(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持手段に保持されている部品を認識するための部品認識装置において、
前記保持手段に保持されている前記部品の背面側に対して光を照射して前記部品の第１の画像光とする第１の光源と、
前記保持手段に保持されている前記部品の正面側に対して光を照射して前記部品の第２の画像光とする第２の光源と、
前記第１の画像光もしくは前記第２の画像光を所定角度で反射させる反射手段と、
前記反射手段で反射された前記第１の画像光もしくは前記第２の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第１の撮像手段と、
前記保持手段に保持されている前記部品の側面側に対して光を照射して前記部品の第３の画像光とする第３の光源と、前記第３の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第２の撮像手段とを備え、
前記第１及び第２の光源の光波長と前記第３の光源の光波長が相違している
ことを特徴とする部品認識装置。
【請求項２】
前記第１の光源は、前記保持手段と前記反射手段の間に輪状に配設されており、前記保持手段に対して照射し反射させた光を、前記保持手段に保持されている前記部品の背面側から照射して遮蔽及び通過させることにより、その通過光を前記第１の画像光とする請求項１に記載の部品認識装置。
【請求項３】
前記第２の光源は、前記第１の撮像手段と前記反射手段の間に輪状に配設されており、前記反射手段に対して照射し反射させた光を、前記保持手段に保持されている前記部品の正面側から照射して反射させることにより、その反射光を前記第２の画像光とする請求項１に記載の部品認識装置。
【請求項４】
部品を保持する保持手段と、前記保持手段に保持されている部品を認識するための部品認識装置とを備え、前記部品認識装置による認識結果に基づいて前記保持手段に保持されている前記部品を基板に実装する部品実装機において、
前記部品認識装置が、
前記保持手段に保持されている前記部品の背面側に対して光を照射して前記部品の第１の画像光とする第１の光源と、
前記保持手段に保持されている前記部品の正面側に対して光を照射して前記部品の第２の画像光とする第２の光源と、
前記第１の画像光もしくは前記第２の画像光を所定角度で反射させる反射手段と、
前記反射手段で反射された前記第１の画像光もしくは前記第２の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第１の撮像手段と、
前記保持手段に保持されている前記部品の側面側に対して光を照射して前記部品の第３の画像光とする第３の光源と、前記第３の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第２の撮像手段とを備え、
前記第１及び第２の光源の光波長と前記第３の光源の光波長が相違している
ことを特徴とする部品実装機。
【請求項５】
前記第１の光源は、前記保持手段と前記反射手段の間に輪状に配設されており、前記保持手段に対して照射し反射させた光を、前記保持手段に保持されている前記部品の背面側から照射して遮蔽及び通過させることにより、その通過光を前記第１の画像光とする請求項４に記載の部品実装機。
【請求項６】
前記第２の光源は、前記第１の撮像手段と前記反射手段の間に輪状に配設されており、前記反射手段に対して照射し反射させた光を、前記保持手段に保持されている前記部品の正面側から照射して反射させることにより、その反射光を前記第２の画像光とする請求項４に記載の部品実装機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、保持手段に保持されている部品を認識するための部品認識装置及びそれを備えた部品実装機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の部品実装機におけるロータリーヘッドと部品認識装置を示す平面図である。
ロータリーヘッド１０は、基軸１１とこの基軸１１の下端部に設けられた円盤状のノズル支持部１２を有している。そして、このノズル支持部１２の外周縁には、部品１を吸着・搬送するための複数の吸着ノズル１３が配列支持されている。基軸１１は、その軸心が鉛直方向に倣う向きで水平移動可能な支持体１４に回転可能に支持されており、また、吸着ノズル１３も、鉛直方向に延びる向きでノズル支持部１２に回転可能に、かつ上下動可能に支持されている。
【０００３】
部品認識装置２０は、全反射ミラー２１とカメラ２２を有している。全反射ミラー２１は、所定の撮影位置に位置決めされた１つの吸着ノズル１３の下方に所定角度で傾斜して配設されている。カメラ２２は、その吸着ノズル１３に吸着された部品１を全反射ミラー２１を介して撮影可能な位置に配設されている。
【０００４】
このような構成において、その動作例を説明する。
先ず、支持体１４が水平移動して基軸１１が回転し、所定の吸着ノズル１３を所定の吸着位置に位置決めする。そして、その吸着ノズル１３が、下降してその先端に部品１を吸着し、上昇して元の位置に戻る。
次に、再び基軸１１が回転し、部品１が吸着されている吸着ノズル１３を所定の撮影位置に位置決めする。カメラ２２は、吸着ノズル１３に吸着されている部品１を全反射ミラー２１を介して撮影し、部品１の吸着状態、つまり部品１が正しい姿勢で吸着ノズル１３に吸着されているか否かを確認する。
【０００５】
即ち、図示しない光源は、吸着ノズル１３に装着されている半透明の円盤状のバックライト部１５の側面に光Ｌを照射し、バックライト部１５の上下面を光輝させ、バックライト部１５の下面を背景として部品１の輪郭を大きなコントラストをもって浮かび上がらせる。カメラ２２は、内蔵されている方眼座標と部品１の輪郭から得られる姿勢とを対比させ、部品１の向きと吸着ノズル１３のセンタに対するズレ量とを確認する。そして、その確認結果に基づいて、吸着ノズル１３が回転して部品１の向きを修正し、支持体１４が水平移動して部品１のズレ量を修正する。
【０００６】
その後、再び基軸１１が回転し、部品１の姿勢が修正された吸着ノズル１３を所定の装着位置に位置決めする。そして、その吸着ノズル１３が、下降して部品１を基板に実装し、上昇して元の位置に戻る。以上の動作を基板への部品実装が終了するまで繰り返す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の部品認識装置２０のカメラ２２により、吸着ノズル１３に吸着されている部品１を撮影する際は、バックライト部１５の下面を背景として部品１の輪郭を大きなコントラストをもって浮かび上がらせている。このため、部品１の構成材料によっては部品１の輪郭を大きなコントラストをもって浮かび上がらせることが困難な場合があり、また部品１の外形が吸着ノズル１３の外径より小さい場合は、部品１が吸着ノズル１３の陰に入ってしまい、部品１の輪郭を認識することができなくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上述した事情から成されたものであり、部品の種類に左右されずに部品を正確に認識することができる部品認識装置及びそれを備えた部品実装機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本発明にあっては、保持手段に保持されている部品を認識するための部品認識装置において、前記保持手段に保持されている前記部品の背面側に対して光を照射して前記部品の第１の画像光とする第１の光源と、前記保持手段に保持されている前記部品の正面側に対して光を照射して前記部品の第２の画像光とする第２の光源と、前記第１の画像光もしくは前記第２の画像光を所定角度で反射させる反射手段と、前記反射手段で反射された前記第１の画像光もしくは前記第２の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第１の撮像手段と、前記保持手段に保持されている前記部品の側面側に対して光を照射して前記部品の第３の画像光とする第３の光源と、前記第３の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第２の撮像手段とを備え、前記第１及び第２の光源の光波長と前記第３の光源の光波長が相違していることにより達成される。
【００１０】
また、上記目的は、本発明にあっては、部品を保持する保持手段と、前記保持手段に保持されている部品を認識するための部品認識装置とを備え、前記部品認識装置による認識結果に基づいて前記保持手段に保持されている前記部品を基板に実装する部品実装機において、前記部品認識装置が、前記保持手段に保持されている前記部品の背面側に対して光を照射して前記部品の第１の画像光とする第１の光源と、前記保持手段に保持されている前記部品の正面側に対して光を照射して前記部品の第２の画像光とする第２の光源と、前記第１の画像光もしくは前記第２の画像光を所定角度で反射させる反射手段と、前記反射手段で反射された前記第１の画像光もしくは前記第２の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第１の撮像手段と、前記保持手段に保持されている前記部品の側面側に対して光を照射して前記部品の第３の画像光とする第３の光源と、前記第３の画像光を取り込んで前記部品を撮像する第２の撮像手段とを備え、前記第１及び第２の光源の光波長と前記第３の光源の光波長が相違していることにより達成される。
【００１１】
上記構成によれば、部品の背面側から光を照射して部品を認識する手段と、部品の正面側から光を照射して部品を認識する手段を備えているので、例えば部品が保持手段の陰に入ってしまう場合は、その部品の正面側から光を照射することにより、その部品の輪郭を浮かび上がらせることができる。さらに、部品の基体の明度が例えば白や黒というように異なる場合でも、上記各手段及び保持手段の背景となる部分の明度を切換えることにより、その部品の輪郭を浮かび上がらせることができる。また、部品の種類に関係なく、第３の光源により光を部品の側面側から直接照射して部品の側面側の輪郭を第２の撮像手段で確認できるので、吸着ノズルが部品の側面を吸着してしまう不良吸着を確認することができ、その部品を排除することができる。また、上記部品認識のときの第１の光源もしくは第２の光源の光の波長と、第３の光源の光の波長が相違しているので、両者が干渉仕合うことがなく、部品の認識を正確に行うことができる。そして、第１の光源と第２の光源と第３の光源が保持手段に一体化されているので、部品の認識を保持手段の移動中に行うことができると共に、部品実装の工数を大幅に減らすことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１３】
図１は、本発明の部品認識装置の実施形態を備えた部品実装機の実施形態を示す概略斜視図である。
この部品実装機１００の基台１０１上には、基板を搬送するためのコンベア１０２がＸ方向に架設されていると共に、このコンベア１０２を跨ぐ門型の２つの支柱１０３がコンベア１０２に沿って間隔をあけて配設されている。２つの支柱１０３間には、Ｘビーム１０４がＸ方向に配設され、このＸビーム１０４の下部には、Ｙビーム１０５がＹ方向に配設されている。
【００１４】
基台１０１上方のＹビーム１０５には、部品を基板に装着するための部品装着ヘッド１１０及びこの部品装着ヘッド１１０により取り出された部品を画像認識するための部品認識装置１２０が配設されている。部品装着ヘッド１１０及び部品認識装置１２０は、Ｘビーム１０４とＹビーム１０５によりＸＹ方向に移動可能となっている。
【００１５】
さらに、基台１０１の内部には、部品実装機１００の制御用の動作プログラム等を記憶しておき、部品実装機１００を制御するための制御ユニット（図示せず）が配設されている。また、図示していないが、コンベア１０２の両側の基台１０１の両側面には、部品を供給するための部品供給用カセットが複数台配列された２台の部品供給装置が着脱可能に配設されるようになっている。
【００１６】
図２は、図１に示す部品装着ヘッド１１０及び部品認識装置１２０の詳細を示す一部断面側面図である。
この部品装着ヘッド（保持手段）１１０は、吸着ノズル１１１、ターレット１１２、ターレット用シャフト１１３ａ、ターレット用減速機１１４ａ、ターレット用モータ１１５ａ、ノズル用シャフト１１３ｂ、ノズル用減速機１１４ｂ、ノズル用モータ１１５ｂ等を備えており、これらがヘッド支持部１１０ａに一体的に配設されている。
【００１７】
ターレット用シャフト１１３ａは、ノズル用シャフト１１３ｂの内径部に挿入され、軸がＺ方向に対して約２０°の角度で傾斜するようにヘッド支持部１１０ａに支持されている。これらのターレット用シャフト１１３ａとノズル用シャフト１１３ｂは、同軸周りをそれぞれ独立して回転可能なようにヘッド支持部１１０ａに支持されている。
【００１８】
ターレット用減速機１１４ａは、ターレット用モータ１１５ａに接続され、またノズル用減速機１１４ｂは、ノズル用モータ１１５ｂに接続されており、これらは各減速機１１４ａ、１１４ｂの出力軸がターレット用シャフト１１３ａ及びノズル用シャフト１１３ｂの軸と平行となるようにヘッド支持部１１０ａに支持されている。
【００１９】
そして、ターレット用減速機１１４ａの出力軸に嵌合されているプーリ１１６ａと、ターレット用シャフト１１３ａに嵌合されているプーリ１１７ａとが、ベルト１１８ａを介して接続され、ノズル用減速機１１４ｂの出力軸に嵌合されているプーリ１１６ｂと、ノズル用シャフト１１３ｂに嵌合されているプーリ１１７ｂとが、ベルト１１８ｂを介して接続されている。
これにより、ターレット用シャフト１１３ａとノズル用シャフト１１３ｂは、ターレット用モータ１１５ａとノズル用モータ１１５ｂの駆動により、同軸周りをそれぞれ独立して回転するようになっている。
【００２０】
ターレット１１２は、円盤状に形成され、ターレット用シャフト１１３ａの先端に同軸となるように固定されている。
吸着ノズル１１１は、先端に部品１を吸着して搬送するためのものであり、先端近傍には円錐形のノズル背景板１１１ａが着脱可能に取り付けられ、後端近傍にはギア１１１ｂが嵌合されている。そして、例えば２０個程度の複数の吸着ノズル１１１が、ターレット１１２の外周縁に沿って等間隔で並び、かつ先端が外側を向くように軸がターレット用シャフト１１３ａの軸に対して約２０°の角度で傾斜して支持されている。これらの吸着ノズル１１１は、軸に沿って上下動可能かつ軸周りを回転可能なようにターレット１１２に支持されている。さらに、各吸着ノズル１１１のギア１１１ｂは、ノズル用シャフト１１３ｂに嵌合されているノズル用ギア１１９と噛み合わされている。
【００２１】
これにより、ターレット１１２は、各吸着ノズル１１１と共にターレット用シャフト１１３ａの回転に従って回転し、また、各吸着ノズル１１１は、ノズル用シャフト１１３ｂの回転に従って回転するようになっている。
そして、ターレット１１２の最下点に位置した吸着ノズル１１１は、部品供給用カセットの部品供給部にある部品１や部品実装位置にある基板２面に対して垂直になるので、部品１を部品供給部から取り出したり基板２に装着することができる。よって、この部品実装機１００では、ターレット１１２の最下点の位置を部品取出位置あるいは部品装着位置として使用する。
【００２２】
一方、ターレット１１２の最上点に位置した吸着ノズル１１１は、最下点に位置した吸着ノズル１１１から最も離れており、最上点の位置で部品１を認識するようにしても、部品装着動作の妨げとはならない。よって、この部品実装機１００では、ターレット１１２の最上点の位置を部品認識位置として使用する。
【００２３】
この部品認識装置１２０は、第１の光源１２１、第２の光源１２２、反射手段１２３、第１の撮像手段１２４、第３の光源１２５、第２の撮像手段１２６等を備えており、これらが認識装置支持部１２０ａに一体的に配設されている。
第１の光源１２１は、輪状に配設された複数の例えば６６０Ｈｚの波長の光を発するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）で構成されている。第２の光源１２２は、輪状に配設された複数の例えば６６０Ｈｚの波長の光を発するＬＥＤで構成されている。反射手段１２３は、例えば全反射のミラーで構成されている。第１の撮像手段１２４は、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅ）カメラで構成されている。
【００２４】
そして、第１の光源１２１は、ターレット１１２の最上点に位置した吸着ノズル１１１のノズル背景板１１１ａに対して光を照射可能なように認識装置支持部１２０ａに支持されている。反射手段１２３は、ノズル背景板１１１ａで反射された第１の光源１２１の光を所定角度で反射可能なように認識装置支持部１２０ａに支持されている。第２の光源１２２は、反射手段１２３における第１の光源１２１の光の反射角度と同一角度で光を反射手段１２３で一旦反射させてから、ターレット１１２の最上点に位置した吸着ノズル１１１の先端に吸着されている部品１に照射可能なように認識装置支持部１２０ａに支持されている。第１の撮像手段１２４は、反射手段１２３で反射された第１の光源１２１及び第２の光源１２２の光を入射可能なように認識装置支持部１２０ａに支持されている。
【００２５】
以上により、第１の光源１２１は、吸着ノズル１１１のノズル背景板１１１ａと反射手段１２３の間に配設され、第２の光源１２２は、第１の撮像手段１２４と反射手段１２３の間に配設されることになる。
これにより、第１の光源１２１は、図３の矢印で示すように、吸着ノズル１１１のノズル背景板１１１ａに対して照射し反射させた光Ｌを、吸着ノズル１１１の先端に吸着されている部品１の背面側から照射して遮蔽及び通過させることにより、その通過光を第１の画像光とすることができる。
【００２６】
第２の光源１２２は、図４の矢印で示すように、反射手段１２３に対して照射し反射させた光Ｌを、吸着ノズル１１１の先端に吸着されている部品１の正面側から照射して反射させることにより、その反射光を第２の画像光とすることができる。そして、第１の撮像手段１２４は、図３もしくは図４に示すように、反射手段１２３で反射された第１の画像光Ｌ１もしくは第２の画像光Ｌ２を取り込んで部品１を撮像することができる。
【００２７】
第３の光源１２５は、例えば４７０Ｈｚの波長の光を発するＬＥＤで構成されている。第２の撮像手段１２６は、例えばＣＣＤカメラで構成されている。
そして、第３の光源１２５は、ターレット１１２の最上点に位置した吸着ノズル１１１の先端に吸着されている部品の側面に照射可能なように認識装置支持部１２０ａに支持されている。第２の撮像手段１２６は、第３の光源１２５からの光を直接入射可能なように認識装置支持部１２０ａに支持されている。
【００２８】
これにより、第３の光源１２５は、吸着ノズル１１１の先端に吸着されている部品１の側面側から照射して遮蔽及び通過させることにより、その通過光を第３の画像光とすることができる。そして、第２の撮像手段１２６は、第３の画像光を取り込んで部品１を撮像することができる。
上記部品認識装置１２０の認識装置支持部１２０ａは、部品装着ヘッド１１０のヘッド支持部１１０ａに固定され、部品装着ヘッド１１０のヘッド支持部１１０ａは、Ｙビーム１０５にＹ方向に移動可能に支持されている。
【００２９】
このような構成において、その動作例を説明する。
先ず、基板２をコンベア１０２で搬入して部品実装位置に位置決めする。次に、Ｘビーム１０４とＹビーム１０５により部品装着ヘッド１１０及び部品認識装置１２０を部品供給用カセットの部品供給部に移動させる。そして、部品装着ヘッド１１０のターレット１１２を回転させながら各吸着ノズル１１１を上下動させ、部品供給部にある部品１を各吸着ノズル１１１の先端に順次吸着させて取り出す。
【００３０】
その後、部品装着ヘッド１１０のターレット１１２を回転させながら吸着した各部品１の吸着状態、つまり各部品１が正しい姿勢で各吸着ノズル１１１に吸着されているか否かを部品認識装置１２０により順次確認する。そして、その確認結果に基づいて、各吸着ノズル１１１を回転させて各部品１の向きを修正し、Ｘビーム１０４とＹビーム１０５により各吸着ノズル１１１を水平移動して各部品１のズレ量を修正しながら各部品１を基板２の所定位置に順次装着する。以降、同様の動作により、部品の装着を制御し、全ての部品の装着が完了した基板２をコンベア１０２で搬出し、次の工程へ搬送する。
【００３１】
ここで、部品認識装置１２０による部品１の吸着状態の確認動作について具体的に説明する。
図５（Ａ）に示すように、部品１の基体１ａが明度の高い素材、例えば白色のセラミック等で成るコネクタ等である場合、吸着ノズル１１１に吸着されている部品１を正面側から照明すると部品１の基体１ａと電極部１ｂの区別ができなくなり、輪郭がでにくくなる。そこで、この場合は、例えばデルリン等から成る半透明のノズル背景板１１１ａを用い、第１の光源１２１によりこのノズル背景板１１１ａに光を照射して反射させ、その反射光を部品１の背面側から照射する。
【００３２】
これにより、部品１の輪郭を黒いシルエットでくっきりと浮かび上がらせることができ、第１の撮像手段１２４に内蔵されている方眼座標と部品１の輪郭から得られる姿勢とを対比させ、部品１の向きと吸着ノズル１１１のセンタに対するズレ量とを確認することができる。
【００３３】
また、図５（Ｂ）に示すように、部品１の基体１ａが明度の低い素材、例えば黒色のプラスチック等で成る抵抗等である場合、あるいは部品１の外形が吸着ノズル１１１の外径より小さい場合は、黒色のノズル背景板１１１ａを用い、第２の光源１２２により光を部品１の正面側から直接照射する。
【００３４】
これにより、部品１とノズル背景板１１１ａ、あるいは部品１と吸着ノズル１１１との間でコントラストを付けて部品１の輪郭をくっきりと浮かび上がらせることができ、第１の撮像手段１２４に内蔵されている方眼座標と部品１の輪郭から得られる姿勢とを対比させ、部品１の向きと吸着ノズル１１１のセンタに対するズレ量とを確認することができる。
このように、第１の光源１２１と第２の光源１２２を切換えて部品認識を行うことにより、どのような種類の部品１であっても部品１の外形を明確に認識することができる。
【００３５】
また、部品１の種類に関係なく、第３の光源１２５により光を部品１の側面側から直接照射して部品１の側面側の輪郭を第２の撮像手段１２６で確認する。これにより、立ち吸着と通称される吸着ノズル１１１が部品１の側面を吸着していしまった不良吸着を確認することができ、その部品を排除することができる。
尚、上記部品認識のときの第１の光源１２１もしくは第２の光源１２２の光の波長と、第３の光源１２５の光の波長は相違しているので、両者が干渉することはなく、部品認識を正確に行うことができる。
以上の部品認識は、部品認識装置１２０が部品装着ヘッド１１０に一体化されているので、部品装着ヘッド１１０の移動中に行うことができ、部品実装の工数を大幅に低減することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、部品の種類に左右されずに正確に部品を認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の部品認識装置の実施形態を備えた部品実装機の実施形態を示す概略斜視図。
【図２】図１に示す部品装着ヘッド及び部品認識装置の詳細を示す一部断面側面図。
【図３】図１に示す部品認識装置における部品の認識動作を示す第１の斜視図。
【図４】図１に示す部品認識装置における部品の認識動作を示す第２の斜視図。
【図５】図１に示す部品認識装置における部品の認識状態を示す平面図。
【図６】従来の部品実装機におけるロータリーヘッドと部品認識装置を示す平面図。
【符号の説明】
１・・・部品、２・・・基板、１００・・・部品実装機、１０１・・・基台、１０２・・・コンベア、１０３・・・支柱、１０４・・・Ｘビーム、１０５・・・Ｙビーム、１１０・・・部品装着ヘッド、１１０ａ・・・ヘッド支持部、１１１・・・吸着ノズル、１１１ａ・・・ノズル背景板、１１２・・・ターレット、１１３ａ・・・ターレット用シャフト、１１３ｂ・・・ノズル用シャフト、１１４ａ・・・ターレット用減速機、１１４ｂ・・・ノズル用減速機、１１５ａ・・・ターレット用モータ、１１５ｂ・・・ノズル用モータ、１１６ａ、１１６ｂ、１１７ａ、１１７ｂ・・・プーリ、１１８ａ、１１８ｂ・・・ベルト、１１９・・・ノズル用ギア、１２０・・・部品認識装置、１２０ａ認識装置支持部、１２１・・・第１の光源、１２２・・・第２の光源、１２３・・・反射手段、１２４・・・第１の撮像手段、１２５・・・第３の光源、１２６・・・第２の撮像手段
【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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