(57)【要約】【課題】  ねじ又はボルトの締結による軸力を作業効率よく測定する。【解決手段】  ねじ又はボルトＳと締結対象の物体Ｍの表面の間に、互いに平行である上面および底面と側面とを有するブロックＢＬを挿入する。Ｘ線出射器１０とイメージングプレート１５を有する回折環形成装置からブロックＢＬの側面にＸ線を照射してイメージングプレート１５に回折環を形成し、形成された回折環の形状を検出してブロックＢＬの残留応力を計算する。得られた残留応力から、予め得られている残留応力と軸力との関係を用いて計算することで、ねじ又はボルトＳの締結による軸力を求める。【選択図】図２
2015215343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、
中央にＸ線を通過させる貫通孔が形成されたテーブルと、
前記テーブルに取付けられて、中央部にてＸ線を通過させるとともに、測定対象物にて回折したＸ線の回折光を受光する受光面を有し、回折光の像である回折環を記録する２次元検出器とを備えた回折環形成装置を用いた、ねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法であって、
前記ねじ又はボルトと締結対象の物体表面の間には、前記ねじ又はボルトが貫通している孔と、互いに平行である上面および底面と、側面とを有するブロックが挿入されており、
前記Ｘ線出射器からＸ線を前記ブロックの側面に出射し、前記２次元検出器に回折環を形成する撮像ステップと、
前記撮像ステップにおいて２次元検出器に記録された回折環の形状を検出し、前記ブロックの残留応力または前記残留応力に対応する値を算出する残留応力算出ステップと、
前記残留応力算出ステップにおいて算出された値から、ねじ又はボルトの締結における軸力を評価する評価ステップとからなることを特徴とするねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載のねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法において、
前記ブロックは、断面が台形形状で、底面と側面との成す角度が４０〜９０度の範囲内にあり、金属又は金属と樹脂の複合体で形成されていることを特徴とするねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法。
【請求項３】
請求項１に記載のねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法において、
前記ブロックは、締結時に締結対象の物体表面と前記ブロックとの間に空洞が生じる形状であるとともに、前記空洞における面と外観の面とに、円錐を水平に切断した側面の形状又は球体を切断した球面の形状を有し、金属又は金属と樹脂の複合体で形成されていることを特徴とするねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載のねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法において、
前記回折環形成装置は、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Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対して垂直な筐体底面とを備え、
前記可視光出射器から可視光を出射し、前記可視光の照射点が前記ブロックの側面のＸ線を照射する位置になり、前記回折環形成装置の筐体底面が前記ねじ又はボルトの締結対象の物体表面と平行になるよう、前記回折環形成装置の位置および姿勢を調整する位置姿勢調整ステップを前記撮像ステップの前に行うことを特徴とするねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法。
【請求項５】
請求項４に記載のねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法において、
前記回折環形成装置は、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２次元検出器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、
前記位置姿勢調整ステップは、前記表示器の画面上に表示される可視光の照射点が前記照射点基準位置に合致するよう前記回折環形成装置の位置および姿勢を調整することも行うことを特徴とするねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法。
【請求項６】
請求項４に記載のねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法において、
前記回折環形成装置は、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２次元検出器までの距離を算出する距離算出手段とを備え、
前記残留応力算出ステップは、前記距離算出手段が算出した距離を前記可視光の照射点から前記２次元検出器までの距離として前記残留応力または前記残留応力に対応する値を計算する際に用いることを特徴とするねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３に記載のねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法において、
前記回折環形成装置は、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であって、前記結像レンズは測定対象物による前記可視光の反射光を集光し、前記撮像器は前記集光された反射光の受光点も撮像することで、前記受光点を表す撮像信号も出力するカメラと、
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および受光点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２次元検出器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し、測定対象物における前記可視光の照射点を通る測定対象物の表面の法線に対して、測定対象物に照射される前記可視光の光軸が所定角度であるとき、前記撮像器によって撮像される前記受光点の画像上の位置を受光点基準位置として、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、
前記ブロックに迎合し、前記ブロックの側面にＸ線が照射されるための照射ポイントにマークが表示された調整用治具を前記ブロックにセットする調整用治具セットステップと、
前記可視光出射器から可視光を出射し、前記可視光の照射点が前記調整用治具に表示されたマークの位置に合致するとともに前記表示器の画面上に表示される照射点基準位置に合致し、前記表示器の画面上に表示される前記可視光の反射光の受光点が前記表示器の画面上に表示される受光点基準位置になるよう前記回折環形成装置の位置および姿勢を調整する位置姿勢調整ステップとを、前記撮像ステップの前に行うことを特徴とするねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７に記載のねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法において、
前記２次元検出器はイメージングプレートであり、
前記回折環形成装置はさらに、
レーザ光を出射するレーザ光源及びレーザ光を受光する受光器を有し、レーザ光を前記イメージングプレートの受光面に照射するとともに、レーザ光の照射によって前記イメージングプレートから出射された光を受光して受光強度に応じた受光信号を出力するレーザ検出装置と、
前記テーブルを貫通孔の中心軸回りに回転させる回転機構と、
前記テーブルを前記回転機構とともに、前記イメージングプレートの受光面に平行な方向に前記レーザ検出装置に対して相対的に移動させる移動機構と、
前記回転機構を制御して前記テーブルを回転させるとともに、前記移動機構を制御して前記テーブルを移動させながら、前記レーザ検出装置を制御して前記イメージングプレートの受光面にレーザ光を照射位置を検出しながら照射するとともに、前記レーザ検出装置からの受光信号を入力して、前記検出した照射位置と前記入力した受光信号を処理して前記イメージングプレートに形成された回折環を読取る回折環読取り手段とを備え、
前記残留応力算出ステップは、前記回折環読取り手段により回折環の形状を検出したうえで前記残留応力または前記残留応力に対応する値を算出することを特徴とするねじ又はボルトの締結における軸力の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ又はボルトの締め込みの力（以下、軸力という）の評価を、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２次元検出器の表面にＸ線回折環を形成する回折環形成装置を用いて行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ねじ又はボルトを用いて複数の物体を締結したときの軸力が、設定された力通りであるか評価することは、建築物の建造および製品の製作において重要なこととされている。この軸力は、端的には締結を行う際にねじ又はボルトが手で回せなくなった時点から回転した角度、或いは締結を行う際にねじ又はボルトに最終的にかかったトルクを測定することにより求めることが多いが、精度がよくないという問題がある。そのため、従来からねじ又はボルトを用いて複数の物体を締結したときの軸力を精度よく測定する方法に関し、様々な方法が提案されている。例えば下記特許文献１には、ボルトにより締結を行った際、ボルトの非締結状態からの締結方向に沿った変形量を検出し、この変形量から軸力を求める方法が提案されている。また下記特許文献２には、ボルトによる締結状態においてボルトに超音波を送波して反射波を受波し、ボルト内における超音波の伝播時間を測定して、温度補正を行ったうえで伝播時間から軸力を求める方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７９９５２号公報
【特許文献２】特開２００６−３０８３４２号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、これらの方法は軸力を精度よく測定することはできてもいくつか問題点がある。特許文献１に示されるような、ねじ又はボルトの変形量を検出する方法は、ねじ又はボルトの仕様が異なると変形量と軸力の関係が異なるため、専用のねじ又はボルトを使用しなければならず、作業効率が悪くなるという問題がある。また、ねじ又はボルトにより物体を締結する前と締結した後で変形量の検出を行う必要があり、締結作業と測定作業を交互に行うことになるため、これによっても作業効率が悪くなるという問題がある。また、特許文献２に示されるような、超音波の伝播時間を測定する方法は、ねじ又はボルトの変形量を検出する方法と同様、ねじ又はボルトの仕様が異なると超音波の伝播時間と軸力の関係が異なるため、専用のねじ又はボルトを使用しなければならず、作業効率が悪くなるという問題がある。また、超音波の伝播時間は温度等の影響を受けるため精度のよい測定を行うには、影響を受けるパラメータを測定したうえで補正を行う必要があり、測定に時間がかかるため作業効率が悪くなるいう問題がある。さらに、建築物の建造後または製品の製作後、振動等が加わることにより軸力がどのように経時変化するかを調査したい場合は、上記のいずれの方法とも用いることはできず、この場合は、打音測定のような精度の悪い測定方法しかないという問題がある。
【０００５】
本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、従来の方法に比べて作業効率が悪くならず軸力を精度よく求めることができ、また、軸力の経時変化も精度よく求めることができる軸力の評価方法を提供することにある。そして、本発明はこの目的のため、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２次元検出器の表面にＸ線回折環を形成する回折環形成装置を用いる。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、中央にＸ線を通過させる貫通孔が形成されたテーブルと、テーブルに取付けられて、中央部にてＸ線を通過させるとともに、測定対象物にて回折したＸ線の回折光を受光する受光面を有し、回折光の像である回折環を記録する２次元検出器とを備えた回折環形成装置を用い、ねじ又はボルトと締結対象の物体表面の間には、ねじ又はボルトが貫通している孔と、互いに平行である上面および底面と、側面とを有するブロックが挿入されているようにし、ねじ又はボルトの締結における軸力の評価を、Ｘ線出射器からＸ線をブロックの側面に出射し、２次元検出器に回折環を形成する撮像ステップと、撮像ステップにおいて２次元検出器に記録された回折環の形状を検出し、ブロックの残留応力または残留応力に対応する値を算出する残留応力算出ステップと、残留応力算出ステップにおいて算出された値から、ねじ又はボルトの締結における軸力を評価する評価ステップとで行うことにある。
【０００７】
発明者は、様々な試験を行った結果、ねじ又はボルトの締結による軸力と、ねじ又はボルトと締結対象の物体表面の間に挿入したブロック側面の残留応力には１対１の関係があることがわかった。よって、これによれば、ねじ又はボルトと締結対象の物体表面の間に挿入したブロックの側面の残留応力を、回折環形成装置を用いて記録したＸ線回折環の形状から算出すれば、この残留応力からねじ又はボルトの締結による軸力を評価することができる。また、これによれば、ブロックの仕様をねじ又はボルトの径ごとに一定にしておけば、どのようなねじ又はボルトを用いてもよく、ねじ又はボルトによる締結作業を行った後に別の作業で軸力の評価を行うことができ、残留応力は常温であれば温度等の影響を大きくは受けないので別のパラメータを測定する必要はない。したがって、作業効率が悪くならず軸力を精度よく求めることができる。また、ブロックを取り外さなければ、定期的にブロックの側面の残留応力を回折環形成装置を用いて記録したＸ線回折環の形状から算出して軸力を評価することで、軸力の経時変化を精度よく求めることができる。なお、ねじ又はボルトと締結対象の物体の間に挿入するブロックは、最初から締結対象の物体と一体になっていてもよい。
【０００８】
この場合、ねじ又はボルトと締結対象の物体の間に挿入するブロックは、断面が台形形状で、底面と側面との成す角度が４０〜９０度の範囲内にあり、金属又は金属と樹脂の複合体で形成されているようにするとよい。これによれば、回折環形成装置からのＸ線照射により回折Ｘ線が発生し、ブロックの側面に回折環形成装置からＸ線が照射しやすく、残留応力と軸力の関係を端的な関係にすることができる。また、ねじ又はボルトと締結対象の物体の間に挿入するブロックは、締結時に締結対象の物体表面とブロックとの間に空洞が生じる形状であるとともに、空洞における面と外観の面とに、円錐を水平に切断した側面の形状又は球体を切断した球面の形状を有し、金属又は金属と樹脂の複合体で形成されているようにするとよい。これによれば、残留応力と軸力の関係をさらに端的でばらつきの小さい関係にすることができる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、回折環形成装置は、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Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対して垂直な筐体底面とを備え、可視光出射器から可視光を出射し、可視光の照射点がブロックの側面のＸ線を照射する位置になり、回折環形成装置の筐体底面がねじ又はボルトの締結対象の物体表面と平行になるよう、回折環形成装置の位置および姿勢を調整する位置姿勢調整ステップを撮像ステップの前に行うことにある。これによれば、回折環形成装置から可視光を出射させて、可視光の照射点と回折環形成装置の筐体底面とを見ながら回折環形成装置の位置と姿勢を調整することにより、容易に回折環形成装置からブロック側面のＸ線照射位置に適切な入射角度でＸ線が照射されるようにすることができる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、回折環形成装置は、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、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２次元検出器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、位置姿勢調整ステップは、表示器の画面上に表示される可視光の照射点が照射点基準位置に合致するよう回折環形成装置の位置および姿勢を調整することも行うことにある。これによれば、回折環形成装置からＸ線を照射した際、Ｘ線の照射点から２次元検出器までの距離を設定通りにでき、残留応力算出ステップにおいて、設定された距離を用いて検出した回折環の形状から残留応力を精度よく求めることができる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、回折環形成装置は、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２次元検出器までの距離を算出する距離算出手段とを備え、残留応力算出ステップは、距離算出手段が算出した距離を可視光の照射点から２次元検出器までの距離として残留応力または残留応力に対応する値を計算するようにしたことにある。これによれば、回折環形成装置からＸ線を照射した際、Ｘ線の照射点から２次元検出器までの距離を測定することができ、残留応力算出ステップにおいて、測定された距離を用いて検出した回折環の形状から残留応力を精度よく求めることができる。
【００１２】
また、本発明の他の特徴は、回折環形成装置は、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であって、結像レンズは測定対象物による可視光の反射光を集光し、撮像器は集光された反射光の受光点も撮像することで、受光点を表す撮像信号も出力するカメラと、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および受光点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２次元検出器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し、測定対象物における可視光の照射点を通る測定対象物の表面の法線に対して、測定対象物に照射される可視光の光軸が所定角度であるとき、撮像器によって撮像される受光点の画像上の位置を受光点基準位置として、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、ブロックに迎合し、ブロックの側面にＸ線が照射されるための照射ポイントにマークが表示された調整用治具をブロックにセットする調整用治具セットステップと、可視光出射器から可視光を出射し、可視光の照射点が調整用治具に表示されたマークの位置に合致するとともに表示器の画面上に表示される照射点基準位置に合致し、表示器の画面上に表示される可視光の反射光の受光点が表示器の画面上に表示される受光点基準位置になるよう回折環形成装置の位置および姿勢を調整する位置姿勢調整ステップとを、撮像ステップの前に行うことにある。
【００１３】
これによれば、回折環形成装置からＸ線を出射し、ねじ又はボルトによる締結対象物体の表面に対してＸ線光軸が設定された角度になるよう、ブロック側面に対してＸ線を入射させる場合、Ｘ線光軸の締結対象物体の表面に対する角度を設定通りにでき、Ｘ線の照射点から２次元検出器までの距離を設定通りにできるため、残留応力算出ステップにおいて、設定された角度と設定された距離を用いて、検出した回折環の形状から残留応力を精度よく求めることができる。
【００１４】
また、本発明の他の特徴は、２次元検出器はイメージングプレートであり、回折環形成装置はさらに、レーザ光を出射するレーザ光源及びレーザ光を受光する受光器を有し、レーザ光をイメージングプレートの受光面に照射するとともに、レーザ光の照射によってイメージングプレートから出射された光を受光して受光強度に応じた受光信号を出力するレーザ検出装置と、テーブルを貫通孔の中心軸回りに回転させる回転機構と、テーブルを回転機構とともに、イメージングプレートの受光面に平行な方向にレーザ検出装置に対して相対的に移動させる移動機構と、回転機構を制御してテーブルを回転させるとともに、移動機構を制御してテーブルを移動させながら、レーザ検出装置を制御してイメージングプレートの受光面にレーザ光を照射位置を検出しながら照射するとともに、レーザ検出装置からの受光信号を入力して、検出した照射位置と入力した受光信号を処理してイメージングプレートに形成された回折環を読取る回折環読取り手段とを備え、残留応力算出ステップは、回折環読取り手段により回折環の形状を検出したうえで残留応力または残留応力に対応する値を算出することにある。これによれば、回折環形成装置からＸ線を出射して回折環を撮像した後、回折環形成装置により回折環の形状を読取るので、残留応力を求めるまでの時間を短くすることができ、作業効率をさらによくすることができる。
【００１５】
さらに、本発明の実施にあたっては、軸力の評価方法に限定されるものではなく、それぞれのステップを作業者を介さずに回折環形成装置を含む装置が自動で行うようにすれば、装置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】
【００１６】
【図１】本発明を実施する際に用いるＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムの一実施形態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、ねじ又はボルトの締結における軸力を測定するときの工程図である。
【図６Ａ】ねじ又はボルトと締結対象物体の表面との間に挿入するブロックの１つの形態を示す立体図である。
【図６Ｂ】ねじ又はボルトと締結対象物体の表面との間に挿入するブロックの別の形態を示す立体図である。
【図６Ｃ】ねじ又はボルトと締結対象物体の表面との間に挿入するブロックの別の形態を示す立体図である。
【図６Ｄ】ねじ又はボルトと締結対象物体の表面との間に挿入するブロックの別の形態を示す立体図である。
【図６Ｅ】ねじ又はボルトと締結対象物体の表面との間に挿入するブロックの別の形態を示す立体図である。
【図６Ｆ】ねじ又はボルトと締結対象物体の表面との間に挿入するブロックの別の形態を示す立体図である。
【図６Ｇ】ねじ又はボルトと締結対象物体の表面との間に挿入するブロックの別の形態を示す立体図である。
【図７】ねじ又はボルトと締結対象物体の表面との間に挿入したブロックの側面にＸ線を、締結対象物体の表面に対して垂直になるよう照射して回折Ｘ線を発生させる様子を示した図である。
【図８】（Ａ）はＸ線回折測定装置のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置の調整及びＺ軸周りの角度の調整を説明するための図であり、（Ｂ）は前記位置及び角度調整時の画像を示す図である。
【図９】（Ａ）はＸ線回折測定装置のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置の微調整を説明するための図であり、(Ｂ)は前記微調整時の画像を示す図である。
【図１０】軸力と残留応力の関係を求めるための試料の準備方法を示した図である。
【図１１】軸力と残留応力の関係の１例を視覚的に示した図である。
【図１２】ねじ又はボルトと締結対象物体の表面との間に挿入したブロックの側面にＸ線を、締結対象物体の表面に対して所定の角度になるよう照射して回折Ｘ線を発生させる様子を示した図である。
【図１３】図１２のようにＸ線を照射するために、ブロックに治具をセットしてＸ線回折測定装置からＬＥＤ光を照射した様子を示した図であり、（Ａ）は横方向から見た図であり、（Ｂ）は立体図である。
【図１４】（Ａ）はＸ線回折測定装置のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置の調整及びＺ軸周りの角度の調整を説明するための図であり、（Ｂ）は前記位置及び角度調整時の画像を示す図である。
【図１５】（Ａ）はＸ線回折測定装置のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置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１６】（Ａ）はＸ線回折測定装置のＸ軸周り，Ｙ軸周りの傾きの調整を説明するための図であり、（Ｂ）は前記傾き調整時の画像を示す図である。
【図１７】（Ａ）はＸ線回折測定装置のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の位置及びＸ，Ｙ軸周りの傾きの微調整を説明するための図であり、（Ｂ）は前記微調整時の画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施する際に用いるＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムの一実施形態の構成について図１乃至図４を用いて説明する。なお、Ｘ線回折測定装置が少なくとも回折環を形成する機能を備えれば本発明は実施できるので、Ｘ線回折測定装置を回折環形成装置とよぶこともある。このＸ線回折測定システムは、ねじ又はボルトＳと締結対象物体Ｍの間に挿入されたブロックＢＬの側面にＸ線を照射して、ブロックＢＬからの出射される回折Ｘ線により回折環を形成し、形成された回折環の形状を検出する。そして、検出した回折環の形状からブロックＢＬの残留応力を算出し、残留応力からねじ又はボルトＳの締結における軸力を算出する。
【００１８】
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を収容するケース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、Ｘ線回折測定装置の筐体に接続され、Ｘ線回折測定装置の位置及び傾き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を備えている。また、ケース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においてケース５０外に示された２点鎖線で囲まれた各種回路は、ケース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。
【００１９】
ケース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、ケース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、測定対象物であるブロックＢＬに対してケース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。
【００２０】
Ｘ線出射器１０は、長尺状に形成され、ケース５０内の上部にて図示左右方向に延設されてケース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。ケース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を締結対象物体Ｍの表面と平行にすると、出射されるＸ線は締結対象物体Ｍの表面に対して垂直になる。また、繋ぎ壁５０ｄを締結対象物体Ｍの表面と平行にすると、出射されるＸ線は締結対象物体Ｍ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。
【００２１】
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。
【００２２】
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Ｘ線の光軸と交差する繋ぎ壁５０ｄの平面の法線とを含む平面内であって、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ケース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。
【００２３】
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。
【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。
【００２５】
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。
【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。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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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度の基準位置である。なお、イメージングプレート１５の回転基準位置（回転角度０度の位置）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。
【００３０】
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。
【００３１】
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ブロックＢＬ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、ブロックＢＬ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。
【００３２】
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線がブロックＢＬ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線の光軸とこのＸ線の光軸と交差する繋ぎ壁５０ｄの平面の法線とが含まれる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。
【００３３】
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、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、ブロックＢＬ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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、１／４波長板３５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線の光軸と後述する結像レンズ４８の光軸とを含む平面（別の見方をすると、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸とこのＸ線の光軸と交差する繋ぎ壁５０ｄの平面の法線とが含まれる平面）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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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にて反射した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。
【００４１】
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対応した受光信号をレーザ駆動回路７７へ出力する。
【００４２】
また、レーザ検出装置３０には、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。
【００４３】
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、ケース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。
【００４４】
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ＬＥＤ光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ブロックＢＬに出射する本発明の可視光出射器を構成する。
【００４５】
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。
【００４６】
ケース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、ケース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ブロックＢＬにおけるＬＥＤ光の照射点（撮像器４９に対しては出射点）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、ブロックＢＬ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、前記ブロックＢＬにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点（出射点）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、前記照射点（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）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、ブロックＢＬにおけるＬＥＤ光の照射点Ｐ１（図８、図９参照）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。
【００４７】
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の回転基準位置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、この平面は、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸とこのＸ線の光軸と交差する繋ぎ壁５０ｄの平面の法線とが含まれる平面と同一である。また、結像レンズ４８の光軸と、ブロックＢＬ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ブロックＢＬにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点（出射点）である。さらに、設定された位置にあるブロックＢＬにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点を含む繋ぎ壁５０ｄ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に等しい。
【００４８】
したがって、ブロックＢＬ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り、仮にＸ線及びＬＥＤ光の照射点（出射点）を含む平面が繋ぎ壁５０ｄの平面に平行であった場合には、照射点Ｐ１を含むブロックＢＬの画像が撮像器４９で撮像されることに加えて、ブロックＢＬにて反射したＬＥＤ光の受光点Ｐ２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、ブロックＢＬに照射されるＬＥＤ光は平行光であり、ブロックＢＬ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Ｐ１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Ｐ２の画像となる。ブロックＢＬが設定された位置にあり、仮にＸ線及びＬＥＤ光の照射点（出射点）を含む平面が繋ぎ壁５０ｄの平面に平行であれば、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Ｐ１の画像と受光点Ｐ２の画像は同じ位置になる。なお、撮像器４９はブロックＢＬの周囲を撮像するもので、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。
【００４９】
なお、これより説明する、ねじ又はボルトの締結における軸力の測定の実施形態では、Ｘ線及びＬＥＤ光の照射点（出射点）を含む平面（ブロックＢＬの側面）は繋ぎ壁５０ｄの平面に平行ではないので、受光点Ｐ２は照射点Ｐ１の画像の位置には発生しない。受光点Ｐ２の画像は、後述するねじ又はボルトの締結における軸力の測定の別の実施形態（変形例）にて用いられる。
【００５０】
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及び受光点Ｐ２を含む画像に加えて、ブロックＢＬの位置やＸ線及びＬＥＤ光の入射角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、詳しくは後述する。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。
【００５１】
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、ねじ又はボルトの締結における軸力を測定する方法について説明する。この方法は、ねじ又はボルトＳの締結における軸力と、ねじ又はボルトＳと締結対象物体Ｍの間に挿入されているブロックＢＬの残留応力とは１対１の関係があるため、この関係を予め求めておき、Ｘ線回折測定装置からのＸ線照射によりブロックＢＬの残留応力を求め、求めた残留応力から軸力を求めるものである。まず、ブロックＢＬの材質について説明する。ブロックＢＬの残留応力は、Ｘ線回折測定装置からのＸ線照射により回折Ｘ線が発生してイメージングプレート１５に回折環が形成されれば、求めることができるため、ブロックＢＬの材質は回折Ｘ線が発生する材質である必要がある。具体的にはブロックＢＬは金属又は金属と樹脂の複合体がよい。また、金属の中では鉄又はニッケルが回折Ｘ線が強く発生するのでよい。また、鉄の表面にニッケルメッキを施したものでもよい。なお、金属の表面に錆防止の樹脂コーティングがされていると長期間に渡って回折Ｘ線が強く発生し、精度のよい残留応力測定が可能になるので、ねじ又はボルトＳの締結における軸力の経時変化を調べる場合は、金属の表面に錆防止ができＸ線透過性のすぐれたコーティングがされているとよい。
【００５２】
次にブロックＢＬの形状について説明する。Ｘ線回折測定装置からのＸ線照射により回折環が形成されるよう回折Ｘ線が発生するには、ブロックＢＬの側面は平面である必要がある。また、目視してＸ線回折測定装置の底面壁５０ａを締結対象物体Ｍの表面と平行になるよう調整したとき、Ｘ線回折測定装置からのＸ線は締結対象物体Ｍの表面に垂直になるが、このとき、ブロックＢＬの側面に対して適切な角度でＸ線が照射されるには、ブロックＢＬの側面は底面に対して適切な角度になっている必要がある。この角度は大きすぎると回折Ｘ線が妨害されて、回折環が全周できず、小さすぎると軸力と残留応力との相関が悪くなる。具体的な角度は４０〜８０度がよく、５５〜６５度がさらによい。なお、後述する別の実施形態（変形例）の場合は、８０度以上あっても回折環を全周できるようにすることができるので、これを加味すると４０〜９０度がよい。具体的なブロックＢＬの形状は、例えば図６Ａに示すように底面と上面が六角形で、上面が底面より小さく（すなわち断面形状が台形で）、中心軸周りにねじ又はボルトＳの径よりやや大きい穴が開いているものがよい。または図６Ｂに示すように、底面と上面が四角形で、上面が底面より小さく（すなわち断面形状が台形で）、中心軸周りにねじ又はボルトＳの径よりやや大きい穴が開いているものがよい。そして、図７に示すようにブロックＢＬの側面にＸ線が照射されたとき回折Ｘ線がねじ又はボルトＳの頭により妨害されないため、上面がねじ又はボルトＳより適切な大きさだけ大きくなっているものがよい。
【００５３】
また、発明者は様々な形状のブロックＢＬにより軸力と残留圧縮応力の相関を調べた結果、図６Ｃ乃至図６Ｇに示すように、ブロックＢＬは締結時に締結対象物体Ｍの表面とブロックＢＬとの間に空洞が生じる形状であるとともに、空洞における面と外観の面とに、円錐を水平に切断した側面の形状又は球体を切断した球面の形状を有するものが、後述する軸力と残留圧縮応力の相関曲線の形を最も端的な形にすることができ、相関のばらつきを小さくできることを見出した。よって、ブロックＢＬのコストが少々アップしても問題なければ、図６Ｃ乃至図６Ｇに示すブロックＢＬを用いるとよい。このブロックＢＬは、ねじ又はボルトＳを締め込むことで図６Ｃ乃至図６Ｇに下方向の矢印で示した軸力をかけていくとブロックＢＬの側面に沿った方向に圧縮が起こる。これにより、後述する軸力と残留圧縮応力の相関曲線の形がよく、相関のばらつきを小さくすることができる。
【００５４】
次に、Ｘ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムによりブロックＢＬの残留応力を測定し、ねじ又はボルトＳの締結における軸力を求める手順を説明する。まず、作業者は、軸力の測定対象のねじ又はボルトＳ（残留応力の測定対象のブロックＢＬ）がある場所にＸ線回折測定装置を、コンピュータ装置９０、高電圧電源９５およびアーム式移動装置とともに運搬する。次に、ねじ又はボルトＳ（ブロックＢＬ）の近傍でＸ線回折測定装置の位置と姿勢が調整できるようアーム式移動装置を固定して、アーム式移動装置の先端である支持アーム５１にＸ線回折測定装置を接続し、コンピュータ装置９０および高電圧電源９５とＸ線回折測定装置との間のケーブルの接続、これらの装置と電源との間のケーブルの接続を行う。そして、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を開始させ、図５に示すような位置姿勢調整工程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及び軸力計算工程Ｓ５を実行する。以下、この工程に沿って説明を行う。
【００５５】
位置姿勢調整工程Ｓ１は、アーム式移動装置を操作し、軸力を測定するねじ又はボルトＳと締結対象物体Ｍの間に挿入されているブロックＢＬに対するＸ線回折測定装置（ケース５０）の位置と姿勢を調整する工程である。この位置と姿勢の調整により、ブロックＢＬの側面の所定箇所に設定された方向から設定された距離でＸ線が照射され、Ｘ線の光軸とＸ線の光軸と交差するブロックＢＬの側面の法線とを含む平面がイメージングプレート１５に交差するラインが回転角度０のラインになるようにする。まず、作業者は、Ｘ線回折測定装置（ケース５０）を目視しながら底面壁５０ａが締結対象物体Ｍの表面に平行になり、対象のブロックＢＬの側面付近に適切な距離でＸ線及びＬＥＤ光が照射されるとともに、対象のブロックＢＬの側面の法線がケース５０の側面壁に平行に近くなるようにＸ線回折測定装置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。
【００５６】
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ＬＥＤ光は貫通孔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、ケース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、対象のブロックＢＬの側面又はその近傍に照射される。
【００５７】
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、ブロックＢＬにおけるＬＥＤ光の照射点Ｐ１の画像がある。さらに、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。この十字マークは、図６及び図７の（Ｂ）に破線で示すものであり、図２のＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ対応している。
【００５８】
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、十字マークの横軸はＸ軸方向に対応し、十字マークの縦軸はＹ軸方向に対応する。そして、十字マークの縦軸位置がＬＥＤ光及びＸ線の光軸とイメージングプレート１５（テーブル１６）の回転基準位置の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、ブロックＢＬ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が設定距離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。すなわち、ブロックＢＬの側面の所定箇所に設定された方向から設定された距離でＸ線が照射され、Ｘ線の光軸とＸ線の光軸と交差するブロックＢＬの側面の法線とを含む平面がイメージングプレート１５に交差するラインが回転角度０のラインになるようにする調整は、Ｘ線及びＬＥＤ光の光軸が締結対象物体Ｍの表面に垂直になるようにしたうえで、表示装置９３の表示画面上でブロックＢＬが左右対称になり、十字マークのクロス点に、撮像器４９によって撮像されたＬＥＤ光の照射点Ｐ１が合致するようにする調整である。ＬＥＤ光の光軸が締結対象物体Ｍの表面に垂直になるようにする調整は、Ｘ線回折測定装置の底面壁５０ａを締結対象物体Ｍの表面と平行にする調整で既に行われているので、作業者は表示装置９３の画像を見ながらＸ線回折測定装置（ケース５０）の図２のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向位置とＺ軸周りの角度を調整する。
【００５９】
この表示装置９３の画像を見ながらのＸ線回折測定装置（ケース５０）の位置と姿勢の調整について、図８及び図９を用いて説明する。図８（Ａ）及び図９（Ａ）は、Ｘ線回折測定装置を動かす方向、照射されるＬＥＤ光の光軸、撮像器４９に結像するＬＥＤ光の光路および反射したＬＥＤ光の光路を示しており、図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）は表示装置９３に表示される画像を示している。まず作業者は、図８（Ａ）に示すようにＸ線回折測定装置をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に動かし、図８（Ｂ）に示すように表示装置９３の表示画面上にブロックＢＬとＬＥＤ光の照射点Ｐ１が入るようにする。次に、作業者は図８（Ａ）に示すようにＸ線回折測定装置をＺ軸周りに回転させるとともに、表示装置９３の表示画面上からブロックＢＬが消えないようにＸ線回折測定装置をＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させ、表示装置９３の表示画面上のブロックＢＬが左右対称で見えるようにする。ブロックＢＬが左右対称ということは、別の見方をするとＸ線及びＬＥＤ光の照射対象であるブロックＢＬの側面の上辺と下辺が、十字マークの横軸位置と平行になるようにする調整である。次に作業者は図９（Ａ）に示すようにＸ線回折測定装置をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に微小量移動させ、図９（Ｂ）に示すようにＬＥＤ光がブロックＢＬの側面の中心に照射されるようにする。これによりＸ線回折測定装置（ケース５０）の位置と姿勢の調整が完了する。なお、本実施形態ではＬＥＤ光の反射光は調整には用いない。
【００６０】
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。これによりステージ調整工程Ｓ１は終了する。
【００６１】
次の工程である回折環撮像工程Ｓ２においては、作業者は、入力装置９２を用いて、ブロックＢＬの材質（例えば、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ける、イメージングプレート１５の回転角度が０度に設定される。
【００６２】
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、ブロックＢＬの側面に所定時間だけ照射される。このブロックＢＬへのＸ線の所定時間の照射により、ブロックＢＬの側面から回折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。なお、この場合におけるＸ線出射器１０からブロックＢＬの側面に出射されるＸ線の光軸方向は前記ＬＥＤ光の場合と同じであり、Ｘ線のブロックＢＬに対する入射角度φは、ブロックＢＬの側面が底面に対して成す角度である。
【００６３】
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。
【００６４】
回折環基準半径Ｒｏとは、ブロックＢＬの残留応力が「０」であるときに、ブロックＢＬ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、ブロックＢＬにおけるＸ線の回折角度φｘ及びイメージングプレート１５からブロックＢＬのＸ線照射点までの距離Ｌに応じて決まる。そして、Ｘ線の回折角度φｘはブロックＢＬの材質で決まり、前記距離Ｌは予め決められた所定距離Ｌｏであり、前述したステージ調整工程Ｓ１での調整で設定された距離である。したがって、ブロックＢＬの材質ごとに予め回折角φｘを記憶しておけば、前記入力したブロックＢＬ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（φｘ）の演算によって自動的に計算する。なお、同一の材質のブロックＢＬを繰り返し測定する場合は、回折環基準半径Ｒｏを計算する必要はなく、同じ値を繰り返し使用できる。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、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。
【００６８】
ＳＵＭ信号の瞬時値、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、前記所定角度ごとに、ＳＵＭ信号の瞬時値のピークに対応した半径値ｒを回折環の半径値とする。具体的には、回転角度θｐが同一である複数のＳＵＭ信号の瞬時値が増加した後に減少している状態を検出することにより、前記複数のＳＵＭ信号の瞬時値のピークを検出し、このピークであるＳＵＭ信号の瞬時値に対応して記憶されている半径値ｒを取得する。そして、前記所定回転角度ごとの全ての半径値ｒを取得した時点で、ＳＵＭ信号の瞬時値、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、回折環の形状が検出されたことになる。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
このような回折環消去工程Ｓ４の後、コントローラ９１は自動で、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及び軸力計算工程Ｓ６を実行する。
【００７４】
この残留応力計算工程Ｓ５においては、取得した回折環の形状を表すデータすなわち回折環の回転角度ごとの半径値ｒ、前記計算した回折環基準半径Ｒｏ、Ｘ線の入射角度φ、Ｘ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌｏ、前記入力したブロックＢＬの材質などを用いて、ブロックＢＬの残留圧縮応力を計算する。残留圧縮応力は、従来からよく知られているｃｏｓα法を用いて計算される。続いて軸力計算工程Ｓ６においては、得られた残留圧縮応力を予め記憶されている残留圧縮応力と軸力との関係曲線または関係テーブルに当てはめて軸力を計算し、得られた軸力を表示装置９３に表示する。作業者は表示された軸力が許容値内であるか、又は以前の測定値からの変化の度合等を評価する。あるいは、評価方法のプログラムをコントローラ９１に入力させておき、自動でコントローラ９１に評価させて評価結果を軸力とともに表示装置９３に表示させてもよい。
【００７５】
ここで、残留圧縮応力と軸力との関係曲線または関係テーブルを求める方法について説明する。この関係は、別手段でボルト又はねじＳの締結による軸力を測定可能な状態にし、軸力を測定するごとに前述した図５のＳ１〜Ｓ５の工程と同一の手順でブロックＢＬの残留圧縮応力を測定することで得ることができる。具体的には、図１０に示すようにボルトＳで締結する物体Ｍ１と物体Ｍ２との間に、圧縮力（軸力）を電気信号に変換できるロードセル１００を挟んでボルトＳの締め込みを行い、ロードセルで検出される軸力ごとに図５のＳ１〜Ｓ５の工程と同一の手順でブロックＢＬの残留圧縮応力を測定すればよい。なお、この図１０で示す方法は１つの例であり、軸力が精度よく測定可能であれば、どのような方法で軸力を測定してもよい。このようにして、得られる残留圧縮応力と軸力との関係は、例えば図１１に示すような関係である。
【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、ねじ又はボルトＳと締結対象の物体Ｍの表面の間には、ねじ又はボルトＳが貫通している孔と、互いに平行である上面および底面と、側面とを有するブロックＢＬが挿入されているようにし、測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器１０と、中央にＸ線を通過させる貫通孔が形成されたテーブル１６と、テーブル１６に取付けられて、中央部にてＸ線を通過させるとともに、測定対象物にて回折したＸ線の回折光を受光する受光面を有し、回折光の像である回折環を記録する２次元検出器であるイメージングプレート１５とを備えたＸ線回折測定装置を用いてブロックＢＬの残留応力を測定し、得られた残留応力からねじ又はボルトＳの締結における軸力を評価するようにしている。そして、軸力を評価する方法は、Ｘ線出射器１０からＸ線をブロックＢＬの側面に出射し、イメージングプレート１５に回折環を形成する回折環撮像工程Ｓ２と、イメージングプレート１５に記録された回折環の形状を検出し、ブロックの残留応力を算出する回折環読取り工程Ｓ３及び残留応力計算工程Ｓ５と、算出された残留応力から、ねじ又はボルトＳの締結における軸力を計算して評価する軸力計算工程Ｓ６とからなる。したがって、上記実施形態によれば、ねじ又はボルトＳと締結対象の物体Ｍの表面の間に挿入したブロックＢＬの側面の残留応力をＸ線回折測定装置を用いて測定し、得られた残留応力からねじ又はボルトＳの締結による軸力を評価しているので、ブロックＢＬの仕様をねじ又はボルトＳの径ごとに一定にしておけば、どのようなねじ又はボルトＳを用いてもよい。また、ねじ又はボルトによる締結作業を行った後に別の作業で軸力の評価を行うことができる。また、残留応力は常温であれば温度等の影響を大きくは受けないので別のパラメータを測定する必要はない。よって、作業効率を悪くせずにねじ又はボルトＳの締結による軸力を評価することができる。また、ブロックＢＬを取り外さなければ、定期的にブロックＢＬの側面の残留応力をＸ線回折測定装置を用いて記録したＸ線回折環の形状から算出して軸力を評価することで、軸力の経時変化を精度よく求めることができる。
【００７７】
この場合、ねじ又はボルトＳと締結対象の物体Ｍの間に挿入するブロックＢＬは、断面が台形形状で、底面と側面との成す角度が４０〜９０度の範囲内にあり、金属又は金属と樹脂の複合体で形成されている。したがって、Ｘ線回折測定装置からのＸ線照射により回折Ｘ線が発生し、ブロックＢＬの側面にＸ線回折測定装置からＸ線が照射しやすく、残留応力と軸力の関係を端的な関係にして残留応力から軸力を精度よく求めることができる。また、ブロックＢＬに、締結時に締結対象物体Ｍの表面とブロックＢＬとの間に空洞が生じる形状であるとともに、空洞における面と外観の面とに、円錐を水平に切断した側面の形状又は球体を切断した球面の形状を有するものを用いると、残留応力と軸力の関係をさらに端的でばらつきの小さい関係にすることができ、残留応力から軸力を精度よく求めることができる。
【００７８】
また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置は、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可視光を測定対象物に出射するＬＥＤ光源４４と、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸に対して垂直なケース５０の底面壁５０ａとを備え、ＬＥＤ光源４４から可視光を出射し、可視光の照射点Ｐ１がブロックＢＬの側面のＸ線を照射する位置になり、Ｘ線回折測定装置のケース５０の底面壁５０ａがねじ又はボルトＳの締結対象の物体Ｍの表面と平行になるよう、Ｘ線回折測定装置の位置および姿勢を調整する位置姿勢調整工程Ｓ１を回折環撮像工程Ｓ２の前に行っている。したがって、上記実施形態によれば、Ｘ線回折測定装置から可視光を出射させて可視光の照射点Ｐ１とＸ線回折測定装置のケース５０の底面壁５０ａとを見ながらＸ線回折測定装置の位置と姿勢を調整することにより、容易にＸ線回折測定装置からブロックＢＬの側面のＸ線照射位置に適切な入射角度でＸ線が照射されるようにすることができる。
【００７９】
また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置は、可視光の照射点Ｐ１を含む領域の測定対象物の画像を結像する結像レンズ４８、及び結像レンズ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、撮像器４９によって撮像された画像を画面上に表示する表示装置９３であって、測定対象物における可視光の照射点Ｐ１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、撮像器４９によって撮像される照射点Ｐ１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装置９３とを備え、位置姿勢調整工程Ｓ１は、表示装置９３の画面上に表示される可視光の照射点Ｐ１が照射点基準位置に合致するようＸ線回折測定装置の位置および姿勢を調整することも行っている。したがって、上記実施形態によれば、Ｘ線回折測定装置からＸ線を照射した際、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を設定距離Ｌｏにでき、残留応力計算工程Ｓ５において、設定距離Ｌｏを用いて検出した回折環の形状から残留応力を精度よく求めることができる。
【００８０】
また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置はレーザ光を出射するレーザ光源３１及びレーザ光を受光する受光器４０を有し、レーザ光をイメージングプレート１５の受光面に照射するとともに、レーザ光の照射によってイメージングプレート１５から出射された光を受光して受光強度に応じた受光信号を出力するレーザ検出装置３０と、テーブル１６を貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａの中心軸回りに回転させるスピンドルモータ２７と、テーブル１６をスピンドルモータ２７とともに、イメージングプレート１５の受光面に平行な方向にレーザ検出装置３０に対して相対的に移動させるテーブル駆動機構２０と、スピンドルモータ２７を制御してテーブル１６を回転させるとともに、テーブル駆動機構２０を制御してテーブル１６を移動させながら、レーザ検出装置３０を制御してイメージングプレート１５の受光面にレーザ光を照射位置を検出しながら照射するとともに、レーザ検出装置３０からの受光信号を入力して、検出した照射位置と入力した受光信号を処理してイメージングプレート１５に形成された回折環を読取るコントローラ９１のプログラム処理とを備え、回折環の形状を検出する回折環読取り工程Ｓ３をコントローラ９１のプログラム処理により行った後、得られた回折環の形状から残留応力計算工程Ｓ５にて残留応力を算出している。したがって、上記実施形態によれば、Ｘ線回折測定装置からＸ線を出射して回折環を撮像した後、Ｘ線回折測定装置により回折環の形状を読取っているので、残留応力を求めるまでの時間を短くすることができ、作業効率をさらによくすることができる。
【００８１】
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。
【００８２】
（変形例）
上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置（ケース５０）の底面壁５０ａを締結対象物体Ｍの表面と平行になるようにしたうえで、Ｘ線回折測定装置の位置と姿勢を調整し、締結対象物体Ｍの表面の法線方向からＸ線がブロックＢＬの側面に照射されるようにしたが、ねじ又はボルトＳの頭の径に対してブロックＢＬの上面が小さい場合、又はブロックＢＬの底面に対する側面の角度が大きい場合は、このようにＸ線を照射すると回折Ｘ線がねじ又はボルトＳの頭又はブロックＢＬで妨害され、回折環が全周できず、残留応力を精度よく求めることができなくなる。よって、このようなブロックＢＬにおいては残留応力を精度よく求めるためには図１２に示すように、ＢＬの側面に照射するＸ線を締結対象物体Ｍの表面の法線に対して適切な角度にすることで、発生する回折Ｘ線が妨害されないようにする必要がある。この場合、図５の工程図において上記実施形態と異なるのは位置姿勢調整工程Ｓ１のみである。ただし、位置姿勢調整工程Ｓ１の目的は上記実施形態と同様であり、ブロックＢＬの側面の所定箇所に設定された方向から設定された距離でＸ線が照射され、Ｘ線の光軸とＸ線の光軸と交差するブロックＢＬの側面の法線とを含む平面がイメージングプレート１５に交差するラインが回転角度０のラインになるようにすることである。Ｘ線の設定された方向を、上記実施形態では締結対象物体Ｍの表面の法線方向にするのに対し、この形態では締結対象物体Ｍの表面の法線に対して適切な角度にする点のみが異なっている。以下に、Ｘ線が締結対象物体Ｍの表面の法線に対して適切な角度になるよう、ブロックＢＬの側面に照射する実施形態（以下、変形例という）における位置姿勢調整工程Ｓ１について説明する。
【００８３】
変形例においては、まず、作業者はブロックＢＬに迎合する治具Ｊを、図１３に示すようにブロックＢＬのＸ線を照射する予定の側面にセットする。治具Ｊは上面と底面が平行であり、上面には十字状のマークが表示されている。そして、このマーク中心点にＸ線およびＬＥＤ光が設定された入射角度（底面壁５０ａと繋ぎ壁５０ｄとが成す角度）で照射されると、治具Ｊを除いたとき、Ｘ線およびＬＥＤ光が治具ＪがセットされたブロックＢＬの側面の中心付近に照射されるように、マーク中心点の位置が設定されている。次に作業者は、Ｘ線回折測定装置（ケース５０）を目視しながら繋ぎ壁５０ｄを締結対象物体Ｍの表面に対して平行に近くなり、対象のブロックＢＬの側面付近に適切な距離でＸ線及びＬＥＤ光が照射されるとともに、対象のブロックＢＬの側面の法線がケース５０の側面壁に平行に近くなるようにＸ線回折測定装置の位置と姿勢を調整する。次に、作業者は上記実施形態と同様、位置姿勢調整工程Ｓ１の開始をコントローラ９１に指示することで、Ｘ線回折測定装置からＬＥＤ光を照射させ、ＬＥＤ光の照射点付近の撮影画像を表示装置９３に表示させる。
【００８４】
次に作業者は表示装置９３の画像を見ながらＸ線回折測定装置（ケース５０）の図２のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向位置とＸ，Ｙ，Ｚ軸周りの角度を調整する。この調整手順について、図１４乃至図１７を用いて説明する。図１４（Ａ）乃至図１７（Ａ）は、Ｘ線回折測定装置を動かす方向、照射されるＬＥＤ光の光軸、撮像器４９に結像するＬＥＤ光の光路および反射したＬＥＤ光の光路を示しており、図１４（Ｂ）乃至図１７（Ｂ）は表示装置９３に表示される画像を示している。
【００８５】
まず、作業者は図１４(Ａ)に示すように、Ｘ線回折測定装置（ケース５０）をＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動させ、表示装置９３の表示画面上にブロックＢＬが入るとともに、Ｚ軸方向に移動させて、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１が入るようにする。次に、作業者は図１４（Ａ）に示すようにＸ線回折測定装置をＺ軸周りに回転させるとともに、表示装置９３の表示画面上からブロックＢＬが消えないようにＸ線回折測定装置をＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させ、図１４（Ｂ）に示すように表示装置９３の表示画面上のブロックＢＬおよび治具Ｊが左右対称で見えるようにする。これは、別の見方をするとブロックＢＬのマークのＸ軸方向の線、及びＸ線及びＬＥＤ光の照射対象であるブロックＢＬの側面の上辺と下辺が、表示画面の十字マークの横軸と平行になるようにする調整である。
【００８６】
次に、作業者は図１５（Ａ）に示すようにＸ線回折測定装置をＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させ、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１が治具Ｊのマーク中心点と合致するようにする。そして、Ｘ線回折測定装置をＺ軸方向へ微小移動させるとともにＸ軸方向、Ｙ軸方向へ微小移動させ、図１５（Ｂ）に示すようにＬＥＤ光の照射点Ｐ１が治具Ｊのマーク中心点と合致したまま、表示画面の十字マークのクロス点に合致するようにする。ＬＥＤ光の照射点Ｐ１が治具Ｊのマーク中心点に合っていてもＸ線回折測定装置をＺ軸方向へ移動させるとＬＥＤ光の照射点Ｐ１はＹ軸方向に多少ずれるので、この位置調整は繰り返して行う必要がある。
【００８７】
次に、作業者は図１６（Ａ）に示すように、Ｘ線回折測定装置をＸ軸周り、Ｙ軸周りにそれぞれ回転させ、図１６（Ｂ）に示すように、ＬＥＤ光の反射光の受光点Ｐ２が表示画面の十字マークのクロス点付近になるようにする。そして、図１７（Ａ）に示すように、Ｘ線回折測定装置のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向への微小移動とＸ軸周り及びＹ軸周りの微小回転を繰り返して行い、図１７（Ｂ）に示すように、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１が治具Ｊのマーク中心点及び表示画面の十字マークのクロス点と合致し、ＬＥＤ光の反射光の受光点Ｐ２が表示画面の十字マークのクロス点に合致するようにする。これによりＸ線回折測定装置（ケース５０）の位置と姿勢の調整が完了するので、作業者は治具ＪをブロックＢＬから取り外す。これ以降は、上記実施形態と同様に図５の工程図におけるＳ２以降の工程が行われ、軸力が測定および評価される。
【００８８】
なお、変形例においてＸ線回折測定装置の位置と姿勢が調整された後の、治具Ｊの上面に対するＸ線の入射角度（Ｘ線の締結対象物体Ｍの表面の法線に対する角度）は、Ｘ線回折測定装置のケース５０の底面壁５０ａと繋ぎ壁５０ｄとが成す角度である。この角度をθａｃとし、ブロックＢＬの底面と側面とが成す角度をθｂｓとすると、ブロックＢＬの側面に対するＸ線の入射角度φは、φ＝θｂｓ−θａｃである。また、Ｘ線回折測定装置の位置と姿勢が調整された後のブロックＢＬに対するＸ線の照射点がブロックＢＬの側面の中心であると、ブロックＢＬの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は、設定された距離をＬｏとし、治具Ｊの高さをＨｊ、ブロックＢＬの高さをＨｂとすると、以下の数１である。
（数１）
Ｌ＝Ｌｏ＋（Ｈｊ − Ｈｂ／２）／ｓｉｎ（９０°−θａｃ）
これらの値は予めコントローラ９１に記憶されており、図５の工程図におけるＳ５の残留応力の計算において使用される。
【００８９】
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、Ｘ線回折測定装置は、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可視光を測定対象物に出射するＬＥＤ光源４４と、可視光の照射点Ｐ１を含む領域の測定対象物の画像を結像する結像レンズ４８、及び結像レンズ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であって、結像レンズ４８は測定対象物による可視光の反射光を集光し、撮像器４９は集光された反射光の受光点Ｐ２も撮像することで、受光点を表す撮像信号Ｐ２も出力するカメラと、カメラから出力される撮像信号を入力して、撮像器４９によって撮像された画像および受光点Ｐ２を画面上に表示する表示装置９３であって、測定対象物における可視光の照射点Ｐ１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、撮像器４９によって撮像される照射点Ｐ１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し、測定対象物における可視光の照射点Ｐ１を通る測定対象物の表面の法線に対して、測定対象物に照射される可視光の光軸が所定角度であるとき、撮像器４９によって撮像される受光点Ｐ２の画像上の位置を受光点基準位置として、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装置９３とを備えている。そして、ブロックＢＬに迎合し、ブロックＢＬの側面にＸ線が照射されるための照射ポイントにマークが表示された治具ＪをブロックＢＬにセットし、ＬＥＤ光源４４から可視光を出射し、可視光の照射点Ｐ１が治具Ｊに表示されたマークの位置に合致するとともに表示装置９３の画面上に表示される照射点基準位置に合致し、表示装置９３の画面上に表示される可視光の反射光の受光点Ｐ２が表示装置９３の画面上に表示される受光点基準位置になるようＸ線回折測定装置の位置および姿勢を調整する位置姿勢調整工程を、回折環撮像工程の前に行っている。したがって、上記変形例によれば、Ｘ線回折測定装置からＸ線を出射し、ねじ又はボルトＳによる締結対象物体Ｍの表面に対してＸ線光軸が設定された角度になるよう、ブロックＢＬの側面に対してＸ線を入射させる場合、Ｘ線光軸の締結対象物体Ｍの表面に対する角度を設定通りにでき、Ｘ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離を設定通りにできる。これにより、残留応力計算工程において、設定された角度と設定された距離を用いて、検出した回折環の形状から残留応力を精度よく求めることができる。
【００９０】
なお、上記変形例においては、表示装置９３に表示される画像上のＬＥＤ光の照射点Ｐ１及び反射光の受光点Ｐ２を同一位置（十字マークのクロス点）に合致させるようにしたが、これらの画像上のＬＥＤ光の照射点Ｐ１及び反射光の受光点Ｐ２を異なる位置に合致させるような構成にしてもよい。この場合は、結像レンズ４８の光軸位置を前述した位置とは異なる位置にして、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１からイメージングプレート１５までの距離が設定距離であり、ＬＥＤ光の入射角度が設定角度であるとき、結像レンズ４８に入射するＬＥＤ光の照射点からの散乱光の光軸と反射光の光軸が異なるようにし、撮像器４９における反射光の受光点Ｐ２をＬＥＤ光の照射点Ｐ１と異ならせるようにすればよい。
【００９１】
さらに、本発明はこれ以外にも種々の変更が可能である。上記実施形態および変形例では、ブロックＢＬは単独で存在するとしたが、ブロックＢＬは締結対象の物体Ｍと一体になっていてもよい。
また、上記実施形態および変形例では、ブロックＢＬは上面が底面より小さい六角柱形状又は四角柱形状としたが、平面の側面を有し、Ｘ線を適切な角度で照射することができれば、別の形状でもよい。例えば三角柱形状でもよいし、五角柱形状でもよい。
【００９２】
また、上記実施形態および変形例では、回折Ｘ線により形成された回折環の形状から残留圧縮応力を求め、残留圧縮応力から予め得られている関係を用いて軸力を求めるようにしたが、軸力を求めることが目的であるので、回折環の形状から求めるものは、残留圧縮応力に対応する値であってもよい。例えば、ｃｏｓα法により残留圧縮応力を計算する途中で得られるｃｏｓα線図の傾きであってもよいし、また残留圧縮応力と１対１の関係にあれば、回折環の半値幅のような値であってもよい。また、軸力においても、軸力を評価することができれば、力の単位としての値でなく、軸力に対応する値であってもよい。
【００９３】
また、上記実施形態においては、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１を表示装置９３の表示画面の十字マークのクロス点に合致させるように、Ｘ線回折測定装置の位置と姿勢を調整して、Ｘ線及び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になるようにした。しかし、これに代えて、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１を表示画面の十字マークのクロス点に合致させることなく、ＬＥＤ光の照射点Ｐ１の表示画面における位置（撮像器４９における位置）から距離Ｌを計算により算出するようにしてもよい。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であれば、結像レンズ４８による結像により、撮像器４９の所定位置にＬＥＤ光の照射点が撮像される。一方、距離Ｌが所定距離Ｌｏでないときには、撮像器４９におけるＬＥＤ光の照射点は前記所定位置からずれて撮像される。このＬＥＤ光の照射点の前記所定位置からずれ量は、距離Ｌと１対１の関係にあるので、撮像器４９におけるＬＥＤ光の照射点の位置が特定されれば、３角測量の原理により距離Ｌを計算できる。すなわち、前記所定位置に対する撮像器４９による照射点の撮像位置と距離Ｌとの関係を予めコントローラ９１に記憶させておき、コントローラ９１のプログラム処理により撮像器４９からの撮像信号を基に、撮像器４９によるＬＥＤ光の照射点の撮像位置を検出して、前記撮像位置と距離Ｌとの関係に基づいて、前記検出した撮像位置を用いて距離Ｌを計算により算出する。そして、このようにして算出された距離Ｌを残留応力の計算の際に用いるようにしてもよい。また、作業者が表示装置９３の表示画面からＬＥＤ光の照射点Ｐ１の縦軸方向の位置を読み取り、入力装置９２からコントローラ９１に入力して、コントローラ９１に前記照射点の撮像位置と距離Ｌとの関係を用いて距離Ｌを計算させるようにしてもよい。これによっても上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００９４】
また、上記実施形態および変形例においては、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光をブロックＢＬに照射する構造にした。しかし、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。
【００９５】
また、上記実施形態および変形例においては、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。
【００９６】
また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置からＬＥＤ光を照射し、表示装置９３にＬＥＤ光の照射点付近の撮影画像を表示させたうえで、Ｘ線回折測定装置の位置と姿勢を調整するようにした。しかし、高い精度を必要とせず、Ｘ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離がおおよそでよい場合は、目視によりＸ線回折測定装置のケース５０の底面壁５０ａと締結対象物体Ｍの表面とが平行で設定された距離にあるように位置と姿勢を調整し、ＬＥＤ光を照射してＬＥＤ光の照射点が、ブロックＢＬの側面のＸ線照射点になるよう位置を調整するようにすればよい。これによれば、Ｘ線回折測定装置の位置と姿勢の調整を短時間で行うことができるので測定効率を向上させることができる。
【００９７】
また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置からＬＥＤ光を照射して、ＬＥＤ光の照射点がブロックＢＬの側面のＸ線照射点になるようにＸ線回折測定装置の位置と姿勢を調整するようにした。しかし、軸力の測定対象である、ねじ又はボルトＳが使用されている物体が小型で持ち運びでき、一定の形状である場合は、Ｘ線回折測定装置から出射されるＸ線が所定の箇所に所定の方向から照射されるように、物体のセット位置を設定できるようにしておけば、Ｘ線回折測定装置のＸ線照射位置に物体をセットした後、位置姿勢調整工程Ｓ１を行わず、回折環撮像工程Ｓ２から実施すればよい。
【００９８】
また、上記実施形態および変形例においては、Ｘ線回折測定装置を、回折環がイメージングプレート１５に形成された後に、レーザ検出装置３０からのレーザ光の照射により回折環の形状を読取る構造にすることで軸力を求めるまでを短時間で行うことができるようにした。しかし、軸力を求めるまで時間がかかってもよければ、Ｘ線回折測定装置に回折環を読取る機能がなく、回折環の読取りをＸ線回折測定装置からイメージングプレート１５を取り外して別の装置で行う場合でも、Ｘ線回折測定装置がイメージングプレート１５の中心にある貫通孔を通してＸ線を出射して、イメージングプレート１５に回折環を形成する装置であれば、本発明を行うことができる。
【００９９】
また、上記実施形態および変形例においては、Ｘ線回折測定装置を、回折環をイメージングプレート１５に形成して、レーザ検出装置３０からのレーザ光の照射により回折環の形状を読取る構造にしたが、回折環を形成してその形状を読み取ることができれば、イメージングプレート１５以外の２次元検出器を用いてもよい。例えば、テーブル１６にＸ線ＣＣＤを並べた撮像器を取り付けるようにしてもよい。この場合は、テーブル１６の回転機構や移送機構が不要になる。
【符号の説明】
【０１００】
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…ケース、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、Ｓ…ねじ又はボルト、ＢＬ…ブロック、Ｍ…締結対象物体、Ｊ…治具  
【図１】
2015215343.tif 000003
【図２】
2015215343.tif 000004
【図３】
2015215343.tif 000005
【図４】
2015215343.tif 000006
【図５】
2015215343.tif 000007
【図６Ａ】
2015215343.tif 000008
【図６Ｂ】
2015215343.tif 000009
【図６Ｃ】
2015215343.tif 000010
【図６Ｄ】
2015215343.tif 000011
【図６Ｅ】
2015215343.tif 000012
【図６Ｆ】
2015215343.tif 000013
【図６Ｇ】
2015215343.tif 000014
【図７】
2015215343.tif 000015
【図８】
2015215343.tif 000016
【図９】
2015215343.tif 000017
【図１０】
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【図１１】
2015215343.tif 000019
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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