(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の通路を移動方向に移動する複数のノズルと、
上記通路に１つずつ配置された複数の撮像素子と、
上記複数の撮像素子に対応して配列された複数の光源と、
１つ前の撮像時と異なる通路において、上記ノズルに保持された部品毎の照明条件に基づいて上記光源から上記部品に光を照射し、対応する上記撮像素子で上記部品を撮像する撮像制御装置と、
を備えたことを特徴とする部品撮像装置。
【請求項２】
上記複数の通路間の間隔は、上記撮像素子の露光時間と上記ノズルの移動速度との乗算値より大きい、請求項１記載の部品撮像装置。
【請求項３】
上記複数のノズルは、１つのヘッドに円周に沿って等間隔に配置され、複数の上記撮像素子は、上記移動方向に直交する直交方向に沿って同軸上に配置されるが、上記ヘッドの中心との距離が同じとなるものについては上記距離を異ならせて配置され、上記撮像制御装置は、上記ノズルの移動に従いそれぞれ異なるタイミングにて上記撮像素子で上記部品を撮像する、請求項１又は２記載の部品撮像装置。
【請求項４】
上記撮像制御装置は、上記ノズルに保持された部品毎の照明条件に従って上記光源の輝度を変化させ、上記光源から上記部品に光を照射して上記撮像装置で上記部品を撮像する、請求項１から３のいずれかに記載の部品撮像装置。
【請求項５】
上記撮像制御装置は、上記ノズルに保持された部品毎の撮像条件に基づいて上記撮像素子の撮像視野を変更し、上記光源から上記部品に光を照射して上記撮像素子で上記部品を撮像する、請求項１から４のいずれかに記載の部品撮像装置。
【請求項６】
上記光源は、ＬＥＤであり、上記撮像制御装置は、上記ノズルに保持された部品毎の照明条件に基づいて、必要なＬＥＤから上記部品に光を照射する、請求項１から５のいずれかに記載の部品撮像装置。
【請求項７】
上記複数の通路は、上記ノズルの移動方向に直交する上下方向においてそれぞれ異なる高さに配置される、請求項１から６のいずれかに記載の部品撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、プリント基板に実装される電子部品の撮像方法、該撮像方法を実行する部品撮像装置、及び該部品撮像装置を備えた部品実装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子部品の実装工程では、生産性向上のため、作業工程の信頼性向上及びサイクルタイムの短縮が大きく要求されている。従来、チップ部品やＩＣ部品などの電子部品を回路基板ヘ実装する実装装置では、上記電子部品を保持し回路基板へ実装するノズルにおける電子部品の吸着姿勢をＣＣＤカメラ等の撮像装置を用いて撮像している。そして、該撮像画像に基づいて、吸着状態や吸着位置等を認識し、回路基板上の実装位置へ電子部品を正確に実装可能なように、認識情報に従い、上記ノズル及び該ノズルを有するヘッドの位置補正をして部品実装を行なっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６０−１９００号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年さらなる生産性向上のため、電子部品を吸着するノズルを複数設け、実装エリアまで一度に複数の電子部品を運んで実装することが考えられている。該構成において上述の部品撮像を行う場合には、複数のノズルに吸着されている各電子部品の吸着状態を撮像する必要があるが、各ノズルに吸着されている電子部品は種類が異なることから、各電子部品に対応した照明条件にて照明して撮像を行う必要がある。
【０００５】
該撮像方法としては、一つのカメラ及び一つの照明を用いて、一つづつ電子部品を撮像することもできるが、撮像に長時間を要してしまう。例えば、ノズルが一列状に１０．７５ｍｍピッチで５本配列されており、各ピッチの移動に１０ｍｓを要し、撮像画像の転送時間に３３ｍｓを要するとすると、合計２０５ｍｓの時間が必要となる。
一方、複数のカメラを使用し、複数の照明を用意して、一度に撮像しようとすると、例えば１０．７５ｍｍピッチで配列されるようにノズル間隔が近接している場合には、照明が干渉し正常な撮像ができない。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、複数の部品の保持姿勢をサイクルタイムを低減させることなく個々に撮像する、部品撮像装置、該部品撮像装置にて実行される部品撮像方法、及び上記部品撮像装置を備えた部品実装装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様の部品撮像装置は、複数の通路を移動方向に移動する複数のノズルと、上記通路に１つずつ配置された複数の撮像素子と、上記複数の撮像素子に対応して配列された複数の光源と、１つ前の撮像時と異なる通路において、上記ノズルに保持された部品毎の照明条件に基づいて上記光源から上記部品に光を照射し、対応する上記撮像素子で上記部品を撮像する撮像制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記複数の通路間の間隔は、上記撮像素子の露光時間と上記ノズルの移動速度との乗算値より大きくしてもよい。
【０００９】
上記複数のノズルは、１つのヘッドに円周に沿って等間隔に配置されてもよく、複数の上記撮像素子は、上記移動方向に直交する直交方向に沿って同軸上に配置されるが、上記ヘッドの中心との距離が同じになるものについては上記距離を異ならせて配置されてもよく、上記撮像制御装置は、上記ノズルの移動に従いそれぞれ異なるタイミングにて上記撮像素子で上記部品を撮像することができる。
【００１０】
上記撮像制御装置は、上記ノズルに保持された部品毎の照明条件に従って上記光源の輝度を変化させ、上記光源から上記部品に光を照射して上記撮像装置で上記部品を撮像するようにしてもよく、又、上記ノズルに保持された部品毎の撮像条件に基づいて上記撮像素子の撮像視野を変更し、上記光源から上記部品に光を照射して上記撮像素子で上記部品を撮像するようにしてもよい。
【００１１】
上記光源は、ＬＥＤであり、上記撮像制御装置は、上記ノズルに保持された部品毎の照明条件に基づいて、必要なＬＥＤから上記部品に光を照射するようにしてもよい。又、上記複数の通路は、上記ノズルの移動方向に直交する上下方向においてそれぞれ異なる高さに配置してもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態である、部品撮像装置、部品撮像方法、及び部品実装装置について、図を参照しながら以下に説明する。ここで、上記部品撮像方法は、上記部品撮像装置にて実行される方法であり、上記部品実装装置は上記部品撮像装置を備えた装置である。尚、各図において、同じ構成部分については同じ符号を付している。
【００１５】
上記部品撮像装置は、図１及び図２に示すように、基本的な構成部分として、複数の撮像素子１１１と、一つの照明装置１１２と、シーケンサ１１３及び記憶装置１１４を有する撮像制御装置１１５とを備えた撮像カメラ装置１１０を備え、さらには撮像カメラ装置１１０と接続される認識装置１５０を含むことができる。尚、撮像カメラ装置１１０には、認識装置１５０との接続部分であるインターフェース１１６を設けている。
このような部品撮像装置１００は、図２に示すように、部品保持部材の機能を果たす一例である吸着ノズル２１１を円周上に沿って中心角で６０度ずつ等間隔に６本、つまり吸着ノズル２１１−１〜２１１−６を配置した部品保持ヘッド２１０が移動方向２５０へ移動するとき、各吸着ノズル２１１に保持されているそれぞれの部品２５１を撮像する装置である。
【００１６】
上述のように本実施形態では、上記部品保持ヘッド２１０に備わる上記吸着ノズル２１１は、円周上に等間隔に６本配置されていることから、図３に示すように、上記円周の直径方向及び上記移動方向２５０に平行な方向において、それぞれ２本の吸着ノズル２１１を通る３本の通路２５２−１〜２５２−３（総称して通路２５２と記す場合もある）を形成することができる。例えば、吸着ノズル２１１−１、２１１−６が通路２５２−１を通過し、吸着ノズル２１１−２、２１１−５が通路２５２−２を通過し、吸着ノズル２１１−３、２１１−４が通路２５２−３を通過する。そこで、上記撮像素子１１１は、各通路２５２−１〜２５２−３に対応して配置する。つまり、撮像素子１１１−１は、通路２５２−１の下方に、撮像素子１１１−２は、通路２５２−２の下方に、撮像素子１１１−３は、通路２５２−３の下方に、それぞれ配置される。さらに、撮像素子１１１−１及び撮像素子１１１−２は、移動方向２５０に対して直交する直交方向２５３に沿って同軸２５５上に配列され、撮像素子１１１−１及び撮像素子１１１−２と、撮像素子１１１−３とは、移動方向２５０に距離２５４にてずれて配置される。
【００１７】
撮像素子１１１−１及び撮像素子１１１−２を同軸２５５上に配置できる理由は、図３から明らかなように、本実施形態では円周上の６箇所に等間隔にて各吸着ノズル２１１を配列していることから、吸着ノズル２１１−１と吸着ノズル２１１−２とは移動方向２５０において配置位置がずれており、撮像素子１１１−１及び撮像素子１１１−２は、異なるタイミングで撮像が可能だからである。これに対し、吸着ノズル２１１−１と吸着ノズル２１１−３とは移動方向２５０において同位置に配置されることから、以下に記す理由に基づき、撮像素子１１１−３は、撮像素子１１１−１及び撮像素子１１１−２に対して上記距離２５４にてずらして配置している。
【００１８】
このようにずらして配置する理由は、各撮像素子１１１−１〜１１１−３は、撮像動作の際に撮像用光が他の撮像動作に影響を与えないように、一台ずつ撮像を行う必要があるからである。
例えば撮像素子１１１−１が撮像動作を行い、その次に撮像素子１１１−３が撮像動作を行うとした場合、撮像素子１１１−１と撮像素子１１１−３との間の上記距離２５４は、部品保持ヘッド２１０の移動方向２５０への移動速度と、撮像素子１１１−１における露光時間とを乗算して求まる値とすることができる。連続して撮像動作が行われる２つの撮像素子１１１について、移動方向２５０において少なくとも上記距離２５４にてずらして配置することで、上記２つの撮像素子１１１における各露光が重なることはない。
【００１９】
上述のように吸着ノズル２１１及び撮像素子１１１を配置することで、各撮像素子１１１−１〜１１１−３は、それぞれ異なるタイミングで、かつ各露光が重なることなく、部品２５１の撮像を行うことができる。即ち、図４に示すように、部品保持ヘッド２１０が移動方向２５０へ停止することなく移動するに伴い、（ａ）に示すようにまず、吸着ノズル２１１−２に保持されている部品２５１が撮像素子１１１−２にて撮像され、次に（ｂ）に示すように、吸着ノズル２１１−１に保持されている部品２５１が撮像素子１１１−１にて撮像され、次に（ｃ）に示すように、吸着ノズル２１１−３に保持されている部品２５１が撮像素子１１１−３にて撮像される。
【００２０】
尚、できるだけ撮像素子１１１の台数を低減する観点から、本実施形態では上述のように複数の吸着ノズル２１１が共通して通過可能な通路２５２に対応して撮像素子１１１を配置したが、上記台数低減等を考慮する必要がないときには、移動方向２５０に沿った各吸着ノズル２１１の通路に対応して、各撮像素子１１１を配置することができる。
又、上記台数低減の観点から、本実施形態では図示するように、円周上に６本の吸着ノズル２１１を配列したが、該形態に限定されるものではなく、吸着ノズル２１１の本数、さらには吸着ノズル２１１の配列方向も円周上に限定されず、保持部材配列方向に沿って例えば一列に配列してもよい。
【００２１】
上記照明装置１１２は、図２に示すように、撮像素子１１１−１から撮像素子１１１−３に対して一つ設けられ、各撮像素子１１１の撮像動作の際に撮像用の照明を行う装置であり、本実施形態では、上記移動方向２５０及び直交方向２５３に直交する上下方向２５６に沿って上、中、下の３段にて、光源としてのＬＥＤ１１２ａを配列している。
【００２２】
上記撮像制御装置１１５は、撮像するそれぞれの部品２５１毎に設定されているそれぞれの撮像素子１１１に対する撮像条件及び上記照明装置１１２に対する照明条件に従い、各撮像素子１１１及び照明装置１１２に対して撮像動作を行わせる装置である。
【００２３】
該撮像制御装置１１５に備わる記憶装置１１４は、認識装置１５０から送出される図５に示すようなパラメータデータ１６０を記憶する部分である。パラメータデータ１６０として、本実施形態では、上記撮像条件及び照明条件が相当する。これらの撮像条件及び照明条件は、各部品２５１を撮像する各シーケンスに対応して設けられており、上記撮像条件は、撮像素子１１１に対して大視野撮像又は小視野撮像を指定する情報であり、上記照明条件は、照明装置１１２に対して輝度を指定する条件である。本実施形態では上述のように照明装置１１２は、３段にＬＥＤ１１２ａを配列していることから、上記照明条件としては、上記３段の内、いずれの段に配列されるＬＥＤ１１２ａを発光させるかを指示する情報である。尚、上記３段の内、少なくとも一つの段は発光する。
【００２４】
撮像制御装置１１５に備わるシーケンサ１１３は、記憶装置１１４から上記パラメータデータ１６０を読み出し、撮像素子１１１及び照明装置１１２へ各シーケンス毎に上記撮像条件及び照明条件を送出する。尚、該撮像制御装置１１５の動作については、後述の撮像動作説明にて詳しく述べる。
【００２５】
上記認識装置１５０は、上述のようにパラメータデータ１６０を撮像カメラ装置１１０へ送出するとともに、撮像素子１１１及び照明装置１１２にて撮像を開始させるためのトリガ信号を生成し撮像素子１１１及び照明装置１１２へ送出し、さらに、撮像後には、撮像カメラ装置１１０から撮像画像情報の供給を受け、画像処理を行い、吸着ノズル２１１に保持されている部品２５１の保持姿勢の解析を行う。
【００２６】
上述のように構成される部品撮像装置１００は、例えば図８に示すような電子部品実装装置２００に備えることができる。該電子部品実装装置２００には、部品撮像装置１００の他、上記部品保持ヘッド２１０と、該部品保持ヘッド２１０を上記移動方向２５０及び直交方向２５３に移動させる駆動装置２３０と、吸着ノズル２１１に保持されている電子部品２５１が実装される回路基板７０を保持する回路基板保持装置２２０とを備え、さらに、電子部品２５１を供給する部品供給装置２４０、回路基板７０の搬送を行う搬送装置２５０、及び当該電子部品実装装置２００の制御装置２８０を備えることができる。
【００２７】
以上のように構成される部品撮像装置１００における動作、つまり部品撮像方法について、上述の部品実装装置２００にて実行される部品実装動作における場合を例に採り、以下に説明する。尚、吸着ノズル２１１には既に部品２５１が保持されているとし、撮像動作のみについて説明を行う。上述のように該撮像動作は、主に上記撮像制御装置１１５にて動作制御され実行される。
又、上記認識装置１５０には、上記駆動装置２３０が送出する信号に基づき、部品保持ヘッド２１０の現在位置、即ち各吸着ノズル２１１−１〜２１１−６の現在位置情報が供給される。一方、各撮像素子１１１−１〜１１１−３の設置位置は予め判っている。よって、認識装置１５０は、撮像素子１１１の上方にいずれの吸着ノズル２１１が配置されたかを判別することができる。又、制御装置２８０には、部品実装を行うのに必要な例えばＮＣデータ等の実装関連情報が供給されている。よって、制御装置２８０の制御に従い、部品保持ヘッド２１０は、実装順に応じて、定められた吸着ノズル２１１にて定められた部品２５１を保持する。さらに又、上記実装関連情報は、制御装置２８０から上記認識装置１５０にも送出されることから、認識装置１５０においても、どの吸着ノズル２１１にはどの部品２５１が保持されているか、即ち各吸着ノズル２１１と、これらが保持している電子部品２５１との関係は判っている。
尚、上記実装関連情報に従うことから、全ての吸着ノズル２１１に常に部品２５１が保持されているとは限らず、一又は複数の吸着ノズル２１１が部品２５１を保持していない場合もある。
【００２８】
図７に示すように、まず、吸着ノズル２１１が電子部品２５１を保持した後、部品保持ヘッド２１０が撮像カメラ装置１１０の上方へ移動している間に、認識装置１５０は、今回吸着した全ての電子部品２５１に相当する上記パラメータデータ１６０を撮像カメラ装置１１０の撮像制御装置１１５へ送出する。撮像カメラ装置１１０の記憶装置１１４は、上記パラメータデータ１６０を記憶する。尚、上記パラメータデータ１６０には、撮像を行う順番に関するシーケンスデータも含まれる。
【００２９】
さらに図６を参照して、上記パラメータデータ１６０の撮像カメラ装置１１０への転送後、最初の撮像動作が開始される前に、シーケンサ１１３は、第１番目の撮像（ＳＥＱ１）に関する上記撮像条件及び照明条件を記憶装置１１４から読み取り、上記撮像条件を第１番目の撮像を行う撮像素子１１１に送出し、上記照明条件を照明装置１１２へ送出する。上記撮像条件に従い、第１番目の撮像を行う撮像素子１１１は、撮像視野を大又は小に切り替える。
尚、上述のように、認識装置１５０は、撮像素子１１１と吸着ノズル２１１との対応関係を取得しており、かつ各撮像素子１１１の位置情報を把握していることから、シーケンサ１１３は、撮像順を把握している。本例では、図４に示すように、第１番目の撮像を行うのは撮像素子１１１−２である。
【００３０】
そして、移動方向２５０への部品保持ヘッド２１０の移動に伴い、上記撮像素子１１１−２の視野に、吸着ノズル２１１−２に吸着されている電子部品２５１が入ってきたとき、認識装置１５０が発するトリガ信号に従いシーケンサ１１３は、撮像素子１１１−２及び照明装置１１２に対して撮像を指示する。よって、照明装置１１２は、上記照明条件に応じた輝度にて発光し、撮像素子１１１−２は露光を行う。
【００３１】
該撮像終了後、シーケンサ１１３は、第２番目の撮像に関するＳＥＱ２の撮像条件及び照明条件を記憶装置１１４から読み取り、上記撮像条件を第２番目の撮像を行う撮像素子１１１、本例では図４に示すように撮像素子１１１−１に送出し、上記照明条件を照明装置１１２へ送出する。上記撮像条件に従い、撮像素子１１１−１は、撮像視野を大又は小に切り替える。そして、上記撮像素子１１１−１の視野に、吸着ノズル２１１−１に吸着されている電子部品２５１が入ってきたとき、認識装置１５０が発するトリガ信号に従いシーケンサ１１３は、撮像素子１１１−１及び照明装置１１２に対して撮像を指示する。よって、照明装置１１２は、上記照明条件に応じた輝度にて発光し、撮像素子１１１−１は露光を行う。
【００３２】
以後、上述の動作を繰り返して、図３及び図４を参照して明らかとなるように、第３番目の撮像では、撮像素子１１１−３にて吸着ノズル２１１−３に保持される部品２５１が、第４番目の撮像では、撮像素子１１１−１にて吸着ノズル２１１−６に保持される部品２５１が、第５番目の撮像では、撮像素子１１１−３にて吸着ノズル２１１−４に保持される部品２５１が、最後に、撮像素子１１１−２にて吸着ノズル２１１−５に保持される部品２５１が、それぞれ連続して、つまり部品保持ヘッド２１０を停止させることなく定速で移動方向２５０へ移動させながら、撮像される。
各撮像素子１１１は、撮像動作終了後、次の撮像動作を開始するまでの間に、今撮像した画像の情報を、認識装置１５０へ送出する。
【００３３】
このように本実施形態の部品撮像装置１００によれば、複数の撮像素子１１１の撮像タイミングを互いにずらして一つずつ撮像を行うようにし、かつ上記撮像タイミングのずれを、直前に行った撮像動作用の照明の光が影響しないずれ量とした。このように構成したことで、撮像カメラ装置１１０の上方を移動方向２５０へ１回スキャンするだけで、全ての電子部品２５１を撮像することができる。よって、複数の部品の保持姿勢をサイクルタイムを低減させることなく個々に撮像することができる。
【００３４】
さらに、一連の撮像動作を開始する前に、上記一連の撮像動作に関する撮像条件及び照明条件を有する上記パラメータデータ１６０を予め撮像カメラ装置１１０へ転送しておくことから、それぞれの撮像素子１１１にて撮像動作を実行するときには、認識装置１５０と、各撮像素子１１１及び照明装置１１２との間で撮像条件及び照明条件を設定する必要がない。したがって、認識装置１５０と、撮像素子１１１及び照明装置１１２との間での通信遅延がなくなり、より速い速度にて部品保持ヘッド２１０を移動方向２５０へ移動させることができ、かつ撮像動作を行うことができる。
【００３５】
上述の実施形態では、各撮像素子１１１を一つずつ動作させて撮像を行った。これは、従来技術の課題として記したように、撮像を行う電子部品２５１同士の距離が近いことに起因して一方の撮像動作に他方の撮像用光が影響を与えるから、該影響を回避するためである。よって、本発明の技術的思想として、一方の撮像動作に他方の撮像用光が影響を与える範囲内に存在する撮像素子については、上記影響が出ないように撮像タイミングをずらすということである。したがって、上記影響を与えない程度に撮像対象である部品が離れているときには、これら複数の撮像素子においては同時に撮像を行うことも可能である。但し、上述したように撮像条件は、各部品毎に異なることから、上記影響の出ない範囲を一概に規定することは不可能である。ただ、最低限、隣接する部品同士の撮像においては、撮像タイミングをずらす必要がある。
【００３６】
本実施形態では、撮像対象となる部品について電子部品を例に採ったが、これに限定するものではない。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第１態様の部品撮像装置によれば、撮像カメラ装置を備え、該撮像カメラ装置の上方を複数の部品を通過させながら、撮像用光の影響が他の撮像動作にでないタイミングにてそれぞれの撮像素子にて上記部品の撮像を順次行うようにした。したがって、複数の部品の保持姿勢についてサイクルタイムを低減させることなく個々に撮像することができる。
又、全ての部品の上記撮像動作に必要な撮像条件及び照明条件は、撮像を開始する前に予め上記撮像カメラ装置へ供給しておくことから、各部品の撮像毎に上記撮像条件及び照明条件を転送する必要がなくなり、通信遅延がなくなり、より速い速度にて、撮像対象となる部品を移動させることができ、かつ撮像を行うことができる。
【００３８】
又、上記撮像カメラ装置に対して認識装置を設けることもでき、該構成により上記撮像カメラ装置の動作負荷を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態である部品撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  図１に示す撮像カメラ装置部分の構成を示す斜視図である。
【図３】  図１に示す部品撮像装置にて実行される撮像の順番を説明するための図である。
【図４】  図１に示す部品撮像装置にて実行される撮像動作のタイミングを説明するための図である。
【図５】  図１に示す部品撮像装置にて実行される撮像動作に必要となるパラメータデータの一例を示す図である。
【図６】  図１に示す部品撮像装置にて実行される撮像動作を説明するための状態遷移図である。
【図７】  図１に示す部品撮像装置にて実行される撮像動作のタイミングを説明するための図である。
【図８】  図１に示す部品撮像装置を備えた電子部品実装装置の斜視図である。
【符号の説明】
７０…回路基板、１００…部品撮像装置、１１０…撮像カメラ装置、
１１１…撮像素子、１１２…照明装置、１１５…撮像制御装置、
１５０…認識装置、２１０…部品保持ヘッド、２１１…吸着ノズル、
２２０…基板保持装置、２３０…駆動装置、２５０…移動方向、
２５１…電子部品、２５４…距離。
【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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