JP2017129372A - 測量装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックラッシ等による誤差がなく、高精度で而も構造が簡単な水平回転駆動部を具備する測量装置を提供する。【解決手段】水平方向に回転自在に支持された托架部の水平軸１７の下端に、超音波モータ１４の出力軸がボルト２３により着脱可能に連結され、出力軸に回転板２４が固定され、回転板２４の外周部に振動発生部２５が形成され、振動発生部２５に所定の摩擦トルクＴ１を介して密着するステータ２７，３２が出力軸に回転可能に設けられ、ステータは回止めユニット４５により回転が拘束され、振動発生部２５に超音波振動を発生させ、出力軸を回転させる様構成された。【選択図】図２

Description

本発明は、高精度で而も構造が簡潔な水平回転駆動部を具備する測量装置に関するものである。

測量機器、例えば、トータルステーションでは測定点を視準する望遠鏡部を有し、該望遠鏡部は鉛直方向に回転可能に托架部に支持され、更に、該托架部は基盤部に水平方向に回転可能に支持されている。又、トータルステーションは前記望遠鏡部を回転させる為のモータ、前記托架部を回転させる為のモータを備えている。

従来、用いられているモータは、電動モータであり、該電動モータの出力軸と回転部の回転軸とは、前記出力軸に設けられた第１ギアと前記回転軸に設けられ、前記第１ギアに噛合する第２ギアとを介して連結され、前記電動モータの回転力が第１ギア、第２ギアを介して前記回転部に伝達される機構となっている。又、前記第１ギア、前記第２ギアの噛合には、バックラッシが存在する。バックラッシは、回転精度、回転位置決め精度に影響を及すので、できるだけ小さくする必要がある。特に、測量機では回転角度の精度は秒単位が要求される。この為、高精度のギアが必要となり、更に、組立て精度も高精度が要求される。この為、製造費は高価となっている。更に、ギアの摩耗等により、バックラッシが大きくなり、経時的に精度が低下する。

特開２００３−１９９３７０号公報 特開平２−３０３３７８号公報 特開２０１４−１３７２９９号公報 特開平１１−３１１５１７号公報

本発明は、バックラッシ等による誤差がなく、高精度で而も構造が簡単な水平回転駆動部を具備する測量装置を提供するものである。

本発明は、水平方向に回転自在に支持された托架部の水平軸の下端に、超音波モータの出力軸がボルトにより着脱可能に連結され、前記出力軸に回転板が固定され、該回転板の外周部に振動発生部が形成され、該振動発生部に所定の摩擦トルクＴ１を介して密着するステータが前記出力軸に回転可能に設けられ、前記ステータは回止めユニットにより回転が拘束され、前記振動発生部に超音波振動を発生させ、前記出力軸を回転させる様構成された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記ステータは、中間固定円板と固定円板と、前記中間固定円板と前記固定円板との間に介設された摩擦シートとを有し、前記中間固定円板と前記固定円板との間に発生する摩擦トルクＴ２は前記摩擦トルクＴ１より小さく設定された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記水平軸の下端に連結フランジが設けられ、前記出力軸の上端に出力フランジが設けられ、該出力フランジは下方から挿入した前記ボルトにより前記連結フランジに固定され、前記ステータ、前記回転板には前記ボルト挿通用の通孔が穿設された測量装置に係るものである。

又本発明は、前記水平軸、前記出力軸の中心部にはケーブル挿通用の孔が形成され、前記出力軸の下端にはスリップリングが設けられ、該スリップリングには第１コネクタ、第２コネクタが着脱可能に設けられ、前記振動発生部に給電する第１ケーブルが前記第１コネクタに接続され、前記托架部に内蔵される電源部に接続された第２ケーブルが前記第２コネクタに接続され、前記振動発生部には前記第２ケーブル、前記第２コネクタ、前記第１コネクタ、前記第１ケーブルを介して給電される様構成された測量装置に係るものである。

更に又本発明は、前記回止めユニットは、固定側に設けられたジョイントホルダと前記ステータに設けられた連結子とを有し、前記ジョイントホルダは金属球を圧縮スプリングによって前記連結子へ周方向に押圧させる球ホルダと、該球ホルダとの間に前記連結子を挾持し、前記ジョイントホルダ間に掛渡り傾動可能に設けられた連結ピンとを有し、前記連結子の回転方向の変位を拘束すると共に前記ジョイントホルダと前記連結子との半径方向の変位を前記連結ピンの傾動により吸収する様に構成した測量装置に係るものである。

本発明によれば、水平方向に回転自在に支持された托架部の水平軸の下端に、超音波モータの出力軸がボルトにより着脱可能に連結され、前記出力軸に回転板が固定され、該回転板の外周部に振動発生部が形成され、該振動発生部に所定の摩擦トルクＴ１を介して密着するステータが前記出力軸に回転可能に設けられ、前記ステータは回止めユニットにより回転が拘束され、前記振動発生部に超音波振動を発生させ、前記出力軸を回転させる様構成されたので、前記水平軸と前記出力軸とが直接連結され、バックラッシ等による誤差がなく精度が向上し、前記水平軸と前記出力軸との連結解除で、前記超音波モータを組立て分離することができ、測量装置の分解組立て性、保守性が向上するという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る測量装置の全体図である。 本実施例に係る測量装置の水平回転駆動部の断面図である。 該水平回転駆動部に含まれる水平モータの断面斜視図である。 該水平モータに用いられる回止めユニットの一部断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

図１は、本実施例に係る測量装置１を示す全体図であり、図１中、２は整準部、３は測量装置本体を示している。

該測量装置本体３は前記整準部２に設置され、前記測量装置本体３は、前記整準部２により水平状態に整準される様になっている。

前記測量装置本体３は、托架部４、水平回転駆動部５、望遠鏡部６を有し、前記水平回転駆動部５は、前記托架部４の下端部に位置し、前記整準部２に取付けられ、又前記托架部４を水平回転可能に支持する。

該托架部４には前記望遠鏡部６が水平軸心７を中心に回転可能に設けられている。前記望遠鏡部６は、測距部（図示せず）を内蔵し、該測距部からは変調されたレーザ光線、或はパルス光を測距光として測定対象物（図示せず）に向けて射出し、該測定対象物からの反射測距光を受光して測距を行う。

又、前記托架部４の水平回転角、前記望遠鏡部６の鉛直回転角は、それぞれ水平角エンコーダ（図示せず）、鉛直角エンコーダ（図示せず）によって検出される。

測距結果、検出された水平角、検出された鉛直角に基づき、測定点或は測定対象物の３次元データが測定される。

次に、図２、図３を参照して、前記水平回転駆動部５について詳述する。

モータケーシング１１は、所要の剛性、強度を有し、上ケース１２、下ケース１３により液密に構成されている。前記モータケーシング１１の内部には超音波駆動による水平モータ（超音波モータ）１４が収納されている。前記下ケース１３は、前記整準部２の基盤部１０にインロー方式で取付けられる。ここで、前記モータケーシング１１は、前記水平モータ１４を収納するケースとして機能すると共に前記托架部４を支持する構造部材としても機能する。

前記上ケース１２の上面には上方に延出する軸受ブロック１５が設けられ、該軸受ブロック１５に上下に貫通する水平軸１７が回転自在に設けられている。該水平軸１７の上端にはフランジ１８が形成され、該フランジ１８には前記托架部４のフレーム８がボルト９により固着されている。

前記フランジ１８と前記軸受ブロック１５の上端間には、スラスト軸受１６が設けられ、該スラスト軸受１６により前記測量装置本体３の垂直荷重が支持されている。

前記水平軸１７の下端にはリング１９が螺着され、該リング１９は前記水平軸１７と一体に回転する様、該水平軸１７に固着されている。

前記リング１９には連結フランジ２１がボルト２０により下方から固着されている。更に、前記連結フランジ２１に前記水平モータ１４がボルト２３により、固着されている。更に、前記水平モータ１４は、前記ボルト２３を外すことで、前記連結フランジ２１（即ち、前記水平軸１７）から取外すことが可能である。

図３を参照して、前記水平モータ１４について更に説明する。

該水平モータ１４の出力軸４１の上端に出力フランジ２２が形成される。該出力フランジ２２の周縁部２２ａは厚肉であり、前記出力フランジ２２は中央部に凹部が形成される形状を有する。又、前記周縁部２２ａの所要位置には、半径方向に貫通する孔、又は溝が形成されている（図示では、孔２２ｂを示している）。前記出力フランジ２２の下面に回転板２４が固着される。該回転板２４の直径は、前記出力フランジ２２より大きくなっており、該出力フランジ２２から張出した、前記回転板２４の外周部にはリング状の振動発生部２５が設けられる。

該振動発生部２５の下面には全周に櫛歯２５ａが形成されている。前記振動発生部２５の上面には、前記回転板２４と同心に薄板リング状の圧電セラミック（圧電素子）２６が密着固定されている。

前記回転板２４の下側に中間固定円板２７が設けられる。該中間固定円板２７は、前記出力軸４１に回転可能に嵌合され、又前記中間固定円板２７は軸心方向に変位可能となっている。該中間固定円板２７の外周部にはリング状のリブ２７ａが形成され、該リブ２７ａは第１摩擦シート２８を介して前記振動発生部２５の下面に密着する。

前記出力軸４１に軸受３１を介して固定円板３２が回転自在に嵌合され、更に該固定円板３２は軸心方向に変位可能となっている。該固定円板３２と前記中間固定円板２７との間には第２摩擦シート３３が介設される。

前記出力軸４１の下端部には固定ナット３４が螺着され、該固定ナット３４と前記軸受３１との間には、圧縮スプリング３５が設けられている。該圧縮スプリング３５は前記振動発生部２５と前記リブ２７ａとの間、及び前記中間固定円板２７と前記固定円板３２との間に所要の押圧力を発生させる様、圧縮状態で設けられる。

又、前記圧縮スプリング３５によって付与さる押圧力により、前記振動発生部２５と前記中間固定円板２７との間に発生する摩擦トルクＴ１と、前記中間固定円板２７と前記固定円板３２との間に発生する摩擦トルクＴ２との関係は、Ｔ１＞Ｔ２となっており、更にＴ２は、正常運転時に前記水平モータ１４に要求される駆動トルクよりは、大きくなっている。

前記出力軸４１の下端には、スリップリング３６が取付けられる。該スリップリング３６には第１コネクタ３８ａ（図２参照）が着脱可能であり、第２コネクタ３８ｂ（図２参照）が前記スリップリング３６に着脱可能であり、前記第１コネクタ３８ａと前記第２コネクタ３８ｂとは、前記スリップリング３６を介して連結解除可能となっている。尚、前記第１コネクタ３８ａと前記第２コネクタ３８ｂとは、直接連結解除可能としてもよい。

前記第１コネクタ３８ａには第１ケーブル３９ａが接続され、該第１ケーブル３９ａは前記圧電セラミック２６に接続されている。又、前記第２コネクタ３８ｂには第２ケーブル３９ｂが接続され、該第２ケーブル３９ｂは前記托架部４内部に備えられた電源部（図示せず）に接続されている。

尚、前記第１ケーブル３９ａは、前記圧電セラミック２６から前記孔２２ｂ、前記出力軸４１の中心に形成された孔を通って、前記第１コネクタ３８ａに至り、前記第２ケーブル３９ｂは、前記第２コネクタ３８ｂから前記出力軸４１の中心に形成された孔、前記水平軸１７の中心に形成された孔を通って前記電源部に至る様に配線される。

該電源部から前記振動発生部２５に給電されることで、前記櫛歯２５ａが超音波振動し、前記中間固定円板２７と前記振動発生部２５間で相対回転が発生する様になっている。

又、前記中間固定円板２７と前記固定円板３２間には摩擦力が作用し、前記中間固定円板２７と前記固定円板３２は前記出力軸４１に対して回転可能であるので、前記中間固定円板２７と前記固定円板３２とは一体に回転する。更に、後述する様に、該固定円板３２と前記下ケース１３（即ち固定部）との間には回止めユニット４５が設けられ、前記固定円板３２の回転が拘束される。

従って、前記中間固定円板２７と前記固定円板３２はステータとして機能し、前記出力軸４１（即ち、前記出力フランジ２２）はロータとして機能し、前記圧電セラミック２６に給電し、給電を制御することで、前記出力フランジ２２が所要の方向、所要の回転速度で回転する。

次に、前記水平モータ１４の前記ボルト２３への取付けについて説明する。

上記した様に、前記水平モータ１４は、前記出力軸４１に前記回転板２４、前記中間固定円板２７、前記固定円板３２等が同心に組込まれ、ユニットとして構成されている。

前記出力フランジ２２は、前記水平モータ１４の出力端として機能すると共に前記水平モータ１４を前記水平軸１７に、連結する為の継手としての機能を有する。

前記出力フランジ２２には、前記ボルト２３用のボルト孔が穿設されている。又、前記固定円板３２には通孔４２ａが穿設され、前記中間固定円板２７には通孔４２ｂが穿設され、更に前記回転板２４には通孔４２ｃがそれぞれ穿設され、これら前記通孔４２ａ，通孔４２ｂ，通孔４２ｃは同一軸心上に整列可能であり、同一軸心上に整列した状態では、下方から前記ボルト２３を前記通孔４２ａ，通孔４２ｂ，通孔４２ｃに通して、ボルト孔に挿入でき、更に前記ボルト２３を前記連結フランジ２１に螺着できる様になっている。

即ち、前記ボルト２３により前記水平モータ１４を前記連結フランジ２１（即ち、前記水平軸１７）に連結できる様になっている。

前記スリップリング３６は、前記水平モータ１４を前記水平軸１７に連結した後、前記出力軸４１に取付ける。又、前記第１ケーブル３９ａの前記第１コネクタ３８ａを前記スリップリング３６に接続し、又前記第２ケーブル３９ｂを前記第２コネクタ３８ｂに接続する。

従って、前記水平モータ１４のみを個別に組立て調整後は、前記水平軸１７に組込みが可能となり、前記測量装置本体３の組立て、調整と平行して行える。又、前記水平モータ１４を取外し、個別に調整することも可能である。

尚、前記スリップリング３６には同心多重に、リング状の接点４０が形成され、該接点４０には、摺動接点３７が接続され、該摺動接点３７にはケーブル３７ａが接続され、前記摺動接点３７を介して外部との通信、外部からの給電が行える様になっている。

次に、図４を参照して、前記回止めユニット４５について説明する。

上記した様に、前記水平モータ１４は前記水平軸１７の下端に取付けられ、前記出力フランジ２２と前記中間固定円板２７、前記固定円板３２との間で相対回転は可能であるが、前記出力軸４１から回転力を得る為には、前記中間固定円板２７、前記固定円板３２を固定する必要がある。

前記回止めユニット４５は、前記固定円板３２と前記下ケース１３とを連結し、前記固定円板３２の回転を拘束する。

前記回止めユニット４５はジョイントホルダ４７を有し、該ジョイントホルダ４７は前記下ケース１３にボルト４８によって取付けられる。前記ジョイントホルダ４７は、機械加工、或はダイキャスト等で製作され、所要の剛性、強度を有する。

又、前記ジョイントホルダ４７には、前記下ケース１３の接線方向（前記出力軸４１の軸心を中心とする円の接線方向）に延びる凹部４９が形成され、該凹部４９は外周側に位置するＬ字状の縁部５０と、前記凹部４９の基側（図４中下側）に位置する厚肉の基部５１によって３方が囲われ、中心側が開放されている。

前記凹部４９には外形がＬ形状の球ホルダ５２がボルト５３により一箇所で固定されている。又、前記球ホルダ５２は前記縁部５０に当接している。又、前記球ホルダ５２は押しネジ５４によって位置の調整が可能となっている。

前記球ホルダ５２には接線方向の軸心を有する円筒穴５５が穿設され、該円筒穴５５に圧縮スプリング５６が圧縮状態で収納されている。又、該圧縮スプリング５６の先端には金属球好ましくは、鋼球５７が設けられている。

前記基部５１には、前記円筒穴５５と同心となる様にピン収納穴５８が穿設され、該ピン収納穴５８の穴底は、円錐となっている。該ピン収納穴５８には連結ピン６５が挿入される。該連結ピン６５の両端は、球形状に形成されている。

前記ピン収納穴５８の直径は、前記連結ピン６５の直径に対して大きくなっており、該連結ピン６５は基端が前記円錐に嵌合した状態で、基端を中心に傾動可能となっている。

前記固定円板３２に、連結板６１がボルト６２により固定されている。前記連結板６１は、機械加工、或はダイキャスト等で製作され、所要の剛性、強度を有する。

前記連結板６１には、先端に連結子６１ａが突設されており、該連結子６１ａは、前記球ホルダ５２と前記基部５１との間に挿入される。

又、前記連結子６１ａには、前記ピン収納穴５８と同心となる様に、ピン受け穴６３が穿設されている。該ピン受け穴６３の穴底は、円錐となっている。

該ピン受け穴６３には前記連結ピン６５の先端部が挿入され、該連結ピン６５は前記ピン収納穴５８と前記ピン受け穴６３間に掛渡って設けられる。

前記連結子６１ａの前記ピン受け穴６３とは反対側の面に、前記鋼球５７が当接する。

該鋼球５７の当接面には、前記圧縮スプリング５６による押圧力が接線方向（周方向）に作用し、前記ピン受け穴６３の穴底には前記連結ピン６５からの押圧反力が作用する。又、前記圧縮スプリング５６の反作用で、前記球ホルダ５２は反時計方向（図４中）の回転力が与えられ、前記球ホルダ５２は前記縁部５０に密着し、姿勢が固定される。

従って、前記連結板６１の周方向の位置は、前記連結ピン６５を介し、前記基部５１によって決定される。更に、前記連結板６１が前記ジョイントホルダ４７に対して半径方向に変位した場合、前記鋼球５７が前記連結板６１に対して滑り、又前記連結ピン６５が傾斜し、前記連結板６１の変位が吸収される。

而して、前記回止めユニット４５は、前記固定円板３２の回転を拘束すると共に前記水平軸１７に対して前記出力軸４１が偏心していた場合、偏心による回転ブレを吸収する。

以下、前記水平モータ１４による水平回転駆動について説明する。

前記圧電セラミック２６に電圧を印加すると、前記櫛歯２５ａが超音波振動して前記中間固定円板２７と前記回転板２４間で相対回転する。

前記中間固定円板２７は、前記固定円板３２、前記回止めユニット４５を介して前記下ケース１３に固定されているので、前記出力軸４１即ち前記出力フランジ２２が回転する。

前記出力軸４１の回転力は、前記出力フランジ２２を介して前記水平軸１７に伝達され、前記托架部４が水平回転する。

前記連結フランジ２１への前記出力フランジ２２の取付けで、誤差が発生し、前記水平軸１７に対して前記出力軸４１が偏心した場合も、上記した様に偏心は前記回止めユニット４５によって吸収され、偏心が前記水平軸１７の回転に影響しない。又、前記水平モータ１４自体が芯ブレを有していたとしても、該水平モータ１４自体の誤差が、前記水平軸１７の回転精度に影響を与えない。

即ち、本実施例によれば、前記水平軸１７に対して前記水平モータ１４の取付けを高精度に行う必要がない。

更に、該水平モータ１４と前記水平軸１７とを直接連結しているので、動力伝達経路にバックラッシ等が介在せず、高精度に動力伝達が可能であると共に、経時的な精度の劣化が生じない。

次に、前記水平モータ１４の駆動中に、前記出力軸４１に過大な負荷が発生した場合、例えば、前記測量装置本体３が異物と干渉し、該測量装置本体３の回転が拘束された場合、前記回転板２４と前記中間固定円板２７間の摩擦トルクＴ１より前記中間固定円板２７と前記固定円板３２間の摩擦トルクＴ２を小さく設定しているので、前記中間固定円板２７と前記固定円板３２間でスリップを生じ、前記中間固定円板２７のみが回転する。即ち、前記水平モータ１４自体が、過負荷に対する安全機能を具備している。

従って、該水平モータ１４に過大な負荷が掛り、該水平モータ１４が損傷することが防止される。尚、前記測量装置本体３が拘束されたことは、前記水平角エンコーダ（図示せず）によって検出され、前記水平モータ１４の駆動が停止される。

又、前記測量装置１が休止状態でも、前記水平モータ１４が持つ摩擦トルクにより前記測量装置本体３の停止状態が維持され、前記中間固定円板２７と前記固定円板３２間の摩擦トルクＴ２以上の回転力を与えることで、前記托架部４を所要の方向に回転させることができる。

次に、前記水平モータ１４に対する保守を行う場合、前記上ケース１２から前記下ケース１３を取外した後、前記第２コネクタ３８ｂ及び前記第１コネクタ３８ａを外し、前記スリップリング３６を外す。

前記通孔４２ａ，通孔４２ｂ，通孔４２ｃを同一軸心上に整列させ、前記ボルト２３を前記連結フランジ２１から取外す。

前記水平モータ１４を、前記連結フランジ２１に固定しているのは、前記ボルト２３のみであるので、前記水平モータ１４を一体に取外すことができる。従って、取外し、組立が簡単で保守性に優れる。

尚、前記上ケース１２の上方にスペースがある場合は、該上ケース１２にボルト挿通用の穴、又は窓を形成し、上方から前記連結フランジ２１と前記出力フランジ２２とをボルトで固定してもよい。又、本実施例では、前記連結フランジ２１と前記水平軸１７とを別体としたが、該水平軸１７の下端に前記連結フランジ２１を一体に形成してもよい。

又、上記実施例では、前記水平モータ１４を回転軸（前記水平軸１７）の下端に設けたが、上端にも同様に設けることができることは言う迄もない。

１ 測量装置
２ 整準部
３ 測量装置本体
４ 托架部
５ 水平回転駆動部
６ 望遠鏡部
１２ 上ケース
１３ 下ケース
１４ 水平モータ
１７ 水平軸
２１ 連結フランジ
２２ 出力フランジ
２３ ボルト
２４ 回転板
２５ 振動発生部
２７ 中間固定円板
３２ 固定円板
３３ 第２摩擦シート
３５ 圧縮スプリング
３６ スリップリング
３８ａ 第１コネクタ
３８ｂ 第２コネクタ
３９ａ 第１ケーブル
３９ｂ 第２ケーブル
４１ 出力軸
４５ 回止めユニット
４７ ジョイントホルダ
５２ 球ホルダ
５６ 圧縮スプリング
５７ 鋼球
６１ａ 連結子
６５ 連結ピン

Claims (5)

1. 水平方向に回転自在に支持された托架部の水平軸の下端に、超音波モータの出力軸がボルトにより着脱可能に連結され、前記出力軸に回転板が固定され、該回転板の外周部に振動発生部が形成され、該振動発生部に所定の摩擦トルクＴ１を介して密着するステータが前記出力軸に回転可能に設けられ、前記ステータは回止めユニットにより回転が拘束され、前記振動発生部に超音波振動を発生させ、前記出力軸を回転させる様構成された測量装置。
2. 前記ステータは、中間固定円板と固定円板と、前記中間固定円板と前記固定円板との間に介設された摩擦シートとを有し、前記中間固定円板と前記固定円板との間に発生する摩擦トルクＴ２は前記摩擦トルクＴ１より小さく設定された請求項１に記載の測量装置。
3. 前記水平軸の下端に連結フランジが設けられ、前記出力軸の上端に出力フランジが設けられ、該出力フランジは下方から挿入した前記ボルトにより前記連結フランジに固定され、前記ステータ、前記回転板には前記ボルト挿通用の通孔が穿設された請求項１又は請求項２に記載の測量装置。
4. 前記水平軸、前記出力軸の中心部にはケーブル挿通用の孔が形成され、前記出力軸の下端にはスリップリングが設けられ、該スリップリングには第１コネクタ、第２コネクタが着脱可能に設けられ、前記振動発生部に給電する第１ケーブルが前記第１コネクタに接続され、前記托架部に内蔵される電源部に接続された第２ケーブルが前記第２コネクタに接続され、前記振動発生部には前記第２ケーブル、前記第２コネクタ、前記第１コネクタ、前記第１ケーブルを介して給電される様構成された請求項１に記載の測量装置。
5. 前記回止めユニットは、固定側に設けられたジョイントホルダと前記ステータに設けられた連結子とを有し、前記ジョイントホルダは金属球を圧縮スプリングによって前記連結子へ周方向に押圧させる球ホルダと、該球ホルダとの間に前記連結子を挾持し、前記ジョイントホルダ間に掛渡り傾動可能に設けられた連結ピンとを有し、前記連結子の回転方向の変位を拘束すると共に前記ジョイントホルダと前記連結子との半径方向の変位を前記連結ピンの傾動により吸収する様に構成した請求項１に記載の測量装置。

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