CN111336941A - 一种引伸计自动标定器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种引伸计自动标定器，包括框架组件、电机组件、滑块组件、夹具组件、凸形安装板、下位机、电源模块、控制器、上位机。框架组件为提供主体框架，电机组件将电机旋转运动转化成直线运动，滑块组件将所述直线运动转化成更加准直直线运动，并实现位移测量、夹持机构、消除螺纹间隙等功能，夹具组件提供无级调距的快速夹具；安装在上位机检定软件通过下位机和控制器控制电机正反运动产生直线位移，并通过光栅尺采集位移数据反馈给上位机实现闭环控制；本发明引伸计自动标定器量程≥50mm，分辨率为0.1μm，能满足标距≤500mm0.5级及以下的引伸计检定，具有智能化、测量范围广、测量精度高、检定效率高、结构紧凑、能满足现场引伸计检定等特点。

Description

一种引伸计自动标定器

技术领域

本发明涉及一种计量器具的检定装置，特别涉及一种引伸计自动标定器。

背景技术

引伸计是用来测量构件及其他物体两点之间线变形的一种仪器，是测量金属、塑料、复合材料和陶瓷等构件及其他物体的变形程度计量器具，在全国各系统的科研单位 、大专院校、工程试验室、工厂实验室广泛应用，其具有结构轻巧 、使用方便 、稳定可靠诸多特点。引伸计的种类有很多，大致可以分为接触式引伸计和非接触式引伸计。引伸计按应变种类可以分为：电阻应变片式引伸计、电容式引伸计、电感式引伸计。引伸计按测量方式分为：轴向引伸计，径向引伸计，断裂力学引伸计等。还有其他的专用引伸计，比如：钢绞线引伸计，高温引伸计，扭转引伸计等。

目前，在计量领域中，国内检定引伸计的技术依据为JJG762-2007引伸计检定规程，在该规程中提出了检定引伸计的各项计量性能要求，也提出了检定用标准器具为引伸计标定器，并要求引伸计标定器应符合JJF1096-2002的要求。JJG762-2007引伸计检定规程将引伸计定为0.2级、0.5级、1级和2级共四个级别，常用的引伸计是0.5级及以下。目前市场上的引伸计标定仪分为两种：一种纯机械式的高精度位移测微仪器，由精密微分测头及测量支架组成，有如北京钢铁研究总院研制的GWB-2000引伸标定器和长春机械研究院研制的GWB-200JA引伸计标定仪；另一种以数字显示方式的测微仪结合旋转运动的测微螺杆螺纹实现对引伸计手动测量数字读数的标定，有如专利申请号为201821012226 .3的多功能引伸计标定仪、专利申请号为200820072608.5的高精度引伸计标定器、专利申请号为201810277394 .3的岩石变形引伸计标定装置及标定方法。

采用纯机械式引伸计标定仪进行检定具有很多缺陷：如微分筒的对线存在误差，不同的检定人员差别很大；如检定示值误差时旋转手动微分筒容易产生行程过冲，存在螺纹返程误差，增加了检定难度；如其螺距很小，旋转时间很长，劳动强度很大。而另一种以数字显示方式的测微仪结合旋转运动的测微螺杆螺纹实现对引伸计手动测量数字读数的标定的标定仪一定程度上实现数字测量，减少了人为读数误差，但还是需要手动旋转螺纹副，同样螺距很小，旋转时间很长，劳动强度很大，检定也不快速。目前国内还没有高精度的自动标定器。

鉴于国内引伸计检定领域现状，迫切需要研制一种自动控制、精度高、满足国家检定规程要求的引伸计自动标定器，具备引伸计的快速准确检定、提高检定效率、降低劳动强度等特点。

发明内容

为了解决现有引伸计标定器检定引伸计不够智能、检定不够快捷高效、检定劳动强度大等缺点，本发明的目的在于提供一种引伸计自动标定器。

为了实现上述目的，本发明的一种引伸计自动标定器，包括框架组件、电机组件、滑块组件、夹具组件、凸形安装板、下位机、电源模块、控制器、上位机。所述框架组件主要由圆弧铝合金型材、方形铝合金型材、调整地脚、面板、底板、电气安装板、角连接件组成；所述框架组件通过四根圆弧铝合金型材和若干根长度不等的方形铝合金型材组焊连接，并用角连接件固定以组成椅子形状的铝合金框架；在其底部四个角及后背三个方向都安装有调整地脚有利于于本标定器的立式或卧式落地并调整水平；底部还安装有底板、电气安装板，所述底板具有一定的承载能力用于支撑其他核心零部件，所述电气安装板用于安装电气电路器件；上部安装有面板作为本标定器的操作平台。所述电机组件作为本标定器的动力部件，主要功能是将电机的旋转运动转化成直线运动，其主要包括左支座、右支座、电机座、电机、联轴器、感光片、光电开关、螺纹座、螺杆、直线轴承、导杆、推板、球头杆、轴承、拉簧环（一）、拉簧；所述左支座和右支座作为本部件的支撑块，其上分别安装有轴承和感光片，螺杆的台阶光轴部分就配装在该轴承的内孔上；电机座上固定安装有电机，电机的电机轴和螺杆的台阶轴通过联轴器连接；左支座还配装有两个直线轴承，在该直线轴承的内孔滑动装有导杆，导杆一端固定有推板，另外一端固定在螺纹座上，而螺纹座开有内螺纹与螺杆配合，同时螺纹座上方安装有光电开关，感光片和光电开关用于限位运动极限位置；推板上固定安装有端部带钢球的球头杆，这样电机旋转运动在通过螺杆带动导杆成直线运动，从而使球头杆也产生直线运动，整个直线运动有效行程大于50mm，满足市场上大部分量程引伸计的检定；同时右支座上还安装有两个拉簧环（一），两根拉簧的一端穿过左支座勾在拉簧环（一）上。所述滑块组件作为本标定器的又一核心部件，将所述电机组件所实现的直线运动转化成更加准直的直线运动，同时提供位移测量、引伸计夹持、消除螺纹间隙等功能，其主要包括滑块座、固定滑块、滑板、交叉滚子轴承、活动轴、拉簧环（二）、传感器安装座、传感器安装板、光栅读数头、光栅尺身；其中滑块座、固定滑块、滑板都是高精度零件，滑块座上左右两侧分别固定安装有固定滑块，在左右两侧的固定滑块与滑板之间分别通过交叉滚子轴承配合连接，使滑板能够产生较为准直的直线运动；滑板一端固定安装有两个拉簧环（二），所述球头杆的钢球与该滑板端面点接触，所述的拉簧的另外一端勾在该拉簧环（二）上，滑板另外一端固定安装有活动轴，该活动轴用于夹持被检的引伸计；在滑板上平面上粘有高精度的光栅尺身，两个固定滑块上固定安装着传感器安装座，光栅读数头通过传感器安装板连接在该传感器安装座，光栅读数头能够通过光栅尺身读取活动轴的直线运动位移数据。所述夹具组件为本标定器提供无级调整距离的快速夹具，并实现与所述滑块组件直线运动同轴，其包括直线导轨、快速固定夹具、连接板、支座、支座板、开口固定环、快速把手、固定轴；其中直线导轨采用高精度直线导轨，该直线导轨的滑块与快速固定夹具通过连接板固定连接，通过掰转快速固定夹具的手柄能快速锁紧与松开直线导轨的滑块，从而是无级调整距离并锁紧定位；在连接板上方依次固定安装有支座、支座板、开口固定环，在开口固定环的内孔活动配装有固定轴，并可通过快速把手锁紧该开口固定环从而固定固定轴，该固定轴与所滑块组件上的活动轴可实现同轴，通过调整直线导轨的滑块位置及固定轴锁紧位置可以实现固定轴高达500mm以上的调整距离。所述框架组件上竖直安装有凸形安装板并固定在底板上，所述凸形安装板上从下到上分别固定安装着电机组件、滑块组件、夹具组件，底板上还固定安装有电源模块，所述电源模块输入电压为民用电压输出为直流电压为本标定器提供变压电源，两块的电气安装板上分别安装有下位机和控制器。在面板上放置有上位机，该上位机安装有检定软件，检定软件的指令通过下位机和控制器控制电机的正反运动，使得固定轴与活动轴产生相对位移，而光栅读数头读取光栅尺身的位移数据通过下位机反馈给上位机，实现本标定器的闭环控制。

其中，所述框架组件材料为铝合金型材，形状为圆形、矩形或L形作为主体框架；所述框架组件可以立起来放置，满足立轴向引伸计的检定；所述框架组件也可以卧式放置，满足立径向引伸计的检定。

其中，所述电机组件和滑块组件采用串联的装配方式，有利于保障直线运动的定位精度。

其中，所述电机组件的电机可以采用伺服电机也可以采用步进电机，相应的，所述控制器可以采用伺服控制或步进控制器。

其中，所述直线导轨也可以采用相应行程长度的燕尾槽导轨、齿轮齿条替代。

其中，所述螺杆的螺纹为特种细牙螺纹，其牙型与普通螺纹相同，螺距为0.35mm。

其中，所述光栅尺读数头读数分辨力高达0.1μm，也可以采用相当精度的其他传感器。

其中，所述夹具组件的固定轴和滑块组件上的活动轴为高精度且一定间隔距离上开设有凹槽的光轴，有利于防止被检引伸计安装在该凹槽内不易打滑，它们之间的同轴度≤0.1mm。

本发明的有益效果是：

1、本发明装置的设计及使用方法符合JJF1096-2002引伸计标定器校准规范和JJG762-2007引伸计检定规程的要求；

2、本发明装置采用高精度的光栅尺作为测量标准、采用特种细牙螺纹的螺杆、采用高精度的滑块组件、采用闭环控制技术，使得整体装置精度高；

3、本发明装置的固定轴和活动轴具有很好的同轴度，减少了由于不同轴引起的测量误差；

4、本发明装置能满足用于小量程引伸计检定，也能满足标距≤500mm的引伸计检定，同时能满足轴向引伸计和径向引伸计的检定，测量范围广测量功能多样；

5、本发明装置采用现代化测控手段实现检定的智能化，检定效率高；

6、本发明装置结构紧凑、能满足现场引伸计检定的要求。

附图说明

图1为本发明一种引伸计自动标定器的结构示意图；

图2为本发明一种引伸计自动标定器的框架组件的结构示意图；

图3为本发明一种引伸计自动标定器的电机组件的结构示意图；

图4为本发明一种引伸计自动标定器的滑块组件的三维结构图；

图5为本发明一种引伸计自动标定器的夹具组件的三维结构图。

附图标记：框架组件1、电机组件2、滑块组件3、夹具组件4、凸形安装板5、下位机6、电源模块7、控制器8、上位机9、圆弧铝合金型材101、方形铝合金型材102、调整地脚103、面板104、底板105、电气安装板106、角连接件107、左支座201、右支座202、电机座203、电机204、联轴器205、感光片206、光电开关207、螺纹座208、螺杆209、直线轴承210、导杆211、推板212、球头杆213、轴承214、拉簧环（一）215、拉簧216、滑块座301、固定滑块302、滑板303、交叉滚子轴承304、活动轴305、拉簧环（二）306、传感器安装座307、传感器安装板308、光栅读数头309、光栅尺身310、直线导轨401、快速固定夹具402、连接板403、支座404、支座板405、开口固定环406、快速把手407、固定轴408。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明一种引伸计自动标定器作进一步详细说明。

如图1~图5所示，本发明一种引伸计自动标定器主体结构主要包括：框架组件1、电机组件2、滑块组件3、夹具组件4、凸形安装板5、下位机6、电源模块7、控制器8、上位机9。框架组件1作为本发明的主体框架，用于支撑主要零部件，有利于本标定器的装配、操作、搬运等功能的实施，它主要由圆弧铝合金型材101、方形铝合金型材102、调整地脚103、面板104、底板105、电气安装板106、角连接件107组成；四根圆弧铝合金型材101和若干根长度不等的方形铝合金型材102组合，并用角连接件107固定以组成椅子形状的铝合金框架；在其底部四个角及后背三个方向都安装有调整地脚103有利于于本标定器的立式或卧式落地并调整水平；在其底部还安装有底板105、电气安装板106，底板105具有一定的承载能力用于支撑其他核心零部件，电气安装板106用于安装电气电路器件；在其上部安装有面板104作为本标定器的操作平台。电机组件2作为本标定器的动力部件，主要功能是将电机的旋转运动转化成直线运动，其主要包括左支座201、右支座202、电机座203、电机204、联轴器205、感光片206、光电开关207、螺纹座208、螺杆209、直线轴承210、导杆211、推板212、球头杆213、轴承214、拉簧环（一）215、拉簧216；其中左支座201和右支座202作为本部件的支撑块，其上分别安装有轴承214和感光片206，螺杆209的台阶光轴部分就配装在该轴承214的内孔上；电机座203上固定安装有电机204，电机204的电机轴和螺杆209的台阶轴通过联轴器205连接；左支座201还配装有两个直线轴承210，在该直线轴承210的内孔滑动装有导杆211，导杆211一端固定有推板212，另外一端固定在螺纹座208上，而螺纹座208开有内螺纹与螺杆209配合，同时螺纹座208上方安装有光电开关207，感光片206和光电开关207用于限位运动极限位置；推板212上固定安装有端部带钢球的球头杆213，这样电机204旋转运动在通过螺杆209带动导杆211成直线运动，从而使球头杆213也产生直线运动，整个直线运动有效行程大于50mm，满足市场上大部分量程引伸计的检定；同时右支座202上还安装有两个拉簧环（一）215，两根拉簧216的一端穿过左支座201勾在拉簧环（一）215上。滑块组件3作为本标定器的又一核心部件，将所述电机组件2所实现的直线运动转化成更加准直的直线运动，同时提供位移测量、引伸计夹持、消除螺纹间隙等功能，其主要包括滑块座301、固定滑块302、滑板303、交叉滚子轴承304、活动轴305、拉簧环（二）306、传感器安装座307、传感器安装板308、光栅读数头309、光栅尺身310；其中滑块座301、固定滑块302、滑板303都是高精度零件，滑块座301上左右两侧分别固定安装有固定滑块302，在左右两侧的固定滑块302与滑板303之间分别通过交叉滚子轴承304配合连接，使滑板303能够产生较为准直的直线运动；滑板303一端固定安装有两个拉簧环（二）306，所述球头杆213的钢球与该滑板303端面点接触，所述的拉簧216的另外一端勾在该拉簧环（二）306上，滑板303另外一端固定安装有活动轴305，该活动轴305用于夹持被检的引伸计；在滑板303上平面上粘有高精度的光栅尺身310，两个固定滑块302上固定安装着传感器安装座307，光栅读数头309通过传感器安装板308连接在该传感器安装座307，光栅读数头309能够通过光栅尺身310读取活动轴305的直线运动位移数据。夹具组件4为本标定器提供无级调整距离的快速夹具，并实现与所述滑块组件3直线运动同轴，其包括直线导轨401、快速固定夹具402、连接板403、支座404、支座板405、开口固定环406、快速把手407、固定轴408；其中直线导轨401采用高精度直线导轨，该直线导轨401的滑块与快速固定夹具402通过连接板403固定连接，通过掰转快速固定夹具402的手柄能快速锁紧与松开直线导轨401的滑块，从而是无级调整距离并锁紧定位；在连接板403上方依次固定安装有支座404、支座板405、开口固定环406，在开口固定环406的内孔活动配装有固定轴408，并可通过快速把手407锁紧该开口固定环406从而固定固定轴408，该固定轴408与所滑块组件3上的活动轴305可实现同轴，通过调整直线导轨401的滑块位置及固定轴408锁紧位置可以实现固定轴408高达500mm以上的调整距离。在框架组件1上竖直安装有凸形安装板5并固定在底板105上，在该凸形安装板5上从下到上分别固定安装着电机组件2、滑块组件3、夹具组件4，底板105上还固定安装有电源模块7，该电源模块7输入电压为民用电压输出为直流电压为本标定器提供变压电源，两块的电气安装板106上分别安装有下位机6和控制器8。在面板104上放置有上位机9，该上位机9安装有检定软件，检定软件的指令通过下位机6和控制器8控制电机204的正反运动，使得固定轴408与活动轴305产生相对位移，而光栅读数头309读取光栅尺身310的位移数据通过下位机6反馈给上位机9，实现本标定器的闭环控制。

本发明引伸计自动标定器检定引伸计的方法及操作过程如下：

（1）、打开本标定器的包装箱，根据被检引伸计选择整体框架立式安放还是卧式安放地板上，调整调整地脚103使得装置水平并平稳。

（2）、接通并打开本标定器的电源，打开上位机9的检定软件，录入被检仪器信息，按JJG762-2007要求选择好检定点，将电机复位，使活动轴305处在初始位置。

（3）、根据被检引伸计的标距通过快速固定夹具402调整好滑块的位置和通过快速把手407调整好固定轴408的位置，使得活动轴305上一凹槽与固定轴408凹槽距离为被检引伸计的标距。

（4）、按照被检引伸计说明书将引伸计的两个刀刃分别夹紧在固定轴408和活动轴305上。

（5）、将上位机9的检定软件上光栅尺测量数字清零，开始检定，并在检定软件记录各个受检点的被检引伸计测量值，直至检定完成，自动生成检定原始记录。

（6）、取下被检引伸计，关闭检定软件，切断电源，将本标定器装回包装箱，完成一次引伸计现场检定。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种引伸计自动标定器，其特征在于：包括框架组件（1）、电机组件（2）、滑块组件（3）、夹具组件（4）、凸形安装板（5）、下位机（6）、电源模块（7）、控制器（8）、上位机（9）；所述框架组件（1）主要由圆弧铝合金型材（101）、方形铝合金型材（102）、调整地脚（103）、面板（104）、底板（105）、电气安装板（106）、角连接件（107）组成；所述框架组件（1）通过四根圆弧铝合金型材（101）和若干根长度不等的方形铝合金型材（102）组焊连接，并用角连接件（107）固定以组成椅子形状的铝合金框架；在其底部四个角及后背三个方向都安装有调整地脚（103）有利于于本标定器的立式或卧式落地并调整水平；底部还安装有底板（105）、电气安装板（106），所述底板（105）具有一定的承载能力用于支撑其他核心零部件，所述电气安装板（106）用于安装电气电路器件；上部安装有面板（104）作为本标定器的操作平台；所述电机组件（2）作为本标定器的动力部件，主要功能是将电机的旋转运动转化成直线运动，其主要包括左支座（201）、右支座（202）、电机座（203）、电机（204）、联轴器（205）、感光片（206）、光电开关（207）、螺纹座（208）、螺杆（209）、直线轴承（210）、导杆（211）、推板（212）、球头杆（213）、轴承（214）、拉簧环（一）（215）、拉簧（216）；所述左支座（201）和右支座（202）作为本部件的支撑块，其上分别安装有轴承（214）和感光片（206），螺杆（209）的台阶光轴部分就配装在该轴承（214）的内孔上；电机座（203）上固定安装有电机（204），电机（204）的电机轴和螺杆（209）的台阶轴通过联轴器（205）连接；左支座（201）还配装有两个直线轴承（210），在该直线轴承（210）的内孔滑动装有导杆（211），导杆（211）一端固定有推板（212），另外一端固定在螺纹座（208）上，而螺纹座（208）开有内螺纹与螺杆（209）配合，同时螺纹座（208）上方安装有光电开关（207），感光片（206）和光电开关（207）用于限位运动极限位置；推板（212）上固定安装有端部带钢球的球头杆（213），这样电机（204）旋转运动在通过螺杆（209）带动导杆（211）成直线运动，从而使球头杆（213）也产生直线运动，整个直线运动有效行程大于50mm，满足市场上大部分量程引伸计的检定；同时右支座（202）上还安装有两个拉簧环（一）（215），两根拉簧（216）的一端穿过左支座（201）勾在拉簧环（一）（215）上；所述滑块组件（3）作为本标定器的又一核心部件，将所述电机组件（2）所实现的直线运动转化成更加准直的直线运动，同时提供位移测量、引伸计夹持、消除螺纹间隙等功能，其主要包括滑块座（301）、固定滑块（302）、滑板（303）、交叉滚子轴承（304）、活动轴（305）、拉簧环（二）（306）、传感器安装座（307）、传感器安装板（308）、光栅读数头（309）、光栅尺身（310）；其中滑块座（301）、固定滑块（302）、滑板（303）都是高精度零件，滑块座（301）上左右两侧分别固定安装有固定滑块（302），在左右两侧的固定滑块（302）与滑板（303）之间分别通过交叉滚子轴承（304）配合连接，使滑板（303）能够产生较为准直的直线运动；滑板（303）一端固定安装有两个拉簧环（二）（306），所述球头杆（213）的钢球与该滑板（303）端面点接触，所述的拉簧（216）的另外一端勾在该拉簧环（二）（306）上，滑板（303）另外一端固定安装有活动轴（305），该活动轴（305）用于夹持被检的引伸计；在滑板（303）上平面上粘有高精度的光栅尺身（310），两个固定滑块（302）上固定安装着传感器安装座（307），光栅读数头（309）通过传感器安装板（308）连接在该传感器安装座（307），光栅读数头（309）能够通过光栅尺身（310）读取活动轴（305）的直线运动位移数据；所述夹具组件（4）为本标定器提供无级调整距离的快速夹具，并实现与所述滑块组件（3）直线运动同轴，其包括直线导轨（401）、快速固定夹具（402）、连接板（403）、支座（404）、支座板（405）、开口固定环（406）、快速把手（407）、固定轴（408）；其中直线导轨（401）采用高精度直线导轨，该直线导轨（401）的滑块与快速固定夹具（402）通过连接板（403）固定连接，通过掰转快速固定夹具（402）的手柄能快速锁紧与松开直线导轨（401）的滑块，从而是无级调整距离并锁紧定位；在连接板（403）上方依次固定安装有支座（404）、支座板（405）、开口固定环（406），在开口固定环（406）的内孔活动配装有固定轴（408），并可通过快速把手（407）锁紧该开口固定环（406）从而固定固定轴（408），该固定轴（408）与所滑块组件（3）上的活动轴（305）可实现同轴，通过调整直线导轨（401）的滑块位置及固定轴（408）锁紧位置可以实现固定轴（408）高达500mm以上的调整距离；所述框架组件（1）上竖直安装有凸形安装板（5）并固定在底板（105）上，所述凸形安装板（5）上从下到上分别固定安装着电机组件（2）、滑块组件（3）、夹具组件（4），底板（105）上还固定安装有电源模块（7），所述电源模块（7）输入电压为民用电压输出为直流电压为本标定器提供变压电源，两块的电气安装板（106）上分别安装有下位机（6）和控制器（8）；在面板（104）上放置有上位机（9），该上位机（9）安装有检定软件，检定软件的指令通过下位机（6）和控制器（8）控制电机（204）的正反运动，使得固定轴（408）与活动轴（305）产生相对位移，而光栅读数头（309）读取光栅尺身（310）的位移数据通过下位机（6）反馈给上位机（9），实现本标定器的闭环控制。

2.如权利要求1所述一种引伸计自动标定器，其特征在于：所述框架组件（1）材料为铝合金型材，形状为圆形、矩形或其他形状作为主体框架；所述框架组件（1）可以立起来放置，满足立轴向引伸计的检定；所述框架组件（1）也可以卧式放置，满足立径向引伸计的检定。

3.如权利要求1所述一种引伸计自动标定器，其特征在于：所述电机组件（2）和滑块组件（3）采用串联的装配方式，有利于保障直线运动的定位精度。

4.如权利要求1所述一种引伸计自动标定器，其特征在于：所述电机组件（2）的电机可以采用伺服电机也可以采用步进电机，相应的，所述控制器（8）可以采用伺服控制或步进控制器。

5.如权利要求1所述一种引伸计自动标定器，其特征在于：所述直线导轨也可以采用相应行程长度的燕尾槽导轨、齿轮齿条替代。

6.如权利要求1所述一种引伸计自动标定器，其特征在于：所述螺杆的螺纹为特种细牙螺纹，其牙型与普通螺纹相同，螺距为0.35mm。

7.如权利要求1所述一种引伸计自动标定器，其特征在于：所述光栅尺读数头（309）读数分辨力高达0.1μm，也可以采用相当精度的其他传感器。

8.如权利要求1所述一种引伸计自动标定器，其特征在于：所述夹具组件（4）的固定轴（408）和滑块组件（3）上的活动轴（305）为高精度且一定间隔距离上开设有凹槽的光轴，有利于防止被检引伸计安装在该凹槽内不易打滑，它们之间的同轴度≤0.1mm。

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