JP2005199625A - 成形絵柄フィルム作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 射出同時絵付法におけるフィルムの伸びによる濃度の低下を補い、デザインに忠実な成形加工済絵柄フィルムを得る絵柄フィルムの濃度補正方法を提供すること。
【解決手段】 射出同時絵付法に用いる絵柄フィルムを、射出成型前後の絵柄の歪みを算出し写像関数として記録する第１のステップ、第１のステップで得た写像関数に基づき絵柄の歪みを相殺するように変形させた印刷絵柄を作成する第２のステップ、成形前後のフィルム濃度変化を成形前フィルム濃度Ｄと成形後フィルム位置Ｐまたは成形前フィルム位置Ｑを変数とする濃度変化関数として記録する第３のステップ、第２のステップによりえられた印刷絵柄の濃度を、第３のステップで得られた濃度変化関数に基づき補正する第４のステップにより補正する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、各種成形に伴う絵柄フィルムの濃度補正方法、特に、絵柄が描かれた絵柄フィルムを型の中に入れた状態で射出成形することにより、射出成形と同時に絵柄を成形品に付着させる所謂「射出成形同時絵付」の際に、フィルムの伸びに起因して生ずる絵柄の濃度低下を打ち消すことを目的として、もとの絵柄に対して濃度補正を行う方法に関する。

近年、絵柄フィルムを成形型の中に入れた侭成形し、射出成形と同時に絵柄を成形物に付与する射出成形同時絵付法が普及している。斯かる絵柄フィルムとしては、絵柄フィルムを成形品表面に接着後に基材フィルム（のみ）を剥離除去して絵柄層のみを成形品表面に残す転写フィルムと、絵柄フィルムを成形品表面に接着後も基材フィルムを接着した侭成形品の保護層として利用するラミネート（積層）フィルムとの２形態が有る。 第１図はこのような射出同時絵付法を行う装置の基本的構成を示す図である。此の例では絵柄フィルムとして転写フィルムを用いている。供給ロール１には転写フィルム２が巻かれている。この転写フィルム２は、シリンダ３に接続されたヒータ４を通り、雄型５と雌型６との間を通って巻取りロール７で巻取られる。転写フィルム２には、成形品に転写すべき絵柄や文字等が予め印刷されている。この絵柄や文字等を型に位置合わせし、雄型５を雌型６に押付けるか、あるいは雌型６から吸引を行うと、転写フィルム２はヒータ４によって加熱されて伸びやすくなっているため、雌型６の型に沿って変形する（これを予備成形と呼称する）。こうした状態で、雄型５から樹脂を注入すれば、射出成形時に成形物に転写フィルムの絵柄、文字等が転写される。

第２図は、上述の方法によって成形物８に転写フィルム２による絵付（此の例では転写）を行った状態を示した図である。三次元の成形物の上面に文字が転写された印刷成形品９ができるが、この印刷面は実際には第３図に示すように歪んだものとなる。これは、転写フィルム２が伸びるためである。このように、射出成形同時絵付法では、成形品の形状に応じてフィルムが伸びるため、絵柄が歪んでしまう。この絵柄の歪を補正することに関して、特許文献１のような先行技術文献が存在する。

特許文献１に記載の技術は、絵柄フィルムの歪み補正評価方法およびこの評価方法に基づいて歪み補正された絵柄によって作成された絵柄フィルムに関するものである。この歪み補正評価方法は、絵柄が描かれた絵柄フィルムを成形品の成形時に型の中に入れ、成形品の成形を行なうと同時に絵柄を成形品に付与する際に、成形に起因して生ずる絵柄の歪を打ち消すことを目的として、元の絵柄に対して歪補正を行なった場合、補正処理がなされた補正済絵柄を絵柄フィルムに直接描画し、この絵柄フィルムを用いて成形及び絵柄の付与を行い、その結果得られる成形品上の絵柄を観察することによって歪補正処理の評価を行なうことを内容としている。またこのような工程により作成される絵柄フィルムについて記載されている。

特許第２９３３６３０号公報

特許文献１に記載の技術を利用することにより絵柄の歪み即ち、平面位置座標の変化を補正することはできる。しかしながら、射出同時絵付法では、成形品の形状に応じてフィルムが伸びるため、絵柄の濃度低下も同時に起きる。このフィルムの伸びによる濃度の低下は、特許文献１に記載の絵柄フィルム作成工程により作成されるフィルムであっても補正されない。したがって、フィルムの伸びの大きな部分ほど淡く絵付されることとなり、デザイン意図を忠実に反映した絵柄の絵付ができないという問題点があった。これを手作業で補正することは極めて困難な作業である。

本発明は、このような問題を考慮してなされたものであって、射出同時絵付法等におけるフィルムの伸びによる濃度の低下を補い、デザイン意図に忠実な絵柄を成形物上に得る絵柄フィルムの作成方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための絵柄フィルム作成方法は、
成形前後の絵柄の歪みを算出し写像関数として記録する第１のステップ、
第１のステップで得た写像関数に基づき絵柄の歪みを相殺するように変形させた印刷絵柄を作成する第２のステップ、
成形前後のフィルム濃度変化を成形前フィルム濃度Ｄと成形後フィルム位置Ｐを変数とする濃度変化関数として記録する第３のステップ、
第２のステップによりえられた印刷絵柄の濃度を、第３のステップで得られた濃度変化関数に基づき補正する第４のステップ
により、成形前後の絵柄の歪みとともに濃度変化を相殺するよう補正した成形同時絵付法に用いる成形絵柄フィルム作成方法である。

図６は、本発明のフィルム作成方法の概要を示したブロック図である。図６のＳ１は前記第１ステップに、Ｓ２は前記第２ステップに、Ｓ３は前記第３ステップに、Ｓ４は前記第４ステップに対応する。図６に示すように、ステップＳ３は、ステップＳ１，Ｓ２と並行に進めてもかまわない。第１のステップおよび第２のステップには、特許文献１に記載の方法を利用することができる。

本発明のフィルム作成方法の異なる態様としては、前記第３のステップにおいて、濃度変化関数を、成形前フィルム濃度Ｄと成形後フィルム位置Ｐを変数とする濃度変化関数として記録するのではなく、成形前フィルム濃度Ｄと成形前フィルム位置Ｑを変数とする濃度変化関数として記録し、この関数を用いて第４のステップの印刷絵柄濃度補正を実行してもよい。これは、濃度変化関数をどのように定義するかの問題であり、実際問題として濃度変化関数は、多量の計測データのテーブルを集めたものとしてコンピュータに記録されるため、データの取りやすさによりいずれの濃度変化関数を用いればよいか決めればよい。

また、本発明のフィルム作成方法の異なる観点としては、図６の第１のステップおよび第２のステップを省略した第３のステップおよび第４のステップだけからなるフィルム作成方法も可能である。絵柄の歪み補正を必要とせず、濃度補正だけで良い場合はこのようなフィルム作成方法でも有効である。

本発明に係る成形絵柄フィルム作成方法により、射出成形同時絵付法等の成形同時絵付法による成形加工時に生ずる絵柄の歪だけでなく、絵柄の濃度歪みも補正してデザイン意図を忠実に再現して表現することが可能になる。また、このことにより、従来は絵柄の濃度変化が著しく絵柄の付与が困難であった複雑な形状の成形品にも絵柄を付与することが実用的になる。

以下、図面を用いて、本発明に係る絵柄フィルム作成方法を各ステップごとに詳細に説明してゆく。まず本発明の方法を概念的に説明し、後で、実施する際の具体的な方法手段について説明することにする。

［第１のステップ］
第１のステップは、成形前後の絵柄の歪みを２次元の写像関数として記録するステップである。基本的には特許文献１の方法を用いる。
図７は、成形前のフィルム座標系ｕｖ（図７（Ａ））と成形後の成形品表面座標系ｘｙ（図７（Ｂ））を概念的に示した図である。図７は、成形前のフィルム上の形状が成形後の成形品表面に付着した形状に移る様子をｕｖ座標系上の頂点OQ1Q2Q3が、ｘｙ座標系の頂点P0P1P2P3に移されることで表している。この結果例えば点Q1は点P1に移るが、この対応関係は、簡単のためｕｖ座標平面状の点Qに対してｘｙ座標平面状の点Ｐが1対1に定められるとすれば、点Ｑから点Pを定める写像Ｓ、点Ｐから点Ｑを定める写像Ｔが定義できる。ここでＳはＴの逆写像である。図７は頂点OQ1Q2Q3が写像Ｓにより頂点P0P1P2P3にそれぞれ移されることを示すが、写像Ｓは連続写像と考えてよいので、頂点OQ1Q2Q3に囲まれる領域に存在するすべての点は、すべて互いの近さを保存したまま頂点P0P1P2P3に囲まれる領域に移される。図７では、ｕｖ座標系では正三角形のように見える図形がｘｙ座標系では歪んだ三角形に変形される様子を示している。そこで、頂点P0P1P2P3に囲まれる領域内に存在する点Ｐは、写像Ｓが定まれば、その逆写像Ｔも決定されるので、このＴによりT(P)=Q により、成形前フィルム上の対応する点Ｑを求めることができる。

写像関数Ｔ、Ｓを実際にどのように求め、点Ｐから点Ｑをどのように計算するかは特許文献１に詳述されているので、ここでは、概念的な説明にとどめる。 座標系ｕｖは、特許文献１では「第２座標系」に、座標系ｘｙは同「第１座標系」に相当する（特許文献１の図４（ｂ））。

［第２のステップ］
図８は、特許文献１の方法による第２のステップを説明する概念図である。すなわち、このステップでは、ｘｙ座標面に、目標とする絵柄Ｉを描いて、その絵柄を構成する点に対応するｕｖ座標を求め、これらの点の集まりとして補正済絵柄Ｏを求める。すなわち、目標絵柄Ｉに属する点Ｐｋ（k=１,２、‥）に対して、T(Pk)=Qk （k=1,2,‥）により座標変換を施してすべてのk（k=１,２、‥）についてのQkの集積（集合）として補正済絵柄Oをｕｖ座標面上、すなわち成形前のフィルム上に求める。図８（Ｂ）は、ｘｙ座標面に、目標とする絵柄Ｉを正三角形図形として描いた様子を示している。図８（Ａ）は、写像関数Ｔにより得たｕｖ座標面上の補正済絵柄Ｏを示している。補正済絵柄Ｏによるひしゃげた図形は、射出成形加工（写像関数Ｓでモデル化される）により加工後の座標表面にて正三角形図形として再現される。

従って、ｘｙ座標面上に描かれた目標絵柄Ｉに属するすべての点について、写像関数Ｔにより対応するｕｖ座標を求め、そのように座標変換された点の集合として求められた絵柄Ｏが最初にフィルムに印刷すべき絵柄となる。このようにして射出成形による変形の影響を相殺させる補正を施した絵柄を求めることができた。

［第３のステップ］
次に第３のステップの内容を詳しく説明する。図９は、射出成形の前と後でのフィルム濃度の変化の様子を模式的に説明する図である。成形前一面均質な平網（濃度Ｄ）として作成されたフィルムは、射出成形後は、フィルムの一部が不均質に引き伸ばされることにより、濃度の不均質な分布が生ずる。図９（Ｂ）は、この加工後フィルムの濃度の不均質な分布をモデル化する図である。ｕｖ平面で一様に濃度Ｄであったフィルムが、加工後に（ｘ、ｙ）の点Ｐで濃度Ｅを呈するとする。様々な成形前フィルム濃度Ｄに対してこの関数Ｅ＝Ｅ（Ｄ、Ｐ）＝Ｅ（Ｄ、ｘ、ｙ）を求め、コンピュータに計測データのテーブルとして記録する。尚、ここで言う濃度とは画像の光学濃度のことであり、透過濃度、或いは反射濃度のいずれでも良い。

［第４のステップ］
次に、第２ステップで得られた補正済絵柄Ｏの各点Ｑの濃度を補正する。絵柄Ｉ上の位置Ｐの濃度をＤとして得たいとき、点Ｐに対応する補正済絵柄Ｏの点Ｑの濃度Ｖは、
Ｄ＝Ｅ（Ｖ、Ｐ）の関係から求めることができる。
従って、目標絵柄Ｉ上の点Ｐとその目標濃度ＤからＴ（Ｐ）＝Ｑ により点Ｑの座標
（ｕ、ｖ）を求め、Ｄ＝Ｅ（Ｖ、Ｐ）の関係式からＱの補正済濃度Ｖを求めることができる。これを目標絵柄Ｉ上のすべての点Ｐについて計算すればよい。

［第３、第４のステップ変形］
前記第３のステップでは、濃度変化関数Ｅを、成形前フィルム濃度Ｄと成形後フィルム位置Ｐを変数とする関数として定義した。濃度変化関数をこれとは異なるように定義することもできる。濃度変化関数を、成形前フィルム濃度Ｄと成形前フィルム位置Ｑを変数とする関数として定義することもできる。図９（Ｃ）は、この考えを図示したものである。図９（Ｃ）では、成形前フィルム位置Ｑの箇所の濃度が成形後に濃度Ｇを呈しているとき、様々な成形前フィルム濃度Ｄに対してこの関数Ｇ＝Ｇ（Ｄ、Ｑ）＝Ｇ（Ｄ、ｕ、ｖ）を求め、コンピュータに計測データのテーブルとして記録する。次に、第２ステップで得られた補正済絵柄Ｏの各点Ｑの濃度を補正する。絵柄Ｉ上の位置Ｐの濃度をＤとして得たいとき、点Ｐに対応する補正済絵柄Ｏの点Ｑの濃度Ｖは、Ｄ＝Ｇ（Ｖ、Ｑ）＝Ｇ（Ｖ、ｕ、ｖ）の関係から求めることができる。

図４は、本発明に係る方法に基づいて構成した絵柄フィルム濃度補正装置の構成を示すブロック図である。歪パターン画像読取装置１１は、歪パターンを画像として入力するための装置であり、ＣＣＤカメラなどで構成される。被補正絵柄入力装置１２は、成形品に転写すべき絵柄を入力する装置であり、フラットベッドスキャナなどの装置を用いることができる。絵柄は版下などのデザイン素材を用いて入力される。あるいは、被補正絵柄としてフォトレタッチソフトやドローイングソフトで作成したイラスト画像データを用いることができる。その場合には、フォトレタッチソフトやドローイングソフトで作成したイラスト画像データを格納したメモリ媒体の読取り装置を被補正絵柄入力装置１２として用いることができる。

濃度変化入力装置１８は濃度補正用のデータを得るために必要な、テスト画像を入力する装置である。物体表面の小面積部分を測色可能な測色計等の計測機器を用いればよい。ここでテスト画像とは、一定濃度の平網ベタのフィルム、およびこのフィルムを成形品に転写したものを同条件で撮影したものを入力する。それぞれの画像を便宜上、フィルム画像、及び成形品画像と呼ぶこととする。ここで同条件とは、歪パターン画像読取装置１１と同じカメラ位置を用い、照明についてはフィルム画像と成形品画像で同じ照明条件であり、この照明条件はハイライトを生じないような拡散した照明が望ましい。

濃度変化補正処理部１９の内部には、数点の適当な濃度Ｄ１、Ｄ２、…、Ｄｎのフィルムを成形加工したものを実測した関数Ｇ（Ｄ、Ｑ）を表す濃度補正用のテーブルが格納される。関数Ｇ（Ｄ、Ｑ）を濃度補正用のテーブルに格納する測定値を得るには、図５（ａ）（ｃ）のような全面一様な濃度の平網フィルムにｕｖ座標を示す格子を入れたものを用意し、成形加工後の図５（ｂ）（ｄ）の状態で格子模様を基準にして成形品表面の測色を各格子部分ごとに行なうなどの方法が考えられる。この方法では、成形加工後のフィルムの各部分の濃度がｕｖ座標を基準にして測定できる。

１３は演算処理装置である。演算処理装置１３は、これらの装置から入力したデータに基づいて、絵柄の歪み補正を行う装置であり、画像処理部１４と歪補正処理部１５とを有する。画像処理部１４は、歪パターン画像読取装置１１から入力したパターンに基づいて、各基準点の位置座標を抽出する機能を有する。また、歪補正処理部１５は、画像処理部１４から与えられるデータに基づいて、被補正絵柄入力装置１２から入力した絵柄の歪み補正を行なう機能を有する。演算処理装置１３の構成および働きは、特許文献１に記載の演算処理装置１３と同じと考えてよい（特許文献１図４（ａ））。異なることは作成された歪み補正画像データを直接補正済み絵柄出力装置１７に送らずに、濃度変化補正処理部１９が処理できるように、記憶装置１６に必ず格納するところだけである。したがって、画像処理部１４および歪補正処理部１５の詳細な構成及びその動作については特許文献１に詳述されている。

１９は、濃度変化補正処理部である。歪み補正処理部１５が出力する歪み補正済絵柄データを入力し、濃度変化入力装置１８が入力したデータに基づいて、関数Ｇ（Ｄ、Ｑ）を表すテーブルを参照して、歪み補正済絵柄データの濃度値を補正する。歪補正処理部１５が出力する歪み補正済画像では、元の座標Ｐ（被補正絵柄Ｉ上のｘｙ座標系上の位置）の情報は失われているので関数Ｅ（Ｖ、Ｐ）は使用できないためかわりに関数Ｇ（Ｄ、Ｑ）を用いる。この際、前記テーブルは、基準点ごとの計測データを記録してあるだけなので、濃度変化補正処理部１９は、基準点以外の任意の点が与えられた場合に精度よく補間演算をする補間演算手段をも備える。

この補間演算手段の補間演算機能を以下に説明する。今、被補正絵柄Iの点Ｐ（ｘ、ｙ）の濃度がＤｐであったとする。この点は歪み補正処理部１５で歪み補正を受けた結果点Ｑ（ｕ，ｖ）に移るものとする。図１０は関数Ｇ（Ｄ、Ｑ）を表すテーブルを模式的に表した図である。このテーブルは、成形加工前の濃度Ｄ１、Ｄ２、…、Ｄｎの加工後の濃度変化入力装置１８によるフィルムの格子点の計測濃度値が濃度Ｄｋ（ｋ＝１、２、…）ごとの２次元の表として記録されている。同一の成形加工前の濃度Ｄｋについての各格子点の計測値を接続した図形を加工前濃度Ｄｋの面と呼ぶことにする。そこで、歪み補正を受けた結果点Ｑ（ｕ，ｖ）は、一般には格子点に一致しないので、成形加工後にちょうど濃度Ｄｐとなるように点Ｑの濃度をどのように補正するかを述べる。

まず点Ｑの加工前濃度Ｄｋ（ｋ＝１、２、…）の面における推定濃度ＤＱｋ（ｋ＝１、２、…）を求める。あるｋについてのＤＱｋは、Ｑ（ｕ，ｖ）を囲む４つの格子点ｊＰ（ｊ＝１〜４）の計測値ＤｊＰ（ｊ＝１〜４）から、図１１のような位置関係である場合には数１のように求めることができる。尚、点Ｑ（ｕ，ｖ）が格子点に一致する場合は、その格子点の計測値をもってＤＱｋを求めればよい。

そしてＤｐに対して最も近い２つのＤＱｋ、ＤＱｌ（ｌ＝ｋ＋１）を求めることができる。このＤＱｋ、ＤＱｌからＤｐの補正値ＤＯｐは数２の式より求めることができる。ただし、ＤＯｋ、ＤＯｌはそれぞれ、成形加工の前後で濃度が変化しないフィルム上の位置（原点Ｏ）の濃度を意味する。したがって、それぞれ濃度Ｄｋ、Ｄｋ+1に等しい。尚、点Ｑ、ＤＱｋ、ＤＱｌ、ＤＯｋ、ＤＯｌの関係を図１０に図解する。

１７は、補正済絵柄出力装置である。濃度値が補正された歪み補正済データを加工用フィルムとして出力する。補正済絵柄出力装置１７としては、インクジェットプリンタ、熱転写プリンタ、フィルムレコーダ等を用いることができる。

以上、射出成形加工時において形状の歪みだけでなく、濃度の歪みをも補正するフィルム濃度補正方法につい説明した。本発明の方法は、転写フィルムやラミネート用フィルムの形態の絵付フィルムの歪み補正一般に利用することができ、乗用車の内装材など、樹脂を用いた成形品の製造工程に広く利用することができる。

また、図１２は、絵柄の歪み補正を行なう必要がなく、濃度補正だけを行なう場合の絵柄フィルム濃度補正装置の構成例である。すなわち、図６において、ステップＳ１およびＳ２の手順が省略された絵柄フィルム濃度補正装置である。被補正絵柄を被補正絵柄入力装置１２より読取らせ、記憶装置１６に格納し、この画像データの濃度データに対して濃度変化補正処理部１９により濃度補正演算を行なえばよい。

又、本発明の方法は、射出成形同時絵付け方以外の各種成形に用いられる絵付けフィルムの形状及び濃度の歪補正に利用する事が出來る。即ち、絵柄フィルムに対して、前記の如くの、成形前後の絵柄歪の算出及びそれを相殺する補正、並びに成形前後の絵柄濃度の算出及びそれを相殺する補正の操作を各種成形の前後に関して適用すれば、同様の絵柄歪及び濃度補正が可能である。

其他の絵柄フィルムを用いた成形としては、例えば、真空成形、圧空成形、真空圧空成形、ラッピング成形等、或いは真空成形、圧空成形、又は真空圧空成形により予め絵柄フィルムを成形型形状に予備成形し、而かる後射出成形型内に存在する予備成形フィルムに熔融樹脂を射出する方式の射出成形同時絵付法等が挙げられる。

射出同時絵付け法を行う一般的な装置の基本構成図である。 射出同時絵付け法の説明図である。 射出同時絵付け法を行った歪んだ転写フィルムを示す図である。 本発明に係る方法に基づいて構成した転写フィルム濃度補正装置の構成を示すブロック図である。 転写フィルムが成形によって変形することを示す図である。 本発明のフィルム作成方法の概要を示したブロック図である。 成形前のフィルム座標系ｕｖと成形後の成形品表面座標系ｘｙを概念的に示した図である。 特許文献１の方法による第２のステップを説明する概念図である。 射出成形の前後のフィルム濃度の変化の様子を模式的に説明する図である。 点Ｑ、ＤＱｋ、ＤＱｌ、ＤＯｋ、ＤＯｌの関係を説明する図である。 点Ｑの加工前濃度Ｄｋの面上の推定濃度ＤＱｋの求め方の説明図である。 絵柄の歪み補正を行なう必要がなく、濃度補正だけを行なえばよい場合の転写フィルム濃度補正装置の構成例である。

符号の説明

１……供給ロール
２……転写フィルム
３……シリンダ
４……ヒータ
５……雄型
６……雌型
７……巻取りロール
８……成形物
９……印刷成形品
１１……歪パターン画像読取装置
１２……被補正絵柄入力装置
１３……演算処理装置
１４……画像処理部
１５……歪補正処理部
１６……記憶装置
１７……補正済絵柄出力装置
１８……濃度変化入力装置
１９……濃度変化補正処理部

Claims (4)

1. 成型前後の絵柄の歪みを算出し写像関数として記録する第１のステップ、
   第１のステップで得た写像関数に基づき絵柄の歪みを相殺するように変形させた印刷絵柄を作成する第２のステップ、
   成形前後のフィルム濃度変化を成形前フィルム濃度Ｄと成形後フィルム位置Ｐを変数とする濃度変化関数として記録する第３のステップ、
   第２のステップによりえられた印刷絵柄の濃度を、第３のステップで得られた濃度変化関数に基づき補正する第４のステップ
   により、成形前後の絵柄の歪みとともに濃度変化を相殺するよう補正した成形同時絵付法に用いる成形絵柄フィルム作成方法。
2. 請求項１に記載の成形絵柄フィルム作成方法において、第３のステップにおいて、濃度変化関数を、成形前フィルム濃度Ｄと成形前フィルム位置Ｑを変数とする濃度変化関数として記録し、この関数を用いて第４のステップの印刷絵柄濃度補正を実行する成形絵柄フィルム作成方法。
3. 成形前後のフィルム濃度変化を成形前フィルム濃度Ｄと成形後フィルム位置Ｐを変数とする濃度変化関数として記録する第１のステップ、
   印刷絵柄の濃度を、第１のステップで得られた濃度変化関数に基づき補正する第２のステップ
   により、成形前後の絵柄の濃度変化を相殺するよう補正した成形同時絵付法に用いる成形絵柄フィルム作成方法。
4. 請求項３に記載の成形絵柄フィルム作成方法において、第１のステップにおいて、濃度変化関数を、成形前フィルム濃度Ｄと成形前フィルム位置Ｑを変数とする濃度変化関数として記録し、この関数を用いて第２のステップの印刷絵柄濃度補正を実行する成形絵柄フィルム作成方法。
   
   

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