CN105234030B - 电动升降的喷涂系统 - Google Patents
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Abstract
本发明电动升降的喷涂系统，包括基座、升降杆、机械臂和喷头；所述升降杆，设置在所述基座上；所述机械臂，设置在所述升降杆上；所述喷头，设置在所述机械臂上，并与输送喷涂物质的喷管连接；所述升降杆为电动伸缩桅杆；所述基座内设有存储盒、气泵和电动机，所述存储盒通过第一管道、所述气泵通过第二管道分别与所述喷管连接，所述第一管道上安装有第一电磁阀，所述第二管道上安装有第二电磁阀。本发明结构简单、操作方便，通过升降杆可以令喷头到达不同高度，而且通过操纵机械臂能够使喷头快速移动到工件四周的任意位置，从而能够适应不同高度位置处工件的不同位置的喷涂需要，完成对工件的全方位喷涂，喷涂效果显著，完全能够代替人工登高喷涂作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动升降的喷涂系统。
背景技术
在变电站，由于高压隔离开关、接地刀闸等设备长期于室外运行，因此这些设备中的触头夹紧弹簧、重力平衡弹簧、齿条、铰链机构、触头、脱口、旋转机构、连杆、轴等工件容易出现锈蚀，这些运动部件的锈蚀将直接导致传动阻力的增大，从而导致隔离开关、接地刀闸分合闸不到位。
为了预防上述问题出现，需定期对上述工件喷涂防腐剂，通常采用喷涂WD40，起到除尘、除锈、润滑作用。检修工作时需要将涉及的一次设备停运，并采用梯子或者斗臂车登高进行喷涂作业，检修要求比较高，具有一定危险性，并对对检修工作人员的要求比较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作方便、能够代替人工登高喷涂作业的电动升降的喷涂系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：电动升降的喷涂系统，包括基座、升降杆、机械臂和喷头；
所述升降杆，设置在所述基座上，用于支撑所述机械臂并带动所述机械臂升降；
所述机械臂，设置在所述升降杆上，用于带动所述喷头移动；
所述喷头，设置在所述机械臂上，并与输送喷涂物质的喷管连接，用于喷出喷涂物质；
所述升降杆为电动伸缩桅杆；
所述基座内设有用于存放喷涂物质的存储盒、用于产生高压气体的气泵和用于驱动升降杆的电动机，所述存储盒通过第一管道、所述气泵通过第二管道分别与所述喷管连接，所述第一管道上安装有第一电磁阀，所述第二管道上安装有第二电磁阀。
进一步的，所述机械臂包括第一旋转关节、Z型臂、第二旋转关节、平衡臂、第三旋转关节、转动臂、俯仰关节和俯仰臂，所述第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节的旋转轴均平行于重力线，所述俯仰关节的旋转轴垂直于重力线，所述升降杆竖直布置，所述升降杆的上端通过所述第一旋转关节与所述Z型臂的一端连接，所述Z型臂的另一端通过所述第二旋转关节与所述平衡臂连接，所述平衡臂水平布置，所述转动臂竖直布置，所述平衡臂的一端通过所述第三旋转关节与所述转动臂的下端连接，所述转动臂的上端通过所述俯仰关节与所述俯仰臂连接，所述喷头设于所述俯仰臂的自由端。
进一步的，所述喷头的上侧设有摄像头，所述摄像头内集成有雷达测距模块，所述第一旋转关节、第二旋转关节、第三旋转关节和俯仰关节的驱动元件均为步进电机，所述基座内还设有控制器和无线数据模块，所述控制器分别通过控制线路与所述摄像头、雷达测距模块、无线数据模块、第一旋转关节、第二旋转关节、第三旋转关节、俯仰关节、气泵、电动机、第一电磁阀和第二电磁阀连接，所述无线数据模块用于向外部发射信号，以及接受外部的控制信号并传递给控制器。
进一步的，所述基座上还设有自动盘管线器，所述自动盘管线器与所述控制器连接，所述喷管与所述控制线路集成在一起，形成复合管线，所述复合管线的一部分绕设在所述自动盘管线器上。
进一步的，所述基座的底部设有用于行走的滚轮。
本发明的有益效果为：使用本发明电动升降的喷涂系统进行喷涂作业时，先将本发明移动到工件附近，然后操纵升降杆，使喷头上升到工件所在高度，然后操纵第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节转动，使喷头到达合适的喷涂位置，再操纵俯仰关节上下转动，先喷出高压气体进行除尘，最后喷出喷涂物质，完成喷涂作业；
可以看出，本发明结构简单、操作方便，通过升降杆可以令喷头到达不同高度，而且通过操纵机械臂能够使喷头快速移动到工件四周的任意位置，从而能够适应不同高度位置处工件的不同位置的喷涂需要，完成对工件的全方位喷涂，喷涂效果显著，完全能够代替人工登高喷涂作业，而且危险性低；
设置的气泵用于喷出高压气体或喷涂物质，设置的第一电磁阀和第二电磁阀可以控制系统在上述各功能之间快速、安全的切换，操作方便。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构示意图。
图2是本发明一实施例中气泵、存储盒和喷管的连接示意图。
图3是基于本发明一实施例的自动化喷涂方法的流程图。
图4是基于本发明一实施例的自动化喷涂方法中喷头位置数据库的建立示意图。
图5至图6是基于本发明一实施例的自动化喷涂方法中喷头理论位置的建立示意图。
附图中各部件的标记为：1基座、2升降杆、3机械臂、31第一旋转关节、32Z型臂、33第二旋转关节、34平衡臂、35第三旋转关节、36转动臂、37俯仰关节、38俯仰臂、4喷头、5喷管、6存储盒、71气泵、72电动机、81第一管道、82第二管道、91第一电磁阀、92第二电磁阀、10摄像头、11控制器、12无线数据模块、13自动盘管线器、14复合管线、15滚轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
参见图1和图2。
本发明一实施例电动升降的喷涂系统，包括基座1、升降杆2、机械臂3和喷头4；
所述升降杆2，设置在所述基座1上，用于支撑所述机械臂3并带动所述机械臂3升降；
所述机械臂3，设置在所述升降杆2上，用于带动所述喷头4移动；
所述喷头4，设置在所述机械臂3上，并与输送喷涂物质的喷管5连接，用于喷出喷涂物质；
所述升降杆2为电动伸缩桅杆,电动伸缩桅杆为机械领域常用元件，本发明可购自南京雪典科技有限公司；
所述基座1内设有用于存放喷涂物质的存储盒6、用于产生高压气体的气泵71和用于驱动升降杆2的电动机72，所述存储盒6通过第一管道81、所述气泵71通过第二管道82分别与所述喷管5连接，所述第一管道81上安装有第一电磁阀91，所述第二管道82上安装有第二电磁阀92。
设置的气泵7用于喷出高压气体或喷涂物质，设置的第一电磁阀91和第二电磁阀92可以控制系统在上述各功能之间快速、安全的切换，操作方便。
本实施例中，所述机械臂3包括第一旋转关节31、Z型臂32、第二旋转关节33、平衡臂34、第三旋转关节35、转动臂36、俯仰关节37和俯仰臂38，所述第一旋转关节31、第二旋转关节33和第三旋转关节35的旋转轴均平行于重力线，所述俯仰关节37的旋转轴垂直于重力线，所述升降杆2竖直布置，所述升降杆2的上端通过所述第一旋转关节31与所述Z型臂32的一端连接，所述Z型臂32的另一端通过所述第二旋转关节33与所述平衡臂34连接，所述平衡臂34水平布置，所述转动臂36竖直布置，所述平衡臂34的一端通过所述第三旋转关节35与所述转动臂36的下端连接，所述转动臂36的上端通过所述俯仰关节37与所述俯仰臂38连接，所述喷头4设于所述俯仰臂38的自由端。第一旋转关节31可带动Z型臂32在水平面内旋转，第二旋转关节33可带动平衡臂34在水平面内旋转，这样可带动喷头4获得一个较大的旋转范围，从而实现在不移动本发明气动升降的喷涂系统的情况下，带动喷头3移动到工件四周的任意位置，实现对工件的全方位喷涂，非常快捷、方便。
使用本发明一实施例气动升降的喷涂系统进行喷涂作业时，先将本发明移动到工件附近，然后操纵升降杆2，使喷头4上升到工件所在高度，然后操纵第一旋转关节31、第二旋转关节33和第三旋转关节35转动，使喷头4到达合适的喷涂位置，再操纵俯仰关节37上下转动，先喷出高压气体进行除尘，最后喷出喷涂物质，完成喷涂作业。
具体实施中，平衡臂34采用绝缘材料制成，平衡臂34的设有转动臂36的一端超出第二旋转关节33的距离大于平衡臂34的远离转动臂36的一端超出第二旋转关节33的距离，并且平衡臂34在第二旋转关节33两侧部分所使用材质的密度不相同，使得平衡臂34保持水平面内的杠杆平衡。这样机械臂3的受力更加均匀，运行更加精确、稳定。
本实施例中，所述喷头4的上侧设有摄像头10，所述摄像头10内集成有雷达测距模块，所述第一旋转关节31、第二旋转关节33、第三旋转关节35和俯仰关节37的驱动元件均为步进电机，所述基座1内还设有控制器11和无线数据模块12，所述控制器11分别通过控制线路与所述摄像头10、雷达测距模块、无线数据模块12、第一旋转关节31、第二旋转关节33、第三旋转关节35、俯仰关节37、气泵71、电动机72、第一电磁阀91和第二电磁阀92连接，所述无线数据模块12用于向外部发射信号，以及接受外部的控制信号并传递给控制器11。
摄像头10，用于采集工件图像，观察工件情况及喷涂作业情况；
雷达测距模块，用于测量喷头4与工件的距离，通过控制器计算反应在无线遥控器的显示屏上，并通过等间隔距离提示；
控制器11，用于控制第一旋转关节31、第二旋转关节33、第三旋转关节35、俯仰关节37的转动、第一电磁阀91和第二电磁阀92的开合以及接受和处理摄像头10、雷达测距模块、无线数据模块12的图像和数据等功能，控制器11主要包括中央处理器、存储器等模块，在机械自动化领域属于公知的技术，在此不详述。
采用以上技术方案，可以无线遥控本发明，使作业人员远离带电工件，不仅可以简化操作、提高工作效率，而且能够进一步保障作业人员的安全。
本实施例中，所述基座1上还设有自动盘管线器13，所述自动盘管线器13与所述控制器11连接，所述喷管5与所述控制线路集成在一起，形成复合管线14，所述复合管线14的一部分绕设在所述自动盘管线器13上。在具体应用时，可将自动盘管线器13设置在基座1的内部，并将复合管线14从升降杆2和机械臂3的内部穿过。将喷管5与所述控制线路集成在一起，可以方便各管、线布置，当升降杆2伸长时，自动盘管线器13释放复合管线14，当升降杆2缩回时，自动盘管线器13自动收纳复合管线14。
本实施例中，所述基座1的底部设有用于行走的滚轮15。设置滚轮15可以更加方便地移动本发明电动升降的喷涂系统。
参见图3，基于本发明一实施例电动升降的喷涂系统，可以提供一种自动化喷涂方法，包括以下步骤：
a.喷头位置数据库的建立，参见图4，在升降杆2未伸开的状态下，将俯仰关节37的旋转轴所在的水平面定义为基准面，并在基准面内，以与第一旋转关节31的旋转轴的交点作为基准圆心，以在喷头4水平朝向基准圆心的条件下，喷头4距基准圆心所能到达的最远距离作为半径，画一个圆，作为基准圆，然后在基准圆内作等距的正方形网格，选取基准圆与网格的所有交点以及基准圆内的所有网格交叉点作为基准面内的喷头位置；
将位于基准面上方并距基准面的距离为D的水平面定义为极限面，D＝升降杆2的最大伸展长度—升降杆2的最小伸展长度，然后在基准面和极限面之间，用多个位于不同高度的水平面将基准面和极限面之间的空间等距分割，定义该多个位于不同高度的水平面为中间面，选取基准面内的喷头位置在极限面内的投影作为极限面内的喷头位置，选取基准面内的喷头位置在中间面的投影作为中间面内的喷头位置；
设定基准圆心坐标为(0，0，0)，记录下基准面内的喷头位置坐标、极限面内的喷头位置坐标和中间面内的喷头位置坐标；
操纵升降杆2、第一旋转关节31、第二旋转关节33和第三旋转关节35，使喷头4一一到达每一个喷头位置，并纪录到达每一个喷头位置时升降杆2的伸展长度值、第一旋转关节31、第二旋转关节33和第三旋转关节35的转动角度值，即完成喷头位置数据库的建立；
b.将电动升降的喷涂系统移动至工件附近，令喷头4对准工件；
c.操纵机械臂3，通过摄像头和雷达测距模块扫描工件的形状及外轮廓，以基准圆心作为基准点确定工件的外形距离参数，并将工件的外形距离参数记录在控制器内；
d.将工件的外轮廓在竖直方向上等分成多个轮廓带，再将每个轮廓带在水平方向上等分成多个轮廓面，然后分别根据每个轮廓面的位置和形状，计算出每个轮廓面被完全喷涂所对应的喷头4理论位置，并记录下坐标，参见图5和图6，附图以圆柱形的工件为例；
不同的喷头在不同的喷涂距离下的喷涂面积是不一样的，本发明在作上述等分时，根据所选的喷头，应尽量使划分的轮廓面接近或小于所选喷头在最佳喷涂距离下的最佳喷涂面大小(结合喷涂面积和喷涂效果得到)，并在计算喷头4理论位置时，以所选喷头的最佳喷涂面完全覆盖轮廓面为准；
同样的，在步骤a中，确定基准面内的喷头位置时，应尽量使网格的间距接近或小于所选喷头的最佳喷涂距离，选取中间面时，间距因接近或小于最佳喷涂面在竖直方向上的长度；
e.根据坐标，将每个轮廓面的喷头4理论位置与喷头位置数据库相比较，找到与每个轮廓面的喷头4理论位置偏离最小的喷头位置数据库中的喷头位置，作为每个轮廓面的喷头4实际位置；
f.从喷头位置数据库中查出每个轮廓面的喷头4实际位置所对应的升降杆2的伸展长度值、第一旋转关节31、第二旋转关节33和第三旋转关节35的转动角度值；
g.根据喷头4实际位置所对应的升降杆2的伸展长度值、第一旋转关节31、第二旋转关节33和第三旋转关节35的转动角度值，操纵机械臂3，使喷头4一一到达每个轮廓面的喷头4实际位置，用高压空气对工件表面除尘，然后再次使喷头4一一到达每个轮廓面的喷头4实际位置，喷出喷涂物质；
h.确认每个轮廓面是否被完全喷涂，若是则完成喷涂作业，如不是则操纵机械臂3，使喷头4再次到达未被完全喷涂的轮廓面的喷头4实际位置，喷出喷涂物质，直至每个轮廓面均被完全喷涂，完成喷涂作业。
应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，在不脱离本发明精神实质的情况下，都属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.电动升降的喷涂系统，其特征在于：包括基座(1)、升降杆(2)、机械臂(3)和喷头(4)；
所述升降杆(2)，设置在所述基座(1)上，用于支撑所述机械臂(3)并带动所述机械臂(3)升降；
所述机械臂(3)，设置在所述升降杆(2)上，用于带动所述喷头(4)移动；
所述喷头(4)，设置在所述机械臂(3)上，并与输送喷涂物质的喷管(5)连接，用于喷出喷涂物质；
所述升降杆(2)为电动伸缩桅杆；
所述基座(1)内设有用于存放喷涂物质的存储盒(6)、用于产生高压气体的气泵(71)和用于驱动升降杆(2)的电动机(72)，所述存储盒(6)通过第一管道(81)、所述气泵(71)通过第二管道(82)分别与所述喷管(5)连接，所述第一管道(81)上安装有第一电磁阀(91)，所述第二管道(82)上安装有第二电磁阀(92)；
所述机械臂(3)包括第一旋转关节(31)、Z型臂(32)、第二旋转关节(33)、平衡臂(34)、第三旋转关节(35)、转动臂(36)、俯仰关节(37)和俯仰臂(38)，所述第一旋转关节(31)、第二旋转关节(33)和第三旋转关节(35)的旋转轴均平行于重力线，所述俯仰关节(37)的旋转轴垂直于重力线，所述升降杆(2)竖直布置，所述升降杆(2)的上端通过所述第一旋转关节(31)与所述Z型臂(32)的一端连接，所述Z型臂(32)的另一端通过所述第二旋转关节(33)与所述平衡臂(34)连接，所述平衡臂(34)水平布置，所述转动臂(36)竖直布置，所述平衡臂(34)的一端通过所述第三旋转关节(35)与所述转动臂(36)的下端连接，所述转动臂(36)的上端通过所述俯仰关节(37)与所述俯仰臂(38)连接，所述喷头(4)设于所述俯仰臂(38)的自由端；
所述平衡臂(34)的设有转动臂(36)的一端超出第二旋转关节(33)的距离大于平衡臂(34)的远离转动臂(36)的一端超出第二旋转关节(33)的距离；
所述电动升降的喷涂系统的喷涂方法包括以下步骤：
a.喷头位置数据库的建立，在升降杆(2)未伸开的状态下，将俯仰关节(37)的旋转轴所在的水平面定义为基准面，并在基准面内，以与第一旋转关节(31)的旋转轴的交点作为基准圆心，以在喷头(4)水平朝向基准圆心的条件下，喷头(4)距基准圆心所能到达的最远距离作为半径，画一个圆，作为基准圆，然后在基准圆内作等距的正方形网格，选取基准圆与网格的所有交点以及基准圆内的所有网格交叉点作为基准面内的喷头位置；
将位于基准面上方并距基准面的距离为D的水平面定义为极限面，D＝升降杆(2)的最大伸展长度—升降杆(2)的最小伸展长度，然后在基准面和极限面之间，用多个位于不同高度的水平面将基准面和极限面之间的空间等距分割，定义该多个位于不同高度的水平面为中间面，选取基准面内的喷头位置在极限面内的投影作为极限面内的喷头位置，选取基准面内的喷头位置在中间面的投影作为中间面内的喷头位置；
设定基准圆心坐标为(0，0，0)，记录下基准面内的喷头位置坐标、极限面内的喷头位置坐标和中间面内的喷头位置坐标；
操纵升降杆(2)、第一旋转关节(31)、第二旋转关节(33)和第三旋转关节(35)，使喷头(4)一一到达每一个喷头位置，并纪录到达每一个喷头位置时升降杆(2)的伸展长度值、第一旋转关节(31)、第二旋转关节(33)和第三旋转关节(35)的转动角度值，即完成喷头位置数据库的建立；
b.将电动升降的喷涂系统移动至工件附近，令喷头(4)对准工件；
c.操纵机械臂(3)，通过摄像头和雷达测距模块扫描工件的形状及外轮廓，以基准圆心作为基准点确定工件的外形距离参数，并将工件的外形距离参数记录在控制器内；
d.将工件的外轮廓在竖直方向上等分成多个轮廓带，再将每个轮廓带在水平方向上等分成多个轮廓面，然后分别根据每个轮廓面的位置和形状，计算出每个轮廓面被完全喷涂所对应的喷头理论位置，并记录下坐标；
e.根据坐标，将每个轮廓面的喷头理论位置与喷头位置数据库相比较，找到与每个轮廓面的喷头理论位置偏离最小的喷头位置数据库中的喷头位置，作为每个轮廓面的喷头实际位置；
f.从喷头位置数据库中查出每个轮廓面的喷头实际位置所对应的升降杆(2)的伸展长度值、第一旋转关节(31)、第二旋转关节(33)和第三旋转关节(35)的转动角度值；
g.根据喷头实际位置所对应的升降杆(2)的伸展长度值、第一旋转关节(31)、第二旋转关节(33)和第三旋转关节(35)的转动角度值，操纵机械臂(3)，使喷头(4)一一到达每个轮廓面的喷头实际位置，用高压空气对工件表面除尘，然后再次使喷头(4)一一到达每个轮廓面的喷头实际位置，喷出喷涂物质；
h.确认每个轮廓面是否被完全喷涂，若是则完成喷涂作业，如不是则操纵机械臂(3)，使喷头(4)再次到达未被完全喷涂的轮廓面的喷头实际位置，喷出喷涂物质，直至每个轮廓面均被完全喷涂，完成喷涂作业。
2.如权利要求1所述的电动升降的喷涂系统，其特征在于：所述喷头(4)的上侧设有摄像头(10)，所述摄像头(10)内集成有雷达测距模块，所述第一旋转关节(31)、第二旋转关节(33)、第三旋转关节(35)和俯仰关节(37)的驱动元件均为步进电机，所述基座(1)内还设有控制器(11)和无线数据模块(12)，所述控制器(11)分别通过控制线路与所述摄像头(10)、雷达测距模块、无线数据模块(12)、第一旋转关节(31)、第二旋转关节(33)、第三旋转关节(35)、俯仰关节(37)、气泵(71)、电动机(72)、第一电磁阀(91)和第二电磁阀(92)连接，所述无线数据模块(12)用于向外部发射信号，以及接受外部的控制信号并传递给控制器(11)。
3.如权利要求2所述的电动升降的喷涂系统，其特征在于：所述基座(1)上还设有自动盘管线器(13)，所述自动盘管线器(13)与所述控制器(11)连接，所述喷管(5)与所述控制线路集成在一起，形成复合管线(14)，所述复合管线(14)的一部分绕设在所述自动盘管线器(13)上。
4.如权利要求1或2所述的电动升降的喷涂系统，其特征在于：所述基座(1)的底部设有用于行走的滚轮(15)。
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Inventor after: Wang Yiyong Inventor after: Bai Yuerun Inventor after: Jiang Jingjing Inventor after: Weng Ling Inventor after: Yan Ting Inventor after: Yu Helin Inventor after: Shang Shimin Inventor after: Zhang Jun Inventor after: Wu Haiyan Inventor after: Li Gang Inventor after: Shen Feng Inventor after: Gu Xinxing Inventor after: Xu Leyang Inventor after: Zhang Lili Inventor after: Jiao Kun Inventor after: Dai Jialin Inventor after: Du Yao Inventor before: Wang Yiyong Inventor before: Hu Zhijia Inventor before: Gao Ran Inventor before: Jing Yao |
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| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Wuhu road in Baohe District of Hefei city of Anhui Province, No. 415 230061 Applicant after: MAINTENANCE COMPANY OF STATE GRID ANHUI ELECTRIC POWER COMPANY Applicant after: State Grid Corporation of China Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: MAINTENANCE COMPANY OF STATE GRID ANHUI ELECTRIC POWER COMPANY |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No. 397, Tongcheng South Road, Baohe District, Hefei City, Anhui Province 230061 Patentee after: STATE GRID ANHUI POWER SUPPLY COMPANY OVERHAUL BRANCH Patentee after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Address before: Wuhu road in Baohe District of Hefei city of Anhui Province, No. 415 230061 Patentee before: Maintenance Company Of State Grid Anhui Electric Power Company Patentee before: State Grid Corporation of China |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: No. 397, Tongcheng South Road, Baohe District, Hefei City, Anhui Province 230061 Patentee after: Super high voltage branch of State Grid Anhui Electric Power Co.,Ltd. Patentee after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Address before: No. 397, Tongcheng South Road, Baohe District, Hefei City, Anhui Province 230061 Patentee before: STATE GRID ANHUI POWER SUPPLY COMPANY OVERHAUL BRANCH Patentee before: STATE GRID CORPORATION OF CHINA |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |