Ｘ線応力測定装置
【課題】試料の各部ごとの材料特性情報を容易に、直感的に、しかも正確に知ることができるＸ線応力測定装置を提供する。
【解決手段】試料Ｓの光学画像を撮像するカメラ７と、その光学画像を表示するディスプレイ１７と、ディスプレイ１７の画面上の位置を入力できる入力装置１８と、Ｘ線を発生するＸ線源１１と、試料Ｓを移動させるテーブル４と、試料Ｓから出たＸ線Ｒ２を検出するＸ線検出器１２と、入力装置１８によって指示された位置に基づいて試料Ｓの測定位置を決定し、決定された試料Ｓの測定位置に対して測定を行う測定プログラムと、Ｘ線検出器１２の出力信号に基づいて試料Ｓの測定位置における応力を演算する応力演算プログラムと、試料Ｓの光学画像及び測定位置、応力の絶対値、及び応力の方向をディスプレイ１７の同じ画面上に表示させる画像形成プログラム２２とを有するＸ線応力測定装置である。
【解決手段】試料Ｓの光学画像を撮像するカメラ７と、その光学画像を表示するディスプレイ１７と、ディスプレイ１７の画面上の位置を入力できる入力装置１８と、Ｘ線を発生するＸ線源１１と、試料Ｓを移動させるテーブル４と、試料Ｓから出たＸ線Ｒ２を検出するＸ線検出器１２と、入力装置１８によって指示された位置に基づいて試料Ｓの測定位置を決定し、決定された試料Ｓの測定位置に対して測定を行う測定プログラムと、Ｘ線検出器１２の出力信号に基づいて試料Ｓの測定位置における応力を演算する応力演算プログラムと、試料Ｓの光学画像及び測定位置、応力の絶対値、及び応力の方向をディスプレイ１７の同じ画面上に表示させる画像形成プログラム２２とを有するＸ線応力測定装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質の内部に残留する応力をＸ線を用いて測定するＸ線応力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線を用いて物質の内部応力を測定することが、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、測定の結果として求められた応力、誤差、強度比、ピーク幅等を被測定物（すなわち、試料）の位置情報と対応させてマッピング表示することが開示されている。ここでマッピング表示とは、応力等といった物理量を試料の位置情報と関連付けて表示することである。
【０００３】
具体的には、特許文献１では、ＸＹＺ３次元座標においてＸＹの平面座標に試料の測定位置をとり、Ｚ軸に応力等といった材料特性情報（すなわち、物理量）をとって、マッピング表示を行っている（例えば特許文献１の図１１）。
【０００４】
また、従来、マッピング機能を備えた分析装置が特許文献２に開示されている。ここでマッピング機能とは、走査位置とＸ線の強度との関係を画像化する機能であるとされている（同文献の［０００２］段落）。また、特許文献２では、試料の表面の光学的観察像をマップ像と共にテレビカメラによって連続的に取得することが開示されている（同文献の［００１７］段落）。また、マップ像とは、マッピング単位領域ごとのＸ線強度情報、すなわち各位置のＸ線強度情報と規定している（同文献の［００２１］、［００２２］段落）。また、特許文献２では、マッピングの観察範囲と同じ視野の光学的観察像を同時に得ることが開示されている（同文献の［００２７］段落）。
【０００５】
さらに、従来、マッピング測定に好適な入力機能を備えたＸ線装置が特許文献３に開示されている。ここで、マッピング測定とは、試料の被測定面上に複数の測定点を設定し、個々の測定点に関してＸ線測定を行って回折Ｘ線強度データ等といった測定データを得ることであるとされている。特許文献３には、撮影画面上で指示された測定点データを（同文献の［００３５］段落）、ＸＹステージの座標上における座標値に変換することにより（同文献の［００３７］段落）、撮影画面上の測定点の座標値をＸＹステージ上の座標値と同等に扱うことを可能とした装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００７−５１９８９３号公報
【特許文献２】特開２００９−３００２３２号公報
【特許文献３】特開２００２−２１４１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された装置では、試料の測定位置は装置側の座標によって特定されており、試料側の座標によって特定されたものではなかった。試料側の座標による試料の測定位置は、ユーザが別途、記録する必要があった。この方法では、ユーザが記録した測定位置と、測定結果である材料特性情報のマッピング表示とを照らし合わせる必要があり、直接的な関係を理解し難いという問題があった。
【０００８】
特許文献２では、Ｘ線測定によってマップ像を取得することと、カメラによって光学的観察像とを同時に取得することが開示されているが、それらの像をどのように表示するか、については触れられていない。つまり、本発明の目的であるマッピング表示、すなわち応力等といった物理量を試料の位置情報と関連付けて表示すること、についての教示は認められない。
【０００９】
特許文献３に開示された装置によれば、測定を行う位置である被測定点を撮影画面上において簡単且つ正確に指定することが可能になっている。しかしながら、同文献には、測定によって得られたデータを撮影画面と関連させてユーザに分かり易い形で表示しようという考えは示されていない。
【００１０】
本発明は、従来装置における上記の問題点に鑑みて成されたものであって、試料の各部ごとの材料特性情報を容易に、直感的に、しかも正確にユーザに対して表示することができるＸ線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】
【００１１】
本発明に係るＸ線応力測定装置は、試料の光学画像を撮像する光学画像手段と、前記試料の光学画像を表示するディスプレイと、前記ディスプレイの画面上の位置を入力できる入力手段と、Ｘ線を発生するＸ線源と、試料を移動させる試料移送手段と、前記試料から出たＸ線を検出するＸ線検出手段と、前記光学画像手段、前記ディスプレイ、前記入力手段、前記Ｘ線源、前記試料移送手段及び前記Ｘ線検出手段の動作を制御して、前記入力手段によって指示された位置に基づいて試料の測定位置を決定し、決定された試料の測定位置に対して測定を行う測定手段（応力測定プログラム２０、ＣＰＵ１５）と、前記Ｘ線検出手段の出力信号に基づいて前記試料の測定位置における応力を演算する応力演算手段（応力測定プログラム２０）と、前記試料の光学画像と、前記試料の測定位置と、前記応力の絶対値と、前記応力の方向とを、前記ディスプレイの同じ画面上に表示させる画像形成手段（画像形成プログラム２２）とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るＸ線応力測定装置によれば、試料の光学画像をディスプレイの画面に表示した上でその画面内で測定位置を指示し、それらの測定位置に関してＸ線回折測定を行って応力等といった材料特性情報（すなわち、物理量）を獲得し、その獲得した情報を各測定位置とリンクして表示（すなわち、マッピング表示）するようにした。
【００１３】
このように、本発明では、試料の光学画像を基準として、測定位置の決定や材料特性情報の表示を行うことにしたので、試料に関する測定位置を迅速且つ正確に特定することができ、しかも、材料特性情報と試料の位置情報との関係が直接的すなわち直感的に理解できるようになった。このため、試料に関する解析を迅速に、しかも正確に行うことができるようになった。
【００１４】
本発明に係るＸ線応力測定装置において、前記画像形成手段は、前記試料の測定位置をドットで表示することができ、前記応力の絶対値を前記ドットの大きさで表示することができ、前記応力の正負を前記ドットの色によって表示することができ、前記応力の作用方向を方向表記符号によって表示することができる。
【００１５】
上記構成において、画像形成手段は、例えば所定のプログラムに従って所定の機能を実現するＣＰＵ等によって形成できる。応力が「正」であるというのは、例えば引張り応力のことである。応力が「負」であるというのは、例えば圧縮応力のことである。応力の「作用方向」というのは、例えば、応力σｘは平面座標内のｘ方向に作用するということであり、応力σｙはｘ方向と直角であるｙ方向に作用するということである。「方向表記符号」とは、例えば「σｘ」や「σｙ」の文字それ自体や、方向を示す矢印等であったりする。
【００１６】
本発明態様によれば、オペレータは、表示画面すなわちマッピング表示を見ることにより、試料の内部の応力状態を直感的に、容易に、且つ正確に判断できる。
【００１７】
本発明に係るＸ線応力測定装置において、前記画像形成手段は、前記試料の測定位置をドットで表示することができ、前記応力の絶対値を前記ドットの大きさで表示することができ、前記応力の正負を前記ドットが抜け模様か塗り潰し模様かによって表示することができ、前記応力の作用方向を方向表記符号によって表示することができる。
【００１８】
本発明態様によれば、オペレータは、表示画面すなわちマッピング表示を見ることにより、試料の内部の応力状態を直感的に、容易に、且つ正確に判断できる。
【００１９】
本発明に係るＸ線応力測定装置において、前記画像形成手段は、前記試料の測定位置を輪状のドットで表示することができ、前記応力の絶対値を前記輪状のドットの大きさで表示することができ、前記応力の正負を前記輪状のドットの色の違いによって表示することができ、前記応力の作用方向を方向表記符号によって表示することができる。
【００２０】
本発明態様によれば、オペレータは、表示画面すなわちマッピング表示を見ることにより、試料の内部の応力状態を直感的に、容易に、且つ正確に判断できる。
【００２１】
本発明に係るＸ線応力測定装置において、前記画像形成手段は、前記試料の測定位置を互いに直交する一対の矢印の交点によって表示することができ、前記応力の絶対値を前記矢印の長さによって表示することができ、前記応力の正負を前記矢印の色の違いによって表示することができ、前記応力の作用方向を矢印の向きによって表示することができる。
【００２２】
本発明態様によれば、オペレータは、表示画面すなわちマッピング表示を見ることにより、試料の内部の応力状態を直感的に、容易に、且つ正確に判断できる。
【００２３】
本発明に係るＸ線応力測定装置は、特異点表示手段をさらに有することができる。特異点表示手段は、試料が特異であるかどうかを規定するためのパラメータを複数種類有しており、前記パラメータの測定値が特異であることを示す値であるときに、対応する測定位置に特異点であることを表示する特異点表示を行うことができる。この構成により、オペレータは、試料内の特異点を容易、迅速且つ正確に把握できる。
【００２４】
本発明に係るＸ線応力測定装置において、前記測定手段は、前記ディスプレイ上に前記試料の光学画像と共に、前記試料の測定位置、前記応力の絶対値、前記応力の正負、及び前記応力の作用方向が視覚的に表示されている状態において、前記入力手段によって前記試料の測定位置が指示されたとき、当該試料の測定位置に関して測定を行うように制御することができる。
【００２５】
この構成により、オペレータは、測定の結果であるσｘ，σｙ等といった材料特性情報と測定位置との関連を観察しながら、必要に応じて、別の測定位置の測定を行うことができる。つまり、本発明態様によれば、得られた測定結果を次の測定を行うことについてのフィードバック情報として活用できる。
【発明の効果】
【００２６】
このように、本発明では、試料の光学画像を基準として、測定位置の決定や材料特性情報の表示を行うことにしたので、試料に関する測定位置を迅速且つ正確に特定することができ、しかも、材料特性情報と試料の位置情報との関係が直接的すなわち直感的に理解できるようになった。このため、試料に関する解析を迅速に、しかも正確に行うことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るＸ線応力測定装置の一実施形態を示す図である。
【図２】試料の光学画像をディスプレイの画面上に表示した状態を示す図である。
【図３】光学画像上に試料の測定位置を表示した状態を示す図である。
【図４】物理量である材料特性情報を選択する際の画面表示を示す図である。
【図５】ディスプレイの画面上に表示されたマッピング表示の一実施形態を示す図である。
【図６】図５に示したマッピング表示を３次元の応力分布図としてディスプレイ上に表示した状態を示す図である。
【図７】図５のマッピング表示に付随して行われるサムネール表示を示す図である。
【図８】図５のマッピング表示に付随して行われる解析処理の画面表示を示す図である。
【図９】図５のマッピング表示に付随して行われる特異点の可視化の処理時の画面表示を示す図である。
【図１０】図５のマッピング表示に付随して行われるフィードバック測定処理時の画面表示を示す図である。
【図１１】図１０の表示に引き続いて表示される画面表示を示す図である。
【図１２】図１１の要部を拡大して示す図である。
【図１３】ディスプレイの画面上に表示されたマッピング表示の他の実施形態を示す図である。
【図１４】ディスプレイの画面上に表示されたマッピング表示のさらに他の実施形態を示す図である。
【図１５】ディスプレイの画面上に表示されたマッピング表示のさらに他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係るＸ線応力測定装置を実施形態に基づいて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、本明細書に添付した図面では特徴的な部分を分かり易く示すために実際のものとは異なった比率で構成要素を示す場合がある。
【００２９】
図１は、本発明に係るＸ線応力測定装置の一実施形態を示している。ここに示すＸ線応力測定装置１は、測定動作系２と、制御系３とを有している。測定動作系２は、被測定物である試料Ｓを載せるテーブル４を有している。テーブル４は、テーブル移動系６によって駆動されて平面内で移動する。テーブル４の移動量は、互いに直交するｘ方向及びｙ方向の移動量として特定できる。
【００３０】
テーブル移動系６は、任意の平行移動機構によって構成できる。例えば、回転角度を制御可能なモータによって送りネジ軸を回転させ、当該送りネジ軸にネジ嵌合している移動子にテーブル４を連結して成る構造とすることができる。回転角度を制御可能なモータは、例えば、サーボモータ、パルスモータ等である。
【００３１】
テーブル４の周囲に、光学画像手段としての２次元ピクセルカメラ７が設けられている。２次元ピクセルカメラ７は、複数の微小な半導体受光素子（以下、ピクセルという）を平面的に並べて成る撮像機器である。カメラ７は、各ピクセルの読取り動作を制御するカメラ読取駆動系８によって駆動されて、個々のピクセルの出力信号を出力端子７ａからカメラ信号Ｓ１として出力する。なお、カメラ７自体は所定位置に固定配置されている。
【００３２】
テーブル４に対向して、Ｘ線源１１及びＸ線検出器１２を含むＸ線光学系が設けられている。Ｘ線源１１は例えば熱陰極型のＸ線発生装置内のＸ線焦点である。Ｘ線検出器１２は、本実施形態では、Ｘ線を受光して電気信号を出力する複数の微小な半導体素子（以下、ピクセルということがある）を平面的に並べて成る２次元Ｘ線検出器によって構成されている。もちろん、他の公知の構成の０次元、１次元、又は２次元の各Ｘ線検出器を用いることもできる。
【００３３】
Ｘ線源１１から放出されたＸ線Ｒ１は、テーブル４上の試料Ｓの表面内の１点Ｐに入射する。点Ｐの座標位置を（ｘ，ｙ）で表すことにする。Ｘ線Ｒ１が点Ｐにおいて試料Ｓへ入射した場合、試料Ｓ内の結晶格子面と入射Ｘ線とが所定の回折条件であるブラッグの回折条件を満たすとき、試料Ｓの点Ｐから回折Ｘ線Ｒ２が回折角度２θで円錐状又はコーン状に発生する。Ｘ線検出器１２はそのようにして発生した回折Ｘ線Ｒ２を検出できる位置に配置されている。Ｘ線検出器１２は必要に応じて２θ方向へ走査移動する。以上から理解されるように、Ｘ線源１１とＸ線検出器１２とは結晶格子面の法線（すなわち、格子面法線）Ｎ’を境にして互いに反対の領域に配置されている。ここで、試料面法線Ｎと格子面法線Ｎ’との成す角をψ（プサイ）とする。
【００３４】
Ｘ線源１１及びＸ線検出器１２は、光学系移動装置１３によって駆動されて、Ｘ線入射位置Ｐを中心として回転移動できる。Ｘ線源１１とＸ線検出器１２とを同時に回転移動させることにより、ψ角を変化させることができる。また、Ｘ線源１１とＸ線検出器１２とを相対的に回転移動させることにより、Ｘ線検出器１２の回折線取込み角度２θを変化させることができる。光学系移動装置１３は、例えばサーボモータ、パルスモータ等といった回転角度を制御可能なモータを動力源とする適宜な回転機構によって形成できる。
【００３５】
以上の測定動作系２は一例であり、必要に応じてその他の適宜の構成の動作系によって測定動作系２を構成できることは、もちろんである。
【００３６】
制御系３は、本実施形態では、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）１５と、メモリ１６と、ディスプレイ１７と、入力手段としてのキーボード１８及びマウス１９を有している。メモリ１６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等から成る内部メモリや、ハードディスク等から成る外部メモリによって構成されている。入力手段はキーボード、マウス以外の任意の入力機器を適用できる。
【００３７】
メモリ１６内には、応力測定プログラム２０、解析プログラム２１、画像形成プログラム２２等といったプログラムが格納されている。また、メモリ１６内には、測定結果のデータを保存する領域である測定データファイル２４と、解析結果のデータを保存する領域である解析データファイル２５とが確保されている。応力測定プログラム２０、解析プログラム２１、及び画像形成プログラム２２のそれぞれは、ＣＰＵ１５と協働して、所定の機能を実現する機能実現手段として作用する。
【００３８】
応力測定プログラム２０は、測定動作系２の各構成機器を所定の一連の順序で作動させることにより、試料ＳのＸ線入射位置（すなわち測定位置）Ｐにおける内部応力σｘ、σｙ、σｚや、内部せん断応力τや、Ｘ線プロファイルのピーク幅（ＦＷＨＭ：半値幅）や、回折Ｘ線強度や、試料Ｓの配向度、等を求めるためのプログラムである。応力σｘ、σｙ、σｚや、せん断応力τは、Ｘ線回折測定によって試料Ｓ内の格子面間隔ｄの変化を測定することによって求められる。
【００３９】
解析プログラム２１は、測定の結果として得られて測定データファイル２４内に保存されている測定データに基づいて所定の解析を行うためのプログラムである。解析結果のデータは解析データファイル２５へ保存される。画像形成プログラム２２は、σｘ，σｙ等といったデータをディスプレイ１７の画面上で画像として表示できるように画像情報を形成するプログラムである。
【００４０】
以下、上記の構成のＸ線応力測定装置１によって実行される処理について説明する。
まず、オペレータは被測定物である試料Ｓをテーブル４上の決められた所定位置に置く。次に、カメラ７によって試料Ｓの測定を希望する領域を撮影する。撮影によって得られたカメラ信号Ｓ１はＣＰＵ１５へ伝送され、必要に応じてメモリ１６内の所定領域に保存される。
【００４１】
画像形成プログラム２２は、任意のタイミングでカメラ信号Ｓ１に対応した画像情報を形成する。この画像情報をディスプレイ１７内の画像表示ドライバへ供給することにより、ディスプレイ１７の画面上に試料Ｓの画像を表示できる。例えば、ディスプレイ１７の画面上に図２に示すような、試料Ｓの画像を表示できる。
【００４２】
＜光学画像上へのマッピング表示の第１例＞
応力測定プログラム２０は、オペレータによる入力操作に応じて、又は予め決められている手順に従って、試料Ｓに対して複数の測定位置Ｑ１、Ｑ２、…Ｑｎ（ｎは整数）を決定する。これらの測定位置Ｑ１、Ｑ２、…Ｑｎは、例えば図３に示すように、５×５＝２５個のドットとして表示される。この場合は、ｎ＝２５である。
【００４３】
本実施形態で用いるカメラ７は、光学的倍率に応じて光学画像のピクセルごとの距離が明らかなカメラである。そして、装置座標の基準点と測定位置の方向及び距離を光学画像のピクセル上で一致させている。このため、上記のようにして決められた測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２５は、図１の測定動作系２内のテーブル４における座標位置と１対１に整合している。
【００４４】
図１の応力測定プログラム２０は、図３において決められた測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２５に対応した図１の試料Ｓの測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２５を、テーブル４を移動させることにより順々にＸ線入射位置Ｐへ移送する。そして、Ｘ線を用いた応力測定を個々の測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２５に対して順々に実行する。測定の間、Ｘ線検出器１２の出力信号Ｓ２はＣＰＵ１５に伝送される。ＣＰＵ１５は応力測定プログラム２０によって規定される手順に従って演算を実行して、個々の測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２５に対応して、内部応力σｘ、σｙ、σｚや、内部せん断応力τや、Ｘ線プロファイルのピーク幅（ＦＷＨＭ：半値幅）や、回折Ｘ線強度や、試料Ｓの配向度等といった試料Ｓに関する材料特性情報（すなわち、物理量）を求める。求められたこれらの材料特性情報は、対応する測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２５のそれぞれにリンクした状態で測定データファイル２４に保存される。
【００４５】
以上のようにして測定データが求められた後、図１の画像形成プログラム２２は、求められた材料特性情報を光学画像上で、以下のようにしてマッピング表示する。ここでマッピング表示とは、応力等といった材料特性情報を試料の測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２５と関連付けて表示することである。
【００４６】
まず、オペレータは、図４において、材料特性情報の選択欄２７にマウスのポインタを合わせ、マウスをクリックする。すると、選択可能な材料特性情報がプルダウンメニューの中に表示される。図では、選択可能な材料特性情報として、ｘ方向の応力σｘ、ｙ方向の応力σｙ、ｚ方向の応力σｚ、半値幅ＦＷＨＭが表示された場合を例示している。
【００４７】
オペレータが、例えばσｘを選択すると、図５に示すように、選択欄２７に「σｘ」が表示される。これが、応力の方向を表示していることになる。そしてさらに、赤色、白色、青色の３色の濃淡諧調表示によってマッピング表示が行われる。具体的には、ウィンドウ表示の左部に赤色、白色、青色の３色の諧調スケール２８が表示される。この諧調スケール２８では、中間部が白色であり、その上側が赤色であり、その下側が青色である。
【００４８】
赤色については、上側が濃い濃度であり、中間部の白色に近づくに従って濃度が薄くなっている。濃度の変化は実際には無段階であるが、図では説明を分かり易くするために符号１，２，３，４，５の所に目盛りを付けている。濃度の高低について見れば、赤１＞赤２＞赤３＞赤４＞赤５である。
【００４９】
同様に、青色については、下側が濃い濃度であり、中間部の白色に近づくに従って濃度が薄くなっている。濃度の変化は実際には無段階であるが、図では説明を分かり易くするために符号１，２，３，４，５の所に目盛りを付けている。濃度の高低について見れば、青１＞青２＞青３＞青４＞青５である。
【００５０】
赤色は応力が「正」（すなわち引張り応力）であることを示している。赤色の最上端点はσｘ＝２００ＭＰａを示している。白色はσｘ＝０ＭＰａを示している。青色は応力が「負」（すなわち圧縮応力）であることを示している。青色の最下端点はσｘ＝−２００ＭＰａを示している。
【００５１】
図５のマッピング表示では、測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５の円形マークの大きさ（直径）は全て同じである。そして、測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５の色表示は次表のようになっている。
［表１］
【００５２】
オペレータは、図５のマッピング表示を見ることにより、試料Ｓのｘ方向の応力σｘが図６（ａ）に３次元的に示すようになっていることが即座に判断できる。つまり、オペレータは、試料Ｓの各部Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５ごとのσｘ、すなわち材料特性情報を容易に、直感的に、しかも正確に知ることができる。
【００５３】
（サムネイル表示）
図１の画像形成プログラム２２は、図５の各測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５の個々について、該当測定位置のσｘのサムネイル表示を行うことができる。サムネイル表示とは、表示したい画像を縮小して小さく簡潔にまとめた表示のことであり、表示したい画像の内容の概略を一べつで簡略に理解できるようにするための表示である。
【００５４】
本実施形態では、サムネイル表示を行いたい測定位置（例えば図７の測定位置Ｑ１）をマウスによって１回クリックすると、サムネイル表示２９が表示される。サムネイル表示２９の中には２θ−ｓｉｎ２ψ線図３０が見本として含まれている。これを見たオペレータは、σｘが２θ−ｓｉｎ２ψ線図を用いて求められていることを知ることができる。
【００５５】
（解析ソフトの起動）
また、解析を行いたい場合には、オペレータは、希望する測定位置をマウスによってダブルクリックする。すると、図１の解析プログラム２１が起動し、図８に示すように、解析ダイアログウィンドウ３２が表示され、オペレータによる解析が出来る状態になる。オペレータは、この解析ダイアログウィンドウ３２を使って解析を行うことができる。解析結果は図１の解析データファイル２５内に保存される。
【００５６】
（特異点の可視化）
本実施形態に係るＸ線応力測定装置１を用いた測定において、オペレータは多くの場合、試料Ｓの各測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５が特異点であるか否かを知りたいと考える。ここで、特異点とは、試料Ｓの内部の微小領域が所定のパラメータに関して許容数値範囲から外れた状態にあるときのその微小領域のことである。試料Ｓの内部に特異点が存在している場合、その試料Ｓは、通常は、使用に適していないと判断される。
【００５７】
パラメータは、オペレータの要求に応じて適宜に選定される。普通は、パラメータは複数、設定される。本実施形態では、ｘ方向の応力σｘと、ｙ方向の応力σｙと、ｚ方向の応力σｚと、回折Ｘ線のピーク幅（ＦＷＨＭ：半値幅）との４つの物理量をパラメータとして決めている。これらの物理量に関しては、オペレータによって又はプログラムのデフォルト値として、予め所定の許容範囲値が設定されている。
【００５８】
例えば、σｘ及びσｙに関しては、１５０ＭＰａを越える場合が特異点である。また、σｚに関しては、−１５０ＭＰａよりも低い場合又は１５０ＭＰａを越える場合が特異点である。また、ピーク半値幅に関しては、７．５０度を超える場合が特異点である。
【００５９】
本実施形態では、図９において特異点の設定ボタン３３がオペレータによってクリックされると、図１の応力測定プログラム２０が「特異点の可視化」モードに入る。すると、図９の設定ダイアログウィンドウ３４が表示される。設定ダイアログウィンドウ３４の中にはパラメータがσｘ，σｙ，σｚ及びＦＷＨＭであることが表示されており、さらにそれらのパラメータの許容範囲値が表示されている。さらに、測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５のうち少なくとも１つのパラメータが許容範囲値から外れていると、その測定位置の所に警告表示３５が表示される。オペレータは、これらの警告表示３５を見ることにより、試料Ｓのどの部分に特異点が存在するのかを容易に認識できる。
【００６０】
（フィードバック測定）
図５のマッピング表示を見たオペレータは、試料Ｓの内部応力がどのように分布しているかを容易に正確に迅速に判定できる。この場合、オペレータは、測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５以外の部分の応力状態がどのようになっているかを知りたい場合がある。
【００６１】
この場合には、オペレータは、図５の測定点追加ボタン３７にポインタを合わせ、マウスをクリックする。すると、図１の応力測定プログラム２０は測定追加モードに入る。測定追加モードに入った後、図１０に示すようにオペレータが希望測定位置Ｑｘをクリックによって指示し、さらに右上の測定ボタン３８をクリックすると、応力測定プログラム２０によって再び応力測定が実行される。このとき、ディスプレイ１７の画面には、図１１に示すように、測定ダイアログウィンドウ３９が表示される。
【００６２】
測定ダイアログウィンドウ３９の詳細は図１２に拡大して示す通りである。図１２において、フローバー４０は、どのような流れで測定が行われるかを表示すると共に、測定が現在どの段階にあるかを表示する。測定位置リストの作成ウィンドウ４１は、オペレータがテーブルの位置を制御する際の入力ウィンドウとして用いられる。測定位置ウィンドウ４２は、これから測定しようとしている測定点を示している。図では、これから３個の測定点について測定を行おうとしていることを示している。これらのウィンドウ表示４０，４１，４２は、オペレータの希望に応じて表示状態に設定されたり、画面上で閉じられたりする。
【００６３】
＜光学画像上へのマッピング表示の第２例＞
図５に示した第１のマッピング表示例では、測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５の位置を示す円形のドットの大きさは全ての位置について同じ大きさとした。そして、応力の「正」を赤色で示し、応力の「負」を青色で示し、さらに、応力の絶対値を赤色又は青色の濃淡の違いで表示した。
【００６４】
これに対し、図１３に示す本実施形態では、色の違いではなく、測定位置を示している円形ドットが中空の輪であるか塗り潰された円であるかによって応力の正負を表し、円形ドットの大きさによって応力の絶対値を表している。円形ドットの色は任意の１色である。本実施形態でも、選択欄２７の「σｘ」は、応力の方向を示している。
【００６５】
本実施形態のマッピング表示を行う場合でも、上述した「サムネイル表示」、「解析ソフトの起動」、「特異点の可視化」及び「フィードバック測定」を行うことができることは、もちろんである。
【００６６】
＜光学画像上へのマッピング表示の第３例＞
図１３に示した第２のマッピング表示例では、１つの色のドットの輪を中空にするか塗り潰すかによって応力の正負を表し、ドットの大きさによって応力の絶対値を表した。これに対し本実施形態では、図１４に示すように、測定位置Ｑ１〜Ｑ２５を示すドットは全て円形の輪であり、応力の正負を輪の色の違い、例えば「正」は“赤”で示し、「負」は“青”で示し、輪の大きさ（直径）で応力の絶対値を示している。本実施形態でも、選択欄２７の「σｘ」は、応力の方向を示している。
【００６７】
本実施形態のマッピング表示を行う場合でも、上述した「サムネイル表示」、「解析ソフトの起動」、「特異点の可視化」及び「フィードバック測定」を行うことができるのはもちろんである。
【００６８】
＜光学画像上へのマッピング表示の第４例＞
図５に示した第１の例、図１３に示した第２の例、及び図１４に示した第３の例では、１つの画面で１つの物理量であるσｘを表示した。これに対し、本実施形態では、図１５に示すように、１つの画面で２つの物理量であるσｘ及びσｙを同時に表示している。すなわち、２つの異なった応力の方向を画面上で同時に表示している。
【００６９】
具体的には、垂直方向の矢印によってσｘを表示し、それに直交する水平の矢印によってσｙを示している。また、それらの矢印の交点によって測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５を示している。また、向かい合う矢印によって圧縮応力であることを示し、離反し会う矢印によって引張り応力であることを示している。さらに、矢印の長さによって応力の大きさを表している。また、向かい合う矢印（圧縮応力）を「赤」で表示し、離反し合う矢印（引張り応力）を「青」で表示することにより、直感的で正確な認識ができるようになっている。
【００７０】
本実施形態によれば、１つの画面でσｘ及びσｙの２つの物理量が観察できるので、解析を短時間で行うことができ、非常に有利である。特に、応力測定ではｘ方向の応力とｙ方向の応力を観察することが重要であるが、本実施形態では両者を同時に観察できるので、非常に便利である。
【００７１】
本実施形態のマッピング表示を行う場合でも、上述した「サムネイル表示」、「解析ソフトの起動」、「特異点の可視化」及び「フィードバック測定」を行うことができるのはもちろんである。
【００７２】
（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、以上の実施形態では平板状の試料を例示したが、試料の形状は任意である。また、図１では、Ｘ線を用いた応力測定方法の１種類を例示したが、測定方法は図示の例に限られない。また、上記実施形態では測定点をＱ１〜Ｑ２５の２５点としたが、測定点の数は任意である。
【符号の説明】
【００７３】
１．Ｘ線応力測定装置、 ２．測定動作系、 ３．制御系、 ４．テーブル（試料移送手段）、 ６．テーブル移動系、 ７．２次元ピクセルカメラ（光学画像手段）、 ８．カメラ読取駆動系、 １１．Ｘ線源、 １２．Ｘ線検出器、 １３．光学系移動装置、 １５．ＣＰＵ、 １６．メモリ、 １７．ディスプレイ、 １８．キーボード（入力手段）、 ２０．応力測定プログラム、 ２１．解析プログラム、 ２２．画像形成プログラム、 ２４．測定データファイル、 ２５．解析データファイル、 ２７．物理量の選択欄、 ２８．諧調スケール、 ２９．サムネイル表示、 ３０．２θ−ｓｉｎ２ψ線図、 ３２．解析ダイアログ、 ３３．特異点の設定ボタン、 ３４．設定ダイアログウィンドウ、 ３５．警告表示、 ３７．測定点追加ボタン、 ３８．測定ボタン、 ３９．測定ダイアログウィンドウ、 Ｎ．試料面法線、 Ｎ’．格子面法線、 Ｐ．Ｘ線入射点（測定点）、 Ｑ１〜Ｑ２５．測定位置、 Ｑｘ．追加測定位置、 Ｒ１．Ｘ線、 Ｒ２．回折Ｘ線、 Ｓ．試料、 Ｓ１．カメラ信号、 ２θ．回折角度、 ψ．ψ角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質の内部に残留する応力をＸ線を用いて測定するＸ線応力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線を用いて物質の内部応力を測定することが、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、測定の結果として求められた応力、誤差、強度比、ピーク幅等を被測定物（すなわち、試料）の位置情報と対応させてマッピング表示することが開示されている。ここでマッピング表示とは、応力等といった物理量を試料の位置情報と関連付けて表示することである。
【０００３】
具体的には、特許文献１では、ＸＹＺ３次元座標においてＸＹの平面座標に試料の測定位置をとり、Ｚ軸に応力等といった材料特性情報（すなわち、物理量）をとって、マッピング表示を行っている（例えば特許文献１の図１１）。
【０００４】
また、従来、マッピング機能を備えた分析装置が特許文献２に開示されている。ここでマッピング機能とは、走査位置とＸ線の強度との関係を画像化する機能であるとされている（同文献の［０００２］段落）。また、特許文献２では、試料の表面の光学的観察像をマップ像と共にテレビカメラによって連続的に取得することが開示されている（同文献の［００１７］段落）。また、マップ像とは、マッピング単位領域ごとのＸ線強度情報、すなわち各位置のＸ線強度情報と規定している（同文献の［００２１］、［００２２］段落）。また、特許文献２では、マッピングの観察範囲と同じ視野の光学的観察像を同時に得ることが開示されている（同文献の［００２７］段落）。
【０００５】
さらに、従来、マッピング測定に好適な入力機能を備えたＸ線装置が特許文献３に開示されている。ここで、マッピング測定とは、試料の被測定面上に複数の測定点を設定し、個々の測定点に関してＸ線測定を行って回折Ｘ線強度データ等といった測定データを得ることであるとされている。特許文献３には、撮影画面上で指示された測定点データを（同文献の［００３５］段落）、ＸＹステージの座標上における座標値に変換することにより（同文献の［００３７］段落）、撮影画面上の測定点の座標値をＸＹステージ上の座標値と同等に扱うことを可能とした装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００７−５１９８９３号公報
【特許文献２】特開２００９−３００２３２号公報
【特許文献３】特開２００２−２１４１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された装置では、試料の測定位置は装置側の座標によって特定されており、試料側の座標によって特定されたものではなかった。試料側の座標による試料の測定位置は、ユーザが別途、記録する必要があった。この方法では、ユーザが記録した測定位置と、測定結果である材料特性情報のマッピング表示とを照らし合わせる必要があり、直接的な関係を理解し難いという問題があった。
【０００８】
特許文献２では、Ｘ線測定によってマップ像を取得することと、カメラによって光学的観察像とを同時に取得することが開示されているが、それらの像をどのように表示するか、については触れられていない。つまり、本発明の目的であるマッピング表示、すなわち応力等といった物理量を試料の位置情報と関連付けて表示すること、についての教示は認められない。
【０００９】
特許文献３に開示された装置によれば、測定を行う位置である被測定点を撮影画面上において簡単且つ正確に指定することが可能になっている。しかしながら、同文献には、測定によって得られたデータを撮影画面と関連させてユーザに分かり易い形で表示しようという考えは示されていない。
【００１０】
本発明は、従来装置における上記の問題点に鑑みて成されたものであって、試料の各部ごとの材料特性情報を容易に、直感的に、しかも正確にユーザに対して表示することができるＸ線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】
【００１１】
本発明に係るＸ線応力測定装置は、試料の光学画像を撮像する光学画像手段と、前記試料の光学画像を表示するディスプレイと、前記ディスプレイの画面上の位置を入力できる入力手段と、Ｘ線を発生するＸ線源と、試料を移動させる試料移送手段と、前記試料から出たＸ線を検出するＸ線検出手段と、前記光学画像手段、前記ディスプレイ、前記入力手段、前記Ｘ線源、前記試料移送手段及び前記Ｘ線検出手段の動作を制御して、前記入力手段によって指示された位置に基づいて試料の測定位置を決定し、決定された試料の測定位置に対して測定を行う測定手段（応力測定プログラム２０、ＣＰＵ１５）と、前記Ｘ線検出手段の出力信号に基づいて前記試料の測定位置における応力を演算する応力演算手段（応力測定プログラム２０）と、前記試料の光学画像と、前記試料の測定位置と、前記応力の絶対値と、前記応力の方向とを、前記ディスプレイの同じ画面上に表示させる画像形成手段（画像形成プログラム２２）とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るＸ線応力測定装置によれば、試料の光学画像をディスプレイの画面に表示した上でその画面内で測定位置を指示し、それらの測定位置に関してＸ線回折測定を行って応力等といった材料特性情報（すなわち、物理量）を獲得し、その獲得した情報を各測定位置とリンクして表示（すなわち、マッピング表示）するようにした。
【００１３】
このように、本発明では、試料の光学画像を基準として、測定位置の決定や材料特性情報の表示を行うことにしたので、試料に関する測定位置を迅速且つ正確に特定することができ、しかも、材料特性情報と試料の位置情報との関係が直接的すなわち直感的に理解できるようになった。このため、試料に関する解析を迅速に、しかも正確に行うことができるようになった。
【００１４】
本発明に係るＸ線応力測定装置において、前記画像形成手段は、前記試料の測定位置をドットで表示することができ、前記応力の絶対値を前記ドットの大きさで表示することができ、前記応力の正負を前記ドットの色によって表示することができ、前記応力の作用方向を方向表記符号によって表示することができる。
【００１５】
上記構成において、画像形成手段は、例えば所定のプログラムに従って所定の機能を実現するＣＰＵ等によって形成できる。応力が「正」であるというのは、例えば引張り応力のことである。応力が「負」であるというのは、例えば圧縮応力のことである。応力の「作用方向」というのは、例えば、応力σｘは平面座標内のｘ方向に作用するということであり、応力σｙはｘ方向と直角であるｙ方向に作用するということである。「方向表記符号」とは、例えば「σｘ」や「σｙ」の文字それ自体や、方向を示す矢印等であったりする。
【００１６】
本発明態様によれば、オペレータは、表示画面すなわちマッピング表示を見ることにより、試料の内部の応力状態を直感的に、容易に、且つ正確に判断できる。
【００１７】
本発明に係るＸ線応力測定装置において、前記画像形成手段は、前記試料の測定位置をドットで表示することができ、前記応力の絶対値を前記ドットの大きさで表示することができ、前記応力の正負を前記ドットが抜け模様か塗り潰し模様かによって表示することができ、前記応力の作用方向を方向表記符号によって表示することができる。
【００１８】
本発明態様によれば、オペレータは、表示画面すなわちマッピング表示を見ることにより、試料の内部の応力状態を直感的に、容易に、且つ正確に判断できる。
【００１９】
本発明に係るＸ線応力測定装置において、前記画像形成手段は、前記試料の測定位置を輪状のドットで表示することができ、前記応力の絶対値を前記輪状のドットの大きさで表示することができ、前記応力の正負を前記輪状のドットの色の違いによって表示することができ、前記応力の作用方向を方向表記符号によって表示することができる。
【００２０】
本発明態様によれば、オペレータは、表示画面すなわちマッピング表示を見ることにより、試料の内部の応力状態を直感的に、容易に、且つ正確に判断できる。
【００２１】
本発明に係るＸ線応力測定装置において、前記画像形成手段は、前記試料の測定位置を互いに直交する一対の矢印の交点によって表示することができ、前記応力の絶対値を前記矢印の長さによって表示することができ、前記応力の正負を前記矢印の色の違いによって表示することができ、前記応力の作用方向を矢印の向きによって表示することができる。
【００２２】
本発明態様によれば、オペレータは、表示画面すなわちマッピング表示を見ることにより、試料の内部の応力状態を直感的に、容易に、且つ正確に判断できる。
【００２３】
本発明に係るＸ線応力測定装置は、特異点表示手段をさらに有することができる。特異点表示手段は、試料が特異であるかどうかを規定するためのパラメータを複数種類有しており、前記パラメータの測定値が特異であることを示す値であるときに、対応する測定位置に特異点であることを表示する特異点表示を行うことができる。この構成により、オペレータは、試料内の特異点を容易、迅速且つ正確に把握できる。
【００２４】
本発明に係るＸ線応力測定装置において、前記測定手段は、前記ディスプレイ上に前記試料の光学画像と共に、前記試料の測定位置、前記応力の絶対値、前記応力の正負、及び前記応力の作用方向が視覚的に表示されている状態において、前記入力手段によって前記試料の測定位置が指示されたとき、当該試料の測定位置に関して測定を行うように制御することができる。
【００２５】
この構成により、オペレータは、測定の結果であるσｘ，σｙ等といった材料特性情報と測定位置との関連を観察しながら、必要に応じて、別の測定位置の測定を行うことができる。つまり、本発明態様によれば、得られた測定結果を次の測定を行うことについてのフィードバック情報として活用できる。
【発明の効果】
【００２６】
このように、本発明では、試料の光学画像を基準として、測定位置の決定や材料特性情報の表示を行うことにしたので、試料に関する測定位置を迅速且つ正確に特定することができ、しかも、材料特性情報と試料の位置情報との関係が直接的すなわち直感的に理解できるようになった。このため、試料に関する解析を迅速に、しかも正確に行うことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るＸ線応力測定装置の一実施形態を示す図である。
【図２】試料の光学画像をディスプレイの画面上に表示した状態を示す図である。
【図３】光学画像上に試料の測定位置を表示した状態を示す図である。
【図４】物理量である材料特性情報を選択する際の画面表示を示す図である。
【図５】ディスプレイの画面上に表示されたマッピング表示の一実施形態を示す図である。
【図６】図５に示したマッピング表示を３次元の応力分布図としてディスプレイ上に表示した状態を示す図である。
【図７】図５のマッピング表示に付随して行われるサムネール表示を示す図である。
【図８】図５のマッピング表示に付随して行われる解析処理の画面表示を示す図である。
【図９】図５のマッピング表示に付随して行われる特異点の可視化の処理時の画面表示を示す図である。
【図１０】図５のマッピング表示に付随して行われるフィードバック測定処理時の画面表示を示す図である。
【図１１】図１０の表示に引き続いて表示される画面表示を示す図である。
【図１２】図１１の要部を拡大して示す図である。
【図１３】ディスプレイの画面上に表示されたマッピング表示の他の実施形態を示す図である。
【図１４】ディスプレイの画面上に表示されたマッピング表示のさらに他の実施形態を示す図である。
【図１５】ディスプレイの画面上に表示されたマッピング表示のさらに他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係るＸ線応力測定装置を実施形態に基づいて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されないことはもちろんである。また、本明細書に添付した図面では特徴的な部分を分かり易く示すために実際のものとは異なった比率で構成要素を示す場合がある。
【００２９】
図１は、本発明に係るＸ線応力測定装置の一実施形態を示している。ここに示すＸ線応力測定装置１は、測定動作系２と、制御系３とを有している。測定動作系２は、被測定物である試料Ｓを載せるテーブル４を有している。テーブル４は、テーブル移動系６によって駆動されて平面内で移動する。テーブル４の移動量は、互いに直交するｘ方向及びｙ方向の移動量として特定できる。
【００３０】
テーブル移動系６は、任意の平行移動機構によって構成できる。例えば、回転角度を制御可能なモータによって送りネジ軸を回転させ、当該送りネジ軸にネジ嵌合している移動子にテーブル４を連結して成る構造とすることができる。回転角度を制御可能なモータは、例えば、サーボモータ、パルスモータ等である。
【００３１】
テーブル４の周囲に、光学画像手段としての２次元ピクセルカメラ７が設けられている。２次元ピクセルカメラ７は、複数の微小な半導体受光素子（以下、ピクセルという）を平面的に並べて成る撮像機器である。カメラ７は、各ピクセルの読取り動作を制御するカメラ読取駆動系８によって駆動されて、個々のピクセルの出力信号を出力端子７ａからカメラ信号Ｓ１として出力する。なお、カメラ７自体は所定位置に固定配置されている。
【００３２】
テーブル４に対向して、Ｘ線源１１及びＸ線検出器１２を含むＸ線光学系が設けられている。Ｘ線源１１は例えば熱陰極型のＸ線発生装置内のＸ線焦点である。Ｘ線検出器１２は、本実施形態では、Ｘ線を受光して電気信号を出力する複数の微小な半導体素子（以下、ピクセルということがある）を平面的に並べて成る２次元Ｘ線検出器によって構成されている。もちろん、他の公知の構成の０次元、１次元、又は２次元の各Ｘ線検出器を用いることもできる。
【００３３】
Ｘ線源１１から放出されたＸ線Ｒ１は、テーブル４上の試料Ｓの表面内の１点Ｐに入射する。点Ｐの座標位置を（ｘ，ｙ）で表すことにする。Ｘ線Ｒ１が点Ｐにおいて試料Ｓへ入射した場合、試料Ｓ内の結晶格子面と入射Ｘ線とが所定の回折条件であるブラッグの回折条件を満たすとき、試料Ｓの点Ｐから回折Ｘ線Ｒ２が回折角度２θで円錐状又はコーン状に発生する。Ｘ線検出器１２はそのようにして発生した回折Ｘ線Ｒ２を検出できる位置に配置されている。Ｘ線検出器１２は必要に応じて２θ方向へ走査移動する。以上から理解されるように、Ｘ線源１１とＸ線検出器１２とは結晶格子面の法線（すなわち、格子面法線）Ｎ’を境にして互いに反対の領域に配置されている。ここで、試料面法線Ｎと格子面法線Ｎ’との成す角をψ（プサイ）とする。
【００３４】
Ｘ線源１１及びＸ線検出器１２は、光学系移動装置１３によって駆動されて、Ｘ線入射位置Ｐを中心として回転移動できる。Ｘ線源１１とＸ線検出器１２とを同時に回転移動させることにより、ψ角を変化させることができる。また、Ｘ線源１１とＸ線検出器１２とを相対的に回転移動させることにより、Ｘ線検出器１２の回折線取込み角度２θを変化させることができる。光学系移動装置１３は、例えばサーボモータ、パルスモータ等といった回転角度を制御可能なモータを動力源とする適宜な回転機構によって形成できる。
【００３５】
以上の測定動作系２は一例であり、必要に応じてその他の適宜の構成の動作系によって測定動作系２を構成できることは、もちろんである。
【００３６】
制御系３は、本実施形態では、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）１５と、メモリ１６と、ディスプレイ１７と、入力手段としてのキーボード１８及びマウス１９を有している。メモリ１６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等から成る内部メモリや、ハードディスク等から成る外部メモリによって構成されている。入力手段はキーボード、マウス以外の任意の入力機器を適用できる。
【００３７】
メモリ１６内には、応力測定プログラム２０、解析プログラム２１、画像形成プログラム２２等といったプログラムが格納されている。また、メモリ１６内には、測定結果のデータを保存する領域である測定データファイル２４と、解析結果のデータを保存する領域である解析データファイル２５とが確保されている。応力測定プログラム２０、解析プログラム２１、及び画像形成プログラム２２のそれぞれは、ＣＰＵ１５と協働して、所定の機能を実現する機能実現手段として作用する。
【００３８】
応力測定プログラム２０は、測定動作系２の各構成機器を所定の一連の順序で作動させることにより、試料ＳのＸ線入射位置（すなわち測定位置）Ｐにおける内部応力σｘ、σｙ、σｚや、内部せん断応力τや、Ｘ線プロファイルのピーク幅（ＦＷＨＭ：半値幅）や、回折Ｘ線強度や、試料Ｓの配向度、等を求めるためのプログラムである。応力σｘ、σｙ、σｚや、せん断応力τは、Ｘ線回折測定によって試料Ｓ内の格子面間隔ｄの変化を測定することによって求められる。
【００３９】
解析プログラム２１は、測定の結果として得られて測定データファイル２４内に保存されている測定データに基づいて所定の解析を行うためのプログラムである。解析結果のデータは解析データファイル２５へ保存される。画像形成プログラム２２は、σｘ，σｙ等といったデータをディスプレイ１７の画面上で画像として表示できるように画像情報を形成するプログラムである。
【００４０】
以下、上記の構成のＸ線応力測定装置１によって実行される処理について説明する。
まず、オペレータは被測定物である試料Ｓをテーブル４上の決められた所定位置に置く。次に、カメラ７によって試料Ｓの測定を希望する領域を撮影する。撮影によって得られたカメラ信号Ｓ１はＣＰＵ１５へ伝送され、必要に応じてメモリ１６内の所定領域に保存される。
【００４１】
画像形成プログラム２２は、任意のタイミングでカメラ信号Ｓ１に対応した画像情報を形成する。この画像情報をディスプレイ１７内の画像表示ドライバへ供給することにより、ディスプレイ１７の画面上に試料Ｓの画像を表示できる。例えば、ディスプレイ１７の画面上に図２に示すような、試料Ｓの画像を表示できる。
【００４２】
＜光学画像上へのマッピング表示の第１例＞
応力測定プログラム２０は、オペレータによる入力操作に応じて、又は予め決められている手順に従って、試料Ｓに対して複数の測定位置Ｑ１、Ｑ２、…Ｑｎ（ｎは整数）を決定する。これらの測定位置Ｑ１、Ｑ２、…Ｑｎは、例えば図３に示すように、５×５＝２５個のドットとして表示される。この場合は、ｎ＝２５である。
【００４３】
本実施形態で用いるカメラ７は、光学的倍率に応じて光学画像のピクセルごとの距離が明らかなカメラである。そして、装置座標の基準点と測定位置の方向及び距離を光学画像のピクセル上で一致させている。このため、上記のようにして決められた測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２５は、図１の測定動作系２内のテーブル４における座標位置と１対１に整合している。
【００４４】
図１の応力測定プログラム２０は、図３において決められた測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２５に対応した図１の試料Ｓの測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２５を、テーブル４を移動させることにより順々にＸ線入射位置Ｐへ移送する。そして、Ｘ線を用いた応力測定を個々の測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２５に対して順々に実行する。測定の間、Ｘ線検出器１２の出力信号Ｓ２はＣＰＵ１５に伝送される。ＣＰＵ１５は応力測定プログラム２０によって規定される手順に従って演算を実行して、個々の測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２５に対応して、内部応力σｘ、σｙ、σｚや、内部せん断応力τや、Ｘ線プロファイルのピーク幅（ＦＷＨＭ：半値幅）や、回折Ｘ線強度や、試料Ｓの配向度等といった試料Ｓに関する材料特性情報（すなわち、物理量）を求める。求められたこれらの材料特性情報は、対応する測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２５のそれぞれにリンクした状態で測定データファイル２４に保存される。
【００４５】
以上のようにして測定データが求められた後、図１の画像形成プログラム２２は、求められた材料特性情報を光学画像上で、以下のようにしてマッピング表示する。ここでマッピング表示とは、応力等といった材料特性情報を試料の測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２５と関連付けて表示することである。
【００４６】
まず、オペレータは、図４において、材料特性情報の選択欄２７にマウスのポインタを合わせ、マウスをクリックする。すると、選択可能な材料特性情報がプルダウンメニューの中に表示される。図では、選択可能な材料特性情報として、ｘ方向の応力σｘ、ｙ方向の応力σｙ、ｚ方向の応力σｚ、半値幅ＦＷＨＭが表示された場合を例示している。
【００４７】
オペレータが、例えばσｘを選択すると、図５に示すように、選択欄２７に「σｘ」が表示される。これが、応力の方向を表示していることになる。そしてさらに、赤色、白色、青色の３色の濃淡諧調表示によってマッピング表示が行われる。具体的には、ウィンドウ表示の左部に赤色、白色、青色の３色の諧調スケール２８が表示される。この諧調スケール２８では、中間部が白色であり、その上側が赤色であり、その下側が青色である。
【００４８】
赤色については、上側が濃い濃度であり、中間部の白色に近づくに従って濃度が薄くなっている。濃度の変化は実際には無段階であるが、図では説明を分かり易くするために符号１，２，３，４，５の所に目盛りを付けている。濃度の高低について見れば、赤１＞赤２＞赤３＞赤４＞赤５である。
【００４９】
同様に、青色については、下側が濃い濃度であり、中間部の白色に近づくに従って濃度が薄くなっている。濃度の変化は実際には無段階であるが、図では説明を分かり易くするために符号１，２，３，４，５の所に目盛りを付けている。濃度の高低について見れば、青１＞青２＞青３＞青４＞青５である。
【００５０】
赤色は応力が「正」（すなわち引張り応力）であることを示している。赤色の最上端点はσｘ＝２００ＭＰａを示している。白色はσｘ＝０ＭＰａを示している。青色は応力が「負」（すなわち圧縮応力）であることを示している。青色の最下端点はσｘ＝−２００ＭＰａを示している。
【００５１】
図５のマッピング表示では、測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５の円形マークの大きさ（直径）は全て同じである。そして、測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５の色表示は次表のようになっている。
［表１］
【００５２】
オペレータは、図５のマッピング表示を見ることにより、試料Ｓのｘ方向の応力σｘが図６（ａ）に３次元的に示すようになっていることが即座に判断できる。つまり、オペレータは、試料Ｓの各部Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５ごとのσｘ、すなわち材料特性情報を容易に、直感的に、しかも正確に知ることができる。
【００５３】
（サムネイル表示）
図１の画像形成プログラム２２は、図５の各測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５の個々について、該当測定位置のσｘのサムネイル表示を行うことができる。サムネイル表示とは、表示したい画像を縮小して小さく簡潔にまとめた表示のことであり、表示したい画像の内容の概略を一べつで簡略に理解できるようにするための表示である。
【００５４】
本実施形態では、サムネイル表示を行いたい測定位置（例えば図７の測定位置Ｑ１）をマウスによって１回クリックすると、サムネイル表示２９が表示される。サムネイル表示２９の中には２θ−ｓｉｎ２ψ線図３０が見本として含まれている。これを見たオペレータは、σｘが２θ−ｓｉｎ２ψ線図を用いて求められていることを知ることができる。
【００５５】
（解析ソフトの起動）
また、解析を行いたい場合には、オペレータは、希望する測定位置をマウスによってダブルクリックする。すると、図１の解析プログラム２１が起動し、図８に示すように、解析ダイアログウィンドウ３２が表示され、オペレータによる解析が出来る状態になる。オペレータは、この解析ダイアログウィンドウ３２を使って解析を行うことができる。解析結果は図１の解析データファイル２５内に保存される。
【００５６】
（特異点の可視化）
本実施形態に係るＸ線応力測定装置１を用いた測定において、オペレータは多くの場合、試料Ｓの各測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５が特異点であるか否かを知りたいと考える。ここで、特異点とは、試料Ｓの内部の微小領域が所定のパラメータに関して許容数値範囲から外れた状態にあるときのその微小領域のことである。試料Ｓの内部に特異点が存在している場合、その試料Ｓは、通常は、使用に適していないと判断される。
【００５７】
パラメータは、オペレータの要求に応じて適宜に選定される。普通は、パラメータは複数、設定される。本実施形態では、ｘ方向の応力σｘと、ｙ方向の応力σｙと、ｚ方向の応力σｚと、回折Ｘ線のピーク幅（ＦＷＨＭ：半値幅）との４つの物理量をパラメータとして決めている。これらの物理量に関しては、オペレータによって又はプログラムのデフォルト値として、予め所定の許容範囲値が設定されている。
【００５８】
例えば、σｘ及びσｙに関しては、１５０ＭＰａを越える場合が特異点である。また、σｚに関しては、−１５０ＭＰａよりも低い場合又は１５０ＭＰａを越える場合が特異点である。また、ピーク半値幅に関しては、７．５０度を超える場合が特異点である。
【００５９】
本実施形態では、図９において特異点の設定ボタン３３がオペレータによってクリックされると、図１の応力測定プログラム２０が「特異点の可視化」モードに入る。すると、図９の設定ダイアログウィンドウ３４が表示される。設定ダイアログウィンドウ３４の中にはパラメータがσｘ，σｙ，σｚ及びＦＷＨＭであることが表示されており、さらにそれらのパラメータの許容範囲値が表示されている。さらに、測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５のうち少なくとも１つのパラメータが許容範囲値から外れていると、その測定位置の所に警告表示３５が表示される。オペレータは、これらの警告表示３５を見ることにより、試料Ｓのどの部分に特異点が存在するのかを容易に認識できる。
【００６０】
（フィードバック測定）
図５のマッピング表示を見たオペレータは、試料Ｓの内部応力がどのように分布しているかを容易に正確に迅速に判定できる。この場合、オペレータは、測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５以外の部分の応力状態がどのようになっているかを知りたい場合がある。
【００６１】
この場合には、オペレータは、図５の測定点追加ボタン３７にポインタを合わせ、マウスをクリックする。すると、図１の応力測定プログラム２０は測定追加モードに入る。測定追加モードに入った後、図１０に示すようにオペレータが希望測定位置Ｑｘをクリックによって指示し、さらに右上の測定ボタン３８をクリックすると、応力測定プログラム２０によって再び応力測定が実行される。このとき、ディスプレイ１７の画面には、図１１に示すように、測定ダイアログウィンドウ３９が表示される。
【００６２】
測定ダイアログウィンドウ３９の詳細は図１２に拡大して示す通りである。図１２において、フローバー４０は、どのような流れで測定が行われるかを表示すると共に、測定が現在どの段階にあるかを表示する。測定位置リストの作成ウィンドウ４１は、オペレータがテーブルの位置を制御する際の入力ウィンドウとして用いられる。測定位置ウィンドウ４２は、これから測定しようとしている測定点を示している。図では、これから３個の測定点について測定を行おうとしていることを示している。これらのウィンドウ表示４０，４１，４２は、オペレータの希望に応じて表示状態に設定されたり、画面上で閉じられたりする。
【００６３】
＜光学画像上へのマッピング表示の第２例＞
図５に示した第１のマッピング表示例では、測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５の位置を示す円形のドットの大きさは全ての位置について同じ大きさとした。そして、応力の「正」を赤色で示し、応力の「負」を青色で示し、さらに、応力の絶対値を赤色又は青色の濃淡の違いで表示した。
【００６４】
これに対し、図１３に示す本実施形態では、色の違いではなく、測定位置を示している円形ドットが中空の輪であるか塗り潰された円であるかによって応力の正負を表し、円形ドットの大きさによって応力の絶対値を表している。円形ドットの色は任意の１色である。本実施形態でも、選択欄２７の「σｘ」は、応力の方向を示している。
【００６５】
本実施形態のマッピング表示を行う場合でも、上述した「サムネイル表示」、「解析ソフトの起動」、「特異点の可視化」及び「フィードバック測定」を行うことができることは、もちろんである。
【００６６】
＜光学画像上へのマッピング表示の第３例＞
図１３に示した第２のマッピング表示例では、１つの色のドットの輪を中空にするか塗り潰すかによって応力の正負を表し、ドットの大きさによって応力の絶対値を表した。これに対し本実施形態では、図１４に示すように、測定位置Ｑ１〜Ｑ２５を示すドットは全て円形の輪であり、応力の正負を輪の色の違い、例えば「正」は“赤”で示し、「負」は“青”で示し、輪の大きさ（直径）で応力の絶対値を示している。本実施形態でも、選択欄２７の「σｘ」は、応力の方向を示している。
【００６７】
本実施形態のマッピング表示を行う場合でも、上述した「サムネイル表示」、「解析ソフトの起動」、「特異点の可視化」及び「フィードバック測定」を行うことができるのはもちろんである。
【００６８】
＜光学画像上へのマッピング表示の第４例＞
図５に示した第１の例、図１３に示した第２の例、及び図１４に示した第３の例では、１つの画面で１つの物理量であるσｘを表示した。これに対し、本実施形態では、図１５に示すように、１つの画面で２つの物理量であるσｘ及びσｙを同時に表示している。すなわち、２つの異なった応力の方向を画面上で同時に表示している。
【００６９】
具体的には、垂直方向の矢印によってσｘを表示し、それに直交する水平の矢印によってσｙを示している。また、それらの矢印の交点によって測定位置Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ２４、Ｑ２５を示している。また、向かい合う矢印によって圧縮応力であることを示し、離反し会う矢印によって引張り応力であることを示している。さらに、矢印の長さによって応力の大きさを表している。また、向かい合う矢印（圧縮応力）を「赤」で表示し、離反し合う矢印（引張り応力）を「青」で表示することにより、直感的で正確な認識ができるようになっている。
【００７０】
本実施形態によれば、１つの画面でσｘ及びσｙの２つの物理量が観察できるので、解析を短時間で行うことができ、非常に有利である。特に、応力測定ではｘ方向の応力とｙ方向の応力を観察することが重要であるが、本実施形態では両者を同時に観察できるので、非常に便利である。
【００７１】
本実施形態のマッピング表示を行う場合でも、上述した「サムネイル表示」、「解析ソフトの起動」、「特異点の可視化」及び「フィードバック測定」を行うことができるのはもちろんである。
【００７２】
（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、以上の実施形態では平板状の試料を例示したが、試料の形状は任意である。また、図１では、Ｘ線を用いた応力測定方法の１種類を例示したが、測定方法は図示の例に限られない。また、上記実施形態では測定点をＱ１〜Ｑ２５の２５点としたが、測定点の数は任意である。
【符号の説明】
【００７３】
１．Ｘ線応力測定装置、 ２．測定動作系、 ３．制御系、 ４．テーブル（試料移送手段）、 ６．テーブル移動系、 ７．２次元ピクセルカメラ（光学画像手段）、 ８．カメラ読取駆動系、 １１．Ｘ線源、 １２．Ｘ線検出器、 １３．光学系移動装置、 １５．ＣＰＵ、 １６．メモリ、 １７．ディスプレイ、 １８．キーボード（入力手段）、 ２０．応力測定プログラム、 ２１．解析プログラム、 ２２．画像形成プログラム、 ２４．測定データファイル、 ２５．解析データファイル、 ２７．物理量の選択欄、 ２８．諧調スケール、 ２９．サムネイル表示、 ３０．２θ−ｓｉｎ２ψ線図、 ３２．解析ダイアログ、 ３３．特異点の設定ボタン、 ３４．設定ダイアログウィンドウ、 ３５．警告表示、 ３７．測定点追加ボタン、 ３８．測定ボタン、 ３９．測定ダイアログウィンドウ、 Ｎ．試料面法線、 Ｎ’．格子面法線、 Ｐ．Ｘ線入射点（測定点）、 Ｑ１〜Ｑ２５．測定位置、 Ｑｘ．追加測定位置、 Ｒ１．Ｘ線、 Ｒ２．回折Ｘ線、 Ｓ．試料、 Ｓ１．カメラ信号、 ２θ．回折角度、 ψ．ψ角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の光学画像を撮像する光学画像手段と、
前記試料の光学画像を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイの画面上の位置を入力できる入力手段と、
Ｘ線を発生するＸ線源と、
試料を移動させる試料移送手段と、
前記試料から出たＸ線を検出するＸ線検出手段と、
前記光学画像手段、前記ディスプレイ、前記入力手段、前記Ｘ線源、前記試料移送手段及び前記Ｘ線検出手段の動作を制御して、前記入力手段によって指示された位置に基づいて試料の測定位置を決定し、決定された試料の測定位置に対して測定を行う測定手段と、
前記Ｘ線検出手段の出力信号に基づいて前記試料の測定位置における応力を演算する応力演算手段と、
前記試料の光学画像と、前記試料の測定位置と、前記応力の絶対値と、前記応力の方向とを、前記ディスプレイの同じ画面上に表示させる画像形成手段と
を有することを特徴とするＸ線応力測定装置。
【請求項２】
前記画像形成手段は、
前記試料の測定位置をドットで表示し、
前記応力の絶対値を前記ドットの色の濃淡で表示し、
前記応力の正負を前記ドットの色の種別によって表示し、
前記応力の作用方向を方向表記符号によって表示する
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線応力測定装置。
【請求項３】
前記画像形成手段は、
前記試料の測定位置をドットで表示し、
前記応力の絶対値を前記ドットの大きさで表示し、
前記応力の正負を前記ドットが抜け模様か、塗潰し模様かによって表示し、
前記応力の作用方向を方向表記符号によって表示する
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線応力測定装置。
【請求項４】
前記画像形成手段は、
前記試料の測定位置を輪状のドットで表示し、
前記応力の絶対値を前記輪状のドットの大きさで表示し、
前記応力の正負を前記輪状のドットの色の違いによって表示し、
前記応力の作用方向を方向表記符号によって表示する
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線応力測定装置。
【請求項５】
前記画像形成手段は、
前記試料の測定位置を互いに直交する一対の矢印の交点によって表示し、
前記応力の絶対値を前記矢印の長さによって表示し、
前記応力の正負を前記矢印の色の違いによって表示し、
前記応力の作用方向を矢印の向きによって表示する
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線応力測定装置。
【請求項６】
特異点表示手段をさらに有しており、
当該特異点表示手段は、
試料が特異であるかどうかを規定するためのパラメータを複数種類有しており、
前記パラメータの測定値が特異であることを示す値であるとき、対応する測定位置に特異点であることを表示する特異点表示を行う
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線応力測定装置。
【請求項７】
前記測定手段は、
前記ディスプレイ上に前記試料の光学画像と共に、
前記試料の測定位置、
前記応力の絶対値、
前記応力の正負、及び
前記応力の作用方向
が視覚的に表示されている状態において、前記入力手段によって前記試料の測定位置が指示されたとき、当該試料の測定位置に関して測定を行う
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のＸ線応力測定装置。
【請求項１】
試料の光学画像を撮像する光学画像手段と、
前記試料の光学画像を表示するディスプレイと、
前記ディスプレイの画面上の位置を入力できる入力手段と、
Ｘ線を発生するＸ線源と、
試料を移動させる試料移送手段と、
前記試料から出たＸ線を検出するＸ線検出手段と、
前記光学画像手段、前記ディスプレイ、前記入力手段、前記Ｘ線源、前記試料移送手段及び前記Ｘ線検出手段の動作を制御して、前記入力手段によって指示された位置に基づいて試料の測定位置を決定し、決定された試料の測定位置に対して測定を行う測定手段と、
前記Ｘ線検出手段の出力信号に基づいて前記試料の測定位置における応力を演算する応力演算手段と、
前記試料の光学画像と、前記試料の測定位置と、前記応力の絶対値と、前記応力の方向とを、前記ディスプレイの同じ画面上に表示させる画像形成手段と
を有することを特徴とするＸ線応力測定装置。
【請求項２】
前記画像形成手段は、
前記試料の測定位置をドットで表示し、
前記応力の絶対値を前記ドットの色の濃淡で表示し、
前記応力の正負を前記ドットの色の種別によって表示し、
前記応力の作用方向を方向表記符号によって表示する
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線応力測定装置。
【請求項３】
前記画像形成手段は、
前記試料の測定位置をドットで表示し、
前記応力の絶対値を前記ドットの大きさで表示し、
前記応力の正負を前記ドットが抜け模様か、塗潰し模様かによって表示し、
前記応力の作用方向を方向表記符号によって表示する
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線応力測定装置。
【請求項４】
前記画像形成手段は、
前記試料の測定位置を輪状のドットで表示し、
前記応力の絶対値を前記輪状のドットの大きさで表示し、
前記応力の正負を前記輪状のドットの色の違いによって表示し、
前記応力の作用方向を方向表記符号によって表示する
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線応力測定装置。
【請求項５】
前記画像形成手段は、
前記試料の測定位置を互いに直交する一対の矢印の交点によって表示し、
前記応力の絶対値を前記矢印の長さによって表示し、
前記応力の正負を前記矢印の色の違いによって表示し、
前記応力の作用方向を矢印の向きによって表示する
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線応力測定装置。
【請求項６】
特異点表示手段をさらに有しており、
当該特異点表示手段は、
試料が特異であるかどうかを規定するためのパラメータを複数種類有しており、
前記パラメータの測定値が特異であることを示す値であるとき、対応する測定位置に特異点であることを表示する特異点表示を行う
ことを特徴とする請求項１記載のＸ線応力測定装置。
【請求項７】
前記測定手段は、
前記ディスプレイ上に前記試料の光学画像と共に、
前記試料の測定位置、
前記応力の絶対値、
前記応力の正負、及び
前記応力の作用方向
が視覚的に表示されている状態において、前記入力手段によって前記試料の測定位置が指示されたとき、当該試料の測定位置に関して測定を行う
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のＸ線応力測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−３６８６１（Ｐ２０１３−３６８６１Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７３４７２（Ｐ２０１１−１７３４７２）
【出願日】平成２３年８月８日（２０１１．８．８）
【出願人】（０００２５０３３９）株式会社リガク (206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月８日（２０１１．８．８）
【出願人】（０００２５０３３９）株式会社リガク (206)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]