JP3544589B2 - 測長装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、スケールを用いた測長装置に係り、特にスケール表面に発生する結露を防止および除去するものである。
【0002】
【背景技術】
直進運動の移動距離を1/1000mm単位、またはそれ以上の分解能で測定可能な光学式測長装置が周知であり、工作機械、三次元測定機等の各駆動軸の移動量の測定に利用されている。この測長装置の内部には、細長いガラス板上に金属蒸着またはスパッタリングにより光学格子が形成されたスケールと、このスケールに対向配置されると共に平行移動しながらこの光学格子に光を照射して、反射または透過する光の強度を検出する検出ヘッドと、この検出ヘッドからの検出信号を処理して、移動距離を求める信号処理回路が備えられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このスケールは気象の影響でその表面に結露が発生することがある。結露が発生すると検出ヘッドによる信号検出が不可能となってしまう。
【0004】
従来、スケールの表面の結露を防止するためにはスケールを収めている筺体内に乾燥空気を送り込む、または検出ヘッドの両脇に水滴を掻き落とすためのワイパを付ける等の対策が施されていた。
【0005】
乾燥空気を送り込むためにはエアードライアーが必要であり、コストが高く管理の手間も掛かる。また、ワイパではスケールに傷を付けたり光学格子を剥がす恐れがある。
【0006】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は発熱体によりスケールを加熱することで、スケール表面における結露を防止および除去することを特徴とする測長装置を提供することである。
【0007】
また、本発明の別の目的は、発熱体によりスケールを加熱することで、スケールの温度を常に一定として、温度環境の変化によるスケールの膨張または収縮を防いだ測長装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、測長のための光学格子を備えたスケールと、このスケールに対向配置されると共に相対移動可能な光学格子を備えたインデックススケールと、このインデックススケールを含みこのインデックススケールと前記スケールとに光を照射して透過あるいは反射した光を検出する検出ヘッドと、この検出ヘッドからの信号を処理してこの検出ヘッドの移動距離を求める信号処理回路と、を備えた測長装置において、前記光学格子を電気的に直列接続になるように接続して結露センサを構成して、前記スケールの表面または近傍に配設した、または前記スケールの内部に埋設した発熱体を備え、前記結露センサの電気抵抗値が降下するのを検出したときにこの発熱体により前記スケール表面を加熱するように構成したことを特徴とする。
【0009】
また、本発明は上記発熱体に替えて、前記スケールを保持するとともにこの発熱体を兼ねる枠体を備え、前記結露センサの電気抵抗値が降下するのを検出したらこの枠体に通電して発熱するように構成することも可能である。また、特に前記枠体を鉄により構成して、この枠体に高周波電流を通電して発熱するように構成することも可能である。
【0010】
また、本発明は上記発熱体に替えて、前記スケールの光学格子として金属の蒸着またはスパッタリングにより形成される薄膜を用いると共に前記結露センサの電気抵抗値が降下するのを検出したときにこの光学格子への通電による発熱により前記スケール表面を加熱するように構成することも可能である。
【0011】
また、本発明は上記手段に加え、常時発熱体を発熱させるように構成することも可能である。
【0012】
また、本発明は上記手段に加え、前記スケール表面に配設される温度センサと、この温度センサーの出力が一定に保たれるように前記発熱体に流す電流を制御する手段を設けることも可能である。
【0013】
また、本発明は上記手段に加え、前記スケールの表面または近傍に配設した結露センサを備え、この結露センサが結露を検出したときに前記発熱体を発熱させるように構成することも可能である。
【0014】
また、本発明は上記手段に加え、前記光学格子を電気的に直列接続になるように接続して結露センサを構成して、この結露センサの電気抵抗値が降下するのを検出したときに前記発熱体を発熱させるように構成することも可能である。
【0015】
また、本発明は上記手段に加え、前記光学格子を一本置きに電気的に接続すると共に第1の電極端子に接続して、残りの光学格子を全て電気的に接続すると共に第2の電極端子に接続するように構成した結露センサと、この第1の電極端子と第2の電極端子の間に電圧を掛けておいてこの電極端子間に電流が流れたときに前記発熱体に通電して発熱させて前記スケール表面を加熱するように構成することも可能である。また、この光学格子自体が発熱体を兼ねている場合は、結露により発生した水滴によりこの電極端子間に電流が流れてこの光学格子自体が発熱して前記スケール表面を加熱するように構成することも可能である。
【0016】
また、本発明は上記手段に加え、前記光学格子を二本置きに電気的に接続した第1の光学格子群と、残りの光学格子を全て電気的に直列接続した第2の光学格子群と、を備え、この第1の光学格子群と第2の光学格子群の間に電圧を掛けておいて、電流が流れたときに前記第2の格子群に電流を流して発熱させ、スケール表面を加熱するように構成することも可能である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を用いた好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、全図中において同一符号を付したものは同一構成要素を表わしている。
図1に本発明に係る測長装置のスケール1を示す。通常このスケール1はガラス基盤上に測長のための光学格子2が設けられている。この光学格子2は金属蒸着またはスパッタリングにより形成されている。この光学格子2を取り囲むように周囲に発熱体3を配設する。この発熱体3は電気抵抗率が高いニクロム合金線またはクロム線等のヒーター線材により構成されることが望ましい。また、これ以外にも電気抵抗率が高く通電により発熱してかつ酸化や溶解することなく、材質が変化しないものであれば何でも構わない。このような材質の線材からなる発熱体3をスケール1の表面に貼着させて、この発熱体3に電源4とスイッチ5からなる回路を構成して通電させて、発熱体3を発熱させスケール1を加熱することでスケール1の表面の結露を防止あるいは除去することが可能な測長装置を構成可能である。
【0018】
発熱体3をスケール1の表面に貼着することで本発明を構成することができるほか、ガラス板の内部に埋設して構成することも可能である。この場合解けたガラス材に発熱体3を埋め込み、冷却すると共に整形してスケール1の基盤となるガラス板を形成可能である。このガラス板の表面に金属蒸着またはスパッタリングにより光学格子2を形成することでスケール1を構成可能である。
【0019】
また、発熱体3をスケール1が収納されている筺体(図示せず)内の任意の場所に配設しても構わない。通常、工作機械の駆動軸等に取り付けられるスケールが内蔵された測長装置は、粉塵や油煙等の汚染からスケール等を保護するために筺体内に収められている。従って、発熱体3を発熱させて加熱してこの筺体内の空気を乾燥させたりまたはスケール1そのものを加熱して結露を予防または除去するように構成可能である。
【0020】
また、この発熱体3は光学格子2と同様に蒸着やスパッタリングにより形成することも可能である。従って、光学格子2と発熱体3を全く同じ材質、例えばクロム等で構成する場合は、一度に光学格子2と発熱体3をガラス基盤上に蒸着またはスパッタリングにより形成することが可能であり、製造が容易でコストの上昇を抑えつつ発熱体3を備えたスケール1を作ることができる。
【0021】
また、スケール1の温度を周囲の温度より少なくとも2,3度高くしておけばスケール1上に結露が発生するのを防止することができるので、発熱体3に常に微弱な電流を流しておき周囲の温度より常に高い温度になるようにして本発明を構成することも可能である。この場合スイッチ5は不要となるので、簡易な構成でコストの上昇を抑えることができる。
【0022】
次に図2に示す他の実施の形態について説明する。結露センサ6を図2に示すようにスケール1上に取り付ける。一般に市販の結露センサは、結露が発生するとこの結露センサの電極間の電気抵抗値が急激に上昇または降下するので、この現象を検出することで結露を検出することができる。この結露センサ6は結露を検出すると検出信号61を出力する。この検出信号61は続いてスイッチ制御回路7に入力され、このスイッチ制御回路7はスイッチ5をON状態にするためのスイッチ制御信号71を出力する。そしてスイッチ5を作動させて発熱体3に電流を流して、スケール1を加熱して結露を除去する。また、結露が除去されれば結露センサ6は結露していない状態を示す検出信号61を出力する。続いてスイッチ制御回路7にこの検出信号61が入力されると、このスイッチ制御回路7はスイッチ5をOFF状態にするためのスイッチ制御信号71を出力する。そしてスイッチ5を作動させて発熱体3に流れていた電流を切り、スケール1の加熱を停止することができる。
【0023】
次に、図3に示す他の好適な実施の形態について説明する。図1と同様にスケール1のガラス基盤上には測長のための光学格子2が設けられている。さらにこのスケール1を保持する枠体8が備えられている。この枠体は通電により発熱する発熱体を兼ねている。この枠体8の一部に切れ目を入れて、その左右に電極を設け、この電極に電源4とスイッチ5とからなる回路を設ける。結露が発生したらスイッチ5をON状態にして、枠体8に通電させて発熱させて、スケール1上に発生した結露を除去することが可能である。また、枠体8の材質を鉄または鉄を含む合金により構成すれば電源4から高周波電流を流すことで、枠体8を発熱させることができる。また、枠体8に切れ目を入れることなく長手方向の両端に電極を設けて通電させるように構成しても構わない。
【0024】
また、図1において説明したように、図3の実施の形態においても全く同様に、スケール1の温度を周囲の温度より少なくとも2,3度高くしておけば、スケール1上に結露が発生するのを防止することができるので、発熱体8に常に微弱な電流を流しておき、周囲の温度よりスケール1を常に高い温度になるようにして本発明を構成することも可能である。この場合スイッチ5は不要となるので、その分、簡易でコストの上昇を抑えることができる。
【0025】
また、結露センサ6を図4に示すように、枠体8またはスケール1に直接取り付けるようにして構成することもできる。この場合、光学格子を読み取る検出ヘッド(図示せず)と接触しない位置に、この結露センサ6を配設するようにしなくてはならない。この結露センサ6は結露を検出すると、検出信号61を出力する。続いてスイッチ制御回路7にこの検出信号61が入力されると、このスイッチ制御回路7はスイッチ5をON状態にするためのスイッチ制御信号71を出力する。そしてスイッチ5を作動させて発熱体3に電流を流して、スケール1を加熱して結露を除去する。また同様に結露が除去されれば結露センサ6から結露していない状態を示す検出信号61が出力され、スイッチ制御回路7に入力される。スイッチ制御回路7はこの検出信号61が入力されると、スイッチ5をOFF状態にするスイッチ制御信号71を出力してスイッチ5を作動させて、発熱体3に流れていた電流を切り、スケール1の加熱を停止させることができる。
【0026】
次に図5に示す他の実施の形態について説明する。ガラス基盤上に金属蒸着またはスパッタリングにより光学格子21が形成されたスケール11は、結露センサおよび発熱体を兼ねている。この光学格子21はその全てが電気的に直列接続され、このスケール11の長手方向の両端に電極が設けられ、これにより結露センサが構成されている。結露検出回路9とスイッチ5と電源4を光学格子21に接続して図5に示すような回路を構成する。通常スイッチ5はOFF状態で結露検出回路9により光学格子21の電気抵抗値が監視されている。結露が発生して水滴がこの光学格子21上に付着すると、わずかであるが電気抵抗値が降下する。この電気抵抗値の変化を結露検出回路9が捕えると、スイッチ5をON状態にするためのスイッチ制御信号91が出力される。そしてスイッチ5を作動させて光学格子21に電流を流して、スケール11を加熱して結露を除去する。また逆に結露が除去されれば光学格子21の電気抵抗値が元に戻るので、この変化を結露検出回路9が捕えると、スイッチ5をOFF状態にするためのスイッチ制御信号91を出力され、光学格子21に流れていた電流を切り、スケール1の加熱を停止することができる。
【0027】
次に図6に示す他の実施の形態について説明する。ガラス基盤上に金属蒸着またはスパッタリングにより光学格子22が形成されたスケール11は発熱体を兼ねている。この光学格子22は図6に示すように梯子状になっている。この光学格子22にスイッチ5と電源4を接続して図6に示すような回路を構成する。結露が発生したら作業者により適宜スイッチ5がONにされて、光学格子22に通電され発熱され結露を除去することができる。
【0028】
また、図5および図6に示すそれぞれの発熱体を兼ねる光学格子に、常に微弱な電流を流しておき周囲の温度より常に高い温度になるようにして、結露を防止するように本発明を構成することも可能である。
【0029】
次に図7に示す他の実施の形態について説明する。ガラス基盤上に金属蒸着またはスパッタリングにより光学格子23が形成されたスケール13は、結露センサおよび発熱体を兼ねている。光学格子23は図7に示すように1本置きに電気的に接続され、対向する2つの櫛形状に構成されている。この光学格子23による対向する櫛形状の光学格子にそれぞれ電極を設け、この電極間に結露検出回路9とスイッチ5と電源4を図7のように接続した回路を構成する。通常、この光学格子23の対向する櫛形状は電気的に絶縁されているので、結露検出回路9は無限大の抵抗値を検出している。ここでスケール13上に結露が発生すると、光学格子23の対向する櫛形状の間に微弱ながら電流が流れ、これにより結露検出回路9は電極間の電気抵抗値が降下するのを検出でき、結露を検出できる。この電気抵抗値の変化を結露検出回路9が捕えると、スイッチ5をON状態にするためのスイッチ制御信号91が出力される。そしてスイッチ5を作動させて光学格子23に電流を流して、スケール13を加熱して結露を除去する。また逆に結露が除去されれば光学格子23の電気抵抗値が元に戻るので、この変化を結露検出回路9が捕えると、スイッチ5をOFF状態にするためのスイッチ制御信号91を出力され、光学格子23に流れていた電流を切り、スケール1の加熱を停止することができる。
【0030】
次に図8に示す他の実施の形態について説明する。光学格子23は図7と全く同様に構成されている。この光学格子23に設けられた電極には電源4が接続されている。通常結露が発生していない状態では、この電極間は電気的に絶縁されているので電流は流れず従って発熱していない。結露が発生すると、対向する櫛形状の間に水滴が付着して電流が流れる。電流が流れると発熱体を兼ねる光学格子23は発熱して、スケール13を加熱して結露を除去することができる。このように光学格子23を対向する近接した電極とすることで、結露の発生により電流を流して発熱させて自動的に結露を除去するスケール13を簡単に構成可能である。
【0031】
次に図9に示す他の実施の形態について説明する。光学格子を二本置きに電気的に接続した光学格子群24と、残りの光学格子を全て電気的に直列接続となるように接続した光学格子群25と、を備えている。光学格子群24と光学格子群25とにそれぞれ電極を設け、この電極間に結露検出回路9とスイッチ5と電源4を図9のように接続した回路を構成する。通常、この光学格子群24と光学格子群25とは電気的に絶縁されているので、結露検出回路9は無限大の抵抗値を検出している。ここでスケール14上に結露が発生すると、光学格子群24と光学格子群25との間に微弱ながら電流が流れ、これにより結露検出回路9は電極間の電気抵抗値が降下するのを検出することができ結露を検出できる。この電気抵抗値の変化を結露検出回路9が捕えると、スイッチ5をON状態にするためのスイッチ制御信号91が出力される。そしてスイッチ5を作動させて光学格子群25に電流を流して、スケール14を加熱して結露を除去する。また逆に結露が除去されれば光学格子群24と光学格子群25との間の電気抵抗値が元に戻り絶縁状態となるので、この変化を結露検出回路9が捕えると、スイッチ5をOFF状態にするためのスイッチ制御信号91が出力され、光学格子群25に流れていた電流を切り、スケール14の加熱を停止することができる。
【0032】
以上、本発明について好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。
たとえば、上記実施の形態において、スケールを加熱する目的を結露を防止または除去することに限って説明したが、この他にスケールの温度を一定に保つために本発明を用いることも可能である。すなわち、スケールに温度検出器(図示せず)を貼着してスケールの温度を検出して、このスケールの温度を所定温度、例えば23℃になるように一般的な温度制御回路(図示せず)を用いて発熱体に流す電流を制御してスケールの温度を制御するように構成することも可能である。発熱体には発熱体3、8、21、22、23、25のいずれも使うことができる。こうすることで、スケールの温度が変化してスケールの長さが膨張または収縮して測長精度が悪化するのを防止すると共にスケール表面における結露の発生を防止することが可能となる。
【0033】
【実施例】
図1から図9における光学格子はクロム等の比較的電気抵抗率の高い金属、またはそれらをベースとした合金を蒸着またはスパッタリングによりガラス基盤上に形成するのが好ましい。これにより光学格子は発熱体としての機能を兼ねることができる。
【0034】
【発明の効果】
本発明は、発熱体によりスケールを加熱することで、スケール表面における結露を防止および除去することが可能となる。発熱体にはニクロム合金またはクロム等の比較的電気抵抗率の高い金属を用いてスケール上に貼着またはガラス基盤内に埋設して構成することができるほか、スケールを保持する枠体を発熱体として使用することができる。また、スケール上に描かれる光学格子に電流を流して発熱させるようにして発熱体を構成することができる。また、光学格子の一部または全部を用いて結露センサとして、結露センサと発熱体とを兼用した光学格子が構成可能であり、簡単に結露を防止および除去可能なスケールを構成可能である。
【0035】
また、本発明の発熱体によりスケールを加熱することで、スケールの温度を常に一定として、温度環境の変化によるスケールの膨張または収縮を防いだ測長装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る発熱体を備えたスケールである。
【図2】本発明に係る発熱体および結露センサを備えたスケールである。
【図3】本発明に係る発熱体を兼ねた枠体を備えたスケールである。
【図4】本発明に係る発熱体を兼ねた枠体と結露センサを備えたスケールである。
【図5】本発明に係る発熱体と結露センサを兼ねた光学格子を備えたスケールである。
【図6】本発明に係る発熱体を兼ねた光学格子を備えたスケールである。
【図7】本発明に係る発熱体と結露センサを兼ねた光学格子を備えたスケールである。
【図8】本発明に係る発熱体と結露センサを兼ねた光学格子を備えたスケールである。
【図9】本発明に係る発熱体と結露センサを兼ねた光学格子を備えたスケールである。
【符号の説明】
1,11,12,13,14 スケール
2,21,22,23 光学格子
3 発熱体
4 電源
5 スイッチ
6 結露センサ
7 スイッチ制御回路
8 枠体
9 結露検出回路
Claims (8)
- 測長のための光学格子を備えたスケールと、
このスケールに対向配置されると共に相対移動可能な光学格子を備えたインデックススケールと、
このインデックススケールを含みこのインデックススケールと前記スケールとに光を照射して透過あるいは反射した光を検出する検出ヘッドと、
この検出ヘッドからの信号を処理してこの検出ヘッドの移動距離を求める信号処理回路と、を備えた測長装置において、
前記光学格子を電気的に直列接続になるように接続して結露センサを構成して、
前記スケールの表面または近傍に配設した発熱体を備え、
前記結露センサの電気抵抗値が降下するのを検出したときにこの発熱体により前記スケール表面を加熱するように構成したことを特徴とする測長装置。 - 測長のための光学格子を備えたスケールと、
このスケールに対向配置されると共に相対移動可能な光学格子を備えたインデックススケールと、
このインデックススケールを含みこのインデックススケールと前記スケールとに光を照射して透過あるいは反射した光を検出する検出ヘッドと、
この検出ヘッドからの信号を処理してこの検出ヘッドの移動距離を求める信号処理回路と、を備えた測長装置において、
前記光学格子を電気的に直列接続になるように接続して結露センサを構成して、
前記スケールの内部に埋設した発熱体を備え、
前記結露センサの電気抵抗値が降下するのを検出したときにこの発熱体により前記スケール表面を加熱するように構成したことを特徴とする測長装置。 - 測長のための光学格子を備えたスケールと、
このスケールに対向配置されると共に相対移動可能な光学格子を備えたインデックススケールと、
このインデックススケールを含みこのインデックススケールと前記スケールとに光を照射して透過あるいは反射した光を検出する検出ヘッドと、
この検出ヘッドからの信号を処理してこの検出ヘッドの移動距離を求める信号処理回路と、を備えた測長装置において、
前記光学格子を電気的に直列接続になるように接続して結露センサを構成して、
前記スケールを保持するとともに発熱体を兼ねる枠体を備え、
前記結露センサの電気抵抗値が降下するのを検出したときにこの枠体に通電して発熱するように構成したことを特徴とする測長装置。 - 請求項3において、前記枠体を鉄により構成して、この枠体に高周波電流を通電して発熱するように構成したことを特徴とする測長装置。
- 測長のための光学格子を備えたスケールと、
このスケールに対向配置されると共に相対移動可能な光学格子を備えたインデックススケールと、
このインデックススケールを含みこのインデックススケールと前記スケールとに光を照射して透過あるいは反射した光を検出する検出ヘッドと、
この検出ヘッドからの信号を処理してこの検出ヘッドの移動距離を求める信号処理回路と、を備えた測長装置において、
前記光学格子を電気的に直列接続になるように接続して結露センサを構成して、
前記スケールの光学格子として金属の蒸着またはスパッタリングにより形成される薄膜を用いると共に前記結露センサの電気抵抗値が降下するのを検出したときにこの光学格子への通電による発熱により前記スケール表面を加熱するように構成したことを特徴とする測長装置。 - 請求項1乃至5において、前記光学格子を一本置きに電気的に接続すると共に第1の電極端子に接続して、残りの光学格子を全て電気的に接続すると共に第2の電極端子に接続するように構成した結露センサと、
この第1の電極端子と第2の電極端子の間に電圧を掛けておいてこの電極端子間に電流が流れたときに前記発熱体に通電して発熱させて前記スケール表面を加熱するように構成したことを特徴とする測長装置。 - 測長のための光学格子を備えたスケールと、
このスケールに対向配置されると共に相対移動可能な光学格子を備えたインデックススケールと、
このインデックススケールを含みこのインデックススケールと前記スケールとに光を照射して透過あるいは反射した光を検出する検出ヘッドと、
この検出ヘッドからの信号を処理してこの検出ヘッドの移動距離を求める信号処理回路と、を備えた測長装置において、
前記光学格子を一本置きに電気的に接続すると共に第1の電極端子に接続して、残りの光学格子を全て電気的に接続すると共に第2の電極端子に接続して、この第1の電極端子と第2の電極端子の間に電圧を掛けておいて結露により発生した水滴によりこの電極端子間に電流が流れると光学格子自体が発熱して前記スケール表面を加熱するように構成したことを特徴とする測長装置。 - 測長のための光学格子を備えたスケールと、
このスケールに対向配置されると共に相対移動可能な光学格子を備えたインデックススケールと、
このインデックススケールを含みこのインデックススケールと前記スケールとに光を照射して透過あるいは反射した光を検出する検出ヘッドと、
この検出ヘッドからの信号を処理してこの検出ヘッドの移動距離を求める信号処理回路と、を備えた測長装置において、
前記光学格子を二本置きに電気的に接続した第1の光学格子群と、残りの光学格子を全て電気的に直列接続した第2の光学格子群と、を備え、この第1の光学格子群と第2の光学格子群の間に電圧を掛けておいて、電流が流れたときに前記第2の格子群に電流を流して発熱させ、スケール表面を加熱するように構成したことを特徴とする測長装置。
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