JP2004113894A - Method and apparatus for producing hollow fiber membrane module - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工透析器、下排水処理装置、浄水器等に用いることができる中空糸膜モジュールを製造する方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
中空糸膜モジュールは、よく知られているように、たとえば、両端または片端が開放された容器に両端が開放された中空糸膜(中空の半透膜)の糸束を収容し、糸束の両端部において容器と中空糸膜との隙間を樹脂で封止してなるようなものである。樹脂による封止は、容器と糸束との間の空間に樹脂を流し込み(ポッティングする)、ポッティング樹脂を各中空糸膜の周りに浸透させることによって行うが、その際、中空糸膜の端面から内部にポッティング樹脂が入り込み、端部が閉塞されてしまうことがある。閉塞された中空糸膜は、いわゆる不通糸となるが、そのような不通糸が存在すると、たとえば人工透析器の場合、中空糸膜内に流入した血液が中空糸膜内に残留し、透析性能が低下して、著しい場合には十分な人工透析が行えなくなってしまう。そのため、不通糸が一定数以上存在するような中空糸膜モジュールは、不良品として製造ラインから除去する必要がある。
【0003】
さて、従来、不通糸の発生が関わる中空糸膜モジュールの良否の判定は、不通糸の発生はポッティングが適切に行われないことによってポッティング樹脂内に発生する微小な気泡群と相関があるとの考え方から、ポッティング端面をCCDカメラで撮像し、気泡群を検出することで行っている(たとえば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特許第3218789号公報
しかしながら、かかる従来の技術は、ポッティング樹脂内の微小な気泡群の有無を検出するものであって不通糸の有無を直接検出するものではないので、不通糸がどれくらい発生しているかを知ることができない。また、不通糸の発生と気泡群の発生との間にいつも相関があるとは限らないので、正確さの点でも問題が残る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、中空糸膜モジュールの製造にあたり、不通糸の発生の有無およびその発生の程度を知ることができて、良否の判定を正確に行うことができる方法と装置を提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面を撮像し、得られた画像から中空糸膜が存在する部分および樹脂が存在する部分の領域情報を求め、得られた2種類の領域情報から端部が閉塞された中空糸膜の面積を求め、その面積があらかじめ定めた閾値を超えているときに被供試中空糸膜モジュールを不良品と判定することを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法を提供する。このとき、被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面に光を照射するとともにポッティング端面からの散乱光を撮像し、得られた画像から中空糸膜が存在する部分の領域情報を求めるのが好ましい。また、このとき、ポッティング端面に紫外線帯域の光、好ましくは単波長の光を照射するのもよい。さらに、被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面に光を照射するとともにポッティング端面からの正反射光を撮像し、得られた画像から樹脂が存在する部分の領域情報を求めるのも好ましい。
【0007】
また、本発明は、上記目的を達成するために、被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面を撮像する第1、第2の撮像手段と、第1の撮像手段により得られた画像から中空糸膜が存在する部分の領域情報を求める手段と、第2の撮像手段により得られた画像から樹脂が存在する部分の領域情報を求める手段と、得られた2つの領域情報から端部が閉塞された中空糸膜の面積を求める手段と、その面積をあらかじめ定めた閾値と比較する手段と、端部が閉塞された中空糸膜の面積があらかじめ定めた閾値を超えているときに被供試中空糸膜モジュールを不良品と判定する手段とを備えていることを特徴とする中空糸膜モジュールの製造装置を提供する。第1の撮像手段に対応して被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面に光を照射する光照射手段を設けるのが好ましい。その場合、光照射手段は低圧水銀灯を含んでいるのが好ましい。さらに、第1、第2の撮像手段はラインセンサカメラであるのが好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1において、中空糸膜モジュールの製造装置は、モジュール支持手段1aおよびモジュール移動手段1bを備えた測定台1と、モジュール支持手段2aおよびモジュール移動手段2bを備えた測定台2と、モジュール移載装置3と、光源4aおよび電源4bを備えた光照射装置4と、光源5aおよび電源5bを備えた光照射装置5と、撮像装置6、7と、画像処理装置8と、操作指令装置9と、表示装置10とを備えている。以下、これら各部の構成をその作用とともに詳細に説明する。
測定台1:
モジュール支持手段1aは、後述するモジュール移載装置3によって運ばれてくる被供試中空糸膜モジュールM(以下、モジュールMという)を支持するもので、モジュールMの傾きを調整するとともに、その大きさ、すなわち、外径や長さに応じてその位置を上下左右に移動させることでモジュールMのポッティング端面の中心を後述する撮像装置6の光学中心と一致させることができるようになっている。また、この実施形態においては、撮像装置6としてラインセンサカメラを用いていることからモジュール移動手段1bを設け、モジュールMを所定の速度で水平方向に移動させることができるようにしている。
測定台2:
モジュール支持手段2aは、後述するモジュール移載装置3によって測定台1から運ばれてくるモジュールMを支持するもので、モジュールMの傾きを調整するとともに、その大きさ、すなわち、外径や長さに応じてその位置を上下左右に移動させることで、モジュールMのポッティング端面の中心を後述する撮像装置7の光学中心と一致させることができるようになっている。また、この実施形態においては、撮像装置7としてラインセンサカメラを用いていることからモジュール移動手段2bを設け、モジュールMを所定の速度で水平方向に移動させることができるようにしている。
光照射装置4:
光照射装置4は、光源4aと電源4bとを備えている。この実施形態においては、光源4aには波長368nmの近紫外線を発生するリング状低圧水銀灯を用いている。このように波長が紫外線帯域にあり、しかも、単波長の光源を用いることは、ポッティング端面の鮮明な画像を得るうえで好ましい。また、電源4bは、後述する操作指令装置9からの指令によって光源4aのオン・オフおよび光量の調節を行う。
光照射装置5:
光照射装置5は、光源5aと電源5bとを備えている。この実施形態においては、光源5aにはライン型光ファイバライトガイドを用い、この光源5aのモジュールMのポッティング端面に対する入射角と後述する撮像装置7のモジュールMのポッティング端面からの反射角とが等しくなるようにしてポッティング端面からの正反射光を得ている。電源5bは、後述する操作指令装置9からの指令によって光源5aのオン・オフおよび光量の調節を行う。
撮像装置6:
撮像装置6は、測定台1上のモジュールMのポッティング端面を撮影し、中空糸膜が存在する部分の領域情報に関連する画像を得るためのもので、この実施形態では5,000画素のラインセンサカメラを用いている。
撮像装置7:
撮像装置7は、測定台2上のモジュールMのポッティング端面を撮影し、樹脂が存在する部分の領域情報に関連する画像を得るためのもので、この実施形態では5,000画素のラインセンサカメラを用いている。
画像処理装置8:
画像処理装置8は、撮像装置6、7によって撮影されたモジュールMのポッティング端面の画像を処理し、不通糸の有無、モジュールMの良否の判定を行うものである。この画像処理装置8による処理の流れは、図2に示すようになっている。
【0009】
図2において、まず、撮像装置6から画像処理装置8に入力された画像について、2値化処理を行い、モジュールMのポッティング端面の全景を白画素、背景部分を黒画素の2値化画像に変換する。そして、この2値化画像から、円形である全景部分の重心を求める。さらに、この重心座標とあらかじめ設定しておいたモジュールMのポッティング端面の直径情報に基づき、ポッティング端面の位置検出を行う。
【0010】
ハイパスフィルタは、中空糸膜の肉厚領域が強調されるように前処理を行う。
この前処理により、画像は中空糸膜のみが強調されるようになる。
【0011】
次に、上記前処理画像をあらかじめ定めた閾値により2値化処理し、中空糸膜部分は白画素、中空糸膜の中空部分および樹脂部分は黒画素の2値化画像とする。
【0012】
次に、任意の面積の範囲内にある黒画素の領域についてラベル付けするラベリング処理を行う。さらに、たとえば10画素の膨張処理、たとえば7画素の収縮処理を施す。これにより、中空糸膜が存在する領域は白画素、樹脂が存在する領域は黒画素なる画像が得られる。
【0013】
一方、撮像装置7から画像処理装置8に入力された画像について、2値化処理を行い、モジュールMのポッティング端面の全景を白画素、背景部分を黒画素の2値化画像に変換する。そして、この2値化画像から全景部分を囲む円形の座標の重心座標を求める。さらに、この重心座標とあらかじめ設定しておいたモジュールMのポッティング端面の直径情報に基づき、ポッティング端面の位置検出を行う。
【0014】
次に、正反射以外の部分、すなわち中空糸膜の中空部分を抽出するため、微分フィルタにより輝度が高い部分を除去し、あらかじめ定めた閾値により正反射部分を黒画素、それ以外の部分を白画素に分類する2値化処理を行う。また、この白画素部分について膨張・収縮処理を行い、中空糸膜の中空部分同士を接合することで、中空糸膜の糸束を一つの領域として抽出する。
【0015】
次に、差分処理により、撮像装置8による画像から生成された画像と撮像装置7による画像から生成された画像から、中空糸膜が存在し、かつ、反射率の高い領域、すなわち不通糸部分を抽出する。
【0016】
最後に、モジュールMの判定を行い、抽出された領域の面積があらかじめ定めた閾値を超えていないときには良品と判定し、超えているときには不良品と判定する。
操作指令装置9:
操作指令装置9は、モジュールMの外径、中空糸膜の外径および内径、組立方法等の違いに対応し、画像処理装置8に指令を送り、モジュールMに適した指標値や2値化のための閾値、ハイパスフィルタの係数等を設定するとともに、光照射装置4、5の電源4b、5bに指令を送り、光源4a、5aのオン・オフや光量の調節を行う。また、モジュール支持装置1、2に指令を送り、モジュールMの移動が撮像装置6、7による撮影に適した速度で行われるようモジュール移動装置1b、2bを制御する。
表示装置10:
表示装置10は、不通糸部分をマーキングした検査結果を画像で表示する。
モジュール移載装置3:
モジュール移載装置3は、モジュールMをモジュール支持手段1a上に載置する。また、撮像装置6による撮像後のモジュールMをモジュール支持手段2aに移載する。検査が終了した後は、操作指令装置9による指令にしたがい、モジュールMが良品と判定されたときは後工程へ移送し、不良品と判定されたときは製造ラインから取り除く。
【0017】
さて、より具体的な例に基づいて本発明をさらに詳細に説明するに、図3は撮像装置6によって撮影したモジュールMのポッティング端面の画像である。この画像について、画像処理装置8にてあらかじめ定めた閾値にて2値化処理を行うと図4に示す2値化画像が得られる。この画像について、円形である白画素領域の重心を求め、その重心からモジュールMのポッティング端面の半径Rの円領域を切り出すと、図5に示す画像が得られる。この画像について、中空糸膜の肉厚部分を強調するハイパスフィルタをかけ、あらかじめ定めた閾値にて2値化すると、図6に示す画像が得られる。
【0018】
次に、図6に示す画像から肉厚部分に囲まれた円形領域を黒画素領域の面積および各種の計測結果を基に抽出し、その円形領域の抽出画像についてあらかじめ定めた距離設定での膨張および収縮処理を行い、図7に示す画像を得る。
【0019】
図8は、撮像装置7によって撮影したモジュールMのポッティング端面の画像である。この画像について、画像処理装置8にてあらかじめ定めた閾値にて2値化処理を行うと、図9に示す2値画像が得られる。
【0020】
次に、円形である白画素領域の重心を求め、その重心からモジュールMの端面の半径Rの円領域を切り出すと、図10に示す画像が得られる。この画像について、中空糸膜の中空部分を強調するハイパスフィルタをかけ、あらかじめ定めた閾値にて2値化すると、図11に示す画像が得られる。
【0021】
次に、図11に示す画像についてあらかじめ定めた距離設定での膨張および収縮処理を行い、図12に示す画像を得る。そして、図7に示す画像と図12に示す画像とで差分処理を行い、図13に示す画像を得る。そして、残った領域の面積の最大値が中空糸膜何本分に相当するかを求めた結果、図13には中空糸膜11本分に相当する不通糸束領域が検出された。
【0022】
最後に、この中空糸膜の不通糸欠陥本数と、モジュールMの不良品判定本数閾値(この例では10本)とを比較した結果、不通糸欠陥本数が閾値を上回ったため、モジュールMは不良品と判定され、製造工程から除外された。
【0023】
本発明に係る中空糸膜モジュールの製造方法は、人工透析器や、下排水処理装置や、一般家庭で使用する浄水器等の中空糸膜モジュールを製造する場合に適用することができる。
【0024】
【発明の効果】
本発明は、被供試中空糸膜モジュールのポッティング端面を撮像し、得られた画像から中空糸膜が存在する部分および樹脂が存在する部分の領域情報を求め、得られた2種類の領域情報から端部が閉塞された中空糸膜の面積を求め、その面積があらかじめ定めた閾値を超えているときに被供試中空糸膜モジュールを不良品と判定するものであり、従来の技術のようにポッティング樹脂における微小気泡群の発生の有無といった間接情報に基づいて判定するものではないので、良否の判定を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る装置の概略正面図である。
【図2】図1に示した装置の画像処理装置における処理の流れを示すフローチャートである。
【図3】図1に示した撮像装置6によって撮影したポッティング端面の画像である。
【図4】図3に示した画像の2値化画像である。
【図5】図3に示した画像から端面部分のみを切り出した画像である。
【図6】図5に示した画像にハイパスフィルタをかけた後、2値化処理した画像である。
【図7】図5に示した画像から、中空糸膜部分に相当する領域を検出し、膨張および収縮処理を実施した画像である。
【図8】図1に示した撮像装置7によって撮影したポッティング端面の画像である。
【図9】図8に示した画像の2値化画像である。
【図10】図8に示した画像から端面部分のみを切り出した画像である。
【図11】図10に示した画像にハイパスフィルタをかけた後、2値化処理した画像である。
【図12】図11に示した画像について膨張および収縮処理を施した画像である。
【図13】図12に示した画像と図7に示した画像との差分処理を施した画像である。
【符号の説明】
M:被供試中空糸膜モジュール
1:測定台
1a:モジュール支持手段
1b:モジュール移動手段
2:測定台
2a:モジュール支持手段
2b:モジュール移動手段
3:モジュール移載装置
4:光照射装置
4a:光源
4b:電源
5:光照射装置
5a:光源
5b:電源
6:撮像装置
7:撮像装置
8:画像処理装置
9:操作指令装置
10:表示装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a hollow fiber membrane module that can be used for an artificial dialyzer, a wastewater treatment device, a water purifier, and the like.
[0002]
[Prior art]
As is well known, for example, a hollow fiber membrane module stores a yarn bundle of a hollow fiber membrane (hollow semi-permeable membrane) having both ends opened in a container having both ends or one end opened, and At both ends, the gap between the container and the hollow fiber membrane is sealed with a resin. The sealing with the resin is performed by pouring (potting) the resin into a space between the container and the yarn bundle and allowing the potting resin to penetrate around each hollow fiber membrane. Potting resin may enter inside and the ends may be closed. The closed hollow fiber membrane becomes a so-called impervious thread. When such impervious thread is present, for example, in the case of an artificial dialyzer, blood flowing into the hollow fiber membrane remains in the hollow fiber membrane, and the dialysis performance is reduced. And if it is significant, sufficient artificial dialysis cannot be performed. Therefore, it is necessary to remove a hollow fiber membrane module in which a certain number or more of non-threaded yarns exist from the production line as a defective product.
[0003]
By the way, conventionally, the determination of the quality of a hollow fiber membrane module related to the occurrence of a non-threaded yarn is based on the fact that the occurrence of the non-threaded yarn is correlated with a group of minute bubbles generated in the potting resin due to improper potting. According to the concept, the potting end face is imaged by a CCD camera, and a bubble group is detected (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
However, such a conventional technology detects the presence or absence of minute air bubbles in the potting resin and does not directly detect the presence or absence of a non-threaded yarn. I can't tell you. In addition, since there is not always a correlation between the occurrence of the non-through yarn and the occurrence of the bubble group, a problem remains in terms of accuracy.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of knowing whether or not a non-threaded yarn has occurred and the degree of the occurrence in the production of a hollow fiber membrane module and accurately determining the quality. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention takes an image of the potting end face of the test hollow fiber membrane module, obtains the area information of the part where the hollow fiber membrane is present and the part where the resin is present from the obtained image, The area of the hollow fiber membrane whose end is closed is obtained from the obtained two types of area information, and the hollow fiber membrane module to be tested is determined to be defective when the area exceeds a predetermined threshold. A method for producing a hollow fiber membrane module is provided. At this time, it is preferable to irradiate light to the potting end face of the test hollow fiber membrane module, capture scattered light from the potting end face, and obtain area information of a portion where the hollow fiber membrane exists from the obtained image. At this time, the potting end face may be irradiated with light in the ultraviolet band, preferably light of a single wavelength. Furthermore, it is also preferable to irradiate light to the potting end face of the test hollow fiber membrane module, capture regular reflection light from the potting end face, and obtain area information of a portion where the resin is present from the obtained image.
[0007]
Further, in order to achieve the above object, the present invention provides first and second imaging means for imaging a potting end face of a hollow fiber membrane module to be tested, and a hollow fiber from an image obtained by the first imaging means. A means for obtaining region information of a portion where a film is present, a means for obtaining region information of a portion where a resin is present from an image obtained by the second imaging means, and an end portion which is closed from the obtained two pieces of region information. Means for obtaining the area of the hollow fiber membrane, means for comparing the area with a predetermined threshold value, and means for testing the hollow fiber when the area of the hollow fiber membrane whose end is closed exceeds the predetermined threshold value. Means for determining that the fiber membrane module is defective is provided. It is preferable to provide a light irradiating means for irradiating the potting end face of the test hollow fiber membrane module with light corresponding to the first imaging means. In that case, the light irradiation means preferably includes a low-pressure mercury lamp. Further, it is preferable that the first and second imaging means are line sensor cameras.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In FIG. 1, a manufacturing apparatus for a hollow fiber membrane module includes a measuring table 1 having a module supporting means 1a and a module moving means 1b, a measuring table 2 having a module supporting
Measuring table 1:
The module supporting means 1a supports a hollow fiber membrane module M to be tested (hereinafter, referred to as a module M) carried by a
Measuring table 2:
The module supporting means 2a supports the module M carried from the measuring table 1 by a
Light irradiation device 4:
The
Light irradiation device 5:
The
Imaging device 6:
The
Imaging device 7:
The
Image processing device 8:
The image processing device 8 processes the image of the potting end face of the module M photographed by the
[0009]
In FIG. 2, first, the image input from the
[0010]
The high-pass filter performs pre-processing so that the thick region of the hollow fiber membrane is emphasized.
By this pre-processing, the image is enhanced with only the hollow fiber membrane.
[0011]
Next, the pre-processed image is binarized by a predetermined threshold value, and the hollow fiber membrane portion is a binary image of white pixels, and the hollow portion of the hollow fiber membrane and the resin portion are black pixels.
[0012]
Next, a labeling process is performed to label a region of a black pixel within a range of an arbitrary area. Further, for example, expansion processing of 10 pixels, for example, reduction processing of 7 pixels is performed. Thus, an image in which the region where the hollow fiber membrane exists is a white pixel, and the region where the resin exists is a black pixel is obtained.
[0013]
On the other hand, the image input from the
[0014]
Next, in order to extract a portion other than the specular reflection, that is, a hollow portion of the hollow fiber membrane, a portion having a high luminance is removed by a differential filter, a specular reflection portion is set to a black pixel by a predetermined threshold, and the other portion is set to a white pixel. A binarization process for classifying pixels is performed. In addition, expansion and contraction processing is performed on the white pixel portion, and the hollow portions of the hollow fiber membrane are joined to each other to extract the yarn bundle of the hollow fiber membrane as one region.
[0015]
Next, by the difference processing, the region where the hollow fiber membrane is present and the reflectance is high, that is, the impervious yarn portion, is determined from the image generated from the image by the imaging device 8 and the image generated from the image by the
[0016]
Finally, the module M is determined. If the area of the extracted region does not exceed a predetermined threshold, the module is determined to be non-defective, and if so, it is determined to be defective.
Operation command device 9:
The
Display device 10:
The
Module transfer device 3:
The
[0017]
Now, in order to explain the present invention in more detail based on a more specific example, FIG. 3 is an image of the potting end face of the module M taken by the
[0018]
Next, a circular region surrounded by a thick portion is extracted from the image shown in FIG. 6 based on the area of the black pixel region and various measurement results, and the extracted image of the circular region is expanded at a predetermined distance setting. Then, a contraction process is performed to obtain an image shown in FIG.
[0019]
FIG. 8 is an image of the potting end face of the module M taken by the
[0020]
Next, the center shown in FIG. 10 is obtained by obtaining the center of gravity of the circular white pixel area and cutting out a circular area having a radius R on the end face of the module M from the center of gravity. When this image is subjected to a high-pass filter that emphasizes the hollow portion of the hollow fiber membrane and binarized using a predetermined threshold value, an image shown in FIG. 11 is obtained.
[0021]
Next, expansion and contraction processing is performed on the image shown in FIG. 11 at a predetermined distance setting to obtain an image shown in FIG. Then, a difference process is performed between the image shown in FIG. 7 and the image shown in FIG. 12 to obtain the image shown in FIG. Then, the number of hollow fiber membranes corresponding to the maximum value of the area of the remaining area was determined. As a result, in FIG. 13, an impervious yarn bundle area corresponding to 11 hollow fiber membranes was detected.
[0022]
Finally, as a result of comparing the number of defective yarns of the hollow fiber membrane with the defective product determination threshold value (10 in this example) of the module M, the number of defective yarns exceeded the threshold value. And was excluded from the manufacturing process.
[0023]
The method for manufacturing a hollow fiber membrane module according to the present invention can be applied to the case of manufacturing a hollow fiber membrane module such as an artificial dialyzer, a sewage treatment device, and a water purifier used in ordinary households.
[0024]
【The invention's effect】
The present invention takes an image of a potting end face of a hollow fiber membrane module to be tested, obtains region information of a portion where a hollow fiber membrane exists and a region where a resin exists from the obtained image, and obtains two types of obtained region information. The area of the hollow fiber membrane whose end is closed is obtained from, and when the area exceeds a predetermined threshold value, the test hollow fiber membrane module is determined to be defective, as in the prior art. Since the determination is not based on indirect information such as the presence / absence of a microbubble group in the potting resin, the quality can be accurately determined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic front view of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a processing flow in an image processing apparatus of the apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is an image of a potting end face taken by the
FIG. 4 is a binarized image of the image shown in FIG.
FIG. 5 is an image obtained by cutting out only the end face portion from the image shown in FIG. 3;
6 is an image obtained by applying a high-pass filter to the image shown in FIG. 5 and then performing binarization processing.
FIG. 7 is an image obtained by detecting a region corresponding to a hollow fiber membrane portion from the image shown in FIG. 5 and performing expansion and contraction processing.
FIG. 8 is an image of a potting end face taken by the
FIG. 9 is a binarized image of the image shown in FIG. 8;
FIG. 10 is an image obtained by cutting out only the end face portion from the image shown in FIG. 8;
FIG. 11 is an image obtained by applying a high-pass filter to the image shown in FIG. 10 and then performing binarization processing.
FIG. 12 is an image obtained by subjecting the image shown in FIG. 11 to expansion and contraction processing.
13 is an image obtained by performing a difference process between the image shown in FIG. 12 and the image shown in FIG. 7;
[Explanation of symbols]
M: hollow fiber membrane module to be tested 1: measuring table 1a:
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