CN115741264A - 一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨机器人系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨机器人系统及方法,涉及棒材自动修磨技术领域,本发明全自动修磨方法及装置在探伤设备对棒材缺陷进行检测之后,将棒材上的端面标识与缺陷信息进行绑定,之后将需要修磨的棒材输送到机器人修磨单元,通过棒材端面定位单元实时识别棒材的角度和位置,配合棒材旋转对辊单元旋转棒材,控制系统控制机器人修磨单元依据棒材的缺陷信息和当前棒材的角度和位置,自动对棒材上的缺陷进行局部修磨,无需将棒材下线让人工修磨,完全实现在线修磨,基于探伤设备输出缺陷的信息实现缺陷位置的自动识别、定位及缺陷的局部修磨,提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及棒材自动修磨技术领域,特别涉及一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨机器人系统及方法。
背景技术
在棒材热轧生产过程中,表面不可避免地存有裂纹、擦伤、压痕等缺陷,此类缺陷可以通过修磨予以清除,修磨作业可采用手工修磨和机械修磨等方式进行。在冶金行业棒材精整生产线,棒材需经探伤设备探伤,针对表面有缺陷的棒材需进行局部修磨再经第二次探伤合格后才能进入下一生产工序。
现有技术中在对棒材进行局部修磨时,通常是通过人工根据探伤数据寻找缺陷位置,手持修磨机进行局部修磨,由于是人工操作,所有经探伤后有缺陷的棒材均需离线修磨,不仅作业效率慢,且受人工操作因素影响,打磨效果无法保证。
发明内容
本发明提供一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨机器人系统及方法,能够根据探伤设备提供的缺陷数据,在修磨工位对棒材表面缺陷进行精确定位,实现在线对棒材表面缺陷的局部修磨,解决人工修磨效率慢且效果差的问题;同时,本发明的方法可满足多种规格棒材表面缺陷的定位和局部修磨。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨方法,按照以下步骤进行:
步骤一)将棒材上的端面标识与检测到的棒材的缺陷信息进行绑定;
步骤二)将检测到缺陷数量超过设定值的棒材转运至待修磨区域,将检测到缺陷数量未超过设定值的棒材直接转入下一工序;
步骤三)依次将待修磨区的棒材转运至可修磨区;
步骤四)棒材进入设定的可修磨区域后,检测棒材上的端面标识的具体位置信息,通过分析此时端面标识的具体位置信息和端面标识绑定的缺陷信息,计算出缺陷相对于机器人修磨单元的移动导轨的实际位置;
步骤五)对棒材实时拍照,分析计算出棒材的实时角度,根据检测到的棒材缺陷信息分析计算出目前棒材需要旋转的角度,将棒材旋转相应的角度;
步骤六)分析计算当前棒材姿态最适合修磨的缺陷数量,依次完成这些缺陷的修磨工作,然后再次旋转棒材,将其它缺陷旋转到最佳修磨姿态进行修磨;
步骤七)直至棒材的所有缺陷修磨完成后,对棒材进行复探,检测缺陷数量未超设定值的棒材进入下一工序,检测缺陷超过设定值的棒材直接下线。
具体地,所述步骤一中的绑定过程为:
棒材端面标识识别单元的检测开关检测到经过探伤设备的棒材时,控制相机对棒材的端面拍照,检测此时棒材上的端面标识的姿态并识别记录到控制系统中;控制系统自动读取探伤设备中对应当前棒材的缺陷信息,并将上一步识别到的端面标识和对应的缺陷信息进行匹配。
具体地,在所述步骤二中,
控制系统根据探伤设备所给出的缺陷信息中的缺陷数量判断棒材是否合格,缺陷数量合格标准由用户在控制系统中设定。
具体地,当需要用棒材输送辊道单元输送棒材时,控制系统控制辊道抬升单元使棒材输送辊道单元高于棒材旋转对辊单元,让棒材输送辊道单元托举棒材;当需要用棒材旋转对辊单元旋转棒材时,控制系统控制辊道抬升单元使棒材旋转对辊单元高于棒材输送辊道单元,让棒材旋转对辊单元托举棒材。
具体地,在所述步骤六中,根据棒材当前角度方向上的缺陷数量,机器人修磨单元进行相应数量的缺陷修磨。
具体地,在所述步骤六中,修磨时,移动导轨将机器人修磨单元移动到缺陷位置,先使用金刚石砂轮进行粗磨到指定深度,再用千叶轮进行精磨保证修磨后棒材表面圆滑过渡。
具体地,在所述步骤六中,修磨时,启动除尘装置,吸收修磨产生的灰尘。
一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨机器人系统,包括:
控制系统,控制系统根据预设分析处理数据并控制装置工作;
探伤设备,探伤设备用于检测棒材的缺陷并生成棒材缺陷信息;
棒材端面标识识别单元,包括检测开关和相机,检测开关检测到棒材经过时,启动相机拍照,识别棒材的端面标识;
棒材流转分料单元,根据探伤设备探伤结果对棒材进行转运,将检测到缺陷数量超过设定值的棒材转运至待修磨区域,将检测到缺陷数量未超过设定值的棒材直接转入下一工序;
棒材端面定位单元,包括移动模组、测距传感器、相机和光源,用于确认棒材端面位置和旋转角度,移动模组具有两轴自由运动,测距传感器、相机和光源均安装在移动模组的执行末端;
棒材输送辊道单元,包括多个并排设置的V型轮和驱动电机,用于传输棒材;
棒材旋转对辊单元,包括多个并排设置的对辊装置和驱动电机,用于旋转棒材;
机器人修磨单元,包括工业机器人、移动导轨、恒力修磨头和除尘装置,恒力修磨头安装在工业机器人末端,工业机器人和除尘装置安装在移动导轨上,并可沿棒材长度方向移动,对棒材表面缺陷部位进行修磨。
与现有技术对比,本发明的有益效果为:
1)当探伤设备对棒材缺陷进行检测以后,控制系统将棒材上的端面标识与缺陷信息进行绑定,之后将需要修磨的棒材输送到机器人修磨单元,通过棒材端面定位单元实时识别棒材的角度和位置,配合棒材旋转对辊单元旋转棒材,控制系统控制机器人修磨单元依据棒材的缺陷信息和当前棒材的角度和位置,自动对棒材上的缺陷进行局部修磨,无需将棒材下线让人工修磨,完全实现在线修磨,基于探伤设备输出缺陷的信息实现缺陷位置的自动识别、定位及缺陷的局部修磨,提高了工作效率。
2)修磨过程可以实现快速的切换粗磨精磨,一步到位,修磨轨迹圆滑过渡,表面不发生烧伤、发蓝,保证修磨质量的同时提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明棒材端面标识识别单元的立体示意图;
图2为本发明局部缺陷修磨机器人系统的立体示意图。
图中:11、探伤设备;12、正在探伤棒材;14、检测开关;15、光源;16、光源支架;17、相机支架;18、相机;2、棒材端面定位单元;4、棒材旋转对辊单元;5、棒材输送辊道单元;61、工业机器人;62、恒力修磨头;63、移动导轨;64、除尘装置;7、辊道抬升单元;8、待修磨棒材;9、千叶轮自动更换单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施中的技术方案进行清楚,完整的描述,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1和图2所示,本发明实施例提供的一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨机器人系统,包括控制系统、探伤设备11、棒材端面标识识别单元、棒材流转分料单元、棒材端面定位单元2、棒材输送辊道单元5、棒材旋转对辊单元4、辊道抬升单元7和机器人修磨单元,控制系统根据预设分析处理数据并控制装置工作,控制系统由电气控制系统和软件系统组成,控制整套系统的算法运行、任务安排、执行反馈等,控制系统内的软件参数可根据需要设定。探伤设备11能够检测棒材的缺陷并生成棒材的缺陷信息,缺陷信息包含缺陷数量、缺陷位置、缺陷长度、缺陷深度和缺陷角度信息等。使用现有的探伤设备11即可。
棒材输送辊道单元5,包括多个并排设置的V型轮和驱动电机,驱动电机驱动V型轮转动,棒材放置在V型轮中间V型凹陷中,随着V型轮的转动前进。棒材输送辊道单元5是本发明的主要输送装置,负责将棒材从探伤设备11输送到棒材端面标识识别单元再输送到棒材流转粉料单元和机器人修磨单元处。如图1所示,正在探伤棒材12在棒材输送辊道单元5上输送。
棒材端面标识识别单元设置在探伤设备11的输出端,包括检测开关14、相机18、光源15和安装支架等。检测开关14可以是接近开关或者光栅传感器等。相机18可以是CCD工业相机18。光源15用于照亮棒材,为相机18提供足够的光照。安装支架包括光源支架16和相机支架17,分别用于安装光源15和相机18。当检测开关14检测到棒材经过时,启动相机18拍照,控制系统读取相机18拍摄的结果并对棒材上的端面标识进行识别,控制系统读取探伤设备11所测出的缺陷信息,并将端面标识与缺陷信息进行匹配。
棒材的端面标识是一种标识形式,可以是二维码、箭头等用于识别到角度信息的标识形式,标识信息内容包含棒材编号。当把端面标识与缺陷信息绑定后,识别端面标识即可知道棒材此时的角度信息和缺陷信息。
棒材流转分料单元,包括棒材输送辊道单元5、拨料机构和缓存台架等,根据探伤设备11探伤结果对棒材进行转运,将检测到缺陷数量超过设定值的棒材被拨料机构拨到待修磨区域的缓存台架上,等待修磨;将检测到缺陷数量未超过设定值的棒材直接转入下一工序。设定值可设为0,即没有缺陷的棒材视为合格的棒材,有缺陷的棒材视为不合格的棒材。
准备修磨棒材时,棒材输送辊道单元5将待修磨棒材8从待修磨区输送到修磨区。修磨区设置有检测开关14,用于判断待修磨的棒材是否传输到位。
棒材端面定位单元2,包括移动模组、测距传感器、相机18和光源15,用于确认棒材端面位置和旋转角度,移动模组具有两轴自由运动,可以沿着棒材的轴向方向移动,或者沿着竖直方向移动。测距传感器、相机18和光源15均安装在移动模组的执行末端,测距传感器能确定棒材端面具体位置信息,相机18对棒材的端面进行实时拍照,控制系统则根据相机18的拍照内容识别棒材的端面标识和缺陷信息。
棒材旋转对辊单元4,包括多个并排设置的对辊装置和驱动电机,用于旋转棒材。辊道抬升单元7包括抬升平台和液压缸,用于抬升棒材输送辊道单元5或棒材旋转对辊单元4,保证两个单元独立运行。
两个单元独立运行有两种形式:
1)辊道抬升单元7上安装棒材输送辊道单元5:当需要输送棒材时,辊道抬升单元7抬升棒材输送辊道单元5,使其高于棒材旋转对辊单元4;当需要旋转棒材时,辊道抬升单元7降低棒材输送辊道单元5,使其低于棒材旋转对辊单元4。
2)辊道抬升单元7上安装棒材旋转对辊单元4:当需要输送棒材时,辊道抬升单元7降低棒材旋转对辊单元4使其低于棒材输送辊道单元5;当需要旋转棒材时,辊道抬升单元7抬高棒材旋转对辊单元4使其高于棒材输送辊道单元5。
机器人修磨单元,包括工业机器人61、移动导轨63、恒力修磨头62和除尘装置64,恒力修磨头62安装在工业机器人61的末端,工业机器人61和除尘装置64均安装在移动导轨63上,并可沿棒材的轴向移动,并对棒材表面的缺陷部位进行修磨。
恒力修磨头62包括驱动电机、位移传感器、力传感器、角度传感器、金刚石砂轮和千叶轮,用于保持修磨力恒定,修磨首先使用金刚石砂轮进行粗磨到指定深度,再用千叶轮进行精磨保证修磨后棒材表面圆滑过渡。位移传感器和角度传感器用于精准控制金刚石砂轮或千叶轮的位置和角度。
除尘装置64包括除尘主机、除尘罩及其移动支架、除尘软管组成,安装在移动导轨63上,用于吸收修磨工作中产生的灰尘。
本发明实施例还设置了千叶轮自动更换单元9,用于存储一定数量的千叶轮刀柄,刀柄末端安装千叶轮,满足长时间打磨不需要人工频繁更换千叶轮。每个刀柄位置装有传感器,用于检测刀柄取放是否成功。刀柄更换简单,只需打开刀库门,按照刀柄位置上的卡销位置放下即可,更换完后按下刀库下面的复位按钮即可。刀库门做有防尘设计,除了换刀的时候其它时间防尘门是关闭的,这样可以防止刀柄落有粉尘这样可以延长刀柄和电主轴换装结构的寿命。恒力修磨头62、除尘装置64和千叶轮自动更换单元9均可使用现有设备。
使用时:使用棒材输送辊道单元5沿着生产线输送棒材,当棒材经过探伤设备11时,探伤设备11检测记录棒材的缺陷信息,当棒材经过端面标识识别单元时,控制系统将棒材端面的端面标识与探伤设备11记录的缺陷信息进行绑定,之后使用棒材流转分料单元将检测到缺陷数量超过设定值的棒材转运至待修磨区域,将检测到缺陷数量未超过设定值的棒材直接转入下一工序。之后使用棒材输送辊道单元5将棒材输送到机器人修磨单元前,检测开关14定位单元识别到棒材后,启动辊道抬升单元7,让棒材旋转对辊单元4托举棒材,棒材端面定位单元2识别棒材的端面标识,控制系统根据棒材的端面标识所记载的信息和缺陷信息控制机器人修磨单元对棒材的缺陷进行修磨,待所有缺陷修磨完成后,通过棒材传输辊道单元再进入探伤设备11进行复探,检测缺陷数量未超设定值的棒材进入下一工序,检测缺陷数量超过设定值的棒材直接下线。复探时的设定值可设为0,即没有缺陷的棒材进入下一工序,还有缺陷的棒材直接下线处理。
实施例2
本发明提出一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨方法,按照以下步骤进行:
步骤一)控制系统将棒材上的端面标识与棒材的缺陷信息进行绑定;棒材端面标识识别单元的检测开关14检测到经过探伤设备11的棒材时,控制相机18对棒材的端面拍照,检测此时棒材上端面标识的姿态并识别记录到控制系统中;控制系统自动读取探伤设备11中对应当前棒材的缺陷信息,并将上一步识别到的端面标识和对应的缺陷信息进行匹配。
棒材自带的端面标识信息内有当前棒材的编号,相机18拍照后可以读取到编号,当前棒材的缺陷信息是探伤设备11给出,控制系统接收缺陷信息后和编号一一对应绑定,在控制系统内可以存储该棒材的编号和缺陷信息。
步骤二)控制系统控制棒材流转分料单元将不合格棒材转运至待修磨区域,合格品直接转入下一工序;控制系统根据探伤设备11所给出的缺陷信息中的缺陷数量判断棒材是否合格,缺陷数量合格标准由用户在控制系统中设定。可将设定值设为0,将缺陷数量超过0的,也就是有缺陷的棒材视为不合格;将缺陷数量未超过0的,也就是没有缺陷的棒材视为合格。
步骤三)棒材输送辊道单元5依次将待修磨区的棒材转运至可修磨区;
步骤四)当棒材端部靠近检测开关14检测区域时,检测开关14检测到棒材进入设定的可修磨区域,检测开关14自动发出到位信号,停止棒材输送辊道单元5的运行并使棒材旋转对辊单元4托举棒材;
步骤五)棒材端面定位单元2检测棒材上的端面标识的具体位置信息,控制系统通过分析此时端面标识的具体位置信息和端面标识绑定的缺陷信息,计算出缺陷相对于机器人修磨单元的移动导轨63的实际位置;
拿某一个缺陷举例,缺陷信息包含:缺陷数量、缺陷位置、缺陷长度、缺陷深度和缺陷角度信息,缺陷长度信息是缺陷起始点距离棒材端面的距离L1,测距传感器到棒材端面的距离为L2,测距传感器到棒材端面定位单元2的固定原点的距离为L3,棒材端面定位单元2的固定原点到机器人移动导轨63的原点重合,那么此缺陷相对于移动导轨63原点的距离L=L1+L2+L3,以此判断移动导轨63需要移动多远可以使机器人修磨单元对准棒材的缺陷位置。
步骤六)为了减少棒材旋转对辊单元4与棒材之间的相对滑动带来的旋转误差,采用相机18实时拍照的方式,棒材端面定位单元2对棒材实时拍照,分析计算出棒材的实时角度,分析当前棒材旋转的角度,控制系统根据探伤设备11检测到的棒材缺陷信息分析计算出目前棒材需要旋转的角度,启动棒材旋转对辊单元4将棒材旋转相应的角度,当实时观察到的旋转角度达到计算数值后,停止棒材旋转对辊单元4;
步骤七)控制系统分析计算当前棒材姿态最适合修磨的缺陷数量,比如当前棒材上有三个缺陷,三个缺陷的信息是现有的,分析有没有多个缺陷在同一个角度方向,如果有,棒材旋转到该角度下,机器人修磨单元会一次性修磨,主要为了减少棒材旋转的次数,提高效率;机器人修磨单元依次完成修磨工作,然后再次启动棒材旋转对辊单元4旋转棒材,将其它缺陷旋转到最佳修磨姿态;根据棒材当前角度方向上的缺陷数量,机器人修磨单元进行相应数量的缺陷修磨。机器人修磨单元执行修磨工作时,移动导轨63将机器人修磨单元移动到缺陷位置,先使用金刚石砂轮进行粗磨到指定深度,再用千叶轮进行精磨保证修磨后棒材表面圆滑过渡。机器人修磨单元修磨棒材时,启动除尘装置64,吸收修磨工作中产生的灰尘。
步骤八)待棒材的所有缺陷修磨完成后,通过棒材输送辊道单元5进入探伤设备11进行复探,检测缺陷数量未超设定值的棒材进入下一工序,检测缺陷超过设定值的棒材直接下线。复探时的设定值可设为0,即没有缺陷的棒材进入下一工序,还有缺陷的棒材直接下线处理。
在以上步骤中,当需要用棒材输送辊道单元5输送棒材时,控制系统控制辊道抬升单元7使棒材输送辊道单元5高于棒材旋转对辊单元4,让棒材输送辊道单元5托举棒材;当需要用棒材旋转对辊单元4旋转棒材时,控制系统控制辊道抬升单元7使棒材旋转对辊单元4高于棒材输送辊道单元5,让棒材旋转对辊单元4托举棒材。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨方法,其特征在于,按照以下步骤进行:
步骤一)将棒材上的端面标识与检测到的棒材的缺陷信息进行绑定;
步骤二)将检测到缺陷数量超过设定值的棒材转运至待修磨区域,将检测到缺陷数量未超过设定值的棒材直接转入下一工序;
步骤三)依次将待修磨区的棒材转运至可修磨区;
步骤四)棒材进入设定的可修磨区域后,检测棒材上的端面标识的具体位置信息,通过分析此时端面标识的具体位置信息和端面标识绑定的缺陷信息,计算出缺陷相对于机器人修磨单元的移动导轨(63)的实际位置;
步骤五)对棒材实时拍照,分析计算出棒材的实时角度,根据检测到的棒材缺陷信息分析计算出目前棒材需要旋转的角度,将棒材旋转相应的角度;
步骤六)分析计算当前棒材姿态最适合修磨的缺陷数量,依次完成这些缺陷的修磨工作,然后再次旋转棒材,将其它缺陷旋转到最佳修磨姿态进行修磨;
步骤七)直至棒材的所有缺陷修磨完成后,对棒材进行复探,检测缺陷数量未超设定值的棒材进入下一工序,检测缺陷超过设定值的棒材直接下线。
2.如权利要求1所述的一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨方法,其特征在于,所述步骤一中的绑定过程为:
棒材端面标识识别单元的检测开关(14)检测到经过探伤设备(11)的棒材时,控制相机(18)对棒材的端面拍照,检测此时棒材上的端面标识的姿态并识别记录到控制系统中;控制系统自动读取探伤设备(11)中对应当前棒材的缺陷信息,并将上一步识别到的端面标识和对应的缺陷信息进行匹配。
3.如权利要求1所述的一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨方法,其特征在于,在所述步骤二中,
控制系统根据探伤设备(11)所给出的缺陷信息中的缺陷数量判断棒材是否合格,缺陷数量合格标准由用户在控制系统中设定。
4.如权利要求1所述的一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨方法,其特征在于,
当需要用棒材输送辊道单元(5)输送棒材时,控制系统控制辊道抬升单元(7)使棒材输送辊道单元(5)高于棒材旋转对辊单元(4),让棒材输送辊道单元(5)托举棒材;当需要用棒材旋转对辊单元(4)旋转棒材时,控制系统控制辊道抬升单元(7)使棒材旋转对辊单元(4)高于棒材输送辊道单元(5),让棒材旋转对辊单元(4)托举棒材。
5.如权利要求1所述的一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨方法,其特征在于,在所述步骤六中,根据棒材当前角度方向上的缺陷数量,机器人修磨单元进行相应数量的缺陷修磨。
6.如权利要求1所述的一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨方法,其特征在于,在所述步骤六中,修磨时,移动导轨(63)将机器人修磨单元移动到缺陷位置,先使用金刚石砂轮进行粗磨到指定深度,再用千叶轮进行精磨保证修磨后棒材表面圆滑过渡。
7.如权利要求1所述的一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨方法,其特征在于,在所述步骤六中,修磨时,启动除尘装置(64),吸收修磨产生的灰尘。
8.一种基于视觉识别的棒材缺陷自动修磨机器人系统,其特征在于,包括:
控制系统,控制系统根据预设分析处理数据并控制装置工作;
探伤设备(11),探伤设备(11)用于检测棒材的缺陷并生成棒材缺陷信息;
棒材端面标识识别单元,包括检测开关(14)和相机(18),检测开关(14)检测到棒材经过时,启动相机(18)拍照,识别棒材的端面标识;
棒材流转分料单元,根据探伤设备(11)探伤结果对棒材进行转运,将检测到缺陷数量超过设定值的棒材转运至待修磨区域,将检测到缺陷数量未超过设定值的棒材直接转入下一工序;
棒材端面定位单元(2),包括移动模组、测距传感器、相机(18)和光源(15),用于确认棒材端面位置和旋转角度,移动模组具有两轴自由运动,测距传感器、相机(18)和光源(15)均安装在移动模组的执行末端;
棒材输送辊道单元(5),包括多个并排设置的V型轮和驱动电机,用于传输棒材;
棒材旋转对辊单元(4),包括多个并排设置的对辊装置和驱动电机,用于旋转棒材;
机器人修磨单元,包括工业机器人、移动导轨(63)、恒力修磨头(62)和除尘装置(64),恒力修磨头(62)安装在工业机器人末端,工业机器人和除尘装置(64)安装在移动导轨(63)上,并可沿棒材长度方向移动,对棒材表面缺陷部位进行修磨。
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