CN114535774B - 一种可动态调整的搅拌摩擦焊接装置及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可动态调整的搅拌摩擦焊接装置,属于焊接技术领域,包括驱动座和换能器,换能器位于驱动座的一侧,驱动座的内部安装有用于驱动搅拌针转动的驱动电机,驱动座下端的中间位置安装有限位柱,限位柱的下端安装有搅拌针;换能器的下端安装有变幅杆,变幅杆的下端安装有超声探头,换能器的上端连接有超声波发生器;驱动座下端的边缘位置安装有调节机构,调节机构可以起到支撑和防护的作用,调节机构包含第一固定夹环和调节上环;本发明还公开了一种超声搅拌摩擦焊接方法;本发明用于解决现有方案中没有对搅拌针的运行进行限位防护以及对超声探头进行位置调整,导致超声搅拌摩擦焊接的整体效果不佳的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域,更具体地说,它涉及一种可动态调整的搅拌摩擦焊接装置及焊接方法。
背景技术
搅拌摩擦焊是指利用高速旋转的焊具与工件摩擦产生的热量使被焊材料局部熔化,当焊具沿着焊接界面向前移动时,被塑性化的材料在焊具的转动摩擦力作用下由焊具的前部流向后部,并在焊具的挤压下形成致密的固相焊缝。
公开号为CN107457479A、名称为一种用于组件厚度不均的可调式搅拌摩擦焊接装置及方法的发明专利公开了搅拌摩擦焊接装置可利用超声波辅助对厚度不均的组件进行焊接,超声波探测器先进行前期探测组件厚度,超声波脉冲信号转化为电信号,再传输至终端控制器转化为数字信号,并记录成为组件厚度梯度曲线;中期驱动电机和驱动段搅拌针控制变换传动段搅拌针根据组件厚度梯度曲线变换长度,同时利用超声振动辅助焊接提高摩擦焊接的效率,并减缓搅拌针的磨损;后期成像检测可即时检测到焊接组件的有无内部缺陷的情况。
但是该方案存在一定的缺陷:首先,没有对搅拌针进行防护,使得搅拌针在调整或者运行的过程中持续保持稳定的状态;其次,不能根据焊接工件上不同尺寸的焊缝来调节超声探头与搅拌针之间的距离,使得超声探头的运行效果受到限制;最后,也不能根据焊缝的形态动态调整超声探头的位置,进而导致超声探头辅助搅拌摩擦焊接的整体效果不佳。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种可动态调整的搅拌摩擦焊接装置及焊接方法,解决以下技术问题:如何对搅拌针的运行进行限位防护以及对超声探头进行位置调整,来提高超声搅拌摩擦焊接的整体效果的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种可动态调整的搅拌摩擦焊接装置,包括驱动座和换能器,换能器位于驱动座的一侧,驱动座的内部安装有用于驱动搅拌针转动的驱动电机,驱动座下端的中间位置安装有限位柱,限位柱的下端安装有搅拌针;
换能器的下端安装有变幅杆,变幅杆的下端安装有超声探头,换能器的上端连接有超声波发生器;
驱动座下端的边缘位置安装有调节机构,调节机构可以起到支撑和防护的作用,调节机构包含第一固定夹环,第一固定夹环的下端固定安装有调节上环,调节上环的下端滑动连接有调节下环,调节下环的下端固定安装有调节底座;
变幅杆的外表面滑动连接有限位机构,限位机构包含第三限位夹环,第三限位夹环与变幅杆滑动连接,第三限位夹环的一侧固定安装有第二限位夹板,第一固定夹环与第二限位夹板之间连接有第一连接板;设置的限位机构配合第一连接板和第一固定夹环的使用,不仅可以起到辅助调节超声探头位置的作用,还可以配合第一限位夹板和第二连接板来调整变幅杆与驱动座之间的距离。
为了更灵活的对搅拌针进行调整和防护,进一步地,调节上环的内部设置有调节腔,调节下环的上端与调节腔的上表面之间连接有连接弹簧,调节腔的上表面固定安装有位于连接弹簧内部的限位上环,限位上环的内部滑动连接有限位下环。
为了更便捷对搅拌针的运行进行清理,进一步地,调节下环外表面的下方位置设置有若干个散热孔,调节底座的左右两侧分别设置有连接槽和通槽。
为了提高超声探头位置调整时的稳定性,进一步地,第一固定夹环的外表面设置有限位槽,限位槽的内表面胶接有摩擦垫,第一连接板靠近第一固定夹环的一侧固定安装有与限位槽相适配的滑板,第一连接板通过滑板与限位槽转动连接。
进一步地,驱动座的上端固定安装有固定架和支撑座,支撑座位于固定架的一侧,固定架内部的上表面固定安装有调节电机,调节电机的下端安装有与支撑座相接触的驱动柱,驱动柱的外表面固定安装有第二固定夹环。
为了对换能器受到的推力进行缓冲,进一步地,换能器的外表面设置有缓冲机构,缓冲机构包含固定安装在换能器外表面的第二限位夹环,第二限位夹环的上端连接有第一限位夹环,第二限位夹环与第一限位夹环之间固定安装有限位弹簧,第一限位夹环靠近固定架的一侧固定安装有第一限位夹板。
进一步地,第一限位夹板与第二固定夹环之间连接有第二连接板。
进一步地,第一限位夹环的内表面胶接固定有缓冲夹垫,第一限位夹环通过缓冲夹垫与换能器滑动连接,第一限位夹板和第二限位夹板内表面的两侧均固定安装有若干个具有弹性的限位齿头,相邻的限位齿头之间设置有限位齿槽。
为了更灵活的调整变幅杆与驱动座之间的距离,进一步地,第一连接板和第二连接板外表面的两侧均固定安装有与限位齿槽相适配的连接齿头,连接齿头也具有弹性。
进一步地,超声探头和搅拌针的下方设置有焊接工件,第三限位夹环远离第二限位夹板的一侧固定安装有摄像座,摄像座的下端镶嵌有摄像头。
一种超声搅拌摩擦焊接方法,具体的步骤包括:
步骤一:根据焊接工件以及焊缝的尺寸调整超声探头与搅拌针之间的距离,当超声探头与搅拌针之间的距离需要减小或者增加时,对变幅杆远离驱动座的侧面施加一个推力或者拉力,使得第一限位夹板和第二限位夹板分别向靠近或者远离第二连接板和第一连接板的方向移动,第一限位夹板和第二限位夹板在移动过程中,通过若干个连接齿头在限位齿头上进行移动并抵接限位;
步骤二:将超声探头和搅拌针的下端对准焊接工件上的焊缝,控制驱动座向下移动,调节底座的底端与焊接工件相接触后驱动座继续向下移动,调节上环继续下移时,调节下环对连接弹簧进行挤压使得连接弹簧收缩,并对限位下环的下端施加一个向上的推力,通过该推力使得限位下环在限位上环的内部向上移动,直至超声探头的下端与焊缝的上端相抵接且搅拌针的下端进入至焊缝中,则停止驱动座下移;
步骤三:通过驱动电机驱动搅拌针转动来对焊缝进行搅拌摩擦焊接,通过超声波发生器、换能器和变幅杆使得超声探头对焊缝进行超声波辅助焊接,通过摄像头对焊接工件上焊缝的位置和形态进行监测,分析判断焊缝处于弯曲形态还是直线形态;
步骤四:当焊缝处于弯曲形态时,控制调节电机驱动驱动柱转动,通过驱动柱的转动带动第二连接板和第一限位夹板转动,通过第二连接板和第一限位夹板带动换能器、变幅杆和超声探头转动,变幅杆转动时带动第三限位夹环转动,通过第二限位夹板和第一连接板使得滑板在限位槽内转动。
与现有方案相比,本发明的有益效果:
1、本发明中,设置的调节机构可以对搅拌针的运行进行限位和防护,搅拌针不工作时,通过调节上环和调节下环可以对搅拌针进行安全防护,并且搅拌针在下移的过程中,通过连接弹簧配合限位上环和限位下环,可以对搅拌针的下移进行限位,并且通过调节底座进行支撑,通过连接槽和通槽对搅拌针工作时产生的碎屑进行清理,提高了搅拌针运行时的稳定性和灵活性。
2、本发明中,设置的缓冲机构配合第二连接板和第二固定夹环的使用,可以对超声探头的位置进行动态调整,使得超声探头可以与不同形态的焊缝位置相匹配,提高了超声探头辅助焊接的效果,通过调节电机驱动驱动柱带动第二连接板和第一限位夹板转动,通过第二连接板和第一限位夹板带动换能器、变幅杆和超声探头转动,实现了对超声探头的位置进行动态调整。
3、本发明中,设置的限位机构配合第一连接板和第一固定夹环的使用,不仅可以起到辅助调节超声探头位置的作用,还可以配合第一限位夹板和第二连接板来调整变幅杆与驱动座之间的距离,变幅杆转动时带动第三限位夹环转动,通过第二限位夹板和第一连接板使得滑板在限位槽内转动,可以起到辅助连接和稳定的作用,以便超声探头更稳定的进行位置调整和运行。
附图说明
图1为本发明一种可动态调整的搅拌摩擦焊接装置的剖视图。
图2为本发明中调节上环与调节下环连接的立体图。
图3为本发明中调节上环与调节下环连接的剖视图。
图4为本发明中限位上环与限位下环连接的剖视图。
图5为本发明中第一固定夹环与第一连接板连接的立体图。
图6为本发明中第一固定夹环侧面的剖视图。
图7为本发明中第一限位夹环与第一限位夹板连接的俯视图。
图8为本发明中第一限位夹板与第二连接板连接的剖视图。
图中:100、驱动座;101、固定架;102、限位柱;103、搅拌针;104、支撑座;200、第一固定夹环;2001、摩擦垫;201、调节上环;2011、连接弹簧;2012、限位上环;2013、限位下环;202、调节下环;2021、散热孔;203、调节底座;2031、连接槽;2032、通槽;204、第一连接板;2041、滑板;300、调节电机;301、驱动柱;302、第二固定夹环;303、第二连接板;3031、连接齿头;400、换能器;401、变幅杆;402、超声探头;500、第一限位夹环;501、第一限位夹板;5011、限位齿头;502、缓冲夹垫;600、第二限位夹环;601、限位弹簧;700、第三限位夹环;701、第二限位夹板;800、焊接工件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
参照图1至图8所示,一种可动态调整的搅拌摩擦焊接装置,包括驱动座100和换能器400,换能器400位于驱动座100的一侧,驱动座100的内部安装有用于驱动搅拌针103转动的驱动电机,驱动座100下端的中间位置安装有限位柱102,限位柱102的下端安装有搅拌针103;
换能器400的下端安装有变幅杆401,变幅杆401的下端安装有超声探头402,换能器400的上端连接有超声波发生器;超声探头402和搅拌针103的下方设置有焊接工件800,焊接工件800的上端设置有焊缝,焊缝的形态可以为直线态也可以为曲线态;
驱动座100下端的边缘位置安装有调节机构,对搅拌针103的位置进行调整以及搅拌针103工作时,调节机构可以起到支撑和防护的作用,调节机构包含第一固定夹环200,第一固定夹环200的下端固定安装有调节上环201,调节上环201的下端滑动连接有调节下环202,调节下环202的下端固定安装有调节底座203;调节上环201配合调节下环202可以实现对搅拌针103的位置进行调整,调节底座203起到支撑的作用,并且还能起到防护和导流的作用;
其中,调节上环201的内部设置有调节腔,调节下环202的上端与调节腔的上表面之间连接有连接弹簧2011,调节腔的上表面固定安装有位于连接弹簧2011内部的限位上环2012,限位上环2012的内部滑动连接有限位下环2013;限位下环2013配合限位上环2012可以对连接弹簧2011的形变进行限制;
调节下环202外表面的下方位置设置有若干个散热孔2021,调节底座203的左右两侧分别设置有连接槽2031和通槽2032;
需要注意的是,驱动座100在下移的过程中,由于连接弹簧2011以及限位上环2012和限位下环2013的限制,当搅拌针103的下端移动至焊接工件800上的焊缝中时,此时调节上环201没有完全将调节下环202外表面的若干个散热孔2021遮挡,本实施例中,调节上环201将调节下环202外表面若干个散热孔2021遮挡的范围,可以为若干个散热孔2021整体的1/3至1/2;
调节底座203上的连接槽2031可以外接通气管,通过通气管可以向调节底座203输送空气,通过输送的空气将摩擦焊接产生的碎屑通过通槽2032吹出,并且还可以通过通气管输送冷气,通过冷气来对工作后的搅拌针103进行降温;
值得注意的是,搅拌针103位于连接槽2031和通槽2032的连线上,因此可以从外部通过通槽2032来对搅拌针103的位置进行观察和定位;
第一固定夹环200的外表面设置有限位槽,限位槽的内表面胶接有摩擦垫2001,第一连接板204靠近第一固定夹环200的一侧固定安装有与限位槽相适配的滑板2041,第一连接板204通过滑板2041与限位槽转动连接;
其中,摩擦垫2001起到增加摩擦力的作用,避免滑板2041在限位槽内晃动,起到提高滑板2041的稳定性的作用;第一连接板204配合滑板2041起到辅助转动的作用,并且可以对变幅杆401进行支撑,提高了超声探头402整体的稳定性和灵活性,以便更便捷稳定的调整超声探头402的位置;
变幅杆401的外表面滑动连接有限位机构,限位机构包含第三限位夹环700,第三限位夹环700与变幅杆401滑动连接,第三限位夹环700的一侧固定安装有第二限位夹板701,第一固定夹环200与第二限位夹板701之间连接有第一连接板204;第二限位夹板701和第一连接板204之间的配合使用,不仅可以起到辅助调节超声探头402位置的作用,还可以起到连接变幅杆401与驱动座100的作用;
驱动座100的上端固定安装有固定架101和支撑座104,支撑座104位于固定架101的一侧,固定架101起到支撑连接调节电机300的作用,支撑座104起到支撑限位驱动柱301的作用,固定架101内部的上表面固定安装有调节电机300,调节电机300的下端安装有与支撑座104相接触的驱动柱301,驱动柱301的外表面固定安装有第二固定夹环302;
需要注意的是,驱动柱301配合第二固定夹环302起到主动调整超声探头402位置的作用,通过驱动柱301的转动带动第二固定夹环302转动,通过第一限位夹板501和第二连接板303的传动来对超声探头402的位置进行调整,使得超声探头402适配不同形态的焊缝;
换能器400的外表面设置有缓冲机构,缓冲机构包含固定安装在换能器400外表面的第二限位夹环600,第二限位夹环600的上端连接有第一限位夹环500,第二限位夹环600与第一限位夹环500之间固定安装有限位弹簧601;
需要注意的是,当驱动座100向下移动时,换能器400、变幅杆401和超声探头402跟随驱动座100一起向下移动,当搅拌针103进入至焊接工件800中的焊缝时,超声探头402的下端与焊接工件800的上表面相抵接,通过缓冲机构对换能器400受到的推力进行缓冲,使得超声探头402可以调整的同时保持稳定;
第一限位夹环500靠近固定架101的一侧固定安装有第一限位夹板501,第一限位夹板501与第二固定夹环302之间连接有第二连接板303;
第一限位夹环500的内表面胶接固定有缓冲夹垫502,缓冲夹垫502同样起到增加摩擦力的作用,第一限位夹环500通过缓冲夹垫502与换能器400滑动连接,第一限位夹板501和第二限位夹板701内表面的两侧均固定安装有若干个具有弹性的限位齿头5011,相邻的限位齿头5011之间设置有限位齿槽,限位齿槽起到限制连接齿头3031的作用;
第一连接板204和第二连接板303外表面的两侧均固定安装有与限位齿槽相适配的连接齿头3031,连接齿头3031也具有弹性;
本实施例中,连接齿头3031和限位齿头5011均具有弹性,以及更稳定灵活的对连接齿头3031与限位齿头5011之间的连接进行调整,并且连接齿头3031与限位齿槽抵接时,连接齿头3031与限位齿槽之间还有活动空间,该活动空间可以避免连接齿头3031与限位齿槽卡死,连接齿头3031以及限位齿头5011的顶端均呈弧状,进一步提高了连接齿头3031与限位齿头5011调整的灵活性;
第三限位夹环700远离第二限位夹板701的一侧固定安装有摄像座,摄像座的下端镶嵌有摄像头;
其中,摄像头用于对焊接工件800上的焊缝形态进行监测分析来为超声探头402的位置调整提供了依据;
一种超声搅拌摩擦焊接方法,具体的步骤包括:
步骤一:根据焊接工件800以及焊缝的尺寸调整超声探头402与搅拌针103之间的距离,当超声探头402与搅拌针103之间的距离需要减小时,对变幅杆401远离驱动座100的侧面施加一个推力,使得第一限位夹板501和第二限位夹板701分别向第二连接板303和第一连接板204的方向移动,第一限位夹板501和第二限位夹板701在移动过程中,通过若干个连接齿头3031在限位齿头5011上进行移动并抵接限位;当超声探头402与搅拌针103之间的距离需要增加时,对变幅杆401远离驱动座100的侧面施加一个拉力来进行调整;
步骤二:将超声探头402和搅拌针103的下端对准焊接工件800上的焊缝,控制驱动座100向下移动,可以通过现有的控制设备实现,比如液压缸配合液压柱使得驱动座100下移,调节底座203的底端与焊接工件800相接触后驱动座100继续向下移动,调节上环201继续下移时,调节下环202对连接弹簧2011进行挤压使得连接弹簧2011收缩,并对限位下环2013的下端施加一个向上的推力,通过该推力使得限位下环2013在限位上环2012的内部向上移动,直至超声探头402的下端与焊缝的上端相抵接且搅拌针103的下端进入至焊缝中,则停止驱动座100下移;
其中,驱动座100向下移动时,通过第一限位夹板501和第二连接板303以及第二限位夹板701和第一连接板204的配合带动换能器400、变幅杆401和超声探头402转动,当超声探头402的下端与焊接工件800相抵接时,若换能器400继续受到驱动座100带动的压力时,第一限位夹环500继续下移并对限位弹簧601进行挤压,限位弹簧601收缩,使得超声探头402保持稳定;
步骤三:通过驱动电机驱动搅拌针103转动来对焊缝进行搅拌摩擦焊接,通过超声波发生器、换能器400和变幅杆401使得超声探头402对焊缝进行超声波辅助焊接,通过摄像头对焊接工件800上焊缝的位置和形态进行监测,分析判断焊缝处于弯曲形态还是直线形态;
步骤四:当焊缝处于弯曲形态时,控制调节电机300驱动驱动柱301转动,通过驱动柱301的转动带动第二连接板303和第一限位夹板501转动,具体的转动方向根据焊缝的弯曲方向来定,通过第二连接板303和第一限位夹板501带动换能器400、变幅杆401和超声探头402转动,变幅杆401转动时带动第三限位夹环700转动,通过第二限位夹板701和第一连接板204使得滑板2041在限位槽内转动,使得超声探头402始终与焊缝的位置相匹配。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种可动态调整的搅拌摩擦焊接装置,包括驱动座(100)和换能器(400),所述换能器(400)位于驱动座(100)的一侧,所述驱动座(100)下端的中间位置安装有限位柱(102),所述限位柱(102)的下端安装有搅拌针(103);所述换能器(400)的下端安装有变幅杆(401),所述变幅杆(401)的下端安装有超声探头(402);其特征在于,所述驱动座(100)下端的边缘位置安装有调节机构,调节机构包含第一固定夹环(200),所述第一固定夹环(200)的下端固定安装有调节上环(201),所述调节上环(201)的下端滑动连接有调节下环(202),所述调节下环(202)的下端固定安装有调节底座(203);
所述变幅杆(401)的外表面滑动连接有限位机构,限位机构包含第三限位夹环(700),所述第三限位夹环(700)的一侧固定安装有第二限位夹板(701),所述第一固定夹环(200)与第二限位夹板(701)之间连接有第一连接板(204);所述调节上环(201)的内部设置有调节腔,所述调节下环(202)的上端与调节腔的上表面之间连接有连接弹簧(2011),调节腔的上表面固定安装有位于连接弹簧(2011)内部的限位上环(2012),所述限位上环(2012)的内部滑动连接有限位下环(2013);所述调节下环(202)外表面的下方位置设置有若干个散热孔(2021),所述调节底座(203)的左右两侧分别设置有连接槽(2031)和通槽(2032);所述第一固定夹环(200)的外表面设置有限位槽,限位槽的内表面胶接有摩擦垫(2001),所述第一连接板(204)靠近第一固定夹环(200)的一侧固定安装有与限位槽相适配的滑板(2041),所述第一连接板(204)通过滑板(2041)与限位槽转动连接;所述驱动座(100)的上端固定安装有固定架(101)和支撑座(104),所述支撑座(104)位于固定架(101)的一侧,所述固定架(101)内部的上表面固定安装有调节电机(300),所述调节电机(300)的下端安装有与支撑座(104)相接触的驱动柱(301),所述驱动柱(301)的外表面固定安装有第二固定夹环(302);所述换能器(400)的外表面设置有缓冲机构,缓冲机构包含固定安装在换能器(400)外表面的第二限位夹环(600),所述第二限位夹环(600)的上端连接有第一限位夹环(500),所述第二限位夹环(600)与第一限位夹环(500)之间固定安装有限位弹簧(601);所述第一限位夹环(500)靠近固定架(101)的一侧固定安装有第一限位夹板(501),所述第一限位夹板(501)与第二固定夹环(302)之间连接有第二连接板(303);所述第一限位夹环(500)的内表面胶接固定有缓冲夹垫(502),所述第一限位夹板(501)和第二限位夹板(701)内表面的两侧均固定安装有若干个具有弹性的限位齿头(5011),相邻的所述限位齿头(5011)之间设置有限位齿槽,所述第一连接板(204)和第二连接板(303)外表面的两侧均固定安装有与限位齿槽相适配的连接齿头(3031)。
2.根据权利要求1所述的一种可动态调整的搅拌摩擦焊接装置,其特征在于,所述超声探头(402)和搅拌针(103)的下方设置有焊接工件(800),所述第三限位夹环(700)远离第二限位夹板(701)的一侧固定安装有摄像座,摄像座的下端镶嵌有摄像头。
3.一种根据权利要求2所述的可动态调整的搅拌摩擦焊接装置的焊接方法,其特征在于,包括:根据焊接工件(800)上焊缝的尺寸增加或者减小超声探头(402)与搅拌针(103)之间的距离,通过对变幅杆(401)远离驱动座(100)的侧面施加一个推力或拉力,使得第一限位夹板(501)和第二限位夹板(701)分别向靠近或者远离第二连接板(303)和第一连接板(204)的方向移动,通过若干个连接齿头(3031)在限位齿头(5011)上移动并抵接限位;
控制驱动座(100)向下移动,当调节底座(203)的底端与焊接工件(800)相接触后驱动座(100)继续向下移动,通过连接弹簧(2011)和限位下环(2013)对调节上环(201)的下移进行缓冲和限制,直至超声探头(402)的下端与焊缝的上端相抵接且搅拌针(103)的下端进入至焊缝中,则停止驱动座(100)下移;
通过驱动座(100)内的驱动电机驱动搅拌针(103)转动来对焊缝进行搅拌摩擦焊接,通过超声波发生器、换能器(400)和变幅杆(401)使得超声探头(402)对焊缝进行超声波辅助焊接,通过摄像头对焊接工件(800)上焊缝的位置和形态进行监测,当焊缝处于弯曲形态时,通过调节电机(300)驱动驱动柱(301)带动第二连接板(303)和第一限位夹板(501)转动,通过第二连接板(303)和第一限位夹板(501)带动换能器(400)、变幅杆(401)和超声探头(402)转动,变幅杆(401)转动时带动第三限位夹环(700)转动,通过第二限位夹板(701)和第一连接板(204)使得滑板(2041)在限位槽内转动,使得超声探头(402)与不同形态的焊缝位置相匹配。
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