ES2289489T3 - Metodo y sistema para inspeccionar envases. - Google Patents

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ES2289489T3 ES04715597T ES04715597T ES2289489T3 ES 2289489 T3 ES2289489 T3 ES 2289489T3 ES 04715597 T ES04715597 T ES 04715597T ES 04715597 T ES04715597 T ES 04715597T ES 2289489 T3 ES2289489 T3 ES 2289489T3
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Bernardus Cornelis Johannes Landman
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Abstract

Método para inspeccionar envases para un producto líquido, tal como bebidas, que comprende las etapas de: - poner un envase en rotación; - irradiar el envase durante la rotación con una radiación de una longitud de onda predeterminada; - realizar, por lo menos, una serie de, por lo menos, dos grabaciones de, por lo menos, una parte del contenido del envase durante la rotación, todo ello con un dispositivo de grabación de imágenes adecuado para realizar grabaciones a la longitud de onda predeterminada, caracterizado porque - el envase está situado substancialmente en la misma posición de rotación con respecto al dispositivo de grabación durante las sucesivas grabaciones de la serie.

Description

Método y sistema para inspeccionar envases.
Recientemente se han desarrollado métodos y sistemas para inspeccionar envases tales como botellas que contienen bebidas. La aparición, por ejemplo, de esquirlas de cristal en la cerveza puede tener como resultado pérdidas para la empresa como resultado, por ejemplo, de lotes rechazados, operaciones de devolución y daños a la reputación de la empresa debido a que la presencia de esquirlas de cristal puede ser tema de comentarios negativos en la prensa.
Por la descripción de patente europea EP 0418005 B1 se conoce un aparato para inspeccionar la presencia de materias extrañas, en el que se hacen girar los recipientes recibidos y unos medios de inspección inspeccionan los recipientes.
Por la solicitud internacional de patente WO 9714956 se conoce un método y un aparato para detectar esquirlas de cristal extremadamente pequeñas en botellas de cerveza llenas. Se hace girar cada botella llena durante un corto tiempo en una estación independiente y luego se detiene bruscamente, con lo cual pueden detectarse los movimientos de las pequeñas esquirlas de cristal utilizando un sistema de cámara con una fuente luminosa y un sistema asociado de procesado de la imagen.
Este método funciona suficientemente bien en la práctica, pero requiere un aparato complejo en la línea de llenado de una cervecería o de un fabricante de bebidas no alcohólicas. Llevar a cabo una inspección utilizando un método de este tipo significa unos 2,1 segundos por botella como media. Además, dicho sistema es costoso porque, con el objeto de alcanzar la elevada velocidad media, por ejemplo, de 60.000 botellas por hora de una línea de llenado, se requieren una serie de estaciones de rotación y de grabación de imágenes, por ejemplo 36.
De manera que para mejorar el método anterior indicado, la presente invención da a conocer un método para inspeccionar envases para un producto líquido, tal como bebidas, que comprende las etapas de:
-
poner un envase en rotación,
-
irradiar el envase durante la rotación con una radiación de una longitud de onda determinada,
-
realizar, por lo menos, una serie de dos grabaciones, por lo menos, de una parte del contenido del envase durante la rotación, con un dispositivo de grabación de imágenes adecuado para realizar grabaciones a la longitud de onda predeterminada, caracterizado porque el envase está situado substancialmente en la misma posición de rotación con respecto a las grabaciones de la serie.
Además, la presente invención da a conocer un sistema para llevar a cabo el método de inspeccionar envases para un producto líquido según la reivindicación 9.
El método según la presente invención tiene la ventaja de que se consigue una inspección correcta en un menor tiempo por envase, con lo cual se requiere un número relativamente pequeño de estaciones de rotación y de grabación de imágenes (unidades de detección, unidades de inspección). Cuando se aplica una realización según la presente invención, una inspección requiere una media de 0,7 segundos por botella. Un resultado de la misma es que los sistemas de inspección pueden ser realizados más fácilmente y más económicamente mediante la aplicación del método.
Para llevar a cabo una realización del método según la presente invención, será suficiente un sistema con un número menor de estaciones de rotación y de grabación de imágenes, por ejemplo, de 12 a 24.
Se toman imágenes sucesivas de una botella girando sobre su eje vertical. Durante la rotación de la botella, se registra por lo menos una (1x) imagen de la botella (girando continuamente). Estas imágenes son almacenadas. Se compara cada imagen con una imagen anterior o posterior de la misma botella con una diferencia de rotación de 360º. Cuando se comparan estas dos imágenes sucesivas, la botella estará situada en la misma posición mientras que, sin embargo, un trozo de cristal posiblemente presente en la botella tendrá otra posición en la imagen. Puede detectarse este desplazamiento del cristal entre las dos imágenes, por ejemplo, restando las imágenes una de otra. Si queda algo en la imagen, es que hay un cristal presente. La substracción de imágenes una de otra es un principio conocido "per se", que se aplica entre otras cosas en la inspección de etiquetas. De este modo se detectará una botella con una partícula de cristal.
Es posible llevar a cabo la inspección durante la rotación (cuando la botella está girando y el cristal se está moviendo con respecto a la botella). El giro y la inspección pueden ser llevados a cabo, en principio, conjuntamente en unos 0,7 segundos, con lo cual solamente serán precisas, por ejemplo, 18 (12 a 24) unidades de inspección, para alcanzar una capacidad de 60.000 botellas por hora.
Según una realización adicional, se realizan sucesivas grabaciones de la serie con un intervalo del tiempo de intervención de una duración predeterminada. De este modo resulta posible un método relativamente sencillo de activación de la cámara con el objetivo de tomar una fotografía.
Preferentemente, durante el periodo en el cual se realizan las grabaciones de una serie, se varía la velocidad de rotación. De este modo se consigue una diferencia entre la velocidad del contenido del envase y el propio envase.
Existe además una realización preferente adicional en la que se varía el sentido de la rotación durante el periodo en el cual se realizan las grabaciones de una serie. Los cambios de velocidad incrementan el efecto de la diferencia de velocidad.
En una realización adicional preferente se realiza una serie de grabaciones en cada giro a ángulos determinados. De este modo resulta posible detectar, por ejemplo, partículas en envases en los cuales ya se han colocado etiquetas.
De manera preferente se compara la información de las imágenes, a partir de las imágenes de una serie, con el objeto de detectar la presencia en el envase de partículas no deseadas, tales como partículas de cristal.
Las ventajas, características y detalles adicionales de la presente invención serán descritos en base a la siguiente descripción de las realizaciones preferentes, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
- la figura 1 muestra una vista esquemática de una estación de inspección según la presente invención;
- la figura 2 muestra un diagrama de tiempo de un programa de grabación según una realización de la presente invención;
- la figura 3 muestra un diagrama de tiempo según la realización de la figura 2;
- las figuras 4 a 8 muestran un diagrama de tiempo de diferentes realizaciones según la presente invención;
- las figuras 9 a 12 muestran unas vistas de forma esquemática de realizaciones adicionales según la invención.
Las botellas de cerveza (B) se sujetan una por una (figura 1) en una unidad de detección (12), entre un anillo (1) y un cabezal (2). Un motor (3) que está acoplado al cabezal (2) a través de un mecanismo (4) de reducción de la velocidad y un freno opcional (5), sirven para poner la botella en rotación. Por consiguiente, el anillo (1) y el cabezal (2) están montados de forma rotativa con respecto a un armazón (6). Además, se arroja luz a la botella procedente de una fuente luminosa (7), y se realizan grabaciones del contenido de la botella. Debido a que existen diferencias en la velocidad de rotación de la botella y del líquido, debido a la inercia de las masas, el contenido se moverá con respecto a la botella. Si se realizan a continuación grabaciones en diferentes momentos, utilizando una cámara CCD (8), en las grabaciones sucesivas el contenido estará situado en posiciones distintas con respecto a la botella. Esto se utiliza para detectar, por ejemplo, partículas de cristal.
La unidad de detección comprende además una unidad de generación de señales de activación (por ejemplo, un disparador de láser) para crear una señal en base a la cual una cámara (8) toma una fotografía. Una unidad láser (16) de transmisión/detección emite un rayo láser (17) en la dirección de un reflector (15) en una parte rotativa de la unidad de detección. Si el reflector pasa a través del rayo láser, éste último es reflejado, y el rayo reflejado es recibido por la unidad de detección (16). A continuación se envía una señal a la cámara en la cual se toma una fotografía.
Una alternativa a lo anterior es que el motor genera una señal de posición a la cámara, en base a la cual esta última toma una fotografía.
La información de la imagen es procesada en el ordenador (10) y puede ser visualizada en la pantalla (11).
Además de las ventajas descritas anteriormente, las realizaciones descritas a continuación tienen las siguientes ventajas comparadas con la técnica anterior:
-
la inspección puede tener lugar directamente durante la rotación de la botella,
-
la botella no tiene que detenerse físicamente ni mantenerse quieta,
-
la botella puede ser inspeccionada desde un cierto número de lados en vez de un solo lado, incrementando de este modo la fiabilidad de la inspección,
-
puede detectarse una obstrucción detrás de una etiqueta, un rayado (considerable), un relieve, o una botella impresa previamente,
-
la máquina puede estar situada después del dispositivo de etiquetado, con lo cual son posibles disposiciones flexibles de la línea y la máquina puede estar situada al final ésta y, por consiguiente, es posible una inspección final real,
-
existe menos complejidad mecánica, con lo cual se mejora la fiabilidad mecánica y la disponibilidad de la máquina (OPI),
-
debido a que las unidades de inspección están controladas individualmente, puede ponerse en práctica un perfil óptimo de rotación para cada unidad de inspección,
-
en el caso de una detención de la línea, todas las botellas presentes en el carrusel pueden ser inspeccionadas, con lo cual en el caso de una detención de la línea no quedan botellas sin inspeccionar (de lo que resultan pérdidas de producto y desperdicios).
Además de grabar una serie de imágenes consistentes en una fotografía por cada giro, es asimismo posible registrar una serie de imágenes en cada rotación (por ejemplo, a 0º, 90º, 180º y 270º ó más (figura 2) con las vistas I, II, III y IV respectivamente). Las imágenes que han sido grabadas con un ángulo determinado son comparadas a continuación con la imagen posterior grabada 360º después de este ángulo determinado. Esto se muestra en el siguiente diagrama de tiempo (Nota: en la vista superior, la botella gira alrededor de su eje vertical pero por otra parte está estacionaria con respecto a la cámara):
En base a este diagrama de tiempo se ha confeccionado la tabla siguiente para el caso de que se realicen grabaciones de 4 imágenes por revolución, en el cual se indica qué parte de la botella se muestra en un momento determina-
do:
100
A partir de lo anterior se ha realizado la siguiente tabla que indica en qué momento se está mostrando una parte determinada de la botella. Si no se detecta movimiento entre las dos imágenes sucesivas de la misma parte determinada de la botella, es que no se ha encontrado cristal ni contaminación.
Pueden tomarse fotografías, por ejemplo, en los siguientes puntos en el tiempo:
101
El movimiento del cristal con respecto a la botella se realiza de la manera siguiente (figura 3):
Cuando la botella está sometida a un desplazamiento angular, el líquido de la botella se pone en movimiento más lentamente que la botella. La partícula (-G-) (cristal) en el líquido se pone, por consiguiente, en movimiento más lentamente que la botella. La posición de la partícula (cristal) comparada en dos imágenes (con una diferencia substancial entre sí de 360º en la rotación de la botella), cambiará cuando aumente la velocidad de rotación de la botella.
Cuando disminuye la velocidad de rotación de la botella, al cabo de un cierto tiempo, el líquido de la botella girará más rápidamente que ésta. La partícula (cristal) en el líquido girará asimismo más rápidamente que la botella. La posición de la partícula (cristal) comparada en dos imágenes (substancialmente con una diferencia de 360º entre sí por la rotación de la botella), cambiará cuando disminuya la velocidad de rotación de la botella de una manera similar a lo indicado cuando aumenta la velocidad de rotación.
Como adición al método anterior para la generación de un movimiento relativo, puede utilizarse asimismo el periodo inmediatamente después de la puesta en marcha de la rotación de la botella. En dicho momento la partícula (cristal), debido a la inercia del movimiento, todavía está en reposo mientras que la botella ya se está moviendo. En esta fase, que preferentemente dura de 0 a 0,3 segundos aproximadamente, con una correcta selección de la exposición y del tiempo de obturación de la cámara la botella se mostrará desenfocada y la partícula (cristal) se mostrará perfectamente enfocada o moviéndose muy lentamente. La partícula (cristal) puede ser detectada aplicando técnicas de procesado de imágenes, conocidas "per se".
Es evidente que con este método es posible asimismo inspeccionar un mayor o menor número de partes de la botella. La ventaja, comparada con otros métodos, incluyendo la patente (WO 97/14956) es que la botella es inspeccionada desde una serie de lados, con lo cual se incrementan las probabilidades de detección (o puede disminuirse el tiempo de inspección, permaneciendo constantes las probabilidades de detección). Esta ventaja tiene una particular importancia en el caso de botellas etiquetadas previamente y de botellas rayadas.
Con el objeto de permitir la grabación de las anteriores series de imágenes, se recomienda la utilización de cámaras de rearmado asíncrono. Estas son unas cámaras que se activan (se disparan) por medio de una señal exterior para iniciar la grabación de una imagen. En esta aplicación, esto puede tener lugar mediante la utilización de una señal de posición retroalimentada procedente de una unidad de detección.
Con este método puede regularse la disposición de la rotación, de tal modo que se consigue un movimiento óptimo durante la grabación de imágenes y de este modo la detección de posibles partículas (figura 4). Para este objetivo es importante el concepto de perfil de rotación. El perfil de rotación muestra la velocidad angular de la botella en su eje vertical en función del tiempo. Un ejemplo sencillo es:
t0 - t1: puesta en marcha
t1 - t2: rotación continua
t2 - t3: frenado
Con el método es posible grabar y procesar imágenes durante todo el periodo t0 a t3.
Es particularmente ventajoso seguir variando la velocidad angular (figura 5) debido a que, de este modo, la partícula permanece moviéndose continuamente en relación con la botella.
Asimismo son posibles perfiles más complejos (por ejemplo, inversión de la rotación) o perfiles de rotación muy cortos (figuras 6, 7). De este modo pueden conseguirse tiempos de inspección muy cortos, de lo cual puede resultar una máquina muy compacta. Puede establecerse también un perfil óptimo de rotación (figura 8) para productos específicos, por ejemplo, jarabe.
Mediante este método de una cámara por unidad de detección con motor controlado separadamente, se hace posible la integración con otras inspecciones ya existentes de una botella, que se llevan a cabo en la práctica:
-
inspección de 360º de etiquetas, utilizando la rotación de la botella,
-
inspección de las paredes laterales de botellas decoradas y con relieves y, por ejemplo,
-
detección de hojas o láminas.
Pueden utilizarse un cierto número de cámaras, dentro del mundo de las cámaras fijas, para inspecciones adicionales a las que están orientadas las botellas.
La comunicación de datos puede ser reducida a un mínimo conectando el control del motor y el disparo de la grabación de imágenes mediante control inteligente.
La asignación de series de imágenes a los diferentes PCs (ordenadores) puede ser realizada por medio de, por ejemplo, el protocolo "Firewire" ("hilo de fuego") (norma IEEE 1394), o mediante ordenadores rápidos, o mediante tecnología de multiplexado.
El movimiento relativo de la partícula (cristal) que debe ser detectado en dos imágenes con 360º de diferencia en relación con la botella giratoria, debe ser considerable de manera que el programa de detección por medio de la detección del movimiento sea factible (debido a que cambia la posición de la partícula de cristal).
En una realización adicional la grabación de imágenes es llevada a cabo con unos intervalos de tiempo regulares y con un desplazamiento angular desconocido (cámara de rearmado sincrónico) en vez de un momento desconocido y un desplazamiento angular regular de la botella (cámara de rearmado asincrónico). La ventaja de la misma es una activación sencilla de la cámara. En este caso, es más complicado que las imágenes grabadas de una serie puedan ser/sean de diferentes lados de la botella, con lo cual debido a las diferencias visibles entre los lados, la substracción de imágenes no dará un resultado negro, incluso si no están presentes partículas (cristal). Con una buena iluminación del campo oscuro no es importante la orientación de la botella porque el lado y, por consiguiente, asimismo las diferencias entre los lados no serán visibles en la imagen (imagen negra - imagen negra = imagen negra). Si la iluminación del campo oscuro no es perfecta, es posible distinguir reflexiones de las partículas (cristal) mediante técnicas de procesado de imágenes.
Las realizaciones adicionales según la presente invención comprenden:
-
un carrusel provisto de entre 12 y 24 unidades de detección. Dicho carrusel puede estar colocado de una manera conocida "per se" en una línea de llenado de botellas. Una variante adicional es una línea de detección, por ejemplo, con cámaras fijas, en la cual las botellas avanzan una tras otra durante la detección, de una manera conocida "per se";
-
medios para la retroalimentación de la orientación de las botellas para cada unidad de detección (para controlar el momento de disparo de la cámara);
-
una unidad de accionamiento para cada unidad de detección (por ejemplo, un motor paso a paso, o un servomotor con retroalimentación de la posición). Opcionalmente, puede utilizarse un solo accionamiento para todas las unidades de detección;
-
una cámara para cada unidad de detección;
-
campo de imagen para las imágenes, para grabar no solamente la parte inferior de la botella sino también la totalidad de la botella con el objeto de inspeccionar hojas o láminas y detectar objetos flotantes;
-
una cámara de IR (de infrarrojos) (Firewire) de 80 fotografías por segundo o más;
-
iluminador de infrarrojos con iluminación (modificada) del campo oscuro;
-
cámaras de color para inspeccionar etiquetas, tapones, y/o niveles de llenado de las botellas;
-
ordenadores de procesado de imágenes (IPPs) y ordenadores de comunicación (COMMPC);
-
anillo óptico de deslizamiento para la transferencia del video y de otros datos;
-
equipos para el entorno industrial: cámara, iluminador, alojamiento del sistema, IPP PC, COMMPC. Esto significa, por ejemplo, estar de acuerdo con IP65.
En las figuras 9 a 12 se muestran diversas realizaciones para disponer la cámara y las posiciones de iluminación con respecto a cada una de ellas y/o a la botella a examinar. En la figura 9, una botella (B) que está situada en el cabezal de rotación (30) gira tal como se ha descrito anteriormente. Las botellas están iluminadas por medio de una lámpara o por medios de radiación (32) a través del fondo de la botella.
En la figura 10, la botella está iluminada por los lados mediante las lámparas (34) y (35). La cámara está situada debajo del fondo de la botella para tomar imágenes. En la figura 11, la disposición de la figura 10 está modificada porque la cámara está situada inclinada con respecto a la línea del eje de la botella. Las ventajas de estas realizaciones son que toda la zona del fondo queda grabada en una sola grabación. El resultado de ello es que, por ejemplo, una partícula de cristal puede ser detectada más rápidamente y en diversas grabaciones consecutivas. Por consiguiente, puede reducirse el tiempo de inspección. Una ventaja adicional es que cuando se utiliza un proceso en el cual debe secarse la botella antes de la inspección, únicamente es necesario secar el fondo de la botella debido a que las grabaciones son tomadas desde abajo. Dicho secado de la botella puede ser llevado a cabo mediante una rotación rápida de la botella, cuya rotación es realizada de manera ventajosa para el proceso de detección. Además, una ventaja del ángulo desviado de la cámara en la figura 11 es que la grabación se realiza inclinada con respecto al borde del cabezal, lo que significa que la detección puede realizarse de una manera más completa en la parte más baja de la zona inferior de la botella. Asimismo, es probable que caiga menos suciedad en la cámara al estar situada lateralmente con respecto a la botella.
Una realización ventajosa adicional (figura 12) comprende dos lámparas (34) que radían sobre la botella desde los lados, y un prisma (42) con tres lados (39), (40), (41) para reflejar la luz. Asimismo, en esta realización, están dispuestos unos espejos (44) para reflejar la luz. En esta disposición la luz procedente de la botella puede ser detectada mediante la cámara desde dos lados, mejorando de este modo la cantidad de información de la zona inferior de la botella que es grabada mediante la cámara. En una realización de este tipo, pueden desplegarse asimismo 2 cámaras para capturar datos de imágenes reflejadas por el prisma, o capturar la luz directamente de los espejos. De este modo disminuye la posibilidad de que, por ejemplo, una partícula de cristal caiga en la "sombra" del cabezal (30).
Asimismo, tal como se representa en la vista esquemática 13, puede colocarse una cámara inclinada por encima de la zona inferior de la botella, por ejemplo, teniendo una visión del resalte de la botella.
La toma de grabaciones de imágenes puede ser disparada, por ejemplo, mediante la orientación de la botella, o a un intervalo de tiempo predeterminado, o al azar. En el primer caso, la orientación de la botella puede estar determinada, por ejemplo, por medio de un sensor.
El procesado de las imágenes grabadas puede ser realizado de diversas formas. Las imágenes con una orientación substancialmente idéntica de la botella pueden restarse mutuamente, y puede analizarse la imagen diferencial con respecto a la información residual. Como alternativa, la imagen grabada puede ser analizada con respecto a una imagen grabada anterior, mediante desplazamiento del tiempo o girando hacia atrás, hacia la orientación/posición de la imagen grabada anteriormente y procesando posteriormente la misma por medio, por ejemplo, del proceso de substracción. Asimismo puede determinarse y describirse una trayectoria de partículas grabadas en varias imágenes. En base a los parámetros de la trayectoria, puede determinarse la naturaleza de la partícula como, por ejemplo, cristal, lo que llevaría al rechazo de la botella, o un material orgánico, lo que conduciría a una aceptación de la botella.
Las diferentes realizaciones descritas anteriormente pueden ser combinadas libremente. Los derechos pretendidos están definidos mediante las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

1. Método para inspeccionar envases para un producto líquido, tal como bebidas, que comprende las etapas de:
-
poner un envase en rotación;
-
irradiar el envase durante la rotación con una radiación de una longitud de onda predeterminada;
-
realizar, por lo menos, una serie de, por lo menos, dos grabaciones de, por lo menos, una parte del contenido del envase durante la rotación, todo ello con un dispositivo de grabación de imágenes adecuado para realizar grabaciones a la longitud de onda predeterminada, caracterizado porque
-
el envase está situado substancialmente en la misma posición de rotación con respecto al dispositivo de grabación durante las sucesivas grabaciones de la serie.
2. Método, según la reivindicación 1, en el que las grabaciones sucesivas de la serie son realizadas con un intervalo de tiempo de intervención de una duración predeterminada.
3. Método, según una o varias de las reivindicaciones anteriores, en el que la velocidad de rotación es modificada durante el periodo en el cual se realizan las grabaciones de la serie.
4. Método, según una o varias de las reivindicaciones anteriores, en el que la dirección de rotación es modificada durante el periodo en el cual se realizan las grabaciones de la serie.
5. Método, según una o varias de las reivindicaciones anteriores, en el que en cada giro se realizan una serie de grabaciones en ángulos predeterminados.
6. Método, según una o varias de las reivindicaciones anteriores, que comprende etapas para comparar la información de las imágenes de una serie, con el fin de detectar la presencia de partículas no deseadas en el envase, tales como partículas de cristal.
7. Método, según una o varias de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de grabación de imágenes es una cámara que es activada para realizar una grabación mediante una señal suministrada desde el exterior de la cámara.
8. Método, según una o varias de las reivindicaciones anteriores, en el que durante la realización del método se coloca un envase en un soporte que comprende una unidad de accionamiento, medios de radiación para generar la radiación y medios para determinar la posición, para determinar la posición rotacional del envase.
9. Sistema para llevar a cabo un método, según una o varias de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el sistema:
-
un motor (3) para hacer girar un envase;
-
medios de radiación (7, 32, 34, 35) para irradiar el envase durante la rotación, con una radiación de una longitud de onda predeterminada;
-
un dispositivo de grabación de imágenes (8, 31, 36, 37, 38) adecuado para realizar grabaciones a la longitud de onda predeterminada, por lo menos, de una serie, por lo menos, de dos grabaciones, por lo menos, de una parte del contenido del envase durante la rotación, caracterizado por
-
medios (16) para determinar la posición, para determinar la posición rotacional del envase para realizar grabaciones sucesivas del contenido del envase, substancialmente en la misma posición de rotación del envase con respecto al dispositivo de grabación.
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