JP2003048134A - 工具管理システム - Google Patents

工具管理システム

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JP2003048134A
JP2003048134A JP2001238921A JP2001238921A JP2003048134A JP 2003048134 A JP2003048134 A JP 2003048134A JP 2001238921 A JP2001238921 A JP 2001238921A JP 2001238921 A JP2001238921 A JP 2001238921A JP 2003048134 A JP2003048134 A JP 2003048134A
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Shinichi Abe
新一 安部
Masato Otsubo
正人 大坪
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 切削工具が適正に工具保持手段に取り付けら
れているかどうかを自動的に確認して被加工物に誤った
加工が施されることを防ぐとともに、加工中における切
削工具の寸法の変化があっても、高い精度での加工を可
能にする。 【解決手段】 加工作業中に交換用アームがツールセッ
トをヘッド16に装着する場合は、自動測長装置20を
用いて切削工具14に関する種々の寸法を測定する。こ
れらを登録されている切削工具に関する情報及びツール
セットに関する情報と比較し、そのツールセットが所定
の切削工具が取り付けられたものであることを確認す
る。誤って別の切削工具が取り付けられていることが判
明した場合は、その旨を作業者に知らせる。さらに、実
際に加工が継続して行われている途中の段階でも、必要
に応じて自動測長装置20を用いて切削工具に対する数
種類の測定を行い、この結果に基づいて、切削工具のパ
スを補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、着脱可能に取り付
けられた切削工具を自動、あるいは手動で交換する手段
が備えられた切削加工機に適用する工具管理システムに
関する。
【0002】
【従来の技術】近年のマシニングセンタは、先端に切削
工具を取り付けるツールホルダー(工具保持手段である
ツールホルダーの先端に切削工具を取り付けたものを
「ツールセット」と呼ぶ)を多数用意しておき、自動交
換手段(ATC)によってこのツールセットを自動的に
交換しながら、多数の工程からなる複雑な加工作業を自
動的に遂行することができる。切削工具には、寸法・形
状の異なる多くの種類があるが、通常は、一つのツール
ホルダーには一つの切削工具を対応させておく。
【0003】一例のマシニングセンタでは、ヘッドの側
方に多数のポットが設けられており、これらは所定の駆
動機構によってローラー式軌道上を回転しながら移動で
きるようになっている。一つのポットには一つのツール
セットが差し込まれるが、それぞれのツールセットは差
し込まれるポットが予め決められている。ツールセット
を交換するときは、まずATCの交換用アームがマシニ
ングセンタのヘッドに取り付けられているツールセット
を取り外して、ローラー式軌道の最下部近傍に搬送し、
ここに来た所定のポットに戻す。続いて、次に使用する
ツールセットが挿入されているポットがローラー式軌道
上の最下部に来るのを待って、そこに差し込まれている
ツールセットを把持して抜き出し、搬送してマシニング
センタのヘッドに取り付ける。
【0004】マシニングセンタは、外部から供給された
数値制御データに基づいて加工作業を行うが、その過程
において必要に応じて、ヘッドに取り付けられているツ
ールセットの交換を自動的に行う。マシニングセンタは
その内部のコンピュータ、或いは外部に接続されている
コンピュータに、各加工工程で必要なツールセットとポ
ットの番号との対応関係を示すデータを有しており、実
際の交換作業では、マシニングセンタは、ATCの交換
用アームに対して、加工に必要なツールセットに対応し
たポットの番号を指示する。したがって、多数のツール
セットをマシニングセンタに装着する際には、作業者
は、各ツールセットを所定の番号のポットに正しく差し
込んでおくことが前提となる。
【0005】ところで、加工に必要なツールセットを準
備する際に、これまではツールホルダーに装着する切削
工具の突き出し量が所定の値となるよう、作業者は何度
も測定と調整を繰り返す必要があった。このようにして
突き出し量を調整したツールセットでも、実際に加工に
使用する際に、公知の自動測長装置で自動的に突き出し
量を計測した結果、突き出し量の誤差が許容範囲を超え
ている場合には、マシニングセンタの稼働を停止して突
き出し量を調整し直さなければならず、このことが作業
効率を低下させる原因となっていた。
【0006】また、前述のようにマシニングセンタには
多数のツールセットを装着しなければならず、またツー
ルセットをポットに差し込む作業は、人が手作業で行う
ため、この作業の際に作業者がツールセットを本来のポ
ットとは違う別の場所に差し込むという誤りを犯す可能
性がある。このような誤りに気づかないまま加工作業を
開始すると、マシニングセンタの側ではそれを把握する
すべがないため、ヘッドに不適当な切削工具が取り付け
られたまま加工が続けられる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、作業者が予
め多数のツールセットを準備する段階では、加工の際に
必要となる各種切削工具を選定し、これをツールホルダ
ーに取り付けて必要なツールセットを用意する。しか
し、かかる作業は手作業で行われるため、本来取り付け
るべき切削工具とは異なる切削工具が取り付けられた
り、突き出し量などの取り付け寸法が不適正になるなど
の人的ミスが起こる可能性がある。このようなミスが見
逃されて加工作業が実行されると、切削すべきでない部
分を切削したり、あるいは切削すべき部分の切削量が不
十分になったり、あるいは全く切削されないといった事
態が生じる。
【0008】また、加工作業が実行されている間は、切
削工具が高速で回転しながら被加工物を切削するので、
熱や摩擦などで切削工具の寸法が微妙に変化することが
ある。しかし、高い加工精度が要求される製品において
は、このような切削工具の寸法の微妙な変化が製品の加
工精度に影響を与え、必要な寸法精度が得られない場合
がある。
【0009】本発明は、このような技術的課題を解決す
るためになされたものであり、その目的は、工具保持手
段を自動的に交換する手段を備えた切削加工機におい
て、切削工具が適正に工具保持手段に取り付けられてい
るかどうかを自動的に確認し、被加工物に誤った加工が
施されることを防ぐことである。
【0010】本発明の他の目的は、加工中における切削
工具の寸法の変化があっても、高い精度での加工を可能
にすることでる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上記の目的を達成する
ために、本発明は、切削工具が取り付けられた工具保持
手段を自動的に交換する交換手段が備えられ、必要に応
じて複数の工具保持手段を交換しながら自動的に被加工
物を加工する切削加工機に適用するための工具管理シス
テムであって、前記切削工具に関する情報が格納される
情報格納手段と、前記工具保持手段に設けられる、情報
の書き込み及び読み出しが可能な標識手段(例えばRF
IDタグ)と、前記情報格納手段に格納された前記切削
工具に関する情報又はこれと一対一に対応する情報を非
接触で前記標識手段に書き込む書き込み手段(例えばR
FIDリーダ・ライタ)と、前記標識手段に書き込まれ
た情報を非接触で読み出す読み出し手段(例えばRFI
Dリーダ)と、前記読み出し手段によって読み出された
情報から当該標識手段が設けられている切削工具を認識
する認識手段と、切削工具が取り付けられた前記工具保
持手段が切削加工機に取り付けられたときに、前記切削
工具に関する各種寸法を測定する測定手段と、前記測定
手段によって得られた測定結果を、前記認識手段の認識
結果に基づいて得られる前記情報格納に格納された情報
と比較することにより、当該工具保持手段に切削工具が
適正に取り付けられているかどうかを判定する判定手段
とを具備することを特徴とする。
【0012】さらに、本発明では、上記の工具管理シス
テムにおいて、被加工物に対して切削工具が通過するパ
スを補正する補正手段を設け、当該切削工具による加工
が行われている途中においても、前記測定手段によって
当該切削工具に関する各種寸法を測定し、その結果、寸
法に変動があったときは、前記補正手段によって当該切
削工具の通過するパスを変動量に従って補正する。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら、本発
明の実施の一形態について説明する。ただし、以下の説
明は、あくまでも本発明の例示であって、以下の記載に
よって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。
図1乃至図5は、本実施形態の工具管理システムの全体
的な動作を示している。
【0014】不図示のマシニングセンタ(MC)が、付
属のATCを用いて、ツールセットを必要に応じて自動
的に交換しながら複数の工程からなる複雑な加工作業を
遂行するためには、必要となるツールセットを予め手作
業で用意しておかなければならない。その準備段階とし
て、本実施形態では、まず必要となる切削工具に関する
情報及びツールセットに関する情報を、マシニングセン
タのコンピュータ(PC)に登録する。この登録作業
は、オペレータがキーボードなどからコンピュータに入
力するという方法で行う。必要なツールセットの数が例
えば120種類であれば、こうした登録項目の数も12
0項目となる。登録された情報は、コンピュータの記憶
手段の所定位置に格納される。
【0015】ここで切削工具に関する情報には、切削工
具の種類、径、形状、寸法、シャンク径などが含まれ
る。また、ツールセットに関する情報には、ツールホル
ダーの種類(固定方法がコレットチャックなのか、焼き
ばめなのか、圧入なのか等)や切削工具の突き出し量な
どが含まれる。
【0016】作業者が実際にツールセットを準備する作
業を行うときには、前述のコンピュータの記憶手段に格
納された切削工具に関する情報とツールセットに関する
情報を読み出して、端末のディスプレー上に表示させ
る。作業者は、表示されている内容に基づいて適切な切
削工具及びツールホルダーを選定し、表示されている指
示内容に従って所定の方法、所定の突き出し量で、切削
工具をツールホルダーに装着する(図1)。これにより
一つのツールセットの準備が完了する。
【0017】図6は、ツールホルダー12の先端に切削
工具14が取り付けられたツールセット10の側面図で
ある。この図で記号dで示した寸法は、切削工具の突き
出し量である。このようにしてツールホルダー12に装
着された切削工具14は、その寿命が来るまでは、ツー
ルホルダー12から取り外さない。これはツールホルダ
ーと切削工具との間の一対一の関係を確保するためであ
る。
【0018】切削工具をツールホルダーに取り付ける作
業を行う場合、従来は精密な突き出し量が要求された。
このため、作業者はブロックゲージ、ダイヤルゲージ、
ツールセッターなど使って切削工具の突き出し量を測定
しては調整し直すという作業を何度も繰り返す必要があ
った。これに対して、本実施形態では、後述のように自
動的に突き出し量を補正するので、作業者が切削工具を
取り付ける段階で、突き出し量を高い精度で調整する必
要はなく、例えば一般的な物差しを当てて測ることがで
きる数ミリ程度の精度で十分である。このため作業者の
負担は軽減され、作業に要する時間も短縮され、加工作
業の効率が向上する。
【0019】本実施形態では、図6に示したように、ツ
ールホルダー12の側面にRFID(Radio Frequency
IDentification)タグ30(特許請求の範囲の「標識手
段」に該当する)を取り付ける。RFIDタグ30の内
部には、電磁波信号の送受信を行うためのコイルと、信
号処理用の電子回路及びデータを記憶するための不揮発
性メモリが集積された集積回路チップが埋め込まれてい
る。
【0020】RFIDタグ30は、RFIDリーダ・ラ
イタ(不図示)から送られてくる電磁波と前記コイルと
の電磁誘導によって発生する起電力を電源として利用す
るので、自身の中に電源を持つ必要がない。RFIDタ
グ30に対しては、RFIDリーダ・ライタ(不図示)
を介して非接触で情報の書き込み及び読み出しを行うこ
とができる。本実施形態のRFIDリーダ・ライタは、
コントローラを介してマシニングセンタのコンピュータ
に接続され、オペレータがコンピュータ上で操作するこ
とによって、RFIDタグに情報を書き込んだり、或い
はRFIDタグから情報を読み出すことができる。
【0021】前述のように一つのツールセットの準備が
完了したら、図2に示すように、RFIDリーダ・ライ
タによってそのツールセットに取り付けられているRF
IDタグ30に、ツールセットを準備するときに端末の
ディスプレー上に表示された情報と一対一に対応するI
D情報を書き込む。このID情報は、ATCの交換用ア
ームの先端に設けられたRFIDリーダ(不図示)によ
って、非接触で読み取ることができる。このID情報を
読み出すことによって、マシニングセンタは各ツールセ
ットを一意的に識別することができ、また、そのツール
セットにどのような切削工具が取り付けられているのか
といった詳細な情報を取得することができる。このよう
な作業をコンピュータに登録されているツールセットの
数だけ行うことによって、必要な数のツールセットの準
備が完了する。
【0022】こうして準備された各ツールセットは、作
業者によってマシニングセンタの側方に設けられたポッ
トに差し込まれる。各ポットはここではローラー式軌道
に取り付けられており、所定の駆動装置(不図示)によ
ってほぼ水平な回転軸の回りに回転駆動される。このと
き、前述のように交換用アームに設けられたRFIDリ
ーダによって個々のツールセットを識別することができ
るので、従来のように各ツールセットをそれぞれに決め
られたポットに挿入する必要はなく、作業者はツールセ
ットを空いている任意のポットに差し込めばよい。
【0023】ATCを備えたマシニングセンタであって
も、従来のように各ツールセットを予め決められた正し
いポットに装着しなければならないとすると、ポット及
びツールセットの数が場合によっては100個前後に達
することや、この作業が人の手作業で行われることか
ら、正しいポットを確認しながらすべてのツールセット
を差し込むという作業はかなりの労力を要する。また、
ツールセットを誤って別のポットに差し込むという人的
ミスが生じる可能性もあった。これに対して、本実施形
態のように、作業者が空いている任意のポットにツール
セットを差し込むことができるようにすると、多数のツ
ールセットをポットに挿入する作業が効率化されるだけ
でなく、前述のような人的ミスの発生も回避できる。
【0024】マシニングセンタによる加工作業が開始さ
れると、交換用アームは、ローラー式軌道の下端部近傍
に移動し、その先端に設けられたRFIDリーダによっ
て、次々と運ばれてくるツールセットのRFIDタグか
ら情報を読み取る。そして、指示されたツールセットを
認識すると、そのツールセットを把持してポットから抜
き出し、マシニングセンタのヘッド16のところへ搬送
してここに装着する。ツールセットを交換する場合に
は、まず、ヘッド16からツールセットを取り外し、ロ
ーラー式軌道の下端部まで搬送し、空いている任意のポ
ットに挿入する。そして、上記と同様に、次々と下端部
へ運ばれてくるツールセットのRFIDタグから情報を
読み取り、指示されたツールセットを認識するとそのツ
ールセットを把持してポットから抜き出し、マシニング
センタのヘッド16まで搬送して装着する。
【0025】本実施形態では、マシニングセンタの加工
作業中に交換用アームがツールセットをヘッド16に装
着する場合には、必ず、ヘッド16の下部に設けられ
た、上に開いたコの字型の自動測長装置20(特許請求
の範囲の「計測手段」に該当する)を用いて、切削工具
14に関する種々の寸法を測定する。この自動測定装置
20は従来から公知のもので、レーザー光を用いて切削
工具の突き出し量等を精密に測定することができる。
【0026】マシニングセンタのコンピュータは、この
測定結果に基づいて、まず、ヘッド16に装着されたツ
ールセットが、指示された通りのものであるかどうかを
確認する(図3参照)。前述のようにツールセットを準
備する作業は、作業者がディスプレーに表示された指示
内容に従って行うが、作業者が誤って指示された切削工
具とは異なる切削工具を取り付けた可能性もある。そこ
で、ツールセットに取り付けられている切削工具の各種
寸法を測定する。
【0027】自動測長装置20は、後述のように非常に
高い精度での測長が可能のため、これを利用して演算に
より切削工具の直径、長さ、先端部の角度などを求める
ことができる。これらをコンピュータに登録されている
切削工具に関する情報及びツールセットに関する情報と
比較することによって、そのツールセットが所定の切削
工具が取り付けられたものであることを確認することが
できる。そして、誤って別の切削工具が取り付けられて
いることが判明した場合は、所定の音声を発したりディ
スプレーへ所定の画像を表示することよってその旨を作
業者に知らせ、必要に応じて作業を中断し、正しいツー
ルセットを用意し直すように促す。これにより、取り付
けミスが見逃されて切削すべきでない部分を切削した
り、あるいは切削すべき部分の切削量が不十分になった
り、あるいは全く切削されないといった事態を回避する
ことができる。
【0028】ツールセットに正しい切削工具が取り付け
られている場合には、図7に示した自動測長装置20を
用いて切削工具14の突き出し量を測定する。この測定
値は、コンピュータに登録された情報に含まれる所定の
突き出し量と比較され、その差が補正量として算出され
る。この補正量は、当該ツールセットのID情報と一対
一に対応するコンピュータ上の情報に追加登録される。
また、マシニングセンタは、この補正量に基づいて、N
Cデータを修正する。これにより、実際の加工の際にお
けるヘッドのパスが修正され、所望の加工を行うことが
できる。このような突き出し量の自動補正機能を設けた
ことによって、前述のようにツールセットを準備する段
階で精密な突き出し量を出すことが不要となり、作業者
の負担が軽減され、作業効率が向上する。
【0029】さらに、本実施形態では、ツールセットを
ヘッドに装着したときだけでなく、図4に示すように、
実際にマシニングセンタでの加工が継続して行われてい
る途中の段階でも、必要に応じて自動測長装置による切
削工具に対する数種類の測定を行う。自動測長装置20
は、主軸が回転している状態でも、切削工具の各種寸法
を測定することができる。このように加工継続中も測定
を行うのは、加工の途中における切削工具の変形に対応
するためである。加工の途中において切削工具が変形す
る原因には、工具の摩擦による摩耗や、熱膨張による主
軸の伸び(あるいは一時停止した場合の縮み)などがあ
る。そこで、本実施形態では、このような変形を随時検
出し、検出された変形量に基づいてリアルタイムで切削
工具のパスを補正する。
【0030】市販されている自動測長装置には、測定精
度が最高で1μmに達するものがある。また、マシニン
グセンタの自動補正機能も、これに対応する補正能力を
備えている。そこで、本実施形態では、独自に開発した
補正ソフトウェアをマシニングセンタのコンピュータに
搭載して、かかる補正を実現する。
【0031】加えて、このように自動測長装置20によ
って測定された値は、図5に示すように、加工終了後に
おいて、当該ツールセットのID情報と一対一に対応す
るコンピュータ上の情報にも追加登録される。これによ
り、同じツールセットが次に使用されることがある場合
には、そのRFIDタグからID情報を読み出して測定
情報を参照し、迅速かつ確実に補正を行うことができ
る。このようにすることによって、高精度の加工が実現
される。
【0032】本実施形態では、さらに、各切削工具の使
用時間の管理にも上記のRFIDタグを利用する。すな
わち、あるツールセットで実際に加工を行った場合に
は、そのツールセットに装着されている切削工具の使用
時間をコンピュータに登録し、記憶手段に格納する。こ
の使用時間は、そのツールセットが使用されるたびに積
算される。したがって、RFIDタグからID情報を読
み出して、これに対応する情報をコンピュータから読み
出すことによって、累積の使用時間を知ることができ
る。これにより、各切削工具の累積使用時間を監視し、
例えば切削工具の累積の使用時間がある決められた時間
(寿命)に達したときに、その切削工具を新しいものに
交換するよう促すなどして、各切削工具の寿命を精密に
管理することができる。
【0033】以上、本発明の実施の一形態について説明
してきたが、本発明は、上記の実施形態に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で種々
の変形が可能である。
【0034】例えば、上記実施形態のATCでは、交換
用アームがローラー式軌道の最下部まで運ばれたポット
に対して交換用ツールホルダーを取り出したり戻したり
する構成としたが、ツールホルダーを移動させる代わり
に、交換用アームを移動させて所望のツールホルダーを
探し出し、把持・搬送するようにしてもよい。
【0035】また、上記の実施形態では、ツールホルダ
ーが切削工具と一対一に対応していることから、ツール
ホルダーにRFIDタグを取り付けたが、切削工具と一
対一に対応する部分であれば、RFIDタグを取り付け
る部位はツールホルダーには限られない。
【0036】さらに、上記の実施形態では、切削工具及
びツールセットに関する具体的な情報はマシニングセン
タのコンピュータの記憶手段に格納し、RFIDタグに
は、この情報と一対一に対応するID情報だけを書き込
むようにした。しかし、RFIDタグの記憶容量がかな
り大きくなってきていることから、RFIDタグに具体
的な情報を直接書き込むようにしてもよい。
【0037】加えて、上記の実施形態では、交換用アー
ムには読み取り専用のRFIDリーダを取り付けたが、
RFIDリーダの代わりに、情報の書き込み及び読み出
しが可能なRFIDリーダ・ライタを交換用アームに取
り付け、RFIDリーダに情報を書き込むときに、交換
用アームに取り付けられたRFIDリーダ・ライタを用
いる構成とすることもできる。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
切削工具が取り付けられた工具保持手段が切削加工機に
装着されたときに当該切削工具の各種寸法を測定し、こ
れを情報格納に格納された情報と比較することによって
切削工具が適正に取り付けられているかどうかを自動的
に判定することにより、切削工具が不適正に取り付けら
れている場合に起こりうる、切削すべきでない部分を切
削したり、あるいは切削すべき部分の切削量が不十分に
なったり、あるいは全く切削されないといった事態を回
避することができる。
【0039】また、切削工具による加工が行われている
途中においても当該切削工具に関する各種寸法を測定
し、その結果、寸法に変動があったときには当該切削工
具の通過するパスを補正するよう構成したことによっ
て、加工中に切削工具の寸法の変化があった場合でも、
高い精度での加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係る工具管理システム
の全体的な動作を説明するためのずである。
【図2】本発明の実施の一形態に係る工具管理システム
の全体的な動作を説明するためのずである。
【図3】本発明の実施の一形態に係る工具管理システム
の全体的な動作を説明するためのずである。
【図4】本発明の実施の一形態に係る工具管理システム
の全体的な動作を説明するためのずである。
【図5】本発明の実施の一形態に係る工具管理システム
の全体的な動作を説明するためのずである。
【図6】ツールホルダー12の先端に切削工具14が取
り付けられたツールセット10の側面図である。
【図7】マシニングセンタのヘッドに装着されたツール
セットと、切削工具に関する各種寸法を計測する自動測
長装置を示した概略斜視図である。
【符号の説明】
10…ツールセット 12…ツールホルダー 14…切削工具 16…ヘッド 20…自動測長装置 30…RFIDタグ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 切削工具が取り付けられた工具保持手段
    を交換する交換手段が備えられ、必要に応じて複数の工
    具保持手段を交換しながら被加工物を加工する切削加工
    機に適用するための工具管理システムであって、 前記切削工具に関する情報が格納される情報格納手段
    と、 前記工具保持手段に設けられる、非接触での情報の書き
    込み及び読み出しが可能な標識手段と、 前記情報格納手段に格納された前記切削工具に関する情
    報又はこれと一対一に対応する情報を非接触で前記標識
    手段に書き込む書き込み手段と、 前記標識手段に書き込まれた情報を非接触で読み出す読
    み出し手段と、 前記読み出し手段によって読み出された情報から当該標
    識手段が設けられている切削工具を認識する認識手段
    と、 切削工具が取り付けられた前記工具保持手段が切削加工
    機に取り付けられたときに、前記切削工具に関する各種
    寸法を測定する測定手段と、 前記測定手段によって得られた測定結果を、前記認識手
    段の認識結果に基づいて得られる前記情報格納手段に格
    納された情報と対照することにより、当該工具保持手段
    に切削工具が適正に取り付けられているかどうかを判定
    する判定手段と、 を具備することを特徴とする工具管理システム。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の工具管理システムにおい
    て、さらに、被加工物に対して切削工具が通過するパス
    を補正する補正手段が設けられ、当該切削工具による加
    工が行われている途中においても、前記測定手段によっ
    て当該切削工具に関する各種寸法を測定し、その結果、
    寸法に変動があったときは、前記補正手段によって当該
    切削工具の通過するパスを変動量に従って補正すること
    を特徴とする工具管理システム。
  3. 【請求項3】 前記標識手段はRFIDタグであり、前
    記書き込み手段は前記RFIDタグに情報を書き込む手
    段であり、前記読み出し手段は前記RFIDタグから情
    報を読み出す手段である、請求項1又は2に記載の工具
    管理システム。
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