FR2628198A1 - INTERFEROMETRIC LENGTH MEASURING DEVICE - Google Patents
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Abstract
Dispositif de mesure de longueur interférométrique pour des longueurs moyennes et importantes, caractérisé en ce que sur la trajectoire de retour 14; 15 du faisceau lumineux réfléchi par le réflecteur de mesure 7; 18 ou de référence 8, il est prévu sur le bloc diviseur d'interférence 2, ou à proximité immédiate de celui-ci, une interférence avec la pièce en coin ou le prisme réalisant les espacements d'ordre finis, sous un angle de coin.Interferometric length measuring device for medium and long lengths, characterized in that on the return path 14; 15 of the light beam reflected by the measuring reflector 7; 18 or reference 8, there is provided on the interference divider block 2, or in the immediate vicinity thereof, an interference with the corner piece or the prism providing the finite order spacings, at a corner angle .
Description
(i) RÉPUBLIQUE FRAN AISE N de publication 2 628 198 (à n'utiliser que(i) FRENCH REPUBLIC Publication No. 2 628 198 (use only
pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction) for NATIONAL INSTITUTE reproduction orders)
DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLEINDUSTRIAL PROPERTY
D N d'enregistrement national 89 01760 PARIS D National registration number 89 01760 PARIS
( Int CI4: G 01 B 9/02.(Int CI4: G 01 B 9/02.
@ DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1@ A1 PATENT APPLICATION
Date de dépôt: 10 février 1989. ( Demandeur(s): Entreprise dite: VEB Carl Zeiss Jena, Filing date: February 10, 1989. (Applicant (s): Firm known as: VEB Carl Zeiss Jena,
Entreprise de droit allemand. - DD.Company under German law. - DD.
Priorité: DD, 7 mars 1988, n WP G 01 B/313 426 4. Priority: DD, March 7, 1988, n WP G 01 B / 313 426 4.
( inventeur(s): Werner Krieg: Gerhard Bôhme; Ulrike (inventor (s): Werner Krieg: Gerhard Bôhme; Ulrike
Hentschel; Johannes Môbius.Hentschel; Johannes Môbius.
) Date de la mise à disposition du public de la ) Date of public availability of the
demande: BOPI " Brevets " n 36 du 8 septembre 1989. application: BOPI "Patents" n 36 of September 8, 1989.
Références à d'autres documents nationaux appa- References to other national documents appearing
rentés: (rt Titulaire(s):rented: (rt Holder (s):
\7 Mandataire(s): Cabinet Madeuf.\ 7 Agent (s): Cabinet Madeuf.
(i Dispositif de mesure de longueur interférométrique. (i Interferometric length measuring device.
@ Dispositif de mesure de longueur interférométrique pour des longueurs moyennes et importantes, caractérisé en ce que sur la trajectoire de retour 14; 15 du faisceau lumineux réfléchi par le réflecteur de mesure 7: 18 ou de référence 8, il est 14 @ Interferometric length measuring device for medium and long lengths, characterized in that on the return path 14; 15 of the light beam reflected by the measurement reflector 7: 18 or of reference 8, it is 14
prévu sur le bloc diviseur d'interférence 2, ou à proximité ', - provided on or near the interference divider block 2, -
immédiate de celui-ci, une interférence avec la pièce en coin \'.Sr 1 immediate of it, interference with the corner piece \ '. Sr 1
ou le prisme réalisant les espacements d'ordre finis, sous un - or the prism realizing the finite order spacings, under a -
angle de coin.corner angle.
1M À I (O III <l..4*;a,= 'MIIIr9ionvention 75732 PARIS CEDEX 15 Ilvnn+ An. 1M À I (O III <l..4 *; a, = 'MIIIr9ionvention 75732 PARIS CEDEX 15 Ilvnn + An.
.....:,. 1 I'IMP.AIMFOIF NATIt)NAl P 2............,7 rulP dolas Convention - 75732 PARIS CEDEX 15 L'invention concerne un dispositif de mesure de longueur interférométrique pour des longueurs à mesurer moyennes et importantes, dispositif applicable pour le montage dans des machines de mesure et des machines-outil et pour l'emploi en appareil manuel ou d'établi pour l'utilisation en laboratoire et lors d'une inspection machine. Des dispositifs de mesure interférométriques pour longueurs moyennes et importantes connus comprennent une source lumineuse à laser, un diviseur de rayon et des réflecteurs, qui doivent garantir aussi bien le retour exact des rayons qu'également le maintien du sens et de..DTD: la planéité de l'onde. On travaille avec des interféren- .....:,. 1 I'IMP.AIMFOIF NATIt) NAl P 2 ............, 7 rulP dolas Convention - 75732 PARIS CEDEX 15 The invention relates to an interferometric length measurement device for average lengths to be measured and important, device applicable for mounting in measuring machines and machine tools and for use in a manual or workbench device for laboratory use and during machine inspection. Known interferometric measuring devices for medium and long lengths include a laser light source, a beam splitter and reflectors, which must guarantee both the exact return of the rays and also the maintenance of the direction and of the .DTD: the flatness of the wave. We work with interferen-
ces d'égale épaisseur et avec des espacements d'ordre infiniment grand. L'inconvénient de ces dispositifs connus selon le DD-PS 156141, DD-PS 111993 et selon les "Rapports VDI 548", Edition VDI-DUsseldorf 1985, pages 24 et suivantes, consiste surtout en ce qu'une faible perturbation de la forme de l'onde du faisceau lumineux due à des imprécisions ou à une ternissure de l'optique those of equal thickness and with infinitely large spacings. The disadvantage of these known devices according to DD-PS 156141, DD-PS 111993 and according to "Reports VDI 548", Edition VDI-DUsseldorf 1985, pages 24 and following, consists mainly in that a slight disturbance of the shape of the light beam wave due to inaccuracies or tarnishing of the optics
peut déjà conduire à un aplatissement des signaux élec- may already lead to a flattening of the electrical signals
triques des récepteurs et peut provoquer une défaillance receptor and may cause failure
de signal anticipée.early warning.
La technique interférentielle de mesure de longueur connue selon l'"ABC de l'optique", Editions VEB Brockhaus, Leipzig 1961, page 532 et Raentsch "L'optique dans la technique des mesures de précision", Editions Hanser, MUnich 1949, pages 260 à 267 et 285 à 289, utilise des interférences d'épaisseur identique, avec des Interferential length measurement technique known from "ABC of optics", Editions VEB Brockhaus, Leipzig 1961, page 532 and Raentsch "Optics in the technique of precision measurements", Editions Hanser, MUnich 1949, pages 260 to 267 and 285 to 289, uses interference of identical thickness, with
espacements d'ordre finaux visuellement bien apprécia- visually appreciated final order spacings
bles. Ceux-ci sont réglés selon les besoins avec des tables de réglage ou des coins. La position inclinée des surfaces de réflexion sur l'ensemble da la zone (longueur et largeur de la zone de mesure) est de ce fait modifiée en conséquence. Cette technique est certes utilisable visuellement, mais n'est toutefois pas applicable à une wheat. These are adjusted as necessary with adjustment tables or corners. The inclined position of the reflection surfaces on the entire area (length and width of the measurement area) is therefore modified accordingly. This technique is certainly usable visually, but is however not applicable to a
mesure de longueur automatique.automatic length measurement.
Selon le document DD-PS 220698, on connaît un dispositif pour une mesure interférentielle de petites courses et déplacements, comprenant un prisme de Koeter connu pour hexaèdre de division d'interférence, qui est composé de deux prismes à angles droits, collés par leur face de cité d'angle droit la plus importante, ces surfaces de c8té d'angle droit étant partiellement réfléchissantes. L'angle à 60 de ces prismes est situé entre la surface d'hypothénuse et la plus petite face d'angle droit, l'angle de 60 de l'un des prismes disposé dans le trajet de rayon de mesure de retour s'écartant de de façon qu'il apparait un écartement de bandes souhaité. L'espacement d'ordre est ainsi réglé par According to the document DD-PS 220698, a device is known for an interference measurement of small strokes and displacements, comprising a Koeter prism known for interference division hexahedron, which is composed of two prisms at right angles, glued by their face largest right angle city, these right angle side surfaces being partially reflective. The angle at 60 of these prisms is located between the hypotenuse surface and the smallest right angle face, the angle of 60 of one of the prisms arranged in the return measurement radius path deviating so that a desired band spacing appears. The order spacing is thus regulated by
changement de direction d'une face de réflexion. change of direction of a reflection face.
Du fait que toutefois, la surface destinée à modifier la direction du rayon est située au milieu du trajet du rayon, la position inclinée du trajet du rayon de mesure ainsi produite provoque un recouvrement du faisceau du rayon de mesure qui'est variable en fonction de chaque position du réflecteur de mesure, qui a lieu au point d'obtention du signal, donc sur l'agencement de récepteur photoélectrique. Pour de petits déplacements du réflecteur de mesure, c'est-à-dire pour de petites plages Since, however, the surface intended to modify the direction of the ray is situated in the middle of the ray path, the inclined position of the path of the measuring ray thus produced causes an overlap of the beam of the measuring ray which is variable as a function of each position of the measurement reflector, which takes place at the point of obtaining the signal, therefore on the photoelectric receiver arrangement. For small displacements of the measuring reflector, i.e. for small ranges
de mesure, ceci est sans effet sensible. Pour des dépla- measurement, this has no appreciable effect. For travel
cements moyens et importants du réflecteur de mesure, la variation de recouvrement serait si importante qu'il ne pourrait y avoir obtention d'un signal ni ainsi mesure de medium and large cements of the measurement reflector, the variation in overlap would be so great that there could be no signal or measurement of
longueur interférométrique.interferometric length.
C'est le but de l'invention d'éliminer les inconvénients de l'état de la technique et de créer un appareil de mesure interférométrique de haute précision It is the object of the invention to eliminate the drawbacks of the state of the art and to create a high precision interferometric measuring device.
susceptible d'être- fabriqué pour un coût limité. - likely to be manufactured for a limited cost. -
2628'1982628'198
L'invention a pour but de créer un dispositif de mesure de longueur interférométrique, de construction The invention aims to create a device for measuring interferometric length, construction
simple, ne présentant aucun élément polarisant ni écarte- simple, with no polarizing or spreading elements
ment d'ordre fini, d'un gain de signal élevé et suscepti- ment of finite order, high signal gain and suscepti-
ble d'être utilisé pour la mesure de longueurs et de dépla- ble to be used for length and displacement measurement
cements moyens et importants.medium and large cements.
Selon l'invention, ce problème est résolu pour un dispositif de mesure de longueur interférométrique pour mesure de longueurs moyennes et importantes, avec According to the invention, this problem is solved for an interferometric length measuring device for measuring medium and large lengths, with
une source lumineuse à laser, un bloc diviseur d'inter- a laser light source, an inter-divider block
férences produisant un parcours du rayon pour la mesure et la référence, composé de plusieurs prismes collés, ainsi qu'avec un réflecteur de mesure et de référence ferences producing a ray path for measurement and reference, composed of several glued prisms, as well as with a measurement and reference reflector
placés dans le parcours du rayon de mesure et de réfé- placed in the path of the measurement and reference radius
rence et avec des récepteurs photoélectriques, caractérisé en ce que, and with photoelectric receivers, characterized in that,
sur la trajectoire de retour du faisceau lumi- on the return path of the light beam
neux réfléchi par le réflecteur de mesure ou de réfé- neux reflected by the measuring or reference reflector
rence, il est prévu sur le bloc diviseur d'interférence, ou à proximité immédiate de celui-ci, une interférence rence, interference interference is provided on the interference divider, or in the immediate vicinity thereof
avec la pièce en coin ou le prisme réalisant les espace- with the corner piece or the prism realizing the spaces-
ments d'ordre finis, en faisant un angle de coin. finite order elements, at a corner angle.
Il est avantageux que le bloc diviseur d'inter- It is advantageous that the inter-dividing block
férence, sur la trajectoire du faisceau lumineux émis par la source lumineuse à laser, présente deux prismes de renvoi pourvus d'angle de Brewster, collés sur les plus grandes de leurs surfaces actives optiquement, et deux prismes de renvoi également collés sur la plus grande de leurs surfaces actives optiquement étant prévus sur les trajectoires de retour des faisceaux lumineux réfléchis par le réflecteur de mesure et par le réflecteur de référence, l'un des prismes de renvoi présentant sur le trajet du rayon de mesure ou de référence deux angles de ference, on the trajectory of the light beam emitted by the laser light source, presents two deflection prisms provided with Brewster angle, glued on the largest of their optically active surfaces, and two deflection prisms also glued on the largest of their optically active surfaces being provided on the return paths of the light beams reflected by the measurement reflector and by the reference reflector, one of the return prisms presenting on the path of the measurement or reference radius two angles of
Brewster, entre la plus grande et les deux autres surfa- Brewster, between the larger and the other two surfa-
ces actives optiquement, et l'autre des primes de renvoi de la trajectoire de retour possédant un angle de Brewster entre la plus grande surface et une autre surface active optiquement, et un angle s'écartant de l'angle de Brewster, entre la plus grande surface et une autre surface active optiquement de ce prisme de renvoi, et en ce que les surfaces collées sont partiellement réfléchissantes. Il est en outre avantageux que le bloc de division d'interférence soit construit à partir de quatre prismes de renvoi identiques présentant un angle de Brewster, un mince coin en verre avec un angle de coin étant placé sur l'une des petites surfaces actives optiquement du prisme concerné, sur la trajectoire de these optically active, and the other of the return trajectory premiums having a Brewster angle between the largest surface and another optically active surface, and an angle deviating from the Brewster angle, between the most large surface and another optically active surface of this return prism, and in that the bonded surfaces are partially reflective. It is further advantageous that the interference dividing block is constructed from four identical deflection prisms having a Brewster angle, a thin glass corner with a corner angle being placed on one of the small optically active surfaces of the prism concerned, on the trajectory of
retour du trajet du rayon de mesure ou dans la trajec- return from the path of the measuring radius or in the path
toire de retour du trajet du rayon de référence. roof of return of the path of the reference radius.
Le bloc d'interféromètre du dispositif de mesure possède ainsi un coin optique dans le parcours de retour du trajet du rayon de mesure ou dans un parcours du trajet du rayon de référence, à proximité immédiate de la face de diviseur du bloc. Ce coin produit le coin virtuel nécessaire.à la formation d'interférences d'écartement d'ordre finis, sans influencer la géométrie et la qualité The interferometer block of the measuring device thus has an optical wedge in the return path of the path of the measurement ray or in a path of the path of the reference ray, in the immediate vicinity of the divider face of the block. This corner produces the virtual corner necessary for the formation of finite order spacing interferences, without influencing the geometry and quality.
intrinsèque du trajet de rayon de mesure par des dévia- intrinsic to the measurement radius path by deviations
tions perturbatrices. Ce dispositif est ainsi bien disruptive. This device is thus well
approprié à la mesure en particulier de longueurs moyen- suitable for measuring in particular medium lengths
nes et importantes.nes and important.
Le dispositif de mesure de longueur interféro- The interfero-
métrique est en outre d'une construction qui n'est pas compliquée, en particulier pour ce qui concerne ses éléments structurels optiques. Le faible nombre de faces optiquement actives réduit la déformation des fronts d'ondes du faisceau de rayons et est simultanément la condition nécessaire à un gain et à une qualité de signal du récepteur photoélectrique bien reproductibles. A trajets identiques dans le verre, il y a absence de metric is furthermore of a construction which is not complicated, in particular as regards its optical structural elements. The small number of optically active faces reduces the deformation of the wave fronts of the beam of rays and is simultaneously the condition necessary for a gain and a quality of signal from the photoelectric receiver which are well reproducible. With identical paths in the glass, there is no
réflexion dans l'appareil de mesure. reflection in the measuring device.
Diverses autres caractéristiques de l'invention Various other features of the invention
ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui moreover emerge from the detailed description which
suit.follows.
Des formes de réalisation de l'objet de l'inven- Embodiments of the object of the invention
tion sont représentées, à titre d'exemples non limita- tion are shown, by way of non-limiting examples
tifs, aux dessins annexés.tifs, to the accompanying drawings.
La figure 1 est un dispositif à bloc diviseur d'interférence avec un angle de Brewster et Figure 1 is an interference divider block device with a Brewster angle and
la figure 2 est un dispositif à bloc interféro- Figure 2 is an interfering block device.
métrique avec un coin appliqué dessus. metric with a corner applied on it.
Le dispositif de mesure, représenté de manière fortement simplifiée, comprend une source lumineuse à laser 1, un bloc diviseur d'interférence 2 produisant un parcours de rayon de mesure et de référence, se composant de quatre prismes de renvoi 3;4;5 et 6 collés ensemble, ainsi que d'au moins un réflecteur de mesure 7 et un réflecteur de référence 8 et au moins un récepteur photoélectrique 9 et 10 placés dans le trajet de rayon de mesure et de référence. Les récepteurs 9 et 10 sont The measurement device, shown in a highly simplified manner, comprises a laser light source 1, an interference divider block 2 producing a path of measurement and reference radius, consisting of four deflection prisms 3; 4; 5 and 6 glued together, as well as at least one measurement reflector 7 and a reference reflector 8 and at least one photoelectric receiver 9 and 10 placed in the path of measurement and reference radius. Receivers 9 and 10 are
reliés à une unité d'exploitation 11 destinée au traite- connected to an operating unit 11 intended for processing
ment du signal.signal.
Le bloc diviseur d'interférence 2 comprend dans le parcours 12 du faisceau lumineux cohérent émis par la source lumineuse à laser 1 des prismes de renvoi 3 et 4 pourvus d'angles de Brewster a, qui sont collés sur leur face commune 13 se trouvant être la plus grande face The interference dividing block 2 comprises in the path 12 of the coherent light beam emitted by the laser light source 1 of the return prisms 3 and 4 provided with Brewster angles a, which are glued on their common face 13 which happens to be the largest face
active optiquement. La face 13 est partiellement réflé- optically active. The face 13 is partially reflected
chissante. Les deux prismes de renvoi 5 et 6 collés sur leur face 16 se trouvant être la plus grande active chissant. The two return prisms 5 and 6 glued on their face 16 being the largest active
optiquement et réfléchissante de manière partiellement - optically and partially reflective -
transparente, sont disposés dans les trajets de retour 14 transparent, are arranged in the return paths 14
et 15 des faisceaux lumineux réfléchis par les réflec- and 15 of the light beams reflected by the reflectors
teurs de mesure et de référence 7 et 8. L'un de ces deux prismes de renvoi, le prisme de renvoi 6, présente l'angle de Brewster chaque fois entre la face la plus One of these two return prisms, the return prism 6, presents the Brewster angle each time between the most
importante 16 et les deux autres faces actives optique- important 16 and the other two active optical faces-
ment. L'autre, le prisme de renvoi 5 placé dans le trajet de retour 14, présente un angle de Brewster e entre la face 16 et l'une de ses plus petites faces actives optiquement. L'angle situé entre la face 16 et son autre plus petite face active optiquement s'écarte de l'angle is lying. The other, the return prism 5 placed in the return path 14, has a Brewster angle e between the face 16 and one of its smaller optically active faces. The angle between face 16 and its other smaller optically active face deviates from the angle
de Brewster 4 de la valeur de l'angle de coin ô. of Brewster 4 of the value of the corner angle ô.
Le bloc diviseur d'interférence 2 peut,être réalisé en s'écartant de la manière qui est représentée, un faible coin de verre, avec un angle de coin f actif optiquement, étant appliqué. dans le parcours de retour 14 du trajet de rayon de mesure, ou dans le parcours de retour 15 du trajet du rayon de référence, sur l'une des extrémités de la plus petite surface active optiquement du The interference divider block 2 can be produced by deviating in the manner shown, a small glass corner, with an optically active corner angle f, being applied. in the return path 14 of the measurement radius path, or in the return path 15 of the reference radius path, on one end of the smallest optically active surface of the
prisme de renvoi concerné, par exemple le prisme 5. reference prism concerned, for example prism 5.
L'angle de coin correspondant Iest également réalisable au moyen d'une rotation de faible importance, par exemple du prisme de renvoi 5, autour d'un axe The corresponding corner angle I is also achievable by means of a small rotation, for example of the return prism 5, around an axis
perpendiculaire par rapport à la face 16 (non représen- perpendicular to face 16 (not shown
tée). Dans le dispositif selon l'invention, les fronts d'ondes du faisceau lumineux dans le trajet du rayon de mesure ou de référence sont tournés les uns par rapport aux autres au moyen d'un coin optique, et il apparait des interférences d'épaisseur identique avec un écartement d'ordre fini, captées dans le trajet de rayon de mesure par le récepteur photoélectrique 9 et retraitées par l'unité d'exploitation 11 pour obtenir la valeur de mesure. Afin que, à la différence de ce qui se produit tee). In the device according to the invention, the wave fronts of the light beam in the path of the measurement or reference ray are rotated relative to each other by means of an optical wedge, and thickness interference appears identical with a finite order spacing, picked up in the measurement radius path by the photoelectric receiver 9 and reprocessed by the processing unit 11 to obtain the measurement value. So that, unlike what happens
dans l'état de la technique, le faisceau lumineux reve- in the state of the art, the light beam
nant ne se voit attribuer dans le trajet de rayon de nant is not assigned in the radius path of
mesure aucun déplacement transversal important, inadmis- measures no significant transverse displacement, not allowed
sible pour des déplacements importants, ce coin optique est prévu avec l'angle de coin t dans les parcours de retour du trajet de rayon de mesure et de référence, à sible for large displacements, this optical corner is provided with the corner angle t in the return paths of the path of measurement and reference radius, at
proximité de la face 16 divisant le rayon. proximity of the face 16 dividing the radius.
Le récepteur photoélectrique 10 placé dans le trajet de rayon de référence peut par exemple être utilisé pour un traitement redondant des signaux arrivant ici, décalés de 180 , pour réaliser la signalisation d'une défaillance ou bien également pour la mesure de luminosité. Le dispositif représenté à la Fig. 2, avec la The photoelectric receiver 10 placed in the reference ray path can for example be used for redundant processing of the signals arriving here, offset by 180, to carry out the signaling of a fault or also for the measurement of brightness. The device shown in FIG. 2, with the
source lumineuse 1 comporte un bloc diviseur d'interfé- light source 1 comprises an interface divider block
rence 17 avec une face de diviseur 22, un réflecteur de mesure 18 et un réflecteur de référence 19. Un prisme 21 présentant un angle de coin est disposé sur le bloc diviseur d'interférence 17, dans le parcours de retour 20 du faisceau lumineux réfléchi par le réflecteur de mesure rence 17 with a divider face 22, a measurement reflector 18 and a reference reflector 19. A prism 21 having a corner angle is disposed on the interference divider block 17, in the return path 20 of the reflected light beam by the measuring reflector
18. A la Fig. 2, on désigne par 9 le récepteur photoélec- 18. In FIG. 2, the photoelectric receiver is designated by 9
trique disposé dans le parcours du rayon de mesure et produisant les signaux de mesure. Pour ce bloc diviseur d'interférence 17, les faisceau lumineux sortent sous un angle différent de l'angle'de Brewster, par exemple perpendiculairement. stick placed in the path of the measurement radius and producing the measurement signals. For this interference divider block 17, the light beams exit at an angle different from the Brewster angle, for example perpendicularly.
2628 1 982628 1 98
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD31342688A DD269437A1 (en) | 1988-03-07 | 1988-03-07 | INTERFEROMETIC LENGTH MEASURING DEVICE |
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ID=5597449
Family Applications (1)
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FR (1) | FR2628198A1 (en) |
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AT390325B (en) * | 1988-03-11 | 1990-04-25 | Tabarelli Werner | INTERFEROMETRIC DEVICE FOR MEASURING CHANGES IN POSITION OF A MOVING COMPONENT |
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- 1988-03-07 DD DD31342688A patent/DD269437A1/en not_active IP Right Cessation
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1989
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Title |
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SOVIET PATENTS ABSTRACTS Section PQ, Week 8429, Derwent Publications Ltd., London, GB; Class P81, AN 84-181019 (29) & SU-A-1 053 053 (AS BELO ELTRN INST) * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE3839187A1 (en) | 1989-09-21 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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TP | Transmission of property | ||
ST | Notification of lapse |