(57)【要約】【課題】  ３軸残留応力を測定する際、Ｘ線回折測定装置の筐体の位置と姿勢の調整に時間がかからず、測定対象物が狭い場所にある場合でも測定が困難にならないＸ線回折測定装置を提供する。【解決手段】  Ｘ線回折測定装置の筐体５０の傾斜角を、出射Ｘ線の光軸と交差する回転軸であって、交差する点がイメージングプレート１５から設定された距離Ｌである回転軸周りに変更する傾斜角変更機構５を設ける。測定対象物ＯＢのＸ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離を設定値Ｌにし、傾斜角変更機構５により筐体５０の傾斜角を変更することで測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角を異なる２つの状態にし、それぞれ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に撮像される回折環の形状を検出する。得られた２つの回折環の形状と２つの入射角から、３軸残留応力を計算する。【選択図】図１
2017129514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、
前記Ｘ線出射器から前記測定対象物に向けてＸ線が照射された際、前記測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する撮像面にて受光し、前記撮像面に前記回折Ｘ線の像である回折環を形成するとともに前記回折環の形状を検出する回折環形成検出手段と、
前記Ｘ線出射器と前記回折環形成検出手段とを内部に配置した筐体と、
前記筐体の傾斜角を、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸と交差する回転軸であって、交差する点が前記撮像面から予め設定された距離である回転軸周りに変更する傾斜角変更機構と、
前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の前記測定対象物に対する入射角を検出する入射角検出手段とを備えたＸ線回折測定装置において、
前記Ｘ線出射器、前記回折環形成検出手段、前記傾斜角変更機構及び前記入射角検出手段を制御するとともに、前記回折環形成検出手段が検出した回折環の形状と前記入射角検出手段が検出した角を用いて演算を行う制御手段を備え、
前記制御手段は、前記回転軸が前記Ｘ線の光軸と交差する点が前記測定対象物の測定箇所に合致した状態で、前記入射角検出手段に入射角を検出させた後、前記Ｘ線出射器と前記回折環形成検出手段を制御して、前記測定対象物にＸ線を照射して前記撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第１回折環検出工程と、前記傾斜角変更機構を制御して前記筐体を異なる傾斜角にするとともに、前記入射角検出手段に入射角を検出させた後、前記Ｘ線出射器と前記回折環形成検出手段を制御して、前記測定対象物にＸ線を照射して前記撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第２回折環検出工程と、前記第１回折環検出工程及び前記第２回折環検出工程で得られた２つの回折環の形状と２つの入射角とを用いて、３軸残留応力を計算する演算工程とを行うことを特徴とするＸ線回折測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線回折測定装置において、
前記Ｘ線出射器から出射される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、
前記回転軸が前記Ｘ線の光軸と交差する点が前記測定対象物の測定箇所に合致した状態で、前記可視光出射器から可視光を前記測定対象物に照射したとき、前記測定対象物からの反射光の受光位置を設定された位置にすることにより前記測定対象物に対する前記可視光の入射角を設定値にする入射角設定手段とを備え、
前記入射角検出手段は、
前記傾斜角変更機構により変更された傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、
前記傾斜角検出手段が検出した傾斜角の、前記入射角設定手段により入射角が設定値にされたとき前記傾斜角検出手段により検出された傾斜角からの差を、前記入射角の設定値に加算することにより入射角を計算する計算手段とを備えたことを特徴とするＸ線回折測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＸ線回折測定装置において、
前記制御手段は、前記第２回折環検出工程おける入射角の前記第１回折環検出工程における入射角からの差が、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の前記測定対象物の表面に投影した方向が同一方向の状態で２０°以内であるように、前記傾斜角変更機構を制御して傾斜角を変更することを特徴とするＸ線回折測定装置。
【請求項４】
対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、
前記Ｘ線出射器から前記測定対象物に向けてＸ線が照射された際、前記測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する撮像面にて受光し、前記撮像面に前記回折Ｘ線の像である回折環を形成するとともに前記回折環の形状を検出する回折環形成検出手段と、
前記Ｘ線出射器と前記回折環形成検出手段とを内部に配置した筐体と、
前記筐体の傾斜角を、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸と交差する回転軸であって、交差する点が前記撮像面から予め設定された距離である回転軸周りに変更する傾斜角変更機構と、
前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の前記測定対象物に対する入射角を検出する入射角検出手段とを備えたＸ線回折測定装置を用いたＸ線回折測定方法において、
前記回転軸が前記Ｘ線の光軸と交差する点が前記測定対象物の測定箇所に合致した状態で、前記入射角検出手段に入射角を検出させた後、前記Ｘ線出射器からＸ線を出射させ、前記回折環形成検出手段により前記撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第１回折環検出ステップと、
前記傾斜角変更機構により前記筐体を異なる傾斜角にするとともに、前記入射角検出手段に入射角を検出させた後、前記Ｘ線出射器からＸ線を出射させ、前記回折環形成検出手段により前記撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第２回折環検出ステップと、
前記第１回折環検出ステップ及び前記第２回折環検出ステップで得られた２つの回折環の形状と２つの入射角とを用いて、３軸残留応力を計算する演算ステップとを行うことを特徴とするＸ線回折測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載のＸ線回折測定方法において、
前記第１回折環検出ステップ及び第２回折環検出ステップにおける、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の前記測定対象物の表面に投影した方向が同一方向になり、前記２つの入射角の差が２０°以内になるように前記傾斜角変更機構により傾斜角を変更することを特徴とするＸ線回折測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で回折したＸ線により形成されるＸ線回折環の形状を検出するＸ線回折測定装置および該Ｘ線回折測定装置を用いたＸ線回折測定方法に関する。
【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、筐体の測定対象物に対する位置と姿勢をアーム式移動装置により変化させることができるようになっている。そして、筐体の測定対象物に対する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、装置を測定対象物がある場所まで運搬してアーム式移動装置を固定した後、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】
測定対象物の残留応力を測定する場合、測定対象物の表面の２方向における残留垂直応力σｘ、σｙと残留せん断応力τｘｙ（以下、平面残留応力という）を測定することが多いが、測定対象物によっては、残留垂直応力σｘ、σｙ、σｚと残留せん断応力τｘｙ、τｙｚ、τｘｚ（以下、３軸残留応力という）を測定することもある。特許文献１に示されるようなＸ線回折測定装置で３軸残留応力を測定するには、測定対象物の同一箇所をＸ線照射方向を変えて複数回測定すればよい。例えば特許文献２では、測定箇所の法線（以下、Ｚ軸という）と測定箇所から残留垂直応力σｘの方向のライン（以下、Ｘ軸という）とを含む平面にＸ線の光軸が含まれ、測定対象物に対し所定の入射角になるようＸ線を照射する場合と、Ｚ軸にＸ線の光軸を合わせて（すなわち測定箇所に垂直に）Ｘ線を照射する場合の２つの測定を行い、それぞれの測定で得られる回折環の形状から３軸残留応力を計算する方法が示されている。この方法を用いれば、２回の測定で測定対象物の３軸残留応力を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２０１４／１２８８７４号
【特許文献２】特開２０１４−１３２０３号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、測定箇所に対し斜め方向と垂直方向のＸ線照射を行い、それぞれＸ線回折測定を行う場合、それぞれの測定におけるＸ線の照射箇所（測定箇所）が同一になるよう、Ｘ線回折測定装置の筐体の位置と姿勢を調整する必要があり、調整に時間がかかり、３軸残留応力を測定するまでに時間がかかるという問題がある。また、測定対象物が狭い場所にある場合、測定箇所に対し斜め方向と垂直方向からＸ線を照射するのが困難な場合があるという問題もある。
【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線を照射し、測定対象物で回折したＸ線により形成される回折環の形状を検出するＸ線回折測定装置および該Ｘ線回折測定装置を用いたＸ線回折測定方法において、３軸残留応力を測定する際、Ｘ線回折測定装置の筐体の位置と姿勢の調整に時間がかからず、測定対象物が狭い場所にある場合でも測定が困難にならない、Ｘ線回折測定装置およびＸ線回折測定方法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、対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射器と、Ｘ線出射器から測定対象物に向けてＸ線が照射された際、測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する撮像面にて受光し、撮像面に回折Ｘ線の像である回折環を形成するとともに回折環の形状を検出する回折環形成検出手段と、Ｘ線出射器と回折環形成検出手段とを内部に配置した筐体と、筐体の傾斜角を、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸と交差する回転軸であって、交差する点が撮像面から予め設定された距離である回転軸周りに変更する傾斜角変更機構と、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の測定対象物に対する入射角を検出する入射角検出手段とを備えたＸ線回折測定装置において、Ｘ線出射器、回折環形成検出手段、傾斜角変更機構及び入射角検出手段を制御するとともに、回折環形成検出手段が検出した回折環の形状と入射角検出手段が検出した入射角を用いて演算を行う制御手段を備え、制御手段は、回転軸がＸ線の光軸と交差する点が測定対象物の測定箇所に合致した状態で、入射角検出手段に入射角を検出させた後、Ｘ線出射器と回折環形成検出手段を制御して、測定対象物にＸ線を照射して撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第１回折環検出工程と、傾斜角変更機構を制御して筐体を異なる傾斜角にするとともに、入射角検出手段に入射角を検出させた後、Ｘ線出射器と回折環形成検出手段を制御して、測定対象物にＸ線を照射して撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第２回折環検出工程と、第１回折環検出工程及び第２回折環検出工程で得られた２つの回折環の形状と２つの入射角とを用いて、３軸残留応力を計算する演算工程とを行うことにある。
【０００８】
これによれば、測定対象物のＸ線の照射箇所から撮像面までの距離を予め設定された距離にすれば、Ｘ線の照射箇所は、傾斜角変更機構が傾斜角を変更する際の回転軸に含まれるので、傾斜角変更機構を用いて筐体の傾斜角を変更させるのみで、Ｘ線の照射箇所が同一のままＸ線の入射角を変更することができ、Ｘ線回折測定装置の筐体の位置と姿勢の調整に時間がかからないようにすることができる。すなわち、作業者は測定対象物のＸ線の照射箇所から撮像面までの距離が予め設定された距離になるよう、筐体の位置と姿勢を調整すれば、後は制御手段が第１回折環検出工程、第２回折環検出工程及び演算工程を実施して３軸残留応力を測定するので、３軸残留応力を測定するまでに時間がかからないようにすることができる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、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、回転軸がＸ線の光軸と交差する点が測定対象物の測定箇所に合致した状態で、可視光出射器から可視光を測定対象物に照射したとき、測定対象物からの反射光の受光位置を設定された位置にすることにより測定対象物に対する可視光の入射角を設定値にする入射角設定手段とを備え、入射角検出手段は、傾斜角変更機構により変更された傾斜角を検出する傾斜角検出手段と、傾斜角検出手段が検出した傾斜角の、入射角設定手段により入射角が設定値にされたとき傾斜角検出手段により検出された傾斜角からの差を、入射角の設定値に加算することにより入射角を計算する計算手段とを備えたことにある。
【００１０】
これによれば、可視光出射器から可視光を出射して照射位置を確認しながら、測定箇所を希望する箇所にすることができるとともに、測定対象物に対するＸ線の入射角をどのような角度にしても、精度よく入射角を検出することができる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、制御手段は、第２回折環検出工程おける入射角の第１回折環検出工程における入射角からの差が、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の測定対象物の表面に投影した方向が同一方向の状態で２０°以内であるように、傾斜角変更機構を制御して傾斜角を変更することにある。
【００１２】
これによれば、出射Ｘ線の測定対象物表面に投影した方向が同一方向で、測定箇所に対し入射角を２０°以内で異ならせてＸ線を照射すればいいので、Ｘ線回折測定装置の筐体の位置と姿勢が大きく変化せず、垂直方向からのＸ線照射という条件もないので、測定対象物が狭い場所にある場合でも、測定が困難にならない。発明者はこのようにしても３軸残留応力を測定することができることを見出した。その理論は、発明を実施するための形態で説明する。
【００１３】
また、本発明は、上述したＸ線出射器、回折環形成検出手段、筐体、傾斜角変更機構及び入射角検出手段を備えたＸ線回折測定装置を用いたＸ線回折測定方法の発明としても実施し得るものである。この場合は、回転軸がＸ線の光軸と交差する点が測定対象物の測定箇所に合致した状態で、入射角検出手段に入射角を検出させた後、Ｘ線出射器からＸ線を出射させ、回折環形成検出手段により撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第１回折環検出ステップと、傾斜角変更機構により筐体を異なる傾斜角にするとともに、入射角検出手段に入射角を検出させた後、Ｘ線出射器からＸ線を出射させ、回折環形成検出手段により撮像面に撮像された回折環の形状を検出する第２回折環検出ステップと、第１回折環検出ステップ及び第２回折環検出ステップで得られた２つの回折環の形状と２つの入射角とを用いて、３軸残留応力を計算する演算ステップとを行えばよい。また、その際、第１回折環検出ステップ及び第２回折環検出ステップにおける、Ｘ線出射器から出射されるＸ線の測定対象物の表面に投影した方向が同一方向になり、２つの入射角の差が２０°以内になるように傾斜角変更機構により傾斜角を変更すればよい。これによっても、上述したＸ線回折測定装置の発明と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に用いる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線回折測定システムを用いて測定対象物の３軸残留応力測定を行うときの工程図である。
【図６】Ｘ線の入射角を変えて２回のＸ線回折測定を行ったときに得られる値を視覚的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムの構成について図１乃至図４を用いて説明する。なお、このＸ線回折測定システムが、先行技術文献の特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと異なっている点は、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の傾斜角を変更する傾斜角変更機構５とＸ線の測定対象物に対する入射角を検出する機能とを備える点、及びコントローラ９１に傾斜角変更機構５により傾斜角を変更してＸ線回折測定を２回行うプログラムと、検出した回折環の形状データと入射角データを用いて３軸残留応力を計算するプログラムがインストロールされている点のみである。よって、特許文献１に示されているＸ線回折測定システムで既に説明されている箇所は、簡略的に説明するにとどめる。
【００１６】
このＸ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定システムを測定対象物ＯＢの所まで運搬してＸ線回折測定を行い、測定対象物ＯＢの３軸残留応力を測定するものである。Ｘ線回折測定装置はアーム式移動装置の先端にある支持アーム６１に連結され、アーム式移動装置を操作することで位置と姿勢を調整できるようになっている。このＸ線回折測定システムにより測定を行うときは、Ｘ線回折測定システムを測定対象物ＯＢの所まで運搬した後、アーム式移動装置を測定対象物ＯＢの近傍に固定し、Ｘ線回折測定装置の位置と姿勢を調整することで、測定対象物ＯＢにおけるＸ線の照射点、Ｘ線の照射方向及びＸ線照射点から後述するイメージングプレート１５までの距離を調整し、測定対象物ＯＢへＸ線を照射してＸ線回折測定を行う。なお、本実施形態では、測定対象物ＯＢは鉄製の部材である。
【００１７】
Ｘ線回折測定装置は、筐体５０内に、Ｘ線出射器１０、イメージングプレート１５を取り付けるテーブル１６、テーブル１６を回転及び移動させるテーブル駆動機構２０及び回折環を検出するレーザ検出装置３０等を備えている。そして、Ｘ線回折測定システムは、このＸ線回折測定装置とともに、アーム式移動装置（図示しない）、コンピュータ装置９０及び高電圧電源９５を備える。筐体５０内には、上述した装置および機構に接続されて作動制御したり、検出信号を入力したりするための各種回路も内蔵されており、図１において筐体５０外に示された２点鎖線で示された各種回路は、筐体５０内の２点鎖線内に納められている。
【００１８】
筐体５０は、略直方体状に形成されるとともに、底面壁５０ａ、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｅ、上面壁５０ｆ、側面壁（図示せず）、及び底面壁５０ａと前面壁５０ｂの角部を紙面の表側から裏側に向けて切り欠くように設けた切欠き部壁５０ｃと繋ぎ壁５０ｄを有するように形成されている。切欠き部壁５０ｃは底面壁５０ａに垂直な平板と平行な平板とからなり、繋ぎ壁５０ｄは側面壁と垂直であり底面壁５０ａと所定の角度を有している。この所定の角度は、例えば３０〜４５度である。筐体５０は、上面壁５０ｆが固定板５４を介して電動式ゴニオステージである傾斜角変更機構５の駆動ステージ５１に連結され、傾斜角変更機構５により図１及び図２の紙面垂直方向周りに傾斜角が変更できるようになっている。言い換えると、傾斜角を変更するときの回転軸は、図１及び図２の紙面垂直方向であり、後述するＸ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸と後述するイメージングプレート１５の回転基準位置のラインとを含む平面の垂直方向である。そして、傾斜角を変更するときの回転軸は、後述するＸ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸と交差し、交差する点から後述するイメージングプレート１５までの距離は設定値Ｌになっている。また、傾斜角変更機構５の固定ステージ５２は側面板５３に連結され、側面板５３には、支持アーム６１に接続される接続部（図示せず）が設けられており、接続部も図１及び図２の紙面の垂直周り、すなわち、出射Ｘ線の光軸と後述するイメージングプレート１５の回転基準位置のラインとを含む平面の垂直周りに回転可能になっている。支持アーム６１はアーム式移動装置の先端であり、アーム式移動装置を操作することにより、筐体５０（Ｘ線回折測定装置）を任意の位置と姿勢にすることができる。
【００１９】
傾斜角変更機構５はモータ５５が回転駆動することで、駆動ステージ５１が固定ステージ５２に対して駆動し、これは上述したように回転軸周りの回転であるため、筐体５０の傾斜角が変化する。モータ５５はモータ制御回路８８から入力する駆動信号により回転駆動する。モータ制御回路８８は、コンピュータ装置９０を構成するコントローラ９１から傾斜角変更の指令と回転角度が入力すると、モータ５５に駆動信号を出力するとともに後述する回転角度検出回路８９から回転角度を入力し、入力した回転角度がコントローラ９１から入力した回転角度に等しくなったタイミングで駆動信号の出力を停止する。また、モータ制御回路８８は、コントローラ９１から駆動開始の指令と回転方向が入力すると、モータ５５に駆動信号を出力し、コントローラから駆動停止の指令が入力すると出力していた駆動信号を停止する。そして、どちらの場合においても、モータ制御回路８８はモータ５５内に組み込まれたエンコーダ５５ａが出力する信号により、モータ５５の回転速度（筐体５０の傾斜角変更速度）が設定された速度になるよう、駆動信号の強度を制御する。エンコーダ５５ａはモータ５５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モータ制御回路８８と後述する回転角度検出回路８９に出力する。モータ制御回路８８には、予めコントローラ９１から入力して設定された回転速度が記憶されており、モータ５５に駆動信号を出力する際、エンコーダ５５ａ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を用いて回転速度を計算し、計算した回転速度が設定されている回転速度になるよう、出力する駆動信号の強度を制御する。
【００２０】
回転角度検出回路８９は、エンコーダ５５ａから入力するパルス列信号のパルス数をカウントし、モータ５５の回転方向に応じてカウントアップまたはカウントダウンさせて積算カウント値とし、積算カウント値から回転角度を計算してモータ制御回路８８とコントローラ９１に出力する。回転角度が０となる位置は、駆動ステージ５１及び筐体５０が図１及び図２おいて左周りに回転し、駆動限界位置に達したときであり、これは、Ｘ線回折測定装置に電源を投入したときコントローラ９１からの指令により設定される。すなわち、電源の投入時において、コントローラ９１はモータ制御回路８８と回転角度検出回路８９に回転角度０の設定を指令する信号を出力し、この指令が入力すると、モータ制御回路８８は駆動ステージ５１が図１及び図２おいて左周りに回転する駆動信号を出力し、回転角度検出回路８９は、エンコーダ５５ａから入力するパルス列信号のパルス数をカウントする。そして、回転角度検出回路８９は、パルス列信号のパルス数がカウントされなくなると、積算カウント値をリセットして０にし、駆動限界位置を意味する信号をモータ制御回路８８に出力する。モータ制御回路８８は駆動限界位置を意味する信号が入力すると、モータ５５に出力していた駆動信号を停止する。コントローラ９１は回転角度０の設定を指令する信号を出力した後、回転角度検出回路８９から入力する回転角度が０になると、駆動ステージ５１及び筐体５０が図１及び図２の状態になる（傾斜角変化範囲の中心付近の傾斜角になる）回転角度を出力する。これによりモータ制御回路８８は上述したように回転角度検出回路８９から入力する回転角度がコントローラ９１から入力した回転角度になるまで駆動信号を出力し、駆動ステージ５１及び筐体５０は図１及び図２の状態になる。
【００２１】
コントローラ９１は、入力装置９２から筐体５０の傾斜角が入力されると、筐体５０が入力された傾斜角になるよう、傾斜角変更の指令と回転角度をモータ制御回路８８に出力する。入力装置９２から入力する傾斜角は、駆動ステージ５１及び筐体５０が図１及び図２おいて左周りに回転し、駆動限界位置に達したときを０とした回転角度であり、回転角度検出回路８９が出力する回転角度と同一である。よって、コントローラ９１は入力した傾斜角をそのまま回転角度検出回路８９に出力する。Ｘ線回折測定装置の筐体５０は、アーム式移動装置により姿勢を変えることができるので、傾斜角は水平面に対する傾斜の角度にはならない。作業者は、後述する表示装置９３に表示される現在の傾斜角とＸ線回折測定装置の筐体５０の姿勢から入力する傾斜角を判断する。また、コントローラ９１は、入力装置９２から筐体５０の傾斜角変化方向が入力されると、モータ制御回路８８に駆動開始の指令と回転方向を出力し、入力装置９２から停止指令が入力されると、モータ制御回路８８に駆動停止の指令を出力する。
【００２２】
また、コントローラ９１は、回転角度検出回路８９から入力する回転角度を、傾斜角として表示装置９３に表示する。さらに、入力装置９２から入射角設定値調整完了の指令が入力されると、回転角度検出回路８９から入力している回転角度Θｓを記憶する。そして、その後、回転角度検出回路８９から入力する回転角度Θと、予めメモリに記憶されている入射角の設定値Ψｓとを用いて、Ψ＝Ψｓ＋（Θ−Θｓ）なる計算から現時点のＸ線の入射角Ψを計算して、表示装置９３に表示する。作業者は、表示装置９３に表示される現時点のＸ線の入射角またはＸ線回折測定装置の筐体５０の傾斜角を確認しながら、入力装置９２からの入力により、Ｘ線の入射角または筐体５０の傾斜角を意図する値にすることができる。
【００２３】
Ｘ線出射器１０は、筐体５０内の上部にて図示左右方向に延設されて筐体５０に固定されており、高電圧電源９５からの高電圧の供給を受け、Ｘ線を図示下方向に出射する。Ｘ線制御回路７１は、コントローラ９１から指令が入力すると、Ｘ線出射器１０から一定強度の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。
【００２４】
テーブル駆動機構２０は、筐体５０に固定され、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、テーブル駆動機構２０における対向する１対の板状のガイド２５，２５により挟まれていて、テーブル駆動機構２０に固定されたフィードモータ２２、スクリューロッド２３及び軸受部２４により、出射Ｘ線の光軸が含まれる筐体５０の側面壁に平行な平面内であって、出射Ｘ線の光軸に垂直な方向に移動する。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。
【００２５】
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。測定開始直後において、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の移動先位置を入力すると、位置検出回路７２から入力する位置信号が入力した移動先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を用いて、移動ステージ２１の移動速度を計算し、計算した移動速度が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おり、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、出射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。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スピンドルモータ２７が組み付けられており、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａは円筒状で断面円形の貫通孔２７ａ１を有する。スピンドルモータ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の円筒状の通路部材２８が固定されている。
【００２７】
また、スピンドルモータ２７内にはエンコーダ２７ｃが組み込まれ、エンコーダ２７ｃは、スピンドルモータ２７が所定の微小回転角度だけ回転する度に、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を、スピンドルモータ制御回路７４及び回転角度検出回路７５へ出力する。さらに、エンコーダ２７ｃは、スピンドルモータ２７が１回転するごとに、所定の短い期間だけローレベルからハイレベルに切り替わるインデックス信号を、コントローラ９１及び回転角度検出回路７５に出力する。
【００２８】
スピンドルモータ制御回路７４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から計算される回転速度が、入力した回転速度になるように、駆動信号をスピンドルモータ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、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り、以後このラインを回転基準位置のラインという。
【００２９】
テーブル１６は、円形状であり、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。
【００３０】
テーブル１６、突出部１７及び固定具１８にも貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａがそれぞれ設けられており、貫通孔１８ａの内径は通路部材２８の内径と同じである。すなわち、出射Ｘ線は、貫通孔２６ａ，２１ａ，通路部材２８，貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａを介して出射され、通路部材２８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の軸線に平行な平行光となり、筐体５０の円形孔５０ｃ１から出射される。
【００３１】
イメージングプレート１５は、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、回折環撮像位置へ移動し、また、後述する撮像した回折環を読み取る回折環読取り領域、及び回折環を消去する回折環消去領域へ移動する。この移動において、イメージングプレート１５の中心軸は、出射Ｘ線の光軸とイメージングプレート１５における回転基準位置のラインとが含まれる平面内に保たれた状態で、出射Ｘ線の光軸に垂直な方向に移動する。
【００３２】
レーザ検出装置３０は、回折環を撮像したイメージングプレート１５にレーザ光を照射し、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。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側に充分離れており、測定対象物ＯＢにて回折したＸ線がレーザ検出装置３０によって遮られないようになっている。レーザ検出装置３０は、レーザ光源３１、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な構成である。  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、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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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変換回路８３に出力する。ＳＵＭ信号の強度は、イメージングプレート１５にて反射し、ダイクロイックミラー３４で反射した微量のレーザ光の強度と輝尽発光により発生した光の強度を合わせた強度に相当するが、イメージングプレート１５にて反射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変換回路８３は、コントローラ９１から指令が入力すると、入力するＳＵＭ信号の瞬時値をデジタルデータに変換してコントローラ９１に出力する。
【００３６】
また、対物レンズ３６に隣接して、ＬＥＤ光源４３が設けられている。ＬＥＤ光源４３は、ＬＥＤ駆動回路８４によって制御されて、可視光を発して、イメージングプレート１５に撮像された回折環を消去する。ＬＥＤ駆動回路８４は、コントローラ９１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供給する。
【００３７】
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、移動ステージ２１とテーブル駆動機構２０の上壁２６の下面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、移動ステージ２１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、上壁２６の下面に平行な面内を回転する。移動ステージ２１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が上壁２６の貫通孔２６ａ及び移動ステージ２１の貫通孔２１ａに対向する位置（Ａ位置）で静止するように、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が上壁２６の貫通孔２６ａと移動ステージ２１の貫通孔２１ａとの間を遮断しない位置（Ｂ位置）で静止するように、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。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るが、プレート４５がＡ位置にあるとき、その一部は、出射Ｘ線と同様の経路で貫通孔１８ａから出射するので、出射Ｘ線と同様、貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光になる。
【００３８】
モータ４６はエンコーダ４６ｂを備えており、エンコーダ４６ｂはモータ４６が所定の微小回転角度だけ回転する度に、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を回転制御回路８６に出力する。回転制御回路８６は、コントローラ９１から回転方向と回転開始の指令が入力されると、モータ４６に駆動信号を出力し、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。
【００３９】
筐体５０の切欠き部壁５０ｃには結像レンズ４８が設けられ、筐体５０内部には撮像器４９が設けられている。撮像器４９は、ＣＣＤ受光器又はＣＭＯＳ受光器で構成され、各撮像素子ごとの受光強度に相当する強度の信号をセンサ信号取出回路８７に出力する。結像レンズ４８及び撮像器４９は、イメージングプレート１５に対して設定された位置にある測定対象物ＯＢにおけるＬＥＤ光の照射点を中心とした領域の画像を撮像するデジタルカメラとして機能する。イメージングプレート１５に対して設定された位置とは、測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの垂直距離が、予め決められた設定値Ｌとなる位置である。この場合の結像レンズ４８及び撮像器４９による被写界深度は、前記照射点を中心とした前後の範囲で設定されている。センサ信号取出回路８７は、撮像器４９の各撮像素子ごとの信号強度データを、各撮像素子の位置（すなわち画素位置）が分かるデータと共にコントローラ９１に出力する。
【００４０】
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とともに、この光軸と測定対象物ＯＢに照射されるＸ線及びＬＥＤ光の光軸が交わる点は、イメージングプレート１５に対して設定された位置にある測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点であるように調整されている。さらに、Ｘ線及びＬＥＤ光の測定対象物ＯＢに対する入射角度が設定値であるとき、結像レンズ４８の光軸と測定対象物ＯＢのＸ線及びＬＥＤ光の照射点における法線方向とが成す角度は前記入射角度に等しい角度であるようにされている。したがって、測定対象物ＯＢにおけるＸ線及びＬＥＤ光の照射点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、ＬＥＤ光が測定対象物ＯＢに設定された入射角度で照射された場合には、撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点と測定対象物ＯＢで反射したＬＥＤ光の受光点は同じ位置に生じる。測定対象物ＯＢに照射されるＬＥＤ光は平行光であるので、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が、散乱光のうち結像レンズ４８に入射した光は撮像器４９の位置で結像して照射点の画像となり、結像レンズ４８に入射した反射光は結像レンズ４８により集光されて撮像器４９で受光され、受光点の画像となる。そして、ＬＥＤ光の照射点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、ＬＥＤ光が測定対象物ＯＢに設定された入射角度で照射されたとき、結像レンズ４８に入射する散乱光の光軸と反射光の光軸は、いずれも結像レンズ４８の光軸と一致するため、照射点の画像と受光点の画像は同じ位置であるとともに、結像レンズ４８の光軸が撮臓器４９と交差する所定の位置に生じる。よって、撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点と受光点が撮影画像上の所定の位置に生じるよう、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢を調整することで、Ｘ線及びＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離を設定値Ｌにし、Ｘ線の入射角を設定値にすることができる。
【００４１】
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、作動指令などの入力のために利用される。表示装置９３は、表示画面上に撮像器４９によって撮像された照射点及び受光点を含む画像に加えて、ＬＥＤ光の照射点及び受光点を合致させるべき位置を示すマークも表示される。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。
【００４２】
次に、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、Ｘ線回折測定装置の位置と姿勢を調整したうえで、測定対象物ＯＢの３軸残留応力を測定するためのＸ線回折測定を行う具体的方法について説明する。作業者は、Ｘ線回折測定システムを測定対象物ＯＢがある場所まで運搬し、アーム式移動装置を測定対象物ＯＢの近傍の適切な箇所に固定する。そして、アーム式移動装置を操作して、おおよそでＸ線回折測定装置から出射されるＸ線が測定対象物ＯＢの測定箇所に目的の方向から照射されるとともに、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定値Ｌ付近になるようにする。この後、Ｘ線回折測定は、図５に示されるように、位置姿勢調整工程Ｓ１、回折環撮像工程Ｓ２、回折環読取り工程Ｓ３及び回折環消去工程Ｓ４が行われ、測定が１回目であると入射角変更工程Ｓ６を行った後、再度、回折環撮像工程Ｓ２、回折環読取り工程Ｓ３及び回折環消去工程Ｓ４が行われ、３軸残留応力計算工程Ｓ７が行われることで実施される。なお、各工程において、先行技術文献の特許文献１で既に詳細に説明されている箇所は、簡略的に説明するにとどめる。
【００４３】
位置姿勢調整工程Ｓ１は、測定対象物ＯＢに対するＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整する工程である。作業者は、入力装置９２から位置姿勢の調整を行うことを入力すると、コントローラ９１は、各回路に指令を出力し、イメージングプレート１５を回折環撮像位置（図１乃至図３の状態）に移動させ、モータ４６を駆動させてプレート４５をＡ位置まで回転させ、ＬＥＤ光源４４を点灯させる。これにより平行光であるＬＥＤ光が筐体５０の円形孔５０ｃ１から外部へ出射され、測定対象物ＯＢの測定箇所付近に照射される。さらに、コントローラ９１は、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、この撮像信号から作成したＬＥＤ光の照射位置近傍の画像を表示装置９３に表示させる。このとき、表示される画像には、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、十字マークが表示される。
【００４４】
この場合、十字マークのクロス点は表示装置９３の画面の中心に位置し、十字マークのＸ軸方向は画面の横方向に対応し、十字マークのＹ軸方向は画面の縦方向に対応する。そして、十字マークのクロス点は、ＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定値Ｌであるときに、照射点が撮像される位置であると同時に、該距離が設定値Ｌであり、ＬＥＤ光が測定対象物ＯＢに設定された入射角度で入射されるとき、受光点が撮像される位置である。また、十字マークのＹ軸は、出射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が撮臓器４９と交差するラインに相当し、十字マークのＹ軸方向がＬＥＤ光及びＸ線の照射方向であり、この方向を測定対象物ＯＢに投影させた方向が残留垂直応力σｘの測定方向である。
【００４５】
作業者は、表示装置９３に表示される画像を見ながら、アーム式移動装置を操作してＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整し、画面上におけるＬＥＤ光の照射点が測定対象物ＯＢの目的とする測定箇所になるとともに、十字マークのクロス点と合致し、受光点が十字マークのクロス点と合致するようにする。これにより、出射Ｘ線は測定対象物ＯＢの目的とする測定箇所に照射され、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離は設定値Ｌになり、測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角は設定値になる。
【００４６】
作業者は、ＬＥＤ光の照射点と受光点が十字マークのクロス点と合致すると、入力装置９２から入射角設定値調整完了の指令を入力する。これにより、コントローラ９１は、回転角度検出回路８９から入力している回転角度Θｓを記憶し、これ以降、回転角度検出回路８９から入力する回転角度Θと、予めメモリに記憶されている入射角の設定値Ψｓとを用いて、Ψ＝Ψｓ＋（Θ−Θｓ）なる計算から現時点のＸ線の入射角Ψを計算して、表示装置９３に表示する。作業者はＸ線の入射角を設定値以外の入射角にしたいときは、入力装置９２から傾斜角を入力するか傾斜角変更方向を入力して傾斜角変更機構５のモータ５５を駆動させ、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の傾斜角を変更する。上述した調整でＸ線照射点からイメージングプレート１５までの距離は設定値Ｌになっているので、傾斜角変更機構５の駆動ステージ５１の傾斜角を変更するときの回転軸は、Ｘ線照射点（ＬＥＤ光の照射点）と一致している。よって、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の傾斜角を変更してもＸ線照射点は変化せず、Ｘ線の入射角のみが変化する。
【００４７】
Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢の調整が終了すると、作業者は入力装置９２から位置姿勢の調整終了を入力する。これにより、コントローラ９１は、各回路に指令を出力し、ＬＥＤ光源４４を消灯させ、撮像信号の出力を停止させ、モータ４６を駆動させてプレート４５をＢ位置まで回転させる。これにより、Ｘ線出射器１０からのＸ線が移動ステージ２１の貫通孔２１ａに入射され得る状態となる。さらに、コントローラ９１は、回転角度検出回路８９から入力している回転角度と表示装置９３に表示している現時点のＸ線の入射角Ψ１を記憶する。
【００４８】
次の回折環撮像工程Ｓ２において、作業者は入力装置９２から測定対象物ＯＢの材質（本実施形態では、鉄）を入力し、測定開始を入力する。これにより、コントローラ９１は、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、回折環の読取り時において回転角度０°となる状態で、イメージングプレート１５に回折環が撮像されるようになる。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る。これにより、測定対象物ＯＢにおけるＸ線照射点で発生した回折Ｘ線により、イメージングプレート１５に回折環が撮像されていく。そして、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。
【００４９】
次にコントローラ９１は、自動または作業者の入力により回折環読取り工程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。読取り開始位置とは、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。回折環基準半径Ｒｏとは、測定対象物ＯＢの残留応力が「０」であるときに、イメージングプレート１５上に形成される回折環の半径であり、測定対象物ＯＢにおけるＸ線の回折角度２Θ０（Θ０はブラッグ角）及び距離ＩＰ−ＯＢの設定値ＬからＲｏ＝Ｌ・ｔａｎ（２Θ０）の計算式で計算される。そして、Ｘ線の回折角度２Θ０は測定対象物ＯＢの材質で決まり、距離Ｌは設定値に調整されているので、測定対象物ＯＢの材質ごとに予め回折角２Θ０を記憶しておけば、測定対象物ＯＢの材質を入力することで回折環基準半径Ｒｏは計算できる。
【００５０】
次に、コントローラ９１は、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を所定の回転速度で回転させ、レーザ駆動回路７７を制御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を制御してフォーカスサーボを開始させる。さらに、回転角度検出回路７５を制御して、スピンドルモータ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変換回路８３を制御して、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を制御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変換回路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はレーザ光照射位置の径方向距離ｒ（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に関して、ＳＵＭ信号の瞬時値Ｉ、回転角度θｐ及び半径値ｒを表すデータが所定回転角度ごとに順次記憶されていく。
【００５１】
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、およ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変換回路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。
【００５２】
次にコントローラ９１は、自動または作業者の入力により回折環消去工程Ｓ４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ＬＥＤ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位置である。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ＬＥＤ光をイメージングプレート１５に対して照射させ、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が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するよう、フィードモータ２２を回転させる。消去終了位置とは、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る。
【００５３】
イメージングプレート１５が消去終了位置になると、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、ＬＥＤ駆動回路８４を制御してＬＥＤ光の照射を停止させ、位置検出回路７２の作動を停止させ、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（イメージングプレート１５）の回転を停止させる。
【００５４】
次にコントローラ９１または作業者は、測定が１回目であるか否か判定し、１回目であれば、自動または作業者の入力により入射角変更工程Ｓ６を実行する。コントローラ９１が自動で行う場合は、位置姿勢調整工程Ｓ１の終了段階で記憶している回転角度に予め記憶されている回転角度変化量Ａを加算した回転角度をモータ制御回路８８に出力する。これにより、Ｘ線の入射角Ψ２は最初のＸ線の入射角Ψ１に回転角度変化量Ａを加算した値になる。回転角度変化量Ａは作業者が入力装置９２から入力して設定することができるが、予め設定された上限値を超える設定はできないようになっている。この上限値は例えば２０°である。また、作業者が入力する場合は、表示装置９３に表示されている入射角と傾斜角を見て、適切な傾斜角を入力装置９２から入力するか、表示装置９３に表示されている入射角を見ながら、入力装置９２から傾斜角変化方向を入力し、適切な入射角となったタイミングで停止指令を入力する。そして、入力装置９２から入射角変更終了を入力するとコントローラ９１は、表示装置９３に表示している入射角Ψ２を記憶する。なお、上述したように、傾斜角変更機構５の駆動ステージ５１の傾斜角を変更するときの回転軸は、Ｘ線照射点と一致しているので、入射角変更工程Ｓ６が実行された後もＸ線の照射点は同一位置であり、後述する２回目のＸ線回折測定も測定箇所は同一である。
【００５５】
次にコントローラ９１は、自動または作業者の入力により回折環撮像工程Ｓ２、回折環読取り工程Ｓ３及び回折環消去工程Ｓ４を再度実行する。これらの工程は、１回目のそれぞれの工程と同じである。これによりコントローラ９１には、２つ目の回折環の形状データ（回転角度αごとの半径値ｒα）が記憶される。そして、この時点でコントローラ９１に記憶されている値を視覚的に示すと図６のようになる。図６に示す値の内、２つの回折環の半径値ｒα１，ｒα２と２つの入射角Ψ１，Ψ２は２回のＸ線回折測定が行われることにより記憶され、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌは予め記憶されている。図６について注釈すると、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸は図２に示されるものとは異なり、Ｘ軸はＸ線照射点から出射Ｘ線を測定対象物の平面に投影した方向であり、別の表現をすると出射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が、測定対象物の平面と交差するラインである。また、Ｙ軸は測定対象物の平面でＸ線照射点を通るＸ軸に垂直なラインであり、Ｚ軸はＸ軸、Ｙ軸に垂直なラインである。後述する残留垂直応力σｘ，σｙ，σｚは、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の残留垂直応力であり、残留せん断応力τｘｙは、測定対象物の平面であるＸＹ平面の残留せん断応力であり、残留せん断応力τｘｚ，τｙｚは、ＸＺ平面，ＹＺ平面の残留せん断応力である。
【００５６】
次にコントローラ９１は、自動または作業者の入力により３軸残留応力計算工程Ｓ７を実行する。以下に計算の手順を、計算式とともに説明する。なお、ｃｏｓα法を用いた演算により３軸残留応力を計算する演算は公知技術であり、例えば特開２０１４−１３２０３号公報に示されているため、公知技術である箇所は簡単に説明するにとどめる。まず、２つの回折環の形状データである半径値ｒα１，ｒα２から、以下の数１の式を用いて回転角度αごとの回折角２Θαを計算する。ＬはＸ線照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌである。
（数１）
２Θα  ＝  ｔａｎ−１（−ｒα／Ｌ）
次に回折角２Θαと既知である無ひずみのときの回折角２Θ０から、以下の数２の式を用いて回転角度αごとのひずみεαを計算する。
（数２）
εα  ＝  （１／２）（２Θ０−２Θα）ｃｏｔΘ０
次に回転角度αごとのひずみεαから、以下の数３乃至数５の式を用いてａ１，ａ２，ａ３値を計算する。
（数３）
ａ１  ＝  （１／２）｛（εα−επ＋α）＋（ε−α−επ−α）｝
（数４）
ａ２  ＝  （１／２）｛（εα−επ＋α）−（ε−α−επ−α）｝
（数５）
ａ３  ＝  （１／２）｛（εα＋επ＋α）＋（ε−α＋επ−α）｝
２つの回折環の形状データである半径値ｒα１，ｒα２があるので、ａ１，ａ２，ａ３値はそれぞれ２つづつ得られる。
【００５７】
公知技術に示されているように、ａ１値と回転角度αの余弦であるｃｏｓαには、残留応力σx，σz，τxzを用いて次の数６の関係式がある。
【数６】
2017129514.tif 000003
Ｅはヤング率、νはポアソン比、ηは（π−回折角）でこの場合の回折角には無応力の回折角２Θ０を用いることができる。よって、数６において変数はαとａ１値のみであるので、ｃｏｓαとａ１値には比例の関係があり、式を変形すると次の数７のようになる。
【数７】
2017129514.tif 000004
左辺の（∂ａ１／∂ｃｏｓα）はｃｏｓαとａ１値の原点を通る回帰線の傾きから計算される値であり、右辺の−（１＋ν）／Ｅ，ｓｉｎ２η及びｓｉｎ２Ψは定数であるので、両辺に −Ｅ／｛（１＋ν）・ｓｉｎ２η・ｓｉｎ２Ψ｝を乗算したときの左辺である−｛（∂ａ１／∂ｃｏｓα）・Ｅ｝／｛（１＋ν）・ｓｉｎ２η・ｓｉｎ２Ψ｝も、ｃｏｓαとａ１値の原点を通る回帰線の傾きから計算される値とすることができる。この左辺を（ｃｏｓα線図計算値）とすると、数７は以下の数８のように変形することができる。
【数８】
2017129514.tif 000005
【００５８】
上述したようにａ１値には、２回のＸ線回折測定におけるそれぞれの値があるので、ｃｏｓαとａ１値の原点を通る回帰線の傾きをそれぞれ計算し、得られたそれぞれの値に定数−Ｅ／｛（１＋ν）・ｓｉｎ２η・ｓｉｎ２Ψ｝を乗算すれば、２回のＸ線回折測定におけるそれぞれの（ｃｏｓα線図計算値）を求めることができる。数８において未知数はσｘ−σｚとτｘｚの２つであるので、それぞれの（ｃｏｓα線図計算値）と入射角Ψ１，Ψ２を数８に代入した連立方程式を解くことで、σｘ−σｚとτｘｚを求めることができる。
【００５９】
また、公知技術に示されているように、ａ２値と回転角度αの正弦であるｓｉｎαには、残留応力τｘｙ，τｙｚを用いて次の数９の関係式がある。
【数９】
2017129514.tif 000006
数６と同様、数９においても変数はαとａ２値のみであるので、ｓｉｎαとａ２値には比例の関係があり、式を変形すると次の数１０のようになる。
【数１０】
2017129514.tif 000007
左辺の（∂ａ１／∂ｓｉｎα）はｓｉｎαとａ２値の原点を通る回帰線の傾きから計算される値であり、右辺の２（１＋ν）／Ｅ，ｓｉｎ２η及びｓｉｎΨは定数であるので、両辺に Ｅ／｛２（１＋ν）・ｓｉｎ２η・ｓｉｎΨ｝を乗算したときの左辺である−｛（∂ａ２／∂ｓｉｎα）・Ｅ｝／｛２（１＋ν）・ｓｉｎ２η・ｓｉｎΨ｝も、ｓｉｎαとａ２値の原点を通る回帰線の傾きから計算される値とすることができる。この左辺を（ｓｉｎα線図計算値）とすると、数１０は以下の数１１のように変形することができる。
【数１１】
2017129514.tif 000008
【００６０】
上述したようにａ２値には、２回のＸ線回折測定におけるそれぞれの値があるので、ｓｉｎαとａ２値の原点を通る回帰線の傾きをそれぞれ計算し、得られたそれぞれの値に定数Ｅ／｛２（１＋ν）・ｓｉｎ２η・ｓｉｎΨ｝を乗算すれば、２回のＸ線回折測定におけるそれぞれの（ｓｉｎα線図計算値）を求めることができる。数１１において未知数はτｘｙとτｙｚの２つであるので、それぞれの（ｓｉｎα線図計算値）と入射角Ψ１，Ψ２を数１１に代入した連立方程式を解くことで、τｘｙとτｙｚを求めることができる。ここまでの計算により、σｘ−σｚ，τｘｙ，τｘｚ，τｙｚを求めることができる。
【００６１】
これ以降の計算は、公知技術に示されている計算と同じである。ａ３値と回転角度αの余弦の二乗であるｃｏｓ２αには、残留応力σｘ−σｚ，σｙ−σｚ，τｘｚを用いて次の数１２、数１３の関係式がある。
【数１２】
2017129514.tif 000009
【数１３】
2017129514.tif 000010
Ｄは、残留垂直応力σｘ、ヤング率Ｅ、ポアソン比ν、（π−回折角）であるη及び入射角Ψから定まる値であり定数である。よって、数１２において変数はαとａ１値のみであるので、ｃｏｓ２αとａ３値には直線の関係があり、ｃｏｓ２αとａ３値の回帰線の傾きを最小二乗法で計算することでΦを求めることができる。そして、数１３において、σｘ−σｚ，τｘｚは既に計算されており、ヤング率Ｅ、ポアソン比ν、（π−回折角）であるη及び入射角Ψは既知の値であるので、Φが得られれば、数１３からσｙ−σｚを求めることができる。ａ３値には、２回のＸ線回折測定におけるそれぞれの値があるので、Φおよびσｙ−σｚをそれぞれ求めることができる。よって、それぞれのσｙ−σｚを平均し、正規のσｙ−σｚとすればよい。
【００６２】
ひずみεαと３軸残留応力を関係づける式は、公知技術に示されているように以下の数１４及び数１５である。
【数１４】
2017129514.tif 000011
【数１５】
2017129514.tif 000012
数１５においてφ０は、測定対象物表面に出射Ｘ線の光軸を投影した方向とＸ軸が成す角度であり、本実施形態では０である。よって、数１５において式の右辺に出てくるη、Ψ、φ０は既知の値であり、変数は回折環の回転角度αのみであるので、ｎ１乃至ｎ３は回転角度αにより定まる値である。
【００６３】
数１４を変形すると、以下の数１６及び数１７になる。
【数１６】
2017129514.tif 000013
【数１７】
2017129514.tif 000014
数１７の右辺において、σｘ−σｚ，σｙ−σｚ，τｘｙ，τｘｚ，τｙｚは既に計算された値であり、ヤング率Ｅ、ポアソン比νは既知の値であり、上述したようにｎ１乃至ｎ３は回転角度αにより定まる値である。よって、Ｘは回転角度αにより定まる値である。また、数１６の右辺においてヤング率Ｅ、ポアソン比νは既知の値であり、ひずみεαは回転角度αごとに得られている値である。したがって、数１５と数１７を用いて回転角度αごとのＸを計算し、数１６に回転角度αごとのＸと回転角度αごとのひずみεαを代入すれば、残留垂直応力σｚを回転角度αごとに求めることができる。
【００６４】
ひずみεαには２回のＸ線回折測定におけるそれぞれの値があるので、回転角度αごとの残留垂直応力σｚを２回のＸ線回折測定においてそれぞれ計算し、すべてのσｚを平均して正規の残留垂直応力σｚとする。そして、既に計算されているσｘ−σｚ，σｙ−σｚにσｚを加算し、残留垂直応力σｘ，σｙとする。これにより、３軸残留応力σｘ，σｙ，σｚ，τｘｙ，τｘｚ，τｙｚを求めることができる。
【００６５】
コントローラ９１は３軸残留応力計算工程Ｓ７が終了すると、表示装置に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Ｌ、Ｘ線の入射角Ψ１，Ψ２等の測定条件、回折環の形状曲線（回転角度αごとの半径値ｒα１，ｒα２から得られる曲線）、回折環の強度分布画像（瞬時値Ｉαを明度に換算し、瞬時値Ｉα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の疲労度の評価や、ショットピーニングなどによる加工結果の評価等を行うことができる。
【００６６】
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、対象とする測定対象物ＯＢに向けてＸ線を出射するＸ線出射器１０と、Ｘ線出射器１０から測定対象物ＯＢに向けてＸ線を出射し、測定対象物ＯＢのＸ線照射箇所にて発生した回折Ｘ線を、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差するイメージングプレート１５にて受光し、イメージングプレート１５に回折Ｘ線の像である回折環を形成するとともに回折環の形状を検出するレーザ検出装置３０、テーブル駆動機構２０及び各種回路からなる回折環形成検出機器と、Ｘ線出射器１０と回折環形成検出機器とを内部に配置した筐体５０と、筐体５０の傾斜角をＸ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸と交差する回転軸であって、交差する点がイメージングプレート１５から予め設定された距離Ｌである回転軸周りに変更する傾斜角変更機構５と、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の測定対象物ＯＢに対する入射角を検出する入射角検出機能とを備えたＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムにおいて、Ｘ線出射器１０、回折環形成検出機器、傾斜角変更機構５及び入射角検出機能を制御するとともに、回折環形成検出機器が検出した回折環の形状と入射角検出機能が検出した入射角を用いて演算を行うコントローラ９１のプログラムを備え、コントローラ９１のプログラムは、傾斜角変更機構５の回転軸がＸ線の光軸と交差する点が測定対象物ＯＢの測定箇所に合致した状態で、入射角検出機能に入射角を検出させた後、Ｘ線出射器１０と回折環形成検出機能を制御して、測定対象物ＯＢにＸ線を照射し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検出する１回目の回折環検出工程と、傾斜角変更機構５を制御して筐体５０を異なる傾斜角にするとともに、入射角検出機能に入射角を検出させた後、Ｘ線出射器１０と回折環形成検出機能を制御して、測定対象物ＯＢにＸ線を照射し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検出する２回目の回折環検出工程と、１回目の回折環検出工程及び２回目の回折環検出工程で得られた２つの回折環の形状と２つの入射角とを用いて、３軸残留応力を計算する３軸残留応力計算工程とを行っている。
【００６７】
これによれば、測定対象物ＯＢのＸ線の照射箇所からイメージングプレート１５までの距離を予め設定された距離にすれば、Ｘ線の照射箇所は、傾斜角変更機構５が傾斜角を変更する際の回転軸に含まれるので、傾斜角変更機構５を用いて筐体５０の傾斜角を変更させるのみで、Ｘ線の照射箇所が同一のままＸ線の入射角を変更することができ、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢の調整に時間がかからないようにすることができる。すなわち、作業者は、測定対象物ＯＢのＸ線の照射箇所からイメージングプレート１５までの距離が予め設定された距離になるよう、筐体の位置と姿勢を調整すれば、後はコントローラ９１のプログラムが１回目の回折環検出工程、２回目の回折環検出工程及び３軸残留応力計算工程を実施して３軸残留応力を測定するので、３軸残留応力を測定するまでに時間がかからないようにすることができる。
【００６８】
また、上記実施形態においては、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ＯＢに出射するＬＥＤ光源４４、プレート４５等からなる可視光出射器と、傾斜角変更機構５の回転軸がＸ線の光軸と交差する点が測定対象物ＯＢの測定箇所に合致した状態で、可視光出射器から可視光を測定対象物ＯＢに照射したとき、測定対象物ＯＢからの反射光の受光位置を設定された位置にすることにより測定対象物ＯＢに対する可視光の入射角を設定値にする入射角設定機能とを備え、入射角検出機能は、傾斜角変更機構５により変更された傾斜角を回転角度で検出する回転角度検出回路８９と、回転角度検出回路８９が検出した回転角度の、入射角設定機能により入射角が設定値にされたとき回転角度検出回路８９により検出された回転角度からの差を、入射角の設定値に加算することにより入射角を計算するコントローラ９１の計算機能とを備えている。
【００６９】
これによれば、可視光出射器から可視光を出射して照射位置を確認しながら、測定箇所を希望する箇所にすることができるとともに、測定対象物ＯＢに対するＸ線の入射角をどのような角度にしても、精度よく入射角を検出することができる。
【００７０】
また、上記実施形態においては、コントローラ９１のプログラムは、２回目の回折環検出工程おける入射角の１回目の回折環検出工程における入射角からの差が、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の測定対象物ＯＢの表面に投影した方向が同一方向の状態で２０°以内であるように、傾斜角変更機構５を制御して傾斜角を変更している。
【００７１】
これによれば、出射Ｘ線の測定対象物ＯＢの表面に投影した方向が同一方向で、測定箇所に対し入射角を２０°以内で異ならせてＸ線を照射すればいいので、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢が大きく変化せず、垂直方向からのＸ線照射という条件もないので、測定対象物ＯＢが狭い場所にある場合でも、測定が困難にならない。このようにしても３軸残留応力を測定できることは、数１乃至数１７を用いて説明した通りである。
【００７２】
また、上記実施形態は、１回目の回折環検出工程、２回目の回折環検出工程及び３軸残留応力計算工程を、コントローラ９１のプログラムの実行に替えて作業者が入力装置９２から指令を入力して行うこともできる。すなわち、Ｘ線出射器１０、回折環形成検出機器、筐体５０、傾斜角変更機構５及び入射角検出機能を備えたＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムを用いたＸ線回折測定方法の発明としても実施し得るものである。この場合、筐体５０の傾斜角の変更は、表示装置に表示される入射角を見ながら、２回目の回折環検出工程おける入射角の１回目の回折環検出工程における入射角からの差が、Ｘ線出射器１０から出射されるＸ線の測定対象物ＯＢの表面に投影した方向が同一方向の状態で２０°以内になるようにすればよい。これによっても、コントローラ９１のプログラムの実行による場合と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
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。
【００７４】
上記実施形態においては、電動式ゴニオステージである傾斜角変更機構５の駆動ステージ５１をＸ線回折測定装置の筐体５０の上面壁５０ｆに連結させ、筐体５０の傾斜角を変更できるようにした。しかし、傾斜角を変更する際の回転軸が出射Ｘ線の光軸と交差し、交差する点からイメージングプレート１５までの距離が設定値Ｌになっていれば、傾斜角を変更する機構はどのような機構であってもよい。例えば、手動式で回転角度を読取ることができるゴニオステージを用いてもよいし、駆動ステージ５１を筐体５０の側面に連結させた機構であってもよい。
【００７５】
また、上記実施形態においては、結像レンズ４８、撮像器４９及びセンサ信号取出回路８７から得られる撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点と受光点の位置が、撮影画像とは独立して表示される十字マークのクロス点に合致させて、Ｘ線の入射角を設定値Ψｓにし、このとき回転角度検出回路８９から入力している回転角度Θｓを記憶した。そして、これ以降、回転角度検出回路８９から入力する回転角度Θと、予めメモリに記憶されている入射角の設定値Ψｓとを用いて、Ψ＝Ψｓ＋（Θ−Θｓ）なる計算からＸ線の入射角Ψを検出するようにした。しかし、Ｘ線の入射角を検出することができるならば、どのような検出方法を用いてもよい。例えば、可視の平行光とは別に四角形等のパターン光を測定対象物ＯＢに照射し、測定対象物ＯＢの表面に形成されたパターンの撮影画像における形状から演算処理により入射角を計算するようにしてもよい。また、可視の平行光を測定対象物ＯＢに照射したまま、テーブル１６をレーザ検出装置３０側に移動させ、移動量と撮影画像におけるＬＥＤ光の照射点の位置の変化量から入射角を計算するようにしてもよい。
【００７６】
また、上記実施形態においては、結像レンズ４８、撮像器４９及びセンサ信号取出回路８７から得られる撮影画像におけるＬＥＤ光照射点の位置が、撮影画像とは独立して表示される十字マークのクロス点に合致するようにすることで、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離を設定値Ｌにした。しかし、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離を設定値Ｌにできれば、どのような方法を用いてもよい。例えば、撮影機能は設けず、出射Ｘ線と光軸が同一のＬＥＤ光の光軸と光軸が異なる可視の平行光が、ＬＥＤ光の光軸とイメージングプレート１５から距離Ｌの点で交差するようにし、２つの光の照射点が１つになるように測定対象物ＯＢの位置を調整することで、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離を設定値Ｌにするようにしてもよい。また、その場合のＸ線の入射角は、目視でＬＥＤ光の反射光の受光位置が設定された位置になったとき、回転角度検出回路８９から入力している回転角度Θｓを記憶し、上述したΨ＝Ψｓ＋（Θ−Θｓ）なる計算により検出するようにすればよい。
【００７７】
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ているプログラムは予め記憶されている回転角度変化量Ａを、位置姿勢調整工程Ｓ１の終了段階で記憶している回転角度に加算してモータ制御回路８８に出力することで、２回目のＸ線回折測定におけるＸ線入射角Ψ２を１回目のＸ線回折測定のときのＸ線入射角Ψ１から回転角度変化量Ａだけ変更するようにした。しかし、２回目のＸ線回折測定におけるＸ線入射角を１回目のＸ線回折測定と異ならせ、該Ｘ線入射角を検出できれば、傾斜角変更機構５を制御する方法はどのような方法を用いてもよい。例えば、設定された時間だけモータ制御回路８８に駆動信号を出力し、回転が終了した時点で上述したΨ＝Ψｓ＋（Θ−Θｓ）なる計算により得られる入射角ΨをＸ線入射角Ψ２として記憶してもよい。
【００７８】
また、上記実施形態においては、２つの入射角においてそれぞれＸ線回折測定を行って回折環の形状を検出し、３軸残留応力を計算したが、測定に時間がかかってもよければ、３つ以上の傾斜角でＸ線回折測定を行い、３軸残留応力を計算してもよい。その場合３軸残留応力は、σｘ−σｚ，τｘｙ，τｘｚ，τｙｚについては２つの回折環のすべての組み合わせで計算して平均し、σｙ−σｚ，σｚはすべての回折環において計算して平均すればよい。
【００７９】
また、上記実施形態においては、Ｘ線回折測定装置を、イメージングプレート１５に回折環を撮像し、レーザ検出装置３０からのレーザ照射と光の強度検出により、回折環の形状を検出する装置としたが、回折環を撮像して形状を検出することができるならば、どのような方式の装置でもよい。例えば、イメージングプレート１５の代わりにイメージングプレート１５と同じ広さの平面を有するＸ線ＣＣＤを備え、Ｘ線出射器１０からのＸ線照射の際、Ｘ線ＣＣＤの各画素が出力する電気信号により回折環における回折Ｘ線の強度分布を検出する装置でもよい。また、イメージングプレート１５と同じ広さの平面を有するＸ線ＣＣＤの代わりに、微小サイズのＸ線ＣＣＤを位置を検出しながら走査し、Ｘ線ＣＣＤの各画素が出力する電気信号とＸ線ＣＣＤの走査位置から、回折環における回折Ｘ線の強度分布を検出する装置でもよい。また、Ｘ線ＣＣＤに替えてシンチレータから出た蛍光を、光電子増倍管（ＰＭＴ）で検出するシンチレーションカウンタを用いる装置でもよい。
【００８０】
また、上記実施形態においては、コントローラ９１に３軸残留応力を計算する演算プログラムを備えた。しかし、Ｘ線回折測定に時間がかかってもよい場合は、Ｘ線回折測定システムは回折環の形状と２つの入射角を得るまでにし、別のコンピュータ装置に回折環の形状データと２つの入射角を入力して、３軸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。
【００８１】
また、上記実施形態においては、アーム式移動装置の支持アーム６１にＸ線回折測定装置の筐体５０を連結させることで、測定対象物ＯＢに対するＸ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢を調整できるようにしたが、測定対象物ＯＢに対するＸ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢を調整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、測定対象物ＯＢが運搬可能な試料片であれば、傾斜角変更機構５の固定ステージ５２と側面板５３を固定し、Ｘ線回折測定装置の筐体５０は傾斜角変更機構５のみにより位置と姿勢が変化するようにし、測定対象物ＯＢの載置用として直交する３方向に移動可能で傾斜角が変更可能なステージ装置を用意してもよい。この場合は、ステージ装置をＸ線回折測定装置の筐体５０に置き、測定対象物ＯＢをステージ装置に載置し、ステージ装置を操作してＸ線回折測定装置の筐体５０に対する測定対象物ＯＢ位置と姿勢を調整するようにすればよい。また、その場合でも、Ｘ線回折測定装置の筐体５０をアーム式移動装置の支持アーム６１に連結させ、アーム式移動装置、ステージ装置の双方で位置と姿勢を調整することができるようにしてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態においては、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光を測定対象物ＯＢに照射する構造にした。しかし、これに代えて、出射Ｘ線と光軸を同一にした可視の平行光を照射することができれば、どのような構造にしてもよい。例えば、ビームスプリッタを出射Ｘ線の光軸上に配置し、ＬＥＤ光をビームスプリッタで反射させて出射Ｘ線と光軸を同一にして照射するようにしてもよい。
【００８３】
また、上記実施形態においては、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，１８ｂ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、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ーレンズを配置し、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、固定具１８の貫通孔１８ａ，１８ｂに入射させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８４】
５…傾斜角変更機構、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、１７…突出部、１８…固定具、１９…シリンドリカルレンズ、２０…テーブル駆動機構、２１…移動ステージ、２２…フィードモータ、２３…スクリューロッド、２７…スピンドルモータ、２８…通路部材、３０…レーザ検出装置、３１…レーザ光源、３６…対物レンズ、４４…ＬＥＤ光源、４５…プレート、４６…モータ、４７ａ，４７ｂ…ストッパ部材、４８…結像レンズ、４９…撮像器、５０…筐体、５０ａ…底面壁、５０ｃ…切欠き部壁、５０ｄ…繋ぎ壁、５０ｆ…上面壁、５１…駆動ステージ、５２…固定ステージ、５３…側面板、５４…固定板、５５…モータ、６１…支持アーム、９０…コンピュータ装置、９１…コントローラ、９２…入力装置、９３…表示装置、９５…高電圧電源 、ＯＢ…測定対象物
【図１】
2017129514.tif 000015
【図２】
2017129514.tif 000016
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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