CN110355660A - 一种用于螺旋焊管生产线的管端内外焊缝自动修磨设备 - Google Patents

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王刚
谭赟
孙云权
黄兴博
王少华
田超
王恒阳
毛浓召
孙少阳
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Abstract

本发明公开了一种用于螺旋焊管生产线的管端内外焊缝自动修磨设备，包括钢管旋转辊机构、移动滑座、机器人本体、除尘机构、磨头机构、检测机构以及系统控制柜，一次性完成螺旋焊管管端位置检测、螺旋焊管管端内、外焊缝的定位、建立螺旋焊管管端内、外焊缝表面三维模型、形成机器人本体和磨头机构的运动轨迹、焊缝的修磨、除尘和检测作业，无需人工操作、控制，自动化和作业精准度高，极大的提高了焊管管端内、外焊缝修磨作业的效率，节约了成本，而且还具有除尘功能，进一步改善了作业环境。磨头机构与检测机构通过连接件与机器人本体的旋转轴独立连接,可实现磨头机构与检测机构的动作切换，进一步提高了螺旋焊管管端内外焊缝自动修磨的效率。

Description

一种用于螺旋焊管生产线的管端内外焊缝自动修磨设备
技术领域
本发明属于钢管管端焊缝修磨设备技术领域，具体涉及一种用于螺旋焊管生产线的管端内外焊缝自动修磨设备。
背景技术
管端焊缝修磨是指为了满足管道施工现场工作要求，将螺旋焊管管端一定长度范围内的内、外焊缝通过砂带或砂轮修磨处理后，使焊缝高度降低至管道施工所要求的标准范围内。
目前螺旋焊管行业所使用的管端焊缝修磨设备主要存在以下问题：
1、完成管端焊缝修磨所需的大部分作业需要人工操作完成。包括：人工操作管端焊缝修磨设备移动至钢管端部；人工操作使管端需要修磨的焊缝旋转至作业位置；人工控制焊缝修磨设备的启动、参数调整和停止；人工检测修磨作业完成后焊缝的剩余高度(简称焊缝余高)，判断是否符合标准要求。
2、由于修磨作业由人工操作、控制完成，因此管端焊缝修磨质量受人工操作水平的影响较大，修磨质量一致性较差。
3、修磨作业完成后的焊缝余高检测由人工测量，测量精度低、测量误差大。
4、修磨作业时，会产生大量的金属飞溅物。目前的管端焊缝修磨设备不具备除尘功能，现场工作环境差。
发明内容
本发明解决了现有技术的不足，提供一种用于螺旋焊管生产线的管端内外焊缝自动修磨设备，螺旋焊管管端内外焊缝整个作业流程通过该自动修磨设备自动完成，无需人工操作、控制，不仅作业自动化程度高，而且作业精准度高。
本发明所采用的技术方案是：一种带除尘功能的螺旋焊管管端内外焊缝自动修磨设备，包括工作面、钢管旋转辊机构、移动滑座、机器人本体、除尘机构、磨头机构、检测机构以及系统控制柜；
所述钢管旋转辊机构设置于工作面一端两侧；
所述移动滑座设置于工作面另一端；
所述机器人本体为六轴工业机器人，且其与所述除尘机构顺次安装于移动滑座一端；
所述磨头机构与检测机构通过连接件分别与连接法兰连接，所述连接法兰与机器人本体一端的旋转轴连接，即所述磨头机构与检测机构通过机器人本体自由切换位置；
所述系统控制柜设置于移动滑座一侧，且所述系统控制柜分别与钢管旋转辊机构、移动滑座、机器人本体以及除尘机构有线连接。
优选地，所述钢管旋转辊机构包括底座以及钢管检测传感器，所述底座一侧设置有主动旋转辊，其另一侧设置有被动旋转辊，所述主动旋转辊一端轴连接有电机，所述钢管检测传感器设置于底座中部，且其与系统控制柜有线连接。
优选地，所述移动滑座包括底座、滑轨、盖板、鞍座、驱动装置、齿条、电缆槽以及管端检测传感器；所述滑轨设置于底座上端两侧，所述盖板盖合于滑轨上，所述鞍座设置于盖板上，且其下端部镶嵌于滑轨内，所述驱动装置设置于鞍座一侧，所述齿条设置于底座下端一侧，所述驱动装置的齿轮与齿条啮合，所述鞍座在驱动装置的驱动下沿滑轨移动，所述电缆槽设置于底座下端背离齿条一侧，所述管端检测传感器设置于鞍座一端，且所述管端检测传感器与系统控制柜有线连接。
优选地，所述除尘机构包括回收吸嘴、软管以及除尘箱，所述回收吸嘴设置于磨头机构一侧，所述回收吸嘴与除尘箱通过软管连接。
优选地，所述磨头机构为三角磨削机，包括磨头提升装置、砂带轮单元、砂带、砂带驱动装置、砂带限位装置以及阻燃刷；
所述磨头提升装置包括磨头提升气缸与磨头运功滑轨，即磨头机构在磨头提升气缸的驱动下沿磨头运功滑轨上下运动；
所述砂带轮单元包括涨紧轮、磨削轮以及主动轮，所述涨紧轮、磨削轮以及主动轮呈三角状设置；
所述砂带绕制于涨紧轮、磨削轮以及主动轮上；
所述砂带驱动装置为磨削伺服电机，所述磨削伺服电机带动主动轮旋转；
所述砂带限位装置包括限位调整伺服电机、限位调整减速机以及限位磨球，所述限位磨球设置于磨削轮一侧，所述限位磨球在限位调整伺服电机与限位调整减速机的驱动下，实现限位磨球上下位置的调整，修磨时，将限位磨球高度调整到与磨削轮的磨削面平行，限制砂带的修磨量。
所述阻燃刷设置于磨削轮外侧。
优选地，所述检测机构为非接触式三维激光扫描仪。
优选地，所述连接件包括第一连接件与第二连接件，所述第一连接件与第二连接件均为三脚架结构，所述第一连接件一端侧面与磨头机构一侧面对接，其另一端侧面与连接法兰一侧面对接，所述第二连接件一端与连接法兰另一侧面对接，其另一端侧面与检测机构一侧面对接，且其所述第一连接件与第二连接件在水平向保持平行。
相较于现有技术，本发明具有的有益效果：
1、该自动修磨设备包括钢管旋转辊机构、移动滑座、机器人本体、除尘机构、磨头机构、检测机构以及系统控制柜，一次性完成螺旋焊管管端位置检测、螺旋焊管管端内、外焊缝的定位、建立螺旋焊管管端内、外焊缝表面三维模型、形成机器人本体和磨头机构的运动轨迹、焊缝的修磨、除尘和检测一系列作业，无需人工操作、控制，自动化和作业精准度高，极大的提高了焊管管端内、外焊缝消磨作业的效率，节约了成本，而且还具有除尘功能，进一步优化了作业环境。
2、磨头机构与检测机构通过连接件与机器人本体的旋转轴独立连接,可实现磨头机构与检测机构的作业切换，进一步提高了螺旋焊管管端内外焊缝自动修磨的效率。
3、设置钢管检测传感器、管端检测传感器、移动滑座以及系统控制柜，实现修磨设备自动移动寻找钢管管端位置、以及修磨设备的自动开启与停止。
4、设置检测机构以及系统控制柜，能够自动寻找管端焊缝的位置，使钢管旋转将焊缝定位至工作位置，自动扫描焊缝建立螺旋焊管管端内、外焊缝表面三维模型、生成机器人本体和磨头机构的工艺运动轨迹。
5、设置磨头机构自动进行焊缝修磨作业。
6、设置除尘机构能够自动回收修磨过程中产生的粉尘，既减少了金属粉尘污染，又改善了工作环境。
7、能够自动检测修磨结果，检测结果实时显示，检测数据自动存储。
8、设置限位磨球、限位调整伺服电机以及限位调整减速机，限位磨球在限位调整伺服电机以及限位调整减速机的驱动下，实现限位磨球上下位置的调整，修磨时，将限位磨球高度调整到与磨削轮的磨削面平行，限制砂带的修磨量。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明机器人本体结构示意图；
图3是本发明磨头机构与检测机构装配结构示意图；
图4是本发明钢管旋转辊机构结构示意图；
图5是本发明移动滑座结构示意图；
图6是图5的侧面结构示意图；
图7是本发明磨头机构结构示意图一；
图8是本发明磨头机构结构示意图二；
图9是本发明除尘机构结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
一种用于螺旋焊管生产线的管端内外焊缝自动修磨设备，参阅图1、图2以及图3，该自动修磨设备包括工作面1、钢管旋转辊机构2、移动滑座3、机器人本体4、除尘机构5、磨头机构6、检测机构7以及系统控制柜8；工作面1优选为地面，钢管旋转辊机构2设置于工作面1一端两侧；待修磨螺旋焊管被移动到的钢管旋转辊机构2上，钢管旋转辊机构2可以实现对待修磨螺旋焊管的位置定位，待修磨螺旋焊管在钢管旋转辊机构2上可进行旋转运动，移动滑座3设置于工作面1另一端；机器人本体4为六轴工业机器人，即机器人本体4采用6轴控制，具有6个自由度的机械手臂。机器人本体1的底座通过螺栓与移动滑座3的鞍座34相连，机器人本体4与除尘机构5顺次安装于移动滑座3一端，机器人本体4与除尘机构5在移动滑座3轴线方向上自由移动。磨头机构6与检测机构7通过连接件9分别与连接法兰10连接，连接法兰10与机器人本体4一端的旋转轴41连接，即磨头机构6与检测机构7通过机器人本体4自由切换作业；系统控制柜8设置于移动滑座3一侧，且系统控制柜8分别与钢管旋转辊机构2、移动滑座3、机器人本体4以及除尘机构5有线连接，所述系统控制柜8实现对整个自动修磨设备作业进行控制。
继续参阅图4、钢管旋转辊机构2不仅具有支撑螺旋焊管旋转运动的功能，还具有检测螺旋焊管位置的功能，其具体的结构为：钢管旋转辊机构2包括底座21以及钢管检测传感器22，底座21一侧设置有主动旋转辊23，其另一侧设置有被动旋转辊24，主动旋转辊23一端轴连接有电机25，开启电机25带动主动旋转辊23的旋转运动，钢管检测传感器22设置于底座21中部，且其与系统控制柜8有线连接。当待修磨螺旋焊管被移动到钢管旋转辊机构2上时，钢管检测传感器22对螺旋焊管的位置进行检测，钢管检测传感器22检测到待修磨螺旋焊管的位置后，将其检测的位置信息传输给系统控制柜8。
请继续参阅图5、移动滑座3实现机器人本体4以及除尘机构5在其轴向上的移动，包括底座31、滑轨32、盖板33、鞍座34、驱动装置35、齿条36、电缆槽37以及管端检测传感器38；滑轨32设置于底座31上端两侧，作为鞍座34的运动轨道，盖板33盖合于滑轨32上，具有防尘的功能，鞍座34设置于盖板33上，且其下端部镶嵌于滑轨32内，驱动装置35设置于鞍座34一侧，齿条36设置于底座31下端一侧，驱动装置35的齿轮与齿条36啮合，鞍座34在驱动装置35的驱动下沿滑轨32移动，电缆槽37设置于底座31下端背离齿条36一侧，系统控制柜8与钢管旋转辊机构2、移动滑座3、机器人本体4以及除尘机构5均通过缆线有线连接，该缆线安装于电缆槽37内，管端检测传感器38设置于鞍座34一端，且管端检测传感器38与系统控制柜8有线连接，当钢管检测传感器22将检测到螺旋焊管的位置的信息传输给系统控制柜8后，系统控制柜8控制移动滑座3自动启动，机器人本体4以及除尘机构5向靠近螺旋焊管的端头位置移动，当管端检测传感器38检测到螺旋焊管的端头时，系统控制柜8控制移动滑座3停止运动。
请继续参阅图1、图3以及图9，为了使得该自动修磨设备具备除尘的功能，设置除尘机构5，其包括回收吸嘴51、软管52以及除尘箱53，回收吸嘴设置于磨头机构6一侧，回收吸嘴51与除尘箱53通过软管52连接。在实际的使用中，软管52可安装于磨头机构6一侧(图1并未标识)，除尘机构5通过螺栓与移动滑座3的鞍座34相连，可实现与机器人本体4在滑动底座4轴线方向上的同步移动。
请继续参阅图6、图7，作为自动修磨设备的核心装置的磨头机构6优选为三角磨削机，其具体结构为包括磨头提升装置61、砂带轮单元、砂带63、砂带驱动装置64、砂带限位装置以及阻燃刷66；磨头提升装置61实现磨头机构6整体的提升与下压，具体通过磨头提升气缸611与磨头运功滑轨612实现这一功能。即磨头机构6在磨头提升气缸611的驱动下沿磨头运功滑轨612上下运动；砂带轮单元62实现对螺旋焊管内、外焊缝的修磨，使得焊缝的余高达到管道施工所要求的标准范围，其具体结构为包括涨紧轮621、磨削轮622以及主动轮623，所述涨紧轮621、磨削轮622以及主动轮623呈三角状设置；砂带63绕制于涨紧轮621、磨削轮622以及主动轮623上；砂带驱动装置64为磨削伺服电机，磨削伺服电机带动主动轮623旋转；砂带限位装置包括限位调整伺服电机651、限位调整减速机652以及限位磨球653，限位磨球653设置于磨削轮622一侧，限位磨球653在限位调整伺服电机651与限位调整减速机652的驱动下，实现限位磨球653的上下位置的调整，限位磨球653具有全向转动功能；修磨时，将限位磨球653高度调整到与磨削轮622的磨削面平行，进而限制砂带63的修磨量，防止伤及焊缝两侧管体母材。阻燃刷66设置于磨削轮622外侧，阻燃刷66将磨削过程中回收吸嘴51周边的高温磨削铁屑和粉尘聚拢，避免散排，保证回收效果。
请继续参考图1、图3，检测机构7优选为非接触式三维激光扫描仪。该仪器可主动发射扫描光源(激光)，通过探测自身发射的激光回波信号对螺旋焊管内、外焊缝进行空间位置及几何形状扫描、来获取管端焊缝的数据信息，并将数据信息传送给系统控制柜8进行信号处理，系统控制柜8将该信号处理后生成磨头机构6与机器人本体4修磨时的工艺路径轨迹。
请继续参考图1，系统控制柜8包括：机器人控制器、工业计算机、PLC、变频器、伺服控制器等设备。(在说明书附图中并未具体标识)系统控制柜8主要控制机器人本体按照修磨工艺路径轨迹，完成管端焊缝的全自动扫描及修磨；系统控制柜8具备HMI人机界面，可进行工艺参数的设定和手动调试；PLC、变频器和伺服控制器控制钢管旋转辊机构2、移动滑座3以及除尘机构5，并与生产线传输设备之间有握手交接信号；修磨后焊缝检测数据通过工业计算机处理，可实时显示、自动存储。
实施例一、螺旋焊管管端外缝修磨工艺过程
1、钢管传输设备运送待修磨螺旋焊管至钢管旋转辊机构，钢管检测传感器检测到待修磨螺旋焊管后将这一信号传输给系统控制柜。
2、系统控制柜控制移动滑座自动启动并开始移动，管端检测传感器感应到管端后，系统控制柜控制移动滑座停止移动。
3、机器人本体根据预先设定好的螺旋焊管直径规格，将检测机构移动至螺旋管端部径向方向上的最上方位置(端面12点钟位置)。
4、系统控制柜控制钢管旋转辊机构开始旋转，检测机构开始寻找外焊缝。
5、外焊缝旋转至上方(12点)位置，螺旋焊管停止旋转。检测机构开始三维扫描外焊缝，检测机构将外焊缝表面三维模型影像信号传输给系统控制柜进行处理，并生成外焊缝表面三维模型，并且生成修磨机构和机器人本体的外修磨工艺运功轨迹。
6、机器人本体沿被修磨螺旋焊管轴向运动至设定长度。
7、机器人本体将磨头机构旋转至外焊缝修磨起始位置。
8、磨头提升装置将磨头机构整体下压，磨削轮紧贴螺旋钢管外焊缝处。
9、磨削伺服电机启动，磨削轮旋转开始修磨；同时启动除尘箱。
10、机器人本体和磨头机构按系统控制柜生成的工艺运动轨迹，沿焊缝方向进行修磨作业。在作业过程中，磨削产生的金属粉尘颗粒通过回收吸嘴被吸入至除尘箱中。
11、磨头机构修磨至焊缝终点时，磨削伺服电机自动停止作业，同时除尘箱停止作业。
12、磨头提升装置将磨头机构整体提升，磨削轮脱离钢管外壁。
13、机器人本体再将检测机构旋转至修磨起始位置。
14、检测机构沿修磨后的焊缝轨迹运动进行焊缝修磨后检测。
15、检测机构将检测数据传输至系统控制柜，通过工业计算机处理，可实时显示、并自动存储测量数据。
16、至此，机器人完成螺旋焊管管端外焊缝的自动修磨和检测程序。
实施例二、螺旋焊管管端内缝修磨过程
17、机器人本体将检测机构移动至螺旋焊管管端径向方向的最下方(端面6点钟位置)。
18、系统控制柜控制钢管旋转辊机构开始旋转，检测机构开始寻找内焊缝。
19、内焊缝旋转至最下方(6点)位置，螺旋焊管停止旋转，检测机构开始三维扫描内焊缝，检测机构将生成的内焊缝表面三维模型影像信号传输给系统控制柜进行处理，生成内焊缝表面三维模型，并且生成修磨机构和机器人本体的内焊缝修磨工艺运功轨迹。
20、机器人本体沿被修磨螺旋焊管轴向运动至设定长度。
21、机器人本体将磨头机构旋转至焊缝修磨起始位置。
22、磨头提升装置将磨头机构整体下压，磨削轮紧贴螺旋钢管内焊缝处。
13、磨削伺服电机启动，磨削轮旋转开始修磨；同时启动除尘箱。
24、机器人本体和磨头机构按系统控制柜生成的工艺运动轨迹，沿内焊缝方向进行修磨作业。在作业过程中，磨削产生的金属粉尘颗粒通过回收吸嘴被吸入至除尘箱中。
25、磨头机构修磨至内焊缝终点时，磨削伺服电机自动停止作业，同时除尘箱停止工作。
26、磨头提升装置将磨头机构整体提升，磨削轮脱离钢管内壁。
27、机器人本体再将检测机构旋转至修磨起始位置。
28、检测机构沿修磨后的焊缝轨迹运动进行焊缝修磨后检测。
29、检测机构将检测数据传输至系统控制柜，通过工业计算机处理可实时显示，并自动存储测量数据。
30、至此，机器人完成螺旋焊管管端内焊缝的自动修磨和检测程序。
当上述修磨作业完成后，移动滑座自动启动返回至初始位置。系统控制柜和钢管传输设备进行信号交接，传输设备将修磨后的螺旋焊管从钢管旋转辊运送至下一工位。整个自动修磨过程结束。
通过实施例一与实施例二，该自动修磨设备一次性完成螺旋焊管管端位置检测、螺旋焊管管端内、外焊缝的定位、建立螺旋焊管管端内、外焊缝表面三维模型、形成机器人本体和磨头机构的运动轨迹、焊缝的修磨、除尘和检测作业，无需人工操作、控制，自动化和作业精准度高，极大的提高了焊管管端内、外焊缝修磨作业的效率，节约了成本，而且还具有除尘功能，进一步改善了作业环境。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明的实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等同变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种用于螺旋焊管生产线的管端内外焊缝自动修磨设备，其特征在于，包括工作面(1)、钢管旋转辊机构(2)、移动滑座(3)、机器人本体(4)、除尘机构(5)、磨头机构(6)、检测机构(7)以及系统控制柜(8)；
所述钢管旋转辊机构(2)设置于工作面(1)一端两侧；
所述移动滑座(3)设置于工作面(1)另一端；
所述机器人本体(4)为六轴工业机器人，且其与所述除尘机构(5)顺次安装于移动滑座(3)一端；
所述磨头机构(6)与检测机构(7)通过连接件(9)分别与连接法兰(10)连接，所述连接法兰(10)与机器人本体(4)一端的旋转轴(41)连接，即所述磨头机构(6)与检测机构(7)通过机器人本体(4)自由切换位置；
所述系统控制柜(8)设置于移动滑座(3)一侧，且所述系统控制柜(8)分别与钢管旋转辊机构(2)、移动滑座(3)、机器人本体(4)以及除尘机构(5)有线连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于螺旋焊管生产线的管端内外焊缝自动修磨设备，其特征在于，所述钢管旋转辊机构(2)包括底座(21)以及钢管检测传感器(22)，所述底座(21)一侧设置有主动旋转辊(23)，其另一侧设置有被动旋转辊(24)，所述主动旋转辊(23)一端轴连接有电机(25)，所述钢管检测传感器(22)设置于底座(21)中部，且其与系统控制柜(8)有线连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于螺旋焊管生产线的管端内外焊缝自动修磨设备，其特征在于，所述移动滑座(3)包括底座(31)、滑轨(32)、盖板(33)、鞍座(34)、驱动装置(35)、齿条(36)、电缆槽(37)以及管端检测传感器；所述滑轨(32)设置于底座(31)上端两侧，所述盖板(33)盖合于滑轨(32)上，所述鞍座(34)设置于盖板(33)上，且其下端部镶嵌于滑轨(32)内，所述驱动装置(35)设置于鞍座(34)一侧，所述齿条(36)设置于底座(31)下端一侧，所述驱动装置(35)的齿轮与齿条(36)啮合，所述鞍座(34)在驱动装置(35)的驱动下沿滑轨(32)移动，所述电缆槽(37)设置于底座(31)下端背离齿条(36)一侧，所述管端检测传感器设置于鞍座(34)一端，且所述管端检测传感器与系统控制柜(8)有线连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于螺旋焊管生产线的管端内外焊缝自动修磨设备，其特征在于，所述除尘机构(5)包括回收吸嘴(51)、软管(52)以及除尘箱(53)，所述回收吸嘴设置于磨头机构(6)一侧，所述回收吸嘴(51)与除尘箱(53)通过软管(52)连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于螺旋焊管生产线的管端内外焊缝自动修磨设备，其特征在于，所述磨头机构(6)为三角磨削机，包括磨头提升装置(61)、砂带轮单元、砂带(63)、砂带驱动装置(64)、砂带限位装置以及阻燃刷(66)；
所述磨头提升装置(61)包括磨头提升气缸(611)与磨头运功滑轨(612)，即磨头机构(6)在磨头提升气缸(611)的驱动下沿磨头运功滑轨(612)上下运动；
所述砂带轮单元包括涨紧轮(621)、磨削轮(622)以及主动轮(623)，所述涨紧轮(621)、磨削轮(622)以及主动轮(623)呈三角状设置；
所述砂带(63)绕制于涨紧轮(621)、磨削轮(622)以及主动轮(623)上；
所述砂带驱动装置(64)为磨削伺服电机，所述磨削伺服电机带动主动轮(623)旋转；
所述砂带限位装置包括限位调整伺服电机(651)、限位调整减速机(652)以及限位磨球(653)，所述限位磨球(653)设置于磨削轮(622)一侧，所述限位磨球(653)在限位调整伺服电机(651)与限位调整减速机(652)的驱动下，实现限位磨球(653)的上下位置的调整；修磨时，将限位磨球(653)高度调整到与磨削轮(622)的磨削面平行，限制砂带(63)的修磨量。
所述阻燃刷(66)设置于磨削轮(622)外侧。
6.根据权利要求5所述的一种用于螺旋焊管生产线的管端内外焊缝自动修磨设备，其特征在于，所述检测机构(7)为非接触式三维激光扫描仪。
7.根据权利要求6所述的一种用于螺旋焊管生产线的管端内外焊缝自动修磨设备，其特征在于，所述连接件(9)包括第一连接件(91)与第二连接件(92)，所述第一连接件(91)与第二连接件(92)均为三脚架结构，所述第一连接件(91)一端侧面与磨头机构(6)一侧面对接，其另一端侧面与连接法兰(10)一侧面对接，所述第二连接件(92)一端与连接法兰(10)另一侧面对接，其另一端侧面与检测机构(7)一侧面对接，且其所述第一连接件(91)与第二连接件(92)在水平向保持平行。
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