CN109300487A - 一种转盘式光盘库单轨实时定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转盘式光盘库单轨实时定位装置，属于光盘库技术领域。本发明所提供的转盘式光盘库单轨实时定位装置包括光盘架、旋转驱动机构、分度盘、第一光电开关、第二光电开关和控制器，通过在分度盘的外盘沿上设置与单轨道格雷码第一条轨道内不间断比特1段和不间断比特0段所占百分比相关联的第二缺口，达到了仅需在分度盘上设置一圈外盘沿，就能够对光盘架的绝对位置进行定位的目的，不仅在极大程度上降低了转盘式光盘库的安装和制造难度，避免了安装和制造误差对定位结果的影响，实现了实时定位，且定位效率高，不会积累误差，运动稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及光盘库技术领域，尤其涉及一种转盘式光盘库单轨实时定位装置。
背景技术
光盘库是一种带有自动换盘机构的光盘共享设备。现有的光盘库按照换盘方式可以分为机械臂式光盘库和转盘式光盘库，机械臂式光盘库包括具有至少三个自由度的光盘库，三个自由度分别为在竖直方向上下滑动、在水平方向前后推拉以及在光驱或者片匣间旋转。而转盘式光盘库仅需设置一个沿盘架顺时针转动或者逆时针旋转的自由度，相较于机械臂式光盘库，转盘式光盘库不仅结构简单，控制方便，占用空间小，且在长时间运行的过程中稳定性和准确性均具有明显的优势，在移动过程中便于定位，位置校正方便。
现有的转盘式光盘库一般采用增量式转盘定位方法进行定位，该方法一般需要在光盘库的转盘上的圆形轨道上设定一个或者多个特殊的缺口作为转盘的原点或者绝对定位点。在转盘的转动过程中，如果光电开关检测该特殊缺口，则就能够获得该转盘的绝对位置。此外，在转盘的另一个圆形轨道上开设有均匀、稠密的与放置光盘的光盘槽位一一对应的缺口，利用光电开关对检测到的缺口进行计数即能够获取转盘转动的相对位置。综合参考绝对位置和相对位置，即可获知转盘在转动之后的位置。但是该种增量式转盘定位方法的计数过程比较耗时，且误差容易发生累计，利用该定位方法的转盘式光盘库在长期运行过程中需要耗费大量的时间去校准和定位，用户的使用体验较差。
转盘式光盘库的另外一种定位方法是在光盘库上设置分度盘，并在分度盘上编码，从而对光盘槽位进行绝对角度的定位。该种方法需要将码字长度为n，周期为P的格雷码刻画在分度盘的n条同心的圆形轨道上，再通过径向分布在这些轨道上的n个探测器同时读出，就能恢复这些编码。该种定位方法不仅能够彻底避免累计误差，省去校准操作，且能够实现实时定位，但是由于绝对编码的分辨率与轨道数相关，随着要求的角度分辨率的提高，需要在分度盘上刻画更多的同心圆形轨道，在径向方向上放置的探测器数量也随之增加，造成分度盘的物理尺寸变大。在靠近圆心的轨道，对探测器的安装要求很高，少许的安装误差就能对编码结果有重大的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种转盘式光盘库单轨实时定位装置，不仅定位效率高，不会积累误差，且结构简单，组装难度小、运动稳定性高。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种转盘式光盘库单轨实时定位装置，包括光盘架和旋转驱动机构，所述光盘架上呈中心辐射状均布有多个竖向的光盘槽位，还包括：
分度盘，所述分度盘和所述光盘架同轴设置，并均与所述旋转驱动机构的输出端传动连接，所述旋转驱动机构用于驱动所述分度盘和所述光盘架同步转动，所述分度盘上同心设置有呈圆环状的内盘沿和外盘沿，所述内盘沿位于所述外盘沿的内部，所述内盘沿上与所述光盘槽位对应的位置设置有多个第一缺口，所述外盘沿上沿周向间隔设置有多个呈圆弧状的第二缺口；
所述第二缺口对应的圆心角为N，相邻两个所述第二缺口之间的隔档区域对应的圆心角为M，N和M的计算公式如下：
其中，Ni为沿所述外盘沿的周向第i个所述第二缺口对应的圆心角，Mj为沿所述外盘沿的周向第j个所述隔档区域对应的圆心角，ai为将单轨道格雷码的所有码字的第一比特位依次排列所成的环形结构内第i段不间断比特1段中的比特1的个数，bj为将单轨道格雷码的所有码字的第一比特位依次排列所成的环形结构内第j段不间断比特0段中比特0的个数,P为单轨道格雷码的周期，且P大于所述光盘槽位数量的两倍；
第一光电开关，所述第一光电开关的第一发射端和第一接收端设置在所述内盘沿的两侧；
多个第二光电开关，多个所述第二光电开关沿所述外盘沿的周向按照单轨道格雷码各条轨道之间的头部距离对应的角度依次排列，所述第二光电开关的第二发射端和第二接收端设置在所述外盘沿的两侧，且所述第二光电开关的数量与所述单轨道格雷码的码字的位数相同；
控制器，所述第一光电开关和所述第二光电开关均与所述控制器连接。
作为优选，所述旋转驱动机构包括空心柱、传动机构和驱动机构，所述驱动机构的输出端与所述传动机构的输入端传动连接，所述传动机构的输出端与所述空心柱传动连接，所述光盘架和所述分度盘均套设在所述空心柱上。
作为优选，所述驱动机构为电机。
作为优选，所述传动机构包括齿环和齿轮，所述齿环套设在所述空心柱上，所述齿轮设置在所述电机的电机轴上，所述齿轮与所述齿环啮合。
作为优选，所述齿轮的中心线与所述齿环的中心线垂直设置。
作为优选，所述第一缺口的宽度小于所述光盘槽位的宽度。
作为优选，所述第一光电开关的数量为一个。
作为优选，所述第一光电开关为槽型光电开关，所述第一光电开关上设置有第一U型槽，所述第一发射端和所述第一接收端分别设置在所述第一U型槽相对的两侧壁上，且所述内盘沿位于所述第一U型槽内。
作为优选，所述第二光电开关为槽型光电开关，所述第二光电开关上设置有第二U型槽，所述第二发射端和所述第二接收端分别设置在所述第二U型槽相对的两侧壁上，且所述外盘沿位于所述第二U型槽内。
作为优选，所述转盘式光盘库单轨实时定位装置还包括：
底座，所述空心柱的底端转动连接在所述底座上。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种转盘式光盘库单轨实时定位装置，该转盘式光盘库单轨实时定位装置通过在分度盘外盘沿上设置与单轨道格雷码所有码字的第一比特位依次排列所成的环形第一条轨道内比特1段和比特0段所占百分比相关联的第二缺口，达到了仅需在分度盘上仅设置一圈外盘沿，就能够对光盘架的绝对位置进行定位的目的。且该转盘式光盘库单轨实时定位装置的多个第二光电开关不需再沿光盘架的径向分布，而是外盘沿的周向设置，不仅在极大程度上降低了转盘式光盘库的安装和制造难度，避免了安装和制造误差对定位结果的影响，实现了实时定位，且定位效率高，不会积累误差，运动稳定性高。
附图说明
图1是本发明所提供的转盘式光盘库单轨实时定位装置的结构示意图；
图2是本发明所提供的分度盘的结构示意图。
图中：
1、光盘架；11、光盘槽位；
2、分度盘；21、内盘沿；211、第一缺口；22、外盘沿；221、第二缺口；
3、空心柱；4、电机；5、齿环；6、齿轮；7、底座；
8、第一光电开关；81、第一发射端；82、第一接收端；
9、第二光电开关；91、第二发射端；92、第二接收端。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
本实施例提供了一种转盘式光盘库单轨实时定位装置，如图1和图2所示，该转盘式光盘库单轨实时定位装置包括光盘架1、旋转驱动机构、分度盘2、第一光电开关8、第二光电开关9和控制器，第一光电开关8和第二光电开关9均与控制器连接。光盘架1上呈中心辐射状均匀分布有多个竖向的光盘槽位11，光盘槽位11用于放置光盘，分度盘2用于对光盘架1的旋转位置进行定位，光盘架1和分度盘2同轴设置，并均与旋转驱动机构传动连接。在旋转驱动机构的驱动下，光盘架1和分度盘2能够同步转动。
具体地，旋转驱动机构包括空心柱3、传动机构和驱动机构，驱动机构的输出端与传动机构的输入端传动连接，传动机构的输出端与空心柱3传动连接，光盘架1和分度盘2均套设在空心柱3上。在本实施例中，为了保证转盘式光盘库单轨实时定位装置结构的紧凑性，将驱动机构设置为电机4，将传动机构设置为齿环5和齿轮6，齿环5套设在空心柱3上，齿轮6套设在电机4的电机轴上，齿轮6与齿环5相互啮合，且齿轮6的中心线与齿环5的中心线垂直设置。在电机4的驱动下齿轮6转动，从而使与齿轮6啮合的齿环5转动，进而达到驱动空心柱3转动的目的。当然在其他实施例中，其他能够驱动空心柱3转动的驱动机构和传动机构同样能够适用，在此不做详细描述。为了提高空心柱3旋转的稳定性，在空心柱3的底端还设置有底座7，底座7上设置有转轴孔，空心柱3转动设置在转轴孔内。
分度盘2上设置有呈圆环状的内盘沿21和外盘沿22，外盘沿22和第二光电开关9用于测量光盘架1角度的绝对位置，从而确定目前的光盘槽位11编号，该光盘槽位11编号也可称为索引码道。在确定当前光盘槽位11编号后，内盘沿21和第一光电开关8用于对光盘槽位11进行精确对准，起到锚定的作用，内盘沿21和外盘沿22两者配合就能确定盘架位置的精确定位。
具体地，内盘沿21、外盘沿22和分度盘2同心设置，且外盘沿22位于内盘沿21的外部。沿内盘沿21的周向对应光盘架1上光盘槽位11的地方设置有多个第一缺口211，第一缺口211的数量与光盘槽位11的数量相等，且第一缺口211的宽度优选小于光盘槽位11的宽度。沿外盘沿22的周向间隔设置有多个呈圆弧状的第二缺口221，第二缺口221对应的圆心角记为N，相邻两个第二缺口221之间的隔档区域对应的圆心角为M，N和M的大小以及排布由一组特定的单轨道格雷码决定，该组特定的单轨道格雷码的周期需要满足大于光盘槽位11数量的两倍。
第一光电开关8设置在内盘沿21处，第一光电开关8的第一发射端81和第一接收端82设置在内盘沿21的两侧，利用第一光电开关8获取第一缺口211的状态，从而对光盘架1的精确位置进行定位。在本实施例中，第一光电开关8的数量为一个，且第一光电开关8为槽型光电开关，第一光电开关8上设置有第一U型槽，第一发射端81和第一接收端82分别设置在第一U型槽相对的两侧壁上，且内盘沿21位于第一U型槽内。
第二光电开关9设置在外盘沿22处，第二光电开关9的第二发射端91和第二接收端92设置在外盘沿22的两侧，第二光电开关9的数量与对应的单轨道格雷码的单个码字的位数相同，且多个第二光电开关9沿外盘沿22的周向排布，并按照单轨道格雷码各条轨道之间的头部距离对应的角度依次排列。由于对于大多数的单轨道格雷码来说，相邻两条轨道循环移位的头部距离是相等的，因此在本实施例中，多个第二光电开关9优选沿外盘沿22的周向均匀分布。第二光电开关9为槽型光电开关，第二光电开关9上设置有第二U型槽，第二发射端91和第二接收端92分别设置在第二U型槽相对的两侧壁上，且外盘沿22位于第二U型槽内。
该分度盘2的定位原理如下：分度盘2的外盘沿22按照选定的单轨道格雷码进行编码，由编码数即可获知当前的光盘槽位11编号，内盘沿21利用与光盘槽位11一一对应的缺口进行精确对准。因此定位分为两个阶段：一是采用外盘沿22的按照单轨道格雷码分布的缺口，用多个第二光电开关9获取一个编码进行绝对定位，二是采用第一光电开关8检测内盘沿21的第一缺口211，并利用第一缺口211与光盘槽位11的位置对应关系来实现光盘槽位11的精确对准。
该定位方法不仅结构简单可靠、性能稳定，能够实现光盘架1的实时精确定位，且抗干扰能力强，掉电或者人工拨动后无须重新对零，在转动过程中无累计误差。并且，相对于多轨道的分度盘，该转盘式光盘库单轨实时定位装置的多个第二光电开关9不需再沿外盘沿22的径向分布，而是沿外盘沿22的周向设置，周向上安装空间较大，从而在极大程度上降低了转盘式光盘库安装和制造难度，避免了安装和制造误差对定位结果的影响以及不同轨道之间相对运动的干扰。此外，通过沿外盘沿22的周向设置多个第二光电开关9，仅需查单轨道格雷码的编码表即可获得光盘架1所处角度，无需图像处理等复杂算法，降低了光盘库的设计、制造难度，低成本利于光盘库的推广使用。
具体地，N和M的计算公式如下：
其中，Ni为沿以外盘沿22的某一定点为固定点，沿外盘沿22的周向上第i个第二缺口221对应的圆心角，例如，第一个第二缺口221对应的圆心角记为N1，第二个第二缺口221对应的圆心角记为N2，依次类推，第i个第二缺口221对应的圆心角记为Ni；
Mj为沿外盘沿22的周向第j个相邻两个第二缺口221之间的隔档区域对应的圆心角，例如，第一个隔档区域对应的圆心角记为M1,第二个对应的圆心角记为M2，依次类推，第j个相邻两个第二缺口221之间的隔档区域对应的圆心角记为Mj；
ai为将单轨道格雷码的所有码字的第一比特位依次排列所成的环形第一条轨道内第i段不间断比特1段中的比特1的个数，bj为将单轨道格雷码的所有码字的第一比特位依次排列所成的环形第一条轨道内第j段不间断比特0段中比特0的个数,P为单轨道格雷码的周期。
在确定第二缺口221的数量以及N和M的大小前，首先需要选定一组单轨道格雷码(Single-Track Gray Codes,简称STGC)，单轨道格雷码是一种特殊的格雷码，其也被称为反射二进制码RBC。格雷码是一种相邻码字有且仅有一个比特位不同的二进制码，即使是位于格雷码首位和末位的码字也需保证仅有一个比特位不同，而单轨道格雷码除了满足格雷码的要求外，还需要满足将所有码字呈矩阵排列时，每一条轨道(每一列)都是第一条轨道(第一列)的循环移位，循环移位的距离被称为头部距离(head position)，如此即可将多轨道格雷码合并为一条，从而减少轨道数。单轨道格雷码的生成可以由计算机通过运行特定程序生成，在本实施例中，仅是利用单轨道格雷码决定第二缺口221的数量以及N和M的大小，对其如何生成不做具体描述。
在挑选满足条件的单轨道格雷码时，需要挑选一个周期P大于光盘槽位11数量两倍的单轨道格雷码,光盘槽位11的数量用D表示，则第d个光盘槽位11对应角度为d*360/D，而第k个编码的对应角度范围是[k*360/P,(k+1)*360/P]，若在这个角度范围内存在一个光盘槽位11，则该编码成为含槽位编码，否则是无槽位编码。由于在本实施例中，P大于光盘槽位11数量D的两倍，因此不会存在两个连续的含槽位编码。这样，只要知道编码就能从控制器的表得知对应的光盘槽位11编号，实现粗定位。因为含槽位编码不相邻，所以即使所含光盘槽位11在编码角度范围的边界处，也不会存在两个难以判决的光盘槽位11编号。在一个含槽位编码的角度范围内，内盘沿21有且仅有一个第一缺口211，控制器在这个编码及其附近，即可安全地对转盘减速，一旦找到这个第一缺口211，即能够进一步精确地对准光盘槽位11。
本装置具体工作过程如下：当光盘库收到将光盘移动到第d个光盘槽位11的命令后，通过简单计算，可知需要转动到第k个编码。在任何时刻，通过外侧的第二光电开关9检测外盘沿22上第二缺口221的状态，根据是否缺口编码成“0”和“1”信号，当检测到第二缺口221时，编码为“1”，当没有检测到第二缺口221时，编码为“0”。所有第二光电开关9检测的信号按顺序组成一个n位二进制编码并送入控制器。控制器对比保存的单轨道格雷码编码表，即可译码成一个角度。根据与目标编码的距离即确定转动方向，当转动顺序与编码顺序相同时，在小于编码k的一侧接近最终位置，即从前一个编码k-1处开始减速。当转动顺序与编码顺序相反时，在大于编码k的一侧接近最终位置，即从后一个编码k+1时开始减速。因为不存在两个连续的含槽位编码，所以k-1或者k+1的编码都是不含槽位的。控制器在减速过程中开始检测位于内盘沿21处第一光电开关8状态，当检测到第一光电开关8接通时，停止转动，即可精确定位到指定的目标光盘槽位11。
总之，在设计外盘沿22时，需要先根据光盘架1的光盘槽位11的数量确定定位精度，再选择合适的单轨道格雷码。单轨道格雷码的周期要至少大于光盘槽位11数量的两倍，这样就能简单地避免了两个相邻的编码都含有槽位，使得编码的边界处不易区分对应槽位的问题。
以光盘架1具有10个光盘槽位11为例，码字长度n为5，周期P为30的单轨道格雷码即可满足定位要求，如下表所示，该单轨道格雷码的码字如下：
| 00001 | 00011 | 00111 | 01111 | 01101 | 00101 |
| 00100 | 01100 | 11100 | 11101 | 10101 | 10100 |
| 10000 | 10001 | 10011 | 10111 | 10110 | 10010 |
| 00010 | 00110 | 01110 | 11110 | 11010 | 01010 |
| 01000 | 11000 | 11001 | 11011 | 01011 | 01001 |
将上述单轨道格雷码所有码字的第一个列比特按照行由左至右的顺序数依次取出来组成环形的第一条轨道，例如将第一行第一列的码字00001中的“0”取出，将第三行第一列的码字10000中的“1”取出，依次类推，从而组成第一条轨道，第一条轨道包括三十个比特数，具体为“000000001111111111000110011100”，将该三十个比特数首尾相接，按照不间断原则可以将这三十个比特数分为10个0，10个1,3个0，2个1，2个0，3个1，由于比特数“1”对应的是第二缺口，比特数“0”对应的是隔档区域，因此外盘沿22上设置有三个第二缺口221，对应的圆心角分别为N1＝10*360/30＝120°；N2＝3*360/30＝36°；N3＝2*360/30＝24°，三个隔档区域对应的圆心角分别为M1＝10*360/30＝120°；M2＝2*360/30＝24°；M3＝3*360/30＝36°。此外，该单轨道格雷码一共包括五条轨道，相邻轨道之间能够通过循环移位6位生成，也就是说每条轨道的头部距离相差6，五个第二光电开关9的位置分别相差6*360/30度，即五个第二光电开关9沿外盘沿22的周向依次间隔72°均匀排布。
当然当光盘槽位11为10个时，满足要求的单轨道格雷码不止一个，当选用其他单轨道格雷码时，各个第二缺口221的圆心角以及间距可能不同，根据上述方法重新计算即可，再次不再一一列举。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种转盘式光盘库单轨实时定位装置，包括光盘架(1)和旋转驱动机构，所述光盘架(1)上呈中心辐射状均布有多个竖向的光盘槽位(11)，其特征在于，还包括：
分度盘(2)，所述分度盘(2)和所述光盘架(1)同轴设置，并均与所述旋转驱动机构的输出端传动连接，所述旋转驱动机构用于驱动所述分度盘(2)和所述光盘架(1)同步转动，所述分度盘(2)上同心设置有呈圆环状的内盘沿(21)和外盘沿(22)，所述内盘沿(21)位于所述外盘沿(22)的内部，所述内盘沿(21)上与所述光盘槽位(11)对应的位置设置有多个第一缺口(211)，所述外盘沿(22)上沿周向间隔设置有多个呈圆弧状的第二缺口(221)；
所述第二缺口(221)对应的圆心角为N，相邻两个所述第二缺口(221)之间的隔档区域对应的圆心角为M，N和M的计算公式如下：
其中，Ni为沿所述外盘沿(22)的周向第i个所述第二缺口(221)对应的圆心角，Mj为沿所述外盘沿(22)的周向第j个所述隔档区域对应的圆心角，ai为将单轨道格雷码的所有码字的第一比特位依次排列所成的环形结构内第i段不间断比特1段中的比特1的个数，bj为将单轨道格雷码的所有码字的第一比特位依次排列所成的环形结构内第j段不间断比特0段中比特0的个数,P为单轨道格雷码的周期，且P大于所述光盘槽位(11)数量的两倍；
第一光电开关(8)，所述第一光电开关(8)的第一发射端(81)和第一接收端(82)设置在所述内盘沿(21)的两侧；
多个第二光电开关(9)，多个所述第二光电开关(9)沿所述外盘沿(22)的周向按照单轨道格雷码各条轨道之间的头部距离对应的角度依次排列，所述第二光电开关(9)的第二发射端(91)和第二接收端(92)设置在所述外盘沿(22)的两侧，且所述第二光电开关(9)的数量与单轨道格雷码的码字的位数相同；
控制器，所述第一光电开关(8)和所述第二光电开关(9)均与所述控制器连接。
2.根据权利要求1所述的转盘式光盘库单轨实时定位装置，其特征在于，
所述旋转驱动机构包括空心柱(3)、传动机构和驱动机构，所述驱动机构的输出端与所述传动机构的输入端传动连接，所述传动机构的输出端与所述空心柱(3)传动连接，所述光盘架(1)和所述分度盘(2)均套设在所述空心柱(3)上。
3.根据权利要求2所述的转盘式光盘库单轨实时定位装置，其特征在于，
所述驱动机构为电机(4)。
4.根据权利要求3所述的转盘式光盘库单轨实时定位装置，其特征在于，
所述传动机构包括齿环(5)和齿轮(6)，所述齿环(5)套设在所述空心柱(3)上，所述齿轮(6)设置在所述电机(4)的电机轴上，所述齿轮(6)与所述齿环(5)啮合。
5.根据权利要求4所述的转盘式光盘库单轨实时定位装置，其特征在于，
所述齿轮(6)的中心线与所述齿环(5)的中心线垂直设置。
6.根据权利要求1所述的转盘式光盘库单轨实时定位装置，其特征在于，
所述第一缺口(211)的宽度小于所述光盘槽位(11)的宽度。
7.根据权利要求1所述的转盘式光盘库单轨实时定位装置，其特征在于，
所述第一光电开关(8)的数量为一个。
8.根据权利要求1所述的转盘式光盘库单轨实时定位装置，其特征在于，
所述第一光电开关(8)为槽型光电开关，所述第一光电开关(8)上设置有第一U型槽，所述第一发射端(81)和所述第一接收端(82)分别设置在所述第一U型槽相对的两侧壁上，且所述内盘沿(21)位于所述第一U型槽内。
9.根据权利要求1所述的转盘式光盘库单轨实时定位装置，其特征在于，
所述第二光电开关(9)为槽型光电开关，所述第二光电开关(9)上设置有第二U型槽，所述第二发射端(91)和所述第二接收端(92)分别设置在所述第二U型槽相对的两侧壁上，且所述外盘沿(22)位于所述第二U型槽内。
10.根据权利要求2所述的转盘式光盘库单轨实时定位装置，其特征在于，所述转盘式光盘库单轨实时定位装置还包括：
底座(7)，所述空心柱(3)的底端转动连接在所述底座(7)上。
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| CN201653365U (zh) * | 2010-04-14 | 2010-11-24 | 深圳市爱思拓信息存储技术有限公司 | 一种带位置编码的定位尺及检测装置 |
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2018
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