ES2324696B2 - Procedimiento y aparato para medir la deformacion en un ensayo de traccion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento y aparato para medir la
deformación en un ensayo de tracción.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para medir la deformación en un ensayo de tracción,
así como al dispositivo mediante el que se desarrolla dicho
procedimiento.
El método consiste en la medición de la
deformación a partir del desplazamiento de dos puntos por medio de
sensores láser colocados paralelamente al eje de la probeta. Estos
van montados sobre un soporte articulado que se amarra a la máquina
de ensayo. El dispositivo se completa con dos topes que colocados
sobre la probeta sirven de diana para los sensores.
El dispositivo permite: realizar medidas sin
contacto con la probeta, para prevenir posibles daños en la rotura
de la misma; calcular automático de la base de medida del
extensómetro, sin medidas iniciales; medir de forma directa, sin
calibración previa y tiene la posibilidad de medir con mucha
precisión en recorridos cortos o grandes elongaciones con menor
precisión.
Description
Procedimiento y aparato para medir la
deformación en un ensayo de tracción.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para medir la deformación En un ensayo de tracción.
La invención tiene también por objeto el aparato o extensómetro
mediante el que se lleva a cabo dicho procedimiento.
Para la medición de la deformación de una
probeta sometida a tracción suelen utilizarse actualmente
extensómetros que pueden agruparse en cuatro tipos
1. Extensometría de contacto de carácter
resistivo. Su funcionamiento se basa en el empleo de bandas
extensométricas. Los principales inconvenientes son los que se
relacionan a continuación:
- \circ
- Las bases de medida son relativamente pequeñas.
- \circ
- Los recorridos también son relativamente pequeños.
- \circ
- Las bases nominales pueden modificarse durante el montaje del extensómetro por lo que será necesaria una corrección posterior.
- \circ
- No pueden trabajar a altas temperaturas si no están equipadas de un equipo especial de refrigeración.
- \circ
- El extensómetro entra en contacto con la probeta por lo que puede sufrir daño en la rotura si esta es violenta.
- \circ
- El contacto puede provocar concentración de tensiones pudiendo precipitar la aparición de la rotura.
2. Extensometría de contacto de carácter
inductivo. Su funcionamiento se basa en el empleo de
comparadores LVDT. Los principales inconvenientes son los que se
relacionan a continuación:
- \circ
- Las bases nominales pueden modificarse durante el montaje del extensómetro por lo que será necesaria una corrección posterior.
- \circ
- No pueden trabajar a temperaturas elevadas.
- \circ
- El extensómetro entra en contacto con la probeta por lo que puede sufrir daño en la rotura si esta es violenta.
- \circ
- El contacto puede provocar concentración de tensiones pudiendo precipitar la aparición de la rotura.
- \circ
- El peso del conjunto es relativamente alto, por lo que la presión en los apoyos puede acentuar el efecto entalla.
- \circ
- La precisión para pequeñas deformaciones disminuye respecto a los modelos anteriores.
3. Vídeo-extensómetro:
extensometría en base a imágenes con una o varias cámaras fijas o
móviles. Los principales inconvenientes son los que se relacionan a
continuación:
- \circ
- En algunos equipos puede ser necesaria una calibración previa.
- \circ
- Se necesitan condiciones óptimas de iluminación.
- \circ
- El dispositivo es muy aparatoso y dificulta la tarea de intercambiar entre varias máquinas de ensayo. Algunos modelos van asociados a una en concreto y no pueden desmontarse.
- \circ
- La complejidad de uso es mayor, ya que suele llevar asociado su propio software de control.
- \circ
- Algunos modelos no han resuelto la medida de la base de medida por lo que puede ser necesaria esta operación previa al ensayo.
- \circ
- No pueden trabajar a altas temperaturas.
- \circ
- Las precisiones para deformaciones pequeñas disminuyen.
- \circ
- Es muy costoso.
4. Extensómetro láser: extensometría
basada en el empleo de láseres de reflexión. Los principales
inconvenientes son los que se relacionan a continuación:
- \circ
- El dispositivo es muy aparatoso y dificulta la tarea de intercambiar entre varias máquinas de ensayo.
- \circ
- La complejidad de uso es grande, ya que suele llevar asociado su propio software de control.
- \circ
- Algunos modelos no han resuelto la medida de la base de medida por lo que puede ser necesaria esta operación previa al ensayo.
- \circ
- La identificación de la base de medida se realiza en base a pegatinas reflectantes que se pegan sobre la probeta.
- \circ
- No pueden trabajar a altas temperaturas.
- \circ
- Las precisiones para deformaciones pequeñas disminuyen.
- \circ
- Es muy costoso.
El procedimiento y aparato de la invención
permiten determinar la deformación en ensayos de tracción uniaxial
en los que la medida de la deformación se realiza sin contacto con
la probeta de modo que pueden prevenirse posibles daños sobre el
equipo en la rotura de la misma.
El procedimiento y aparato de la invención
permiten además llevar a cabo la medida de la deformación de la
probeta de forma directa, sin calibración previa.
Otra ventaja del procedimiento y aparato de la
invención es que permiten llevar a cabo el cálculo automático de la
base de medida del aparato sin realizar medidas iniciales.
Una ventaja más del procedimiento y aparato de
la invención es la posibilidad de medir con mucha precisión en
recorridos cortos o grandes elongaciones con menor precisión.
El procedimiento de la invención, se basa en
conocer la separación existente entre dos puntos de la probeta,
L(t), en todo momento, mientras se aplican esfuerzos
crecientes.
La distancia inicial entre esos dos puntos,
antes de comenzar el ensayo, se denomina base de medida del
extensómetro, Lo.
A partir de estos parámetros se puede determinar
la deformación, de la probeta ensayada en cada instante, a partir
de la expresión:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Siendo \DeltaL el incremento de longitud
sufrido por la base de medida del extensómetro en cada
instante.
Para la medida de la separación de los puntos
mencionados se utilizan dos sensores láser de reflexión directa de
funcionamiento por triangulación.
Los rangos de medida de los sensores
seleccionados dependerán de la magnitud a medir, si se pretende
medir con mucha precisión, se recurrirá a rangos pequeños, mientras
que si no se requiere mucha precisión se pueden emplear
extensómetros de mayor rango que permitirán la medida de
elongaciones mayores.
En caso de necesitar las dos propiedades, es
decir, precisión para pequeñas elongaciones y rangos de medida
grandes con poca precisión, podrían montarse en paralelo sensores
láseres con diferentes propiedades de forma que se cubrieran ambas
necesidades.
De acuerdo con el procedimiento de la invención
se seleccionan aleatoriamente a lo largo la probeta dos puntos P1
y P2, separados una distancia Lo. A continuación se calcula
mediante un primer y un segundo sensores láser la distancia Lo
mediante la expresión Lo=Lc+L'1+L'2, en la que Lc es la distancia
entre el primero y segundos sensores, L'1 es la distancia inicial,
antes de deformarse la probeta, del primer sensor al punto P1 y L'2
la distancia inicial del segundo sensor al punto P2. A continuación
se provoca la deformación de la probeta mediante un esfuerzo de
tracción creciente y se mide durante la deformación citada,
mediante los mismos sensores láser antes comentados, los
desplazamientos \DeltaL1 y \DeltaL2 de los puntos P1 y P2 de la
probeta. Por último se calcula la deformación producida mediante la
expresión
En la que \DeltaL es la diferencia entre los
desplazamientos de los puntos P1 y P2 de la probeta en cada
instante.
En cuanto al aparato o extensómetro para medir
la deformación de la probeta, está constituido de acuerdo con la
invención por un brazo articulado que se fija a la máquina de
ensayo y es portador de al menos dos sensores láser, y por dos
dianas fijables en la probeta, en otros tantos puntos de referencia
de la misma, para la medición de su
deformación.
deformación.
El brazo articulado comprende al menos dos
tramos rígidos que van relacionados entre sí mediante una
articulación intermedia. En el extremo libre de uno de los tramos
del brazo articulado, va conectada una base de anclaje que servirá
como medio de fijación del brazo a un pilar de la máquina de
ensayo. En el extremo libre del otro tramo del brazo articulado, va
montado un cabezal que es portador de al menos dos sensores láser.
El cabezal puede girar alrededor de un eje paralelo al de
articulación entre los dos tramos del brazo articulado. Los sensores
además serán desplazables linealmente en el cabezal en la misma
dirección y podrán rotar sobre su eje horizontal 180º para
adaptarse a diferentes configuraciones de medida que pueden
aparecer.
La base de anclaje antes comentada puede estar
constituida por una brida ajustable de eje paralelo al de
articulación entre los tramos del brazo articulado. La conexión de
esta brida al tramo correspondiente al brazo articulado se realiza
mediante una articulación extrema de eje paralelo al de
articulación intermedia entre los tramos de dicho brazo.
En cuanto al cabezal fijado en el extremo libre
del otro tramo del brazo articulado, consiste en un cuerpo alargado
que es perpendicular al brazo en el que va montado y dispone de al
menos una guía longitudinal en la que van montados los sensores
láser, con facultad de desplazamiento a lo largo de la misma y de
rotar 180º.
En cuanto a las dianas fijadas a la probeta
están constituidas por una mordaza de mandíbulas ajustables sobre
dicha probeta. Las dos mandíbulas que conforman la mordaza son
paralelas, de separación regulable, y están impulsadas una contra
otra mediante un resorte.
Una de las mandíbulas de la mordaza presenta una
zona de apoyo sobre la probeta que está constituida por cuatro
rodillo dispuesto en V, paralelos dos a dos, rodillos que apoyan
perpendicularmente sobre la probeta. La otra mordaza es portadora
de una cuchilla perpendicular a la probeta, la cual define el punto
de referencia para la medida de las deformaciones de la probeta. La
cuchilla puede ser de contorno circular y giratoria, estando
montada en la mandíbula correspondiente mediante un eje paralelo a
la probeta.
Según una posible forma de realización, una de
las mandíbulas dispone de un brazo que sobresale
perpendicularmente por el lado ocupado por los rodillos y define
una guía en la que se monta la otra mandíbula, con facultad de
desplazamiento a lo largo de la misma, para lograr la aproximación
o separación entre las dos mandíbulas de la mordaza.
En los dibujos adjuntos se muestra, a título de
ejemplo no limitativo, una posible forma de realización del aparato
para llevar a cabo el procedimiento de la invención. Los dibujos
adjuntos incluyen además esquemas relativos al desarrollo de dicho
procedimiento.
En los dibujos:
La figura 1, es una perspectiva de un aparato
para medir la deformación por tracción de una probeta, constituido
de acuerdo con la invención.
La figura 2, es una vista en planta de una de
las dianas que entran a formar parte del aparato de la
invención.
La figura 3, es una sección transversal de la
diana, tomada según la línea de corte III-III de la
figura 2.
La figura 4, corresponde a otra sección
transversal de la diana tomada según la línea de corte
4-IV de la figura 3.
Las figuras 5 a 15, corresponden a esquemas de
posibles desarrollos del procedimiento de la invención.
Las características del procedimiento y aparato
de la invención, así como las ventajas derivadas de las mismas,
podrán comprenderse mejor con la siguiente descripción, hecha con
referencia a los dibujos antes referenciados.
El aparato para la realización del procedimiento
de la invención está compuesto por un brazo articulado, que se
muestra en perspectiva en la figura 2, y por dos dianas fijables a
la probeta, una de las cuales se muestra en las figuras 2 a 4.
El brazo articulado de la figura 1 está
constituido por al menos dos tramos rígidos, 1 y 2 que van
relacionados entre sí mediante una articulación intermedia, cuyo
eje se indica con la referencia 3. Unos de estos tramos, el
referenciado con el número 1 en el ejemplo representado en los
dibujos, lleva conectado en su extremo libre una base de anclaje 4,
la cual servirá como medio de fijación del brazo a un pilar de la
máquina de ensayo. Esta base de anclaje está constituida por una
brida ajustable, que puede estar constituida por dos mitades 5 y 6
de separación ajustable y dotadas de un tornillo radial de presión
7. La brida que constituye la base de anclaje 4 es de eje paralelo
al eje 3 de articulación entre los tramos 1 y 2 del brazo
articulado.
La base de anclaje 4 va conectada al tramo 1 del
brazo articulado mediante una articulación extrema 8 de eje
paralelo al eje 3 de articulación intermedia.
El otro tramo 2 del brazo articulado es portador
de un cabezal 9, constituido por un cuerpo alargado que es
perpendicular al tramo 2 del brazo articulado y dispone de al menos
una guía longitudinal 10 en la que van montados dos sensores láser
11 y 12, con facultad de desplazamiento a lo largo de la misma y de
rotación.
El cabezal 9 va montado en el extremo del tramo
2 del brazo articulado, mediante un eje de giro que es paralelo al
eje 3 intermedio de articulación entre los tramos 1 y 2.
El cabezal 9, podría incluir cuatro sensores
láser, en lugar de dos, en caso de necesitar otras
especificaciones. El brazo que conforma el aparato de la invención
se sujeta a uno de los pilares de la propia máquina de ensayo, a
través de la base de anclaje 4. Este brazo va articulado para dar
mayor flexibilidad al proceso de colocación de los sensores en
función de la simetría de la probeta.
Los sensores 11 y 12 pueden desplazarse
verticalmente a lo largo del cabezal 9 e incluso pueden girar 180º
a lo largo del cabezal 9 e incluso pueden girar 180º.
El aparato de la invención incluye además dos
dianas fijables en otros tantos puntos de referencia de la probeta,
para la medición de su deformación. Una de estas dianas se muestran
en las figuras 2 a 4, estando en el ejemplo representado en los
dibujos constituida por dos mandíbulas 14 y 15 paralelas de
separación regulable.
La mandíbula 14 presenta una zona de apoyo
angular para la probeta 16, en la que van montados cuatro rodillos
17 en V, paralelos dos a dos, los cuales definirán los puntos de
apoyo de esta mandíbula sobre la probeta 16. Por su parte la
mandíbula 15 es portadora de una cuchilla 18 que define el punto de
referencia para la medida de las deformaciones de la probeta 16. La
cuchilla 18 es circular y giratoria alrededor de un eje 19 paralelo
a la probeta.
De la mandíbula 14 sobresale perpendicularmente,
por el lado ocupado por el rodillo 17, un brazo 20 que constituye
una guía en la que se monta la mandíbula 15 con facultad de
desplazamiento a lo largo de dicho brazo, para regular la
separación entre mandíbulas. La mandíbula 14 lleva además montado
un resorte de tracción 21, que impulsa constantemente a la
mandíbula 15 contra la mandíbula 14.
La cuchilla 18 se clavará parcialmente en la
probeta y definirá los puntos de referencia para las medidas de
formaciones. Los rodillos 17 en V permitirán que la probeta,
durante su deformación, pueda deslizar respecto al dispositivo,
manteniendo como único contacto fijo la cuchilla 18. Además la
disposición de los rodillos 17 evitará el cabeceo de la diana.
El procedimiento para medir con el aparato
descrito se puede comprobar en la figura 5, donde se representa
esquemáticamente un ensayo de tracción, con la probeta 16 y los dos
anclajes 22 y 23 para la probeta en la máquina de ensayo, uno
pasivo 22 y el otro activo 23.
Dos puntos, P1 y P2, situados, inicialmente a
una distancia Lo, para un determinado instante de tiempo pasan a
situarse a una distancia L(t). Los dos puntos de mueven,
\DeltaL1 y \DeltaL2, respectivamente, siendo mayor el
desplazamiento más cercano a la mordaza activa.
A partir de los desplazamientos individuales de
cada punto y observando el gráfico de la figura 5 se puede obtener
el incremento de la base de medida a partir de la siguiente
expresión:
\newpage
y
despejando
Luego, queda demostrado el principio de
funcionamiento del aparato de la invención, conociendo lo que se ha
separado cada punto de la barra individualmente, medido por cada
uno de los sensores láseres, se puede obtener el incremento de
longitud, y por tanto, la deformación de la barra.
La configuración de los sensores
11-12, está preparada para medir entre Lmin y Lmax
(Figura 6), de forma que si la diana se separa del sensor se
obtienen valores crecientes, mientras que si la diana se acerca al
sensor las medidas serán decrecientes.
En función del tipo de probeta de su longitud,
de la máquina que se utilice y del espacio de que se disponga
entre anclajes 22-23, los sensores láser se van a
posicionar de diferente manera. Pueden desplazarse en la vertical o
incluso girar 180º. De tal forma que pueden aparecer cuatro
configuraciones distintas.
\vskip1.000000\baselineskip
Configuración
1
El primer sensor 11 está apuntando hacia arriba
y el segundo 12 hacia abajo (Figura 7). El láser 12 medirá valores
crecientes, ya que la diana se separa, mientras que el láser 11
medirá valores decrecientes, puesto que la diana se acerca. Por
tanto, en este caso el incremento de longitud será:
Siendo \DeltaL1 y \DeltaL2 los valores
absolutos de los desplazamientos de los sensores láser 11 y 12,
respectivamente.
\vskip1.000000\baselineskip
Configuración
2
El sensor 11 está apuntando hacia abajo y el
sensor 12 hacia arriba (Figura 8). El sensor 12 medirá valores
decrecientes, ya que la diana se acerca, mientras que el sensor 11
medirá valores crecientes, puesto que la diana se aleja. Por tanto,
en este caso el incremento de longitud será:
\vskip1.000000\baselineskip
Configuración
3
Los dos sensores 11 y 12 apuntan hacia arriba
(Figura 9). Ambos sensores medirán valores decrecientes, y a que la
diana se aproxima. Por tanto, en este caso el incremento de
longitud será:
\vskip1.000000\baselineskip
Configuración
4
Los dos sensores 11 y 12 apuntan hacia abajo
(Figura 10). Ambos sensores medirán valores crecientes, ya que la
diana se aleja. Por tanto, en este caso el incremento de longitud
será:
Para poder medir la base de medida es necesario
conocer la medida absoluta inicial, antes de comenzar a deformarse
la probeta, del sensor láser (L'); es decir, la distancia desde el
cristal del láser hasta el punto de medida P.
La medida de la base de medida también dependerá
de la configuración de los sensores y será función de la
separación entre los cristales de los dos sensores (Lc), Figura 11,
así como de la medida absoluta inicial de ambos sensores. Para
conocer la distancia inicial entre cristales se puede realizar una
única medida por medio de un calibre y no será necesario repetir la
medida mientras no se produzca un cambio en la misma, o se puede
situar una regla graduada sobre la guía de
\hbox{los sensores,
o cualquier otro dispositivo, que permita en todo momento conocer
la distancia Lc.}
En función del tipo de probeta, de su longitud,
de la máquina que se utilice y el espacio de que se disponga; los
sensores láseres se van a posicionar de diferente manera, como se
ha comentado con anterioridad. De forma que la base de medida será
función de la disposición existente. Pueden aparecer cuatro
configuraciones distintas para la utilización del aparato de la
invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Configuración
1
El láser 11 apunta hacia arriba y el 12 hacia
abajo (Figura 12). La base de medida en este caso se obtiene a
partir de la expresión:
\vskip1.000000\baselineskip
Configuración
2
El láser 11, apunta hacia abajo y el 12 hacia
arriba (Figura 13). La base de medida en este caso se obtiene a
partir de la expresión:
\vskip1.000000\baselineskip
Configuración
3
Ambos sensores apuntan hacia arriba (Figura 14).
La base de medida en este caso se obtiene a partir de la
expresión
\vskip1.000000\baselineskip
Configuración
4
Ambos sensores apuntan hacia arriba (Figura 15).
La base de medida en este caso se obtiene a partir de la
expresión.
En definitiva, con el procedimiento y aparato de
la invención pueden llevarse a cabo ensayos de tracción uniaxial
con las siguientes propiedades:
* Medida de la deformación en un ensayo de
tracción uniaxial sin contacto con la probeta, para prevenir
posibles daños en la rotura de la misma.
* Medida de la deformación de la probeta de
forma directa, sin calibración previa.
* Cálculo automático de la base de medida del
extensómetro, sin medidas iniciales.
* Posibilidad de medir con mucha precisión en
recorridos cortos o grandes elongaciones con menor precisión.
Claims (9)
1. Procedimiento para medir la deformación en un
ensayo de tracción, caracterizada por que comprende las
siguientes etapas:
a) señalizar dos puntos P1 y P2 en la probeta,
separados a los largo de la misma una distancia L0;
b) calcular mediante un primer y un segundo
sensores láser la distancia L0, mediante la expresión
L0 = Lc + L'1 +
L'2,
en la que Lc es la distancia entre
el primero y segundo sensores, L'1 es la distancia absoluta inicial
del primer sensor al punto P1 y L'2 la distancia absoluta inicial
del segundo sensor al punto
P2;
c) medir durante la aplicación de un esfuerzo de
tracción creciente los desplazamientos relativos \DeltaL1 y
\DeltaL2 de los puntos P1 y P2 de la probeta, mediante los mismos
sensores; y
d) calcular la deformación producida mediante la
expresión
en la que \DeltaL es la variación
de longitud sufrida por la base de
medida.
2. Aparato para medir la deformación por
tracción de una probeta, caracterizado porque está
constituido por un brazo articulado que se fija a la máquina de
ensayo y es portador de al menos dos sensores láser, y por dos
dianas fijables en la probeta, en otros tantos puntos de referencia
de dicha probeta para la medición de su deformación; cuyo brazo
comprende al menos dos tramos rígidos relacionados mediante un eje
de articulación intermedia, una base de anclaje que va conectada al
extremo libre de uno de los tramos del brazo articulado y sirve
como medio de fijación del brazo a un pilar de la máquina de
ensayo, y un cabezal que es portador de al menos dos sensores láser
y va montado en el extremo libre del otro tramo del brazo
articulado, con facultad de giro alrededor de un eje paralelo al de
articulación entre los dos tramos de dicho brazo, siendo los
sensores desplazables linealmente en vertical en el cabezal y con
capacidad para girar 180º; y cuyas dianas están constituidas por
una mordaza de mandíbulas ajustables sobre la probeta.
3. Aparato según la reivindicación 2,
caracterizado porque la base de anclaje está constituida por
una brida ajustable, de eje paralelo al eje de articulación entre
los tramos del brazo articulado.
4. Aparato según las reivindicaciones 2 y 3
caracterizado porque la base de anclaje va conectada al tramo
correspondiente del brazo articulado mediante una articulación
extrema de eje paralelo al eje de articulación entre los tramos de
dicho brazo.
5. Aparato según reivindicación 2
caracterizado porque el cabezal citado consiste en un cuerpo
alargado, que es perpendicular al brazo articulado y dispone de al
menos una guía longitudinal en la que van montados los sensores
láser, con facultad de desplazamiento a lo largo de la misma y
girar 180º.
6. Aparato según la reivindicación 2
caracterizado porque las dos mandíbulas de la mordaza son
paralelas, de separación regulable y están impulsadas una contra la
otra mediante un resorte.
7. Aparato según reivindicación 6,
caracterizado porque una de las mandíbulas de la mordaza
presenta una zona de apoyo angular sobre la probeta, constituida
por cuatro rodillos giratorios dispuestos en V, paralelos dos a
dos, que apoyan perpendicularmente sobre la probeta, mientras que
la otra mordaza es portadora de una cuchilla perpendicular a la
probeta, que define el punto de referencia para la medida de
deformaciones de dicha probeta.
8. Aparato según reivindicaciones 6 y 7,
caracterizado porque una de las mandíbulas dispone de un
brazo que sobresale perpendicularmente por el lado ocupado por los
rodillos y define una guía en la que se monta la otra mandíbula,
con facultad de desplazamiento a lo largo de la misma.
9. Aparato según reivindicación 7,
caracterizado porque la cuchilla citada es circular y
giratoria y va montada en la mandíbula correspondiente mediante un
eje paralelo a la probeta.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200900178A ES2324696B2 (es) | 2009-01-16 | 2009-01-16 | Procedimiento y aparato para medir la deformacion en un ensayo de traccion. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200900178A ES2324696B2 (es) | 2009-01-16 | 2009-01-16 | Procedimiento y aparato para medir la deformacion en un ensayo de traccion. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2324696A1 ES2324696A1 (es) | 2009-08-12 |
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Patent Citations (3)
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| JPH09159416A (ja) * | 1995-12-07 | 1997-06-20 | Shimadzu Corp | 光学式伸び計 |
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