CN100515652C - 激光焊接装置以及激光焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光焊接装置和激光焊接方法，可以不延长操作时间而热平衡良好地对工件进行激光焊接。一种激光焊接装置，对工件照射激光束而进行焊接，包括：以规定的脉冲周期射出激光束的激光束射出单元、和按脉冲周期改变对工件照射激光束的位置的照射位置改变单元，照射位置改变单元改变照射激光束的位置，以不在照射激光束的位置的附近连续地照射激光束。由此，激光焊接装置，由于在单位时间内对工件的大致同一部分照射激光束的次数减少，因而可以相对工件热平衡良好地进行焊接。此外，由于可以不延长激光束的脉冲周期而减少对工件的大致同一部位照射的次数，因而不会延长焊接操作所需要的时间。

Description

激光焊接装置以及激光焊接方法

技术领域

本发明涉及一种通过对工件照射激光束而进行焊接的激光焊接装置以及激光焊接方法

背景技术

以往以来，例如在光设备元件(光デバイス素子)或者氢振荡器(水素振動子)等的容器密封中，通过对盖(rid)照射激光束来相对容器焊接盖(也就是激光焊接)。

例如，在专利文献1中，记载有如下的技术：在对内部收容有发电元件等的方形箱和盖板进行激光焊接时，首先在预定的位置进行假焊(仮止め溶接)后，通过使搭载有工件(方形箱和盖板)的工作台每次移动规定量并照射激光束，而对方形箱和盖板进行密封。此外，在专利文献2中记载有如下的技术：在工作台上配置多个工件，对于一个工件，控制检流计镜等以改变照射激光束的位置，从而进行焊接，对于一个工件的焊接操作结束后，移向下一个工件而执行焊接操作。

在上述专利文献记载的技术中，以规定的脉冲周期对工件照射激光束，使对一个工件照射激光束的位置按脉冲周期移动规定量而进行焊接。具体而言，移动微小距离，使上次照射位置和下次照射位置会有一部分重合。对于一个工件，由于在脉冲周期期间可以移动照射激光束的位置的距离受到限制，因而通过缩短向下一照射位置移动之前所需的时间、也就是通过缩短脉冲周期，而缩短一个工件焊接所需的操作时间。

专利文献1 特开平8-315790号公报

专利文献2 特开2000-164095号公报

然而，为了缩短操作时间而以上述的方法进行焊接时，对于一个工件，会对大致相同的一个部位短时间集中地照射激光束，因而根据激光束照射的时期(顺序)不同，可能会有工件本身的温度或者工件上的温度分布较大变动的情况。因而，可能产生如下等的焊接不良的情况：例如在焊接操作初期照射激光束的位置，工件没有完全熔化，在焊接操作的结束阶段照射激光束的位置，工件过熔。

在专利文献1中记载的技术中，最初在工件上间距一定程度的4个部位进行假焊，但是由于在假焊后，从规定的开始位置以照射位置重叠的方式进行焊接，因而如果要缩短焊接操作需要的时间，则可能产生上述的焊接不良的情况。

发明内容

本发明需要解决的课题即为上述作为例子举出的情况。本发明的目的在于，提供一种激光焊接装置以及激光焊接方法，可以不延迟操作时间，并且热平衡良好地对工件进行激光焊接。

在技术方案1所述的发明中，一种激光焊接装置，对工件照射激光束而进行焊接，其特征在于，包括：以规定的脉冲周期射出上述激光束的激光束射出单元、和按上述脉冲周期(パルス周期ごとに)改变对上述工件照射上述激光束的位置的照射位置改变单元，上述照射位置改变单元改变照射上述激光束的位置，以不在照射上述激光束的位置的附近连续地照射激光束。

在技术方案5所示的发明中，一种激光焊接方法，对工件照射激光束而进行焊接，其特征在于，包括：以规定的脉冲周期射出上述激光束的激光束射出工序、和按上述脉冲周期改变对上述工件照射激光束的位置的照射改变工序，在上述照射位置改变工序中，改变照射上述激光束的位置，以不在照射上述激光束的位置的附近连续地照射激光束。

附图说明

图1是表示激光焊接装置的概略构成的框图。

图2是表示工件的概略构成的透视图。

图3是表示激光束射出装置的概略构成的图。

图4是表示一般激光焊接方法的图。

图5是表示本发明实施例的激光焊接方法的一例的图。

图6是表示本发明实施例的激光焊接方法的一例的图。

图7是表示本发明实施例的激光焊接方法的一例的图。

具体实施方式

在本发明的优选实施方式中，对工件照射激光束而进行焊接的激光焊接装置，包括：以规定的周期射出上述激光束的激光束射出单元、和按上述脉冲周期，改变对上述工件照射激光束的位置的照射改变装置，上述照射位置改变单元，改变照射上述激光束的位置，以不在照射上述激光束的位置的附近连续地照射激光束。

上述激光焊接装置，例如在对收容有石英设备等的容器和盖进行焊接时适用。激光焊接装置，具有以规定的脉冲周期射出上述激光束的激光束射出单元，通过对工件照射激光束而进行焊接。详细而言，激光焊接装置，通过照射位置改变单元来改变照射激光束的位置，同时通过对工件照射激光束而进行焊接。此时，照射位置改变单元，改变照射激光束的位置，以不在照射激光束的位置的附近按规定的脉冲连续地照射激光束。也就是照射位置改变单元使激光束不在工件上大致同一部位连续地照射。由此，根据激光照射装置，在单位时间内对工件的大致同一部位照射激光束的次数减少，因而可以利用激光束使工件的温度有效地上升至产生适当熔融的温度，并且可以防止工件的温度上升至产生过度熔融的高温。也就是根据上述的激光焊接装置，可以对工件热平衡良好地进行焊接。

而且，在上述激光焊接装置中，不延长激光束的脉冲周期而减少在单位时间内对工件的大致同一部位照射激光束的次数，不减少在单位时间内相对工件整体照射激光束的次数，因而不会延迟焊接操作所需要的时间。

在上述的激光焊接装置的一个实施方式中，上述照射位置改变单元，改变照射上述激光束的位置，以按上述规定脉冲在上述工件上间隔规定距离以上的位置照射上述激光束。

在该实施方式中，激光焊接装置，按脉冲周期在工件上间隔规定距离以上的位置照射激光束，也就是可以在离开上次照射位置一定距离的位置上照射下次激光束。由此，可以有效地使激光束的热在工件上传递，进行适当的焊接。

在上述激光焊接装置的另一实施方式中，上述照射位置改变单元，改变照射上述激光束的位置，以在照射上述激光束的位置的紧近处不照射激光束，直至上述脉冲周期的规定周期经过。

在该实施方式中，激光焊接装置可以在照射激光束的位置的紧近处不照射激光束，直至上述脉冲周期的规定周期经过，由此，可以使上次照射激光束的位置的附近保持工件产生适当的熔融的温度。

在一个优选例中，上述照射位置改变单元可以由检流计镜构成。由此，可以精度良好且迅速地改变对工件照射激光束的位置。

在本发明其他的实施方式中，对工件照射激光束而进行焊接的激光焊接方法，包括以规定的脉冲周期射出上述激光束的激光束射出工序、和按上述脉冲周期改变对上述工件照射激光束的位置的照射位置改变工序，在上述照射位置改变工序中，改变照射上述激光束的位置，以不在照射上述激光束的位置的附近连续地照射激光束。根据上述的激光焊接方法，也可以不延迟焊接操作所需要的时间而热平衡良好地对工件进行焊接。

实施例

以下参照附图对本发明的优选实施例进行说明。

(激光焊接装置的构成)

首先对本发明的激光焊接装置100的概略构成使用图1进行说明。

图1是表示激光焊接装置100的概略构成的图。激光焊接装置100主要包括激光束射出装置1、控制器2和工作台3。激光焊接装置是对配置在工作台3上的工件10进行焊接的装置。

在此，使用图2对工件10的基本构成进行说明。图2是表示工件10的一例的透视图。工件10包括在内部收容石英设备10c(例如石英振荡器或者石英滤波器)等的容器10b和盖10a。对于工件10，首先进行使盖10a沿箭头B表示的方向在容器10b的上部移动而进行配置的操作，在该状态下，利用激光焊接装置100进行焊接盖10a和容器10b的操作。盖10a可以使用陶瓷或者金属等材料，容器10b可以使用陶瓷等材料。

返回图1，对激光焊接装置100构成进行说明。激光束射出装置1对工件10射出激光束LB。激光束射出装置1，通过对工件10的盖10a照射激光束LB而进行焊接。详细而言，激光束射出装置1，通过在盖10a上照射激光束LB，在盖10a上形成光束点而进行焊接。而且，激光束射出装置1，以规定的脉冲周期使激光束LB振荡，对应每次使激光束LB振荡，在盖10a上改变激光束LB照射的位置。由此可以在盖10a上将要焊接的所有位置上照射激光束LB，因而可以完全地密封盖10a和容器10b而形成密封容器。

控制器2提供用于控制激光束射出装置1的控制信号S，控制激光束射出装置1。具体而言，控制信号S包括激光束射出装置1将要射出的激光束LB的激光功率以及脉冲周期的信息、表示将要在盖10a上照射激光束LB的位置的信息等。由此，控制器2将控制信号S提供给激光束射出装置1，从而可以改变激光束LB的激光功率以及脉冲周期等设定，并且可以改变在盖10a上照射激光束LB的位置。

在图1中，为了说明方便，作为焊接对象的工件10只表示出了一个，但是实际上在工作台3上配置多个工件10，激光焊接装置100对这些多个工件10进行焊接操作。

(激光束射出装置的构成)

接着使用图3对激光束射出装置1的具体构成进行说明。图3表示激光束射出装置1的透视图。

激光束射出装置1主要包括激光振荡器L、光束扩展器BE、检流计镜(ガルバノミラ一)GM1、GM2、驱动装置4、5和fθ透镜6。激光束射出装置1作为激光束射出单元而起作用。

激光振荡器L以规定的脉冲周期使激光束LB振荡，对光束扩展器BE射出激光束LB。光束扩展器BE调整激光束LB的直径等，对检流计镜GM1射出调整后的激光束LB。

检流计镜GM1利用驱动装置4向箭头R1所示的方向转动，改变反射激光束LB的方向。由检流计镜GM1反射的激光束LB入射检流计镜GM2。检流计镜GM2利用驱动装置5向箭头R2所示的方向转动，改变反射激光束LB的方向。由检流计镜GM2反射的激光束LB入射fθ透镜6，这样，检流计镜GM1、GM2对入射的光束LB进行偏向控制。而且，如上所述，通过使检流计镜GM1和检流计镜GM2转动来改变激光束LB入射fθ透镜6的位置。另外，驱动装置4、5被由控制器2提供的控制信号S控制。

fθ透镜6相对盖10a的面垂直地照射入射的激光束LB。也就是fθ透镜6与激光束LB的入射角无关地，从入射的位置沿垂直于盖10a的面的方向射出激光束LB。具体而言，如图3所示，fθ透镜6射出垂直于盖10a的面的激光束LB1～LB3。如上所述，使检流计镜GM1和检流计镜GM2转动时，改变激光束LB入射fθ透镜6的位置。因此，通过控制检流计镜GM1和检流计镜GM2，激光束LB在盖10a上照射的位置也改变。例如通过固定检流计镜GM2并使检流计镜GM1转动，在盖10a上的激光束LB的照射位置向单方向移动，通过固定检流计镜GM1并使检流计镜GM2转动，盖10a上的激光束LB的照射位置向垂直于上述方向的方向移动，这样，控制器2，通过控制检流计镜GM1、GM2，作为改变盖10a上的激光束LB的照射位置的照射位置改变单元而起作用。

接着，使用图4对向工件10上照射激光束LB而进行焊接的一般的激光焊接方法进行说明。图4(a)、(b)表示工件10的盖10a的俯视图(从上部观察的图)。

图4(a)表示在一般的激光焊接方法中的在工件10上照射激光束LB的顺序。在工件10的盖10a上，照射由激光束射出装置1内射出的激光束LB，形成光束点SP。此时，激光束射出装置1以规定的周期使激光束LB振荡，按脉冲周期每次使照射激光束LB的位置移动规定量。具体而言，通过使激光束射出装置1内的检流计镜GM1、GM2转动，来改变盖10a上的激光束LB的照射位置。详细而言，激光束射出装置1以使相邻的光束点SP的一部分重合的方式对盖10a照射激光束LB。此时，激光束射出装置1首先在如图4(a)的左下所示位置对盖10a照射激光束LB，如箭头E1～E4所示，从该位置起沿逆时针方向连续改变照射位置而对该10a和容器10b进行焊接。

在图4中，如下对激光束射出装置1进行设定。激光束射出装置1在盖10a上的纵2mm×横2mm的正方形区域的外形线上(也就是在盖10a上与容器10b的开口部边缘相接的部分的里侧)照射激光束LB。而且，激光束LB的脉冲周期为0.002秒(s)，光束点SP的间隔为0.1mm，照射于盖10a的总点数为80个。上述脉冲周期比较短，换言之，单位时间内振荡的脉冲数较大。

图4(b)表示根据图4(a)所示的照射顺序以及上述激光束射出装置1的设定对工件10进行的焊接结束时的盖10a的熔化情况的一例的图。阴影线所示的部分表示盖10a熔化的区域。虚线区域A1是焊接操作初期照射激光束LB的部分，虚线区域A2是焊接操作的中程照射激光束LB的部分，虚线区域A3是焊接操作的结束阶段照射激光束LB的部分。具体而言，可知虚线区域A1比虚线区域A2熔化的区域小，虚线区域A3比虚线区域A2熔化的区域大。此时，在虚线区域A2中，盖10a适度地熔化，在虚线区域A1中，盖10a没有完全熔化，在虚线区域A3中，盖10a过熔。因此，在虚线区域A1中，盖10a和容器10b的焊接强度可能不充分，在虚线区域A3中，盖10a上可能形成有通孔。

在此，对盖10a上产生由虚线区域A1、虚线区域A3表示的焊接不良的理由进行说明。虚线区域A1中，盖10a本身的温度没有由于激光束LB的照射而充分上升，因而存在产生盖10a通过激光束LB的照射没有完全熔化的现象的可能性。详细而言，由于在盖10a上短时间集中照射激光束LB，因而至上次为止照射的激光束LB的热量传导至照射位置的周边之前，照射下一次激光束LB，因而会产生这种现象。

另一方面，在虚线区域A3中，照射激光束LB时盖10a已经为高温，对该状态下的盖10a照射激光束LB，因而可能产生过熔的现象。详细而言，由于在盖10a上短时间集中照射激光束LB，因而至上次为止照射的激光束LB所产生的热量没有向外部适度地放出而蓄积，因而会产生这样的现象。

如上所述，在一般的激光焊接方法中，由于激光束射出装置1的脉冲周期短，激光束LB的照射位置的移动距离也短，因而对盖10a上大致相同位置短时间集中照射激光束LB。因此，在盖10a上，可能产生不充分的熔融或者过度的熔融等焊接不良。为了不产生这种焊接不良，简单的说，为了进行适当的焊接，延长激光束LB的脉冲周期即可(换言之，减少相对盖10a的照射次数即可)，但是如果这样，焊接操作所需要的时间就会变长。因此，本实施例的激光焊接装置100，执行一种可以不延长焊接操作所需要的时间而进行适当的焊接的激光焊接方法。

(激光焊接方法)

接着，对本实施例的激光焊接装置100所执行的激光焊接方法进行说明。

首先，对本实施例的激光焊接方法的基本概念进行说明。如上所述，对盖10a上的大致相同位置短时间集中照射激光束LB而进行焊接时，可能会产生焊接不良。因此，在本实施例的激光焊接方法中，不在盖10a上照射激光束LB的位置附近按脉冲周期连续地照射激光束LB。详细而言，激光束射出装置1，按脉冲周期在盖10a上间隔规定距离以上的位置照射激光束LB(在离开上次照射的位置的位置照射下一次激光束LB)，至少使连续地照射激光束LB的位置不重合。而且，在脉冲周期的规定周期经过后返回，在至上次为止照射激光束LB的位置的紧近处，具体而言，使光束点SP的一部分重合而照射激光束LB。

由上所述，根据本实施例的激光焊接方法，可以减少在单位时间内对盖10a的大致相同部位照射激光束LB的次数，因而可以利用激光束使盖10a的温度有效地上升至产生适当熔融的温度，并可以防止盖10a的温度上升至产生过度熔融的高温。因此，根据本实施例的激光焊接方法，不会产生焊接不良而可以热平衡良好地进行焊接。

而且，在本实施例的激光焊接方法中，不需要进行延长激光束LB的脉冲周期(换言之，减小脉冲数)的设定，而使单位时间内对盖10a上的大致相同部位照射的次数减少。因此，与图4所示的比较例的构成相比，在本实施例的激光焊接方法中，虽然在单位时间内对盖10a上的大致相同部位进行照射的次数减少，但是单位时间内照射盖10a本身的次数没有减少，因而焊接操作所需要的时间不变。

接着，使用图5～图7对本实施例的激光焊接方法的具体例进行说明。图5～图7表示盖10a的俯视图(从上部观察的图)，表示形成在盖10a上的光束点SP。

图5是表示本实施例的激光焊接方法的一例的图。图5(a)表示激光束射出装置1对盖10a照射激光束LB的顺序。此时，激光束射出装置1首先最初对盖10a的4个角照射激光束LB，对包含这些形成于4个角的光束点SP的盖10a的4边，具体而言，对将要照射激光束LB的正方形区域的外形线的4边，接连地照射激光束LB，同时对4边进行焊接。也就是激光束射出装置1，按照脉冲周期，在上次照射激光束LB的位置的附近不照射下次的激光束LB，而在离开的位置照射激光束LB。

具体而言，激光束射出装置1，首先第一，在盖10a的左下照射激光束LB，第二，在右下照射激光束LB，第三，在右上照射激光束LB，第四，在左上照射激光束LB。也就是激光射出装置1首先最初对盖10a的4个角接连地照射激光束LB。接着激光束射出装置1返回(此时脉冲周期的4周期经过)，在第一步对盖10a进行照射的位置的紧近处，第五，照射激光束LB，同样地在第2～4步照射位置的紧近处，第6～8，照射激光束LB。激光束射出装置1从如上所述的位置如箭头F1～F4所示，照射激光束LB而进行焊接。也就是激光束射出装置1，不像如图4所示的一般激光焊接方法那样对盖10a连续地照射激光束LB进行焊接(也就是一个边焊接结束后对位于临近的边进行焊接)，而对盖10a的4边分别同时进行焊接。因此，利用本实施例的激光焊接方法，一边的焊接结束时，其他3边的焊接也大致同时结束。

驱动检流计镜GM1、GM2的驱动装置4、5，由于可以使激光束LB的照射位置以最大3000mm/秒(s)移动，因而可以充分地实现在激光束LB振荡的一个周期期间，使从盖10a的一个角向其他的角照射激激光束LB的位置移动的控制。例如盖10a需要焊接的正方形区域的一边的长度为2mm，脉冲周期为0.002mm/秒(s)时，在这种情况下，由于使照射位置以1000mm/秒(s)移动即可，因而可以说是处于驱动装置4、5的控制范围内。

图5(b)是表示使用上述焊接方法的焊接结束时的盖10a的焊接情况的一例的图。区域A5表示盖10a熔化的区域，与图5(b)所示的盖10a的熔化情况、以及图4(b)所示的使用一般激光焊接方法的盖10a的熔化情况相比(激光束射出装置1的设定(脉冲周期、光束点SP的间隔等)相同)，图5(b)所示的盖10a，可知盖10a上的因位置所导致的熔化情况的差别较小，整体不产生不充分熔融或者过度的熔融等。也就是根据本实施例的激光焊接方法而焊接的盖10a整体热平衡良好地进行焊接。

而且，在上述激光束焊接方法中，虽然单位时间内对盖10a上大致相同部位照射激光束LB的次数减少，但是由于单位时间内对盖10a整体照射激光束LB的次数没有减少，因而与图4所示的一般激光焊接方法相比，焊接操作所需要的时间几乎不变。

图6是表示本实施例的激光焊接方法的其他例的图。此时，激光束射出装置1，与图5所示的例不同，对盖10a的4个角照射激光束Lb的顺序不同。具体而言，激光束射出装置1，首先第一，对盖10a的左下照射激光束LB，第二，对右上照射激光束LB，第三，对右下照射激光束LB，第四，对左上照射激光束LB。接着，激光束射出装置1返回，在第一步对盖10a进行照射的位置的紧近处，第五，照射激光束LB，同样地在第2～4步照射位置的紧近处，第6～8，照射激光束LB。激光束射出装置1从如上所述的位置开始如箭头G1～G4所示，照射激光束LB而进行焊接。在这种情况下激光束射出装置1也分别对盖10a的4边同时进行焊接。执行这种照射顺序下的激光焊接方法，也可以对盖10a热平衡良好地进行焊接。

图7是表示本实施例的激光焊接方法的其他例的图。此时，激光束射出装置1与图5和图6所示的例不同，最初没有对盖10a的4个角照射激光束LB，而对盖10a的4边的中央部照射激光束LB，在该位置的旁边接连地照射激光束LB而进行焊接，具体而言，激光束射出装置1，首先第一，对盖10a的下边的中央部照射激光束LB，第二，对盖10a的右边的中央部照射激光束LB，第三，对盖10a的上边的中央部照射激光束LB，第四，对盖10a的左边的中央部照射激光束LB。接着，激光束射出装置1返回，在第一步对盖10a进行照射的位置的紧近处，第五，照射激光束LB，同样地在第2～4步照射的位置的紧近处，第6～8，照射激光束LB。激光束射出装置1从如上所述的位置开始如箭头H1～H4所示，照射激光束LB而进行焊接。也就是在本例中，最初在盖10a的4边的中央部照射激光束LB，并在该位置的旁边接连地照射激光束LB，最后在4边的中央部照射激光束LB而完成焊接操作。执行以这种照射顺序进行的激光焊接方法，也能相对盖10a热平衡良好地进行焊接。

如上所述，在本实施例的激光焊接方法中，相对盖10a，按脉冲周期在盖10a上的间隔的位置照射激光束LB，不在上次照射的位置的附近连续地照射激光束LB。由此，在单位时间内对盖10a的大致相同部位照射激光束LB的次数减少，因而可以通过激光束LB有效地使盖10a的温度上升至产生适当熔融的温度，并可以防止盖10a的温度上升至产生过度熔融的高温。也就是根据本实施例的激光焊接方法，可以对盖10a热平衡良好地进行焊接。由此，可以不产生焊接不良而进行适当的焊接。

在上述中，表示了最初对盖10a上间隔一定程度的4个部位照射激光束LB，并对包含该4个部位的部分分别同时进行焊接的激光焊接方法的例子。但是本发明的适用不限定于此。例如最初可以对该10a的8个部位(盖10a的4个角以及4边的中央部)照射激光束LB而进行焊接。

而且，对于激光焊接的对象物(在本实施例中为盖)，照射激光束的形状不限于正方形或者矩形，例如在沿着圆形、椭圆形、其他弯曲形状照射激光束LB而进行激光焊接的情况下而可以适用本发明。如上述实施例所述，照射激光束的形状为正方形或者长方形等由多边形的多个边构成形状时，对构成它们的各边顺次照射激光束即可。也就是不以连续的脉冲周期对同一边照射激光束LB。而且，照射激光束的形状为圆形、椭圆形等情况下，决定激光束的照射位置以及顺序，以使连续照射激光束的位置间隔预先决定的距离以上即可。

Claims (5)

1.一种激光焊接装置，对工件照射激光束而进行焊接，其特征在于，

包括：以规定的脉冲周期射出所述激光束的激光束射出单元、和按所述脉冲周期改变对所述工件照射所述激光束的位置的照射位置改变单元，

所述照射位置改变单元改变照射所述激光束的位置，以不在照射所述激光束的位置的附近连续地照射激光束。

2.如权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，所述照射位置改变单元，按所述脉冲周期改变照射所述激光束的位置，以在所述工件上间隔规定距离以上的位置上照射所述激光束。

3.如权利要求1或2所述的激光焊接装置，其特征在于，所述照射位置改变单元，改变照射所述激光束的位置，以在所述脉冲周期的规定周期经过之前不在照射所述激光束的位置的紧近处照射激光束。

4.如权利要求1所述的激光焊接装置，其特征在于，所述照射位置改变单元，由检流计镜构成。

5.一种激光焊接方法，对工件照射激光束而进行焊接，其特征在于，

包括：以规定的脉冲周期射出所述激光束的激光束射出工序、和按所述脉冲周期改变对所述工件照射所述激光束的位置的照射位置改变工序，

在所述照射位置改变工序中，改变照射所述激光束的位置，以不在照射所述激光束的位置的附近连续地照射激光束。

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