JPS5882649A - 工作機械の操作方法 - Google Patents

工作機械の操作方法

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JPS5882649A
JPS5882649A JP15976282A JP15976282A JPS5882649A JP S5882649 A JPS5882649 A JP S5882649A JP 15976282 A JP15976282 A JP 15976282A JP 15976282 A JP15976282 A JP 15976282A JP S5882649 A JPS5882649 A JP S5882649A
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
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    • G05B19/4015Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes going to a reference at the beginning of machine cycle, e.g. for calibration
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
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  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工作機械の操作方法に関し、特に、回転軸線を
有する工具スピンドルと、そのスピンドルを所愈の回転
角だけ回転させる手段と、上述の軸線を横切って動き、
もってスピンドルとの位置を相対的に変化させるテーブ
ルと、スピンドルに取付けた表面検知プローブと―テー
ブル上に限界された表面の検知位置にプ四−ブが到達し
た瞬間にブーープ信号を送出する手段と、そのプローブ
信号の発生に応答してテーブル上に固定された第送出す
る手段と、その出力信号を導入するよう接続されたコン
ピュータとを有する工作機械の動作方法に関する。
上述したプ四−プは、通常、工具マガジン内に収納され
ている。その収納方法は、機械で使用する回転切削工具
と同様である。そして、測定動作が必要とされるとき、
自動工具変換機構により、スピンドル上にプローブが取
り付けられる。この測定動作は機械加工を行う前に必要
とされ、機械加工を行うべき表面の位置を決定する。あ
るいは、この測定動作は機械加工を行った後に必要とさ
れ、機械加工を行った表面の寸法を検査する。
プローブは、スピンドル軸かられずかに離れた位置にあ
る表面を検知する。このわずかな距離はプ四−プオフセ
ットと呼ばれ、測定動作時に考慮しなければならない値
である。ところが、オフセラ)はスピンドル軸の全方向
において、一定ではない。その理由の一部はプローブ自
身の特性によるものであり、また、プローブとスピンド
ルとの間の不可避な心のずれによるものである。
従って、異った方向の表面における測定を引き続いて行
うときには、異ったオフセットを適当に考慮すべきであ
る。異った方向の表面における測定を目的とした回転を
、スピンドル自身がなし得ないならば、スピン「ル上に
ブ璽−プを取り付ける場合に、スピン「ル軸屑辺の特定
方向におけるオフセットを決定する検知動作に際してそ
のプローブを校正する必要がある。
本発明の目的は、上述の点に鑑みて、既述の工作機械に
用いられるプ胃−プの種々なオフセットを自動的に決定
することのできる方法を提供することにある。
かかる目的を達成するために、本発明では、テーブル上
もしくは加工物に隣接した位置に試験表面を設け、機械
を所定の方法により作動してその試験表面を測定し、そ
の場合にスピンドルを測定に必要な角度だけ回転させる
動作を含み、最後に、その測定結果を用いて演算を行い
、もって、プローブオフセットを決定する。
単一のオフセットのみを決定する方法は既に知られてい
るところである。そこで、異った方向の表面において測
定動作を行う場合には、スピンドルを回転させ・もって
測定すべき表面に対してオフセットが常に垂直となるよ
うにする。これにより、特にボアを測定する場合、不正
確さが生じるという不利益が生じる。
以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
111図および第1図を参照するに、この゛工作機械は
マシーニングセンタであって、固定構造体すなわちベー
ス10と支持体すなわちテーブル/lとから成る。この
テーブルl/は取付具ljによって、テーブル//上の
あらかじめ定めた基準位置において加工物lダを支持す
るようにしておく。この機械はベース10上に支持した
スピンドル16である工具支持体を有する。このスピン
ドルl≦をステッピンダ毫−タMXにより固定軸l≦A
のまわりに連続回転させると共にその軸のまわりで任意
角位置間の割出しをするようにする。そのステツビンダ
モータM!は位置センサ〃!を有し、そのセンサ出力端
子をデジタルカラン#lIに接続する。テーブル//を
摺動装置/1を介してペース10上に支持することによ
り1直交座標系であるx、Yおよび2方向に直轄移動さ
せる。その各方向への移動はモータ絋。
冒およびMZにより行い、かつ位置センサ、vx 、J
17YおよびJZによりペース/θに対して連続して測
定することができるようにする。これら位置センサの出
力をデジタルカウンタ21X、2/YおよびJ/Zに出
力する。各カウンタ1の出力をそれぞれの比較器n(第
98参照)に対して供給する。この比較器nにはレジス
タ」から要求データが供給される。閉ループにより各モ
ータMを要求位置まで駆動させ、関連するカウンタlと
レジスタnの内容との間の差異をかかる閉ループの誤差
信号とする。
加工1tIJノ#は基準ポア2−を有し、その軸3人に
よりX方向およびY方向の加工物基準点を定める。
テーブル基準上の加工物l#の基準位置を、軸xAとテ
ーブル基準#TX、TYおよびTZとの間ノmM10z
10Jおよび10Jにより定める。しかしながら、軸1
4ムに同心状にしてスピンドルl≦に取付けた回転切削
工具(不図示)により機械加工動作を行うことができ、
しかも同様にスピンドル16に取付けたブーープB(第
1図および第3図参照)により測定動作を実行すること
ができるので、このような動作のためのテーブルの移動
を軸/4 Aに対して関連させる必要があり、従って軸
76Aは固定された基準点、すなわち機械基準点となる
。従って、テーブル基準面Tは取付具11に対する初期
据え付は動作に対してのみ、例えば製造運転開始時のみ
に用いる。しかし、カウンタlはその後の全動作にわた
って基準面T上において通常は零を保つものとする。細
評ムを軸14ムに関連づけるためには、加工物が基準位
置にいる旨をカウンタlが示しているときに、軸/6 
Aと3Aとが一致するように適切に配筺することが必要
である。このことは必ずしも実際に起こるものではなく
、おそらく取付具/jを最初に取付けた時とその後の製
造運転中との間に例えばテーブルが熱収縮したり膨張し
たりすることに起因することもあり得る。それ故に、軸
iムは公称基準位置を有するものとすることができ、そ
の位置で軸16ムと一致し、その実際の基準位置におい
て軸Sムを軸14ムからオフセラ)(片寄り)させる′
。これら2つの基準位置間の差を1ワークオフセツ)”
と称する。
プ賞−プBはスピンドル14に固着されたボディス(箇
1図参照)と、ボディ1に取付けられ、球状端部Xを有
する針1とを有する。プルーブBにより工作面、すなわ
ち加工物の表面の検知を行い、球面lと工作面との間の
保合に応動して、プロープコから電気回路2(第3図お
よび第9図参jl)にステップ信号IIIを出力する。
その信号IJtをカウンタ1が作動するように接続し、
それによりそのカウンタの瞬時内容をそれぞれのレジス
タJff。
j?Yおよびgzに移送する。このようにして、工作面
の位置は、レジスタnへの移送の瞬時あるいは実際上で
は、信号/IIの瞬時に決定される。
工作面の位置が軸/4ムに関連しているものとすると、
信号/Jtはその工作面が軸14ムと交差する時に生起
するはずである。このことは実際には必ずしも起きるも
のではなく、その理由の1つけ球体Xの加工物接触面が
その球体の半径だけ軸11ムから片寄っているからであ
り、また他の理由のひとつは球体1の中心が軸/≦ムに
正確に一致していないおそれがあるからであり、更に他
の理由は信号Xが実際に生起する以前に針がわずかに曲
っているからである。これらの理由により、工作面が、
プ冒−プに対して、軸14ムと信号/Jrの瞬時におけ
る工作面の位置との間の距離により定められる関係をも
つときに、信号/31が生起する。この距離はプルーブ
の1応答特性”、あるいは単に1プローブオフセツト”
と称する。
いかなる工作面を測定するためにも、ワークオフセッシ
とプローブオフセットの双方を考慮すべきであるという
ことは明白であろう。これらのオフセットの検査を時々
行うことが必要であり、特に新しい加工物を取付具に取
付けた時にはいつでもかかる検査が必要である。
この機械はコンピュータ100を有しており、このコン
ピュータ100は所定シーナンスでのモータ麗の移動を
行うように設計さしたブリゲラムコOOを有し、それに
よりワータオフセットとプ窒−ブオフセットを設定する
ようにする。以下にプ窒ゲラムコOOに関連したパラメ
ータのリストを示す。
位置信−を會たは定数: 10/−軸薯ムの公称X基準位置    (第1,2図
)10コー軸Iムの公称Y基準位置     (第1.
コ図)ioz−球状端部X(D公称2基準位置   (
III/、J図)102−−スピンドルl乙の写角位置
     (第参図)io≦−スピンドル/4の100
角位置   (第参、4.7図)107−スピンドルl
ぶの1100角位置   (第参図)iot−スピンド
ルl乙の2100角位置  (第1図)109−基準ボ
アの直径         (第j図)これらの定数は
コンピュータの記憶装置に記憶され任意の加工物に適用
される。位置ioi、toコおよび10Jについては即
に記述している。位置IOj〜lOlは第4図から第7
図に示されている。これらの位置信号は前述の閉ループ
を通じてモータMを駆動するのに使用される。
躯動信号富 ///−モータ■を+X方向に駆動する信号 (第9図
)llJ−モータ戦を−X方向に駆動する信−t   
C89図)llJ−モータ酊を+Y方向に駆動する信号
 (第を図)//ダーモータ纒を−Y方向に駆動する信
号 (第デ図)llJ−モータ取を歩進させる信号 //9−モータ酊を歩進させる信号 駆動信号はプルゲラムコOOにより出力されて開ループ
方式によりモータMを駆動し、これらモータはプローブ
信号lJlの生起時に停止する。モータ庭を+X方向に
駆動するということは、テーブル//が−X方向に移動
して、軸/j Aが+X方向に相対的移動する等を意味
する。
外部信号: /J/−センサI工からの位置帰還    (第を図)
lλコー七ンサ、VXからの位置帰還    (第デ図
)/λJ−セシサJYからの位置帰M    (第9図
)/コ参−センサJZからの位置帰還    (第9図
′)/12・レジスタnXからの位置帰還  (第9図
)/11−レジスタJIYからの位置帰還   C89
図)lJt自プリプリープ 信号信号はプログラム−〇〇の要求に従ってコンピュー
タにより読み込まれる。
変数; ムX/=対応するカウンター/により指示される軸11
ムのX方向の位置であり、プ四−プコがボアーダの表面
部位−DXと接触し、かつ、スピンドルl≦が角位置1
0t sすなわちλりθ0の位置にあるときの値(第j
vA)。
ムXJ=軸11ムのX方向の位置であり、プローブコが
ボア評の表面部位子DXと接触 し、かつ、スピンドル/4が角位置104、すなわちデ
O0の位置にあるときの値(第を図)。
BX=軸/4AのX方向位置であり、プローブコが表面
−DXと接触し、スピンドル 14が角位置104 %すなわち90°の位置にあると
きの値(第7g4)。
CXN=X方向における軸/4ムの公称位置であり、本
実施例では、距離10/に等しい値(第41図)。
CXA−X方向における軸/AAの実際の位置な示す値
wox=x方向におけるワークオフセットを示す値(第
44図)O POX/=+X方向におけるプν−プオフセツF1例え
ば表面部分子DXにおける計測の タメノプ四−プオフ七ットを示す値( 第6図)。
POXJ=−X方向におけるプ田−プオフセット、すな
わち表面部分−DXにおける計測 のためのプ豐−プオフセットを示す値 C第り図)。
F 工基準ボアエの直径であり、本実施例では値10/
に等しい値(第3図)。
基準ボア変数Fは別にして、上述の変数は全てX方向に
関するものである。これらの値に対応したY方向の変数
AX/、AYJ、BY、CYN、CYA。
WOY、POY/およびPOYJが存在する。このY方
向の場合においては、変WkAY/はスピンドル14の
/100位置の−07表面において決定され、変数BY
はスピンドル/Aの角位置零において決定さに関してプ
四グラム−〇〇を説明する。ここで1加工愉は初めプロ
ープコから離れた任意の位置にあるものとし、かつスピ
ンドル/Aは角位置零にあるものとする。
ステップJO7ないしコ10においては、信号10/。
10Jおよび103 tそれぞれ対応したレジスタコに
出力して、加工物を公称基準位置に移動する(第411
WJ)。その加工物が公称基準位置に達したことをII
IIした後(ステップ−〇−)、信号toyをレジスタ
コ!に出力して、スピンドル/4rtコア00位置まで
回転する。このコク0°位置にスピンドル16が達した
ことを確認した後(ステップコo4I)、信号//Jを
出力して、モータMXrt−X方向に駆動する(ステッ
プ−〇り。すなわち、加工物の表面部位−DXを球状端
部コヘ向けて移動する(第[)。
ステップ謳によって、プローブ信号lJgの発生を監視
し、そのプローブ信号/3tが発生すると(ステ’l”
fJQり)、信号//1を出力して、モータMXの駆動
を停止する(ステップ−〇g )。その後、その信号−
/31が発生した瞬時の加工物の位置は、レジスタJJ
Xかもの信号7.7J I読み込むことにより、読み取
られる(ステップコat )。最後に、プ■グラムのこ
の部分においては、変@AX/を信号13コの値にセッ
トする(ステップコlo)。ステップコ//乃至コJ0
においては、スピンドル14が容易に回転するように、
最初に加工物を公称基準位置に移動サセ(ステップコ/
/)、そして、スピンドル/6を/10°から90@の
位置へと回転する(ステップコ/J)以外は、前述のス
テップJ0Jからコ10に至るルーチンが繰り返される
。その後、加工物を移動して、その表面の部位十DXを
プセープコと係合させる(第Am)。更に、かかる係合
によりプローブ信号lJ1の発生した時のスピンドルの
軸/4にの位置を測定しくステップ−21デ)、その測
定値を変数BXとして格納しておく(ステップココO)
ステップココlないしaコアにおいては、ステップコO
Jないし−lQと同様のルーチンが繰返されるが、但し
この場合には、スピンドルを回転せずに、すなわち、1
0°位置を保持したtt1加工物の表面部位−DXを移
動してプローブと係合させ(ステップココl)、信号/
31の発生した時の軸76ムの測定位置を、変@AXコ
として格納する(ステップJJり )。
ステップJ、7/ないし−31においては、変数AX/
ムXJ、BXおよびF(この値は定数109から得られ
る)を処理してワークオフセットWOXを算出しくステ
ップa、y3) 、および一つのプローブオフセットP
OX/、POXコな算出する。λつのプ田−ブオ7セツ
)が必要なのは、プローブの応答特性が加工物の両表面
部位−DXおよび十〇Xに対して通常は同一でないから
である。
一つのプ四−1オフセットは通常は異なるので1スピン
ドルを/10°の位置から回転することは(ステップコ
13)、ワークオフセットWOXの算出(ステップJJ
、7 )にあたり必須である。その理由は、ワークオフ
セットの算出にあたっては、加工物の表面部位−DXお
よび+DXの正確な中・6位置を測定することが必要だ
からである。スピンドルを/10°の位置から回転する
ことにより、同一の1四−フオフセットを対向表面であ
るーDXおよび+DXに与えて、式(AX/+AXJ 
)/J (’XfツプコJコ)によってそれらの間の正
確な中心位置を定めることができる。しかるに、それぞ
れのプ璽−フオフ七ツ)を決定するためには、スピンド
ルが回転しないようにして、球状端部コの対向側面を対
向表面轡DXおよび十DXに係合させることが必要であ
る。
フvsグラムの残余の部分(図示せず)においては、加
工物が公称基準位置に復帰する。そして、ステップ−〇
INコ0tに対応するステップによって、Y方向に関す
るワークオフセットおよびAつのプ田−プオフセットが
決定される。
スピンドル軸/4ムがX方向に移動する場合、実際には
、球状薄部XがボアのX方向に向かう直径に沿って移動
するのではなく〜その直径から離れた横道の上を移動す
るということに注量する必要がある。これは次の原因に
よる誤差を生ずる。すなわち、一方では、位置ムX/と
Bとの間の距離によるものであり、他方では、位置AX
/と位置ムXコとの間の距離によるものである。その距
離鑓、球状端子がある直径上にあると仮定したときに生
ずる距離よりも短い。この困難さは次のように解決する
・すなわち、コつのプローブオフ七ツ)POX/とPO
XJとを決定してから、コンピュータは、80xで表わ
されるスピンドル軸の位置な決定するのに用いられる。
そこでは、POX/およびPOXJの平均値は第を図示
のように、ボアのT軸上にある。
次に、スピンドル軸/1ムは 80X=(AXJ+BX)/コ で表わされる位置に移動する。そして、ワークオフセッ
トWoYおよびプローブオフセットPOY/。
POYJがY方向において決定される。このような状況
では、以下に示す式に従って、スピンドルの角度位置に
変更を加えることなく、まずプローブオフセットを決定
するのが好適である。
POYi=CF−(AYコーAY/))/コPOYコ=
AYコ+POY/−F−BYススピンル/4管tQ度回
動させてwoytm定する。
それは、ボアに接触している球状端子の位置は、スピン
ドルが位置ムX/およびAXコにあったときにボアに接
触していた位置と同じであるということな意味する。そ
こで、WOYはWOXを決定したときと同様の方法で決
定できる。
最後に、スピンドル軸は80Y=(AYJ+IIY)/
コで定型る点に位置され5POXlとPOXJとを決定
するためのプ璽ダラムを繰り返して、正確な値を与える
。その正確な値は、スピンドル軸をボアのX方向に適正
な量だけ移動させることによって得ることができる。
値WOX、POX/、POXJ、WOY、POY/、P
OYJ。
SOxおよびgoye前述のように決定した後、機械は
寸法、すなわちXおよびY方向における加工物の位置を
決定するための計測動作の状態になる0いかなる測定に
あっても、プ曹−プオフセットの関連する値は、プ璽−
ブ信号発生時のスピンドル14の位置寸法に加算され、
あるいはそれから減算される。
角位置は彼の計測動作において用いられるが、それはス
ピンドル/孟がコク0°回転した位置である。
この角位置は、その後の全ての計測動作について、定数
として保持されることになる。
プ璽−ブコは、英国特許第1.41413.977号の
第1II乃至第JrjlHに記載されているように構成
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1w!Jは本発明を適用した工作機械の構成例を示す
正面図、第2図は第1図の1−1線に沿う断面図、第s
gJは第1図の要部を拡大した詳細図、第参図は第3図
のW−W@に沿う断面図、第j図ないし第1図は第4I
図に示す詳細部分の種々の動作位置を示す説明図、第9
図は第tv!Jに示す工作機械の制御回路の構成例を示
すブロック図、第1O(2)〜(ロ)図はその動作例を
示すフローチャートであるO 10・・・ベース、 l/川子テーブル /41・・・加工物、 l3・・・取付具、 /4…スピンドル、 16ム・・・固定軸、 /l・・・摺動装置、 J5X、 &Y、 JZ、 JI・・・位置センサ、ν
X、 J/Y、コ/Z、1/1…ディジタルカウンタ、 一ダ・・・基準ボア、 一ダム・・・軸、 コ・・・プ四−プ、 ム・・・ボディ、 コク・・・針、 コ・・・球状端部、 MX、 MY、 MZ、 M−% −#、TX、 TY
、 TZ−?−プル基準面、ioi〜109・・・位置
信号または定数、/// N//デ…駆動信号、 lコ/ N/Jt・・・外部信号、 −〇〇・・・プ四グラム、 201〜23g・・・プセグラムステップ、AX/、A
XJ、BX、CXN、CXA、WOX。 WOY、POX/、POXJ、F、SOX、SOY・・
・変数、 DX、DY・・・加工物の表面部位。 特 許 出願人  レニシ曹つ エレクトリカル リミ
テッド図面のiP罎fり拍こ変更なし) hダ10(C)      〜、10(D)手続補正書 昭和57年12月14日 特許庁長官  若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 特願昭57−158782号 2、発明の名称 工作機械の操作方法 3、補正をする者 事件との関係   特許出願人 レニショウ エレクトリカル リミテッド4、代理人〒
107 東京都港区赤坂6丁目9番5号 氷用アネックス2号館405号 6、補正の対象 委任状(原本及び訳文)1図面および
優先権証明書(原本及び訳文) 7、補正の内容 (1)別紙の通り (2)図面の浄書(内容に変更なし)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 /)回転軸線を有する工具スピンドルと、前記スピンド
    ルを所定の角度だけ回転させる手段と、前記軸線を横切
    って動き前記スピンドルとの位置を相対的に変化させる
    テーブルと、前記スピンドルに取り付けた表面検知プ四
    −プと、前記テーブル上に限界された表面の検知位置に
    プ1−プが到達した瞬間にプルーブ信号を発生する手段
    と、前記プ關−プ信号の発生に応答して前記テーブル上
    に固定された箇l基準に対する軸線の位置に該当する出
    力を送出する手段と、前記出力を読み取るようニ接続さ
    れたコンビエータとを有する工作機械を操作するにあた
    って、 伽) 前記テーブル上に一ノおよび第一2の試験表面を
    設け、該第1および第一の試験表面の間に第一基準を定
    める中点を設け、ここで該中点は前記コンピュータにス
    トアされている要求位置CNから誤差分力だけ離れた実
    際の位置Cムを有するようにし、 伽) 前記第1の試験表面を検知するよう前記プ四−プ
    な移動させて・前記出力に対応した鶴I出カムlを送出
    し、 (電)  前記スピンドルを110度だけ回転し、゛(
    d)  前記第1試験表面を検知するよう前記プ四−プ
    を移動させて、前記出力に対応した第1出力ムコを送出
    し、 (・) 前記ステップ<a>の後に、前記スピンドルを
    1転させることなく、前記プループを移動して、前記I
    I/試験表面を検知し、(f)  tlJ記コシコンピ
    ユータ記出力を読み取らせて以下の演算を行い、 WO−CN−(ムl+人−1)/コ PO/−(F−(AJ−A/))/J *ヨv、POJ
    −AJ+PO/ −F−1 ここで、 WOIよ、前記誤差、 PO/は、前記II/出力の発生時点における前記スピ
    ンドル軸と前記第コ試験表面との藺の距離% POJは
    、前記第1出力の発生時点における前記スピンドル軸と
    前記第7の試験表面との間の距離、であって 位置ムコは位置ムlおよび凰よりも前記第1の基準から
    離れているものとする ことを特徴とする工作機械の操作方法。
JP15976282A 1981-09-15 1982-09-16 工作機械の操作方法 Granted JPS5882649A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB8127805 1981-09-15
GB8127805 1981-09-15

Publications (2)

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JPS5882649A true JPS5882649A (ja) 1983-05-18
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