CN1293381C - 片状透明体缺陷的检查方法与装置 - Google Patents
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Abstract
提供检查输送中的片状透明体存在的伴生有光学畸变缺陷的缺陷检查方法。根据此缺陷检查方法在上述片状透明体的一侧设有照明装置；于此片状透明体的另一侧设有1维摄像装置。此述照明装置具有明部与暗部，将此明部与暗部的边界设定为实质上与1维摄像装置中平行的直线状，而以此摄像装置的视场作为上述边界部。将此摄像装置的1维输出构成2维图像数据，将此图像数据变换为3值化处理的图像数据，在基于此3值化图像数据的显示图像中，通过沿上述片状透明体输送方向顺次出现的明部与暗部组成的缺陷图案，检查缺陷并识别缺陷的种类。
Description
发明领域
本发明涉及玻璃板等透明板或以透明膜涂层的透明板之类片状透明体中存在的，伴随有光学畸变的缺陷检查方法与缺陷检查装置。
背景技术
透明板例如玻璃板中存在的缺陷包括表面存在的凹凸；落到表面上的杂质导致的缺陷即所谓落下的杂质、落下的杂质径迹中存在的陷坑状的凹凸、内部存在的杂质与气泡等。对于在表面有透明膜涂层的玻璃板，作为透明膜的缺点有针孔等。这些缺点伴随着产生光学畸变；而光学畸变则使光发射折射。因此，带有光学畸变的玻璃板便成了不能用作光学基片的残次品，需要通过检查剔除。
检查评价玻璃板等光学畸变的光学畸变的测定方法已公开于特开平8-247954号公报中。此公报中记述的测定方法是使光源与相对于摄像元素的被测物的位置作相对的变化，而应用被测物在通过漫射光部与遮光部界面边缘前后图像信息之差的绝对值，来测定光学畸变。但是通过边缘前后的图像信息之差的绝对值并不能区分具有光学畸变的缺陷例如杂质与泡等。
另外，日本特许第3178644号(US 5691811A，EP 0726457A2)公报中则公开了能区别尘埃与污浊物的透明板状体缺陷的检测方法，其中是使光源的光通过光源附近所设的多个微小的遮光部与透光部交互形成的狭缝板，将光投射到透明板状体上，在以透明板状体夹于中间而同光源相反的一侧上设有1维摄像机，拍摄灰白度的变化，当由图像处理装置检测缺陷时，让摄像机的焦点移向远离狭缝板的方向，此时将狭缝板的遮光部的黑(暗部)与透光部的白(明部)相重叠的灰色状态，也即将灰白度合成波形的最大值与最小值初始为零的位置邻近设定为缺陷检测用的焦点位置，把得到的图像信号构成为旗帜状的情形判定为缺陷。
但在这种缺陷检查方法中虽可区别不具备光学畸变的尘埃与污染物同具备光学畸变的缺陷，但都不能区别例如杂质与气泡。原因在于，若以投光部与遮光部依直线形式沿一个方向平行地设置成多个直线列，或将直线列沿两个方向设置交叉成格子状的狭缝，或将多个微小的遮光部与透光部交互形成格子状的狭缝；此时由于遮光部与透光部有多个，它们的间隔与光学畸变缺陷的折射率不同，但缺陷的明部与暗部的图案即令是对于同一种类的缺陷也不限于形成同一图案，有时也会与别类缺陷彼此形成相同的图案。例如存在于透明板状体传输方向上的杂质具有“明暗明暗明”的图案而另一杂质具有“暗明暗明”图案，而某种气泡也可能具有“暗明暗明”图案。
发明内容
本发明的目的在于提供这样的检查方法与检查装置，它们能检查片状透明体中具有光学畸变的缺陷并可区别这些缺陷的种类。
本发明的另一目的在于提供这样的检查装置，它能将片状透明体具有光学畸变的缺陷和片状透明体表面上附着的不具有光学畸变的尘埃相区别。
本发明的检查装置，用于检查输送中的片状透明体上存在的伴生有光学畸变的缺陷，其特征在于包括，在上述片状透明体的一侧设置的1维摄像装置；在上述片状透明体的另一侧设置的照明装置，此照明装置具有暗部-明部-暗部的图案，该图案由：光源、以及设于上述光源和上述片状透明体之间二个隔开间隙配置的第一遮光板和第二遮光板形成，以上述第一遮光板形成的明部与暗部之间边界的边缘部作为上述摄像装置的视场应用，具有将此摄像装置的1维输出构成2维图像数据，且将此图像数据变换成分为明部、暗部及灰部3个值进行处理的图像数据而形成基于此图像数据的显示图像的图像处理装置，在上述显示图像中显示沿上述片状透明体输送方向顺次出现的明部与暗部组成的缺陷图案。
本发明的第一形式是检查输送中的片状透明体中存在的伴生有光学畸变缺陷的缺陷检查方法。这种缺陷检查方法中，于片状透明体的一侧设有照明装置而于片状透明体的另一侧设有1维摄像装置。照明装置具有明部与暗部，将明部与暗部的边界部设定为实质上与1维摄像装置中平行的直线状，而以此摄像装置的视场作为上述界面部。据摄像装置1维输出构成2维图像数据，将此图像数据变换为经3值化处理过的图像数据，最后在基于3值化图像数据的显示图像中显示按照沿片状透明体输送方向顺次出现的明部与暗部组成的缺陷图案，检查缺陷并识别缺陷的种类。
本发明的第二形式是检测传送中的片状透明体中存在的伴生光学畸变缺陷的缺陷检查方法。在此缺陷检查方法中，于片状透明体的一侧设有照明装置而于透明体的另一侧设有1维摄像装置。照明装置具有明部与暗部，将明部与暗部的界面部设定为实质上与上述1维摄像装置平行的直线状，而以此摄像装置的视场作为上述界面部。还设有图像处理装置，它根据摄像装置1维输出构成二维图像数据，而将此图像数据变换为3值化处理过的图像数据，最后于显示图像中显示按照沿片状透明体传输方向顺次出现的明部与暗部组成的缺陷图案。
在本发明的检查方法与检查装置中，上述缺陷种类的识别是通过构成上述缺陷图案的明部、暗部按照上述片状透明体传输方向出现的顺序以及明部与暗部的组合进行。这样识别的缺陷的种类是杂质缺陷、气泡缺陷、凸部缺陷、凹部缺陷、落下杂质缺陷与落下杂质径迹缺陷之中的至少一种缺陷。
附图说明
图1概示本发明检查装置的基本结构。
图2是图1中从行传感器位置观察照明装置时的图。
图3A与3B是目视照明装置情形下模式地示明此观察方式的图。
图4A、4B、4C说明玻璃板的表面中存在凸部的情形。
图5A、5B、5C说明玻璃板内存在泡缺陷的情形。
图6示明基于观察泡缺陷的图像数据的图像。
图7示明基于3值化处理观察泡缺陷的图像数据的3值化图像数据的图像。
图8示明基于观察杂质缺陷的图像数据的图像。
图9示明基于3值化处理观察杂质缺陷的图像数据的3值化图像数据的图像。
图10示明还采用了其他遮挡板的检查装置。
图11是在图10中从行传感器位置观察照明装置时的图。
图12A、12B、12C、12D说明在图10的检查装置下玻璃板内存在泡缺陷的情形。
图13A、13B示明玻璃板上存在落下的杂质、存在于落下杂质径迹中的陷坑状的凹凸。
图14A、14B示明落下杂质缺陷与陷坑状缺陷所对应的“明部”、“暗部”图案。
图15示明基于3值化处理观察尘埃的图像数据的3值化图像数据的图像。
图16示明另外的照明装置，
图17示明又一照明装置。
图18示明又另一照明装置。
具体实施形式
实施例1
图1示明本发明的缺陷检查装置1的第一实施例的结构。此缺陷检测装置具有照明装置2、摄影装置4与图像处理装置6。照明装置2包括构成照明装置暗部的遮光板22和构成照明装置明部的光源21。摄像装置4是往复进行1维扫描的行传感器(分辨率50μm)，由行传感器摄像机41和透镜42构成。玻璃板3由输送装置5于上述照明装置2和摄像装置4之间输送。输送方向如箭头所示，在图2中为左方向。来自行传感器4的1维输出信号传送给图像处理装置6，在图像处理装置中根据1维输出信号形成图像数据，对此图像数据进行3值化处理，显示基于3值化处理图像数据的图像，由此来观察表明缺陷的“明部”、“暗部”图案。
作为构成照明装置2的明部的光源21采用萤光灯管。由通常的商用电源供电，由于光量波动大，故采用高频驱动亮灯。驱动频率设定为30KHz以上。这样地以高额起动荧光灯的照明是廉价的，光量波动少，特别适宜。特别当需要大长度的光源时，采用荧光灯是有效的。
在荧光灯21的上方设有构成照明装置2的暗部的遮光板22。作为配置位置，使遮光板的边缘与行传感器4的光轴7一致，相对于光轴7处于玻璃板输送方向的下游侧。遮光板22为了增大与明部的反差，最好采用黑色的，而尤为最好是采用磨砂或消光的。再有，为了加大明部的明亮度，如图1所示，荧光灯21的中心最好相对于行传感器4的光轴7偏向右侧。
图2是从行传感器4的位置观察照明装置的图。遮光板22构成暗部，未为遮光板22遮蔽的荧光灯21的发光表面构成明部。明部与暗部边界上有X标记的位置是行传感器的视场中心。行传感器即对明部与暗部的边界作1维扫描观察。
照明装置的上方设有用以输送待检对象玻璃板3的输送装置5，它在图1中通过辊沿箭头示向输送。具体地说，照明装置2中明部与暗部的边界的长度方向与输送方向正交。
在输送装置的上方设有由行传感器摄像机41与透镜42构成的行传感器4。这时，行传感器照相机的观察范围如前所述同照明装置2的明部与暗部的边界一致。此外，由于行传感器摄像机能观察的长度一定，为了与被检对象的宽度一致，可决定适当的设置台数。行传感器摄像机42的焦点位置设于透明板附近，而最好是在透明板的表面上。
作为图像处理装置6例如可以利用计算机。当行传感器的输出为模拟信号时，于计算机中需将其变换为数字信号输入，因而要求图像输出装置6至少具有能执行模/数变换功能的图像输入装置。当行传感器摄像机是数字式摄像机时则不需模/数变换。
以下说明上述缺陷探测装置当玻璃板3存在缺陷时，能观察显示图像中由表明缺陷的“明部”、“暗部”组成的缺陷图案的原理。
图1中模式地示明，从行传感器4的位置由目视观察玻璃板表面上伴生光学畸变的凸部缺陷对照明装置的外观。图3A示明玻璃板上不存在凸部缺陷时，左半的黑底部分表示照明装置的暗部即遮光板22，右半的白底部分表示照明装置的明部即光源21的发光部分。当黑底部分与白底部分的边界上方存在玻璃板的凸部缺陷时，由于凸部缺陷的透镜作用致光折射，如图3B所示。在明部21与暗部22边界的明部21背景中出现暗部，而在暗部22的背景中出现明部。图3A与图3B终究是目视观察的情形，当通过与玻璃板表面相配合的行传感器来观察焦距时，明部21与暗部22的边界出现模糊，由于明部与暗部亮度比，它们的中间部分变亮，为了正确地设定明部的亮度、暗部的亮度与中间部分的亮度，首先在不设置遮光板22的状态下求出行传感器的输出，设此输出为100。随后设置遮光板，为使行传感器的输出成为50，可通过调整遮光板22的配置位置进行。
然后由于玻璃板在输送过程，如后所示，行传感器首先因缺陷10使光折射的结果，检测出明部21，继后检测出暗部22。由图像处理装置将行传感器的输出信号变为图像数据，将此图像数据进行3值化处理作图像显示后，于图像上观察“明部”与“暗部”组成的图案。观察此“明暗”图案，可推定此缺陷至少是凸部缺陷。
以上是相对于凸部缺陷说明了所观察的缺陷图案，但下面将进一步详述“暗暗”图案的发生原理，同时一齐说明观察泡缺陷时的缺点图案。
图4与图3A、3B所示明的相同，说明的是玻璃板表面中存在凸部的情形。图4A示明由行传感器4观察输送中的玻璃板3面的凸部31的前半部的状态。主要入射到行传感器4中的光的光轴由于凸部31的透镜作用，从遮光板22的边缘偏移向荧光灯21的发光面一侧。因此，与无光学畸变的观察正常部分的情形相比，入射到行传感器的光量增加。
图4B示明行传感器4观察输送中的玻璃板表面上凸部31后半部分的状态。主要入射到行传感器4中光的光轴由于凸部31的凸镜作用而从遮光板22的边缘偏移向遮光板的内侧。因此，与观察无光学畸变的正常部分时相比，入射到行传感器的光量将减少。
在如上述移动表面上存在凸部的玻璃板同时由行传感器观察时，行传感器的输出I(表示亮度)如图4C所示。在图4C表明行传感器的1像素的输出，横轴L表示玻璃板的移动距离。
图4C中，输出I0表示观察图3A中明部21与暗部22边界模糊部分时行传感器的上述像素的输出亮度。当凸部缺陷移动，行传感器的输出首先是比I0大，然后则变得比I0小。
行传感器的输出，由图像输入装置输入计算机，形成图像数据。此图像数据经3值化处理使3值化图像显示于显示器上。在显示器上，对应于凸部缺陷的存在，“明部”与“暗部”依此顺序出现，显示由“明部”与“暗部”组成的“明暗”图案。
对于伴生光学畸变杂质缺陷的情形，与凸部缺陷的情形相同，也可以作为“明暗”图案的出现而弄清。
在玻璃板表面存在凹部缺陷时，3值化图像与凸部缺陷正相反而表现为“暗明”图案。这是容易理解的。再有，当玻璃板表面上所深的膜层有针孔缺陷时，也可以确认会出现“暗明”图案。
其次说明玻璃板内存在气泡缺陷的情形。图5A示明行传感器4观察输送中的玻璃板内气泡缺陷32的前半部的状态。主要入射到行传感器4中的光的光轴由于气泡缺陷的透镜作用，从遮光板22的边缘偏移向遮光板内侧。因此，与观察正常部分的情形相比，入射到行传感器的光量减少。
图5B示明行传感器4观察输送中的玻璃板内气泡缺陷后半部的状态。主要入射到行传感器4的光的光轴，由于气泡缺陷的透镜作用，从遮光板22的边缘偏移向荧光灯的发光面一侧。因此，与观察正常部分的情形相比，入射到行传感器的光量增加。
在移动存在上述这种气泡缺陷的同时由行传感器进行观察时，行传感器1像素的输出如图5C所示。当气泡缺陷移动时，输出首先是比亮度I0小，继而则变得比亮度I0大。行传感器的输出输入计算机中，形成图像数据，进行3值化处理。对应于气泡缺陷的存在，于3值化图像上顺序地出现“暗部”与“明部”，显示出“暗部”与“明部”组成的“暗明”图案。
如上所述，根据缺陷的种类，也即根据使光折射的性质的不同，决定了玻璃板输送方向上“明部”与“暗部”出现的顺序，而在“明部”与“暗部”构成的缺陷图案中产生出不同。由于这种缺陷图案的不同，就能够识别缺陷的种类，而这种缺陷种类的识别正如“发明背景”中所述，应用日本特许第3178644号公报中记述的有多个遮光部与透光部的狭缝板是困难的，但本发明只有1个与1维摄像装置平行的直线状透光部1，换言之，可以不用多个狭缝进行照明。此外，实际的缺陷在许多情形下还形成为包含着在输送方向以外由“明部”与“暗部”组成的复杂的缺陷图案，而这类缺陷也可视作为各种缺陷混合成的复合缺陷。
下面例示根据上述检查装置具体观察玻璃板中存在的气泡缺陷。图6是将行传感器摄像机41的信号输入图像输入装置中形成图像数据，来进行3值化处理由于显示器上显示的图像，同时一并显示了画面上纵游标C1与横游标C2的灰白分布。在此图像中，横向为玻璃板的输送方向，纵向为行传感器的扫描方向。此图像的图像灰白度或深浅不明鲜，从而由“明部”与“暗部”组成的缺陷图案不明晰。
本发明于计算机中对此二维图像数据进行3值化处理，增大了明部与暗部的反差。3值化处理首先是求2维图像数据整体的平均亮度，以此为基准适当地设定+侧与-侧的阈值，将+侧的阈值以上的图像数据部分作为“明部”，以-侧阈值以下的图像数据部分作为“暗部”，而以+侧与-侧阈值之间的范围作为“灰部”。此外，上述的平均亮度是从二维图像数据的整体求得，但并不局限于这种方式，例如也可根据二维图像周边部分对应的图像数据求出。
图7示明于显示器上显示了3值化图像数据。图像的灰白度或深浅色更加鲜明。这样地进行了3值化处理后，能更加明晰地显示“明部”与“暗部”组成的缺陷图案。
在气泡缺陷的情形下，已知随着玻璃板的输送，沿传送方向首先出现“暗部”，继而出现“明部”而形成“暗明”图案。在图7所示例子中，于“明部”的后面再出现“暗部”。这是气泡缺陷大而光学畸变大时所观察的视场脱离开荧光灯范围所引起的现象。由以上现像可知，“暗明”图案以行传感器的分辨率的整数倍为基准示明小的气泡缺陷，而“暗明暗”图案则是以行传感器的分辨率的整数倍为基准表明大的气泡缺陷：
图8是观察伴有单纯凸部的杂质缺陷时，根据3值化处理前的图像根据产生的图像。进行了同样3值化处理，根据3值化处理后的图像数据产生的图像表示在图9中。在这种杂质缺陷的情况中，随玻璃板的行进，先出现“明部”继而出现“暗部”，形成“明暗”图案。
图1所示的缺陷检查装置至少能区别开杂质缺陷与气泡缺陷。
再有，在图1所示的缺陷检查装置下，若使玻璃板3取与上述相反的输送方向输送时，操作者显然可以认识到，构成缺陷图案的明部、暗部是同表示玻璃板输送方向的顺序相反。
实施例2
上述实施例1中例示的是只用到了一块遮光板22，在实施例2中则添加了另一块遮光板。图10示明了这一例子。此另一遮光板23的设置是用来调节光源荧光灯21的进行暗视场照明的间接光，以抑制缺陷所发生的漫反射光。这另一遮光板23不进入行传感器视野的范围内而能调节其位置。
图11是在图10的检查装置中从行传感器4的位置观察照明装置的图。遮光玻璃22、23构成暗部，未为遮光板22、23遮蔽的荧光灯21的发光表面则构成明部21。明部21与暗部22的边界处的X标记的位置为行传感器的视场中心。
应用这种检查装置，当以行传感器的分辨率的整数倍为基准检测出大的气泡缺陷时，容易发生图6所示的“暗部”、“明部”继以“暗部”的“暗明暗”图案。图12A、12B、12C、12D是与图5A、5B、5C对应的图，示明“暗明暗”图案发生的原理、在图12A中观察气泡缺陷前端附近时，如图12D所示，行传感器的输出比亮度I0小。在图12B中，观察气泡缺陷中央稍后时，输出比亮度I0大，在图12C中观察气泡后端附近时，输出比亮度I0小。
下面说明有关玻璃板上存在落下杂质、存在于落下杂质径迹中凹坑状的凹凸(称此种凹凸为落下杂质径迹)的检查。
图13A、13B示明玻璃板3上存在的随着周边隆起而有的落下杂质、坑状凹凸的落下杂质径迹。如图13A所示，附着有杂质61的原样的落下杂质缺陷63伴随着周边的隆起，在3值化图像中示明了与凸部缺陷相同的“明暗”图案。图14A例示了这种“明暗”图案。此外，如图13B所示，坑状落下杂质径迹缺陷64在3值化图像下表示为“明暗明暗”图案。将这类图案示明于图14B中。此外，以行传感器分辨率的整数倍为基准的小的落下杂质径迹可知成为“明暗”图案。
下面将用图10所示检查装置，在行传感器的焦点位置定位于玻璃表面上时，所观察的玻璃板表面上附着尘埃情形的图案示明于图15。从图15可知，对于尘埃只观察到“暗部”。这里由于附着的尘埃不会使光折射而尘埃的存在又会遮光，因而仅仅观察到入射光量降低了的情形。
据此，通过使行传感器的焦点位于玻璃板表面上，再用遮光板23抑制漫反射光的产生来判断3值化图像的“明部”与“暗部”图案，就能区别伴生光学畸变的缺陷与尘埃。
另外，在图10所示的缺陷检查装置下，若使玻璃板3取与上述相反的输送方向输送时，则操作者显然可以认识到，构成缺陷图案的明部、暗部是同表示玻璃板输送方向的顺序相反。
与上述的尘埃相同，附着到玻璃板表面上的物质还有切断玻璃板时产生的切屑，这种切屑由于会折射光，可能同样地检测出伴生光学畸变的缺陷。但在切屑情形，基于其大小与形状，多数场合下会形成“明部”和/或“暗部”组成的复杂缺陷图案。
在上面的实施例1与2中，照明装置2中的明部与暗部的边界长度方向是与透明板的输送方向形成90°角，但也可形成为接近90°的角。此外，为了想专门检查玻璃制造流程方向中的缺陷时，也可以将上述正交方向改变为适当斜交的方向。
变形例
在上述实施例1中是由1个荧光灯与1块遮光板构成照明装置，但并不局限于此；例如也可如图16所示，设置2个荧光灯21。
还可如图17所示，设置多个荧光灯而于上方设置遮光板24与散射板25，由此构成照明装置。
又可如图18所示，于1个荧光灯21的表面上直接形成遮光膜26而构成照明装置的明部与暗部。
另外，在以上实施例与变形例中虽然是把荧光灯用作光源，但除此例如也可将卤素灯用作光源而用光纤传导其光进行光纤照明。也可以采用棒状的LED照明。
适合采用本发明检查方法的透明板未必限于平板，也可以是面板之类的具有很小曲率的弯板。至于透明板，既可以是适当切断的板材，也可以是连续供给的板材。此外，本发明的检查方法也可以应用于具有透光性的半透明板。
以上详述的本发明的检查方法与装置能观察伴生光学畸变的缺陷，即将这种缺陷作为反差清晰的“明部”与“暗部”组成的图案予以观察，具体地说，通过“明部”与“暗部”表示板状透明体输送方向的顺序以及它们的组合，即可识别缺陷的种类。
本发明的检查方法与装置由于还能检查出附着于透明板表面上而能除去的不构成缺陷的尘埃，故可区别地处理透明板表面上存在的凹凸和透明板内存在的杂质、气泡等缺陷。因此不必在特别清洁的空间内进行检查，由于不需用净化室等新设备，故可减少检查所需费用。还可以获得例如由于操作致有很多尘埃附着的信息，从而能根据这种信息谋求改进工艺。
Claims (8)
1、一种缺陷检查装置，用于检查输送中的片状透明体上存在的伴生有光学畸变的缺陷，其特征在于包括，
在上述片状透明体的一侧设置的1维摄像装置；
在上述片状透明体的另一侧设置的照明装置，此照明装置具有暗部-明部-暗部的图案，该图案由：光源、以及设于上述光源和上述片状透明体之间二个隔开间隙配置的第一遮光板和第二遮光板形成，以上述第一遮光板形成的明部与暗部之间边界的边缘部作为上述摄像装置的视场应用，
具有将此摄像装置的1维输出构成2维图像数据，且将此图像数据变换成分为明部、暗部及灰部3个值进行处理的图像数据而形成基于此图像数据的显示图像的图像处理装置，在上述显示图像中显示沿上述片状透明体输送方向顺次出现的明部与暗部组成的缺陷图案。
2、根据权利要求1所述的缺陷检查装置，其特征在于，上述缺陷种类的识别是根据构成上述缺陷图案的明部、暗部沿上述片状透明体输送方向的顺序以及明部与暗部的组合进行。
3、根据权利要求2所述的缺陷检查装置，其特征在于，所识别的缺陷的种类是杂质缺陷与气泡缺陷。
4、根据权利要求2所述的缺陷检查装置，其特征在于，所识别的缺陷种类是杂质缺陷、气泡缺陷、凸部缺陷、凹部缺陷、落下杂质缺陷和落下杂质径迹缺陷。
5、根据权利要求1所述的缺陷检查装置，其特征在于，上述1维摄像装置的焦点位置设于所述片状透明体附近；
当上述显示图像中出现暗部图案时，上述暗部图案的发生原因是附着于上述片状透明体上的尘埃。
6、根据权利要求1所述的缺陷检查装置，其特征在于，上述片状透明体是玻璃板。
7、根据权利要求1所述的缺陷检查装置，其特征在于，上述片状透明体具有透明膜涂层的玻璃板。
8、根据权利要求7所述的缺陷检查装置，其特征在于，所识别缺陷的种类是存在于上述透明膜中的针孔。
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