JP2004298915A - シミュレーション検証装置とシミュレーション検証方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】データ入力(A)、金型CAD(B)、金型試作(C)、仮想加工(D)、実加工(E)、計測(F)、検証(G)、データ修正(H)、金型修正(I)、及びデータ出力(J)の各ステップを有する。ワークを仮想的にその変形途中まで加工し、ワークを実際に同一の変形途中まで加工し、検証ステップ(G)で、仮想加工による変形途中の形状データと計測ステップで得た変形途中の形状データとを比較し評価する。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シミュレーション検証装置とシミュレーション検証方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
金属プレスや射出成形、ブロー成形用の金型は、図4(A)に模式的に示すように、従来主として経験に基づいて設計し、試作・トライアルを何度も繰返して製作していた。そのため、設計の良否が設計者の熟練度に依存するためばらつきが大きく、かつ試作・トライアルに長い時間と費用を必要とする問題点があった、
【0003】
そこで、従来の「経験に基づくプロセス」を「データに基づくプロセス」に置き換えることが検討されている。すなわち、図4(B)に模式的に示すように、金型を過去のデータに基づき設計し、シミュレーションに基づき修正し、更に試作・トライアルに基づいて修正して製作することにより、以下の効果が期待できる。
【0004】
(1)過去の経験がデジタルデータの形で蓄積されるので、過去の類似データを用いた設計ができ、熟練度を要せずに最初から完成度の高い設計が可能となる。
(2)シミュレーションにより成形不良の有無を判断できる。また、成形不良が予測される場合でも、シミュレーションによるデータに基づきシミュレーション上で金型の修正ができる。
(3)シミュレーションにより設計した金型を実際に試作し、トライアルを行い、シミュレーションデータと比較することにより、主観に頼らず、再現性のある判断を行うことができる。
【0005】
なお、従来のシミュレーション技術に関しては、非特許文献1、非特許文献2に開示されている。
【0006】
【非特許文献1】
森 謙一郎、シミュレーション技術の最新動向と今後の展望、プレス技術、第40巻第5号(2002年5月号)
【非特許文献2】
岩田 徳利、板成形分野の最近の解析事例、塑性と加工(日本塑性加工学会誌)、第43巻第435号(2002−4)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述した「データに基づくプロセス」において、シミュレーション精度が十分向上すれば、金型による加工をシミュレーション上で仮想的に試作・トライアルし、実際の試作・トライアルを皆無又は最小限にでき、金型の設計・製作を短時間に安価に高精度でできるようになる。
【0008】
しかし、現実には、仮想的に試作・トライアルを行うシミュレーションツールは、既にいくつか提案されているものの、その検証手段が十分ではない問題点があった。
【0009】
例えば、金属プレスや射出成形、ブロー成形等は、1回のトライアルが短時間(1sec未満)で終了する。そのため、従来行われていた検証は、トライアルの前後だけの比較のみあり、トライアル中の材料の変形等は、検証することができなかった。
【0010】
しかし、材料の変形中に生じるシワ、割れ、スプリングバック、等は、1回のトライアルの途中で生じるため、その発生段階をシミュレーションでも的確に把握できない限り、金型による加工のシミュレーション精度を現状以上に高めることが困難であった。
【0011】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、金属プレスや射出成形、ブロー成形等の金型による加工をシミュレーション上で仮想的に試作・トライアルを行い、かつ1回のトライアル中に生じる材料の変形等と比較検証することができ、これにより、金型による加工中のシミュレーション精度を高め、実際の試作・トライアルの必要性を大幅に低減することが可能なシミュレーション検証装置とシミュレーション検証方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ワークの形状データを記憶装置に入力するデータ入力装置と、前記形状データからワークを製造するための金型データを作成する金型CAD装置と、前記金型データを用いてワークを仮想的に加工しその形状データを記憶し出力する仮想加工装置と、前記金型データを用いて製作した実際の金型を用いてワークを実際に加工する実加工装置と、実加工装置で加工したワークの形状データを計測し記憶する形状計測装置と、前記仮想加工装置によるワークの形状データと形状計測装置で得たワークの形状データとを比較し評価する検証装置と、前記金型データを修正するデータ修正装置と、を備えたことを特徴とするシミュレーション検証装置が提供される。
【0013】
また、本発明によれば、ワークの形状データを記憶装置に入力するデータ入力ステップと、前記形状データからワークを製造するための金型データを作成する金型CADステップと、前記金型データを用いてワークを仮想的に加工しその形状データを記憶し出力する仮想加工ステップと、前記金型データを用いて製作した実際の金型を用いてワークを実際に加工する実加工ステップと、実加工ステップで加工したワークの形状データを計測し記憶する計測ステップと、前記仮想加工ステップによるワークの形状データと計測ステップで得たワークの形状データとを比較し評価する検証ステップと、前記金型データを修正するデータ修正ステップと、を有することを特徴とするシミュレーション検証方法が提供される。
【0014】
上記本発明の装置及び方法によれば、同一の金型データを用いて、仮想的に加工したワークの形状データと実際に加工したワークの形状データとを比較することによりシミュレーションの正確な評価ができる。
また、金型データと実際の金型を修正して、実加工、仮想加工、計測、検証を繰返して行うことができ、金型によるシミュレーション精度を短期間に高めることができる。
さらに、ワークを取付けたままで、形状計測装置により実加工ステップで加工したワークの形状データを計測できるので、ワークの取付け/取外しによる位置ズレを防止でき、その調整が不要となる。
【0015】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記実加工装置は、ワークの変形途中でその作動を精密に停止可能な数値制御加工装置である。
また、前記仮想加工ステップにおいて、ワークを仮想的にその変形途中まで加工し、前記実加工ステップにおいて、ワークを実際に前記仮想加工ステップ(B)と同一の変形途中まで加工し、前記検証ステップにおいて、前記仮想加工ステップによる変形途中の形状データと測定ステップで得た変形途中の形状データとを比較し評価する。
【0016】
上記構成と方法により、ワークの変形途中で実加工装置の作動を精密に停止させ、その段階で仮想的に加工したワークの形状データと実際に加工したワークの形状データとを比較することにより、ワークの加工中に生じる材料の変形等を、加工中の各ステップ毎に、実加工と仮想加工で比較検証することができる。従って、これにより、金型による加工中のシミュレーション精度を高め、実際の試作・トライアルの必要性を大幅に低減することが可能となる。
【0017】
前記形状計測装置は、ワークと接触するプローブを有する触針式位置検出器であり、該触針式位置検出器は、仮想的に製造したワークの形状データに基づきプローブの位置及び角度が制御される。
この構成により、加工されたワークの表面形状が計測しにくい特殊形状であっても、仮想的に製造したワークの形状データに基づきプローブの位置及び角度を制御するので、精度の高い形状計測を維持することができる。
【0018】
前記実加工装置と同一の機上に設けられ、前記金型を取外すことなく修正する金型修正装置を備え、該金型修正装置は切削工具、もしくは導電性砥石と、該砥石と間隔を隔てて対向する電極と、該砥石と電極の間に電圧を印可する電源とからなり、砥石と電極の間に導電性液を流し砥石を電解によりドレッシングしながら、砥石位置を数値制御して、砥石により金型を切削もしくは研削加工する。ここで、切削加工は大幅な修正を要する場合に用い、仕上修正は研削加工で行う。
また、前記実際の金型を取外すことなく機上で修正する金型修正ステップを更に有する。
【0019】
上記構成と方法により、金型を取外すことなく、金型修正装置により電解インプロセスドレッシング研削(ELID研削)を行い、高精度に鏡面研削ができる。従って、金型データと実際の金型の両方を機上で取外すことなく修正し、金型の取付け/取外しによる位置ズレを防止して、実加工、仮想加工、計測、検証を繰返して行うことができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
【0021】
図1は、本発明のシミュレーション検証装置の全体構成図である。この図に示すように、本発明のシミュレーション検証装置は、シミュレーションシステム10と実試験システム20とからなる。
【0022】
シミュレーションシステム10は、金型CAD装置11、仮想加工装置12、検証装置13、データ修正装置14、及び記憶装置15を備え、データ入力装置16で、記憶装置15にデータを入力し、出力装置17にデータを出力する。
実試験システム20は、同一機上(共通ベッド上)に設けられた実加工装置22、形状計測装置24、及び金型修正装置26をこれらを数値制御するNC制御装置28を備える。
【0023】
データ入力装置16は、製造するワーク1の形状データ2を記憶装置15に入力する。入力手段は、キーボードを用いた手入力、デジタイザ等による計測データの直接入力、或いは他のシミュレーションシステムからの入力であってもよい。
製造するワーク1は、この例では金属プレスによるプレス成形品であるが、本発明はこれに限定されず、例えば射出成形、ブロー成形等による射出成形品であってもよい。
記憶装置15は、ハードディスク、テープ、CD、MO、FD、ROM、RAM等の周知の記憶媒体である。この記憶装置15は、本発明では、シミュレーションシステム10と実試験システム20の両方で共用される。
【0024】
金型CAD装置11は、形状データ2からワーク1を製造するための金型データ3を作成する。この金型データ3の作成は、金型CAD装置11を用い、記憶装置15に蓄積された過去の経験データを用いて設計する。また必要に応じて、データ入力装置16のキーボード等を用いて経験に基づく必要データを入力する。
【0025】
仮想加工装置12は、金型CAD装置11で作成した金型データ3を用いてワーク1の素材(例えばブランク材)を仮想的に加工し、得られたワーク1の形状データを記憶装置15に記憶するとともに、出力装置17に出力する。仮想加工装置12による仮想的加工は、シミュレーションツール(プログラムソフト)を用いて仮想的に試作・トライアルを行う。このシミュレーションツールは、記憶装置15のデータを共用できる限りで、周知のプログラムソフトであっても、今後開発されるプログラムソフトであってもよい。
出力装置17は、画像表示装置(例えばCRT)、プリンタ、データ転送装置、データ書込装置(例えばリムーバブルディスク)等である。
【0026】
検証装置13は、仮想加工装置12により得られたワーク1の加工後の形状データと、形状計測装置24で得たワーク1の形状データとを比較し評価する。この評価は、記憶装置15に蓄積された過去のデータを用いてデータ分析し、主観に頼らず、客観的な再現性のある判断を行うようになっている。
【0027】
データ修正装置14は、検証装置13の客観的な評価に基づき、記憶装置15に蓄積された過去のデータを用いて金型データ3を修正する。また必要に応じて、データ入力装置16のキーボード等を用いて経験に基づく必要データを入力する。
【0028】
NC制御装置28は、記憶装置15のデータを共用しながら、実加工装置22、形状計測装置24、及び金型修正装置26を数値制御する。
【0029】
実加工装置22は、金型データ3を用いて製作した実際の金型21a,21bを用いてワーク1を実際に加工する。実加工装置22は、この例では金属プレス装置であるが、本発明はこれに限定されず、例えば射出成形やブロー成形装置であってもよい。
この実加工装置22は、ワーク1の変形途中でその作動を精密に停止可能な数値制御加工装置である。すなわち、実加工装置22が金属プレス装置である場合、そのプレス工程は数値制御され、任意の位置で正確に停止できるようになっている。また、実加工装置22が射出成形やブロー成形装置である場合には、射出する樹脂の容量が数値制御され、射出の中間段階で正確に停止できるようになっている。
図1において、上金型21aと下金型21bは、互いに反対の水平方向に移動可能に構成されている。この移動も数値制御することが好ましい。
【0030】
形状計測装置24は、この例では2台設けられ、それぞれ実加工装置22で加工したワーク1の形状データ2を計測し記憶する。
形状計測装置24は、この例ではワーク1と接触するプローブ25aを有する触針式位置検出器25である。また、この触針式位置検出器25は、仮想加工装置12で仮想的に加工したワーク1の形状データ3に基づき、プローブ25aの位置及び角度が制御され、加工されたワークの表面形状が計測しにくい特殊形状であっても、精度の高い形状計測を維持するようになっている。
なお、形状計測装置24は、触針式に限定されず、例えば高測定分解能をもったデジタルコントレーサー又はレーザーマイクロであってもよい。また、形状計測装置24でワーク1の形状データ2を計測する際には、ワーク1は上金型21a又は下金型21bに取付けたままで行い、その際、磁石または吸引装置やクランプ治具等を用いて、ワーク1を所定位置に保持することが好ましい。
【0031】
金型修正装置26は、この例では2台設けられ、それぞれ、実加工装置22と同一の機上(共通ベッド上)に設けられ、金型(上金型21aと下金型21b)を取外すことなく修正するようになっている。
この金型修正装置26は、導電性砥石26aと、砥石26aと間隔を隔てて対向する電極26bと、砥石26aと電極26bの間に電圧を印可する電源26c、および切削工具26dとからなる。
【0032】
この構成により、砥石26aと電極26bの間に導電性液を流し砥石26aを電解によりドレッシングしながら、砥石位置を数値制御して、砥石26aにより金型(上金型21aと下金型21b)を研削加工し、電解インプロセスドレッシング研削(ELID研削)により高精度に鏡面研削ができる。
なお、このELID研削による電解ドレッシングは、連続的でも断続的でもよい。また、修正量が大きい場合は、切削工具26dにより、粗修正を行う。
【0033】
図2は、本発明のシミュレーション検証方法のフロー図である。この図に示すように、本発明の方法は、データ入力ステップ(A)、金型CADステップ(B)、金型試作ステップ(C)、仮想加工ステップ(D)、実加工ステップ(E)、計測ステップ(F)、検証ステップ(G)、データ修正ステップ(H)、金型修正ステップ(I)、データ出力ステップ(J)を有する。
【0034】
データ入力ステップ(A)では、データ入力装置16を用いてワーク1の形状データ2を記憶装置15に入力する。入力手段は、キーボードを用いた手入力、デジタイザ等による計測データの直接入力、或いは他のシミュレーションシステムからの入力であってもよい。
【0035】
金型CADステップ(B)では、金型CAD装置11を用いて形状データ2からワーク1を製造するための金型データ3を作成する。この金型データ3の作成は、金型CAD装置11を用い、記憶装置15に蓄積された過去の経験データを用いて設計する。また必要に応じて、データ入力装置16のキーボード等を用いて経験に基づく必要データを入力する。
【0036】
金型試作ステップ(C)では、金型CADステップ(B)で作成した金型データ3を用いて実際の金型(上金型21a又は下金型21b)を製作する。このステップは、図示しない別の加工設備を用いてオフラインで行うことが望ましいが、上述した金型修正装置26を用いて機上で製作してもよい。なお、金型(上金型21a又は下金型21b)は、機上で修正ができるように熱処理等を行わないのがよい。
【0037】
仮想加工ステップ(D)では、金型CADステップ(B)で作成した金型データ3を用いてワーク1の素材(例えばブランク材)を仮想的に加工し、得られたワーク1の形状データを記憶装置15に記憶するとともに、出力装置17に出力する。
【0038】
実加工ステップ(E)では、金型データ3を用いて製作した実際の金型(上金型21a又は下金型21b)を用いてワークを実際に加工する。
計測ステップ(F)では、実加工ステップ(E)で加工したワークの形状データを計測し記憶する。
【0039】
検証ステップ(G)では、仮想加工ステップ(D)によるワークの形状データと計測ステップで得たワークの形状データとを比較し評価する。この評価は、記憶装置15に蓄積された過去のデータを用いてデータ分析し、主観に頼らず、客観的な再現性のある判断を行うのがよい。
【0040】
データ修正ステップでは、金型データを修正する。検証ステップ(G)で得た客観的な評価に基づき、記憶装置15に蓄積された過去のデータを用いて金型データ3を修正する。また必要に応じて、データ入力装置16のキーボード等を用いて経験に基づく必要データを入力する。
【0041】
金型修正ステップでは、上述した金型修正装置26を用いて、実際の金型を取外すことなく機上で修正する。
【0042】
また、仮想加工ステップ(D)において、ワークを仮想的にその変形途中まで加工し、実加工ステップ(E)において、ワークを実際に仮想加工ステップ(B)と同一の変形途中まで加工し、検証ステップ(G)において、仮想加工ステップ(B)による変形途中の形状データと計測ステップで得た変形途中の形状データとを比較し評価するのがよい。
【0043】
図3は、本発明のシミュレーション検証方法の別のフロー図である。この図を参照して本発明の方法を更に詳述する。
【0044】
データ入力ステップ(A)で、ワーク1の形状データ2を記憶装置15に入力し、金型CADステップ(B)で形状データ2からワーク1を製造するための金型データ3を作成する。次いで、仮想加工ステップ(D1)で、作成した金型データ3を用いてワーク1の素材(例えばブランク材)を仮想的に加工(成形シミュレーション)し、検証ステップ(G0)で、この成形が可能か否かを判断する。成形ができない(NO)の場合には、ステップB,D0,G0を繰返す。
【0045】
成形可能(YES)の場合には、金型試作ステップ(C)で、金型CADステップ(B)で作成した金型データ3を用いて実際の金型を製作し、実加工ステップ(E1)で、製作した実際の金型を用いてワークを実際に変形途中まで加工し、計測ステップ(F1)で、加工したワークの形状データを計測し記憶する。
また並行して、仮想加工ステップ(D1)において、同一の金型データ3を用いてワークを仮想的に同一の変形途中まで加工する。なお、同一の変形途中まで加工する限りで、仮想加工ステップ(D1)と実加工ステップ(E1)の順は逆でも同時でもよい。
【0046】
次いで、検証ステップ(G1)において、仮想加工ステップ(D1)によるワークの形状データ(シミュレーション結果)と計測ステップで得たワークの形状データとを比較し、許容誤差外(NO)の場合には、データ修正ステップ(H1)で、金型データ3を修正すると共に、金型修正ステップ(I1)で、実際の金型を取外すことなく機上で修正し、ステップD1,E1,F1を繰返す。なおこの繰返しの際にワーク1を新しい素材に替えてもよい。
【0047】
検証ステップ(G1)において許容誤差内(YES)の場合には、実加工ステップ(E2)で、製作した実際の金型を用いてワークを実際に中間停止なしで加工し、計測ステップ(F2)で、加工したワークの形状データを計測し記憶する。
また並行して、仮想加工ステップ(D2)において、同一の金型データ3を用いてワークを仮想的に中間停止なしで加工する。なお、仮想加工ステップ(D2)と実加工ステップ(E2)の順は逆でも同時でもよい。
【0048】
次いで、検証ステップ(G2)において、仮想加工ステップ(D2)によるワークの形状データ(シミュレーション結果)と計測ステップで得たワークの形状データとを比較し、許容誤差外(NO)の場合には、データ修正ステップ(H2)で、金型データ3を修正すると共に、金型修正ステップ(I2)で、実際の金型を取外すことなく機上で修正し、ステップD2,E2,F2を繰返す。なおこの繰返しの際にはワーク1を新しい素材に交換する。
【0049】
検証ステップ(G2)において許容誤差内(YES)の場合には、出力ステップ(J1)で、得られた最終データを出力すると共に記憶する。
【0050】
上述した本発明の装置及び方法によれば、同一の金型データを用いて、仮想的に加工したワークの形状データと実際に加工したワークの形状データとを比較することによりシミュレーションの正確な評価ができる。
また、金型データと実際の金型を修正して、実加工、仮想加工、計測、検証を繰返して行うことができ、金型によるシミュレーション精度を短期間に高めることができる。
さらに、ワークを取付けたままで、形状計測装置により実加工ステップで加工したワークの形状データを計測できるので、ワークの取付け/取外しによる位置ズレを防止でき、その調整が不要となる。
【0051】
また、ワークの変形途中で実加工装置の作動を精密に停止させ、その段階で仮想的に加工したワークの形状データと実際に加工したワークの形状データとを比較することにより、ワークの加工中に生じる材料の変形等を、加工中の各ステップ毎に、実加工と仮想加工で比較検証することができる。従って、これにより、金型による加工中のシミュレーション精度を高め、実際の試作・トライアルの必要性を大幅に低減することが可能となる。
【0052】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない限りで種々に変更できることは勿論である。また、上述した実施形態では、金属プレス加工を例示したが、本発明はこれに限定されず、射出成形加工、ブロー成形加工やその他の成形加工にも同様に適用することができる。
【0053】
【発明の効果】
上述したように、本発明のシミュレーション検証装置とシミュレーション検証方法は、金属プレスや射出成形、ブロー成形等の金型による加工をシミュレーション上で仮想的に試作・トライアルを行い、かつ1回のトライアル中に生じる材料の変形等と比較検証することができ、これにより、金型による加工中のシミュレーション精度を高め、実際の試作・トライアルの必要性を大幅に低減することが可能である、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシミュレーション検証装置の全体構成図である。
【図2】本発明のシミュレーション検証方法のフロー図である。
【図3】本発明のシミュレーション検証方法の別のフロー図である。
【図4】従来のプロセスと本発明のプロセスの比較図である。
【符号の説明】
1 ワーク、2 形状データ、3 金型データ、
10 シミュレーションシステム、11 金型CAD装置、
12 仮想加工装置、13 検証装置、
14 データ修正装置、15 記憶装置、
16 データ入力装置、17 出力装置、
20 実試験システム、21a,21b 金型、
22 実加工装置、24 形状計測装置、
25 触針式位置検出器、25a プローブ、
26 金型修正装置、26a 導電性砥石、
26b 電極、26c 電源、26d 切削工具、
28 NC制御装置
Claims (7)
- ワークの形状データを記憶装置に入力するデータ入力装置と、
前記形状データからワークを製造するための金型データを作成する金型CAD装置と、
前記金型データを用いてワークを仮想的に加工しその形状データを記憶し出力する仮想加工装置と、
前記金型データを用いて製作した実際の金型を用いてワークを実際に加工する実加工装置と、
実加工装置で加工したワークの形状データを計測し記憶する形状計測装置と、
前記仮想加工装置によるワークの形状データと形状計測装置で得たワークの形状データとを比較し評価する検証装置と、
前記金型データを修正するデータ修正装置と、を備えたことを特徴とするシミュレーション検証装置。 - 前記実加工装置は、ワークの変形途中でその作動を精密に停止可能な数値制御加工装置である、ことを特徴とする請求項1に記載のシミュレーション検証装置。
- 前記形状計測装置は、ワークと接触するプローブを有する触針式位置検出器であり、該触針式位置検出器は、仮想的に加工したワークの形状データに基づきプローブの位置及び角度が制御される、ことを特徴とする請求項1に記載のシミュレーション検証装置。
- 前記実加工装置と同一の機上に設けられ、前記金型を取外すことなく修正する金型修正装置を備え、該金型修正装置は切削工具、もしくは導電性砥石と、該砥石と間隔を隔てて対向する電極と、該砥石と電極の間に電圧を印可する電源とからなり、砥石と電極の間に導電性液を流し砥石を電解によりドレッシングしながら、砥石位置を数値制御して、砥石により金型を切削もしくは研削加工する、ことを特徴とする請求項1に記載のシミュレーション検証装置。
- ワークの形状データを記憶装置に入力するデータ入力ステップと、
前記形状データからワークを製造するための金型データを作成する金型CADステップと、
前記金型データを用いてワークを仮想的に加工しその形状データを記憶し出力する仮想加工ステップと、
前記金型データを用いて製作した実際の金型を用いてワークを実際に加工する実加工ステップと、
実加工ステップで加工したワークの形状データを計測し記憶する計測ステップと、
前記仮想加工ステップによるワークの形状データと計測ステップで得たワークの形状データとを比較し評価する検証ステップと、
前記金型データを修正するデータ修正ステップと、を有することを特徴とするシミュレーション検証方法。 - 前記仮想加工ステップにおいて、ワークを仮想的にその変形途中まで加工し、
前記実加工ステップにおいて、ワークを実際に前記仮想加工ステップ(B)と同一の変形途中まで加工し、
前記検証ステップにおいて、前記仮想加工ステップによる変形途中の形状データと計測ステップで得た変形途中の形状データとを比較し評価する、ことを特徴とする請求項4に記載のシミュレーション検証方法。 - 前記実際の金型を取外すことなく機上で修正する金型修正ステップを更に有する、ことを特徴とする請求項4に記載のシミュレーション検証方法。
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Cited By (4)
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