(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マニピュレータに対象物との距離を測定する距離計測手段を設置し、前記距離計測手段を円筒の内部又は外部に位置させて該位置を第１の位置とし、前記距離計測手段を前記円筒の周方向に回転させながら４点以上において距離を計測する第１の補正計測を行い、
前記第１の補正計測の結果より、前記円筒との中心位置のズレを求め中心位置を補正する第１の補正を行い、
前記第１の位置から前記円筒の軸方向に移動した第２の位置において前記距離計測手段を前記円筒の周方向に回転させながら４点以上において距離を計測する第２の補正計測を行い、
前記第２の補正計測の結果より、前記円筒との傾きのズレを求め前記円筒の傾きを補正する第２の補正を行う、
ことを特徴とするマニピュレータの制御方法。
【請求項２】
マニピュレータに対象物との距離を測定する距離計測手段を設置し、前記距離計測手段を円筒の内部又は外部に位置させて該位置を第１の位置とし、前記距離計測手段を前記円筒の周方向に回転させながら９０°間隔で１ａ，２ａ，３ａ及び４ａ点の順に４点において距離を計測する第１の補正計測を行い、
前記第１の補正計測の結果より、前記１ａ点と前記３ａ点の距離の差及び前記２ａ点と前記４ａ点の距離の差を前記円筒との中心位置のズレとして中心位置を補正する第１の補正を行い、
前記第１の位置から前記円筒の軸方向に移動した第２の位置において前記距離計測手段を前記円筒の周方向に回転させながら９０°間隔で１ｂ，２ｂ，３ｂ及び４ｂ点の順に４点において距離を計測する第２の補正計測を行い、
前記第２の補正計測の結果より、前記１ｂ点と前記３ｂ点の距離の差及び前記２ｂ点と前記４ｂ点の距離の差を前記円筒との傾きのズレとして傾きを補正する第２の補正を行う、
ことを特徴とするマニピュレータの制御方法。
【請求項３】
旋回軸を有しマニピュレータを回転可能に支持する旋回支柱を容器内に搬入して該容器内に設置し、
前記旋回支柱に前記マニピュレータを取付け、
前記マニピュレータに実施する作業に応じた先端ヘッドを取付け、
前記マニピュレータを前記容器内に引込み、
前記旋回支柱の旋回軸を回転させ、
請求項１又は２に記載のマニピュレータの制御方法を実行し、
前記マニピュレータにより作業を実施する、
ことを特徴とする管台内作業方法。
【請求項４】
請求項３に記載の管台内作業方法を実行し、
前記旋回支柱の旋回軸を回転させ、
前記マニピュレータを前記容器外に引出し、
前記マニピュレータの先端ヘッドを次に実施する作業に応じた先端ヘッドに交換する、
ことを特徴とする管台内作業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニピュレータの制御方法及び管台内作業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気発生器や原子炉容器においては、管台に対する各種の作業部位が多く存在する。この作業は例えば管台内面肉盛溶接等があり、管台内面肉盛溶接を行うにはそれぞれの管台で専用の溶接ヘッドを開発し、製作している。この専用の溶接ヘッドは、管台の軸心を中心とした円軌道を描くように動作し（下記特許文献１参照）、溶接を行うことを特徴としている。しかし、専用の溶接ヘッドを用いた場合、管台の寸法等に応じて専用の溶接ヘッドを製作する必要があり、また、溶接ヘッドと管台との芯出し調整や溶接ヘッドの管台への固定が重要となるため、これらの作業に多くの時間と労力を要することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３４４２号公報
【特許文献２】特開平１−２５５００９号公報
【特許文献３】特許第３９１７９１５号公報
【特許文献４】特開２００９−２１６３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このため、専用の溶接ヘッドを用いずに、汎用性の高いマニピュレータを用いて溶接を行うことが考えられるが、従来一般的なティーチングプレイバック制御のマニピュレータの制御方法（上記特許文献２参照）では、予め人手によりマニピュレータを動作させたい軌跡を登録（ティーチング）することにより、マニピュレータは登録された軌跡をリアルタイムで補正を行いながらならい動作（プレイバック）するため、ティーチングに多くの時間と労力を要することとなる。また、狭小な蒸気発生器や原子炉容器内において人手によりティーチングを行うことは困難であり、安全性の観点からも問題がある。
【０００５】
以上のことから、本発明は、マニピュレータを用いた管台内における作業に要する時間と労力を低減することができるマニピュレータの制御方法及び管台内作業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するための第１の発明に係るマニピュレータの制御方法は、
マニピュレータに対象物との距離を測定する距離計測手段を設置し、前記距離計測手段を円筒の内部又は外部に位置させて該位置を第１の位置とし、前記距離計測手段を前記円筒の周方向に回転させながら４点以上において距離を計測する第１の補正計測を行い、
前記第１の補正計測の結果より、前記円筒との中心位置のズレを求め中心位置を補正する第１の補正を行い、
前記第１の位置から前記円筒の軸方向に移動した第２の位置において前記距離計測手段を前記円筒の周方向に回転させながら４点以上において距離を計測する第２の補正計測を行い、
前記第２の補正計測の結果より、前記円筒との傾きのズレを求め前記円筒の傾きを補正する第２の補正を行う、
ことを特徴とする。
また、
上記の課題を解決するための第２の発明に係るマニピュレータの制御方法は、
マニピュレータに対象物との距離を測定する距離計測手段を設置し、前記距離計測手段を円筒の内部又は外部に位置させて該位置を第１の位置とし、前記距離計測手段を前記円筒の周方向に回転させながら９０°間隔で１ａ，２ａ，３ａ及び４ａ点の順に４点において距離を計測する第１の補正計測を行い、
前記第１の補正計測の結果より、前記１ａ点と前記３ａ点の距離の差及び前記２ａ点と前記４ａ点の距離の差を前記円筒との中心位置のズレとして中心位置を補正する第１の補正を行い、
前記第１の位置から前記円筒の軸方向に移動した第２の位置において前記距離計測手段を前記円筒の周方向に回転させながら９０°間隔で１ｂ，２ｂ，３ｂ及び４ｂ点の順に４点において距離を計測する第２の補正計測を行い、
前記第２の補正計測の結果より、前記１ｂ点と前記３ｂ点の距離の差及び前記２ｂ点と前記４ｂ点の距離の差を前記円筒との傾きのズレとして傾きを補正する第２の補正を行う、
ことを特徴とする。
【０００７】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る管台内作業方法は、
旋回軸を有しマニピュレータを回転可能に支持する旋回支柱を容器内に搬入して該容器内に設置し、
前記旋回支柱に前記マニピュレータを取付け、
前記マニピュレータに実施する作業に応じた先端ヘッドを取付け、
前記マニピュレータを前記容器内に引込み、
前記旋回支柱の旋回軸を回転させ、
第１又は２の発明に記載のマニピュレータの制御方法を実行し、
前記マニピュレータにより作業を実施する、
ことを特徴とする。
【０００８】
上記の課題を解決するための第４の発明に係る管台内作業方法は、
第３の発明に記載の管台内作業方法を実行し、
前記旋回支柱の旋回軸を回転させ、
前記マニピュレータを前記容器外に引出し、
前記マニピュレータの先端ヘッドを次に実施する作業に応じた先端ヘッドに交換する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、マニピュレータを用いた管台内における作業に要する時間と労力を低減することができるマニピュレータの制御方法及び管台内作業方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例に係るマニピュレータの制御方法を示したフロー図である。
【図２】本発明の実施例に係る芯出し手順における第１の補正計測の様子を示した模式図である。
【図３】本発明の実施例に係る芯出し手順における第１の座標補正の様子を示した模式図である。
【図４】本発明の実施例に係る芯出し手順における第２の補正計測の様子を示した模式図である。
【図５】本発明の実施例に係る芯出し手順における第２の座標補正の様子を示した模式図である。
【図６】本発明の実施例に係るマニピュレータの制御方法におけるマニピュレータの搬入手順を示したフロー図である。
【図７】本発明の実施例に係るマニピュレータの搬入手順における旋回支柱の搬入の様子を示した模式図である。
【図８】本発明の実施例に係るマニピュレータの搬入手順におけるスライドテーブルの搬入の様子を示した模式図である。
【図９】本発明の実施例に係るマニピュレータの搬入手順におけるマニピュレータの取付けの様子を示した模式図である。
【図１０】本発明の実施例に係るマニピュレータの搬入手順における先端ヘッドの取付けの様子を示した模式図である。
【図１１】本発明の実施例に係るマニピュレータの搬入手順におけるマニピュレータの引込みの様子を示した模式図である。
【図１２】本発明の実施例に係るマニピュレータの搬入手順における旋回支柱の旋回軸の回転の様子を示した模式図である。
【図１３】本発明の実施例に係るマニピュレータの搬入手順におけるマニピュレータの作業の様子を示した模式図である。
【図１４】本発明の実施例に係るマニピュレータの制御方法におけるマニピュレータのヘッド部取替え手順を示したフロー図である。
【図１５】本発明の実施例に係るマニピュレータのヘッド部取替え手順における旋回支柱の旋回軸の回転の様子を示した模式図である。
【図１６】本発明の実施例に係るマニピュレータのヘッド部取替え手順におけるマニピュレータの引出しの様子を示した模式図である。
【図１７】本発明の実施例に係るマニピュレータのヘッド部取替え手順における先端ヘッドの交換の様子を示した模式図である。
【図１８】本発明の実施例に係るマニピュレータの制御方法において用いるマニピュレータの例を示した斜視図である。
【図１９】本発明の実施例に係るマニピュレータの制御方法において用いるマニピュレータの例を示したスケルトン図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るマニピュレータの制御方法及び管台内作業方法を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の実施例に係るマニピュレータの制御方法及び管台内作業方法について説明する。
はじめに、本実施例に係るマニピュレータの制御方法及び管台内作業方法において用いるマニピュレータの構成例について説明する。
【００１３】
図１８，１９に示すように、本実施例に係るマニピュレータの制御方法及び管台内作業方法においては７軸を有するマニピュレータ１００（例えば、上記特許文献３参照）を用いた。マニピュレータ１００は、肩部１０１、上腕部１０２、下腕部１０３及び手首部１０４から構成されている。
【００１４】
マニピュレータ１００は、矢印Ｓ1で示す腕の左右旋回を可能とする第１軸１１０、矢印Ｓ2で示す腕の上下旋回を可能とする第２軸１１１、矢印Ｓ3で示す腕の左右旋回を可能とする第３軸１１２、矢印Ｅ1で示す腕の回転を可能とする第４軸１１３、矢印Ｅ2で示す腕の回転を可能とする第５軸１１４、矢印Ｗ1で示す手の振りを可能とする第６軸１１５及び矢印Ｗ2で示す手の回転を可能とする第７軸１１６を備えている。マニピュレータ１００は、図１９中に示す（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）軸からなるベース座標系と、図１９中に示す（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）軸からなるメカニカルインターフェース座標系とに基づき動作している。
【００１５】
そして、マニピュレータ１００の第７軸１１６の先端には、先端ヘッド１２０が取り付けられている。図１８においては、例として、先端ヘッド１２０は、レーザにより距離を測定するためのレーザセンサ１２１と溶接を行うための溶接トーチ１２２を備えた先端ヘッド１２０を示している。
【００１６】
なお、図１８においては、管台を溶接するための溶接トーチを備えた先端ヘッド１２０を例として示したが、この他にも、管台１６（図７参照）を研磨や切断するためのバフや超硬カッタを備える先端ヘッドや、管台１６を検査するための超音波探傷検査（ＵＴ）装置、渦電流探傷検査（ＥＣＴ）装置及び目視検査（ＶＴ）装置を備える先端ヘッド等、実施したい作業の内容に応じて様々な種類の先端ヘッド１２０を取り付けて、マニピュレータ１００を用いて様々な作業を行うことができる。
【００１７】
また、本実施例においては、先端ヘッド１２０側にレーザセンサ１２１を設置したが、マニピュレータ１００側にレーザセンサ１２１を設置するようにしてもよい。さらに、マニピュレータ１００の肩部１０１には、マニピュレータ１００を後述する旋回支柱１０側に取付けるためのコネクタ１３０が取り付けられている。
【００１８】
次に、本実施例に係るマニピュレータの制御方法におけるマニピュレータの搬入手順について説明する。
蒸気発生器内でマニピュレータを用いて作業を行う場合、マニピュレータを蒸気発生器内の所定の位置に確実に設置する必要がある。このため、本実施例においては、以下の手順によりマニピュレータの搬入を行う。なお、本実施例においては、例として、蒸気発生器内にマニピュレータを搬入する場合について説明するが、この他にも原子炉容器内にマニピュレータを搬入する場合等にも同様の手順によりマニピュレータの搬入行うことが可能である。
【００１９】
図６に示すように、はじめに、ステップＰ１０において、図７に示すように、マニピュレータ１００を旋回可能に支持することができる旋回支柱１０（例えば、上記特許文献４参照）を蒸気発生器１１に設けられた開口部１１ａを通して蒸気発生器１１内に搬入する。このとき、蒸気発生器１１の天井部１１ｂの中央に滑車１２を取り付け、この滑車１２に旋回支柱１０の上部に取り付けたロープ１３を掛けて、このロープ１３を蒸気発生器１１の外部より引っ張ることにより旋回支柱１０を蒸気発生器１１内の中央に直立させる。なお、本実施例においては、蒸気発生器１１内には管台１６内にものが落下するのを防止するためホールドダウンリング１７が設置されている。
【００２０】
この旋回支柱１０は伸縮可能となっており、旋回支柱１０を蒸気発生器１１内の中央に直立させた状態で旋回支柱１０を伸長することにより、図８（ａ）に示すように、旋回支柱１０を蒸気発生器１１の中央に確実に取付ける。
【００２１】
次に、ステップＰ１１において、図８（ａ）に示すように、マニピュレータ１００を旋回支柱１０に取付けるためのスライドテーブル１４を蒸気発生器１１に設けられた開口部１１ａを通して蒸気発生器１１内に搬入し、図８（ｂ）に示すように、スライドテーブル１４を旋回支柱１０に取付ける。
【００２２】
次に、ステップＰ１２において、図９（ａ）に示すように、スライドテーブル１４を立ち上げ、図９（ｂ）に示すように、スライドテーブル１４にマニピュレータ１００を蒸気発生器１１内に導入するための導入レール１５を取付け、この導入レール１５上を滑らせてマニピュレータ１００を蒸気発生器１１内に搬入しマニピュレータ１００のコネクタ１３０（図１８参照）をスライドテーブル１４に結合してマニピュレータ１００を旋回支柱１０側に取付ける。
【００２３】
次に、ステップＰ１３において、図１０に示すように、マニピュレータ１００の第７軸１１６（図１８参照）の先端に実施したい作業に応じた先端ヘッド１２０ａを取付ける。
次に、ステップＰ１４において、図１１に示すように、蒸気発生器１１の開口部１１ａからマニピュレータ１００を引込む。
【００２４】
次に、ステップＰ１５において、図１２に示すように、旋回支柱１０の旋回軸を回転させる。
最後に、ステップＰ１６において、図１３に示すように、マニピュレータ１００は円筒状の管台１６内において作業を実施する。
【００２５】
以上の手順によりマニピュレータ１００を蒸気発生器１１内に設置することにより、作業員が蒸気発生器１１内に入ることなくマニピュレータ１００を蒸気発生器１１内に設置することができる。
【００２６】
次に、本実施例に係るマニピュレータの制御方法について説明する。
上述した手順により蒸気発生器１１内にマニピュレータ１００の搬入が完了した後、マニピュレータ１００により管台１６に対して作業を実施する際、先端ヘッド１２０を円軌道で動作させる際の円軌道の中心と管台１６の軸心とを正確に一致させる必要がある。このため、本実施例においては、以下の手順による芯出しを行う。
【００２７】
図１に示すように、はじめに、ステップＰ１において、第１の補正計測として、先端ヘッド１２０の位置ズレを検出するため、第１の位置（図３（ｂ）中にＲ１で示す位置）で図２（ａ）に示すように管台１６の周方向（図２中に示すθ方向）に９０°間隔で４点においてレーザセンサ１２１（図１８参照）によるレーザ計測により管台１６までの距離を計測する。なお、図２においては、実線により管台１６、言い換えれば正しい円軌道を示し、破線により設置誤差等により中心位置がズレている状態の円軌道を示している。
【００２８】
なお、図２（ｂ）は計測開始点が図２（ａ）に示す位置からθ方向に４５°ズレた位置を始点とした場合の第１の補正計測を示している。このように、第１の補正計測はどのような角度を始点としても同様に実施することが可能である。また、本実施例においては、計測箇所を４点としたが、５点以上計測するようにすることもできる。
【００２９】
次に、ステップＰ２において、第１の補正として、第１の補正計測の結果より、図３（ａ）に示す上下の差及び左右の差を管台１６との中心位置のズレとし、図３（ｂ）に示すように中心位置の補正を行う。なお、図３（ａ）においては、実線で管台１６、言い換えれば正しい円軌道を示し、破線で設置誤差等により中心位置がズレている状態の円軌道を示している。また、図３（ｂ）においては、実線により管台１６を示し、破線により設置誤差等により中心位置がズレている状態を示している。また、図３（ｂ）中のＲは、管台１６の軸心を示している。
【００３０】
次に、ステップＰ３において、第２の補正計測として、先端ヘッド１２０の傾きズレを検出するため、第２の位置（図３（ｂ）中にＲ２で示す位置）で図４（ａ）に示すようにθ方向に９０°間隔で４点においてレーザセンサ１２１によるレーザ計測により管台１６までの距離を計測する。なお、図４においては、実線により管台１６、言い換えれば正しい円軌道を示し、破線により設置誤差等により中心位置がズレている状態の円軌道を示している。
【００３１】
なお、図４（ｂ）は計測開始点が図４（ａ）に示す位置からθ方向に４５°ズレた位置を始点とした場合の第２の補正計測を示している。このように、第２の補正計測はどのような角度を始点としても同様に実施することが可能である。また、本実施例においては、計測箇所を４点としたが、５点以上計測するようにすることもできる。
【００３２】
最後に、ステップＰ４において、第２の補正として、第２の補正計測の結果より、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す上下の差及び左右の差を管台１６との傾きのズレとし、図５（ｃ）に示すように傾きの補正を行う。なお、図５（ａ）は上下の傾きズレを示しており、実線により正しい傾きを示し、破線により設置誤差等により傾きがズレている状態を示している。また、図５（ｂ）は左右の傾きズレを示しており、実線により正しい傾きを示し、破線により設置誤差等により傾きがズレている状態を示している。また、図５（ｃ）においては、実線により管台１６を示し、破線により設置誤差等により傾きがズレている状態を示している。また、図５（ｃ）中のＲは、管台１６の軸心を示している。
以上の手順により先端ヘッド１２０を動作させる際の芯出しを人手によらずに正確に行うことができる。
【００３３】
なお、本実施例においては、円筒状の管台１６の内側から管台１６の周方向にレーザセンサ１２１により計測を行って芯出しを行った上で管台１６の内面に対して作業を実施しているが、同様の考え方を用いることにより、管台１６の外側からレーザセンサ１２１によりレーザ計測して芯出しを行った上で、管台１６の外面に対して作業を実施するようにすることも可能である。
【００３４】
すなわち、本実施例に係るマニピュレータの制御方法は、マニピュレータ１００に対象物である円筒状の管台１６との距離を測定する距離計測手段であるレーザセンサ１２１を設置し、レーザセンサ１２１を管台１６の内部又は外部に位置させてこの位置を第１の位置とし、レーザセンサ１２１を管台１６の周方向に回転させながら９０°間隔で１ａ，２ａ，３ａ及び４ａ点の順に４点において距離を計測する第１の補正計測を行い、
第１の補正計測の結果より、１ａ点と３ａ点の距離の差及び２ａ点と４ａ点の距離の差を管台１６との中心位置のズレとして中心位置を補正する第１の補正を行い、
第１の位置から管台１６の軸方向に移動した第２の位置においてレーザセンサ１２１を管台１６の周方向に回転させながら９０°間隔で１ｂ，２ｂ，３ｂ及び４ｂ点の順に４点において距離を計測する第２の補正計測を行い、
第２の補正計測の結果より、１ｂ点と３ｂ点の距離の差及び２ｂ点と４ｂ点の距離の差を管台１６との傾きのズレとして傾きを補正する第２の補正を行うことを特徴としている。
【００３５】
このように、本実施例に係るマニピュレータの制御方法によれば、先端ヘッド１２０を動作させる際の芯出しを人手によらずに正確に行うことができるため、従来一般的なティーチングプレイバック制御のマニピュレータの制御方法に比べ、マニピュレータ１００を用いた管台１６内における作業に要する時間と労力を低減することができる。
【００３６】
次に、本実施例に係るマニピュレータの制御方法におけるマニピュレータのヘッド部取替え手順について説明する。
マニピュレータ１００により管台１６の製作作業、管台１６の補修作業、管台１６の解体作業等における一連の作業を行うためには各作業の段階に応じて先端ヘッド１２０を交換する必要がある。このため、本実施例においては、以下の手順により先端ヘッド１２０の交換を行う。
【００３７】
図１４に示すように、はじめに、ステップＰ２０において、図１５に示すように、旋回支柱１０の旋回軸を回転させる。
次に、ステップＰ２１において、図１６に示すように、蒸気発生器１１の開口部１１ａからマニピュレータ１００を引出す。
最後に、ステップＰ２２において、図１７に示すように、実施する作業内容に応じて先端ヘッド１２０ａから別の先端ヘッド１２０ｂに交換する。
以上が本実施例に係るマニピュレータの制御方法におけるマニピュレータのヘッド部取替え手順である。
【００３８】
以上の手順により各作業の段階に応じて先端ヘッド１２０を交換することができるため、管台１６の製作作業、管台１６の補修作業、管台１６の解体作業等における一連の作業を行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、例えば、蒸気発生器や原子炉容器等における管台に対する各種の作業に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  旋回支柱
１１  蒸気発生器
１２  滑車
１３  ロープ
１４  スライドテーブル
１５  導入レール
１６  管台
１７  ホールドダウンリング
１００  マニピュレータ
１０１  肩部
１０２  上腕部
１０３  下腕部
１０４  手首部
１１０  第１軸
１１１  第２軸
１１２  第３軸
１１３  第４軸
１１４  第５軸
１１５  第６軸
１１６  第７軸
１２０，１２０ａ，１２０ｂ  先端ヘッド
１２１  レーザセンサ
１２２  溶接トーチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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