ES2091542T5 - Impresora termica dotada de una alimentacion electrica de mejor calidad. - Google Patents

Impresora termica dotada de una alimentacion electrica de mejor calidad.

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Abstract

UNA IMPRESORA TERMICA TIENE UN CABEZAL (30) DE IMPRESION CON UNA PLURALIDAD DE ELEMENTOS DE CALDEO RESISTIVOS SELECTIVAMENTE ENERGIZADOS Y DESENERGIZADOS, PARA GENERAR IMAGENES IMPRESAS SOBRE MATERIAL LAMINAR (S). CON OBJETO DE PERFECCIONAR LA CALIDAD DE LA IMAGEN IMPRESA, SE DISPONE DE MEDIO CAPACITIVO (76) PARA ELIMINAR SOBREVOLTAJES MOMENTANEOS EN EL SUMINISTRO DE ENERGIA AL CABEZAL DE IMPRESION (30). EL MEDIO CAPACITIVO (76) ESTA INSTALADO CERCA DEL CABEZAL DE IMPRESION (30) PARA REDUCIR AL MINIMO LA IMPEDANCIA INDUCTIVA EN EL SISTEMA DE SUMINISTRO DE ENERGIA.

Description

Impresora térmica dotada de una alimentación eléctrica de mejor calidad.
La presente invención se refiere a un aparato de impresión térmica que genera imágenes impresas en una variedad de diseños sobre material de lámina. Más particularmente, el aparato tiene una cabeza de impresión térmica con una pluralidad de elementos calefactores activados a través de una fuente de energía establecida.
Son bien conocidos los aparatos de impresión que utilizan cabezas de impresión térmicas, y debido a su flexibilidad se utilizan a veces en impresoras, que producen una amplia variedad de imágenes impresas, particularmente imágenes que se definen en programas de datos digitales almacenados o transmitidos. Tales aparatos de impresión que se utilizan para generar signos, diseños, caracteres y otras numerosas imágenes gráficas sobre una tira de material de lámina se describen en los documentos US- A-4 543 587 y DE-A-3 613 946.
Para proporcionar imágenes claras con alta resolución, las cabezas de impresión se construyen con elementos calefactores empaquetados densamente dispuestos en una serie lineal para la activación selectiva y la generación de imágenes impresas en pixels pequeños. Una cabeza de impresión de este tipo tiene una serie lineal de elementos calefactores de aproximadamente 30,5 cm (12 pulgadas) de largo con elementos dispuestos en una densidad de 118 por cm (300 por pulgada).
Con una cabeza de impresión que tiene un gran número de elementos calefactores, se necesita un suministro de energía regulada y el suministro de energía debe tener la capacidad para activar todos los elementos calefactores simultáneamente o de forma substancialmente simultánea. Sin embargo, tal activación puede provocar demandas de carga significativas y si la imagen que se imprime tiene una impresión intermitente, es decir, una secuencia de puntos alternos tintados y no tintados en la dirección de la impresión, los circuitos de regulación del suministro de energía pueden no ser capaces de responder al ciclo de carga entre la energía de pico y cero o demandas de baja energía de la cabeza de impresión. Como consecuencia del ciclo de carga y de la impedancia inductiva en la circuitería entre el suministro de energía y la cabeza de impresión, la imagen impresa puede desvanacerse e intensificarse debido a las corrientes transitorias anormales que surgen como corrientes momentáneas en los circuitos que suministran energía a la cabeza. Tales corrientes momentáneas distorsionan la imagen impresa y hacen que se aparte de los datos digitales del programa que define la imagen.
Un número de soluciones conocidas para mejorar la respuesta de la cabeza de impresión incluyen incrementar la capacidad del suministro de energía. Sin embargo, las consideraciones prácticas limitan, naturalmente, la efectividad de tal solución, ya que el suministro de energía se realiza típicamente a menos del 50% de capacidad.
Otra solución que se incorpora en los accionadores existentes para las cabezas de impresión consiste en la activación en fase de los elementos calefactores en la cabeza. Por ejemplo, una cabeza de impresión que tiene 30,5 cm (12 pulgadas) de largo puede dividirse en cuatro secciones que se disparan o se activan a través de cuatro impulsos o señales de reloj diferentes, de manera que los elementos calefactores en cada sección no se conectan simultáneamente. En su lugar, cada sección se activa a intervalos separados por incrementos de tiempo en el orden de milisegundos que no serán perceptibles en la imagen impresa. De esta manera, las demandas repentinas de carga sobre el suministro de energía se distribuyen sobre un período de tiempo más largo.
En las impresoras conocidas mencionadas anteriormente, se conecta un condensador a través de los terminales del suministro de energía. Sin embargo, en los documentos US-A-4 543 587 y DE-A-3 613 946 no se describen ninguna relación de distancia del suministro de energía, la cabeza de impresión y el condensador.
A pesar de las técnicas empleadas hasta la fecha para reducir al mínimo las corrientes momentáneas, los problemas implicados con el suministro de energía a cabezas de impresión tenderán a plantearse todavía a velocidades de impresión altas cuando la imagen impresa requiera que se activen o desactiven simultáneamente números substanciales de elementos calefactores en la cabeza.
De acuerdo con ello, el problema que debe resolverse por la presente invención consiste en aliviar las dificultades que surgen con las corrientes momentáneas en los circuitos de suministro de energía para una cabeza de impresión térmica con el fin de mejorar la calidad y la precisión de la imagen resultante.
La invención resuelve este problema por las características descritas en la reivindicación 1. Desarrollos ventajosos adicionales se especifican en las reivindicaciones dependientes.
La presente invención reside en un aparato de impresión térmica que tiene una cabeza de impresión que contiene una pluralidad de elementos calefactores resistivos para producir imágenes impresas. Los elementos calefactores se activan y desactivan selectivamente para impartir energía térmica a un medio de impresión para generar la imagen sobre el material de lámina.
El aparato de impresión térmica incluye medios de suministro de energía eléctrica que tienen terminales de salida conectados con cada uno de la pluralidad de los elementos calefactores en la cabeza de impresión para suministrar energía eléctrica a una tensión dada a los elementos. Los elementos cuando están activados convierten la energía eléctrica en energía térmica y a través de la liberación de la energía se produce marcas visibles sobre la lámina.
De acuerdo con la presente invención, medios de condensador se conectan a través de terminales de los medios de suministro de energía para estabilizar la tensión dada generada por el suministro de energía. Dicha estabilización previene las corrientes transitorias anormales en presencia de activación y desactivación simultáneas o casi simultáneas de todos o un número significativo de los elementos calefactores resistivos en la cabeza de impresión. Los medios capacitivos incluyen uno o más condensadores que se conectan a medios de suministro de energía y se colocan próximos a la cabeza de impresión para reducir los efectos de la impedancia inductiva. Con los medios de suministro de energía colocados en la base del aparato y la cabeza de impresión colocada en el bastidor superior del aparato, los condensadores se colocan en el bastidor superior en estrecha proximidad a la cabeza de impresión.
La invención es de utilidad particular en aparatos de impresión donde la cabeza de impresión es una cabeza de impresión alargada que se extiende transversalmente sobre una cinta de material de lámina que se mueve debajo de la cabeza durante un proceso de impresión. En tal aparato, se reducen al mínimo las corrientes momentáneas o corrientes transitorias anormales desde el suministro de energía que modularían en otro caso la intensidad de la imagen en la dirección del movimiento de la cinta. La invención, como se describe, puede usarse por sí misma para reducir los efectos de las corrientes transitorias anormales, y puede usarse también en combinación con otras técnicas para disminuir al mínimo los efectos del ciclo de carga y la impedancia inductiva en el circuito de suministro de energía.
La invención se describirá ahora adicionalmente con referencia a los dibujos que se acompañan en los que:
La figura 1 es una vista en perspectiva que ilustra un aparato de impresión que incorpora la presente invención.
La figura 2 es una vista fragmentaria del aparato de impresión de la figura 1 y muestra una cabeza de impresión térmica y un mecanismo de accionamiento para mover una tira del material de lámina debajo de la cabeza durante un operación de impresión.
La figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra los circuitos de control y de energía para la cabeza de impresión de la figura 1.
La figura 4 es una vista esquemática eléctrica, abreviada que muestra un número de los componentes duplicados en el circuito de accionamiento y la cabeza de impresión térmica; y
La figura 5 es una vista en planta simplificada de la cabeza y de una tira de material de lámina que lleva una imagen producida por la cabeza.
La figura 1 ilustra un aparato de impresión térmica o impresora, generalmente designada con 10, que incorpora la presente invención y responde a un programa de impresión almacenado en una memoria 12 para generar imágenes impresas sobre un medio de impresión ilustrado como una tira S de material de lámina. La tira se suministra en rollo que está soportado sobre una plataforma 14 sobre el lado trasero de la máquina y se hace avanzar sobre un rodillo de guía 16 en la máquina. La tira sale por el lado frontal de la máquina con las imágenes impresas. Por ejemplo, la tira S del material de lámina puede ser una tira de vinilo asegurada a un material de refuerzo desprendible por un adhesivo sensible a la presión.
Después de que se ha imprimido un diseño o una imagen imaginarios, tal como se muestra en la figura 1, sobre el material, el material puede colocarse en una máquina de corte y la porción de corte puede elevarse entonces del material de refuerzo y colocarse sobre un cuadro de signos u otro objeto.
El diseño impreso sobre la tira S del material de lámina se almacena en forma digital en la memoria 12, y cuando el operador de la impresa llama un programa de impresión que debe llevarse a cabo a través del panel de control 18, un controlador basado en microprocesador 20 carga el programa desde la memoria y genera comandos de máquina que se alimentan a una cabeza de impresión térmica 30 y a un mecanismo de accionamiento 32 en la cabeza como se muestra en la figura 2 para mover la tira S del material de lámina a través de la impresora a medida que tiene lugar la operación de impresión.
La impresora incluye una tapa 22 que se monta en pivote en la base 24 para abrir la impresora y cargar inicialmente la tira S del material de lámina en la impresora debajo de la cabeza de impresión.
La figura 2 ilustra en detalle el interior de la impresora 10 con la tapa 22 retirada. El mecanismo de accionamiento para mover la tira S del material de lámina a través de la impresora durante la impresión como se indica por las flechas en la figura 2, incluye un pareja de ruedas dentadas de accionamiento 34 (figura 2 y 5) que se aseguran a un árbol de accionamiento 36 montado giratoriamente dentro de la base 24. Un motor de accionamiento (no mostrado) montado dentro de la base está conectado giratoriamente al árbol de accionamiento. Las ruedas dentadas engranan, respectivamente, en una serie de agujeros de alimentación que se extienden longitudinalmente a lo largo de los bordes laterales de la tira alargada del material de lámina como se muestra en las figuras 1 y 5.
Además, una plancha de rodillos 40 se extiende entre las ruedas dentadas 34 tangencialmente al plano cilíndrico de las ruedas dentadas en su punto más alto y soporta la tira S del material de lámina entre las ruedas dentadas. En una forma de realización de la invención, la tira de material de lámina tiene 38,1 cm (15 pulgadas) de ancho y la plancha de rodillos tiene aproximadamente 30,5 cm (12 pulgadas) de ancho, de manera que las porciones longitudinales del borde de la tira solapan la plancha y engranan las ruedas dentadas. La plancha, si se desea, puede accionarse giratoriamente a través del árbol de accionamiento 36. La superficie exterior de la plancha se forma preferentemente por un manguito de caucho duro que define una superficie de fricción que incide en la tira de material de lámina y soporta el material directamente debajo de la cabeza térmica 30 como se muestra más claramente en la figura 2.
Como se muestra en la figura 2, la cabeza de impresión térmica 30 está soportada en un bastidor de soporte 46 que está conectado en pivote con la base 24 en un eje 44, de manera que la cabeza de impresión puede subir y bajar en engrane con la tira S del material de lámina que pasa sobre la plancha de rodillos 40. La cabeza de impresión está soportada elásticamente desde el bastidor 46 por una placa que sirve como un sumidero térmico y superficie de montaje, de manera que puede controlarse la presión de impresión entre la cabeza de impresión y el material de lámina.
La cabeza de impresión térmica 30 se extiende transversalmente a través de la tira S del material de lámina como se muestra substancialmente en la figura 5, y tiene generalmente una longitud aproximadamente igual a la longitud de la plancha de rodillos 40 que subyace debajo de la tira del material de lámina. La cabeza de impresión es una cabeza de impresión térmica que tiene una pluralidad de elementos calefactores distribuidos en una serie lineal empaquetada densamente a lo largo de la cabeza desde un extremo al otro. Por ejemplo, los elementos pueden tener una densidad de 118 por cm (300 por pulgada) y se colocan para hacer contacto con la tira del material de lámina a lo largo de una línea o zona de contacto que se define por la curvatura de la plancha de rodillos. Una cabeza de impresión de este tipo se fabrica por Kyocera Industrial Ceramics, Inc. de Kyoto Japón.
Para imprimir imágenes sobre una tira S del material de lámina que no es por sí misma sensible térmicamente, tal como una tira de vinilo, una cinta donante W que lleva una tinta de impresión desprendible térmicamente se hace avanzar entre la cabeza de impresión 30 y la tira S como se muestra en la figura 2. La cinta W está soportada sobre carretes de suministro y de recepción (no mostrados) montados dentro del bastidor de soporte 46 y avanza sincrónicamente con la tira S del material de lámina debajo de la cabeza de impresión durante una operación de impresión, debido al acoplamiento de fricción de la cinta y la tira. A medida que la tira y la cinta pasan debajo de la cabeza de impresión térmica, los elementos calefactores de la cabeza de impresión se activan selectivamente para liberar tinta de impresión desde la cinta sobre la tira en un patrón de impresión que se define en un programa de impresión dentro de la memoria 12 de la figura 1.
Ciertas imágenes impresas contienen patrones de tinta que requieren que se activen o desactiven simultáneamente o de una manera substancialmente simultánea todos o un número substancial de los elementos de impresión en la cabeza de impresión 30. Por ejemplo, la imagen impresa en la figura 5 contiene una serie de barras decorativas 50 y 52 que se extienden transversalmente a la tira S paralelamente a la cabeza de impresión 30. Además, los elementos de las letras "OIL" también se extienden transversalmente a la tira y paralelamente a la cinta. Las barras y las letras tienen una longitud aproximadamente igual a la de la cabeza de impresión y, por lo tanto, todos o substancialmente todos los elementos de impresión de la cabeza de impresión deben activarse y desactivarse simultáneamente a medida que la tira se traslada en la dirección indicada por las flechas perpendicularmente a las barras. La activación y desactivación rápida de todos los elementos puede introducir corrientes momentáneas en la energía suministrada a los elementos, y como consecuencia la intensidad o el tono de los elementos pueden verse afectados por corrientes transitorias anormales que proceden del ciclo de carga. Las variaciones de intensidad se deben generalmente al hecho que la circuitería de regulación del suministro de energía no será capaz de responder instantáneamente a los cambios bruscos de energía como se requiere por los datos digitales que se alimentan a la cabeza de impresión por el programa de impresión.
La figura 3 ilustra un diagrama de bloques de los componentes principales de control y de energía que hacen funcionar la cabeza de impresión 30. El controlador 20 suministra datos digitales que definen la imagen impresa a un accionamiento en estado sólido 60. El accionamiento tiene una serie de líneas de salida de datos 62 que alimentan datos digitales que definen el estado de excitación deseado de los elementos calefactores en la cabeza de impresión en cada etapa de la operación de impresión. Los impulsos de datos se suministran en serie sobre las líneas 62 y se distribuyen a los elementos calefactores dentro de las varias secciones de la cabeza de impresión. Además, el circuito de accionamiento 60 puede incluir un número de líneas de selección de impulsos que suministran impulsos de selección para activar los elementos calefactores en secciones diferentes de la cabeza de impresión en tiempos ligeramente distintos para desplazar ligeramente las demandas de energía de cada sección. Por ejemplo, como se muestra con las dos líneas, los impulsos de selección sobre una de las líneas 64 puede activar los elementos calefactores que tienen impulsos de datos positivos en la mitad de la cabeza de impresión, y los impulsos de selección sobre la otra línea 64 activaría los elementos que tienen impulsos de datos positivos en la otra mitad de la cabeza de impresión. Los impulsos de selección sobre las dos líneas están separados en el tiempo en cuestión de milisegundos y, por lo tanto, el desplazamiento ligero de los impulsos de impresión no es apreciable en la imagen.
Un suministro de energía eléctrica 70 para la cabeza de impresión es preferentemente un suministro de energía de DC regulada que tiene un terminal de salida positivo 72 y un terminal negativo o toma de tierra 74. Estos terminales están conectados a los terminales de la cabeza de impresión que activan los elementos calefactores resistivos. Por lo tanto, el suministro de energía proporciona toda la energía eléctrica que se convierte en energía eléctrica para liberar la tinta sensible térmicamente sobre la cinta W y depositar esta tinta en la tira S del material de lámina. El suministro de energía 70 puede proporcionar, además, otra energía para hacer funcionar la cabeza de impresión. Idealmente, la tensión de DC que aparece en los terminales 72 y 74 debería permanecer constante, para que los elementos calefactores resistivos en la cabeza de impresión proporcionen imágenes de acuerdo con el programa de impresión.
De acuerdo con la presente invención, uno o más condensadores 76 se conectan a través de los terminales del suministro de energía 70 para mantener la tensión de salida deseada y para suprimir las corrientes transitorias anormales que proceden de la activación y desactivación de los elementos calefactores en la cabeza de impresión. Por lo tanto, los condensadores estabilizan la tensión de salida y aseguran que la imagen generada por la cabeza de impresión tenga un tono y una calidad que corresponden a los pretendidos por el programa de impresión almacenado.
Como se muestra en la figura 2, los condensadores 76 están montados sobre un cuadro de circuitos 78 dentro del bastidor de soporte 48 de la impresora. Un montaje de este tipo coloca a los condensadores próximos a la cabeza de impresión 30, y por lo tanto, disminuye al mínimo la impedancia inductiva de la circuitería que interconecta el suministro de energía y la cabeza de impresión. El suministro de energía 70 se monta normalmente en la base 24 de la impresora ya que es un elemento generalmente voluminoso y pesado. Además, el suministro de energía tiene generalmente salidas múltiples para activar otros componentes eléctricos tales como el accionador 60 y el controlador 20, que se definen por componentes sobre cuadros de circuitos montados en la base 24. De aquí que en la impresora 10 como se ilustra en la figura 2, los conductores largos se extienden desde el suministro de energía 70 alrededor del eje giratorio 44 y hasta la cabeza de impresión 30 en un recorrido más bien tortuoso. Si los condensadores 76 se montan en la base 24, impedancia inductiva substancial con estructura circundante podría interferir significativamente con la tensión en otro caso limpia que debería suministrarse a la cabeza de impresión 30. De esta manera, el montaje de los condensadores 76 en el bastidor de soporte 46 compensa tal impedancia.
La figura 4 es una vista esquemática eléctrica que muestra la circuitería de la cabeza de impresión en forma abreviada, así como la conexión eléctrica de los condensadores 76. El terminal positivo 72 del suministro de energía 70 se conecta con una barra colectora de energía positiva 80 que se extiende substancialmente a lo largo de toda la longitud de la cabeza de impresión. Cada uno de elementos calefactores resistivos individuales 82 (solamente se muestran dos) en media cabeza de impresión, y los elementos calefactores individuales 84 (solamente se muestra uno) en la otra media cabeza de impresión están conectados por un extremo con la barra colectora de energía 80. Los otros extremos de los elementos calefactores 82 están conectados con la barra colectora de toma de tierra 89 a través de interruptores termistores o FET's 86 que controlan la activación y desactivación de los elementos calefactores 82. De forma similar, los extremos de los elementos calefactores 84, opuestos a la barra colectora de energía 80, están conectados con la barra colectora de toma de tierra 89 a través de interruptores termistores o FET's 88 para el mismo fin. Los condensadores 76 se conectan efectivamente a través de las barras colectoras de energía 80, 89 en paralelo con los elementos calefactores 82, 84. De esta manera, los condensadores tienden a mantener la tensión a través de los elementos y suprimen las corrientes transitorias anormales provocadas por el funcionamiento de los elementos.
Las puertas de control de los FET's 86 se conectan con una de las líneas de selección 84 a través de puertas NAND 90. Las puertas de los otros FET's 88 se conectan con la otra línea de selección 64 a través de puertas NAND 92. De esta forma, los elementos calefactores 82 se impulsan en tiempos ligeramente diferentes de los elementos 84 para extender las demandas de energía sobre el suministro 70 sobre un breve intervalo de tiempo.
El control individual de los elementos de acuerdo con los datos digitales del programa de impresión se establece a través de las líneas de datos 62 en la figura 3, que se conectan a una de las otras entradas de las puertas NAND 90, 92.
Aunque la presente invención se ha descrito en varias formas de realización, debería entenderse que pueden realizarse numerosas modificaciones y substituciones sin apartarse del ámbito de las reivindicaciones. Por ejemplo, los controles para activar los varios elementos calefactores de la cabeza de impresión pueden variar ampliamente mientras permitan el control discreto de los elementos y se adapten a las variaciones en el programa de inmersión. La estructura exacta de la impresora térmica puede variar ampliamente junto con el mecanismo de accionamiento que mueve el material con respecto a la cabeza de impresión. El material de lámina sobre el que actúa la cabeza de impresión puede ser material térmico sensible térmicamente, en cuyo caso no es necesario tener una cinta donante para transferir tinta al material de lámina. El número y valor de los condensadores conectados a través de los terminales del suministro de energía deberían ajustarse para satisfacer las demandas de energía y las características del sistema de suministro de energía que activa la cabeza de impresión. Adicionalmente, la localización de los condensadores entre el suministro de energía y la cabeza de impresión térmica debería seleccionarse para disminuir al mínimo el efecto de impedancia inductiva en el sistema de suministro. Por consiguiente, la presente invención se ha descrito en varias formas de realización a modo de ilustración en lugar de limitación.

Claims (6)

1. Aparato de impresión térmica que tiene una base para soportar material de lámina (S) durante la generación de imágenes impresas, un bastidor de soporte (46) montado móvil sobre la base (24), una cabeza de impresión térmica (30) soportada elásticamente a partir del bastidor de soporte (46) y que tiene una pluralidad de elementos calefactores resistivos activados y desactivados selectivamente para impartir energía térmica a un medio de impresión para generar una imagen impresa sobre el material de lámina (S), un suministro de energía eléctrica (70) montado en la base (24) y que tiene terminales de salida (72, 74) conectados con cada uno de la pluralidad de elementos calefactores resistivos en la cabeza de impresión (30) para suministrar energía eléctrica a una tensión dada para conversión en energía térmica por la pluralidad de elementos calefactores, caracterizado por un condensador (76) montado en el bastidor de soporte (46) cerca de y separado de la cabeza de impresión (30) conectado a través de los terminales (72, 74) del suministro de energía (70) y adaptado para estabilizar la tensión dada y prevenir las corrientes transitorias anormales por compensación de la impedancia inductiva del conjunto de circuitos que conectan la fuente de suministro de energía (70) y la cabeza de impresión (30) y de la estructura circundante cuando todos o un número significativo de los elementos calefactores resistivos en la cabeza de impresión (30) se activan o desactivan simultáneamente.
2. Aparato de impresión térmica como se define en la reivindicación 1, caracterizado porque el bastidor de soporte (46) se monta en pivote en la base (24).
3. Aparato de impresión térmica como se define en las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque un mecanismo de accionamiento (34) está montado en la base (24) para mover el material de lámina (S) respecto a la cabeza de impresión (30) montada en el bastidor de soporte (24).
4. Aparato de impresión térmica como se define en alguna de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el suministro de energía eléctrica (70) es un suministro de energía de D.C. que tiene dos terminales de salida (72, 74), y el condensador (76) está conectado a través de dos terminales (72, 74) del suministro de energía de D.C.
5. Aparato de impresión térmica como se define en alguna de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la cabeza de impresión térmica (30) tiene la pluralidad de elementos calefactores distribuidos en una serie lineal, y la circuitería de accionamiento (60) está conectada con la pluralidad de elementos calefactores para controlar la activación de los elementos en la serie e incluye circuitería de selección de impulsos (64) que inhibe simultáneamente la activación de todos los elementos calefactores en la serie.
6. Aparato de impresión térmica como se define en la reivindicación 5, caracterizado porque la circuitería de selección de impulsos (64) tiene al menos dos salidas conectadas, respectivamente, con los elementos calefactores en dos secciones de la serie lineal para activar elementos de cada sección en momentos ligeramente distintos.
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