CN108226216B - 线膨胀系数测定方法和测定装置 - Google Patents

Abstract

提供一种线膨胀系数测定方法和测定装置，其中，在恒温槽(30)的内部将步距规(10)与基准块规(20)平行地支承，利用测定对象物温度变更元件(50)和恒温槽(30)将步距规(10)的温度设为第一温度和第二温度，将基准块规(20)的从第一基准表面(21)至第二基准表面(22)的长度作为基准来对各个温度下的步距规(10)的从第一表面(11)至第二表面(12)的长度进行比较测定，根据第一温度下的测定对象物的长度和第二温度下的测定对象物的长度来计算测定对象物的线膨胀系数。

Description

线膨胀系数测定方法和测定装置

技术领域

本发明涉及一种线膨胀系数测定方法和测定装置。

背景技术

在三维测定机等测定装置中，为了进行检查而使用尺寸基准器。

作为尺寸基准器，使用端面尺寸被高精度地校准后的各种块规，并且使用与多个长度对应的步距规(Step gauge)。

步距规呈凸部与凹部交替配置的梳齿状，在凸部的端面间获得多个基准尺寸。关于这样的步距规，除了通过将作为凸部的测定块与作为凹部的间隔块以交替排列的方式固定于保持件来制造以外，还通过从单个构件切削成梳齿状来制造。

步距规的端面间的距离的校准值被提供为特定的温度下的长度，大多情况下为工业标准温度20℃下的长度。

在三维测定机的检查中，需要将测定出的长度以校准时的温度进行换算后来使用。一般称之为长度的温度校正。此时，需要准确地获知步距规的线膨胀系数。

包括步距规在内的很多尺寸基准器在校准证书或者检查报告中记载有使用于温度校正的线膨胀系数。这样的线膨胀系数分别伴有公差地显示。

在使用步距规来检查三维测定机的情况下，在研究检查的不确定性时，将该公差作为不确定性的主要原因来进行处理。因而，为了降低检查中的不确定性，要求高精度地评价步距规的线膨胀系数。

包括尺寸基准器在内，物体的线膨胀系数通过如下方式求出：使物体的温度发生变化，测定由该温度变化引起的物体的长度的变化量。

具体地说，设基准温度To下的物体的长度为Lo、设当前的温度T下的物体的长度为L、设温度变化量ΔT＝T-To、设长度的变化量(热膨胀量)ΔL＝L-Lo，通过α＝(ΔL/L)×(1/ΔT)给出线膨胀系数α。

在步距规等尺寸基准器中，物体的长度L的大小比长度的变化量ΔL的10的5次方倍还大。因此，一般来说，长度L的数值的准确性对线膨胀系数α的数值的影响小。

因而，为了高精度地求出线膨胀系数α，需要高精度地测定温度变化量ΔT和长度的变化量ΔL。

为了进行这样的物体的线膨胀系数α的测定，提出了一种使用光波干涉仪的测定方法(参照文献1：日本专利第3897655号公报)。

在文献1中，能够使用测定轴线相同的相向的两组光波干涉仪来高精度地测定块规等被测定物的两端面间的长度。而且，使均热板与被测定物抵接，通过对被测定物直接进行加热来使其温度发生变化，在不同的温度下测定长度，由此获取由于温度变化引起的热膨胀量来计算线膨胀系数。

但是，在这样的线膨胀系数的测定中，利用均热板对被测定物进行加热，因此只有与均热板抵接的面被局部地加热，被测定物的温度不均匀而产生温度分布。这样一来，存在被测定物内的热膨胀量不一致、线膨胀系数的测定产生误差的问题。

针对这样的问题，提出一种在步距规的温度控制中使用恒温槽的方法(参照文献2：日本特开2004-226369号公报)。

在文献2的方法中，将作为被测定物的步距规配置在恒温槽内，将外部的三维测定机的探头从恒温槽的开口部导入，利用该探头来测定步距规的长度。而且，变更恒温槽内的温度设定来在不同的温度下测定长度，由此获取由于温度变化引起的热膨胀量来计算线膨胀系数。

在这样的测定中，将恒温槽内部的气体温度调整为固定的值，利用该恒温槽内部的气体来间接地变更步距规的温度，因此能够使步距规内的温度均匀，能够高精度地测定线膨胀系数。

但是，在如文献2的方法那样经由气体间接地变更步距规的温度的方法中，步距规的温度变化是缓慢的，因此直到步距规稳定在所设定的温度为止需要很长时间，存在难以使测定高效化的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够高精度且短时间地进行线膨胀系数的测定的线膨胀系数测定方法和测定装置。

本发明的线膨胀系数测定方法用于对测定对象物的从第一表面至第二表面的线膨胀系数进行测定，该线膨胀系数测定方法的特征在于，包括以下步骤：准备能够收纳所述测定对象物且内部温度能够调整的恒温槽、能够测定从所述第一表面至所述第二表面的长度的距离测定装置、设置在所述恒温槽的内部且能够对所述测定对象物进行加热或冷却的测定对象物温度变更元件、以及安装于所述测定对象物且能够测定所述测定对象物的温度的测定对象物温度计；将所述测定对象物设置到所述恒温槽的内部；将所述恒温槽和所述测定对象物温度变更元件的设定温度设定为第一温度，利用所述恒温槽和所述测定对象物温度变更元件对所述测定对象物进行加热或冷却；在确认出所述测定对象物温度计的测定温度稳定在所述第一温度之后，测定从所述第一表面至所述第二表面的长度；将所述恒温槽和所述测定对象物温度变更元件的设定温度变更为第二温度，利用所述恒温槽和所述测定对象物温度变更元件对所述测定对象物进行加热或冷却；在确认出所述测定对象物温度计的测定温度稳定在所述第二温度之后，测定从所述第一表面至所述第二表面的长度；以及根据所述第一温度下的从所述第一表面至所述第二表面的长度和所述第二温度下的从所述第一表面至所述第二表面的长度，来计算所述测定对象物的线膨胀系数。

在这样的本发明中，利用测定对象物温度变更元件直接地变更测定对象物的温度，并且利用恒温槽间接地变更测定对象物的温度，因此能够缩短直到测定对象物的温度均匀地稳定在设定温度为止的时间，能够在短时间内高精度地对测定对象物的线膨胀系数进行测定。

在本发明的线膨胀系数测定方法中，期望的是，所述测定对象物温度变更元件安装于所述测定对象物的至少一对面上的、相对于所述测定对象物的中心轴线呈对称的位置。

在这样的本发明中，能够从相对于测定对象物的中心轴线呈对称的位置来变更测定对象物的温度。由此，能够均匀地变更测定对象物的温度，因此能够缩短直到测定对象物整体均匀地稳定在所设定的温度为止的时间，能够在短时间内对测定对象物的线膨胀系数进行测定。

在本发明的线膨胀系数测定方法中，期望的是，根据所述测定对象物温度计的测定温度与对所述测定对象物温度变更元件设定的设定温度之差来调整所述测定对象物温度变更元件的输出。

在这样的本发明中，在测定对象物的测定温度与设定温度之差大的情况下，使测定对象物温度变更元件的输出提高，随着差变小而使输出降低。由此，能够迅速地变更测定对象物的温度，并且能够防止过度变更，能够缩短直到测定对象物的温度稳定在设定温度为止的时间，能够在短时间内对测定对象物的线膨胀系数进行测定。

在本发明的线膨胀系数测定方法中，期望的是，所述测定对象物温度变更元件在所述测定对象物温度计的测定温度与设定温度之差小于期望的阈值的时间点停止运转。

在这样的本发明中，能够防止过度变更测定对象物的温度，因此能够缩短直到测定对象物的温度稳定在设定温度为止的时间，能够在短时间内对测定对象物的线膨胀系数进行测定。

在本发明的线膨胀系数测定方法中，期望的是，所述测定对象物温度变更元件的热容量比所述测定对象物的热容量小。

在这样的本发明中，能够减小在测定对象物温度变更元件停止运转后测定对象物温度变更元件对测定对象物的温度产生的影响，因此能够缩短直到测定对象物的温度稳定在设定温度为止的时间，能够在短时间内对测定对象物的线膨胀系数进行测定。

在本发明的线膨胀系数测定方法中，期望的是，包括以下步骤：准备具有与所述第一表面对应的第一基准表面以及与所述第二表面对应的第二基准表面且从所述第一基准表面至所述第二基准表面的长度已知的基准规；将所述基准规与所述测定对象物一起设置到所述恒温槽的内部；以及将从所述第一基准表面至所述第二基准表面的长度作为基准来对从所述第一表面至所述第二表面的长度进行比较测定。

在这样的本发明中，在测定对象物的长度的测定中，将基准规用作长度的基准，进行相对于该基准规的长度的比较测定，因此测定结果不依赖于距离测定装置的刻度精度而仅依赖于基准规的精度，能够高精度地进行测定对象物的长度测定。

在本发明的线膨胀系数测定方法中，期望的是，所述基准规由关于所述第一温度与所述第二温度之间的温度变化在精度上能够忽视膨胀的极低膨胀系数或零膨胀系数的材质制造而成，或者由膨胀系数已知的材质制造而成。

在这样的本发明中，在基准规由极低膨胀系数或零膨胀系数的材质制造而成的情况下，能够省略第一温度与第二温度之间的基准规的长度的温度校正。另一方面，在基准规由膨胀系数已知的材质制造而成的情况下，能够在第一温度和第二温度下通过温度校正来计算各温度下的高精度的基准规的长度。在任一情况下均能够使各温度下的基准规长度准确，因此能够高精度地进行第一温度下的比较测定和第二温度下的比较测定。

在本发明的线膨胀系数测定方法中，期望的是，包括以下步骤：准备设置于所述恒温槽的内部且能够对所述基准规进行加热或冷却的基准规温度变更元件、以及安装于所述基准规且能够测定所述基准规的温度的基准规温度计；将所述恒温槽、所述测定对象物温度变更元件以及所述基准规温度变更元件的设定温度设定为第一温度，利用所述恒温槽、所述测定对象物温度变更元件以及所述基准规温度变更元件对所述测定对象物和所述基准规进行加热或冷却；在确认出所述测定对象物温度计和所述基准规温度计的测定温度稳定在所述第一温度之后，对从所述第一表面至所述第二表面的长度进行比较测定；将所述恒温槽、所述测定对象物温度变更元件以及所述基准规温度变更元件的设定温度变更为第二温度，利用所述恒温槽、所述测定对象物温度变更元件以及所述基准规温度变更元件对所述测定对象物和所述基准规进行加热或冷却；在确认出所述测定对象物温度计和所述基准规温度计的测定温度稳定在所述第二温度之后，对从所述第一表面至所述第二表面的长度进行比较测定；以及根据所述第一温度下的从所述第一表面至所述第二表面的长度和所述第二温度下的从所述第一表面至所述第二表面的长度，来计算所述测定对象物的线膨胀系数。

在这样的本发明中，利用基准规温度变更元件直接地变更基准规的温度，并且利用恒温槽间接地变更基准规的温度，能够使直到基准规的温度均匀地稳定在设定温度为止的时间与直到测定对象物均匀地稳定在设定温度为止的时间为同一程度的时间，因此能够在考虑了基准规的热膨胀的基础上对测定对象物的长度进行比较测定，能够高精度地对测定对象物的线膨胀系数进行测定。

此外，基准规温度变更元件安装于与测定对象物温度变更元件的位置同样的位置，并且与测定对象物温度变更元件具有同样的功能/特征。

本发明的线膨胀系数测定装置对测定对象物的从第一表面至第二表面的线膨胀系数进行测定，该线膨胀系数测定装置的特征在于，具有：内部温度能够调整的恒温槽，其能够收纳所述测定对象物；距离测定装置，其能够测定从所述第一表面至所述第二表面的长度；测定对象物温度变更元件，其设置于所述恒温槽的内部，能够变更所述测定对象物的温度；以及测定对象物温度计，其安装于所述测定对象物，能够测定所述测定对象物的温度。

在这样的本发明中，通过如在前述的本发明的线膨胀系数测定方法中说明的过程，能够获得同样的作用效果。

在本发明的线膨胀系数测定装置中，期望的是，所述距离测定装置为三维测定机，在所述恒温槽中在测定用表面具有能够将所述三维测定机的测定探头向恒温槽内部导入的测定用开口。

在这样的本发明中，使用三维测定机来进行测定对象物的长度测定，因此不使用高价的光波干涉仪就能够高精度地对测定对象物的线膨胀系数进行测定。

根据本发明，能够提供一种能够在短时间内高精度地对测定对象物的线膨胀系数进行测定的线膨胀系数测定方法和测定装置。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的测定装置的立体图。

图2是表示作为所述第一实施方式的测定对象物的步距规的立体图。

图3是表示作为所述第一实施方式的测定对象物的步距规的俯视图。

图4是表示作为所述第一实施方式的基准规的基准块规的立体图。

图5是表示所述第一实施方式的恒温槽、步距规以及基准块规的配置的立体图。

图6是表示所述第一实施方式的测定过程的流程图。

图7是表示所述第一实施方式的设置状态的侧视图。

图8是表示所述第一实施方式的测定动作的立体图。

图9是表示作为本发明的第二实施方式的基准规的基准块规的立体图。

图10是表示作为所述第二实施方式的基准规的基准块规的俯视图。

具体实施方式

以下，基于附图来说明本发明的实施方式。

〔第一实施方式〕

图1至图5的各图中示出本发明的第一实施方式。

在图1中，本实施方式的线膨胀系数测定装置1将作为尺寸基准器的步距规10作为测定对象物来高精度地测定其线膨胀系数α。

为此，线膨胀系数测定装置1具备：恒温槽30，其收纳步距规10b并将该步距规10b维持在规定温度；作为基准规的基准块规20，其同样地收纳于恒温槽30；以及作为距离测定装置的三维测定机40，其将基准块规20作为基准来对步距规10的长度进行比较测定。

如图1所示，三维测定机40具有测定台41，在该测定台41的上表面通过柱42和横梁43支承有头44。在头44处设置有向下方延伸的滑块(ram)45，在该滑块45的前端支承有探头46。

三维测定机40被设为柱42相对于测定台41沿Y轴方向移动自如，头44相对于横梁43沿X轴方向移动自如，滑块45相对于头44沿Z轴方向移动自如。通过这三轴移动，能够使探头46相对于测定台41进行三维移动。

恒温槽30是能够将箱状的壳体内部的温度维持在期望的温度的装置，被载置于测定台41的上表面，以该恒温槽30的长边方向沿着Y轴方向的方式被固定。

通过对恒温槽30的上表面侧进行开闭，能够在该恒温槽30的内部收纳步距规10和基准块规20。

在恒温槽30的上表面形成有多个具有开闭式的盖体的测定用开口31。

在恒温槽30的内部，步距规10以其延伸方向Lt沿着Y轴方向的方式被支承。另外，基准块规20配置于步距规10的上表面侧(步距规10的面向测定用开口31的一侧)，以其延伸方向Lr沿着Y轴方向且与步距规10相互平行的方式被支承。

如图2所示，作为测定对象物的步距规10具有沿延伸方向Lt延伸的棱柱状的主体，其上表面、底面以及各侧面与同延伸方向Lt交叉的两个方向即高度方向Ht及宽度方向Wt中的某一个方向平行。

在步距规10的上表面，沿延伸方向Lt排列有多个块规状的凸部13。各凸部13的延伸方向Lt上的长度为Dp，各凸部13之间的凹部的延伸方向Lt上的间隔为Dc。

在本实施方式中，将凸部13的处于步距规10的一个端部的表面设为第一表面11，将凸部13的处于步距规10的另一个端部的表面设为第二表面12，测定该第一表面11与第二表面12之间的距离来作为步距规10的长度Dx。

如图3所示，在步距规10的沿延伸方向Lt的一个侧面上，在第一表面11附近和第二表面12附近安装有测定对象物温度变更元件50。另外，在另一个侧面上，也在第一表面11附近和第二表面12附近安装有测定对象物温度变更元件50。也就是说，测定对象物温度变更元件50安装于步距规10的一对侧面上的、相对于步距规10的延伸方向Lt的中心轴线呈对称的位置。

另外，在一对侧面的中间附近安装有用于测定步距规10的温度的测定对象物温度计60。

测定对象物温度变更元件50能够变更步距规10的温度，在本实施方式中，采用热容量小的片状加热器，通过片状加热器的加热来使步距规10的温度上升。

测定对象物温度计60测定步距规10的表面温度，检测各个测定对象物温度计60的测定结果的平均值来作为测定温度ts1。

在本实施方式中，测定对象物温度变更元件50及测定对象物温度计60与温度调整机构70连接。

温度调整机构70具有输出调整功能，能够调节测定对象物温度变更元件50的输出。

另外，温度调整机构70具有过度加热防止功能，能够事先设定阈值温度Δt，在步距规10的测定温度ts1与对测定对象物温度变更元件50设定的设定温度之差小于阈值温度Δt的时间点，使测定对象物温度变更元件50停止运转。由此，能够防止步距规10被过度加热。

如图4所示，作为基准规的基准块规20是沿延伸方向Lr延伸的块规，其上表面、底面以及各侧面与同延伸方向Lr交叉的两个方向即高度方向Hr及宽度方向Wr中的某一个方向平行。

基准块规20的处于延伸方向Lr上的两端的一对端面被设为第一基准表面21和第二基准表面22。

基准块规20的第一基准表面21与第二基准表面22之间的距离、也就是说长度为Drx。关于基准块规20，基于作为测定对象物的步距规10的测定对象的长度Dx(标称尺寸、公称尺寸)来选择长度Drx为比长度Dx短规定尺寸(例如凸部13的长度Dp)的尺寸的基准块规。

基准块规20不仅长度Drx已知，而且由关于后述的第一温度t1与第二温度t2之间的温度变化在精度上能够忽视膨胀的极低膨胀系数或零膨胀系数的材质制造而成，在进行第一温度t1下的比较测定和第二温度t2下的比较测定时，能够高精度地计算各温度t1、t2下的长度Drx。

在图5中，这些步距规10和基准块规20平行地设置在恒温槽30内。

为了支承这些步距规10和基准块规20，在恒温槽30内设置有刚性高的底板32，在该底板32的上表面设置有测定对象物支承台80和基准规支承台90。

测定对象物支承台80由第一表面11侧的测定对象物第一支承台81和第二表面12侧的测定对象物第二支承台82构成。

基准规支承台90由第一基准表面21侧的基准规第一支承台91和第二基准表面22侧的基准规第二支承台92构成。

〔线膨胀系数的测定动作〕

图6中示出使用线膨胀系数测定装置1来测定步距规10的线膨胀系数α的过程。

在测定开始时，首先，作为线膨胀系数测定装置1，将恒温槽30固定于三维测定机40，在恒温槽30的内部设置步距规10和基准块规20(处理S1)。

在恒温槽30的内部设置步距规10和基准块规20时，首先，设置测定对象物第一支承台81和测定对象物第二支承台82，利用该测定对象物第一支承台81和测定对象物第二支承台82来支承步距规10。接着，以跨越步距规10的方式设置基准规第一支承台91和基准规第二支承台92，利用该基准规第一支承台91和基准规第二支承台92来支承基准块规20。

如图7所示，在设置步距规10和基准块规20时，调整各自的延伸方向Lt、Lr上的位置，使得各自的第二表面12与第二基准表面22处于同一平面。

在此，由于基准块规20的长度Drx被设定为比步距规10的长度Dx短凸部13的长度Dp，因此在将第二基准表面22与第二表面12对齐时，第一基准表面21差凸部13的长度Dp达不到第一表面11，最靠近第一表面11的凸部13成为上表面侧不被基准块规20覆盖的状态。

返回图6，在步距规10和基准块规20的设置(处理S1)完成后，向三维测定机40输入测定长度(步距规10的长度Dx)(处理S2)。

接着，在线膨胀系数α的测定中利用的不同的规定温度下，分别执行步距规10的长度的比较测定动作(处理S3～S12)。

首先，在将测定用开口31全部关闭的状态下，将恒温槽30的设定温度变更为第一温度t1(处理S3)。这样一来，恒温槽30内的空气的温度逐渐被加热，步距规10通过该空气而被间接地加热。

接着，利用测定对象物温度变更元件50进行加热，以使步距规10的温度迅速地上升至第一温度t1。

在利用测定对象物温度变更元件50进行的加热中，首先，将测定对象物温度变更元件50的设定温度设定为第一温度t1，将阈值温度设定为Δt(处理S4)。

接着，判定步距规10的测定温度ts1与第一温度t1之差是否为阈值温度Δt以上、即t1-ts1≥Δt(处理S5)。

在判定的结果为阈值温度Δt以上的情况下，使测定对象物温度变更元件50开始运转来对步距规10直接进行加热(处理S6)。另外，在判定为小于阈值温度Δt的情况下，转到后述的处理S9。

在此，通过温度调整机构70的输出调整功能，根据步距规10的测定温度ts1与第一温度t1之差来调整测定对象物温度变更元件50的输出。也就是说，在测定温度ts1与第一温度t1之差大的情况下，使输出提高，伴随着差变小而使输出降低。然后，判定步距规10的测定温度ts1与第一温度t1之差是否小于阈值温度Δt、即t1-ts1<Δt(处理S7)，在判定为小于阈值温度Δt的情况下，通过温度调整机构70的过度加热防止功能来使测定对象物温度变更元件50的运转停止(处理S8)。也就是说，一边调整输出一边使测定对象物温度变更元件50继续运转，直到测定温度ts1与第一温度t1之差小于阈值温度Δt为止。由此，能够使步距规10的温度迅速地上升至第一温度t1。

在测定对象物温度变更元件50的运转停止后仍继续利用恒温槽30内的空气进行加热。由此，步距规10被间接地加热，直到测定温度ts1成为第一温度t1为止(处理S9)。

接着，在测定温度ts1成为第一温度t1之后，待机事先设定的待机时间Tm(处理S10)，以使步距规10的内部温度稳定。根据经验，将该Tm设定为30分左右的时间。

在通过处理S10来使步距规10的内部温度稳定之后，进行步距规10和基准块规20的坐标系决定(处理S11)。

具体地说，如图1和图5所示，打开第一表面11侧的测定用开口31，导入三维测定机40的探头46。然后，如图8所示，对步距规10的第一表面11进行三点以上的接触来检测位置和倾斜度。并且，在设定有第一表面11的凸部13的上表面和一个侧面中的任一个面上，进行两点以上的接触来检测轴的朝向，以及在其余的面上进行一点以上的接触来检测位置和倾斜度。由此，获取第一表面11的中心位置的三维坐标和步距规10的延伸方向Lt的朝向。此外，只要能够决定三维坐标和朝向即可，坐标系决定的方法可以使用任意方法。

同样地，利用探头46进行基准块规20的第一基准表面21、邻接的上表面及侧面的接触检测，来获取第一基准表面21的中心位置的三维坐标和基准块规20的延伸方向Lr的朝向。

并且，通过第二表面12侧的测定用开口31导入探头46，来进行步距规10的第二表面12和基准块规20的第二基准表面22的测定，获取第二表面12和第二基准表面22的中心位置的三维坐标。

返回图6，在步距规10和基准块规20的坐标系决定完成后，进行步距规10与基准块规20的尺寸的比较测定(处理S12)。

具体地说，在通过处理S11决定的坐标系下，基于第一表面11的中心位置与第一基准表面21的中心位置之间的距离以及第二表面12的中心位置与第二基准表面22的中心位置之间的距离，根据第一基准表面21与第二基准表面22之间的距离(基准块规20的长度Drx)来进行计算，由此能够对第一表面11与第二表面12之间的距离(长度Dx的准确的值)进行比较测定。

通过以上处理，在第一温度t1下的第一表面11与第二表面12之间的距离的比较测定完成之后，判定有无第二温度t2下的比较测定动作(处理S13)，在第二温度t2下重复进行所述的比较测定动作(处理S3～S12)。

通过这些处理，能够获得第一温度t1下的长度Dx1和第二温度t2下的长度Dx2，将步距规10的长度设为D，能够计算步距规10的第一表面11与第二表面12之间的区间的线膨胀系数α＝[(Dx1-Dx2)/D]/(t1-t2)(处理S14)。此外，关于长度D，一般使用工业标准温度20℃下的公称长度，但也可以使用测定出的长度Dx1、长度Dx2中的任一个或者它们的平均值，由于在这些情况下均为相对于热变形ΔD＝(Dx1-Dx2)而言足够大的值，因此不会对线膨胀系数α的计算产生影响。

〔第一实施方式的效果〕

根据这样的本实施方式，能够获得以下那样的效果。

在本实施方式中，利用测定对象物温度变更元件50对步距规10直接进行加热，并且利用恒温槽30对步距规10间接进行加热，因此能够缩短直到步距规10的温度均匀地稳定在所设定的温度为止的时间，能够在短时间内高精度地测定步距规10的线膨胀系数α。

在本实施方式中，测定对象物温度变更元件50安装于步距规10的一对侧面上的、相对于步距规10的延伸方向Lr的中心轴线呈对称的位置，因此能够对步距规10整体均匀地进行加热。因此，能够缩短直到步距规10的温度均匀地稳定在所设定的温度为止的时间，能够在短时间内高精度地测定步距规10的线膨胀系数α。

在本实施方式中，通过温度调整机构70的输出调整功能，根据步距规10的测定温度ts1与设定温度之差来调整测定对象物温度变更元件50的输出，因此能够缩短直到步距规10的温度被变更为所设定的温度为止的时间，能够在短时间内高精度地测定步距规10的线膨胀系数α。

另外，在本实施方式中，通过温度调整机构70的过度加热防止功能来使测定对象物温度变更元件50在步距规10的测定温度ts1与设定温度之差小于阈值温度Δt的时间点停止运转。由此，能够防止步距规10被过度加热，能够缩短直到稳定在所设定的温度为止的时间。

并且，在本实施方式中，采用热容量小的片状加热器来作为测定对象物温度变更元件50，由此能够减小运转停止后对步距规10的温度产生的影响，能够缩短直到步距规10的温度稳定在所设定的温度为止的时间。

在本实施方式中，在使用三维测定机40来测定步距规10的长度时，将基准块规20用作长度的基准，进行相对于该基准块规20的长度的比较测定。因此，长度测定的结果不依赖于三维测定机40的刻度的精度而仅依赖于基准块规20的精度，能够高精度地进行步距规10的长度测定。

〔第二实施方式〕

图9和图10中示出本发明的第二实施方式的基准块规20A。

在本实施方式中，以线膨胀系数测定装置1为首的、除了基准块规20A所涉及的结构以外的结构与前述的第一实施方式是共通的。因而，以下仅说明不同的部分。

如图9和图10所示，在基准块规20A的与步距规10同样的位置处安装有基准规温度变更元件51和基准规温度计61。也就是说，在基准块规20A的一对侧面上的第一基准表面21A附近和第二基准表面22A附近安装有基准规温度变更元件51，在中间附近安装有基准规温度计61。

基准规温度变更元件51与测定对象物温度变更元件50同样为热容量小的片状加热器，通过片状加热器的加热来使基准块规20A的温度上升。

基准规温度计61测定基准块规20A的表面温度，检测各个基准规温度计61的测定结果的平均值来作为测定温度ts2。

在本实施方式中，基准规温度变更元件51及基准规温度计61与温度调整机构70连接，温度调整机构70具有基准规温度变更元件51的输出调整功能和过度加热防止功能。

在这样的本实施方式中，通过与前述的第一实施方式同样的过程，能够以与步距规10同样程度的时间使基准块规20A的温度上升至设定温度。由此，能够在考虑了第一温度t1和第二温度t2下的基准块规20A的热膨胀的基础上，来测定步距规10的线膨胀系数α，因此能够确保更高精度的测定。

〔变形例〕

本发明不限定于前述的各实施方式的结构，能够实现本发明的目的的范围内的变形等也包含于本发明。

例如，在前述的各实施方式中，采用片状加热器来作为测定对象物温度变更元件50和基准规温度变更元件51，但不限于此，也能够采用带状加热器、罩形加热器。另外，不限于上述那样的加热手段，也能够采用水冷循环式冷却器那样的冷却手段。并且，也可以采用珀耳帖元件那样的加热冷却手段。

在前述的各实施方式中，将测定对象物温度变更元件50安装于步距规10的一对侧面上的、相对于步距规10的延伸方向Lt的中心轴线呈对称的位置，但不限于此，例如也可以相对于步距规10的中心点位于相反侧的位置，只要安装于能够对步距规10均匀地进行加热的位置即可。

在前述的各实施方式中，通过温度调整机构70的输出调整功能，根据步距规10的测定温度ts1与第一温度t1之差来调整测定对象物温度变更元件50的输出，但不限于此，例如，也可以根据对测定对象物温度变更元件50设定的设定温度来进行调整。并且，也能够不调整测定对象物温度变更元件50的输出而是使之固定。在该情况下，不需要温度调整机构70的输出调整功能。

在前述的各实施方式中，在判定为步距规10的测定温度ts1与第一温度t1之差小于事先设定的阈值温度Δt的情况下，通过温度调整机构70的过度加热防止功能来使测定对象物温度变更元件50停止运转，但不限于此，例如也可以是，在步距规10的测定温度ts1成为第一温度t1的情况下使测定对象物温度变更元件50停止运转。在该情况下，不需要温度调整机构70的过度加热防止功能。

在前述的各实施方式中，测定对象物温度变更元件50及测定对象物温度计60与具有输出调整功能及过度加热防止功能的温度调整机构70连接，但不限于此，例如也可以是，使三维测定机40的控制部具有这些功能，与该控制部进行连接，由此能够调整测定对象物温度变更元件50的输出、防止过度加热。在该情况下，不需要另外设置温度调整机构70。

在前述的各实施方式中，在确认出步距规10的表面的测定温度ts1稳定在设定温度之后，待机事先设定的时间Tm以使步距规10的内部温度稳定，但不限于此，例如，通过采用能够测定步距规10的内部温度的温度计来作为测定对象物温度计60，能够省略用于使内部温度稳定的待机时间Tm。也就是说，利用测定对象物温度计60来测定步距规10的内部温度，在确认出内部的测定温度ts1稳定在设定温度之后，不经过待机时间Tm就能够进行坐标系决定。

在前述的各实施方式中，在第一温度t1和第二温度t2这两种温度下测定步距规10的长度来计算线膨胀系数α，但不限于此，例如也可以在三种以上的温度下测定步距规10的长度来计算线膨胀系数α。在该情况下，也可以利用各个温度下的步距规10的长度的测定结果求出回归直线，根据其斜率来计算线膨胀系数α。

另外，由于线膨胀系数α具有温度特性，因此也可以根据针对三种以上的温度下的步距规10的长度的测定结果给出的多项式来导出线膨胀系数α、或者导出用于计算线膨胀系数α的函数式。

在前述的各实施方式中，将步距规10作为测定对象物，但作为测定对象物也可以是块规或者其它尺寸基准器。

另外，作为基准规，不限于基准块规20，也可以使用专用的基准规或者作为与测定对象物同样的步距规10的、被高精度地校准后的标准规。

此时，作为基准规，优选由关于第一温度t1与第二温度t2之间的温度变化在精度上能够忽视膨胀的极低膨胀系数或零膨胀系数的材质制造而成、或者由膨胀系数已知的材质制造而成。

在前述的各实施方式中，使作为基准规的基准块规20的第二基准表面22与作为测定对象物的步距规10的第二表面12在同一平面上对齐，但也可以使第一基准表面21与第一表面11对齐，或者也可以配置为基准规与测定对象物的两端不对齐。

但是，通过使任一端部对齐，在与设为同一平面的一侧相反的一侧的端部，基准规与测定对象物的长度之差最大，能够使利用三维测定机的探头进行表面检测时的富余最大。

在前述的各实施方式中，基于基准块规20的尺寸来对步距规10的长度进行比较测定，但不限于此，也可以通过三维测定机40的刻度测定功能来进行测定。但是，在该情况下，测定结果因三维测定机40的刻度精度而产生误差，因此优选进行基于基准规等的比较测定。

在前述的实施方式中，利用三维测定机40来测定步距规10的长度，但不限于此，例如也可以使用光波干涉仪、应变计。在该情况下，不需要用于将三维测定机40的探头46导入到恒温槽30内的测定用开口31。

Claims (9)

1.一种线膨胀系数测定方法，用于对测定对象物的从第一表面至第二表面的线膨胀系数进行测定，所述线膨胀系数测定方法的特征在于，包括以下步骤：

准备：

内部温度能够调整的恒温槽，其能够收纳所述测定对象物；

距离测定装置，其能够测定从所述第一表面至所述第二表面的长度；

测定对象物温度变更元件，其设置于所述恒温槽的内部，能够对所述测定对象物进行加热或冷却；

测定对象物温度计，其安装于所述测定对象物，能够测定所述测定对象物的温度；以及

基准规，其具有与所述第一表面对应的第一基准表面以及与所述第二表面对应的第二基准表面，并且从所述第一基准表面至所述第二基准表面的长度是已知的，

将所述基准规与所述测定对象物一起设置到所述恒温槽的内部，

将所述恒温槽和所述测定对象物温度变更元件的设定温度设定为第一温度，利用所述恒温槽和所述测定对象物温度变更元件来对所述测定对象物进行加热或冷却，

在确认出所述测定对象物温度计的测定温度稳定在所述第一温度之后，将从所述第一基准表面至所述第二基准表面的长度作为基准，来对从所述第一表面至所述第二表面的长度进行比较测定，

将所述恒温槽和所述测定对象物温度变更元件的设定温度变更为第二温度，利用所述恒温槽和所述测定对象物温度变更元件对所述测定对象物进行加热或冷却，

在确认出所述测定对象物温度计的测定温度稳定在所述第二温度之后，将从所述第一基准表面至所述第二基准表面的长度作为基准，来对从所述第一表面至所述第二表面的长度进行比较测定，以及

根据所述第一温度下的从所述第一表面至所述第二表面的长度和所述第二温度下的从所述第一表面至所述第二表面的长度，来计算所述测定对象物的线膨胀系数。

2.根据权利要求1所述的线膨胀系数测定方法，其特征在于，

所述测定对象物温度变更元件安装于所述测定对象物的至少一对面上的、相对于所述测定对象物的中心轴线呈对称的位置。

3.根据权利要求1所述的线膨胀系数测定方法，其特征在于，

根据所述测定对象物温度计的测定温度与对所述测定对象物温度变更元件设定的设定温度之差来调整所述测定对象物温度变更元件的输出。

4.根据权利要求1所述的线膨胀系数测定方法，其特征在于，

所述测定对象物温度变更元件在所述测定对象物温度计的测定温度与所述测定对象物温度变更元件的设定温度之差小于期望的阈值的时间点停止运转。

5.根据权利要求1所述的线膨胀系数测定方法，其特征在于，

所述测定对象物温度变更元件的热容量比所述测定对象物的热容量小。

6.根据权利要求1所述的线膨胀系数测定方法，其特征在于，

所述基准规由在所述第一温度与所述第二温度之间的温度变化中在精度上能够忽视膨胀的极低膨胀系数或零膨胀系数的材质制造而成，或者由膨胀系数已知的材质制造而成。

7.根据权利要求1所述的线膨胀系数测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

准备：

基准规温度变更元件，其设置于所述恒温槽的内部，能够对所述基准规进行加热或冷却；以及

基准规温度计，其安装于所述基准规，能够测定所述基准规的温度，

将所述恒温槽、所述测定对象物温度变更元件以及所述基准规温度变更元件的设定温度设定为所述第一温度，利用所述恒温槽、所述测定对象物温度变更元件以及所述基准规温度变更元件来对所述测定对象物和所述基准规进行加热或冷却，

在确认出所述测定对象物温度计和所述基准规温度计的测定温度稳定在所述第一温度之后，对从所述第一表面至所述第二表面的长度进行比较测定，

将所述恒温槽、所述测定对象物温度变更元件以及所述基准规温度变更元件的设定温度变更为所述第二温度，利用所述恒温槽、所述测定对象物温度变更元件以及所述基准规温度变更元件来对所述测定对象物和所述基准规进行加热或冷却；

在确认出所述测定对象物温度计和所述基准规温度计的测定温度稳定在所述第二温度之后，对从所述第一表面至所述第二表面的长度进行比较测定，以及

根据所述第一温度下的从所述第一表面至所述第二表面的长度和所述第二温度下的从所述第一表面至所述第二表面的长度，来计算所述测定对象物的线膨胀系数。

8.一种线膨胀系数测定装置，对测定对象物的从第一表面至第二表面的线膨胀系数进行测定，所述线膨胀系数测定装置的特征在于，具有：

内部温度能够调整的恒温槽，其能够收纳所述测定对象物；

距离测定装置，其能够测定从所述第一表面至所述第二表面的长度；

测定对象物温度变更元件，其设置于所述恒温槽的内部，能够变更所述测定对象物的温度；

测定对象物温度计，其安装于所述测定对象物，能够测定所述测定对象物的温度；以及

基准规，其具有与所述第一表面对应的第一基准表面以及与所述第二表面对应的第二基准表面，并且从所述第一基准表面至所述第二基准表面的长度是已知的，

其中，将所述基准规与所述测定对象物一起设置到所述恒温槽的内部，以及

所述线膨胀系数测定装置将从所述第一基准表面至所述第二基准表面的长度作为基准，来对从所述第一表面至所述第二表面的长度进行比较测定。

9.根据权利要求8所述的线膨胀系数测定装置，其特征在于，

所述距离测定装置为三维测定机，

在所述恒温槽中在测定用表面具有能够将所述三维测定机的测定探头向恒温槽内部导入的测定用开口。

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