特許 6692092 応力測定方法及び応力測定装置

(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】6692092

(24)【登録日】2020年4月16日

(45)【発行日】2020年5月13日

(54)【発明の名称】応力測定方法及び応力測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/25 20060101AFI20200427BHJP

   G01N 23/2055 20180101ALI20200427BHJP

【ＦＩ】

   G01L1/25

   G01N23/2055 310

【請求項の数】8

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-105618(P2016-105618)

(22)【出願日】2016年5月26日

(65)【公開番号】特開2017-211319(P2017-211319A)

(43)【公開日】2017年11月30日

【審査請求日】2019年2月25日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 （公開者）Ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙ（刊行物名）ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＰＰＬＩＥＤ ＣＲＹＳＴＡＬＬＯＧＲＡＰＨＹ 第４９巻、第２号、第４２６〜４３２頁（発行日）平成２８年４月１日、において発表 ｈｔｔｐ：／／ｊｏｕｒｎａｌｓ．ｉｕｃｒ．ｏｒｇ／ｊ／ｉｓｓｕｅｓ／２０１６／０２／００／ｔｏ５１２５／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌに、平成２８年４月に掲載

(73)【特許権者】

【識別番号】504160781

【氏名又は名称】国立大学法人金沢大学

(74)【代理人】

【識別番号】100109210

【弁理士】

【氏名又は名称】新居 広守

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 利行

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 敏彦

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 欧州特許出願公開第２９４０４６１（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特許第５３３９２５３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第５８４２２４２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第３９０４５４３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 佐々木敏彦ほか，イメージングプレートによる二次元検出回析像を用いたＸ線三軸応力解析，日本機械学会論文集，日本，日本機械学会，１９９５年１０月，６１巻５９０号，第１８１−１８３頁

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ１

Ｇ０１Ｎ２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象物に照射されることによって回折を伴って反射する性質を持つビームを前記測定対象物の特定部分に照射し、
前記特定部分で反射する回折ビームにより形成される回折環のひずみであって前記回折環が真円となる場合である真円回折環に対するひずみを測定し、
前記特定部分に入射する前記ビームと前記回折ビームとの中間を通る直線かつ前記特定部分を通る直線である回折ベクトルを決定し、
測定された前記ひずみを前記回折ベクトルの成分を用いて表した基礎方程式を利用して、前記測定の測定結果を、前記回折ベクトルを用いて変換することにより、前記特定部分における前記測定対象物の応力の各成分を求める
応力測定方法。

【請求項2】

前記回折ベクトルを用いた変換では、
異なる方向からの２回以上の前記ビームの照射で得られる２つ以上の前記回折環のひずみの測定結果と、
前記２つ以上の回折環それぞれを形成する前記回折ビームに基づく２つ以上の前記回折ベクトルとを用いる
請求項１に記載の応力測定方法。

【請求項3】

前記ビームの照射では、前記特定部分を中心とする均等な方向角で３回以上の前記ビームを照射する
請求項２に記載の応力測定方法。

【請求項4】

前記回折環上の２つ以上の位置でそれぞれ前記回折環を形成する２つ以上の前記回折ビームと前記特定部分に入射する前記ビームとから２つ以上の前記回折ベクトルを決定し、
前記回折ベクトルを用いた変換では、前記２つ以上の位置での前記回折環のひずみの測定結果と、前記２つ以上の位置に対応する前記２つ以上の回折ベクトルとを用いる
請求項１〜３のいずれか一項に記載の応力測定方法。

【請求項5】

前記回折ベクトルを用いた変換では、前記回折ベクトルの成分（ｎ_１，ｎ_２，ｎ_３）により形成される成分要素ｎ_１^２、ｎ_２^２、ｎ_３^２、２×ｎ_１×ｎ_２、２×ｎ_２×ｎ_３及び２×ｎ_３×ｎ_１を用いて、前記回折環のひずみの測定結果と、前記特定部分における前記測定対象物の応力とを関係付ける
請求項４に記載の応力測定方法。

【請求項6】

前記回折ベクトルを用いた変換では、前記２つ以上の回折ベクトルそれぞれの前記成分要素を、各要素として含む行列の一般逆行列を使用する
請求項５に記載の応力測定方法。

【請求項7】

前記成分要素を用いて、求めるべき応力の推定誤差を算出し、
前記推定誤差を低減する前記回折ベクトルを、前記応力を求める際に採用する
請求項５または６に記載の応力測定方法。

【請求項8】

測定対象物に照射されることによって回折を伴って反射する性質を持つビームを前記測定対象物の特定部分に照射するビーム照射部と、
前記特定部分で反射する回折ビームを撮像し、前記回折ビームにより形成される回折環の撮像画像を生成する撮像部と、
前記特定部分に入射する前記ビームと前記回折ビームとの中間を通る直線かつ前記特定部分を通る直線である回折ベクトルを決定し、前記回折環のひずみであって前記回折環が真円となる場合である真円回折環に対するひずみを、前記特定部分に入射する前記ビームと前記回折ビームとの中間を通る直線かつ前記特定部分を通る直線である回折ベクトルの成分を用いて表した基礎方程式を利用して、前記撮像画像から得られる測定結果を、前記回折ベクトルを用いて変換することにより、前記特定部分における前記測定対象物の応力の各成分を求めるデータ処理部とを備える
応力測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回折する性質を持つビームを測定対象物に照射することによって、測定対象物の応力を測定する応力測定方法及び応力測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象物の応力を測定するための様々な技術が提案されている。このような技術の中に、Ｘ線又は中性子線等の測定対象物を形成する材料の結晶粒で回折する性質を持つビームを、測定対象物に照射したときのビームの回折の情報から、測定対象物の照射部分の応力を測定する技術がある。測定対象物の材料の結晶粒による結晶格子面の間隔は、結晶粒に作用する応力によって変化する。結晶格子面の間隔の変化は、測定対象物に衝突して反射するビームの回折角度等の回折後のビームの状態に影響を与える。よって、回折後のビームの状態から、測定対象物の応力が算出され得る。また、測定対象物の材料の多数の結晶は、様々な方位に乱雑に配置されているため、測定対象物で反射したビームは、円錐面を形成するように様々な方向に指向される。反射後のビームは、円錐の軸と直交する面上で環状の像を形成し、このような環状の像は、回折環と呼ばれる。例えば、特許文献１には、測定対象物にＸ線を照射して得られる回折環に基づき、測定対象物内に存在する応力を測定する技術が記載されている。特許文献１では、４つの入射方向から測定対象物の表面の測定点にＸ線を照射して得られる４つの回折環を用いて、測定点での３軸垂直応力成分及び３軸せん断応力成分が求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−２７５５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載される技術では、回折環に基づく３軸応力の測定法として、ｓｉｎ^２ψ法と呼ばれる平面応力測定法が利用されている。なお、ψとは、測定対象物の表面の法線と結晶格子面の法線とがなす角度である。ｓｉｎ^２ψ法では、様々な角度ψ毎のビームの回折角度に基づき、応力が算出される。また、回折環に基づく３軸応力の測定法として、回折環全体のひずみデータから応力を求めるｃоｓα法等が知られている。上述の２つの測定法はいずれも、データ解析を容易にするために各々に特有の座標系を使用する。

【0005】

本発明は、座標系に依存せずに回折環に基づく応力測定を可能にする応力測定方法及び応力測定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明に係る応力測定方法は、測定対象物に照射されることによって回折を伴って反射する性質を持つビームを測定対象物の特定部分に照射し、特定部分で反射する回折ビームにより形成される回折環のひずみを測定し、特定部分に入射するビームと回折ビームとから、特定部分でのビームの回折を反映する回折ベクトルを決定し、上記測定の測定結果を、回折ベクトルを用いて変換することにより、特定部分における測定対象物の応力を求める。

【0007】

回折ベクトルを用いた変換では、異なる方向からの２回以上のビームの照射で得られる２つ以上の回折環のひずみの測定結果と、２つ以上の回折環それぞれを形成する回折ビームに基づく２つ以上の回折ベクトルとを用いてもよい。
さらに、ビームの照射では、特定部分を中心とする均等な方向角で３回以上のビームを照射してもよい。
応力測定方法は、回折環上の２つ以上の位置でそれぞれ回折環を形成する２つ以上の回折ビームと特定部分に入射するビームとから２つ以上の回折ベクトルを決定し、回折ベクトルを用いた変換では、２つ以上の位置での回折環のひずみの測定結果と、２つ以上の位置に対応する２つ以上の回折ベクトルとを用いてもよい。

【0008】

回折ベクトルは、特定部分に入射するビームと回折ビームとの中間及び特定部分を通る直線を形成するベクトルであってもよい。
さらに、回折ベクトルを用いた変換では、回折ベクトルの成分（ｎ_１，ｎ_２，ｎ_３）により形成される成分要素ｎ_１^２、ｎ_２^２、ｎ_３^２、２×ｎ_１×ｎ_２、２×ｎ_２×ｎ_３及び２×ｎ_３×ｎ_１を用いて、回折環のひずみの測定結果と、特定部分における測定対象物の応力とを関係付けてもよい。
さらにまた、回折ベクトルを用いた変換では、２つ以上の回折ベクトルそれぞれの成分要素を、各要素として含む行列の一般逆行列を使用してもよい。
応力測定方法は、成分要素を用いて、求めるべき応力の推定誤差を算出し、推定誤差を低減する回折ベクトルを、応力を求める際に採用してもよい。

【0009】

また、本発明に係る応力測定装置は、測定対象物に照射されることによって回折を伴って反射する性質を持つビームを測定対象物の特定部分に照射するビーム照射部と、特定部分で反射する回折ビームを撮像し、回折ビームにより形成される回折環の撮像画像を生成する撮像部と、撮像画像から得られる測定結果を、特定部分でのビームの回折を反映する回折ベクトルを用いて変換することにより、特定部分における測定対象物の応力を求めるデータ処理部とを備え、データ処理部は、特定部分に入射するビームと回折ビームとから回折ベクトルを決定する。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る応力測定方法等によれば、座標系に依存せずに回折環に基づく応力測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態に係る応力測定装置の構成の一例を示すブロック図である。

【図2】図１の撮像部１５の構成を示す模式的な斜視図である。

【図3】図１の撮像部と測定対象物との配置構成を示す概略図である。

【図4】測定点において測定対象物にひずみが生じている場合の回折環の一例と、測定点において測定対象物が無応力で無ひずみである場合の真円の回折環とを比較して示す図である。

【図5】実施の形態に係る応力測定装置による測定対象物の応力測定動作の流れを示すフローチャートである。

【図6】３つの異なる位置でＸ線照射部から出射されるＸ線ビームが基台に３つの回折環を形成する状態を示す概略図である。

【図7】実施の形態に係る応力測定装置のデータ処理部の解析動作の流れを示すフローチャートである。

【図8】変形例１に係る応力測定装置のデータ処理部の解析動作の流れを示すフローチャートである。

【図9】変形例２に係る応力測定装置のデータ処理部の解析動作の流れを示すフローチャートである。

【図10】変形例３に係る応力測定装置のデータ処理部の解析動作の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程（ステップ）、工程の順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、添付の図面における各図は、模式的な図であり、必ずしも厳密に図示されたものでない。さらに、各図において、同一又は同様な構成要素については同じ符号を付している。また、以下の実施の形態の説明において、略平行、略直交のような「略」を伴った表現が、用いられる場合がある。例えば、略平行とは、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。他の「略」を伴った表現についても同様である。

【0013】

［実施の形態］
図１を参照して、実施の形態に係る応力測定装置１０の構成を説明する。図１は、実施の形態に係る応力測定装置１０の構成の一例を示すブロック図であるが、応力測定装置１０の構成は、図１の構成に限定されるものでない。応力測定装置１０は、測定対象物にビームとしてのＸ線を照射し、Ｘ線が測定対象物で回折を伴って反射した回折ビームが形成する回折環を解析し、測定対象物の応力を求める装置である。なお、測定対象物に照射されるビームは、Ｘ線に限定されるものでなく、測定対象物を形成する材料の結晶粒で回折する性質のあるビームであればよい。具体的には、ビームは、結晶粒で回折する波長を有するビームであってよく、より具体的には、結晶粒間の距離よりも小さい波長を有するビームであってよい。さらに、ビームは、規則的な回折ビームを形成するために一定の波長つまり単一波長を有することが望ましい。例えば、ビームは、Ｘ線及びガンマ線等の電磁波であってもよく、中性子線等の粒子線であってもよく、電子線であってもよい。また、回折環は、デバイ環、デバイ・シェラー環とも呼ばれる。

【0014】

応力測定装置１０は、高圧電源１１、冷却部１２、制御部１３、Ｘ線照射部１４、撮像部１５、画像処理部１６、データ処理部１７、出力部１８、記憶部１９及び移動検知部２０を備える。高圧電源１１は、Ｘ線を生成するための電子線加速用の高電圧をＸ線照射部１４に供給する。冷却部１２は、Ｘ線照射部１４を冷却する。例えば、冷却部１２は、Ｘ線照射部１４を空冷及び／又は液冷する。ここで、Ｘ線照射部１４は、ビーム照射部の一例である。

【0015】

制御部１３は、応力測定装置１０全体の動作を制御する。例えば、制御部１３は、専用のハードウェアで構成されてもよい。また例えば、制御部１３は、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。この場合、制御部１３は、例えば、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備えてもよい。演算処理部としては、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などが例示される。記憶部としては、メモリなどが例示される。なお、制御部１３は、集中制御を行う単独の制御部で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御部で構成されていてもよい。
記憶部１９は、種々の情報を記憶するものであればよい。例えば、記憶部１９は、半導体メモリ等から構成されてもよく、揮発性メモリ又は不揮発性メモリ等から構成されてよい。不揮発性メモリとして、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等が使用され得る。また、記憶部１９は、読み取り専用のメモリ、つまり、書き換え不可のメモリでもよい。

【0016】

Ｘ線照射部１４は、電子線をターゲットに衝突させてＸ線を発生させる装置と、発生したＸ線を細束のＸ線ビームとして測定対象物に照射するＸ線照射管とを備えている。Ｘ線を発生する装置は、例えば、電子線を高電圧で加速して陽極に衝突させて、それによりＣｕＫα特性Ｘ線を発生させるためのＸ線管球である。Ｘ線管球の内部は、真空である。Ｘ線ビームを照射するＸ線照射管は、例えば、発生したＸ線を細い平行ビームに絞り照射するピンホールコリメータである。測定対象物の表面とＸ線ビームとのなす角である照射角は、０°と１８０°とを除く０°〜１８０°の範囲で設定可能である。照射されるＸ線ビームの直径は、１〜２ｍｍよりも小さくてよく、例えば数１００μｍ以下の大きさでもよい。またＸ線の強度は、４〜２０ｋｅＶ程度の軟Ｘ線でよい。このＸ線の強度は、撮像部１５の感度と、撮像部１５の撮像エリア及び測定対象物の間の距離とに依存するが、例えば、４．９〜８．１ｋｅＶでもよい。

【0017】

図２を参照すると、撮像部１５は、Ｘ線ビームが測定対象物で回折を伴って反射することによって形成する回折ビームにより形成される回折環を撮像する、１つ以上の固体撮像素子又はイメージングプレート等の撮像体１５ｂを、例えば基台１５ａの平坦な表面１５ａａ上に備える。図２は、図１の撮像部１５の構成を示す模式的な斜視図である。固体撮像素子には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等が用いられ得る。撮像体１５ｂが配置される表面１５ａａでは、Ｘ線ビームが通過する貫通孔１５ａｂが、撮像体１５ｂの中央部分に形成され、撮像体１５ｂが、回折環全体を撮像する。なお、撮像体１５ｂを構成する１つ以上の固体撮像素子は、回折環の一部分、若しくは複数の部分を撮像してもよい。撮像体１５ｂとしてイメージングプレートが用いられる場合、露光された回折環像を読み出すための読み出し装置が設けられ得る。

【0018】

図１及び図２を参照すると、Ｘ線照射部１４及び撮像部１５は一体となって、水平方向及び鉛直方向を組み合わせた様々な方向への移動が可能であると共に、撮像部１５の基台１５ａの向きを変えるように、例えばヨーイング、ピッチング及びローリングの３軸周りの回動が可能である。各動作は、モータ、アクチュエータ等の駆動装置によって実施されてよく、制御部１３が、各駆動装置を制御してもよい。又は、各動作は、手動で実施されてもよい。上述のようなＸ線照射部１４及び撮像部１５は、測定対象物１の特定の部分に対して、撮像部１５の基台１５ａを所定の位置及び向きに配置することができる。また、移動検知部２０は、Ｘ線照射部１４及び撮像部１５の移動量及び移動方向を検知して制御部１３に送り、制御部１３は、移動検知部２０の検知結果から撮像部１５の基台１５ａの位置及び向きを算出する。本実施の形態では、移動検知部２０は、撮像部１５の移動を検知する。

【0019】

画像処理部１６は、撮像部１５により撮像された回折環を表す回折環画像を生成する。画像処理部１６は、制御部１３と同様に、専用のハードウェアで構成されてもよく、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。例えば、画像処理部１６は、撮像体１５ｂを構成する１つ以上の固体撮像素子による１つ以上の撮像画像を合成して、回折環全体を含む１つの画像を生成する。

【0020】

データ処理部１７は、画像処理部１６により生成された回折環画像を解析する。データ処理部１７は、制御部１３と同様に、専用のハードウェアで構成されてもよく、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。具体的には、データ処理部１７は、真円回折環に対する回折環の変形等のひずみに基づき、後述する方法を用いて、測定対象物におけるビームを照射した部分の応力を求める。なお、真円回折環は、測定対象物におけるビームが照射される部分が無応力で無ひずみである場合の回折環である。
出力部１８は、表示装置を備える。出力部１８は、データ処理部１７による解析結果を表示し、解析結果を示すデータを記憶部１９に電子データとして記録する。また、撮像部１５により撮像された撮像画像、及び画像処理部１６により生成された回折環画像等も、記憶部１９に記憶されてもよい。

【0021】

さらに、図３を参照して、撮像部１５と測定対象物の配置構成を説明する。図３は、図１の撮像部１５と測定対象物１との配置構成を示す概略図である。上述したように、撮像部１５は、平坦な板状の基台１５ａの一方の平坦な表面１５ａａ上に、撮像体１５ｂを有する。図示しないＸ線照射部１４は、基台１５ａの表面１５ａａと反対側の表面に対向する位置、つまり表面１５ａａの背面側に配置されている。基台１５ａは、Ｘ線照射部１４からのＸ線ビーム３を通過させる貫通孔１５ａｂを、撮像体１５ｂが配置される領域の中央に有する。貫通孔１５ａｂは、貫通孔１５ａｂを通過するＸ線ビーム３と干渉しないような直径で形成される。基台１５ａの表面１５ａａは、Ｘ線照射部１４からのＸ線ビーム３と略垂直に交差する。

【0022】

撮像体１５ｂは、貫通孔１５ａｂを囲むように配置されている。さらに、Ｘ線照射部１４からのＸ線ビーム３が形成する回折ビーム４によって形成される回折環５が、基台１５ａの表面１５ａａ上に形成されるときに、回折環５の形成領域全体にわたるように、撮像体１５ｂは配置されている。撮像体１５ｂは、回折環５の形成領域全体を埋めるように配置されてもよく、回折環５の形成領域全体を埋めなくてもよい。例えば、複数の撮像体１５ｂが、回折環５の形成領域全体にわたるように、貫通孔１５ａｂから径方向外側に向かって放射状に延在してもよい。又は、複数の環状の撮像体１５ｂが、回折環５の形成領域全体にわたるように、貫通孔１５ａｂから径方向外側に向かって同心円状に配置されてもよい。

【0023】

撮像部１５は、基台１５ａの表面１５ａａを測定対象物１に対向させるように配置される。ここで、測定対象物１は、例えば多結晶性材料等の結晶性の材料から形成される。Ｘ線照射部１４から出射される直線状のＸ線ビーム３は、基台１５ａの貫通孔１５ａｂを通過した後、測定対象物１の表面１ａ上の特定部分である測定点２に到達するように、Ｘ線照射部１４及び撮像部１５は配置される。これにより、Ｘ線照射部１４から出射されるＸ線ビーム３は、測定点２において、測定対象物１を形成する材料の結晶粒による回折を伴って反射して、多数の回折ビーム４を形成する。多数の回折ビーム４は、測定点２から円錐状に延び、基台１５ａの表面１５ａａ上、つまり撮像体１５ｂ上で、回折環５を形成する。よって、撮像体１５ｂは、回折環５の全体を撮像することができる。

【0024】

また、測定点２において測定対象物１に応力が存在する場合、測定点２での測定対象物１の結晶構造にひずみが生じている。このような測定点２に入射したＸ線ビーム３から形成される回折環５は、測定点２での結晶構造にひずみがない場合の回折環に対して、ひずみを有する。例えば、図４に示すように、測定点２での結晶構造にひずみがない場合の回折環６は真円である。測定点２での結晶構造にひずみを含む場合の回折環５は、ひずみに応じて、真円の回折環６つまり真円回折環６から位置がずれる、及び／又は真円回折環６から変形する等のひずみを含む。ここで、本実施の形態で記載する回折環５の「ひずみ」は、回折環５における真円回折環６からの位置ずれ、及び／又は真円回折環６からの変形を含み得る。なお、図４は、測定点２において測定対象物１にひずみが生じている場合の回折環５の一例と、測定点２において測定対象物１が無応力で無ひずみである場合の真円回折環６とを比較して示す図である。

【0025】

次に、応力測定装置１０を用いた測定対象物１の応力測定動作を説明する。図１、図３及び図５を参照すると、応力測定装置１０は、測定対象物１の測定点２へ撮像部１５をセットする。具体的には、応力測定装置１０は、Ｘ線照射部１４及び撮像部１５を共に移動し、測定対象物１の表面１ａ上の測定点２及び表面１ａに対して、撮像部１５の基台１５ａ及び表面１５ａａが予め設定された位置及び向きとなるように、基台１５ａを配置する（ステップＳ１）。このとき、Ｘ線照射部１４から出射されるＸ線ビームが３測定点２に到達するように、Ｘ線照射部１４は配置される。基台１５ａの配置完了後における測定点２及び表面１ａに対する撮像部１５の基台１５ａ及び表面１５ａａの位置及び向きは、応力測定装置１０の制御部１３によって、記憶部１９に記憶されてもよい。なお、図５は、実施の形態に係る応力測定装置１０による測定対象物１の応力測定動作の流れを示すフローチャートである。

【0026】

次いで、応力測定装置１０の制御部１３は、Ｘ線照射部１４にＸ線ビーム３を出射させる（ステップＳ２）。出射されたＸ線ビーム３は、撮像部１５の基台１５ａの貫通孔１５ａｂを通過した後、測定点２に到達し、測定点２において回折を伴って反射し、測定点２から円錐状に拡がる回折ビーム４を形成する。回折ビーム４は、基台１５ａの表面１５ａａ上に到達し、表面１５ａａ上で回折環５を形成する。回折環５は、貫通孔１５ａｂを略中心とする。

【0027】

さらに、制御部１３は、撮像部１５の撮像体１５ｂに、回折ビーム４が撮像体１５ｂ上に形成する回折環５を撮像させ、撮像した画像データを画像処理部１６に送らせる（ステップＳ３）。制御部１３は、画像処理部１６に、受け取った画像データから回折環５全体を含む１つの画像データを生成させ、生成した画像データをデータ処理部１７に送らせる及び／又は記憶部１９に記憶させる。（ステップＳ４）。制御部１３は、データ処理部１７に、画像処理部１６又は記憶部１９からの回折環５の画像データと、ステップＳ１での撮像部１５の基台１５ａの配置完了後における測定対象物１の表面１ａ及び測定点２に対する基台１５ａ及び表面１５ａａの位置及び向きとを取得させ、回折環５の画像データを解析させる（ステップＳ５）。この解析では、データ処理部１７は、測定点２での測定対象物１の結晶構造にひずみがない場合に回折ビーム４が表面１５ａａ上に形成し得る真円回折環６（図４参照）の像に対する、回折環５の像のひずみ等に基づき、測定点２において測定対象物１に存在する応力を求める。

【0028】

回折環５の画像データの解析後、制御部１３は、出力部１８に、測定点２において測定対象物１に存在する応力を含む解析結果を表示させ、解析結果を示すデータを記憶部１９に記憶させる（ステップＳ６）。

【0029】

また、図６に示すように、ステップＳ５での解析結果の精度を向上するために、複数の異なる位置でＸ線照射部１４から出射されるＸ線ビーム３によって形成される複数の回折環５が、データ処理部１７での解析に用いられることが、望ましい。なお、図６は、３つの異なる位置でＸ線照射部１４から出射されるＸ線ビーム３が基台１５ａに３つの回折環５を形成する状態を示す概略図である。さらに解析結果の精度を向上するために、測定点２から撮像部１５までの距離、具体的には測定点２から基台１５ａの表面１５ａａまでの距離Ｄが、複数の異なる基台１５ａの位置の間で同一であることが、望ましい。これにより、複数の回折環５が均一化される。さらに解析結果の精度を向上するために、複数の異なる基台１５ａの位置は、測定点２を中心として等間隔に配置されることが、望ましい。具体的には、複数の異なる基台１５ａの位置でＸ線照射部１４から測定点２にまで延びる複数のＸ線ビーム３が、測定点２を起点とするＸ線ビーム３の方向角ψを等間隔に割り振るつまり均等にするように、配置されることが、望ましい。これにより、複数の回折環５が均一化される。なお、Ｘ線ビーム３の方向角ψは、測定点２を中心とし且つ測定対象物１の表面１ａに沿う方向の方向角である。上述のように複数のＸ線ビーム３の対称性を高めることによって、解析結果の精度が向上する。

【0030】

さらに、ステップＳ５におけるデータ処理部１７の解析動作の詳細を説明する。まず、図５のステップＳ１〜Ｓ４を繰り返すことによって、応力測定装置１０は、複数ｋ箇所の異なる位置でＸ線照射部１４から出射されるＸ線ビーム３によって形成されるｋ個の回折環５の画像データを生成する。なお、図６に示す例では、ｋ＝３である。

【0031】

図３、図４及び図７を参照すると、データ処理部１７は、各回折環５について、回折環５上に、回折環５と真円回折環６とのひずみを測定する点であるひずみ抽出点Ｐ_ｉを設定する（ステップＳ１１）。ここで、図７は、実施の形態に係る応力測定装置１０のデータ処理部１７の解析動作の流れを示すフローチャートである。また、ｉは、１〜ｋの整数値であり、複数ｋ個の回折環５のうちから１つを特定する要素である。各回折環５のひずみ抽出点Ｐ_ｉの位置は、互いに相関する関係を有しても有さなくてもよい。データ処理部１７は、各回折環５の各ひずみ抽出点Ｐ_ｉについて単位回折ベクトルｎ_ｉを、算出する（ステップＳ１２）。但し、単位回折ベクトルｎ_ｉは、ｉ番目の回折環５のひずみ抽出点Ｐ_ｉに関する単位回折ベクトルである。

【0032】

単位回折ベクトルｎ_ｉは、測定点２を起点とする単位ベクトルであり、ひずみ抽出点Ｐ_ｉ及び測定点２を結ぶ直線状の回折ビーム４と基台１５ａの貫通孔１５ａｂ及び測定点２を結ぶ直線状のＸ線ビーム３とが測定点２で形成する挟角の二等分線を形成する。つまり、単位回折ベクトルｎ_ｉは、回折ビーム４とＸ線ビーム３との中間及び測定点２を通る線分を形成する。単位回折ベクトルｎ_ｉとＸ線ビーム３とがなす角ηは、単位回折ベクトルｎ_ｉと回折ビーム４とがなす角ηと、同一の角度を有する。単位回折ベクトルｎ_ｉは、回折環５が形成される基台１５ａに向かって延びる。本実施の形態では、回折ベクトルは、１の長さを有する単位ベクトルであるが、１以外の長さを有するベクトルであってもよい。

【0033】

単位回折ベクトルｎ_ｉは、ひずみ抽出点Ｐ_ｉの位置、測定点２の位置、並びに、測定対象物１の表面１ａ及び測定点２に対する撮像部１５の基台１５ａ及び表面１５ａａの位置及び向きに基づき、算出され得る。単位回折ベクトルｎ_ｉは、下記の式１のように表わされる。なお、式１の要素ｎ_ｉ１、ｎ_ｉ２及びｎ_ｉ３は、単位回折ベクトルｎ_ｉのＸ座標成分、Ｙ座標成分及びＺ座標成分である。Ｘ軸及びＹ軸は、測定点２を通り且つ測定対象物１の表面１ａに沿う平面上に位置すると共に互いに直交し、Ｚ軸は、上記平面の法線でありＸ軸及びＹ軸と直交する。

【数1】

［式１］

【0034】

ここで、真円回折環６に対する回折環５のひずみから測定点２での測定対象物１の応力を算出する方法について、本願発明者が見出した知見を説明する。図４を参照すると、ｉ番目の回折環５について、ひずみ抽出点Ｐ_ｉでの真円回折環６に対する回折環５のひずみ量を示すひずみε_ｎｉは、単位回折ベクトルｎ_ｉの成分を使用して下記の式２の基礎方程式で表わすことができることを、本願発明者は見出した。なお、ひずみε_ｎｉは、回折環５が存在する基台１５ａの表面１５ａａに沿う方向のひずみ量を示し、例えば、基台１５ａの貫通孔１５ａｂの中心位置から半径方向へのひずみ量を示す。式２の要素ε_１１、ε_２２及びε_３３はそれぞれ、ひずみε_ｎｉにおけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の垂直ひずみ成分を示す。要素ε_１２、ε_２３及びε_１３はそれぞれ、ひずみε_ｎｉにおけるＸＹ平面、ＹＺ平面及びＺＸ平面に沿う方向のせん断ひずみ成分を示す。

【数2】

［式２］

【0035】

また、ひずみε_ｎｉと測定点２での測定対象物１の応力σとの関係が、測定対象物１のＸ線的ヤング率Ｅ及びポアソン比νを用いて下記の式３で表わされる。なお、応力σの要素σ_１１、σ_２２、σ_３３はそれぞれ、応力σのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の垂直応力成分を示し、σ_１２、σ_２３、σ_１３はそれぞれ、応力σのＸＹ平面、ＹＺ平面及びＸＺ平面に沿う方向のせん断応力成分を示す。

【数3】

［式３］

【0036】

また、ｉ＝１〜ｋの全ての回折環５におけるひずみε_ｎｉを成分として含むひずみεは、ε≡（ε_ｎ１，ε_ｎ２，ε_ｎ３，・・・，ε_ｎｉ，・・・，ε_ｎｋ−１，ε_ｎｋ）^Ｔで表わされる。これにより、ひずみεは、式２におけるひずみ成分の係数によって構成されるｋ×６行列である行列Ｆを用いて、下記の式４で表わされる。

【数4】

［式４］

【0037】

なお、式４におけるｋ×６の行列Ｆは、下記の式５のように表わされる。

【数5】

［式５］

【0038】

さらに、式４は、式３を用いて下記の式６のようにも表わされる。

【数6】

［式６］

【0039】

式６は、応力値の最小二乗解σ≡（σ_１１，σ_２２，σ_３３，σ_１２，σ_１３，σ_２３）^Ｔを記載する方程式である。そして、式６の解は、Ｍ≡Ｆ・Ｓで求められる行列Ｍのムーア−ペンローズ一般逆行列Ｍ^＋を用いて、下記の式７のように求められる。

【数7】

［式７］
さらに、逆行列Ｍ^＋のｉ行ｊ列目の要素をｍ^＋_ｉｊと表わすと、応力σの各要素は、ｍ^＋_ｉｊとε_ｎｉとの線形結合で表わされる。例えば、応力σの要素σ_１１は、下記の式８のように表わされる。

【数8】

［式８］

【0040】

よって、本願発明者は、複数ｋ箇所の異なる位置でのＸ線照射部１４の照射により得られるｋ個の回折環５に対応するｋ個の単位回折ベクトルｎ_ｉを用いて逆行列Ｍ^＋を算出し、さらに、算出した逆行列Ｍ^＋と、ｋ個の回折環５それぞれの真円回折環６に対するひずみεとを用いて、応力σの各成分を算出できることを見出した。

【0041】

また、本願発明者は、式８に示されるような関係を用いることによって、応力σの各成分に生じる得る誤差を推定算出ができることも見出した。回折環５上に設定するひずみ抽出点Ｐ_ｉの位置に応じて、ひずみ抽出点Ｐ_ｉにおける真円回折環６に対する回折環５のひずみ量が変化する場合がある。これにより、単位回折ベクトルｎ_ｉも変化するため、算出される応力も、実際に存在する応力に対して誤差を有する可能性がある。このような応力σの各成分に生じる得る誤差について、例えば、応力σの成分σ_１１での誤差は、下記の式９のように表わされる。なお、下記の式９では、ひずみε_ｎｉの測定誤差を一律であるとしている。式９に示されるように、成分σ_１１の推定誤差δσ_１１は、逆行列Ｍ^＋の要素の値によって定まり、逆行列Ｍ^＋の要素の値は、単位回折ベクトルｎ_ｉの成分の値によって定まる。よって、回折環５上で選定されるひずみ抽出点Ｐ_ｉの位置に応じて、推定誤差δσ_１１が変動する。応力σにおける成分σ_１１以外の成分の誤差も同様である。

【数9】

［式９］

【0042】

図３、図４及び図７を参照してデータ処理部１７の解析動作を再び説明すると、データ処理部１７は、ステップＳ１２に続くステップＳ１３において、ｋ個の回折環５それぞれに対応する単位回折ベクトルｎ_ｉを用いて、式２に示されるひずみε_ｎｉの基礎方程式に基づき、式５のｋ×６の行列Ｆを算出する。次いで、データ処理部１７は、式３に示される関係に基づき、測定対象物１のＸ線的ヤング率Ｅ及びポアソン比νを用いて応力成分とひずみ成分とを関係付ける行列Ｓを取得する（ステップＳ１４）。なお、データ処理部１７は、記憶部１９に予め記憶されている行列Ｓを取得してもよく、応力測定装置１０の図示しない入力部を介して与えられる測定対象物１のＸ線的ヤング率Ｅ及びポアソン比νを用いて行列Ｓを算出してもよい。

【0043】

その後、データ処理部１７は、式６に示される関係に基づき、行列Ｆ及び行列Ｓの積を算出することによって行列Ｍを算出する（ステップＳ１５）。さらに、データ処理部１７は、行列Ｍのムーア−ペンローズ一般逆行列Ｍ^＋を算出する（ステップＳ１６）。次いで、データ処理部１７は、ｋ個の回折環５それぞれについて、ひずみ抽出点Ｐ_ｉにおける真円回折環６に対する回折環５のひずみ量を算出する（ステップＳ１７）。ひずみ量は、例えば、基台１５ａの貫通孔１５ａｂの中心位置からの放射方向である半径方向でのずれ量としてもよい。ひずみ量の算出は、ステップＳ１１の後のいずれの時期に実施されてもよい。

【0044】

データ処理部１７は、ステップＳ１６で算出した逆行列Ｍ^＋と、ステップＳ１７で算出した回折環５のひずみとを使用して、式７及び式８に示される関係に基づき、応力σの各成分を算出する（ステップＳ１８）。具体的には、応力σのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向それぞれの垂直応力成分σ_１１、σ_２２及びσ_３３並びにＸＹ平面、ＹＺ平面及びＸＺ平面それぞれに沿う方向のせん断応力σ_１２、σ_２３及びσ_１３が、算出される。つまり、応力σの３軸応力成分が、算出される。これにより、図５に示されるステップＳ５におけるデータ処理部１７の解析動作が、完了する。

【0045】

上述したデータ処理部１７の解析動作では、測定対象物１の測定点２の位置、撮像部１５の基台１５ａの表面１５ａａの位置等を示すために設定された座標系は、図７に示されるステップＳ１１〜Ｓ１８にわたる応力の算出過程の終始にわたって、変換を受けることなく、そのまま使用される。このような座標系は、例えば、測定対象物１と撮像部１５との位置関係を示すのに適した座標系とすることできるため、座標系の設定が容易になる。例えば、本実施の形態では、Ｘ軸及びＹ軸は、測定点２を通り且つ測定対象物１の表面１ａに沿う平面上に位置し、Ｚ軸は、上記平面の法線である。

【0046】

上述したように、実施の形態に係る応力測定装置１０は、測定対象物１に照射されることによって回折を伴って反射する性質を持つＸ線ビーム３を測定対象物１の特定部分である測定点２に照射するＸ線照射部１４と、測定点２で反射する回折ビーム４を撮像し且つ回折ビーム４により形成される回折環５の撮像画像を生成する撮像部１５と、撮像画像から得られる測定結果を、測定点２でのＸ線ビーム３の回折を反映する回折ベクトルを用いて変換することにより、測定点２における測定対象物１の応力を求めるデータ処理部１７とを備える。データ処理部１７は、測定点２に入射するＸ線ビーム３と回折ビーム４とから回折ベクトルを決定する。

【0047】

上述の構成において、データ処理部１７は、回折環５の撮像画像から得られる測定結果を、Ｘ線ビーム３と回折ビーム４とから決定する回折ベクトルを用いて変換することにより、測定点２における測定対象物１の応力を求める。このような処理により応力を求めるデータ処理部１７は、測定結果に設定された座標系を変換等の変更をすることなく、回折ベクトルを決定し、回折ベクトルを用いた測定結果の変換を実施することができる。さらに、回折ベクトルを用いた測定結果の変換により求められる応力の算出は、簡易である。

【0048】

実施の形態に係る応力測定装置１０において、データ処理部１７は、回折ベクトルを用いた測定結果の変換では、異なる方向からの２回以上のＸ線ビーム３の照射で得られる２つ以上の回折環５のひずみの測定結果と、２つ以上の回折環５それぞれを形成する回折ビーム４に基づく２つ以上の回折ベクトルとを用いる。上述の構成において、データ処理部１７は、複数の回折環５それぞれに対応する複数の回折ベクトルを、回折ベクトルを用いた測定結果の変換に用いる。回折環５は、測定点２へのＸ線ビーム３の入射方向によっては、連続した環を形成する場合もあれば、一部が欠落した不連続な環を形成する場合もある。このため、同一の測定点２への複数回のＸ線ビーム３の照射で得られる複数の回折環５を使用することによって、回折環５同士が、互いの欠落した環の一部を補うようにすることが、可能になる。特に、測定点２への複数回のＸ線ビーム３の照射方向を互いに異ならせることは、欠落した環の一部の補充に効果的である。さらに、複数の回折環５のひずみの測定結果を用いることによって、１つの回折環５のひずみの測定結果が有する特有の特徴による影響が低減されるため、測定結果の誤差低減が可能なる。

【0049】

さらに、実施の形態に係る応力測定装置１０は、Ｘ線照射部１４によって、測定点２を中心とする均等な方向角で３回以上のＸ線ビーム３を照射する。上述の構成において、Ｘ線ビーム３の照射によって形成される複数の回折環５は、測定点２の全周囲にわたる入射方向からのＸ線ビーム３の照射による回折環の特徴を含み得る。このため、回折環５が欠落部分を含む不連続な環を形成する場合でも、回折環５同士が、互いの欠落部分を補うことができる。

【0050】

実施の形態に係る応力測定装置１０において、回折ベクトルは、測定点２に入射するＸ線ビーム３と回折ビーム４との中間及び測定点２を通る直線を形成するベクトルである。上述の構成において、上記回折ベクトルは、測定点２における測定対象物１の結晶粒の結晶格子面、つまり回折格子面の法線に平行となる。よって、回折ベクトルは、測定点２におけるＸ線ビーム３の回折、つまり回折現象を適切に反映したベクトルである。

【0051】

実施の形態に係る応力測定装置１０において、データ処理部１７は、回折ベクトルを用いた測定結果の変換では、回折ベクトルｎ_ｉの成分（ｎ_１，ｎ_２，ｎ_３）により形成される成分要素ｎ_１^２、ｎ_２^２、ｎ_３^２、２×ｎ_１×ｎ_２、２×ｎ_２×ｎ_３及び２×ｎ_３×ｎ_１を用いて、回折環５のひずみの測定結果と、測定点２における測定対象物１の応力とを関係付ける。上述の構成において、回折ベクトルｎ_ｉの成分による成分要素ｎ_１^２、ｎ_２^２、ｎ_３^２、２×ｎ_１×ｎ_２、２×ｎ_２×ｎ_３及び２×ｎ_３×ｎ_１は、上記の式２と同様の下記の式１０に示すような回折環５のひずみεに関する基礎方程式における、ひずみ成分の係数に対応する。よって、回折ベクトル及び基礎方程式を利用して、回折環５から得られるひずみの測定結果から、測定点２における測定対象物１の応力を求めることができる。

【数10】

［式１０］

【0052】

実施の形態に係る応力測定装置１０において、データ処理部１７は、回折ベクトルを用いた測定結果の変換では、２つ以上の回折ベクトルそれぞれの成分要素を、各要素として含む行列の一般逆行列を使用する。上述の構成において、２つ以上の回折ベクトルそれぞれの成分要素を各要素として含む行列が算出され、さらに、この行列の一般逆行列が算出される。そして、データ処理部１７は、一般逆行列を使用して測定結果を変換することによって、測定点２における測定対象物１の応力を求めることができる。よって、応力の算出が簡易である。

【0053】

また、実施の形態に係る応力測定方法では、測定対象物１に照射されることによって回折を伴って反射する性質を持つＸ線ビーム３を測定対象物１の測定点２に照射し、測定点２で反射する回折ビーム４により形成される回折環５のひずみを測定し、測定点２に入射するＸ線ビーム３と回折ビーム４とから、測定点２でのＸ線ビーム３の回折を反映する回折ベクトルを決定し、上記測定の測定結果を、回折ベクトルを用いて変換することにより、測定点２における測定対象物１の応力を求める。

【0054】

なお、上述の構成の包括的又は具体的な態様は、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの非一時的な記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
例えば、上記応力測定方法の各処理又は動作を実施させる各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵ又はプロセッサなどのプログラム実行器が、ハードディスク又は半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ソフトウェアプログラムは、コンピュータに、上述の処理又は動作を実行させる。
上記応力測定方法の各処理又は動作を実施させる各構成要素は、回路でもよい。複数の構成要素が、全体として１つの回路を構成してもよく、それぞれ別々の回路を構成してもよい。また、回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。

【0055】

［変形例１］
実施の形態の変形例１について説明する。本変形例では、応力測定装置１０のデータ処理部１７が、式９に示されるような推定誤差の算出方法を用いて、算出する応力σの最適化を実施する。以下に、本変形例について、データ処理部１７の解析動作における実施の形態と異なる点を中心に、図８を主に参照して説明する。なお、図８は、変形例１に係る応力測定装置のデータ処理部１７の解析動作の流れを示すフローチャートである。

【0056】

図８を参照すると、データ処理部１７は、図５に示されるステップＳ１〜Ｓ４によって生成されたｋ個の回折環５の画像データを取得し、各回折環５上に予め設定された複数Ｋ個のひずみ抽出点Ｐ_ｉｊを設定する（ステップＳ２１）。ここで、点Ｐ_ｉｊのｉは、１〜ｋの整数値であり、ｋ個の回折環５のうちから１つを特定する要素である。点Ｐ_ｉｊのｊは、１〜Ｋの整数値であり、回折環５に設定されるＫ個のひずみ抽出点のうちから１つを特定する要素である。各回折環５に配置される複数のひずみ抽出点Ｐ_ｉｊは、回折環５の周方向に沿って、等間隔又は等中心角を形成するように均等に配置されてもよく、不均等に配置されてもよい。

【0057】

さらに、データ処理部１７は、各回折環５上で、複数のひずみ抽出点Ｐ_ｉｊから１つのひずみ抽出点を選定する（ステップＳ２２）。次いで、データ処理部１７は、ステップＳ１２において、ｋ個の回折環５に対して選定されたひずみ抽出点についての単位回折ベクトルｎ_ｉを算出し、さらにステップＳ１３〜Ｓ１６を実施して、一般逆行列Ｍ^＋を算出する。ステップＳ１２〜Ｓ１６におけるデータ処理部１７の動作は、図７に示される実施の形態におけるステップＳ１２〜Ｓ１６での動作と同様である。

【0058】

さらに、データ処理部１７は、ステップＳ１６の完了後、算出した逆行列Ｍ^＋と、式９に示されるような推定誤差の算出方法とを用いて、応力σの成分の推定誤差を算出する（ステップＳ２３）。このとき、成分σ_１１、σ_２２、σ_３３、σ_１２、σ_２３及びσ_１３の全ての推定誤差が算出されてもよく、一部が算出されてもよい。式９に示されるように、応力σの各成分の推定誤差は、逆行列Ｍ^＋の要素の数値に応じて変動する。逆行列Ｍ^＋の要素の数値は、単位回折ベクトルｎ_ｉの成分の値によって定まる。

【0059】

次いで、データ処理部１７は、ステップＳ２１で設定されたｋ個の回折環のひずみ抽出点の組み合わせに、逆行列Ｍ^＋の算出及び応力σの成分の推定誤差の算出に使用されていないものがある場合（ステップＳ２４でｙｅｓ）、ステップＳ２２に戻る。データ処理部１７は、ｋ個の回折環５のひずみ抽出点Ｐ_ｉｊのうちの少なくとも１つの位置を、ステップＳ２１で設定した他のひずみ抽出点に変更し、それにより、ひずみ抽出点を再選定する。この場合、ｋ個の回折環５のうちの１つの回折環５のひずみ抽出点Ｐ_ｉｊの位置が変更されてもよく、ｋ個の回折環５のうちの２つ以上の回折環５のひずみ抽出点Ｐ_ｉｊの位置が変更されてもよい。さらに、データ処理部１７は、再選定したひずみ抽出点Ｐ_ｉｊを用いて、ステップＳ１２〜Ｓ１６及びＳ２３を実施して、応力σの成分の推定誤差を算出する。

【0060】

上述のように、ステップＳ２２、Ｓ１２〜Ｓ１６及びＳ２３を繰り返し実施することによって、ステップＳ２１で設定されたｋ個の回折環のひずみ抽出点の組み合わせの全てが、逆行列Ｍ^＋の算出及び応力σの成分の推定誤差の算出に使用されると（ステップＳ２４でｎо）、データ処理部１７は、ステップＳ２５に進み、算出した応力σの成分の推定誤差の中から最小の推定誤差を選出する。この場合、応力σの成分σ_１１、σ_２２、σ_３３、σ_１２、σ_２３及びσ_１３全ての推定誤差の中から最小推定誤差が選出されてもよく、同一の成分の推定誤差の中から最小推定誤差が選出されてもよい。

【0061】

その後、データ処理部１７は、最小推定誤差の算出に使用された、つまり最小推定誤差に対応する逆行列Ｍ^＋と、この逆行列Ｍ^＋の算出に使用された、つまり逆行列Ｍ^＋に対応する単位回折ベクトルｎ_ｉとを特定する（ステップＳ２６）。さらに、データ処理部１７は、特定した単位回折ベクトルｎ_ｉに対応するｋ個の回折環５上のひずみ抽出点Ｐ_ｉｊを特定し、ひずみ抽出点Ｐ_ｉｊにおける真円回折環６に対する回折環５のひずみを求める（ステップＳ１７）。データ処理部１７は、ステップＳ１７に続くステップＳ１８で、回折環５のひずみと逆行列Ｍ^＋とを用いて、応力σの各成分を算出する。これにより、推定誤差を最小化することによって最適化された応力σが得られる。なお、ステップＳ１７及びＳ１８におけるデータ処理部１７の動作は、図７に示される実施の形態におけるステップＳ１７及びＳ１８での動作と同様である。
なお、本変形例のステップＳ２４では、ｋ個の回折環のひずみ抽出点の全ての組み合わせを、推定誤差の算出に使用されているか否かを判定対象としていたが、組み合わせの一部のみを判定対象としてもよい。

【0062】

上述したように、変形例１に係る応力測定装置１０において、データ処理部１７は、回折ベクトルの成分（ｎ_１，ｎ_２，ｎ_３）により形成される成分要素ｎ_１^２、ｎ_２^２、ｎ_３^２、２×ｎ_１×ｎ_２、２×ｎ_２×ｎ_３及び２×ｎ_３×ｎ_１を用いて、測定対象物１の求めるべき応力の推定誤差を算出し、推定誤差を低減する回折ベクトルを、測定対象物１の応力を求める際に採用する。上述の構成において、回折環５上で選択されるひずみの測定位置であるひずみ抽出点の位置に応じて、ひずみ抽出点での回折環５のひずみが異なる場合がある。これにより、ひずみ抽出点の位置に応じて、回折ベクトルも変化し、回折ベクトルから求められる測定対象物１の応力も変化する、つまり、求められる応力が実際に存在する応力に対して有する誤差が変化する。この誤差を低減するように回折ベクトルを選定する、つまりひずみ抽出点の位置を選定することによって、求められる応力の精度の向上が可能となる。

【0063】

［変形例２］
実施の形態の変形例２について説明する。本変形例では、応力測定装置１０のデータ処理部１７が、各回折環５上に複数のひずみ抽出点を設定し、応力σを算出する。以下に、本変形例について、データ処理部１７の解析動作における実施の形態及び変形例１と異なる点を中心に、図９を主に参照して説明する。なお、図９は、変形例２に係る応力測定装置のデータ処理部１７の解析動作の流れを示すフローチャートである。

【0064】

図９を参照すると、データ処理部１７は、図５に示されるステップＳ１〜Ｓ４によって生成されたｋ個の回折環５の画像データを取得し、各回折環５上に予め設定された複数Ｋ個のひずみ抽出点Ｐ_ｉｊを設定する（ステップＳ３１）。ここで、点Ｐ_ｉｊのｉは、１〜ｋの整数値であり、ｋ個の回折環５のうちから１つを特定する要素である。点Ｐ_ｉｊのｊは、１〜Ｋの整数値であり、回折環５に設定されるＫ個のひずみ抽出点のうちから１つを特定する要素である。各回折環５に配置される複数のひずみ抽出点Ｐ_ｉｊは、回折環５の周方向に沿って、等間隔又は等中心角を形成するように均等に配置されてもよく、不均等に配置されてもよい。しかしながら、複数のひずみ抽出点Ｐ_ｉｊが均等に配置されることによって、ひずみ抽出点Ｐ_ｉｊでの回折環５のひずみ及び単位回折ベクトルが、回折環５の偏った領域のひずみ及び単位回折ベクトルに限定されないため、これらを用いて後述のようにして得られる応力σにおける誤差も低減する。

【0065】

さらに、データ処理部１７は、各回折環５の各ひずみ抽出点Ｐ_ｉｊについて単位回折ベクトルｎ_ｉｊを、算出する（ステップＳ１２）。単位回折ベクトルｎ_ｉｊは、ｉ番目の回折環５のｊ番目のひずみ抽出点Ｐ_ｉｊに関する単位回折ベクトルである。

【0066】

次いで、データ処理部１７は、全ての単位回折ベクトルｎ_ｉｊを用いて、下記の式１１に示される（ｋ×Ｋ）×６の行列Ｆを算出する（ステップＳ１３）。

【数11】

［式１１］

【0067】

その後、データ処理部１７は、図７に示される実施の形態のステップＳ１４〜Ｓ１８と同様のステップＳ１４〜Ｓ１８を実施し、応力σの各成分を算出する。なお、ステップＳ１７では、ｋ個の回折環５それぞれについて、ひずみ抽出点Ｐ_ｉｊにおける真円回折環６に対する回折環５のひずみが、算出される。

【0068】

上述したように、変形例２に係る応力測定装置１０において、データ処理部１７は、回折環５上の２つ以上の位置であるひずみ抽出点でそれぞれ回折環５を形成する２つ以上の回折ビーム４と測定点２に入射するＸ線ビーム３とから、２つ以上の回折ベクトルを決定し、回折ベクトルを用いた測定結果の変換では、２つ以上のひずみ抽出点での回折環５のひずみの測定結果と、２つ以上のひずみ抽出点に対応する２つ以上の回折ベクトルとを用いる。上述の構成において、１つの回折環５上におけるひずみ抽出点の位置の違いに起因して、回折環５のひずみ及び回折ベクトルが変化する場合がある。複数のひずみ抽出点での回折環５のひずみの測定結果及び回折ベクトルを用いることによって、上記変化を平滑化することができる。つまり、回折環５の全体のひずみを反映した応力の算出が可能になる。

【0069】

［変形例３］
実施の形態の変形例３について説明する。本変形例では、応力測定装置１０のデータ処理部１７が、複数のひずみ抽出点を設定した１つの回折環５に基づき、応力σを算出する。以下に、本変形例について、データ処理部１７の解析動作における実施の形態並びに変形例１及び２と異なる点を中心に、図１０を主に参照して説明する。なお、図１０は、変形例３に係る応力測定装置のデータ処理部１７の解析動作の流れを示すフローチャートである。

【0070】

図１０を参照すると、データ処理部１７は、図５に示されるステップＳ１〜Ｓ４によって生成された１つの回折環５の画像データを取得し、この回折環５上に予め設定された複数Ｋ個のひずみ抽出点Ｐ_ｊを設定する（ステップＳ４１）。ここで、点Ｐ_ｊのｊは、１〜Ｋの整数値であり、回折環５に設定されるＫ個のひずみ抽出点のうちから１つを特定する要素である。回折環５に配置される複数のひずみ抽出点Ｐ_ｊは、回折環５の周方向に沿って、等間隔又は等中心角を形成するように均等に配置されてもよく、不均等に配置されてもよい。しかしながら、複数のひずみ抽出点Ｐ_ｊが均等に配置されることによって、ひずみ抽出点Ｐ_ｊでの回折環５のひずみ及び単位回折ベクトルも回折環５の偏った領域のひずみ及び単位回折ベクトルに限定されないため、これらを用いて後述のようにして得られる応力σにおける誤差も低減する。

【0071】

さらに、データ処理部１７は、回折環５の各ひずみ抽出点Ｐ_ｊについて単位回折ベクトルｎ_ｊを、算出する（ステップＳ１２）。単位回折ベクトルｎ_ｊは、ｊ番目のひずみ抽出点Ｐ_ｊに関する単位回折ベクトルである。
次いで、データ処理部１７は、全ての単位回折ベクトルｎ_ｊを用いて、Ｋ×６の行列Ｆを算出する（ステップＳ１３）。このＫ×６の行列Ｆは、式５の行列ＦのｋをＫに置き換えたものと同様である。
その後、データ処理部１７は、図７に示される実施の形態のステップＳ１４〜Ｓ１８と同様のステップＳ１４〜Ｓ１８を実施し、応力σの各成分を算出する。なお、ステップＳ１７では、１つの回折環５に関して、ひずみ抽出点Ｐ_ｊでの真円回折環６に対する回折環５のひずみが、算出される。
よって、本変形例においても、変形例２と同様の効果が得られる。

【0072】

以上のように、本発明における技術の例示として、実施の形態及び変形例を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。
したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
その他、実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明は、非破壊検査全般に有用である。

【符号の説明】

【0074】

１ 測定対象物
２ 測定点（特定部分）
３ Ｘ線ビーム
４ 回折ビーム
５ 回折環
１０ 応力測定装置
１４ Ｘ線照射部（ビーム照射部）
１５ 撮像部
１７ データ処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】