JP2009039793A - ワーク加工設備 - Google Patents

Abstract

【課題】初期設備費用が少なく、メインテナンス性に優れ、省スペースなワーク加工設備を提供する。
【解決手段】ワークＷの加工ラインを構成する加工ステーションＳＴは、搬送装置１の搬送ラインＬを挟んで両側に配置されており、ワークＷの加工工程の順序に従って加工ステーションＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３・・・が所定の態様で配列されている。搬送装置１は、互いに直交する２つのアーム部２、３を備えている。アーム部２、３はアームヘッド４に対して進退移動することができ、アームヘッド４は９０度間隔で旋回することができる。搬送装置１は、搬送ラインＬを各加工ステーションＳＴの一側面に沿って走行してワークＷを搬送し、また、各加工ステーションＳＴとのワーク授受位置でそれぞれ停止してワークＷの授受を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン部品等のワークの加工を行うワーク加工設備に関する。

エンジンのシリンダブロックやシリンダヘッド等の、複数の加工工程を経て加工される部品の加工設備として、加工ラインを構成する各加工ステーションの近傍にそれぞれ独立した移送装置を配置し、これら移送装置によって、ワークの搬送と各加工ステーションに対するワークの授受を行うワーク加工設備が知られている。

また、下記の特許文献１には、加工ラインを構成する各加工ステーションに対してそれぞれ独立した多関節ロボットを配置し、これらロボットによって、ワークの搬送と各加工ステーションに対するワークの授受を行うワーク加工設備が開示されている。

また、下記の特許文献２には、加工ラインの上方に架設された搬送梁上を走行するワークローダとパレットローダとを含むガントリーローダによって、ワークの搬送と各加工ステーションに対するワークの授受を行うワーク加工設備が開示されている。
特開平６−６３８７９号公報 特開２００２−１０３１６６号公報

各加工ステーションの近傍にそれぞれ独立した移送装置を配置したワーク加工設備は、複数の移載装置に対する初期設備費用やメインテナンス費用が高く、設備コストの増大につながる。また、複数の移載装置を配置するために、各加工ステーション間のスペースを比較的大きく確保する必要があり、加工ラインが長くなる。

加工ラインを構成する各加工ステーションに対してそれぞれ独立した多関節ロボットを配置したワーク加工設備は、上記設備と同様に、設備コスト増大の問題があると共に、何らかの事由でロボットが故障した場合、復旧までに時間が掛かるという問題がある。

ガントリーローダを備えたワーク加工設備は、各加工ステーションとの間でワークの授受を行う際に比較的大きな移動ストロークが必要であるため、ローダの構造が大きくなり、設備全体が大型化する傾向がある。また、ローダは加工ラインの上方に架設された搬送梁に天吊り状に設置されているので、メインテナンス作業に手間が掛かるという問題もある。

本発明の課題は、初期設備費用を低減することができると共に、メインテナンス性に優れたワーク加工設備を提供することである。

本発明の他の課題は、加工ラインを短くして、設備の省スペースを図ることができるワーク加工設備を提供することである。

本発明の更なる課題は、比較的小型で簡易な構造の搬送装置を備えたワーク加工設備を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、ワークに対して所定の加工を行う複数の加工ステーションが配置され、ワークに対する複数の加工工程が設けられた加工ラインと、加工ステーションにワークを搬送する搬送装置とを備えたワーク加工設備であって、搬送装置は、各加工ステーションとの間でワークの授受を行うことが可能なワーク授受手段と、各加工ステーションの一側面に沿って走行すると共に、各加工ステーションとの間でそれぞれワークの授受を行うワーク授受位置で停止可能な走行手段とを備えており、搬送装置が走行手段によって加工ラインを走行すると共に、該加工ラインを構成する各加工ステーションとのワーク授受位置でそれぞれ停止し、ワーク授受手段により、各加工ステーションに対して、該加工ステーションでの加工前のワークの受け渡しと、該加工ステーションでの加工後のワークの受け取りとを行い、該受け取ったワークを次工程の加工ステーションに搬送する構成を提供する。

本発明において、加工対象となるワークは複数の加工工程を経て加工され、その複数の加工工程からなる加工ラインは、配置された複数の加工ステーションの全部又は一部によって構成される。「全部」とは、所定のワークに対して、当該ワークの複数の加工工程に対応する加工ステーションのみが配置されていることを意味し、この場合、本発明のワーク加工設備は当該ワークの専用加工設備となる。「一部」とは、所定のワークに対して、当該ワークの複数の加工工程よりも多い数の加工ステーションが配置されていることを意味し、この場合、配置された複数の加工ステーションの中から当該ワークの複数の加工工程に対応する加工ステーションを選択し、この選択した複数の加工ステーションによって当該ワークの加工ラインを構成する。選択しなかった加工ステーションは、当該ワークとは異なる種類のワークの加工工程に対応したものであり、上記で選択した加工ステーションの全部又は一部と上記で選択しなかった加工ステーションの全部又は一部とを組み合わせて、あるいは、上記で選択しなかった複数の加工ステーションの全部又は一部のみで、当該異なる種類のワークの加工ラインを構成することができる。この場合、本発明のワーク加工設備は、複数種類のワークに対応できる加工設備となる。

搬送装置は、上記のようにして構成される加工ラインを各加工ステーションの一側面に沿って走行すると共に、各加工ステーションとの間でそれぞれワークの授受を行うワーク授受位置で停止し、各加工ステーションに対してそれぞれ、該加工ステーションで加工される前のワークを受け渡すと共に、該加工ステーションで加工された後のワークを受け取り、該受け取ったワークを次工程の加工ステーションに搬送する。このように、本発明のワーク加工設備は、ワークの加工ラインに対して一つの搬送装置で対応し、しかも搬送装置は各加工ステーションの一側面に沿って走行するように構成されているので、従来設備に比べて、初期設備費用が少なく、メインテナンス性に優れたものとなる。また、加工ラインの長さを短くすることも可能である。

上記構成において、加工ラインを構成する複数の加工ステーションを、搬送装置の走行方向を挟んで両側に配置するようにしても良い。これにより、加工ラインの長さを一層短くすることができる。

また、搬送装置のワーク授受手段は、ワークをそれぞれ保持可能な２つのアーム部と、アーム部を進退移動させる進退移動手段と、アーム部を旋回移動させる旋回移動手段とを備えていると共に、アーム部の進退移動と旋回移動とが共通の駆動源によって行われる構成にすることができる。これにより、搬送装置を小型で簡易な構造にすることができる。

あるいは、搬送装置のワーク授受手段は、ワークをそれぞれ保持可能な２つのアーム部と、基部と、アーム部を基部に連結するリンク部とを備えたパラレルリンク機構によって構成することもできる。これにより、搬送装置の小型化と構造の簡略化をより一層推進することができると同時に、ワーク授受の動作時間を短縮することができる。

本発明によれば、従来設備に比べて、初期設備費用が少なく、メインテナンス性に優れたワーク加工設備を提供することができる。

また、本発明によれば、従来設備に比べて、加工ラインが短く、省スペースなワーク加工設備を提供することができる。

さらに、本発明によれば、小型で簡易な構造の搬送装置を備えたワーク加工設備を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、実施の形態に係るワーク加工設備の全体構成を概念的に示している。この実施形態で加工対象とするワークＷは、例えば、シリンダブロック、シリンダヘッド、カムハウジング等のエンジン部品であり、複数の加工工程を経て加工される。ワークＷに対して所定の加工を行う複数の加工ステーションＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、・・・が配置され（以下、これらを総称して「加工ステーションＳＴ」という。）、これら加工ステーションＳＴによってワークＷに対する複数の加工工程を有する加工ラインが構成される。各加工ステーションＳＴには、ワークＷに対して所定の加工を行うＮＣ工作機械やマシニングセンター等の加工機が設置されており、供給ステーションＳＴ−ＳＰに在るワークＷは、加工ラインを構成する加工ステーションＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３、・・・に順次に搬送され、各加工ステーションＳＴで所定の加工が施されて、次工程に排出される。尚、この実施形態では、所定のワークＷの複数の加工工程に対応する加工ステーションＳＴのみを配置して（例えばワークＷの複数の加工工程に洗浄工程や検査工程等が含まれる場合は、これらの工程に対応するステーションを配置しても良い。）、当該ワークＷの専用加工設備を構成している。あるいは、当該ワークＷの複数の加工工程よりも多い数の加工ステーションＳＴを配置し、これら複数の加工ステーションＳＴの中から当該ワークＷの複数の加工工程に対応した加工ステーションＳＴを選択して、当該ワークＷの加工ラインを構成すると共に、これら加工ステーションＳＴの全部又は一部と上記で選択しなかった加工ステーションＳＴの全部又は一部とを組み合わせて、あるいは、上記で選択しなかった複数の加工ステーションＳＴの全部又は一部のみで、当該ワークＷと異なる種類のワークに対応できる加工ラインを構成するようにしても良い。

各加工ステーションＳＴへのワークＷの搬送、および、各加工ステーションＳＴとのワークＷの授受は搬送装置１によって行われる。搬送装置１は、搬送ラインＬを各加工ステーションＳＴの一側面に沿って走行してワークＷを搬送し、また、各加工ステーションＳＴとのワーク授受位置でそれぞれ停止してワークＷの授受を行う。この実施形態において、ワークＷの加工ラインを構成する加工ステーションＳＴは、搬送装置１の搬送ラインＬを挟んで両側に配置されており、ワークＷの加工工程の順序に従って加工ステーションＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ３・・・が所定の態様で配列されている。図１に示す例では、加工ステーションＳＴ１とＳＴ２とが搬送ラインＬを挟んで対向し、加工ステーションＳＴ２とＳＴ３とが搬送ラインＬに沿って隣接し、加工ステーションＳＴ３とＳＴ４とが搬送ラインＬを挟んで対向し、以下同様の基準で各加工ステーションＳＴが配列されている。ただし、図１に示す配置態様はあくまでも一例であり、加工ステーションＳＴの配列は諸般の事情を考慮して適宜決めれば良く、また、加工ステーションＳＴは搬送ラインＬの片側に配置するようにしても良い。

図２〜図４は搬送装置１を示している。尚、図２等では、ワークＷとしてシリンダブロックが例示されている。

図２に示すように、この実施形態の搬送装置１は、互いに直交する２つのアーム部２、３（図３参照）が設けられたアームヘッド４と、アームヘッド４を駆動する駆動部５と、アームヘッド４をベース６に対して昇降移動させる昇降移動部７と、搬送装置１を搬送ラインＬに沿って走行させる走行部８とを主要な要素として構成される。

駆動部５は、例えば、サーボモータ（ＡＣサーボモータ等）５ａと減速機５ｂとで構成され、サーボモータ５ａの動力（トルク）は減速機５ｂを介して、後述するアームヘッド４の駆動軸４ｃに入力される。この実施形態において、サーボモータ５ａの出力軸とアームヘッド４の駆動軸４ｃとは直交した位置関係にあり、この直交した二軸を直交軸タイプの減速機５ｂ（市販品として、例えば日本電産シンポ株式会社の「エイブル減速機 直交軸タイプ ＮＥＶシリーズ」がある。）で連結している。尚、減速機５ｂは、アームヘッド４の底ベース４ｅに固定されている。

昇降移動部７は、例えば、アームヘッド４の昇降移動を案内する複数のガイド部材７ａと、アームヘッド４を昇降駆動するエアシリンダ７ｂとで構成される。ガイド部材７ａの上端は、アームヘッド４の底ベース４ｅに固定されている。

走行部８は、この実施形態では自走式であり、走行駆動部８ａと走行案内部８ｂとを備えている。走行駆動部８ａは、例えば、サーボモータ（減速機付きＡＣサーボモータ等）８ａ１と、ラック・ピニオン機構とで構成される。サーボモータ８ａ１の出力軸に連結されたピニオンギヤ８ａ２と、搬送ラインＬの側面に沿って敷設された平ラックギヤ８ａ３との噛合により、サーボモータ８ａ１の回転が搬送ラインＬに沿った方向の直線運動に変換され、これにより、搬送装置１が搬送ラインＬに沿って自走する。そして、この搬送装置１の走行が走行案内部８ｂ（例えば、直線ガイドで構成される。）によって案内される。

図３は、アームヘッド４の内部を上方から見た図である。アーム部２は、例えば、互いに平行な丸ラックギヤ２ａ及びガイドバー２ｂと、丸ラックギヤ２ａ及びガイドバー２ｂの一端に結合されたワークブラケット２ｃとで構成される。丸ラックギヤ２ａとガイドバー２ｂは、それぞれ滑り軸受等でケーシング４ａにスライド自在に支持される。同様に、アーム部３も、互いに平行な丸ラックギヤ３ａ及びガイドバー３ｂと、丸ラックギヤ３ａ及びガイドバー３ｂの一端に結合されたワークブラケット３ｃとで構成される。丸ラックギヤ３ａとガイドバー３ｂは、それぞれ滑り軸受等でケーシング４ａにスライド自在に支持される。

アーム部２の丸ラックギヤ２ａとアーム部３の丸ラックギヤ３ａは共通のピニオンギヤ４ｂとそれぞれ噛合し、このピニオンギヤ４ｂは駆動軸４ｃに結合されている。従って、駆動部５からの動力が駆動軸４ｃに入力され、駆動軸４ｃ及びピニオンギヤ４ｂが回転すると、ピニオンギヤ４ｂと丸ラックギヤ２ａ及び丸ラックギヤ３ａとの噛合により、アーム部２とアーム部３がアームヘッド４に対して同時にスライド移動する。このアーム部２とアーム部３のスライド移動量は、駆動部５のサーボモータ５ａによって制御することができる。尚、スライド移動の態様は、駆動軸４ｃの一方向の回転に対してアーム部２のワークブラケット２ｃとアーム部３のワークブラケット３ｃがアームヘッド４から同時に進出し、駆動軸４ｃの他方向の回転に対してアーム部２のワークブラケット２ｃとアーム部３のワークブラケット３ｃがアームヘッド４側に同時に後退する態様である。

図４は、アームヘッド４の縦断面を示している。駆動軸４ｃはケーシング４ａに対して転がり軸受４ｄで回転自在に支持され、ケーシング４ａは底ベース４ｅに対して転がり軸受４ｆで回転可能に支持されている。駆動軸４ｃには、アーム部２の丸ラックギヤ２ａとアーム部３の丸ラックギヤ３ａとに噛合するピニオンギヤ４ｂが結合されている。また、底ベース４ｅには複数のストッパシリンダ４ｇが装着され、これらストッパシリンダ４ｇに対応して、複数のストッパブロック４ｈがケーシング４ａの外周に固定されている。ストッパシリンダ４ｇのロッド４ｇ１はストッパブロック４ｈのストッパ穴４ｈ１と係合離脱可能であり、ストッパシリンダ４ｇの作動切換えにより、ロッド４ｇ１がストッパ穴４ｈ１に係合したとき、ケーシング４ａの底ベース４ｅに対する回転が拘束され、ロッド４ｇ１がストッパ穴４ｈ１から離脱したとき、ケーシング４ａの底ベース４ｅに対する回転が許容される。さらに、ケーシング４ａと駆動軸４ｃとの間にクラッチ、例えば電磁クラッチ４ｉが介装されており、電磁クラッチ４ｉの作動切換えにより、駆動軸４ｃからケーシング４ａに動力が伝達され、また、駆動軸４ｃからケーシング４ａへの動力伝達が遮断される。

アーム部２とアーム部３をスライド移動させるときは、ストッパシリンダ４ｇのロッド４ｇ１をストッパブロック４ｈのストッパ穴４ｈ１に係合させて、ケーシング４ａの底ベース４ｅに対する回転を拘束すると共に、電磁クラッチ４ｉをＯＦＦにして、駆動軸４ｃからケーシング４ａへの動力伝達を遮断する。一方、ストッパシリンダ４ｇのロッド４ｇ１をストッパブロック４ｈのストッパ穴４ｈ１から離脱させて、ケーシング４ａの底ベース４ｅに対する回転を許容する共に、電磁クラッチ４ｉをＯＮに切換えると、駆動軸４ｃからの動力が電磁クラッチ４ｉを介してケーシング４ａに伝達され、駆動軸４ｃとケーシング４ａが一体となって底ベース４ｅに対して回転する。これにより、アーム部２及びアーム部３がアームヘッド４に対して停止した状態で、アームヘッド４がアーム部２及びアーム部３と伴に旋回する。このアームヘッド４の旋回移動量（旋回角度）は、駆動部５のサーボモータ５ａによって制御することができる。この実施形態では、アーム部２とアーム部３とを互いに直交させて配置していることから、アームヘッド４を９０度間隔で旋回移動させるようにしている。

図５は、搬送装置１と加工ステーションＳＴ１との間でワークＷの授受を行う態様の一例を示している。ここでは、加工ステーションＳＴ１で加工される前のワークＷを加工前ワークＷａ（図５に白四角で表示）、加工ステーションＳＴ１で加工された後のワークＷを加工後ワークＷｂ（図５に黒四角で表示）という。また、アーム部２のワークブラケット２ｃ（アーム部３のワークブラケット３ｃ）がアームヘッド４から進出する状態をアーム部２（アーム部３）の進出、アーム部２のワークブラケット２ｃ（アーム部３のワークブラケット３ｃ）がアームヘッド４側に後退する状態をアーム部２（アーム部３）の後退という。

図５（ａ）は、加工ステーションＳＴ１に先に供給されたワークＷの加工が終了し（加工後ワークＷｂ）、供給ステーションＳＴ−ＳＰから新たなワークＷ（加工前ワークＷａ）を受け取った搬送装置１が、加工ステーションＳＴ１とのワーク授受位置で停止した状態を示している。同図に示す例では、加工前ワークＷａが搬送装置１のアーム部２（のワークブラケット２ｃ）に保持（載置）され、アーム部３（のワークブラケット３ｃ）はワークＷを保持していない。

搬送装置１は、図５（ａ）に示す状態でワーク授受位置に停止した後、駆動部５のサーボモータ５ａの作動により、アーム部３（及びアーム部２）を進出移動させて、アーム部３のワークブラケット３ｃを加工ステーションＳＴ１に在る加工後ワークＷｂの下方に挿入し、さらに、昇降移動部７のエアシリンダ７ｂの作動により、アームヘッド４を上昇させて、加工後ワークＷｂをアーム部３のワークブラケット３ｃに載せる｛図５（ｂ）｝。

搬送装置１は、上記のようにして加工ステーションＳＴ１から加工後ワークＷｂを受け取った後、駆動部５のサーボモータ５ａの作動により（サーボモータ５ａが上記とは逆方向に回転する。）、アーム部３（及びアーム部２）を後退移動させる｛図５（ｃ）｝。そして、ストッパシリンダ４ｇの作動により、ケーシング４ａの底ベース４ｅに対する回転を許容すると共に、電磁クラッチ４ｉの作動により、駆動軸４ｃとケーシング４ａとの間の動力伝達経路を連結し、さらに、駆動部５のサーボモータ５ａの作動により、アームヘッド４を図５（ｃ）の位置から同図で時計方向周りに９０度だけ旋回させる。

その後、搬送装置１は、駆動部５のサーボモータ５ａの作動により、アーム部２（及びアーム部３）を進出移動させて、アーム部２に保持した加工前ワークＷａを加工ステーションＳＴ１に送り、さらに、昇降移動部７のエアシリンダ７ｂの作動により、アームヘッド４を下降させて、加工前ワークＷａをアーム部２のアームブラケット２ｃから加工ステーションＳＴ１に受け渡す｛図５（ｄ）｝。

上記のようにして、加工ステーションＳＴ１との間でワークＷの授受を行った搬送装置１は、走行することなく、搬送ラインＬを挟んで対向位置に配置されている加工ステーションＳＴ２に対して、上記と同様の態様でワークＷの授受を行う。その後、搬送装置１は、加工ステーションＳＴ３とのワーク授受位置まで走行して、加工ステーションＳＴ３との間でワークＷの授受を行い、以降、同様の態様で走行と停止を繰り返しながら、各加工ステーションＳＴとの間でワークＷの授受を行う。

図６は、搬送装置のワーク授受手段をパラレルリンク機構によって構成した実施の形態を示している。同図に示すように、ワークＷ（Ｗａ、Ｗｂ）をそれぞれ保持可能な２つのアーム部２２、２３が、それぞれ、基部２４の側面に一対のリンク部２５、２６によって連結されている。リンク部２５と基部２４とのリンク節、および、リンク部２６と基部２４とのリンク節は、基部２４に回動自在に挿通された共通のリンクピンの両端にリンク部材を結合することによって形成されている。同図では、加工前ワークＷａがアーム部２２に保持され、加工後ワークＷｂがアーム２３に保持されている。また、アーム部２２には図示されていないアクチュエータ（エアシリンダ等）の一端が連結されており（アクチュエータの他端は搬送装置のベース等に連結されている。）、アクチュエータの作動により、図７に示すような態様でワークＷの授受が行われる。

図７（ａ）は、アクチュエータが原点位置にあるときの状態を示している。このとき、リンク部２５、２６はそれぞれ基部２４と平行になり、アーム部２２とリンク部２５とのリンク節は基部２４に対して後方側、アーム部２３とリンク部材２６とのリンク節は基部２４に対して前方側にある。そのため、アーム２２に保持された加工前ワークＷａは後方側、アーム２３に保持された加工後ワークＷｂは前方側に位置する。

図７（ａ）に示す状態から、アクチュエータがアーム部２２を持ち上げるように作動すると、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、アーム部２２は基部２４に対して前方側に立ち上がり状にリンク動作を行い、同時に、アーム部２３は基部２４に対して後方側に立下り状にリンク動作を行う。そのため、アーム２２に保持された加工前ワークＷａは上方側を移動し、アーム２３に保持された加工後ワークＷｂは下方側を移動して、相互に干渉することなく、前後位置が入れ替わる｛図７（ｅ）｝。

前述した搬送装置１と同様の昇降移動部７及び走行部８と上記のワーク授受手段（パラレルリンク機構）とにより、軽量小型で、構造が簡単で、迅速なワーク授受が可能な搬送装置を構築することができる。

実施の形態に係るワーク加工設備の全体構成を概念的に示す図である。 搬送装置の側面図である。 搬送装置のアームヘッドの内部を上方から見た図である。 搬送装置のアームヘッドの縦断面図である。 搬送装置１と加工ステーションＳＴ１との間でワークＷの授受を行う態様の一例を示す図である。 搬送装置のワーク授受手段をパラレルリンク機構によって構成した実施の形態を示す斜視図である。 図６のワーク授受手段によりワークの授受が行われる態様を示す図である。

符号の説明

１ 搬送装置
２ アーム部
３ アーム部
４ アームヘッド
５ 駆動部
７ 昇降移動部
８ 走行部
２２ アーム部
２３ アーム部
２４ 基部
２５ リンク部
２６ リンク部
Ｗ ワーク
Ｗａ 加工前ワーク
Ｗｂ 加工後ワーク
ＳＴ１、・・・ 加工ステーション

Claims (3)

1. ワークに対して所定の加工を行う複数の加工ステーションが配置され、ワークに対する複数の加工工程が設けられた加工ラインと、前記加工ステーションにワークを搬送する搬送装置とを備えたワーク加工設備であって、
   前記搬送装置は、前記各加工ステーションとの間でワークの授受を行うことが可能なワーク授受手段と、前記各加工ステーションの一側面に沿って走行すると共に、前記各加工ステーションとの間でそれぞれワークの授受を行うワーク授受位置で停止可能な走行手段とを備えており、
   前記搬送装置が前記走行手段によって前記加工ラインを走行すると共に、該加工ラインを構成する前記各加工ステーションとの前記ワーク授受位置でそれぞれ停止し、前記ワーク授受手段により、前記各加工ステーションに対して、該加工ステーションでの加工前のワークの受け渡しと、該加工ステーションでの加工後のワークの受け取りとを行い、該受け取ったワークを次工程の前記加工ステーションに搬送することを特徴とするワーク加工設備。
2. 前記加工ラインを構成する複数の前記加工ステーションが、前記搬送装置の走行方向を挟んで両側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のワーク加工設備。
3. 前記ワーク授受手段は、ワークをそれぞれ保持可能な２つのアーム部と、該アーム部を進退移動させる進退移動手段と、該アーム部を旋回移動させる旋回移動手段とを備えていると共に、該アーム部の進退移動と旋回移動とが共通の駆動源によって行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のワーク加工設備。

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