热膨胀系数测定装置和热膨胀系数测定方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种热膨胀系数测定装置和热膨胀系数测定方法。热膨胀测定装置具备温度控制装置、光波干涉仪以及控制装置，控制装置具备：实测数据获取部，其依次变更被测定物的温度，获取在各温度下由光波干涉仪测定的实测数据；数据集生成部，其生成通过将各实测数据的干涉级次设定在任意的范围内所得到的多个验证用数据，从针对各温度的验证用数据中各选出一个验证用数据来形成数据集，来生成多个数据集；以及判定部，其关于多个数据集分别导出阶数各不相同的多个近似函数，针对每个近似函数计算基于验证用数据与近似函数的差的评价指标值，关于各近似函数提取评价指标值最小的候选数据集，基于各候选数据集是否相同来判定候选数据集的有效性。

Thermal Expansion Coefficient Measuring Device and Thermal Expansion Coefficient Measuring Method

The invention provides a device for measuring thermal expansion coefficient and a method for measuring thermal expansion coefficient. Thermal expansion measuring device has temperature control device, light wave interferometer and control device. The control device includes: data acquisition unit, which changes the temperature of the measured object in turn to obtain the measured data measured by light wave interferometer at various temperatures; data generation unit, which generates multiple tests obtained by setting the interference levels of the measured data in an arbitrary range. To verify data, one validation data set is selected from each validation data set for each temperature to generate multiple data sets; and the decision section derives several approximation functions with different orders for each data set, calculates the evaluation index values based on the difference between validation data and approximation function for each approximation function, and extracts the approximation functions. The validity of candidate data sets is determined by whether the candidate data sets have the same evaluation index value.

【技术实现步骤摘要】
热膨胀系数测定装置和热膨胀系数测定方法
本专利技术涉及一种测定热膨胀系数的热膨胀系数测定装置和热膨胀系数测定方法。
技术介绍
以往，已知一种用于测定物质的准确的热膨胀系数(CoefficientofThermalExpansion：下文中有时简称为CTE)的热膨胀系数测定装置(例如，参照文献1：日本专利第3897655号公报)。将被测定物的标准温度下的长度尺寸设为L，将相对于标准温度的温度变化量(测定时的温度-标准温度)设为ΔT，将使被测定物的温度相对于标准温度变化了ΔT时的长度尺寸的变化量(热膨胀量)设为ΔL，通过下式(1)求出CTEα。在式(1)中，ΔL/L为10-5数量级，因此为了提高ΔL/L的值的精度，ΔL的精度很重要。为了高精度地求出CTEα，需要高精度地测定温度变化量ΔT和热膨胀量ΔL。其中，关于温度变化量ΔT，通过使用工业用的高精度温度计，能够满足足够的精度。另一方面，关于热膨胀量ΔL，例如能够使用迈克尔逊(Michelson)干涉仪、泰曼-格林(TwymanGreen)干涉仪等光波干涉仪。在使用这样的光波干涉仪的情况下，例如文献1所记载的那样，根据多次独立得到的被测定对象的绝对尺寸测定数据，间接地求出热膨胀量ΔL。另外，在使用光波干涉仪的绝对尺寸测定中，通过下式(2)提供被测定物的长度尺寸。在式(2)中，N为干涉级次(整数)，ε为尾数。由光波干涉仪实际测量的值仅为尾数ε，处于测定所使用的光的半波长以下的范围。另一方面，使用尺寸的预备值来估计干涉级次N。此时，如果错误地决定了干涉级次N，则值会以半波长的整数倍为单位发生偏移。为了计算CTE，使被测定物的温度变化来多次重复测定并获取温度和长度尺寸，来计算一阶近似函数，根据其斜率求出CTE。在此，在以后的说明中，就实施温度和长度尺寸的测定时所得到的一个测定数据(温度、长度尺寸)而言，将改变被测定物的温度来多次实施测定时所得到的一系列的数据组设为实测数据集。图18是在干涉级次N为正确的值的情况下得到的实测数据集的一例，图19是在错误地决定了一部分干涉级次N的情况下得到的实测数据集的一例。在图18、19中，是在20±Δt℃的七个温度下测定出的实测数据集的一例。如图18所示，在干涉级次N无误的情况下，根据各数据得到的一阶近似函数为被测定物的温度与长度尺寸原本存在的关系。根据式(1)，通过将一阶近似函数的斜率(ΔL/ΔT)除以被测定物的长度尺寸L得到CTEα。另一方面，图19是在温度20-Δt℃下进行的长度尺寸的测定中将干涉级次N决定为小于本来的值且在温度20+Δt℃下进行的长度尺寸的测定中将干涉级次N决定为大于本来的值的情况的例子。在图19的例子中，错误地决定了干涉级次N，由此CTEα被计算为比本来的值大的值。基于通过使用光波干涉仪对被测定物的尺寸进行预备测定而得到的预备测定值，来推算上述那样的干涉级次N。在此，在光波干涉仪中使用单一波长的光源的情况下，针对被测定物的尺寸的真值，需要以半波长以下的精度求出预备测定值。例如，在使用波长633nm的激光的情况下，针对被测定物的尺寸的真值，需要容许幅度内的约300nm以下的精度的预备测定值，所要求的精度为较严格的值，从而错误地决定干涉级次N的概率变高。对于此，为了扩大预备值的容许范围，有时利用使用了多个波长的光源的匹配法。例如在使用633nm的激光和543nm的激光这两个波长的光源的情况下，针对被测定物的尺寸的真值，能够将容许幅度扩大至1.9μm。然而，在该情况下，需要与多个波长的光分别对应的光源。即，准备多个光源导致成本升高，并且还需要对多台光源进行波长校正等定期维护，也导致管理相关的成本升高。另外，在一个光源发生故障且无法立即准备替代设备的情况下，需要仅使用单一波长的光进行测定，在该情况下，如上述那样错误地决定干涉级次N的概率变高。或者，为了提高测定精度，在准备替代设备的期间需要中止测定。
技术实现思路
鉴于以上那样的问题，本专利技术的目的在于提供一种能够持续地实施高精度的测定的热膨胀系数测定装置和热膨胀系数测定方法。本专利技术所涉及的热膨胀测定装置的特征在于，具备：温度检测部，其对被测定物的温度进行检测；光波干涉仪，其使用单一波长的光来测定所述被测定物的长度尺寸；实测数据获取部，其依次变更所述被测定物的温度，获取在各温度Ti(i＝1～k)下由所述光波干涉仪测定的所述被测定物的长度尺寸的实测数据Li；数据集生成部，其针对各所述实测数据Li生成通过将干涉级次设定在任意的范围内所得到的多个验证用数据Di，从针对i＝1～k的各温度Ti的所述验证用数据Di中分别选出一个所述验证用数据Di来形成数据集，并生成所述验证用数据Di的选择的组合各不相同的多个所述数据集；以及判定部，其关于多个所述数据集分别导出阶数各不相同的多个近似函数，针对每个所述近似函数计算基于所述数据集的各所述验证用数据Di与所述近似函数的差的评价指标值，从多个所述数据集中提取所述评价指标值最小的候选数据集，基于针对各所述近似函数提取的所述候选数据集是否相同来判定所述候选数据集的有效性，其中，k为大于1的正整数。在本专利技术中，关于针对各温度Ti的各个实测数据Li，生成通过将干涉级次设定在任意的范围内(变更)所得到的验证用数据Di，针对各温度Ti选择一个验证用数据Di来生成数据集，与验证用数据Di的所有组合相应地生成该数据集。然后，针对各个数据集计算阶数不同的多个近似函数(例如，一阶近似函数和二阶近似函数等)，针对每个近似函数提取基于各近似函数与数据集中包含的各验证用数据Di的差(残差)的评价指标值最小的候选数据集。然后，判定这些候选数据集针对各近似函数而言是否为相同的数据集。在本专利技术中，通过将基于验证用数据Di与近似函数的差的评价指标值进行比较，能够判定实测数据Li相对于真值是否正确，还能够判定哪个数据集具有接近真值的验证用数据Di且是否适合于CTE的测定(计算)。例如，在多个实测数据Li的几个实测数据Li中错误地决定了干涉级次的情况下，如果是将该实测数据Li作为验证用数据Di得到的数据集，则几个验证用数据Di与近似函数的差也变大。与此相对地，如果验证用数据集组(所生成的数据集)中包含评价指标值较小的数据集，则其与近似函数的差小，也就是说，各验证用数据Di成为图18所示那样的关系，成为针对各温度Ti而言正确的长度尺寸的可能性高。在本专利技术中，通过计算各数据集的评价指标值，能够验证实测数据Li是否为被测定对象的各温度Ti下的成为长度尺寸的真值的数据，能够提高CTE测定的可靠性。另外，能够从验证用数据集组中限定最适合于计算CTE的数据集，从而能够基于该数据集高精度地计算CTE。也就是说，即使在由于干涉级次的决定错误而在实测数据Li中存在误差的情况下，也能够校正为正确的CTE。而且，在这样的结构中，即使不具有多个光源(也就是说，在干涉级次N的决定中存在不稳定因素)的光波干涉仪也能够提高CTE的测定精度。另外，由于不需要使用多个光源，因此能够实现装置的成本降低，并且只要对一个光源实施维护即可，因此还能够实现管理相关的成本降低。另外，根据被测定物的不同，存在热膨胀量与温度的关系不为一阶近似函数而为二阶以上的多项式近似函数的情况。关于这样的被测定物，即使是干涉级次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热膨胀系数测定装置，其特征在于，具备：温度检测部，其对被测定物的温度进行检测；光波干涉仪，其使用单一波长的光来测定所述被测定物的长度尺寸；实测数据获取部，其依次变更所述被测定物的温度，获取在i＝1～k的各温度Ti下由所述光波干涉仪测定的所述被测定物的长度尺寸的实测数据Li；数据集生成部，其针对各所述实测数据Li生成通过将干涉级次设定在任意的范围内所得到的多个验证用数据Di，从针对i＝1～k的各温度Ti的所述验证用数据Di中分别选出一个所述验证用数据Di来形成数据集，并生成所述验证用数据Di的选择的组合各不相同的多个所述数据集；以及判定部，其关于多个所述数据集分别导出阶数各不相同的多个近似函数，针对每个所述近似函数计算基于所述数据集的各所述验证用数据Di与所述近似函数的差的评价指标值，从多个所述数据集中提取所述评价指标值最小的候选数据集，基于针对各所述近似函数提取出的所述候选数据集是否相同来判定所述候选数据集的有效性，其中，k为大于1的正整数。

【技术特征摘要】
2017.08.31 JP 2017-1676671.一种热膨胀系数测定装置，其特征在于，具备：温度检测部，其对被测定物的温度进行检测；光波干涉仪，其使用单一波长的光来测定所述被测定物的长度尺寸；实测数据获取部，其依次变更所述被测定物的温度，获取在i＝1～k的各温度Ti下由所述光波干涉仪测定的所述被测定物的长度尺寸的实测数据Li；数据集生成部，其针对各所述实测数据Li生成通过将干涉级次设定在任意的范围内所得到的多个验证用数据Di，从针对i＝1～k的各温度Ti的所述验证用数据Di中分别选出一个所述验证用数据Di来形成数据集，并生成所述验证用数据Di的选择的组合各不相同的多个所述数据集；以及判定部，其关于多个所述数据集分别导出阶数各不相同的多个近似函数，针对每个所述近似函数计算基于所述数据集的各所述验证用数据Di与所述近似函数的差的评价指标值，从多个所述数据集中提取所述评价指标值最小的候选数据集，基于针对各所述近似函数提取出的所述候选数据集是否相同来判定所述候选数据集的有效性，其中，k为大于1的正整数。2.根据权利要求1所述的热膨胀系数测定装置，其特征在于，还具备热膨胀系数计算部，该热膨胀系数计算部关于多个所述数据集分别计算热膨胀系数，所述判定部将计算出的所述热膨胀系数处于预先设定的第一容许范围的范围外的所述数据集排除。3.根据权利要求1所述的热膨胀系数测定装置，其特征在于，所述判定部将各所述数据集的所述验证用数据Di与所述近似函数的差的代表值作为所述评价指标值，来判定所述评价指标值最小的所述数据集的有效性。4.根据权利要求3所述的热膨胀系数测定装置，其特征在于，所述判定部判定所述评价指标值最小的所述数据集的所述评价指标值是否处于预先设定的第二容许范围的范围内。5.根据权利要求3所述的热膨胀系数测定装置，其特征在于，所述判定部判定所述评价指标值最小的所述数据集的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：横山雄一郎，萩野健，
申请(专利权)人：株式会社三丰，
类型：发明
国别省市：日本,JP