前記検出手段は、走査位置を前記モータの回転角度と前記移動手段の移動位置で検出することを特徴とする回折環読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物にＸ線を照射することで発生する回折Ｘ線により回折環を撮像し、撮像された回折環の形状を読み取って、回折環の形状に基づく特性値を計算するＸ線回折測定方法及び該Ｘ線回折測定方法において使用される回折環読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特許文献１に示されるように、測定対象物に所定の入射角度で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を検出してｃｏｓα法による分析を行い、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。特許文献１に示されている装置は、Ｘ線出射器、イメージングプレート等の回折環撮像手段、レーザ検出装置及びレーザ走査機構等の回折環読取手段、並びにＬＥＤ照射器等の回折環消去手段等を１つの筐体内に備えている。また、Ｘ線出射器から出射されるＸ線と同じ光軸の平行なＬＥＤ光を照射し、照射箇所をカメラ撮影する機能を備えており、測定対象物の該筐体に対する位置を変化させ、カメラの撮影画像上におけるＬＥＤ光の照射点と反射点が適切な位置になるよう調整することで、Ｘ線照射点から回折環撮像手段までの距離および測定対象物に対するＸ線の入射角を設定値通りにすることができるようになっている。そして、該距離および該入射角が設定値になるよう測定対象物の位置と姿勢を調整した後、測定対象物にＸ線を照射して発生する回折Ｘ線により、回折環をイメージングプレートに撮像する撮像工程、イメージングプレートにレーザ検出装置からのレーザ光を走査しながら照射することで回折環の形状を検出する読取り工程、及び該回折環をＬＥＤ光の照射により消去する消去工程を連続して行えるようになっている。このＸ線回折測定装置を用いれば、短時間で測定対象物の残留応力を測定することができる。
【０００３】
しかしながら、内径が小さい管状物体の内部等、測定対象物の内部にＸ線回折測定装置を入れることができない場合が多くあり、そのような場合は、測定対象物の内部のＸ線回折測定を行うことができないという問題がある。この問題に対応する方法として、例えば特許文献２に示されるように、回折環の撮像と回折環の読取りをそれぞれ別の装置で行うようにし、回折環を撮像する装置をＸ線出射器とイメージングプレートを取り付けたプレートとからなる装置にすることで小型化し、測定対象物の内部に入れることができるようにする方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−９８６７７号公報
【特許文献２】特開２００５−２４１３０８号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、回折環を撮像する装置をＸ線出射器とイメージングプレートを取り付けたプレートとからなる装置にしても、測定対象物の内部の様々な箇所を測定する場合は、装置の姿勢を測定対象物の内部で変える必要があり、測定対象物の内部が狭い場合は測定が困難であることが多いという問題がある。
【０００６】
本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、測定対象物にＸ線を照射することで発生する回折Ｘ線により回折環を撮像し、撮像された回折環の形状を読み取って、回折環の形状に基づく特性値を計算するＸ線回折測定方法において、回折環を撮像する装置を測定対象物の内部で姿勢を変える必要がないようにし、測定対象物の内部が極度に狭くない限り測定が可能になるとともに、測定精度が従来と同程度であるＸ線回折測定方法を提供することにある。また、該Ｘ線回折測定方法において、測定精度を従来と同程度にするために使用される回折環読取装置を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、自らの中心軸を中心にして放射状にＸ線を出射するＸ線出射器と、Ｘ線出射器から放射状に出射されるＸ線の出射方向に配置され、Ｘ線を通過させる第１の貫通孔が設けられたブロックと、ブロックと一体になった回折環撮像手段であって、第１の貫通孔と中心軸が一致する第２の貫通孔を有し、第２の貫通孔を通過させてＸ線が出射され、出射された方向に物体があるとき、物体で発生した回折Ｘ線により第２の貫通孔と垂直に交差する撮像面に回折環を撮像する回折環撮像手段と、Ｘ線出射器の中心軸に対する第１の貫通孔の角度を任意の角度に設定可能な角度変化機構とを備える回折環撮像装置を測定対象物の測定箇所近傍に配置する第１の配置ステップと、回折環撮像装置からＸ線を測定対象物に照射して、撮像面に回折環を撮像する第１の回折環撮像ステップと、第１の回折環撮像ステップにて撮像された回折環の形状を読み取る第１の回折環読取りステップと、第１の回折環読取りステップにて読み取った回折環の形状から、測定対象物のＸ線照射点から撮像面までの距離を計算する距離計算ステップと、回折環撮像装置の角度変化機構を第１の回折環撮像ステップにおける状態のままで、Ｘ線照射点から撮像面までの距離が距離計算ステップにて計算された距離になるよう、回折環撮像装置を標準試料の近傍に配置する第２の配置ステップと、回折環撮像装置からＸ線を標準試料に照射して撮像面に回折環を撮像する第２の回折環撮像ステップと、第２の回折環撮像ステップにて撮像された回折環の形状を読み取る第２の回折環読取りステップと、第１の回折環読取りステップにて読み取った回折環の形状と、第２の回折環読取りステップにて読み取った回折環の形状とを用いて、測定対象物の特性値を計算する特性値計算ステップとを備えたＸ線回折測定方法としたことにある。
【０００８】
これによれば、回折環撮像装置の姿勢を変化させずとも、第１の貫通孔が形成されたブロックの角度を角度変化機構により変化させ、Ｘ線出射器を自らの中心軸周りに向きを変化させて中心軸方向に移動させれば、Ｘ線を希望する測定箇所に照射することができる。すなわち、回折環撮像装置を測定対象物の内部に挿入しやすい姿勢で挿入すれば、Ｘ線を希望する測定箇所に照射することができる。例えば、測定対象物が管状物体であれば、測定対象物の内部の中心軸にＸ線出射器の中心軸が合うようにして回折環撮像装置を測定対象物の内部に挿入すれば、ブロックの角度、Ｘ線出射器の自らの中心軸周りの向き及び挿入位置を変化させることで、Ｘ線を希望する測定箇所に照射することができる。よって、測定対象物の内部が極度に狭くない限り測定が可能になる。ただし、放射状に出射されるＸ線を貫通孔を介して測定対象物に照射する場合、Ｘ線出射器の中心軸（放射状に出射されるＸ線の中心線）に対する貫通孔の中心軸の角度を変化させると、貫通孔からＸ線が出射される箇所において、Ｘ線の強度分布における重心がＸ線の光軸位置からずれるという問題が発生する。このＸ線の重心のずれは発明を実施するための形態で詳細に説明するが、このずれが発生すると回折環の形状から計算される残留応力等の特性値が、本来の値からずれ、精度のよいＸ線回折測定を行うことができない。このため、測定対象物に対する回折環撮像と回折環撮読取りを第１の回折環撮像ステップと第１の回折環読取りステップにて行った後、回折環撮像装置の角度変化機構の状態及びＸ線照射点から撮像面までの距離を測定対象物のときと同じにして標準試料に対する回折環撮像と回折環撮読取りを第２の回折環撮像ステップと第２の回折環読取りステップにて行う。そして、測定対象物における回折環の形状と標準試料における回折環の形状を用いて、測定対象物の残留応力等の特性値を計算する。これにより、Ｘ線の重心のずれの影響をなくし、上述した回折環撮像装置を用いても従来と同程度の精度でＸ線回折測定を行うこができる。なお、標準試料は残留応力０（無応力）の試料であり、通常は金属粉末を糊塗した試料である。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、回折環撮像手段は、テーブルに固定されたイメージングプレートであり、第１の回折環読取りステップは、回折環撮像装置を、角度変化機構が第１の回折環撮像ステップにおける状態のまま、イメージングプレートにレーザスポットを走査位置を検出しながら走査して反射光強度を検出する回折環読取装置にセットして回折環の形状を読み取るステップであり、第２の配置ステップは、回折環撮像装置を回折環読取装置にセットしたままで、回折環読取装置に備えられた標準試料の近傍に回折環撮像装置を配置するステップであり、第２の回折環撮像ステップ及び第２の回折環読取りステップは、回折環撮像装置を回折環読取装置にセットしたままで行われるステップであるようにしたことにある。
【００１０】
これによれば、回折環撮像手段が先行技術文献に示されるよう、テーブルに固定されたイメージングプレートである場合、回折環撮像装置を第１の回折環撮像ステップにおける状態のまま回折環読取装置にセットすれば、第１の回折環読取りステップ、距離計算ステップ、第２の配置ステップ、第２の回折環撮像ステップ及び第２の回折環読取りステップを、回折環読取装置及び回折環撮像装置を操作するのみで行うことができるので、測定効率をよくすることができる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、ブロックは、第１の貫通孔が出力軸に形成され、テーブルを第１の貫通孔の中心軸周りに回転させるモータであり、回折環読取装置は、モータを回転させるとともにレーザスポットをイメージングプレートの半径方向に移動させ、レーザスポットの走査位置をモータの回転角度と半径方向移動の移動位置で検出するものであるようにしたことにある。これによれば、回折環読取装置のレーザスポットの走査機構が複雑にならないようにすることができる。
【００１２】
また、本発明は、Ｘ線回折測定方法としての発明のみならず、自らの中心軸を中心にして放射状にＸ線を出射するＸ線出射器と、Ｘ線出射器から放射状に出射されるＸ線の出射方向に配置され、Ｘ線を通過させる第１の貫通孔が設けられたブロックと、ブロックと一体になった回折環撮像手段であって、第１の貫通孔と中心軸が一致する第２の貫通孔を有し、第２の貫通孔を通過させてＸ線が出射され、出射された方向に物体があるとき、物体で発生した回折Ｘ線により第２の貫通孔と垂直に交差する撮像面に回折環を撮像する回折環撮像手段と、Ｘ線出射器の中心軸に対する第１の貫通孔の角度を任意の角度に設定可能な角度変化機構とを備える回折環撮像装置であって、回折環撮像手段がテーブルに固定されたイメージングプレートである回折環撮像装置がセットされ、イメージングプレートに撮像された回折環を読み取る回折環読取装置の発明としても実施し得るものである。
【００１３】
この場合、本発明の特徴は、回折環読取装置を、回折環撮像装置を角度変化機構がイメージングプレートに回折環が撮像されたときの状態のまま所定の位置にセットするセット機構と、イメージングプレートにレーザ光を照射してイメージングプレートの表面にレーザスポットを形成するレーザ照射手段と、レーザスポットをイメージングプレートと相対的にイメージングプレートの面内を走査させる走査手段と、レーザ照射手段によりレーザ光が照射され、走査手段によりレーザスポットが移動されている状態で、レーザスポットからの反射光の強度を、走査手段による走査位置に関連付けて検出する検出手段と、検出手段により検出された複数のデータを用いてイメージングプレートに撮像された回折環の形状を算出する回折環形状計算手段と、回折環形状計算手段により算出された回折環の形状から測定対象物のＸ線照射点からイメージングプレートの面までの距離を計算する距離計算手段と、Ｘ線出射器から出射されるＸ線が照射される標準試料と、Ｘ線出射器からＸ線が照射されたとき標準試料のＸ線照射点からイメージングプレートの面までの距離が、距離計算手段により計算された距離になるよう、標準試料を回折環撮像装置と相対的に移動し、位置決めする標準試料位置決め手段とを備えた回折環読取装置としたことにある。
【００１４】
これによれば、回折環撮像装置にて測定対象物による回折環を撮像し、回折環撮像装置を角度変化機構が撮像を行ったときの状態のまま回折環読取装置のセット機構にセットすれば、測定対象物による回折環の読取り、及びＸ線照射点からイメージングプレートの面までの距離を測定対象物のときと等しくしての標準試料による回折環の撮像と回折環の読取りを、回折環読取装置及び回折環撮像装置を作動させるのみで行うことができるので、測定対象物の特性値の計算に必要な測定対象物による回折環の形状と標準試料による回折環の形状とを効率よく得ることができる。
【００１５】
また、回折環読取装置の発明として実施した場合の本発明の他の特徴は、回折環撮像装置のブロックは、第１の貫通孔が出力軸に形成され、テーブルを第１の貫通孔の中心軸周りに回転させるモータであり、走査手段は、モータに駆動信号を供給してモータを回転させる回転駆動手段と、レーザスポットをイメージングプレートと相対的にイメージングプレートの半径方向に移動させる移動手段とから構成され、検出手段は、走査位置をモータの回転角度と移動手段の移動位置で検出するようにしたことにある。これによれば、回折環読取装置の走査手段が複雑にならないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る回折環撮像装置の全体構成図である。
【図２】図１の回折環撮像装置における回折環撮像装置本体の断面図である。
【図３】図２の回折環撮像装置本体におけるモータ固定プレートを上方から見た図である。
【図４】回折環撮像装置のそれぞれの状態における出射Ｘ線と回折Ｘ線の強度分布を誇張して示した図である。
【図５】出射Ｘ線の強度分布が図４のようになる理由を示した図である。
【図６】回折環撮像装置の状態により撮像される回折環の位置がずれることを示した図である。
【図７】本発明の実施形態に係る回折環読取装置の全体構成図である。
【図８】回折環読取装置のコントローラが実行するプログラムのフロー図である。
【図９】図２の回折環撮像装置本体を取り付ける治具の全体外観図である。
【図１０】図９の治具における押し当て部の内部構造を示す部分断面図である。
【図１１】本発明の別の実施形態に係る回折環読取装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態に係る回折環撮像装置の構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は、回折環撮像装置の全体構成図であり、図２は回折環撮像装置本体の断面図である。ただし、Ｘ線出射器１０は市場で流通しているものを用いることができるので断面図ではなく、モータ２７は出力軸２７ａに貫通孔２７ａ１が作成されていること以外は、市場で流通しているものと同じ構造であるので部分断面図である。図１に示すように、回折環撮像装置１は、回折環撮像装置本体５、高電圧電源６及びコンピュータ装置９０等から構成され、測定対象物ＯＢの内部に回折環撮像装置本体５を挿入し、Ｘ線を測定箇所に照射してイメージングプレート１５に回折環を撮像するものである。Ｘ線回折測定は様々な金属において行うことができるが、本実施形態では測定対象物ＯＢは鉄管であり、測定箇所は鉄管の内部とする。
【００１８】
図２に示すように、回折環撮像装置本体５は、円筒状のホルダ７の内部にＸ線出射器１０がセットされる。ホルダ７の内径は、Ｘ線出射器１０の最も大きい径より僅かに大きい径になっているので、セットされるとホルダ７の中心軸とＸ線出射器１０の中心軸とは一致する。ホルダ７の底部は径の大きな孔７ａが開けられており、Ｘ線出射器１０は高電圧電源６から高電圧の駆動電圧及び駆動電流が供給されると、孔７ａを通過させてＸ線を図２の下方向に出射する。このＸ線は、図２に一点鎖線で示されるように、Ｘ線出射器１０の中心軸（ホルダ７の中心軸）を中心に放射状に広がるＸ線である。このように放射状に広がるＸ線を出射するＸ線出射器１０としては、浜松ホトニクス製のＸ線管Ｎ６６０１などを用いることができる。また、このように放射状に広がるＸ線を出射するＸ線出射器に関する公開公報としては、特開２０１３−１８２８６８などがある。
【００１９】
高電圧電源６は内部に制御回路を備え、コントローラ９１からＸ線出射の指令が入力すると、Ｘ線出射器１０から設定された強度のＸ線が出射されるように、Ｘ線出射器１０に駆動電圧及び駆動電流を供給する。また、コントローラ９１からＸ線停止の指令が入力すると、Ｘ線出射器１０へ供給している駆動電圧及び駆動電流を停止する。コントローラ９１は入力装置９２から回折環撮像の指令が入力すると高電圧電源６にＸ線出射の指令を出力し、出力とともに時間計測を開始して予め記憶されている時間が経過すると高電圧電源６にＸ線停止の指令を出力する。よって、入力装置９２からの入力を行うのみで、Ｘ線出射器１０から設定された強度のＸ線を設定された時間だけ出射させることができる。
【００２０】
図２に示すように、円筒状のホルダ７は上部に雄ねじが切られており、雌ねじが切られた上蓋８を捻じ込むことができるようになっている。上蓋８は中心に孔８ａが開けられており、Ｘ線出射器１０から出る高電圧電源６に接続するためのケーブル９を通すことができるようになっている。なお、Ｘ線出射器１０にケーブル９を取り付け、ケーブル９に高電圧電源６に接続するためのコネクタを取り付けた後は、上蓋８の孔８ａにケーブル９を通すことはできないので、該取り付けを行う前にケーブル９に上蓋８を通すようにする。上述したように、円筒状のホルダ７の内径はＸ線出射器１０の最も大きい径より僅かに大きい径になっており、円筒状のホルダ７の長さは、Ｘ線出射器１０をセットしたときＸ線出射器１０の上端より円筒状のホルダ７の上端がやや上になる長さになっている。よって、ホルダ７にＸ線出射器１０をセットし、上蓋８をホルダ７に捻じ込むと、Ｘ線出射器１０はホルダ７内で固定される。
【００２１】
また、図２に示すように、モータ２７がモータ固定プレート１３に固定され、モータ固定プレート１３の連結部１２がホルダ７に固定されることで、ホルダ７の中心軸方向でＸ線の出射方向に、モータ２７が配置される。ホルダ７は下端よりやや上の部分で互いに対称となる位置に雌ねじが切られた穴７ｂが２つあり、所定の径の雄ねじ１１を捻じ込むことができるようになっている。そして、モータ固定プレート１３の上面には、互いに対称となる位置に設けられた２つの長方形の板状の連結部１２があり、２つの連結部１２には雄ねじ１１よりやや大きい径の孔１２ａがそれぞれ開けられている。したがって、連結部１２の孔１２ａとホルダ７の雌ねじが切られた穴７ｂをそれぞれ合わせ、雄ねじ１１をホルダ７の穴７ｂにそれぞれ捻じ込むことにより、ホルダ７とモータ固定プレート１３を連結させることができる。モータ固定プレート１３の底面には、対称位置に雌ねじが切られた２つの穴１３ａがあり、所定の径の雄ねじ１４を捻じ込むことができるようになっている。そして、モータ２７の底面には対称位置に２つの固定板２９があり、固定板２９には雄ねじ１４よりやや大きい径の孔２９ａがそれぞれ開けられている。２つの孔２９ａのモータ２７の中心軸（出力軸の中心）からの距離と、２つの穴１３ａのモータ固定プレート１３の中心軸からの距離は同じであり、２つの孔２９ａと穴１３ａをそれぞれ合わせることができる。よって、２つの孔２９ａと穴１３ａをそれぞれ合わせ、雄ねじ１４を２つの穴１３ａにそれぞれ捻じ込むことにより、モータ２７をモータ固定プレート１３に固定させることができる。なお、モータ２７にはモータ２７を回転駆動させる電力が供給されるケーブルと、モータ２７内のエンコーダ２７ｃが出力するパルス列信号を供給するケーブルとがあり、該ケーブルの先端には該ケーブルと後述する回折環読取装置２からのケーブルとを接続するためのコネクタがあるが、分かりやすくするため図１及び図２からは除かれている。
【００２２】
図３は、モータ固定プレート１３を上方から見た図である。一点鎖線はモータ固定プレート１３に固定されたモータ２７を示している。図３に示すように、モータ固定プレート１３には中心軸を中心にしてモータ２７と同じ径の孔があり、放射状に出射されたＸ線はモータ２７の底面に照射される。雄ねじ１１をホルダ７の２つの穴７ｂにそれぞれ捻じ込むことによる連結の強度は、円筒状のホルダ７の中心軸に対するモータ２７の中心軸（出力軸の中心）を任意の角度にしてモータ固定プレート１３を固定することができる強度である。これにより、Ｘ線出射器１０から放射状に出射されるＸ線の中心線に対して、モータ２７の中心軸を任意の角度にして固定することができる。
【００２３】
また、図３に示すように、モータ固定プレート１３の側面には、モータ固定プレート１３の中心軸に対して対称位置に貫通孔１３ｂがある。この貫通孔１３ｂは後述する回折環読取装置２に回折環撮像装置本体５をセットする際、回折環読取装置２にある固定棒４７を挿入するためのものである。これについては後述する。
【００２４】
モータ２７、テーブル１６、イメージングプレート１５及び固定具１８の構造は、先行技術文献の特許文献１に示されるモータ２７、テーブル１６、イメージングプレート１５及び固定具１８と同じ構造である。すなわち、モータ２７の出力軸２７ａは円筒状で断面円形の貫通孔２７ａ１を有し、モータ２７の出力軸２７ａの反対側には、貫通孔２７ｂが設けられ、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、貫通孔２８ａが形成された円筒状の通路部材２８が固定されている。テーブル１６は円形状であり、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は、下面中央部から下方へ突出した突出部１７を有し、突出部１７の外周面には、ねじ山が形成されている。テーブル１６の下面にはイメージングプレート１５が取り付けられる。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。
【００２５】
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は貫通孔２８ａ，２７ｂ，２７ａ１と同一軸である。また、貫通孔１８ａの内径は通路部材２８の貫通孔２８ａと同じである。すなわち、モータ２７の底面に照射されるＸ線の一部は、貫通孔２８ａ，２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａを介して出射され、貫通孔２８ａの内径及び貫通孔１８ａの内径は小さいので、貫通孔１８ａから出射されるＸ線は貫通孔２７ａ１の軸線、すなわちモータ２７の中心軸と同一の光軸を有するＸ線となる。すなわち、Ｘ線出射器１０から放射状に出射されるＸ線の一部は、貫通孔２８ａ，２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａを介して出射されることで、モータ２７の中心軸と同一の光軸を有するＸ線となる。
【００２６】
また、図１に示すように、Ｘ線出射器１０から放射状に出射されるＸ線の中心線に対してモータ２７の中心軸をある角度にしても、通路部材２８にＸ線が照射されれば貫通孔１８ａからは略平行なＸ線が出射し、測定対象物ＯＢに照射される。そして、測定対象物ＯＢにＸ線が照射されれば、測定対象物ＯＢで回折したＸ線により、イメージングプレート１５に回折環が撮像される。すなわち、測定対象物ＯＢの内部の空洞の中心軸とホルダ７の中心軸とを合わせて回折環撮像装置本体５を測定対象物ＯＢの内部に挿入しても、モータ２７の中心軸の方向を変えることで、Ｘ線を測定対象物ＯＢの目的とする箇所に照射し、回折環を撮像することができる。
【００２７】
回折環撮像装置１はイメージングプレート１５に回折環を撮像するのみであるので、撮像した回折環を読み取るには、回折環撮像装置１を回折環読取装置２にセットし、回折環読取装置２を操作する必要がある。しかし、上述したように構成された回折環撮像装置１により測定対象物ＯＢにＸ線を照射して回折環を撮像した場合、単に撮像した回折環を読み取るのみでは、精度よく回折環の形状に基づいて残留応力を計算することができないという問題がある。以下にその問題について説明する。
【００２８】
図４は、回折環撮像装置本体５からＸ線を出射して回折環を撮像するときの、出射Ｘ線の強度分布と回折Ｘ線の強度分布を誇張して示したものである。放射状に出射されるＸ線の強度分布は２点鎖線で示され、Ｘ線照射点におけるＸ線の強度分布および回折Ｘ線の受光点におけるＸ線の強度分布は、実線の太線で示されている。Ｘ線出射器１０から放射状に出射されるＸ線の強度分布は、おおよそ中心線部分をピークにしたガウシアン分布に近い形になる。このようになる理由は、Ｘ線はＸ線出射器１０の出射口の窓を通過して出射されるが、出射口の窓内の通過距離がＸ線の出射方向により異なるためである。具体的に説明すると、図５はＸ線出射器１０の出射口付近を示した図であるが、図５に示すようにＸ線はクロム等のターゲット１０ａに電子線が照射されることで発生し、出射口の窓１０ｂを通過して出射される。出射口の窓１０ｂには通常Ｘ線の透過率が高いベリリウムが用いられるが、Ｘ線はベリリウムを通過してもある程度減衰する。そして、減衰率はＸ線のベリリウム内の通過距離が大きいほど大きくなる。すなわち、図５に示すように、窓１０ｂの中心付近を通過して出射したＸ線は窓内の通過距離Ｔが小さく、通過後のＸ線の強度は大きい。これに対し、窓１０ｂの中心から外側を通過して出射したＸ線は窓内の通過距離Ｔが大きく、通過後のＸ線の強度は小さい。そして通過距離Ｔは窓１０ｂの中心から外側へいくほど大きくなる。このため、Ｘ線出射器１０から放射状に出射されるＸ線の強度分布は、図４に示すように中心線部分をピークにしたガウシアン分布に近い形になる。
【００２９】
放射状に出射されるＸ線の強度がガウシアン分布に近い形をしているため、（ａ）のようにモータ２７の中心軸（貫通孔２７ａ１の中心軸）がＸ線出射器１０の中心軸（放射状に出射されるＸ線の中心線）と合致するときは、貫通孔２８ａ，２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａ（以下、貫通孔２８ａ−１８ａという）を通過することで平行となったＸ線の強度分布は、中心部分をピークにしたガウシアン分布になる。そして、このＸ線により発生する回折Ｘ線を受光した箇所のＸ線の強度分布も中心部分をピークにしたガウシアン分布になる。これに対し、（ｂ）のようにモータ２７の中心軸がＸ線出射器１０の中心軸とある角度を成しているときは、貫通孔２８ａ−１８ａを通過することで平行となったＸ線の強度分布は、ピーク位置が偏った強度分布になる。これは、Ｘ線出射器１０の中心軸から外側ほどＸ線の強度が小さいため、平行となったＸ線の強度はＸ線出射器１０の中心軸に近い方が大きくなるためである。そして、このＸ線により発生する回折Ｘ線を受光した箇所のＸ線の強度分布も偏った強度分布になる。別の表現をすると、（ａ）のようにモータ２７の中心軸（貫通孔２８ａ−１８ａの中心軸）がＸ線出射器１０の中心軸と合致するときは、Ｘ線出射点においてＸ線の強度分布の重心位置はＸ線の光軸（モータ２７の中心軸）と一致するが、（ｂ）のようにモータ２７の中心軸がＸ線出射器１０の中心軸とある角度を成しているときは、Ｘ線出射点においてＸ線の強度分布の重心位置はＸ線の光軸（モータ２７の中心軸）からずれる。そしてこのずれは、モータ２７の中心軸がＸ線出射器１０の中心軸と成す角度が大きくなるほど大きくなる。
【００３０】
回折環の形状から残留応力を求めるとき、Ｘ線の光軸がイメージングプレート１５と交差する点（Ｘ線出射点の中心）を中心にして、回折環の回転角度ごとの半径値を求めて計算を行うが、Ｘ線出射点におけるＸ線の強度分布の重心位置がずれると、このずれが残留応力の計算結果に影響する。図６は、Ｘ線出射点の位置を×で示し、図５の（ａ）と（ｂ）の場合で撮像される回折環の位置（回折環の半径方向のピーク点を結んだ線）を実線と点線で誇張して示した図である。図５（ａ）のように、Ｘ線出射点及び回折Ｘ線の受光点におけるＸ線の強度分布がガウシアン分布に近い形になるとき、測定対象物ＯＢが無応力（残留応力０）である場合は、図６に実線で示す撮像された回折環の中心位置はＸ線出射点である×の点と一致する。これに対し、図５（ｂ）のように、Ｘ線出射点及び回折Ｘ線の受光点におけるＸ線の強度分布が偏った強度分布になるとき、測定対象物ＯＢが無応力である場合は、図６に点線で示す撮像された回折環の中心位置である●の点は、Ｘ線出射点である×の点からずれる。このずれがあるまま残留応力の計算を行うと、測定対象物ＯＢが無応力でも残留応力の計算結果は、このずれに相当するある値を示すことになる。すなわち、回折環撮像装置１で撮像した回折環を読み取るのみでは、精度よく回折環の形状に基づいて残留応力を計算することができない。
【００３１】
精度よく回折環の形状に基づいて残留応力を計算するには、測定対象物ＯＢが無応力である場合の回折環の中心位置である●の点を求め、この点をＸ線出射点の中心にして、回折環の形状から残留応力を計算する必要がある。上述したように、Ｘ線出射点におけるＸ線の強度分布の重心位置のＸ線の光軸からのずれは、モータ２７の中心軸がＸ線出射器１０の中心軸と成す角度により変化するので、Ｘ線出射点である×の点と無応力の回折環の中心位置である●の点のずれは、モータ２７の中心軸がＸ線出射器１０の中心軸と成す角度により変化する。このため、後述する回折環読取装置２は、回折環撮像装置本体５のイメージングプレート１５に撮像された回折環を読み取ることに加え、回折環撮像装置本体５を測定対象物ＯＢの回折環を撮像したときと同じ状態にしたまま、無応力の試料による回折環を撮像し、撮像された回折環を読み取る機能を有する。また、Ｘ線出射点である×の点と無応力の回折環の中心位置である●の点のずれは、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離（以下、照射点−ＩＰ間距離という）により多少変化する可能性があるので、照射点−ＩＰ間距離が測定対象物ＯＢの回折環を撮像したときと同じ距離になるよう、回折環撮像装置本体５に対する無応力の試料の位置を調整する機能を有する。
【００３２】
次に、回折環撮像装置１で撮像した回折環を読み取る回折環読取装置２について説明する。回折環読取装置２の構成は図７に示されるものであり、回折環撮像装置本体５をセットしてイメージングプレート１５に撮像された回折環を読み取るものである。さらに、無応力の試料である標準試料Ｓｔの回折環撮像装置本体５に対する位置を制御し、回折環撮像装置本体５をセットしたまま回折環撮像装置本体５からＸ線を標準試料Ｓｔに照射させ、イメージングプレート１５に標準試料Ｓｔによる回折環を撮像するものである。
【００３３】
回折環読取装置２は、先行技術文献である特許文献１に示されるＸ線回折測定装置における回折環読取り機能を備えた装置であり、回折環読取りの方式は特許文献１に示されるＸ線回折測定装置と同じである。すなわち、集光したレーザ光を照射するとともに、イメージングプレート１５を回転させながらレーザ光の照射点をイメージングプレート１５の半径方向に送り、反射光強度を回転角度及び半径位置とともに検出することで回折Ｘ線の強度分布を取得する方式である。なお、本実施形態ではコンピュータ装置９０は回折環撮像装置１のものがそのまま使用されるようになっているが、別のコンピュータ装置９０であっても問題はない。
【００３４】
基台２６上には支持機構４５が固定されており、支持機構４５の側面には固定用ブロック４６が固定されている。そして、固定用ブロック４６の側面には２つの固定棒４７が固定されており、この２つの固定棒４７を、上述したモータ固定プレート１３の２つの貫通孔１３ｂにモータ固定プレート１３の角が固定用ブロック４６の側面に当たるまで挿入することで、回折環撮像装置本体５を回折環読取装置２に決められた位置でセットすることができる。２つの固定棒４７の位置は、回折環撮像装置本体５をセットしたとき、後述するレーザ検出装置３０から出射するレーザ光の集光位置が、イメージングプレート１５の表面に略合致する位置である。回折環撮像装置本体５におけるモータ固定プレート１３に対するホルダ７の向きがどのようになっていても、モータ固定プレート１３、モータ２７及びテーブル１６は決められた位置で支持機構４５にセットされる。よって、モータ２７の中心軸とＸ線出射器１０の中心軸とが成す角度を、回折環を撮像したときの角度にしたまま、回折環撮像装置本体５を支持機構４５にセットすることができる。
【００３５】
ステージ移動機構２０は、基台２６の上で移動する移動ステージ２１を備えている。移動ステージ２１は、移動ステージ２１の移動方向に向かって基台２６の両側で対向する板状のガイド（図７では省略）により挟まれており、固定ブロック２５に固定されたフィードモータ２２が回転し、スクリューロッド２３及び軸受部２４が回転すると、図７の横方向に移動する。この方向は回折環撮像装置本体５が固定棒４７にセットされた場合、イメージングプレート１５の半径方向である。フィードモータ２２内には、エンコーダ２２ａが組み込まれており、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。
【００３６】
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する。回折環読取装置２への電源投入直後において、フィードモータ制御回路７３は、移動ステージ２１をフィードモータ２２側へ移動させるようフィードモータ２２に駆動信号を出力し、位置検出回路７２は、移動ステージ２１が移動限界位置に達して、エンコーダ２２ａからパルス列信号が入力されなくなると、駆動信号停止を意味する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、これにより駆動信号の出力を停止する。この移動限界位置が移動ステージ２１の原点位置となり、位置検出回路７２は、以後、移動ステージ２１が移動するごとにエンコーダ２２ａからのパルス列信号をカウントし、移動方向によりカウント値を加算または減算して移動限界位置からの移動距離ｘを位置信号として出力する。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の移動位置を入力すると、位置検出回路７２から入力する位置信号が入力した移動位置に等しくなるまで、フィードモータ２２を正転又は逆転駆動する。また、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の移動方向と移動速度を入力すると、エンコーダ２２ａから入力したパルス列信号の単位時間当たりのパルス数が、入力した移動速度に相当する単位時間当たりのパルス数になるようにフィードモータ２２に駆動信号を出力する。
【００３７】
コントローラ９１には、移動ステージ２１が移動限界位置に達したときの、すなわち移動距離ｘが０のときにおける、後述するレーザ検出装置３０から照射されるレーザ光の照射位置のモータ２７の中心軸（貫通孔２８ａ−１８ａの中心軸であり、出射Ｘ線の光軸）からの距離ｒ０が記憶されている。そして、コントローラ９１は、距離ｒ０から入力した移動距離ｘを減算することで、レーザ光の照射半径位置ｒを取得することができる。
【００３８】
レーザ検出装置３０は移動ステージ２１上に固定され、回折環を撮像したイメージングプレート１５に集光したレーザ光を照射し、イメージングプレート１５が発光した光の強度を検出するものである。レーザ検出装置３０は、レーザ光源３１、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等を備えた光ヘッドであり、光ディスクの記録再生に用いられるものと同様の構成である。
【００３９】
レーザ駆動回路７７は、コントローラ９１から指令が入力すると、フォトディテクタ４２から入力する信号の強度が所定の強度になるようレーザ光源３１に駆動信号を出力し。レーザ光源３１からは一定強度のレーザ光が出射される。フォトディテクタ４２は後述するダイクロイックミラー３４で微量が反射し、集光レンズ４１を介して受光したレーザ光の強度に相当する強度の信号を出力するが、ダイクロイックミラー３４での反射の割合は一定であるので、出射したレーザ光の強度に相当する強度の信号を出力すると見なせる。コリメートレンズ３２はレーザ光を平行光にし、反射鏡３３はレーザ光を、ダイクロイックミラー３４に向けて反射し、ダイクロイックミラー３４は、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、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。対物レンズ３６には、フォーカスアクチュエータ３７が組み付けられており。後述するフォーカスサーボにより、イメージングプレート１５の厚さが設定値より変化していても、また、表面が完全な平坦でなくても、レーザ光の焦点は常にイメージングプレート１５の表面に合致する。
【００４０】
集光されたレーザ光が、イメージングプレート１５の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、回折環撮像時における回折Ｘ線の強度に応じた光が発生する。この輝尽発光により発生した光はレーザ光の波長よりも波長が短く、レーザ光の反射光と共に対物レンズ３６を通過するが、ダイクロイックミラー３４にて大部分が反射し、レーザ光の反射光は大部分が透過する。ダイクロイックミラー３４で反射した光は、集光レンズ３８、シリンドリカルレンズ３９を介してフォトディテクタ４０に入射する。フォトディテクタ４０は、４つの同一正方形状の受光素子からなる４分割受光素子からなり、４つの受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を増幅回路７８に出力する。なお、シリンドリカルレンズ３９は非点収差を生じさせるためにある。
【００４１】
増幅回路７８は、入力した４つの受光信号（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を増幅して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。フォーカスエラー信号生成回路７９は、非点収差法におけるフォーカスエラー信号を生成してフォーカスサーボ回路８１へ出力する。フォーカスサーボ回路８１は、コントローラ９１により指令が入力すると作動開始し、入力した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、入力した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、これにより、レーザ光の焦点は常にイメージングプレート１５の表面に合致する。
【００４２】
ＳＵＭ信号生成回路８０は、入力した４つの受光信号を合算してＳＵＭ信号を生成し、Ａ／Ｄ変換器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にて反射する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、撮像された回折環における回折Ｘ線の強度に相当する。Ａ／Ｄ変換器８３は、コントローラ９１から指令が入力すると、入力するＳＵＭ信号の瞬時値を設定された時間間隔でデジタルデータに変換してコントローラ９１に出力する。
【００４３】
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から駆動信号が入力すると、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から指令を入力すると、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出力する。
【００４４】
モータ制御回路７４からは、回折環撮像装置本体５のモータ２７に駆動電源を供給するためのケーブルが出ており、このケーブルの先端は、モータ２７から出ている駆動電源供給のためのケーブルの先端にあるコネクタに迎合するコネクタになっている。また、モータ制御回路７４と回転角度検出回路７５からは、モータ２７内のエンコーダ２７ｃが供給するパルス列信号を入力するためのケーブルが出ており、このケーブルの先端は、モータ２７から出ているパルス列信号供給のためのケーブルの先端にあるコネクタに迎合するコネクタになっている。よって、回折環撮像装置本体５を固定棒４７にセットした後、モータ２７から出ているケーブルと、モータ制御回路７４及び回転角度検出回路７５から出ているケーブルとをコネクタにより接続すれば、モータ制御回路７４からモータ２７に駆動電力を供給することができるとともに、モータ２７内のエンコーダ２７ｃが出力するパルス列信号を、モータ制御回路７４と回転角度検出回路７５に入力させることができる。
【００４５】
モータ２７から出ているケーブルをモータ制御回路７４及び回転角度検出回路７５から出ているケーブルに接続すれば、モータ２７内のエンコーダ２７ｃは、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、モータ制御回路７４と回転角度検出回路７５へ出力する。さらに、エンコーダ２７ｃは、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、回転角度検出回路７５に出力する。なお、回転角度検出回路７５にはモータ２７内のエンコーダ２７ｃのインデックス信号を直接コントローラ９１に出力する信号線があり、インデックス信号はコントローラ９１にも出力される。
【００４６】
モータ制御回路７４は、コントローラ９１から回転速度を入力すると、エンコーダ２７ｃ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、入力した回転速度に相当する単位時間当たりのパルス数になるように、駆動信号をモータ２７に出力する。回転角度検出回路７５は、エンコーダ２７ｃから入力するパルス列信号のパルス数をカウントし、そのカウント値から回転角度θｐを計算してコントローラ９１に出力する。また、回転角度検出回路７５は、エンコーダ２７ｃからインデックス信号を入力すると、カウント値をリセットして「０」にする。これが回転角度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、インデックス信号を入力した時点で後述するレーザ検出装置３０からレーザ光が照射されている位置である。この位置はイメージングプレート１５の各半径位置ごとにあるためラインである。
【００４７】
基台２６上には標準試料Ｓｔを図７の横方向と高さ方向に移動させる標準試料移動機構１５０が備えられている。標準試料移動機構１５０は、図７の紙面垂直方向の奥側にあり、標準試料Ｓｔが固定されたブロック１６０は図７の紙面垂直方向に長尺状のものであり、ブロック１６０の図７の横方向位置が適切な位置にあるとき、標準試料Ｓｔの中心が、セットされた回折環撮像装置本体５のモータ２７の中心軸と交差するようになっている。また、標準試料移動機構１５０によりブロック１６０を図７の右側にある駆動限界位置付近まで移動させれば、移動ステージ２１を移動させても、レーザ検出装置３０はブロック１６０に当たらないようになっている。
【００４８】
標準試料移動機構１５０は、基台２６の上で移動する移動ステージ１５４を備えている。移動ステージ１５４は、移動ステージ１５４の移動方向に向かって基台２６の両側で対向する板状のガイド（図７では省略）により挟まれており、固定ブロック１５６に固定されたＹ軸方向モータ１５５が回転し、スクリューロッド１５７及び軸受部１５８が回転すると、図７の横方向に移動する。この方向は移動ステージ２１の移動方向と同じである。Ｙ軸方向モータ１５５内には、エンコーダ１５５ａが組み込まれており、エンコーダ１５５ａはＹ軸方向モータ１５５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１６４及びＹ軸方向モータ制御回路１６５へ出力する。
【００４９】
位置検出回路１６４及びＹ軸方向モータ制御回路１６５は、コントローラ９１からの指令により作動する。回折環読取装置２への電源投入直後において、Ｙ軸方向モータ制御回路１６５は、移動ステージ１５４をＹ軸方向モータ１５５側へ移動させるようＹ軸方向モータ１５５に駆動信号を出力し、位置検出回路１６４は、移動ステージ１５４が移動限界位置に達して、エンコーダ１５５ａからパルス列信号が入力されなくなると、駆動信号停止を意味する信号をＹ軸方向モータ制御回路１６５に出力し、カウント値を「０」に設定する。Ｙ軸方向モータ制御回路１６５は、これにより駆動信号の出力を停止する。この移動限界位置が移動ステージ１５４の原点位置となり、位置検出回路１６４は、以後、移動ステージ１５４が移動するごとにエンコーダ１５５ａからのパルス列信号をカウントし、移動方向によりカウント値を加算または減算して移動限界位置からの移動距離を位置信号として出力する。Ｙ軸方向モータ制御回路１６５は、コントローラ９１から移動ステージ１５４の移動位置が入力されると、位置検出回路１６４から入力する位置信号が入力した移動位置に等しくなるまで、Ｙ軸方向モータ１５５を正転又は逆転駆動する。
【００５０】
標準試料移動機構１５０は、移動ステージ１５４上で図７の上下方向に移動する移動ステージ１５３の移動機構を備えている。移動ステージ１５３は、直方体状の枠体１５１に形成された直方体状の穴に迎合しており、枠体１５１の上側に固定されたＺ軸方向モータ１５２が回転し、スクリューロッド１５９及び軸受部（図７では省略）が回転すると、図７の上下方向に移動する。この方向はセットされた回折環撮像装置本体５のモータ２７の中心軸方向と同じである。Ｚ軸方向モータ１５２内には、エンコーダ１５２ａが組み込まれており、エンコーダ１５２ａはＺ軸方向モータ１５２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１６２及びＺ軸方向モータ制御回路１６３へ出力する。
【００５１】
位置検出回路１６２及びＺ軸方向モータ制御回路１６３は、コントローラ９１からの指令により作動する。回折環読取装置２への電源投入直後において、Ｚ軸方向モータ制御回路１６３は、移動ステージ１５３をＺ軸方向モータ１５２側へ移動させるようＺ軸方向モータ１５２に駆動信号を出力し、位置検出回路１６２は、移動ステージ１５３が移動限界位置に達して、エンコーダ１５２ａからパルス列信号が入力されなくなると、駆動信号停止を意味する信号をＺ軸方向モータ制御回路１６３に出力し、カウント値を「０」に設定する。Ｚ軸方向モータ制御回路１６３は、これにより駆動信号の出力を停止する。この移動限界位置が移動ステージ１５３の原点位置となり、位置検出回路１６２は、以後、移動ステージ１５３が移動するごとにエンコーダ１５２ａからのパルス列信号をカウントし、移動方向によりカウント値を加算または減算して移動限界位置からの移動距離を位置信号として出力する。Ｚ軸方向モータ制御回路１６３は、コントローラ９１から移動ステージ１５３の移動位置を入力すると、位置検出回路１６２から入力する位置信号が入力した移動位置に等しくなるまで、Ｚ軸方向モータ１５２を正転又は逆転駆動する。
【００５２】
移動ステージ１５３には、図７の紙面垂直方向に長尺状の直方体であるブロック１６０が固定されており、ブロック１６０の先端付近には標準試料Ｓｔが固定されている。標準試料Ｓｔは測定対象物と同じ材質の金属粉末であり、無応力の試料とするものである。本実施形態では測定対象物ＯＢが鉄管であるので標準試料Ｓｔは鉄の粉末である。ブロック１６０の先端にはブロック１６０に対して着脱可能なブロックがあり、このブロックには穴が開けられていて標準試料Ｓｔである金属粉末がこの穴内に入れられて透明なシートでシールされている。標準試料Ｓｔは測定対象物ＯＢの材質により変更する必要があるため、着脱可能なブロックは金属粉末を異ならせたものが複数用意されており、測定対象物ＯＢの材質に合う金属粉末が入れられた着脱可能なブロックをブロック１６０の先端に装着するようにする。
【００５３】
上述した標準試料移動機構１５０により、移動ステージ１５４及び移動ステージ１５３を移動させると、ブロック１６０の先端付近にある標準試料Ｓｔは図７の横方向と上下方向に移動する。そして、コントローラ９１には標準試料Ｓｔの中心をモータ２７の中心軸（出射Ｘ線の光軸）が通るときのステージ１５４の移動位置が記憶されており、コントローラ９１からこの移動位置がＹ軸方向モータ制御回路１６５に出力されると、上述したＹ軸方向モータ制御回路１６５の作動により、標準試料Ｓｔの中心をモータ２７の中心軸（出射Ｘ線の光軸）が通るようになる。また、コントローラ９１には、標準試料Ｓｔの中心をモータ２７の中心軸が通り、移動ステージ１５３が駆動限界位置にあるときの、照射点−ＩＰ間距離Ｄ０が記憶されている。そして、照射点−ＩＰ間距離をある値Ｄ１に設定することが定まると、（Ｄ１−Ｄ０）で計算される移動位置を、Ｚ軸方向モータ制御回路１６３に出力する。これにより、上述したＺ軸方向モータ制御回路１６３の作動により、標準試料Ｓｔに出射Ｘ線が照射されたときの照射点−ＩＰ間距離はＤ１に定まる。
【００５４】
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プログラムを実行して各回路に指令を出力し、回折環を読み取るための作動、標準試料Ｓｔを設定した位置にするための作動、回折環を撮像するための作動、及び残留応力を算出するための演算処理等を行う。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、作動指令などが入力されるために使用される。また、表示装置９３は、コントローラ９１に接続されて、作業者に対して各種の設定状況、作動状況、測定結果などを視覚的に知らせるために使用される。作業者は、回折環撮像装置本体５を固定棒４７にセットし、モータ２７から出ているケーブルを回折環読取装置２から出ているケーブルとコネクタにより接続し、コンピュータ装置９０が回折環撮像のときのコンピュータ装置９０と別のものであるときは、高電圧電源６へ指令を出力するためのケーブルを接続する。その後、入力装置９２から指令を入力すると、コントローラ９１は図８に示すフローのプログラムをスタートさせ、上述した作動及び処理を行う。この作動及び処理のためコントローラ９１の記憶装置には、上述した標準試料Ｓｔに出射Ｘ線が照射されるためのステージ１５４の移動位置、照射点−ＩＰ間距離Ｄ０及び残留応力の計算に必要な諸定数等、必要な数値が予め記憶されている。このコントローラ９１の作動及び処理は、後述する回折環撮像装置１及び回折環読取装置２を用いたＸ線回折測定方法にて詳細に説明する。
【００５５】
次に、回折環撮像装置本体５を測定対象物ＯＢである鉄管内部の中心軸部分に位置させるための治具３について説明する。回折環撮像装置本体５から出ているものは、高電圧電源６に接続されるケーブル９のみであり、ケーブル９を持って測定対象物ＯＢの内部に回折環撮像装置本体５を入れると、回折環撮像装置本体５の位置が安定せず、また、安全上好ましくない。よって、回折環撮像装置本体５を図９に示される治具３に取り付け、測定対象物ＯＢの内部に入れるようにする。
【００５６】
図９に示されるように、治具３には回折環撮像装置本体５を取り付けるための取付リング６８，６９がある。取付リング６８，６９は薄いステンレス等の金属でできた輪状のものであり、力をかけると容易に輪を押し広げることができ、復元力があるため力がかからなくなると、元に戻るものである。よって、回折環撮像装置本体５のホルダ７を取付リング６８，６９に押し付けると、輪が広がって輪内にホルダ７が入り、その後、輪が元に戻ろうとしてホルダ７を締めつける。これにより、回折環撮像装置本体５は治具３に固定される。そして、取付リング６８，６９は後述する伸縮パイプ５１の中心軸方向と方向は同一で該中心軸方向の垂直方向に位置を異ならせた長尺棒６７に固定されており、回折環撮像装置本体５のホルダ７を固定したとき、ホルダ７の中心軸は後述する伸縮パイプ５１の中心軸と略一致するようになっている。よって、後述する伸縮パイプ５１の中心軸を治具３の中心軸とみなすことができる。
【００５７】
治具３には取っ手７０が備えられており、作業者はこの取っ手７０を持って治具３に取り付けた回折環撮像装置本体５を測定対象物ＯＢの内部に入れることができる。取っ手７０の中心部分には取っ手７０の長尺方向の略垂直方向に伸縮パイプ５１が取り付けられている。伸縮パイプ５１は伸縮するポインターペンのように、径の大きなパイプに径の小さなパイプを入出させることで全体の長さを変化させることができる。よって、測定対象物ＯＢの内部の測定箇所にＸ線が照射される適切な長さに伸縮パイプ５１の長さを調整し、回折環撮像装置本体５を取り付けた治具３を測定対象物ＯＢの中に挿入することができる。また、測定対象物ＯＢの内部の中心軸が鉛直方向にある場合は、治具３を挿入する測定対象物ＯＢの入口に取っ手７０がかかって止まったとき、測定箇所にＸ線が照射される適切な長さに伸縮パイプ５１の長さを調整すればよい。
【００５８】
また、治具３には伸縮パイプ５１の先端部分に、治具３の中心軸（伸縮パイプ５１の中心軸）の垂直方向に９０度の間隔で４つの押し当て部５０が設けられている。４つの押し当て部５０はそれぞれの伸縮棒５３が伸びて先端のローラー５８が測定対象物ＯＢの内部の壁を、治具３の中心軸の垂直方向に９０度の間隔で押すことで、治具３を測定対象物ＯＢの内部で固定させることができる。このとき、後述するように押す力は４方向とも同じ力になろうとして伸縮棒５３の伸長する長さは等しくなるので、測定対象物ＯＢが管状物体である場合、測定対象物ＯＢ内部の中心軸と治具３の中心軸、すなわち、回折環撮像装置本体５のホルダ７の中心軸とを略一致させて、治具３を測定対象物ＯＢの内部で固定させることができる。
【００５９】
押し当て部５０の構造を示したものが、図１０の部分断面図である。伸縮パイプ５１の先端は立方体状の固定用ブロック６６に固定されており、この固定用ブロック６６の４つの側面に長尺の直方体状の収納部５２が取り付けられている。収納部５２は内部が長尺の直方体状の空洞になっており、伸縮棒５３が中に収まっている。収納部５２の先端には伸縮棒５３の径よりやや大きい径の孔５２ａがあり、伸縮棒５３はこの孔５２ａから治具３の中心軸の垂直方向に出ている。伸縮棒５３の先端には、前方に開口があり内部が空洞になっている直方体状のカバー５７が取り付けられており、カバー５７の空洞にはローラー５８が入っていて前方の開口から外に出ている。ローラー５８はカバー５７の側面に取り付けられている回転軸５９周りに回転可能になっている。
【００６０】
伸縮棒５３は円筒状の形状であり、先端部を除いて内部にも円筒状の空洞５３ａがあり、この空洞５３ａの中に先端が固定用ブロック６６に固定されたガイド棒５４が入っている。伸縮棒５３は内部にガイド棒５４を入れた状態で移動可能であり、ガイド棒５４の中心軸は収納部５２の中心軸であるので、伸縮棒５３は収納部５２の中心軸方向に移動可能になっている。伸縮棒５３の固定用ブロック６６側の先端は空洞５３ａと同じ径の孔が開けられた正方形状板５５が固定されており、正方形状板５５と固定用ブロック６６との間にはバネ５６がある。バネ５６は完全に伸びた状態では、収納部５２の中心軸方向の長さよりも長くなるものであり、バネ５６が伸びたときローラー５８が物体に当たらなければ、伸縮棒５３は正方形状板５５が孔５２ａがある箇所の収納部５２の内壁に当たるまで伸びる。しかし、ローラー５８の先に物体があれば、バネ５６の力により伸縮棒５３は該物体を押すことになる。
【００６１】
治具３を測定対象物ＯＢの内部に挿入する前までは、図１０に示すようにストッパ６４が正方形状板５５を押さえているため、バネ５６は縮まった状態にあり、伸縮棒５３はいずれも収納部５２から外側にあまり出ていない。ストッパ６４の正方形状板５５と接触している箇所は、上方向に移動させるには作業者が力を加える必要があるため、バネ５６が伸びようとするのを止めている。作業者が力を加えてストッパ６４の正方形状板５５と接触している箇所を図１０の上方向に移動させたとき、バネ５６が伸びて伸縮棒５３が伸びる。図１０に示すように、ストッパ６４の正方形状板５５と接触している箇所の反対側の先端は伸縮パイプ５１に通され固定用ブロック６６近傍にある移動リング６２の上面に固定されており、移動リング６２の下面と固定用ブロック６６及び固定用ブロック６６の近傍の収納部５２の上面との間には、バネ６５がある。バネ６５は縮まった状態であるため伸びようとする力を移動リング６２に及ぼしているが、移動リング６２の上にある円柱状ボタン６０が、伸縮パイプ５１に固定された固定リング６１によりそれより上に移動しなくされているため、バネ６５は常に移動リング６２を上側に押している。円柱状ボタン６０は円柱状で伸縮パイプ５１を通すための貫通孔が中心軸周りに開けられたものである。ストッパ６４の中間部分は収納部５２の上面に固定された円柱状の突起６３に嵌め込まれており、ストッパ６４は図１０の紙面垂直方向周りに微小角度だけ回転可能になっている。しかし、バネ６５は常に移動リング６２を上側に押しているため、移動リング６２の上面に取り付けられたストッパ６４の端もバネ６５により常に上側に押されている。よって、ストッパ６４を図１０の紙面垂直方向右回りに回転させる、すなわちストッパ６４の正方形状板５５と接触している箇所を上方向に移動させるには力を加える必要がある。
【００６２】
円柱状ボタン６０をバネ６５が押す力より大きな力で下方向に移動させると、移動リング６２も下方向に移動し、ストッパ６４は突起６３を回転軸にして図１０の紙面垂直方向右回りに回転し、ストッパ６４の正方形状板５５と接触している箇所が上方向に移動して、バネ５６が伸びて伸縮棒５３が伸びる。すなわち、作業者が円柱状ボタン６０を一瞬だけ下方向に移動させれば伸縮棒５３が伸びる。そして、円柱状ボタン６０が元の位置に戻り、ストッパ６４が元の状態に戻っても、伸縮棒５３は伸びたままである。４つの収納部５２にあるバネ５６はいずれも同じ仕様であり、長さと押す力の関係はすべて同じである。そして、治具３を測定対象物ＯＢの内部に挿入した後、円柱状ボタン６０を下方向に移動させ４つの伸縮棒５３を伸ばすと、４つのローラー５８が測定対象物ＯＢの内壁に当たり、測定対象物ＯＢの内壁を４方向に押す。このとき、対称となる伸縮棒５３の押す力が異なると、力の弱い方の伸縮棒５３は押されて縮むため、対称となる伸縮棒５３の押す力は等しくなる。すなわち、治具３の中心軸に対して対称位置にあるバネ５６は長さが等しくなり、対称となる伸縮棒５３の長さは等しくなる。また、治具３の中心軸が測定対象物ＯＢ内部の中心軸に対して傾いた状態で伸縮棒５３を伸長させると、治具３の中心軸に対して対称位置にあるローラー５８が、測定対象物ＯＢの壁に当たる箇所は伸縮棒５３の中心軸からずれ、ずれる方向は逆になる。よって、測定対象物ＯＢから伸縮棒５３にかかる力は１つのライン上にないため、治具３の中心軸に対して対称位置にある押し当て部５０は、回転して測定対象物ＯＢから伸縮棒５３にかかる力が伸縮棒５３の中心軸上になるとする。このため、治具３を測定対象物ＯＢの中心軸方向に移動させると、治具３の中心軸と測定対象物ＯＢの中心軸は一致するようになる。よって、上述したように、測定対象物ＯＢが管状物体である場合、測定対象物ＯＢの内部の中心軸と治具３の中心軸とを略一致させて、治具３を測定対象物ＯＢの内部で固定させることができる。
【００６３】
円柱状ボタン６０を一瞬だけ下方向に移動させて４つの伸縮棒５３を伸ばし、４つのローラー５８が測定対象物ＯＢの内壁を押しても、伸縮パイプ５１の中心軸方向に力を加えれば４つのローラー５８は回転し、治具３の中心軸を測定対象物ＯＢの内部の中心軸と合わせたまま、治具３を該中心軸方向に移動させることができる。よって、作業者は、Ｘ線を測定箇所に照射できるよう伸縮パイプ５１を適切な長さにし、押し当て部５０が測定対象物ＯＢの内部に入るまで治具３を測定対象物ＯＢの内部に挿入し、円柱状ボタン６０を下方向に移動させて４つのローラー５８を測定対象物ＯＢの内壁に押し当て、取っ手７０を持って治具３を適切な位置まで移動させればよい。
【００６４】
治具３を測定対象物ＯＢの内部から外に出すと、伸縮棒５３は押すものがなくなるため最大限まで伸びる。この伸縮棒５３を縮んだ状態に戻すときは、カバー５７を持ってバネ５６の伸びようとする力より大きな力で伸縮棒５３を収納部５２の中に押し込めばよい。押していくと正方形状板５５はストッパ６４に当たるが、図１０に示すようにストッパ６４の正方形状板５５と接触している箇所は、図１０の左側が円柱の側面の形状になっているため、力を入れるとバネ６５が移動リング６２を押す力に勝り、ストッパ６４は図１０の紙面垂直方向右周りに微小回転し、ストッパ６４の正方形状板５５と接触している箇所は上方向に移動する。これにより、正方形状板５５はストッパ６４を通り抜け、その後直ぐにストッパ６４はバネ６５の力により図１０の紙面垂直方向左周りに微小回転するため、図１０に示すようにストッパ６４が正方形状板５５にかかり、伸縮棒５３は縮んだ状態のままになる。他の伸縮棒５３を同様に収納部５２に押し込むと、その収納部５２にあるストッパ６４が図１０の紙面垂直方向右周りに微小回転するが、バネ６５が縮むのは全体ではないので、既に縮んだ状態にある別の伸縮棒５３はストッパ６４が正方形状板５５にかかったままであり、伸びることはない。４つの伸縮棒５３をすべて収納部５２の中に押し込むと治具３は元の状態に戻るため、次の測定対象物ＯＢの内部への挿入が可能になる。
【００６５】
なお、治具３は、収納部５２の治具３の中心軸の垂直方向における長さを異ならせ、伸縮棒５３の長さを異ならせたものが複数用意されている。よって、複数の治具３の中から、測定対象物ＯＢの内部に挿入でき、伸縮棒５３を伸長させたとき、先端のローラー５８を測定対象物ＯＢの内部の壁に押し当てることができる治具３を選択して使用する。
【００６６】
次に、上記のように構成した回折環撮像装置１、回折環読取装置２及び治具３を用いて、測定対象物ＯＢである鉄管の内部のＸ線回折測定を行う具体的方法について説明する。このＸ線回折測定は、配置工程、回折環撮像工程、回折環読取り工程及び計算工程からなる。まず、配置工程において、作業者は治具３の取付リング６８，６９に回折環撮像装置本体５を取りつけ、測定対象物ＯＢの内部の測定箇所により回折環撮像装置本体５のモータ２７の中心軸のＸ線出射器１０の中心軸（ホルダ７の中心軸）に対する角度を適切な角度にする。測定箇所が測定対象物ＯＢの内部の側面であるときは、図１に示すようにモータ２７の中心軸を大きめの適切な角度にし、測定箇所が測定対象物ＯＢの内部の底面であるときは、モータ２７の中心軸を小さめの適切な角度にする。
【００６７】
次に、押し当て部５０が測定対象物ＯＢの内部へ入ったとき、円柱状ボタン６０を下方向に移動させて、伸縮棒５３を測定対象物ＯＢの内部の側面に押し当てる。このとき、測定対象物ＯＢの内部の中心軸とホルダ７の中心軸（治具３の中心軸）は略一致する。次に、治具３の取っ手７０を持って治具３を測定対象物ＯＢの内部の中心軸方向に押し、治具３を測定対象物ＯＢの内部へ入れていき、回折環撮像装置本体５の位置がＸ線出射時にＸ線が測定箇所に照射される位置になったとき、治具３の挿入をやめる。このとき、治具３の取っ手７０は測定対象物ＯＢへの挿入部分の入口近傍にあるので、挿入方向が鉛直方向であれば取っ手７０を該入口の周囲の面にかけるようにする。又は該入口の周囲の面に適切な厚さのスペーサを入れ、取っ手７０を該スペーサにかけるようにする。また、挿入方向が水平方向であれば、取っ手７０の近傍の伸縮パイプ５１と該入口近傍における測定対象物ＯＢの内部の側面との間に適切な厚さのガイド用物体を入れ、伸縮パイプ５１を該ガイド用物体にかけるようにする。
【００６８】
次に回折環撮像工程において、コンピュータ装置９０の入力装置９２からＸ線出射の指令を入力する。これにより、コントローラ９１は、高電圧電源６に指令を出力し、高電圧電源６はＸ線出射器１０にＸ線を出射するための電力を供給し、Ｘ線出射器１０から放射状のＸ線が出射される。出射されたＸ線は貫通孔２８ａ−１８ａを通過することで略平行なＸ線となり、測定箇所に照射される。そして、測定箇所で発生した回折Ｘ線によりイメージングプレート１５には、回折環が撮像されていく。コントローラ９１は、高電圧電源６に指令を出力したタイミングで時間計測を開始し、予め設定された時間が経過すると、高電圧電源６に停止指令を出力する。これにより、高電圧電源６からＸ線出射器１０への電力供給は停止し、イメージングプレート１５には、設定された時間だけＸ線が照射されたときの回折環が撮像される。
【００６９】
次に回折環読取り工程において、作業者は治具３を測定対象物ＯＢの内部から取り出し、モータ２７の中心軸のＸ線出射器１０の中心軸（ホルダ７の中心軸）に対する角度が変化しないように、回折環撮像装置本体５を治具３から取り外す。そして、モータ２７の中心軸の角度が変化しないように、回折環撮像装置本体５のモータ固定プレート１３の貫通孔１３ｂに回折環読取装置２の固定棒４７を挿入させて、回折環撮像装置本体５を回折環読取装置２のにセットする。このとき、移動ステージ２１は、図７に示すように駆動限界位置付近まで移動されており、また、移動ステージ１５４は図７の右側の駆動限界位置まで移動されており、レーザ検出装置３０やブロック１６０が邪魔にならずに回折環撮像装置本体５をセットすることができる。次に、作業者はモータ２７から出ているケーブルを回折環読取装置２から出ているケーブルとコネクタにより接続し、コンピュータ装置９０を回折環撮像装置１のコンピュータ装置９０と別のものにしているときは、コントローラ９１から高電圧電源６に指令を出力するためのケーブルを接続する。そして、入力装置９２からテーブル１６（イメージングプレート１５）の半径値及び測定対象物ＯＢの材質（本実施形態では鉄）を入力したうえで、読取り開始の指令を入力する。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ステップＳ１にてスタートさせる。以下、図８に示すフローに沿って説明する。
【００７０】
まず、コントローラ９１はステップＳ２にて、イメージングプレート１５に撮像されている回折環を読み取る操作を行う。具体的には、最初に、フィードモータ制御回路７３に指令を出力して、移動ステージ２１を図７の右側の予め設定された位置まで移動させ、図７において出射Ｘ線の光軸（イメージングプレート１５の中心）よりやや左側の位置付近に、レーザ検出装置３０からのレーザ光が照射されるようにする。
【００７１】
次に、コントローラ９１は、モータ制御回路７４に指令を出力してモータ２７を所定の回転速度で回転させ、レーザ駆動回路７７に指令を出力してレーザ検出装置３０からレーザ光をイメージングプレート１５に照射させ、フォーカスサーボ回路８１に指令を出力してフォーカスサーボを開始させる。そして、回転角度検出回路７５に指令を出力して、モータ２７（イメージングプレート１５）の回転角度θｐの出力を開始させ、Ａ／Ｄ変換器８３に指令を出力して、ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉのデータ出力を開始させ、フィードモータ制御回路７３に移動速度と移動指令を出力してフィードモータ２２を回転させ、イメージングプレート１５に照射されているレーザ光を図７の左方向へ一定速度で移動させることを開始する。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。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、Ａ／Ｄ変換器８３が出力するＳＵＭ信号の瞬時値Ｉのデータと、回転角度検出回路７５が出力する回転角度θｐのデータと、位置検出回路７２が出力する移動距離ｘのデータとを入力し、それぞれのデータを対応させて記憶する。なお、移動距離ｘは上述したようにレーザ光照射位置の半径値ｒに変換したうえで記憶する。これにより、螺旋状に回転するレーザ光の照射位置ごとに、ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータが順次記憶されていく。
【００７２】
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時点で、データの記憶を終了する。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が瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒのデータ群で、及び回折環の形状が回転角度αごとの半径値ｒαで検出されたことになる。その後、コントローラ９１は、各回路に指令を出力し、フォーカスサーボを停止させ、レーザ光の照射を停止させ、Ａ／Ｄ変換器８３と回転角度検出回路７５の作動を停止させ、フィードモータ２２の作動を停止させる。なおイメージングプレート１５の回転は、継続されている。
【００７３】
次にコントローラ９１は、ステップＳ３にて、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操作を行う。具体的には、最初に移動ステージ２１を図７の右側の予め設定された位置まで移動させ、図７において出射Ｘ線の光軸（イメージングプレート１５の中心）よりやや左側の位置付近にＬＥＤ光源４３からのＬＥＤ光が照射されるようにする。次に、コントローラ９１は、ＬＥＤ駆動回路８４に指令を出力してＬＥＤ光源４３からのＬＥＤ光をイメージングプレート１５に照射させ、フィードモータ制御回路７３にに移動速度と移動指令を出力してフィードモータ２２を回転させ、イメージングプレート１５に照射されたＬＥＤ光を図７の左方向へ一定速度で移動させることを開始する。これにより、ＬＥＤ光がイメージングプレート１５上に螺旋状に照射され、撮像された回折環が消去されていく。
【００７４】
コントローラ９１にはイメージングプレート１５の半径が入力されて記憶されているので、コントローラ９１は、位置検出回路７２から入力した移動距離ｘを所定の値ｒ０から減算することで得られるＬＥＤ光の照射半径値が、イメージングプレート１５の半径になったとき、ＬＥＤ駆動回路８４に指令を出力してＬＥＤ光の照射を停止させる。さらに、コントローラ９１は、フィードモータ制御回路７３に指令を出力してイメージングプレート１５の移動を停止させ、位置検出回路７２に指令を出力して作動を停止させ、モータ制御回路７４に指令を出力してモータ２７（イメージングプレート１５）の回転を停止させる。そして、モータ２７の回転が停止すると、モータ制御回路７４に超低速の回転速度と回転開始の指令を出力し、モータ２７を超低速で回転させ、エンコーダ２７ｃからのインデックス信号が入力した時点で回転停止の指令をモータ制御回路７４に出力する。これは、この後で行う回折環撮像において、イメージングプレート１５の回転状態を一定にするためである。超低速の回転とは、モータ２７への駆動信号が停止した時点でモータ２７（テーブル１６）の回転が停止し、それ以上回転しない回転である。
【００７５】
次にコントローラ９１は、ステップＳ４にて、照射点−ＩＰ間距離を計算する。これは、ステップＳ２にて得られた回転角度αごとの半径値ｒαを平均して半径値ｒａｖｅを求め、予め記憶されている測定対象物ＯＢの回折角２Θｗを用いて、Ｌｍ＝−ｒａｖｅ／ｔａｎ（２Θｗ）の式から、距離Ｌｍを計算すればよい。なお、回折角２Θｗは測定対象物ＯＢが無応力である場合の値であるので、上記式は測定対象物ＯＢが無応力である場合に成り立つ式である。実際は、測定対象物ＯＢは無応力ではないため、上記式から計算される照射点−ＩＰ間距離は、実際の値よりややずれる。ただし、このずれは、後述する残留応力の計算値には殆ど影響せず、Ｘ線回折測定の精度には殆ど影響しない。
【００７６】
次にコントローラ９１は、ステップＳ５にて、標準試料Ｓｔに照射点−ＩＰ間距離が距離Ｌｍで回折環撮像装置本体５からのＸ線が照射されるよう、標準試料Ｓｔの横方向位置と高さを調整する。具体的には、Ｙ軸方向モータ制御回路１６５に、予め記憶されている標準試料Ｓｔの中心をモータ２７の中心軸（出射Ｘ線の光軸）が通るときのステージ１５４の移動位置を出力し、（Ｌｍ−Ｄ０）で計算される移動位置をＺ軸方向モータ制御回路１６３に出力する。これにより、Ｙ軸方向モータ１５５とＺ軸方向モータ１５２が駆動して移動ステージ１５３，１５４が移動し、標準試料Ｓｔは照射点−ＩＰ間距離が距離Ｌｍで回折環撮像装置本体５からのＸ線が照射される位置になる。
【００７７】
次にコントローラ９１は、ステップＳ６にて、高電圧電源６にＸ線出射の指令を出力し、出力とともに時間計測を開始して予め記憶されている時間が経過すると高電圧電源６にＸ線停止の指令を出力する。これによりイメージングプレート１５には標準試料Ｓｔによる回折環が撮像される。この回折環撮像は、Ｘ線が照射される箇所が異なるのみで、測定対象物ＯＢによる回折環を撮像したときと同じ条件である。すなわち、モータ２７の中心軸のＸ線出射器の中心軸に対する角度、照射点−ＩＰ間距離、イメージングプレート１５の回転状態、Ｘ線の強度及びＸ線の照射時間は、測定対象物ＯＢによる回折環を撮像したときと同じである。よって、測定対象物ＯＢの測定箇所の近傍に回折環撮像装置本体５を配置したときと同じ状態にし、Ｘ線が照射される箇所を測定対象物ＯＢから標準試料Ｓｔに替えて、同じ条件で回折環を撮像したと見なすことができる。
【００７８】
次にコントローラ９１は、ステップＳ７にて、イメージングプレート１５に撮像された回折環を読み取る。具体的には、Ｙ軸方向モータ制御回路１６５に指令を出力して、移動ステージ１５４を図７の右側の移動限界位置付近まで移動させた後、ステップ２の操作と同一の操作を行う。これにより、標準試料Ｓｔによる回折環の形状が回転角度αごとの半径値ｒαで得られる。
【００７９】
次にコントローラ９１は、ステップＳ８にて、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。これは、ステップＳ３の操作と同一の操作である。なお、ステップＳ８においても最後に、モータ２７を超低速で回転させ、エンコーダ２７ｃからのインデックス信号が入力した時点で回転を停止する。これにより、回折環撮像装置１により測定対象物ＯＢによる回折環を撮像するときは、常にイメージングプレート１５の回転状態は一定になる。
【００８０】
次にコントローラ９１は、ステップＳ９にて、ステップＳ２、ステップＳ４及びステップＳ７にて得られた測定対象物ＯＢと標準試料Ｓｔによる回折環のデータ及び照射点−ＩＰ間距離を用いて測定対象物ＯＢの残留応力を計算する。この計算は以下の（１）〜（７）の手順で行われる。
【００８１】
（１）標準試料Ｓｔによる回折環の中心座標計算
上述したように、モータ２７の中心軸がＸ線出射器１０の中心軸とある角度を成していると、Ｘ線出射点及び回折Ｘ線の受光点におけるＸ線の強度分布が偏った強度分布になり、回折環の中心位置はＸ線出射点からずれる。よって、残留応力を精度よく求めるためには、無応力における回折環の中心位置を求め、この位置をＸ線出射点（すなわち原点）にして計算を行う必要がある。標準試料Ｓｔによる回折環の中心座標を計算するには、標準試料Ｓｔによる回折環の形状データである（α，ｒα）の円座標を（ｘ，ｙ）の直交座標に変換し、ｘ，ｙ座標ごとに全データを加算してデータ数で除算することにより重心座標（ａ，ｂ）を求めればよい。これは、回転角度αが等間隔であるため、（ｘ，ｙ）の座標群は回折環の円周方向に等間隔で存在するからである。なお、さらに精度よく中心座標（ａ，ｂ）を求めたいときは、（ｘ−ａ）２＋（ｙ−ｂ）２−ｒａｖｅ２＝０の円の式に（ｘ，ｙ）の座標データを代入し、（ｘ−ａ）２＋（ｙ−ｂ）２−ｒａｖｅ２の２乗の合計値が最小になる（ａ，ｂ）を収束計算により求めればよい。
【００８２】
（２）測定対象物ＯＢによる回折環のデータ補正
測定対象物ＯＢによる回折環の形状として（α，ｒα）の円座標で得られているデータを、原点を中心座標（ａ，ｂ）にしたデータに補正する。具体的には、（α，ｒα）の円座標を（ｘ，ｙ）の直交座標に変換し、（ｘ−ａ，ｙ−ｂ）の補正を行い、この直交座標を円座標に変換する。
【００８３】
（３）標準試料Ｓｔによる回折環のデータ補正
標準試料Ｓｔによる回折環の形状として（α，ｒα）の円座標で得られているデータを、（２）と同様の計算を行い、原点を中心座標（ａ，ｂ）にしたデータに補正する。理論的には無応力である標準試料Ｓｔによる回折環は真円になるので、補正した（α，ｒα）の円座標のｒαはすべて同じ値になる。しかし、テーブル１６に固定されたイメージングプレート１５が完全な平面でない、又はテーブル１６に対してイメージングプレート１５が傾いている、又はモータ２７の中心軸に対するテーブル１６の平面が垂直からずれている等の原因により、補正した座標のｒαはある程度のばらつきを有する。よって、このばらつきの影響を除去するため、後述する（７）の残留応力の計算において、標準試料Ｓｔによる回折環の補正データである（α，ｒα）を用いる。
【００８４】
（４）測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角計算
残留応力を計算するには、回折環の形状データである（α，ｒα）の座標群の他に、回折角等の所定係数、照射点−ＩＰ間距離Ｌｍ、測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角ψ、及びＸ線の光軸とＸ線の照射点における法線とを含む平面がイメージングプレート１５と交差するラインの回折環における回転角度（以下、基準回転角度という）が必要である。この内、Ｘ線の入射角ψと基準回転角度はまだ得られていないので、これらの計算を行う。先行技術文献である特許文献１では、Ｘ線と光軸が同一の可視の平行光を測定対象物ＯＢに照射し、測定対象物ＯＢの照射点付近をカメラ撮影して照射点及び受光点の撮影画像上の位置を設定位置にすることで、距離Ｌｍ、入射角ψを設定値にし、基準回転角度を０度にすることができた。または、照射点及び受光点の撮影画像上の位置から、距離Ｌｍ、入射角ψを検出し、基準回転角度を０度にすることができた。しかし、本実施形態では回折環撮像装置本体５はＸ線と光軸が同一の可視の平行光を照射する機能及びカメラ撮影機能は有していない。照射点−ＩＰ間距離ＬｍはステップＳ４にて、僅かなずれは残留応力の計算値には殆ど影響しないとして、測定対象物ＯＢの回折角２Θｗと回折環の平均半径値ｒａｖｅを用いて求めたが、Ｘ線の入射角ψ及び基準回転角度は別の方法で取得する。
【００８５】
Ｘ線の入射角ψは、測定対象物ＯＢによる回折環のデータである瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを用い、特許第５９６７４９１号に示された方法を用いて計算する。この計算は、回転角度θｐに対するピークの瞬時値Ｉαの変化量とＸ線の入射角ψとには１：１の関係があるため、予めこの関係を記憶しておき、回折環読取りにより得られたデータから回転角度θｐに対するピークの瞬時値Ｉαの変化量を計算し、得られた変化量を記憶された関係に当てはめてＸ線の入射角ψを求めるものである。また、回転角度θｐに対するピークの瞬時値Ｉαの変化量の代わりに、回転角度θｐに対する半径方向の瞬時値Ｉの分布に基づく幅（例えば半価幅）の変化量を用いて同様の計算を行ってもよい。これらの変化量とＸ線の入射角ψとに１：１の関係があることの理論的説明及びＸ線の入射角ψの具体的計算方法は、特許第５９６７４９１号に詳細に説明されているのでそちらを参照する。
【００８６】
（５）基準回転角度計算
基準回転角度は、Ｘ線の入射角ψと同様、回折環読取りにより得られたデータである瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを用い、特許第５９６７４９１号に示された方法を用いて計算する。この計算は、回転角度θｐに対するピークの瞬時値Ｉαの変化曲線において、ピーク点が基準回転角度の位置、ボトム点が基準回転角度から１８０°の位置に生じるため、該変化曲線を作成し、ピーク点及びボトム点の回転角度を検出して、基準回転角度を計算するものである。この場合も、回転角度θｐに対するピークの瞬時値Ｉαの変化曲線の代わりに、回転角度θｐに対する半径方向の瞬時値Ｉの分布に基づく幅（例えば半価幅）の変化曲線を用いて同様の計算を行ってもよい。ピーク点及びボトム点が上述した回転角度に生じることの理論的説明及び基準回転角度の具体的計算方法は、特許第５９６７４９１号に詳細に説明されているのでそちらを参照する。
【００８７】
（６）回折環の回転角度α補正
ｃｏｓα法を用いて回折環の形状から残留応力を計算する方法は公知技術であるが、基準回転角度を０にして計算を行うものである。よって、（２）および（３）で得られた測定対象物ＯＢ及び標準試料Ｓｔによる回折環の形状である（α，ｒα）の座標群のそれぞれのαから、（５）で計算した基準回転角度Θｓを減算し、（α，ｒα）の座標群を基準回転角度が０のデータにする。
【００８８】
（７）残留応力計算
（６）で得られた測定対象物ＯＢの回折環の形状である（α，ｒα）の座標群、回折角等の所定係数、照射点−ＩＰ間距離Ｌｍ、Ｘ線の入射角ψを用いて、ｃｏｓα法による演算により残留応力を計算する。この演算方法は公知技術であり、例えば特開２００５−２４１３０８号公報の〔００２６〕〜〔００４４〕に詳細に説明されている。ただし、公知技術の説明は無応力の標準試料Ｓｔによる回折環が真円であることを前提にしている。しかし、上述したように実際は、テーブル１６に固定されたイメージングプレート１５が完全な平面でない、又はテーブル１６に対しイメージングプレート１５が傾いている、又はモータ２７の中心軸に対するテーブル１６の平面が垂直からずれている等の原因により、標準試料Ｓｔによる回折環の回転角度ごとの半径ｒαはばらつきを有する。よって、（６）の補正で得られた測定対象物ＯＢによる回折環の（α，ｒα）座標群と、標準試料Ｓｔによる回折環の（α，ｒα）座標群とを用いて残留応力の計算を行う。以下、２つの座標群の半径ｒαを区別するため、測定対象物ＯＢによる回折環の半径をｒαｍ、標準試料Ｓｔによる回折環の半径をｒαｓとする。
【００８９】
無応力の場合の回折角２Θ０と照射点−ＩＰ間距離Ｌｍと回折環半径ｒαｓには公知技術が示すように、以下の数１で示す式が成り立つ
（数１）
ｒαｓ＝−Ｌｍ・ｔａｎ２Θ０
回折角２Θ０は定数であるので標準試料Ｓｔによる回折環の回転角度ごとの半径ｒαｓがばらつくのは、回転角度αごとに照射点−ＩＰ間距離Ｌｍが変動するためである。よって、回転角度αごとの照射点−ＩＰ間距離をＬｍαとし、数１を変形して成り立つ以下の数２により、回転角度αごとに照射点−ＩＰ間距離Ｌｍαを求める。
（数２）
Ｌｍα＝−ｒαｓ／ｔａｎ２Θ０
そして、測定対象物ＯＢの回転角度αごとの回折角２Θαを、測定対象物ＯＢの場合の数１を変形した以下の数３を用いて計算する。
（数３）
２Θα＝ｔａｎ−１（−ｒαｍ／Ｌｍα）
得られた回折角２Θαは、標準試料Ｓｔによる回折環の回転角度ごとの半径ｒαｓのばらつきの影響を除去したものと見なすことができる。この後の計算は、回折角２Θαと回折角２Θ０とを用いたものであるが、この計算は特開２００５−２４１３０８号公報等の公知技術に示されているのでそちらを参照する。
【００９０】
コントローラ９１は計算が終了すると、表示装置９３に残留応力の計算結果を表示する。なお、残留応力以外に、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌｍ、及びＸ線の入射角ψ等の測定条件を表示するようにしてもよい。また、回折環の形状曲線（（α，ｒα）の座標群から得られる曲線）、回折環の強度分布画像（瞬時値Ｉを明度に換算し、瞬時値Ｉに対応する明度、回転角度θｐ及び半径値ｒのデータ群から作成される画像）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の疲労度の評価等を行うことができる。
【００９１】
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、自らの中心軸を中心にして放射状にＸ線を出射するＸ線出射器１０と、Ｘ線出射器１０から放射状に出射されるＸ線の出射方向に配置され、Ｘ線を通過させる貫通孔２８ａ，２７ｂ，２７ａ１が設けられたモータ２７と、モータ２７と一体となったテーブル１６、イメージングプレート１５及び固定具１８からなる回折環撮像機器であって、貫通孔２８ａ，２７ｂ，２７ａ１と中心軸が一致する貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａを有し、貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａを通過させてＸ線が出射され、出射された方向に物体があるとき、物体で発生した回折Ｘ線により貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａと垂直に交差するイメージングプレート１５の表面に回折環を撮像する回折環撮像機器と、Ｘ線出射器１０の中心軸に対する貫通孔２８ａ，２７ｂ，２７ａ１の角度を任意の角度に設定可能な連結部１２、雄ねじ１１等からなる角度変化機構とを備える回折環撮像装置本体５を測定対象物ＯＢの測定箇所近傍に配置する配置工程と、回折環撮像装置本体５からＸ線を測定対象物ＯＢに照射して、イメージングプレート１５に回折環を撮像する回折環撮像工程と、回折環撮像された回折環撮像装置本体５を回折環読取装置２にセットし、回折環撮像工程にて撮像された回折環の形状を読み取るコントローラ９１が実行するプログラムのフローのステップＳ２である回折環読取りと、ステップ２にて読み取った回折環の形状から、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までの距離を計算する該プログラムのフローのステップＳ４である照射点−ＩＰ間距離検出と、回折環撮像装置本体５の角度変化機構を回折環撮像工程における状態のままで、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離がステップＳ４の照射点−ＩＰ間距離検出にて計算された距離になるよう、回折環撮像装置本体５を標準試料Ｓｔの近傍に配置する該プログラムのフローのステップＳ５である標準試料位置、高さ調整と、回折環撮像装置本体５からＸ線を標準試料Ｓｔに照射してイメージングプレート１５に回折環を撮像する該プログラムのフローのステップＳ６である回折環撮像と、ステップＳ６の回折環撮像にて撮像された回折環の形状を読み取る該プログラムのフローのステップＳ７である回折環読取りと、ステップＳ２の回折環読取りにて読み取った回折環の形状と、ステップＳ７の回折環読取りにて読み取った回折環の形状とを用いて、測定対象物ＯＢの特性値である残留応力を計算する該プログラムのフローのステップＳ７である残留応力計算とを行っている。
【００９２】
これによれば、回折環撮像装置本体５の姿勢を変化させずとも、貫通孔２８ａ，２７ｂ，２７ａ１が設けられたモータ２７の角度を連結部１２、雄ねじ１１等からなる角度変化機構により変化させ、Ｘ線出射器１０を自らの中心軸周りに向きを変化させて中心軸方向に移動させれば、Ｘ線を希望する測定箇所に照射することができる。すなわち、回折環撮像装置本体５を測定対象物ＯＢの内部に挿入しやすい姿勢で挿入すれば、Ｘ線を希望する測定箇所に照射することができる。例えば、測定対象物ＯＢが管状物体であれば、測定対象物ＯＢの内部の中心軸にＸ線出射器１０の中心軸が合うようにして回折環撮像装置本体５を測定対象物ＯＢの内部に挿入すれば、モータ２７の角度、Ｘ線出射器１０の自らの中心軸周りの向き及び挿入位置を変化させることで、Ｘ線を希望する測定箇所に照射することができる。よって、測定対象物ＯＢの内部が極度に狭くない限り測定が可能になる。ただし、放射状に出射されるＸ線を貫通孔２８ａ−１８ａを介して測定対象物ＯＢに照射する場合、Ｘ線出射器１０の中心軸に対する貫通孔２８ａ−１８ａの中心軸の角度を変化させると、貫通孔１８ａからＸ線が出射される箇所において、Ｘ線の強度分布における重心がＸ線の光軸位置からずれるという問題が発生する。このずれが発生すると回折環の形状から計算される残留応力等の特性値が、本来の値からずれ、精度のよいＸ線回折測定を行うことができない。このため、測定対象物ＯＢに対する回折環撮像と回折環読取りを回折環撮像工程と回折環撮像装置本体５を回折環読取装置２にセットした後のコントローラ９１のプログラムの実行で行った後、回折環撮像装置本体５の角度変化機構の状態及びＸ線照射点からイメージングプレート１５までの距離を測定対象物ＯＢのときと同じにして標準試料Ｓｔに対する回折環撮像と回折環撮読取りをコントローラ９１のプログラムの実行で行う。そして、測定対象物ＯＢにおける回折環の形状と標準試料Ｓｔにおける回折環の形状を用いて、測定対象物ＯＢの残留応力等の特性値を計算する。これにより、Ｘ線の重心のずれの影響をなくし、上述した回折環撮像装置本体５を用いても従来と同程度の精度でＸ線回折測定を行うこができる。
【００９３】
また、上記実施形態においては、回折環撮像機器は、テーブル１６に固定されたイメージングプレート１５であり、コントローラ９１が実行するプログラムのフローのステップＳ２である回折環読取りは、回折環撮像装置本体５を、連結部１２、雄ねじ１１等からなる角度変化機構が測定対象物ＯＢによる回折環を撮像する回折環撮像工程における状態のまま、イメージングプレート１５にレーザスポットを走査位置を検出しながら走査して反射光強度を検出する回折環読取装置２にセットして回折環の形状を読み取るものであり、該プログラムのフローのステップＳ５である標準試料位置、高さ調整は、回折環撮像装置本体５を回折環読取装置２にセットしたままで、回折環読取装置２に備えられた標準試料Ｓｔの近傍に回折環撮像装置本体５を配置するものであり、該プログラムのフローのステップＳ６である回折環撮像及びステップ７である回折環読取りは、回折環撮像装置本体５を回折環読取装置２にセットしたままで行われるものであるようにしている。
【００９４】
これによれば、回折環撮像機器が先行技術文献に示されるよう、テーブル１６に固定されたイメージングプレート１５である場合、回折環撮像装置本体５を測定対象物ＯＢによる回折環を撮像する回折環撮像工程の状態のまま回折環読取装置２にセットすれば、後はコントローラ９１にインストールされているプログラムを実行することにより、測定対象物ＯＢによる回折環の読取り、照射点−Ｉ間距離の計算、標準試料Ｓｔの回折環撮像装置本体５近傍への配置、標準試料Ｓｔによる回折環の撮像及び標準試料Ｓｔによる回折環の読取りを行うことができるので、測定効率をよくすることができる。
【００９５】
また、上記実施形態においては、貫通孔が形成されたものは、貫通孔２８ａ，２７ｂ，２７ａ１が出力軸に形成され、テーブル１６を貫通孔２８ａ，２７ｂ，２７ａ１の中心軸周りに回転させるモータ２７であり、回折環読取装置２は、モータ２７を回転させるとともにレーザスポットをイメージングプレート１５の半径方向に移動させ、レーザスポットの走査位置をモータ２７の回転角度と半径方向移動の移動位置で検出するものであるようにしている。これによれば、回折環読取装置２のレーザスポットの走査機構が複雑にならないようにすることができる。
【００９６】
また、上記実施形態においては、回折環読取装置２を、回折環撮像装置本体５を連結部１２、雄ねじ１１等からなる角度変化機構がイメージングプレート１５に回折環が撮像されたときの状態のまま所定の位置にセットする支持機構４５と、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の表面にレーザスポットを形成するレーザ検出装置３０と、レーザスポットをイメージングプレート１５と相対的にイメージングプレート１５の面内を走査させるステージ移動機構２０、モータ２７等からなる走査機構と、レーザ検出装置３０によりレーザ光が照射され、走査機構によりレーザスポットが移動されている状態で、レーザスポットからの反射光の強度を、走査手段による走査位置に関連付けて検出するＡ／Ｄ変換器８３、位置検出回路７２、回転角度検出回路及びコントローラ９１にインストールされたプログラム等からなる検出機器と、検出機器により検出された複数のデータを用いてイメージングプレート１５に撮像された回折環の形状を算出するコントローラ９１にインストールされた別のプログラムと、該プログラムにより算出された回折環の形状から測定対象物ＯＢのＸ線照射点からイメージングプレート１５の面までの距離を計算するコントローラ９１にインストールされた別のプログラムと、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線が照射される標準試料Ｓｔと、Ｘ線出射器１０からＸ線が照射されたとき標準試料ＳｔのＸ線照射点からイメージングプレート１５の面までの距離が、コントローラ９１のプログラムにより計算された距離になるよう、標準試料Ｓｔを回折環撮像装置本体５と相対的に移動し、位置決めする標準試料移動機構１５０、Ｙ軸方向モータ制御回路１６５、Ｚ軸方向モータ制御回路１６３及びコントローラ９１にインストールされた別のプログラム等からなる標準試料位置決め機器とを備えた回折環読取装置２としている。
【００９７】
これによれば、回折環撮像装置１にて測定対象物ＯＢによる回折環を撮像し、回折環撮像装置本体５を連結部１２、雄ねじ１１等からなる角度変化機構が撮像を行ったときの状態のまま回折環読取装置２の支持機構４５にセットすれば、測定対象物ＯＢによる回折環の読取り、及びＸ線照射点からイメージングプレート１５の面までの距離を測定対象物ＯＢのときと等しくしての標準試料Ｓｔによる回折環の撮像と回折環の読取りを、回折環読取装置２及び回折環撮像装置１を作動させるのみで行うことができるので、測定対象物ＯＢの残留応力等の特性値の計算に必要な測定対象物ＯＢによる回折環の形状と標準試料Ｓｔによる回折環の形状とを効率よく得ることができる。
【００９８】
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。
【００９９】
上記実施形態においては、回折環読取装置２に標準試料移動機構１５０を設け、標準試料Ｓｔに計算された照射点−ＩＰ間距離でＸ線が照射されるよう、標準試料Ｓｔの横方向位置と高さを変化させ位置決めするようにした。しかし、標準試料Ｓｔの位置は回折環読取装置２にセットされた回折環撮像装置本体５に対して相対的に変化すればよいので、標準試料Ｓｔと回折環撮像装置本体５の双方が移動する機構にしてもよい。例えば、図１１に示すように、回折環撮像装置移動機構１００を設け、回折環撮像装置本体５の高さ方向の位置を変化できるようにし、移動ステージ２１に標準試料Ｓｔを固定したブロック４４を取り付け、標準試料Ｓｔはステージ移動機構２０により図１１の横方向の位置を変化できるようにしてもよい。この場合、標準試料Ｓｔを固定したブロック４４は標準試料ＳｔにＸ線が照射されたとき、回折Ｘ線がレーザ検出装置３０により妨害されない位置に取り付けるようにする。なお、回折環撮像装置移動機構１００は、上記実施形態の標準試料移動機構１５０の高さ方向の移動機構と同様の機構であり、固定用ブロック４６を取り付けた移動ステージ１０１が枠体１０５の直方体状の穴に迎合しており、フィードモータ１０２、スクリューロッド１０３、軸受部１０４が回転することにより高さ方向に移動する機構である。また、フィードモータ制御回路１１０及び位置検出回路１１１は、上記実施形態のＺ軸方向モータ制御回路１６３及び位置検出回路１６２と同様の作動を行い、コントローラ９１に指令された移動位置に移動ステージ１０１を移動させる。位置検出回路１１１は、フィードモータ１０２に設けられたエンコーダ１０２ａのパルス列信号を用いて、上記実施形態の位置検出回路１６２と同様に移動位置を計算する。また、イメージングプレート１５に撮像された回折環を読み取る際、イメージングプレート１５を適切な位置にするための移動ステージ１０１の移動位置は、コントローラ９１に記憶されており、コントローラ９１は回折環を読取る際、フィードモータ制御回路１１０に移動位置を出力する。
【０１００】
また、上記実施形態においては、回折環読取装置２はステージ移動機構２０によりレーザ検出装置３０を図７の横方向に移動するようにしたが、イメージングプレート１５上のレーザスポットが相対的にイメージングプレート１５の半径方向に移動すればよいので、回折環撮像装置本体５を取り付ける支持機構４５を図７の横方向に移動させる構造にしてもよい。また、固定用ブロック４６が固定棒４７の長尺方向に伸縮する構造にしてもよい。また、そのようにした場合、図１１のように回折環撮像装置本体５が高さ方向に移動できる構造にし、標準試料Ｓｔを固定して、回折環撮像装置本体５を２方向に移動させ、標準試料Ｓｔに計算された照射点−ＩＰ間距離でＸ線が照射される位置に位置決めするようにしてもよい。
【０１０１】
また、上記実施形態においては、回折環撮像装置本体５に貫通孔２８ａ−１８ａの中心軸周りに回転するモータ２７を設け、イメージングプレート１５がモータ２７により回転するようにし、回折環の読取りの際、この回転と回折環読取装置２のステージ移動機構２０により、イメージングプレート１５上に形成されるレーザスポットがイメージングプレート１５の面内を走査するようにした。しかし、レーザスポットがイメージングプレート１５の面内を走査すれば回折環の読取りを行うことができるので、モータ２７を中心軸に貫通孔が形成されたブロックに替えてイメージングプレート１５は固定されたものにし、回折環読取装置２のレーザスポットの走査機構を別の構造にしてもよい。例えば、回折環読取装置２のステージ移動機構２０を移動ステージ２１が平面の２方向に移動する構造にし、この２方向の移動によりレーザスポットがイメージングプレート１５の面内を走査するようにしてもよい。
【０１０２】
また、上記実施形態においては、回折環撮像装置１の回折環撮像手段は、テーブル１６に固定具１８で固定されたイメージングプレート１５とした。しかし、回折環を撮像することができるならばこれ以外の手段を用いてもよい。例えば、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Ｘ線の強度分布を検出する機器でもよい。この場合は、回折環の撮像と回折環の読取りは同時に行われるので、回折環読取装置２は不要になる。ただし、上記実施形態のように同一条件で標準試料Ｓｔによる回折環を得る必要はあるので、上記実施形態の回折環読取装置２における、回折環撮像装置本体５を定位置にセットする機構、標準試料移動機構１５０、及びこれと連結されている回路とコンピュータ装置９０からなる装置を用意する。そして、測定対象物ＯＢによる回折環を得た後、回折環撮像装置本体５を該装置にセットし、標準試料Ｓｔによる回折環を得るようにする。なお、この場合は、特許請求の範囲に記載された第１の回折環撮像ステップと第１の回折環読取りステップ、及び第２の回折環撮像ステップと第２の回折環読取りステップは、同時に行われると見なす。
【０１０３】
また、上記実施形態においては、回折環読取装置２に回折環撮像装置本体５をセットした後、コントローラ９１にインストールされたプログラムを実行することにより、撮像されている測定対象物ＯＢによる回折環の読取り、回折環の消去、回折照射点−ＩＰ間距離の検出、標準試料Ｓｔの位置調整、標準試料Ｓｔによる回折環の撮像、標準試料Ｓｔによる回折環の読取り、回折環の消去及び残留応力の計算を自動で行うようにした。しかし、測定効率を重要視しなければ、作動の全部又は一部を作業者が入力装置９２から指令を入力することで行うようにしてもよい。また、この場合、レーザ検出装置３０にＬＥＤ光源４３を設けず、作業者が別に用意したＬＥＤ光照射器からＬＥＤ光を所定時間、イメージングプレート１５に照射して回折環を消去するようにしてもよい。また、この場合、回折環撮像装置１のコンピュータ装置９０と回折環読取装置２のコンピュータ装置９０を別々にし、それぞれの入力装置９２から指令を入力するようにしてもよい。
【０１０４】
また、上記実施形態においては、コントローラ９１にインストールされたプログラムにより残留応力の計算を行うようにしたが、測定効率を重要視しなければ、該プログラムは残留応力の計算の前まで行うようにし、別のコンピュータ装置に測定対象物ＯＢによる回折環データ、標準試料Ｓｔによる回折環データ、照射点−ＩＰ間距離Ｌｍ及びその他計算に必要なパラメータ等を入力して、残留応力を計算するようにしてもよい。この場合、別のコンピュータ装置にデータを入力する方法としては、記録媒体を介する方法、ネット回線等を使用して転送する方法等、様々な方法が考えられる。また、計算の一部または全部を人為的に行ってもよい。
【０１０５】
また、上記実施形態においては、測定対象物ＯＢによる回折環の形状と標準試料Ｓｔによる回折環の形状とから、補正を行ったうえで測定対象物ＯＢの残留応力を計算するようにしたが、２つの回折環の形状から補正を行ったうえで計算できる測定対象物ＯＢの特性値であれば、計算するものは別の特性値であってもよい。例えば、測定対象物ＯＢの材質における残留応力と疲労寿命との関係を予め記憶しておき、上記実施形態のように計算した残留応力を該記憶している関係に当てはめて測定対象物ＯＢの疲労寿命を計算するようにしてもよい。
【０１０６】
１…回折環撮像装置、２…回折環読取装置、３…治具、５…回折環撮像装置本体、６…高電圧電源、７…ホルダ、８…上蓋、１０…Ｘ線出射器、１２…連結部、１３…モータ固定プレート、１５…イメージングプレート、１６…テーブル、１７…突出部、１８…固定具、２８ａ，２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａ…貫通孔、２０…ステージ移動機構、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…モータ、２８…通路部材、２９…固定板、３０…レーザ検出装置、３１…レーザ光源、３６…対物レンズ、４３…ＬＥＤ光源、４５…支持機構、４６…固定用ブロック、４７…固定棒、５０…押し当て部、５１…伸縮パイプ、５２…収納部、５３…伸縮棒、５８…ローラー、６０…円柱状ボタン、６１…固定リング、６２…移動リング、６４…ストッパ、６５…バネ、６６…固定用ブロック、６７…長尺棒、６８，６９…取付リング、７０…取っ手、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、１００…回折環撮像装置移動機構、１０１…移動ステージ、１０２…フィードモータ、１０３…スクリューロッド、１０５…枠体、１５０…標準試料移動機構、１５１…枠体、１５２…Ｚ軸方向モータ、１５３…移動ステージ、１５４…移動ステージ、１５５…Ｙ軸方向モータ、１５７…スクリューロッド、１５９…スクリューロッド、１６０…ブロック、ＯＢ…測定対象物、Ｓｔ…標準試料
【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】
2018091700.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年9月12日(2017.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自らの中心軸を中心にして放射状にＸ線を出射するＸ線出射器と、
前記Ｘ線出射器から放射状に出射されるＸ線の出射方向に配置され、前記Ｘ線を通過させる第１の貫通孔が設けられたブロックと、
前記ブロックと一体になった回折環撮像手段であって、前記第１の貫通孔と中心軸が一致する第２の貫通孔を有し、前記第２の貫通孔を通過させてＸ線が出射され、出射された方向に物体があるとき、前記物体で発生した回折Ｘ線により前記第２の貫通孔と垂直に交差する撮像面に回折環を撮像する回折環撮像手段と、
前記Ｘ線出射器の中心軸に対する前記第１の貫通孔の角度を任意の角度に設定可能な角度変化機構とを備える回折環撮像装置を測定対象物の測定箇所近傍に配置する第１の配置ステップと、
前記回折環撮像装置からＸ線を前記測定対象物に照射して、前記撮像面に回折環を撮像する第１の回折環撮像ステップと、
前記第１の回折環撮像ステップにて撮像された回折環の形状を読み取る第１の回折環読取りステップと、
前記第１の回折環読取りステップにて読み取った回折環の形状から、前記測定対象物のＸ線照射点から前記撮像面までの距離を計算する距離計算ステップと、
前記回折環撮像装置の前記角度変化機構を前記第１の回折環撮像ステップにおける状態のままで、Ｘ線照射点から前記撮像面までの距離が前記距離計算ステップにて計算された距離になるよう、前記回折環撮像装置を標準試料の近傍に配置する第２の配置ステップと、
前記回折環撮像装置からＸ線を前記標準試料に照射して前記撮像面に回折環を撮像する第２の回折環撮像ステップと、
前記第２の回折環撮像ステップにて撮像された回折環の形状を読み取る第２の回折環読取りステップと、
前記第１の回折環読取りステップにて読み取った回折環の形状と、前記第２の回折環読取りステップにて読み取った回折環の形状とを用いて、前記測定対象物の特性値を計算する特性値計算ステップとを備えたことを特徴とするＸ線回折測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線回折測定方法において、
前記回折環撮像手段は、テーブルに固定されたイメージングプレートであり、
前記第１の回折環読取りステップは、前記回折環撮像装置を、前記角度変化機構が前記第１の回折環撮像ステップにおける状態のまま、前記イメージングプレートにレーザスポットを走査位置を検出しながら走査して反射光強度を検出する回折環読取装置にセットして回折環の形状を読み取るステップであり、
前記第２の配置ステップは、前記回折環撮像装置を前記回折環読取装置にセットしたままで、前記回折環読取装置に備えられた標準試料の近傍に前記回折環撮像装置を配置するステップであり、
前記第２の回折環撮像ステップ及び前記第２の回折環読取りステップは、前記回折環撮像装置を前記回折環読取装置にセットしたままで行われるステップであるようにしたことを特徴とするＸ線回折測定方法。
【請求項３】
請求項２に記載のＸ線回折測定方法において、
前記ブロックは、前記第１の貫通孔が出力軸に形成され、前記テーブルを前記第１の貫通孔の中心軸周りに回転させるモータであり、
前記回折環読取装置は、前記モータを回転させるとともに前記レーザスポットを前記イメージングプレートの半径方向に移動させ、前記レーザスポットの走査位置を前記モータの回転角度と前記半径方向移動の移動位置で検出するものであることを特徴とするＸ線回折測定方法。
【請求項４】
自らの中心軸を中心にして放射状にＸ線を出射するＸ線出射器と、
前記Ｘ線出射器から放射状に出射されるＸ線の出射方向に配置され、前記Ｘ線を通過させる第１の貫通孔が設けられたブロックと、
前記ブロックと一体となったテーブルに固定されたイメージングプレートであって、前記第１の貫通孔と中心軸が一致する第２の貫通孔を有し、前記第２の貫通孔を通過させてＸ線が出射され、出射された方向に物体があるとき、前記物体で発生した回折Ｘ線により前記第２の貫通孔と垂直に交差する面に回折環を撮像するイメージングプレートと、
前記Ｘ線出射器の中心軸に対する前記第１の貫通孔の角度を任意の角度に設定可能な角度変化機構とを備える回折環撮像装置がセットされ、前記イメージングプレートに撮像された回折環を読み取る回折環読取装置であって、
前記回折環撮像装置を、前記角度変化機構が前記イメージングプレートに回折環が撮像されたときの状態のまま所定の位置にセットするセット機構と、
前記イメージングプレートにレーザ光を照射して前記イメージングプレートの表面にレーザスポットを形成するレーザ照射手段と、
前記レーザスポットを前記イメージングプレートと相対的に前記イメージングプレートの面内を走査させる走査手段と、
前記レーザ照射手段によりレーザ光が照射され、前記走査手段により前記レーザスポットが移動されている状態で、前記レーザスポットからの反射光の強度を、前記走査手段による走査位置に関連付けて検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された複数のデータを用いて前記イメージングプレートに撮像された回折環の形状を算出する回折環形状計算手段と、
前記回折環形状計算手段により算出された回折環の形状から、前記イメージングプレートに回折環が撮像されたときの回折Ｘ線の発生点であるＸ線照射点から前記イメージングプレートの面までの距離を計算する距離計算手段と、
前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線が照射される標準試料と、
前記Ｘ線出射器からＸ線が照射されたとき前記標準試料のＸ線照射点から前記イメージングプレートの面までの距離が、前記距離計算手段により計算された距離になるよう、前記標準試料を前記回折環撮像装置と相対的に移動し、位置決めする標準試料位置決め手段とを備えたことを特徴とする回折環読取装置。
【請求項５】
請求項４に記載の回折環読取装置において、
前記ブロックは、前記第１の貫通孔が出力軸に形成され、前記テーブルを前記第１の貫通孔の中心軸周りに回転させるモータであり、
前記走査手段は、前記モータに駆動信号を供給して前記モータを回転させる回転駆動手段と、前記レーザスポットを前記イメージングプレートと相対的に前記イメージングプレートの半径方向に移動させる移動手段とから構成され、
前記検出手段は、走査位置を前記モータの回転角度と前記移動手段の移動位置で検出することを特徴とする回折環読取装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
この場合、本発明の特徴は、回折環読取装置を、回折環撮像装置を角度変化機構がイメージングプレートに回折環が撮像されたときの状態のまま所定の位置にセットするセット機構と、イメージングプレートにレーザ光を照射してイメージングプレートの表面にレーザスポットを形成するレーザ照射手段と、レーザスポットをイメージングプレートと相対的にイメージングプレートの面内を走査させる走査手段と、レーザ照射手段によりレーザ光が照射され、走査手段によりレーザスポットが移動されている状態で、レーザスポットからの反射光の強度を、走査手段による走査位置に関連付けて検出する検出手段と、検出手段により検出された複数のデータを用いてイメージングプレートに撮像された回折環の形状を算出する回折環形状計算手段と、回折環形状計算手段により算出された回折環の形状からイメージングプレートに回折環が撮像されたときの回折Ｘ線の発生点であるＸ線照射点からイメージングプレートの面までの距離を計算する距離計算手段と、Ｘ線出射器から出射されるＸ線が照射される標準試料と、Ｘ線出射器からＸ線が照射されたとき標準試料のＸ線照射点からイメージングプレートの面までの距離が、距離計算手段により計算された距離になるよう、標準試料を回折環撮像装置と相対的に移動し、位置決めする標準試料位置決め手段とを備えた回折環読取装置としたことにある。