(57)【要約】【課題】トルクセンサ付き工具を用いた締付作業において、締結部品の全てについて位置や締付トルク等の情報を正確に管理可能な作業管理装置、作業管理方法および作業管理システムを提供する。【解決手段】トルクセンサ（３０）を備えるドライバ（１）と、製品を異なる視点から撮像する第１および第２のカメラ（４００Ａ，４００Ｂ）と、を有し、トルクセンサ（３０）は、検出される締付トルクが設定閾値を越えると締付トルクの測定を開始し、測定データが所定条件を満たすと締付トルクの測定を終了し、測定時刻を含むトルク関連データを出力し、トルク関連データに含まれる測定時刻に対応する第１および第２のカメラ（４００Ａ，４００Ｂ）で撮像された複数の画像データから、ビット（２０）の係合位置の座標を算出するＰＣ（３００）と、マーカが設けられビットに取り外し可能に装着されるマーカ装着具（８０）をさらに有する。
2020121790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品に含まれる複数の締結部品の各々を締め付ける締付作業を管理する作業管理システムであって、  ビットに作用する締結部品を締め付ける締付トルクを検出可能なトルクセンサを備え、かつ、画像処理用の第１および第２のマーカを備える工具と、  前記製品を異なる視点から撮像する第１および第２のカメラと、を有し、  前記トルクセンサは、検出される締付トルクが設定閾値を越えると締付トルクの測定を開始し、測定データが所定条件を満たすと締付トルクの測定を終了し、測定時刻を含みかつ測定開始から測定終了までの間の測定データに基づくトルク関連データを出力し、  前記トルク関連データに含まれる測定時刻に対応し、かつ、一の締結部品の締付作業中に前記第１および第２のカメラで撮像された前記第１および第２のマーカの画像を含む前記工具の複数の画像データから、前記一の締結部品に係合する前記ビットの係合位置の座標を算出する画像処理部と、  前記第１および第２のマーカが設けられ、前記ビットに取り外し可能に装着されるマーカ装着具と、をさらに有する作業管理システム。
【請求項２】
前記製品に含まれる複数の締結部品の各々は、締め付けられた状態で、前記ビットと係合する係合部が共通の方向を向くように配置されるようになっており、  前記画像処理部は、各画像中に存在する複数のマーカが前記第１および第２のマーカのいずれに対応するのかの区別を、前記共通の方向に沿った位置関係に基づいて行う、請求項１に記載の作業管理システム。
【請求項３】
前記第１および第２のカメラは、赤外線カメラを含む、請求項１又は２に記載の作業管理システム。
【請求項４】
前記画像処理部は、前記第１のカメラの撮像した画像データに含まれる前記第１および第２のマーカの二次元座標を抽出する第1の画像データ処理部と、  前記第２のカメラの撮像した画像データに含まれる前記第１および第２のマーカの二次元座標を抽出する第２の画像データ処理部と、  前記第1の二次元座標抽出部および前記第２の二次元座標抽出部がそれぞれ抽出した前記第１および第２のマーカの二次元座標データに基づいて、前記ビットの係合位置の座標を算出するビット座標算出部と、を含み、  前記第1および第２の画像データ処理部は、前記第１および第２のカメラにそれぞれ設けられている、請求項１ないし３のいずれかに記載の作業管理システム。
【請求項５】
製品に赤外光を照射する赤外光源をさらに有する、請求項１ないし４のいずれかに記載の作業管理システム。
【請求項６】
前記赤外光源は、前記第１および第２のカメラにそれぞれ設けられている、請求項５に記載の作業管理システム。
【請求項７】
前記第１および第２のマーカは、再帰反射材料で形成されている、請求項１ないし６のいずれかに記載の作業管理システム。
【請求項８】
前記第１および第２のカメラは、遅くとも前記トルクセンサの測定開始以前に撮像を開始する、請求項１ないし７のいずれかに記載の作業管理システム。
【請求項９】
前記製品は、流体制御装置であり、  前記流体制御装置は、一方向に配列された複数の流体機器からなる複数の流体機器列と、  流体流路を画定し前記複数の流体機器の各々を支持する複数の継手ブロックと、を有し、  複数の前記継手ブロックの各々は、互いに対向する上面および底面、前記上面から前記底面側に向けて延びる側面を画定し、  前記複数の流体機器の各々は、流体流路を画定するボディを有し、前記ボディはその底面側で開口する少なくとも２つの流路口を有し、  前記複数の継手ブロックの各々は、前記上面で開口し前記底面側に向けて延びるネジ穴を有し、前記複数の締結部品の各々は、前記ボディを貫通しつつ前記ネジ穴に螺合し、  前記締結部品の締付力により、互いに突き合わされた前記継手ブロックの流路口と前記ボディの一の流路口の周囲に配置されるシール部材が、前記ボディと前記継手ブロックとの間で圧せられる、請求項１ないし８のいずれかに記載の作業管理システム。
【請求項１０】
前記複数の締結部品の各々は、所定の範囲のトルクで締め付けられる、請求項９に記載の作業管理システム。
【請求項１１】
前記工具は、前記所定の範囲のトルクを越えると、把持部が空転するように形成されている、請求項１０に記載の作業管理システム。
【請求項１２】
前記流体制御装置は、ボックスに収容され、当該ボックスの開口する天井部を通じて、前記複数の締結部品の締め付け作業が行われる、請求項９ないし１１のいずれかに記載の作業管理システム。
【請求項１３】
前記画像処理部で算出されたビットの係合位置の座標データと前記トルク関連データから得られる締付トルクとを関連付けて記憶装置に記録する記録手段をさらに有し、  前記記録手段は、算出したビットの係合位置の座標データと同一又は近似するビットの係合位置の座標データが前記記憶装置に既に存在するかを判断し、存在する場合には、両者を区別して前記記憶装置に記録する、請求項１に記載の作業管理システム。
【請求項１４】
ビットに作用する締結部品を締め付ける締付トルクを検出可能なトルクセンサを備え、かつ、画像処理用の第１および第２のマーカを備える工具を用いて、製品に含まれる複数の締結部品の各々を締め付ける締付作業を管理する作業管理方法であって、  前記トルクセンサは、検出される締付トルクが設定閾値を越えると締付トルクの測定を開始し、測定データが所定条件を満たすと締付トルクの測定を終了し、測定時刻を含みかつ測定開始から測定終了までの間の測定データに基づくトルク関連データを出力し、  前記製品を異なる視点から第１および第２のカメラで撮像すること、  前記トルクセンサから出力されるトルク関連データを受信すること、  受信した前記トルク関連データに含まれる測定時刻に対応し、かつ、一の締結部品の締付作業中に前記第１および第２のカメラで撮像された前記第１および第２のマーカの画像を含む前記工具の複数の画像データから、前記一の締結部品に係合する前記ビットの係合位置の座標を算出すること、  前記第１および第２のマーカが設けられた前記ビットに着脱可能なマーカ装着具を前記ビットに装着すること、を含む作業管理方法。
【請求項１５】
算出した前記ビットの係合位置の座標データと前記トルク関連データから得られる締付トルクとを関連付けて記憶装置に記録することをさらに含み、  記録する際に、算出したビットの係合位置の座標データと同一又は近似するビットの係合位置の座標データが前記記憶装置に既に存在するかを判断し、存在する場合には、両者を区別して前記記憶装置に記録することをさらに含む、請求項１４記載の作業管理方法。
【請求項１６】
ビットに作用する締結部品を締め付ける締付トルクを検出可能なトルクセンサを備え、かつ、画像処理用の第１および第２のマーカを備える工具を用いて、製品に含まれる複数の締結部品の各々を締め付ける締付作業を管理する作業管理装置であって、  前記トルクセンサは、検出される締付トルクが設定閾値を越えると締付トルクの測定を開始し、測定データが所定条件を満たすと締付トルクの測定を終了し、測定時刻を含みかつ測定開始から測定終了までの間の測定データに基づくトルク関連データを出力し、  受信した前記トルク関連データに含まれる測定時刻に対応し、かつ、一の締結部品の締付作業中に第１および第２のカメラで撮像された前記第１および第２のマーカの画像を含む前記工具の複数の画像データに基づいて、または、前記第１のカメラの撮像した画像データから抽出された前記第１および第２のマーカの二次元座標データと、前記第２のカメラの撮像した画像データから抽出された前記第１および第２のマーカの二次元座標とに基づいて、前記ビットの係合位置の座標を算出する座標算出部を有し、  前記第１および第２のマーカは、前記ビットに取り外し可能に装着されるマーカ装着具に設けられている、作業管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、トルクセンサ付きの工具を用いた締結部品の締付作業を管理する作業管理装置、作業管理方法、および、作業管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  半導体製造プロセス等の各種製造プロセスにおいては、正確に計量したプロセスガスをプロセスチャンバに供給するために、開閉バルブ、レギュレータ、マスフローコントローラ等の各種の流体機器を集積化した流体制御装置（例えば、特許文献１参照）が用いられている。  上記のような流体制御装置の組立工程においては、膨大な数の六角穴付きボルトなどの締結部品の締付作業が必要であり、かつ、高い組立品質が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2007-003013号公報
【特許文献２】特開2013-188858号公報
【特許文献３】特開2015-229210号公報
【特許文献４】特開2013-852号公報
【特許文献５】特開2008-181344号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  特許文献２は、トルクレンチに設けた加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサ等のセンサからの信号を利用して、締付を行った締結部品の位置を自動的に検出し締付位置を管理する技術を開示している。  特許文献３は、工具により行われる作業箇所を撮像装置で撮像し、この撮像画像データと工具に付加されたトルクセンサ等のセンサからのデータに基づいて作業が正常に行われているかを判断する技術を開示している。  特許文献４は、ワークの上方に撮像装置を設置し、ワークに対して締付工具で締付作業を実施している際に締付工具に付与されたあらかじめ登録された識別マークの有無を撮像データから検出することで、締付作業が実施されたことを検出する技術を開示している。  特許文献５は、道具を用いて行う複数の作業を含む製品の製造工程において、製品のどの位置で作業が行われたかを特定する技術を開示している。具体的には、一つの前記作業が完了したときに出力される完了信号の受信を契機として複数の画像を撮像し、これらの画像から作業完了位置を表す作業完了座標を検出し、作業を行うべき位置である作業位置を表す作業座標を取得し、作業完了座標と作業座標とに基づいて、複数の作業それぞれについての作業位置のうちのいずれに作業完了位置が対応するのかを特定する。【０００５】  上記した流体制御装置は、小型化、集積化が進んでおり、ボルト等の締付部材も短小化しているうえに、流体機器の間のスペースが狭小化している。このため、ボルト等の締付部材の締付作業は、グリップに備わるビット保持部に細長いビットを装着した工具を用いて行われる。例えば、流体機器間の狭小スペースを通じてのみアクセスできるような箇所における締結部品の締付作業は、当該狭小スペースに工具のビット部分のみを差し込み、ビットの姿勢を適宜調整しながら締結部品にビット先端部をかみ合わせ、流体機器から離れた位置にあるグリップを操作してビットを回転させる。  しかしながら、このような工具に特許文献２に開示された締付位置の検出機能を持たせるには、各種のセンサやＣＰＵ等を内蔵するケースを装着する必要がある。グリップとビットからなる工具に各種のセンサやＣＰＵ等を内蔵するケースを装着するのは困難であり、仮にケースを工具に装着したとしても、ケースが邪魔となって工具の操作性が著しく低下してしまう。加えて、多数のセンサを装着すると、工具の製造コストが高くなる。  特許文献３，４の技術では、流体機器の間の狭小スペースに差し込んだビットの先端部や締付位置を確実に撮像するのは困難であり、撮像中に操作者の手や工具のグリップが撮像領域に入ってしまい、作業箇所や締付位置が隠れてしまう。  特許文献５では、作業位置の特定は可能であるが、ねじを締め付けた実際のトルクデータは得られない。また、ねじ締めなどの締付作業において作業者は何度か締め直しをすることがあるため、適切な完了信号を発生させることは容易ではない。さらに、１つのねじを締め付けるトルクは比較的小さいこと、１つのねじを締め付ける時間は数秒以下と短いこと、１つのねじとその隣のねじとの間隔が小さいことから、画像からのみ作業完了を特定することは容易ではない。  さらに、カメラにより撮像した画像データは、照明等の外乱光に影響を受けるため、画像処理の精度に大きな影響を及ぼす。【０００６】  本発明の目的の一つは、トルクセンサ付き工具を用いた締付作業において、締結部品の全てについて位置や締付トルク等の情報を正確に管理可能な作業管理装置、作業管理方法および作業管理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明の作業管理システムは、製品に含まれる複数の締結部品の各々を締め付ける締付作業を管理する作業管理システムであって、  ビットに作用する締結部品を締め付ける締付トルクを検出可能なトルクセンサを備え、かつ、画像処理用の第１および第２のマーカを備える工具と、  前記製品を異なる視点から撮像する第１および第２のカメラと、を有し、  前記トルクセンサは、検出される締付トルクが設定閾値を越えると締付トルクの測定を開始し、測定データが所定条件を満たすと締付トルクの測定を終了し、測定時刻を含みかつ測定開始から測定終了までの間の測定データに基づくトルク関連データを出力し、  前記トルク関連データに含まれる測定時刻に対応し、かつ、一の締結部品の締付作業中に前記第１および第２のカメラで撮像された前記第１および第２のマーカの画像を含む前記工具の複数の画像データから、前記一の締結部品に係合する前記ビットの係合位置の座標を算出する画像処理部と、  前記第１および第２のマーカが設けられ、前記ビットに取り外し可能に装着されるマーカ装着具と、をさらに有する。【０００８】  好適には、前記製品に含まれる複数の締結部品は、締め付けられた状態で、前記ビットと係合する係合部が共通の方向を向くように配置されており、  前記画像処理部は、各画像中に存在する複数のマーカが前記第１および第２のマーカのいずれに対応するのかの区別を、前記共通の方向に沿った位置関係に基づいて行う。【０００９】  本発明に係る作業管理方法は、ビットに作用する締結部品を締め付ける締付トルクを検出可能なトルクセンサを備え、かつ、画像処理用の第１および第２のマーカを備える工具を用いて、製品に含まれる複数の締結部品の各々を締め付ける締付作業を管理する作業管理方法であって、  前記トルクセンサは、検出される締付トルクが設定閾値を越えると締付トルクの測定を開始し、測定データが所定条件を満たすと締付トルクの測定を終了し、測定時刻を含みかつ測定開始から測定終了までの間の測定データに基づくトルク関連データを出力し、  前記製品を異なる視点から第１および第２のカメラで撮像すること、  前記トルクセンサから出力されるトルク関連データを受信すること、  受信した前記トルク関連データに含まれる測定時刻に対応し、かつ、一の締結部品の締付作業中に前記第１および第２のカメラで撮像された前記第１および第２のマーカの画像を含む前記工具の複数の画像データから、前記一の締結部品に係合する前記ビットの係合位置の座標を算出すること、  前記第１および第２のマーカが設けられた前記ビットに着脱可能なマーカ装着具を前記ビットに装着すること、を含む。【００１０】  本発明に係る作業管理装置は、ビットに作用する締結部品を締め付ける締付トルクを検出可能なトルクセンサを備え、かつ、画像処理用の第１および第２のマーカを備える工具を用いて、製品に含まれる複数の締結部品の各々を締め付ける締付作業を管理する作業管理装置であって、  前記トルクセンサは、検出される締付トルクが設定閾値を越えると締付トルクの測定を開始し、測定データが所定条件を満たすと締付トルクの測定を終了し、測定時刻を含みかつ測定開始から測定終了までの間の測定データに基づくトル���関連データを出力し、  受信した前記トルク関連データに含まれる測定時刻に対応し、かつ、一の締結部品の締付作業中に第１および第２のカメラで撮像された前記第１および第２のマーカの画像を含む前記工具の複数の画像データに基づいて、または、前記第１のカメラの撮像した画像データから抽出された前記第１および第２のマーカの二次元座標データと、前記第２のカメラの撮像した画像データから抽出された前記第１および第２のマーカの二次元座標とに基づいて、前記ビットの係合位置の座標を算出する座標算出部を有し、  前記第１および第２のマーカは、前記ビットに取り外し可能に装着されるマーカ装着具に設けられている。
【発明の効果】
【００１１】  本発明によれば、流体制御装置のような製品における締結部品の全てについて位置や締付トルク等の情報を正確に管理可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る作業管理システムの外観斜視図。
【図２】流体制御装置の一例を示す外観斜視図。
【図３】図２の流体制御装置の側面図。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に係る工具の外観斜視図。
【図４Ｂ】グリップ部の外観斜視図。
【図４Ｃ】ビットの外観斜視図。
【図４Ｄ】工具のトルクセンサ部分の縦断面図。
【図５Ａ】トルクセンサの回路図。
【図５Ｂ】トルクセンサのアナログ回路部分の機能ブロック図。
【図６】複数回の締付作業を実施した際のトルクセンサの処理の一例を示すタイミングチャート。
【図７】1回の締め付け作業におけるトルクセンサにおける各種信号の一例を示すタイミングチャート。
【図８】処理装置における処理の一例を示すフローチャート。
【図９】画像処理によりビット先端位置を検出する方法の説明図。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る作業管理システムの外観斜視図。
【図１１】本発明のさらに他の実施形態に係る作業管理システムの概略構成図。
【図１２】図１１の赤外線カメラに備わる処理装置における処理の一例を示すフローチャート。
【図１３】図１１のＰＣにおける処理の一例を示すフローチャート。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態に係る工具の外観斜視図。
【図１５】本発明のさらに他の実施形態に係る工具の外観斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】  以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面においては、機能が実質的に同様の構成要素には、同じ符号を使用することにより重複した説明を省略する。  図１は、本発明の一実施形態に係る作業管理システムを示しており、このシステムは、工具としてのドライバ１と、処理装置(画像処理部)としてのパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと言う）３００と、撮像装置としての赤外線カメラ４００Ａ，４００Ｂとを有する。図１において、製品であるガスボックス５００の内部は省略しているが、図２および図３に示す流体制御装置２００が底面５００ｂに設置される。すなわち、流体制御装置２００がガスボックス５００内に収容された状態で組み立て作業が実施される。なお、図１における矢印Ａ１は水平面内における横方向、矢印Ａ２は水平面内における縦方向を示している。
【００１４】  図２，３に示す流体制御装置２００は、半導体製造装置等の反応器へ各種のガスを供給するために使用され、ベース板金ＢＳ上には、それぞれ長手方向に沿って配置された自動バルブやマスフローコントローラからなる各種流体機器２１０，２２０，２３０，２４０，２８０，２５０で構成される流体制御アセンブリが複数（図では３列）に並列されている。  ベース板金ＢＳ上に設けられた複数の継手ブロック２６０，２７０は各種流体機器間を接続する流路を備えている。流体機器のボディと継手ブロック２６０，２７０とは、締付部品としての六角穴付きボルトＢＴで連結される。  ドライバ１は、六角穴付きボルトＢＴの締付作業に使用される。各種流体機器が集積化されていると、六角穴付きボルトＢＴを締め付ける際に、流体機器とドライバ１のビットが干渉しないように、六角穴付きボルトＢＴに対してドライバ１を傾斜させながら締め付ける場合がある。このような作業を多数の六角穴付きボルトＢＴについて正確な締付トルクで迅速に実施するのは容易ではない。
【００１５】  図１に戻って、赤外線カメラ４００Ａは、視点が横方向Ａ１を向いており、後述するように、工具１に設けられたマーカが撮像できる位置に配置されている。赤外線カメラ４００Ｂは、視点が縦方向Ａ２を向いており、後述するように、工具１に設けられたマーカが撮像できる位置に配置されている。赤外線カメラ４００Ａ，４００Ｂは、所定のフレームレートで撮像可能であり、撮像された画像データは無線信号としてＰＣ３００に送信され、記憶される。赤外線カメラ４００Ａ，４００Ｂは、ガスボックス５００の外部に設置されているため、ドライバ１の六角穴付きボルトＢＴの締付作業中に、ドライバ１のビットの先端位置および六角穴付きボルトＢＴが赤外線カメラ４００Ａ，４００Ｂの視野に入らない場合もあり得る。  赤外線カメラ４００Ａ，４００Ｂには、赤外光線を照射する赤外光源４１０がそれぞれ設けられ、製品としてのガスボックス５００内の流体制御装置２００に向けて赤外光線ＩＲを照射する。  本実施形態では、周囲からの赤外光以外の外乱光の影響を抑制するために、流体制御装置２００の撮像に赤外線カメラ４００Ａ，４００Ｂを用いる。加えて、赤外光源４１０を流体制御装置２００に常時照射することで、さらに外乱光の影響を抑制している。  なお、本実施形態では、赤外光源４１０を赤外線カメラ４００Ａ，４００Ｂに設けているが、赤外光源４１０を赤外線カメラ４００Ａ，４００Ｂとは分離して設置することも可能である。
【００１６】  図４Ａ〜図４Ｄにドライバ１の構造を示す。  ドライバ１は、グリップ１０、ビット２０、トルクセンサ３０を有する。ドライバ１は六角穴付きのボルト（締結部品）の締結に用いられ、最大締付トルクが１０Ｎ・ｍ以下の範囲で用いられるが、これに限定されるわけではない。  締結部品としては、六角穴付きボルト、六角ボルト、十字穴付きネジなどが用いられるが、これらに限られない。  グリップ１０は、図４Ｂに示すように、樹脂等の材料からなる円柱状の部材であり、外周面に滑り止め用の複数条の溝が形成された本体部１１と、先端部に形成された円筒状のビット保持部１２、本体部１１とビット保持部１２との間に形成され、トルクセンサ３０を着脱自在に装着するセンサ装着部１３とを有する。ビット保持部１２には、断面が正六角形状のブラインドホールからなる保持穴１２ａが形成され、これにビット２０が挿入されて保持される。補助バー１９は、グリップ１０に直交するように設けられている。グリップ１０に補助バー１９を設けることで、より大きな締緩トルクを手動で生み出すことができる。  なお、流体制御装置２００の締結部品の締め付けトルクは、シール性等の観点から、所定の範囲とされる必要がある。このため、最大トルクが規定トルクに達したかをトルクセンサ３０で検出するが、締結部品にオーバートルクが印加されるのを防ぐため、規定トルクを超える過大なトルクがグリップ１０に印加されると、グリップ１０が空転するようになっている。また、ドライバ１は、グリップ１０の空転発生に伴って、ラチェット機構により、カチッという音が発生するようになっている。
【００１７】  ビット２０は、図４Ｃに示すように、上記のグリップ１０のビット保持部１２に挿入保持される断面が正六角形状の基端部２２と、基端部２２とは反対側の先端部２１と、基端部２２と先端部２１との間で延びる軸部２３とを有する。先端部２１および軸部２３の六角形状の断面は同一寸法に形成されている。先端部２１および軸部２３の断面積は、基端部２２よりも小さくなっている。先端部２１が六角穴付きボルトの六角穴に係合する。軸部２３の基端部２２寄りの一部は、トルクセンサ３０により検出される被検出部２４となっている。  ビット２０は、具体的には、炭素鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロムバナジウム鋼等の合金鋼で形成されている。  被検出部２４には、磁歪材料が形成されており、検出感度を高めるために、例えば、Ni(40%)-Fe(60%)のメッキが施されている。  ビット２０の寸法は、例えば、基端部２２の断面に内接する円の直径が１０ｍｍ以下で、軸部２３の断面に内接する円の直径が４ｍｍ程度であり、全長は２００ｍｍ程度であるが、これに限定されるわけではなく、作業性、操作性を考慮して適宜選択される。  ビット２０は、軸部２３と被検出部２４が一体に形成されていても良く、分割できるようになっていても良い。
【００１８】  トルクセンサ３０は、図４Ｄに示すように、ケース部３１、装着部３２、検出部３３、回路収容部３５を有する。  検出部３３は、その中心部に貫通孔３３aが形成され、この貫通孔３３ａ内をビット２０が貫通する。検出部３３の内部には、貫通孔３３aの一部を画定するように円筒状のコイル保持部３３ｂが形成され、外周面に励磁・検出用のコイル３６が設けられている。検出部３３を貫通するビット２０の被検出部２４はコイル３６によって外周が包囲される。  ケース部３１、装着部３２、検出部３３は樹脂材料により一体的に形成され、ケース部３１の内部には空洞３９が形成されている。空洞３９は、装着部３２を通じてグリップ１０のビット保持部１２を収容可能となっている。  円筒状に形成された装着部３２は、グリップ１０のセンサ装着部１３が内周に嵌合し、図示しないねじ部材により、センサ装着部１３に固定される。  回路収容部３５は、後述するように、マイクロコンピュータ、メモリ、バッテリー、外部入出力回路、通信回路、トルク検出用の各種回路等から構成されるハードウエアを収容し、メモリにストアーされた所要のソフトウエアにより動作する。
【００１９】  ドライバ１は、グリップ１０にビット２０を装着した状態で後からトルクセンサ３０を取付け可能となっている。このため、グリップ１０およびビット２０が従来から使用されていた汎用的な工具であるとすると、トルクセンサ３０を後付けすることで、工具の作業性、操作性を損なうことなくビット２０に作用するトルク検出が可能となる。  なお、本実施形態では、トルクセンサ３０を後付け可能な場合を例示するが、グリップ１０に予めトルクセンサ３０を取付け、その後に、グリップ１０にビット２０を装着する構成も採用可能である。
【００２０】  図５Ａは、トルクセンサ３０の回路図である。  図５Ａにおいて、５０は励磁コイル，５１は検出コイル、５２はトルクに比例した電圧を出力するアナログ回路、５３はＤＣ・ＤＣコンバータ、５４は比較器、５５は基準電圧設定回路である。６０はマイクロコンピュータ（以下、マイコン）、６１はアナログ−ディジタルコンバータ（以下、ＡＤＣ）、６２は温度センサ、６３はリアルタイムクロック、６４はシリアルバス、６５は通信モジュール、６６はリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、６７はデータ入力端子、６８はメモリカード、６９はリセットＩＣ、７０はＤＣ・ＤＣコンバータ、７１はキャリブレーションスイッチ、７２は電源スイッチ、７３はバッテリー、７４は充電制御回路、７５は充電コネクタである。
【００２１】  ここで、図５Ａの励磁コイル５０，検出コイル５１およびアナログ回路５２のアナログ回路部分の機能ブロック図を図５Ｂに示す。  トルクセンサ３０は、発振回路１１０、バッファーアンプ１２０、位相調整回路１３０、Ｖ−Ｉコンバータ１４０、インバータ１６０、同期検波回路１７０、および、反転増幅器１８０を有する。（励磁側）  発振回路１１０は、励磁コイル５０を励磁する基準周波数信号（例えば、１００ｋＨｚ）を生成する。  発振回路１１０から励磁側回路には正弦波として信号が出力されるが、発振回路１１０を安定動作させるため、バッファーアンプ１２０を経由して位相調整回路１３０に出力される。  位相調整回路１３０は、波形の位相を調整し、Ｖ−Ｉコンバータ１４０に出力する。  Ｖ−Ｉコンバータ１４０は、入力電圧を電流に変換し、励磁コイル５０に出力する。（検出側）  検出コイル５１は、逆磁歪効果により発生した誘起電圧を同期検波回路１７０に出力する。  発振回路１１０から検出側へは、参照信号として矩形波が出力される。この矩形波の周波数は、励磁側へ出力される正弦波と同じである。出力された矩形波は２つに分岐され、一方はそのまま同期検波回路１７０へ出力され、他方はインバータ１６０で位相を反転され同期検波回路１７０へ出力される。  同期検波回路１７０は、参照信号を参照して、検出コイル５１からの誘起電圧を同期検波し、反転増幅器１８０へ出力する。  反転増幅器１８０は、同期検波回路１７０からの出力を平均化し、オフセット調整、ゲイン調整を行い、アナログのトルク信号ＳＧとしてＡＤＣ６１に出力する。同期検波回路１７０及び反転増幅器１８０が、上述したアナログ回路５２を構成する。
【００２２】  上記したようにトルクセンサ３０では、ビット２０の被検出部に作用するトルク変化を、ビット２０を形成する磁歪材料の透磁率の変化として励磁コイル５０および検出コイル５１で検出する。  ビット２０で、締結部品を締付けているトルクを測定するには、ビットに作用するトルクを検出すれば良い。  ビットに作用するトルクを検出するには、逆磁歪効果を利用するが、印加トルクによる軸（被検出部)表面の透磁率変化を、軸（被検出部）を取りまくソレノイドコイルのインピーダンス変化に換算し、ブリッジ回路の非平衡電圧として検出する必要がある。  軸（被検出部）の表面に作用する応力（歪み）と、軸（被検出部）の直径との関係は以下の式で表わされる。
【００２３】σ＝１６Ｔ／（πＤ３）
【００２４】  ここで、σは軸（被検出部）表面の応力（歪み）、Ｔは軸（被検出部）に作用するトルク、Ｄは軸（被検出部）の直径である。  すなわち、軸（被検出部）の径の異なるビットに同じトルクが印加された場合、軸（被検出部）の径が小さなビットの方が、軸（被検出部）表面の応力（歪み）は著しく大きくなる。  軸（被検出部）表面の応力（歪み）は、軸（被検出部）表面の透磁率を変化させる。  透磁率の変化は、外部からの力に応じ、原子サイズで構成されている微小磁石の向きが変化することで起こるが、微小磁石の向きが揃い切ってしまうとそれ以上は変化しない（飽和状態）。  ビット（軸）に印加されたトルクを精密に検出するには、印加されるトルクの範囲で、透磁率の変化がリニアであることが望ましい。
【００２５】  マイコン６０は、シリアルバス６４を介して、ＡＤＣ６１、温度センサ６２、リアルタイムクロック６３、通信モジュール６５との間で各種のデジタルデータを授受する。  通信モジュール６５は、ＰＣとの間で、データを送受信する。  ＲＯＭ６６は、マイコン６０が読み出し可能に、補正値データやキャリブレーションデータを格納している。  データ入力端子６７は、プログラムやクロック信号をマイコン６０に入力するために設けられている。
【００２６】  比較器５４の一方の入力端子には、アナログのトルク信号が入力され、他方の入力端子には、基準電圧設定回路５５から基準電圧（閾値）が入力され、トルク信号が基準電圧を超えると、後述するように、測定トリガー信号をマイコン６０のＰ１端子に出力する。
【００２７】  次に、図６および図７を参照して、トルクセンサ３０の回路の作用について説明する。なお、図６は、複数のボルトＢＴを順に締め付けた際のトルクセンサ３０の動作を示すタイミングチャートであり、図７は、図６の最初のトルク測定におけるトルクセンサ３０の動作をより詳細に示すタイミングチャートである。  上記したＡＤＣ６１は、例えば、１２ビットで構成され、１ｍｖを1ビットとすると、０〜４．０９６Ｖの範囲で出力できる。本実施形態では、設定閾値Ｔｈは、例えば、基準電圧設定回路５５により２．０Ｖに初期設定されている。  図５Ａに示した電源スイッチ７２を図６の（１）に示すようにオン（導通状態）にすると、リセットＩＣ６９からマイコン６０にリセット信号が図６の（２）に示すように入力される。  工具１を用いて流体制御装置２００の六角穴付きボルトＢＴの一つを締め付けていきトルク信号（アナログ入力）の電圧が設定閾値Ｔｈを超えると（図７の（１））、比較器５４から測定トリガー信号が発生し、マイコン６０のＰ１端子に入力される。  マイコン６０では、Ｐ１端子に測定トリガー信号が入力されると、測定記録期間信号（図７の（４））がオンする。測定記録期間信号がオンされると、マイコン６０はトルク信号のＡＤＣ６１のデジタル出力（図７の（３））の記録（サンプリング）を開始する。  マイコン６０では、読み込んだデジタル出力を検出し、これを記憶する（図７の（５））。  アナログ入力が設定閾値Ｔｈを下まわると、測定トリガー信号がオフとなり（図７の（２））、トルク信号のＡＤＣ６１のデジタル出力の記録が停止される。アナログ入力が設定閾値Ｔｈを下まわり、かつ、あらかじめ設定した設定時間Ｔ１（例えば、０．５秒）を経過すると、測定記録期間信号がオフとなる（図７の（４））。これにより、一のボルトＢＴの締付トルクの測定が終了する。  図７の例では、デジタル出力のピーク値の値が、２９９３、３０５１、２９８９と３つ検出されている。そして、マイコン６０では、３つのピーク値の最大値（３０５１）を検出する（図７の（６））。本実施形態では、このピーク値の最大値をトルクセンサ３０の締付完了トルクとする。  次いで、後述するように、このトルクの最大値を含むトルク関連情報を形成し、この最大値を含むトルク関連情報をメモリカード６８に格納するとともに、通信モジュール６５を通じてＰＣ３００に送信する。
【００２８】  図６に戻って、各締付作業毎にトルク信号の最大値を検出し（図６の（３），（４））、各トルク信号の測定時の温度を検出し（図６の（５））、（図６の（７））に示すように、トルク関連データを形成する。具体的には、トルク関連データは、測定時刻（測定日時）、トルク信号の最大値（ピーク値）を実際のトルク値に換算した値、および、測定時の温度を含む。トルク関連データは、パワーオン時には、トルク値のデータはゼロとなっており、１回目は３．０５１Ｎ・ｍ、２回目は３．０１５Ｎ・ｍ、３回目は３．０１１Ｎ・ｍとなっている。
【００２９】  次に、ＰＣ３００における処理の一例について図８を参照して説明する。  ＰＣ３００では、トルクセンサ３０からトルク関連データを受信したかを常時監視しており（ステップＳ１）、受信した場合には、当該トルク関連データからトルクを測定した測定時刻（日時）を読み出す（ステップＳ２）。  ＰＣ３００は、赤外線カメラ４００Ａ，４００Ｂからの画像を記録するフレームバッファを備えており、締付作業の画像は作業の進行に伴ってＰＣ３００に記憶されていく。ＰＣ３００に記憶された画像データを遡り、ステップＳ２で読み出した時刻に対応する赤外線カメラ４００Ａ，４００Ｂがそれぞれ撮像した画像データを抽出する(ステップＳ３)。すなわち、これら２つの画像は、ボルトＢＴの締付完了時のドライバ１の画像である。これらの画像データを処理し（ステップＳ４）、図９に示すように、ドライバ１に設けたマーカIとマーカＭＫＢの画像の重心位置ＣＧＡ，ＣＧＢを検出する。重心位置ＣＧＡ，ＣＧＢを結ぶ直線上にビット２０の先端座標２０Ｐが存在する。これにより、ビット２０の先端座標が検出される（ステップＳ５）。なお、本実施形態では、マーカＭＫＡとマーカＭＫＢは、周囲の環境からの外乱を受けにくい緑色とした。  また、マーカＭＫＡとマーカＭＫＢの形成材料として、再帰反射材料（再帰反射インキ）が用いられる。これにより、再帰反射により光源方向からの視認性を高めることができる。  次いで、検出したビット２０の先端座標、温度データ、締付完了トルク値等のデータを関係づけて記憶装置に記録する(ステップＳ６)。これにより、流体制御装置２００におけるすべてのボルトＢＴの締付作業の有無、締付トルク等の作業情報を常に正確にトレースすることが可能となる。  なお、締付作業後に流体制御装置２００の既存の流体機器を新たな流体機器に交換するような場合等、同一箇所のボルトに対し、複数回の締付作業が行われる場合が想定される。ステップＳ６において算出したビット２０の先端座標と締付完了トルク値等のデータとを関係づけて記憶装置に記録する際に、検出したビット２０の先端座標２０Ｐと同一又は近似する座標における先行データが既に存在するかを判断し、存在する場合には、締付完了トルク値が相対的に高い方のデータを優先値として記録する。ただし、締付完了トルク値が相対的に低い方のデータも削除や上書きを行わず他のデータと共に記録する。すなわち、同一又は近似する座標について既存データが存在するかを判断し、存在する場合には、これらを記憶装置に記録する際に、区別して記録する。  また、作業人にステップＳ６で記録されたデータを削除する権限を認めても良い。これは、施工不良等が発生した際に対応するためである。加えて、作業人がデータ削除を行った際は、当該データ削除の履歴を記録することも可能である。  なお、ガスボックス５００に含まれる複数のボルトＢＴは、締め付けられた状態で、ビット２０の先端部と係合するボルトＢＴの六角穴が共通の方向を向くように配置される。このことを利用して、ＰＣ３００における画像処理では、マーカＭＫＡとマーカＭＫＢの区別が行われている。カメラ４００Ａ，４００Ｂで撮像された画像に映った複数のマーカが、マーカＭＫＡとマーカＭＫＢのいずれに対応するのかを区別するのに、各マーカの形状等で区別する処理を設けると処理負担が増えリアルタイム性が損なわれる。  そこで、本実施形態では、各画像中に存在する複数のマーカがマーカＭＫＡとマーカＭＫＢのいずれに対応するのかの区別を、ボルトＢＴの向く共通の方向に沿った位置関係に基づいて行う。具体的には、画像中の複数のマーカのうち、ボルトＢＴの共通の配置方向において、ボルトＢＴに相対的に近い側に映っているマーカをマーカＭＫＢと認識し、ボルトＢＴに相対的に遠い側に映っているマーカをマーカＭＫＡと認識する。これにより、ビット２０の方向を検出する必要がなく、また、マーカの形を変化させる等して複数のマーカの間の区別をする処理が不要となる。
【００３０】  本実施形態では、上記したように、ビットの先端座標を取得するための画像データを常時撮像しつつ、これとは独立にトルクセンサ３０から取得されるトルク関連データを取得する。そして、取得したトルク関連データとこれと時間的に適合する画像データから得られるビット２０の先端座標データとを関連付けることで、正確な作業情報を獲得できる。  例えば、工具による締め付け作業が完了したのちに完了信号を発生させ、この完了信号を契機として工具の撮像を開始し、撮像した画像データを処理して工具等の位置座標を算出したのでは、作業が完了した時点と工具等の位置座標を算出した時点との間にずれが生じ、算出した位置座標が、作業が完了した時点の工具等の位置座標とは限らない。  本発明では、算出されるビット２０の先端座標データと取得されるトルク関連データとの間に時間的な乖離がないため、より正確な作業データが得られる。
【００３１】第２実施形態  図１０に本発明の他の実施形態に係る作業管理システムを示す。  図１０に示すシステムは、ＰＣ３００と赤外線カメラ４００Ａ，４００Ｂとが通信ケーブルＣＡ，ＣＢで接続されている。このように、無線の代わりに有線でもドライバ１の画像を取得することができる。
【００３２】赤外線カメラ４００Ａ，４００Ｂの設置位置は、上記実施形態のように２台の場合、赤外線カメラ４００Ａの視点方向と赤外線カメラ４００Ｂの視点方向が、直交することが望ましい。撮像範囲は、作業者が作業開始してから、流体制御装置２００の全ての六角穴付きのボルト（締結部品）の締付けを完了するまでの間、ドライバ１に設けたマーカＭＫＡとマーカＭＫＢが撮像されていれば良い。作業者の全身やガスボックス５００が撮像される必要はない。
【００３３】  上記実施形態では、トルク信号のピーク値の最大値をドライバ１からＰＣ３００に送信したが、本発明はこれに限定されるわけではない。例えば、ピーク値の最大値以外に、最初のピーク値または最後のピーク値を締付完了トルクとすることもでき、ピーク値の平均値を採用することも可能である。  また、上記実施形態では、締付けトルクの測定データをドライバ１に記録しＰＣ３００に送信しているが、ドライバ１では記録せずに、測定データの送信のみ行い、ＰＣ３００において記録、ピーク値の検出を行うことも可能である。
【００３４】  上記実施形態では、撮像した画像データをフレームバッファに記憶し、このフレームバッファから必要な画像データを抽出し、画像処理により座標データを算出したが、本発明はこれに限定されるわけではない。撮像した全ての画像データを記憶装置に保存し、トルク関連データに対応する画像データを保存された画像データからサーチすることも可能である。  また、撮像した画像データ毎にマーカの座標を抽出してビット２０の先端座標データを算出し、これを時系列データとして記憶することも可能である。
【００３５】第３実施形態  図１１に本発明のさらに他の実施形態に係る作業管理システムを示す。  本実施形態に係る作業管理システムは、２台の赤外線カメラ４００Ｃ，４００Ｄと、ＰＣ３００Ａを備えており、他の構成は第1の実施形態の作業管理システムと同様である。  ２台の赤外線カメラ４００Ｃ，４００Ｄには、それぞれ画像処理用の処理装置４２０が設けられている。処理装置４２０は、画像処理用のプロセッサが採用されるが、汎用プロセッサを用いることも可能である。  図１２に処理装置４２０の処理の一例を示し、図１３にＰＣ３００Ａにおける処理の一例を示す。なお、図１２，図１３における処理ルーチンは所定時間毎に実行される。  処理装置４２０は、赤外線カメラ４００Ｃ又は４００Ｄが撮像した画像データを取得したかを判断し(ステップＳ１０)、取得した場合には、取得した画像データに含まれるマーカＭＫＡとマーカＭＫＢの二次元座標を抽出し（ステップＳ１１）、この画像データの撮像時刻データ等とともにＰＣそれぞれ抽出する処理をし、そのデータをＰＣ３００Ｂに送信する(ステップＳ１２)。この処理が、赤外線カメラ４００Ｃ，４００Ｄにおいて実行される。  ＰＣ３００Ａは、赤外線カメラ４００ＣからのマーカＭＫＡとマーカＭＫＢの二次元座標データを含むデータＤＴ１と、これに対応する時刻に撮像された赤外線カメラ４００ＤからのマーカＭＫＡとマーカＭＫＢの二次元座標データを含むデータＤＴ２を取得したかを判断し（ステップＳ２０）、取得した場合には、２つのデータＤＴ１，ＤＴ２からマーカＭＫＡとマーカＭＫＢの三次元座標データおよびビット２０の先端座標データを算出し(ステップＳ２１)、このデータを撮像時刻データ等とともに記憶する(ステップＳ２２)。ＰＣ３００Ａでは、画像データではなく、ビット２０の先端座標データが記憶されるため、ＰＣ３００Ａの記憶装置の容量の消費が比較的少ない。この結果、全ての画像データについてビット２０の先端座標データを算出し、これを記憶しておくことも可能となる。  なお、本実施形態では、ビット２０の先端座標データを算出し、記憶する処理について説明したが、第１実施形態と同様に、ＰＣ３００Ａで取得したトルク関連データとこれと時間的に適合するビット２０の先端座標データとを関連付ける処理も同時に実施可能であることはいうまでもない。
【００３６】 第４実施形態  図１４に工具の他の例を示す。  流体制御装置２００の組立作業では、複数の異なるサイズのビット２０が使用され、各種ビット２０に交換される。このためビット保持部１２に対してビット２０の姿勢が僅かに変化することがあり、ビット保持部１２に対してビット２０の姿勢が変化すると、マーカＭＫＡとマーカＭＫＢに対するビット２０の相対位置も変化してしまう。この相対位置変化は、ビット２０の先端座標データにも影響を及ぼす。  このため、図１４に示す工具としてのドライバ１Ｂは、ビット２０に取り外し可能に装着されるマーカ装着部材８０を備えている。マーカ装着部材８０は、円筒状部材からなり、中心部にビット２０が嵌合するようになっている。マーカ装着部材８０の外周面の２箇所にマーカＭＫＣ，ＭＫＤが設けられている。  マーカ装着部材８０をビット２０に装着することで、マーカＭＫＣ，ＭＫＤとビット２０との相対位置変化の発生を防ぐことができる。  本実施形態では、マーカ装着部材８０は筒状としたがこれに限定されるわけではなく、マーカ装着部材８０からマーカ形成位置が突出していてもよいし、種々変形可能である。
【００３７】  図１５に工具のさらに他の例を示す。  図１５に示す工具としてのドライバ１Ｃは、ビット２０の２か所にマーカＭＫＥ，ＭＫＦが形成されている。この構成によれば、マーカＭＫＥ，ＭＫＦとビット２０との相対位置変化の発生を防ぐことができる。
【００３８】  上述した各実施形態では、マーカを工具の２箇所に設けた場合を例示したが、これに限定されるわけではなく、３カ所以上にマーカを設けることも可能である。  上述した実施形態では、２台の赤外線カメラ４００Ａ，４００Ｂで流体制御装置２００を常時撮像する場合を例示したが、これに限定されるわけではなく、遅くともトルクセンサ３０の測定開始以前に撮像を開始すればよい。例えば、トルクセンサ３０から測定開始信号を発生させ、それに応じて赤外線カメラ４００Ａ，４００Ｂによる撮像を開始することも可能である。
【００３９】  上記した流体制御装置２００の組立作業は、工具として1本のドライバ１を使用した場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。流体制御装置２００の組立作業は、複数、例えば二人で協働して実施されることが通例である。この場合、各作業人はそれぞれドライバ１を使用して作業する。各ドライバ１は、カメラ４００Ａ，４００Ｂにより共通に撮像され、各トルクセンサ３０からそれぞれ出力される信号は、共通の処理装置３００に入力されて処理される。各トルクセンサ３０は、固有の識別情報をトルク情報等と共に出力することで、共通の処理装置３００で複数のドライバ１の座標情報およびトルク関連情報を処理できる。
【符号の説明】
【００４０】１        ：ドライバ（工具）１Ｂ      ：ドライバ（工具）１Ｃ      ：ドライバ（工具）１０      ：グリップ１１      ：本体部１２      ：ビット保持部１２ａ    ：保持穴１３      ：センサ装着部１９      ：補助バー２０      ：ビット２０Ｐ    ：先端座標２１      ：先端部２２      ：基端部２３      ：軸部２４      ：被検出部３０      ：トルクセンサ３１      ：ケース部３２      ：装着部３３      ：検出部３３ａ    ：貫通孔３３ｂ    ：コイル保持部３５      ：回路収容部３６      ：コイル３９      ：空洞５０      ：励磁コイル５１      ：検出コイル５２      ：アナログ回路５４      ：比較器５５      ：基準電圧設定回路６０      ：マイコン６２      ：温度センサ６３      ：リアルタイムクロック６４      ：シリアルバス６５      ：通信モジュール６６      ：ＲＯＭ６７      ：データ入力端子６８      ：メモリカード６９      ：リセットＩＣ７２      ：電源スイッチ８０      ：マーカ装着部材(マーカ装着具)１１０    ：発振回路１２０    ：バッファーアンプ１３０    ：位相調整回路１４０    ：Ｖ−Ｉコンバータ１６０    ：インバータ１７０    ：同期検波回路１８０    ：反転増幅器２００    ：流体制御装置２６０，２７０：継手ブロック２８０    ：種流体機器３００    ：処理装置４００Ａ−４００Ｄ  ：赤外線カメラ４１０    ：赤外光源４２０    ：処理装置５００    ：ガスボックス５００ｂ  ：底面Ａ１      ：横方向Ａ２      ：縦方向ＢＳ      ：ベース板金ＢＴ      ：六角穴付きボルトＣＡ，ＣＢ：通信ケーブルＣＧＡ，ＣＧＢ：重心位置ＩＲ      ：赤外光線ＭＫＡ-ＭＫＦ    ：マーカＴ１      ：設定時間Ｔｈ      ：設定閾値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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