JP2021063776A - Linear expansion coefficient measurement method and linear expansion coefficient measurement device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、線膨張係数測定方法および線膨張係数測定装置に関する。 The present invention relates to a method for measuring a coefficient of linear expansion and a device for measuring a coefficient of linear expansion.
従来、物質の線膨張係数を測定する線膨張係数測定方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
線膨張係数αは、被測定物の標準温度における長さ寸法をL、標準温度からの温度変化量(測定時の温度−標準温度)をΔT、被測定物の温度を標準温度からΔTだけ変化させた際の長さ寸法の変化量(線膨張量)をΔLとして、次式(1)により求められる。
The linear expansion coefficient α changes the length dimension of the object to be measured at the standard temperature by L, the amount of temperature change from the standard temperature (temperature at the time of measurement-standard temperature) by ΔT, and the temperature of the object to be measured by ΔT from the standard temperature. It is obtained by the following equation (1), where ΔL is the amount of change in the length dimension (the amount of linear expansion) when the temperature is increased.
式(1)において、ΔL/Lは、10−5オーダーとなるため、ΔL/Lの値の精度を上げるためには、ΔLの精度が重要となる。
そこで、特許文献1は、恒温槽および三次元測定機を用いて線膨張量ΔLを測定する方法を開示している。特許文献1の方法では、被測定物を恒温槽内に配置し、被測定物の温度を任意の設定温度で安定させ、三次元測定機が有するプローブのスタイラスを恒温槽の内部に挿入して被測定物の長さ寸法を測定する。そして、複数の設定温度間における被測定物の長さ寸法の差に基づいて線膨張量ΔLを計算する。
In the equation (1), ΔL / L is on the order of 10-5 , so the accuracy of ΔL is important in order to improve the accuracy of the value of ΔL / L.
Therefore, Patent Document 1 discloses a method of measuring the linear expansion amount ΔL using a constant temperature bath and a three-dimensional measuring machine. In the method of Patent Document 1, the object to be measured is placed in a constant temperature bath, the temperature of the object to be measured is stabilized at an arbitrary set temperature, and the stylus of the probe of the coordinate measuring machine is inserted into the constant temperature bath. Measure the length dimension of the object to be measured. Then, the linear expansion amount ΔL is calculated based on the difference in the length dimension of the object to be measured between the plurality of set temperatures.
ところで、特許文献1では、恒温槽の内部温度が任意の設定温度に向かって変化している間、スタイラスは、恒温槽の外側で待機しており、恒温槽の外側の環境温度に慣らされている。このため、スタイラスは、恒温槽に挿入されたとき、自身の温度とは大きく異なる温度環境に急に晒される可能性がある。このような場合、被測定物の長さ寸法を測定している間にスタイラスが熱膨張したり、スタイラスを含んだプローブの特性が熱で変化したりする事態が生じ、正確な長さ寸法を測定できず、線膨張係数の精度が低下する恐れがある。 By the way, in Patent Document 1, while the internal temperature of the constant temperature bath is changing toward an arbitrary set temperature, the stylus stands by outside the constant temperature bath and is accustomed to the environmental temperature outside the constant temperature bath. There is. Therefore, when the stylus is inserted into a constant temperature bath, it may be suddenly exposed to a temperature environment that is significantly different from its own temperature. In such a case, the stylus may thermally expand while the length dimension of the object to be measured is being measured, or the characteristics of the probe containing the stylus may change due to heat. It cannot be measured, and the accuracy of the coefficient of linear expansion may decrease.
本発明の目的は、線膨張係数を高精度に測定できる線膨張係数測定方法および線膨張係数測定装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a linear expansion coefficient measuring method and a linear expansion coefficient measuring device capable of measuring a linear expansion coefficient with high accuracy.
本発明の線膨張係数測定方法は、被測定物の線膨張係数を測定する線膨張係数測定方法であって、恒温槽に対して設定温度を順次設定する設定ステップと、前記恒温槽の槽内温度が前記設定温度で安定している間、座標測定装置のスタイラスを前記恒温槽に挿入して前記被測定物を検出する検出ステップと、前記恒温槽の槽内温度が変化している間、前記スタイラスを前記恒温槽に挿入する慣らしステップと、を実施することを特徴とする。 The linear expansion coefficient measuring method of the present invention is a linear expansion coefficient measuring method for measuring the linear expansion coefficient of an object to be measured, and includes a setting step of sequentially setting a set temperature with respect to a constant temperature bath and a inside of the constant temperature bath. While the temperature is stable at the set temperature, the detection step of inserting the stylus of the coordinate measuring device into the constant temperature bath to detect the object to be measured, and while the temperature inside the constant temperature bath is changing. It is characterized by carrying out a break-in step of inserting the stylus into the constant temperature bath.
このような方法では、恒温槽の槽内温度が設定温度に向かって変化している間、スタイラスを恒温槽に挿入する慣らしステップを実施することにより、スタイラスの温度が槽内温度の変化を追って変化する。これにより、検出ステップが開始する前に、スタイラスの温度を設定温度に近い温度に到達させることができる。
従って、検出ステップの開始時、スタイラスが自身の温度と大きく異なる温度環境に晒されることがなく、スタイラスの温度が急激に変化することを回避できる。これにより、検出ステップを実施している間、スタイラスが熱膨張したり、スタイラスを含むプローブの特性が大きく変化したりすることを抑制できるため、検出ステップによる測定精度が向上し、線膨張係数を高精度に測定できる。
また、恒温槽の槽内温度と外側の環境温度との差が大きい場合であっても、スタイラスを槽内温度に対して徐々に慣らすことができるため、プローブが熱的な衝撃を受けることを回避できる。これにより、プローブにおいて熱膨張率の差異による故障が生じることを抑制できる。
さらに、本発明の線膨張係数測定方法によれば、槽内温度が設定温度で安定した後にスタイラスを恒温槽に挿入して槽内温度に慣らす例と比較して、全体的な測定時間を短縮することができる。
In such a method, the temperature of the stylus follows the change in the temperature inside the stylus by performing a break-in step of inserting the stylus into the constant temperature bath while the temperature inside the stylus is changing toward the set temperature. Change. This allows the temperature of the stylus to reach a temperature close to the set temperature before the detection step begins.
Therefore, at the start of the detection step, the stylus is not exposed to a temperature environment significantly different from its own temperature, and it is possible to avoid a sudden change in the temperature of the stylus. As a result, it is possible to prevent the stylus from thermally expanding and the characteristics of the probe including the stylus from being significantly changed during the detection step, so that the measurement accuracy by the detection step is improved and the coefficient of linear expansion is increased. Can be measured with high accuracy.
In addition, even when the difference between the temperature inside the constant temperature bath and the ambient temperature outside is large, the stylus can be gradually acclimatized to the temperature inside the tank, so that the probe is subjected to thermal impact. It can be avoided. As a result, it is possible to prevent the probe from failing due to the difference in the coefficient of thermal expansion.
Further, according to the linear expansion coefficient measuring method of the present invention, the overall measurement time is shortened as compared with the example in which the stylus is inserted into the constant temperature bath to acclimatize to the tank temperature after the tank temperature stabilizes at the set temperature. can do.
本発明の線膨張係数測定方法は、前記恒温槽の槽内温度が変化している間、前記スタイラスを前記恒温槽に挿入する前記慣らしステップと、前記スタイラスを前記恒温槽から退避させる退避ステップとを交互に実施することが好ましい。
このような方法によれば、スタイラスの温度が槽内温度の変化を追って段階的に変化するため、スタイラスの急激な温度変化をより好適に回避できる。また、スタイラスを恒温槽から退避させている間、恒温槽の開口部を閉じることにより、恒温槽の槽内温度が設定温度で安定するまでにかかる時間を短縮できる。
The method for measuring the coefficient of linear expansion of the present invention includes the break-in step of inserting the stylus into the constant temperature bath and the evacuation step of retracting the stylus from the constant temperature bath while the temperature inside the constant temperature bath is changing. It is preferable to carry out alternately.
According to such a method, since the temperature of the stylus changes stepwise according to the change in the temperature in the tank, it is possible to more preferably avoid a sudden temperature change of the stylus. Further, by closing the opening of the constant temperature bath while the stylus is retracted from the constant temperature bath, the time required for the temperature inside the constant temperature bath to stabilize at the set temperature can be shortened.
本発明の線膨張係数測定方法は、前記慣らしステップにより前記スタイラスが前記恒温槽に挿入されている間、前記スタイラスを用いて前記被測定物を検出する仮検出ステップをさらに実施することが好ましい。
このような方法によれば、恒温槽の槽内温度が変化している間の被測定物を検出し、その検出結果の時間的推移を確認することができる。仮検出ステップにより得られる情報は、測定の参考情報として利用したり、検出ステップを開始する時期を決定するために利用したりできる。
In the method for measuring the coefficient of linear expansion of the present invention, it is preferable to further carry out a temporary detection step of detecting the object to be measured using the stylus while the stylus is inserted into the constant temperature bath by the break-in step.
According to such a method, it is possible to detect the object to be measured while the temperature inside the constant temperature bath is changing, and to confirm the temporal transition of the detection result. The information obtained by the tentative detection step can be used as reference information for measurement or to determine when to start the detection step.
本発明の線膨張係数測定方法において、前記検出ステップは、前記仮検出ステップによる検出結果の時間的推移が安定した後に開始されることが好ましい。
このような方法によれば、被測定物の長さ寸法が安定してから検出ステップを実施できるため、線膨張係数をより高精度に測定できる。また、被測定物の形状、長さ、体積または熱容量の違いに応じて、検出ステップの開始タイミングを適切に決定することができ、不要な待機時間を省略できる。
なお、仮検出ステップによる検出結果の時間的推移が安定したか否かについては、例えば、前回の仮検出ステップによる検出結果と、今回の仮検出ステップによる検出結果との差異が、予め設定された閾値以下であるか否かに基づいて判断できる。
In the method for measuring the coefficient of linear expansion of the present invention, it is preferable that the detection step is started after the temporal transition of the detection result by the provisional detection step is stable.
According to such a method, since the detection step can be performed after the length dimension of the object to be measured is stabilized, the coefficient of linear expansion can be measured with higher accuracy. Further, the start timing of the detection step can be appropriately determined according to the difference in the shape, length, volume or heat capacity of the object to be measured, and unnecessary waiting time can be omitted.
Regarding whether or not the temporal transition of the detection result by the provisional detection step is stable, for example, the difference between the detection result by the previous provisional detection step and the detection result by the current provisional detection step is set in advance. It can be judged based on whether or not it is below the threshold value.
本発明は、被測定物の線膨張係数を測定する線膨張係数測定装置であって、槽内温度を設定温度に調整し、かつ、前記被測定物を収容する恒温槽と、前記恒温槽に挿入されて前記被測定物を検出するプローブと、前記プローブを移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記恒温槽の槽内温度が変化している間、前記プローブのスタイラスを前記恒温槽に挿入するように、前記移動機構を制御することを特徴とする。
このような線膨張係数測定装置によれば、本発明の線膨張係数測定方法に関して前述した効果と同様の効果を得られる。
The present invention is a linear expansion coefficient measuring device for measuring the linear expansion coefficient of an object to be measured, in which a constant temperature bath for adjusting the temperature inside the tank to a set temperature and accommodating the object to be measured and the constant temperature bath. A probe that is inserted to detect the object to be measured, a moving mechanism that moves the probe, and a control unit that controls the moving mechanism are provided, and the control unit changes the temperature inside the constant temperature bath. While, the moving mechanism is controlled so that the stylus of the probe is inserted into the constant temperature bath.
According to such a linear expansion coefficient measuring device, the same effect as the above-mentioned effect can be obtained with respect to the linear expansion coefficient measuring method of the present invention.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、寸法基準器であるステップゲージを被測定物として、このステップゲージの線膨張係数αを測定する例について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, an example in which the linear expansion coefficient α of the step gauge is measured using the step gauge, which is a dimensional reference device, as an object to be measured will be described.
図1に示すように、本実施形態の線膨張係数測定装置1は、被測定物であるステップゲージ10の寸法を測定する三次元測定機20と、ステップゲージ10を収容する恒温槽30と、制御装置60と、備えている。
As shown in FIG. 1, the linear expansion coefficient measuring device 1 of the present embodiment includes a three-
三次元測定機20は、プローブ21と、プローブ21を移動させるためのプローブ移動機構22とを備えている。プローブ移動機構22は、定盤23の上面に設けられたコラム24と、コラム24に設けられたクロスバー25と、クロスバー25に支持されたヘッド26と、ヘッド26に設置されたラム27とを含んで構成されている。ラム27の先端には、プローブ21が支持されている。
The
コラム24、ヘッド26およびラム27は、それぞれモータ等に駆動されることにより、各軸方向に移動可能である。具体的には、コラム24が定盤23に対してY軸方向に移動自在であり、ヘッド26がクロスバー25に対してX軸方向に移動自在であり、ラム27がヘッド26に対してZ軸方向に移動自在である。プローブ21は、このような3軸移動により、定盤23に対して三次元移動することが可能である。
プローブ21は、被測定物に接触するためのスタイラス211を有している。三次元測定機20は、スタイラス211が被測定物に接触したときのプローブ21の三次元座標を制御装置60に出力する。
The
The
恒温槽30は、容器状の収容部31と、収容部31の上側開口を塞ぐ天板部32とを有している。収容部31および天板部32は、外部空間に対して熱的に遮断される内部空間を区画している。天板部32には、複数の開口部33と、各開口部33を開閉可能な複数の蓋体34とが設けられている。
The
また、図2に示すように、恒温槽30は、内部空間の温度(槽内温度)を検出する温度センサ35と、槽内温度を任意の設定温度で一定に保つための温度調整機構36と、蓋体34を開閉動作させるための蓋体開閉機構37とを有している。温度センサ35は、検出した槽内温度の情報を温度調整機構36および制御装置60にそれぞれ出力する。温度調整機構36は、例えば冷却器またはヒーターなどを含んで構成され、設定温度に基づいて槽内温度を調整し安定させる機能を有する。蓋体開閉機構37は、例えばモータ等を含んで構成され、制御装置60により制御されることで、蓋体34を開閉させる。
Further, as shown in FIG. 2, the
また、図3に示すように、恒温槽30の内部空間には、被測定物であるステップゲージ10と、ステップゲージ10を比較測定するための基準となる基準ブロックゲージ40と、これらを支持する支持ユニット50とが収容される。
Further, as shown in FIG. 3, in the internal space of the
ステップゲージ10は、Lt方向に長さを有する角柱状の本体部13と、本体部13の上面にLt方向に沿って設けられた複数の凸部14とを有している。Lt方向の一端部に配置される凸部14は、第1表面11を有しており、Lt方向の他端部に配置される凸部14は、第2表面12を有している。ステップゲージ10の長さ寸法Drは、これら第1表面11および第2表面12間の距離として規定される。
The
基準ブロックゲージ40は、Lr方向に長さを有するブロックゲージであり、Lr方向の両側端部において第1基準表面41および第2基準表面42を有する。基準ブロックゲージ40の長さ寸法Drxは、第1基準表面41および第2基準表面42間の距離として規定される。また、基準ブロックゲージ40は、その長さ寸法Drxが既知であり、かつ、ステップゲージ10の公称寸法より短いものが使用される。
また、基準ブロックゲージ40の材質は、恒温槽30に設定される所定の温度範囲において、精度的に無視し得る程度の極低膨張係数ないしゼロ膨張係数を有するものである。あるいは、基準ブロックゲージ40の材質は、正確な線膨張係数が既知であり、高精度な温度補正が可能なものであってもよい。
The
Further, the material of the
支持ユニット50は、剛性の高い底板部51と、底板部51上にそれぞれ設置された被測定物支持台52および基準ゲージ支持台53とを備えている。被測定物支持台52は、ステップゲージ10のLt方向の伸縮を許容するようにステップゲージ10を支持し、基準ゲージ支持台53は、ステップゲージ10の上側において基準ブロックゲージ40を支持する。
The
図2に示すように、制御装置60は、例えばパーソナルコンピューター等のコンピューターにより構成されており、演算部61と記憶部62とを備えている。演算部61は、記憶部62に記憶されている各種プログラムを読み込み実行することで各種処理を実施する。具体的には、演算部61は、プローブ移動機構22を制御するプローブ制御部63と、被測定物の線膨張係数αを算出する線膨張係数算出部64と、恒温槽30に対して設定温度を指令する温度指令部65と、恒温槽30の蓋体開閉機構37を制御する蓋体制御部66とを有している。各構成の具体的な機能については、後述にて説明する。
As shown in FIG. 2, the
〔線膨張係数の測定動作〕
図4には、線膨張係数測定装置1を用いてステップゲージ10の線膨張係数αを測定する手順が示されている。
まず、測定者が、被測定物であるステップゲージ10と、基準ブロックゲージ40とを、恒温槽30内にそれぞれ設置する(ステップS1)。具体的には、恒温槽30の内部に底板部51および被測定物支持台52を設置し、被測定物支持台52にステップゲージ10を支持させる。その後、恒温槽30の内部に基準ゲージ支持台53を設置し、基準ゲージ支持台53に基準ブロックゲージ40を支持させる。
[Measurement operation of coefficient of linear expansion]
FIG. 4 shows a procedure for measuring the linear expansion coefficient α of the
First, the measurer installs the
次に、測定者は、制御装置60に対して、三次元測定機20による測定長さおよび恒温槽30に対する複数の設定温度などを含む測定条件を入力する(ステップS2)。これにより、線膨張係数測定装置1は、測定動作を開始する。
Next, the measurer inputs the measurement conditions including the measurement length by the coordinate measuring
測定動作開始後、温度指令部65は、入力された測定条件のうち、測定未実施のいずれかの設定温度に関する温度指令を恒温槽30に対して出力する(ステップS3;本発明の設定ステップ)。これにより、恒温槽30の温度調整機構36は、設定温度に基づいて槽内温度の調整を開始する。なお、線膨張係数測定装置1の測定動作開始時点で、恒温槽30の蓋体34は全て閉じられているものとする。
After the start of the measurement operation, the
ステップS3の後、プローブ制御部63は、所定の待機時間twが経過しているか否かを判断し(ステップS4)、Yesの場合、ステップS5に移行し、Noの場合、ステップS4に戻る。すなわち、プローブ制御部63は、待機時間twが経過するまでステップS4を繰り返す。
なお、待機時間twは、例えば予め設定された任意の時間であり、温度指令の出力時点または後述する仮測定の終了時点からカウントされる。
After step S3, the
The standby time tw is, for example, an arbitrary time set in advance, and is counted from the output time of the temperature command or the end time of the provisional measurement described later.
ステップS5では、プローブ制御部63がプローブ移動機構22に対して測定動作指令を出力し、プローブ21を制御する。これにより、プローブ21は、ステップゲージ10および基準ブロックゲージ40の各長さ寸法を測定(仮測定)する動作を行う。また、蓋体制御部66は、プローブ21の動作に応じて蓋体開閉機構37を制御し、蓋体34を開閉させる。
In step S5, the
ステップS5の仮測定におけるプローブ21および蓋体34の各動作は、後のステップで行う本測定と同様である。ここで、仮測定におけるプローブ21および蓋体34の各動作について、図5を参照して具体的に説明する。
まず、恒温槽30の一方側に配置された蓋体34が開き、スタイラス211が開口部33を介して恒温槽30に挿入し、プローブ21がステップゲージ10の第1表面11ならびに凸部14の上面および側面を接触検出する。これに続き、プローブ21は、基準ブロックゲージ40の第1基準表面41ならびに隣接する上面および側面を接触検出する。その後、スタイラス211は恒温槽30から退避し、開状態であった蓋体34が閉じる。
次いで、恒温槽30の他方側に配置された蓋体34が開き、スタイラス211が開口部33を介して恒温槽30に挿入し、プローブ21がステップゲージ10の第2表面12および基準ブロックゲージ40の第2基準表面42をそれぞれ接触検出する。その後、スタイラス211は恒温槽30から退避し、開状態であった蓋体34が閉じる。
Each operation of the
First, the
Next, the
また、ステップS5では、線膨張係数算出部64が、上述のプローブ21による検出結果に基づいて、ステップゲージ10の第1表面11および第2表面12の各中心位置の三次元座標、ステップゲージ10の向き、基準ブロックゲージ40の第1基準表面41および第2基準表面42の各中心位置の三次元座標、ならびに、基準ブロックゲージ40の向きを算出する。そして、線膨張係数算出部64は、第1表面11の中心位置と第1基準表面41の中心位置との距離、第2表面12の中心位置と第2基準表面42の中心位置との距離に基づいて、第1表面11と第2表面12との距離を算出する。
以上のステップS5の仮測定により、槽内温度が変化している間のステップゲージ10の長さ寸法が測定される。
Further, in step S5, the linear expansion
By the above provisional measurement in step S5, the length dimension of the
なお、ステップS5の仮測定において、スタイラス211が恒温槽30に挿入する動作は、本発明の慣らしステップに相当し、スタイラス211が恒温槽30から退避する動作は、本発明の退避ステップに相当し、プローブ21がステップゲージ10を接触検出する動作は、本発明の仮検出ステップに相当し、線膨張係数算出部64がステップゲージ10の長さ寸法を算出する処理は、本発明の仮算出ステップに相当する。
In the provisional measurement of step S5, the operation of inserting the
仮測定が終了した後、プローブ制御部63は、温度センサ35の出力に基づいて恒温槽30の槽内温度が設定温度で安定しているか否かを判断する(ステップS6)。そして、ステップS6においてYesの場合、仮測定による測定結果(ステップゲージ10の長さ寸法)の時間的推移が安定しているか否かを判断する(ステップS7)。ステップS7においてYesの場合に、ステップS8に移行する。
After the tentative measurement is completed, the
一方、ステップS6またはステップS7においてNoの場合、ステップS4に戻る。これにより、恒温槽30の槽内温度が設定温度で安定し、かつ、仮測定による測定結果の時間的推移が安定するまで仮測定が繰り返される。
On the other hand, if No in step S6 or step S7, the process returns to step S4. As a result, the tentative measurement is repeated until the temperature inside the
なお、ステップS6において、槽内温度が安定しているか否かについては、例えば、所定時間毎の槽内温度の変化幅が予め設定された範囲以内であるか否かに基づいて判断できる。
また、ステップS7において、仮測定の測定結果の時間的推移が安定しているか否かについては、例えば、前回の仮測定の測定結果と今回の仮測定の測定結果との差異が、予め設定された閾値以下であるか否かに基づいて判断できる。
In step S6, whether or not the temperature inside the tank is stable can be determined based on, for example, whether or not the range of change in the temperature inside the tank at predetermined time intervals is within a preset range.
Further, in step S7, regarding whether or not the temporal transition of the measurement result of the provisional measurement is stable, for example, the difference between the measurement result of the previous provisional measurement and the measurement result of the current provisional measurement is set in advance. It can be judged based on whether or not it is below the threshold value.
ステップS8では、上述した仮測定と同様の動作および処理によって、本測定(本発明の検出ステップ)が実施される。この本測定により、現在の設定温度でのステップゲージ10の長さ寸法が測定される。本測定により測定されたステップゲージ10の長さ寸法は、現在の設定温度に関連付けて記憶部62に記憶される。
In step S8, the present measurement (detection step of the present invention) is carried out by the same operation and processing as the above-mentioned provisional measurement. By this main measurement, the length dimension of the
次いで、温度指令部65は、入力された設定条件のうち、測定未実施の設定温度が存在するか否か、すなわち現在の設定温度を変更する必要があるか否かを判断する(ステップS9)。そして、ステップS9においてYesの場合には、ステップS3に戻り、次の設定温度に関する温度指令を恒温槽30に対して出力する。これにより、次の設定温度に基づく上述のステップS4〜S8が繰り返される。一方、ステップS9においてNoの場合には、ステップS10に移行する。
Next, the
ステップS10では、線膨張係数算出部64が、各設定温度に関連づいたステップゲージ10の長さ寸法に基づき、ステップゲージ10の線膨張係数αを算出する。なお、線膨張係数αの算出方法については、従来技術と同様の方法を利用できる。
In step S10, the linear expansion
〔効果〕
本実施形態の効果について、図6に示す例を参照しながら説明する。図6は、例えば設定温度T1〜T3(T1<T2<T3)が設定された場合の時間経過に対する温度指令、槽内温度および測定動作指令についてに示す図である。
〔effect〕
The effect of this embodiment will be described with reference to the example shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing temperature commands, tank temperature, and measurement operation commands for the passage of time when set temperatures T1 to T3 (T1 <T2 <T3) are set, for example.
図6に示すように、線膨張係数測定装置1では、設定温度T1〜T3に応じた温度指令が順次出力されることにより、恒温槽30の槽内温度は、複数の設定温度T1〜T3に順次設定される。
このような線膨張係数測定装置1では、恒温槽30の槽内温度が各設定温度T1〜T3で安定している間、測定動作指令が出力されることにより、本測定が実施される。これにより、線膨張係数αを算出するためのデータが取得される。
As shown in FIG. 6, in the linear expansion coefficient measuring device 1, the temperature inside the
In such a linear expansion coefficient measuring device 1, this measurement is carried out by outputting a measurement operation command while the temperature inside the
また、線膨張係数測定装置1では、恒温槽30の槽内温度が設定温度T1〜T3に向かって変化している間、測定動作指令が出力されることにより、仮測定が実施される。すなわち、線膨張係数測定装置1は、槽内温度が変化している間、スタイラス211を恒温槽30に挿入する慣らしステップを実施する。これにより、スタイラス211の温度を、槽内温度の変化を追って変化させ、本測定が開始する前に、設定温度T1〜T3に近い温度に到達させることができる。
Further, in the linear expansion coefficient measuring device 1, provisional measurement is performed by outputting a measurement operation command while the temperature inside the
従って、本測定の開始時、スタイラス211が自身の温度と大きく異なる温度環境に晒されることがなく、スタイラス211の温度が急激に変化することを回避できる。よって、本測定を実施している間、スタイラス211が熱膨張したり、プローブ21の特性が大きく変化したりすることを抑制できる。このため、本測定による測定精度が向上し、線膨張係数αを高精度に測定できる。
また、恒温槽30の槽内温度と外側の環境温度との差が大きい場合であっても、スタイラス211を槽内温度に対して徐々に慣らすことができるため、プローブ21が熱的な衝撃を受けることを回避できる。これにより、プローブ21において熱膨張率の差異による故障が生じることを抑制できる。
さらに、本実施形態は、槽内温度が設定温度で安定した後からスタイラスを恒温槽30に挿入して槽内温度に慣らす例と比較した場合、全体的な測定時間を短縮することができる。
Therefore, at the start of this measurement, the
Further, even when the difference between the temperature inside the
Further, in the present embodiment, the overall measurement time can be shortened as compared with the example in which the stylus is inserted into the
線膨張係数測定装置1では、恒温槽30の槽内温度が変化している間、仮測定が任意の時間間隔で繰り返し実施される。なお、本実施形態の仮測定は、スタイラス211を恒温槽30に挿入する慣らしステップと、スタイラス211を恒温槽30から退避させる退避ステップとを含んだものであり、仮測定が繰り返し実施されるということは、慣らしステップと退避ステップとが交互に実施されることを意味する。
このような方法によれば、スタイラス211の温度が槽内温度の変化を追って段階的に変化するため、スタイラス211の急激な温度変化をより好適に回避できる。
In the linear expansion coefficient measuring device 1, provisional measurement is repeatedly performed at arbitrary time intervals while the temperature inside the
According to such a method, since the temperature of the
本実施形態の仮測定では、慣らしステップによりスタイラス211が恒温槽30に挿入されている間、スタイラス211を用いてステップゲージ10を検出する仮検出ステップが実施される。これにより、槽内温度が変化している間のステップゲージ10の長さ寸法の時間的推移を確認することができる。この仮検出ステップにより得られる情報は、測定の参考情報として利用したり、本測定への移行時期を決定するために利用したりできる。
In the provisional measurement of the present embodiment, a provisional detection step of detecting the
例えば、本実施形態のステップS9では、仮測定の測定結果であるステップゲージ10の長さ寸法の時間的推移が安定しているか否かを判断し、安定していると判断した場合に本測定を実施している。これにより、ステップゲージ10の長さ寸法が確実に安定してから本測定が実施されるため、線膨張係数αをより高精度に測定できる。また、被測定物の形状、長さ、体積または熱容量の違いに応じて、本測定の開始タイミングを適切に決定することができ、不要な待機時間を省略できる。
For example, in step S9 of the present embodiment, it is determined whether or not the temporal transition of the length dimension of the
本実施形態の線膨張係数測定装置1では、測定動作指令が出力されている間(仮測定または本測定の間)、スタイラス211は恒温槽30に挿入されており、恒温槽30の開口部33は、スタイラス211を挿通させるために開いている。一方、測定動作指令が出力されていない間、スタイラス211は恒温槽30から退避しており、恒温槽30の開口部33は、蓋体34によって閉じられている。
このような方法によれば、恒温槽30の内外の空気の交換を最小限に留め、槽内温度の変動を小さく抑え、槽内温度が設定温度で安定するまでにかかる時間を短縮できる。
また、本実施形態では、仮測定を一定の時間間隔で繰り返し実施しているため、蓋体34も同様に一定の時間間隔で開閉される。これにより、恒温槽30の内外の空気の交換による影響を平均化し、槽内温度の変動を緩やかにすることができる。
In the linear expansion coefficient measuring device 1 of the present embodiment, the
According to such a method, the exchange of air inside and outside the
Further, in the present embodiment, since the provisional measurement is repeatedly performed at regular time intervals, the
〔変形例〕
本発明は、前述した各実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれるものである。
[Modification example]
The present invention is not limited to the configuration of each of the above-described embodiments, and modifications within the range in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
上記実施形態では、恒温槽30の槽内温度が変化している間、スタイラス211を恒温槽30に挿入する慣らしステップと、スタイラス211を恒温槽30から退避させる退避ステップとを交互に実施しているが、本発明ではこれに限られない。すなわち、本発明は、恒温槽30の槽内温度が変化している間、少なくとも1回、慣らしステップを実施するものであればよい。
In the above embodiment, while the temperature inside the
上記実施形態では、慣らしステップによりスタイラス211が恒温槽30に挿入されている間、スタイラス211を用いてステップゲージ10を検出する仮検出ステップを実施しているが、本発明はこれに限られない。例えば、恒温槽30の槽内温度が変化している間、スタイラス211を恒温槽30に挿入する慣らしステップのみを行い、仮検出ステップを行わずともよい。
In the above embodiment, a temporary detection step of detecting the
特に、上記実施形態では、ステップゲージ10の第1表面11および第2表面12をそれぞれ検出するために、恒温槽30の一方側の開口部33を介してスタイラス211を恒温槽30に挿入し、第1表面11を接触検出した後、恒温槽30の他方側の開口部33を介してスタイラス211を恒温槽30に挿入し、第2表面12を接触検出ている。しかし、仮検出ステップを行わない場合、慣らしステップは、恒温槽30の同一の開口部33を介して、または、順次異なる開口部33を介して、スタイラス211を恒温槽30に単に挿入するものであってもよい。
In particular, in the above embodiment, in order to detect the
上記実施形態では、仮検出ステップによる検出結果としてステップゲージ10の長さ寸法を利用しており、ステップゲージ10の長さ寸法の時間的推移が安定した後に、検出ステップを開始しているが、本発明はこれに限られない。
例えば、仮検出ステップによる検出結果として、ステップゲージ10の長さ寸法ではなく、ステップゲージ10の第1表面11または第2表面12のいずれか一方の三次元座標を利用してもよい。
In the above embodiment, the length dimension of the
For example, as the detection result by the provisional detection step, the three-dimensional coordinates of either the
また、上記実施形態では、仮検出ステップによる検出結果に基づいて検出ステップの開始時期を判断しているが、他の手段により検出ステップの開始時期を判断してもよい。例えば、恒温槽30の槽内温度が安定したか否か、または、予め実験等によって得た待機時間が経過したか否かを判断し、Yesと判断した場合に検出ステップを開始してもよい。なお、仮検出ステップによる検出結果を利用しない場合には、仮検出ステップを実施した上で検出結果を破棄してもよい。
Further, in the above embodiment, the start time of the detection step is determined based on the detection result of the provisional detection step, but the start time of the detection step may be determined by other means. For example, it may be determined whether or not the temperature inside the
上記実施形態では、恒温槽30の槽内温度が変化している間、測定動作指令に応じて蓋体34を開閉しているが、本発明はこれに限られない。例えば、蓋体34は常時開状態であってもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、仮測定の終了時点から所定の待機時間twが経過した後、次の仮測定を開始しているが、本発明はこれに限られない。例えば、線膨張係数測定装置1は、仮測定間の待機時間tw(慣らしステップの時間間隔)を調整するための調整手段を有していてもよい。
例えば、恒温槽30の外側の環境温度と槽内温度(または設定温度)との温度差に基づいて、当該温度差が大きいほど、待機時間twが短くなるように調整してもよい。また、槽内温度の時間に対する温度変化率に基づいて、当該温度変化率が大きいほど、待機時間twが短くなるように調整してもよい。これにより、環境温度と設定温度(または設定温度)との温度差が大きいほど、または、槽内温度の時間に対する温度変化率が大きいほど、仮測定を実施する頻度が上がるため、プローブ21を槽内温度に好適に慣らすことができる。
また、仮測定による測定結果に基づいて、前回仮測定と今回仮測定との間の測定結果の差が小さくなるほど、待機時間twが長くなるように調整してもよい。仮測定による測定結果が安定していくに従って、仮測定を実施する頻度が下がり、恒温槽30の蓋体34を閉じる時間が長くなるため、槽内温度の早期安定化を図ることができる。
Further, in the above embodiment, the next provisional measurement is started after a predetermined waiting time tw has elapsed from the end of the provisional measurement, but the present invention is not limited to this. For example, the linear expansion coefficient measuring device 1 may have an adjusting means for adjusting the waiting time tw (time interval of the break-in step) between the provisional measurements.
For example, based on the temperature difference between the ambient temperature outside the
Further, based on the measurement result by the provisional measurement, the waiting time tw may be adjusted so that the smaller the difference between the measurement result between the previous provisional measurement and the current provisional measurement, the longer the waiting time tw. As the measurement result of the tentative measurement becomes stable, the frequency of performing the tentative measurement decreases and the time for closing the
上記実施形態では、ステップゲージ10の寸法を基準ブロックゲージ40の寸法に基づいて比較測定しているが、これに限られず、三次元測定機20のスケール測定機能によって測定してもよい。
また、上記実施形態では、被測定物としてステップゲージ10の線膨張係数を測定しているが、これに限られず、本発明は、様々な被測定物の線膨張係数を測定する場合に適用できる。
さらに、上記実施形態では、本発明の座標測定装置として、三次元測定機20を使用しているが、これに限られず、スタイラスを有する接触型であれば、様々な形態の座標測定装置を利用できる。
In the above embodiment, the dimensions of the
Further, in the above embodiment, the coefficient of linear expansion of the
Further, in the above embodiment, the coordinate measuring
1…線膨張係数測定装置、10…ステップゲージ、11…第1表面、12…第2表面、13…本体部、14…凸部、20…三次元測定機、21…プローブ、211…スタイラス、22…移動機構、23…定盤、24…コラム、25…クロスバー、26…ヘッド、27…ラム、30…恒温槽、31…収容部、32…天板部、33…開口部、34…蓋体、35…温度センサ、36…温度調整機構、37…蓋体開閉機構、40…基準ブロックゲージ、41…第1基準表面、42…第2基準表面、50…支持ユニット、51…底板部、52…被測定物支持台、53…基準ゲージ支持台、60…制御装置、61…演算部、62…記憶部、63…プローブ制御部、64…線膨張係数算出部、65…温度指令部、66…蓋体制御部。 1 ... Linear expansion coefficient measuring device, 10 ... Step gauge, 11 ... First surface, 12 ... Second surface, 13 ... Main body, 14 ... Convex, 20 ... Coordinate measuring machine, 21 ... Probe, 211 ... Stylus, 22 ... moving mechanism, 23 ... surface plate, 24 ... column, 25 ... crossbar, 26 ... head, 27 ... ram, 30 ... constant temperature bath, 31 ... accommodating part, 32 ... top plate part, 33 ... opening, 34 ... Lid, 35 ... Temperature sensor, 36 ... Temperature adjustment mechanism, 37 ... Lid opening / closing mechanism, 40 ... Reference block gauge, 41 ... First reference surface, 42 ... Second reference surface, 50 ... Support unit, 51 ... Bottom plate , 52 ... Measured object support, 53 ... Reference gauge support, 60 ... Control device, 61 ... Calculation unit, 62 ... Storage unit, 63 ... Probe control unit, 64 ... Linear expansion coefficient calculation unit, 65 ... Temperature command unit , 66 ... Lid body control unit.
Claims (5)
恒温槽に対して設定温度を順次設定する設定ステップと、
前記恒温槽の槽内温度が前記設定温度で安定している間、座標測定装置のスタイラスを前記恒温槽に挿入して前記被測定物を検出する検出ステップと、
前記恒温槽の槽内温度が変化している間、前記スタイラスを前記恒温槽に挿入する慣らしステップと、を実施することを特徴とする線膨張係数測定方法。 A method for measuring the coefficient of linear expansion of an object to be measured, which is a method for measuring the coefficient of linear expansion.
A setting step to sequentially set the set temperature for the constant temperature bath, and
A detection step of inserting the stylus of the coordinate measuring device into the constant temperature bath to detect the object to be measured while the temperature inside the constant temperature bath is stable at the set temperature.
A method for measuring a coefficient of linear expansion, which comprises performing a break-in step of inserting the stylus into the constant temperature bath while the temperature inside the constant temperature bath is changing.
前記恒温槽の槽内温度が変化している間、前記スタイラスを前記恒温槽に挿入する前記慣らしステップと、前記スタイラスを前記恒温槽から退避させる退避ステップとを交互に実施することを特徴とする線膨張係数測定方法。 The method for measuring a coefficient of linear expansion according to claim 1.
While the temperature inside the constant temperature bath is changing, the break-in step of inserting the stylus into the constant temperature bath and the evacuation step of retracting the stylus from the constant temperature bath are alternately performed. Method for measuring the coefficient of linear expansion.
前記慣らしステップにより前記スタイラスが前記恒温槽に挿入されている間、前記スタイラスを用いて前記被測定物を検出する仮検出ステップをさらに実施することを特徴とする線膨張係数測定方法。 The method for measuring a coefficient of linear expansion according to claim 1 or 2.
A method for measuring a coefficient of linear expansion, which further performs a provisional detection step of detecting an object to be measured by using the stylus while the stylus is inserted into the constant temperature bath by the break-in step.
前記検出ステップは、前記仮検出ステップによる検出結果の時間的推移が安定した後に開始されることを特徴とする線膨張係数測定方法。 The method for measuring a coefficient of linear expansion according to claim 3.
The method for measuring a coefficient of linear expansion, characterized in that the detection step is started after the temporal transition of the detection result by the provisional detection step is stable.
槽内温度を設定温度に調整し、かつ、前記被測定物を収容する恒温槽と、
前記恒温槽に挿入されて前記被測定物を検出するプローブと、
前記プローブを移動させる移動機構と、
前記移動機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記恒温槽の槽内温度が変化している間、前記プローブのスタイラスを前記恒温槽に挿入するように、前記移動機構を制御することを特徴とする線膨張係数測定装置。 A linear expansion coefficient measuring device that measures the linear expansion coefficient of an object to be measured.
A constant temperature bath that adjusts the temperature inside the tank to the set temperature and houses the object to be measured, and
A probe inserted into the constant temperature bath to detect the object to be measured,
A moving mechanism for moving the probe and
A control unit that controls the movement mechanism is provided.
The control unit is a linear expansion coefficient measuring device that controls the moving mechanism so as to insert the stylus of the probe into the constant temperature bath while the temperature inside the constant temperature bath is changing.
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