CN101479074A - 用于快速更换操作机器上的头部的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在操作机器中快速更换头部的系统,所述操作机器例如为用于切割和/或装饰由纸板、玻璃、陶瓷等制成的画框或物件的机器。在所述系统中通过磁体确保在头部与所述头部连接至机器的装置之间的连接。所述磁体通过吸力保持连接至所述装置的头部,但允许仅用一只手轻松地移除所述头部。
Description
技术领域
本发明涉及在工业自动化领域内的关于大型或小型的可重入制造机器(re-entrant production machineries)的生产的技术领域。
本发明可以用于始终设有需更换的头部的任意类型机器中。具体地,此处描述的本发明涉及切割和/或装饰由纸板或瓦楞纸板(corrugatedcardboard)、玻璃或陶瓷制成的“画框(passe-partout)”或其他元件的机器,从而涉及用于其制造的相关现有机器。本发明实际上涉及用于快速更换机器的头部的系统,该系统用于切割或装饰任意物件。根据其实现的功能,头部可以具有“笔”或其他相类似的元件以取代刀片(blade),从而进行装饰,但这对于本发明的目的不重要。对于用于切割或装饰的机器的限制性描述不包括对于具有不同功能的机器的任何可能的应用。
背景技术
已知多种不同类型的机器,其不仅具有运动构件还具有能实现所述加工的称为“头部”的主件。头部可以用于在待加工的物件上进行切割、雕刻、绘图或执行任意其他操作。
在所有这些种类的机器中,通常需要更换不同种类的头部以执行不同的加工,因此快速且安全地进行此更换十分重要。
具体地,在造纸技术领域中,存在切割或装饰纸板即光滑纸板(smoothcardboard)或瓦楞纸板的机器。类似的机器也用作装饰由玻璃、陶瓷、塑料或其他材料制成的物件的技术领域。
本说明书将集中在用于切割画框的机器,仅用于突出本发明可以被适当使用的技术领域。
“画框”为特殊的框架,其将图片或印刷品、油画等插入其与玻璃之间,用以实现在外框与图片的主体之间通常为恒定的宽度的间隔(stand-out)。
画框的形状和尺寸可以变化,但是通常为矩形。
制造画框的材料通常为白色或彩色纸张,其厚度很薄以插入图片和玻璃之间,为此目的需要限制切割的机械力。尽管如此,为了实现此种切割,需要合适的导向且锋利的刀片以及十分精确的速度和操作方向(approachingdirection)。
现今,存在多种为此目的的不同类型的机器,以下对其进行简要描述。
这些机器包括在切割的突然变向中竖直支承切割头的主群(maingroup),使得切割头可以在待加工的物件上竖直上下运动。根据机械分类的一般概念,轴向运动可以为气动的、液压的或电动的。这些机器包括使头部旋转的发动机组;该发动机组通常为较易由电控制的电动发动机:从动皮带轮(drive pulley)可以装配在发动机的输出轴上,使得发动机通过同步带(timing belt)将旋转传递给保持切割工具的头部。
轴向连接至进行竖直运动主群的头部具有在轴中的轴杆,连接至旋转发动机组的驱动皮带轮装配至所述轴。
这种连接与轴向运动无关。这种连接为一种装置,其可以通过多种已知系统机械地制造。
以此方式,获得在下端设有用于切割纸张的刀片的头部;设置在合适的加工阶段的所述刀片通过轴向装配(axially fitted)的皮带轮旋转,所述皮带轮通过同步带连接至发动机组,从而将所述刀片变换为所需的方向,而不需在连续或放射几何形状(圆形、椭圆形等)的情况下再次提升所述主群,或者当必须形成倾斜时通过线性操作停止,在这种情况下在升起所述头部之后会发生倾斜的下沉。
所述主群的横向运动可以为任意已知的自动机械之一。
由于提供的质量和产率都十分良好,上述概念至今仍然处于极佳的运行中。显而易见,生产的速度取决于多种因素,但是所述系统理论上没有显而易见的缺陷。
相反,问题在于需要手动更换切割工具,所述切割工具根据不同的材料明显具有不同的特性,以满足不同种类的切割或不同的操作。
如果使用这种头部,还可以切割包装箱,并且通过另一个头部可以雕刻纸张以形成一些弯曲而有助于箱的闭合。在这种特殊领域中,除了一些具有两个头部(一个用于45°切割,一个用于90°切割)的机器之外,该操作十分困难而且辛苦。尽管如此,由于这些机器在标准的三个轴之外必须具有用于额外的头部的另一个特定的轴所以成本很高。
因此,有时需要以不同的斜度90°或45°或其他角度的切割执行切割。在这种情况下,快速更换头部十分重要,从而与传统的单头机器相比获得了更低成本,所述技术由设有多个头部的机器而获得。
此外,可以更换头部,从而用装饰物件的笔或其他附件替换刀片以代替切割。
然而,根据现有技术,只能以绝对不快的操作在现有机器上更换保持刀片、笔等的末端附件。
不论每个生产者的设计机械变化,为了更换头部需要一种作用在连接处的工具(例如键),或者通过螺纹或者(圆锥状)摩擦或任意满足此要求的现有技术实现此目的。
由于必须频繁地执行此操作,机器的效率因这些必需的中断明显下降。
此外,这些更换明显减慢了生产,包括实际的效率。
发明内容
本发明的目的在于防止上述和其他缺陷,提供一种系统,其使得操作机器(特别是切割或装饰机器)的头部的更换简单快捷,并且不需要额外的工具(例如键、杆等),从而更换连接至头部的附件(例如刀片或笔),所述附件随时可以被安装在所述机器的旋转的头部上。
该系统可以用在具有与所述加工之一相似的反作用力的多种类型的机器中,此方案不限于仅针对造纸技术的特殊领域。
术语“头部”表示机器的操作臂的末端部,所述末端部设有工具以进行切割或装饰等,所述工具作用在指定的物件上。更换头部的同时也更换使用或者整合至头部的附件。
本发明的优点基本在于,与待完成的加工的种类(例如以不同斜度进行切割和/或进行程度不同地装饰)无关可以加快加工速度;对于移除头部所需的分力很小,因此可以由任何工作人员轻松地移除头部;很小的分力使得可以只用一只手移除头部;该装配分力尽管很小,由于其在倾斜操作的非操作运动中和首先在加工运动中是足够的,却根本不会降低加工的效率,由于通过由轴向运动施加在工具上并且通过由应用在支承轮上的传感器控制的电阀保持恒定的压力增加该特定的分力,本发明允许工具的快速更换;该装置完全地适用于现有的特定机器;该实施方式可以简单地转用到其他加工领域,转用到其他机器中;保持加工运动不变,可以在升起以及在倾斜的情况下形成刀片的新倾斜方向之后该新装置能实现任意种类画框的多种形状(矩形、圆形、椭圆形等)。
参照附图并且简化为其基本结构,根据本发明的用于快速更换在操作机器中的头部的系统包括:
用于实现在头部(3)与在头部(3)上方的例如皮带轮(2)的任意元件之间的固定吸力的装置,所述在头部(3)上方的元件包括至少一个,优选多个磁体等,所述磁体具有足够的力以便即使在没有机械挡止元件的情况下也能保持头部的接合。
该系统包括所述在头部(3)上方的例如皮带轮的元件与所述头部之间的平衡元件。
通常地,为了简单、快捷且有效地接合,如上所述,设有切割刀片(4)和/或笔的头部(3)设置在机器的可动臂部分,在头部(3)上的例如皮带轮的元件包括至少一个,优选多个孔(10),所述孔(10)的直径和厚度与所述在头部(3)上方的元件相对应,并且容置至少一个连接磁体(11),所述磁体(11)的直径与所述孔(10)的直径相同但是长度略短于所述孔(10)的长度,从而防止在表面上凸起。
通常地,所述孔(10)和所述磁体(11)的数目超过一个,优选为三个。
所述磁体可以由能形成磁场的其他元件取代,例如电磁线圈或其他类似的装置。当对电磁线圈通电时,产生能够被取消的磁场以阻止电流通路。通过该第二系统,由于所述磁场易于被取消以防止对所述操作产生任何干扰,因此甚至可以产生增强的磁场,所述磁场对于随后头部的移除不会留下问题。
该系统还包括用于接合并轴向与头部(3)对中的装置,所述装置设有切割刀片(4)或笔或其他工具并且包括对位孔(calibrated hole)(16),所述对位孔(16)设置在所述头部上并且在装配期间装配在头部(3)上方的例如皮带轮(2)的元件的轴(8)的延伸部上,所述在头部(3)上方的元件装配在所述轴上,这样可获得良好的纵向对准。
该系统还包括装置,其作为确定径向平衡的、位于两个待组装的组件(2)和(3)之间的倾斜结合件,所述倾斜结合件通过以钢插头(13)对准插入位于皮带轮(2)上的合适的孔(15)中构成,所述插头(13)从所述孔(15)延伸一定长度。
通常,为了将头部(3)在径向方向与所述延伸的插头(13)接合,该系统包括在头部(3)的上表面(12)上的特定的铣槽(milling)(14),所述铣槽(14)具有与上述延伸的插头相同的直径以及适当的厚度。
设有切割附件或装饰附件等的头部根据本发明制成为使所述头部可以仅用一只手花费几秒钟轻松地被移除,而不需要任何特殊工具,并且由设有对于随后的操作所需的不同的刀片和/或笔的第二头部替换,所述随后的操作可以为装饰或在其他材料上进行不同的切割或加工。
本发明的主要特征在于,通过在加工过程中省略轴向移除组件以极度简化设备的制造;为此目的,通常可以进行改进以仅满足在所有其他方向的机器的需要。
因此,保持现有机器的加工动作不发生变化的该系统可以通过合适的调整方便地用于所有此领域中的现有机器,即使对于具有近似机械需要的所有其他机器也可以适用。
实际上,仅对保持具有刀片或笔的新附件的装置进行调整是足够的,所述装置通常为从动皮带轮或其他装置,在提升系统的轴中,所述装置通过由旋转发动机组带动的同步带来控制。以此方法,该系统完全可以通过任意特定的系统以瞬时并持续地电控制旋转运动,由此获得任意的形状-线型或曲线型、圆形、椭圆形-其他相同的使得本发明对所有种类的现有机器具有最好的通用性的形状。
装配在旋转竖轴上的从动皮带轮在该运动中不受同轴提升系统的影响而自由旋转,如由现有技术已知,所述的从动皮带轮以与轴向运动相反的方式进行连接,因此本发明具有完全的互换性。
垂直于皮带轮的厚度以合适的直径在皮带轮上设有间距相同的三个通孔,且所述通孔的直径适用于装配三个圆柱状磁体,所述磁体的直径与通孔的直径相同并且长度不超过皮带轮的带宽。
在相同的直径处,或者在通常预固定的直径处,还设有用于对准的通孔,以容置在径向干涉的插头,所述插头将在随后进行描述。
实际上,保持切割刀片或笔以及支承轮的末端支撑部以及多个标示位置的各种装置机械地构成使得该末端支撑部具有中心对位孔以平衡皮带轮的轴,以及具有足够大的表面的金属板,与该表面相对包括填充有磁体的区域。在所述上支撑表面具有开口,开口的直径被修正以使得上述插头倾斜地(angularly)定位在切割元件上,并且同时将插头本身定位在两个相对旋转的运动件之间,优选将两运动件结合。
以此方式,将保持刀片或笔的装置沿轴向竖直地完全插入,所述装置由皮带轮的所述轴导引并且通过倾斜插入插头的再插入实现倾斜平衡(angularly balanced)。
通过作用在明显经过加工的末端支撑部的上金属表来上和皮带轮的表面上的三个磁体的充分地实现装配,所述末端支撑部的上金属表面和皮带轮的表面在从动皮带轮和刀片支撑部之间形成完美全接触;通过在支撑部的对准孔内部的插头实现倾斜的结合件并且倾斜的结合件的机械强度足以抵抗施加的接合,因为其本身由于加工的特定种类受限。
对于更换工具极度简化和加快通常很明显,但是值得更精确地描述轴向组件。
所述轴向组件对于移除十分理想,磁体设有对于脱开(这表示沿竖直方向朝向加工面)所需的受限的力,由于在移除方向竖直作用的该外力实际上在所有的加工和操作阶段中不存在,因此在加工运动和/或工具的操作中不会产生任何脱开的危险;相反地,在切割阶段,由支撑轮轴向地施加至竖直的机器的力可以增加由所述磁体施加至组件的作用。
以此方式,进行简化,实际的系统可以整合至具有各种有利特征的现有机器。仅作用在通常用作更换工具的动力构件的该系统可以实现所有特定机器以及如上所述具有相似机器的静态或动态所需的任意其他机器的生产效率的明显改进。
用于在操作机器(例如用于切割和/或装饰由纸板、玻璃、陶瓷等制成的画框或物件)中快速更换头部的系统根据本发明包括至少一个,优选多个磁体或其他产生磁场的装置,所述磁场能在所述机器的至少一个头部(3)与所述头部连接至或可以连接至所述机器的至少一个装置之间施加引力,并使得该连接牢固。
在所述系统中至少一个磁体(即铁磁体或产生磁场的电机)设置在至少一个头部(3)和例如皮带轮的至少一个连接装置之间。
在所述系统中至少一个磁体(即铁磁体或产生磁场的电机)设置在例如皮带轮的至少一个连接装置上,至少一个头部(3)连接至所述至少一个连接装置。
在所述系统中至少一个,优选多个磁体或类似的连接件借助其磁吸力将至少一个头部(3)与至少一个皮带轮(2)连接,所述皮带轮(2)接下来(in its turn)连接至操作机器的可动臂。
所述系统在操作机器与所述机器的至少一个头部(3)之间包括例如皮带轮(2)的连接装置,所述连接装置包括至少一个,优选多个磁体等,即使在不需要机械挡止件的情况下所述磁体的磁力足以保持头部的连接。
在所述系统中例如皮带轮的连接装置设置在其连接的头部(3)的上方。
在所述系统中,在切割阶段中,轴向施加的力由磁体施加的力增加,这样减少头部可能从连接装置分离的危险。
在所述系统中,由磁体施加的力足以保持连接至连接装置的头部,但是通过例如由一只手沿与由磁体施加的方向相反的方向施加到所述连接装置上的相反的力来脱开。
在所述系统中,所述磁体通过产生磁场的电机构成,所述电磁场不被激活(deactivate)以移除头部(3);因此当取消所述磁场时,吸力会消失并且可以将头部与连接装置分离而不需任何特殊的力。
所述系统包括在例如皮带轮的所述连接装置与至少一个头部之间的平衡件。
位于操作机器与所述操作机器的至少一个头部(3)之间的例如皮带轮(2)的连接装置包括至少一个,优选多个磁体等,在不需要机械挡止件的情况下,所述磁体的磁力足以保持头部的连接。
所述连接装置包括至少一个,优选多个孔(10),磁体(11)装配于所述孔中。
通常,通过粘结、装配、过盈装配(forced assembly)或任何其他使所述磁体位置固定的系统来固定所述磁体。
通常,所述的孔(10)的形状不重要,其可以为圆形或任意其他形状。
通常,磁体被包括在例如皮带轮的连接装置的厚度内,从而防止任何对于两个接触表面(连接装置的接触表面和头部(3)的接触表面)的接合的干扰。
通常,所述孔(10)和相关磁体(11)的数目多于一个,优选为三个。
例如皮带轮(2)的所述连接装置包括适用于导向和对准的孔(15),所述孔(15)容置用于倾斜平衡的插头(13),所述插头(13)延伸从而在形成于头部(3)的表面上的铣槽(14)中寻求定位。
头部设有切割刀片(4)和/或笔和/或其他通过操作机器加工必需的附件,所述头部包括对位孔(16),所述对位孔(16)在装配期间装配在例如皮带轮(2)的连接装置的轴(8)的延伸部上而装配在所述轴上,这样得到完美的纵向对准。
所述头部包括形成在头部(3)的上表面(12)上的铣槽(14),所述铣槽(14)的形状和厚度与装置(2)的插头(13)相同,使得所述插头可以插入所述铣槽中,实现倾斜平衡。
可以手动或自动地通过特殊机器实现通过所述系统替换头部。
实际上,具体制造可以根据元件的形状、尺寸、位置和所用材料的种类变化,但仍然保持在所提出的技术方案的实质精神范围内并且通常包括在由此专利对于发明所授予的保护范围的限制中。
附图说明
本领域技术人员可以参照示出本发明的非限制性实施例的附图对本发明的优点更好地理解。
图1示出了机器(1)的操作臂的装配立体图,所述机器(1)进行竖直运动,即近似垂直于工作面,沿臂的支撑件(6)的“Y”方向。竖直轴由径向支承件和轴向支承件定位并支承,根据现有技术可知:上部轴(7)以一定的方式连接至用于竖直延伸部(Y)的线性致动器;同时下部轴即使连接,也可根本自由地旋转;在该下部轴上,用于同步带(timing belt)的皮带轮(2)通过键或其他机械系统固定并连接至其上。因此,这些特征需要整个系统(1)的竖直运动,以及与下头部(3)一起的皮带轮(2)的径向自由运动,该下头部(3)保持切割刀片(4)(cutting blade)和/或笔(pen)和与皮带轮(2)相对的轮(5)。
与臂(1)的相对刚性无关,围绕“Z”轴的旋转对切割刀片(4)或笔进行导向。预先进行切割或装饰的操作运动为通过机器的运动装置施加给臂的水平的“X”运动。
尽管此附图以近似的方式示出了已装配的本发明,但是其示出了在现有机器中已知的运动。
相反地,图2示出了本发明的不同组件,其使得设有切割刀片(4)或笔的头部(3)可以简单快捷地安装。此附图示出了内部系统(7)的分解图,所述内部系统(7)设有相对平衡装置、支承件以及其他必需的并且已知的组件,在轴的末端旋转部(8)中具有用于键的空间,从而在径向连接皮带轮(2)。
所述皮带轮的表面包括多个通孔(10),所述通孔(10)容置圆柱状磁体(11),所述圆柱状磁体(11)的直径和高度不超过皮带轮(2)的厚度。
为了得到精确的倾斜信号,与头部(3)的更换无关,都需要将机器置零(zero setting),并且具有与旋转相对的的有效对位(opposition);即设有插头(13),所述插头(13)具有平衡和连接传输的双重功能:通过末端支撑部上的孔(16)确保轴向平衡,所述末端支撑部容置轴(8)的延伸端,由于在装配期间该插头不可避免地倾斜以进入相关的对准孔(15)由此获得平衡或径向的定位;所述对准孔(15)垂直于该皮带轮(2)的表面并形成在径向的适当位置。即使不够精确,然而通过装配位置(14)确保倾斜的对位,所述装配位置(14)在垂直于该头部(3)的上表面通过以修改的直径在头部(3)的上表面的外侧和以所需的厚度铣削而成。
接触表面,即支撑部(12)的上表面和皮带轮(2)的下表面是平的,以保持系统的正确机械对准。
图3和图4分别示出了需针对工件的简单的线性运动,以施加至头部(3):图3示出了自装置(1)上移除头部(3);在上表面(12)的中心设有对位孔(16)的该头部通过简单的垂直推送被插入,显而易见需注意通过在轴(8)的对准延伸部上的孔(16)确保轴平衡,并通过在相关位置(14)中插入延伸的插头(13)以确保倾斜平衡。
因此,装配至皮带轮(2)的磁体的作用允许以极度的简化将末端的切割刀片或切割笔的装配中心与机器的零位对中并且合适地被导向(图4)。
为了更详细地描述该装置,随后的图5和图6分别示出了从动皮带轮(2)的俯视图和该头部(3)的上接触表面的俯视图。
如上所述,皮带轮(2)包括三个具有合适直径的通孔(10),磁体通过已知的系统(适配、干涉强制组装等)装配在此处;显而易见磁体需要完全被包围在皮带轮的厚度内,从而防止任何对于两个接触表面的接合的干扰。
皮带轮(2)还包括用于合适地用于导向并用于对准的另一孔(15),所述另一孔(15)容置类似的固定组件,即用于倾斜平衡件(13)的插头。如图6所示,所述插头延伸从而在该头部(3)的表面上的形成的铣槽(14)中寻求定位。图6简单地示出了装置的接触面(12)的俯视图:接触面(12)具有近似矩形的形状并且包括中心对准的孔(16),所述孔(16)对于组件的轴向平衡是必须的,以及开口(14),所述开口(14)具有对于倾斜平衡适合的厚度。
Claims (18)
1.一种用于在操作机器中快速更换头部的系统,所述操作机器例如为用于切割和/或装饰由纸板、玻璃、陶瓷等制成的画框或物件的机器,其特征在于,所述系统包括至少一个,优选多个磁体或其他产生磁场的装置,所述磁场能在所述机器的至少一个头部(3)与所述头部连接至或可以连接至所述机器的至少一个装置之间施加引力,并使得该连接牢固,但同时可被断开。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,至少一个磁体,即铁磁体或产生磁场的电机,设置在至少一个头部(3)与例如皮带轮的至少一个连接装置之间。
3.如权利要求1至2中任一项所述的系统,其特征在于,所述至少一个磁体被包括在例如皮带轮的至少一个连接装置上,至少一个头部(3)连接至所述至少一个连接装置。
4.如权利要求1至3中任一项所述的系统,其特征在于,所述至少一个,优选多个磁体等通过所述磁体的磁吸力将至少一个头部(3)与至少一个皮带轮(2)连接,所述皮带轮(2)接下来连接至操作机器的可动臂。
5.如权利要求1至4中任一项所述的系统,其特征在于,所述系统包括位于操作机器与所述机器的至少一个头部(3)之间的例如皮带轮(2)的连接装置,所述连接装置包括至少一个,优选多个磁体等,即使在不需要机械挡止件的情况下,所述磁体的磁力足以保持头部连接。
6.如权利要求1至5中任一项所述的系统,其特征在于,例如皮带轮的所述连接装置设置在所述连接装置连接的头部(3)的上方。
7.如权利要求1至6中任一项所述的系统,其特征在于,在切割阶段和/或装饰阶段中,由所述机器轴向施加的力由所述磁体施加的力来增加,这样减少所述头部可能从所述连接装置分离的危险。
8.如权利要求1至7中任一项所述的系统,其特征在于,由所述磁体施加的力足以保持连接至所述连接装置的所述头部,但是通过例如由一只手沿与由所述磁体施加的方向相反的方向施加到所述头部上的相反的力脱开。
9.如权利要求1至8中任一项所述的系统,其特征在于,所述磁体通过产生磁场的电机构成,所述磁场可不被激活以移除所述头部(3);因此当取消所述磁场时,吸力会消失并且可以将所述头部与所述连接装置分离而不需任何特殊的力。
10.如权利要求1至9中任一项所述的系统,其特征在于,所述系统包括在例如皮带轮的所述连接装置与至少一个头部之间的平衡件。
11.如权利要求1至10中任一项所述的连接装置,其特征在于,所述连接装置包括至少一个,优选多个磁体等,即使在不需要机械挡止件的情况下,所述磁体的磁力足以保持头部的连接。
12.如权利要求11所述的装置,其特征在于,所述装置包括至少一个,优选多个孔(10),所述磁体(11)装配至所述孔中。
13.如权利要求11至12中任一项所述的装置,其特征在于,通过粘结、装配、过盈组装或任何其他使所述磁体位置固定的系统来固定所述磁体。
14.如权利要求11至13中任一项所述的装置,其特征在于,所述磁体被包括在例如皮带轮的所述连接装置的厚度内,从而防止任何对于两个接触表面接合的干扰;所述两个接触表面即为所述连接装置中的一个接触表面,和所述头部(3)中的一个接触表面。
15.如权利要求11至14中任一项所述的装置,其特征在于,所述孔(10)和相关所述磁体(11)的数目多于一个,优选为三个。
16.如权利要求11至15中任一项所述的装置,其特征在于,所述装置包括用于倾斜平衡的插头(13),所述插头(13)可以插入适用于指向和对准的孔(15)中,所述插头延伸从而在形成在所述头部(3)的表面上的铣槽(14)中寻求定位。
17.一种如权利要求1-10中任一项所述的头部,其设有切割刃(4)和/或笔和/或其他对于通过操作机器加工必需的附件,其特征在于,所述头部包括对位孔(16),所述对位孔(16)在装配期间装配在例如皮带轮(2)的所述连接装置的轴(8)的延伸部上,进而装配在所述轴上,这样得到完美的纵向对准。
18.如权利要求17所述的头部,其特征在于,所述头部包括形成在所述头部(3)的上表面(12)上的铣槽(14),所述铣槽(14)的形状和厚度与所述装置(2)的插头(13)相同,使得所述插头可以插入所述铣槽中,实现倾斜平衡。
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