JP6733001B1 - 車両用のワイヤレス充電モジュールの検査設備及びその検査方法 testing apparatus and method for wireless charging module of vehicle - Google Patents

車両用のワイヤレス充電モジュールの検査設備及びその検査方法 testing apparatus and method for wireless charging module of vehicle Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は車両用のワイヤレス充電モジュールの検査設備及びその検査方法に係るものである。充電モジュールアライメント装置によって送電板と受電板が完全に位置合せられるように両者の位置を校正してから検査する。検査する間に、多軸ステージによって送電板と受電板の位置ずれ量を調節し、位置ずれ量ごとの電力転送効率を算出する。これによって、本発明は、計測位置を高精度に校正することができ、高精度な検査結果が得られ、半自動検査または全自動検査を提供することができ、時間および労力を節約し、検査効率を大幅に改善することができる。【選択図】図1

Description

本発明は、車両用のワイヤレス充電モジュールの検査設備及びその検査方法に関し、特に車両用のワイヤレス充電モジュールを検査する検査設備及びその検査方法に適用するものである。
エコ意識の高まりに伴い、自動車産業においても省エネやCO2排出削減に向けて取り組みを推進していくことが求められる。そのため、各自動車メーカーが電気自動車やハイブリッド車(hybrid vehicle)に着目し、力を注いで開発している。しかしながら、電気自動車としては、バッテリーの充電方式および充電効率はユーザーの利用意欲に深く繋がっており、電気自動車を購入する意欲にも影響してくると思われる。電気自動車への充電効率の向上が望まれるとともに、より便利な充電方式を求める声も高まっている。
ワイヤレス充電技術時代に突入してから既に十数年間を経過しているが、自動車に関連技術を次々に適用し始め、大きく発展されるようになったのは、近年のことである。2016年5月になってアメリカ自動車技術会(Society of Automotive Engineers、SAEと略す)より車両に用いるワイヤレス充電規格、即ち「SAE TIR J2954 軽量プラグインハイブリッド車(PH)/電気自動車 (EV)におけるワイヤレス電力伝送およびアライメント方法(Wireless Power Transfer for Light−Duty Plug−In/ Electric Vehicles and Alignment Methodology)」の発表がなされた。このガイドラインの発表により、自動車のワイヤレス充電技術を標準化にしつつ、さらに普及をさせている。言い換えれば、将来、同じ規格に合致する充電装置が設置されている駐車スペースに移動して駐車したら、簡単に充電できる。
また、上記ガイドラインには送電板と受電板との電力伝送効率を明白に規定している。即ち、送電板と受電板とのX軸方向(車幅)におけるずれ量が±7cmおよびY軸方向(車長)におけるずれ量が±10cm内には、電力伝送効率は少なくとも 80%に達することが要求され、送電板と受電板が完全に一致している状態には、電力伝送効率は85%以上に達することが要求される。
そのため、ワイヤレス充電モジュール或いは当該モジュールを取り付けられた車両が開発中や生産工場を出る前に、その電力伝送効率を検査しなければならない。送電板と受電板がずれ量の違いによっての効率を検査する必要がある。例えば、異なる方向または高さで1cmずれるごとを即測定して効率を算出する。そのため、検査が煩雑化し困難となる。
しかしながら、従来技術として、目測で位置決めて検査設備を手動で移動する方式で行うが、検査設備を手動で移動することは手間のかかる仕事であり、而も検査設備が精密に位置決めされるのは極めて難しい。それに、電磁波による作業者への健康影響を考慮し、毎回測定間隔の間に、電源を切って数分待つ必要がある。そのため、従来の検査方式は精度の問題があるうえ、多くの時間と人力も費やした。検査効率の向上が期待される。
本発明は、計測位置を高精度に校正することができ、高精度な検査結果が得られ、半自動検査または全自動検査を提供することができ、検査効率を顕著に向上させる、車両用のワイヤレス充電モジュールの検査設備及びその検査方法を提供することを主な目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、送電板と、車両又は保持具に保持される受電板を含む、車両用のワイヤレス充電モジュールの検査設備である。前記検査設備は、多軸ステージと、充電モジュールアライメント装置と、マスターコントローラとが含まれている。送電板が多軸ステージに保持されており、充電モジュールアライメント装置が多軸ステージに保持され、且つ充電モジュールアライメント装置は第1のアライメントモジュール、及び第2のアライメントモジュールを含んでいる。マスターコントローラは、多軸ステージ、送電板、及び受電板に電気的に接続される。第1のアライメントモジュールを送電板の第1の所定位置に位置合わせた後、マスターコントローラは第2のアライメントモジュールを受電板の第2の所定位置に位置合わせるように多軸ステージを制御し、マスターコントローラは、送電板が階段的に移動されるように多軸ステージを制御しながら、受電板と送電板との間の電力転送効率を算出する。
言い換えれば、本発明の検査設備は、充電モジュールアライメント装置によって送電板と受電板が完全に位置合せられる。検査する間に、多軸ステージによって送電板と受電板の位置ずれ量を調節し、異なる位置ずれ距離の電力転送効率を検査するようにする。
前記の目的を達成するために、本発明は、多軸ステージに保持される送電板と、車両又は保持具に保持される受電板とを含み、多軸ステージに保持される、第1のアライメントモジュール及び第2のアライメントモジュールを含んだ充電モジュールアライメント装置を含む、車両用のワイヤレス充電モジュールの検査方法である。本発明の検査方法は、(A)第1のアライメントモジュールを送電板の第1の所定位置に位置合わせるステップと、(B)多軸ステージによって送電板と第2のアライメントモジュールを一体的に移動させることで、第2のアライメントモジュールを受電板の第2の所定位置に位置合わせるステップと、(C)多軸ステージにより送電板が階段的に移動されながら、受電板と送電板との間の電力転送効率を算出するステップとを含む。
本発明の検査方法は、まず送電板と受電板が完全に位置合せられ、その後、多軸ステージによって送電板を位置ずれ量で移動し、位置ずれ量毎の電力転送効率の算出が可能である。
好ましくは、前記第1の所定位置は送電板の頂面の幾何中心であり、第2の所定位置は受電板の底面の幾何中心であり、第1のアライメントモジュールと第2のアライメントモジュールが水平面と垂直な垂直軸に沿って同軸に設けられている。即ち、本発明は、送電板の頂面の幾何中心と受電板の底面の幾何中心を位置合せることができる。
更に、前記第1のアライメントモジュールと前記第2のアライメントモジュールの各々はレーザポインターであり、これらから投射されるポインタパターンはレティクルを含んでいる。これによって、レティクルの位置合わせによって、水平面においての二つの軸方向(X軸とY軸)のずれを校正することができるほかに、Z軸においての垂直な段差と、X、Y、Z軸周り回転角度Ψ、θ、Φをも校正することができる。
また、本発明のマスターコントローラは記憶ユニットを更に含み、記憶ユニットには、第2のアライメントモジュールを受電板の第2の所定位置に位置合わせるための多軸ステージの変位量が記憶されており、マスターコントローラは変位量に基づき送電板が階段的に移動されるように多軸ステージを制御しながら検査を行うことができる。言い換えると、送電板と受電板が位置合せられる過程(即ち、誤差補正する過程)が完了したら、検査が始まる初期位置から検査が行われる位置までの位置ずれ距離(累積した位置ずれ量)を変化量(誤差補正量)に加算して、実際の検査位置を得る。このように、送電板が階段的に移動されながら検査が行われる。
本発明の充電モジュールアライメント装置がマスターコントローラに電気的に接続され、その充電モジュールアライメント装置は駆動モジュールをさらに含み、第1のアライメントモジュールは第1の撮像モジュールを含み、第2のアライメントモジュールは第2の撮像モジュールを含み、記憶ユニットには位置校正基準画像が記憶されている。マスターコントローラは、送電板を撮像するように第1の撮像モジュールを制御し、且つ第1の撮像モジュールにより撮像され画像と位置校正基準画像を重ね合せるように駆動モジュールを制御する。また、マスターコントローラは、受電板を撮像するように第2の撮像モジュールを制御し、且つ第2の撮像モジュールにより撮像され画像と位置校正基準画像を重ね合せるように多軸ステージを制御する。
これによって、本発明は、第1の撮像モジュールを変位させるように駆動モジュールを駆動し、画像の照合により第1の撮像モジュールを送電板の第1の所定位置に自動的に位置合わせ、同じく、画像の照合により多軸ステージによって第2の撮像モジュールを送電板の第2の所定位置に自動的に位置合わせ、これによって自動化した位置合わせが可能になる。
前記の目的を達成するために、本発明は、送電板と、車両又は保持具に保持される受電板を含む、車両用のワイヤレス充電モジュールの検査設備である。前記検査設備は、送電板を保持するための多軸ステージと、多軸ステージに保持され、送電板に対して摺動可能な充電モジュールアライメント装置とを含む。充電モジュールアライメント装置は第1のアライメントモジュールと第2のアライメントモジュールを含み、第1のアライメントモジュールは、水平面と垂直な垂直軸に沿って下方へレティクルを含むポインタパターンを前記送電板の頂面に投射し、第2のアライメントモジュールは、水平面と垂直な垂直軸に沿って上方へレティクルを含むポインタパターンを前記送電板の底面に投射し、多軸ステージによって送電板と充電モジュールアライメントを一体的に移動させることで、送電板が受電板に位置合せられ又はこれらの位置がずれる。
また、本発明の前記検査設備は、マスターコントローラを更に含み、マスターコントローラは記憶ユニットを含み、記憶ユニットには、送電板を受電板に位置合わせるための多軸ステージの変位量(誤差補正量)が記憶されている。マスターコントローラは送電板と受電板が位置ずれるように多軸ステージの移動を制御しながら、位置ずれ距離を変位量(誤差補正量)に加算して、実際の検査位置を得て検査を行う。
図1は本発明の一つの好ましい実施例が使用中の模式図である。
図2は本発明の第1実施例のシステムの概略構成図である。
図3は本発明の第1実施例の多軸ステージと充電モジュールアライメント装置の斜視図である。
図4は本発明の第2実施例のシステムの概略構成図である。
図5は本発明の第2実施例の充電モジュールアライメント装置の斜視図である。
図6は本発明の第2実施例において撮像モジュールにより撮像され画像と位置校正基準画像との位置合わせの模式図である。
以下の説明において、類似の素子について同一の素子符号で表示されることである。また、本発明の図面はただ模式的に説明するのみであり、必ずしも比例に基づいて描かれるものではなく、且つ詳細は必ずしも全て図面に現れるものでもない。
まず、図1と図2を参照して、図1は本発明の一つの好ましい実施例が使用中の模式図であり、図2は本発明の第1実施例のシステムの概略構成図である。図面に示すように、第1実施例は受電板が車両に装着されて検査が行われることを例として説明するが、本発明はこれに限られるものではない。ワイヤレス充電モジュールの開発の段階又はその検品の段階においても、本発明を適用することが可能である。簡単に言えば、本発明の実施例において、車両用のワイヤレス充電モジュールは、送電板GA及び受電板VAを含み、受電板VAが車両Mのシャーシの底面に装着されるが、別の実施例においては、受電板VAが保持具(図示せず)に保持されることも可能である。
図1、2において多軸ステージを示し、それは図3に示すようにX、Y、Z軸で定められる三次元空間における各軸方向変位、及び各軸周り回転角度の変更が可能である。送電板GAが多軸ステージ2に保持され、多軸ステージ2が車両Mのシャーシの下方に置かれている。
図3を参照して、図3は本発明の第1実施例の多軸ステージ2と充電モジュールアライメント装置3を示す斜視図である。本実施例の充電モジュールアライメント装置3は、サポート33、スライダ34、第1のアライメントモジュール31及び第2のアライメントモジュール32を含み、サポート33が前記多軸ステージ2にわたって前記多軸ステージ2に対して前記多軸ステージ2の両側辺に摺動可能に係合し、また、サポート33に水平スライドレール331が設けられ、スライダ34が水平スライドレール331に摺動可能に係合される。
第1のアライメントモジュール31及び第2のアライメントモジュール32が、水平面と垂直な垂直軸(Z軸)に沿ってスライダ34に設けられている。第1実施例において、第1のアライメントモジュール31及び第2のアライメントモジュール32の各々はレティクル(十字の照準線)を投射できるレーザポインター (Laser Pointer)である。第1実施例において、レティクルは、レティクルの位置合わせ、照合によって水平面内での2軸(X、Y)方向の変位や回転角度ずれ(Ψ)を校正することができるほかに、投射されたレティクルの長さ及びその対応関係によって、高さ(Z)と回転角度ずれ(θ、Φ)を校正することができるために使用されるものであり、即ち、X、Y、Z軸の方向の変位や、回転角度Ψ、θ、Φの変更が可能である。
次に、図2に示すように、マスターコントローラ4が多軸ステージ2、送電板GA、及び受電板VAに電気的に接続される。第1実施例において、マスターコントローラ4は、記憶ユニット41を含んだ工業用コンピュータ、他の必要な電源供給装置及び計測装置から構成されるものであってもよい。前記電源供給装置や前記計測装置は、例えば、直流/交流電源供給装置、オシロスコープ、デジタル電力計、及び直流電子負荷装置(DC electronic load device)等である。
以下は、第1実施例の検査ステップについて詳述する。まず、第1のアライメントモジュール31を前記送電板GAの第1の所定位置CGAに位置合わせる。そのうち、第1の所定位置CGAは送電板GAの頂面の幾何中心である。第1実施例において、サポート33とスライダ34を手動で移動させて、第1のアライメントモジュール31から投射されたレティクルを送電板GAの頂面の幾何中心に予め形成されたレティクル Pc1に位置合わせる。
次に、多軸ステージ2によって送電板GAと充電モジュールアライメント装置3を一体的に移動させることで、第2のアライメントモジュール32を前記受電板VAの第2の所定位置CVAに位置合わせる(図1を参照)。第1実施例において、多軸ステージ2を手動で操作して、第2のアライメントモジュール32から投射されるレティクルを受電板VAの頂面の幾何中心に予め形成されたレティクルPc2に位置合わせる。
前記ステップを経て、正投影図では、送電板GAと受電板VAは完全に重ね合わせられる状態にある。当然ながら、前記ステップにおいて、多軸ステージ2によって送電板GAと受電板VAとの間の高さの距離を調節してもよい。多軸ステージ2の原点位置から第2のアライメントモジュール32が受電板VAの幾何中心に位置合わせられる位置までの多軸ステージ2の移動量を、誤差補正ための変位量Moffsetとしてマスターコントローラ4の記憶ユニット41に記憶している。誤差補正したら、第2のアライメントモジュール32が受電板VAの幾何中心に位置合わせられる位置を検査が始まる初期位置とする。
更に説明すると、前記ステップは、誤差を補正するステップと称する。検査が始まる初期位置から検査が行われる位置までの位置ずれ距離(累積した位置ずれ量)を変位量Moffsetに加算して、実際の検査位置を得る。
最後に、実際に検査を行う間に、送電板GAを階段的に移動させて、例えば、1cmを位置ずれ量として、1cm移動毎に、マスターコントローラ4が電力転送効率を算出する。電力転送効率の算出は当該技術分野において一般的な周知の技術であるため、電力転送効率の算出に関する詳細な説明が省略される。
次に、図4、及び図5を参照しながら、本発明の第2実施例を説明する。図4は本発明の第2実施例のシステムの概略構成図であり、図5は本発明の第2実施例の充電モジュールアライメント装置の斜視図である。第2実施例は、画像照合による全自動検査という点で第1実施例と異なる。
具体的に、第2実施例において、充電モジュールアライメント装置3は、第1のアライメントモジュール31と第2のアライメントモジュール32が少なくとも水平面内での2軸(X、Y)方向の変位を行うように駆動モジュール30を更に含む。即ち、前記駆動モジュール30は、サポート33とスライダ34を移動させるように駆動可能である。駆動手段としては、図5に示す送りねじであってもよいほか、ベルト、ギアやラック等の従来の駆動手段や伝動手段であってもよい。
第2実施例の第1のアライメントモジュール31は第1の撮像モジュール310であり、第2のアライメントモジュール32は第2の撮像モジュール320である。また、記憶ユニット41には、位置校正基準画像Spを記憶している。図6を併せて参照されたい。本実施例の位置校正基準画像Spは、破線で構成されるレティクル(十字の照準線)が中心に置かれる透明な画像である。
以下は、本発明の第2実施例の検査ステップについて説明する。まず、マスターコントローラ4は、送電板GAをリアルタイムに撮像するように第1の撮像モジュール310を制御すると同時に、サポート33とスライダ34を第1の撮像モジュール310により撮像され画像における第1の所定位置CGAのレティクルPc1と位置校正基準画像SPにおけるレティクルが完全に重ね合わせられるまで、移動させるように駆動モジュール30を制御する。
次に、マスターコントローラ4は、第2の撮像モジュール320が受電板VAをリアルタイムに撮像するように制御する同時に、多軸ステージ2を第2の撮像モジュール320により撮像され画像と位置校正基準画像SPが重ね合せられるまで移動させるように制御する。これによって、誤差補正するステップが完了する。次に、正式の検査ステップを行い、その詳細な過程は前記第1実施例と略同一なので、これに関する説明は省略される。第2実施例において、誤差補正から正式の検査までの過程は、完全にマスターコントローラ4の制御のもとで、自動的に行われる全自動検査が可能である。
前記実施例はあくまで例示的なものであり、本発明を限定するものではないことを理解されたい。本発明で主張する権利範囲が、前記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に定義される。
2 多軸ステージ
3 充電モジュールアライメント装置
30 駆動モジュール
31 第1のアライメントモジュール
310 第1の撮像モジュール
32 第2のアライメントモジュール
320 第2の撮像モジュール
33 サポート
331 スライドレール
34 スライダ
4 マスターコントローラ
41 記憶ユニット
CGA 第1の所定位置
CVA 第2の所定位置
GA 送電板
VA 受電板
M 車両
Moffset 変位量
Sp 位置校正基準画像
Pc1、Pc2 レティクル

Claims (12)

  1. 送電板と、車両又は保持具に保持される受電板を含む、車両用のワイヤレス充電モジュールの検査設備であって、
    前記送電板を保持するための多軸ステージと、
    前記多軸ステージに保持される、第1のアライメントモジュール、及び第2のアライメントモジュールを含む充電モジュールアライメント装置と、
    前記多軸ステージ、前記送電板、及び前記受電板に電気的に接続されるマスターコントローラとが含まれており、
    前記第1のアライメントモジュールを前記送電板の第1の所定位置に位置合わせた後、前記マスターコントローラは、前記第2のアライメントモジュールを前記受電板の第2の所定位置に位置合わせるように前記多軸ステージを制御し、
    前記マスターコントローラは、前記送電板が階段的に移動されるように前記多軸ステージを制御しながら、前記受電板と前記送電板との間の電力転送効率を算出する、車両用のワイヤレス充電モジュールの検査設備。
  2. 前記第1の所定位置が前記送電板の頂面の幾何中心であり、前記第2の所定位置が前記受電板の底面の幾何中心であり、前記第1のアライメントモジュールと前記第2のアライメントモジュールが水平面と垂直な垂直軸に沿って設けられている、請求項1に記載の検査設備
  3. 前記第1のアライメントモジュールと前記第2のアライメントモジュールの各々はレーザポインターであり、これらから投射されるポインタパターンはレティクルを含む、請求項2の検査設備。
  4. 前記マスターコントローラは記憶ユニットを更に含み、前記記憶ユニットには、前記第2のアライメントモジュールを前記受電板の前記第2の所定位置に位置合わせるための前記多軸ステージの変位量が記憶されており、前記マスターコントローラは前記変位量に基づき前記送電板が階段的に移動されるように前記多軸ステージを制御しながら検査を行う、請求項1に記載の検査設備。
  5. 前記充電モジュールアライメント装置が前記マスターコントローラに電気的に接続され、前記充電モジュールアライメント装置は駆動モジュールをさらに含み、前記第1のアライメントモジュールは第1の撮像モジュールを含み、前記第2のアライメントモジュールは第2の撮像モジュールを含み、前記記憶ユニットには位置校正基準画像がさらに記憶されており、
    前記マスターコントローラは、前記送電板を撮像するように前記第1の撮像モジュールを制御し、且つ前記第1の撮像モジュールにより撮像され画像と前記位置校正基準画像を重ね合せるように前記駆動モジュールを制御し、
    前記マスターコントローラは、前記受電板を撮像するように前記第2の撮像モジュールを制御し、且つ前記第2の撮像モジュールにより撮像され画像と前記位置校正基準画像を重ね合せるように前記多軸ステージを制御する、請求項4に記載の検査設備。
  6. 多軸ステージに保持される送電板と、車両又は保持具に保持される受電板とを含み、前記多軸ステージに保持された、第1のアライメントモジュール及び第2のアライメントモジュールを含んだ充電モジュールアライメント装置を含む、車両用のワイヤレス充電モジュールの検査方法であって、
    前記検査方法は、
    (A)前記第1のアライメントモジュールを前記送電板の第1の所定位置に位置合わせるステップと、
    (B)前記多軸ステージによって前記送電板と前記第2のアライメントモジュールを一体的に移動させることで、前記第2のアライメントモジュールを前記受電板の第2の所定位置に位置合わせるステップと、
    (C)前記多軸ステージにより前記送電板が階段的に移動されながら、前記受電板と前記送電板との間の電力転送効率を算出するステップとを含む、車両用のワイヤレス充電モジュールの検査方法。
  7. 前記第1の所定位置は前記送電板の頂面の幾何中心であり、前記第2の所定位置は前記受電板の底面の幾何中心であり、前記第1のアライメントモジュールと前記第2のアライメントモジュールが水平面と垂直な垂直軸に沿って設けられている、請求項6に記載の検査方法。
  8. 前記第1のアライメントモジュールと前記第2のアライメントモジュールの各々はレーザポインターであり、これらから投射されるポインタパターンはレティクルを含む、請求項7に記載の検査方法。
  9. 前記ステップ(A)乃至(C)はマスターコントローラによって行われ、前記マスターコントローラは記憶ユニットを含み、前記記憶ユニットには、前記ステップ(B)において前記第2のアライメントモジュールを前記受電板の前記第2の所定位置に位置合わせるための前記多軸ステージの変位量が記憶されており、前記ステップ(C)において、前記マスターコントローラは、前記変位量に基づき前記送電板が階段的に移動されるように前記多軸ステージを制御しながら検査を行う、請求項6に記載の検査方法。
  10. 前記充電モジュールアライメント装置が前記マスターコントローラに電気的に接続され、前記充電モジュールアライメント装置は駆動モジュールを更に含み、前記第1のアライメントモジュールは第1の撮像モジュールを含み、前記第2のアライメントモジュールは第2の撮像モジュールを含み、前記記憶ユニットには位置校正基準画像がさらに記憶されており、
    前記ステップ(A)において、前記マスターコントローラは、前記送電板を撮像するように前記第1の撮像モジュールを制御し、且つ前記第1の撮像モジュールにより撮像され画像と前記位置校正基準画像を重ね合うように前記駆動モジュールを制御し、
    前記ステップ(B)において、前記マスターコントローラは、前記受電板の画像を撮像するように前記第2の撮像モジュールを制御し、且つ前記第2の撮像モジュールにより撮像される画像と前記位置校正基準画像を重ね合せるように前記多軸ステージを制御する請求項9に記載の検査方法。
  11. 送電板と、車両又は保持具に保持される受電板を含む、車両用のワイヤレス充電モジュールの検査設備であって、
    前記送電板を保持するための多軸ステージと、
    前記多軸ステージに保持され、前記送電板に対して移動可能な充電モジュールアライメント装置とを含み、
    前記充電モジュールアライメント装置は第1のアライメントモジュールと第2のアライメントモジュールを含み、
    前記第1のアライメントモジュールは、水平面と垂直な垂直軸に沿って下方へレティクルを含むポインタパターンを前記送電板の頂面に投射し、
    前記第2のアライメントモジュールは、水平面と垂直な垂直軸に沿って上方へレティクルを含むポインタパターンを前記送電板の底面に投射し、
    前記多軸ステージによって前記送電板と前記充電モジュールアライメントを一体的に移動させることで、前記送電板が前記受電板に位置合せられ又はこれらの位置がずれる、車両用のワイヤレス充電モジュールの検査設備。
  12. マスターコントローラを更に含み、前記マスターコントローラは記憶ユニットを含み、前記記憶ユニットには、前記送電板を前記受電板に位置合わせるための前記多軸ステージの変位量が記憶されており、
    前記マスターコントローラは前記変位量に基づき前記送電板と前記受電板を位置ずれするように前記多軸ステージの移動を制御しながら検査を行う、請求項11に記載の検査設備。
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