KR100187825B1 - Surface roughness testing apparatus of work - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공작물의 표면 거칠기 측정 장치에 관한 것으로, 표면거칠기 검출 수단을 광원, 제1렌즈, 빔 스플리터, 제2렌즈, 제3렌즈, 제1수광 트랜지스터 및 제2수광 트랜지스터로 구성함으로써 공작물의 표면의 거칠기를 측정할 경우 공작물의 표면에 흠집을 내는 것을 방지할 수 있음과 동시에 연속적이고 빠르게 공작물의 표면의 거칠기를 측정할 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.The present invention relates to an apparatus for measuring the surface roughness of a workpiece, wherein the surface roughness detecting means comprises a light source, a first lens, a beam splitter, a second lens, a third lens, a first light receiving transistor, and a second light receiving transistor. When measuring the roughness of, it is possible to prevent scratches on the surface of the workpiece, and at the same time, it is very effective to measure the roughness of the surface of the workpiece continuously and quickly.
Description
제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 공작물의 표면 거칠기 측정 장치의 단면도.1 is a cross-sectional view of the surface roughness measuring apparatus of a workpiece according to an embodiment of the present invention.
제2도는 본 발명의 일실시예에 의한 공작물의 표면 거칠기 측정장치의 제어 회로 블록도.2 is a control circuit block diagram of a surface roughness measuring apparatus of a workpiece according to an embodiment of the present invention.
제3도는 본 발명의 일실시예에 의한 공작물의 표면 거칠기 측정장치의 제어방법을 나타낸 플로우챠트.Figure 3 is a flow chart showing a control method of the surface roughness measuring apparatus of the workpiece according to an embodiment of the present invention.
제4도는 본 발명의 일실시예에 의한 공작물의 표면 거칠기 측정장치에 있어서, 공작물의 표면 거칠기와 광속비의 관계를 나타낸 그래프.4 is a graph showing the relationship between the surface roughness of the workpiece and the ratio of the speed of light in the apparatus for measuring the surface roughness of the workpiece according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
2 : 공작물 2a : 공작물의 표면2: Workpiece 2a: Surface of Workpiece
4 : 표면 거칠기 검출 수단 6 : 광원4 surface roughness detection means 6 light source
8 : 제1렌즈 10 : 빔 스플리터8: first lens 10: beam splitter
12 : 제2렌즈 14 : 제3렌즈12: second lens 14: third lens
16 : 제1수광 트랜지스터 18 : 제2수광 트랜지스터16: first light receiving transistor 18: second light receiving transistor
20 : 제어 수단20 control means
본 발명은 공작물의 표면 거칠기 측정 장치에 관한 것으로, 특히 산란광속비(Luminous Scatterring Flux Ratio) 측정에 의해 공작물의 표면 거칠기를 측정하는 공작물의 표면 거칠기 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring the surface roughness of a workpiece, and more particularly, to an apparatus for measuring the surface roughness of a workpiece for measuring the surface roughness of the workpiece by measuring a scattering flux ratio.
종래 공작물의 표면 거칠기 측정 장치로서는 예를 들면 다이아몬드 촉침을 구비한 촉침식 표면 거칠기 측정 장치가 있다.Conventionally, as a surface roughness measuring apparatus of a workpiece, there is a stylus type surface roughness measuring apparatus provided with a diamond stylus.
그런데 상기와 같은 촉침식 표면 거칠기 측정장치는 공작물의 표면 거칠기 측정에 긴 시간이 소요되어서 연속적이고 빠른 측정이 곤란한 문제점이 있었다. 또한, 다이아몬드 촉침이 공작물의 표면을 횡단하므로 연한 재질의 공작물에는 오히려 결함을 남기는 문제점이 있었다.By the way, the stylus type surface roughness measuring apparatus as described above has a problem that it takes a long time to measure the surface roughness of the workpiece, it is difficult to continuously and quickly measure. In addition, since the diamond needle crosses the surface of the workpiece, there is a problem of leaving a defect in the workpiece of the soft material.
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서 본 발명의 목적은 공작물의 표면의 거칠기를 측정할 경우 공작물의 표면에 흠집을 내는 것을 방지할 수 있음과 동시에 연속적이고 빠르게 공작물의 표면의 거칠기를 기상에서(On-the Machine) 측정할 수 있는 공작물의 표면 거칠기 측정 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to prevent scratches on the surface of the workpiece when measuring the roughness of the surface of the workpiece, and at the same time, to continuously and rapidly improve the surface roughness of the workpiece. The present invention provides an apparatus for measuring the surface roughness of a workpiece that can be measured on-the machine.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 공작물의 표면 거칠기 측정 장치는, 공작물의 표면을 향해 빛을 발산하는 광원과, 상기 공작물로부터 산란된 빛을 평행한 빛으로 변환하는 제1렌즈와, 상기 제1렌즈를 통과한 빛을 두방향으로 분할하는 빔 스플리터와, 상기 빔 스플리터에서 일측방향으로 분할된 빛 중에서 중심부위의 빛만을 집속시키는 제2렌즈와, 상기 빔 스플리터에서 타측방향으로 분할된 빛 전체를 집속시키는 제3렌즈와, 상기 제2렌즈에서 집속된 광속을 측정하는 제1수광 트랜지스터와, 상기 제3렌즈에서 집속된 광속을 측정하는 제2수광 트랜지스터와, 상기 제1수광 트랜지스터와 제2수광트랜지스터에서 측정된 광속들의 광속비를 구하고, 이 광속비를 공작물의 표면거칠기로 환산하여 표면거칠기를 표시하도록 표시신호를 출력하는 제어수단과, 상기 제어수단으로부터 표시신호를 받아서 공작물의 표면거칠기를 표시하는 표시수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a surface roughness measuring apparatus of a workpiece according to the present invention includes a light source for emitting light toward a surface of a workpiece, a first lens for converting light scattered from the workpiece into parallel light, and the first lens. A beam splitter for dividing the light passing through one lens in two directions, a second lens for focusing only the light on the center of the light split in one direction from the beam splitter, and a whole light split in the other direction from the beam splitter A third lens for condensing light, a first light receiving transistor for measuring the light flux focused at the second lens, a second light receiving transistor for measuring the light flux focused at the third lens, the first light receiving transistor, and a second light receiving transistor. Obtaining the ratio of the luminous flux of the luminous flux measured by the light receiving transistor, converting the luminous flux ratio into the surface roughness of the workpiece, and outputting a display signal to display the surface roughness. Characterized in that receiving a signal from the display control means, said control means comprising a display means for displaying the surface roughness of the workpiece.
이하 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도에 도시된 바와 같이 후술하는 제어 수단에 공작물(2)의 표면(2a)의 거칠기를 입력하도록 상기 공작물(2)의 표면 거칠기를 검출하는 표면 거칠기 검출 수단(4)은 상기 공작물(2)의 표면을 향해 빛을 발산하는 광원(6)과, 상기 공작물(2)로부터 산란된 빛을 평행한 빛으로 변환하는 제1렌즈(8)와, 상기 제1렌즈(8)를 통과한 빛을 두 방향으로 분할하는 빔 스플리터(10)와, 상기 빔 스플리터(10)에서 일방향으로 분할된 빛을 받아서 빛을 집속시키는 제2렌즈(12)와, 상기 빔 스플리티(10)에서 타방향으로 분할된 빛을 받아서 빛을 집속시키는 제3렌즈(14)와, 상기 제2렌즈(12)에서 집속된 광속(LUMINOUS FLUX)을 측정하기 위한 제1수광 트랜지스터(16)와, 상기 제3렌즈(14)에서 집속된 광속을 측정하기 위한 제2수광 트랜지스터(18)로 이루어져 있다.As shown in FIG. 1, the surface roughness detecting means 4 for detecting the surface roughness of the work piece 2 so as to input the roughness of the surface 2a of the work piece 2 to a control means to be described later includes the work piece 2 A light source 6 emitting light toward the surface of the light source, a first lens 8 for converting light scattered from the work piece 2 into parallel light, and light passing through the first lens 8 Beam splitter 10 for dividing the light into two directions, a second lens 12 for focusing light by receiving light split in one direction from the beam splitter 10, and the other direction from the beam splitter 10. A third lens 14 for receiving the divided light and condensing the light, a first light receiving transistor 16 for measuring the luminous flux focused at the second lens 12, and the third lens ( And a second light receiving transistor 18 for measuring the luminous flux focused at 14).
상기 광원(6)은 빛을 상기 공작물(2)의 표면에 평행하게 입사시키는 레이저 콜리메이터(LASER COLLIMATOR)이다.The light source 6 is a laser collimator that injects light parallel to the surface of the workpiece 2.
제2도에 도시된 바와 같이 상기 제어 수단(20)은 본 발명의 일실시예에 의한 공작물의 표면 거칠기의 측정 동작을 제어하는 마이크로컴퓨터이다.As shown in FIG. 2, the control means 20 is a microcomputer for controlling the measurement operation of the surface roughness of the workpiece according to the embodiment of the present invention.
전원 공급 수단(22)은 외부의 교류 전원(도시 생략)으로부터 교류 전압을 받아서 상기 제어 수단(20)에 5V의 직류 전압을 출력함과 동시에 상기 제어 수단(20)으로부터 출력된 제어 신호에 따라 상기 표면 거칠기 검출 수단(4)에 교류 전압 및 직류 전압을 공급하고, 기타 전기 부품에 직류 전압을 공급하도록 상기 제어 수단(20)에 접속되어 있다.The power supply means 22 receives an AC voltage from an external AC power source (not shown) and outputs a DC voltage of 5V to the control means 20 and at the same time according to a control signal output from the control means 20. It is connected to the said control means 20 so that an AC voltage and a DC voltage may be supplied to the surface roughness detection means 4, and a DC voltage may be supplied to other electrical components.
조작 수단(24)은 상기 제어 수단(20)에 사용자의 조작 명령(Calibration, 상기 제어수단(20)의 셋팅 및 표시정보변경)을 입력하도록 상기 제어 수단(20)에 접속되어 있다.The operation means 24 is connected to the control means 20 to input a user's operation command (Calibration, setting of the control means 20 and change of display information) to the control means 20.
표시 수단(26)은 상기 제어 수단(20)으로부터 표시 신호를 받아서 상기 공작물(2)의 표면 거칠기를 표시하도록 상기 제어 수단(20)에 접속되어 있다. 상기 표시 수단(26)은 수자 및 문자로서 상기 공작물(2)의 표면 거칠기를 표시하도록 액정 표시 패널(LCD)이나 형광표시 패널(VFD)중 하나로 이루어져 있다.The display means 26 is connected to the control means 20 so as to receive a display signal from the control means 20 and display the surface roughness of the work piece 2. The display means 26 consists of either a liquid crystal display panel (LCD) or a fluorescent display panel (VFD) so as to display the surface roughness of the work piece 2 as numbers and characters.
이하 상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 의한 공작물의 표면 거칠기 측정 장치의 작용 효과를 설명한다.Hereinafter, the effect of the surface roughness measuring apparatus of the workpiece according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described.
제3도에 있어서, S는 스텝(STEP)을 표시한다.In FIG. 3, S denotes a step.
먼저 동작 설명을 위한 초기 조건으로서 공작물의 표면 거칠기를 측정하도록 공작물(2)은 상기 광원(6)의 하측에 놓여진 것으로 가정한다.First, it is assumed that the work piece 2 is placed under the light source 6 so as to measure the surface roughness of the work piece as an initial condition for explaining the operation.
다음에 사용자가 상기 전원 공급 수단(22)의 플러그를 콘센트에 삽입하면 외부의 교류 전원으로부터 상기 전원 공급 수단(22)에 교류 전압이 공급된다. 이어서 상기 전원 공급 수단(22)으로부터 상기 제어수단(20)에 5V의 직류 전압이 출력됨과 동시에 상기 제어수단(20)으로부터 상기 표면 검출기 검출 수단(4)의 제1수광트랜지스터(16)의 컬렉터와 제2수광 트랜지스터(18)의 컬렉터에 5V의 직류 전압이 출력된다.Next, when the user inserts the plug of the power supply means 22 into an outlet, an AC voltage is supplied to the power supply means 22 from an external AC power source. Subsequently, a DC voltage of 5V is output from the power supply means 22 to the control means 20, and at the same time as the collector of the first light receiving transistor 16 of the surface detector detecting means 4 from the control means 20. A DC voltage of 5V is output to the collector of the second light receiving transistor 18.
다음에 스텝S1에서 사용자가 상기 조작 수단(24)에 구비된 동작 스위치를 온하면, 상기 조작 수단(24)으로부터 상기 제어 수단(20)에 동작 개시 명령이 출력된다.Next, when the user turns on the operation switch provided in the operation means 24 in step S1, an operation start command is output from the operation means 24 to the control means 20.
그러면 상기 제어 수단(20)으로부터 상기 전원 공급 수단(22)에 제어 신호가 출력된다. 이어서 상기 전원 공급 수단(22)으로부터 상기 광원(6)에 5V의 직류 전압이 인가된다. 그러면 상기 광원(6)으로부터 상기 공작물(2)의 표면에 빛이 발산된다. 이어서 제1도에 도시된 바와 같이, 상기 공작물(2)의 표면으로부터 상기 제1렌즈(8)를 향하여 빛이 산란된다.The control signal is then output from the control means 20 to the power supply means 22. Subsequently, a DC voltage of 5V is applied from the power supply means 22 to the light source 6. Light is then emitted from the light source 6 to the surface of the workpiece 2. Subsequently, as shown in FIG. 1, light is scattered from the surface of the work piece 2 toward the first lens 8.
다음에 상기 공작물(2)의 표면(2a)으로부터 상기 제1렌즈(8)를 향하여 산란된 빛은 상기 제1렌즈(8)에 의해 평행한 빛으로 변환된다.The light scattered from the surface 2a of the workpiece 2 toward the first lens 8 is then converted into parallel light by the first lens 8.
다음에 상기 빔 스플리터(10)는 입사된 빛을 분할하여 상기 빔스플리터(10)의 중심 부위에 입사된 빛(수광각 Θ1)은 상기 제2렌즈(12)로 진행한다.Next, the beam splitter 10 splits the incident light, and the light incident on the central portion of the beam splitter 10 (the light receiving angle Θ1) proceeds to the second lens 12.
다음에 스텝S2에서, 상기 제2렌즈(12)에서는 상기 빔 스플리터(10)에 의해 일측방향으로 분할된 빛 중에서 중심부위의 빛을 상기 제1수광 트랜지스터(16)의 베이스에 집속시킨다. 그러면 상기 제1수광 트랜지스터(16)가 턴온한다. 상기 제1수광 트랜지스터(16)가 턴온하면, 상기 제1수광 트랜지스터(16)의 이미터로부터 상기 제어수단(20)의 입력단자(I1)에 제2렌즈(12)로부터 접속된 광속(Ф1)에 대응하는 전압이 입력된다.Next, in step S2, the second lens 12 focuses the light on the center of the light split in one direction by the beam splitter 10 to the base of the first light receiving transistor 16. Then, the first light receiving transistor 16 is turned on. When the first light receiving transistor 16 is turned on, the light beam? 1 connected from the second lens 12 to the input terminal I1 of the control means 20 from the emitter of the first light receiving transistor 16. The voltage corresponding to is input.
동시에 상기 제3렌즈(14)에서는 상기 빔 스플리터(10)에 의해 타측방향으로 분할된 빛 전체를 상기 제2수광 트랜지스터(18)의 베이스에 집속시킨다. 그러면 상기 제2수광 트랜지스터(18)가 턴온한다. 상기 제2수광 트랜지스터(18)가 턴온하면, 상기 제2수광 트랜지스터(18)의 이미터로부터 상기 제어 수단(20)의 입력단자(12)에 제3렌즈(14)로부터 집속된 광속(Ф1)에 대응하는 전압이 입력된다.At the same time, the third lens 14 focuses all the light split in the other direction by the beam splitter 10 to the base of the second light receiving transistor 18. Then, the second light receiving transistor 18 is turned on. When the second light receiving transistor 18 is turned on, the light beam? 1 focused from the third lens 14 from the emitter of the second light receiving transistor 18 to the input terminal 12 of the control means 20. The voltage corresponding to is input.
다음에 상기 제어 수단(20)은 다음 식(1)에 의해 상기 제2렌즈912)와 제3렌즈(14)에서의 광속비를 산출한다.Next, the control means 20 calculates the light beam ratio in the second lens 912 and the third lens 14 by the following equation (1).
여기서, 상기 Ф1과 Ф2은 각각 상기 제2렌즈(12)와 상기 제3렌즈(14)에서의 광속(LUMINOUS FLUX, 단위는 lumen)을 나타낸다. 광속이란 해당면적에 대해서 적분한 것으로 외부 환경변화에 강건하며, 표면에서 산란된 광에 의한 광속비는 표면 반사율에 무관한 특징을 갖는다.Here, Ф1 and Ф2 denote the light flux LUMINOUS FLUX (unit: lumen) in the second lens 12 and the third lens 14, respectively. Luminous flux is integral to the relevant area and robust to changes in the external environment, and the ratio of luminous flux due to light scattered from the surface is independent of surface reflectance.
다음에 스텝S3에서 상기 제어 수단(20)은 제4도에 도시된 바와 같이 상기 제어 수단(20)에 미리 기억되어 있는 그래프에 의해 상기 광속비를 상기 공작물(2)의 표면 거칠기(SURFACE ROUGHNESS, 단위는 μM)로 환산한다. 그러면 상기 공작물(2)의 표면 거칠기가 측정된다. 제4도에 도시된 바와 같이 상기 광속 비가 작은 것은 빛이 불균일하게 반사되어서 공작물(2)의 표면 거칠기가 큰 것을 의미하고, 상기 광속 비가 큰 것은 빛이 균일하게 반사되어서 공작물(2)의 표면 거칠기가 작은 것을 의미한다.Next, in step S3, the control means 20 sets the ratio of the luminous flux to the surface roughness SURUACE ROUGHNESS of the work piece 2 by a graph previously stored in the control means 20 as shown in FIG. The unit is converted to μM). The surface roughness of the workpiece 2 is then measured. As shown in FIG. 4, the small beam ratio means that the light is unevenly reflected and the surface roughness of the work piece 2 is large, and the large beam ratio means that the light is uniformly reflected and the surface roughness of the work piece 2 Means small.
다음에 스텝S4에서 상기 제어 수단(20)으로부터 상기 표시수단(26)으로 상기 공작물(2)의 표면 거칠기를 나타내는 표시 신호가 출력된다. 그러면 상기 표시 수단(26)에서는 상기 공작물(2)의 표면 거칠기가 표시됨으로써 사용자는 상기 공작물(2)의 표면 거칠기를 측정한다.Next, in step S4, a display signal indicating the surface roughness of the work piece 2 is output from the control means 20 to the display means 26. The display means 26 then displays the surface roughness of the work piece 2 so that the user measures the surface roughness of the work piece 2.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 공작물의 표면 거칠기 측정장치에 의하면, 표면 거칠기 검출 수단을 광원, 제1렌즈, 빔 스플리터, 제2렌즈, 제3렌즈, 제1수광 트랜지스터 및 제2수광 트랜지스터로 구성함으로써 공작물의 표면의 거칠기를 측정할 경우 공작물의 표면에 흠집을 내는 것을 방지할 수 있음과 동시에 연속적이고 빠르게 공작물의 표면의 거칠기를 측정할 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.As described above, according to the surface roughness measuring apparatus of the workpiece according to the present invention, the surface roughness detecting means includes a light source, a first lens, a beam splitter, a second lens, a third lens, a first light receiving transistor, and a second light receiving transistor. Thus, when measuring the roughness of the surface of the workpiece, it is possible to prevent scratches on the surface of the workpiece, and at the same time, there is a very excellent effect of measuring the roughness of the surface of the workpiece continuously and quickly.
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