CN102114607A - 一种玻璃磨边的方法及磨边机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃磨边的方法及磨边机，磨边机包括机架、设于机架上的磨边工作台、数控系统、以及由数控系统的伺服驱动单元控制的磨头，所述磨边机还包括由数控系统控制的自动成像仪，所述自动成像仪的扫描头与磨头联动，自动成像仪的数据输出端与数控系统的数据输入端相连接。本发明根据自动成像仪对玻璃的扫描图形，自动调整数控系统的标准加工图形的偏转角度和位置，无需对玻璃坯料进行机械定位即可直接进行自动磨边，并可对玻璃成品进行自动检测，从而实现玻璃磨边的全自动流水线生产。

Description

一种玻璃磨边的方法及磨边机

 

技术领域

本发明涉及玻璃磨边加工技术，尤其是涉及一种玻璃自动磨边的方法以及相应的磨边机。

背景技术

常见的玻璃加工一般有切割和磨削两种，对于加工如矩形一类的规则形状，可直接采用切割的方式，而对于许多边缘为曲线的复杂形状的玻璃加工，通常采用磨削的方式，实际加工时，为了减少磨削量，须先根据成品的形状采用切割的方式对玻璃进行粗加工，以得到和成品形状接近的玻璃坯料。现有的玻璃磨边一般是通过下面两种方式实现的：

1. 采用类似仿形铣床的工作原理，在正式加工前须先制作一个仿形的靠模，当玻璃坯料在电机的带动下转动时，磨削玻璃的磨头根据靠模的形状，再通过相应的靠模同步机构的控制作相应的直线运动，从而将玻璃坯料逐步磨成和靠模相同的形状。采用此类方式的磨边机的磨头控制机构可参见在中国专利文献上公开的“一种玻璃磨边机的波浪边加工机构”，其公告号为：CN2499172Y，该加工机构由偏心轮、推杆、推杆座、磨头拖板、滚动直线直线导轨、摆架、蜗杆减速器、步进电机、粗精磨头、粗精段偏心轮轴、粗精段从动座、抛光磨头、抛光段偏心轮轴、抛光段从动座、磨头组成。该机构可提高磨头往复运动时的同步精确度和可靠性，但此类磨边机以及相应的加工方法由于需要制作相应的靠模，因此不适合小批量或单件生产，并且其加工精度受靠模同步机构精度的影响大，最终成品的尺寸精度低，因此目前已经被逐步淘汰。

2. 采用类似数控机床的原理，根据成品的标准图形用数控方式对玻璃坯料进行磨边加工。数控磨边机的典型结构可参见在中国专利文献上公开的“一种数控磨边机”，其公告号为：CN201049432Y，该数控磨边机包括用于控制磨边机工作的数控系统，数控系统包括电脑控制单元、伺服驱动单元、人机界面单元、系统供电单元、系统软件；电脑按制单元分别与伺服驱动单元、人机界面单元、系统供电单元连接，系统供电单元分别与伺服驱动单元、人机界面单元连接，系统软件安装在电脑控制单元中。该数控磨边机只需将成品的标准图形数据输入到电脑控制单元中，即可以轻松实现异型玻璃零件的直线、圆弧和椭圆自动加工。此类磨边机适合小批量以及单件个性化生产，且加工精度以及生产率较高。

上述玻璃磨边机所采用的磨边方式虽然均可实现玻璃的自动磨边，但整个磨边过程中的靠模和电脑控制单元中的成品标准图形均是固定不变的，也就是说，磨头的加工轨迹是事先设置好的，因此，玻璃坯料在放到工作台时均需通过机械的三点定位方式加以定位，以便磨边机按照预先设置的加工轨迹对玻璃坯料进行磨边加工，而该定位程序一般是通过熟练的操作人员手工完成的，不但劳动强度大，对操作人员的要求高，而且整个定位程序耗时多，定位的精度受人为因素影响大，当定位发生偏差时，可能使玻璃坯料无法完全磨边，从而降低成品率。

另外，在完成玻璃坯料的磨边程序后，还需要通过人工检测的方式确定磨边后的成品是否合格，人工检测不仅费时，而且在检测一些具有曲线边缘的成品时，还需配置专用的测量工具，其测量的准确性也难以保证，同时不利于提高生产效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的玻璃磨边方式及相应的磨边机因采用机械定位方式，从而造成定位效率和定位精度低的问题，提供一种无需对玻璃坯料定位即可自动磨边的高效全自动磨边方法以及相应的磨边机。

本发明的另一个目的是为了解决现有技术的玻璃磨边方式存在的玻璃成品检测准确性难以保证、且生产效率低的问题，提供一种玻璃成品自动检测方法以及相应的磨边机。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种玻璃磨边的方法，适用于采用数控系统控制的玻璃磨边机对玻璃进行磨边加工，其包括下列步骤：

a.  将待加工的玻璃坯料放置于磨边工作台上固定；

b.  根据玻璃坯料的形状选定其边缘上三个不在一条直线上的点作为基准点，数控系统控制玻璃磨边机上的自动成像仪对玻璃坯料的外形进行扫描，并将玻璃坯料的外形扫描图形数据传送到玻璃磨边机的数控系统中；

c.  数控系统先对接收到的玻璃坯料的外形扫描图形数据中三个基准点的数据进行分析，并确定玻璃坯料扫描图形的偏转角度以及位置偏移值，然后将预先储存的标准加工图形偏转相同的偏转角度，并根据位置偏移值相应地移动标准加工图形，从而得到实际加工图形，然后将玻璃坯料的扫描图形和实际加工图形进行比较，并对玻璃坯料外形作出是否合格的判断；

d.  如果数控系统判定玻璃坯料的外形不合格，则将玻璃坯料放置到废料区；如果玻璃坯料的外形被判定为合格，则数控系统根据实际加工图形确定相应的磨头加工轨迹，并通过数控系统中的伺服驱动单元控制磨头开始对玻璃坯料进行磨边加工；

e.  当磨头完成对玻璃坯料的磨边加工后，取下加工完的玻璃成品并将其放置到成品区。

现有技术中玻璃坯料的定位方式虽然不尽相同，但基本的原理都是通过设置一套定位机构，使玻璃坯料定位在一个预先设置好的位置上，并具有一个预先设置好的方向，而数控系统则按照预先设置好的加工轨迹对玻璃坯料进行磨边加工，也就是说，其磨头的加工轨迹是固定不变的，因此，必须通过一套定位程序调整玻璃坯料的位置和偏转角度，以使其“迎合”加工轨迹不变的磨头的加工。

而在本发明中，磨头的加工轨迹是可变的，通过自动成像仪对玻璃坯料进行扫描，并根据扫描得到的玻璃坯料的图形数据去移动和调整预先存储的标准加工图形位置以及偏转角度，以得到与玻璃坯料的实际位置相匹配的实际加工图形，并根据实际加工图形确定魔头的加工轨迹，进而使磨头的加工轨迹能“迎合”偏离标准位置的玻璃坯料，因此可省去玻璃坯料的机械定位程序，从而有效地提高了定位精度，使其可实现连续的自动化生产，极大地提高了生产效率。

另外，通过自动成像仪的扫描，使数控系统可对玻璃坯料进行合格与否的检测，因而可避免不合格玻璃坯料的无效加工，有利于进一步提高生产效率。

作为优选，在步骤b中，三个基准点分别设置在两条相互垂直的直边上，其中位于一条直边上的两个基准点为角度基准点，而位于另一条直边上的一个基准点为位置基准点。有利于简化相应的图形数据处理程序。

作为优选，在步骤d和步骤e之间增加自动检测步骤，具体如下：

数控系统控制自动成像仪对玻璃成品的外形进行扫描，并将玻璃成品的外形扫描图形数据传送至数控系统，数控系统将上述外形扫描图形与实际加工图形进行比较，从而对玻璃成品外形作出是否合格的判断，如果数控系统判定为不合格，则将玻璃成品放置到废料区；如果数控系统判定为合格，则转到步骤e。利用自动成像仪可实现玻璃成品的无接触自动检测，其检测速度快，准确率高，有利于减轻检验人员的工作量，使整个玻璃磨边程序完全自动化，便于实现流水线生产方式。

作为优选，玻璃坯料是通过一个带有真空吸盘并由数控系统控制的上片机械手送至磨边工作台上固定的；玻璃成品或不合格的玻璃坯料是通过一个带有真空吸盘并通过数控系统控制的下片机械手送至成品区或废料区的。从而使整个玻璃磨边程序可实现全自动化，进一步提高生产效率。

一种磨边机，包括机架、设于机架上的磨边工作台、数控系统、以及由数控系统的伺服驱动单元控制的磨头，所述磨边机还包括由数控系统控制的自动成像仪，所述自动成像仪的扫描头与磨头联动，自动成像仪的数据输出端与数控系统的数据输入端相连接。现有的数控磨边机的加工轨迹是根据事先输入的标准加工图形指定的，因此，磨边机上需要有相应的定位机构，在开始磨边前，操作人员需要将玻璃坯料在定位机构上准确定位，以使其适应磨头的加工轨迹。而本发明的一种磨边机是通过自动成像仪对玻璃坯料的扫描，得到其形状与位置的实际数据，数控系统则根据上述实际数据自动调整预先储存的标准加工图形在XY水平面内的位置和偏转角度，并根据调整后得到的实际加工图形制定磨头的加工轨迹。因此，玻璃坯料无需进行机械定位，魔头的加工轨迹会自动“迎合”位置发生偏移的玻璃坯料，从而节省了定位时间，避免了由于定位精度不高导致玻璃坯料无法全部磨出的缺陷，有效地提高了磨边的效率。

另外，将自动成像仪的扫描头与磨头联动，可方便扫描头的控制，控制磨头的伺服驱动单元同时用于控制扫描头的动作，简化了整个控制系统的结构。

进一步地，根据生产需要，数控系统还可在磨头结束磨边后再次控制自动成像仪对完成磨边后的玻璃成品进行扫描，并对其合格与否作出判断，从而可实现成品的快速检测，并有利于提高检测的准确率。

作为优选，所述磨头由高速电机驱动，所述高速电机通过挠性联轴器与磨头主轴相连接，并在磨头主轴的轴承处设有气压式密封结构：所述气压式密封结构包括设置在固定轴承的轴承座上的充气通路以及设置在轴承外端的轴承端盖，所述充气通路一端与轴承座的内侧壁联通，另一端与高压气泵相连接。由于玻璃磨边是通常是采用湿磨，也就是磨头在磨边的同时需用水流冲，如果轴承处的密封不好，水会进入轴承内从而造成轴承的锈蚀和损坏，本发明采用的是气压式密封结构，通过在固定轴承的轴承座处喷出压缩空气，从而在轴承座内形成一个压力腔，阻止水从轴承端盖的缝隙处进入到轴承内，因而具有可靠耐久的特点，可解决普通的密封圈等密封结构常见的长期使用容易失效的问题。

作为优选，所述伺服驱动单元包括3轴联动的X轴伺服驱动单元、Y轴伺服驱动单元和Z轴伺服驱动单元，从而使磨边机可加工复杂形状的异型玻璃。

作为优选，所述机架上设有二根相互平行的直线导轨，在位于磨边工作台两侧的直线导轨之间分别设有由数控系统控制的上片机械手和下片机械手，所述数控系统的伺服驱动单元还包括用以驱动上片机械手的上片伺服驱动单元、以及用以驱动下片机械手的下片伺服驱动单元。通过设置上、下片机械手，并且数控系统的伺服驱动单元为5轴联动，可实现磨边程序的自动化，减轻操作人员的劳动强度，提高生产效率。

作为优选，所述直线导轨两端的上片机械手和下片机械手为对称结构，从而使上、下片机械手之间的功能可互换，使磨边机可实现正反两个方向的运转，进而有利于玻璃加工流水线的流程布置。

综上所述，本发明具有如下有益效果：（1）无需机械定位，生产效率高；（2）可对玻璃成品自动检测，自动化程度高；（3）可实现玻璃加工的流水线生产。

附图说明

图1是本发明的磨边机的一种结构示意图；

图2是本发明的磨边机中磨头部分的结构示意图。

图中：1、机架 2、磨边工作台 3、X轴伺服驱动单元 4、Y轴伺服驱动单元 5、Z轴伺服驱动单元 6、上片伺服驱动单元 7、下片伺服驱动单元 8、磨头 9、上片机械手 10、下片机械手 11、直线导轨 12、高速电机 13、挠性联轴器 14、磨头主轴 15、轴承 16、轴承座 17、轴承端盖 18、充气通路 19、Y轴横梁 20、高压气泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

本发明的一种玻璃磨边的方法，适用于如图1所示的采用数控系统控制的玻璃磨边机对玻璃进行磨边加工，其包括下列步骤：

a.  首先，将待加工的玻璃坯料放置于磨边工作台2上固定，当然，在开始磨边程序之前，可根据最终成品的形状先通过切割的方式对玻璃坯料进行初步的裁切，使其成为一个由相互垂直的直边与连接斜边构成的多边形，以便尽量减少磨边的加工余量，同时有利于步骤b中基准点的确定。另外，玻璃坯料可通过一个上片机械手9送至磨边工作台上固定，上片机械手上可设置真空吸盘以方便抓取玻璃，并由数控系统控制其动作，以实现磨边的自动化。玻璃坯料的固定也可通过设置在磨边工作台上的真空装夹系统完成；

b.  其次，根据玻璃坯料的形状选定其边缘上三个不在一条直线上的点作为基准点，三个基准点分别设置在两条相互垂直的直边上，其中位于一条直边上的两个基准点为角度基准点，而位于另一条直边上的一个基准点为位置基准点。数控系统控制玻璃磨边机上的自动成像仪对玻璃坯料的外形进行扫描，并将玻璃坯料的外形扫描图形数据传送到玻璃磨边机的数控系统中；

c.  然后，数控系统对接收到的玻璃坯料的外形扫描图形数据中三个基准点的数据进行分析，首先根据两个角度基准点的数据确定玻璃坯料扫描图形的偏转角度，再根据位置基准点的数据确定玻璃坯料扫描图形的位置偏移值，然后将标准加工图形偏转相同的偏转角度，并根据位置偏移值相应地移动标准加工图形，从而得到实际加工图形，此时，数控系统对玻璃坯料的扫描图形和实际加工图形进行比较，从而对玻璃坯料外形作出是否合格的判断，如果扫描图形可完全覆盖实际加工图形，则可判定为合格，否则即为不合格；

d.  如果数控系统判定玻璃坯料的外形不合格，则可通过一个同样带有真空吸盘并通过数控系统控制的下片机械手10将玻璃坯料放置到废料区；如果玻璃坯料的外形被判定为合格，则数控系统根据实际加工图形确定相应的磨头加工轨迹，并通过数控系统中的伺服驱动单元控制8开始对玻璃坯料进行磨边加工；

e.  当磨头完成对玻璃坯料的磨边加工后，数控系统控制下片机械手抓取加工完的玻璃成品并将其放置到成品区，以便由检验人员对玻璃成品进行检测，以确定其是否合格。

为了减轻检验人员的工作量，作为另一种实施方式，在步骤d和步骤e之间可增加自动检测步骤，具体如下：

在磨头结束对玻璃坯料的磨边后，数控系统控制自动成像仪对玻璃成品的外形进行扫描，并将玻璃成品的外形扫描图形数据传送至数控系统，数控系统将上述外形扫描图形与实际加工图形进行比较，从而对玻璃成品外形作出是否合格的判断，如果数控系统判定为不合格，则控制下片机械手将玻璃成品放置到废料区；如果数控系统判定为合格，则转到步骤e，即控制下片机械手将玻璃成品放置到成品区。

当然，对玻璃坯料和玻璃成品的搬运和传送也可通过其他机械方式、甚至人工的方式完成。

为了与上述玻璃磨边的方法相适应，如图1所示，本发明的一种磨边机包括有机架1、设置在机架上的磨边工作台2、磨头8以及数控系统（图中未示出），数控系统包括电脑控制单元、伺服驱动单元、人机界面单元和系统供电单元，磨边工作台的表面设有四个用于固定玻璃的真空吸盘。机架上还设有二根相互平行的直线导轨11，从而构成磨边机的基本移动平台。在位于磨边工作台两侧的直线导轨之间分别设置上片机械手9和下片机械手10，上片机械手和下片机械手为对称结构，以方便磨边机流水方向的变换，上片机械手和下片机械手为四边形的框架结构，并分别设有四个真空吸盘以用于抓取玻璃。伺服驱动单元包括用以驱动磨头的X轴伺服驱动单元3、Y轴伺服驱动单元4和Z轴伺服驱动单元5，以及用于驱动上片机械手的上片伺服驱动单元6、用以驱动下片机械手的下片伺服驱动单元7，并且上述伺服驱动单元为5轴联动，其基本结构均包括一个伺服驱动电机，伺服驱动电机的转动通过滚珠丝杠和直线导轨转换成直线运动，从而驱动磨头在X、Y、Z三个方向的运动。其中X轴伺服驱动单元有两套，分别设置在机架上两根平行的直线导轨上；在两个X轴伺服驱动单元的滚珠丝杠的螺母之间横跨设置有Y轴横梁19，Y轴伺服驱动单元设置在Y轴横梁上；相应地，Z轴伺服驱动单元设置在Y轴伺服驱动单元的滚珠丝杠的螺母上。本发明的磨边机还包括一个自动成像仪（图中未示出），自动成像仪的扫描头可固定在磨头上，从而与磨头联动，方便数控系统对扫描头的控制，自动成像仪的数据输出端与数控系统中电脑控制单元的数据输入端相连接。

如图2所示，磨头由一个高速电机12驱动，所述高速电机通过挠性联轴器13与磨头主轴14相连接，并在磨头主轴的轴承15处设有气压式密封结构。该气压式密封结构包括设置在固定轴承的轴承座16上的充气通路18以及设置在轴承外端的轴承端盖17，所述充气通路一端与轴承座的内侧壁联通，另一端与高压气泵20相连接（参见图1）。当磨头工作时，充气通路中的压缩气体进入到轴承座内，从而在轴承座内形成一个高压，进而可有效地阻止外面水流通过缝隙进入到轴承座内。

在开始玻璃磨边前，须先将最终成品的标准加工图形通过人机界面单元输入到电脑控制单元中，并预设其对应在磨边工作台上的位置尺寸和方向，此位置尺寸即为需磨边的玻璃坯料在磨边工作台上的理论位置尺寸。磨边开始后，数控系统的上片伺服驱动单元控制上片机械手动作，上片机械手通过真空吸盘抓取经切割处理的玻璃坯料，并将其传送到磨边工作台上。此时数控系统通过X轴伺服驱动单元、Y轴伺服驱动单元、Z轴伺服驱动单元控制自动成像仪的扫描头移动，从而对玻璃坯料进行扫描，并将扫描得到的数据传送到电脑控制单元，电脑控制单元对扫描数据进行分析，确定玻璃坯料图形的偏转角度以及与理论位置尺寸之间的位置偏移值，然后将标准加工图形偏转相同的偏转角度，并根据位置偏移值相应地移动标准加工图形，从而得到实际加工图形。此时，可将玻璃坯料的扫描图形和实际加工图形进行比较，从而对玻璃坯料外形作出是否合格的判断，如果扫描图形不能完全覆盖实际加工图形，则可判定为不合格，不合格的玻璃坯料由下片机械手抓取后传送到相应的废料区；如果扫描图形能完全覆盖实际加工图形，则可判定为合格，此时电脑控制单元根据实际加工图形确定相应的磨头加工轨迹，并自动编制相应的加工程序，然后伺服驱动单元控制磨头开始对玻璃坯料进行磨边加工，通过X轴伺服驱动单元、Y轴伺服驱动单元、Z轴伺服驱动单元的联动控制，可完成各种异型边的磨边加工。当磨边结束后，根据生产的实际需要，可选择是否对玻璃成品进行自动检测，如果玻璃成品的形状简单，可不进行自动检测，此时下片伺服驱动单元驱动下片机械手抓取玻璃成品并将其传动到成品区；如果玻璃成品的外形复杂，可选择进行自动检测，此时电脑控制单元通过X轴伺服驱动单元、Y轴伺服驱动单元、Z轴伺服驱动单元控制自动成像仪的扫描头移动，从而对玻璃成品进行扫描，并将扫描得到的数据传送到电脑控制单元，电脑控制单元对扫描数据进行分析，电脑控制单元将玻璃成品的外形扫描图形与实际加工图形进行比较，从而对玻璃成品外形作出是否合格的判断，如果判定为不合格，则通过下片机械手将玻璃成品放置到废料区；反之，则通过下片机械手将玻璃成品放置到成品区。

Claims (10)

1.一种玻璃磨边的方法，适用于采用数控系统控制的玻璃磨边机对玻璃进行磨边加工，其包括下列步骤：

a.  将待加工的玻璃坯料放置于磨边工作台上固定；

b.  根据玻璃坯料的形状选定其边缘上三个不在一条直线上的点作为基准点，数控系统控制玻璃磨边机上的自动成像仪对玻璃坯料的外形进行扫描，并将玻璃坯料的外形扫描图形数据传送到玻璃磨边机的数控系统中；

c.  数控系统先对接收到的玻璃坯料的外形扫描图形数据中三个基准点的数据进行分析，并确定玻璃坯料扫描图形的偏转角度以及位置偏移值，然后将预先储存的标准加工图形偏转相同的偏转角度，并根据位置偏移值相应地移动标准加工图形，从而得到实际加工图形，然后将玻璃坯料的扫描图形和实际加工图形进行比较，并对玻璃坯料外形作出是否合格的判断；

d.  如果数控系统判定玻璃坯料的外形不合格，则将玻璃坯料放置到废料区；如果玻璃坯料的外形被判定为合格，则数控系统根据实际加工图形确定相应的磨头加工轨迹，并通过数控系统中的伺服驱动单元控制磨头开始对玻璃坯料进行磨边加工；

e.  当磨头完成对玻璃坯料的磨边加工后，取下加工完的玻璃成品并将其放置到成品区。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃磨边的方法，其特征是，在步骤b中，三个基准点分别设置在两条相互垂直的直边上，其中位于一条直边上的两个基准点为角度基准点，而位于另一条直边上的一个基准点为位置基准点。

3.根据权利要求1所述的一种玻璃磨边的方法，其特征是，在步骤d和步骤e之间增加自动检测步骤，具体如下：

数控系统控制自动成像仪对玻璃成品的外形进行扫描，并将玻璃成品的外形扫描图形数据传送至数控系统，数控系统将上述外形扫描图形与实际加工图形进行比较，从而对玻璃成品外形作出是否合格的判断，如果数控系统判定为不合格，则将玻璃成品放置到废料区；如果数控系统判定为合格，则转到步骤e。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种玻璃磨边的方法，其特征是，玻璃坯料是通过一个带有真空吸盘并由数控系统控制的上片机械手送至磨边工作台上固定的；玻璃成品或不合格的玻璃坯料是通过一个带有真空吸盘并通过数控系统控制的下片机械手送至成品区或废料区的。

5.一种磨边机，包括机架（1）、设于机架上的磨边工作台（2）、数控系统、以及由数控系统的伺服驱动单元控制的磨头（8），其特征是，所述磨边机还包括由数控系统控制的自动成像仪，所述自动成像仪的扫描头与磨头联动，自动成像仪的数据输出端与数控系统的数据输入端相连接。

6.根据权利要求5所述的磨边机，其特征是，所述磨头由高速电机（12）驱动，所述高速电机通过挠性联轴器（13）与磨头主轴（14）相连接，并在磨头主轴的轴承（15）处设有气压式密封结构。

7.根据权利要求6所述的磨边机，其特征是，所述气压式密封结构包括设置在固定轴承的轴承座（16）上的充气通路（18）以及设置在轴承外端的轴承端盖（17），所述充气通路一端与轴承座的内侧壁联通，另一端与高压气泵（20）相连接。

8.根据权利要求5或6或7所述的磨边机，其特征是，所述伺服驱动单元包括3轴联动的X轴伺服驱动单元（3）、Y轴伺服驱动单元（4）和Z轴伺服驱动单元（5）。

9.根据权利要求5或6或7所述的磨边机，其特征是，所述机架上设有二根相互平行的直线导轨（11），在位于磨边工作台两侧的直线导轨之间分别设有由数控系统控制的上片机械手（9）和下片机械手（10），所述数控系统的伺服驱动单元还包括用以驱动上片机械手的上片伺服驱动单元（6）、以及用以驱动下片机械手的下片伺服驱动单元（7）。

10.根据权利要求9所述的磨边机，其特征是，所述直线导轨两端的上片机械手和下片机械手为对称结构。

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