(57)【要約】【課題】複雑な形状をした検査対象物の探傷を時間をおいて行う場合であっても作業性及び再現性が良く精度良く探傷検査データを得ることである。【解決手段】予め定めた固定点Ａを基準点として検査対象物１１の画像データ及び検査対象物１１上を探傷走査した探傷部１２の走査軌跡データをセンサ部１５で計測し、画像処理部１９は計測した画像データに基づいて検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部１２の走査軌跡データを演算し、座標補正部２１は記憶部２０に記憶された過去の検査対象物１１の３次元形状データとの座標のずれを補正し、現在の検査対象物の３次元形状データを過去の検査対象物の３次元形状データの座標に一致させ、表示装置２２に過去の探傷部の走査軌跡データを案内表示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定めた固定点を基準点として検査対象物の画像データ及び前記検査対象物上を探傷走査した探傷部の走査軌跡データを計測するセンサ部と、前記センサ部で計測した画像データに基づいて前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを演算する画像処理部と、前記画像処理部で演算された前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを記憶する記憶部と、前記画像処理部で得られた現在の検査対象物の３次元形状データと前記記憶部に記憶された過去の検査対象物の３次元形状データとの座標のずれを補正し現在の検査対象物の３次元形状データを過去の検査対象物の３次元形状データの座標に一致させる座標補正部と、前記座標補正部で補正された座標に一致させて現在の検査対象物の３次元形状データを表示するとともにその３次元形状データ上で前記記憶部に記憶された過去の探傷部の走査軌跡データを案内表示する表示装置とを備えたことを特徴とする探傷検査装置。
【請求項２】
予め定めた固定点を基準点として検査対象物の画像データ及び前記検査対象物上を探傷走査した探傷部の走査軌跡データを計測するセンサ部と、前記センサ部で計測した画像データに基づいて前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを演算する画像処理部と、前記画像処理部で演算された前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを記憶する記憶部と、前記画像処理部で得られた現在の検査対象物の３次元形状データと前記記憶部に記憶された過去の検査対象物の３次元形状データとの座標のずれを補正し現在の検査対象物の３次元形状データを過去の検査対象物の３次元形状データの座標に一致させる座標補正部と、前記座標補正部で補正された座標に一致させた３次元形状データ上で前記記憶部に記憶された過去の探傷部の走査軌跡データに従って前記探傷部を走査する走査駆動部とを備えたことを特徴とする探傷検査装置。
【請求項３】
予め定めた固定点を基準点として検査対象物の画像データ及び前記検査対象物上を探傷走査した探傷部の走査軌跡データを計測し、計測した画像データに基づいて前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを演算し、演算された前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを記憶し、現在の検査対象物の３次元形状データと記憶された過去の検査対象物の３次元形状データとの座標にずれがあるときはそのずれを補正して現在の検査対象物の３次元形状データを過去の検査対象物の３次元形状データの座標に一致させ、補正された座標に一致させて現在の検査対象物の３次元形状データを表示するとともにその３次元形状データ上で過去の探傷部の走査軌跡データを案内表示することを特徴とする探傷検査方法。
【請求項４】
予め定めた固定点を基準点として検査対象物の画像データ及び前記検査対象物上を探傷走査した探傷部の走査軌跡データを計測し、計測した画像データに基づいて前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを演算し、演算された前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを記憶し、現在の検査対象物の３次元形状データと記憶された過去の検査対象物の３次元形状データとの座標にずれがあるときはそのずれを補正して現在の検査対象物の３次元形状データを過去の検査対象物の３次元形状データの座標に一致させ、補正された座標に一致させた３次元形状データ上で記憶された過去の探傷部の走査軌跡データに従って前記探傷部を走査することを特徴とする探傷検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複雑な形状をした検査対象物の探傷を行う探傷検査装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電設備や水力発電設備等の構成設備には、様々な複雑な形状をしたものがある。例えば、火力発電設備のタービン翼形状や水力発電設備のベーン形状は、流体力学的に効率的な形状を有しており、また、配管のエルボ部は曲面形状をしており、さらにボイラ近傍のバーナーリングのように特有の曲面形状をしているものもある。これらの設備については、非破壊検査等の手法で健全性を精度よく評価したいというニーズがあるが、現状では人手によって探傷検査の作業が行われており、検査精度上の課題がある。
【０００３】
複雑な自由曲面を有する３次元形状の検査対象物の欠陥部分を超音波探傷するものとして、検査対象物の形状と欠陥部分の位置姿勢サイズを３次元的に画像表示し、精度の良い欠陥部分の測定及び対処方法を確定するできるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−１０２２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のものでは、検査対象物の形状と欠陥部分の位置姿勢サイズを３次元的に画像表示するので精度の良い欠陥部分の測定が可能であるが、同一検査対象物の同一箇所を時間をおいて探傷検査することについて考慮されていない。
【０００５】
火力発電設備や水力発電設備では定期的あるいは不定期に検査対象物を探傷検査する。その際に、同一検査対象物の同一箇所に対して探傷部を走査し、過去の探傷検査データと比較して検査対象物の健全性の評価を行う。従って、探傷部で走査する箇所が異なると、過去の探傷検査データとの比較が適正でなくなるので、探傷部で走査する箇所は同一箇所でなければならない。
【０００６】
従来においては、同一検査対象物の同一箇所に対して手作業で探傷検査を行っているので作業性が悪く、また、検査対象物が複雑な形状をしている場合には探傷部で走査する箇所を同一箇所とすることが難しく再現性が悪い。従って、得られた探傷検査データの精度も低いものとなる。
【０００７】
本発明の目的は、複雑な形状をした検査対象物の探傷を時間をおいて行う場合であっても作業性及び再現性が良く精度良く探傷検査データを得ることができる探傷検査装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明に係わる探傷検査装置は、予め定めた固定点を基準点として検査対象物の画像データ及び前記検査対象物上を探傷走査した探傷部の走査軌跡データを計測するセンサ部と、前記センサ部で計測した画像データに基づいて前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを演算する画像処理部と、前記画像処理部で演算された前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを記憶する記憶部と、前記画像処理部で得られた現在の検査対象物の３次元形状データと前記記憶部に記憶された過去の検査対象物の３次元形状データとの座標のずれを補正し現在の検査対象物の３次元形状データを過去の検査対象物の３次元形状データの座標に一致させる座標補正部と、前記座標補正部で補正された座標に一致させて現在の検査対象物の３次元形状データを表示するとともにその３次元形状データ上で前記記憶部に記憶された過去の探傷部の走査軌跡データを案内表示する表示装置とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明に係わる探傷検査装置は、予め定めた固定点を基準点として検査対象物の画像データ及び前記検査対象物上を探傷走査した探傷部の走査軌跡データを計測するセンサ部と、前記センサ部で計測した画像データに基づいて前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを演算する画像処理部と、前記画像処理部で演算された前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを記憶する記憶部と、前記画像処理部で得られた現在の検査対象物の３次元形状データと前記記憶部に記憶された過去の検査対象物の３次元形状データとの座標のずれを補正し現在の検査対象物の３次元形状データを過去の検査対象物の３次元形状データの座標に一致させる座標補正部と、前記座標補正部で補正された座標に一致させた３次元形状データ上で前記記憶部に記憶された過去の探傷部の走査軌跡データに従って前記探傷部を走査する走査駆動部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明に係わる探傷検査方法は、予め定めた固定点を基準点として検査対象物の画像データ及び前記検査対象物上を探傷走査した探傷部の走査軌跡データを計測し、計測した画像データに基づいて前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを演算し、演算された前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを記憶し、現在の検査対象物の３次元形状データと記憶された過去の検査対象物の３次元形状データとの座標にずれがあるときはそのずれを補正して現在の検査対象物の３次元形状データを過去の検査対象物の３次元形状データの座標に一致させ、補正された座標に一致させて現在の検査対象物の３次元形状データを表示するとともにその３次元形状データ上で過去の探傷部の走査軌跡データを案内表示することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明に係わる探傷検査方法は、予め定めた固定点を基準点として検査対象物の画像データ及び前記検査対象物上を探傷走査した探傷部の走査軌跡データを計測し、計測した画像データに基づいて前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを演算し、演算された前記検査対象物の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部の走査軌跡データを記憶し、現在の検査対象物の３次元形状データと記憶された過去の検査対象物の３次元形状データとの座標にずれがあるときはそのずれを補正して現在の検査対象物の３次元形状データを過去の検査対象物の３次元形状データの座標に一致させ、補正された座標に一致させた３次元形状データ上で記憶された過去の探傷部の走査軌跡データに従って前記探傷部を走査することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、現在の検査対象物の３次元形状データと過去の検査対象物の３次元形状データとの座標のずれを補正して現在の検査対象物の３次元形状データを過去の検査対象物の３次元形状データの座標に一致させ、３次元形状データ上で過去の探傷部の走査軌跡データを案内表示するので、作業性及び再現性が向上し、探傷検査データの精度も向上する。また、過去の探傷部の走査軌跡データの案内表示に代えて、自動で過去の探傷部の走査軌跡データに従って探傷部を走査する場合には、さらに作業性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる探傷検査装置のブロック構成図である。検査対象物１１は特有の曲面形状を有した設備であり、この検査対象物１１に対して、探傷部１２は検査対象物１１の探傷箇所を探傷走査する。探傷部１２はリンク部１３で支持され、走査機構部１４でリンク部１３を駆動することにより検査対象物１１の探傷箇所を探傷走査する。探傷部１２は、例えば超音波探触子等の各種非破壊検査装置である。
【００１４】
センサ部１５も同様にリンク部１６で支持され、走査機構部１７でリンク部１６を駆動することにより検査対象物１１の周囲空間を走査し、検査対象物１１の画像データ及び検査対象物１１上を探傷走査した探傷部１２の走査軌跡データを計測する。センサ部１５は、例えばレーザーやＣＣＤカメラ等を用いたセンサである。
【００１５】
センサ部１５の走査機構部１７は予め定めた固定点Ａに設置され、センサ部１５を移動させて複数角度位置から検査対象物１１の画像データを計測する。複数角度位置から検査対象物１１の画像データを得るのは、後述の演算処理装置１８の画像処理部１９で検査対象物１１の３次元形状データを得るためである。
【００１６】
なお、図１では一つのセンサ部１５を移動させて複数角度位置から画像データを計測するようにしているが、複数のセンサ部１５を設け、これら複数のセンサ部１５から複数角度位置の画像データを得るようにしてもよい。
【００１７】
センサ部１５で計測された複数角度位置の画像データは、演算処理装置１８の画像処理部１９に入力される。演算処理装置１８は、例えばパーソナルコンピュータである。画像処理部１９ではセンサ部１５で計測された複数角度位置の画像データに基づいて検査対象物１１の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部１２の走査軌跡データを演算する。そして、その演算結果である検査対象物１１の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部１２の走査軌跡データを記憶部２０に記憶する。
【００１８】
なお、図示は省略しているが、探傷部１２で測定した探傷検査データも演算処理装置１８の記憶部２０に探傷部１２の走査軌跡データとともに記憶するようにしてもよい。この探傷検査データに基づいて検査対象物１１の健全性を評価することになる。
【００１９】
次に、座標補正部２１は画像処理部１９で得られた現在の検査対象物１１の３次元形状データと記憶部２０に記憶された過去の検査対象物１１の３次元形状データとの座標のずれを補正するものであり、この補正により、現在の検査対象物１１の３次元形状データを過去の検査対象物１１の３次元形状データの座標に一致させ、補正した現在の検査対象物の３次元形状データを表示装置２２に出力する。
【００２０】
表示装置２２は、座標補正部２１で補正された座標に一致させて、現在の検査対象物１１の３次元形状データを表示するとともに、その３次元形状データ上で記憶部２０に記憶された過去の探傷部１１の走査軌跡データを案内表示する。これにより、同一検査対象物の同一箇所に対して探傷部１２を探傷走査できるようにし、探傷部１２の探傷走査の再現性を向上できるようにしている。
【００２１】
次に、座標補正部２１での座標の補正について説明する。定期点検のように時間をおいて同一検査対象物の同一箇所に対して探傷部１２を走査するにあたり、センサ部１５の走査機構部１７を予め定められた固定点Ａに設置することになるが、この固定点Ａにセンサ部１５の走査機構部１７を完全に一致させて設置することは困難である。また、この固定点Ａにセンサ部１５の走査機構部１７を完全に一致させて設置したとしても、検査対象物１１の位置がずれていたり、また、固定点Ａ自体の位置がずれていたりする。このような場合、過去に測定したセンサ部１５と検査対象物１１との相対位置と、今回のセンサ部１５と検査対象物１１との相対位置との間にずれが生じる。
【００２２】
座標補正部２１は、このずれを検知して補正し、現在の検査対象物１１の３次元形状データを過去の検査対象物１１の３次元形状データの座標に一致させる。センサ部１５と検査対象物１１との相対位置のずれの検知は、ベクトルの回転とベクトルの平行移動とで検知する。
【００２３】
いま、説明を簡単にするために、２次元座標でのベクトルの回転について説明する。図２はベクトルの回転の説明図である。図２に示すように、過去のセンサ部１５と検査対象物１１との相対位置を示すベクトルＰ’（Ｐx’、Ｐy’）に対し、現在のセンサ部１５と検査対象物１１との相対位置が原点０の回りに角度φだけ回転したベクトルＰ（Ｐx、Ｐy）となっていたとする。この場合、（１）式に示す関係が成り立つ。
【数１】
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【００２４】
この（１）式の関係を行列で表現すると（２）式が得られる。（２）式中のＲｏｔ（φ）は回転行列である。
【数２】
2007240342.tif 000004
【００２５】
ベクトルＰ（Ｐx、Ｐy）を原点の回りに角度φだけ回転してできるベクトルＰ’（Ｐx’、Ｐy’）を求めるにはベクトルＰの左側から回転行列Ｒｏｔ（φ）を掛ければよいことになる。回転行列Ｒｏｔ（φ）は角度φが求まれば求まる。
【００２６】
次に、角度φは以下のようにして求める。図３はセンサ部１５のリンク部１６の説明図である。図３に示すように、センサ部１５のリンク部１６は３個のリンク２３ａ、２３ｂ、２３ｃから構成されているとする。リンク２３ａの長さをｌ1、リンク２３ｂの長さをｌ2、リンク２３ｃの長さをｌ3、リンク２３ａとｘとのなす角をφ1、リンク２３ａとリンク２３ｂとのなす角をφ2、リンク２３ｂとリンク２３ｃとのなす角をφ3とすると、（３）式が成り立つ。
【数３】
2007240342.tif 000005
【００２７】
リンク２３ａの長さｌ1、リンク２３ｂの長さｌ2、リンク２３ｃの長さｌ3は既知であるので、リンク２３ａとｘとのなす角φ1、リンク２３ａとリンク２３ｂとのなす角φ2、リンク２３ｂとリンク２３ｃとのなす角φ3を求めるには、検査対象物１１の異なる３つの位置について、（３）式のｘ、ｙを測定すればよい。例えば、センサ部１５と検査対象物１１の右上部端、右下部端、左上部端との間のｘ、ｙを測定し、連立方程式を立てて、リンク２３ａとｘとのなす角φ1、リンク２３ａとリンク２３ｂとのなす角φ2、リンク２３ｂとリンク２３ｃとのなす角φ3を求める。そして、（２）式にこれら角度φ1、φ2、φ3を代入して過去のセンサ部１５と検査対象物１１との相対位置を示すベクトルＰ’（Ｐx’、Ｐy’）に一致させる。
【００２８】
以上の説明では、２次元座標でのベクトルの回転について説明したが、３次元座標でのベクトルの回転の場合も同様な考えで求めることができる。３次元ベクトルの場合には、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の回りに角度φだけ回転する回転行列Ｒｏｔ（ｘ，φ）、Ｒｏｔ（ｙ，φ）、Ｒｏｔ（ｚ，φ）を用いる。回転行列Ｒｏｔ（ｘ，φ）、Ｒｏｔ（ｙ，φ）、Ｒｏｔ（ｚ，φ）は（４）式に示される。
【数４】
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【００２９】
また、ベクトルの回転だけでなく、ベクトルの平行移動も加味させて座標の補正を行うことも可能である。ベクトルＰの平行移動は（５）式で示される。
【数５】
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【００３０】
すなわち、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向にそれぞれｌx、ｌy、ｌz だけ平行移動させるベクトルをｌとすると、ベクトルＰ’は３次元座標においてベクトルＰを、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向にそれぞれｌx、ｌy、ｌz だけ平行移動させたときのベクトルである。このベクトルｌを考慮にいれて座標の補正をすることも可能である。
【００３１】
次に、本発明の第１の実施の形態の探傷検査装置を用いて、複雑な曲面形状を有した設備の探傷検査を行う場合を説明する。図４はボイラ近傍のバーナリングとエレメント管との溶接部の斜視図、図５は図４のバーナリングとエレメント管との溶接部の一部切欠断面図である。
【００３２】
例えば、図４に示すように、バーナリング２４はフロントプレート２５を介したボイラの外側に設けられており、バーナリング２４とエレメント管２６との溶接部２７が探傷箇所である。図５に示すように、探傷部１２はバーナリング２４とエレメント管２６との溶接部２７の近傍に配置され探傷走査を行う。この探傷走査を行う際の探傷部１２の走査軌跡データ及び検査対象物１１であるバーナリング２４とエレメント管２６との画像データをセンサ部１５で計測する。
【００３３】
図４に示すように、センサ部１５の走査機構部１７は予め定めた固定点Ａに設置され、センサ部１５を移動させて複数角度位置からバーナリング２４とエレメント管２６の溶接部２７近傍の画像データを計測する。図４では３つの異なる角度位置から溶接部２７近傍の画像データを得るようにしている。これは、前述したように、演算処理装置１８の画像処理部１９で検査対象物１１であるバーナリング２４とエレメント管２６の溶接部２７近傍の３次元形状データを得るためである。なお、各々の角度位置でのリンク部１６の角度φ1、φ2、φ3も３次元形状データとともに計測される。また、図４では探傷部１２の走査機構部１４及びリンク部１３の図示を省略している。
【００３４】
演算処理部１８の画像処理部１９は、このようにして計測した画像データに基づいて、溶接部２７近傍の３次元形状データ及びその３次元形状データ上での探傷部１２の走査軌跡データを演算する。そして、座標補正部２１は、記憶部２０に記憶された過去の溶接部２７近傍の３次元形状データと現在の溶接部２７近傍の３次元形状データとを比較し、その座標にずれがあるかどうかを判定する。座標にずれがあるときはそのずれを補正して現在の溶接部２７近傍の３次元形状データを過去の溶接部２７近傍の３次元形状データの座標に一致させる。
【００３５】
そして、補正された座標に一致させて現在の溶接部２７近傍の３次元形状データを表示装置２２に表示する。その際に、その３次元形状データ上で過去の探傷部１２の走査軌跡データを案内表示する。作業員はこの表示装置２２に表示された案内表示に従って探傷部１２を探傷走査することになる。
【００３６】
第１の実施の形態によれば、予め定めた固定点Ａにセンサ部１５の走査機構部１７を設置して、複数角度位置から画像データを計測し、検査対象物１１の３次元形状データ及び探傷部１２の探傷走査軌跡データを求め、現在の検査対象物１１の３次元形状データと過去の検査対象物１１の３次元形状データとの座標のずれを補正して現在の検査対象物の３次元形状データを過去の検査対象物の３次元形状データの座標に一致させ、３次元形状データ上で過去の探傷部の走査軌跡データを案内表示するので、作業性及び再現性が向上し、探傷検査データの精度も向上する。
【００３７】
（第２の実施の形態）
図６は本発明の第２の実施の形態に係わる探傷検査装置のブロック構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、表示装置２２に代えて、探傷部１２を自動走査する走査駆動部２８を設けたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３８】
図６において、走査駆動部２８には座標補正部２１で補正された座標に一致させた３次元形状データ及び記憶部２０に記憶された過去の探傷部１２の走査軌跡データが入力され、走査駆動部２８は座標補正部２１で補正された３次元形状データ上で探傷部１２が過去の探傷部１２の走査軌跡データに従って走査するように探傷部１２の走査機構部１４を駆動する。これにより、自動的に探傷部１２を補正された座標に従って探傷走査できる。
【００３９】
この場合、表示装置２２を設けて、過去の探傷部１２の走査軌跡データの案内表示を併せて行うようにしてもよい。この場合は、探傷部１２の走査機構部１４による自動での探傷走査を表示装置２２で監視することが可能となる。
【００４０】
第２の実施の形態によれば、自動で過去の探傷部１２の走査軌跡データに従って、探傷部１２を走査できるので、検査対象物の探傷検査の作業性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる探傷検査装置のブロック構成図。
【図２】ベクトルの回転の説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるセンサ部のリンク部の説明図。
【図４】ボイラ近傍のバーナリングとエレメント管との溶接部の斜視図、
【図５】図４のバーナリングとエレメント管との溶接部の一部切欠断面図
【図６】本発明の第２の実施の形態に係わる探傷検査装置のブロック構成図。
【符号の説明】
【００４２】
１１…検査対象物、１２…探傷部、１３…リンク部、１４…走査機構部、１５…センサ部、１６…リンク部、１７…走査機構部、１８…演算処理装置、１９…画像処理部、２０…記憶部、２１…座標補正部、２２…表示装置、２３…リンク、２４…バーナリング、２５…フロントプレート、２６…エレメント管、２７…溶接部、２８…走査駆動部
【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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