DE10125031A1 - Tischpositioniervorrichtung - Google Patents
TischpositioniervorrichtungInfo
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Abstract
Eine Tischpositioniervorrichtung besitzt einen beweglichen Tisch und drei Tischbewegungsmechanismen zum Bewegen des beweglichen Tisches sowie drei Positionssensoren zum Erfassen von Positionen in verschiedenen Richtungen des beweglichen Tisches. Auf der Basis der erfassten Daten der Positionssensoren werden die Tischbewegungsmechanismen derart gesteuert, dass sie den beweglichen Tisch in eine gewünschte Position bewegen. Die Tischbewegungsmechanismen weisen exzentrische Steuerflächenglieder (601 bis 603) sowie drei Paare paralleler Platten auf. Die Steuerflächenglieder sind zwischen den jeweiligen Paaren der parallelen Platten sandwichartig angeordnet. Da Tischbewegungsmechanismen vom Typ mit exzentrischen Steuerflächengliedern verwendet werden und die von den Tischbewegungsmechanismen veranlassten Bewegungsbeträge des Tisches rückgekoppelt werden, lässt sich eine kleine und kostengünstige Tischpositioniervorrichtung verwirklichen. Es ist nicht notwendig, einen Vorspannmechanismus vorzusehen, um den beweglichen Tisch und die Steuerflächenglieder in einem Berührungszustand zu halten, wodurch sich die Konstruktion der Vorrichtung vereinfachen lässt und sich die Herstellungskosten vermindern lassen.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tischpo
sitioniervorrichtung zum Positionieren eines beweglichen
Tisches, der in einer Referenzebene zweidimensional be
wegt oder rotationsmäßig bewegt werden kann, in eine ge
wünschte Position oder rotationsmäßige Winkelstellung
mit hoher Genauigkeit.
Im spezielleren bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf eine Tischpositioniervorrichtung, die einen Tischbe
wegungsmechanismus mit hoher Steifigkeit aufweist, der
hinsichtlich seiner Ausbildung zur Reduzierung seiner
Größe und Kosten beiträgt.
Im allgemeinen weist ein X-Y-Tisch-Mechanismus einen
feststehenden Tisch, einen X-Achsen-Tisch, der an dem
feststehenden Tisch in linear in Richtung der X-Achse
hin und her beweglicher Weise angebracht ist, einen
Y-Achsen-Tisch, der an dem X-Achsen-Tisch in linear in
Richtung der Y-Achse hin und her beweglicher Weise ange
bracht ist, sowie einen Linearantriebsmechanismus zum
Bewegen dieser Tische in einer derartigen Weise auf,
dass diese in zwei Dimensionen in einer gewünschten Po
sition angeordnet werden.
Ferner weist der X-Y-Tisch-Mechanismus einen Klemm
mechanismus zum Feststellen der Tische in einer ge
wünschten Position auf, nachdem sie in die gewünschte
Position bewegt worden sind. Wenn die Tische in eine an
dere Position bewegt werden, wird die Klemmwirkung des
Klemmmechanismus aufgehoben, um den Tischen eine freie
Bewegung zu ermöglichen, und der Linearantriebsmechanis
mus wird zum Bewegen der Tische angesteuert.
Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht in der
Schaffung einer Tischpositioniervorrichtung, die einen
Tischbewegungsmechanismus zum Bewegen von Tischen in ei
ner Referenzebene aufweist, wobei der Tischbewegungsme
chanismus derart ausgebildet ist, dass er eine hohe
Steifigkeit besitzt und sich seine Größe sowie Kosten
reduzieren lassen.
Zum Erreichen der vorstehend genannten sowie weiterer
Ziele wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Tisch
positioniervorrichtung geschaffen, mit einem feststehen
den Tisch, der auf seiner Oberfläche mit einer Referenz
ebene ausgebildet ist, mit einem beweglichen Tisch, der
auf dem feststehenden Tisch derart gelagert ist, dass er
sich in zwei Dimensionen auf der Referenzebene bewegen
kann, und mit einer Mehrzahl von Tischbewegungsmechanis
men zum Bewegen des beweglichen Tisches auf der Refe
renzebene,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Tischbewegungsme
chanismen einen Servomotor, ein exzentrisches Steuerflä
chenglied, das durch den Servomotor rotationsmäßig be
wegt wird, sowie eine erste und eine zweite parallele
Platte aufweist, die derart an dem beweglichen Tisch an
gebracht sind, dass das exzentrische Steuerflächenglied
sandwichartig zwischen ihnen angeordnet ist, wodurch ei
ne exzentrische Rotationsbewegung des exzentrischen
Steuerflächenglieds in eine lineare Bewegung des beweg
lichen Tisches umgewandelt wird.
Die Tischbewegungsmechanismen können einen ersten, einen
zweiten und einen dritten Tischbewegungsmechanismus mit
derselben Konstruktion aufweisen. In diesem Fall ist es
bevorzugt, dass die Tischpositioniervorrichtung einen
ersten, einen zweiten und einen dritten Sensor zum De
tektieren der jeweiligen Bewegungsbeträge des bewegli
chen Tisches aufweist, die durch den jeweiligen ersten,
zweiten und dritten Tischbewegungsmechanismus veranlasst
werden.
Ferner ist es auch bevorzugt, dass der erste und der
zweite Tischbewegungsmechanismus derart ausgebildet
sind, dass sie den beweglichen Tisch an verschiedenen
Stellen in einer ersten Richtung bewegen, wobei der
dritte Tischbewegungsmechanismus dazu ausgebildet ist,
den beweglichen Tisch in einer zu der ersten Richtung
rechtwinkligen, zweiten Richtung zu bewegen. Bei dieser
Konfiguration wird das Ausmaß der exzentrischen Rotati
onsbewegung des exzentrischen Steuerflächenglieds in je
dem der Tischbewegungsmechanismen derart gesteuert, dass
eine lineare Bewegung und eine Rotationsbewegung des be
weglichen Tisches verwirklicht werden kann.
Andererseits wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine
Tischpositioniervorrichtung geschaffen, mit einem fest
stehenden Tisch, der auf seiner Oberfläche mit einer Re
ferenzebene ausgebildet ist, mit einem beweglichen
Tisch, der auf dem feststehenden Tisch derart gelagert
ist, dass er sich in zwei Dimensionen auf der Referenze
bene bewegen kann, und mit einer Mehrzahl von Tischbewe
gungsmechanismen zum Bewegen des beweglichen Tisches auf
der Referenzebene,
dadurch gekennzeichnet, dass die Tischpositioniervor
richtung eine Tischpositions-Detektionseinrichtung zum
Detektieren einer Position des beweglichen Tisches, ei
nen Klemmmechanismus zum Feststellen des beweglichen Ti
sches sowie eine Steuereinrichtung zum Steuern der
Tischbewegungsmechanismen und des Klemmmechanismus in
einer derartigen Weise aufweist, dass der bewegliche
Tisch auf der Basis einer von der Tischpostions-Detekti
onseinrichtung detektierten Position des beweglichen Ti
sches in einer gewünschten Position angeordnet wird, wo
bei die Tischbewegungsmechanismen wenigstens einen er
sten, zweiten und dritten Tischbewegungsmechanismus auf
weisen, deren jeder einen Linearbewegungsmechanismus zum
linearen Bewegen des beweglichen Tisches aufweist, und
wobei der Linearbewegungsmechanismus einen Servomotor,
der von der Steuereinrichtung gesteuert und angetrieben
wird, ein exzentrisches Steuerflächenglied, das durch
den Servomotor rotationsmäßig bewegt wird, sowie eine
erste und eine zweite parallele Platte aufweist, die an
dem beweglichen Tisch derart angebracht sind, dass das
exzentrische Steuerflächenglied sandwichartig zwischen
diesen angeordnet ist, wodurch eine exzentrische Rotati
onsbewegung des exzentrischen Steuerflächenglieds in ei
ne Linearbewegung des beweglichen Tisches umgewandelt
wird.
Die Tischpositions-Detektionseinrichtung weist vorzugs
weise einen ersten, einen zweiten und einen dritten Po
sitionssensor zum Detektieren der Bewegungsbeträge des
beweglichen Tisches auf, die durch die jeweiligen exzen
trischen Steuerflächenglieder veranlasst werden.
Ferner ist es auch bevorzugt, dass der erste und der
zweite Tischbewegungsmechanismus dazu ausgebildet sind,
den beweglichen Tisch in unterschiedlichen Positionen in
einer ersten Richtung bewegen, und der dritte Tischbewe
gungsmechanismus derart ausgebildet ist, dass er den be
weglichen Tisch in einer zu der ersten Richtung recht
winkligen, zweiten Richtung bewegt. Bei dieser Konfigu
ration wird das Ausmaß an exzentrischer Rotationsbewe
gung des exzentrischen Steuerflächenglieds bei jedem der
Tischbewegungsmechanismen gesteuert, so dass eine linea
re Bewegung und eine Rotationsbewegung des beweglichen
Tisches verwirklicht werden können.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Tischpo
sitioniervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 2A und 2B eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht auf
einen Tischbewegungsmechanismus der Vorrich
tung der Fig. 1;
Fig. 2C eine grafische Darstellung zur Erläuterung
einer Hubbewegung eines Tischberührungspunkts
eines exzentrischen Steuerflächenglieds in
Bezug auf den Rotationswinkel des exzentri
schen Steuerflächenglieds; und
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines Steuer
systems der Vorrichtung der Fig. 1
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird
nun ein Beispiel einer Tischpositioniervorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Tisch
positioniervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausfüh
rungsbeispiel. Wie in dieser Zeichnung zu sehen ist, be
sitzt die Tischpositioniervorrichtung 1 einen festste
henden Tisch 2, der auf seiner Oberfläche mit einer Re
ferenzebene 3 ausgebildet ist, sowie einen beweglichen
Tisch 4, der auf der Referenzebene 3 derart angebracht
ist, dass er sich längs der Referenzebene 3 bewegen
kann. Ferner besitzt die Tischpositioniervorrichtung 1
einen ersten und einen zweiten Tischbewegungsmechanismus
401 und 402 zum Bewegen des beweglichen Tisches 4 linear
entlang einer Y-Achsen-Richtung auf der Referenzebene 3
sowie einen dritten Tischbewegungsmechanismus 403 zum
Bewegen des beweglichen Tisches 4 linear entlang einer
X-Achsen-Richtung auf der Referenzebene 3.
Weiterhin weist die Tischpositioniervorrichtung 1 einen
ersten, einen zweiten und einen dritten Positionssensor
6A, 6B und 6C zum Erfassen der jeweiligen Beträge der
Tischbewegung, die durch die jeweiligen Tischbewegungs
mechanismen 401, 402 und 403 hervorgerufen worden sind,
sowie einen Klemmmechanismus 9 zum Feststellen des be
weglichen Tisches auf, um diesen auf dem feststehenden
Tisch 2 in seiner Position festzulegen.
Die Tischbewegungsmechanismen 401, 402 und 403 des vor
liegenden Ausführungsbeispiels besitzen Servomotoren
501, 502 und 503, scheibenförmige exzentrische Steuer
flächenglieder 601, 602 und 603, die exzentrisch an Aus
gangswellen 501a, 502a und 503a der Servomotoren ange
bracht sind, sowie drei Paare paralleler Platten 701,
702 sowie 711, 712 und 721, 722, die derart an dem be
weglichen Tisch 43 angebracht sind, dass sie exzentri
schen Steuerflächenglieder 601, 602 und 603 zwischen den
entsprechenden Paaren der parallelen Platten sandwichar
tig angeordnet sind.
Genauer gesagt ist das exzentrische Steuerflächenglied
601 sandwichartig zwischen den parallelen Platten 701
und 702 entlang der Y-Richtung angeordnet, und das ex
zentrische Steuerflächenglied 602 ist zwischen den pa
rallelen Platten 711 und 712 ebenfalls entlang der
Y-Richtung sandwichartig angeordnet. Somit wird das exzen
trische Steuerflächenglied 601 oder 602 in exzentrischer
Weise rotationsmäßig bewegt, so dass es den beweglichen
Tisch 4 entlang der Y-Richtung bewegt. Im Gegensatz dazu
ist das exzentrische Steuerflächenglied 603 zwischen den
parallelen Platten 721 und 722 entlang der X-Richtung
sandwichartig angeordnet, und eine Rotationsbewegung
desselben verursacht eine Bewegung des beweglichen Ti
sches 4 in der X-Richtung. Außerdem werden die Rotati
onsbeträge dieser exzentrischen Steuerflächenglieder
601, 602 und 603 separat gesteuert, so dass der bewegli
che Tisch 4 auf der Referenzebene in eine gewünschte Po
sition bewegt wird und um eine zu der Referenzebene
senkrechte Achse rotationsmäßig bewegt wird.
Die Fig. 2A und 2B veranschaulichen eine Arbeitsweise
des exzentrischen Steuerflächenglieds 603 zum Bewegen
des beweglichen Tisches 4. Wie in dieser Zeichnung zu
sehen ist, beinhaltet der dritte Tischbewegungsmechanis
mus 403 den Servomotor 503, das auf der Ausgangswelle
503a des Motors 503 angebrachte exzentrische Steuerflä
chenglied 603 sowie ein Paar paralleler Platten 721 und
722, zwischen denen das exzentrische Steuerflächenglied
603 von beiden Seiten her entlang der X-Richtung sand
wichartig eingeklemmt wird. Der Servomotor 513 wird an
getrieben, um das exzentrische Steuerflächenglied 603 in
exzentrischer Weise rotationsmäßig zu bewegen, wobei ein
Paar Berührungspunkte zwischen dem exzentrischen Steuer
flächenglied 603 und den parallelen Platten 721, 722
wechselweise entlang der X-Richtung verlagert werden.
Zum Beispiel wird der Berührungspunkt A zwischen dem
Steuerflächenglied 603 und der Platte 722 bei Rotation
des exzentrischen Steuerflächenglieds wechselweise ent
lang der X-Richtung verlagert. Fig. 2C zeigt eine Orts
kurve des Berührungspunkts A gegenüber dem Rotationswin
kel des exzentrischen Steuerflächenglieds 603. Die Orts
kurve des Berührungspunkts A ist durch eine Sinuskurve
definiert. Die anderen beiden Tischbewegungsmechanismen
401 und 402 besitzen dieselbe Konfiguration wie der
Tischbewegungsmechanismus 403.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist ein schematisches Block
diagramm eines Steuersystems der Tischpositioniervor
richtung 1 dargestellt. Wie in dieser Zeichnung zu sehen
ist, besitzt das Steuersystem eine Steuerung 100 als
Haupteinheit, die in erster Linie durch einen Mikrocom
puter gebildet ist. Die jeweiligen Tischbewegungsmecha
nismen 401, 402 und 403 werden von der Steuerung 100
über eine 3-Achsen-Steuerplatine 101 und jeweilige Trei
ber 102A, 102B und 102C gesteuert. Die Steuerung 100
führt Steuerprogramme aus, die in ihrem ROM-Speicher ge
speichert sind, um den beweglichen Tisch 4 in einer ge
wünschten Position zu positionieren, die durch eine ex
terne Befehlseingabe nach Maßgabe von Positionsdaten von
den jeweiligen Positionssensoren 6A, 6B und 6C benannt
wird.
Der von dem Steuersystem 100 durchgeführte Steuervorgang
ist folgendermaßen. Bei Empfang eines externen Befehls,
der eine gewünschte Position des beweglichen Tisches 4
anzeigt, wird der bewegliche Tisch 4 aus seinem Klemmzu
stand gelöst und gelangt in einen auf der Referenzebene
3 beweglichen Zustand.
Danach werden die drei Tischbewegungsmechanismen 401 bis
403 angesteuert, um den beweglichen Tisch in Richtung
auf die gewünschte Position zu bewegen. Wenn die drei
Positionssensoren 6A bis 6C feststellen, dass der beweg
liche Tisch 4 die gewünschte Position erreicht, werden
die jeweiligen Tischbewegungsmechanismen 401 bis 403 ge
stoppt, und der bewegliche Tisch 4 wird in der gewünsch
ten Position festgeklemmt.
Die auf diese Weise ausgebildete Tischpositioniervor
richtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet
drei Tischbewegungsmechanismen vom exzentrischen Steuer
flächentyp, um den beweglichen Tisch auf der Referenz
ebene zu verfahren und rotationsmäßig zu bewegen. Ferner
werden die Bewegungsbeträge des beweglichen Tisches 4,
die durch die jeweiligen Tischbewegungsmechanismen ver
anlasst werden, mittels der Positionssensoren 6A bis 6C
rückgekoppelt.
Im Vergleich zu den herkömmlichen Stufen-Mechanismen,
bei denen eine X-Stufe und eine Y-Stufe aufeinander ge
stapelt sind oder bei denen Stufen mittels eines Linear
antriebsmechanismus mit einer Drückstange und derglei
chen linear bewegt werden, läßt sich die Tischpositio
niervorrichtung 1 somit klein und kostengünstig ausbil
den, wobei sie dennoch die Fähigkeit besitzt, den beweg
lichen Tisch in exakter Weise zu positionieren.
Ferner ist bei dem Tischbewegungsmechanismus des vorlie
genden Beispiels kein Vorspannmechanismus erforderlich,
um den beweglichen Tisch konstant gegen die exzentri
schen Steuerflächenglieder zu drücken. Der Mechanismus
kann somit in seiner Konstruktion vereinfacht werden,
und in seinen Herstellungskosten reduziert werden, wobei
er dennoch in einfacher Weise herstellbar ist.
Da ferner die exzentrischen Steuerflächenglieder eine
kreisförmige Gestalt aufweisen, wird der Spalt zwischen
den beiden parallelen Platten auf einen Durchmesser des
Steuerflächenglieds gesetzt, wodurch die Einstellung des
Spalts in einfacher Weise möglich ist.
Wie vorstehend erwähnt wurde, werden bei der Tischposi
tioniervorrichtung der vorliegenden Erfindung die Tisch
bewegungsmechanismen vom exzentrischen Steuerflächentyp
verwendet, und die durch die Tischbewegungsmechanismen
veranlassten Bewegungsbeträge des beweglichen Tisches
werden rückgekoppelt, so dass sich eine kleine und ko
stengünstige Tischpositioniervorrichtung verwirklichen
läßt.
Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung nicht
notwendig, einen Vorspannmechanismus vorzusehen, um den
beweglichen Tisch und die Steuerflächenglieder in einem
Berührungszustand miteinander zu halten, wodurch sich
die Konstruktion der Vorrichtung vereinfachen läßt und
sich die Herstellungskosten reduzieren lassen.
Claims (7)
1. Tischpositioniervorrichtung mit einem feststehenden
Tisch, der auf seiner Oberfläche mit einer Referenz
ebene ausgebildet ist, einem beweglichen Tisch, der
auf dem feststehenden Tisch derart gelagert ist,
dass er in zwei Dimensionen auf der Referenzebene
beweglich ist, und mit einer Mehrzahl von Tischbewe
gungsmechanismen zum Bewegen des beweglichen Tisches
auf der Referenzebene,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder Tischbewegungsme
chanismus einen Servomotor, ein exzentrisches Steu
erflächenglied, das durch den Servomotor rotations
mäßig bewegt wird, sowie eine erste und eine zweite
parallele Platte aufweist, die an dem beweglichen
Tisch derart angebracht sind, dass das exzentrische
Steuerflächenglied sandwichartig zwischen ihnen an
geordnet ist, wodurch eine exzentrische Rotationsbe
wegung des exzentrischen Steuerflächenglieds in eine
lineare Bewegung des beweglichen Tisches umgewandelt
wird.
2. Tischpositioniervorrichtung nach Anspruch 1,
wobei die Tischbewegungsmechanismen einen ersten,
zweiten und dritten Tischbewegungsmechanismus mit
derselben Konstruktion aufweisen.
3. Tischpositioniervorrichtung nach Anspruch 2,
ferner mit einem ersten, einem zweiten und einem
dritten Sensor zum Erfassen der jeweiligen Bewe
gungsbeträge des beweglichen Tisches, die durch den
jeweiligen ersten, zweiten und dritten Tischbewe
gungsmechanismus veranlasst werden.
4. Tischpositioniervorrichtung nach Anspruch 3,
wobei der erste und der zweite Tischbewegungsmecha
nismus dazu ausgebildet sind, den beweglichen Tisch
in unterschiedlichen Positionen in einer ersten
Richtung zu bewegen, und wobei der dritte Tischbewe
gungsmechanismus dazu ausgebildet ist, den bewegli
chen Tisch in einer zu der ersten Richtung senkrech
ten, zweiten Richtung zu bewegen, und wobei durch
Steuerung des Betrages der exzentrischen Rotations
bewegung des exzentrischen Steuerflächenglieds in
jedem der Tischbewegungsmechanismen eine lineare Be
wegung und eine Rotationsbewegung des beweglichen
Tisches ausgeführt werden.
5. Tischpositioniervorrichtung mit einem feststehenden
Tisch, der auf seiner Oberfläche mit einer Referenz
ebene ausgebildet ist, einem beweglichen Tisch, der
auf dem feststehenden Tisch derart gelagert ist,
dass er sich in zwei Dimensionen auf der Referenze
bene bewegen kann, und mit einer Mehrzahl von Tisch
bewegungsmechanismen zum Bewegen des beweglichen Ti
sches auf der Referenzebene,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Tischpositioniervorrichtung eine Tischposi
tions-Detektionseinrichtung zum Erfassen einer Posi
tion des beweglichen Tisches, einen Klemmmechanismus
zum Feststellen des beweglichen Tisches sowie eine
Steuereinrichtung zum derartigen Steuern der Tisch
bewegungsmechanismen und des Klemmmechanismus auf
weist, dass der bewegliche Tisch auf der Basis einer
von der Tischpositions-Detektionseinrichtung detek
tierten Position des beweglichen Tisches in einer
gewünschten Position angeordnet wird, wobei die
Tischbewegungsmechanismen wenigstens einen ersten,
zweiten und dritten Tischbewegungsmechanismus bein
halten, deren jeder einen Linearbewegungsmechanismus
zum linearen Bewegen des beweglichen Tisches auf
weist, und wobei der Linearbewegungsmechanismus ei
nen Servomotor, der von der Steuereinrichtung ge
steuert und angetrieben wird, ein exzentrisches
Steuerflächenglied, das von dem Servomotor rotati
onsmäßig bewegt wird, sowie eine erste und eine
zweite parallele Platte aufweist, die an dem beweg
lichen Tisch derart angebracht sind, dass das exzen
trische Steuerflächenglied sandwichartig zwischen
ihnen angeordnet ist, wodurch eine exzentrische Ro
tationsbewegung des exzentrischen Steuerflächen
glieds in eine Linearbewegung des beweglichen Ti
sches umgewandelt wird.
6. Tischpositioniervorrichtung nach Anspruch 5,
wobei die Tischpositions-Detektionseinrichtung einen
ersten, einen zweiten und einen dritten Positions
sensor zum Detektieren der durch die jeweiligen ex
zentrischen Steuerflächenglieder verursachten Bewe
gungsbeträge des beweglichen Tisches aufweist.
7. Tischpositioniervorrichtung nach Anspruch 6,
wobei der erste und der zweite Tischbewegungsmecha
nismus dazu ausgebildet sind, den beweglichen Tisch
in unterschiedlichen Positionen in einer ersten
Richtung zu bewegen, und wobei der dritte Tischbewe
gungsmechanismus dazu ausgebildet ist, den bewegli
chen Tisch in einer zu der ersten Richtung senkrech
ten, zweiten Richtung zu bewegen, und wobei durch
Steuerung des Betrages der exzentrischen Rotations
bewegung des exzentrischen Steuerflächenglieds in
jedem der Tischbewegungsmechanismen eine lineare Be
wegung und eine Rotationsbewegung des beweglichen
Tisches ausgeführt werden.
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