(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの組立作業を行うロボットの把持装置において、
開閉自在な複数の把持部材と、
前記複数の把持部材を開閉する開閉手段と、
各把持部材に配置された、前記ワークを把持するための接触押圧部と、
前記複数の把持部材のうちの少なくとも１つに配置された、前記ワークの有無を検出するために前記ワークに接触するワーク有無検出部と、
各把持部材に発生する歪による光学縞を検出する手段と、
前記接触押圧部の歪による光学縞に基づいて前記ワークに対する把持力を制御する制御部と、
前記ワーク有無検出部の歪による光学縞に基づいて前記ワークの把持を確認する把持確認部と、を有することを特徴とするロボットの把持装置。
【請求項２】
前記ワーク有無検出部は、前記複数の把持部材のうちの少なくとも１つに形成された凸部を有し、
残りの把持部材には、前記凸部に対向する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロボットの把持装置。
【請求項３】
ワークの組立作業を行うロボットの把持装置において、
開閉自在な複数の把持部材と、
前記複数の把持部材を開閉する開閉手段と、
各把持部材に配置された、前記ワークを把持するための接触押圧部と、
前記複数の把持部材のうちの少なくとも１つに配置された、前記ワークの滑りを検出するために前記ワークに接触するワーク滑り検出部と、
各把持部材に発生する歪による光学縞を検出する手段と、
前記接触押圧部の歪による光学縞に基づいて前記ワークに対する把持力を制御する制御部と、
前記ワーク滑り検出部の歪による光学縞に基づいて前記ワークの滑りを確認するワーク滑り確認部と、を有することを特徴とするロボットの把持装置。
【請求項４】
前記ワーク滑り検出部は、前記複数の把持部材のうちの少なくとも１つに形成された凸部を有し、
残りの把持部材には、前記凸部に対向する凹部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のロボットの把持装置。
【請求項５】
ワークの組立作業を行うロボットの把持装置において、
開閉自在な複数の把持部材と、
前記複数の把持部材を開閉する開閉手段と、
各把持部材に配置された、前記ワークを把持するための接触押圧部と、
前記複数の把持部材のうちの少なくとも１つに配置された、前記ワークの位置を検出するために前記ワークに接触するワーク位置検出部と、
各把持部材に発生する歪による光学縞を検出する手段と、
前記接触押圧部の歪による光学縞に基づいて前記ワークに対する把持力を制御する制御部と、
前記ワーク位置検出部の歪による光学縞に基づいて前記ワークの把持位置を確認する把持位置確認部と、を有することを特徴とするロボットの把持装置。
【請求項６】
前記ワーク位置検出部は、前記複数の把持部材のうちの少なくとも１つに形成された複数の凸部を有し、
残りの把持部材には、前記複数の凸部に対向する凹部が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のロボットの把持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの自動組立を行うためのロボットの把持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワークの自動組立を行うロボットの制御において、ロボットアームにかかる荷重を検出するために、ロボットアームに応力センサを設置していた。応力センサとしては、例えば、圧電素子による応力センサ、ひずみゲージ等が用いられていた。
【０００３】
また、ロボットハンドでワークを把持して所定の作業を行う場合、作業の確実性を向上させる目的でワークの把持検出を行うものがある。ワークの把持検出には、ハンドに搭載された圧力センサ、コンタクトスイッチあるいは光電スイッチ等を用いる。また、ワークを撮影するためのカメラを設けた装置では、ワークを撮影してワークの有無を確認し、把持制御するものもある。例えば、特許文献１には、ビデオカメラ画像からロボットアームの可視画像を取得し、取得された可視画像に基づき、ロボットアームを制御する装置が開示されている。また、特許文献２には、把持力に対応した光学縞を発生する把持部材を用いた方式が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−３５２２０３号公報
【特許文献２】特開２００８−１９７０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ハンドでワークを把持したか否かを判断するため、ハンド関節に設けたエンコーダ等からの関節角で確認することができる。しかしながら、ワークが薄いシートや細い線材の場合は、その関節のエンコーダ出力である関節角の差が小さくて把持検出の信頼性が低かった。また、特許文献２に開示されたように、光弾性縞のような光学縞を検出して把持制御する構成では、図８（ａ）に示すように、把持部材２０２ａ、２０２ｂの対向面２２１ａ、２２１ｂによってシート状のワークＷを把持する。図８（ｂ）に示すように、把持を行う前の状態では、把持に伴う光学縞は発生していない。シート状のワークＷの厚みが極めて薄い場合、ワークＷの検出が困難となり、把持したか否かを直接ＣＣＤカメラの画像で判断するのが難しい。図８（ｃ）、（ｄ）は、同じ押圧力の条件で、シート状のワークの有り無しの差を示す把持部材の光学縞を示す。シート状のワークが極めて薄いと光学縞に差が現れず、把持したか否かの検出が困難となる。同様に、細い線状のワークでも把持したか否かの検出が困難となる。このように薄いワークや、細いワークの検出が課題となる。
【０００６】
ハンドでワークを把持したか否かを確認するためにコンタクトセンサや圧力センサを用いた装置では、コンタクトセンサや圧力センサをハンドに実装するため、それだけで大型化してしまう。加えて、コンタクトセンサや圧力センサへの電力供給や信号授受のための配線が必要で、装置が煩雑になってしまう。
【０００７】
また、ワークを把持した後にワークが滑ったか否かを確認するには以下の課題があった。透明なガラス等の物体や暗い物体は、カメラでの撮影が困難であり、画像の変化で滑りを検出することはできない。非常に微小な滑りを検出するには高解像度カメラが必要であり、高コストであった。
【０００８】
コンタクセンサや圧力センサを用いて、把持検出と滑り検出を行う方法では二つ以上のセンサが必要で、装置の大型化及び高コスト化を招く。また、コンタクセンサや圧力センサは一方向の検出となるので、滑り検出をするためにはセンサの検出方向と滑り方向を略一致させる必要があるが、検出方向とワーク滑り方向を一致させることは装置構成での支障となる。
【０００９】
本発明は、簡単な構成でワークの把持検出等を正確に行うことのできるロボットの把持装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明のロボットの把持装置は、ワークの組立作業を行うロボットの把持装置において、開閉自在な複数の把持部材と、前記複数の把持部材を開閉する開閉手段と、各把持部材に配置された、前記ワークを把持するための接触押圧部と、前記複数の把持部材のうちの少なくとも１つに配置された、前記ワークの有無を検出するために前記ワークに接触するワーク有無検出部と、各把持部材に発生する歪による光学縞を検出する手段と、前記接触押圧部の歪による光学縞に基づいて前記ワークに対する把持力を制御する制御部と、前記ワーク有無検出部の歪による光学縞に基づいて前記ワークの把持を確認する把持確認部と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、ワークの組立作業を行うロボットの把持装置において、開閉自在な複数の把持部材と、前記複数の把持部材を開閉する開閉手段と、各把持部材に配置された、前記ワークを把持するための接触押圧部と、前記複数の把持部材のうちの少なくとも１つに配置された、前記ワークの滑りを検出するために前記ワークに接触するワーク滑り検出部と、各把持部材に発生する歪による光学縞を検出する手段と、前記接触押圧部の歪による光学縞に基づいて前記ワークに対する把持力を制御する制御部と、前記ワーク滑り検出部の歪による光学縞に基づいて前記ワークの滑りを確認するワーク滑り確認部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、ワークの組立作業を行うロボットの把持装置において、開閉自在な複数の把持部材と、前記複数の把持部材を開閉する開閉手段と、各把持部材に配置された、前記ワークを把持するための接触押圧部と、前記複数の把持部材のうちの少なくとも１つに配置された、前記ワークの位置を検出するために前記ワークに接触するワーク位置検出部と、各把持部材に発生する歪による光学縞を検出する手段と、前記接触押圧部の歪による光学縞に基づいて前記ワークに対する把持力を制御する制御部と、前記ワーク位置検出部の歪による光学縞に基づいて前記ワークの把持位置を確認する把持位置確認部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
少なくとも１つの把持部材に、ワークを把持する接触押圧部とは別にワーク有無検出部、ワーク滑り検出部、ワーク位置検出部を設けて光学縞の検出を行うことで、ワークの把持確認、ワークの滑り確認、ワークの把持位置確認を行う。コンタクトセンサや圧力センサを用いることなく、光学縞によってワークの把持確認等を行い、接触押圧部の把持力を制御することで、確実な把持動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１によるロボットの把持装置を示すもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図１の装置の動作を説明するもので、（ａ）はシート状のワークの把持前の状態を示す斜視図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）はワークを把持した状態を示す正面図、（ｄ）はワークがない状態を示す正面図である。
【図３】実施例１に係るもので、（ａ）は把持制御部の構成を説明するブロック図、（ｂ）は把持工程を示すフローチャートである。
【図４】実施例２に係るもので、（ａ）は把持制御部の構成を説明するブロック図、（ｂ）は把持工程を示すフローチャートである。
【図５】実施例２によるロボットの把持装置の動作を説明するもので、（ａ）はワークを把持する前の状態、（ｂ）はワークを把持した状態、（ｃ）はワークが滑った状態をそれぞれ示す正面図である。
【図６】実施例３に係るもので、（ａ）は把持制御部の構成を説明するブロック図、（ｂ）は把持工程を示すフローチャートである。
【図７】実施例３によるロボットの把持装置の動作を説明するもので、（ａ）はワークを把持する前の状態、（ｂ）はワークを所定の位置に把持した状態、(ｃ)、（ｄ）はそれぞれワーク位置がずれた状態を示す正面図である。
【図８】従来の把持装置の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１５】
図１は、実施例１によるロボットの把持装置を示す。この装置は、筐体１に保持された開閉自在な複数の把持部材２ａ、２ｂから構成され、これらは、それぞれ矢印Ｒの方向に移動し、図２に示すように、所定の把持力（押圧力）でワークＷに接触し、押圧されることにより、ワークＷを把持する。ワークＷは、例えば、ロボットアームなどによる組立作業の際に把持される製品の一部品である。
【００１６】
本実施例は、２つの把持部材２ａ、２ｂでワークＷを把持する構成であるが、３つ以上の把持部材で構成してもよい。把持部材２ａ、２ｂは、開閉手段である駆動モータなどのアクチュエータに接続され、駆動モータが駆動することにより、矢印Ｒの方向へ移動する。把持部材２ａ、２ｂは、ワークを把持するときの反力による歪みに応じて光学縞を発生させる。
【００１７】
図３に示すように、把持部材２ａ、２ｂを開閉駆動するための把持制御部１０１は、把持部材２ａ、２ｂに配置された光学縞発生部１０２の光学縞を取得する光学縞取得部１０３に接続される。
【００１８】
光学縞発生部１０２は、例えば、透明なガラスやアクリル等の部材を２枚の偏光板の間に配置することにより作成した光学弾性部材により構成する。光学弾性部材に外力を加えると、反力による応力が発生した部分に応力に応じた歪みが生じ分子構造が変化する。分子構造が変化するため、歪みが発生している部分に光を照射すると、複屈折が生じる。どのように複屈折するかは、応力の大きさに依存する。従って、部材の部位に応じて応力の大きさは変化するため、光学弾性部材に荷重を負荷した場合、複数の複屈折が生じ、光学縞の縞模様が発生する。発生した光学縞のうち、同じ色の縞にはほぼ同じ応力が発生しているとみなせるため、発生した縞模様から応力分布を算出できる。また、光学縞の色と応力は対応しているため、光学縞の色を検出し、応力を算出することもできる。光学縞は部材に掛かる応力の対応情報となり、光学縞の密度が大きい領域は、応力の変化が大きい領域であることを示す。光学弾性部材に発生する光学縞は、光弾性縞と呼ばれる。このような光学弾性部材を各把持部材２ａ、２ｂに用いることで光学縞発生部１０２を構成する。
【００１９】
光学縞発生部１０２は、応力に応じた光学縞として光干渉縞（ニュートン縞）を発生させてもよい。レンズやガラス板等を組み合わせた微小な隙間を作り、光を照射することにより、光学縞を発生させることができる。反力による応力に応じて、微小な隙間の幅が変化し、光学縞も変化する。
【００２０】
また、金属等の光を透過しない材料に適用するために、その表面に光弾性皮膜を貼付して応力に応じた光学縞を発生させることができる。その他に、応力に応じた光学縞を発生させることができるものであれば、どのような部材を用いてもよい。
【００２１】
光学縞取得部１０３は、光学縞を検出する手段として機能し、光学縞発生部１０２で発生した光学縞を検出し、光学縞のデータを取得する。光学縞取得部１０３は、可視光用の光検出センサを用いる。図１(ａ)に示すように、光検出センサは、光を発生させる光発生装置３と、ＣＣＤ素子により可視光を検出することができるＣＣＤセンサ４とから構成される。光発生装置３から発生した光は、把持部材２ａ、２ｂを透過し、ＣＣＤセンサ４により検出される。光学縞を検出するためには、ワークＷに入射する光と、透過する光との波長及び方向を揃える必要があるので、偏光子５と検光子６を設置する。
【００２２】
把持部材２ａは、リンク７ａ、８ａに接続され、把持部材２ｂは、リンク７ｂ、８ｂに接続されている。これら複数のリンクの回転方向で把持動作しているが、リニアシリンダを組み合わせて直線方向で把持動作しても問題ない。いずれの方向でも把持を行うことは可能である。
【００２３】
また、光の検出精度が落ちてしまうが、光学縞取得部１０３として、一般的なビデオカメラを用いることも可能である。
【００２４】
把持部材駆動部１０４は、把持部材２ａ、２ｂを駆動して把持力を発生させるための駆動手段であり、把持力は制御部１０５によって制御される。把持部材駆動部１０４は、駆動モータ及び伝達運動機構を有し、外部から制御指示を受け、駆動モータを駆動させ、把持部材２ａ、２ｂを移動させる。リンク７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂは、把持部材２ａ、２ｂを任意の位置と姿勢に制御する。筐体１は、駆動制御回路やロボットアームのインターフェースを格納する。また、筐体１に設けたメカニカルインターフェースを介して、市販の直交ロボットや垂直多関節ロボットに接続して使用する。
【００２５】
把持確認部１０６は、光学縞発生部１０２に発生する光学縞により、ワークＷの把持状態を確認する。図１及び図２に示すように、シート状のワークＷを把持する把持部材２ａ、２ｂは、それぞれワークＷに接触し、これを押圧して把持する接触押圧部２１ａ、２１ｂを有する。複数の把持部材のうちの少なくとも１つの把持部材２ａは、ワーク側へ突出する凸部であるワーク有無検出部２２ａを有し、残りの把持部材２ｂは、ワーク有無検出部２２ａに干渉しないために凸部に対向する凹部２２ｂを有する。ワーク有無検出部２２ａは、ワークＷとの接触により変形して光学縞を発生する。図２(ｃ)はワークＷを把持した状態、図２(ｄ)はワークがない状態を示している。予め、図２(ｄ)に示すように、ワークのない状態の光学縞を認識しておくことで、把持状態の違いを比較して、ワークを把持したか否かを検出する。
【００２６】
制御部１０５は、光学縞取得部１０３の検出結果に基づき、把持部材駆動部１０４を制御する。制御部１０５は、ＣＰＵ、駆動制御プログラム及びデータ解析プログラムが格納されたＲＡＭなどから構成される。
【００２７】
把持部材駆動部１０４を制御する際には、まず、ＣＰＵは、駆動制御プログラムをＲＡＭから読み出す。そして、駆動制御プログラムに従い、所定の動作（例えば、ワークを把持するなど）を達成するために、把持部材駆動部１０４に駆動信号を送信する。
【００２８】
一方で、ＣＰＵは、データ解析プログラムをＲＡＭから読み出す。そして、データ解析プログラムで光学縞のデータを解析する。解析の結果、例えば、把持部材２ａ、２ｂの把持力が、あらかじめ設定された許容値よりも大きい場合、把持部材駆動部１０４に送信する駆動信号を停止させる。把持部材駆動部１０４の制御は、上述した他の方法もあるが、その他の制御方法については、後述する。
【００２９】
図３(ｂ)は、本実施例における把持動作を示すフローチャートである。ステップＳ１では、光学縞取得部１０３が、光学縞発生部１０２に発生している光学縞のデータを取得する。ステップＳ２では、制御部１０５が、把持部材２ａ、２ｂを駆動するための駆動量を算出し、ワークを把持しているか否かを判定するため、図２(ｃ)、(ｄ)を用いて説明したワーク有無検出部２２ａの光学縞のパターンを検討する。予め、把持していない状態の光学縞パターンや、把持している光学縞パターンを学習しておいてもよい。把持状態により、所定のエラーフラグを立てる等の処理を行う。また、パターン形状の検出の際、処理の高速化のために所定の特定領域の画像のみを用いて、状態判別を行ってもよい。
【００３０】
ステップＳ３では、制御部１０５が、把持部材２ａ、２ｂを駆動させるか否かの判断を行い、把持制御を変更する。ステップＳ２においてワークを把持していないエラーフラグが生成された場合、把持動作を終了させるため、停止処理を行う。把持動作の終了は、把持部材の開放や把持機構を所定位置に移動させることである。把持動作の終了後にリトライ動作や上位コンピュータへのメッセージ送信等を行う。エラーフラグがない場合、把持部材２ａ、２ｂを駆動させるため、ステップＳ４に進む。
【００３１】
ステップＳ４では、制御部１０５が把持部材駆動部１０４にステップＳ２で算出された駆動量に基づく駆動指示を送信し、把持部材駆動部１０４に把持部材２ａ、２ｂを駆動させる。駆動後、把持部材２ａ、２ｂの状態が変化するため、再び、ステップＳ１へ戻り、光学縞取得を行う。以上、ステップＳ１からステップＳ４までの処理により、光学縞に基づく把持制御を行うことができる。
【００３２】
本実施例では、把持状態を判別するために把持部材２ａ、２ｂに応力センサ等を設ける必要がない。従って、把持部材２ａ、２ｂを簡素化することができる。また、光学縞が発生する部材と、一般的なビデオカメラ等を用いることで本装置を構築することができるため、応力検知センサなどを用いた装置よりも、装置構築のコストを下げることができる。さらに、光学縞によりワークを把持したか否かの判断ができるため、確実な把持動作が行える。
【００３３】
光学縞の画像データから応力を算出するためには、応力と光学縞のパターン形状もしくは色との対応関係を示す対応情報が必要である。例えば、把持部材２ａ、２ｂを用いた応力試験を行い、試験より得られた実験データから応力と光学縞のパターン形状もしくは色との対応情報を求めることができる。また、有限要素法を用いた数値計算により、応力と光学縞のパターン形状もしくは色との対応関係を求めてもよい。前述したように、同じ色の光学縞には、ほぼ同じ応力が発生しているとみなすことができる。よって、同じ色の領域にラインを引くことによって、光学縞による応力線を引くことにより、応力分布を求めることができる。応力分布を用いると、所定の領域における応力を詳細に算出することが可能であるため、より精度の良く、応力に基づいた把持制御を行うことができる。
【００３４】
本実施例によれば、ワークを把持したか否かの確認のためにコンタクトスイッチや光電スイッチなどを用いた把持装置に比べて、装置構成を簡素化し信頼性を高めることができる。
【実施例２】
【００３５】
本実施例では、把持されたワークの滑りを検出し、確実な把持作業を可能にするために、図４（ａ）に示すように、ワーク滑り確認部１０７を付加し、図５に示すように、把持部材２ａに凸部であるワーク滑り検出部２３ａ、把持部材２ｂに凹部２３ｂを形成した。ワーク滑り検出部２３ａは、実施例１のワーク有無検出部２２ａよりわずかに突出量を大きくした凸部であり、その他の構成は実施例１と同様であるから説明は省略する。
【００３６】
図５(ａ)は、ワークＷを把持する前の状態を示し、接触による光学縞は発生していない。図５(ｂ)は、ワークＷを把持した状態であり、図２(ｃ)と同様の光学縞が発生する。図５(ｃ)は、図示下方向にワークＷが滑りを生じ、ワーク滑り検出部２３ａの先端にはワークＷの摩擦力により図示下方向への力が掛かり、この力に応じた光学縞が発生している。このように、ワークＷに滑りが生じた場合は、ワーク滑り検出部２３ａに特有の光学縞が発生し、この光学縞からワークＷの滑りを検出する。
【００３７】
図４(ｂ)は、実施例２における把持動作を示すフローチャートである。実施例１のフローチャートとの差異は、ステップＳ１４の後にステップＳ１５がある点である。ステップＳ１１〜Ｓ１４は、実施例１のステップＳ１〜Ｓ４と同様である。ステップＳ１５では、ワーク滑り検出部２３ａにより、ワークＷの滑りを判断する。ワークＷに滑りが生じたと判断された場合は、上記の作業の終了動作等、把持制御の変更を行う。このようにしてワークＷの滑りを検出し、その結果に応じて把持制御を行うことで確実な把持制御が可能となる。
【００３８】
ワーク把持作業中に把持部材に生じる光学縞を随時比較しながら、適切な作業が可能となる。特に、カメラでの検出が困難なガラスのような透明物体や微小移動の滑り検出に有効である。
【実施例３】
【００３９】
本実施例では、把持後のワーク位置を検出して、確実に把持作業ができるようにした。図６(ａ)に示すように、ワークＷの把持位置を確認する把持位置確認部１０８を設け、図７に示すように、把持部材２ａには複数の凸部からなるワーク位置検出部２４ａ、把持部材２ｂには凹部２４ｂが形成される。その他の構成は実施例１と同様であるから説明は省略する。
【００４０】
図７(ａ)は、ワークＷを把持する前の状態で、把持部材２ａ、２ｂとワークＷの接触による光学縞は発生しない。図７(ｂ)は、ワークＷを所定の把持位置に把持した状態を示す。図７(ｃ)は、図示下方向にワークＷの位置がずれた状態、(ｄ)は、(ｃ)よりさらに下方向にワークＷがずれた場合を示す。図７(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)に示すように、各ワーク位置検出部２４ａに発生する光学縞がそれぞれ異なり、この縞パターンの違いからワークＷの位置検出を行う。ワークＷの位置は、２つ以上の光学縞のパターンから検出される。図７では、ワークＷが図示下方向のみにずれた場合を説明したが、上方向にずれた場合でも同様にワーク位置を検出できる。
【００４１】
図６(ｂ)は、実施例３における把持動作を示すフローチャートである。実施例１のフローチャートとの差異は、ステップＳ２１の後にステップＳ２５がある点である。ステップＳ２１〜Ｓ２４は、実施例１のステップＳ１〜Ｓ４と同様である。ステップＳ２５では、ワーク位置検出部２４ａにより、ワークＷの把持位置を判断する。ワークＷの把持位置が所定位置でないと判断された場合は、上記の作業の終了動作等、把持制御の変更を行う。このように把持部材２ａ、２ｂに生じる光学縞を随時比較参照しながら、適切な作業を行うことが可能となる
【符号の説明】
【００４２】
１    筐体
２ａ、２ｂ    把持部材
３    光発生装置
４    ＣＣＤセンサ
５    偏光子
６    検光子
２１ａ、２１ｂ    接触押圧部
２２ａ    ワーク有無検出部
２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ    凹部
２３ａ    ワーク滑り検出部
２４ａ    ワーク位置検出部
１０２    光学縞発生部
１０３    光学縞取得部
１０４    把持部材駆動部
１０５    制御部
１０６    把持確認部
１０７    ワーク滑り確認部
１０８    把持位置確認部
【図１】
0005430376.tif 000002
【図２】
0005430376.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005430376.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005430376.tif 000007
【図７】
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【図８】
0005430376.tif 000009