JP2008021706A - Three-dimensional measuring method of electronic part - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品の三次元測定方法、特にプリント基板又は液晶やディスプレイ基板等の基板に自動的に実装する電子部品実装装置に適用して好適な、電子部品の三次元測定方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional measurement method for electronic components, and more particularly to a three-dimensional measurement method for electronic components suitable for application to an electronic component mounting apparatus that automatically mounts on a printed circuit board or a substrate such as a liquid crystal display or a display substrate.
いわゆるQFPやSOP等の電子部品を、三次元測定した後に基板に実装する電子部品実装装置としては、例えば特許文献1に開示されている。
For example,
この実装装置が備えている三次元測定装置は、その概要を図1に示すように、LED照明光源131により吸着ノズル117に保持されている電子部品130を照明し、該電子部品130の下方に配したCCDカメラ126で撮像して位置決めのための二次元データを取得するようになっている。
As shown in FIG. 1, the three-dimensional measuring apparatus provided in the mounting apparatus illuminates the electronic component 130 held by the
その後、この二次元データから電子部品130の吸着角度を補正した後、レーザダイオード121を点灯し、コリメートレンズ122及びフォーカスレンズ123を通過させたスポット光を投光ミラー124で反射させることにより、ラインジェネレータレンズ125により、電子部品130の端子部130Aにライン光125Aを、下方斜め45°より投光する。
Thereafter, after correcting the suction angle of the electronic component 130 from the two-dimensional data, the
更に、リニアモータ128により投光ユニット127を、図中左右方向に移動させて上記電子部品130をライン光で走査する。このライン光125Aの投光像を、前記CCDカメラ126で撮像し、ライン光による光切断線から各端子の高さデータを取得し、端子部130Aの平坦度を検査している。この平坦度が適正であれば、位置決めデータに基づいて電子部品130を基板上に搭載する。
Further, the light projection unit 127 is moved in the horizontal direction in the figure by the linear motor 128 to scan the electronic component 130 with line light. The projected image of the
しかしながら、前記特許文献1に開示されている三次元測定装置では、電子部品の高さ計測(三次元測定)を、図1に示されているように斜め下方からライン光を電子部品へ照射し、その乱反射光の一部(カメラに届く光)を用いて、端子の高さデータを取得しているため、この方式では検査対象となる電子部品の検査箇所での姿勢が水平方向から傾いていた場合等には、ライン光が測定対象の端子部分に照射されないことが起こるため、測定が不可能になることがあり、その場合にはライン光照射位置を少しずつずらしながら、走査と撮像を複数回行ない、ライン光が照射可能な位置になるまでその操作を繰返し行なう必要があるため、測定時間が非常に長くなるという問題があった。
However, in the three-dimensional measuring apparatus disclosed in
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、吸着ノズル等で保持された電子部品を三次元測定する際、該電子部品が水平方向から傾いて保持されている場合でも、短時間で測定することができる電子部品の三次元測定方法を提供することを課題とする。 The present invention was made to solve the above-mentioned conventional problems, and when the electronic component held by the suction nozzle or the like is three-dimensionally measured, even when the electronic component is held tilted from the horizontal direction, It is an object of the present invention to provide a three-dimensional measurement method of an electronic component that can be measured in a short time.
本発明は、保持手段により保持された電子部品に、ライン光を投光した際の光切断線を撮像し、得られる画像データに基づいて、該電子部品の平坦度を測定する電子部品の三次元測定方法において、保持される電子部品の存在予想範囲を越えて、ライン光の走査範囲を設定すると共に、電子部品を前記保持手段に保持した後、前記走査範囲内で、ライン光を走査しながら、所定のピッチで間欠的に投光し、各ピッチ毎に撮像した画像から予め測定位置を決定し、決定された測定位置に、ライン光を位置決めして投光した際の光切断線を撮像することにより、前記課題を解決したものである。 The present invention relates to a third order of an electronic component that images a light cutting line when line light is projected onto the electronic component held by the holding means and measures the flatness of the electronic component based on the obtained image data. In the original measurement method, the scanning range of the line light is set beyond the expected range of the electronic component to be held, and after the electronic component is held by the holding means, the line light is scanned within the scanning range. However, light is intermittently projected at a predetermined pitch, a measurement position is determined in advance from an image captured at each pitch, and a light cutting line when the line light is positioned and projected at the determined measurement position. By taking an image, the above-mentioned problem is solved.
本発明は、又、前記測定位置の決定を、正常保持部品に想定される正規測定位置での撮像に失敗した場合に行なうようにしてもよい。 In the present invention, the determination of the measurement position may be performed when imaging at a normal measurement position assumed for a normal holding part fails.
本発明によれば、測定位置を予め確認し決定した後に、三次元測定を開始できるようにしたため、電子部品が傾いて保持されていたとしても測定位置が見つかるまで走査と撮像を繰り返す必要は無くなることから、正常保持されていない電子部品の測定に要する時間を大幅に短縮することが可能となる。 According to the present invention, since the three-dimensional measurement can be started after the measurement position is confirmed and determined in advance, it is not necessary to repeat scanning and imaging until the measurement position is found even if the electronic component is tilted and held. As a result, it is possible to significantly reduce the time required for measuring electronic components that are not normally held.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図2は、本発明に係る一実施形態に使用される電子部品実装装置の概観を示す斜視図である。 FIG. 2 is a perspective view showing an overview of the electronic component mounting apparatus used in the embodiment according to the present invention.
この電子部品実装装置は、基台1の中央部にはX方向に搬送路2が配設されている。この搬送路2は、基板保持部を兼ねており、基板3をX方向に搬送すると共に、搬送路2上の所定位置に基板3を保持し、位置決めする。
In this electronic component mounting apparatus, a
又、この搬送路2の両側には、電子部品の供給部4が配置され、それぞれの供給部4には多数台のパーツフィーダ5が並設されている。各パーツフィーダ5は、電子部品を収納・保持しているテープをその長さ方向に送ることにより、該電子部品を順次供給するようになっている。
In addition, electronic
又、X軸テーブル6には、電子部品の移載ヘッド7が装着されていると共に、該X軸テーブル6は、対向して並設されたY軸テーブル8A及び8Bに、両端部が支持され架設されている。これらX軸テーブル6及びY軸テーブル8A、8Bを駆動することにより移載ヘッド7が水平方向に移動され、その下端部に装着されている、後述する図3に示す吸着ノズル10によりパーツフィーダ5の部品吸着位置から電子部品をピックアップし、基板3上に移載する。
The X-axis table 6 is mounted with a
前記X軸テーブル6及びY軸テーブル8A、8BからなるXY方向駆動手段により移載ヘッド7が移動される、搬送路2と供給部4との間の移動経路の下方には、CCDカメラ等からなる部品認識カメラ9が配設され、該カメラ9により移載ヘッド7や吸着ノズル10が下方から撮像されるようになっている。
The
そして、この移載ヘッド7に保持されている電子部品を、カメラ9で撮像することにより、電子部品の識別や位置ずれの検出が行なわれる。又、カメラ9の近傍には、電子部品の端子部の平坦度を検査する三次元測定装置14が配設されている。この三次元測定装置14については、後に詳述する。
Then, the electronic component held by the
前記移載ヘッド7には、図3に拡大して示すように複数のノズルシャフト11がそれぞれθ軸モータ12に取り付けられ、各ノズルシャフト11は独立にθ方向に回転駆動可能になっている。又、移載ヘッド7には、各ノズルシャフト11に対応するZ軸モータ13が設置され、各ノズルシャフト11が独立に昇降動作が可能になっている。又、各ノズルシャフト11の先端には、吸着ノズル10が着脱自在に装着され、吸着ノズル10の先端には、エアを吸引して電子部品を保持するための吸着孔が設けられている。
A plurality of
前記三次元測定装置14は、図4にその側面から見た概要を示すように、レーザダイオード15からのレーザ光が、コリメートレンズ16とフォーカスレンズ17を介して投光ミラー18に入射されると、その反射光がラインジェネレータレンズ19によりライン光として吸着ノズル10に保持されている電子部品Pに照射(投光)されるようになっている。又、吸着ノズル10に保持されている部品Pの下方には、撮像ミラー20が、該撮像ミラー20の反射方向には撮像カメラ21がそれぞれ配設されている。
When the laser light from the
又、フォーカスレンズ17と投光ミラー18とラインジェネレータレンズ19が一体的に内蔵されている投光ユニット26は、リニアアクチュエータ22に直結されており、水平方向に正常に保持された電子部品Pの下面に平行(図中、両矢印方向)に、且つ、図5の要部上面図にイメージを示すように、照射されたライン光Lの先端の照射ラインに対して直交する方向に、駆動自在になっている。
The
なお、本実施形態に適用される三次元測定装置14は、投光ミラー18によるレーザ光の反射方向が90°異なっており、それに反応した構造になっている以外は、基本的な構成が前記図1に示したものと実質的に同一である。従って三次元測定の原理も実質同一である。
The three-
次に、以上の構成における本実施形態の三次元測定の動作を、図6に示すフローチャートに従って説明する。 Next, the three-dimensional measurement operation of the present embodiment having the above configuration will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
まず、前記図2に示した搬送路2上に基板3が搬入され、位置決めされると(ステップ1、2)、移載ヘッド7は電子部品をピックアップするために、ノズルシャフト11の先端に装着されている吸着ノズル10を供給部4上へ移動させる(ステップ3)。
First, when the
移載ヘッド7が部品吸着位置へ整定後、Z軸モータ13の駆動によりノズルシャフト11を下降させると、その先端の吸着ノズル10が部品吸着高さまで下降し、パーツフィーダ5に納められている電子部品と当接する直前に、図示しない真空発生装置を作動させ、ノズルシャフト11の管路内を負圧とすることにより、該吸着ノズル10の先端に当接した電子部品を吸着する(ステップ4)。
After the
その後、吸着された電子部品の吸着位置及び角度の認識を行なうため、実装装置本体に設けられている部品認識カメラ9上へ移動し(ステップ5)、吸着部品の位置認識を行なう(ステップ6)。位置認識した結果を基に、移載ヘッド7が該カメラ9の近傍に配されている三次元測定装置14上へと移動を行ない(ステップ7)、吸着されている電子部品の高さ計測箇所が、三次元測定装置14の測定位置(ライン光の焦点位置)となるように、位置決めされる。
Thereafter, in order to recognize the picked-up position and angle of the picked-up electronic component, it moves onto the
次に、ステップ8で行なう前記図4の三次元測定装置による三次元測定について説明する。 Next, the three-dimensional measurement by the three-dimensional measuring apparatus shown in FIG.
光源であるレーザダイオード15から発せられた光は、コリメートレンズ16で集光されて平行光となる。フォーカスレンズ17はこの平行光をスポット光となるように絞り込む。フォーカスレンズ17からのスポット光は、投光ミラー18により垂直軸と45°の角度をなすように曲げられる。
The light emitted from the
この曲げられた光路の直ぐ後ろに置かれたラインジェネレータレンズ19は、入射光を幅(厚さ)30μm、長さ40mm(図4の紙面に垂直な方向、図5の寸法W)のライン光Lとして、測定対象である電子部品Pの端子Paに投光する。
The
電子部品Pの端子Paからの拡散反射光の一部(電子部品の端子に対して垂直な成分)は、撮像ミラー20で反射されて撮像カメラ21により撮像される。又、このとき、リニアアクチュエータ22に接続された投光ユニット26は、リニアアクチュエータ22の駆動により図示される左右両矢印の方向(電子部品下面に平行且つ照射されるライン光の照射ラインに対して直交する方向)に前後直線運動を行なう。
Part of the diffusely reflected light from the terminal Pa of the electronic component P (component perpendicular to the terminal of the electronic component) is reflected by the
これにより投光ユニット26は、コリメータレンズ16によって形成された平行光線に向かって前進・後退の直線運動を行なうことになるが、このように平行光線に向かって前後直線運動を行っても、フォーカスレンズ17の結像作用には影響を及ぼさないので、測定対象である電子部品Pが水平方向に正常保持されている場合には、その端子には常に一定幅のライン光が照射されることになる。
As a result, the
そこで、前記図4において、投光ユニット26を右から左に、一定速度(例えば700mm/sec)で移動させる。撮像カメラ21の視野内の所定の箇所に拡散反射光が入光可能となる位置に来たとき、レーザダイオード15を所定時間だけ(例えば50μsec)点灯する。すると、投光位置にある電子部品の端子に反射した光が撮像カメラ21に入光するため、それを撮像することで高さ測定を行なうことができる。
Therefore, in FIG. 4, the
この高さ測定は、保持されている電子部品の姿勢が水平であれば、測定位置を想定できるため、問題なく行なうことができるが、水平方向から傾いていると投光位置に端子が存在しない場合がある。この場合には、投光位置を少しずつずらして端子に当たるまで繰返し、投光と撮像を繰り返して行なう必要があるため、測定に長時間を要することになる。 This height measurement can be performed without problems if the position of the electronic component being held is horizontal, so the measurement position can be assumed, but if it is tilted from the horizontal direction, there is no terminal at the light projection position. There is a case. In this case, since it is necessary to shift the light projection position little by little and repeat until the light hits the terminal, and repeatedly perform light projection and imaging, it takes a long time for measurement.
そこで、本実施形態では、ライン光Lを走査して三次元測定を行なう前に、電子部品の端子位置の寸法(ピッチ)に拘わらず、投光位置を十分に短かい、例えば0.5mm間隔の一定ピッチに設定して間欠的に投光させることにより、測定対象の電子部品に反射した光が同様に間欠的に撮像カメラに撮像されるようにする。 Therefore, in the present embodiment, before performing the three-dimensional measurement by scanning the line light L, the projection position is sufficiently short, for example, at an interval of 0.5 mm, regardless of the size (pitch) of the terminal position of the electronic component. Thus, the light reflected on the electronic component to be measured is similarly intermittently captured by the imaging camera.
すると、撮像された電子部品の姿勢によって、姿勢が水平であれば、予め想定されている正規測定箇所に投光された反射光が撮像されるが、前述したように電子部品の姿勢が傾いていると、想定した正規測定箇所による反射光が撮像されないことがある。 Then, if the attitude is horizontal depending on the attitude of the imaged electronic component, the reflected light projected to the normal measurement location assumed in advance is imaged, but the attitude of the electronic component is inclined as described above. If so, the reflected light from the assumed normal measurement location may not be imaged.
ところが、吸着ノズル10で電子部品Pを保持した際に、その存在が予想される最大範囲を越えてライン光の走査範囲を予め設定しておき、この走査範囲全域に亘って、前記のように間欠的にライン光を投光し、撮像することにより、撮像された間欠的な反射光のパターンから電子部品の姿勢を推定し、最適な投光位置を決定することが可能となる。このように最適な投光位置が決まったら、それを測定位置に設定して再度走査し該測定位置で撮像するのみで、正確に高さ測定を行なうことができる。なお、この投光位置(測定位置)の決定については、後に具体例を挙げて説明する。
However, when the electronic component P is held by the
このように撮像された画像データを画像処理することにより、電子部品の三次元測定を行なうことができる。この三次元測定の原理について以下に簡単に説明する。 By performing image processing on the image data thus captured, three-dimensional measurement of the electronic component can be performed. The principle of this three-dimensional measurement will be briefly described below.
図7は、電子部品の例がQFPで、そのリード端子を三次元測定する様子を示した図である。 FIG. 7 is a diagram showing a state in which the example of the electronic component is QFP and the lead terminal is three-dimensionally measured.
図7(A)は、電子部品Pが、XYθの各軸の駆動により、前記三次元測定装置14の上部に、XYの各軸に対して平行で、しかも該三次元測定装置14の視野の中心位置に一致するように位置決めされた状態を示す上面図であり、リニアアクチュエータ22によって走査されるライン光Lが、電子部品Pのリード端子Paに照射されている状態のイメージを示している。
FIG. 7A shows that the electronic component P is parallel to each of the XY axes on the top of the three-
図7(B)はその側面図であり、リード端子Paで拡散反射した光の一部が垂直方向に反射している状態(撮像カメラによって撮像されている光)を示しており、図7(C)は同図(B)のライン光Lが照射されるリード端子Paの拡大図である。 FIG. 7B is a side view showing a state where a part of the light diffusely reflected by the lead terminal Pa is reflected in the vertical direction (light captured by the imaging camera). C) is an enlarged view of the lead terminal Pa irradiated with the line light L in FIG.
ここで、測定対象となるリード端子Paのうち、変形等により他と比較して異なる高さのリード端子Pbが存在し、これによりライン光Lが照射される高さが図7(C)に示すように正常端子Paと比較してΔtだけ異なっていたとする。ライン光Lの照射により、リード端子Paはその下方に設けた撮像カメラに図8に示すような光切断線画像として撮像されるが、高さの異なるリード端子Pbは同図に示すようにΔxだけ離れた位置に撮像される。そしてライン光Lの投光角度はリード端子Pbに対して45°をなしているのでΔx=Δtとなり三次元(高さ)測定が可能となる。 Here, among the lead terminals Pa to be measured, there is a lead terminal Pb having a different height compared to others due to deformation or the like, and the height at which the line light L is irradiated by this is shown in FIG. As shown, suppose that it differs from the normal terminal Pa by Δt. When the line light L is irradiated, the lead terminal Pa is picked up as an optical section line image as shown in FIG. 8 by an imaging camera provided below the lead terminal Pa, but the lead terminal Pb having a different height is Δx as shown in FIG. The image is taken at a position that is far away. Since the projection angle of the line light L is 45 ° with respect to the lead terminal Pb, Δx = Δt and three-dimensional (height) measurement is possible.
前記ステップ8の三次元測定の結果、測定部品に高さの異なる端子が検出され、その測定値Δxが任意に設定可能な閾値より大きい場合には、測定した電子部品に異常がある(NG)と判断し、装置内の図示しない返却トレイ上へ移動し、吸着部品をエアブローにより返却を行なう等の、適切なエラー処理がなされる(ステップ9)。
As a result of the three-dimensional measurement in
次に、予め設定したライン光の走査範囲内で、所定のピッチで間欠的に投光するライン光によって、最適な投光位置を選定する方法について詳述する。 Next, a detailed description will be given of a method for selecting an optimum light projection position using line light that is intermittently projected at a predetermined pitch within a preset scanning range of line light.
前述したとおり、高さ(三次元)測定を行なう前に、予め該当部品の平面方向の端子位置を選択し、決定する。その際、電子部品の正常保持を前提に正規測定位置にライン光を走査して投光すると、図9に示すように、実際に保持されている電子部品Pが水平の姿勢であれば、目的の端子Paに投光したライン光が到達し、高さ測定のための拡散反射光がカメラ上に返ってくるが、P´で示すように電子部品が僅かでも水平でない場合には、端子Pa´に走査光が当たらずに透過してしまうことが起こる。 As described above, before the height (three-dimensional) measurement is performed, the terminal position in the planar direction of the corresponding part is selected and determined in advance. At that time, if the line light is scanned and projected at a normal measurement position on the assumption that the electronic component is normally held, as shown in FIG. 9, if the electronic component P actually held is in a horizontal posture, The line light projected to the terminal Pa of the light reaches the diffused reflected light for height measurement and returns to the camera. However, if the electronic component is not even as shown in P ′, the terminal Pa is used. It happens that the scanning light does not strike ′ and is transmitted.
そこで、図10に示すように、吸着ノズル10で保持されている電子部品のサイズより少し大きい範囲、即ち、電子部品Pの存在が想定される範囲を越えてライン光の走査範囲を設定しておき、その範囲内でライン光の投光を一定ピッチで間欠的に行なってやれば、その中には必ず目的の端子に当たるものがある。その結果、前記図8に示したパターンに相当する高輝度画像が得られることになる。
Therefore, as shown in FIG. 10, the scanning range of the line light is set beyond a range that is slightly larger than the size of the electronic component held by the
そこで、その時のリニアモータ22のエンコーダ出力から求まるライン光の走査位置の座標を、図示しない制御装置のメモリに記憶しておき、次に走査するときにその座標に走査したタイミングでライン光を投光すれば、必ず最適な高さ測定に必要な走査光を投光することが可能となる。図10の場合であれば、(2)番と(9)番のタイミングで走査光を投光すればよいことになる。
Therefore, the coordinates of the scanning position of the line light obtained from the encoder output of the
更に、この1回目の間欠的なライン光の走査・投光において、端子によっては隣りのピッチに重畳して規定のピッチでないものも出てくる可能性がある。そのときには、その端子が規定値以上の曲がりを持っていることを意味するので、その1回目の間欠的走査だけで測定部品の良否を判定することも可能である。 Further, in this first intermittent scanning / projection of line light, some terminals may be superimposed on the adjacent pitch and may not have a specified pitch. At that time, it means that the terminal has a bend of a specified value or more, and it is possible to determine the quality of the measurement component only by the first intermittent scan.
以上詳述した前記ステップ8による三次元測定の結果により、電子部品の異常が認められなかったOKの場合には、移載ヘッド7は搬送路2に固定されている基板3上の所定位置に移動し(ステップ10)、θ軸モータ12とZ軸モータ13の駆動により、電子部品を基板3へ搭載する(ステップ11)。
As a result of the three-dimensional measurement in
その後、基板3への電子部品の搭載が全て完了するまで生産動作を継続する(ステップ12)。 Thereafter, the production operation is continued until all the electronic components are mounted on the substrate 3 (step 12).
以上詳述した本実施形態によれば、吸着ノズル10により保持されている電子部品Pの測定位置を事前に確実に決定しておくことができるため、従来の方式では測定に時間がかかっていた、又は測定が不可能なまでに姿勢が傾いている電子部品であっても、短時間で三次元測定を行なうことが可能となる。
According to the present embodiment described in detail above, the measurement position of the electronic component P held by the
又、事前に最適な投光(測定)位置を選択し決定できるため、確実に高精度な三次元測定が実行可能である。 In addition, since an optimal light projection (measurement) position can be selected and determined in advance, highly accurate three-dimensional measurement can be performed reliably.
その際、前記測定位置の決定を、正常保持した電子部品に想定される正規測定位置での撮像に失敗した場合にのみ行なうことにより、一段と短時間で測定することができる。 At that time, the measurement position can be determined in a shorter time by performing the determination of the measurement position only when imaging at the normal measurement position assumed for the normally held electronic component fails.
更に、目的が測定でなく、部品良否の判定であれば不良品の分別が更に短時間で行なうことが可能となる。 Furthermore, if the purpose is not measurement but determination of whether a part is good or bad, it becomes possible to sort defective products in a shorter time.
なお、前記実施形態では、ライン光を一定の0.5mmピッチで間欠的に投光する場合を示したが、これに限定されず、ピッチ間隔が交互に変化するようにしても、又、測定対象の存在確率が高い範囲にはピッチを細かくする等により、ピッチ間隔を部分的に変化させて最適な位置を選択できるようにしてもよい。 In the above embodiment, the line light is intermittently projected at a constant 0.5 mm pitch. However, the present invention is not limited to this, and the pitch interval may be changed alternately. It may be possible to select an optimum position by partially changing the pitch interval, for example, by making the pitch finer in a range where the target existence probability is high.
10…吸着ノズル(保持手段)
14…三次元測定装置
15…レーザダイオード
16…コリメートレンズ
17…フォーカスレンズ
18…投光ミラー
20…撮像ミラー
21…撮像カメラ
22…リニアアクチュエータ
26…投光ユニット
P…電子部品
Pa…端子
L…ライン光
10 ... Suction nozzle (holding means)
DESCRIPTION OF
Claims (2)
保持される電子部品の存在予想範囲を越えて、ライン光の走査範囲を設定すると共に、
電子部品を前記保持手段に保持した後、前記走査範囲内で、ライン光を走査しながら、所定のピッチで間欠的に投光し、各ピッチ毎に撮像した画像から予め測定位置を決定し、
決定された測定位置に、ライン光を位置決めして投光した際の光切断線を撮像することを特徴とする電子部品の三次元測定方法。 In a three-dimensional measurement method for an electronic component that images an optical cutting line when line light is projected onto an electronic component held by a holding unit and measures flatness of the electronic component based on obtained image data ,
Set the scanning range of the line light beyond the expected range of electronic components to be held,
After holding the electronic component in the holding means, while scanning the line light within the scanning range, intermittently project light at a predetermined pitch, determine the measurement position in advance from the image captured for each pitch,
A three-dimensional measurement method for an electronic component, characterized in that an optical cutting line is imaged when a line light is positioned and projected at a determined measurement position.
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