CN115890124A - 管道自调夹持装置和焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管道自调夹持装置，包括多段圆弧形的轨道，多段轨道沿圆周首尾衔接形成圆形的夹持轨道，其中，任意相邻两段轨道的衔接部位铰接并且通过液压缸连接，液压缸用于驱动相邻两段轨道沿圆弧方向张合，并且沿圆周方向的第一段轨道与最后一段轨道之间设有张合口；夹持轨道的内表面沿圆周布置有多个磁吸轮总成，磁吸轮总成用于磁吸被夹持管道并驱动夹持轨道沿被夹持管道的周向和轴向移动。本发明通过驱动液压缸控制圆形夹持轨道张合，实现对圆形管道的快速定位装夹，通过磁吸轮总成能沿管道轴向和周向调节；夹持轨道沿圆周运动，降低了轨道与管道的同心度要求，易于进行径向调节。

Description

管道自调夹持装置和焊接机器人

技术领域

本发明涉及油气管道焊接技术领域，具体涉及一种管道自调夹持装置和焊接机器人。

背景技术

在管道组件焊接过程中，通常采用自动夹持或半自动夹持装置，与对应的焊接设备相匹配，焊接设备沿着夹持装置运动，对管道组件进行焊接加工成型。现有的夹持装置安装不便，存在装夹定位困难的问题；并且，安装和焊接定位时人工干预因素太多，装夹速度慢且不方便，影响管道组件焊接生产的效率；此外，在管道组件焊接过程中，夹持装置不能进行自动调节轴向和径向上的位移，从而无法保证夹持装置与待焊坡口之间平行且同心，焊枪与坡口之间存在一定的跑偏和距离变化，不利于控制管道自动焊接的合格率。因此，对于野外复杂的施工环境和施工人员的安全来说，现场的管道夹持装置并不适用。

例如，公开号为CN111992946A的专利文献公开了一种不锈钢管道自动焊轨道装置，该装置通过两个半圆环枢接形成圆环形轨道，圆环形轨道内表面布置多个气动弹簧，以支撑待焊接的不锈钢管道，焊接机器人的磁轮吸附于圆环形轨道外表面，以对不锈钢管道进行焊接。如在野外施工，尤其是对既有固定管道焊接，该装置安装时需要人工吊装两个半圆环部分，围绕待焊接管道完成枢接后，需要控制装置相对于待焊接管道的轴向位置，同时控制气动弹簧充气夹紧管道，装置使用所要求的圆环形轨道与管道同心状态需要经过反复调节，最后在圆环形轨道内侧安装焊接机器人；综上，该装置存在上述安装不便、人工干预因素多、不方便等问题，此外，在安装后，难以对装置本体相对于待焊接管道的轴向位置进行调节，不利于控制管道自动焊接的合格率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了实现管道焊接夹持装置方便安装、易于进行轴向和径向调节，本发明提供了一种管道自调夹持装置和焊接机器人，从而实现夹持装置与待焊坡口之间平行且同心，提高焊接合格率。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供了一种管道自调夹持装置，包括多段圆弧形的轨道，多段所述轨道沿圆周首尾衔接形成圆形的夹持轨道，并且沿所述圆周方向的第一段轨道与最后一段轨道之间设有张合口；其中，任意首尾衔接的两段轨道的衔接部位铰接并且通过液压缸连接，液压缸用于驱动所述任意首尾衔接的两段轨道沿圆弧方向张合；所述夹持轨道的内表面沿圆周布置有多个磁吸轮总成，所述磁吸轮总成用于磁吸被夹持管道并驱动夹持轨道沿被夹持管道的周向和轴向移动。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述多段圆弧形的轨道包括第一段轨道、第二段轨道、第三段轨道；第一段轨道、第二段轨道以及第三段轨道沿圆周首尾衔接形成圆形的夹持轨道，第一段轨道、第三段轨道分别与第二段轨道的衔接部位铰接并且通过液压缸连接，液压缸用于分别驱动第一段轨道、第三段轨道相对于第二段轨道的张合。

采用上述进一步改进，采用三段轨道使每一段张合幅度容易控制，并且两个液压缸受力情况均衡，受力分析较容易，方便设计产品。

进一步的，所述第一段轨道、第三段轨道呈四分之一圆形，第二段轨道呈半圆形。

采用上述进一步改进，当第一段轨道、第三段轨道张开至第二轨道开口宽度时，恰好能装入被夹持管道上，且第一段轨道、第三段轨道最接近沿自身重力下垂状态，张合幅度小，而且液压缸的受力条件最好，提高使用寿命，且方便快速装夹与拆卸。

进一步的，所述多段圆弧形的轨道沿圆弧周向为中空结构，液压缸设于轨道中空结构内，液压缸两端分别与相邻两段轨道铰接。

采用上述进一步改进，液压缸与磁吸轮总成不会发生干涉，当在夹持轨道上安装焊接机械臂时，液压缸的安装结构与焊接机械臂的运行轨迹也不会发生干涉。

进一步的，所述轨道中空部位还设有支架，所述液压缸的两端分别与对应的支架铰接。

采用上述进一步改进，改善了液压缸的工作条件，便于用较小的力驱动多段轨道。

进一步的，所述磁吸轮总成包括第一安装块、第二安装块以及两个第三安装块，第一安装块固定于所述轨道的圆弧内表面，第一安装块与第二安装块通过第一丝杆形成丝杆副连接，第一丝杆沿所述轨道的圆弧轴向布置；第二安装块上还转动连接有多根第二丝杆，第二丝杆朝远离第一安装块方向布置；两个第三安装块相对布置并分别与第二丝杆螺接，转动第二丝杆控制两个第三安装块同时靠近或远离第二安装块；两个第三安装块之间设有磁吸轮，磁吸轮内或第三安装块上还设有驱动磁吸轮转动的驱动部件。

采用上述进一步改进，转动第一丝杆，可控制夹持轨道沿管道轴向移动，以调节位置；转动第二丝杆，控制两个第三安装块同时靠近或远离第二安装块，从而可控制夹持轨道沿自身圆弧径向运动，方便进行径向调节，同时还可以适应不同管径的管道。

进一步的，所述第二丝杆远离第二安装块的一端贯穿第三安装块并设有限位块。

采用上述进一步改进，防止第二丝杆脱离第三安装块导致夹持轨道从管道上脱落，提高安全性。

进一步的，所述夹持轨道上还设有安装平台，安装平台可沿夹持轨道的圆弧周向运动，安装平台与所述磁吸轮总成在夹持轨道的圆弧轴向避开。

采用上述进一步改进，可将焊接机械臂安装在安装平台上，通过安装平台沿夹持轨道周向运动带动焊接机械臂进行焊接，通过磁吸轮总成带动夹持轨道运动，方便进行被焊接管道的周向或轴向调节。

进一步的，所述安装平台包括围绕夹持轨道布置的壳体，壳体正对夹持轨道内侧处通过开口避开磁吸轮总成；壳体内设有第一滑轮、第二滑轮、齿轮，第一滑轮、第二滑轮分别沿夹持轨道的外表面和内表面滚动接触，夹持轨道的内侧沿自身圆弧设有齿条，齿条与齿轮传动配合，壳体内还设有用于驱动齿轮的驱动机构。

采用上述进一步改进，通过转动齿轮，可控制安装平台沿轨道运动；通过齿轮、齿条配合，便于控制移动速度，并防止安装平台产生多余的滑动，保证焊接速度稳定；通过第一滑轮、第二滑轮分别接触夹持轨道的内、外侧，保证安装平台的运行平稳。

本发明还提供了一种管道焊接机器人，基于上述管道自调夹持装置实现；还包括焊接机械臂，焊接机械臂安装于夹持轨道上或安装平台上。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过驱动液压缸控制圆形夹持轨道张合，可以实现对圆形管道的快速定位装夹，且通过磁吸轮总成能沿管道轴向和周向调节；(2)通过磁吸轮总成可驱动夹持轨道沿圆周运动，降低了轨道与管道的同心度要求，易于进行径向调节，有效提高管道自动焊接的合格率；(3)通过磁吸轮总成还能进行径向调节，使夹持轨道与待焊接坡口平行且同心，解决了传统轨道式焊接机器人的安装不便利和定位不准确的问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的夹持状态示意图。

图3为本发明的夹持状态外形示意图。

图4为磁吸轮总成与安装平台的放大详图。

附图中，各附图标记所代表的技术特征如下：

1-第一段轨道；2-第二段轨道；3-第三段轨道；4-液压缸；5-磁吸轮总成；6-张合口；7-支架；8-第一安装块；9-第二安装块；10-第三安装块；11-第一丝杆；12-第二丝杆；13-磁吸轮；14-限位块；15-壳体；16-第一滑轮；17-第二滑轮；18-齿轮；19-齿条；100-被夹持管道。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明参见图1-4。

实施例一：

本发明提供了一种管道自调夹持装置，包括多段圆弧形的轨道，多段所述轨道沿圆周首尾衔接形成圆形的夹持轨道，并且沿所述圆周方向的第一段轨道1与最后一段轨道之间设有张合口6；其中，任意首尾衔接的两段轨道的衔接部位铰接并且通过液压缸4连接，液压缸4用于驱动所述任意首尾衔接的两段轨道沿圆弧方向张合；所述夹持轨道的内表面沿圆周布置有多个磁吸轮总成5，所述磁吸轮总成5用于磁吸被夹持管道100并驱动夹持轨道沿被夹持管道100的周向和轴向移动。

原理：安装时，首先，如图1所示，通过液压缸4伸长，使多段轨道沿张合口6张开，通过张合口6将夹持轨道套入被夹持管道100上；然后，如图2、3所示，通过液压缸4缩短，使多段轨道沿张合口6闭合，形成圆形的夹持轨道，并通过磁吸轮总成5磁吸被夹持管道100，以支撑本发明。进行焊接工作时，以管道对接环缝为例，可选的，可将焊接机械臂安装在夹持轨道上，通过磁吸轮总成5驱动夹持轨道沿被夹持管道100的轴向运动，以调节位置，使焊枪运行轨迹与焊缝同心；通过磁吸轮总成5驱动夹持轨道沿被夹持管道100的周向运动(图2至图3)，带动焊枪进行焊接。可选的，还可以在夹持轨道上安装可沿夹持轨道运动的安装平台，安装平台用于安装焊接机械臂，使焊枪绕夹持轨道转动进行焊接。如果焊接管道纵缝，可以使磁吸轮总成5沿管道轴向滚动。

综上，(1)本发明通过驱动液压缸4控制圆形夹持轨道张合，可以实现对圆形管道的快速定位装夹，且通过磁吸轮总成5能沿管道轴向和周向调节；(2)通过磁吸轮总成5可驱动夹持轨道沿圆周运动，降低了轨道与管道的同心度要求，易于进行径向调节，有效提高管道自动焊接的合格率；(3)通过磁吸轮总成5还能进行径向调节，使夹持轨道与待焊接坡口平行且同心，解决了传统轨道式焊接机器人的安装不便利和定位不准确的问题。

进一步的，所述多段圆弧形的轨道包括第一段轨道1、第二段轨道2、第三段轨道3；第一段轨道1、第二段轨道2以及第三段轨道3沿圆周首尾衔接形成圆形的夹持轨道，第一段轨道1、第三段轨道3分别与第二段轨道2的衔接部位铰接并且通过液压缸4连接，液压缸4用于分别驱动第一段轨道1、第三段轨道3相对于第二段轨道2的张合。

采用上述进一步改进，采用三段轨道使每一段张合幅度容易控制，并且两个液压缸4受力情况均衡，受力分析较容易，方便设计产品。

进一步的，所述第一段轨道1、第三段轨道3呈四分之一圆形，第二段轨道2呈半圆形。

采用上述进一步改进，当第一段轨道1、第三段轨道3张开至第二轨道开口宽度时，恰好能装入被夹持管道100上，且第一段轨道1、第三段轨道3最接近沿自身重力下垂状态，张合幅度小，而且液压缸4的受力条件最好，提高使用寿命，且方便快速装夹与拆卸。

进一步的，所述多段圆弧形的轨道沿圆弧周向为中空结构，液压缸4设于轨道中空结构内，液压缸4两端分别与相邻两段轨道铰接。

采用上述进一步改进，液压缸4与磁吸轮总成5不会发生干涉，当在夹持轨道上安装焊接机械臂时，液压缸4的安装结构与焊接机械臂的运行轨迹也不会发生干涉。

进一步的，所述轨道中空部位还设有支架7，所述液压缸4的两端分别与对应的支架7铰接。

采用上述进一步改进，改善了液压缸4的工作条件，便于用较小的力驱动多段轨道。

进一步的，所述磁吸轮总成5包括第一安装块8、第二安装块9以及两个第三安装块10，第一安装块8固定于所述轨道的圆弧内表面，第一安装块8与第二安装块9通过第一丝杆11形成丝杆副连接，第一丝杆11沿所述轨道的圆弧轴向布置；第二安装块9上还转动连接有多根第二丝杆12，第二丝杆12朝远离第一安装块8方向布置；两个第三安装块10相对布置并分别与第二丝杆12螺接，转动第二丝杆12控制两个第三安装块10同时靠近或远离第二安装块9；两个第三安装块10之间设有磁吸轮13，磁吸轮13内或第三安装块10上还设有驱动磁吸轮13转动的驱动部件。

采用上述进一步改进，转动第一丝杆11，可控制夹持轨道沿管道轴向移动，以调节位置；转动第二丝杆12，控制两个第三安装块10同时靠近或远离第二安装块9，从而可控制夹持轨道沿自身圆弧径向运动，方便进行径向调节，同时还可以适应不同管径的管道。

注：通过磁吸轮13的磁力吸合在管道上，以支撑本发明。驱动部件可以是设于磁吸轮13内的轮毂电机，也可以是设于第三安装块10上的电机；通过磁吸轮13沿被夹持管道100的轴向或周向滚动，带动夹持轨道运动，带动焊枪进行焊接。第一丝杆11、第二丝杆12的转动可以采用电机驱动或手工驱动，例如在第二安装块9上安装电机，用于驱动第一丝杆11转动，电机可采用同步电机使所有第一丝杆11同步转动；例如在第二安装块9上安装第二同步电机，用于驱动同一个磁吸轮总成5上的第二丝杆12同步转动。为了实现“转动第二丝杆12控制两个第三安装块10同时靠近或远离第二安装块9”的功能，每个第三安装块10可以有两个部位分别与第二丝杆12螺接，第二丝杆12通过同步电机驱动；也可以为：第三安装块10有一个部位与第二丝杆12螺接，并且至少一个部位通过导向件(例如导杆)与第二安装块9连接，当驱动第二丝杆12转动时，由于导向件的存在，第三安装块10相对于第二安装块9不会发生转动，因此可以平移靠近或远离；还可以是其他形式。

此外，可选的，第二安装块9靠近第一安装块8的一侧还设有导轨，导轨与第一丝杆11平行，第一安装块8与导轨滑动连接，第一安装块8与第一丝杆11螺接，第一丝杆11与第二安装块9活动连接。以提高第一安装块8与第二安装块9之间相对运动的平稳性。

进一步的，所述第二丝杆12远离第二安装块9的一端贯穿第三安装块10并设有限位块14。

采用上述进一步改进，防止第二丝杆12脱离第三安装块10导致夹持轨道从管道上脱落，提高安全性。

进一步的，所述夹持轨道上还设有安装平台，安装平台可沿夹持轨道的圆弧周向运动，安装平台与所述磁吸轮总成5在夹持轨道的圆弧轴向避开。

采用上述进一步改进，可将焊接机械臂安装在安装平台上，通过安装平台沿夹持轨道周向运动带动焊接机械臂进行焊接，通过磁吸轮总成5带动夹持轨道运动，方便进行被焊接管道的周向或轴向调节。

进一步的，所述安装平台包括围绕夹持轨道布置的壳体15，壳体15正对夹持轨道内侧处通过开口避开磁吸轮总成5；壳体15内设有第一滑轮16、第二滑轮17、齿轮18，第一滑轮16、第二滑轮17分别沿夹持轨道的外表面和内表面滚动接触，夹持轨道的内侧沿自身圆弧设有齿条19，齿条19与齿轮18传动配合，壳体15内还设有用于驱动齿轮18的驱动机构。

注：驱动机构可以是电机。

采用上述进一步改进，通过转动齿轮18，可控制安装平台沿轨道运动；通过齿轮18、齿条19配合，便于控制移动速度，并防止安装平台产生多余的滑动，保证焊接速度稳定；通过第一滑轮16、第二滑轮17分别接触夹持轨道的内、外侧，保证安装平台的运行平稳。

实施例二：

本发明还提供了一种管道焊接机器人，基于上述管道自调夹持装置实现；还包括焊接机械臂，焊接机械臂安装于夹持轨道上或安装平台上。

注：焊接机械臂为现有技术，可在互联网上搜索同名商品。

在本发明的描述中，需要理解的是，如果出现了指示方位、方向或位置关系的描述用语，例如：“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，在本说明书中指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便理解本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的部分、元件或整体必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，如果出现了次序描述用语，例如：“第一”、“第二”等，在本说明书中的用途是为了便于理解或简化描述，例如，为了区分多个具有相同类型或功能的技术特征，而又不得不单独提及时，本说明书可能采用前缀或后缀次序描述用语的方式将其区分。因此，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，如果采用了结构相对作用关系描述用语，例如：“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，除非另有明确的规定和限定，否则应做广义的理解。例如，“安装”、“相连”、“连接”等，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系；“固定”可以是形成一体的固定，也可以是通过紧固件可拆卸的固定；可以是直接固定，也可以是通过中间媒介固定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况、所处的语境、前后文的文意连贯性等理解上述描述用语在本发明中的具体含义。

在本发明中，如果出现了含有附属或连接含义的描述用语，例如，第一特征在第二特征“上”或“下，除非另有明确的规定和限定，否则不应做限定性的理解，例如，“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，也可以是第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况、所处的语境、前后文的文意连贯性等理解上述描述用语在本发明中的具体含义。

进而，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述，并不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例、示例以及不同实施例、示例的特征进行结合和组合，这些结合或组合都应归入本发明所概括的范围之内。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在其公开渠道可以获得的信息范围内，结合本申请文件所给出的技术启示，可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种管道自调夹持装置，其特征在于：包括多段圆弧形的轨道，多段所述轨道沿圆周首尾衔接形成圆形的夹持轨道，并且沿所述圆周方向的第一段轨道(1)与最后一段轨道之间设有张合口(6)；其中，任意首尾衔接的两段轨道的衔接部位铰接并且通过液压缸(4)连接，液压缸(4)用于驱动所述任意首尾衔接的两段轨道沿圆弧方向张合；所述夹持轨道的内表面沿圆周布置有多个磁吸轮总成(5)，所述磁吸轮总成(5)用于磁吸被夹持管道(100)并驱动夹持轨道沿被夹持管道(100)的周向和轴向移动。

2.根据权利要求1所述的管道自调夹持装置，其特征在于：所述多段圆弧形的轨道包括第一段轨道(1)、第二段轨道(2)、第三段轨道(3)；第一段轨道(1)、第二段轨道(2)以及第三段轨道(3)沿圆周首尾衔接形成圆形的夹持轨道，第一段轨道(1)、第三段轨道(3)分别与第二段轨道(2)的衔接部位铰接并且通过液压缸(4)连接，液压缸(4)用于分别驱动第一段轨道(1)、第三段轨道(3)相对于第二段轨道(2)的张合。

3.根据权利要求2所述的管道自调夹持装置，其特征在于：所述第一段轨道(1)、第三段轨道(3)呈四分之一圆形，第二段轨道(2)呈半圆形。

4.根据权利要求1所述的管道自调夹持装置，其特征在于：所述多段圆弧形的轨道沿圆弧周向为中空结构，液压缸(4)设于轨道中空结构内，液压缸(4)两端分别与相邻两段轨道铰接。

5.根据权利要求4所述的管道自调夹持装置，其特征在于：所述轨道中空部位还设有支架(7)，所述液压缸(4)的两端分别与对应的支架(7)铰接。

6.根据权利要求1所述的管道自调夹持装置，其特征在于：所述磁吸轮总成(5)包括第一安装块(8)、第二安装块(9)以及两个第三安装块(10)，第一安装块(8)固定于所述轨道的圆弧内表面，第一安装块(8)与第二安装块(9)通过第一丝杆(11)形成丝杆副连接，第一丝杆(11)沿所述轨道的圆弧轴向布置；第二安装块(9)上还转动连接有多根第二丝杆(12)，第二丝杆(12)朝远离第一安装块(8)方向布置；两个第三安装块(10)相对布置并分别与第二丝杆(12)螺接，转动第二丝杆(12)控制两个第三安装块(10)同时靠近或远离第二安装块(9)；两个第三安装块(10)之间设有磁吸轮(13)，磁吸轮(13)内或第三安装块(10)上还设有驱动磁吸轮(13)转动的驱动部件。

7.根据权利要求6所述的管道自调夹持装置，其特征在于：所述第二丝杆(12)远离第二安装块(9)的一端贯穿第三安装块(10)并设有限位块(14)。

8.根据权利要求1所述的管道自调夹持装置，其特征在于：所述夹持轨道上还设有安装平台，安装平台可沿夹持轨道的圆弧周向运动，安装平台与所述磁吸轮总成(5)在夹持轨道的圆弧轴向避开。

9.根据权利要求8所述的管道自调夹持装置，其特征在于：所述安装平台包括围绕夹持轨道布置的壳体(15)，壳体(15)正对夹持轨道内侧处通过开口避开磁吸轮总成(5)；壳体(15)内设有第一滑轮(16)、第二滑轮(17)、齿轮(18)，第一滑轮(16)、第二滑轮(17)分别沿夹持轨道的外表面和内表面滚动接触，夹持轨道的内侧沿自身圆弧设有齿条(19)，齿条(19)与齿轮(18)传动配合，壳体(15)内还设有用于驱动齿轮(18)的驱动机构。

10.一种管道焊接机器人，基于权利要求1-9任一项所述的管道自调夹持装置实现，还包括焊接机械臂，其特征在于：焊接机械臂安装于所述管道自调夹持装置的夹持轨道上或安装平台上。

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