CN105102934B - 具有旋转编码器的用于容器处理的转台机器 - Google Patents
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Abstract
公开了用于容器处理的转台机器(1),转台机器包括转盘(2),转盘(2)具有用于输送容器(3)的容器容纳部(14),容器容纳部(14)沿着围绕转盘(2)的转动轴线(A)的圆形路径(K)以机器节距(M)等间距地配置,其特征在于,转盘(2)和旋转编码器(4)经由传动器(10)相连接,使得当转盘(2)转动大约一机器节距(M)时,旋转编码器发送和/或处理整数倍的周期值增量(5b)作为位置信号(5),信号发射器(9b)被设计成检测转盘(2)上的参考标记(9a)并发送基于参考标记(9a)的参考标记信号(7),信号处理装置(11)被设计成处理位置信号(5)和参考标记信号(7),以调节转盘(2)的位置和控制容器容纳部(14)。
Description
技术领域
本发明涉及具有方案1的前序部分的特征的用于容器处理的转台机器,以及具有方案13的前序部分的特征的用于转台机器的方法。
背景技术
用于容器处理的转台机器通常被设计为用于容器的拉伸吹塑成型机、冲洗机、填充机、封闭机、检测机、贴标机和/或印刷机。例如瓶或罐的容器在转盘中被接收于容器容纳部并且通过这些容器容纳部被传输。为了实现高精度的处理,在转盘的转动期间必须高精度地确定容器容纳部的位置。
容器容纳部借助于机器节距沿着围绕转动轴线的圆形路径等间距地配置在转盘上。例如,在贴标机中大约70个容器容纳部配置于转盘,容器被接收于容器容纳部,除了转盘的转动外,还借助于伺服马达使容器围绕自身的轴线枢转。由此,各容器可以相对于贴标单元枢转,使得标签可以施加到整个容器周面。为了标签地精确定位,必须准确地知道转盘的位置和由此知道容器容纳部相对于贴标单元的位置。
DE 69411 178 T2公开了具有容器容纳部和轴的转盘,其中,具有驱动齿轮的马达与轴处的中央齿轮啮合。此外,经由中央齿轮另外驱动旋转编码器,接着通过旋转编码器可以确定转盘的位置。
DE 10 2004 055 745 A1还公开了具有转盘和轴的转台机器,旋转编码器在此中心地配置于轴。
在这种转台机器中,示出了诸如贴标等的容器处理不够精确。
发明内容
本发明的目标在于提供能够更精确地进行容器处理的转台机器。
本发明以具有方案1的前序部分的特征和特征部分的特征的用于容器处理的转台机器解决该问题,根据该用于容器处理的转台机器,转盘和旋转编码器经由传动器相连接,使得当转盘转动大约一机器节距时,旋转编码器发送和/或处理整数倍的周期值增量作为位置信号,信号发射器被设计为检测转盘上的参考标记并且发送基于该参考标记的参考标记信号,信号处理装置被设计成处理位置信号和参考标记信号,以便调节转盘的位置和控制容器容纳部。
通过经由传动器连接转盘和旋转编码器,使得当转盘转动大约一机器节距时,旋转编码器发送和/或处理整数倍的周期值增量作为位置信号,当转盘转动大约一机器节距时,具有整数倍的周期值增量的序列被发送作为位置信号。例如,这些可以是5000周期值增量。当转盘进一步转动大约一机器节距时,发送相同的周期值增量的序列。例如,在沿着圆形路径配置60个容器容纳部时,一个机器节距准确为6°。然后,在该机器节距中,容器容纳部的位置可以分解为每机器节距(0.0012°的)5000周期值增量。换言之,传动比允许转盘的位置具有特别高的分辨率。
通过将信号发射器设计成检测转盘处的参考标记并且发送基于所述参考标记的参考标记信号,参考标记或对应的参考容器容纳部可以被确定为转盘的零位置。结果,归因于容器容纳部的规则间距,可以确定各单个的容器容纳部位于转盘的位置。由此,例如,各单个的容器容纳部可以准确地与处理站关联,可以对应于容器容纳部的位置而致动容器容纳部的枢转。
通过将信号处理装置设计成处理位置信号和参考标记信号,以便调节转盘的位置和控制容器容纳部,基于这些信号调节或控制转盘的位置和容器容纳部的运动。由此,避免转盘的转动和容器容纳部的位置确定之间的变化。相应地,实现容器处理的高精度。
用于容器处理的转台机器可以配置于饮料加工设备。转台机器可以是用于的容器的拉伸吹塑机、清洁机、贴标机、检查机、填充机或封闭机。容器可以是瓶、罐、杯等。容器容纳部可以被设计成围绕其自身的轴线转动。控制凸轮或伺服马达可以被设计成使容器容纳部围绕自身的轴线转动。容器容纳部可以包括夹持元件,以稳固地在其中接收容器。
可以通过360°除以转盘的容器容纳部的数量而得到机器节距。例如,在沿着圆形路径的60个容器容纳部的情况下,机器节距为6°。
转盘的转动轴线可以垂直地延伸通过转盘的中心。转盘可以包括沿着转动轴线的轴。转盘的转动轴线可以竖直延伸。转盘的轴可以通过轴承安装于框架元件。转盘可以连接到马达以驱动转盘。
旋转编码器可以是光学的、感应的或磁性的旋转编码器。感应旋转编码器可以被设计为转速传感器(tachogenerator)或分解器(resolver)。旋转编码器可以每转发送整数倍的周期值增量作为位置信号的脉冲列。位置信号可以是周期性的方波信号或正弦信号。可选地,旋转编码器可以被设计成处理位置信号并且发送位置信号作为位置值。位置值的发送可以经由数据总线完成。旋转编码器可以是绝对值旋转编码器(SSI旋转编码器)或增量旋转编码器。
参考标记可以配置于转盘的外周。参考标记可以包括磁标记和光标记。信号发射器可以包括用于检测参考标记的磁开关或光电元件。
信号处理装置可以包括微处理器、数字输入和/或输出、模拟输入和/或输出,其可选地设计成读取位置信号和/或参考标记信号。
信号处理装置可以与驱动转盘用的马达和/或枢转容器容纳部用的伺服马达相连。信号处理装置可以包括调节回路,以基于位置信号调节转盘的位置。信号处理装置可以被设计成根据位置信号控制容器容纳部。信号处理装置可以被设计成基于容器容纳部的枢转角度利用调节回路调节容器容纳部的伺服马达。容器容纳部或伺服马达可以包括旋转编码器,以检测枢转角度。
信号处理装置可以被设计成处理位置信号,以便控制用于容器处理的单元。由此,利用位置信号和参考标记信号,该单元可以被另外控制并且增加容器处理的精度。该单元可以是填充站、贴标单元、检查单元和/或封闭头。例如,在贴标单元中,就所有驱动采用相同的时基而言,基于位置信号和参考标记信号可以与转盘的转动特别同步地进行贴标。信号处理装置和单元可以利用控制线相连。
位置信号的零点能够自由选择。由此,在试运转或维修过程中,转盘的确定位置可以存储在转台机器中。零点可以存储在旋转编码器或信号处理装置中。位置信号的边缘可以选为零点。
传动器可以包括如下减速比:当转盘转动大约一机器节距时,旋转编码器的轴转动一圈、两圈或四圈,或者转动半圈或四分之一圈。由此,可以特别容易地确保转盘转动大约一机器节距,位置信号通过整数倍的周期值增量。
传动器可以包括具有圆角齿的链轮带。由此,由于圆角齿能够特别平滑地与齿轮啮合,因此实现旋转编码器的特别安静的运行。传动器可以包括至少两个齿轮,两个齿轮经由链轮带相连,齿轮具有相同或不同的直径。齿轮可以具有与链轮带对应的齿。链轮带可以具有相对于链轮带的运行方向倾斜配置的齿轮廓。由此,齿可以更容易地与齿轮啮合。链轮带可以由塑料材料构成。链轮带的张力可以由张力辊施加。
传动器可以包括马达传动机构,所述马达传动机构在驱动端与用于引入驱动力的马达联接并且在从动端配置于旋转编码器和转盘之间。由此,可以特别好地使马达传动机构和转盘之间的力和扭矩与旋转编码器断开。这确保了旋转编码器特别安静的运行。马达传动机构可以包括两个从动端,第一从动端经由至少两个齿轮连接到转盘,第二从动端经由至少两个其他齿轮连接到旋转编码器。两个从动端可以是一个轴的两端。
链轮带可以配置于马达传动机构和旋转编码器之间。由此,特别好地使链轮带与驱动力断开,并且旋转编码器可以特别精确地操作。链轮带可以在马达传动机构的从动端处与齿轮啮合,在旋转编码器处与另一个齿轮啮合。
旋转编码器可以被设计成发送和/或处理粗信号,粗信号的周期对应于整数倍的周期值增量。由此,可以特别好地检测到位置信号的干扰。
粗信号的周期可以对应于一个机器节距。由此,仅基于位置信号和粗信号,就可以确定机器节距内的绝对位置值。粗信号的上升或下降的信号边缘可以对应于容器容纳部的参考位置。
粗信号的零点能够自由选择。由此,可以特别容易地相对于转台机器的容器容纳部的实际位置校准粗信号。粗信号的零点可以存储在旋转编码器内或信号处理装置内。
信号处理装置可以被设计成限定由信号发射器检测的参考标记周围的时间窗口(time slot),以在时间窗口内将粗信号的信号边缘识别为转盘的零位置。由此,由于粗信号的信号边缘用作零位置,这比由信号发射器检测到的参考标记更精确,所以可以特别精确地检测转盘的绝对位置。对于零位置,转盘可以转动到预定的参考位置。由此,在安装和/或维修工作期间,可以在转台机器中特别容易地校准转盘。
安全旋转编码器可以被设计成检测转盘的安全速度,安全旋转编码器可选地与旋转编码器形成一体。安全旋转编码器可以表示,旋转编码器是根据EN 61508标准的SIL旋转编码器。由此,转盘的速度可以独立于旋转编码器的正确功能而被监视,在偏离期望速度的情况下,转台机器可以停止和/或可以触发警报。由此,转台机器可以特别好地被保护。安全旋转编码器与旋转编码器形成一体的事实能够表示,安全旋转编码器被实施为旋转编码器的另外的独立评价单元。可选地,这可以表示安全旋转编码器和旋转编码器通过共同的轴相连。旋转编码器可以包括用于发送位置信号和/或粗信号的电连接部,安全旋转编码器可以包括用于发送速度信号的单独的电连接部。
此外,根据方案13,本发明提供一种用于容器处理的转台机器的方法,其中,容器在容器容纳部中被输送,容器容纳部沿着围绕转盘的转动轴线的圆形路径以机器节距等间距地配置,旋转编码器发送和/或处理具有周期值增量的位置信号用于确定转盘的位置,其特征在于,传动器将转盘的机器节距转化为旋转编码器的整数倍的周期值增量,信号发射器检测转盘处的参考标记并且发送基于参考标记的参考标记信号,以及信号处理装置处理位置信号和参考标记信号,以调节转盘的位置和控制容器容纳部。
通过基于位置信号和参考标记信号调节或控制转盘的位置和容器容纳部,转盘的转动和容器容纳部的运动基于位置信号和参考标记信号而同步。此外,通过传动比,由旋转编码器的周期值增量确保机器节距的特别高的分辨率。由此,位置信号是具有特别高的分辨率的信号。此外,利用转盘处的参考标记,信号发射器可以检测转盘的绝对位置,并且可以确定各容器容纳部的绝对位置。相应地,可以根据沿着圆形路径的当前位置控制各容器容纳部的运动。
上述实施方式或其一部分,或者方案2至方案12的主题可以与方案13的主题或以下实施方式结合。
旋转编码器可以发送粗信号,粗信号的信号边缘与容器容纳部的参考位置相对应。由此,在参考位置可以特别精确地确定容器容纳部的位置。
在通过信号发射器检测到的参考标记周围的时间窗口内,可以将粗信号的信号边缘识别为转盘的零位置。由此,可以确定转盘的特别精确的零位置。
附图说明
以下将参照图中表示的实施方式阐明本发明的特征和优点。在图中:
图1示出转台机器的侧视图;
图2示出图1的转台机器的平面示意图;
图3示出机器节距内的位置信号、参考标记信号和粗信号的信号示意图;以及
图4示出图1的转台机器用的链轮带(sprocket belt)的截面图。
具体实施方式
图1示出转台机器1的侧视图。能够看到的是设计有转台的转盘2,在转盘2的外周部处配置容器容纳部14。通过伺服马达15移动容器容纳部。转盘2包括轴19,利用轴承16,轴19的两端分别可转动地安装于上框架元件17和下框架元件18。利用各容器容纳部14可以稳固地接收一个容器3并且可以通过伺服马达15枢转该一个容器3。容器3的上端经由固定元件20固定以抵抗移位。固定元件20可移动地安装在头部板21中并且连接到轴19。当转盘2转动时,各固定元件20与相应的容器容纳部14相对应。
马达13被设置为转盘2的驱动器。这里,马达传动机构10b将马达13的速度降低到马达传动机构10b的从动端的低速。马达传动机构10b的从动端经由第一分传动器(partialtransmission)10a连接到转盘2的轴19。第一分传动器10a进一步降低了马达传动机构10b的从动端的速度。第一分传动器10a包括在马达传动机构10b的从动端的第一齿轮、比该第一齿轮大的转盘2的轴19处的齿轮以及连接这两个齿轮的链轮带。可选地,这两个齿轮也可以直接啮合。
还能够看到的是,容器3通过贴标单元23设置有标签3a。为了高精度地贴标,需要容器3相对于贴标单元23精确定位。这将在以下进行说明:
为了精确地确定位置,转盘2和旋转编码器(rotary transducer)4通过传动器10相连接。传动器10包括上述第一分传动器10a、马达传动机构10b和连接在第二从动端的第二分传动器10c。第二分传动器10c包括连接到马达传动机构10b的第二从动端的第一齿轮、连接到旋转编码器4的轴4a的第二齿轮以及连接该两个齿轮的链轮带10d。第二分传动器10c可以具有或不具有传动比。第一分传动器10a、马达传动机构10b和第二分传动器10c一起具有一个传动比,使得转盘2的一个机器节距(machine pitch)与旋转编码器4的轴4a的整周转动(complete rotation)相对应。旋转编码器4在此实施为光学旋转编码器,轴4a每旋转一圈,该光学旋转编码器准确地发送周期值增量的5000周期作为位置信号。结果,转盘2关于一个机器节距的一个转动准确地对应于旋转编码器4的5000周期值增量。由此,转盘2的特别高的分辨率的移动是可能的。旋转编码器4将位置信号发送到电线12a处的信号处理装置11作为方波信号。可选地,也可以是正弦信号。
此外,旋转编码器4被设计成发送粗信号,其中,粗信号的一个周期对应于旋转编码器的转动轴4a的整周转动(整转)。粗信号也为方波信号,在此,该方波信号在电线12b处被发送。一个第一半周期分别准确地对应于旋转编码器4的一个半周转动或2500周期值增量。粗信号的第二半周期分别对应于旋转编码器4的第二半周转动或者位置信号的另外2500周期值增量。
此外,示出线12c,用于旋转编码器4的供电。
安全旋转编码器8示出为与旋转编码器4形成一体。安全旋转编码器8检测转盘2的安全速度并且在单独的线12d发送该安全速度。以此,可以监测转盘2的转动。在此通过监测装置11s完成,监测装置11s将期望的速度与安全速度相比较。在不同情况下,转台机器1将停止并且将触发警报。
此外,示出检测转盘2处的参考标记9a的信号发射器9b。参考标记9a在此实施为利用信号发射器9b中的磁开关检测的磁体。参考标记9a一与信号发射器9b相对,信号发射器9b就经由线12g发送电压脉冲作为信号。
通过信号处理装置11检测上述信号。信号处理装置11具有用于检测线12a、12b和12g处的信号的微处理器和数字输入。在处理中,如以下将参照图3所说明的,利用信号处理装置11处理信号,以便高精度地计算转盘2的绝对位置。接着,利用转盘2的该绝对位置调节或控制用于驱动转盘2的马达13、用于移动容器容纳部14的伺服马达15和贴标单元23。由于基于共同的时基(即,转盘2的绝对位置)控制或调节这三个单元,能够特别精确地将标签3a贴到容器3。
利用脉冲宽度控制经由线12e完成马达13的启动。贴标单元23包括单独的控制装置,经由线12h根据时间准确地触发该单独的控制装置。此外,伺服马达15经由旋转式分配器22和线12f连接到信号处理装置11。这里,信号处理装置11包括用于各伺服马达15的调节回路,其进一步包括准确调节容器容纳部14的枢轴用的单独的旋转编码器(此处未示出)。
在图2中,能够看到的是图1的转台机器1的平面图。在此能够看到的是转盘2包括六个容器容纳部14a-14f。这些容器容纳部沿着圆形路径K等间距地布置,因此,一个机器节距M准确地对应60°。还能够看到的是转盘2的零位置R,这里,参考标记9a正对着信号发射器9b。对于该零位置R,容器容纳部14a-14f位于0°、60°、120°、180°、240°和360°位置。各容器容纳部14a-14f相对于转盘2的位置的转动位置可以在信号处理装置11中存储为曲线,利用各曲线使确定的容器容纳部14a-14f的转动位置与转盘2的位置相关联。
此外,能够看到转盘2的轴19经由传动器10(在此仅示意性示出)连接到旋转编码器4。
图3示意性地示出在机器节距M内的时间t内位置信号5、参考标记信号7和粗信号6随时间变化的特性。
能够看到,粗信号6是在一个机器节距M内准确通过从时间参考点TR起的一个周期的方波信号。此外,时间参考点TR对应于图2所示的转盘2的零位置R。粗信号6的零点为正信号边缘6a,并且以对应于转盘2的零位置(参照图2)的方式选择该粗信号6的零点。
位置信号5在此也可以是方波信号,但可选地也可以是正弦信号。这里,位置信号5在一个机器节距M期间准确地通过5000周期。这些还可以与转台机器的设计相对应地为2000、1000、500、100或10周期。位置信号5的周期数在此仅为示意性地示出,以更好地示出各信号的相关性。能够看到的是位置信号5包括在时间Δt期间准确通过一个周期的周期值增量5b。还能够看到的是,位置信号5的零点是信号边缘5a,并且以与转盘2的零位置R(参照图2)对应的方式选择该位置信号5的零点。相应地,位置信号5的正信号边缘5a准确地位于时间参考点TR。还能够看到的是,粗信号6的一个周期对应于位置信号5的周期值增量5b的一个整数倍。
此外,示出了参考标记信号7,当在零位置R时通过信号发射器9b发送参考标记信号7,参考标记9a与信号发射器9b相对。这里,信号发射器9b特别简单地设计有磁开关,其中,通过产生公差,参考标记信号7的信号脉冲7a在时间窗口(slot)F内。如果现在直接取得参考标记信号7用于转盘2的绝对位置信号,则将相对不准确地知道转盘2在时间窗口F的实际位置。相应地,利用信号处理装置,将粗信号6的上升信号边缘6a识别为转盘2在时间窗口F内的零位置R。随后,转盘2的绝对位置信号例如通过对周期值增量5b的以时间参考点TR为起点的积分由粗信号6和位置信号5形成。因此,一方面检测到了容器容纳部14a的通过,同时确定转盘2的特别准确的绝对位置。
通过高分辨率检测的特别准确的位置信号5,并且通过与粗信号6和参考标记信号7关联地确定的转盘2的绝对位置,由于基于共同的时基,所以可以特别准确并且具有特别高分辨率地调节或控制转盘2的转动、容器容纳部14的枢转和贴标单元23。
在图4中,在截面图中示出图1和图2的转台机器1的链轮带10d。能够看到的是链轮带10d具有圆角齿10e。
各齿10e具有圆形半径R1、R2,通过齿10e链轮带10d更容易与分传动器10c(此处未示出)的对应齿轮啮合。半径R1、R2比各齿的半宽度B小。可选地,半径R1、R2比齿10e的宽度的四分之一小。此外,能够看到的是,齿10e的横向边缘10f包括相对于行驶方向(由箭头表示)以角度S倾斜的倾斜部10f。这里,角度S在60度至90度的范围内,可选地在70度至80度的范围内。由此,齿10e可以更容易地与分传动器10c的对应的齿轮啮合。
利用图1至图4所示的转台机器1,可以执行与方案13至方案15对应的方法。
将理解的是,上述实施方式中涉及的特征不限于这些特定的组合,也可以是其他任意组合。
Claims (15)
1.一种用于容器处理的转台机器(1),所述转台机器包括转盘(2),所述转盘(2)具有用于输送容器(3)的容器容纳部(14),其中,所述容器容纳部(14)沿着围绕所述转盘(2)的转动轴线(A)的圆形路径(K)以机器节距(M)等间距地配置,
其特征在于,
所述转盘(2)和旋转编码器(4)经由传动器(10)相连接,使得当所述转盘(2)转动一机器节距(M)时,所述旋转编码器发送和/或处理整数倍的周期值增量(5b)作为位置信号(5),
信号发射器(9b)被设计成检测所述转盘(2)上的参考标记(9a)并且发送基于所述参考标记(9a)的参考标记信号(7),以及
信号处理装置(11)被设计成处理所述位置信号(5)和所述参考标记信号(7),以便调节所述转盘(2)的位置和控制所述容器容纳部(14)。
2.根据权利要求1所述的转台机器(1),其特征在于,所述信号处理装置(11)被设计成处理所述位置信号(5),以便控制用于容器处理的单元(23)。
3.根据权利要求1或2所述的转台机器(1),其特征在于,所述位置信号(5)的零点(5a)能够自由选择。
4.根据权利要求1或2所述的转台机器(1),其特征在于,所述传动器(10)具有如下减速比:当所述转盘(2)转动一机器节距(M)时,所述旋转编码器(4)的轴(4a)转动一圈、两圈或四圈,或者转动半圈或四分之一圈。
5.根据权利要求1或2所述的转台机器,其特征在于,所述传动器(10)包括具有圆角齿(10e)的链轮带(10d)。
6.根据权利要求1或2所述的转台机器,其特征在于,所述传动器(10)包括马达传动机构(10b),所述马达传动机构(10b)的驱动端与用于引入驱动力的马达(13)联接,所述马达传动机构(10b)的从动端配置于所述旋转编码器(4)和所述转盘(2)之间。
7.根据权利要求6所述的转台机器,其特征在于,所述传动器(10)包括具有圆角齿(10e)的链轮带(10d),所述链轮带(10d)配置于所述马达传动机构(10b)和所述旋转编码器(4)之间。
8.根据权利要求1或2所述的转台机器(1),其特征在于,所述旋转编码器(4)被设计成发送和/或处理粗信号(6),所述粗信号(6)的周期对应于整数倍的所述周期值增量(5b)。
9.根据权利要求8所述的转台机器(1),其特征在于,所述粗信号(6)的周期对应于一个机器节距(M)。
10.根据权利要求8所述的转台机器(1),其特征在于,所述粗信号(6)的零点能够自由选择。
11.根据权利要求8所述的转台机器(1),其特征在于,所述信号处理装置(11)被设计成限定由所述信号发射器(9b)检测到的参考标记(9a)周围的时间窗口(F),以在所述时间窗口(F)内将所述粗信号的信号边缘(6a)识别为所述转盘(2)的零位置(R)。
12.根据权利要求1或2所述的转台机器(1),其特征在于,安全旋转编码器(8)被设计成检测所述转盘(2)的安全速度,所述安全旋转编码器(8)可选地与所述旋转编码器(4)形成一体。
13.一种用于容器处理的转台机器(1)的方法,其中,容器(3)在容器容纳部(14)中被输送,所述容器容纳部(14)沿着围绕转盘(2)的转动轴线(A)的圆形路径(K)以机器节距(M)等间距地配置,用于确定所述转盘(2)的位置的旋转编码器(4)处理和/或发送具有周期值增量(5b)的位置信号(5),
其特征在于,
传动器(10)将所述转盘(2)的机器节距(M)转化为所述旋转编码器(4)的整数倍的周期值增量(5b),
信号发射器(9b)检测所述转盘(2)处的参考标记(9a)并且发送基于所述参考标记(9a)的参考标记信号(7),以及
信号处理装置(11)被设计成处理所述位置信号(5)和所述参考标记信号(7),以调节所述转盘(2)的位置和控制所述容器容纳部(14)。
14.根据权利要求13所述的方法,其特征在于,所述旋转编码器(4)发送粗信号(6),所述粗信号(6)的信号边缘(6a)与所述容器容纳部(14)的参考位置对应。
15.根据权利要求14所述的方法,其特征在于,在由所述信号发射器(9b)检测到的参考标记(9a)周围的时间窗口(F)内,将所述粗信号(6)的信号边缘(6a)识别为所述转盘(2)的零位置(R)。
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