特許 5915943 回折環形成システム及びＸ線回折測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5915943

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月11日

(54)【発明の名称】回折環形成システム及びＸ線回折測定システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/20 20060101AFI20160422BHJP

   G01N 23/205 20060101ALI20160422BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20160422BHJP

   G01L 1/25 20060101ALI20160422BHJP

【ＦＩ】

   G01N23/20 310

   G01N23/205

   G01B11/24

   G01L1/25

【請求項の数】10

【全頁数】39

(21)【出願番号】特願2013-120027(P2013-120027)

(22)【出願日】2013年6月6日

(65)【公開番号】特開2014-238295(P2014-238295A)

(43)【公開日】2014年12月18日

【審査請求日】2015年2月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000112004

【氏名又は名称】パルステック工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】丸山 洋一

【審査官】 田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２２５７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１０５７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０３７３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２４１３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２２８６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３４８６６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２３／００−２３／２２７

Ｇ０１Ｌ １／２５

Ｇ０１Ｂ １５／００−１５／０８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【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イメージングプレートとを備えた回折環形成装置を含む回折環形成システムにおいて、
測定対象物に光を照射して反射光を検出または測定対象物を撮像することにより測定対象物の３次元形状を測定し、３次元形状データの作成するための元データを出力する３次元形状測定装置であって、前記回折環形成装置に対する位置及び姿勢が固定されている３次元形状測定装置と、
前記回折環形成装置および前記３次元形状測定装置に対する測定対象物の位置および姿勢を、少なくとも前記回折環形成装置に対向する位置と前記３次元形状測定装置に対向する位置にすることが可能な少なくとも２方向、および少なくとも１軸周りに変化させる位置姿勢変化手段と、
前記３次元形状測定装置から出力される元データを用いて測定対象物の３次元形状データを作成する形状データ作成手段と、
前記形状データ作成手段により作成された３次元形状データを用いて測定対象物の３次元形状画像を作成して表示する３次元画像表示手段と、
前記３次元画像表示手段により表示された測定対象物の３次元形状画像内に、前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線が照射されるポイントを指定することができるポイント指定手段と、
前記３次元形状測定装置の座標系により前記Ｘ線出射器から出射されるＸ線の光軸位置を記憶している記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されているＸ線の光軸位置と、前記形状データ作成手段により作成された３次元形状データとを用いて、前記位置姿勢変化手段により測定対象物の位置を変化させて前記ポイント指定手段を用いて指定されたポイントにＸ線が照射された場合における、前記イメージングプレートに形成される回折環の形状を計算する回折環形状計算手段とを備えたことを特徴とする回折環形成システム。

【請求項2】

請求項１に記載された回折環形成システムにおいて、
前記記憶手段は、前記３次元形状測定装置の座標系により前記位置姿勢変化手段による測定対象物の姿勢の変化における回転軸の位置も記憶しており、
前記形状データ作成手段により作成された測定対象物の３次元形状データによる３次元形状に対し、仮想上で前記位置姿勢変化手段を用いて姿勢を変化させる際の姿勢の変化方向および変化量を指定することができる姿勢変化指定手段を備え、
前記形状データ作成手段は、前記姿勢変化指定手段により姿勢の変化方向および変化量が指定されたときは、前記記憶手段に記憶されている回転軸の位置と、前記指定された姿勢の変化方向および変化量とを用いて、前記元データを用いて作成された測定対象物の３次元形状データを姿勢が変化した際の３次元形状データに変更することを特徴とする回折環形成システム。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載された回折環形成システムにおいて、
前記記憶手段に記憶されているＸ線の光軸位置と、前記形状データ作成手段により作成された３次元形状データとを用いて、前記位置姿勢変化手段により測定対象物の位置を変化させて前記ポイント指定手段を用いて指定されたポイントにＸ線が照射された場合における、Ｘ線の入射角度を計算する入射角度計算手段を備えたことを特徴とする回折環形成システム。

【請求項4】

請求項１乃至請求項３のうちのいずれか一つに記載された回折環形成システムにおいて、
前記記憶手段は、前記３次元形状測定装置の座標系により前記位置姿勢変化手段による測定対象物の位置の変化におけるそれぞれの移動方向も記憶しており、
前記記憶手段に記憶されているＸ線の光軸位置と測定対象物の位置の変化におけるそれぞれの移動方向とを用いて、前記ポイント指定手段を用いて指定されたポイントにＸ線が照射されるようにするための、前記位置姿勢変化手段による測定対象物の位置の変化におけるそれそれの移動方向の移動量を計算する移動量計算手段を備えたことを特徴とする回折環形成システム。

【請求項5】

請求項４に記載された回折環形成システムにおいて、
前記位置姿勢変化手段は、測定対象物の位置を少なくとも３方向に変化させ、
前記移動量計算手段は、前記ポイント指定手段を用いて指定されたポイントに、Ｘ線の照射点から前記イメージングプレートまでの距離が設定値になるようにＸ線が照射されるようにするための、前記位置姿勢変化手段による測定対象物の位置の変化におけるそれそれの移動方向の移動量を計算することを特徴とする回折環形成システム。

【請求項6】

請求項４に記載された回折環形成システムにおいて、
前記記憶手段に記憶されているＸ線の光軸位置と測定対象物の位置の変化におけるそれぞれの移動方向とを用いて、前記ポイント指定手段を用いて指定されたポイントにＸ線が照射されたときの、Ｘ線の照射点から前記イメージングプレートまでの距離を計算する距離計算手段を備えたことを特徴とする回折環形成システム。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６のうちのいずれか一つに記載された回折環形成システムにおいて、
前記回折環形成装置は、Ｘ線出射器からＸ線が出射されていない状態で、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を備え、
前記回折環形成装置に着脱可能な第１の治具であって、前記回折環形成装置に装着した際に前記可視光出射器から出射される可視光の光軸に垂直であり、前記可視光を通過させるための貫通孔を備える平板と、前記回折環形成装置に装着した際に前記可視光を入射して回折Ｘ線の発生する角度と同じ角度で反射させる円錐ミラーとを含む第１の治具を備えたことを特徴とする回折環形成システム。

【請求項8】

請求項７に記載された回折環形成システムにおいて、
前記回折環形成装置に着脱可能な第２の治具であって、前記回折環形成装置に装着した際に前記可視光出射器から出射される可視光の光軸に垂直であり、前記可視光を通過させるための貫通孔を備える平板と、前記回折環形成装置に装着した際に測定対象物で反射した前記可視光を入射して入射角度により異なる角度で反射する円錐内面形状ミラーとを含む第２の治具を備えたことを特徴とする回折環形成システム。

【請求項9】

請求項１乃至請求項８のうちのいずれか一つに記載された回折環形成システムを備えたＸ線回折測定システムであって、
前記回折環形成装置内に、
レーザ光を出射するレーザ光源及び前記レーザ光により発生する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を備え、
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を備えたことを特徴とするＸ線回折測定システム。

【請求項10】

請求項９に記載されたＸ線回折測定システムにおいて、
前記回折環読取り手段により読取られた回折環から測定対象物の特性値を計算する特性値計算手段を備え、
前記特性値計算手段は、読取った回折環に欠けがある場合は、回折環が存在する箇所のデータを用いて測定対象物の特性値を計算することを特徴とするＸ線回折測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、イメージングプレートの表面に形成されたＸ線回折環に基づいて測定対象物の残留応力を測定するために、測定対象物にＸ線を照射して、測定対象物で回折したＸ線によりイメージングプレートの表面に環状の回折Ｘ線の像を形成する回折環形成装置を備えた回折環形成システムと、前記回折環形成システムを備えたＸ線回折測定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、測定対象物の残留応力をＸ線回折により測定することはよく行われている。この残留応力の測定の分野においては、装置の小型化を図るとともに、測定対象物の残留応力の測定時間を短縮するようにしたＸ線回折測定装置が下記特許文献１に示されている。このＸ線回折測定装置においては、測定対象物に所定の入射角度（例えば、３０乃至４０度）でＸ線を照射し、測定対象物の上面にて回折したＸ線（以下、回折Ｘ線という）を感光性を有するイメージングプレートで受光し、イメージングプレート上に環状の回折Ｘ線の像（以下、単に回折環という）を形成している。そして、イメージングプレートを別の位置に移動させた後、移動と共に回転させて、レーザ検出装置からレーザ光を照射して、イメージングプレート上に形成された回折環の形状を読取り、読取った回折環の形状からｃｏｓα法を用いて分析することで、測定対象物の残留応力を計算している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−２２５７９６号公報

【発明の概要】

【0004】

この種のＸ線回折測定装置においては、装置から出射したＸ線が照射されるポイントがわかっていれば、測定対象物の測定箇所がこのＸ線の照射ポイントに合致するよう測定対象物をステージにセットすれば、測定を行うことができる。そして、イメージングプレート上に形成された回折環の形状から残留応力を計算する際に必要なパラメータとして、Ｘ線入射角度とＸ線照射ポイントからイメージングプレートまでの距離があるが、これらの値は次のように得ることができる。Ｘ線入射角度は、Ｘ線回折測定装置と測定対象物をセットするステージの姿勢が一定であれば固定値であるので、Ｘ線回折測定装置の設計段階で適切な値に設定することができる。Ｘ線照射ポイントからイメージングプレートまでの距離は、特許文献１に示されるようにＸ線中に反射可能な波長の光を混在させ反射光をセンサで受光し、受光位置を検出することで得ることができる。また、Ｘ線照射ポイントからイメージングプレートまでの距離はステージ高さに測定対象物の厚さを加えた値（測定対象物表面の高さ）と１：１の関係にあるので、予めこの関係を得ておけば、測定対象物の厚さとステージ高さを求めることで得ることができる。

【0005】

しかしながら、上記のＸ線入射角度とＸ線照射ポイントからイメージングプレートまでの距離を得る方法は、測定対象物の測定箇所が平面でありその平面がステージ面と平行であることを前提とした場合に限られる。すなわち、測定対象物が例えばギアのように複雑な形状をしている場合は、Ｘ線の入射角度やＸ線照射ポイントからイメージングプレートまでの距離は簡単に求めることはできない。よって、測定対象物が複雑な形状をしている場合は、得られた回折環から精度のよい残留応力を求めることが困難であるという問題がある。また、この問題の前に、測定対象物が複雑な形状をしている場合は、測定対象物へ照射するＸ線の照射方向の調整（Ｘ線の光軸を基準にすると、測定対象物の姿勢の調整）が困難であるという別の問題がある。すなわち、測定対象物が複雑な形状をしている場合は、図１５に示すように回折Ｘ線が測定対象物の一部で妨害されてイメージングプレート上に回折環が全周形成されない場合があり、欠けている回折環の部分が多いと精度のよい残留応力を求めることができないため、測定を行う前に回折環の欠けが極力少なくなるよう、測定対象物へ照射するＸ線の照射方向を調整する必要がある。しかしながら、この調整は作業者が目で見て予測するか、照射方向を変えるごとにＸ線照射して回折環を何度か形成してみるしか方法はなく、調整が困難であるとともに調整に時間がかかるという問題がある。このため、現時点ではＸ線回折測定装置を用いて複雑な形状をしている物体の残留応力を測定することは、ほとんど行われていない。

【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線を照射して測定対象物で回折したＸ線によりイメージングプレートの表面に回折環を形成する回折環形成装置を備えた回折環形成システムと、前記回折環形成システムを備えたＸ線回折測定システムにおいて、複雑な形状をしている物体であっても、短時間で回折環の欠けを極力少なくすることができるＸ線の照射方向の調整（測定対象物の姿勢の調整）を行うことができ、Ｘ線の入射角度やＸ線照射ポイントからイメージングプレートまでの距離を精度よく求めることができる、回折環形成システムおよびＸ線回折測定システム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、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イメージングプレートとを含む回折環形成装置を備えた回折環形成システムにおいて、測定対象物に光を照射して反射光を検出または測定対象物を撮像することにより測定対象物の３次元形状を測定し、３次元形状データの作成するための元データを出力する３次元形状測定装置であって、回折環形成装置に対する位置及び姿勢が固定されている３次元形状測定装置と、回折環形成装置および３次元形状測定装置に対する測定対象物の位置および姿勢を、少なくとも回折環形成装置に対向する位置と３次元形状測定装置に対向する位置にすることが可能な少なくとも２方向、および少なくとも１軸周りに変化させる位置姿勢変化手段と、３次元形状測定装置から出力される元データを用いて測定対象物の３次元形状データを作成する形状データ作成手段と、形状データ作成手段により作成された３次元形状データを用いて測定対象物の３次元形状画像を作成して表示する３次元画像表示手段と、３次元画像表示手段により表示された測定対象物の３次元形状画像内に、Ｘ線出射器から出射されるＸ線が照射されるポイントを指定することができるポイント指定手段と、３次元形状測定装置の座標系によりＸ線出射器から出射されるＸ線の光軸位置を記憶している記憶手段と、記憶手段に記憶されているＸ線の光軸位置と、形状データ作成手段により作成された３次元形状データとを用いて、位置姿勢変化手段により測定対象物の位置を変化させてポイント指定手段を用いて指定されたポイントにＸ線が照射された場合における、イメージングプレートに形成される回折環の形状を計算する回折環形状計算手段とを備えたことにある。

【0008】

これによれば、３次元形状測定装置により測定対象物が測定され、３次元形状測定装置から出力された元データに基づいて形状データ作成手段が測定対象物の３次元形状データを作成する。そして、３次元画像表示手段が３次元形状データを用いて測定対象物の３次元形状画像を作成して表示するので、作業者は表示された３次元形状画像を見て、ポイント指定手段を用いて表示された３次元形状画像内に、Ｘ線出射器から出射されるＸ線が照射されるポイントを指定する。そして、回折環形状計算手段は、記憶手段に記憶されているＸ線の光軸位置と３次元形状データとを用いて、位置姿勢変化手段により測定対象物の位置を変化させて指定されたポイントにＸ線が照射された場合におけるイメージングプレートに形成される回折環の形状を計算する。作業者は計算された回折環の形状を見ることにより、回折環の欠けの有無および回折環の欠けがある場合はその程度を確認することができる。これによれば、複雑な形状をしている測定対象物であっても、測定対象物の姿勢（測定対象物に対するＸ線の照射方向）ごとに回折環の形状を確認することができ、短時間で回折環の欠けを極力少なくすることができる測定対象物の姿勢（測定対象物に対するＸ線の照射方向）を見つけることができる。なお、測定対象物の位置の変化は測定対象物を平行移動させることを意味し、測定対象物の姿勢の変化は測定対象物を定まっている回転軸周りに傾斜させることを意味する。

【0009】

また、本発明の別の特徴は、記憶手段は、３次元形状測定装置の座標系により位置姿勢変化手段による測定対象物の姿勢の変化における回転軸の位置も記憶しており、形状データ作成手段により作成された測定対象物の３次元形状データによる３次元形状に対し、仮想上で位置姿勢変化手段を用いて姿勢を変化させる際の姿勢の変化方向および変化量を指定することができる姿勢変化指定手段を備え、形状データ作成手段は、姿勢変化指定手段により姿勢の変化方向および変化量が指定されたときは、記憶手段に記憶されている回転軸の位置と、指定された姿勢の変化方向および変化量とを用いて、元データを用いて作成された測定対象物の３次元形状データを姿勢が変化した際の３次元形状データに変更することにある。

【0010】

これによれば、回折環形状計算手段が計算した回折環の欠けの程度が大きい場合は、実際に位置姿勢変化手段により測定対象物の姿勢を変化させて再度３次元形状測定装置により測定を行わずとも、姿勢変化指定手段を用いて仮想上で測定対象物の姿勢を変化させる際の姿勢の変化方向および変化量を指定しさえすれば、その変化を実際に行った時の回折環の形状を計算することができる。よって、回折環形状計算手段が計算した回折環の欠けの程度が大きい場合は、回折環の欠けを極力少なくすることができる測定対象物の姿勢（測定対象物に対するＸ線の照射方向）を仮想上で見つけ、位置姿勢変化手段により実際の姿勢を見つけた姿勢と同じだけ変化させればよい。これによれば、複雑な形状をしている物体であっても、さらに短時間で回折環の欠けを極力少なくすることができる測定対象物の姿勢（測定対象物に対するＸ線の照射方向）を見つけることができる。

【0011】

また、本発明の別の特徴は、記憶手段に記憶されているＸ線の光軸位置と、形状データ作成手段により作成された３次元形状データとを用いて、位置姿勢変化手段により測定対象物の位置を変化させてポイント指定手段を用いて指定されたポイントにＸ線が照射された場合における、Ｘ線の入射角度を計算する入射角度計算手段を備えたことにある。これによれば、指定されたポイントにＸ線が照射された場合のＸ線の入射角度を求めることができ、読取った回折環の形状から精度の良い残留応力を計算することができる。

【0012】

また、本発明の別の特徴は、記憶手段は、３次元形状測定装置の座標系により位置姿勢変化手段による測定対象物の位置の変化におけるそれぞれの移動方向も記憶しており、記憶手段に記憶されているＸ線の光軸位置と測定対象物の位置の変化におけるそれぞれの移動方向とを用いて、ポイント指定手段を用いて指定されたポイントにＸ線が照射されるようにするための、位置姿勢変化手段による測定対象物の位置の変化におけるそれそれの移動方向の移動量を計算する移動量計算手段を備えたことにある。これによれば、測定対象物の指定されたポイントにＸ線を照射するために、位置姿勢変化手段により測定対象物の位置をどの方向にどれだけ変化させればよいかがわかるので、簡単に測定対象物の指定されたポイントにＸ線を照射することができる。

【0013】

また、本発明の別の特徴は、位置姿勢変化手段は、測定対象物の位置を少なくとも３方向に変化させ、移動量計算手段は、ポイント指定手段を用いて指定されたポイントに、Ｘ線の照射点からイメージングプレートまでの距離が設定値になるようにＸ線が照射されるようにするための、位置姿勢変化手段による測定対象物の位置の変化におけるそれそれの移動方向の移動量を計算するようにしたことにある。これによれば、測定対象物の指定されたポイントにＸ線の照射点からイメージングプレートまでの距離が設定値になるようにＸ線を照射するためには、位置姿勢変化手段により測定対象物の位置をどの方向にどれだけ変化させればよいかがわかるので、簡単にＸ線の照射点からイメージングプレートまでの距離を設定値にすることができ、読取った回折環の形状から精度の良い残留応力を計算することができる。

【0014】

また、本発明の別の特徴は、記憶手段に記憶されているＸ線の光軸位置と測定対象物の位置の変化におけるそれぞれの移動方向とを用いて、ポイント指定手段を用いて指定されたポイントにＸ線が照射されたときの、Ｘ線の照射点からイメージングプレートまでの距離を計算する距離計算手段を備えたことにある。これによれば、Ｘ線の照射点からイメージングプレートまでの距離を設定値になるようにしなくても、Ｘ線の照射点からイメージングプレートまでの距離を精度よく求めることができるので、読取った回折環の形状から精度の良い残留応力を計算することができる。

【0015】

また、本発明の別の特徴は、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を備え、回折環形成装置に着脱可能な第１の治具であって、回折環形成装置に装着した際に可視光出射器から出射される可視光の光軸に垂直であり、可視光を通過させるための貫通孔を備える平板と、回折環形成装置に装着した際に可視光を入射して回折Ｘ線の発生する角度と同じ角度で反射させる円錐ミラーとを含む第１の治具を備えたことにある。これによれば、測定対象物の反射率が低い等の理由により測定対象物の３次元形状が測定できない場合は、第１の治具を回折環形成装置に装着し、可視光出射器から可視光を照射して、第１の治具の円錐ミラーを測定対象物のＸ線照射点位置にすれば、円錐ミラーで反射した可視光が第１の治具の平板に形成する円状の照射跡を見ることで回折環の欠けの有無および回折環の欠けがある場合はその程度を確認することができる。

【0016】

また、本発明の別の特徴は、回折環形成装置に着脱可能な第２の治具であって、回折環形成装置に装着した際に可視光出射器から出射される可視光の光軸に垂直であり、可視光を通過させるための貫通孔を備える平板と、回折環形成装置に装着した際に測定対象物で反射した可視光を入射して入射角度により異なる角度で反射する円錐内面形状ミラーとを含む第２の治具を備えたことにある。これによれば、測定対象物の反射率が低い等の理由により測定対象物の３次元形状が測定できない場合は、第２の治具を回折環形成装置に装着し、可視光出射器から可視光を照射して、第２の治具の円錐内面形状ミラーの先端を測定対象物のＸ線照射点位置にすれば、測定対象物で反射し、円錐内面形状ミラーで反射した可視光が第２の治具の平板に形成する点状の照射跡の位置を確認し、第２の治具の平板から円錐内面形状ミラーの先端までの距離を求めれば、測定対象物におけるＸ線入射角度を求めることができる。

【0017】

また、本発明の別の特徴は、回折環形成システムを備えたＸ線回折測定システムであって、回折環形成装置内に、レーザ光を出射するレーザ光源及びレーザ光により発生する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を備え、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を備えたことにある。これによれば、イメージングプレートに回折環を形成した後、ただちに回折環の形状を読取ることができるので、測定対象物の残留応力を短時間で測定することができる。なお、回折環の欠けを極力少なくすることができるよう測定対象物の姿勢（測定対象物に対するＸ線の照射方向）を調整しても、読取った回折環に欠けがある場合があり、その場合は、回折環が存在する箇所のデータを用いて測定対象物の残留応力を計算するようにするとよい。また、回折環から計算することができる測定対象物の特性値は残留応力の他に、半価幅や残留オーステナイト量などがあり、回折環から計算することができる特性値であれば、どのような値を計算するようにしてもよい。

【0018】

さらに、本発明の実施にあたっては、回折環形成システム及びＸ線回折測定システムに限定されるものではなく、回折環形成システム及びＸ線回折測定システムにおけるＸ線照射方向の調整方法及びＸ線入射角度とＸ線照射ポイントまでの距離の取得方法の発明としても実施し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係るＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムを示す全体概略図である。

【図2】図１のＸ線回折測定装置の拡大図である。

【図3】図１のＸ線回折測定システムを図１の右方向から見たときの外観図である。

【図4】図１のコントローラに記憶されている直線式、ベクトル成分、座標値に対応する直線、ベクトル、座標点を視覚的に示した図である。

【図5】３次元形状測定装置の座標系によるＸ線光軸の直線式を求める方法を視覚的に示した図である。

【図6】３次元形状測定装置の座標系によるＸ線光軸の直線式を求める際に金属表面に取り付ける物体を示した図である。

【図7】図１のＸ線回折測定システムにより測定を行うときの測定対象物の移動のさせ方を示した図であり、（Ａ）は３次元形状測定を行うときの移動位置であり、（Ｂ）はＸ線回折により残留応力測定を行うときの移動位置である。

【図8】３次元形状データから回折環の形状を求める処理を視覚的に説明する図である。

【図9】ステージに載置した測定対象物を姿勢を変化させると、回折環の形状が変化する様子を示す図である。

【図10】図１のＸ線回折測定システムにより測定対象物の残留応力形状測定を行う際に、作業者が行う操作を示した工程図である。

【図11】図１のＸ線回折測定装置において、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12】図１１のＬＥＤ照射機構部分の拡大斜視図である。

【図13】本発明の変形例におけるＸ線回折測定装置において、３次元形状測定装置による測定が不可能なとき、回折環の欠けを確認するためＸ線回折測定装置のＸ線出射口に取り付ける治具を示した断面図と立体図である。

【図14】本発明の変形例におけるＸ線回折測定装置において、３次元形状測定装置による測定が不可能なとき、Ｘ線入射角度を求めるためＸ線回折測定装置のＸ線出射口に取り付ける治具を示した断面図である。

【図15】測定対象物が複雑な形状をしている場合、回折環が欠けることがあることを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

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、図２及び図３を用いて説明する。このＸ線回折測定装置を含むＸ線回折測定システムは、Ｘ線を測定対象物ＯＢに照射し、同照射による測定対象物ＯＢからの回折Ｘ線によりイメージングプレートに形成される回折環の形状を読取り、測定対象物ＯＢのＸ線照射ポイントにおける残留応力を計算するシステムであるが、複雑な形状の測定対象物ＯＢの指定したポイントの残留応力を適切な方向からのＸ線照射により精度よく測定するためのシステムをも備える。複雑な形状の測定対象物ＯＢは、例えば、素材が鉄であるギアである。

【0021】

Ｘ線回折測定装置１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１とともに、測定対象物ＯＢの３次元形状を測定する３次元形状測定装置２、測定対象物ＯＢを載置するとともに互いに直交する２つの回転軸周りに傾斜させる傾斜装置６０、測定対象物ＯＢ（傾斜装置６０）を互いに直交する３方向に移動させる移動装置７０、コンピュータ装置１００及び高電圧電源９６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点鎖線で示された各種回路は、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。

【0022】

ケース５０は、略直方体状に形成されるとともに、底面壁５０ａと側面壁５０ｂの角部を紙面の表側から裏側に向けて切り欠くように設けた切欠き部壁５０ｃを有するように形成されている。このケース５０の側面壁には、図３に示すように支持アーム５２に接続される接続部５１が設けられており、接続部は図３の横方向周り（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５２は、図示されていないアーム式移動装置の先端であり、アーム式移動装置を操作することにより、ケース５０を任意の位置、姿勢にすることができる。これにより、測定対象物ＯＢの測定において、ケース５０は切欠き部壁５０ｃが後述するステージ６１の上面に対向するように、位置及び姿勢が調整される。

【0023】

３次元形状測定装置２は非接触で測定対象物ＯＢの形状を測定することができるものであればどのようなものでもよい。例えば、レーザ光を照射方向を検出しながら２方向に走査して、測定対象物ＯＢ表面のレーザ光照射点で発生する散乱光の一部を受光位置を検出することができるフォトセンサで受光し、レーザ光の照射方向ごとに受光位置を検出する方式の装置を使用してもよい。この場合、３次元形状測定装置２は、レーザ光の照射方向ごとに検出した受光位置データをレーザ光の照射方向のデータとともにコントローラ１０１に出力する。コントローラ１０１は入力したデータから３角測量法の原理でレーザ光の照射方向ごとにレーザ光の照射点までの距離を求め、レーザ光の照射方向とレーザ光の照射点までの距離からレーザ光の照射点の（測定対象物ＯＢ表面の各点の）座標値を算出する。また、照射箇所に設定された間隔で格子縞ができる光を測定対象物ＯＢに照射し、格子縞を移動しながら格子縞の移動量が設定値になるごとに測定対象物ＯＢの撮影を撮像素子を並べたイメージセンサで行う方式の装置を使用してもよい。この場合、３次元形状測定装置２は、撮影ごとにイメージセンサの設定された撮影点の明度データをコントローラ１０１に出力する。コントローラ１０１は入力したデータから位相シフト法の原理でイメージセンサの設定された撮影点ごとに距離を算出し、設定された撮影点ごとに定まる方向と算出された距離から測定対象物ＯＢの各点の座標値を算出する。これ以外にも、複数の方向から測定対象物ＯＢの撮影を撮像素子を並べたイメージセンサで行い、コントローラ１０１に出力された撮影データからステレオ法の原理で測定対象物ＯＢの各点の座標値を算出する方式の装置を使用してもよいし、測定対象物ＯＢにモアレ縞ができる光を照射して測定対象物ＯＢの撮影を撮像素子を並べたイメージセンサで行い、コントローラ１０１に出力された撮影データからモアレ法の原理で測定対象物ＯＢの各点の座標値を算出する方式の装置を使用してもよい。どのような測定原理の３次元形状測定装置２を用いても、３次元形状データとして測定対象物ＯＢの表面における各点の座標値が得られる。以下、３次元形状測定の結果得られる測定対象物ＯＢの表面における各点の座標値を点群データと呼ぶ。

【0024】

３次元形状測定装置２は、図１ではＸ線回折測定装置１の上側に記載されているが、実際は図３に示すように、Ｘ線回折測定装置１の側面に取り付けられている。これにより、３次元形状測定装置２が出力するデータからコントローラ１０１で計算される点群データの基になる座標原点および座標軸の方向（以下、座標系Ｄという）とＸ線回折測定装置１とは固定された位置関係になっている。

【0025】

測定対象物ＯＢを載置するとともに傾斜させる傾斜装置６０は、２つのゴニオステージを重ねたものである。ステージ６１には操作子６１ａが組み付けられており、操作子６１ａの回転操作により、図示しない機構を介して第１プレート６２に対して図１、図２の紙面垂直方向および図３の横方向（Ｘ方向）にある回転軸周りに傾斜する。また、第１プレート６２には操作子６２ａが組み付けられており、操作子６２ａの回転操作により、図示しない機構を介して後述する第２プレート７１に対して図１、図２の紙面横方向および図３の紙面垂直方向（Ｙ方向）にある回転軸周りに傾斜する。ステージ６１の横面および第１プレート６２の横面には傾斜角度（回転軸周りの回転角度）を読取る目盛がつけられており、これを読取ることにより、ステージ６１の傾斜角度を検出できるようになっている。また、傾斜角度を読取る目盛りはマイクロメータのように操作子６１ａおよび操作子６２ａにつけられており、これを読取る構造であってもよい。

【0026】

傾斜装置６０の下方にある移動装置７０は、手動回転またはモータ回転による回転運動を直線運動に変える機構である。高さ調整機構７２はジャッキの構造になっており、操作子７２ａを回転させることにより第２プレート７１と第３プレート７３の間の距離を変化させることで傾斜装置６０（ステージ６１）の高さ位置（Ｚ方向位置）を変化させる。第２プレート７１には、マイクロメータ７４が取り付けられており、回転部分を回転させることで棒状部分７４ａが回転しながら伸び、棒状部分７４ａが第３プレート７４に当接して動かなくなったときに回転部分の目盛を読取ることでステージ６１の高さ位置（Ｚ方向位置）を検出することができる。マイクロメータ７４は高さ位置を読取った後は、棒状部分７４ａを常に最小長さにしておく。また、第３プレート７３の下面にはＸ方向に所定の幅を有する凸部が複数個あり、この凸部が第４プレート７５の上面に形成された複数個の凹部に侵入して、第４プレート７５に対して第３プレート７３がＹ方向に移動できるようになっている。第４プレート７５には操作子７５ａが固定されており、この操作子７５ａを回転させると、第３プレート７３は図示しない機構によりＹ方向に移動される。操作子７５ａもマイクロメータの回転部分のように目盛が付けられており、この目盛を読取ることでステージ６１のＹ方向における移動量（Ｙ方向位置）を検出できるようになっている。この移動量は、ステージ６１の図１，２の右方向への移動で値が増加するようになっている

【0027】

また、第４プレート７５の下面にはＹ方向に所定の幅を有する凸部が複数個あり、この凸部が設置プレート７６の上面に形成された複数個の凹部に侵入して、設置プレート７６に対して第４プレート７５がＸ方向に移動できるようになっている。設置プレート７６の図１の紙面横方向にある側面には図１の紙面垂直方向に回転軸を有するモータ７７が固定されており、モータ７７の回転軸は雄ねじが形成されたシャフトと結合されている。また、この雄ねじが形成されたシャフトは設置プレート７６の反対側の側面に固定された回転体と結合している。そして、第４プレート７５には、雄ねじが形成されたシャフトに螺合した雌ねじが形成されており、モータ７７が回転することにより、第４プレート７５（傾斜装置６０、ステージ６１）がＸ方向に移動する。本実施形態では３次元形状測定装置２はＸ線回折測定装置１の側面に取り付けられているため、３次元形状測定装置２の測定可能範囲内にステージ６１に搭載された測定対象物ＯＢを移動させ、Ｘ線回折測定装置１から照射されるＸ線がステージ６１に搭載された測定対象物ＯＢに照射される位置まで測定対象物ＯＢを移動させることができるよう、このＸ方向の移動はＹ方向、Ｚ方向の移動よりも移動可能範囲が長くなっている。

【0028】

モータ７７内には、モータ７７の回転を検出して、その回転を表す回転信号を出力するエンコーダ７７ａが組み込まれている。この回転信号はパルス列信号であって、回転方向を識別するために互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号とＢ相信号とで構成される。回転信号は、Ｘ方向移動量検出回路９５及びＸ方向モータ制御回路９４に出力される。Ｘ方向移動量検出回路９５は、前記回転信号のパルス数をモータ７７の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値からモータ７７によるステージ６１の移動量（移動位置）を検出し、検出した移動量をＸ方向モータ制御回路９４及び後述するコントローラ１０１に出力する。Ｘ方向モータ制御回路９４は、入力装置１０２からコントローラ１０１を介して移動量（移動位置）が入力すると、Ｘ方向移動量検出回路９５から入力する移動量がコントローラ１０１から入力した移動量と等しくなるまでモータ７７を回転させる。また、入力装置１０２からコントローラ１０１を介して移動方向指令が入力すると、ステージ６１の移動方向が入力した移動方向になるようモータ７７を回転させる。また、入力装置１０２からコントローラ１０１を介して停止指令が入力するとモータ７７への駆動信号を停止する。なお、モータ７７の回転時においては、Ｘ方向モータ制御回路９４は、エンコーダ７７ａから入力する回転信号の単位時間あたりのパルス数から算出される回転速度が、予め設定された回転速度になるようモータ７７の回転速度を制御する。これにより、ステージ６１は常に設定された速度で移動する。

【0029】

Ｘ方向移動量検出回路９５におけるカウント値の初期設定は、電源投入時にコントローラ１０１の指示によって行われる。すなわち、コントローラ１０１は、電源投入時に、Ｘ方向モータ制御回路９４に図３の右方向における駆動限界位置への移動を指令するとともに、Ｘ方向移動量検出回路９５に初期設定を指令する。この指令により、Ｘ方向モータ制御回路９４は、モータ７７を駆動してステージ６１を図３の右方向における駆動限界位置まで移動させる。Ｘ方向移動量検出回路９５は、指令が入力してからモータ７７内のエンコーダ７７ａからの回転信号を入力し続け、ステージ６１が駆動限界位置に達してモータ７７の回転が停止すると、Ｘ方向移動量検出回路９５はエンコーダ７７ａからの回転信号の入力停止を検出して、カウント値を「０」にリセットする。また、それと同時に、Ｘ方向モータ制御回路９４に出力停止のための信号を出力する。これにより、Ｘ方向モータ制御回路９４はモータ７７への駆動信号の出力を停止する。その後に、モータ７７が駆動された際には、Ｘ方向移動量検出回路９５は、回転信号のパルス数をモータ７７の回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンし、そのカウント値に基づいてステージ６１の移動量（移動位置）を計算し、計算した移動量をＸ方向モータ制御回路９４及びコントローラ１０１に出力し続ける。よって、図３の右方向における駆動限界位置が移動量０（移動位置０）であり、３次元形状測定装置２からＸ線回折測定装置１に向かう方向（図３の左方向）への移動で値が増加する。

【0030】

なお、後述するが、本実施形態には３次元形状測定装置２の座標系Ｄの他にいくつかの座標系があり、それぞれの座標系にはＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が存在しているので、以後、ステージの移動方向であるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を、ステージＸ方向、ステージＹ方向、ステージＺ方向と表現することで区別する。

【0031】

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９６からＸ線出射のための高電圧及び電流の供給を受け、Ｘ線制御回路８１により制御されて、出射口１１からＸ線を下方（図示左下方向）に向けて出射する。ケース５０は前述のように支持アーム５２に回転可能に接続されているので、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の出射方向はステージＸ方向周りに変化させることができる。ただし、ケース５０の切欠き部壁５０ｃと側面壁５０ｂの繋ぎ壁５０ｄがステージ６１に対してほぼ平行になるように調整するのが好ましい。このとき出射されたＸ線のステージＺ方向に対する角度（Ｘ線の入射角度φ）は、例えば３０度乃至４５度の範囲内の角度である。

【0032】

Ｘ線制御回路８１は、後述するコンピュータ装置１００を構成するコントローラ１０１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９６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８１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。

【0033】

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線の光軸と前記Ｘ線の光軸に交差するステージＺ方向の線とが成す平面内であって、前記Ｘ線の光軸に垂直な方向に移動可能となっている。フィードモータ２２は、テーブル駆動機構２０内に固定されていてケース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８６及びフィードモータ制御回路８５へ出力する。

【0034】

位置検出回路８６及びフィードモータ制御回路８５は、コントローラ１０１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８５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８５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８５は、位置検出回路８６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８６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。

【0035】

フィードモータ制御回路８５は、コントローラ１０１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８６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８６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１０１及びフィードモータ制御回路８５に出力する。フィードモータ制御回路８５は、位置検出回路８６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１０１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。

【0036】

また、フィードモータ制御回路８５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１０１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１０１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。

【0037】

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。

【0038】

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、図２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１１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。なお、図１１において２点鎖線で示した箇所は、本発明の変形例においてＬＥＤ光照射機構を設ける部分であるが、それについては後述する。

【0039】

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８２及び回転角度検出回路８３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１０１及び回転角度検出回路８３に出力する。

【0040】

スピンドルモータ制御回路８２及び回転角度検出回路８３は、コントローラ１０１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８２は、コントローラ１０１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１０１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８３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１０１に出力する。そして、回転角度検出回路８３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。

【0041】

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。

【0042】

テーブル１６、突出部１７及び固定具１８にも貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａがそれぞれ設けられており、貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａの中心軸はテーブル１６の中心軸と同じであり、貫通孔１８ａの内径は貫通孔１６ａ，１７ａに比べて小さく、前述した通路部材２８の内径と同じである。したがって、スピンドルモータ２７の出力軸２７ａから出射されたＸ線は、貫通孔１６ａ，１７ａ，１８ａを介するとともに、切欠き部壁５０ｃに設けた円形孔５０ｃ１を介して外部下方に位置する測定対象物ＯＢに向かって出射される。この場合、通路部材２８の内径及び貫通孔１８ａの内径は小さいので、通路部材２８を介して貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ内に入射したＸ線はやや拡散しているが、貫通孔１８ａから出射されるＸ線は貫通孔２７ａ１の軸線に平行な平行光となり、円形孔５０ｃ１から出射される。また、この円形孔５０ｃ１の内径は、測定対象物ＯＢからの回折光をイメージングプレート１５に導くために大きい。

【0043】

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線がステージ６１上の測定対象物ＯＢに照射されるようになっている。また、イメージングプレート１５は、スピンドルモータ２７によって駆動されて回転しながら、フィードモータ２２によって駆動されて、移動ステージ２１、スピンドルモータ２７及びテーブル１６と共に、撮像した回折環を読み取る回折環読取り領域内、及び回折環を消去する回折環消去領域内を移動する。なお、この場合のイメージングプレート１５の移動においては、イメージングプレート１５の中心軸が、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸と測定対象物ＯＢの法線とが成す平面内に保たれた状態で、前記Ｘ線の光軸に垂直な方向に移動する。

【0044】

レーザ検出装置３０は、回折環を撮像したイメージングプレート１５にレーザ光を照射して、イメージングプレート１５から入射した光の強度を検出する。レーザ検出装置３０は、測定対象物ＯＢ及び回折環撮像位置にあるイメージングプレート１５からフィードモータ２２側に充分離れている。すなわち、イメージングプレート１５が回折環撮像位置にあるとき、測定対象物ＯＢにて回折したＸ線がレーザ検出装置３０によって遮られないようになっている。レーザ検出装置３０は、レーザ光源３１と、コリメートレンズ３２、反射鏡３３、ダイクロイックミラー３４及び対物レンズ３６を備えている。

【0045】

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１０１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。

【0046】

コリメートレンズ３２は、レーザ光源３１から出射されたレーザ光を平行光に変換する。反射鏡３３は、コリメートレンズ３２にて平行光に変換されたレーザ光を、ダイクロイックミラー３４に向けて反射する。ダイクロイックミラー３４は、反射鏡３３から入射したレーザ光の大半（例えば、９５％）をそのまま透過させる。対物レンズ３６は、ダイクロイックミラー３４から入射したレーザ光をイメージングプレート１５の表面に集光させる。この対物レンズ３６から出射されるレーザ光の光軸は、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線の光軸と前記Ｘ線の光軸に交差するステージＺ方向の線とが成す平面内であって、前記Ｘ線の光軸に平行な方向、すなわち移動ステージ２１の移動方向に対して垂直な方向である。

【0047】

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。

【0048】

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、レーザ光の反射光の大部分はダイクロイックミラー３４を透過し、蛍光体から発せられた光の大部分はダイクロイックミラー３４にて反射する。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８８に出力する。

【0049】

増幅回路８８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９１及びＳＵＭ信号生成回路８９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９１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９２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。

【0050】

フォーカスサーボ回路９２は、コントローラ１０１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９３に出力する。ドライブ回路９３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。

【0051】

ＳＵＭ信号生成回路８９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９０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９０は、コントローラ１０１によって制御され、ＳＵＭ信号生成回路８９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１０１に出力する。

【0052】

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８７へ出力する。

【0053】

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１０１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。

【0054】

コンピュータ装置１００は、コントローラ１０１、入力装置１０２及び表示装置１０３からなる。コントローラ１０１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１、３次元形状測定装置２および移動装置７０の作動の制御を行う。また、Ｘ線回折測定装置１、３次元形状測定装置２から入力したデータの処理および後述する表示装置１０３への画像信号の出力を行う。入力装置１０２は、コントローラ１０１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１０３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。

【0055】

コントローラ１０１には入力装置１０２からの入力により３次元形状測定装置２に形状測定開始を指令し、３次元形状測定装置２からデータが入力すると、点群データを算出し、算出した点群データから測定対象物ＯＢの３次元形状画像データを作成して表示装置１０３に出力するプログラムがインストールされている。また、コントローラ１０１には入力装置１０２からの入力により、表示された３次元形状画像上の任意の点を指定し、指定した点をＸ線照射点として決定すると、以下の（Ａ）〜（Ｃ）を計算して表示するためのプログラムがインストールされている。
（Ａ）決定した点にＸ線が照射された場合にイメージングプレートに形成される回折環の形状。
（Ｂ）決定した点にＸ線が照射された場合のＸ線の入射角度。
（Ｃ）決定した点にＸ線が照射され、その際に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になるための、ステージＸ方向、ステージＹ方向およびステージＺ方向の移動量。
また、コントローラ１０１には入力装置１０２からの入力により、ステージ６１の（測定対象物ＯＢの）傾斜方向と傾斜量（符号が付いた傾斜量）を指定すると、その場合の上記の（Ａ）〜（Ｃ）を計算して表示するためのプログラムもインストールされている。また、コントローラ１０１には入力装置１０２からの入力により、Ｘ線回折測定装置１においてテーブル２０をＸ線出射器１０から出射されるＸ線が貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａを介して出射口５１Ｃから出射のされる位置にしたうえでＸ線を設定された時間だけ出射し、イメージングプレート１５に形成された回折環の形状をレーザ検出装置３０により読取り、読取った回折環の形状から残留応力を計算するプログラムもインストールされている。これらのプログラムが実行する制御およびデータ処理の詳細については、これより後に、前述のように構成されたＸ線回折測定システムにおいて、作業者が測定対象物ＯＢの残留応力測定のために行う操作に沿って説明する。その前に、Ｘ線回折測定装置１が接続されているアーム式移動装置によりＸ線回折測定装置１のステージ６１に対する位置を調整した後、コントローラ１０１には予め上記（Ａ）〜（Ｃ）に示した回折環の形状、Ｘ線の入射角度およびステージ６１の移動量を計算する際に使用する値として、様々な値や式を記憶させておく必要があるので、それらの値や式を求める方法について説明する。

【0056】

コントローラ１０１には３次元形状測定装置２の座標系Ｄにおける次の（１）〜（４）の値および式を記憶させておく。これらを視覚的に示したものが図４である。なお、（３）の式および（４）の値は、Ｘ線回折測定装置１と３次元形状測定装置２の位置関係が変わらない限り一定であるので、Ｘ線回折測定装置１の位置を調整するごとに行わなくてもよい。
（１）ステージ６１の３つの移動方向における単位ベクトルＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚの成分。
（２）ステージ６１の移動位置が設定位置（例えば駆動限界位置、すなわち移動位置０の位置）にあるときの、ステージ６１のＸ軸周りの傾斜とＹ軸周りの傾斜における回転軸Ｒｘ，Ｒｙを表す直線式。
（３）Ｘ線の光軸Ｘａを表す直線式。
（４）イメージングプレート１５の表面とＸ線の光軸が交差する点Ｘｉの座標値。
以下、３次元形状測定装置２、Ｘ線回折測定装置１、移動装置７０および傾斜装置６０を用いてこれらの（１）〜（４）の値および式を求める方法について説明する。

【0057】

（１）ステージ６１の３つの移動方向における単位ベクトルＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚの成分。
ステージ６１に定点定義可能な基準物体（例えば球体）を動かないように載置し、ステージ６１を移動装置７０によりステージＸ方向に移動させて３次元形状測定装置２により形状測定が可能な位置にする。そして、入力装置１０２から測定指令を入力して３次元形状測定装置２により形状測定を行う。コントローラ１０１では３次元形状測定装置２から入力したデータを用いてデータ処理を行い点群データが算出されるが、この点群データには基準物体の点群データの他にステージ６１の点群データおよびその周囲にある物体の点群データがあるので、この点群データから基準物体の点群データのみを抽出し、抽出した点群データから基準物体中に定義される定点座標（球体であれば球体の中心）の座標値を計算する。点群データから基準物体の点群データのみを抽出するためのデータ処理の手法は既存技術であり、例えば特許第３９５２４６７号に記載されている。次に入力装置１０２からの入力により、３次元形状測定装置２による形状測定が可能な範囲内でステージ６１をステージＸ方向に移動させ、上記と同様に３次元形状測定装置２により形状測定を行い、コントローラ１０１で点群データを処理して基準物体中に定義される定点座標（球体であれば球体の中心）の座標値を算出する。これにより、２つの定点座標が得られるので、この２つの定点座標を結ぶ方向のベクトル成分を計算し、このベクトル成分をベクトルの大きさで除算することで、単位ベクトルＶｘの成分を計算する。この単位ベクトルＶｘの向きは図４に示すように３次元形状測定装置２からＸ線回折測定装置１に向かう向き（すなわち、ステージＸ方向）を正とする。次に、同様に３次元形状測定装置２による形状測定が可能な範囲内で基準物体を移動装置７０によりステージＹ方向に移動させ、ステージＹ方向の異なる２点で３次元形状測定装置２により形状測定を行い、点群データを処理して２つの定点座標を求め、２つの定点座標から単位ベクトルＶｙの成分を計算する。この単位ベクトルＶｙの向きは図４に示すようにＸ線回折測定装置１の前方方向（すなわち、ステージＹ方向）を正とする。さらに、同様に３次元形状測定装置２による形状測定が可能な範囲内で基準物体を移動装置７０によりステージＺ方向に移動させ、ステージＺ方向の異なる２点で３次元形状測定装置２により形状測定を行い、点群データを処理して２つの定点座標を求め、２つの定点座標から単位ベクトルＶｚの成分を計算する。この単位ベクトルＶｚの向きは図４に示すようにステージ６１が高くなる方向（すなわち、ステージＺ方向）を正とする。これにより、単位ベクトルＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚの成分が得られる。

【0058】

（２）ステージ６１の移動位置が設定位置にあるときの、ステージ６１のＸ軸周りの傾斜とＹ軸周りの傾斜における回転軸Ｒｘ，Ｒｙを表す直線式。
ステージ６１に定点定義可能な基準物体（例えば球体）を動かないように載置し、移動装置７０によりステージ６１を予め設定された移動位置Ｘｓｔｄ，Ｙｓｔｄ，Ｚｓｔｄに移動させる。３次元形状測定装置２による形状測定が可能であれば、移動位置がＸｓｔｄ＝０，Ｙｓｔｄ＝０，Ｚｓｔｄ＝０になる駆動限界位置にすると、後述する計算が簡単になるので好ましい。次に上記（１）の単位ベクトルＶx，Ｖy，Ｖzの成分を求めた場合と同様に、３次元形状測定装置２により形状測定を行い、点群データを処理して定点座標を求める。次に傾斜装置６０によりステージ６１のＸ軸周りの傾斜を変更して、同様に３次元形状測定装置２により形状測定を行い、点群データを処理して定点座標を求め、さらに傾斜装置６０によりステージ６１のＸ軸周りの傾斜を変更して、同様に定点座標を求める。すなわち、Ｘ軸周りの傾斜が３つの傾斜角度にあるときの定点座標をそれぞれ求める。３つの傾斜角度は、例えばマイナス方向の最大傾斜角度、０付近の傾斜角度およびプラス方向の最大傾斜角度とすればよい。次に得られた３つの定点座標から以下の順で計算を行い、回転軸Ｒｘを表す直線式を計算する。
・３つの定点座標を平面式 ａ・Ｘ＋ｂ・Ｙ＋ｃ・Ｚ＋ｄ = ０の式に代入して、連立方程式を解くことで３つの座標を含む平面式ａ１・Ｘ＋ｂ１・Ｙ＋ｃ１・Ｚ＋ｄ１ = ０を求める。
・３つの定点座標の内、２つの定点座標値を減算して２つの定点座標を結ぶ方向にあるベクトルの成分を計算し、２つの定点座標値を加算して２で除算することで２つの定点座標の中点の座標値を計算する。そして、このベクトルが法線ベクトルで中点を含む平面の式ａ２・Ｘ＋ｂ２・Ｙ＋ｃ２・Ｚ＋ｄ２ = ０を求める。
・３つの定点座標の内、先に選択しなかった定点座標ともう１つの定点座標値から同様の計算によりａ３・Ｘ＋ｂ３・Ｙ＋ｃ３・Ｚ＋ｄ３ = ０を求める
・３つの平面式ａ１・Ｘ＋ｂ１・Ｙ＋ｃ１・Ｚ＋ｄ１
= ０、ａ２・Ｘ＋ｂ２・Ｙ＋ｃ２・Ｚ＋ｄ２ = ０、およびａ３・Ｘ＋ｂ３・Ｙ＋ｃ３・Ｚ＋ｄ３ = ０からなる連立方程式を解くことで３つの定点座標が円周上にある円の中心座標値（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）を求める。回転軸Ｒｘを表す直線式は、（Ｘ−ｘｃ）／ａ１＝（Ｙ−ｙｃ）／ｂ１＝（Ｚ−ｚｃ）／ｃ１である。なお、後述する回転軸Ｒｙを表す直線式と区別するため、回転軸Ｒｘを表す直線式を、（Ｘ−ｘｃｘ）／ａｘ＝（Ｙ−ｙｃｘ）／ｂｘ＝（Ｚ−ｚｃｘ）／ｃｘとする。

【0059】

次にステージ６１のＹ軸周りの傾斜を変更して、Ｘ軸周りの傾斜の場合と同様に３次元形状測定装置２により形状測定を行い、点群データを処理して３つの定点座標を求める。次に得られた３つの定点座標から回転軸Ｒｘを表す直線式を計算した場合と同様の手順で計算を行い、回転軸Ｒｙを表す直線式を計算する。回転軸Ｒｙを表す直線式を、（Ｘ−ｘｃｙ）／ａｙ＝（Ｙ−ｙｃｙ）／ｂｙ＝（Ｚ−ｚｃｙ）／ｃｙとする。

【0060】

（３）Ｘ線の光軸を表す直線式Ｘａ。
Ｘ線回折測定装置１のケース５０の切欠き部壁５０ｃを取り外し、テーブル１６にイメージングプレート１５を取付けるための固定具１８を外して、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線が通過する貫通孔２７ａ１に外径が貫通孔２７ａ１と略同じ大きさの棒１１１を挿入する。この棒１１１は先端が尖ったものであり、先端に接触した物に着色する液体（例えばインク）をつけてある。次にステージ６１を移動装置７０によりステージＸ方向に移動させて、棒１１１をＸ線照射方向に移動させると先端がステージ６１の中央部分に当たる位置にする。そして図５に示すように、ステージ６１にＸ線照射により回折環を形成可能な平板状の金属（鉄が最もよい）１１０を載置し、棒１１１の先端を接触させて、平板状の金属１１０に印をつける。次にこの印の箇所に図６に示すように、２つの球体１１３，１１４の中心にピン１１２を通した物体で先端１１５が接着可能になっている物体の先端１１５をつける。この状態でステージＸ方向の移動位置を検出した後、ステージ６１をステージＸ方向に３次元形状測定装置２により形状測定が可能な位置まで移動させ、再びステージＸ方向の移動位置を検出し、移動前の移動位置から減算してＸ方向の移動距離Ｌｘを算出する。次に３次元形状測定装置２により形状測定を行い、コントローラ１０１に入力し計算された点群データから以下の順で計算を行い、Ｘ線の光軸上の１点の座標値を求める。
・球体１１３の点群データのみを抽出して抽出した点群データから球体１１３の中心座標を計算する。球体１１３，１１４の直径の値は予め記憶されており、球体という限定と球体１１３の直径値の限定から球体１１３の点群データが抽出される。この手法は前述のように詳しくは特許第３９５２４６７号に記載されている。
・同様にして球体１１４の点群データのみを抽出して抽出した点群データから球体１１４の中心座標を計算する。
・球体１１３の中心座標値から球体１１４の中心座標値を減算し、球体１１３と球体１１４間の距離で除算することで球体１１３の中心から球体１１４の中心に向かう単位ベクトルの成分を求め、このベクトル成分に予め記憶してある球体１１３（又は球体１１４）の中心から先端１１５までの距離を乗算して球体１１３（又は球体１１４）の中心座標に加算することで先端１１５の位置（金属１１０に印をつけた位置であり、出射したＸ線が金属１１０に当たる位置）の座標値を求める。
・求めた座標値に１）で求めた単位ベクトルＶｘの成分に移動距離Ｌｘを乗算したベクトル成分を加算する。得られた座標値がＸ線の光軸上の１点の座標値である。

【0061】

なお、上記実施形態では、点群データから求めた球体１１３と球体１１４の中心座標と、予め記憶してある球体１１３（又は球体１１４）の中心から先端１１５までの距離から先端１１５の位置の座標値を求めたが、点群データから別の処理を行って先端１１５の位置の座標値を得ることもできる。この処理は、球体１１３と球体１１４の中心座標を求めるまでの処理は同じであるが、それ以降は次の処理を行う。
・球体１１３と球体１１４の中心を結ぶ線分方向に球体１１３の中心から線分の大きさと同じ距離だけ離れた座標値を求め、この座標値を中心とした設定した半径の球体内にある点群データを抽出する。
・抽出した点群データから最小２乗法で平面方程式を算出し、算出した平面からの距離が設定された範囲内にある点群データを抽出し、抽出した点群データにより再度最小２乗法で平面方程式を算出する。これを、抽出する点群データが変化しなくなるまで行う。
・球体１１３と球体１１４の中心を通る直線の式を求め、抽出した点群データから作成した平面方程式との連立方程式を解くことで、直線と平面が交差する座標値を求める。求めた座標値がＸ線の光軸上の１点の座標値である。

【0062】

次に移動装置７０によりステージ６１をステージＺ方向（図５の上方向）に移動させ、上記と同様にして棒１１１の先端を平板状の金属１１０に接触させて印をつけ、印の箇所に図６に示す球体１１３と球体１１４を備える物体の先端１１５をつけて、ステージ６１をステージＸ方向に３次元形状測定装置２により形状測定が可能な位置まで移動させる。そして、上記と同様に３次元形状測定装置２により形状測定を行い、コントローラ１０１にて点群データを処理してＸ線の光軸上の別の１点の座標値を得る。これによりＸ線の光軸上の２点の座標値が得られるので、これからＸ線の光軸Ｘａを表す直線式として（Ｘ−ｘｒ）／ａｒ＝（Ｙ−ｙｒ）／ｂｒ＝（Ｚ−ｚｒ）／ｃｒを計算する。なお、後述するイメージングプレート１５の表面とＸ線の光軸が交差する点の座標値Ｘｉを求めるため、ステージ６１をステージＺ方向に移動させた後、ステージ６１の高さ位置、ステージ６１に載置した平板状の金属１１０の位置を固定する。

【0063】

（４）イメージングプレート１５の表面とＸ線の光軸が交差する点Ｘｉの座標値。
Ｘ線回折測定装置１のテーブル１６にイメージングプレート１５を取り付け、固定具１８で固定して、Ｘ線の光軸Ｘａを表す直線式を求める際に取り外したＸ線回折測定装置１のケース５０の切欠き部壁５０ｃを取りつける。そして、ステージ６１をステージＸ方向に移動させる前の位置（金属１１０に棒１１１の先端で印をつけた位置）に戻し、金属１１０に鉄粉を糊塗する。これは、残留応力０の鉄にしてＸ線が照射された場合、理論値の回折角度で回折Ｘ線が発生するようにするためである。次に入力装置１０２からの測定開始指令の入力により、Ｘ線出射器からＸ線を出射してイメージングプレート１５に回折環を形成し、形成された回折環を光ヘッドからのレーザ照射により読取る。この時、コントローラ１０１が実行するプログラムは前記背景技術の特許文献１に記載されている通りであり、後述する測定対象物ＯＢの残留応力測定において説明する。読取った回折環は残留応力０であるため略真円である。この回折環の半径値を求め、この半径値と残留応力０の鉄における回折角度の理論値とからＸ線照射点からイメージングプレート１５までの距離を求める。そして、Ｘ線の光軸を表す直線式Ｘａを求める際に求めた２つの座標値における２回目の座標値から１回目の座標値を減算し２つの座標値間の距離で除算することで得られる単位ベクトルの成分にこの距離を乗算してベクトル成分を求め、２回目の座標値にこのベクトル成分を加算する。得られた座標値がイメージングプレート１５の表面とＸ線の光軸Ｘａが交差する点Ｘｉの座標値である。

【0064】

前述のように、上記（１）〜（４）の値が得られる、または変更されると、コントローラ１０１は３つの座標変換係数を計算し、記憶する。これらの座標変換係数の計算の仕方を、以下の（５）〜（７）にて説明する。
（５）３次元形状測定装置２の座標系Ｄによる座標値を、座標系の原点はそのままでステージＸ方向、ステージＹ方向、ステージＺ方向の３つの移動方向をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸にした座標系Ｓの座標値に変換するための座標変換係数Ｍｄｓ。
座標変換係数Ｍｄｓは３×３の行列式であり、この行列式の成分をｇ１１〜ｇ３３とすると、座標変換の式は以下の数１である。以下の数１の（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に（１，０，０）を代入し、（ｘ，ｙ，ｚ）
に単位ベクトルＶｘ の成分を代入した式と、（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に（０，１，０）を代入し、（ｘ，ｙ，ｚ）
に単位ベクトルＶｙ の成分を代入した式と、（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に（０，０，１）を代入し、（ｘ，ｙ，ｚ）
に単位ベクトルＶｙ の成分を代入した式を作成する。

【数1】

それぞれの行列式を展開して行列式の成分が同じものをまとめると、ｇ１１，ｇ１２，ｇ１３を未知数とする３つの式の連立方程式、ｇ２１，ｇ２２，ｇ２３を未知数とする３つの式の連立方程式、ｇ３１，ｇ３２，ｇ３３を未知数とする３つの式の連立方程式が作成される。この連立方程式を解くことにより、座標変換係数Ｍｄｓとして行列式の成分ｇ１１〜ｇ３３を求めることができる。

【0065】

（６）３次元形状測定装置２の座標系Ｄによる座標値を、座標系の原点はそのままにした以下の座標軸を有する座標系Ｉの座標値に座標変換するための座標変換係数Ｍｄｉ。
・Ｚ方向がＸ線の光軸に平行でＸ線の照射方向とは逆方向
・Ｘ方向がステージＸ方向をイメージングプレート１５の平面に投影させた方向
・Ｙ方向がＺ軸方向，Ｘ軸方向に垂直でＸ線回折装置１の前方方向
この座標変換係数Ｍｄｉも３×３の行列式であり、行列式の成分をｇ１１〜ｇ３３とすると、座標変換の式は上記の数１である。この行列式の成分ｇ１１〜ｇ３３を求めるため、座標系ＩのＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向の単位ベクトルＶｘｉ，Ｖｙｉ，Ｖｚｉの座標系Ｄによるベクトル成分を求める。座標系Ｄによる単位ベクトルＶｚｉの成分は、Ｘ線の光軸Ｘａに平行なベクトル（ａｒ，ｂｒ，ｃｒ）をベクトルの大きさで除算することで求める。ａｒ，ｂｒ，ｃｒは上記（３）で求めた、Ｘ線の光軸Ｘａを表す直線式（Ｘ−ｘｒ）／ａｒ＝（Ｙ−ｙｒ）／ｂｒ＝（Ｚ−ｚｒ）／ｃｒの係数である。なお、このときベクトルの向きがＸ線の照射方向とは逆方向になるよう留意する。座標系Ｄによる単位ベクトルＶｙｉの成分は、単位ベクトルＶｚｉと単位ベクトルＶｘの外積により得られるベクトル成分をベクトルの大きさで除算することで求める。なお、外積は単位ベクトルＶｚｉを前側にすることで単位ベクトルＶｙｉの向きがＸ線回折装置１の前方方向になるようにする。座標系Ｄによる単位ベクトルＶｘｉの成分は、単位ベクトルＶｙｉと単位ベクトルＶｚｉとの外積により求める。なお、外積は単位ベクトルＶｙｉを前側することで単位ベクトルＶｘｉの向きがステージＸ方向とほぼ同じ方向になるようにする。そして、上記の数１の（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に（１，０，０）を代入し、（ｘ，ｙ，ｚ）
に単位ベクトルＶｘｉの成分を代入した式と、（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に（０，１，０）を代入し、（ｘ，ｙ，ｚ） に単位ベクトルＶｙｉの成分を代入した式と、（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に（０，０，１）を代入し、（ｘ，ｙ，ｚ） に単位ベクトルＶｙｉの成分を代入した式を作成し、座標変換係数Ｍｄｓを求めたときと同じ計算方法により座標変換係数Ｍｄｉを求める。

【0066】

（７）座標系Ｓによる座標値を、座標系Ｉの座標値に座標変換するための座標変換係数Ｍｓｉ。
この座標変換係数Ｍｓｉも３×３の行列式であり、上記で求めた、座標変換係数Ｍｄｓ，座標変換係数Ｍｄｉから次の数２の計算により求めることができる。
（数２）
Ｍｓｉ＝Ｍｄｉ・Ｍｄｓ^−１

【0067】

さらに、コントローラ１０１は上記（５）〜（７）の座標変換係数を計算すると、次に以下の（８）〜（１０）の値を計算して記憶する。
（８）座標系Ｓによるイメージングプレート１５の表面からの距離が設定値ＬｓであるＸ線の照射点Ｘmの座標値
（９）座標系Ｓによる座標系Ｄの原点をステージ６１のＸ軸周りの傾斜における回転軸Ｒｘに含ませるためのＹ，Ｚ方向への移動量
（１０）座標系Ｓによる座標系Ｄの原点をステージ６１のＹ軸周りの傾斜における回転軸Ｒｙに含ませるためのＸ，Ｚ方向への移動量
以下、これらの（８）〜（１０）値を計算する方法について説明する。

【0068】

（８）座標系Ｓによるイメージングプレート１５の表面からの距離が設定値ＬｓであるＸ線の照射点Ｘmの座標値
上記（４）で求めたイメージングプレート１５の表面とＸ線の光軸が交差する点Ｘｉの座標値に、上記（３）で求めたＸ線の光軸Ｘａを表す直線式に平行で方向がＸ線照射方向である単位ベクトルの成分に設定値Ｌｓを乗算したベクトルの成分を加算する。得られる座標値は、座標系ＤによるＸ線の照射点Ｘｍの座標値であるので、この座標値を上記（５）で求めた座標変換係数Ｍｄｓにより座標変換することで座標系ＳによるＸ線の照射点Ｘｍの座標値にする。

【0069】

（９）座標系Ｓによる座標系Ｄの原点をステージ６１のＸ軸周りの傾斜における回転軸Ｒｘに含ませるためのＹ，Ｚ方向への移動量
回転軸Ｒｘに垂直で原点を含む平面と回転軸Ｒｘの交点の座標値を、平面式ａｘ・Ｘ ＋ｂｘ・Ｙ ＋ｃｘ・Ｚ ＝０と直線式（Ｘ−ｘｃｘ）／ａｘ＝（Ｙ−ｙｃｘ）／ｂｘ＝（Ｚ−ｚｃｘ）／ｃｘからなる連立方程式を解くことで求める。求めた座標値は、座標系Ｄによる座標値であるので座標変換係数Ｍｄｓにより座標変換することで座標系Ｓによる座標値にする。回転軸Ｒｘの方向は、ステージＸ方向と略同一であるので、得られるＸ座標値は０に近い。そして、Ｙ座標値、Ｚ座標値がＹ，Ｚ方向への移動量になる。この値をＹｆｓｔ，Ｚｆｓｔ１とする。

【0070】

（１０）座標系Ｓによる座標系Ｄの原点をステージ６１のＹ軸周りの傾斜における回転軸Ｒｙに含ませるためのＸ，Ｚ方向への移動量
回転軸Ｒｙに垂直で原点を含む平面と回転軸Ｒｙの交点の座標値を、平面式ａｙ・Ｘ ＋ｂｙ・Ｙ＋ｃｙ・Ｚ ＝０と直線式（Ｘ−ｘｃｙ）／ａｙ＝（Ｙ−ｙｃｙ）／ｂｙ＝（Ｚ−ｚｃｙ）／ｃｙからなる連立方程式を解くことで求める。求めた座標値は、座標系Ｄによる座標値であるので座標変換係数Ｍｄｓにより座標変換することで座標系Ｓによる座標値にする。回転軸Ｒｙの方向は、ステージＹ方向と略同一であるので、得られるＹ座標値は０に近い。そして、Ｘ座標値、Ｚ座標値がＸ，Ｚ方向への移動量になる。この値をＸｆｓｔ，Ｚｆｓｔ２とする。

【0071】

このように、コントローラ１０１に上記（Ａ）〜（Ｃ）に示した回折環の形状、Ｘ線の入射角度およびステージ６１の移動量を計算する際に使用する値として、様々な値や式を記憶させると、測定対象物ＯＢの測定が可能になる。これより以降は、作業者が測定対象物ＯＢの残留応力測定のために行う操作とともに、コントローラ１０１が実行するプログラムについて説明する。

【0072】

作業者は、図１０に示された工程図に従って、入力装置１０２からの入力、表示装置１０３の画面確認および傾斜装置６０および移動装置７０の手動操作を行う。作業者はまず、Ｓ１０にて傾斜装置６０に示されている目盛りを見ながら傾斜量を０にしたうえでステージ６１に測定対象物ＯＢを載置し、入力装置１０２から測定対象物ＯＢの材質（例えば、鉄）を入力する。次に、作業者はＳ１１において、入力装置１０２からの入力により、ステージ６１を３次元形状測定装置２により測定対象物ＯＢの形状測定が可能になる位置まで移動させる。この状態を示したものが図７の（Ａ）である。入力装置１０２から入力するものは、移動量（移動位置）でも移動方向指令と停止指令でもよい。次に作業者は、Ｓ１２において、入力装置１０２から３次元形状測定開始の指令を入力する。これにより３次元形状測定装置２が作動し、３次元形状測定装置２から３次元形状の元となるデータがコントローラ１０１に入力し、コントローラ１０１でのデータ処理により点群データおよび３次元形状画像データが作成されて、表示装置１０３に測定対象物ＯＢの３次元形状画像を表示される。次に作業者は、Ｓ１３において、入力装置１０２からの入力により、表示装置１０３に表示された３次元形状画像上にＸ線照射点を決定する。

【0073】

Ｘ線照射点を決定すると、コントローラ１０１は、上記（Ａ）〜（Ｃ）に示した回折環の形状、Ｘ線の入射角度およびステージ６１の移動量を計算する。以下、このデータ処理の手法について説明する。
（Ａ）決定した点にＸ線が照射された場合にイメージングプレートに形成される回折環の形状。
コントローラ１０１は、次の［１］〜［９］の順でデータ処理を行う。
［１］点群データを予め記憶されている座標変換係数Ｍｄｉにより座標変換し、座標系Ｉによる点群データ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）にする
［２］Ｘ線照射点として指定されたポイントの座標値（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）を、座標変換係数Ｍｄｉにより座標変換し、座標系Ｉによる座標値（ｘｐｉ，ｙｐｉ，ｚｐｉ）にする。
［３］座標系Ｉによる点群データの座標値から座標値（ｘｐｉ，ｙｐｉ，ｚｐｉ）を減算し、新たな点群データ（ｘｉ’，ｙｉ’，ｚｉ’）にする。この点群データは座標系Ｉにおける座標値（ｘｐｉ，ｙｐｉ，ｚｐｉ）を座標原点にした座標系Ｉ’の点群データである。
［４］座標系Ｉ’をＺ軸周りに回転する角度Θｎを０°にする。
［５］点群データ（ｘｉ’，ｙｉ’，ｚｉ’）からＹ座標値の絶対値が微少値Ａ以下であり、Ｘ座標値が正であるものを抽出し、ｔａｎ^−１（ｘｉ’／ｚｉ’）を計算して最大値を抽出する。
［６］ｔａｎ^−１（ｘｉ’／ｚｉ’）の最大値が（９０°−理論上の回折角度）以上か否かを判定し、以上である場合はＥｘ＝０、未満である場合はＥｘ＝１とし、回転角度Θｎの値に対応させて記憶する。理論上の回折角度は測定対象物ＯＢが鉄であれば、鉄の原子間距離およびＸ線の波長をブラックの条件式に代入することで求めることができる。
［７］回転角度ΘｎにΘsを加算して、新たなΘｎにし、以下の数３により点群データ（ｘｉ’，ｙｉ’，ｚｉ’）の座標変換を行う。Θsは例えば２〜５°程度の値である。

【数3】

［８］点群データ（ｘｉ”，ｙｉ”，ｚｉ”）において、上記［５］〜［７］の処理を繰り返し行う。［７］の処理を行う際、回転角度Θｎが３６０°を超えていれば［７］の処理は実行せず、次の［９］の処理を行う。
［９］円周においてＥｘ＝１の回転角度Θｎの箇所にドットを表示し、Ｅｘ＝０の箇所にドットを表示しないようにして円周の画像を表示装置１０３に表示させる。表示された円周の画像が、イメージングプレートに形成される回折環の形状である。円周の画像は、ドットが連続している箇所を線で結んだものにしてもよい。

【0074】

上記のデータ処理を視覚的に示すと、図８に示すように、測定対象物ＯＢにおける回折Ｘ線の発生箇所（Ｘ線照射箇所）からイメージングプレート１５の回折環形成箇所までの間に測定対象物ＯＢが存在して回折Ｘ線が遮られるか否かを、回折Ｘ線の発生方向それぞれにおいて判定する処理である。さらに具体的には、Ｘ線の光軸Ｘaを含む平面をＸ線の光軸Ｘa周りに回転させ、それぞれの平面で、回折Ｘ線の発生箇所（Ｘ線照射箇所）からイメージングプレート１５の回折環形成箇所を結ぶ線よりＸ線の光軸Ｘａ側に、測定対象物ＯＢの表面における複数の点である点群が存在するか否かを判定する処理である。存在する場合は回折環は形成されないとし、存在しない場合は回折環は形成されるとする。

【0075】

（Ｂ）決定した点にＸ線が照射された場合のＸ線の入射角度。
上記［３］のデータ処理で得られた座標系Ｉ’による点群データ（ｘｉ’，ｙｉ’，ｚｉ’）の中から、原点（０，０，０）からの距離が設定された範囲内にある点群データを抽出する。これは視覚的には、Ｘ線照射点として指定されたポイントを中心にした設定された半径値の球体内にある点群を抽出する処理である。次に抽出した点群データから最小２乗法により平面式ａｍ・Ｘ＋ｂｍ・Ｙ＋ｃｍ・Ｚ＋ｄｍ = ０を算出する。これは視覚的には、抽出した点群からの距離の合計が最も小さくなる平面を求める処理である。そして、ベクトル（ａｍ，ｂｍ，ｃｍ）とベクトル（０，０，１）が成す角度を内積の式から求める。ベクトル（ａｍ，ｂｍ，ｃｍ）は向きがイメージングプレート１５に向かう方向とは逆方向になる場合があるので、求めた角度が９０°を超えるときは、９０°を減算する。得られた角度が指定されたポイントへのＸ線の入射角度である。

【0076】

（Ｃ）決定した点にＸ線が照射され、その際に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になるための、ステージＸ方向、ステージＹ方向およびステージＺ方向の移動量。
Ｘ線照射点として指定されたポイントの座標値（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）を、座標変換係数Ｍｄｓにより座標変換し、座標系Ｓによる座標値（ｘｐs，ｙｐs，ｚｐs）にする。そして、予め記憶されているＸ線の照射点Ｘmの座標値（上記（８）参照）から座標値（ｘｐs，ｙｐs，ｚｐs）を減算し、ベクトル成分（ｘｆs，ｙｆs，ｚｆs）を得る。ｘｆsがステージＸ方向の移動量、ｙｆsがステージＹ方向の移動量、ｚｆs がステージＺ方向の移動量である。なお、この時点のステージ６１の移動位置（原点からの移動量）にこれらの移動量を加算して、ステージＸ方向、ステージＹ方向およびステージＺ方向の移動位置（原点からの移動量）としてもよい。この場合、ステージＹ方向およびステージＺ方向の移動位置は目視での読取りであるので、作業者に表示装置１０３にて入力を指示するようにする。

【0077】

上記（Ａ）〜（Ｃ）に示した回折環の形状、Ｘ線の入射角度およびステージ６１の移動量がコントローラ１０１で計算され、表示装置１０３に表示されると、作業者はＳ１４にて回折環の形状を確認する。回折環に欠けが発生していなければＳ１５は「Ｙｅｓ」、Ｓ１８は「Ｎｏ」であるのでＳ２０に進み、後述するように移動装置７０を操作して表示装置１０３に表示されているステージＸ方向、ステージＹ方向、ステージＺ方向の移動量だけステージ６１を移動させる。回折環に欠けが発生している場合は、Ｓ１６にて入力装置１０２から現在のステージＹ方向移動量Ｙｓｔと、ステージＺ方向移動量Ｚｓｔとを入力した後、Ｓ１７にて仮想上でステージ６１を傾斜装置６０により傾斜させたときの２つの回転軸Ｒｘ，Ｒｙ周りの傾斜量（符号により傾斜方向が示された値）を入力し、Ｓ１４にて表示装置１０３に表示される回折環の欠けを確認する。そして、回折環に欠けがなくなるまで、または欠けが極力少なくなるまでＳ１４とＳ１７を繰り返す。このときコントローラ１０１は、傾斜量を入力するごとに表示装置１０３に入力した傾斜量を表示するとともに、上記（Ａ）〜（Ｃ）に示した回折環の形状、Ｘ線の入射角度およびステージ６１の移動量を再度計算して表示装置１０３に表示する。このコントローラ１０１が実行するデータ処理の手法について以下に説明する。

【0078】

（Ａ’）決定した点にＸ線が照射された場合にイメージングプレートに形成される回折環の形状。
コントローラ１０１は、次の［１］〜［１１］の順でデータ処理を行う。
［１］現在のステージ６１のステージＸ方向移動量Ｘｓｔを移動量検出回路３３から入力し、予め記憶されているステージＸ方向移動量Ｘｓｔｄ（回転軸Ｒｘ，Ｒｙを表す直線式を求める際の移動位置、上記（２）参照）を減算して差分移動量Ｘｄｅとする。同様に、作業者が入力装置１０２から入力したステージＹ方向移動量Ｙｓｔから予め記憶されているステージＸ方向移動量Ｙｓｔｄを減算して差分移動量Ｙｄｅとし、作業者が入力したステージＺ方向移動量Ｚｓｔから予め記憶されているステージＺ方向移動量Ｚｓｔｄを減算して差分移動量Ｚｄｅとする。なお、ステージＸ方向移動量Ｘｓｔｄ，ステージＹ方向移動量ＹｓｔｄおよびステージＺ方向移動量Ｚｓｔｄがすべて０であれば（回転軸Ｒｘ，Ｒｙを表す直線式を移動装置７０の駆動限界位置で求めるようにすれば）Ｘｓｔ＝Ｘｄｅ，Ｙｓｔ＝Ｙｄｅ，Ｚｓｔ＝Ｚｄｅである。
［２］点群データを予め記憶されている座標変換係数Ｍｄｓにより座標変換し、座標系Ｓによる点群データ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）にする。
［３］点群データ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）のＹ座標値から、予め記憶されている座標系Ｓによる座標系Ｄの原点を回転軸Ｒｘに含ませるためのＹ方向への移動量Ｙｆｓｔと、本データ処理の［１］で求めた差分移動量Ｙｄｅを減算し、Ｚ座標値から座標系Ｓによる座標系Ｄの原点を回転軸Ｒｘに含ませるためのＺ方向への移動量Ｚｆｓｔ１と、上記［１］で求めた差分移動量Ｚｄｅを減算する。すなわち、点群データ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を点群データ（ｘｓ，ｙｓ−Ｙｆｓｔ−Ｙｄｅ，ｚｓ−Ｚｆｓｔ１−Ｚｄｅ）にする。
［４］減算して得られた点群データを、作業者が入力装置１０２から入力した回転軸Ｒｘ周りの傾斜量Θｘを用いて、以下の数４による座標変換を行う。

【数4】

この場合、回転軸Ｒｘ周りの傾斜量ΘｘはステージＸ方向（座標系ＳのＸ方向）に見て左周りを正とする。
［５］座標変換された点群データを（ｘｓａ，ｙｓａ，ｚｓａ）とすると、このＹ座標値に、本データ処理の［３］で減算したＹ方向への移動量Ｙｆｓｔと差分移動量Ｙｄｅを加算し、Ｚ座標値に本データ処理の［３］で減算したＺ方向への移動量Ｚｆｓｔ１と差分移動量Ｚｄｅを加算する。すなわち、点群データ（ｘｓａ，ｙｓａ，ｚｓａ）を点群データ（ｘｓａ，ｙｓａ＋Ｙｆｓｔ＋Ｙｄｅ，ｚｓａ＋Ｚｆｓｔ１＋Ｚｄｅ）にする。
［６］加算して得られた点群データを（ｘｓｂ，ｙｓｂ，ｚｓｂ）とすると、このＸ座標値から、予め記憶されている座標系Ｓによる座標系Ｄの原点を回転軸Ｒｙに含ませるためのＸ方向への移動量Ｘｆｓｔと、本データ処理の［１］で求めた差分移動量Ｘｄｅを減算し、Ｚ座標値から座標系Ｓによる座標系Ｄの原点を回転軸Ｒｙに含ませるためのＺ方向への移動量Ｚｆｓｔ２と、上記［１］で求めた差分移動量Ｚｄｅを減算する。すなわち、点群データ（ｘｓｂ，ｙｓｂ，ｚｓｂ）を点群データ（ｘｓｂ−Ｘｆｓｔ−Ｘｄｅ，ｙｓｂ，ｚｓｂ−Ｚｆｓｔ２−Ｚｄｅ）にする。
［７］減算して得られた点群データを、作業者が入力装置１０２から入力した回転軸Ｒｙ周りの傾斜量Θｙを用いて、以下の数５による座標変換を行う。

【数5】

この場合、回転軸Ｒｙ周りの傾斜量ΘｙはステージＹ方向（座標系SのＹ方向）に見て左周りを正とする。
［８］座標変換された点群データを（ｘｓｃ，ｙｓｃ，ｚｓｃ）とすると、このＸ座標値に、本データ処理の［６］で減算したＸ方向への移動量Ｘｆｓｔと差分移動量Ｘｄｅを加算し、Ｚ座標値に本データ処理の［６］で減算したＺ方向への移動量Ｚｆｓｔ２と差分移動量Ｚｄｅを加算する。すなわち、点群データ（ｘｓｃ，ｙｓｃ，ｚｓｃ）を点群データ（ｘｓｃ＋Ｘｆｓｔ＋Ｘｄｅ，ｙｓｃ，ｚｓｃ＋Ｚｆｓｔ２＋Ｚｄｅ）にする。
［９］得られた点群データを予め記憶されている座標変換係数Ｍｓｉにより座標変換し、座標系Ｉによる点群データ（ｘｓｉ，ｙｓｉ，ｚｓｉ）にする。
［１０］Ｘ線照射点として指定されたポイントの座標値（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）について、本データ処理の［２］〜［９］と同じ処理を行い、座標系Ｉによる座標点（ｘｐｉ，ｙｐｉ，ｚｐｉ）にする。なお、［８］の処理により求めた座標値（ｘｐｓ，ｙｐｓ，ｚｐｓ）は後述するＸ線の入射角度の計算のため記憶しておく。
［１１］前述した（Ａ）決定した点にＸ線が照射された場合にイメージングプレートに形成される回折環の形状におけるデータ処理の［３］〜［９］と同じ処理を行う。

【0079】

（Ｂ’）決定した点にＸ線が照射された場合のＸ線の入射角度。
前述した（Ａ’）決定した点にＸ線が照射された場合にイメージングプレートに形成される回折環の形状のデータ処理における［１１］の処理の中の、前述した（Ａ）のデータ処理の［３］のデータ処理で得られた座標系Ｉ’による点群データ（ｘｉ’，ｙｉ’，ｚｉ’）を用いて、前述した（Ｂ）決定した点にＸ線が照射された場合のＸ線の入射角度におけるデータ処理と同じ処理を行う。
（Ｃ’）決定した点にＸ線が照射され、その際に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になるための、ステージＸ方向、ステージＹ方向およびステージＺ方向の移動量。
前述した（Ａ’）決定した点にＸ線が照射された場合にイメージングプレートに形成される回折環の形状におけるデータ処理の、［１０］の処理で記憶した座標値（ｘｐｓ，ｙｐｓ，ｚｐｓ）を、予め記憶されているＸ線の照射点Ｘmの座標値（上記（８）参照）から減算し、ベクトル成分（ｘｆs，ｙｆs，ｚｆs）を得る。ｘｆsがステージＸ方向の移動量、ｙｆsがステージＹ方向の移動量、ｚｆs がステージＺ方向の移動量である。前述したように移動位置（原点からの移動量）を求めてもよい。

【0080】

前述した（Ａ’）〜（Ｃ’）のデータ処理は、視覚的には、測定対象物ＯＢの表面にある複数の点群を回転軸Ｒｘ，回転軸Ｒｙ周りに角度Θｘ，Θｙだけ回転させた状態にし、前述した（Ａ）〜（Ｃ）と同じ処理を行うものである。図９に示すように、ステージ６１の傾斜量が異なると測定対象物ＯＢの一部による回折Ｘ線の妨害のされ方が異なり、形成される回折環の形状が異なる。よって、作業者は入力装置１０２から回転軸Ｒｘ，回転軸Ｒｙ周りの傾斜量Θｘ，Θｙを入力するごとに回折環の形状を確認し、回折環に欠けが発生しないか、または欠けが極力少ない状態を見つる。なお、このときコントローラ１０１は前述した（Ａ’）〜（Ｃ’）のデータ処理以外に、表示装置１０３に表示されている３次元形状画像を入力された傾斜量Θｘ，Θｙにより変更するデータ処理を行ってもよい。このデータ処理は、前述した（Ａ’）決定した点にＸ線が照射された場合にイメージングプレートに形成される回折環の形状のデータ処理における［８］のデータ処理により得られた点群データを以下の数６による座標変換により変換し、変換した点群データにより３次元形状画像を作成する処理である。

【数6】

【0081】

作業者はＳ１４とＳ１７の操作を繰り返し、回折環に欠けがなくなると、または欠けが極力少なくなると、Ｓ１５、Ｓ１８は「Ｙｅｓ」であるので、Ｓ１９にて傾斜装置６０の傾斜角度が示す目盛りを読み取りながら傾斜装置６０を傾斜させ、表示装置１０３に表示されている傾斜量（入力装置１０２から入力した傾斜量）と同じ傾斜量にする。そして、作業者はＳ２０にて入力装置１０２からの入力により、表示装置１０３に表示されている値だけステージ６１をステージＸ方向へ移動させる。また、移動装置７０の操作子７５ａを目盛りを見ながら回転させて、表示装置１０３に表示されている値だけステージ６１をステージＹ方向へ移動させる。また、移動装置７０の操作子７２ａを回転させるとともにマイクロメータ７４を動かして目盛りを読み取り、表示装置１０３に表示されている値だけステージ６１をステージＺ方向へ移動させる。これにより、Ｘ線回折測定装置１から出射するＸ線が決定した点に照射されるようになる。この状態を示したものが図７の（Ｂ）である。

【0082】

作業者は次にＳ２１にて残留応力測定開始の指令を入力する。このとき、コントローラ１０１が実行するプログラムと、Ｘ線回折測定装置１内の各機器および回路の作動について説明する。ただし、上記（４）において前述したように、Ｘ線回折測定開始の指令を入力したとき、コントローラ１０１が実行するプログラムおよび各機器および回路の作動は背景技術の特許文献１に記載されているものと同じである。よって、これについては端的に説明するにとどめる。

【0083】

コントローラ１０１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８２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、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。

【0084】

次に、コントローラ１０１は、Ｘ線制御回路８１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８１を制御してＸ線出射器１０にＸ線の出射を停止させる。これにより、Ｘ線出射器１０から出射されたＸ線は、貫通孔２６ａ，２１ａ、通路部材２８、貫通孔２７ｂ，２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａ及び円形孔５０ｃ１を介して外部に出射され、測定対象物ＯＢの測定箇所に所定時間だけ照射される。このＸ線照射により、測定対象物ＯＢのＸ線照射から回折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。

【0085】

次に、コントローラ１０１は、フィードモータ制御回路８５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８６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８６からの位置信号を用いて行われる。

【0086】

回折環基準半径Ｒｏとは、測定対象物ＯＢの残留応力が「０」であるときに、測定対象物ＯＢに対するＸ線の照射によりイメージングプレート１５上に形成される回折環の半径であり、測定対象物ＯＢにおけるＸ線の回折角度φｘ及びイメージングプレート１５から測定対象物ＯＢまでの距離Ｌに応じて決まる。そして、Ｘ線の回折角度φｘは測定対象物ＯＢの材質で決まり、前記距離Ｌは予め設定されている距離である。したがって、測定対象物ＯＢの材質ごとに予め回折角φｘを記憶しておけば、前記入力した測定対象物ＯＢの材質を用いることにより、コントローラ１０１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。

【0087】

次に、コントローラ１０１は、スピンドルモータ制御回路８２に、イメージングプレート１５が所定の回転速度で回転するように指令し、レーザ駆動回路８７にレーザ光源３１からレーザ光の出射を指令する。これにより、回転するイメージングプレート１５上にレーザ光が照射される。次に、コントローラ１０１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令し、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ようにする。

【0088】

次に、コントローラ１０１は、回転角度検出回路８３及びＡ／Ｄ変換回路９０を作動させて、回転角度検出回路８３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９０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１０１に出力させ始める。次に、コントローラ１０１は、フィードモータ制御回路８５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。

【0089】

その後、コントローラ１０１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９０を介して入力するとともに、回転角度検出回路８３からの回転角度θｐ及び位置検出回路８６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。

【0090】

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１０１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。

【0091】

その後、コントローラ１０１は、フォーカスサーボ回路９１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８７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１０１は、Ａ／Ｄ変換回路９０及び回転角度検出回路８３の作動を停止させるとともに、フィードモータ制御回路８５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、回折環読取りが終了される。なお、この状態では、位置検出回路８６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。

【0092】

次に、コントローラ１０１は、フィードモータ制御回路８５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８６からの位置信号を用いて行われる。

【0093】

次に、コントローラ１０１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８５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。

【0094】

次に、コントローラ１０１は、フィードモータ制御回路８５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１０１は、位置検出回路８６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８２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、回折環消去が終了する。

【0095】

また、コントローラ１０１は、前述した回折環消去と同時に残留応力の計算を実行する。この残留応力計算は、前述した回折環の読み取りにおいて得られた回折環の形状を表すデータ、すなわち回転角度ごとの回折環の半径値ｒと、予め得られている値である前記計算した回折環基準半径Ｒｏ、前記予め測定されたＸ線の入射角度φｏ、設定値である測定対象物ＯＢからイメージングプレート１５までの距離Ｌｏおよび前記入力した測定対象物ＯＢの材質などを用いて、測定対象物ＯＢのＸ線照射位置における残留圧縮応力、残留せん断応力などを計算するものである。これらの残留圧縮応力及び残留せん断応力は、従来からよく知られているｃｏｓαを用いて計算される。このとき、前述した測定対象物ＯＢの傾斜量調整で回折環の発生を極力少なくした場合、すなわち、回折環の欠けを完全になくすことができなかった場合は、回折環には欠けが存在するが、回折環が形成されている箇所のデータを用いて計算される。そして、コントローラ１０１は、計算した残留応力を表示装置１０３に表示する。作業者はＳ２２にて表示された残留圧縮応力及び残留せん断応力の大きさを見て、測定対象物ＯＢの疲労度の評価等を行う。なお、コントローラ１０１に、残留応力以外に残留オーステナイト量、回折環の半価幅のように読取った回折環から算出できる他の特性値を計算させて表示装置１０３に表示させるようにし、作業者は他の特性値を含めて測定対象物ＯＢの評価を行うようにしてもよい。

【0096】

このように上記実施形態においては、Ｘ線出射器１０からＸ線を出射して測定対象物ＯＢに照射し、イメージングプレート１５に回折光の像である回折環を記録する機能を備えたＸ線回折測定装置１と、このＸ線回折測定装置１に対して位置及び姿勢が固定されており、測定対象物ＯＢの３次元形状を測定し、３次元形状データの作成するための元データを出力する３次元形状測定装置２と、測定対象物ＯＢの位置および姿勢を少なくとも２方向および１軸周りに変化させる移動装置７０および傾斜装置６０とを備える。そして、コントローラ１０１は、実行するプログラムにより、３次元形状測定装置２から入力するデータを用いて測定対象物ＯＢの３次元形状データを作成し、作成された３次元形状データを用いて測定対象物ＯＢの３次元形状画像を作成して表示装置１０３に表示する。また、コントローラ１０１は入力装置１０２からの入力により、表示装置１０３に表示された３次元形状画像内にＸ線出射器１０から出射されるＸ線が照射されるポイントを指定することができる機能を有し、３次元形状測定装置１０の座標系によりＸ線出射器１０から出射されるＸ線の光軸位置を記憶している。そして、コントローラ１０１は、表示装置１０３に表示された３次元形状画像内にＸ線の照射ポイントが指定されると、実行するプログラムにより、記憶されているＸ線の光軸位置と、作成した測定対象物ＯＢの３次元形状データとを用いて、移動装置７０により測定対象物ＯＢの位置を変化させて指定されたポイントにＸ線が照射されたとき、イメージングプレート１５に形成される回折環の形状を計算して表示装置１０３に表示する。したがって、上記実施形態によれば、作業者は表示装置１０３に表示された回折環の形状を見ることにより、回折環の欠けの有無および回折環の欠けがある場合はその程度を確認することができる。これによれば、複雑な形状をしている測定対象物ＯＢであっても、傾斜装置６０により測定対象物ＯＢの姿勢（測定対象物ＯＢに対するＸ線の照射方向）ごとに回折環の形状を確認することができ、短時間で回折環の欠けを極力少なくすることができる測定対象物ＯＢの姿勢（測定対象物ＯＢに対するＸ線の照射方向）を見つけることができる。

【0097】

また上記実施形態においては、コントローラ１０１は、３次元形状測定装置２の座標系により傾斜装置６０による測定対象物ＯＢの姿勢の変化における回転軸の位置も記憶しており、入力装置１０２から、仮想上で傾斜装置６０を用いて姿勢を変化させる際の姿勢の変化方向および変化量（すなわち符号付の傾斜量）を入力すると、入力された値および記憶している回転軸の位置を用いて、３次元形状測定装置２の測定により得られている測定対象物ＯＢの３次元形状データを姿勢が変化した際の３次元形状データに変更することができる。そして、この変更した３次元形状データを用いても回折環の形状を計算することができる。したがって、上記実施形態によれば、表示装置１０３に表示された回折環の形状において欠けの程度が大きい場合は、実際に傾斜装置６０により測定対象物ＯＢの姿勢を変化させて再度３次元形状測定装置２により測定を行わずとも、仮想上で傾斜装置６０により測定対象物ＯＢの姿勢を変化させる際の姿勢の変化方向および変化量を入力装置１０２から入力しさえすれば、その変化を実際に行った時の回折環の形状を見ることができる。よって、回折環の欠けの程度が大きい場合は、回折環の欠けを極力少なくすることができる測定対象物ＯＢの姿勢（傾斜装置６０の傾斜量）を入力装置１０２からの入力を繰り返すことで仮想上で見つけ、傾斜装置６０の傾斜量を見つけた傾斜量と同じになるよう変化させればよい。これによれば、複雑な形状をしている測定対象物ＯＢであっても、さらに短時間で回折環の欠けを極力少なくすることができる測定対象物ＯＢの姿勢（測定対象物ＯＢに対するＸ線の照射方向）を見つけることができる。

【0098】

また上記実施形態においては、コントローラ１０１は、記憶されているＸ線の光軸位置と、３次元形状測定装置２による測定により得られた３次元形状データとを用いて、移動装置７０により測定対象物ＯＢの位置を変化させて、表示装置１０３に表示された３次元形状画像内に指定されたポイントにＸ線が照射された場合における、Ｘ線の入射角度を計算する。したがって、上記実施形態によれば、計算されたＸ線の入射角度を使用して残留応力を計算することができるので、精度の良い残留応力を計算することができる。

【0099】

また上記実施形態においては、コントローラ１０１は、３次元形状測定装置２の座標系により移動装置７０による測定対象物ＯＢの位置の変化におけるそれぞれの移動方向も記憶しており、この移動方向と記憶されているＸ線の光軸位置とを用いて、表示装置１０３に表示された３次元形状画像内に指定されたポイントにＸ線が照射されるようにするための、移動装置７０のそれそれの移動方向の移動量を計算し、表示装置１０３に表示する。したがって、上記実施形態によれば、３次元形状画像内に指定したポイントにＸ線を照射させるためには、移動装置７０によりどの方向にどれだけ移動させればよいかがわかるので、簡単に指定したポイントにＸ線を照射することができる。さらに具体的には、移動装置７０は３方向に移動させることができるものであり、コントローラ１０１は指定されたポイントに、Ｘ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定値になるようにＸ線が照射されるようにするための、それそれの移動方向の移動量を計算する。したがって、上記実施形態によれば、測定対象物ＯＢによらずＸ線の照射点からイメージングプレート１５までの距離は常に設定値にすることができる。

【0100】

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。

【0101】

上記実施形態は、測定対象物ＯＢが３次元形状測定することが可能な場合において実施可能である。しかし、測定対象物ＯＢの中には反射率が非常に低くて３次元形状測定することができない場合があり、このような場合は、上記実施形態は実施不可能である。よって、この場合は以下に示すようにＸ線回折測定装置１に別の機能を設け、別の方法により上記（Ａ）、（Ｂ）に示した回折環の形状、Ｘ線の入射角度と、上記（Ｃ）の代わりにＸ線照射点からイメージングプレート１５までの距離を求める。

【0102】

この実施形態においては、Ｘ線回折測定装置１はＸ線出射器から出射されるＸ線と光軸を同一にしてＬＥＤ光を出射することができる。具体的には図１１に２点鎖線で示すように、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ＬＥＤ光源４４が固定されている。この２点鎖線の部分を立体的に示したものが図１２である。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１２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。

【0103】

ＬＥＤ光源４４は、コントローラ１０１によって作動制御される駆動回路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。

【0104】

モータ４６はエンコーダ４６ａを備えており、エンコーダ４６ａ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出力する。モータ４６に駆動信号を供給する駆動回路は、コントローラ１０１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を指示方向に回転させ、エンコーダ４６ａ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、入力装置１０２からＬＥＤ照射の指令を入力するとプレート４５を前述したＡ位置まで回転させたうえでＬＥＤ光源４４からＬＥＤ光を発光させ、ＬＥＤ照射停止の指令を入力すると、ＬＥＤ光源４４の発光を停止したうえでプレート４５を前述したＢ位置まで回転させることができる。

【0105】

作業者は３次元形状測定装置による測定対象物ＯＢの測定の結果、形状測定不能であると判断すると、移動装置７０によりステージ６１を移動させ、測定対象物ＯＢをＸ線回折測定装置１からＸ線照射される位置にする。そして、入力装置１０２からＬＥＤ光照射開始の指令を入力し、Ｘ線回折測定装置１からＸ線の光軸と等しい光軸を有するＬＥＤ光を照射させる。ＬＥＤ光の照射点がＸ線の照射点であるので、作業者は移動装置７０による移動によりＬＥＤ光の照射点が測定対象物の測定箇所になるように調整する。その後、作業者は入力装置１０２からの入力によりＬＥＤ光を一旦消去し、Ｘ線回折測定装置１の円形孔５０ｃ１部分に図１３に示す治具２００を取り付け、測定対象物ＯＢの測定箇所に治具２００の先端部２０９が接触するようにする。治具２００は円板２０３を取り付けている骨組部分の円状部分２０１の４箇所に磁石２０１ａが取り付けられており、Ｘ線回折測定装置1の筐体に磁力による吸着で取り付けることができる。また、治具２００は円形孔５０ｃ１への取り付け位置が少々ずれても先端までＬＥＤ光が行くように、骨組部分の半径部分２０２の中心にある円筒部分２０４にエキスパンダーレンズ２０５，２０６を備えている。また、治具２００は円管部分２０７，２０８が伸縮できる構造になっているので最初は縮めたうえで、Ｘ線回折測定装置１の円形孔５０ｃ１部分に取り付け、円管部分を伸ばして先端部分２０９を測定箇所に接触するようにする。その状態で、入力装置１０２からの入力によりＬＥＤ光を照射すると、図１３に示すように治具２００の先端部分２０９にある円錐ミラー２１０でＬＥＤ光が反射し、治具の平板２０３にリング状の照射跡が形成される。この照射跡が回折環に相当するので照射跡の欠け部分の程度を確認することで、回折環の欠けの程度を確認することができる。また、イメージングプレート１５からＬＥＤ光照射点（すなわちＸ線照射点）までの距離は、円板２０３に形成されたリング状の照射跡の径と１：１の関係にあるので、予めこの関係を求めて円板２０３に目盛をつけておけばリング状の照射跡からこの距離を求めることができる。なお、治具２００の平板２０３に形成されるリング状の照射跡をそのまま目視するのは困難なことが多いので、ミラーを用いて目視するようにするとよい。

【0106】

次に、作業者は入力装置１０２からの入力によりＬＥＤ光を一旦消去し、Ｘ線回折測定装置１から治具２００を円管部分２０７，２０８を縮めたうえで取り外し、図１４に示す治具２５０を治具２００と同様、円管部分２０７，２０８を縮めたうえで取り付ける。治具２５０は治具２００の先端部分２０９を先端部分２２０に変更したものであり、先端部分２２０は円筒状の部分と円錐状の部分を合わせ、中心で半分に割った形状をしており、接触部２２０ａは内面が円錐形状のミラーになっている。この治具２５０を取り付けた後、円管部分２０７，２０８を伸ばして測定対象物ＯＢの測定箇所に先端部分２２０を接触させ、入力装置１０２からの入力によりＬＥＤ光を照射する。ＬＥＤ光は図１４に示すように測定対象物ＯＢで反射し、接触部２２０ａの内面のミラーで反射して円板２０３に照射され、照射跡が形成される。この照射跡の位置（円板２０３の中心からの距離、すなわちＸ線光軸からの距離）は、測定対象物ＯＢへのＬＥＤ光の入射角度と円板２０３から測定対象物ＯＢのＬＥＤ光照射点までの距離により変化するが、イメージングプレート１５から円板２０３までの距離は一定であるので、円板２０３から測定対象物ＯＢのＬＥＤ光照射点までの距離は、治具２００を用いて得られたイメージングプレート１５からＬＥＤ光照射点までの距離から求めることができる。よって、円板２０３から測定対象物ＯＢのＬＥＤ光照射点までの距離ごとのＬＥＤ光の入射角度と照射跡の位置との関係を予め求めておけば、ＬＥＤ光の入射角度（すなわちＸ線の入射角度）を求めることができる。ＬＥＤ光の入射角度の変化に対して円板２０３における照射跡の位置の変化は大きいので、接触部２２０ａが１つの形状のみでは可能性のあるＬＥＤ光の入射角度すべてに対応させることは不可能である。よって、先端部分２２０は接触部２２０ａの円錐形状の角度を変えたものがいくつか用意してあり、ＬＥＤ光の照射跡が形成されない場合は、適宜治具２５０の先端部分２２０を取り替えるようにするとよい。

【0107】

さらに、本発明はこれ以外にも種々の変更が可能である。上記実施形態においては、イメージングプレート１５の表面からの距離が設定値ＬｓであるＸ線の照射点Ｘｍの座標値を求めておき、指定ポイントがＸ線の照射点Ｘmに一致するためのステージ６１のステージＸ方向、ステージＹ方向、ステージＺ方向の移動量を計算するようにした。しかし、測定対象物ＯＢによりイメージングプレート１５の表面からＸ線の照射点までの距離が大きく変化しなければ、Ｘ線の照射点Ｘmの座標値は求めず、ステージＺ方向の移動はなくして指定ポイントがＸ線の光軸上になるためのステージＸ方向、ステージＹ方向移動量のみを計算し、その際のイメージングプレート１５の表面からＸ線の照射点までの距離を計算して、回折環の形状から測定対象物の残留応力を計算する際に用いてもよい（回折環基準半径を計算する際に用いる）。この場合、コントローラ１０１が実行するデータ処理は次の通りである。単位ベクトルＶｚの成分を係数ａ，ｂ，ｃとするａ・Ｘ＋ｂ・Ｙ＋ｃ・Ｚ＋ｄ＝０の平面方程式のＸ，Ｙ，Ｚに３次元形状測定装置２の座標系Ｄによる指定ポイントの座標値（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）を代入してｄをもとめ、この平面方程式とＸ線の光軸を表す直線式の連立方程式から座標値（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）を得る。この座標を座標変換係数Ｍｄｓ
により座標変換し、この座標値から座標系Ｓによる指定ポイントの座標値（ｘｐs，ｙｐs，ｚｐs）を減算する。得られたベクトル成分のＸ成分、Ｙ成分がステージＸ方向、ステージＹ方向の移動量である。また、ベクトル成分のＺ成分は０になる。そして、得られた座標値（ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）と、予め記憶してあるイメージングプレート１５の表面とＸ線の光軸が交差する点Ｘｉの座標値との間の距離を求めれば、イメージングプレート１５の表面からＸ線の照射点までの距離が得られる。

【0108】

また、上記実施形態では、移動装置７０を直交する３方向への移動が可能なものにしたが、前述のように、測定対象物ＯＢによりイメージングプレート１５の表面からの距離が大きく変化せず、イメージングプレート１５の表面からＸ線の照射点までの距離を計算するようにすれば、移動は２方向のみにしてもよい。また、上記実施形態では、傾斜装置６０を直交する２つの回転軸周りに傾斜可能なようにしたが、測定対象物ＯＢが限定された形状のものに限られるならば、１つの回転軸周りに傾斜可能なようにしてもよい。

【0109】

また、上記実施形態では、入力装置１０２からステージ６１の傾斜量を入力し、３次元形状データを用いて仮想上で測定対象物ＯＢが傾斜した場合における回折環の形状、Ｘ線の入射角度およびステージ６１の移動量を計算した。しかし、３次元形状測定が短時間で終了するならば、ステージ６１を実際に傾けて３次元形状測定を行い、回折環の形状、Ｘ線の入射角度およびステージ６１の移動量を計算するようにしてもよい。この場合は、回転軸Ｒｘ，Ｒｙを表す直線式を求めて記憶する必要はない。

【0110】

また、上記実施形態では、Ｘ線回折測定装置１と３次元形状測定装置２を固定して、ステージ６１を３方向に移動させるとともに２方向の軸線周りに傾斜させる構造にしたが、ステージ６１を固定して、Ｘ線回折測定装置１と３次元形状測定装置２を移動させるとともに姿勢を変化させる構造にしてもよい。また、移動と姿勢変化の一部を移動装置７０と傾斜装置６０が行い、残りをＸ線回折測定装置１と３次元形状測定装置２が行う構造にしてもよく、ステージ６１およびＸ線回折測定装置１と３次元形状測定装置２の双方が移動及び姿勢変化を行う構造でもよい。

【0111】

また、上記実施形態では、Ｘ線回折測定装置１の側面に３次元形状測定装置２を固定させた構造にしたが、Ｘ線回折測定装置１と３次元形状測定装置２の位置関係が固定されていれば、作業のしやすさを考慮して様々な構造にすることができる、例えば、Ｘ線回折測定装置１の前面に３次元形状測定装置２を固定させてもよいし、Ｘ線回折測定装置１の筐体内に３次元形状測定装置２を含ませるようにしてもよいし、Ｘ線回折測定装置１を取り付けたアーム移動装置の別の箇所に３次元形状測定装置２を取り付けるようにしてもよい。

【0112】

また、上記実施形態では、移動装置７０のステージＸ方向への移動のみモータ７７の回転による自動での移動にし、移動装置７０のそれ以外の方向への移動および傾斜装置６０による傾斜を、操作子を回転させることによる手動での移動および傾斜にしたが、本発明による製品のコストがＵＰしても問題なければ、手動での移動および傾斜のいくつかまたはすべてを自動での移動および傾斜にしてもよい。

【0113】

また、上記実施形態では、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を読取る構造にした。しかし、回折環の読取りを別途行う装置でも、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線が出射され、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は、本発明は適用されるものである。

【符号の説明】

【0114】

１…Ｘ線回折測定装置、２…３次元形状測定装置、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、５０…ケース、５０ｃ…切欠き部壁、５２…アーム先端部、６０…傾斜装置、６１…ステージ、７０…移動装置、７４…マイクロメータ、移動装置、６１ａ，６２ａ，７２ａ，７５ａ…操作子、７７…モータ、９６…高電圧電源、１００…コンピュータ装置、１０１…コントローラ、１０２…入力装置、１０３…表示装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】