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Anordnung zum optischen Prüfen von mit Leiterbahnen versehenen Lagen
von Ein- oder Mehrlagenleiterplatten Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung
zum optischen Prüfen von mit Leiterbahnen versehenen Lagen von Ein- oder Mehrlagenleiterpiatten
auf richtige Anordnung und ;>ehlerfreie Ausführung der Leiterbahnen.
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Datenverarbeitungsanlagen und viele andere nachrichtentechnische Geräte
enthalten als wichtigen Bestandteil Mehrlagen-.
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leiterplatten mit unter Umständen vielen Innenlagen für Erdpotential,
Versorgungspotentiale und Signalverbindungen. II' Fertigungsgang ist eine Prüfung
Jeder Lage einzeln äußerst wünschenswert, damit mögliche Fehler noch vor dem rGusammenkleben
bzw. vor dem Auflegen der nächsten Lage korrigiert werden können. Eine vollständige
elektrische Prüfung jeder Lage (im folgenden Prüfling genannt) ist wegen der hohen
Zahl von zu kontaktierenden Punkten ziemlich teuer und langwierig und die genaue
Lokalisierung eins evenuellen Fehlers ist dabei nicht möglich. Sie hat außerdem
den Nachteil, daß Abweichungen der Breite der Beiterbahnen normalerweise nicht erfaßt
werden können; eine konstante Breite der Leiterbahnen und damit ein konstanter Wellenwiderstand
sind aber für das störungsfreie Arbeiten von sehr schnellen Datenverarbeitungsanlagen
äußerst wichtig.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ene Anordnung zum
Prüfen von mit Leiterbahnen'versehenen Lagen von Ein- oder. Mehrlagenleiterplattenanzugeben,
durch die auch Abweichungen der Breite der Leiterbahnen erfaßt werden können und
bei der Jeder Fehler direkt lokalisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöet durch einen bewegbaren Schlitten, auf dem
der in Spalten, Zeilen und Punkte unterteilte Prüfling
befestigt
ist, durch eine optoelektronische Abtasteinrichtung, die die Zeilen, eine nach der
anderen, während der Schlittenbewegung in Richtung einer Spalte abtastet und die
pro abzutastendem Punkt einer Zeile ein dem Oberflächenzustand des Prüflings entsprechendes
iatiiertsignal und einen Punktzähltakt abgibt und durch eine Ab: auf steuerung,
der zum Vergleich mit einem Sollwert das Istwert signal und der Punktzähltakt zugeführt
werden und die ein Fehlersignal abgibt, wenn der Sollwert nicht mit dem Istwert
übereinstimmt.
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Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeisp@eles weiter erläutert
werden. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der Anordnung, Fig. 2 ein Blockschaltbild
eines Teiles der Ablaufsteuerung, Fig. 3 eine mögliche Leiterbahnkonfiguration.
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In Fig. 1 ist ein prinzipielles Blockschaltbild er erfindungsgemäßen
Anordnung dargestellt. Mit ABB int eine Ablaufsteuerung, mit ATE eine optoelektronische
btasteinrichtung und mit SOH ein Schalter bezeichnet. Die Ablaufsteuerung ist aufgeteilt
in einen Zentralteil ZT, eine Spiegelsteuerung SPS, eine Abtast- und Vergleichssteuerung
AVS und eine Schlittensteuerung SLS.
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Der Zentralteiler ZT vermittelt den Datenverkehr zwischen einer Datenverarbeitungsanlage
DVA und der Ablaufsteuerung ABB und den Steuerungen SPS, AVS, SLS lLntereinander.
Die Spiegelsteuerung SPS steuert die Bewegung eines Schwing- bzw. Drehspiegels,
mit dem eine beleuchtete Zeile auf einen Lichtspannungswandler abgebildet oder ein
Lichtstrahl auf die Lage geleitet wird. Die Abtaet- und Vergleichssteuerung AVS,
die in Fig. 2 ausführlicher
gezeigt ist, empfängt von der Abtasteinrichtung
ATE das Istwertsignal und den Punktzähltakt und führt den Soll-Istwertvergleich
durch. Die Schlittensteuerung SLS steuert die Bewegung des Schlittens zu den Spalten
und Zeilen der Lage. Die Datenverarbeitungsanlage DVA kann z.B. mit einem Plattenspeicher
PTS (z.B. zur Speicherung der Sollwerte) und mit einem Blattschreiber BSR ausgerüstet
sein.
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Die zu prüfende Lage (im folgenden Prüfliag genannt) kann durch den
Schlitten SCH im Verhältnis zu der optoelektroniechen Abtasteinrichtung so bewegt
werden, daß sie in Spalten und jede Spalte in Zeilen unterteilt erscheint. Mit Hilfe
der Bewegung des Abtaststrahles der Abtasteinrichtung (bzw. eines Spiegels) kann
dann noch jede Zeile in punkte eingeteilt werden.
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Die Einstellung auf'die gewünschte Spalte und die gewünschte Zeile
wird somit von einem in zwei Dimensionen verschiebbaren Schlitten SCH durchgeführt,
auf dem die zu prüfende Lage aufgespannt ist, während die Auswahl eines bestimmten
Punktes innerhalb der betreffenden Zeile von einer mechanisch feststehenden optoelektronischen
Abtasteinrichtung ATE vorgenommen wird.
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Natürlich könnte-aueh die Abtasteinrichtung bewegt und der Prüfling
feststehend gelassen werden.
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Die Schlittensteuerung SLS gibt einen Befehl zur Einstellung auf eine
bestimmte Spalte. Auf einen Startbefehl hirn, bewegt sich dann der Schlitten SCH
mit annähernd gleichförmiger Geschwindigkeit über die gesamte Spaltenlänge hinweg,
so daß der Reihe nach alle Zeilen der betreffenden Spalte unter die optoelektronische
Abtasteinrichtung ATE zu liegen kommen. Die Abtastung erfolgt dabei fliegend. Bei
jeder Zeile liefert die Schlittensteuerung SLS ein Synchrotisiersignal
(Zeilenzähltakt)
an die Spiegelsteuerung 3PS.
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Diese wiederum führt auf Jedes dieser Synchronis.tersignale hin ein
Startsignal der Abtasteinrichtung ATE zu. Diese tastet dann die Punkte einer Zeile
ab. Die Abtasteinrichtung oder die Ablaufsteuerung selbst liefert für jeden abgetasteten
Punkt einen Zählimpuls, den sogenannten Punktzähltakt, der in der Ablaufsteuerung
ABL weiterverarbeiT tet wird.
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Für Jede Zeile erzeugt die Abtasteinrichtung ATE ein digitales Istwertsignal,
das in Jedem Moment dem Zustand des gerade abgetasteten Punktes der betreffenden
Zeile auf der Oberfläche des Prüflings entspricht (z.B. Metall = nln, Isolierstoff
= "O"). Gleichzeitig werden die Punktz§hltakte erzeugt. Soll z.B. Jede Zeile in
500 Punkte unterteilt werden, dann muß die Abtasteinrichtung ATE während der Abtastung
Jeder Zeile 500 Punktzähltakte liefern und das Istwertsignal muß zur Verarbeitung
(Sollwert-Istisrtvergleich) in 500 bit unterteilt werden. Der Punktzähltakt erhöht
laufend einen Punkt zähler. Dieser gibt also Auskunft darüber, welchem Punkt der
betreffenden Zeile der Jeweilige Momentanwert des Istwertsignales zugeordnet ist.
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Die Abtasteinrichtung ATE ist z.B. so realisiert, daß Jeder Punkt
der (genügend hell beleuchteten) absutastenden Zeile nach dem anderen über einen
Schwing- oder Drehspiegel und eine Optik auf einen schnellen Licht-Spannungswandler
(z.3. Fotovervielfacher) abgebildet wird, an dessen Ausgang das Istwertsignal abgenommen
werden kann.
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Oder ein Laserstrahl wird über eine Optik mit einem Schwing- oder
Drehspiegel auf Je einen Punkt der absutastenden Zeile gelenkt, und das Streulicht
wird in eine Spannung umgewandelt. Schließlich könnte das Abtastsystem auch aus
einem Fernsehauge bestehen, das eine ganze Anzahl
von Zeilen Jeweils
zwischenspeichert und dieses Bild anschließend elektronisch abtastet.
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Der Schlitten ist in zwei Richtungen verschiebbar. Es ist jedoch nicht
notwendig, daß er in beiden Richtungen gleichzeitig bewegt werden kann. In der Zeilenrichtung
kann er programmgesteuert eine bestimmte Spalte ansteuern, im allgemeinen wird das
immer eine benachbarte Spalte nach der anderen sein. In Spaltenrichtung kann der
Schlitten vorteilhafterweise an beiden Seiten über die von der zu prüfenden Lage
her notwendige Randlage hinaus weiterbewegt werden. Dies ist dann der Beschleunigungs-
bzw. Bremsbereich bei Start und Stop des Schlittens in Spaltenrichtung. Während
sich die zu prüfende Lage unter der Abtasteinrichtung befindet, soll der Schlitten
konstante Geschwindigkeit haben, um den Lagefehler möglichst klein zu halten. Der
Zeitraum, in dem sich die zu prüfende Lage nicht mehr unter' der Abtasteinrichtung
befindet, kann dazu benutzt werden, um den Schlitten auf die nächste Spalte einzustellen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Abtast- und Vergleichssteuerung AVS ist
in Fig. 2 dargestellt. Während der Abtastung einer Zeile werden Von der Abtasteinrichtung
ATE der Punktzähltakt dem Eingang A und das Istwertsignal dem Eingang B der Abtast-
und Vergleichssteuerung AVS zugeführt. Dabei herrscht zwischen dem Punktzkhltakt
und dem Istwertsignal ein Synchronismus. Das heißt, wenn der n-te Punktzähltakt
geliefert wird, entspricht das Istwertsignal dem Oberflächenzustand des n-ten Punktes
auf der Zeile, wobei die Zeile als Ganzes innerhalb eines gegebenen Toleranzbereiches
verschoben sein darf. Der Punktzähltakt wird einem Absolutpunktzähler AP zugeleitet.
Er zählt die Punktzähltakte pro Zeile.
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Der Stand des Absolutpunktzählers AP gibt also tuS-schluß darüber,
an welcher Stelle innerhalb einer Zeile sich der Abtaststrahl gerade befindet. Übar
die UND-Schaltung G1 wird der jeweilige Momentanwert des Istwertsignales zur Zwischenspeicherung
einem Istwertregister IR zugeführt. Am Ausgang les Istwertregisters IR ist ein Differenzierglied
DZ angeschlossen, das die Istwertsignale differenziert.
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An seinem Ausgang erscheint nur zu den Zeitpunkten eine binäre "1",
an denen sich der Istwert gerale von null auf eins oder von eins auf null geändert
hat, d.h. an dem sich der Oberflächenzustand der zu prüfenden Lage geändert hat.
Das differenzierte Istwertsignal , das im folgenden als Wertewechselsignal bezeichnet
wird, wird über die Wertewech3elsignalleitung WS dem Rücksetzeingang eines Relativpunktzählers
RP zugeleitet. Der Zähleingang des Relativpunktzählers RP ist mit dem Eingang A
für iie Punktzähltakte verbunden. Der Stand des Relativ@unktzählers RP im Moment
des Rücksetzens gibt somit darüber Aufschluß, wie weit benachbarte Beiterb.hnkanten
voneinander entfernt sind.
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Der Ausgang des Absolutpunkteählers AP ist mit einer Vergleichsschaltung
VG1 verbunden, Der Vergleichsschaltung VG1 wird außerdem von einem Absolutsollwer-iregister
ASR der Sollwert der Lage der Leiterbahnkauten auf dem Prüfling zugeleitet. Der
Stand des Abso@utpunktzählers AP und der Sollwert von dem Absolu-;sollwertregister
ASR werden in der Vergleichsschaltung VG1 verglichen. Weichen die beiden Werte voneinander
ab, dann liegt ein Fehlerfall vor und die Vergleichsschaltung VG1 gibt ein Fehlersignal
ab. Dieses vehlersignal steuert eine UND-Schaltung G4 an, die au3erdem mit dem Ausgang
des Absolutpunktzählers AP verbunden
ist. Im Fehlerfall wird die
UND-Schaltung C-4 geöffnet und der Inhalt des Absolutpunktzählers AP wird in ein
Fehlerregister FR eingespeichert.
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Auf die gleiche Art wird der Inhalt des Relatilpunktzählers RP mit
dem Inhalt eines Relativsollwertregisters ASR in einer Vergleichsschaltung VG2 verglichen.
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Bei Ungleichheit wird ebenfalls ein Fehlersignal in der Vergleichsschaltung
VG2 angezeigt, das die UND-Schaltung G4 ansteuert. In dem Relativsollwertregister
RSR*steht der Sollwert des Abstandes von nebeneinanderliegenden Leiterbahnkanten
einer Lage.
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Die Sollwertregister ASR und RSR können nun vorteilhafterweise aus
ersten und zweiten Registern aufgebaut sein. In den ersten Registern sind dann de
oberen Grenzen des Sollwertes, in den zweiten Registern die unteren Grenzen des
Sollwertes gespeichert. Dann muß der Istwert nicht genau mit einem Sollwert übereinstimmen,
es genügt vielmehr, daß er zwischen der oberen und der unteren Grenze des Sollwertes
liegt.
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Durch den Bereich zwischen der oberen und der unteren Grenze des Sollwertes
wird ein Toleranzbereich vorgegeben, in dem die Leiterbahnkanten verschoben sein
können.
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Die ersten Register des Absolutsollwertregisters ASR sind im Ausführungsbeispiel
der Fig. 2 mit RA Dezeichnet, die zweiten Register mit R3. Die erstenRgister des
Relativsollwertregisters RSR sind mit RC, die zweiten:. Register mit RD benannt.Es
sind 16 Registerstufen aus ersten und zweiten Registern vorgesehen, wobei-die Anzahl
der Registerstufen der maximalen Anzahl der Leiterbahnkanten innerhalb einer Zeile
entsprechen. Die Registerstufen der ersten und zweiten
Register
sind jeweils zu einem Ring zusammrngeschlossen. Sollen nicht alle ersten und zweiten
Register zum Vergleich herangezogen werden, dann werden entprechende Markierungsbits,
z.B. eine binäre "O", in die den ersten und zweiten Registern zugeordneten Speicherzel:.en
SP eingeschrieben.
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Entsprechend der Unterteilung der Sollwertregister ASR.
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und RSR in erste und zweite Register, werden auch die Vergleichsschaltungen
VG1, VG2 in je zwei Vergleicher unterteilt. Ein erster Vergleicher ist der unteren
Grenze des Sollwertes zugeordnet, der andere Vergleicher der oberen Grenze des Sollwertes.
Z.B. besteht die Vergleichs schaltung VG1 aus dem Vergleicher AU für die untere
Grenze des Sollwertes und aus dem Vergleicher AO für die obere Grenze des Sollwertes,
entsprechend die Vergleichsschaltung VG2 aus dem Jergleicher RU für die untere Grenze
des Sollwertes u;id dem Vergleicher RO für die obere Grenze des Sollwertes.
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Die Wirkungsweise der Register und der Vergleicher soll an einem Beispiel
erläutert werden. Es sei angenommen, daß innerhalb der abzutastenden Zeile wier
Leiterbahnen liegen. Beim Abtasten der Zeile w.rd folglich achtmal ein Wertewechselsignal
am Ausgang des Differenziergliedes DG erscheinen. Der jeweilige momentane Stand
des Absolutpunktzählers AP gibt Aufschluß darüber, wie weit die betreffende Leiterbahnkante
vom Zeilenanfang entfernt ist, der jeweilige momentane Stand des Relativpunktzählers
RP gibt Aufschlu3 darüber, wie weit die betreffende Leiterbahnkante von dar vorhergegangenen
Leiterbahnkante entfernt ist. Die Jeweiligen momentanen Stände von Absolutpunktzähler
AP und Relativpunktzähler RP werden nun - falls nicht das betreffende Markierungsbit
in den Speicherzellen "0" gesetzt ist -mit
dem Inhalt der Stufe
1 der vier Sollwertreistergruppen verglichen, wobei festgestellt wird, ob der Zeitpunkt
und damit auch der Ort des ueberganges innerhalb gewisser durch Programm vorgebbarer
Schranken liegt. Nach durchgeführtem Vergleich werden alle vier Registergruppen
um ein Register weiter geschoben, damit die nächsten Sollwerte zum Vergleich bereitstehen.
Bei jeder Zeile werden also alle Register insgesamt um einen vollen Umlauf verschoben.
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An machenn Stellen einer Leiterplatte ist der Zustand in einem Teil
einer Zeile undefiniert (s. dazu Fig. 3).
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Wegen der Toleranz eines Lötauges IA und des Schlittens ist nicht
sicher, ob die betreffende Zeile ZL das Lötauge LA anschneidet oder nicht anschneiaet
(Toleranzbereich TL). Es muß deshalb das Wertewechselsignal eine Zeit lang gesperrt
werden. Dies erfolgt mit Hilfe eines Maskenregisters MR. In den Registerstufen des
Maskenregisters stehen die Anfangs- und Endadrzsse des zu maskierenden Bereiches,
d.h. des Bereiches, in dem keine Wertewechselsignale zu dem Relativpunktzähler RP
gelangen dürfen. Diese- Adressen werden in einer Vergleichsschaltung VG3 mit dem
Inhalt des Absolutpunktzählers AP verglichen; bei Gleichheit wird eine UND-Schaltung
G3 angesteuert, die dann offen ist, wenn das dieser Adresse zugeordnete Markierungsbit
in den Speicherstellen SPM in ist. Das Ausgang signal der UND-Schaltung G3 setzt
ein Masken-Flip-Flop MFF, das eine in di e Wertewechselsignalzuleitung WS eingefügte
UND-Schaltung G2 sperrt. Die Wertewachselsignale können dann nicht mehr von dem
Differenziergli-ed DG zum Relativpulik'tzäbl'er RP gelangen, Die in den ersten und
zweiten Registern des Absolutsollwertregisters ASR und des Relativsollwertregisters
RSR
und die in dem Maskenregister MR stehenden Informationen bleiben im allgemeinen
über viele Zeilen hinweg konstant, da die Leiterbahnen auf dem Prüfling zum großen
Teil parallel verlaufen. In einem Weckregister WR ist nun hinterlegt, bei welchen
nächsten Stand eines Zeilenzählers ZZ die Register der Abtast- und Vergleichssteuerung
AVS umgeladen werden müssen. Dazu wird der Abtast- und Vergleichssteuerung AVS von
der Schlittensteuerung SLS ein Zeilenzähltakt zugeführt, der auf den Zeilenzänler
ZZ gelangt. Der Inhalt des Zeilenzählers ZZ wird mit dem Inhalt des Weckregisters
WR verglichen, uni zwar in der Vergleichsschaltung VG4. Bei Gleichheit werden dann
Informationen, z.B. von einer Datenvenarbeitungsanlage DVA, an die Sollwertregister
unl das Maskenregister geliefert. Die Adresse der in die Sollwertregister und das
Maskenregister zu speichernden Information kann z.B. in einem Leeadressregister
eingeschrieben seint Der Inhalt der Fehlerregister FR kann der Date.lverarbeitungsanlage
DVA geliefert werden. Die Übernahme der Information von den Fehlerregistern in die
Datenverarbeitungsanlage und von der Datenverarbeitung3anlage in die Sollwert- und
Maskenregister kann während der Zeit erfolgen, in der die Abtasteinrichtung von
einer Zeile auf die nächste umgeschaltet wird.
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Die Schaltungsanordnung nach Fig 2, bei der die einzelnen Bausteine,
z.B. die Register und die Zähler, auf bekannte Weise aufgebaut sein Können, soll
nur ein Beispiel dafür angeben, wie die Abtat- nl Vergleichssteuerung ausgei'ührt
sein sann. Andere technische RealisieriLngen :3ind möglich.
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Wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sind: 1. Während
der Abtastung hat der Schlitten eine konstante hohe Geschwindigkeit. Dadurch ist
es möglich trotz hoher Arbeitsgeschwindigkeit des Prüfsystemeß den Lagefehler des
Schlittens sehr klein zu halten.
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2. Die optoelektronische Abtasteinrichtung braucht nur eine eindimensionale
Ablenkmöglichkeit zu beiden.
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3. Es werden keine Istwerte gespeichert, sondern diese werden bei
der Abtastung sofort und direkt verarbeitet.
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4. Durch Verwendung von jeweils zwei Sollwertschrankenregistern für
die untereund obere Grenze ist die Auflösung bei der Abtastung unabhängig von der
zulässign Toleranz der Breite und der Lage der Leiterbahnen.
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5. Durch die Verwendung von Absolutsollwertregistern und Relativsollwertregistern
kann die zulässige Toleranz der Breite der Leiterbahn unabhängig von der zulässigen
Toleranz der Lage. der Leiterbahn überpraft werden.
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10 Patentansprüche 3 Figuren