JPH01104248A - 顎運動の測定装置 - Google Patents

顎運動の測定装置

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JPH01104248A
JPH01104248A JP63239486A JP23948688A JPH01104248A JP H01104248 A JPH01104248 A JP H01104248A JP 63239486 A JP63239486 A JP 63239486A JP 23948688 A JP23948688 A JP 23948688A JP H01104248 A JPH01104248 A JP H01104248A
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sensor coil
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jaw
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永一 坂東
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 本発明は、顎の動きを測定する装置に間し、特に、上下
の顎の動きを制動せずに高精度に測定できる装置に関す
る。
B、従来の技術 下顎に光源を装着し、光源の動きを光センサーで受光し
て、下顎の動きを測定する装置は提案されている(特開
昭53−89296号公報)。
この装置は、下顎歯茎に、前方に向けて光を発する光源
を装着し、光源の前方に、レンズを介して光センサーを
配設し、光センサーからの信号を増幅してXYレコーダ
とデータレコーダに記録している。
更に別の顎運動測定装置として、下顎の動きを3個のポ
テンシオメータで検出する装置も提案されている(実開
昭54−34290号公報)。
この装置は、患者の頭部にフレームを固定し、3個のポ
テンシオメータでもって下顎の前後、左右、上下の運動
を検出している。
C0従来の問題点 ところが、光センサーを使用した装置は、光の受光位置
に無数のCODやフォトトランジスタ等の受光センサー
を配設し、この受光センサーで受光位置を検出している
。従って、分解率を高くすると、原理的に、COD等の
受光センサーの数が著しく増加し、装置全体が高価にな
る欠点がある。
又、光を利用したものは、顎が運動すると光の照射位置
と照射方向の両方が変わる為、受光センサーの出力信号
で顎の動きを特定する演算処理が難しく、演算処理回路
も複雑になる欠点があった。
又、光りで下顎の動きを測定する従来の装置は、頭を下
顎と一緒に動かすと、頭の動きが下顎の動きとして検出
され、顎の動きと頭の動きとを判別できない。この為、
測定中に患者が頭を動かすと誤差の原因となるので、頭
を固定して顎を運動する必要がある。ところが、顎をい
っばいに下げて口を大きく開いた状態は、頭を少し上向
きに動かさなければ、最大限に顎を下げて、口をいっば
いに開くことができない。この為、測定中に、患者の頭
が動いて測定誤差を起こし易く、高精度の測定ができ難
い欠点があった。
更に、ポテンシオメータを使用する下顎運動測定装置は
、顎の上下、前後、左右の動きを、ポテンシオメータに
伝達する機構が複雑で、しかも、ポテンシオメータの駆
動機構に多少遊びができて測定誤差の原因となり、更に
、ポテンシオメータを駆動するのに力が必要で、これに
よって顎の動きが制動されて動きが重くなる欠点があっ
た。
本発明は、従来のこれ等の欠点を除去することを目的に
開発されたもので、本発明の重要な目的は、測定装置が
顎の動きを制約せず、顎の動きが高精度に測定できる顎
運動の測定装置を提供することにある。
又、本発明の他の重要な目的は、上顎と下顎に装着して
、それぞれの相対運動を測定する為、測定中に頭が動い
ても測定誤差の原因とならず簡単かつ容易に、しかも正
確に顎の動きが測定できる顎運動の測定装置を提供する
ことにある。
更に又、本発明の他の重要な目的は、測定精度を高くし
ても装置全体が高価にならず、しかもセンサーからの出
力信号で下顎の動きが正確に特定でき、測定された上顎
と下顎の軌跡が電気信号で得られる為、これをコンピュ
ータに簡単に入力でき、コンピュータで演算処理するこ
とによって、顎の動きが測定並びに分析ができる顎運動
の測定装置を提供することにある。
D、従来の問題点を解決する為の手段 顎の運動の測定装置は、上顎と下顎に別々に装着される
上顎運動部材と、下顎運動部材と、これ等の上顎運動部
材、下顎運動部材の相対的な変位を検出するセンサーと
、センサーに誘導される交流の位相を検出する位相検出
回路とからなる。
センサーはセンサーコイルと、このセンサーコイルの周
囲に交流磁界を作る界磁コイルとからなる。
界磁フィルとセンサーコイルとは非接触で、界磁コイル
は、センサーコイルを中心として相対向する位置に配設
され、更に、相対向して配設された両界磁コイルは位相
が異なる交流で励磁されて交流磁界が作られ、交流磁界
によってセンサーコイルに交流が誘導され、誘導された
交流の位相を位相検出回路で検出してセンサーコイルの
位置を測定する。
E9作用、効果 本発明の好ましい実施例を示す第1図の顎運動の測定装
置は、上顎と下顎とが相対運動すると、上顎運動部材1
と、下顎運動部材2とが相対運動する。上顎運動部材1
と下顎運動部材2との相対運動は、センサー3で検出さ
れる。
センサー3は、センサーコイル5と、界磁コイル6とか
らなる。    ヘ センサーコイル5は、移動する位置に対応して位相が変
わる交流が誘導される。従って、センサーコイル5に誘
導される交流の位相を、位相検出回路で測定して、セン
サーコイル5の位置を測定する。
第1図に示すように、ひとつのセンサーコイル5でもっ
て移動した位置を測定する場合、センサーコイル5は、
第2図に於て、x、  y、  z軸の位置、並びにY
軸まわりの回転角θを、順番に一定周期で繰り返し測定
し、各測定時間に対するセンサーコイル5の位置を検出
する。
X、Y、  Z軸方向の位置、並びにY軸まわりの回転
角θの1回の測定時間は、顎の動きに対して充分に短く
、例えば10μ秒〜100m秒の範囲に決定される。
下顎運動部材2両端の、X、  Y、  Z軸方向、並
びにY軸まわりの回転角θが測定されると、上顎運動部
材1の下顎運動部材2に対する相対位置は特定できる。
ところで、図示しないが、上顎運動部材1の両端ともう
ひとつの一点、例えば上顎運動部材1の中央部分の合計
3点の、X、  Y、  Z軸の変位を測定するなら、
回転角θの測定をすることなく、下顎運動部材2の上顎
運動部材lに対する相対位置は特定できる。従って、本
発明は、センサー取付位置、並びにセンサーの検出方向
を特定するものでない。
センサーコイルが、移動した位置によって誘導される交
流の位相が変わる状態を、第3図に基づいて説明する。
この図に於て、界磁コイル6BをEcosωもの交流で
励磁し、前方の界磁コイル6AをEs1nωtの、交流
で励磁するとき、即ち、両界磁コイル6A、6Bを位相
差が90度で同一周波数の交流で励磁すると、センサー
コイル5が両界磁コイルの中央に位置するとき、センサ
ーコイル5には、両界磁コイル6A、6Bの中間の位相
の交流、即ちCOS (ωt+π/4)の交流が誘導さ
れる。
センサーコイル5が中央から矢印Aの方向に移動する程
、センサーコイル5に誘導される交流の位相は、sin
ωtに近付き、中央から矢印Bの方向に移動する程、C
O9ωtの交流に近付く。
従って、センサーコイル5に誘導される交流の位相を検
出して、センサーコイル5のX軸方向の位置が測定でき
る。但し、センサーコイル5に誘導される交流の位相と
、X軸方向の変位量は、両界磁コイル6A、6Bの中間
全ての領域に渡って直線的に変化するものでない。従っ
て、検出された位相から変位量を補正する。
センサーコイル5のY軸方向の変位測定は、第4図に示
すように、センサーコイル5の両側でY軸方向に離して
2Mの界磁コイル6C,6Dを配設し、図に於て右側の
界磁コイル6CをEs1nωtの交流で励磁し、左側の
界磁コイル6DをEC0Sωtの交流で励磁する。この
とき、センサーコイル5が両磁界コイル6C,6Dの中
間に位置すると、X軸方向と同様に、センサーコイル5
には両励磁コイルの中間の位相差、即ち、cos(ωt
+π/4)の交流が誘導される。センサーコイル5が右
に移動すると、センサーコイルに誘導される交流の位相
はsinωtに近付き、反対に左に移動すると、COS
ωtに近付く。
従って、この場合も、センサーコイル5の位相を測定し
てY軸方向の位置が測定できる。
同様にして、第5図に示すように、センサーコイル5の
上下、即ちZ軸方向に2組の界磁コイル6E、6Fを配
設し、両界磁コイル6E、6Fに位相差90度の交流を
加え、センサーコイル5に誘導される交流の位相を検出
して、Z軸方向の位置が検出できる。
更に、Y軸まわりの回転角θの測定は、第6図に示すよ
うに、センサーコイル5の前後に同方向に巻かれたIM
の界磁コイル6A、6Bを、上下に同方向に巻かれた別
の1組の界磁コイル6G、6Hを配設し、前後の界磁コ
イル6A、6BをEs1nωtの交流で、上下の界磁コ
イル6G、6HをEcosωを交流で励磁して測定する
センサーコイル5の中心軸がY軸と平行のとき、センサ
ーコイル5には、これと同方向に巻かれた前後の界磁コ
イル6A、6Bと同相、即ち、5inLJ)tの交流が
誘導される。センサーコイル5がY軸を中心に回転する
に従って、誘導される交流の位相がずれてCOSωtに
近付く。従って、位相のずれを検出し、Y軸まわりの回
転角θを測定する。
センサーコイル5に誘導される交流の位相差は、位相検
出回路で測定され、必要ならば、位相検出回路の出力を
コンピューターで演算処理して、下顎運動部材と上顎運
動部材の各点、並びに上顎と下顎各点の相対運動曲線を
モニターテレビ、XYプロッタ、プリンタ等に表示させ
る。
位相検出回路の出力を演算処理する技術は、現在既にこ
の分野で使用されている公知の技術が使用される。
位相検出回路には、交流の位相が測定できる全ての回路
が使用できる。第7図にその実施例を示す。
この回路は、位相差を有するふたつの交流入力信号を、
波形整形回路11で矩形波に整形し、この矩形波をエク
スクル−シブオア回路12に人力して、両人力信号のい
ずれか片方が1のときにのみ1のパルス信号を作り、こ
のパルス信号のパル・ス幅をカウンター13で計測して
いる。
第8図に位相検出回路の動作波形を示す。
図の(2)に示す波形の交流がセンサーコイルに誘導さ
れると、この信号と界磁コイルの励磁電圧波形とが(3
)、(4)で示される矩形波に整形され、(3)、(4
)の矩形波がエクスクル−シブオア回路12で比較され
て(5)のパルス信号を得る。 (5)のパルス幅tは
、 (1)、 (2)の人力信号の位相差に相当する。
両人力信号の位相差が大きい程、エクスクル−シブオア
回路12の出力パルスの時間幅が広くなる。パルス幅t
をカウンターで計測すると、位相差が検出できる。これ
がカウンターで測定される。
E、好ましい実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図に示す顎運動装置は、上顎と下顎とに別々に装着
される上顎運動部材1と下顎運動部材2と、これ等の上
顎運動部材1と下顎運動部材2の両端に設けられて変位
を測定するセンサー3および位相検出回路7とからなる
上顎運動部材1と下顎運動部材2とは、全体形状がU字
状ないしコ字状に折曲され、両端が下顎の運動枢軸、即
ち、顎の付根部で顔の両側に位置する。
下顎運動部材2と上顎運動部材1の両端であって、セン
サー3の取り付は位置が、下顎の付根部分に位置すると
、下顎を大きく開く運動をしても、センサー変位量が少
なく、従って、非接触センサーの外径、特に界磁コイル
の外形をコンパクトにでき、全体を軽くできる。
上顎運動部材1と下顎運動部材2は、通常、歯に嵌着さ
れる取付部材4を介して上顎と下顎とに固定される為、
可能な限り軽量化するのがよい。
従って、上顎運動部材1と下顎運動部材2とは、アルミ
ニウム等の軽金属、あるいは合成樹脂や木等で作られる
センサー3は、センサーコイル5と、界磁コイル6とか
らなる。
センサーコイル5と界磁コイル6とが相対運動してその
変位が測定できる。センサーコイル5を上顎運動部材l
と下顎運動部材2のいずれか一方に、界磁コイル6を他
の一方に固定して上顎運動部材1と下顎運動部材2の変
位を測定できる。
第1図は、下顎運動部材2の両端にセンサーコイル5を
、上顎運動部材lの両端に界磁コイル6を固定している
センサーコイル5は、下顎運動部材2の先端部分に、下
顎運動部材2の軸と同軸に巻かれている。
センサーコイル5は巻回数が多い程、誘導させる電圧が
大きくなるが、多すぎると、重くて応答性が遅くなるの
で、通常数十〜数千回程度に決定される。
界磁コイル6は、センサーコイル5の、X、  Y、Z
軸方向の変位検出用、並びに回転角θ検出用からなる。
界磁コイル6は、センサーコイル5の周囲に、センサー
コイル5が移動してもこれと接触しないように離されて
配設されている。
センサーコイル5のX軸方向の変位を測定する界磁コイ
ル6A、6Bは、第3図に示すように、センサーコイル
5からX軸方向に離されて、即ち、図に於て前後に離さ
れて2組み設けられている。
2絹の界磁コイル6A、6Bはセンサーコイル5と同方
向に巻かれている。
センサーコイル5のY軸方向の変位を測定する界磁コイ
ル6C,6Dは、第4図に示すように、センサーコイル
5からY軸方向に離されて、即ち、図に於て左右に離さ
れて2組み設けられている。
2組の界磁コイル6C,6Dはセンサーコイル5と同方
向に巻かれている。
Z軸変位測定用の界磁コオル6E、6Fは、第5図に示
すように、センサーコイル5からZ軸方向に離されて、
即ち、図に於て上下に離されて2組み設けられている。
2組の界磁コイル6E、6Fはセンサーコイル5と同方
向に巻かれている。
Y軸まわりの回転角θ測定用の界磁コイルは、第6図に
示すように、X軸変位)yす定用の界磁コイル6A、6
Bを1組の界磁コイルとして使用し、センサーコイル5
の上下に配設された界磁コイル6G、6Hを1組の界磁
コイルとして使用する。
界磁コイル6は、センサーコイル5が挿入される1面が
開いた箱型のケース14内に固定され、ケース14が上
顎運動部材lの端に固定される。
各界磁コイル6は、位相差90度の交流出力を出す発振
器で励磁される。
発振器の一例を第9図に示す。この発振器は、同一周波
数で位相が90度累々る、Es1ncJtとEcosω
tの2出力を世す発振回路8と、発振回路8の出力を切
り換えて、各界磁コイル6A。
6B、6C,6D、6E、6F、6G、6Hを励磁する
切換回路9と、切換回路9を一定の周期で制御するタイ
マーlOとからなる。
タイマー10で制御される切換回路9は、一定時間毎に
、発振回路日の出力を各界磁コイル6A、6B・・・・
・・・・・6Hに切り換える。切り換えのタイミングチ
ャートを第10図に示す。この図に於て、一定時間、セ
ンサーコイル5のX軸方向の変位を測定する時間、即ち
、第3図に於て、前後の界磁コイル6A、6Bのみを励
磁して、X軸方向の変位を測定し、その後、Y軸方向の
変位を測定する時間、即ち、第4図に於てセンサーコイ
ル5左右の界磁コイル6C,6Dを励磁してY軸方向の
変位を測定する。その後、一定の周期で、Z軸方向の変
位と回転角θとを測定した後、再びX、 Y、  Z軸
の変位と回転角θとを測定する。
X、  Y、  Z軸並びに回転角θのそれぞれの測定
時間Tは、顎の動きに対して充分に早く、例えば108
秒〜100m秒の範囲に調整される。従って、この時間
に、センサーコイル5に誘導される交流の位相が検出で
きるように、界磁コイル6を励磁する交流の周波数は、
100Hz〜数十K H2に調整される。
ところで、第9図および第10図に示すように、順番に
X、  Y、  Z軸とθ角の変位を測定する場合、位
相検出回路7も、これに同期して制御される。
従って、位相検出回路のカウンター13の出力は、タイ
マー10で制御される。
即ち、X、  Y、  Z軸の変位を測定する状態で界
磁コイルが励磁されるとき、位相検出回路7はxlY、
Z軸の変位に対応した位相差を検出する。従って、位相
検出回路は、第9図に示すように、X、Y、 Z軸並び
にθ角の順番で、これと同期してその変位に相当する位
相差を検出する。
ただ図示しないが、上顎運動部材と下顎運動部材とに、
x、  y、  z軸並びにθ角測定用のセンサーコイ
ルと界磁コイルとを設け、各センサーコイルの位相差を
連続的に検出して、下顎運動部材の上顎運動部材に対す
るx、 y、  z軸並びにθ角の連続測定は可能であ
る。
但し、この場合、x、  y、  z軸とθ角測定用の
界磁コイルは、互いに磁力線が干渉しないように上顎運
動部材と下顎運動部材とに固定する必要がある。
位相検出回路7は、交流の位相が検出できる全ての回路
が使用できる。第7図の位相検出回路7は、ふたつの人
力サイン波を矩形波に整形する波形整形回路11と、こ
の波形整形回路11の出力を比較するエクスクル−シブ
オア回路I2と、このエクスクル−シブオア回M12の
出力パルスの時間幅を測定するカウンター13とからな
る。
一方の波形整形回路11には、界磁コイル6を励磁する
Es inωを又はEcosωtのいずれかの交流を加
え、別の波形整形回路11には、センサーコイル5に誘
導された交流を加える(第8図(1)、(2)の人力波
形)。
波形整形回路11は、両人力信号を、第8図の(3)、
 (4)で示す矩形波に整形する。
エクスクル−シブオア回路12は、両人力信号の位相差
成分を取り、第8図(5)に示すように、位相差に相当
するパルス幅tの信号を出力する。
出力信号のパルス幅tがカウンター13で測定され、カ
ウンター13の出力が位相差を表示する。
今仮に、波形整形回路11の一方に、Es1nωtの交
流を入力し、この状態で、センサーコイル5がEs1n
ωtの交流で励磁される片方の界磁コイルに接近すると
、センサーコイル5に誘導される交流の位相は、第8図
(2)の矢印で示す方向に位相がずれてEs1nωtに
近付き、波形整形回路11の出力信号の位相差が少なく
なる。
従って、・エクスクル−シブオア回路12の出力信号の
パルス幅tは短く、カウンター13の計測値は低くなる
。反対に、センサーコイル5がEs1nωtの交流で励
磁される界磁コイルから離れ、Eco sωtの交流で
励磁される界磁コイルに近付くと、センサーコイル5に
誘導される交流は、Es1nLJtの交流から位相のず
れが大きくなり、エクスクル−シブオア回路12の出力
パルス幅が広く、カウンター13の計測値が高くなる。
前にも述べたようにカウンターの計測値は、第11図に
示すように、x、 y、  z軸並びにθ角の変位量に
対して、直線的に変化しない。従って、第11図に示す
特性曲線をコンピュータに記憶させ、これに基づいて、
検出位相差から正確に移動位置を演算することも可能で
ある。
以上の実施例は、界磁コイル6を位相差90度の交流で
励磁したが、位相差は必ずしも90度にする必要はなく
、両界磁コイル6に流す交流に位相差が有る限り使用で
きる。但し、界磁コイルの位相差が少ないと、測定精度
が低下する。
第1図に示す顎運動の測定装置は上顎運動部材1と下顎
運動部材2の両端にセンサー3を固定しているが、本発
明はセンサーの固定位置を特定するものでない。例えば
、図示しないが、上顎運動部材1と下顎運動部材2の両
端と中部の3点に、X、  Y、  Z軸の変位を測定
するセンサーを固定することも、又、取付部材4の前方
3点のX、  Y、Z軸の変位を測定することも可能で
ある。センサーは、立体的に相対運動する上顎運動部材
lと下顎運動部材2の位置が特定できる全ての取付状態
が採用できる。
F、効果 本発明の顎運動の測定装置は、互いに非接触のセンサー
コイルと界磁コイルとで顎の動きを測定する為、センサ
ーが顎の動きを制動せず、両者が著しく軽く動いて顎の
動きを正確に測定できる。
又、センサーコイルに誘導される交流の位相差を測定し
て、下顎運動部材の相対位置を測定する為、下顎運動部
材がゆっくり動いても、その位置が正確に測定でき、・
又、センサーコイルでもって無段階に、しかも、高精度
に変位量が測定でき、光センサーのように無数の受光セ
ンサーを使用することなく、安価なセンサーで正確に測
定できる特長をそ備える。
又、上顎と下顎とに別々に上顎運動部材と下顎運動部材
とを装着して、両者の相対運動を測定する為、測定中に
頭が動いても誤差の原因とならず、簡単でしかも高精度
に顎の動きが測定出来る。
更に又、顎の動きが電気信号に変換される為、コンピュ
ータ等での後処理が簡単にできる特長も備える。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例を示す顎運動の測定装置の概
略斜視図、第2図は頭に対するX、 Y、Z軸を示す斜
視図、第3図ないし第6図はセンサーコイルと界磁コイ
ルの配列を示す概略斜視図、第7図は位相検出回路の一
例を示すブロック線図、第8図は波形整形回路の入出力
並びにエクスクル−シブオア回路の出力波形を示すグラ
フ、第9図は発振器の一例を示すブロック線図、第10
図はX、  Y、  Z軸とθ角を測定するタイミング
チャート図、第11図は変位と位相差とを示すグラフで
ある。 l・・上顎運動部材、 2・・下顎運動部材、 3・・センサー、 4・・取付部材、 5・・センサーコイル、 6・・界磁コイル、 7・・位相検出回路、 8・・発振回路、 9・・切換回路、 10・・タイマー、 11・・波形整形回路、 12・・エクスクル−シブオア回路、 13・・カウンター、 14φ ・ケース。 Sirlc17t 第  2  図 第  4  図 第  8  図 時間→ 第10図 変 Iff、  量

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)上顎と下顎に別々に装着される上顎運動部材と、
    下顎運動部材と、これ等の上顎運動部材、下顎運動部材
    の相対的な変位を検出するセンサーと、このセンサーに
    誘導される交流の位相を検出する位相検出回路とからな
    り、センサーがセンサーコイルと、このセンサーコイル
    の周囲に交流磁界を作る界磁コイルとからなり、界磁コ
    イルはセンサーコイルに非接触で、センサーコイルを中
    心として相対向する位置に配設され、更に、相対向して
    配設された両界磁コイルは位相が異なる交流で励磁され
    て交流磁界が作られ、交流磁界によってセンサーコイル
    に交流が誘導され、誘導された交流の位相を位相検出回
    路で検出してセンサーコイルの位置を測定するように、
    構成された顎運動の測定装置。
  2. (2)上顎運動部材に界磁コイルが装着され、下顎運動
    部材にセンサーコイルが装着されている特許請求の範囲
    第(1)項記載の顎運動の測定装置。
  3. (3)センサーコイルを中心に、相対抗して配設された
    ふたつの界磁コイルが、位相差90度の交流で励磁され
    る特許請求の範囲第(1)項記載の顎運動の測定装置。
  4. (4)上顎運動部材と下顎運動部材の両端が顔の両側部
    分に延長されており、その両端にセンサーが設けられて
    いる特許請求の範囲第(1)項記載の顎運動の測定装置
JP63239486A 1988-09-24 1988-09-24 顎運動の測定装置 Granted JPH01104248A (ja)

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