JP6816176B2 - 測定システム - Google Patents

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Description

本発明は、ワークの形状等を測定する測定システムに関する。
従来より、製造ライン上を流れる製品の形状等を測定して形状データ等を収集するようにした装置が知られている(例えば特許文献1参照)。特許文献1の装置では、CCDカメラにより製品を撮影して製品の基準位置からのばらつき量のデータを取得するとともに、予め製品に付された製品種別情報をバーコードリーダにより読み取り、取得したばらつき量のデータを製品種別情報に対応付けて管理する。
特開平4−346006号公報
しかしながら、上記特許文献1記載の装置のように、予め製品に製品識別情報を付してそれを読み取るような構成では、製品の大きさや形状等によって製品種別情報の表示位置が変化するおそれがあるため、製品識別情報の読み取りが困難な場合がある。
本発明の一態様である測定システムは、外部ネットワークに接続可能に構成された測定コントローラと、外部ネットワークから遮断して構成され、生産設備の動作を制御する設備コントローラと、測定コントローラからの指令により制御され、現在生産中のワークを測定する測定装置と、設備コントローラに設けられ、現在生産中のワークに応じて順次変化する、現在生産中のワークに対応するワーク情報を表示するモニタと、モニタに面して設けられ、モニタに表示されたワーク情報を読み取る読取装置と、を備える。測定コントローラは、読取装置により読み取られたワーク情報と測定装置により得られたワークの測定情報とを対応付けて記憶する記憶部を有する。
本発明によれば、ワークの大きさや形状等によらず、ワークの測定データとワーク情報とを良好に対応付けることができる。
本発明の実施形態に係る測定システムの全体構成を概略的に示す図。 図1の設備コントローラのモニタの表示画面の一例を示す図。 本発明の実施形態に係る測定システムの要部構成を示すブロック図。 図1の測定コントローラのモニタに表示される表示画面の一例を示す図。 図1の測定コントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係る測定システムの変形例を示す概念図。
以下、図1〜図6を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る測定システムは、製品の生産工程の作業を評価するためのシステムであり、ワークの形状等を測定する測定工程を有する。この測定システムは各種の製品の生産に対し適用できるが、以下では特に、自動車を生産する際の測定工程を例にして説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る測定システム100の全体構成を概略的に示す図である。自動車の生産工程は、鋼板から車体フレーム等のワークを成形するプレス工程、ワーク同士を接合する溶接工程、ワークに塗料を塗布する塗装工程、ワーク同士を組み付ける組立工程などの複数の工程を含む。
各生産工程は、さらに作業単位の複数の工程(作業工程)を含み、例えば、組立工程には、車体フレームにエンジンやタイヤ等を取り付ける作業工程が含まれる。図1は、これらのいずれかの工程(例えば、溶接工程)に対応する生産工程の一例を示す。
図1に示すように、生産工程では、ロボットRBが用いられて製品(ワーク)WKが自動で生産される。なお、図1の例では、4台のロボットRBによりワークWK(例えば、車体フレーム)の溶接加工が行われている。各ロボットRBは、アームと、アーム先端部のハンド等を有し、これらはサーボモータ等のアクチュエータにより駆動される。
なお、図1では、アクチュエータの一部として溶接装置1がアーム先端部に取り付けられている。ロボットRB駆動用のアクチュエータがPLC(Programmable Logic Controller)やサーボアンプなどを含んで構成される設備コントローラ10からの指令により駆動され、これによりロボットRBの動作が制御される。
自動車の生産工程では様々な車種および仕様(機種)のワークが生産される。したがって、各生産工程における作業の内容は、機種に応じて変化する。例えば、図1の例では、ワークWKの形状およびワークWKを溶接加工するときの溶接位置が機種に応じて変化する。このため、ロボットRBの動作を制御するための設備コントローラ10の各種設定値は、機種ごとに変更される。例えば、予め設定された生産計画に従って自動的に変更される。
設備コントローラ10には、キーボードやタッチパネル等の入力部15およびモニタ16が設けられる。各生産工程の担当者は、モニタ16に表示される各種情報を確認することで、ロボットRBが現在行っている作業の内容等を把握することができる。また、必要に応じて、入力部15を介して各種設定値の変更やロボットRBの緊急停止などを指令することができる。
測定システム100は、ワークWKの測定箇所に面して設けられてワークWKの形状等を測定する測定装置2を有する。測定装置2は、例えば、レーザ距離計やカメラ等により構成され、測定装置2により生産工程の作業がなされた後のワークWKの形状等が測定され、これにより溶接加工や組立加工などの加工精度が評価される。例えば、測定装置2によりワークWKの基準位置と加工後の実際の位置との差(距離)等が測定される。
測定装置2は、例えばレーザ照射部や受光部等により構成される測定部と、測定部の位置および測定方向を調整する調整部とを有し、これらはアクチュエータにより駆動される。測定装置2には測定コントローラ20が接続され、測定装置2の駆動用のアクチュエータが測定コントローラ20からの指令により駆動され、これにより測定装置2の動作が制御される。また、測定装置2により得られた測定データは、測定コントローラ20によりワークWKの識別情報などのワーク情報に対応付けて管理される。
図2は、設備コントローラ10のモニタ16の表示画面の一例を示す図である。図2に示すように、モニタ16には、現在生産中のワーク(例えば、車体フレーム)WKの識別情報161と、前回生産したワークWKの識別情報162と、現在生産中のワークWKの機種情報163と、作業内容を示す作業コード情報164と、作業予定の台数を示す計画台数情報165と、現在までに作業した台数を示す実績台数情報166と、生産中の機種の残りの台数を示す残り台数情報167と、生産計画情報168とが表示される。
図2に示すように、生産計画情報168には、生産予定日および生産ロット番号ごとに、機種、作業コード、計画台数等の生産計画情報が表形式で表示される。生産計画情報168には、生産計画情報のうち、現在生産中の生産ロットおよびその後に生産が予定される数ロット(図2の例では、3ロット)の生産計画情報が表示される。また、現在生産中の生産ロットについての生産計画情報が強調表示される。生産計画情報168の表示は、生産ロットが切り替わると、それに応じて順次変化する。
このように、測定データにはワークWKに固有のワーク情報を対応付ける必要がある。この場合、予め各ワークWKにワーク情報を示すバーコード等を付し、測定装置2による測定時にそれをバーコードリーダ等で読み取ってワーク情報を取得し、これにより測定データとワーク情報とを対応付けることが考えられる。
しかしながら、そのような構成では、ワークWKの大きさや形状等によってワーク情報の表示位置が変化し、ワーク情報の読み取りが困難になるおそれがある。そこで、本実施形態では、ワークWKの大きさや形状等によらず、ワークWKの測定データとワーク情報とを対応付けて管理できるよう、以下のように測定システム100を構成する。
図3は、本発明の実施形態に係る測定システム100の要部構成を示すブロック図であり、主に設備コントローラ10および測定コントローラ20の構成を示す。図3に示すように、設備コントローラ10には、入力部15と、モニタ16と、ロボットRBのアクチュエータ(溶接装置1)とがそれぞれ接続される。
設備コントローラ10は、ロボットRBの動作を制御するための専用機器であり、インターネット等の外部ネットワークから遮断して構成される。すなわち設備コントローラ10は、コンピュータウィルスの侵入等のネットワークの脅威に曝されることがない、セキュリティ性の高い装置として構成される。
設備コントローラ10は、CPU11、ROM,RAM等のメモリ12、およびI/Oインタフェース等その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。CPU11は、ロボットRBの動作を制御する制御信号を生成してアクチュエータに出力するアクチュエータ制御部13と、画像信号を生成してモニタ16に出力する表示制御部14として機能する。
測定コントローラ20には、入力部27と、モニタ28と、測定装置2と、カメラ3とが接続される。カメラ3は、モニタ16を見る生産工程の担当者を避けて表示画面全体を撮影できるように、設備コントローラ10のモニタ16に面して、例えばモニタ16を斜め上から撮影するように固定的に設けられ、モニタ16の表示画面を動画撮影する。なお、所定時間毎の静止画を撮影してもよい。
測定コントローラ20は、例えば市販のノートパソコン等の汎用コンピュータにより構成され、オペレーションシステムの更新を行う場合等、必要に応じて外部のネットワークに接続される。
測定コントローラ20は、CPU21、ROM,RAM等のメモリ22、およびI/Oインタフェース等その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。CPU21は、測定装置2により取得された測定データとカメラ3により取得された画像データとを取得する情報取得部23と、メモリ22の空き容量を推定する空き容量推定部24と、測定装置2の動作を制御する制御信号を生成して出力する測定制御部26として機能する。
情報取得部23は、カメラ3により撮影された設備コントローラ10のモニタ16の表示画面(図2)の画像データに対してOCR(Optical Character Recognition)等の文字認識処理を行うことにより文字情報を取得する。これにより、現在作業中のワークWKの識別情報161などのワーク情報を取得することができる。測定装置2により取得されたワークWKの測定データは、情報取得部23により取得されたワーク情報に対応付けて、メモリ22に記憶される。
文字認識処理を行う場合、対象となる画像データには文字を認識するために必要な解像度が要求される。この点、本実施形態では、設備コントローラ10に設けられた固定式のモニタ16の表示画面をカメラ3が撮影する(図1)。このため、カメラ3からモニタ16までの撮影距離が一定となり、高解像度のカメラ3を用いなくても、図2に示すような表示画面を容易に撮影することができる。
また、カメラ3は、各生産工程の担当者が必要な情報を確認するために見る設備コントローラ10のモニタ16の表示画面から文字情報を取得する。したがって、カメラ3により撮影する対象を別途設ける必要がないため、測定システム100全体を簡易な構成とすることができる。
これに対し、例えばワークWKに付されたバーコード等のワーク情報を読み取る構成とした場合には、ワークWKの形状等によってカメラ3からワーク情報の表示位置までの距離等が変化する。このため、高解像度のカメラ3が必要となり、測定システム100全体のコストが増大するとともに、文字情報を精度よく取得することが困難になる。
また、本実施形態では、ロボットRBなどの生産設備の動作を制御する設備コントローラ10は、専ら生産工場内で使用され、外部ネットワークから遮断される。一方、ワークWKの形状等を測定する各種の測定装置2の動作を制御する測定コントローラ20は、汎用コンピュータにより構成され、オペレーションシステムの更新等の必要に応じて外部のネットワークに接続される。したがって、設備コントローラ10と測定コントローラ20との電気的な接続が断たれる。
そして、設備コントローラ10のモニタ16の表示画面からカメラ3によりワーク情報が光学的に読み取られる。これにより、設備コントローラ10をコンピュータウィルスの侵入等のネットワークの脅威から確実に保護することができる。すなわち、カメラ3により通信以外の方法で文字情報を取得するため、設備コントローラ10と測定コントローラ20との通信を遮断し、設備コントローラ10を外部ネットワークから確実に遮断することができる。
図4は、測定コントローラ20のモニタ28に表示される表示画面の一例を示す図であり、これと同様の情報がメモリ22に記憶される。すなわち、測定装置2により取得された測定データ(測定値)は、ワーク情報(固定識別番号)に対応付けてメモリ22に記憶されるとともに、入力部27を介して入力されるユーザ(各生産工程の担当者等)の指令に応じてモニタ28に表示される。
図4に示すように、測定コントローラ20のモニタ28には、ワーク情報に対応するワークWKの固定識別番号ごとに測定データが表示される。さらに、例えば各測定データが記憶された後のメモリ22の空き容量の推定値、現在生産中の機種についての未測定のワークWKの残り台数等の各種情報が表示される。
このように、ロボットRBによる生産工程の後に測定装置2により測定されたワークWKの測定データを、各ワークWKに対応するワーク情報に対応付けて管理、蓄積することで、生産工程の改善等に測定データを活用することが可能である。特に、機種や各生産工程での作業内容などのワーク情報に関連付けて測定データを管理することで、新たな機種や生産設備の設計等に有効に活用することができる。
測定コントローラ20の空き容量推定部24は、情報取得部23により取得された現在生産加工中のワークWKの識別情報161などのワーク情報に基づいて、メモリ22の空き容量を推定する。例えば、測定装置2による測定内容に応じて予め設定された1つのワークWKあたりの測定データによるメモリ使用率に基づいて、新たなワークWKの測定が行われる度に現在のメモリ22の空き容量の推定値を算出する。
さらに空き容量推定部24は、推定した空き容量が予め設定された閾値(例えば、10%)以下になると、例えば測定コントローラ20のモニタ28に警告を表示してユーザに報知する。ユーザへの報知に代えて、例えばネットワークを介してサーバ等に自動的に測定データを転送してもよい。これにより、測定データの記録漏れを防止することができる。
ワーク残数算出部25は、情報取得部23により取得された現在生産中のワークWKの識別情報161および生産計画情報168などのワーク情報に基づいて、現在生産中の機種のワークWKの残数を算出する。なお、図2に示すように、設備コントローラ10のモニタ16に残り台数情報167が表示される場合は、カメラ3を介して取得した残り台数情報167をワークWKの残数として用いてもよい。
測定制御部26は、情報取得部23により取得された現在生産中の機種の作業内容を示す作業コード情報164および生産計画情報168などのワーク情報に基づいて、測定装置2の動作(位置等)を制御する。具体的には、機種ごとの作業内容に応じてワークWKの形状等を測定するときの測定位置などの測定条件を変更するように測定装置2のアクチュエータに制御信号を出力して測定装置2の動作を制御する。
また、測定制御部26は、ワーク残数算出部25により算出された現在生産中の機種のワークWKの残数が予め設定された台数(例えば、0台)に達すると、次に生産する機種の作業内容に応じて測定条件を変更するように測定装置2の動作を制御する。すなわち、現在生産中の機種のワークWKの測定が終了した後、次に生産する機種のワークWKの測定が開始する前に、測定装置2の測定位置などの測定条件を変更するように測定装置2の動作を制御する。
なお、測定装置2を入れ替える等、生産される機種の変更に準備時間を要する場合には、例えば完了する数台前から準備を開始するようにしてもよい。すなわち、測定装置2の動作を早目に制御してもよい。
図5は、予めメモリに記憶されたプログラムに従い測定コントローラ20で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、測定コントローラ20が測定装置2から新たな測定データを受信する度に実行される。すなわち、ワークWKごとに、生産工程および測定工程が完了して測定装置2から測定データが出力される度に実行される。
まず、ステップS1で、情報取得部23での処理により、測定装置2からの測定データとカメラ3からのワーク情報とを取得する。次いで、ステップS2で、空き容量推定部24での処理により、ステップS1で取得された現在作業中のワークWKの識別情報161などのワーク情報に基づいて、測定コントローラ20のメモリ22の空き容量の推定値を算出する。
次いで、ステップS3で、ステップS2で算出された空き容量の推定値が閾値以下であるか否かを判定する。ステップS3で肯定されるとステップS4に進んで空き容量の低下を警告する報知を行い、ステップS5に進む。ステップS3で否定されると、ステップS5に進む。
ステップS5では、ワーク残数算出部25での処理により、ステップS1で取得された現在生産中のワークWKの識別情報161および生産計画情報168などのワーク情報に基づいて、現在生産中の機種について生産が予定されたワークWKの残数を算出する。
次いで、ステップS6で、ステップS5で算出された現在生産中の機種のワークWKの残数が所定数に達したか否かを判定する。ステップS6で肯定されるとステップS7に進んで、測定制御部26での処理により、次に生産する機種の作業内容に応じて測定条件を変更するように測定装置2の動作を制御する。ステップS6で否定されると、そのまま処理を終了する。
以上の測定システム100の動作をまとめると以下のようになる。測定コントローラ20は、測定装置2によりワークWKを測定しているときに、モニタ16の表示画面から当該ワークWKに対応するワーク情報をカメラ3により光学的に読み取る。すなわち、測定データをワーク情報に対応付けて取得する(S1)。このため、ワークWKの大きさや形状等によらず、ワークWKの測定データとワーク情報とを正確に対応付けて管理することができる。
また、設備コントローラ10のモニタ16の表示画面からカメラ3によりワーク情報を光学的に読み取るため、設備コントローラ10を外部ネットワークから確実に遮断することができる。したがって、仮に測定コントローラ20にコンピュータウィルスが侵入していたとしても、設備コントローラ10に影響が及ぶことがない。
測定コントローラ20のメモリ22の空き容量が低下すると、その旨が生産工程の作業者等に対して報知される(ステップS2〜S4)。これにより、容量不足による測定装置2からの測定データの記録漏れを防止することができる。また、現在生産中の機種のワークWKの残数が所定数に達すると、次に生産する機種の生産工程の内容に応じて測定条件を変更するなどの準備が開始される(ステップS5〜S7)。これにより、工程作業を中断することなく測定装置2による測定を継続することができ、生産効率を向上することができる。
図6は、本発明の実施形態に係る測定システム100の変形例を示す概念図である。自動車の生産工場では、プレス工程、溶接工程、塗装工程、組立工程などの複数の生産工程および各生産工程に含まれる複数の作業工程が、ALC(アセンブリ・ライン・コントロール)システムにより統合管理される。図6は、そのようなALCシステムを含んで測定システム100を構成した例である。
図6に示すように、各生産工程の設備コントローラ10は、ALCシステムに接続される。これらの設備コントローラ10は、ALCシステムによって管理される生産計画に従って、生産設備(ロボットRBのアクチュエータ等)を制御するとともに、各生産工程の担当者に必要な各種情報をモニタ16(図1)に表示する。また、ワークWKの形状等を測定する測定装置2とモニタ16を撮影するカメラ3とが各生産工程に対応付けて設置され、これらの測定装置2とカメラ3とは単一の測定コントローラ20に接続される。
このように複数の生産工程にそれぞれ対応付けて設置された測定装置2とカメラ3とからの信号を、これらに接続された測定コントローラ20が読み込むことで、各生産工程における測定装置2により取得された測定データと、カメラ3により読み込まれたワーク情報とを、統合的に管理することができる。この場合、ワークWKには車両識別番号(VIN。Vehicle Identification Number)などの各製品に対応する固有の識別情報が付されており、測定データは、この固有の識別情報に対応付けて管理、蓄積される。
本発明の実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)測定システム100は、ワークWKを測定する測定装置2と、ワークWKに対応するワーク情報を表示する設備コントローラ10のモニタ16と、モニタ16に表示されたワーク情報を読み取るカメラ3と、カメラ3により読み取られたワーク情報と測定装置2により得られたワークWKの測定データとを対応付けて記憶するメモリ22を有する測定コントローラ20と、を備える(図1、図)。
これによりメモリ22は、ワークWKの形状等によらず、ワークWKの測定データとワーク情報とを良好に対応付けて記憶することができる。また、カメラ3により通信以外の方法でワーク情報を取得するため、設備コントローラ10と測定コントローラ20との通信を遮断し、設備コントローラ10を外部ネットワークから確実に遮断することができる。これにより、設備コントローラ10を管理する生産工場内の管理システム全体をネットワークの脅威から確実に保護することができる。
(2)ワークWKは、生産計画に従って生産される加工品である。ワーク情報は、ワークWKの識別情報161と生産計画情報168とを含む。ワークWKの識別情報161と生産計画情報168とを含むワーク情報を取得することで、各生産工程で生産する機種が切り替わり、ワークWKの形状等が切り替わるタイミングを把握することができる。これにより、適時に測定装置2の測定条件の変更などの準備を行うことができる。
(3)メモリ22は、所定の記憶容量を有する。測定コントローラ20は、カメラ3により読み取られた生産計画情報168に基づいて、メモリ22の空き容量を推定するとともに、推定した空き容量が所定値以下になると報知を行う。これにより、メモリ22の容量不足による測定データの記録漏れを防ぐことができる。
(4)測定コントローラ20は、さらにカメラ3により読み取られた生産計画情報168に基づいて、測定装置2の動作を制御する。これにより、各生産工程で生産する機種が切り替わり、ワークWKの形状等が切り替わるときに、適時に測定装置2の測定位置などの測定条件を変更することができる。このため、測定装置2による測定を継続しながら異なる機種のワークWKの生産を円滑に行うことができる。
上記実施形態は、種々の形態に変形することができる。以下、変形例について説明する。上記実施形態では、測定システム100により自動車を生産する例を説明したが、本発明は他の製品を生産する場合にも同様に適用することが可能であり、したがって測定システムは上述したものに限らない。
上記実施形態では、ワーク情報として図2に示すような各種情報をモニタ16に表示するようにしたが、ワークに対応するワーク情報はこのようなものに限らない。例えば、各ワークの加工作業を行ったときの設備コントローラの各種制御値、生産工場内の温度や湿度等の環境条件、各生産工程の担当者の氏名などをワーク情報に含めてもよい。
上記実施形態では、設備コントローラ10およびそのモニタ16を撮影するカメラ3を各生産工程に配置するようにしたが、ワークに対応するワーク情報を表示する表示装置および表示装置に表示されたワーク情報を読み取るカメラはこのようなものに限らない。例えばモニタは、複数の生産設備の動作を一括制御する設備コントローラに設けられたモニタでもよく、複数の設備コントローラに対して設けられた1台のマルディスプレイモニタであってもよい。モニタをマルチディスプレイとして構成するときカメラは1台とすることができる。
上記実施形態では、レーザ距離計等の測定装置2により溶接工程のワークWKの形状等を測定するようにしたが、ワークを測定する測定装置はこのようなものに限らない。例えば、塗装工程のワークの塗装面における傷等の欠陥の有無を検査するCCDカメラ等であってもよい。
上記実施形態では、汎用コンピュータにより構成される測定コントローラ20のメモリ22にワーク情報およびワークWKの測定データを記憶するようにしたが、ワーク情報とワークの測定情報とを対応付けて記憶する記憶部はこのようなものに限らない。記憶部は、制御装置とは別に設けてもよく、例えば、制御装置に接続された外部メモリやサーバ上の記憶領域等を記憶部としてもよい。この場合、記憶部から各種情報を読み出すものを制御装置と称する。
上記実施形態では、カメラ3によりモニタ16の表示画面を撮影するとしたが、読取装置は表示装置により表示されたワーク情報を読み取るものであればどのようなものでもよく、例えばスキャナ等であってもよい。
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の1つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。
1 溶接装置(アクチュエータ)、2 測定装置、3 カメラ、10 設備コントローラ、11 CPU、12 メモリ、13 アクチュエータ制御部、14 表示制御部、15 入力部、16 モニタ、20 測定コントローラ、21 CPU、22 メモリ、23 情報取得部、24 空き容量推定部、25 ワーク残数算出部、26 測定制御部、27 入力部、28 モニタ、100 測定システム、RB ロボット(生産設備)、WK ワーク

Claims (4)

  1. 外部ネットワークに接続可能に構成された測定コントローラと、
    前記外部ネットワークから遮断して構成され、生産設備の動作を制御する設備コントローラと、
    前記測定コントローラからの指令により制御され、現在生産中のワークを測定する測定装置と、
    前記設備コントローラに設けられ、前記現在生産中のワークに応じて順次変化する、前記現在生産中のワークに対応するワーク情報を表示するモニタと、
    前記モニタに面して設けられ、前記モニタに表示された前記ワーク情報を読み取る読取装置と、を備え、
    前記測定コントローラは、前記読取装置により読み取られた前記ワーク情報と前記測定装置により得られた前記ワークの測定情報とを対応付けて記憶する記憶部を有することを特徴とする測定システム。
  2. 請求項1に記載の測定システムにおいて、
    前記ワークは、生産計画に従って生産される加工品であり、
    前記ワーク情報は、前記ワークの識別情報と生産計画情報とを含むことを特徴とする測定システム。
  3. 請求項2に記載の測定システムにおいて、
    前記記憶部は、所定の記憶容量を有し、
    前記測定コントローラは、前記読取装置により読み取られた前記生産計画情報と、予め定められた、前記ワークごとの前記測定情報を前記記憶部に記憶するために必要となる前記記憶部の使用率と、に基づいて、前記記憶部の空き容量を推定するとともに、推定した空き容量が所定値以下になると報知を行うことを特徴とする測定システム。
  4. 請求項2または3に記載の測定システムにおいて、
    前記測定コントローラは、さらに前記読取装置により読み取られた前記生産計画情報に基づいて、前記測定装置の動作を制御することを特徴とする測定システム。
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