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(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】
(24)【登録日】2024-11-15
(45)【発行日】2024-11-25
(54)【発明の名称】Ｘ線回折測定システム
(51)【国際特許分類】
G01N 23/20008 20180101AFI20241118BHJP
G01N 23/2055 20180101ALI20241118BHJP
G01N 23/205 20180101ALI20241118BHJP
G01B 11/00 20060101ALI20241118BHJP
【ＦＩ】
G01N23/20008
G01N23/2055 310
G01N23/205
G01B11/00 H
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021079429
(22)【出願日】2021-05-10
(65)【公開番号】P2022173617
(43)【公開日】2022-11-22
【審査請求日】2024-02-22
(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】右▲高▼ 孝幸
(56)【参考文献】
【文献】特許第６２２１１９９（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特許第６４９２３８８（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開２０１５－０７８９３４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２３／２０
Ｇ０１Ｂ １１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射手段と、前記Ｘ線出射手段により前記測定対象物に向けてＸ線が照射された際、前記測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、前記Ｘ線出射手段により出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する撮像面にて受光し、前記撮像面に前記回折Ｘ線の像である回折環を撮像する回折環撮像手段と、
前記Ｘ線出射手段と前記回折環撮像手段とを内部に配置した筐体とを備えたＸ線回折測定装置、及び前記測定対象物を前記Ｘ線回折測定装置に対して相対的に前記測定対象物の表面に略平行な方向に移動させる移動装置からなるＸ線回折測定システムにおいて、
前記測定対象物に向けて出射されるＸ線である出射Ｘ線の光軸と等しい光軸の平行な可視光を出射する可視光出射手段であって、前記出射Ｘ線の光路上に前記出射Ｘ線を通過させ、前記可視光を反射させるハーフミラーを備える可視光出射手段と、
前記筐体を、前記出射Ｘ線の光軸方向に移動させる筐体移動手段と、
前記可視光出射手段が可視光を照射したときに生じる可視光の照射点を含む領域の画像を結像する結像レンズ、及び前記結像レンズにより画像が結像する箇所に配置され、結像した画像を表す撮像信号を出力する撮像器を備えるカメラと、
前記カメラの撮像器が出力する撮像信号から撮影画像を作成する画像作成手段と、
前記出射Ｘ線により前記測定対象物に形成されるＸ線照射点から前記撮像面までの距離である照射点－撮像面間距離を設定する距離設定手段と、
前記移動装置により前記測定対象物を移動させ、前記Ｘ線出射手段によるＸ線の出射と前記可視光出射手段による可視光の出射を行っているとき、前記画像作成手段により作成される撮影画像における可視光の照射点の位置が、前記距離設定手段で設定された照射点－撮像面間距離に対応する位置になるよう、前記筐体移動手段を作動させて前記筐体の移動位置を制御する筐体移動位置制御手段とを備えることを特徴とするＸ線回折測定システム。
【請求項2】
請求項１に記載のＸ線回折測定システムにおいて、前記カメラの前記出射Ｘ線の光軸からの距離が変化するよう前記カメラを移動するカメラ移動手段と、
前記筐体移動位置制御手段による制御により前記照射点－撮像面間距離が前記距離設定手段で設定された距離にされるとき、前記画像作成手段により作成される撮影画像における可視光の照射点の位置が、前記カメラの結像レンズの光軸が前記撮像器と交差する箇所に相当する位置になるよう、前記カメラ移動手段を作動させて前記カメラの移動位置を設定するカメラ移動位置設定手段とを備えることを特徴とするＸ線回折測定システム。
【請求項3】
請求項２に記載のＸ線回折測定システムにおいて、前記画像作成手段により作成される撮影画像に、前記可視光の前記測定対象物での反射光が、前記結像レンズにより集光して前記撮像器で受光された点である受光点が生じるよう、前記筐体の前記測定対象物に対する姿勢が調整されており、
前記移動装置により前記測定対象物を移動させ、前記Ｘ線出射手段によるＸ線の出射と前記可視光出射手段による可視光の出射を行っているとき、前記撮影画像における前記受光点の位置を検出し、前記受光点の位置が予め設定された範囲内にあるときのみ前記Ｘ線出射手段にＸ線を出射させるＸ線出射制御手段を備えることを特徴とするＸ線回折測定システム。
【請求項4】
請求項１に記載のＸ線回折測定システムにおいて、前記出射Ｘ線の前記測定対象物に対する入射角であるＸ線入射角を設定する入射角設定手段と、
前記カメラの前記出射Ｘ線の光軸からの距離が変化するよう前記カメラを移動するカメラ移動手段と、
前記筐体移動位置制御手段による制御により前記照射点－撮像面間距離が前記距離設定手段で設定された距離にされ、前記Ｘ線入射角が前記入射角設定手段で設定された角度で、前記出射Ｘ線の光軸と前記撮像面の回転角度０のラインとを含む平面に前記測定対象物におけるＸ線照射点の箇所の法線が含まれるとき、前記可視光の前記測定対象物での反射光が、前記結像レンズの中心を通過して集光し前記撮像器で受光されるよう前記カメラ移動手段を作動させて前記カメラの移動位置を設定するカメラ移動位置設定手段と、
前記移動装置により前記測定対象物を移動させ、前記Ｘ線出射手段によるＸ線の出射と前記可視光出射手段による可視光の出射を行っているとき、前記画像作成手段により作成される撮影画像における、前記反射光が前記結像レンズで集光し前記撮像器で受光された点である受光点の位置を検出し、前記受光点の位置が予め設定された範囲内にあるときのみ前記Ｘ線出射手段にＸ線を出射させるＸ線出射制御手段とを備えることを特徴とするＸ線回折測定システム。
【請求項5】
請求項１に記載のＸ線回折測定システムにおいて、前記出射Ｘ線の前記測定対象物に対する入射角であるＸ線入射角を設定する入射角設定手段と、
前記カメラの前記出射Ｘ線の光軸からの距離が変化するよう前記カメラを移動するカメラ移動手段と、
前記筐体移動位置制御手段による制御により前記照射点－撮像面間距離が前記距離設定手段で設定された距離にされ、前記Ｘ線入射角が前記入射角設定手段で設定された角度で、前記出射Ｘ線の光軸と前記撮像面の回転角度０のラインとを含む平面に前記測定対象物におけるＸ線照射点の箇所の法線が含まれるとき、前記可視光の前記測定対象物での反射光が、前記結像レンズの中心を通過して集光し前記撮像器で受光するよう前記カメラ移動手段を作動させて前記カメラの移動位置を設定するカメラ移動位置設定手段と、
前記測定対象物がセットされ、前記測定対象物とともに移動する前記移動装置内のステージであって、前記ステージの表面と測定対象物の表面とが同一平面内に含まれるよう前記測定対象物をセットできるセット手段を備えたステージと、
前記ステージを、前記ステージの表面内で垂直に交差する２軸周りに傾斜角を変化させる傾斜角変化手段と、
前記移動装置により前記測定対象物を移動させ、前記Ｘ線出射手段によるＸ線の出射と前記可視光出射手段による可視光の出射を行っているとき、前記画像作成手段により作成される撮影画像における、前記反射光が前記結像レンズで集光し前記撮像器で受光された点である受光点の位置が、前記反射光が前記結像レンズの中心を通過したときの位置になるよう、前記傾斜角変化手段を作動させて前記ステージの傾斜角を制御する傾斜角制御手段とを備えることを特徴とするＸ線回折測定システム。
【請求項6】
請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のＸ線回折測定システムにおいて、前記筐体移動位置制御手段が作動している間、前記距離設定手段が設定した照射点－撮像面間距離に対応する可視光の照射点の位置に対する、前記画像作成手段により作成される撮影画像における可視光の照射点の位置のずれを予め設定した時間間隔で検出して記憶し、前記記憶したずれを用いて、前記筐体移動位置制御手段による制御の精度を評価する評価手段を備えることを特徴とするＸ線回折測定システム。
【請求項7】
請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のＸ線回折測定システムにおいて、前記筐体移動手段による前記筐体の移動位置を検出して順に記憶することを予め設定した時間間隔で行い、記憶量が予め設定した量に達すると、記憶の順が先のものを消去して記憶し直すことを繰り返し行う筐体移動位置記憶手段と、
前記筐体移動位置記憶手段に新たに記憶した筐体の移動位置の、それまでに記憶した所定数の筐体の移動位置からの変化量が予め設定した許容値を超えたとき、前記Ｘ線出射手段によるＸ線の出射を停止するとともに前記筐体移動位置制御手段による制御を停止し、実際の筐体の移動位置が前記それまでに記憶した所定数の筐体の移動位置の水準になるよう、前記筐体移動手段を作動させる制御停止手段を備え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、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で回折したＸ線により回折環を撮像するＸ線回折測定装置と、測定対象物をＸ線回折測定装置と相対的に移動する移動装置とを備え、平面揺動を行いながら回折環を撮像することが可能な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線により回折環を撮像し、撮像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。このＸ線回折測定装置には例えば特許文献１に示されている装置のように、イメージングプレートに回折環を撮像し、撮像された回折環の形状をレーザ検出装置及びレーザ走査機構等からなる読取機能により検出する装置がある。特許文献１に示されている装置は、測定対象物に向けて出射されるＸ線（以下、出射Ｘ線という）と同じ光軸で可視の平行光を照射する機能、可視光の照射点付近一帯を撮影する機能、及び撮影画像上の可視光の照射点位置を用いて、Ｘ線照射点から回折環の撮影面までの距離（以下、照射点－撮像面間距離という）を検出する機能を備えている。この機能を用いることで、測定対象物の測定箇所（Ｘ線照射点）を意図する箇所にし、照射点－撮像面間距離を意図する値にすることができる。また、特許文献２に示されているＸ線回折測定装置は、特許文献１に示されている装置に、可視光の照射点付近一帯を撮影するカメラを移動する機能、及び入力された照射点－撮像面間距離とＸ線入射角からカメラの移動位置を、可視光の測定対象物での反射光がカメラの結像レンズの中心を通過する位置にする機能を追加している。この機能を用いることで、照射点－撮像面間距離に加えＸ線入射角を意図する値にすることができる。また、例えば特許文献３に示されているＸ線回折測定装置のように、固体撮像素子を撮像面に配置し、固体撮像素子によりＸ線強度分布を検出することで回折環の形状を検出する装置がある。このＸ線回折測定装置は、特許文献１及び特許文献２に示される装置で行われる回折環の撮像と回折環の読取りを同時に行うことができ、短時間で測定を行うことができる。
【0003】
このようなＸ線回折測定装置を用いて測定対象物の残留応力を測定するとき、測定対象物が微小量しかなかったり、結晶粒が大きかったりすると明瞭な回折環が検出されない場合がある。具体的には、検出される回折環が不連続になる場合や、回折環の半径方向のＸ線強度分布が正規分布曲線から大きくずれた曲線になる場合がある。このような場合でも、例えば特許文献４に示されているＸ線回折測定装置のように、Ｘ線照射点に対して測定対象物をその表面に平行な方向に移動（以下、平面揺動という）させながらＸ線照射を行って回折環を撮像すると、多くの場合で明瞭な回折環を得ることができる。また、測定対象物の表面に凹凸がある場合は、特許文献４に示されているように予め測定対象物の表面プロファイルを検出しておき、Ｘ線照射を行って回折環を撮像する際、Ｘ線回折測定装置を高さ方向に移動させて、照射点－撮像面間距離が常に設定値になるようにすると精度のよい測定を行うことができる。また、特許文献５に示されているＸ線回折測定装置のように、Ｘ線と可視の平行光を同時に照射し、カメラ撮影により得られる、撮影画像上の照射点位置が設定された位置になるようＸ線回折測定装置の高さ方向位置を変化させる制御を行っても、照射点－撮像面間距離が常に設定値になり、精度のよい測定を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第５８３５１９１号公報
【文献】特許第６８４４１０３号公報
【文献】特許第６３１３０１０号公報
【文献】特許第６２２１１９９号公報
【文献】特許第６４９２３８８号公報
【0005】
しかしながら、特許文献４に示されているＸ線回折測定装置は、予め測定対象物の表面プロファイルを検出する必要があるため、測定に時間がかかるという問題がある。また、特許文献５に示されているＸ線回折測定装置は通常の平面揺動による測定のときと測定時間は変わらないが、出射Ｘ線の光軸と交差するように可視の平行光を照射しているため、Ｘ線照射点をこの交差点と合致させる必要があり、照射点－撮像面間距離の設定値を固定された１つの値にしかすることができないという問題がある。この問題は、測定対象物の素材が様々ある場合は、適切な大きさの回折環を撮像することができない場合があるという問題になる。これは、測定対象物の素材によりＸ線の回折角は変わるため、回折環半径を適切な値にするためには測定対象物の素材により照射点－撮像面間距離を変える必要があるが、それができないためである。また、測定対象物の表面に凹凸がある場合は、照射点－撮像面間距離に加えてＸ線の測定対象物に対する入射方向を一定にした方がより測定精度が高くなるが、特許文献５に示されているＸ線回折測定装置は、Ｘ線入射角の設定値をほぼ固定された１つの値にしないと、Ｘ線の入射方向を設定通りにする制御ができないという問題がある。これは、可視の平行光の測定対象物での反射光をセンサで受光し、受光位置が一定になるよう制御を行っているため、Ｘ線入射角の設定値をほぼ固定された値にしないと、反射光を受光できないためである。さらに、測定対象物の表面における平面揺動のライン上に１箇所でも大きな凹凸があると、照射点－撮像面間距離を設定値にする制御の精度が悪くなり、その結果、Ｘ線回折測定の精度も悪くなるが、照射点－撮像面間距離を設定値にする制御がどの程度の精度で行えたかを判断することができないという問題もある。
【0006】
本発明はこの問題を解消するためなされたもので、その目的は、測定対象物にＸ線を照射し、測定対象物で回折したＸ線により回折環を撮像するＸ線回折測定装置と、測定対象物をＸ線回折測定装置と相対的に移動する移動装置とを備え、平面揺動を行いながら回折環を撮像することが可能なＸ線回折測定システムにおいて、照射点－撮像面間距離を任意の値に設定しても照射点－撮像面間距離が一定になるようにすることができるＸ線回折測定システムを提供することにある。また、Ｘ線入射角を任意の値に設定しても、Ｘ線の測定対象物に対する入射方向が設定通りの方向になるようにすることができるＸ線回折測定システムを提供することにある。さらに、照射点－撮像面間距離を設定値にする制御がどの程度の精度で行えたかを判断することができるＸ線回折測定システムを提供することにある。なお、本願において回折環を撮像するとは、特許文献３に示されるＸ線回折測定装置のように、固体撮像素子により回折環が形成される面の回折Ｘ線の強度分布を検出することも含むものとする。
【0007】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、対象とする測定対象物に向けてＸ線を出射するＸ線出射手段と、Ｘ線出射手段により測定対象物に向けてＸ線が照射された際、測定対象物にて発生した回折Ｘ線を、Ｘ線出射手段により出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差する撮像面にて受光し、撮像面に回折Ｘ線の像である回折環を撮像する回折環撮像手段と、Ｘ線出射手段と回折環撮像手段とを内部に配置した筐体とを備えたＸ線回折測定装置、及び測定対象物をＸ線回折測定装置に対して相対的に測定対象物の表面に略平行な方向に移動させる移動装置からなるＸ線回折測定システムにおいて、測定対象物に向けて出射されるＸ線である出射Ｘ線の光軸と等しい光軸の平行な可視光を出射する可視光出射手段であって、出射Ｘ線の光路上に出射Ｘ線を通過させ、可視光を反射させるハーフミラーを備える可視光出射手段と、筐体を、出射Ｘ線の光軸方向に移動させる筐体移動手段と、可視光出射手段が可視光を照射したときに生じる可視光の照射点を含む領域の画像を結像する結像レンズ、及び結像レンズにより画像が結像する箇所に配置され、結像した画像を表す撮像信号を出力する撮像器を備えるカメラと、カメラの撮像器が出力する撮像信号から撮影画像を作成する画像作成手段と、出射Ｘ線により測定対象物に形成されるＸ線照射点から撮像面までの距離である照射点－撮像面間距離を設定する距離設定手段と、移動装置により測定対象物を移動させ、Ｘ線出射手段によるＸ線の出射と可視光出射手段による可視光の出射を行っているとき、画像作成手段により作成される撮影画像における可視光の照射点の位置が、距離設定手段で設定された照射点－撮像面間距離に対応する位置になるよう、筐体移動手段を作動させて筐体の移動位置を制御する筐体移動位置制御手段とを備えるようにしたことにある。
【0008】
これによれば、Ｘ線出射手段により測定対象物に向けてＸ線が照射されているときに、可視光出射手段により、同じ光軸の平行な可視光が照射することができ、照射点－撮像面間距離を任意の値にしても、Ｘ線の照射点を可視光の照射点として認識することができる。そして、可視光の照射点をカメラにより撮影し、画像作成手段によりカメラの撮影画像を作成すると、撮影画像における可視光の照射点は、照射点－撮像面間距離により異なった位置になる。よって、移動装置により測定対象物を移動させ、Ｘ線出射手段により測定対象物に向けてＸ線を照射し、回折環撮像手段により撮像面に回折環を撮像する際（すなわち、平面揺動を行いながら回折環を撮像する際）、可視光出射手段により可視光を照射し、筐体移動位置制御手段が、画像作成手段により作成される撮影画像における可視光の照射点の位置が、距離設定手段で設定された照射点－撮像面間距離に対応する位置になるよう、筐体移動手段を作動させてＸ線回折測定装置の筐体の移動位置を制御すれば、測定対象物の表面に凹凸があっても、照射点－撮像面間距離を設定した距離にすることができる。そして、そのときの照射点－撮像面間距離は距離設定手段で設定された任意の値にすることができる。
【0009】
また、本発明の他の特徴は、カメラの出射Ｘ線の光軸からの距離が変化するようカメラを移動するカメラ移動手段と、筐体移動位置制御手段による制御により照射点－撮像面間距離が距離設定手段で設定された距離にされるとき、画像作成手段により作成される撮影画像における可視光の照射点の位置が、カメラの結像レンズの光軸が撮像器と交差する箇所に相当する位置になるよう、カメラ移動手段を作動させてカメラの移動位置を設定するカメラ移動位置設定手段とを備えるようにしたことにある。
【0010】
これによれば、距離設定手段で設定された距離がどのような距離であっても、カメラ移動位置設定手段がカメラの移動位置を、画像作成手段により作成される撮影画像における可視光の照射点の位置が、カメラの結像レンズの光軸が撮像器と交差する箇所に相当する位置になるようにするので、筐体移動位置制御手段による制御を、制御の精度が最もよくなる位置で行うようにすることができる。
【0011】
また、本発明の他の特徴は、画像作成手段により作成される撮影画像に、可視光の測定対象物での反射光が、結像レンズにより集光して撮像器で受光された点である受光点が生じるよう、筐体の測定対象物に対する姿勢が調整されており、移動装置により測定対象物を移動させ、Ｘ線出射手段によるＸ線の出射と可視光出射手段による可視光の出射を行っているとき、撮影画像における受光点の位置を検出し、受光点の位置が予め設定された範囲内にあるときのみＸ線出射手段にＸ線を出射させるＸ線出射制御手段を備えるようにしたことにある。
【0012】
これによれば、Ｘ線の入射方向が微量変動しても撮影画像における受光点の位置は大きく変化するので、Ｘ線出射制御手段が、撮影画像における受光点の位置が予め設定された範囲内にあるときのみＸ線出射手段にＸ線を出射させれば、Ｘ線入射角が基準値で、出射Ｘ線の光軸と撮像面の回転角度０のラインとを含む平面に測定対象物の法線が略含まれるときのみ、Ｘ線が測定対象物に照射される。すなわち、照射点－撮像面間距離が任意に定められ設定値であり、Ｘ線の測定対象物に対する入射方向が予め定められた一定の方向のときのみ、測定対象物にＸ線が照射され回折環を撮像することができる。
【0013】
また、本発明の他の特徴は、出射Ｘ線の測定対象物に対する入射角であるＸ線入射角を設定する入射角設定手段と、カメラの出射Ｘ線の光軸からの距離が変化するようカメラを移動するカメラ移動手段と、筐体移動位置制御手段による制御により照射点－撮像面間距離が距離設定手段で設定された距離にされ、Ｘ線入射角が入射角設定手段で設定された角度で、出射Ｘ線の光軸と撮像面の回転角度０のラインとを含む平面に測定対象物におけるＸ線照射点の箇所の法線が含まれるとき、可視光の測定対象物での反射光が、結像レンズの中心を通過して集光し撮像器で受光されるようカメラ移動手段を作動させてカメラの移動位置を設定するカメラ移動位置設定手段と、移動装置により測定対象物を移動させ、Ｘ線出射手段によるＸ線の出射と可視光出射手段による可視光の出射を行っているとき、画像作成手段により作成される撮影画像における、反射光が結像レンズで集光し撮像器で受光された点である受光点の位置を検出し、受光点の位置が予め設定された範囲内にあるときのみＸ線出射手段にＸ線を出射させるＸ線出射制御手段とを備えるようにしたことにある。
【0014】
これによれば、入射角設定手段がＸ線入射角を任意の角度で設定しても、カメラ移動位置設定手段が、照射点－撮像面間距離及びＸ線入射角が設定値で、出射Ｘ線の光軸と撮像面の回転角度０のラインとを含む平面（以下、基準平面という）に測定対象物におけるＸ線照射点の箇所の法線が含まれるとき、測定対象物での反射光が結像レンズの中心を通過して集光し撮像器で受光されるようカメラの移動位置を設定するので、設定通りの照射点－撮像面間距離とＸ線入射角で、基準平面に測定対象物の法線が含まれる状態でＸ線とレーザ光が照射されれば、撮影画像には受光点が生じる。そして、Ｘ線の入射方向が微量変動しても撮影画像における受光点の位置は大きく変化するので、Ｘ線出射制御手段が、撮影画像における受光点の位置が予め設定された範囲内にあるときのみ、Ｘ線出射手段にＸ線を出射させれば、Ｘ線入射角が設定値で、基準平面に測定対象物の法線が含まれるときのみ、Ｘ線が測定対象物に照射される。すなわち、Ｘ線入射角を任意に設定しても、照射点－撮像面間距離とＸ線入射角が設定値で、基準平面に測定対象物の法線が略含まれるときのみ、測定対象物にＸ線が照射され回折環を撮像することができる。
【0015】
また、本発明の他の特徴は、上述した構成におけるＸ線出射制御手段をなくし、測定対象物がセットされ、測定対象物とともに移動する移動装置内のステージであって、ステージの表面と測定対象物の表面とが同一平面内に含まれるよう測定対象物をセットできるセット手段を備えたステージと、ステージを、ステージの表面内で垂直に交差する２軸周りに傾斜角を変化させる傾斜角変化手段と、移動装置のステージを移動させ、Ｘ線出射手段によるＸ線の出射と可視光出射手段による可視光の出射を行っているとき、画像作成手段により作成される撮影画像における、反射光が結像レンズで集光し撮像器で受光された点である受光点の位置が、反射光が結像レンズの中心を通過するときの位置になるよう、傾斜角変化手段を作動させてステージの傾斜角を制御する傾斜角制御手段とを備えるようにしたことにある。
【0016】
これによれば、上述した構成が、撮影画像における受光点の位置が予め設定された範囲内にあるときのみＸ線を出射するのに対し、この構成では撮影画像における受光点の位置が予め設定された位置になるよう傾斜角制御手段がステージの傾斜角を制御しているので、上述した構成と同様、Ｘ線入射角を任意の角度に設定しても、Ｘ線の測定対象物に対する入射方向を設定通りの方向にすることができる。また、移動装置のステージは、ステージの表面と測定対象物の表面とが同一平面内に含まれるよう測定対象物をセットできるセット手段を備えており、傾斜角変化手段は、ステージの表面内で垂直に交差する２軸周りに傾斜角を変化させるので、出射Ｘ線の光軸内に該２軸の交差点が含まれるよう、Ｘ線回折測定装置と傾斜角変化手段の位置関係を調整すれば、照射点－撮像面間距離をどのような距離にしても、測定対象物のＸ線照射点と該２軸の交差点とは一致する。すなわち、傾斜角制御手段がステージの傾斜角を変化させても、それにより測定対象物のＸ線照射点が動くことはないようにすることができる。
【0017】
また、本発明の他の特徴は、筐体移動位置制御手段が作動している間、距離設定手段が設定した照射点－撮像面間距離に対応する可視光の照射点の位置に対する、画像作成手段に作成される撮影画像における可視光の照射点の位置のずれを予め設定した時間間隔で検出して記憶し、記憶したずれを用いて、筐体移動位置制御手段による制御の精度を評価する評価手段を備えるようにしたことにある。
【0018】
これによれば、照射点－撮像面間距離を設定値にする制御がどの程度の精度で行えたかを判断することができ、精度が悪ければ、平面揺動を行うラインを変更して再度測定を行うといった対応をすることができる。
【0019】
また、本発明の他の特徴は、筐体移動手段による筐体の移動位置を検出して順に記憶することを予め設定した時間間隔で行い、記憶量が予め設定した量に達すると、記憶の順が先のものを消去して記憶し直すことを繰り返し行う筐体移動位置記憶手段と、筐体移動位置記憶手段に新たに記憶した筐体の移動位置の、それまでに記憶した所定数の筐体の移動位置からの変化量が予め設定した許容値を超えたとき、Ｘ線出射手段によるＸ線の出射を停止するとともに筐体移動位置制御手段による制御を停止し、実際の筐体の移動位置がそれまでに記憶した所定数の筐体の移動位置の水準になるよう、筐体移動手段を作動させる制御停止手段を備えるようにしたことにある。
【0020】
これによれば、平面揺動を行うライン上に大きな凹凸がある場合、その箇所にＸ線が照射されると、Ｘ線の照射と筐体移動位置制御手段による制御を停止して、Ｘ線回折測定装置の筐体の移動位置を凹凸の箇所にＸ線が照射される前に戻すので、大きな凹凸がある箇所にＸ線をほとんど照射せず、Ｘ線回折測定装置の筐体の移動位置を大きく変化しないようにすることができる。なお、停止した後、Ｘ線回折測定を中止して平面揺動を行うラインが不適切であることを表示するか、そのまま平面揺動を継続し、凹凸を通り過ぎた時点でＸ線の照射と筐体移動位置制御手段による制御を再開するかは、適切と判断する制御システムを採用すればよい。また、これによれば、平面揺動の際、Ｘ線照射点が測定対象物から外れた場合、測定を中止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の第１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4】照射点－撮像面間距離により撮影画像における可視光照射点の位置が変化する様子を示した図である。
【図6】測定中の撮影画像における可視光の照射点の制御されるべき位置からのずれから、測定全体としての位置制御の精度を計算する方法を視覚的に示した図である。
【図7】本発明の第２実施形態に係るＸ線回折測定装置とステージ移動装置の拡大図である。
【図8】設定した照射点－撮像面間距離により撮影画像の中心位置に可視光の照射点が生じるようカメラの位置を変化させる様子を示した図である。
【図9】撮影画像の受光点が設定された範囲内にあるか否かを判定する処理を、視覚的に示した図である。
【図10】設定した照射点－撮像面間距離とＸ線入射角により撮影画像に受光点が生じるようカメラの位置を変化させる様子を示した図と、そのときの撮影画像の図である。
【図11】本発明の第４実施形態に係るＸ線回折測定装置、ステージ移動装置、及び傾斜角変化装置の拡大図である。
【図12】本発明の第４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において、ステージの傾斜角を制御する回路を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
（第１実施形態）
本発明の第１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３を用いて説明する。なお、第１実施形態に係るＸ線回折測定システムは、先行技術文献の特許文献１又は特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと同じ箇所が多くあるため、特許文献１又は特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと機能及び構造が同じ箇所は、同じであることを述べて簡略的に説明するにとどめ、異なっている箇所は詳細に説明するようにする。
本発明の第１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３を用いて説明する。なお、第１実施形態に係るＸ線回折測定システムは、先行技術文献の特許文献１又は特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと同じ箇所が多くあるため、特許文献１又は特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと機能及び構造が同じ箇所は、同じであることを述べて簡略的に説明するにとどめ、異なっている箇所は詳細に説明するようにする。
【0023】
図１及び図２に示すように、このＸ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定装置１、コンピュータ装置９０、高電圧電源９５、アーム式移動装置（先端５５のみ図示）、位置制御装置５、及びステージ移動装置６０から構成される。このＸ線回折測定システムは、ステージ移動装置６０のステージＳｔをステージＳｔの表面に平行な方向に移動させるとともに、Ｘ線回折測定装置１からＸ線を測定対象物ＯＢに照射して回折環を撮像し、撮像された回折環の形状を読取って、該形状から測定対象物ＯＢの残留応力等の特性値を測定する。そして、ステージＳｔを移動させて回折環を撮像する際、位置制御装置５が、照射点－撮像面間距離が設定された距離になるようＸ線回折測定装置１を出射Ｘ線の光軸方向に移動する。なお、以下、図１及び図２の紙面垂直方向をＸ軸方向、横方向をＹ軸方向、縦方向をＺ軸方向として説明する。
【0024】
図１及び図２に示すように、Ｘ線回折測定装置１は筐体５０内に、Ｘ線管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線回折測定装置１は筐体５０内に、Ｘ線管１０、テーブル駆動機構２０及びレーザ検出装置３０に接続され、それらの作動を制御したり、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。そして、これらの各種回路はコンピュータ装置９０に接続され、コンピュータ装置９０のコントローラ９１から入力する指令により作動する。コンピュータ装置９０は入力装置９２及び表示装置９３を有し、入力装置９２からの入力及びインスト－ルされているプログラムの作動により、上述した各種回路に指令を出力し、また該各種回路が出力したデータを入力してメモリに記憶する。また、図１に示すように、Ｘ線回折測定システムは高電圧電源９５を備え、高電圧電源９５はＸ線管１０がＸ線を出射するための電圧及び電流をＸ線管１０に出力する。これらの構成は、特許文献１及び特許文献２の変形例に示されているＸ線回折測定システムと同じである。
【0025】
図２に示すように、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０は、直方体形状の上面と底面それぞれ１つの角をなくすように斜面を形成し、底面に段差をつけたような構造をしている。詳細には、筐体５０は、第１底面壁５０ａ、第２底面壁５０ｃ、前面壁５０ｂ、後面壁５０ｅ、上面壁５０ｆ、側面壁（図示せず）、第１底面壁５０ａと第２底面壁５０ｃを連結する底面傾斜壁５０ｈ、第２底面壁５０ｃと前面壁５０ｂが交差する角部をなくすように設けた繋ぎ壁５０ｄ及び後面壁５０ｅと上面壁５０ｆが交差する角部をなくすように設けた上面傾斜壁５０ｇを有するように形成されている。繋ぎ壁５０ｄは側面壁と垂直であり前面壁５０ｂと所定の角度を有している。この所定の角度は、例えば３０～４０度であり、Ｘ線回折測定装置１から出射するＸ線は前面壁５０ｂ及び側面壁に略平行であるため、繋ぎ壁５０ｄが測定対象物ＯＢの表面に平行になるようＸ線回折測定装置１の筐体５０の姿勢を調整すると、測定対象物ＯＢに対するＸ線入射角は、この所定の角度に等しくなる。第２底面壁５０ｃには円形孔５０ｃ１があり、回折環撮像時にはこの円形孔５０ｃ１を通過してＸ線が出射され、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線はこの円形孔５０ｃ１を通過して撮像がされる。Ｘ線回折測定装置１の筐体５０の形状は、特許文献２に示されているＸ線回折測定装置と同じである。
【0026】
図２に示すように、位置制御装置５は枠体５１、モータ５２、スクリューロッド５３、軸受部５４及び移動ステージ（図示せず）から構成され、移動ステージは枠体５１に挟まれていて枠体５１の長尺方向にのみ移動が可能になっている。そして、移動ステージは中央に雌ネジが切られた孔があって、雄ネジが切られているスクリューロッド５３と迎合しており、モータ５２が正回転または逆回転するとスクリューロッド５３が正回転または逆回転し、移動ステージは枠体５１の長尺方向に移動する。Ｘ線回折測定装置１の側面壁の１つは位置制御装置５の移動ステージに連結されており、移動ステージが移動することによりＸ線回折測定装置１も枠体５１の長尺方向に移動する。Ｘ線回折測定装置１は移動ステージに枠体５１の長尺方向が出射Ｘ線の光軸方向と平行になるよう連結されており、Ｘ線回折測定装置１は出射Ｘ線の光軸方向に移動する。これにより、位置制御装置５を作動させることで照射点－撮像面間距離を変化させることができる。
【0027】
また、位置制御装置５は、枠体５１の図２の紙面裏側がアーム式移動装置の先端５５に回転可能に連結されており、この回転軸の方向はＸ線回折測定装置１の前面壁５０ｂ、後面壁５０ｅ及び上面壁５０ｆに平行であり、側面壁に垂直である。別の表現を用いると、この回転軸の方向は基準平面（出射Ｘ線の光軸と撮像面であるイメージングプレート１５の回転角度０のラインとを含む平面）に垂直である。これにより、アーム式移動装置の先端５５の位置制御装置５との連結部分を回転させることで、測定対象物ＯＢに対するＸ線入射角を変化させることができる。また、アーム式移動装置は複数の関節を有する装置であり、先端５５及びこれに連結された位置制御装置５及びＸ線回折測定装置１の位置及び姿勢を様々に変化させて固定することができる。これにより、Ｘ線回折測定装置１の位置及び姿勢を意図する位置及び姿勢にして固定することができる。
【0028】
コンピュータ装置９０のコントローラ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、入力装置９２からの指令の入力により、大容量記憶装置に記憶されたプログラムを実行してＸ線回折測定装置１の作動を制御するとともに、入力したデジタルデータを用いて演算を行い、残留応力等の特性値の算出を行う。また、コントローラ９１は、入力装置９２から入力した測定条件やＸ線回折測定システムの作動状況、及び演算の結果得られた残留応力や回折環のＸ線強度分布図等を表示装置９３に表示する。コンピュータ装置９０の構成及び機能は、特許文献１及び特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと同じである。
【0029】
ステージ移動装置６０は、ステージＳｔ、枠体６１、フィードモータ６２、スクリューロッド６３及び軸受部６４から構成されるＹ軸方向移動機構と、枠体６５、フィードモータ６６、スクリューロッド（図示せず）及び軸受部（図示せず）から構成されるＸ軸方向移動機構からなる。Ｙ軸方向移動機構においては、ステージＳｔは枠体６１に挟まれていてＸ軸方向にのみ移動が可能になっており、中央にＸ軸方向に雌ネジが切られた孔があって、雄ネジが切られているスクリューロッド６４と迎合している。そして、フィードモータ６２が正回転または逆回転するとスクリューロッド６３が正回転または逆回転し、ステージＳｔはＸ軸方向に移動する。また、Ｘ軸方向移動機構においては、Ｙ軸方向移動機構の枠体６５がステージＳｔと同様な機構になっており、フィードモータ６６が正回転または逆回転するとスクリューロッドが正回転または逆回転し、Ｙ軸方向移動機構はＸ軸方向に移動する。これにより、ステージＳｔ及びステージＳｔに載置された測定対象物ＯＢはＸ軸方向とＹ軸方向に移動する。
【0030】
図１及び図２に示すように、Ｘ線管１０は筐体５０内の上部にて図示左右方向に延設されて固定されている。この固定は、Ｘ線管１０の側面が、後述するテーブル駆動機構２０の板状プレート２６に形成された円柱側面の一部の形状になっている溝に嵌合することで、位置決めがされたうえで行われている。そして、Ｘ線管１０は、高電圧電源９５からの高電圧の供給を受けると、その側面に形成された円状の出射口１１からＸ線を図示下方向に出射する。図３に示すように、板状プレート２６において出射口１１と合わさる箇所には貫通孔２６ａが形成されており、出射口１１から出射したＸ線は貫通孔２６ａを通過して下方向に進む。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線管１０から一定強度のＸ線が出射するように、高電圧電源９５からＸ線管１０に供給される駆動電流及び駆動電圧を制御する。また、Ｘ線管１０は、図示しない冷却装置を備えていて、Ｘ線制御回路７１は、この冷却装置に供給される駆動信号も制御する。これらの構成は、特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと同じである。
【0031】
図２に示すように、テーブル駆動機構２０は、筐体５０に固定され、Ｘ線管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の紙面反対側には凸部があり、この凸部はテーブル駆動機構２０における板状プレート２６に固定されたブロック１９とブロック２９に固定された板状のガイド２５にある溝に嵌合している。これにより移動ステージ２１は板状のガイド２５にある溝の方向にのみ移動可能になっており、ブロック１９に固定されたフィードモータ２２、スクリューロッド２３及びブロック２９に固定された軸受部２４が回転することにより移動する。この移動方向は、Ｘ線管１０の中心軸方向であり、別の表現をすると出射Ｘ線の光軸に垂直で筺体５０の側面壁に平行な方向である。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が回転するとパルス列信号を、図１に示す位置検出回路７２及びフィードモータ制御回路７３へ出力する。これらの構成は、特許文献１及び特許文献２の変形例に示されているＸ線回折測定システムと同じである。
【0032】
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し、位置検出回路７２はエンコーダ２２ａからのパルス列信号をカウントすることで、移動限界位置を原点とした移動距離である移動位置をフィードモータ制御回路７３とコントローラ９１に出力する。また、フィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１から入力した移動位置が位置検出回路７２から入力する移動位置に等しくなるまで、フィードモータ２２に駆動信号を出力する。さらに、フィードモータ制御回路７３は、コントローラ９１から移動方向と移動速度が入力されると、エンコーダ２２ａからのパルス列信号から計算される移動速度が入力した移動速度になるよう駆動信号の強度を制御する。位置検出回路７２及びフィードモータ制御回路７３のこれらの機能により、コントローラ９１が指令を出力することで、移動ステージ２１及び移動ステージ２１と一体になっているスピンドルモータ２７、テーブル１６及びイメージングプレート１５等は、回折環撮像位置、回折環読取位置及び回折環消去位置に移動し、コントローラ９１が指定する移動方向に指定した移動速度で移動する。これらの機能は、特許文献１及び特許文献２の変形例に示されているＸ線回折測定システムと同じである。
【0033】
コントローラ９１の指令により移動ステージ２１が回折環撮像位置になっていると、図３に示すように、Ｘ線管１０の出射口１１から出射され板状プレート２６の貫通孔２６ａを通過したＸ線は、三角状ブロック４８の方向に進む。三角状ブロック４８は立方体を４５°の角度で切断した形状をしており、斜面から下面に向かって、別の表現をするとＸ線管１０から出射されるＸ線の光軸と中心軸が一致するように貫通孔４８ｂが形成されている。また、三角状ブロック４８は横面から中心軸が貫通孔４８ｂの中心軸と垂直になるように貫通孔４８ａが形成されており、三角状ブロック４８の斜面は貫通孔４８ｂと貫通孔４８ａが交差する孔が形成されている。三角状ブロック４８の２つの貫通孔４８ａ，４８ｂが交差する孔の箇所には正方形の薄いハーフミラー４９が嵌め込まれており、ハーフミラー４９は殆どのＸ線を透過し、殆どの可視光を反射する材質で形成されている。この材質は例えばポリイミドである。これにより、貫通孔２６ａを通過して三角状ブロック４８に入射したＸ線は、殆どがハーフミラー４９を透過し貫通孔４８ｂを通過して貫通孔２１ａに入射する。また、後述するように貫通孔４８ａには可視のレーザ光が入射するが、貫通孔４８ａに入射した可視のレーザ光はハーフミラー４９で殆どが反射し、Ｘ線と同様、貫通孔４８ｂを通過して貫通孔２１ａに入射する。貫通孔２１ａに入射したＸ線及びレーザ光は、移動ステージ２１に固定されたスピンドルモータ２７に形成された貫通孔２７ｂの先端に固定されている通路部材２８の貫通孔２８ａを通過する。スピンドルモータ２７の出力軸２７ａには貫通孔２７ａ１が形成されており、貫通孔２７ｂは貫通孔２７ａ１と中心軸が合ったうえでつながっている。このため、貫通孔２８ａを通過したＸ線及びレーザ光は、貫通孔２７ｂ、貫通孔２７ａ１を通過する。
【0034】
テーブル１６は円盤状であり、その中心軸に形成された貫通孔１６ａがスピンドルモータ２７の出力軸２７ａの貫通孔２７ａ１と位置が合うよう出力軸２７ａに固定されている。そして、テーブル１６は、中心軸周りに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の下面に貫通孔１５ａを突出部１７に嵌め込むようにイメージングプレート１５を取り付け、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はテーブル１６に固定される。突出部１７にも貫通孔２７ａ１、貫通孔１６ａと位置が合うよう貫通孔１７ａが形成されており、固定具１８には通路部材２８の貫通孔２８ａと同程度の径の貫通孔１８ａが形成されている。よって、貫通孔２７ｂ、貫通孔２７ａ１を通過したＸ線及びレーザ光は、貫通孔１６ａ、貫通孔１７ａ及び貫通孔１８ａを通過し、略平行なＸ線及びレーザ光となって、筐体５０の円形孔５０ｃ１から出射する。Ｘ線管１０から出射されたＸ線が貫通孔群を通過して出射する構造は、三角状ブロック４８とハーフミラー４９があることを除いて、特許文献１及び特許文献２に示されているＸ線回折測定装置と同じである。ただし、本実施形態ではＸ線と同時に可視のレーザ光を出射し、ハーフミラー４９でＸ線を通過させ、可視のレーザ光を反射させることで、出射Ｘ線と同じ光軸で同時に可視のレーザ光を出射させることができる。これにより、測定対象物ＯＢに照射された出射Ｘ線の照射点を可視光の照射点として認識することができる。また、測定対象物ＯＢにＸ線が照射されると回折Ｘ線が発生し、回折Ｘ線は円形孔５０ｃ１を通過してイメージングプレート１５で受光され、イメージングプレート１５には回折Ｘ線の強度が強くなる箇所に回折環が撮像される。
【0035】
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、パルス列信号を、図１に示すスピンドルモータ制御回路７４と回転角度検出回路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回転するごとにインデックス信号を、回転角度検出回路７５及びコントローラ９１に出力する。スピンドルモータ制御回路７４は、コントローラ９１から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。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したタイミングで回転角度を０にし、その後に入力するパルス列信号のパルス数から回転角度を計算してコントローラ９１に出力する。これにより、コントローラ９１の指令でテーブル１６は指定された回転速度で回転し、回転角度データがコントローラ９１に入力する。これらの機能は、特許文献１及び特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと同じである。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に撮像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り、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。そして、移動ステージ２１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。上述したように、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°のラインとが成す平面を基準平面という。基準平面は図２においてはＹＺ平面である。
【0036】
図１に示すように、レーザ検出装置３０はレーザ検出制御回路７７により制御され、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で発光した光の強度から、レーザ光照射位置における回折Ｘ線の強度を検出する。コントローラ９１の指令で移動ステージ２１が回折環読取位置になり、スピンドルモータ２７とフィードモータ２２が回転を開始したとき、レーザ検出制御回路７７にはコントローラ９１から指令が入力し、レーザ検出制御回路７７はレーザ検出装置３０に対し、レーザ光出射、出射レーザ光の強度制御、レーザ光照射点のイメージングプレート１５への合焦制御、及びイメージングプレート１５での発光強度のコントローラ９１への出力といった制御を行う。レーザ検出装置３０の構造は、特許文献１に示されているＸ線回折測定システムと同じであり、レーザ検出制御回路７７の機能は、特許文献１と同じである。なお、特許文献１に示されているＸ線回折測定システムでは、レーザ検出制御回路７７は、上述した制御ごとにいくつかの回路に分割されて示されている。コントローラ９１は、レーザ検出制御回路７７、スピンドルモータ制御回路７４及びフィードモータ制御回路７３に指令を出力した後、レーザ検出制御回路７７から入力する発光強度のデータを、位置検出回路７２と回転角度検出回路７５が出力するデジタルデータと同じタイミングで取り込む。これにより、コントローラ９１には撮像した回折環における回折Ｘ線の強度データが、移動距離データ及び回転角度データとともに蓄積される。これが回折環読取機能であり、この機能は特許文献１及び特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと同じである。
【0037】
また、レーザ検出装置３０にはＬＥＤ光源が設けられており、ＬＥＤ光源は図１に示す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。回折環読取りがされた後、コントローラ９１の指令によりテーブル１６が回転を継続したまま移動ステージ２１が所定位置に戻り移動を再開したとき、ＬＥＤ駆動回路８４にコントローラ９１から指令が入力し、ＬＥＤ駆動回路８４はＬＥＤ光源が所定の強度の可視光を出射する駆動信号を出力する。これが回折環消去機能であり、この機能も特許文献１及び特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと同じである。
【0038】
図３に示すように、移動ステージ２１は板状プレート２６と対向する面にレーザ出射器４０を取り付けている。この取り付けは、レーザ出射器４０の側面の一部を円柱側面の一部の形状になっている溝に嵌合させ、半円形状のベルト４７－１，４７－２の先端をボルトにより移動ステージ２１に締め込むことで行われており、レーザ出射器４０は、出射Ｘ線の光軸の垂直方向から可視のレーザ光を三角状ブロック４８に向けて出射する。レーザ出射器４０は円筒状の枠体４１、レーザ光源４２、円盤状ブロック４３、円筒状ブロック４４、コリメーティングレンズ４５及びレンズ枠４６から構成されており、レーザ光源４２から出射されたレーザ光をコリメーティングレンズ４５で平行にすることで、平行なレーザ光を出射する。レーザ光源４２は円筒状ブロック４４に固着され、円筒状ブロック４４が円筒状の枠体４１の内側に固着されることで、枠体４１の内側に取り付けられている。レーザ光源４２の近傍にある枠体４１の端部には、孔４３ａが形成された円盤状ブロック４３が固着され、円筒状ブロック４４を枠体４１の内側に固着する際、レーザ光源４２を押しつけることでレーザ光源４２の位置を定めることができるとともに、孔４３ａを介してレーザ光源４２へ配線することができるようになっている。コリメーティングレンズ４５はレンズ枠４６の孔４６ａに固定され、レンズ枠４６が枠体４１の内側に固定されることで、枠体４１のもう１方の端部に固定されている。レーザ光源４２には図１に示すレーザ駆動回路８５から設定された強度のレーザ光を出射するための駆動信号が入力するようになっており、レーザ駆動回路８５はコントローラ９１から作動指令があると、駆動信号を出力するようになっている。よって、コントローラ９１が作動指令をレーザ駆動回路８５とＸ線制御回路７１に出力すると、Ｘ線回折測定装置１の円形孔５０ｃ１から、出射Ｘ線と可視のレーザ光が同じ光軸で出射する。
【0039】
図１及び図２に示すように、筐体５０の底面傾斜壁５０ｈにはカメラＣＡが取り付けられている。カメラＣＡは結像レンズ３８を取り付けた鏡筒と撮像器３９とから構成され、撮像器３９は結像レンズ３８により画像が形成される箇所に設けられている。撮像器３９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８８に出力する。カメラＣＡは、イメージングプレート１５に対して基準位置にある可視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に対して基準位置とは、照射点－撮像面間距離が、基準値となる位置である。この場合の結像レンズ３８及び撮像器３９による被写界深度は、該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８８は、撮像器３９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、又は各撮像素子の位置の順にコントローラ９１とずれ量検出回路５６に出力する。コントローラ９１は入力した信号強度データを用いて、表示装置９３に撮影画像を表示するとともに、照射点－撮像面間距離の基準値に対応する可視光の照射点の位置を判別できる十字マークを撮影画像とは独立して表示する。このカメラ機能は、特許文献１及び特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと同じである。
【0040】
位置制御装置５は上述した機構部分の他に、ずれ量検出回路５６、駆動信号生成回路５７、モータ駆動回路５８及び移動位置検出回路５９を備える。ずれ量検出回路５６はコントローラ９１から可視光の照射点の撮影画像における設定位置が入力するとその値を記憶する。そして、コントローラ９１から作動指令が入力すると、設定された時間間隔ごとにセンサ信号取出回路８８が出力する信号強度データを取込み、取込んだデータから撮影画像における可視光の照射点の位置を求め、得られた照射点の位置の設定位置からのずれを計算して駆動信号生成回路５７とコントローラ９１に出力する。コントローラ９１には照射点－撮像面間距離と撮影画像における可視光の照射点の位置の関係テーブルが記憶されており、コントローラ９１は入力装置９２から照射点－撮像面間距離の設定値が入力すると、該関係テーブルに入力した照射点－撮像面間距離の設定値を当てはめて、撮影画像における可視光の照射点の設定位置を求め、ずれ量検出回路５６に出力する。図４に示すように、照射点－撮像面間距離が１方向に変化すると、可視光の照射点が撮像器３９上で結像する位置は１方向に変化するため、照射点－撮像面間距離と撮影画像における可視光の照射点の位置には１対１の関係がある。コントローラ９１にはこの関係が関係テーブルとして記憶されている。
【0041】
駆動信号生成回路５７は、ずれ量とずれ量をなくすためのモータ５２の回転方向と回転速度に対応する駆動信号強度との関係テーブルが記憶されており、コントローラ９１から作動指令が入力し、ずれ量検出回路５６からずれ量のデータが入力すると、該ずれ量を記憶している該関係テーブルに当てはめて駆動信号強度を求め、該強度の駆動信号を出力する。ずれ量検出回路５６からのデータは設定された時間間隔で入力するため、駆動信号生成回路５７が出力する駆動信号は、同じ時間間隔で強度が変化する。よって、駆動信号生成回路５７はアナログ信号の駆動信号を出力する。モータ駆動回路５８は、コントローラ９１から位置制御の指令が入力すると、駆動信号生成回路５７から入力する駆動信号を増幅した駆動信号をモータ５２に出力する。これにより、Ｘ線回折測定装置１に対するＸ線照射点の箇所の位置がＺ軸方向に変化しても、撮影画像における可視光の照射点の位置が、照射点－撮像面間距離の設定値に対応する位置（設定位置）になるよう、Ｘ線回折測定装置１は出射Ｘ線の光軸方向に位置が変化し、照射点－撮像面間距離は常に設定値になる。
【0042】
また、モータ駆動回路５８はコントローラ９１から移動位置のデータが入力されると、後述する移動位置検出回路５９が出力する移動位置のデータが、コントローラ９１から入力した移動位置になるまでモータ５２に駆動信号を出力する。これにより、Ｘ線回折測定装置１の出射Ｘ線の光軸方向位置は、コントローラ９１が指令した移動位置になる。また、モータ駆動回路５８はコントローラ９１から移動方向と移動速度が入力されると、モータ５２のエンコーダ５２ａ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が入力した移動速度に相当するパルス数になるよう、モータ５２に移動方向に対応する回転方向の駆動信号を出力する。これにより、Ｘ線回折測定装置１は、コントローラ９１から指令された方向に指令された速度で移動する。
【0043】
位置検出回路７２は、コントローラ９１からの指令により作動開始し、モータ５２のエンコーダ５２ａから入力するパルス列信号のパルス数をカウントし、モータ５２の回転方向に応じてカウント値を積算又は減算することで、移動限界位置を原点とした移動距離である移動位置を計算し、移動位置データをモータ駆動回路５８および後述する異常検出回路９７に出力する。位置検出回路７２は、Ｘ線回折測定システムに電源が投入された時点でモータ駆動回路５８とともに、コントローラ９１から原点移動の指令が入力され、移動限界位置を原点とする設定がされる。それは、モータ駆動回路５８からの駆動信号により位置制御装置５の移動ステージ（Ｘ線回折測定装置１）がモータ５２の方向に移動し、移動限界位置に達してモータ５２のエンコーダ５２ａから入力するパルス列信号が入力しなくなった時点で、パルス数の積算カウント値をリセットし、モータ駆動回路５８に停止指令を出力することで行われる。
【0044】
異常検出回路９７は、プログラムがインストールされたマイクロコンピュータと位置検出回路７２からの移動位置データを記憶するメモリを備え、コントローラ９１から作動の指令が入力すると、マイクロコンピュータは図５に示すフローのプログラムをスタートさせる。異常検出回路９７は、平面揺動を行うＸ線回折測定の際、Ｘ線がＺ軸方向に許容値以上に大きな凹凸の箇所に照射されたとき、Ｘ線照射を停止し、Ｘ線回折測定装置１の位置制御を停止するための回路である。以下、図５に示すフローに従って説明する。コントローラ９１から作動の指令が入力すると、ステップＳ１にてプログラムがスタートし、ステップＳ１にて位置データの記憶回数であり記憶番号であるｎを１にし、メモリへの繰り返しの記憶回数であるｍを１にする。次に、ステップＳ３のＮｏ判定とステップＳ４のＮｏ判定を繰り返すことで位置検出回路７２からのデータの入力を待ち、位置検出回路７２からデータが入力するとステップＳ３にてＹｅｓと判定してステップＳ５へ行き、ステップＳ５にて入力したデータをメモリに記憶する。次にステップＳ６にて、記憶したデータ数が予め設定した数であるａに達したか判定し、スタートした時点では達していないためＮｏと判定して、ステップＳ７にてｎをインクリメントして、ステップＳ４に戻る。これ以降、記憶したデータ数がａに達するまで、上述したステップＳ３～ステップＳ７が繰り返され、記憶したデータ数がａに達すると、ステップＳ６にてＹＥＳと判定されてステップＳ８に行く。次にステップＳ８にて、ｎ＝１のデータからｎ＝ａ－１のデータの平均値ＡｖｅＤが計算され、ステップＳ９にて最後に記憶したデータであるｎ＝ａのデータと平均値ＡｖｅＤとの差が許容値内であるか判定され、許容値以内であるとＹｅｓと判定されてステップＳ１０に行く。ステップＳ１０にて記憶したデータ数が上限値であるＰｅに達したか判定され、ｎ＝ａではまだ達していないためＮｏと判定されて、ステップＳ７に戻り、ｎがインクリメントされてステップＳ４に戻る。
【0045】
ステップＳ４に戻ると、ステップＳ３のＮｏ判定とステップＳ４のＮｏ判定を繰り返すことで位置検出回路７２からのデータの入力を待ち、位置検出回路７２からデータが入力するとステップＳ５でデータを記憶し、ｎはａを超えているためステップＳ６にてＹｅｓと判定されてステップＳ８に行く。そして、ステップＳ８にて、ｎ＝２のデータからｎ＝ａのデータの平均値ＡｖｅＤが計算され、ステップＳ９にて最後に記憶したデータであるｎ＝ａ＋１のデータと平均値ＡｖｅＤとの差が許容値内であるか判定され、許容値以内であるとＹｅｓと判定されてステップＳ１０に行き、上述したフローと同様にｎがインクリメントされてステップＳ４に戻る。このようにしてステップＳ４～ステップＳ１０が繰り返され、位置検出回路７２からデータが入力するごとに、最後に記憶したデータＤ（ｎ）とそれ以前に記憶した（ａ－１）個のデータであるＤ（ｎ－ａ＋１）～Ｄ（ｎ－１）のデータの平均値ＡｖｅＤが計算され、平均値ＡｖｅＤとデータＤ（ｎ）との差が許容値内であるか判定される。Ｘ線回折測定装置１の位置制御が行われているときに、出射Ｘ線（レーザ光）がＺ軸方向に大きな凹凸がある箇所に照射されると、Ｘ線回折測定装置１の位置は大きく変化するため、位置検出回路７２から入力するデータはそれまでのデータのレベルから大きく変わる。このとき、平均値ＡｖｅＤとデータＤ（ｎ）との差は許容値を超えるためステップＳ９にてＹｅｓと判定され、ステップＳ１３にて位置制御停止の指令がモータ駆動回路５８とコントローラ９１に出力される。
【0046】
モータ駆動回路５８は位置制御停止の指令が入力すると、モータ５２へ出力している駆動信号の出力を停止する。また、コントローラ９１は位置制御停止の指令が入力すると、Ｘ線制御回路７１、レーザ駆動回路８５、センサ信号取出回路８８、ずれ量検出回路５６、駆動信号生成回路５７及び、後述するフィードモータ制御回路６７，６９に停止指令を出力する。さらに、コントローラ９１はＸ線回折測定装置１の各回路に指令を出力することで、レーザ検出装置３０内にあるＬＥＤ光源からのＬＥＤ光照射と、イメージングプレート１５の回転及び半径方向への移動を行うことで、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。そして、フィードモータ制御回路６７，６９に測定開始位置を出力し、表示装置９３に平面揺動のラインが不適切である表示をする。これにより、Ｘ線回折測定装置１の位置制御、Ｘ線回折測定装置１からのＸ線照射とレーザ光照射及び測定対象物ＯＢの平面揺動が停止し、撮像された回折環は消去され、ステージＳｔは測定開始位置に戻り、操作者は平面揺動のラインが不適切であるため測定が中止したことを理解する。
【0047】
コントローラ９１が上述した作動を行うのと同時に、異常検出回路９７はステップＳ１４にてモータ駆動回路５８にＤ（ｎ－ａ＋１）～Ｄ（ｎ－１）のデータの平均値ＡｖｅＤを出力する。これにより、モータ駆動回路５８は位置検出回路７２から入力する移動位置データが平均値ＡｖｅＤに等しくなるまでモータ５２に駆動信号を出力する。これにより、Ｘ線回折測定装置１の出射Ｘ線の光軸方向位置は、大きな凹凸にＸ線が照射される前の位置に戻り、平面揺動を行うＸ線回折測定が開始された時点とほぼ同じ状態になる。よって、次に大きな凹凸を避けるようにＸ線回折測定を行う場合は、後述するフィードモータ制御回路６７及びフィードモータ制御回路６９に指令を出力して、測定開始位置を変化させるのみでよくなる。なお、大きな凹凸へＸ線が照射された場合以外でも、例えばＸ線照射点が測定対象物ＯＢの表面から外れた場合のように、Ｘ線回折測定装置１の移動位置が大きく変化することが起これば、上述した制御と同様の制御がされる。
【0048】
ステップＳ１４の後、異常検出回路９７は、ステップＳ１５にて記憶領域に記憶されているデータをすべてクリアしてなくし、ステップＳ１６にてプログラムの作動を終了する。そして、次にコントローラ９１から作動の指令が入力すると、上述した作動と同様の作動がされる。なお、異常検出回路９７にあるメモリへのデータ記憶数はＰｅ個に限定されており、データの記憶がＰｅ個を超えたときは、最初の記憶領域から既にあるデータと入れ替えるようにデータが記憶される。これを行っているのがステップＳ１０～ステップＳ１２の処理である。ステップＳ１０にて記憶されているデータ数がＰｅ個を超えるとＹｅｓと判定され、ステップＳ１１にてｍをインクリメントし、ステップＳ１２にてデータ記憶領域が最初に戻る。これにより、Ｄ（１）、Ｄ（２）、Ｄ（３）・・・のデータは廃棄されていき、代わりにＤ（Ｐｅ＋１）、Ｄ（Ｐｅ＋２）、Ｄ（Ｐｅ＋３）・・・のデータが記憶されていく。ｍはインクリメントされて２になっているので、次にステップＳ１０にてＹｅｓと判定されるのは、データ番号が２Ｐｅになったときであり、この後、データ記憶領域が最初に戻り、Ｄ（２Ｐｅ＋１）、Ｄ（２Ｐｅ＋２）、Ｄ（２Ｐｅ＋３）・・・のデータが記憶されていく。このようにして、データ記憶回数がＰｅの整数倍を超えるごとにデータ記憶領域が最初に戻るので、異常検出回路９７にあるメモリへのデータ記憶数は容量を超えることはない。
【0049】
異常検出回路９７は、ステップＳ９にてＹｅｓと判定しない限り、ｎ及びｍがインクリメントされてステップ４に戻り、ステップＳ３～ステップＳ１２が繰り返し実行されるので、Ｘ線回折測定装置１の移動位置が大きく変動しなければ作動は終了しない。しかし、コントローラ９１がＸ線照射による回折環撮像を終了するとき、コントローラ９１から停止指令が入力するので、ステップ４にてＹｅｓと判定してステップＳ１５へ行き、記憶領域に記憶されているデータをすべてクリアし、ステップＳ１６にてプログラムの作動を終了する。
【0050】
異常検出回路９７が位置制御停止の指令を出力してＸ線回折測定が終了しなければ、コントローラ９１にはイメージングプレート１５に撮像された回折環の読取りデータが記憶され、演算処理により残留応力等の特性値が計算されるが、コントローラ９１はその際、位置制御の精度の度合を評価する数値も計算する。上述したように、ずれ量検出回路５６は、コントローラ９１にもずれ量のデータを出力し、コントローラ９１は入力したずれ量のデータをメモリに記憶していくが、位置制御の精度の度合を表す数値は、この記憶したずれ量のデータを用いる。位置制御の精度の度合を評価する数値の計算を視覚的に示したものが図６である。平面揺動によりＸ線照射点が移動し、照射点－撮像面間距離が設定値になるようＸ線回折測定装置１の位置制御がされると、ドットで示すずれ量は０のラインからプラス側とマイナス側に変動するが、この変動の度合いが位置制御の精度の度合いである。この変動の度合を表す数値の１つは標準偏差σであり、コントローラ９１はすべてのずれ量のデータから標準偏差σを計算する。そして、異常検出回路９７が位置制御停止の指令を出力するほどではないがＸ線照射点のライン上に大きめの凹凸があると、その地点ではずれ量が大きくなるが、その箇所が数箇所であると標準偏差σの値にはその部分のずれ量が大きく影響されない。よって、コントローラ９１は、変動の度合を表す数値のもう１つとして、（最大値－最小値）を計算する。なお、変動の度合を表す２つの数値とＡ、Ｂ、Ｃ・・・といった精度レベルを表す記号を対応させたテーブルを記憶しておき、２つの変動の度合を表す数値を精度レベルを表す記号に変換してもよい。
【0051】
ステージ移動装置６０は上述した機構部分の他、フィードモータ制御回路６７，６９及び位置検出回路６８，７０を備え、コントローラ９１からこれらの回路に指令が入力することで、ステージＳｔはＸ軸方向とＹ軸方向に移動する。フィードモータ制御回路６７，６９及び位置検出回路６８，７０の作動様式は位置制御装置５のモータ駆動回路５８、移動位置検出回路５９と同じであり、コントローラ９１から入力した移動位置への移動と、コントローラ９１から入力した移動方向への入力された速度での移動が行われる。また、Ｘ線回折測定システムの電源投入時にコントローラ９１からの原点移動の指令が入力し、フィードモータ６２，６６の方向における移動限界位置まで移動が行われて原点が設定される。位置検出回路６８，７０が出力するデータはコントローラ９１へも出力され、コントローラ９１は、移動位置検出回路５９及びずれ量検出回路５６からのデータと共に記憶し演算処理することで、平面揺動のラインにおける測定対象物ＯＢの表面プロファイルを計算することもできる。
【0052】
以下に、上記のように構成したＸ線回折測定装置１を含むＸ線回折測定システムを用いて、測定対象物ＯＢを平面揺動させてＸ線回折測定する方法を説明する。まず、操作者は電源を投入してＸ線回折測定システムを作動させ、測定対象物ＯＢをステージ移動装置６０にセットし位置及び姿勢調整の指令を入力する。これにより可視のレーザ光が測定対象物ＯＢに照射され、表示装置９３に撮影画像と十字マークが表示されるので、操作者は撮影画像を見ながらアーム式移動装置を移動させ、入力装置９２からの入力により位置制御装置５の移動ステージを移動させて、測定対象物ＯＢに対するＸ線回折測定装置１の位置と姿勢を調整し、撮影画像と共に表示される十字マークのクロス点に、可視光の照射点と可視光が測定対象物ＯＢで反射して結像レンズ３８で集光し撮像器３９で受光された点である受光点が合致するようにする。これにより、測定対象物ＯＢに対するＸ線回折測定装置１の位置と姿勢は、照射点－撮像面間距離とＸ線入射角が基準値となる位置になる。この調整方法は特許文献１に記載されているＸ線回折測定システムと同じである。次に操作者は、入力装置９２から照射点－撮像面間距離の設定値を入力する。これにより、コントローラ９１はその時点で移動位置検出回路５９から入力されている移動位置に、照射点－撮像面間距離の設定値と基準値と差分を加算又は減算した移動位置を計算し、モータ制御回路５８に出力する。これにより、Ｘ線回折測定装置１は出射Ｘ線の光軸方向に移動し、照射点－撮像面間距離は設定値になる。
【0053】
次に、操作者は入力装置９２からＸＹ方向位置又はＸ軸方向における移動方向或いはＹ軸方向における移動方向を入力することで、ステージＳｔをＸ線照射点（可視光の照射点）が意図する位置になるようにする。次に、操作者は入力装置９２から平面揺動の方向及び平面揺動の速度を入力し、測定開始の指令を入力する。これにより、コントローラ９１は位置検出回路６８，７０が出力する移動位置（測定開始位置）を記憶した上で、Ｘ線回折測定装置１、位置制御装置５及びステージ移動装置６０の各回路に指令を出力する。これにより、Ｘ線回折測定装置１からレーザ光を照射したままＸ線が照射され、入力装置９２から入力された方向に入力された速度で平面揺動が開始され、イメージングプレート１５には回折環が撮像されていく。その最中、位置制御装置５の各回路が作動し、Ｘ線回折測定装置１が出射Ｘ線の光軸方向に移動位置を変化させることで、照射点－撮像面間距離は常に設定値にされる。また、ずれ量検出回路５６と移動位置検出回路５９が出力するデータがコントローラ９１に入力して記憶されていくと共に、異常検出回路９７が、許容値以上にＸ線回折測定装置１の移動位置が変化しないか監視し、許容値以上に変化したときは、上述したようにコントローラ９１の指令によりＸ線回折測定が中止される。コントローラ９１は異常検出回路９７から位置制御停止の指令が入力せず、設定した時間が経過すると、Ｘ線回折測定装置１、位置制御装置５及びステージ移動装置６０の各回路に指令を出力し、Ｘ線回折測定装置１からのＸ線とレーザ光の照射を停止し、位置制御装置５の作動とステージ移動装置６０の作動が停止する。
【0054】
この後、コントローラ９１はＸ線回折測定装置１の各回路に指令を出力することで、イメージングプレート１５に撮像された回折環が読取られ、回折環におけるＸ線強度分布に相当するデータがコントローラ９１に入力するが、このときのＸ線回折測定装置１とコントローラ９１の作動は特許文献１及び特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと同じである。また、その後にコントローラ９１はＸ線回折測定装置１の各回路に指令を出力することで、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が、このときの作動も特許文献１及び特許文献２に示されているＸ線回折測定システムと同じである。その後、コントローラ９１は得られた回折環のＸ線強度分布データから残留応力等の特性値を計算して、その計算結果、照射点－撮像面間距離やＸ線入射角等の測定条件、及び回折環のそれぞれの箇所における回折Ｘ線強度に基づくマップ等を表示装置９３に表示する。また、上述したようにＸ線回折測定装置１の位置制御の精度を表す値として、ずれ量の標準偏差σ及び（最大値－最小値）と、それらと共に或いはそれらに替えて、位置制御の精度を表す記号を表示する。さらに、位置検出回路６８又は位置検出回路７０、移動位置検出回路５９及びずれ量検出回路５６から入力して記憶したデータを演算処理させることで、平面揺動のラインにおける測定対象物ＯＢの表面プロファイルを計算して表示してもよい。操作者は、表示装置９３に表示された値及びマップを見て、Ｘ線回折測定装置１の位置制御の精度が悪いと判断したときは、平面揺動のラインを変更して再度測定を行う。また、異常検出回路９７が位置制御停止の指令を出力してＸ線回折測定が途中で中止されたときも同様である。
【0055】
上記説明からも理解できるように、上記実施形態においては、対象とする測定対象物ＯＢに向けてＸ線を出射するＸ線管１０及び貫通孔２６ａ，４８ｂ，２７ｂ，２７ａ１，１８ａ等からなるＸ線出射手段と、Ｘ線出射手段により測定対象物ＯＢに向けてＸ線が照射された際、測定対象物ＯＢにて発生した回折Ｘ線を、Ｘ線出射手段により出射されるＸ線の光軸に対して垂直に交差するイメージングプレート１５にて受光し、メージングプレート１５に回折Ｘ線の像である回折環を撮像する回折環撮像手段と、Ｘ線出射手段と回折環撮像手段とを内部に配置した筐体５０とを備えたＸ線回折測定装置１、及び測定対象物ＯＢをＸ線回折測定装置１に対して相対的に測定対象物ＯＢの表面に略平行な方向に移動させるステージ移動装置６０からなるＸ線回折測定システムにおいて、測定対象物ＯＢに向けて出射されるＸ線である出射Ｘ線の光軸と等しい光軸の平行な可視のレーザ光を出射するレーザ出射器４０であって、出射Ｘ線の光路上に出射Ｘ線を通過させ、可視光を反射させるハーフミラー４９を備えるレーザ出射器４０と、筐体５０を、出射Ｘ線の光軸方向に移動させる位置制御装置５と、レーザ出射器４０が可視のレーザ光を照射したときに生じる可視光の照射点を含む領域の画像を結像する結像レンズ３８、及び結像レンズ３８により画像が結像する箇所に配置され、結像した画像を表す撮像信号を出力する撮像器３９を備えるカメラＣＡと、カメラＣＡの撮像器３９が出力する撮像信号から撮影画像を作成するセンサ信号取出回路８８及びずれ量検出回路５６からなる画像作成手段と、出射Ｘ線により測定対象物ＯＢに形成されるＸ線照射点からイメージングプレート１５までの距離である照射点－撮像面間距離を設定する入力装置９２及びコントローラ９１からなる距離設定手段と、ステージ移動装置６０により測定対象物ＯＢを移動させ、Ｘ線出射手段によるＸ線の出射とレーザ出射器４０による可視光の出射を行っているとき、画像作成手段により作成される撮影画像における可視光の照射点の位置が、距離設定手段で設定された照射点－撮像面間距離に対応する位置になるよう、位置制御装置５を作動させて筐体５０の移動位置を制御するずれ量検出回路５６、駆動信号生成回路５７及びモータ駆動回路５８からなる筐体移動位置制御手段とを備えている。
【0056】
これによれば、Ｘ線出射手段により測定対象物ＯＢに向けてＸ線が照射されているときに、レーザ出射器４０により、同じ光軸の平行な可視のレーザ光を照射することができ、照射点－撮像面間距離を任意の値にしても、Ｘ線の照射点を可視光の照射点として認識することができる。そして、可視光の照射点をカメラＣＡにより撮影し、画像作成手段によりカメラＣＡの撮影画像を作成すると、撮影画像における可視光の照射点は、照射点－撮像面間距離により異なった位置になる。よって、ステージ移動装置６０により測定対象物ＯＢを移動させ、Ｘ線出射手段により測定対象物ＯＢに向けてＸ線を照射し、回折環撮像手段によりイメージングプレート１５に回折環を撮像する際（すなわち、平面揺動を行いながら回折環を撮像する際）、レーザ出射器４０により可視のレーザ光を照射し、筐体移動位置制御手段が、画像作成手段により作成される撮影画像における可視光の照射点の位置が、距離設定手段で設定された照射点－撮像面間距離に対応する位置になるよう、位置制御装置５を作動させてＸ線回折測定装置１の筐体５０の移動位置を制御すれば、測定対象物ＯＢの表面に凹凸があっても、照射点－撮像面間距離を設定した距離にすることができる。そして、そのときの照射点－撮像面間距離は距離設定手段で設定された任意の値にすることができる。
【0057】
また、上記実施形態においては、筐体移動位置制御手段が作動している間、距離設定手段が設定した照射点－撮像面間距離に対応する可視光の照射点の位置に対する、画像作成手段により作成される撮影画像における可視光の照射点の位置のずれを予め設定した時間間隔で検出して記憶し、記憶したずれを用いて、筐体移動位置制御手段による制御の精度を評価するコントローラ９１の演算プログラムを備えている。
【0058】
これによれば、照射点－撮像面間距離を設定値にする制御がどの程度の精度で行えたかを判断することができ、精度が悪ければ、平面揺動を行うラインを変更して再度測定を行うといった対応をすることができる。
【0059】
また、上記実施形態においては、位置制御装置５による筐体５０の移動位置を検出して順に記憶することを予め設定した時間間隔で行い、記憶量が予め設定した量に達すると、記憶の順が先のものを消去して記憶し直すことを繰り返し行う移動位置検出回路５９及び異常検出回路９７のメモリと、異常検出回路９７のメモリに新たに記憶した筐体５０の移動位置の、それまでに記憶した所定数の筐体５０の移動位置からの変化量が予め設定した許容値を超えたとき、Ｘ線管１０によるＸ線の出射を停止するとともに筐体移動位置制御手段による制御を停止し、実際の筐体５０の位置がそれまでに記憶した所定数の筐体５０の移動位置の水準になるよう、位置制御装置５を作動させる異常検出回路９７内のマイクロコンピュータ及びコントローラ９１にインストールされているプログラムとを備えている。
【0060】
これによれば、平面揺動を行うライン上に大きな凹凸がある場合、その箇所にＸ線が照射されると、Ｘ線の照射と筐体移動位置制御手段による制御を停止して、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０の移動位置を凹凸の箇所にＸ線が照射される前に戻すので、大きな凹凸がある箇所にＸ線をほとんど照射せず、Ｘ線回折測定装置１の筐体５０の位置を大きく変化しないようにすることができる。そして、Ｘ線回折測定を中止してステージＳｔを測定が開始される位置に戻し、表示装置９３に平面揺動を行うラインが不適切である指示を表示すれば、最後まで測定を行った後、再度測定を行うよりも時間を節約することができる。また、これによれば、平面揺動の際、Ｘ線照射点が測定対象物ＯＢから外れた場合、Ｘ線回折測定を中止することもできる。
【0061】
（第２実施形態）
本発明の第２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は、第１実施形態のＸ線回折測定装置１を図７に示すＸ線回折測定装置１’に替えたものである。このＸ線回折測定システムは、平面揺動におけるＸ線回折測定装置１’の位置制御の際、照射点－撮像面間距離がどのような設定値であっても、撮影画像における可視光の照射点が撮影画像の中心に生じるようにした点を特徴とする。すなわち、図４に示す撮影画像における可視光の照射点が、照射点－撮像面間距離がどのような設定値であっても、「１」の位置に生じるようにした点を特徴とする。
本発明の第２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は、第１実施形態のＸ線回折測定装置１を図７に示すＸ線回折測定装置１’に替えたものである。このＸ線回折測定システムは、平面揺動におけるＸ線回折測定装置１’の位置制御の際、照射点－撮像面間距離がどのような設定値であっても、撮影画像における可視光の照射点が撮影画像の中心に生じるようにした点を特徴とする。すなわち、図４に示す撮影画像における可視光の照射点が、照射点－撮像面間距離がどのような設定値であっても、「１」の位置に生じるようにした点を特徴とする。
【0062】
図７に示すＸ線回折測定装置１’は、特許文献２に示されるＸ線回折測定装置の可視光出射機構を第１実施形態に係るＸ線回折測定装置１のレーザ出射器４０に変更したものであり、図７に示すＸ線回折測定装置１’の各部分に付された番号は、レーザ出射器４０を除いて特許文献２に示されるＸ線回折測定装置の図と同じにされている。また、第２実施形態におけるＸ線回折測定システムにおける、Ｘ線回折測定装置１’、位置制御装置５及びステージ移動装置６０内の各種回路および該回路の作動様式は、第１実施形態と同じであり、コントローラ９１の制御プログラムに異なる点がある。よって、第２実施形態のＸ線回折測定システムは、第１実施形態のシステムと異なる点のみを説明する。
【0063】
Ｘ線回折測定装置１’はＸ線回折測定装置１のテーブル駆動機構２０に替えて、カメラＣＡ及びレーザ検出装置３０をイメージングプレート１５に平行な方向に移動する移動機構１００を備えており、イメージングプレート１５に撮像された回折環を読取る際、レーザ検出装置３０がイメージングプレート１５の半径方向に移動する。スピンドルモータ２７を固定するモータ固定ブロック１１１は、板状プレート２６に固定されたブロック１１０とブロック１１２に固定されているため、イメージングプレート１５はＸ線回折測定装置１’の筐体５０に対して回転のみがされる。よって、回折環の読取りの際、スピンドルモータ２７の回転とレーザ検出装置３０の移動とが行われる。カメラＣＡとレーザ検出装置３０は固定ブロック１０７に固定されて一体になっているため、カメラＣＡもレーザ検出装置３０と同じ方向に移動し、結像レンズ３８の光軸が出射Ｘ線の光軸と交差する点を変化させることができる。また、底面傾斜壁５０ｈは長尺方向が側面壁に平行な長方形状の長尺孔５０ｈ１があり、カメラＣＡは長尺孔５０ｈ１を介してＸ線照射点付近を撮影する。
【0064】
コントローラ９１には、照射点－撮像面間距離と固定ブロック１０７（カメラＣＡ）の移動位置との関係が記憶されており、入力装置９２から照射点－撮像面間距離の設定値が入力されると、コントローラ９１はフィードモータ制御回路７３に入力された照射点－撮像面間距離に対応する、固定ブロック１０７（カメラＣＡ）の移動位置を出力する。照射点－撮像面間距離と結像レンズ３８の光軸が出射Ｘ線の光軸と交差する点との関係は、照射点－撮像面間距離に対応する照射点を結像レンズ３８の光軸が通るようになる固定ブロック１０７（カメラＣＡ）の移動位置である。これにより、照射点－撮像面間距離がどのような設定値であっても、撮影画像における可視光の照射点は撮影画像の中心に生じるようになる。そして、撮影画像の中心は結像レンズ３８の収差による影響が最も小さい撮影画像が得られるので、可視光の照射点が撮影画像の中心であると、Ｘ線回折測定装置１’の位置制御を精度よく行うことができる。
【0065】
図８は、設定された照射点－撮像面間距離に対するカメラＣＡの移動位置とそのときの撮影画像を示した図であり、照射点－撮像面間距離が小さい場合でも大きい場合でも、カメラＣＡは結像レンズ３８の光軸がＸ線照射点（可視光の照射点）を通るようになり、可視光の照射点Ｐは結像レンズ３８の光軸が撮像器３９と交差した箇所に撮像され、撮影画像の中心に生じるようになる。また、照射点Ｐとともに、可視のレーザ光が測定対象物ＯＢで反射し結像レンズ３８で集光し撮像器３９で受光された点である受光点Ｒも撮影画像の同じ位置に生じるようになる。これは、第１実施形態で説明したように、照射点－撮像面間距離の設定値を入力する前に行うＸ線回折測定装置１’の位置と姿勢の調整において、照射点－撮像面間距離が基準値であるとき、照射点Ｐと受光点Ｒが撮影画像の中心に生じるように調整がされるが、このときのＸ線入射角と結像レンズ３８の光軸の入射角は等しく、これらの入射角は照射点－撮像面間距離を変化させても変化しないためである。
【0066】
図８に示すように照射点Ｐと受光点Ｒには大きさに違いがあるが、この違いは、照射点で発生した散乱光が結像レンズ３８に入射して撮像器３９で結像した場合と、照射点からの反射光が結像レンズ３８に入射して撮像器３９の手前で集光した後、やや拡散して受光した場合の違いである。よって、ずれ量検出回路５６に照射点－撮像面間距離ごとの照射点Ｐと受光点Ｒの大きさを記憶しておき、入力装置９２から照射点－撮像面間距離の設定値が入力されたとき、コントローラ９１から該設定値がずれ量検出回路５６に入力するようすれば、ずれ量検出回路５６は撮影画像の中心点付近にある所定の大きさの明度の高い部分を照射点Ｐと認識して検出することができる。なお、照射点Ｐと受光点Ｒの大きさの違いが小さいときは、レーザ出射器４０の制作の段階にて、出射されるレーザ光を平行から微妙に拡散又は収束させて、照射点Ｐと受光点Ｒの大きさに明らかな違いが生じるようにすればよい。
【0067】
また、図８に示すように照射点－撮像面間距離が小さい場合は、固定ブロック１０７の先端がイメージングプレート１５の中心に近い位置になり、固定ブロック１０７はイメージングプレート１５に回折Ｘ線が受光されることを妨害するため、イメージングプレート１５に撮像される回折環の一部が欠けることになる。しかし、レーザ検出装置３０及び固定ブロック１０７の図８のＸ軸方向の幅を小さくすれば、この欠けは少しであるため、測定結果として得られる残留応力等の測定精度には殆ど影響しない。
【0068】
本実施形態におけるコントローラ９１は、Ｘ線回折測定装置１’とステージ移動装置６０の各回路に指令を出力して平面揺動を行いながらのＸ線照射を開始させた後、Ｘ線制御回路７１に停止と作動の指令を出力すると共に、Ｘ線制御回路７１が作動している（Ｘ線が照射されている）ときのみ時間を計測する。具体的にはコントローラ９１は、センサ信号取出回路８８が出力する撮像データから、撮影画像を作成して表示装置９３に表示すると共に、撮影画像上の受光点の位置を検出し、受光点の位置が予め設定された範囲外になると、停止の指令を出力し、範囲外から範囲内になると作動の指令を出力する。視覚的に示すと、図９に示すように、撮影画像の中心から所定半径の円である許容限界ＬＭがあり、受光点Ｒが許容限界ＬＭ内にあるときは、Ｘ線制御回路７１を作動させ、許容限界ＬＭを外れているときはＸ線制御回路７１を停止させる。そして、Ｘ線制御回路７１が作動しているときの時間が予め設定された時間に到達すると、Ｘ線回折測定装置１’とステージ移動装置６０の各回路に指令を出力して平面揺動と回折環撮像を停止する。なお、位置検出回路６８，７０から入力する位置データから平面揺動を行った距離を算出し、算出した距離が予め設定した距離を超えたときは、異常検出回路９７から位置制御停止の指令が入力したときと同様の作動を行い、Ｘ線回折測定を中止してステージＳｔを平面揺動を開始した位置に戻し、表示装置９３に平面揺動のラインが不適切である表示をする。これは測定対象物ＯＢの表面の凹凸が大きいため、受光点Ｒが許容限界ＬＭ内にある時間（Ｘ線が照射される時間）が短いことを意味する。
【0069】
このように構成した第２実施形態におけるＸ線回折測定システムを用いて、測定対象物ＯＢを平面揺動させてＸ線回折測定するときの方法及び該システムの作動様式は、可視光の照射点が撮影画像の中心に生じるようカメラＣＡの移動位置が変化する点、及び回折環の読取りにおいてレーザ検出装置３０がイメージングプレート１５の半径方向に移動する点を除いて、第１実施形態の場合と同じである。
【0070】
上記説明からも理解できるように、上記第２実施形態においては、カメラＣＡの出射Ｘ線の光軸からの距離が変化するようカメラＣＡを移動する移動機構１００と、ずれ量検出回路５６、駆動信号生成回路５７及びモータ駆動回路５８からなる筐体移動位置制御手段による制御により、照射点－撮像面間距離が入力装置９２及びコントローラ９１からなる距離設定手段で設定された距離にされるとき、センサ信号取出回路８８及びずれ量検出回路５６からなる画像作成手段により作成される撮影画像における可視光の照射点の位置が、カメラＣＡの結像レンズ３８の光軸が撮像器３９と交差する箇所に相当する位置になるよう、移動機構１００を作動させてカメラＣＡの移動位置を設定するフィードモータ制御回路７３、位置検出回路７２及びコントローラ９１のプログラムからなるカメラ移動位置設定手段とを備えている。
【0071】
これによれば、距離設定手段で設定された距離がどのような距離であっても、カメラ移動位置設定手段がカメラＣＡの移動位置を、画像作成手段により作成される撮影画像における可視光の照射点の位置が、カメラＣＡの結像レンズ３８の光軸が撮像器３９と交差する箇所に相当する位置になるようにするので、筐体移動位置制御手段による制御を、制御の精度が最もよくなる位置で行うようにすることができる。
【0072】
また、上記第２実施形態においては、画像作成手段により作成される撮影画像に、可視のレーザ光の測定対象物ＯＢでの反射光が、結像レンズ３８により集光して撮像器３９で受光された点である受光点が生じるよう、筐体５０の測定対象物ＯＢに対する姿勢が調整されており、ステージ移動装置６０により測定対象物ＯＢを移動させ、Ｘ線管１０によるＸ線の出射とレーザ光出射器４０による可視のレーザ光の出射を行っているとき、撮影画像における受光点の位置を検出し、受光点の位置が予め設定された範囲内にあるときのみＸ線管１０にＸ線を出射させるコントローラ９１の制御プログラムを備えている。
【0073】
これによれば、Ｘ線の入射方向が微量変動しても撮影画像における受光点の位置は大きく変化するので、コントローラ９１の制御プログラムが、撮影画像における受光点の位置が予め設定された範囲内にあるときのみＸ線管１０にＸ線を出射させれば、Ｘ線入射角が基準値で、基準平面（出射Ｘ線の光軸とイメージングプレート１５の回転角度０のラインとを含む平面）に測定対象物ＯＢの法線が含まれるときのみ、Ｘ線が測定対象物ＯＢに照射される。すなわち、照射点－撮像面間距離が任意に定められた設定値であり、Ｘ線の測定対象物ＯＢに対する入射方向が予め定められた一定の方向のときのみ、測定対象物ＯＢにＸ線が照射され回折環を撮像することができる。
【0074】
（第３実施形態）
本発明の第３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は、ハードウエアの点においては第２実施形態と同じであり、コントローラ９１にインストールされている制御プログラムが第２実施形態と異なっている。本実施形態のコントローラ９１は、照射点－撮像面間距離とＸ線入射角の２つの要素に対するカメラ移動位置の関係テーブルが記憶されている。この関係は、照射点－撮像面間距離とＸ線入射角の値の通りに測定対象物ＯＢにレーザ光が照射され、基準平面に測定対象物ＯＢのＸ線照射点における法線が含まれると、測定対象物ＯＢでの反射光が結像レンズ３８の中心を通過して集光し、撮影画像に受光点が生じるカメラＣＡの移動位置である。そして、入力装置９２から照射点－撮像面間距離とＸ線入射角が入力されると、記憶されている関係テーブルに当てはめてカメラＣＡの移動位置を算出し、算出したカメラＣＡの移動位置をフィードモータ制御回路７３に出力する。これにより、照射点－撮像面間距離とＸ線入射角を任意に設定しても受光点が撮影画像に生じる。また、照射点－撮像面間距離とＸ線入射角が設定値通りであり、基準平面に測定対象物ＯＢのＸ線照射点における法線が含まれていれば、撮影画像における可視光の照射点は受光点と同じ位置に生じる。
本発明の第３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は、ハードウエアの点においては第２実施形態と同じであり、コントローラ９１にインストールされている制御プログラムが第２実施形態と異なっている。本実施形態のコントローラ９１は、照射点－撮像面間距離とＸ線入射角の２つの要素に対するカメラ移動位置の関係テーブルが記憶されている。この関係は、照射点－撮像面間距離とＸ線入射角の値の通りに測定対象物ＯＢにレーザ光が照射され、基準平面に測定対象物ＯＢのＸ線照射点における法線が含まれると、測定対象物ＯＢでの反射光が結像レンズ３８の中心を通過して集光し、撮影画像に受光点が生じるカメラＣＡの移動位置である。そして、入力装置９２から照射点－撮像面間距離とＸ線入射角が入力されると、記憶されている関係テーブルに当てはめてカメラＣＡの移動位置を算出し、算出したカメラＣＡの移動位置をフィードモータ制御回路７３に出力する。これにより、照射点－撮像面間距離とＸ線入射角を任意に設定しても受光点が撮影画像に生じる。また、照射点－撮像面間距離とＸ線入射角が設定値通りであり、基準平面に測定対象物ＯＢのＸ線照射点における法線が含まれていれば、撮影画像における可視光の照射点は受光点と同じ位置に生じる。
【0075】
この機能は、特許文献２のＸ線回折測定システムが有している機能と同じであり、視覚的に示すと、図１０に示すように、それぞれの照射点－撮像面間距離ごとにＸ線入射角を任意の値に設定しても、測定対象物ＯＢでの反射光が結像レンズ３８の中心を通過して集光するカメラＣＡの移動位置がある。図１０の撮影画像（Ａ）はＸ線入射角を最も小さくした場合であり、撮影画像（Ｂ）は
Ｘ線入射角を最も大きくした場合である。そして、基準のＸ線入射角以外のＸ線入射角では、結像レンズ３８の光軸は測定対象物ＯＢでの反射光の光軸と一致しないため、可視光の照射点Ｐと受光点Ｒは撮影画像の中心から縦方向の中心線に沿って上又は下方向に移動した位置に生じる。そして、照射点－撮像面間距離とＸ線入射角が設定値通りであり、基準平面に測定対象物ＯＢのＸ線照射点における法線が含まれるときの照射点Ｐと受光点Ｒの位置を基準位置とすると、受光点Ｒの位置の許容限界ＬＭは、図１０の撮影画像（Ａ），（Ｂ）に示すように基準位置から所定半径の円として設定される。なお、平面揺動を行ってのＸ線照射の際、受光点Ｒが許容限界ＬＭ内にあるときのみＸ線が照射されるのは第２実施形態と同じである。
Ｘ線入射角を最も大きくした場合である。そして、基準のＸ線入射角以外のＸ線入射角では、結像レンズ３８の光軸は測定対象物ＯＢでの反射光の光軸と一致しないため、可視光の照射点Ｐと受光点Ｒは撮影画像の中心から縦方向の中心線に沿って上又は下方向に移動した位置に生じる。そして、照射点－撮像面間距離とＸ線入射角が設定値通りであり、基準平面に測定対象物ＯＢのＸ線照射点における法線が含まれるときの照射点Ｐと受光点Ｒの位置を基準位置とすると、受光点Ｒの位置の許容限界ＬＭは、図１０の撮影画像（Ａ），（Ｂ）に示すように基準位置から所定半径の円として設定される。なお、平面揺動を行ってのＸ線照射の際、受光点Ｒが許容限界ＬＭ内にあるときのみＸ線が照射されるのは第２実施形態と同じである。
【0076】
このように構成した第２実施形態におけるＸ線回折測定システムを用いて、測定対象物ＯＢを平面揺動させてＸ線回折測定するときの方法及び該システムの作動様式は、殆どが第２実施形態と同様であり、以下の点のみが異なる。１つは入力装置９２からＸ線入射角を入力する点と、アーム式移動装置を用いてのＸ線回折測定装置１’の位置と姿勢の調整を、入力装置９２から照射点－撮像面間距離とＸ線入射角を入力し、カメラＣＡを移動させた後に行う点である。これは、照射点－撮像面間距離とＸ線入射角を基準値にしてＸ線回折測定装置１’の位置と姿勢の調整を行った後、照射点－撮像面間距離は設定値を入力すれば、位置制御装置５が作動して照射点－撮像面間距離は入力した値の通りになるが、Ｘ線入射角は設定値を入力しても作動する機器はないためである。もう１つは、撮影画像における照射点Ｐと受光点Ｒの基準位置に、交差点が合致するよう十字状のクロスマークが表示される点である。操作者はＸ線回折測定装置１’の位置と姿勢を調整する際、可視光の照射点及び受光点が十字状のクロスマークの交差点に合致するように調整する。この機能については、特許文献２のＸ線回折測定システムと同じである。
【0077】
上記説明からも理解できるように、上記第３実施形態においては、Ｘ線入射角を設定する入力装置９２及びコントローラ９１と、カメラＣＡの出射Ｘ線の光軸からの距離が変化するようカメラＣＡを移動する移動機構１００と、ずれ量検出回路５６、駆動信号生成回路５７及びモータ駆動回路５８からなる筐体移動位置制御手段による制御により、照射点－撮像面間距離が入力装置９２及びコントローラ９１で設定された距離にされ、Ｘ線入射角が入力装置９２及びコントローラ９１で設定された角度で、基準平面に測定対象物ＯＢにおけるＸ線照射点の箇所の法線が含まれるとき、可視光の測定対象物ＯＢでの反射光が、結像レンズ３８の中心を通過して集光し撮像器３９で受光されるよう移動機構１００を作動させてカメラＣＡの移動位置を設定するフィードモータ制御回路７３、位置検出回路７２及びコントローラ９１のプログラムからなるカメラ移動位置設定手段と、ステージ移動装置６０により測定対象物ＯＢを移動させ、Ｘ線管１０によるＸ線の出射とレーザ出射器４０による可視のレーザ光の出射を行っているとき、撮影画像における受光点の位置を検出し、受光点の位置が予め設定された範囲内にあるときのみＸ線管１０にＸ線を出射させるコントローラ９１の制御プログラムを備えている。
【0078】
これによれば、入力装置９２及びコントローラ９１がＸ線入射角を任意の角度で設定しても、カメラ移動位置設定手段が、照射点－撮像面間距離及びＸ線入射角が設定値で、基準平面に測定対象物ＯＢにおけるＸ線照射点の箇所の法線が含まれるとき、測定対象物ＯＢでの反射光が結像レンズ３８の中心を通過して集光し撮像器３９で受光されるようカメラＣＡの移動位置を設定するので、設定通りの照射点－撮像面間距離とＸ線入射角で、基準平面に測定対象物ＯＢの法線が含まれる状態でＸ線とレーザ光が照射されれば、撮影画像には受光点が生じる。そして、Ｘ線の入射方向が微量変動しても撮影画像における受光点の位置は大きく変化するので、コントローラ９１の制御プログラムが、撮影画像における受光点の位置が予め設定された範囲内にあるときのみ、Ｘ線管１０にＸ線を出射させれば、Ｘ線入射角が設定値で、基準平面に測定対象物ＯＢの法線が含まれるときのみ、Ｘ線が測定対象物ＯＢに照射される。すなわち、Ｘ線入射角を任意に設定しても、照射点－撮像面間距離とＸ線入射角が設定値で、基準平面に測定対象物ＯＢの法線が含まれるときのみ、測定対象物ＯＢにＸ線が照射され回折環を撮像することができる。
【0079】
（第４実施形態）
本発明の第４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は、第２実施形態及び第３実施形態が撮影画像における受光点が予め設定された範囲内にあるときのみＸ線を照射したのに対し、撮影画像における受光点が基準位置に合致するよう、測定対象物ＯＢの傾斜角を変化させることを特徴とする。すなわち、平面揺動の際、照射点－撮像面間距離が設定値になるよう制御することに加えて、Ｘ線入射角が設定値で基準平面に測定対象物ＯＢの法線が含まれるよう制御することを特徴とする。
本発明の第４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は、第２実施形態及び第３実施形態が撮影画像における受光点が予め設定された範囲内にあるときのみＸ線を照射したのに対し、撮影画像における受光点が基準位置に合致するよう、測定対象物ＯＢの傾斜角を変化させることを特徴とする。すなわち、平面揺動の際、照射点－撮像面間距離が設定値になるよう制御することに加えて、Ｘ線入射角が設定値で基準平面に測定対象物ＯＢの法線が含まれるよう制御することを特徴とする。
【0080】
第４実施形態のＸ線回折測定システムがハードウエアの点において、第２実施形態及び第３実施形態と異なる点は、図１１に示すように、Ｘ線回折測定システムに傾斜角変化装置１２０を追加した点と、図１２に示すように、傾斜角変化装置１２０の作動を制御する駆動信号生成回路１２８，１３１及びモータ駆動回路１２９，１３２を追加した点である。さらに、図１１に示すように、ステージＳｔ’に、測定対象物ＯＢの表面がステージＳｔ’の表面と同じ平面内になるよう測定対象物ＯＢをセットできるようにした点も異なる。また、第４実施形態のＸ線回折測定システムがシステムの作動様式において第２実施形態及び第３実施形態と異なる点は、平面揺動の際、撮影画像における受光点の位置によりＸ線の出射と停止を制御する替わりに、受光点の位置が照射点と共に基準位置に合致するよう、ステージＳｔ’（測定対象物ＯＢ）の傾斜角を制御する点である。
【0081】
図１１に示すように、傾斜角変化装置１２０は、２つのゴニオステージを重ねた構造をしており、下側のゴニオステージは、モータ１２３の回転駆動により固定ステージ１２１に対して駆動ステージ１２２のＹ軸周りの傾斜角を変化させる。上側のゴニオステージは固定ステージ１２５が駆動ステージ１２２に固定されており、駆動ステージ１２２と一体となってＹ軸周りの傾斜角を変化させる。そして、上側のゴニオステージは、モータ１２７の回転駆動により固定ステージ１２５に対して駆動ステージ１２６のＸ軸周りの傾斜角を変化させる。ステージ移動装置６０は、枠体６５がプレート１３０に固定され、プレート１３０が駆動ステージ１２６に固定されることで傾斜角変化装置１２０と一体になっている。よって、モータ１２３及びモータ１２７の回転駆動により、ステージ移動装置６０はＸ軸周りとＹ軸周りに傾斜角を変化させ、これにより、ステージＳｔ’及びステージＳｔ’に載置された測定対象物ＯＢも、Ｘ軸周りとＹ軸周りに傾斜角を変化させる。ステージＳｔ’は中心部分に測定対象物ＯＢをセットするための直方体状の穴Ｈｏが形成されており、ステージＳｔ’の穴Ｈｏ以外の部分の表面を含む平面は、プレート１３０の厚さを適切な厚さにすることで、Ｙ軸周りの回転軸とＸ軸周りの回転軸が交差する点を含むようになっている。
【0082】
ステージＳｔ’の穴Ｈｏの底面には複数の弾性体Ｓｐがあり、穴Ｈｏにセットした測定対象物ＯＢを下側に押すと測定対象物ＯＢは下側に下がると共に、弾性体Ｓｐにより上側の力がかかるようになっている。また、穴Ｈｏの縁には複数の押さえ６５と押さえ６５をステージＳｔ’に取り付けたねじ６６があり、ねじ６６を緩めると押さえ６５は向きを変えることができるようになっている。よって、押さえ６５を穴Ｈｏにかからない向きにした上で測定対象物ＯＢを穴Ｈｏにセットし、下側に押しながら押さえ６５の向きを変えてねじ６６で固定することにより、測定対象物ＯＢの表面はステージＳｔ’の穴Ｈｏ以外の部分の表面を含む平面に含まれるようになる。これにより、測定対象物ＯＢの表面は、２つのゴニオステージのＹ軸周りの回転軸とＸ軸周りの回転軸が交差する点を含むようになる。そして、Ｘ線回折測定装置１’の位置と姿勢を調整する際、測定対象物ＯＢの表面の２つの回転軸が交差する点に可視光の照射点が合うようにすれば、測定対象物ＯＢの傾斜角を変化させてもＸ線照射点（レーザ光の照射点）の位置は変化しないようにすることができる。２つの回転軸が交差する点にレーザ光の照射点を合わせるには、ステージＳｔ’のＸＹ方向位置を適切な位置にして２つの回転軸が交差する点を穴Ｈｏの中心にし、穴Ｈｏの枠と中心が示された薄い透明プレートを押さえ６５にかからないようステージＳｔ’の上に置いて、Ｘ線回折測定装置１’の位置と姿勢を調整すればよい。
【0083】
図１２に示すように、傾斜角変化装置１２０のモータ１２３及びモータ１２７にはモータ駆動回路１３２及びモータ駆動回路１２９から駆動信号が供給されるようになっており、モータ駆動回路１３２及びモータ駆動回路１２９は、コントローラ９１から回転方向を意味する指令が入力すると、入力した回転方向に予め設定された傾斜速度でモータ１２３及びモータ１２７が回転する駆動信号を出力する。これは、モータ１２３及びモータ１２７内のエンコーダ１２３ａ及びエンコーダ１２７ａが出力するパルス列信号の単位時間当たりのパルス数が設定された傾斜速度に相当する数になるよう駆動信号の強度を制御することで行われる。これにより、操作者が入力装置９２から回転方向を入力することで、ステージＳｔ’の傾斜角を変化させることができる。また、コントローラ９１から傾斜角制御の指令が入力すると、モータ駆動回路１３２及びモータ駆動回路１２９は、後述する駆動信号生成回路１３１及び駆動信号生成回路１２８が出力する駆動信号を増幅した駆動信号を出力し、これによりモータ１２３及びモータ１２７は撮影画像における受光点が基準位置に合致するよう正回転及び逆回転を繰り返す。これは、Ｘ線入射角が設定値になり、基準平面に測定対象物ＯＢにおけるＸ線照射点の箇所の法線が含まれるように、測定対象物ＯＢの傾斜角を変化させる制御である。
【0084】
本実施形態におけるずれ量検出回路５６は、コントローラ９１から撮影画像における照射点及び受光点の基準位置が入力するとその位置を記憶し、コントローラ９１から作動指令が入力すると、センサ信号取出回路８８から取込んだデータから撮影画像における照射点と受光点の位置を検出し、検出した位置の基準位置からのずれをそれぞれ計算する。そして、照射点のずれ量は、上記第１実施形態乃至第３実施形態と同様に駆動信号生成回路５７に出力し、受光点のずれ量は駆動信号生成回路１３１及び駆動信号生成回路１２８に出力する。駆動信号生成回路１３１及び駆動信号生成回路１２８は、ずれ量とずれ量をなくすためのモータ１２３及びモータ１２７の回転方向と回転速度に対応する駆動信号強度との関係テーブルが記憶されており、コントローラ９１から作動指令が入力し、ずれ量検出回路５６からずれ量のデータが入力すると、該ずれ量を記憶している該関係テーブルに当てはめて駆動信号強度を求め、該強度の駆動信号を出力する。ずれ量検出回路５６からのデータは設定された時間間隔で入力するため、駆動信号生成回路１３１及び駆動信号生成回路１２８が出力する駆動信号は、同じ時間間隔で強度が変化する。よって、駆動信号生成回路１３１及び駆動信号生成回路１２８はアナログ信号である駆動信号を出力する。上述したように、この駆動信号に基づいてモータ駆動回路１３２及びモータ駆動回路１２９は、モータ１２３及びモータ１２７を駆動する駆動信号を出力し、撮影画像における受光点は基準位置に合致するよう制御される。
【0085】
このように構成した第４実施形態におけるＸ線回折測定システムを用いて、測定対象物ＯＢを平面揺動させてＸ線回折測定するときの方法及び該システムの作動様式は、多くは第３実施形態と同様であり、以下の点のみが異なる。１つはステージＳｔ’に測定対象物ＯＢをセットするとき、孔Ｈｏに測定対象物ＯＢを入れ、下側に押して押さえ６６で固定する点である。次にＸ線回折測定装置１’の位置と姿勢を調整する際、ステージＳｔ’を適切な位置に、穴Ｈｏの枠と中心が示された薄い透明プレートを押さえ６５にかからないようステージＳｔ’の上に置いて、可視光の照射点が穴Ｈｏの中心に照射されるようにする点である。さらに、平面揺動を行いながらＸ線を照射する際、撮影画像における受光点の位置によりＸ線の出射と停止を制御することは行わず、傾斜角変化装置１２０及び各回路の作動により受光点が照射点と共に基準位置に合致するよう制御する点である。
【0086】
上記説明からも理解できるように、上記第４実施形態においては、上述した第３実施形態の構成における撮影画像における受光点の位置によるＸ線の出射と停止の制御をなくし、測定対象物ＯＢがセットされ、測定対象物ＯＢと共に移動するステージ移動装置６０内のステージＳｔ’であって、ステージＳｔ’の表面と測定対象物ＯＢの表面とが同一平面内に含まれるよう測定対象物ＯＢをセットできる穴Ｈｏ、弾性体Ｓｐ及び押さえ６５からなるセット手段を備えたステージＳｔ’と、ステージＳｔ’を、ステージＳｔ’の表面内で垂直に交差する２軸周りに傾斜角を変化させる傾斜角変化装置１２０と、ステージ移動装置６０のステージＳｔ’を移動させ、Ｘ線管１０によるＸ線の出射とレーザ出射器４０による可視のレーザ光の出射を行っているとき、センサ信号取出回路８８とずれ量検出回路５６からなる画像作成手段により作成される撮影画像における受光点の位置が、反射光が結像レンズ３８の中心を通過するときの位置になるよう、傾斜角変化装置１２０を作動させてステージＳｔ’の傾斜角を制御するずれ量検出回路５６、駆動信号生成回路１２８，１３１及びモータ駆動回路１２９，１３２からなる傾斜角制御手段とを備えている。
【0087】
これによれば、上述した第３実施形態の構成が、撮影画像における受光点の位置が予め設定された範囲内にあるときのみＸ線を出射するのに対し、この第４実施形態の構成では、撮影画像における受光点の位置が予め設定された位置になるよう傾斜角制御手段がステージＳｔ’の傾斜角を制御しているので、上述した第３実施形態の構成と同様、Ｘ線入射角を任意の角度に設定しても、Ｘ線の測定対象物ＯＢに対する入射方向を設定通りの方向にすることができる。また、ステージ移動装置６０のステージＳｔ’は、ステージＳｔ’の表面と測定対象物ＯＢの表面とが同一平面内に含まれるよう測定対象物ＯＢをセットできるセット手段を備えており、傾斜角変化装置１２０は、ステージＳｔ’の表面内で垂直に交差する２軸周りに傾斜角を変化させるので、出射Ｘ線の光軸内に該２軸の交差点が含まれるよう、Ｘ線回折測定装置１’と傾斜角変化装置１２０の位置関係を調整すれば、照射点－撮像面間距離をどのような距離にしても、測定対象物ＯＢのＸ線照射点と該２軸の交差点とは一致する。すなわち、傾斜角変化装置１２０がステージＳｔ’の傾斜角を変化させても、それにより測定対象物ＯＢのＸ線照射点が動くことはないようにすることができる。
【0088】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記第１実施形態乃至第４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。
【0089】
上記第１実施形態乃至第４実施形態におけるＸ線回折測定システムは、Ｘ線回折測定装置１，１’の移動位置が瞬時に許容値以上変動すると、異常検出回路９７及びコントローラ９１の制御プログラムにより、Ｘ線回折測定、位置制御及び平面揺動を停止し、Ｘ線回折測定装置１，１’の移動位置を元に戻して、ステージＳｔ’を測定開始位置に戻し、表示装置９３に平面揺動ラインが不適切である表示をした。すなわち、操作者が平面揺動ラインを変更して再測定するための作動を行うようにした。しかし、これに替えてＸ線照射と位置制御の停止及びＸ線回折測定装置１，１’の移動位置を元に戻すことのみを行い、平面揺動を継続して、撮影画像における照射点の位置が許容内になった後、Ｘ線照射と位置制御を再開するようにしてもよい。これは、測定対象物ＯＢにＺ軸方向に大きな凹凸が多くあり、平面揺動ラインを決めるのが困難な場合に有効である。また、測定対象物ＯＢの状態により、上記実施形態のように最初から再測定を行うか、この変更形態のように測定を継続するかの制御の仕方を選択できるようにしてもよい。
【0090】
また、上記第２実施形態におけるＸ線回折測定システムは、撮影画像における受光点が設定された範囲内にあるときＸ線を照射するようにしたが、Ｘ線回折測定の精度が高くなくてもよければ、第１実施形態と同様、照射点－撮像面間距離が設定値になる位置制御のみを行うようにしてもよい。これによれば、Ｘ線照射が停止することはないので測定時間を短くすることができる。
【0091】
また、第１実施形態乃至第４実施形態においては、位置制御の精度を評価する数値を、照射点位置の基準位置からのずれ量データから計算した標準偏差及び（最大値－最小値）としたが、該ずれ量データの分布の拡がりを表す数値及びデータの範囲を表す数値であれば、どのような数値を位置制御の精度を評価する数値としてもよい。例えば、標準偏差に替えて分散や平均偏差を用いてもよい。
【0092】
また、第３実施形態及び第４実施形態においては、カメラＣＡをレーザ検出装置３０と共に固定ブロック１０７に取り付け、移動機構１００により固定ブロック１０７をイメージングプレート１５の半径方向に移動させることで、カメラＣＡの移動位置が変化させるようにした。しかし、カメラＣＡが出射Ｘ線の光軸からの距離が変化するように移動すれば、カメラＣＡの移動機構はどのようなものであってもよい。例えば、特許文献２の変形例に示されるように、カメラＣＡのみの移動機構を設けてもよい。
【0093】
また、第１実施形態乃至第４実施形態においては、操作者が入力装置９２から意図する照射点－撮像面間距離又は照射点－撮像面間距離とＸ線入射角を入力するようにしたが、これらの値がコントローラ９１のメモリにＸ線照射条件として記憶されれば、入力の仕方はどのようなものであってもよい。例えば、予めメモリに記憶されている値を呼び出してもよいし、ネット回線を通じて入力がされてもよい。又は測定対象物ＯＢの材質等の情報を入力すると、コントローラ９１にインストールされているプログラムが最適な照射点－撮像面間距離及びＸ線入射角を選択又は算出して記憶するようにしてもよい。
【0094】
また、第１実施形態乃至第４実施形態においては、レーザ出射器４０により可視の平行なレーザ光を出射Ｘ線と同じ光軸で出射するようにしたが、可視の平行光を出射Ｘ線と同じ光軸で出射できれば、出射するものはレーザ光でなくてもよい。例えばＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）光源からの光であってもよいし、ＬＥＤ光を平行光にして出射するようにしてもよい。
【0095】
また、第１実施形態乃至第４実施形態においては、Ｘ線回折測定装置１，１’を、イメージングプレート１５に回折環を撮像し、レーザ検出装置３０からのレーザ照射と光の強度検出により、回折環の形状を検出する装置とした。しかし、回折環を撮像して撮像した回折環の形状を検出することができるＸ線回折測定装置であればどのようなものでも、本発明は実現することができる。例えば、特許文献３のように、イメージングプレート１５と同じ広さの平面を有する固体撮像素子を備え、Ｘ線管１０からのＸ線照射の際、固体撮像素子の各画素が出力する電気信号により回折環における回折Ｘ線の強度分布を検出するＸ線回折測定装置でも本発明は実現することができる。また、微小サイズの固体撮像素子で位置を検出しながら走査し、固体撮像素子の各画素が出力する電気信号と固体撮像素子の走査位置から、回折環における回折Ｘ線の強度分布を検出するＸ線回折測定装置でも本発明は実現することができる。また、固体撮像素子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Ｘ線回折測定装置でも本発明は実現することができる。なお、請求項に記載された「回折環を撮像する」なる語句は、固体撮像素子やシンチレーションカウンタのように、回折環が形成される面における位置ごとの回折Ｘ線強度を検出する場合も含むものとする。
【0096】
また、第１実施形態乃至第４実施形態においては、Ｘ線回折測定装置１，１’を、回折環を撮像し撮像した回折環の形状を検出することができる装置とした。しかし、本発明は、イメージングプレート１５に回折環の撮像のみを行うＸ線回折測定装置であっても、実現することができる。そのような装置の場合は、回折環の読み取りはイメージングプレート１５又はテーブル１６をＸ線回折測定装置１，１’から取り外して別の装置で行うことになる。
【0097】
また、第１実施形態乃至第４実施形態においては、ステージ移動装置６０により測定対象物ＯＢのＸＹ方向位置をＸ線回折測定装置１，１’に対して変化させることで平面揺動を行うようにした。しかし、これに替えてステージ移動装置６０をなくし、Ｘ線回折測定装置１，１’をＸＹ方向に移動させる装置を設け、該装置により測定対象物ＯＢのＸＹ方向位置をＸ線回折測定装置１，１’に対して変化させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【0098】
１，１’…Ｘ線回折測定装置、５…位置制御装置、１０…Ｘ線管、１１…出射口、１５…イメージングプレート、１５ａ，１６ａ，１７ａ，１８ａ，２１ａ，２７ａ１，２７ｂ、２８ａ…貫通孔、１６…テーブル、１７…突出部、１８…固定具、１９…ブロック、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、２４…軸受部、２５…ガイド、２６…板状プレート、２７…スピンドルモータ、２８…通路部材、２９…ブロック、３０…レーザ検出装置、３８…結像レンズ、３９…撮像器、４０…レーザ出射器、４１…枠体、４２…レーザ光源、４３…円盤状ブロック、４４…円筒状ブロック、４５…コリメーティングレンズ、４６…レンズ枠、４７－１，４７－２…ベルト、４８…三角状ブロック、４９…ハーフミラー、５０…筐体、５０ａ…第１底面壁、５０ｃ…第２底面壁、５０ｂ…前面壁、繋ぎ壁…５０ｄ、５０ｅ…後面壁、５０ｆ…上面壁、上面傾斜壁…５０ｇ、５０ｈ…底面傾斜壁、５０ｃ１…円形孔、５０ｈ１…長尺孔、５１…枠体、５２…モータ、５３…スクリューロッド、５４…軸受部、５５…アーム式移動装置の先端、６０…ステージ移動装置、６１…枠体、６２…フィードモータ、６３…スクリューロッド、６４…軸受部、６５…枠体、６６…フィードモータ、９１…コントローラ、９２…入力装置、９３…表示装置、９５…高電圧電源、１００…移動機構、１０１…移動ステージ、１０２…フィードモータ、１０３…スクリューロッド、１０４…軸受部、１０５…ガイド、１０６…連結ブロック、１０７…固定ブロック、１０８…凸部、１０９，１１０…ブロック、１１１…モータ固定ブロック、１１２…ブロック、１２０…傾斜角変化装置、１２１…固定ステージ、１２２…駆動ステージ、１２３…モータ、１２５…固定ステージ、１２６…駆動ステージ、１２７…モータ、ＯＢ…測定対象物、ＣＡ…カメラ、Ｓｔ，Ｓｔ’…ステージ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】