特許 6372731 Ｘ線回折測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6372731

(24)【登録日】2018年7月27日

(45)【発行日】2018年8月15日

(54)【発明の名称】Ｘ線回折測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/205 20180101AFI20180806BHJP

【ＦＩ】

   G01N23/205

【請求項の数】4

【全頁数】26

(21)【出願番号】特願2017-130128(P2017-130128)

(22)【出願日】2017年7月3日

【審査請求日】2017年8月22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】鈴木 哲也

【審査官】 嶋田 行志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−１０１９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０２２１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９８０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１１８７６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−０９０３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１１２０３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１０２９１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−２２１５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−０９８７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−０９８８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０８４３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５０２００８６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２３／００−２３／２２７６

Ｈ０１Ｊ ３５／００−３５／３２

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターゲットに加速した電子線を当てることでＸ線を発生させ、出射口からＸ線を出射するＸ線管と、
前記Ｘ線管から出射されたＸ線を管状物体を通過させることで略平行なＸ線にしたうえで対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射機構と、
前記Ｘ線出射機構から前記測定対象物に向けてＸ線が出射された際、前記測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、前記Ｘ線出射機構から出射されるＸ線の光軸に対して略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を備えたＸ線回折測定装置において、
前記Ｘ線管に磁界を及ぼし、前記電子線の光路を変化させて前記ターゲットに当たる電子線の位置を変化させ、前記Ｘ線出射機構から出射されるＸ線の光軸の位置を、前記磁界がないときの前記Ｘ線の光軸と前記撮像面において基準回転角度とするラインとを含む基準平面に垂直な平面であって前記磁界がないときの前記Ｘ線の光軸を含む平面内で、前記Ｘ線の光軸の前記基準平面に対する角度が前記磁界の強度に対応する分変化するよう変動させるＸ線光軸変動手段と、
前記磁界の強度を、前記磁界の強度に対応する量を変化させて固定することで調整する磁界強度調整手段と、
前記回折環形成検出手段により検出された回折環の形状から回折環の左右対称性度合を計算する回折環対称性度合計算手段と、
前記磁界強度調整手段が固定する前記磁界の強度に対応する量を変化させるごとに前記Ｘ線管よりＸ線を出射させて、前記回折環形成検出手段に回折環の形状を検出させ、前記回折環対称性度合計算手段に回折環の左右対称性度合を計算させることで、前記磁界の強度に対応する量と回折環の左右対称性度合との関係である磁界−対称性度合関係を取得し、前記取得した磁界−対称性度合関係を用いて回折環の左右対称性度合が最もよくなるよう前記磁界強度調整手段が固定する前記磁界の強度に対応する量を設定する制御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2】

請求項１に記載のＸ線回折測定装置において、
前記磁界の強度に対応する量と、前記撮像面から設定された距離におけるＸ線照射点の前記磁界がないときのＸ線照射点からの移動量との関係である磁界−照射点移動量関係を備えていることを特徴とするＸ線回折測定装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２のうちのいずれか１つに記載のＸ線回折測定装置において、
前記Ｘ線光軸変動手段は、前記Ｘ線管の側面近傍に、対向する向きが前記電子線の光軸に垂直になるよう配置した永久磁石と磁性体であり、
前記磁界強度調整手段は、前記永久磁石と前記磁性体を結ぶベクトルと前記永久磁石の磁極を結ぶベクトルとが成す角度を変化させて固定する手段であることを特徴とするＸ線回折測定装置。

【請求項4】

請求項１又は請求項２のうちのいずれか１つに記載のＸ線回折測定装置において、
前記Ｘ線光軸変動手段は、前記Ｘ線管の側面近傍に、対向する向きが前記電子線の光軸に垂直になるよう配置した電磁石と磁性体であり、
前記磁界強度調整手段は、前記電磁石に供給する直流電流の向きと強度を変化させて固定する手段であ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線により回折環を形成して該回折環の形状を検出するＸ線回折測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、例えば特許文献１に示されるように、測定対象物に所定の入射角度でＸ線を照射して、測定対象物で回折したＸ線により回折環を形成し、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撮像手段、レーザ検出装置等の読取手段、および移動機構と回転機構等のレーザ走査手段及びＬＥＤ光照射器等の回折環消去手段等を１つの筐体内に備え、該筐体がアーム式移動装置に接続されている。このＸ線回折測定装置によりＸ線回折測定を行うときは、アーム式移動装置を測定対象物の近傍に設置した後、アーム式移動装置を操作して測定対象物に対するＸ線回折測定装置の位置と姿勢を調整する位置姿勢調整工程、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、撮像した回折環をＬＥＤ光の照射により消去する消去工程、及び検出した回折環の形状から残留応力を計算する計算工程を連続して行う。これにより、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。また、このＸ線回折測定装置は運搬することができ、アーム式移動装置により位置と姿勢を調整することができるので、測定対象物が固定されていたり重量があったりして移動することができず、切り出しすることもできない場合であってもＸ線回折測定を行うことができる。

【0003】

また、特許文献１に示されるＸ線回折測定装置は出射Ｘ線の光軸と同一の光軸を有する平行なＬＥＤ光を照射し、照射点付近をカメラ撮影する機能がある。そして、測定対象物の意図する箇所をＸ線回折測定する場合は、該平行なＬＥＤ光を照射し、ＬＥＤ光照射点が測定対象物の意図する箇所になり、撮影画像上のＬＥＤ光の照射点とＬＥＤ光の反射光の受光点が所定の位置（十字マークのクロス点）になるようＸ線回折測定装置の位置と姿勢を調整する。これにより、Ｘ線を意図する箇所に照射するとともに、Ｘ線照射点からイメージングプレートまでの距離およびＸ線の入射角を設定値にすることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５９６７３９４号公報

【発明の概要】

【0005】

特許文献１に示されるＸ線回折測定装置は、材質がＸ線回折する金属から製作されているものであれば、どのような形状の測定対象物でもＸ線回折測定をすることができ、測定対象物がギアである場合がある。そして、測定対象物がギアである場合、測定箇所はギアの歯と歯の間（以下、歯底という）であることが多いが、この場合でも、上述したように平行なＬＥＤ光をギアに照射してＸ線回折測定装置の位置と姿勢の調整を行えばよい。ただし、Ｘ線は測定箇所にある程度の入射角で照射する必要があり、ギアの歯に妨害されないようＸ線を照射するには、イメージングプレートの回転角度０°のライン（撮像された回折環において回転角度０°とするライン）と出射Ｘ線の光軸とを含む平面（以下、基準平面という）が、ギアの回転軸に対して平行になるよう、言い換えると基準平面が隣り合ったギアの歯の先端における同点同士を結ぶラインに対して垂直になるよう、Ｘ線回折測定装置の位置と姿勢の調整を行う必要がある。

【0006】

しかしながら、平行なＬＥＤ光の照射点がギアの歯底になるようＸ線回折測定装置の位置と姿勢を調整しても、図１０に示すように回折Ｘ線がギアの歯によって妨害されて回折環が全周得られない場合があり、図１０（ａ）に示すように回折環の回転角度０°のラインに対して対称に回折環が得られない場合は、ｃｏｓα法で計算できるデータ数が少ないため精度よく残留応力が計算できない。よって、この場合は図１０（ｂ）のように回折環の回転角度０°のラインに対して対称に回折環が得られるよう、ＬＥＤ光の照射点（Ｘ線の照射点）の位置を微調整する必要があるが、アーム式移動装置を操作してＸ線回折測定装置の筐体の位置と姿勢を微調整することは非常に困難であり、対称の回折環が得られるまでに時間を要するという問題がある。また、Ｘ線回折測定装置の筐体の位置と姿勢を微調整できる機構を設けると装置全体が大型化し運搬が困難になるという問題や、装置のコストが大幅に増大するという問題がある。

【0007】

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線により回折環を形成して該回折環の形状を検出するＸ線回折測定装置において、測定箇所がギアの歯底のように回折Ｘ線が測定対象物で妨害される可能性がある場合であっても、装置の大型化やコストの大幅な増大を伴うことなく、効率よくＸ線の照射点位置を微調整して、回折環の回転角度０°のラインに対して対称の回折環を得ることができるＸ線回折測定装置を提供することにある。

【0008】

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、ターゲットに加速した電子線を当てることでＸ線を発生させ、出射口からＸ線を出射するＸ線管と、Ｘ線管から出射されたＸ線を管状物体を通過させることで略平行なＸ線にしたうえで対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射機構と、Ｘ線出射機構から測定対象物に向けてＸ線が出射された際、測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、Ｘ線出射機構から出射されるＸ線の光軸に対して略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を備えたＸ線回折測定装置において、Ｘ線管に磁界を及ぼし、電子線の光路を変化させてターゲットに当たる電子線の位置を変化させ、Ｘ線出射機構から出射されるＸ線の光軸の位置を、磁界がないときのＸ線の光軸と撮像面において基準回転角度とするラインとを含む基準平面に垂直な平面であって磁界がないときのＸ線の光軸を含む平面内で、Ｘ線の光軸の基準平面に対する角度が磁界の強度に対応する分変化するよう変動させるＸ線光軸変動手段と、磁界の強度を、磁界の強度に対応する量を変化させて固定することで調整する磁界強度調整手段と、回折環形成検出手段により検出された回折環の形状から回折環の左右対称性度合を計算する回折環対称性度合計算手段と、磁界強度調整手段が固定する磁界の強度に対応する量を変化させるごとにＸ線管よりＸ線を出射させて、回折環形成検出手段に回折環の形状を検出させ、回折環対称性度合計算手段に回折環の左右対称性度合を計算させることで、磁界の強度に対応する量と回折環の左右対称性度合との関係である磁界−対称性度合関係を取得し、取得した磁界−対称性度合関係を用いて回折環の左右対称性度合が最もよくなるよう磁界強度調整手段が固定する磁界の強度に対応する量を設定する制御手段とを備えたＸ線回折測定装置としたことにある。

【0009】

これによれば、測定箇所がギアの歯底である場合、回折環形成検出手段が検出した回折環が全周得られず、回転角度０°のラインに対して左右対称になっていないときは、Ｘ線光軸変動手段によりＸ線管に磁界を及ぼすことでＸ線の光軸位置を変動させ、磁界強度調整手段により回転角度０°のラインに対して回折環が左右対称になるようＸ線管に及ぼす磁界の強度を調整すればよい。すなわち、従来のＸ線回折測定装置にＸ線管に磁界を及ぼすＸ線光軸変動手段と及ぼす磁界の強度を調整する磁界強度調整手段を追加して設けるのみで、効率よくＸ線の照射点位置を微調整することができる。また、Ｘ線回折測定装置の筐体の位置と姿勢を微調整する機構は不要なので装置の大型化やコストの大幅な増大もない。また、撮像面を変動させずにＸ線の光軸位置を変動させても、Ｘ線の光軸位置の変動が基準平面に垂直な平面であって磁界がないときのＸ線の光軸を含んだ平面内で、基準平面に対する角度が変化する変動であれば、回折環の形状から計算される残留垂直応力の値にはほとんど影響しない。また、回折環形成検出手段が検出した回折環が全周得られず、回転角度０°のラインに対して対称になっていないときは、制御手段が、磁界強度調整手段、Ｘ線管、回折環形成検出手段及び回折環対称性度合計算手段を制御して、磁界−対称性度合関係を取得し、磁界強度調整手段が固定する磁界の強度に対応する量を回折環の左右対称性度合が最もよくなるよう設定するので、作業者が磁界の強度に対応する量またはＸ線照射点の移動量と回折環の形状との関係を見て判断する必要がなく、さらに効率よくＸ線の照射点位置を微調整することができる。なお、回折環の左右対称性度合とは、回折環の回転角度０°のラインに対する対称性の度合のことであり、例えば、回転角度０°〜１８０°で得られる回折環データの数と回転角度０°〜−１８０°で得られる回折環データの数との差で表すことができる。

【0010】

また、本発明の他の特徴は、磁界の強度に対応する量と、撮像面から設定された距離におけるＸ線照射点の磁界がないときのＸ線照射点からの移動量との関係である磁界−照射点移動量関係を備えていることにある。

【0011】

これによれば、回折環形成検出手段が検出した回折環が全周得られず、回転角度０°のラインに対して対称になっていないときは、検出した回折環の形状からどの程度Ｘ線照射点を移動させればよいか推定し、推定した移動量を磁界−照射点移動量関係に当てはめて磁界の強度に対応する量を求め、磁界強度調整手段が固定する磁界の強度に対応する量を設定することができる。なお、磁界−照射点移動量関係はコンピュータ装置のメモリに記憶しておけば、自動でＸ線照射点の移動量を磁界の強度に対応する量に換算できるので好ましいが、装置に付属する文書や装置筐体等に表示された換算表とすることもできる。また、磁界−照射点移動量関係を備えている場合、磁界−対称性度合関係における磁界の強度に対応する量は、Ｘ線照射点の移動量を含むものとする。

【0014】

また、本発明の他の特徴は、Ｘ線光軸変動手段は、Ｘ線管の側面近傍に対向する向きが電子線の光軸に垂直になるよう配置した永久磁石と磁性体であり、磁界強度調整手段は、永久磁石と磁性体を結ぶベクトルと永久磁石の磁極を結ぶベクトルとが成す角度を変化させて固定する手段であるようにしたことにある。これによれば、簡単な機構でＸ線管に磁界を及ぼし、該磁界の強度を調整することができる。

【0015】

また、これに替えて、Ｘ線光軸変動手段は、Ｘ線管の側面近傍に、対向する向きが電子線の光軸に垂直になるよう配置した電磁石と磁性体であり、磁界強度調整手段は、電磁石に供給する直流電流の向きと強度を変化させて固定する手段であるようにしてもよい。これによっても、簡単な機構でＸ線管に磁界を及ぼし、該磁界の強度を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

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

【図2】図１のＸ線回折測定装置の拡大図である。

【図3】図２のＸ線回折測定装置におけるＸ線が通過する部分を拡大して示す部分断面図である。

【図4】図３のプレート部分の拡大斜視図である。

【図5】磁界をＸ線管に作用させ磁界強度を変化させることでＸ線管のターゲットにおけるＸ線発生箇所が変化することを示した図である。

【図6】Ｘ線管のターゲットにおけるＸ線発生箇所が変化すると出射Ｘ線の光軸位置が変化し、Ｘ線照射点の位置が変化することを示した図である。

【図7】出射Ｘ線の光軸位置が変化することで撮像される回折環の形状が変化するが、残留垂直応力の計算値にはほとんど影響しないことを示した図である。

【図8】図１のＸ線回折測定システムのコントローラが実行するプログラムのフロー図である。

【図9】Ｘ線照射点の移動量と回折環左右対称性度合との関係から最適なＸ線照射点の移動量を計算する方法を視覚的に示した図である。

【図10】ギアの歯底をＸ線回折測定する場合、Ｘ線照射点の位置が僅かに異なるだけで回折環の左右対称性が大きく異なることを示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の一実施形態に係る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１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、ＬＥＤ光源４４が取り付けられたユニットの配置、Ｘ線管１０に磁界を及ぼす機構と該磁界の強度を調整する機構及び回路を備える点、及びコントローラ９１に、入力したＸ線照射点の移動量から該磁界の強度を調整する回路の設定を制御するシステムを備える点である。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。

【0018】

このＸ線回折測定システムは、歯底の残留応力を測定するギアがある場所まで運搬されてセットされるものである。ギアはＸ線回折測定が可能であればどのような材質のものでもよいが、本実施形態では鉄製のものとする。以後、残留応力を測定するギアを測定対象物ＯＢという。Ｘ線回折測定装置はアーム式移動装置により位置と姿勢を調整することができ、測定対象物ＯＢに対するＸ線回折測定装置の位置と姿勢を変更して、測定対象物ＯＢに対するＸ線の照射方向及びＸ線照射点から回折環の撮像面までの距離を、意図した方向と距離に設定することができる。

【0019】

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点鎖線で囲われた各種回路は、筐体５０内の２点鎖線内に納められている。

【0020】

筐体５０は、略直方体状に形成されるとともに、底面壁５０ａ、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｅ、上面壁５０ｆ、側面壁（図示せず）、及び底面壁５０ａと前面壁５０ｂの角部を紙面の表側から裏側に向けて切り欠くように設けた切欠き部壁５０ｃと繋ぎ壁５０ｄを有するように形成されている。切欠き部壁５０ｃは底面壁５０ａに垂直な平板と平行な平板とからなり、繋ぎ壁５０ｄは側面壁と垂直であり底面壁５０ａと所定の角度を有している。この所定の角度は、例えば３０〜４５度である。側面壁の１つには、支持アーム５１に接続される接続部（図示せず）が設けられており、接続部は図１及び図２の紙面の垂直周りに回転可能になっている。支持アーム５１は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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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の各半径位置においてあるためラインである。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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における回転角度０°の位置（ライン）とが成す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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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Ｌが、予め決められた設定距離となる位置である。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。

【0038】

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から設定された距離にある測定対象物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光の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定された距離にあり、Ｘ線及び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、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、撮像器４９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で受光され受光点なる。よって、ＬＥＤ光の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定された距離であり、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、撮像器４９が出力する信号強度データから作成される撮影画像では、照射点の画像と受光点の画像は同じ位置になる。

【0039】

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から入力する信号強度データにより作成された撮影画像を表示するとともに、結像レンズ４８の光軸が撮像器４９と交差する箇所に相当する箇所に十字のマークを表示する。この十字マークのクロス点は、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）の照射点からイメージングプレート１５までの距離が設定された距離であり、ＬＥＤ光（出射Ｘ線）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、照射点の画像および受光点の画像が生じる位置である。また、十字マークの縦方向を測定対象物ＯＢの表面に投影させた方向が、撮像された回折環から計算される残留垂直応力の測定方向である。さらに、表示装置９３は、Ｘ線回折測定システムの各種の設定状況、作動状況及び測定結果などを表示する。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。

【0040】

図１及び図２に示すように、Ｘ線管１０の上方には永久磁石である磁石５５が配置され、Ｘ線管１０の下方には磁石５５に対向するように、上壁２６に埋め込まれて磁性体５８が配置されている。磁石５５から磁性体５８に向かう方向はＸ線管１０の中心軸に直交する方向であり、出射Ｘ線の光軸に平行な方向である。また、磁石５５の磁極の方向と磁石５５から磁性体５８に向かう方向とが一致しているとき、磁石５５の中心と磁性体５８の中心を結ぶラインは、Ｘ線管１０の中心軸と出射Ｘ線の光軸とを含む平面内にある。この平面はイメージングプレートの回転角度０°のラインと出射Ｘ線の光軸とを含む平面である基準平面でもある。よって、磁石５５と磁性体５８により発生する磁界の方向は、基準平面から所定の範囲内においてはＸ線管１０の中心軸に直交し、出射Ｘ線の光軸に平行である。また、後述するようにＸ線管１０は電子線をクロム等のターゲットに当てることによりＸ線を発生させるものであり、電子線の光軸はＸ線管１０の中心軸に略一致しているので、磁石５５と磁性体５８により発生する磁界の方向は、Ｘ線管１０内の電子線の光軸に直交している。

【0041】

磁石５５は固定具５６に取り付けられ、固定具５６はモータ５７の出力軸に連結されており、モータ５７を回転させると磁石５５の磁極の方向は変化する。これにより、磁石５５と磁性体５８により発生する磁界の強度と方向は変化するが、磁石５５はＸ線管１０に対して小さいのでモータ５７を回転させても磁石５５から磁性体５８に向かう方向は大きく変化せず、磁石５５の磁極の方向のみが変化すると見なすことができる。よって、モータ５７を回転させると磁石５５と磁性体５８により発生する磁界の変化は、磁石５５の中心と磁性体５８の中心を結ぶラインの方向における、磁界の向きの変化と磁界強度の変化と見なすことができる。

【0042】

図５はＸ線管１０の中心軸を含み、磁界がないときの出射Ｘ線の光軸に垂直な平面から出射Ｘ線の方向に見たＸ線管１０の断面図である。図５において磁石５５の中心と磁性体５８の中心を結ぶラインの方向は紙面に垂直であり、磁石５５、固定具５６及びモータ５７は紙面の上方に存在するため仮想線で描かれている。Ｘ線管１０の中心軸には電子線ＥＬの光軸があり、電子線ＥＬの光軸近傍では磁石５５と磁性体５８により発生する磁界は紙面垂直方向であり、該磁界は電子線ＥＬに対し紙面垂直方向に作用する。これにより、ローレンツ力が紙面内で電子線ＥＬの光軸の垂直方向に発生し、電子線ＥＬは紙面内で光軸位置が変化する。そして、ローレンツ力は磁界の強度に比例し、磁界の方向により向きが変わるため、モータ５７を回転させて磁界強度を変化させるとともに、磁界の向きを磁石５５の中心と磁性体５８の中心を結ぶラインの方向において変化させると、電子線ＥＬの光軸位置は図５に示すように、Ｘ線管１０の中心軸に対して上側と下側で最大変化した場合の光軸であるＥＬ１とＥＬ２の間で変化する。そして、電子線ＥＬの光軸位置がＥＬ１からＥＬ２の間で変化するとターゲットＴａに電子線ＥＬが当たる位置、すなわちターゲットＴａにおいてＸ線が発生する位置が両方向の矢印が示す範囲内で変化する。

【0043】

図６は、磁界がないときの出射Ｘ線の光軸Ｘｓを含み、Ｘ線管１０の中心軸に垂直な平面で電子線ＥＬの進行方向に見た、Ｘ線管１０から測定対象物ＯＢまでの断面図である。分かりやすくため、ターゲットＴａは断面図にはせず、上壁２６とステージ２１は記載しておらず、仮想線の磁石５５、固定具５６及びモータ５７は、本来の向きから磁界の方向周りに９０°向きを変えてある。図６に示すように、ターゲットＴａにおいてＸ線が発生する位置が両方向の矢印が示す範囲内で変化すると、貫通孔１８ａを通過してＸ線は出射されるため、出射Ｘ線の光軸はＸ１とＸ２の間で変化し、Ｘ線の照射点は測定対象物ＯＢに両方向の矢印で示す範囲内で変化する。図６に示すように、Ｘ線の照射点の位置は、ターゲットＴａにおいてＸ線が発生する位置すなわちターゲットＴａに電子線ＥＬが当たる位置と１：１の関係があり、図５に示すようにターゲットＴａに電子線ＥＬが当たる位置は、磁石５５と磁性体５８により電子線ＥＬに及ぼす磁界の強さと１：１の関係がある。そして、上述したように磁石５５と磁性体５８による磁界の強さは、磁石５５の磁極の方向すなわち磁石５５のモータ５７による回転角度と１：１の関係がある。よって、磁石５５のモータ５７による回転角度とＸ線の照射点の位置とには１：１の関係がある。磁石５５と磁性体５８による磁界がＸ線管１０に及ばないときは磁石５５の磁極の方向がＸ線管１０の中心軸と出射Ｘ線の光軸Ｘｓとを含む平面と垂直なときであり、このときモータ５７の回転角度（後述する回転角度検出回路８９が検出する回転角度）は０°になるよう調整されている。そして、磁界がＸ線管１０に及ばないときのＸ線の照射点を原点とすると、モータ５７の回転角度を−９０°（２７０°）、０°、９０°と変化させたとき、Ｘ線の照射点は最大移動位置、原点、反対側最大移動位置と移動する。

【0044】

コントローラ９１のメモリには、イメージングプレート１５から設定された距離ＬにおけるＸ線の照射点の位置（原点からの移動量）とモータ５７の回転角度との関係が記憶されており、入力装置９２からＸ線照射点の原点からの移動量が入力すると、この関係を基にモータ５７の回転角度を計算しモータ制御回路８８に出力する。モータ５７内にはエンコーダ５７ａが組み込まれ、エンコーダ５７ａは、モータ５７が所定の微小回転角度だけ回転する度に、ハイレベルとローレベルとに交互に切り替わるパルス列信号を、モータ制御回路８８及び回転角度検出回路８９へ出力する。さらに、エンコーダ５７ａは、モータ５７が１回転するごとに、所定の短い期間だけローレベルからハイレベルに切り替わるインデックス信号を回転角度検出回路８９に出力する。

【0045】

モータ制御回路８８は、コントローラ９１から回転角度を入力すると、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等しくなるまでモータ５７に駆動信号を出力する。この駆動信号はエンコーダ５７ａ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設定値になるよう制御され、モータ５７の回転を非常に低速で行う信号強度である。回転角度検出回路８９はエンコーダ５７ａ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を計算してモータ制御回路８８に出力する。また、回転角度検出回路８９は、エンコーダ５７ａ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。また、コントローラ９１は装置の電源が入力された段階で、モータ制御回路８８と回転角度検出回路８９に指令を出力し、モータ制御回路８８はモータ５７を低速回転させる。このとき、回転角度検出回路８９はエンコーダ５７ａ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」にし、モータ制御回路８８に停止を意味する信号を出力する。これにより、装置に電源が投入された段階では、磁石５５と磁性体５８による磁界はＸ線管１０に及ばないようにされ、出射Ｘ線の光軸は本来の位置になっている。

【0046】

イメージングプレート１５から設定された距離ＬにおけるＸ線の照射点の位置（原点からの移動量）とモータ５７の回転角度との関係は、イメージングプレート１５から設定された距離Ｌに、別のイメージングプレート又は平面状のＸ線ＣＣＤを置き、回転角度検出回路８９が検出する回転角度を様々に変えてＸ線を照射し、それぞれのＸ線照射点の位置、すなわちそれぞれのＸ線照射点の回転角度０°におけるＸ線照射点からの距離を測定することで得ることができる。

【0047】

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、ギアである測定対象物ＯＢの歯底をＸ線回折測定する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の近傍にセットした後、アーム式移動装置を操作してＸ線回折測定装置（筐体５０）を測定対象物ＯＢの近くまで移動させ、電源を投入してＸ線回折測定システムを作動させる。この後、Ｘ線回折測定は位置姿勢調整工程、回折環撮像工程、回折環読取り工程、回折環消去工程、の順に作業、操作又は処理が行われる。そして、回折環が全周得られず、回転角度０°のラインに対して左右対称になっていないときは、Ｘ線管１０に磁界を作用させることでＸ線照射点の位置を微調整した後、回折環撮像工程〜回折環消去工程が再度行われる。そして、回折環が回転角度０°のラインに対して左右対称になったとき、残留応力計算工程が行われる。これらの工程で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ものは、簡略的に説明するにとどめる。

【0048】

位置姿勢調整工程は、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、まず、アーム式移動装置を操作してＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を調整することで、おおよそでＸ線（ＬＥＤ光）の照射点が測定対象物ＯＢであるギアの歯底付近になり、基準平面がギアの歯の中心と歯の中心を結ぶラインの中間で垂直に交差するようにする。

【0049】

次に作業者は、入力装置９２から位置姿勢の調整を行うことを入力する。この入力により、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であるギアの歯底付近に照射される。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撮影画像を表示装置９３に表示させる。

【0050】

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、ＬＥＤ光の照射点が測定対象物ＯＢであるギアの歯底になり、十字マークの縦方向が測定対象物ＯＢであるギアの中心軸方向になるとともに、ＬＥＤ光の照射点および受光点が画面上における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、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離Ｌは設定値となり、Ｘ線が設定された入射角で入射する。ただし、ＬＥＤ光の受光点を画面上の十字マークのクロス点と合致させることが困難、すなわち、Ｘ線の入射角を設定値にすることが困難である場合は、ＬＥＤ光の照射点のみを十字マークのクロス点と合致させればよい。この場合は、Ｘ線（ＬＥＤ光）の入射角を検出する必要があるが、それには、ステージ２１を移動させてＬＥＤ光の照射点を移動させ、ステージ２１の移動位置に対応させて撮像画面におけるＬＥＤ光の照射点の位置を取得し、このデータからＸ線（ＬＥＤ光）の入射角を計算すればよい。この方法は特許第６０４８５４７号公報に詳細に説明されているのでそちらを参照する。調整が完了すると、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から出射される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。

【0051】

次の回折環撮像工程において、作業者は入力装置９２から測定対象物ＯＢであるギアの材質（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の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。

【0052】

次にコントローラ９１は、回折環読取り工程を実行する。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、ばね座金Ｗの材質におけるＸ線の回折角２Θｍ（Θｍはブラッグ角）及びＸ線照射点からイメージングプレート１５までの距離ＬからＲｏ＝Ｌ・ｔａｎ（２Θｍ）の計算式で計算される。そして、Ｘ線の回折角２Θｍ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２Θｍ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。

【0053】

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３及び図４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対応して、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。

【0054】

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。

【0055】

次にコントローラ９１は、回折環消去工程を実行する。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。

【0056】

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。

【0057】

コントローラ９１は、回折環消去工程を実行するのと並行して、回折環読取り工程で得られた瞬時値Ｉを明度に換算し、この明度データと回転角度θｐ及び半径値ｒのデータ群で回転角度０°のラインを縦方向にした回折環の強度分布画像を作成し、表示装置９３に表示する。作業者は表示装置９３に表示された画像を見て、回折環の極１部が欠けているか、図１０の（ｂ）のように左右対称になっている場合はよしとし、図１０の（ａ）のように欠けの度合が大きく左右対称となっていない場合は、Ｘ線照射点の微調整が必要と判断する。

【0058】

コントローラ９１は、回折環消去工程が終了すると表示装置９３に残留応力計算を行うか否かを問う表示を行うので、作業者はＸ線照射点の微調整が必要と判断した場合は「Ｎｏ」と入力する。これにより、コントローラ９１は表示装置９３にＸ線照射点の移動量を問う表示を表示するので、作業者は回折環の強度分布画像からＸ線照射点をどちら側にどの程度移動したらよいか判断し、入力装置９２から移動方向と移動量または＋−の符号付きの移動量を入力する。これにより、コントローラ９１は、メモリに記憶されたＸ線照射点の原点からの移動量とモータ５７の回転角度との関係を用いて、入力されたＸ線照射点の移動がされるための回転角度を計算し、モータ制御回路８８に出力する。これによりＸ線管１０に磁石５５と磁性体５８による磁界が作用し、次にＸ線が照射されたときＸ線照射点は、入力装置９２から入力した移動量分、移動した位置に生じる。

【0059】

作業者は入力装置９２からＸ線照射点の移動量を入力した後、再測定開始を入力する。これにより、コントローラ９１は上述した回折環撮像工程、回折環読取り工程、回折環消去工程を再度実行し、表示装置９３に回折環の強度分布画像を表示する。このときコントローラ９１は１回目と２回目の測定における回折環の画像をＸ線照射点の移動量とともに表示する。作業者は表示された画像を見て、さらにＸ線照射点の位置を微調整して再測定すべきか否か判断し、再測定が必要と判断したときは、入力装置９２から残留応力計算の実行に対し「Ｎｏ」と入力し、Ｘ線照射点の移動量を入力する。このとき、表示装置９３には１回目と２回目の回折環の画像が移動量とともに表示されているので、これから左右対称の回折環を得るにはどの程度のＸ線照射点の移動を行うべきか判断することができる。そして、入力装置９２から再測定開始を入力すると上述した回折環撮像工程、回折環読取り工程、回折環消去工程が再度実行され、表示装置９３に回折環の強度分布画像を表示する。これを繰り返せば、左右対称の回折環が得られるまでＸ線照射点の移動と再測定を行うことができる。

【0060】

作業者は左右対称の回折環が得られたと判断すると、入力装置９２から残留応力計算の実行を問う表示に対し「Ｙｅｓ」と入力する。これによりコントローラ９１は、残留応力計算工程を実行する。これは、回折環の形状である回転角度αごとの半径値ｒαのデータ、Ｘ線照射点からイメージングプレート１５までの距離ＬとＸ線の入射角の設定値または検出値、及び測定対象物ＯＢの材質（本実施形態では鉄）において既知の値である回折角、ヤング率、ポアソン比等の定数を用いて、ｃｏｓα法を用いた演算により残留垂直応力を計算する演算処理である。この計算は公知技術を用いたものであり、例えば特開２００５−２４１３０８号公報の〔００２６〕〜〔００４４〕に詳細に説明されているので説明は省略する。計算が終了するとコントローラ９１は残留垂直応力の値を表示装置９３に表示する。

【0061】

なお、Ｘ線管１０に磁石５５と磁性体５８による磁界を作用させることによる出射Ｘ線の光軸位置の変化は、図６に示すように出射Ｘ線の光軸の方向も変化しており、磁界がないときにイメージングプレート１５に対して垂直であった出射Ｘ線の光軸は、磁界を作用させたときは、イメージングプレート１５に対して垂直でなくなる。このため、Ｘ線照射点の位置を微調整したときは残留応力が０であっても、撮像される回折環は楕円になり、楕円の中心も出射Ｘ線の光軸がイメージングプレート１５と交差する点からずれる。しかし、計算される残留垂直応力には殆ど影響しない。その理由を以下に説明する。

【0062】

上述したように、回折環から残留垂直応力を計算する際の計算方法は公知技術であり、例えば特開２００５−２４１３０８に詳細に書かれている。この公報に記載された計算式を同じ番号で以下に示す。

【数1】

【数2】

【数7】

【数9】

数１の計算式は回折環の回転角度αの半径値Ｒαから回折角２θαを計算する際の式であり、数２の計算式はひずみεαを回折角２θαから計算する際の式である。ひずみεαから数７の計算式を用いてａ１を計算し、ｃｏｓαに対するａ１の傾きを求めれば数９の計算式を用いて残留垂直応力σ^Ｓ_１１を求めることができる。数７の計算式による計算を出射Ｘ線の光軸がイメージングプレート１５に対して垂直な場合である回折環Ａと、イメージングプレート１５に対して傾いているため楕円になっている回折環Ｂにおいて視覚的に示したものが図７である。図７では回折環Ｂを誇張して楕円にし、楕円の中心位置の出射Ｘ線の光軸がイメージングプレート１５と交差する点からのずれも誇張して示している。なお、回折環Ａ、回折環Ｂのいずれの場合も無応力の試料による回折環とする。

【0063】

回折環Ａでは数２の計算式においてθ_０＝θαであるため、ε_α，ε_−α，ε_π＋α，ε_π−αはすべて０である。よって、ａ１は０であり、残留垂直応力σ^Ｓ_１１も０になる。これに対し、回折環Ｂでは、数２の計算式においてθ_０≠θαであるため、ε_α，ε_−α，ε_π＋α，ε_π−αは値を有する。しかし、図９を見るとわかるように、回転位置αとπ−αにおける基準位置（回折環Ａの位置）からのずれ、および回転位置−αとπ＋αにおける基準位置（回折環Ａの位置）からのずれは等しい。すなわち、ε_α＝ε_π−α，ε_−α＝ε_π＋αとなる。よって、ε_α，ε_−α，ε_π＋α，ε_π−αは値を有しても、数７の計算式により計算するとａ１は０となり、残留垂直応力σ^Ｓ_１１も０になる。これより、回折環が回転角度０°のラインの垂直方向に楕円になる、および回折環が回転角度０°のラインの垂直方向に移動するのみであれば、その影響による残留垂直応力の値の増減は０であり、測定対象物ＯＢが有する残留垂直応力の値には殆ど影響しないと言える。

【0064】

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、ターゲットＴａに加速した電子線を当てることでＸ線を発生させ、出射口１１からＸ線を出射するＸ線管１０と、Ｘ線管１０から出射されたＸ線を通路部材２８及び貫通孔２７ａ１，１６ａ，１７ａ，１８ａを通過させることで略平行なＸ線にしたうえで対象とする測定対象物ＯＢに向けてＸ線を出射するＸ線出射機構と、Ｘ線出射機構から測定対象物ＯＢに向けてＸ線が出射された際、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線を、Ｘ線出射機構から出射されるＸ線の光軸に対して略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テーブル駆動機構２０、レーザ検出装置３０等からなる回折環形成検出機器とを備えたＸ線回折測定装置において、Ｘ線管１０に磁界を及ぼし、電子線ＥＬの光路を変化させてターゲットＴａに当たる電子線の位置を変化させ、Ｘ線出射機構から出射されるＸ線の光軸の位置を、磁界がないときのＸ線の光軸とイメージングプレートにおいて回転角度０°とするラインとを含む基準平面に垂直な平面であって磁界がないときのＸ線の光軸を含む平面内で、Ｘ線の光軸の基準平面に対する角度が磁界の強度に対応する分変化するよう変動させる磁石５５及び磁性体５８と、磁界の強度を、磁界の強度に対応する量である磁石５５の回転角度を変化させて固定することで調整するモータ５７、モータ制御回路８８、回転角度検出回路８９及びコンピュータ装置９０等からなる磁界強度調整システムとを備えるようにしている。

【0065】

これによれば、測定対象物ＯＢがギアで測定箇所が歯底である場合、回折環形成検出機器が検出した回折環が全周得られず、回転角度０°のラインに対して左右対称になっていないときは、磁石５５及び磁性体５８によりＸ線管１０に磁界を及ぼすことでＸ線の光軸位置を変動させ、磁界強度調整システムにより回転角度０°のラインに対して回折環が左右対称になるようＸ線管１０に及ぼす磁界の強度を調整すればよい。すなわち、従来のＸ線回折測定装置にＸ線管に磁界を及ぼす磁石５５及び磁性体５８と及ぼす磁界の強度を調整するモータ５７、モータ制御回路８８、回転角度検出回路８９及びコンピュータ装置９０等からなる磁界強度調整システムを追加して設けるのみで、効率よくＸ線の照射点位置を微調整することができる。また、Ｘ線回折測定装置の筐体の位置と姿勢を微調整する機構は不要なので装置の大型化やコストの増大もない。また、イメージングプレート１５を変動させずにＸ線の光軸位置を変動させても、Ｘ線の光軸位置の変動が基準平面に垂直な平面であって磁界がないときのＸ線の光軸を含んだ平面内で、基準平面に対する角度が変化する変動であれば、回折環の形状から計算される残留垂直応力の値にはほとんど影響しない。

【0066】

また、上記実施形態においては、磁界の強度に対応する量である磁石５５の回転角度と、イメージングプレート１５から設定された距離におけるＸ線照射点の磁界がないときのＸ線照射点からの移動量との関係である磁界−照射点移動量関係をコントローラ９１のメモリに記憶させている。

【0067】

これによれば、回折環形成検出機器が検出した回折環が全周得られず、回転角度０°のラインに対して対称になっていないときは、検出した回折環の形状からどの程度Ｘ線照射点を移動させればよいか判断し、判断した移動量をコントローラ９１に入力すれば、コントローラ９１が記憶してある磁界−照射点移動量関係に当てはめて磁石５５の回転角度を算出し、磁界強度調整システムが固定する磁石５５の回転角度を設定することができる。この後、Ｘ線照射点の移動量をコントローラ９１に入力して磁界強度調整システムが固定する磁石５５の回転角度を変化させるごとに、回折環の形成と検出を行い、Ｘ線照射点の移動量と回折環の形状との関係を得れば回転角度０°のラインに対して回折環が対称になるＸ線照射点の移動量を求めることができる。これにより、磁石５５の回転角度を変化させながら、磁石５５の回転角度と回折環の形状との関係を得て、回折環が対称になる磁石５５の回転角度を求めるよりも、効率よくＸ線照射点の位置を微調整することができる。

【0068】

また、上記実施形態においては、出射Ｘ線の光軸変動を、Ｘ線管１０の側面近傍に対向する向きが電子線ＥＬの光軸に垂直になるよう配置した磁石５５と磁性体５８であり、磁界強度調整システムは、磁石５５と磁性体５８を結ぶベクトルと磁石５５の磁極を結ぶベクトルとが成す角度である磁石５５の回転角度を変化させて固定するシステムであるようにしている。これによれば、簡単な機構でＸ線管１０に磁界を及ぼし、該磁界の強度を調整することができる。

【0069】

（変形例）
上記実施形態においては、作業者が表示装置９３にＸ線照射点の移動量とともに表示される回折環の画像を見て、回転角度０°のラインに対して回折環が対称になるＸ線照射点の移動量を判断して入力装置９２からその移動量を入力した。これに替えて、コントローラ９１にインストールしたプログラムによる演算処理により回折環が対称になるＸ線照射点の移動量を算出し、その移動量に対応する磁石５５の回転角度をモータ制御回路８８に出力するようにしてもよい。すなわち、作業者が入力装置９２から測定開始を入力した後は、残留垂直応力の計算が終了するまでプログラム処理により自動でＸ線照射点の微調整とＸ線回折測定が行われるようにしてもよい。

【0070】

このためのプログラムは図８のフローに示すものである。作業者は、上記実施形態で説明した位置姿勢調整工程が終了した後、入力装置９２から測定開始を入力すると、コントローラ９１は図８に示すフローのプログラムをステップＳ１にてスタートさせる。以下、図８のフローに沿って説明する。ステップＳ２にて回折環の撮像と検出の回数を意味するｎを１にし、Ｘ線照射点移動量を意味する１回目の照射点移動量であるＭ（１）を０にする。次にステップＳ３にて上記実施形態で説明した回折環撮像工程、回折環読取り工程、回折環消去工程を行い、回折環消去工程を開始した時点でステップＳ４へ行き、回折環の有効データ数Ｄ（ｎ）を計算する。回折環の有効データ数Ｄ（ｎ）は、回転角度αごとの半径ｒαにおいて、数７の計算に使用できるデータ数であり、図７においてε_α，ε_−α，ε_π＋α，ε_π−αに相当する箇所の回折環半径ｒαが得られていれば、データは有効であると判定される。次にステップＳ５にて回折環の有効データ数Ｄ（ｎ）が許容値以上であれば、Ｙｅｓと判定してステップＳ１９へ行き、残留垂直応力の計算を行いプログラムを終了する。この場合は回折環が全周得られているか、極一部に欠けがあるが残留垂直応力の計算には殆ど影響しない場合である。反対に回折環の有効データ数Ｄ（ｎ）が許容値未満であれば、Ｎｏと判定してステップＳ６へ行く。この場合は回折環に許容できない欠けがある場合である。ステップＳ６へ行くと０°のラインで回折環を分けたときの左右のデータ数の差Ｓ（ｎ）を計算する。左右のデータ数の差Ｓ（ｎ）は、回転角度αが０以上１８０°未満における回折環半径ｒαのデータ数から回転角度αが１８０°以上３６０°未満における回折環半径ｒαのデータ数を減算した値であり、回折環の０°のラインにおける対称性の度合を示す数値である。すなわち、左右のデータ数差Ｓ（ｎ）が大きいほど回折環の対称性は悪く、Ｓ（ｎ）が小さいほど回折環の対称性は良いことを意味する。なお、０以上１８０°未満と１８０°以上３６０°未満のどちらの側のデータ数が多いか判別できるようにするため、左右のデータ数の差Ｓ（ｎ）はプラスマイナスの符号を持った値である。

【0071】

左右のデータ数差Ｓ（ｎ）の計算が終了すると、ステップＳ７にて、左右のデータ数差Ｓ（ｎ）が許容値以下であるか、すなわち回折環の対称性が許容されるか否かを判定し、許容値以下であればＹｅｓと判定してステップＳ１９へ行き、残留垂直応力の計算を行い、プログラムを終了する。この場合は、Ｘ線照射点の位置を微調整しても回折環の対称性は殆ど変わらない場合であり、図１０の（ｂ）の場合である。反対に左右のデータ数差Ｓ（ｎ）が許容値より多ければ、Ｎｏと判定してステップＳ８へ行く。この場合は回折環の対称性が悪く、Ｘ線照射点の位置を微調整する必要がある場合である。ステップＳ８へ行くとステップＳ８にてｎが１であるか否か判定するが、この段階ではｎは１であるのでＹｅｓと判定してステップＳ９へ行き、左右のデータ数差Ｓ（１）が０以下であるか否か、すなわち符号がプラスであるかマイナスであるかを判定する。言い換えると、回折環半径ｒαのデータ数が０°のラインに対して左右どちら側が多いか判定する。そして、続くステップＳ１０およびステップＳ１１にて、左右のデータ数差Ｓ（１）の符号によりｋを１又は−１にする。このｋはＸ線照射点の移動方向を設定するものである。次にステップＳ１２にて、左右のデータ数差Ｓ（１）の絶対値を有効データ数Ｄ（１）で除算した値からＸ線照射点の移動量ｍの絶対値を設定する。これは、コントローラ９１のメモリに左右のデータ数差Ｓの絶対値を有効データ数Ｄで除算した値と、回折環の左右のデータ数差Ｓを０近傍の値にするＸ線照射点の移動量ｍとの関係テーブルが記憶されているので、この関係テーブルを用いて設定する。この関係テーブルは、複数の測定対象物ＯＢにおいて回折環の左右のデータ数差Ｓが０になるときから、Ｘ線照射点を移動するごとに移動量と、（回折環の左右のデータ数差Ｓ／有効データ数Ｄ）を求めることで得ることができる。ただし、この関係テーブルは測定対象物ＯＢの形状により変わるので、ステップＳ１２にて行うことは、回折環の左右のデータ数差Ｓ（１）を０近傍の値にする、おおよそのＸ線照射点の移動量ｍを定めるものである。

【0072】

ステップＳ１２の設定が終了するとステップ１３にて、Ｘ線照射点の移動量Ｍ（２）をｍ×ｋで計算して定め、ステップＳ１４にてｎをインクリメントしてｎ＝２にし、ステップＳ１５にてＸ線照射点の移動量Ｍ（２）に相当する回転角度をモータ制御回路８８に出力する。これにより、磁石５５はＸ線照射点がＭ（２）だけ移動する回転角度になり、次にＸ線が照射されたときＸ線照射点は原点からＭ（２）移動した位置になる。そして、ステップＳ３に戻り、上述したステップＳ３〜ステップＳ７の処理と同様、回折環撮像、回折環読取り、回折環消去及び回折環の有効データ数Ｄ（２）と回折環の左右データ数の差Ｓ（２）を計算する。この処理で、有効データ数Ｄ（２）が許容値未満であり左右のデータ数差Ｓ（２）が許容値より多ければステップＳ８へ行き、ｎは２となっているのでＮｏと判定してステップＳ１６へ行き、ステップＳ１６にて次のＸ線照射点の移動量Ｍ（３）を計算する。この計算は、Ｘ線照射点の移動量と回折環の左右データ数差には相関関係があるので、この段階で得られているＸ線照射点の移動量と回折環の左右データ数差の回帰式を計算し、回折環の左右データ数差が０になるＸ線照射点の移動量を求めるものである。この段階で得られているＸ線照射点の移動量は１回目の測定における０と２回目の測定におけるｍまたは−ｍであり、回折環の左右データ数差はＳ（１）、Ｓ（２）であるので、ＸＹ座標のグラフにすると図９に示すように２つの打点がある。この２つの打点を結んだラインと回折環の左右データ数差が０のラインとが交差する点のＸ線照射点の移動量を求めるのがステップＳ１６の計算である。ステップＳ１６が終了すると、ステップＳ１７にて計算したＸ線照射点の移動量が移動限界を超えていないか判定する。これは、図６に示すようにＸ線照射点の移動はある範囲内で可能であり、ステップＳ１６でこの範囲を超えた移動量が計算されたときは、Ｘ線照射点の位置の調整は不可能であるためステップＳ１７にてＹｅｓと判定してステップＳ１８へ行き、ステップＳ１８にて表示装置９３にＸ線回折測定装置（筐体５０）の位置と姿勢を再調整するよう表示して、ステップＳ２０へ行きプログラムを終了する。表示装置９３にこのように表示するのは、Ｘ線照射点の移動範囲を超えた移動量が計算されたときは、最初のＸ線照射点の位置が不適切であるためである。

【0073】

ステップＳ１７にて計算したＸ線照射点の移動量が移動限界を超えていないときは、Ｎｏと判定してステップＳ１４へ行き、ｎをインクリメントしてｎ＝３にし、ステップＳ１５にてＸ線照射点の移動量Ｍ（３）に相当する回転角度をモータ制御回路８８に出力する。これにより、次にＸ線が照射されたときＸ線照射点は原点からＭ（３）移動した位置になる。そして、ステップＳ３に戻り、再度、回折環撮像、回折環読取り、回折環消去及び回折環の有効データ数Ｄ（３）と回折環の左右データ数の差Ｓ（３）の計算を行う。この段階で有効データ数Ｄ（３）が許容値未満であり左右のデータ数差Ｓ（３）が許容値より多ければステップＳ８を経由してステップＳ１６へ行き、得られているＸ線照射点の移動量と回折環の左右データ数差の回帰式を計算し、回折環の左右データ数差が０になるＸ線照射点の移動量を計算する。このときは、ＸＹ座標のグラフには３つの打点があるため、最小２乗法で回帰式を作成するか、多次式の回帰式を作成する。そして、ステップＳ１７、ステップＳ１４及びステップＳ１５を経由してステップＳ３に戻り、再度、回折環撮像、回折環読取り、回折環消去及び回折環の有効データ数Ｄ（４）と回折環の左右データ数の差Ｓ（４）の計算を行う。このようにして、回折環の有効データ数Ｄ（ｎ）が許容値以上になるか、回折環の左右のデータ数差Ｓ（ｎ）が許容値以下になるまで、ステップＳ３〜ステップＳ８、ステップＳ１６、ステップＳ１７、ステップＳ１４及びステップＳ１５が繰り返される。

【0074】

そして、回折環の有効データ数Ｄ（ｎ）が許容値以上になる、又は回折環の左右のデータ数差Ｓ（ｎ）が許容値以下になると、ステップＳ５にてＹｅｓ又はステップＳ７にてＹｅｓと判定してステップＳ１９へ行き、残留垂直応力の計算を行いステップＳ２０にてプログラムを終了する。なお、プログラムのフローでは、回折環の有効データ数Ｄ（ｎ）が許容値以上になるか回折環の左右のデータ数差Ｓ（ｎ）が許容値以下になるまで、すなわちＸ線照射点が最適な位置になるまで処理が繰り返されるようになっているが、殆どは３回の回折環撮像と読取りまででＸ線照射点は最適な位置になり処理は終了する。また、殆どのギアの歯底測定において、回折環の有効データ数Ｄ（ｎ）が許容値以上になることは稀であり、殆どは回折環の左右のデータ数差Ｓ（ｎ）が許容値以下になることでＸ線照射点の位置の調整は完了する。

【0075】

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、回折環形成検出機器により検出された回折環の形状から回折環の左右対称性度合を回折環の左右データ数の差Ｓ（ｎ）として計算するコントローラ９１にインストールされた演算プログラムと、磁界強度調整システムが固定する磁石５５の回転角度を変化させるごとにＸ線管１０よりＸ線を出射させて、回折環形成検出機器に回折環の形状を検出させ、該演算プログラムに回折環の左右データ数の差Ｓ（ｎ）を計算させることで、Ｘ線照射点の移動量Ｍ（ｎ）と回折環の左右データ数の差Ｓ（ｎ）との関係である回帰式を取得し、前記取得した回帰式を用いて回折環の左右データ数の差Ｓ（ｎ）が最も小さくなるよう磁界強度調整システムが固定する磁石５５の回転角度を設定する、コントローラ９１にインストールされた制御プログラムとを備えている。

【0076】

これによれば、回折環形成検出機器が検出した回折環が全周得られず、回転角度０°のラインに対して対称になっていないときは、コントローラ９１にインストールされた制御プログラムが、磁界強度調整システム、Ｘ線管１０、回折環形成検出機器及びコントローラ９１にインストールされた演算プログラムを制御して、Ｘ線照射点の移動量Ｍ（ｎ）と回折環の左右データ数の差Ｓ（ｎ）との関係である回帰式を取得し、磁界強度調整システムが固定する磁石５５の回転角度を回折環の左右データ数の差Ｓ（ｎ）が最も小さくなるよう設定するので、作業者が表示装置９３に表示されるＸ線照射点の移動量と回折環の形状との関係を見て判断する必要がなく、さらに効率よくＸ線の照射点位置を微調整することができる。

【0077】

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態および変形例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。

【0078】

上記実施形態および変形例ではＸ線管１０に磁石５５と磁性体５８により磁界を及ぼし、Ｘ線管１０内の電子線の光軸を変化させてＸ線管１０内のターゲットＴａに当たる電子線の位置を変化させ、Ｘ線回折測定装置から出射されるＸ線の光軸を変化させた。しかし、Ｘ線管１０に上記実施形態のように磁界を及ぼし、この磁界の強度を精度よく調整することができるならば、どのような方法を用いてもよい。例えば、上記実施形態の磁石５５を電磁石に替え、この電磁石に供給する直流電流の向きと強度を変化させて固定することで磁界の強度を調整するようにしてもよい。この場合、請求項に記載されている磁界強度に対応する量は、電流方向による符号が付いた電流強度である。これによっても、簡単な機構でＸ線管１０に磁界を及ぼし、該磁界の強度を調整することができる。

【0079】

また、上記実施形態では磁石５５の回転角度と、イメージングプレート１５から設定された距離にあるＸ線照射点の磁界がないときのＸ線照射点（原点）からの移動量との関係をコントローラ９１のメモリに記憶し、入力装置９２からＸ線照射点の移動量を入力すると磁石５５の回転角度に変換して磁石５５の回転角度を調整するようにした。しかし、効率を重要視しなければ、この関係を別のコンピュータ装置のメモリに記憶し、そのコンピュータ装置でＸ線照射点の移動量を磁石５５の回転角度に変換して、コントローラ９１の入力装置９２から磁石５５の回転角度を入力するようにしてもよい。また、Ｘ線回折測定システムに付属する文書やＸ線回折測定の筐体５０等にＸ線照射点の移動量を磁石５５の回転角度に変換する換算表を表示するようにしてもよい。また、磁石５５の回転角度とＸ線照射点の移動量との関係がおおかた分かっていれば、この関係をコントローラ９１または別のコンピュータ装置のメモリの記憶したり換算表の形で備えることなく、Ｘ線照射点を調整するときは磁石５５の回転角度を入力装置９２から入力し、表示装置９３には磁石５５の回転角度と回折環のＸ線強度分布（回折環の形状）を対応させて表示するようにしてもよい。

【0080】

また、上記変形例では回折環の対称性の度合を、回折環の回転角度０°のラインに対する左右のデータ数の差として計算したが、回折環の対称性の度合を表す数値であればどのような数値を計算するようにしてもよい。例えば、回折環がギアの歯による妨害以外の原因で欠ける可能性があるときは、回転角度αと回転角度−αに対応する回折環半径のデータが対で存在しない数を計算するようにしてもよい。

【0081】

また、上記実施形態及び変形例では、測定対象物ＯＢであるギアは動かすことができず、Ｘ線回折測定装置の筐体５０の位置と姿勢をアーム式移動装置により調整する場合に、本発明を適用するようにしたが、測定対象物ＯＢであるギアを動かすことができ、Ｘ線回折測定装置の筐体５０はスタンド等に固定されている場合であっても、本発明は適用することができる。この場合は、測定対象物ＯＢであるギアの位置と姿勢を微調整することが困難な場合において、本発明は有効である。

【0082】

また、上記実施形態および変形例では、回折環を撮像し回折環を読取る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からレーザ光照射しながら走査して照射位置と光の強度検出を行う装置としたが、回折環を撮像し回折環を読取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と同じ広さの平面を有するＸ線ＣＣＤを備え、Ｘ線出射器１０からのＸ線照射の際、Ｘ線ＣＣＤの各画素が出力する電気信号により回折Ｘ線の強度分布を検出する装置でもよい。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。

【0083】

また、上記実施形態および変形例では、コントローラ９１に残留垂直応力を演算して求めるプログラムがインストールされているとした。しかし、測定効率を重要視しなければ、Ｘ線回折測定装置は左右対称のＸ線回折像を検出するまでにし、残留垂直応力の計算は別の装置で行うようにしてもよい。この場合、別の装置にＸ線回折像の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、さらに時間がかかってもよければ演算プログラムを使用せず、上記値の計算の一部またはすべてを手計算により行ってもよい。

【0084】

また、上記実施形態及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。

【0085】

また、上記実施形態及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，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。

【0086】

また、上記実施形態及び変形例においては、本発明をギアの歯底をＸ線回折測定する場合に適用したが、本発明はギアの歯底に限らず、回折Ｘ線が測定対象物で妨害されて回折環が欠ける可能性がある場合であれば、どのような測定対象物であっても適用することができる。

【符号の説明】

【0087】

１０…Ｘ線出射器、１５…イメージングプレート、１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，２１ａ，２６ａ，２７ａ１，２７ｂ…貫通孔、１６…テーブル、１８…固定具、２０…テーブル駆動機構、２１…移動ステージ、２２…フィードモータ、２３…スクリューロッド、２７…スピンドルモータ、２８…通路部材、３０…レーザ検出装置、３１…レーザ光源、３６…対物レンズ、４４…ＬＥＤ光源、４５…プレート、４６…モータ、４７ａ，４７ｂ…ストッパ部材、４８…結像レンズ、４９…撮像器、５０…筐体、５０ａ…底面壁、５０ｃ…切欠き部壁、５０ｄ…繋ぎ壁、５１…支持アーム、５５…永久磁石、５６…固定具、５７…モータ、５８…磁性体、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

【要約】

【課題】 測定箇所がギアの歯底のように、Ｘ線照射したとき回折Ｘ線が測定対象物で妨害される場合であっても、装置の大型化やコストの増大を伴うことなく、効率よくＸ線照射点の位置を微調整して、適切な回折環を得ることができるＸ線回折測定装置を提供する。
【解決手段】 Ｘ線管１０に磁界を及ぼし、電子線の光路を変化させてターゲットＴａに当たる電子線の位置を変化させ、出射Ｘ線の光軸の位置を、磁界がないときのＸ線の光軸とイメージングプレート１５において回転角度０とするラインとを含む基準平面に垂直な平面であって磁界がないときのＸ線の光軸を含む平面内で、Ｘ線の光軸の基準平面に対する角度が磁界の強度に対応する分変化するよう変動させる。磁界の強度は、磁石５５と磁性体５８を結ぶベクトルと磁石５５の磁極を結ぶベクトルとが成す角度を変化させることで調整する。
【選択図】図６

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】