JPH07171742A - 適応制御研削方法及びその装置 - Google Patents
適応制御研削方法及びその装置Info
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- JPH07171742A JPH07171742A JP6109094A JP6109094A JPH07171742A JP H07171742 A JPH07171742 A JP H07171742A JP 6109094 A JP6109094 A JP 6109094A JP 6109094 A JP6109094 A JP 6109094A JP H07171742 A JPH07171742 A JP H07171742A
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- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Abstract
びその装置を提供する。 【構成】 工作物Wに研削砥石7を摺接させて目標電力
値に基づく切込速度で研削加工を行わせる一方、該研削
加工中に検出される実削電力に基づいて前記切込速度を
調整するためのフィードバック制御を次式 【数1】 で求めた電力値に従って行わせるようにしたものであ
る。
Description
の装置に関するものである。
を行わせるために、研削抵抗を安定させる必要がある。
従来、このような研削方法としては、定圧力研削方
法、定かつぎ量研削方法、定電力研削方法等のフィ
ードバック制御を利用した適応制御研削方法がある。
を切込みシリンダにより行い、シリンダ内の圧力が一定
となるように制御するものである。
切込み量を制御するもので、内面研削等では、研削砥石
は回転軸の先端部に取り付けられ、片持ち状態となって
いる。このため、研削により回転軸が撓み、送り台によ
る送り量と、実際の砥石の移動量との間には差が生じ
る。この差がかつぎ量であり、かつぎ量を一定にするこ
とにより研削抵抗を安定させる。
回転駆動するための駆動モータでの消費電力が変化する
ところに目をつけ、この消費電力が一定となるように制
御するものである。
方法のようなフィードバック制御では、一般に、目標値
と実際値との間に偏差が生じるが、この偏差を小さくす
なわちループゲインを大きくする方法は経験により行っ
ていた。特に、内面研削では、研削砥石を設けた回転軸
は細く、しかも片持ちであるため、設定切込み速度に対
する実際の内径増加速度の応答性が悪く、両者が一致す
るまでの間に数秒単位の過渡現象が現れている。
ばする程、前記応答性は良くなるもののオーバーシュー
トやハンチングを生じる危険がある。したがって、前記
ループゲインは工作物寸法のばらつき等を考慮して適切
な値よりも小さく設定しなければならなかった。
なわち、前記の方法では、駆動モータ等から発生する
熱の影響等によりシリンダ内の油の温度が変動し、その
圧力を一定に維持することが困難で、微調整が不可能で
ある。
代が偏心している場合や、研削砥石と工作物の接触位置
の検出誤差等がかつぎ量の算出精度を低下させる原因と
なり、加工精度が安定しない。前記加工取代が偏心して
いれば、目標かつぎ量の設定が困難である。
の消費電力が研削砥石の外径寸法の影響を受けて変動す
る。本発明は前記問題点に鑑み、効率的で加工精度の高
い適応制御研削方法及びその装置を提供することを目的
とする。
め、請求項1に記載の発明では、工作物に研削砥石を摺
接させて目標電力に基づく切込速度で研削加工を行わせ
る一方、該研削加工中に検出される実削電力に基づいて
前記切込速度をフィードバック制御するようにした適応
制御研削方法において、前記目標電力及び実削電力に基
づいて次式
及びゲイン定数に基づいて次式
いて次式
適応制御研削方法を実施するために、請求項2に記載の
発明では、工作物を回転駆動可能に取り付けた工作物切
込台と、該工作物切込台に目標電力に基づく切込速度で
切込送りを与える切込モータと、研削砥石を回転させる
駆動モータと、該駆動モータでの実削電力を検出する電
力検出部とを備え、該電力検出部で検出された実削電力
に基づいて前記工作物切込台の切込速度をフィードバッ
ク制御する適応制御研削装置において、前記電力検出部
で検出される実削電力に基づいて次式
算部と、該研削特性演算部で算出した研削定数及びゲイ
ン定数に基づいて次式
標値補正部で算出した内部目標電力に基づいて次式
のである。
に研削砥石を摺接させて目標研削抵抗に基づく切込速度
で研削加工を行わせる一方、該研削加工中に検出される
実削抵抗に基づいて前記切込速度をフィードバック制御
するようにした適応制御研削方法において、前記実削抵
抗に基づいて次式
及びゲイン定数に基づいて次式
抗に基づいて次式
適応制御研削方法を実施するために、請求項4に記載の
発明では、工作物を回転駆動可能に取り付けた工作物切
込台と、該工作物切込台に目標研削抵抗に基づく切込速
度で切込送りを与える切込モータと、研削砥石を回転さ
せる駆動モータと、研削時の実削抵抗を算出する研削抵
抗検出部とを備え、該研削抵抗検出部からの実削抵抗に
基づいて前記工作物切込台の切込速度をフィードバック
制御する適応制御研削装置において、前記研削抵抗検出
部で検出される実削抵抗に基づいて次式
算部と、該研削特性演算部で算出した研削定数及びゲイ
ン定数に基づいて次式
該目標値補正部で算出した内部目標研削抵抗に基づいて
次式
のである。
物に研削砥石を摺接させて所定の切込速度で研削加工を
行なわせる一方、研削条件の変化に基づいて前記切込速
度をフィードバック制御する適応制御研削方法におい
て、前記研削砥石の周速度を検出し、該周速度に基づい
て次式
いて次式
適応制御研削方法を実施するために、請求項6に記載の
発明では、工作物を回転駆動可能に取り付けた工作物切
込台と、該工作物切込台に切込送りを与える切込モータ
と、研削砥石を回転させる駆動モータとを備え、研削条
件の変化に基づいて前記工作物切込台の切込速度をフィ
ードバック制御するようにした適応制御研削装置におい
て、前記研削砥石の周速度を検出する周速度検出部と、
該周速度検出部で検出した周速度に基づいて次式
目標電力補正部で算出した内部目標電力に基づいて次式
部とを設けたものである。
工作物に研削砥石を摺接させて目標電力に基づく切込速
度で研削加工を行わせる一方、該研削加工中に検出され
る実削電力に基づいて前記切込速度をフィードバック制
御するようにした適応制御研削方法において、前記実削
電力に基づいて次式
いて次式
適応制御研削方法を実施するために、請求項8に記載の
発明では、工作物を回転駆動可能に取り付けた工作物切
込台と、該工作物切込台に目標電力に基づく切込速度で
切込送りを与える切込モータと、研削砥石を回転させる
駆動モータと、該駆動モータでの実削電力を検出する電
力検出部とを備え、該電力検出部で検出された実削電力
に基づいて前記工作物切込台の切込速度をフィードバッ
ク制御する適応制御研削装置において、前記実削電力に
基づいて次式
目標電力補正部で算出した内部目標電力に基づいて次式
のである。
明する。 (第1実施例)図1は内面研削装置の切込制御を行なう
ためのブロック図を示している。図において、工作物W
は工作物切込台1に回転駆動するように取り付けられて
いる。工作物切込台1は切込モータ2により工作物Wを
図示しない砥石台上の研削砥石7に対して切込送りされ
る(図1中矢印Vxで示す。)。切込モータ2は切込台
制御部3からの制御信号に基づいて駆動し、切込台制御
部3には目標電力設定部4から入力された信号が電力─
Ft変換部5、目標値補正部6を介して入力されるよう
になっている。目標電力設定部4に入力するデータに
は、工作物Wの種類、使用する研削砥石7の種類等に応
じて経験的に求めた目標値が使用されている。この目標
値は、工作物切込台1を最適な切込速度、つまり、研削
抵抗が加工能率あるいは加工精度の上で最適とした場合
に、駆動モータ8で消費される電力値に等しい値であ
る。
し、駆動モータ8での消費電力は電力検出部9で検出さ
れるようになっている。電力検出部9で検出された消費
電力は電力─Ft変換部10で接線研削抵抗Ftに変換さ
れた後、切込台制御部3及び研削特性演算部11に入力
され、研削特性演算部11からの信号は目標値補正部6
に入力されるようになっている。
前提条件としている。すなわち、(1)定速研削時に
は、研削抵抗は研削砥石7の大小では殆ど変化しない。
(2)通常使用領域で砥石周速を上げると研削抵抗はリ
ニアに減少する。(3)研削抵抗は研削砥石7と工作物
Wの相対周速度の影響を強く受ける。(4)研削抵抗比
λ=Fn/Ftは研削砥石7の大小では殆ど変化しない。
(5)研削定数は研削砥石7の大小では殆ど変化しな
い。(6)研削砥石7と工作物Wの相対周速を上げると
研削定数は増加する。(7)研削時定数はT=1/GS
(G;研削定数、S;研削系の総合剛性)で算出でき
る。(8)系全体の消費電力はP=Ft(VS±VW)/
60η(VS;研削砥石周速度、VW;工作物周速度、
η;電力効率=0.7〜0.8)で表される。(9)研削砥石
7及び工作物Wの回転速度を変化させても消費電力はほ
ぼ一定である。(10)研削面粗さは研削砥石7の大
小、すなわち、研削砥石7の周速度に影響される。(1
1)研削面粗さは研削終了時の研削抵抗に比例し、切残
量は研削流量時の法線研削抵抗に比例する。
れ、結果を示すグラフは(1)…図5、(2)…図6、
(3)…図7、(4)…図8、(5)…図9、(6)…
図10,図11、(8)…図12、(9)…図13,図
14、(10)…図15、(11)…図16のようにな
った。この場合、使用した工作物は、φ12×10mm、SUJ
─2、HRC60で、周速は95m/min、取代はφ0.15mmであ
る。また、使用した研削砥石7は、φ10.5〜7.4mmで、
周速は1660〜2640m/minである。
する。前記切込台制御部3では、前記補正研削抵抗
Ftc′にゲイン定数Kxを乗じて切込速度Vxを求めてい
る。前記電力─Ft変換部5では、前記(8)の結果よ
り、設定電力Pcに60η/(VS±VW)を乗じ、設定
電力を接線研削抵抗Ftcに変換している。このように、
研削砥石7の外径あるいは工作物Wの内径等を考慮した
伝達関数に基づいて算出される接線研削抵抗Ftcは、前
記(1)からも明らかなように、定速研削時には研削砥
石7の大小によっては影響を受けることがない。なお、
前記研削砥石7及び工作物Wの相対的な周速度VS±VW
(−はダウンカット、+はアップカットを意味する。)
は予め入力されている値であるが、研削砥石7をドレス
してその外径が変化すれば、自動的に書き換えられるよ
うになっている。
に、試研削の際に研削特性演算部11で算出したゲイン
定数Kに基づいて(1+K)/Kを前記研削抵抗Ftcに
乗じて研削定常時に於ける補正研削抵抗Ftc′を求めて
いる。前記研削特性演算部11では、最初に設定された
目標電力Pcと、前記電力検出部9で検出した駆動モー
タ8の消費電力(実削電力)Prとに基づいて定常研削
時に於ける研削定数G及びゲイン定数Kを求めている。
砥石7に圧接するように切込モータ2を駆動制御した場
合、工作物Wの実際の内径増加速度(実内径増加速度)
Vrと、そのときの法線研削抵抗Fnとの間には次式に示
す関係が成立する。
合、時間tに於ける前記工作物取付台1の切込量をXと
すると、前記法線研削抵抗Fnと実際の内径増加量Xrと
の間には次式に示す関係が成立する。
内径増加量Xrとの間にはVr=dXr/dtなる関係が
成立するので、数41及び数42を代入すると次式とな
る。
き、1/(G・S)=TGとおくと次式となる。
れ系とみなすことができる(図4参照)。これらの結果
に基づいて定電力研削制御を解析すると、目標電力Pc
と実削電力Prとの間には次式に示す関係が成立する。
態となれば、駆動モータ8の目標電力Pcと実削電力Pr
との間には次式に示す関係が成立する。
ーションした結果が図20及び図21であり、実削結果
と高精度に一致し、実用的であることが示された。
面研削について説明する。まず、工作物Wを回転させる
と共に、駆動モータ8を駆動して研削砥石7を回転させ
る。そして、工作物Wの中心孔内に研削砥石7を挿入
し、切込モータ2の駆動により工作物切込台1を移動さ
せる。これにより、研削砥石7が工作物Wの内周面に摺
接し、試研削が開始される。この場合、図3に示すよう
に、研削砥石7には工作物Wから接線及び法線方向に研
削抵抗Ft,Fnが作用する。
力が、最適な研削状態、すなわち、前記研削抵抗Ft又
はFn(本実施例ではFtを使用)が最適となる場合の消
費電力と等しくなるように、予め目標電力設定部4に入
力した目標電力に基づいて切込モータ2の駆動を開始す
る。すなわち、前記目標電力値は、電力─Ft変換部5
で研削接線抵抗Ftに変換された後、目標値補正部6を
そのまま通過して切込台制御部3で工作物切込台1の切
込速度に変換される。
消費電力は電力検出部9によって検出される。検出され
た消費電力すなわち実削電力は、電力─Ft変換部10
で研削接線抵抗Ftに変換された後、切込台制御部3及
び研削特性演算部11にそれぞれ入力される。
研削の定常状態において入力された信号に基づいて数2
2に従って研削定数G及びゲイン定数Kを算出し、目標
値補正部6に出力する。目標値補正部6では、電力─F
t変換部10で変換された目標研削接線抵抗Ftcに(1
+K)/Kを乗じて内部目標研削接線抵抗Ftc′を算出
する。
での実削電力を研削接線抵抗Ftに換算し、この研削接
線抵抗Ftと、前述のようにして算出した内部目標研削
接線抵抗値Ftc′とに基づいて新たに切込速度VXを算
出して切込モータ2を駆動制御するようにしたので、研
削抵抗を一定に維持することが可能となり、常に、最適
な研削加工を行なうことができる。
ように、順次、割出、準急、黒皮研削、荒研削、仕上研
削及びスパークアウトにより行った。この結果、図18
及び図19に示すように、シミュレーションした結果と
実際に研削することにより得られた結果とは高精度に一
致し、実用的であることがわかった。
ゲイン定数Kは変更されないが、研削砥石7をドレスす
ることにより外径が小さくなる等、研削条件が変更すれ
ば自動的に変更されるようになっている。
7の切込速度を、研削法線抵抗Fn又は研削接線抵抗Ft
によってフィードバック制御するようにしたものであ
る。すなわち、図22に示すように、砥石台12に対す
る駆動モータ8の設置部に歪みセンサ13(例えば、従
来公知の切削動力を検出するキスラー動力計(商品名)
等)を設け、この歪みセンサ13によって研削砥石7の
研削法線抵抗Fn又は研削接線抵抗Ftを検出する。そし
て、歪みセンサ13によって検出した研削法線抵抗Fn
又は研削接線抵抗Ftは、ダイレクトに切込台制御部3
及び研削特性演算部11にそれぞれ入力する。
るFn,Ftが最適な研削状態であるときの値を予め目標
抵抗設定部4′に設定したり、また、その目標抵抗設定
部4′の設定値及び研削特性演算部11で算出した値を
目標値補正部6で補正して補正研削抵抗Fc′
(Ftc′,Fnc′)を求め、このFc′から前記第1実
施例と同様にして切込速度VXを求める。
7の切込速度を、研削砥石7の周速度に基づいてフィー
ドバック制御するようにしたものである。前記研削砥石
7の周速度は図示しない周速度検出部で検出する。すな
わち、周速度検出部では、例えば、駆動モータ8の実削
電力Pr(回転数)と、研削砥石7の外径寸法Dとが入
力され、これらに基づいて周速度を算出する。なお、研
削砥石7の外径は初期外径から何回ドレスを行ったかに
よって決定する。このようにして検出された研削砥石7
の周速度は目標値補正部6に入力され、そこで次式
各実施例と同様にして切込速度が算出されることによ
り、この切込速度で研削が行われる。このように、前記
第3実施例によれば、電力─Ft変換部5,10は不要
である。
の切込速度を、研削砥石7の周速度に基づいてフィード
バック制御するようにしたものである。すなわち、研削
砥石7の使用開始径Ds0に於ける目標電力、実削電力及
び研削砥石の周速をそれぞれPc0、Pr0及びV
s(Ds0)とし、研削砥石7の砥石径Dsに於ける前記各
パラメータをそれぞれPc(Ds)、Pr(Ds)及びVs
(Ds)とすれば、Pr(Ds)とPr0との関係は次式の
ようになる。
る。
をそれぞれK0、K(Ds)とすると、砥石径Dsの時の
内部目標電力Pc(Ds)は、前記数49及び数46から
次式となる。
=k(Vs(Ds0)±Vw)、K(Ds)=k(V
s(Ds)±Vw)(kは定数)が成立することが分かっ
ているため、前記数50は次式となる。
32に基づいて内部目標電力を算出し、この内部目標電
力に従って研削砥石7の切込速度を決定する。このよう
に、第4実施例によれば、砥石使用範囲において研削抵
抗が高度に安定するので、研削精度のばらつきが殆どな
く、結果としてサイクルタイムが前記第1実施例に比べ
て約10%削減することが可能となった。
1、2に記載の発明によれば、研削砥石の切込速度を、
数1(3)により求めた研削定数及びゲイン定数に基づ
いて数2(4)から求めた内部目標電力値に従って制御
するようにしたので、応答性がよくなり、効率的に研削
を行なうことができる上、従来のように温度や工作物の
偏心量の影響を受けたりすることがなく、しかも、研削
砥石の外径に拘わらず、常に安定した研削状態を得るこ
とができる。
ば、前記研削砥石の切込速度を、数5、6により求めた
内部目標電力値に従って制御するようにしたので、演算
が容易となり、前記請求項1、2と同様に、さらに応答
性のよい効率的な研削を実現できる。
ば、研削抵抗により直接内部目標電力値を算出するよう
にしたので、より実際の研削状態に適した研削砥石の切
込速度の制御を行なうことが可能となる。
よれば、……(前記……と同じ)するようにしたので、
前記効果は勿論のこと、研削電力の削減も可能となる。
込制御を示すブロック図である。
面図である。
る。
る。
である。
である。
である。
ある。
すグラフである。
フである。
である。
すグラフである。
フである。
すグラフである。
フである。
係を示すグラフである。
削抵抗との関係(シミュレーション及び実削結果)を示
すグラフである。
石消費電力(実削電力)との関係(シミュレーション及
び実削結果)を示すグラフである。
(実削電力)との関係(シミュレーション及び実削結
果)を示すグラフである。
(実削電力)との関係(シミュレーション及び実削結
果)を示すグラフである。
の切込制御を示すブロック図である。
部、4…目標電力設定部、5,10…電力─Ft変換
部、6…目標値補正部、7…研削砥石、8…駆動モー
タ、9…電力検出部、11…研削特性演算部、W…工作
物。
Claims (8)
- 【請求項1】 工作物に研削砥石を摺接させて目標電力
に基づく切込速度で研削加工を行わせる一方、該研削加
工中に検出される実削電力に基づいて前記切込速度をフ
ィードバック制御するようにした適応制御研削方法にお
いて、 前記目標電力及び実削電力に基づいて次式 【数1】 に従って研削定数及びゲイン定数を算出し、該研削定数
及びゲイン定数に基づいて次式 【数2】 に従って内部目標電力を算出し、該内部目標電力に基づ
いて次式 【数3】 に従って切込速度を決定することを特徴とする適応制御
研削方法。 - 【請求項2】 工作物を回転駆動可能に取り付けた工作
物切込台と、該工作物切込台に目標電力に基づく切込速
度で切込送りを与える切込モータと、研削砥石を回転さ
せる駆動モータと、該駆動モータでの実削電力を検出す
る電力検出部とを備え、該電力検出部で検出された実削
電力に基づいて前記工作物切込台の切込速度をフィード
バック制御する適応制御研削装置において、 前記電力検出部で検出される実削電力に基づいて次式 【数4】 に従って研削定数及びゲイン定数を算出する研削特性演
算部と、 該研削特性演算部で算出した研削定数及びゲイン定数に
基づいて次式 【数5】 に従って内部目標電力を算出する目標値補正部と、 該目標値補正部で算出した内部目標電力に基づいて次式 【数6】 に従って切込速度を決定する切込台制御部とを設けたこ
とを特徴とする適応制御研削装置。 - 【請求項3】 工作物に研削砥石を摺接させて目標研削
抵抗に基づく切込速度で研削加工を行わせる一方、該研
削加工中に検出される実削抵抗に基づいて前記切込速度
をフィードバック制御するようにした適応制御研削方法
において、 前記実削抵抗に基づいて次式 【数7】 に従って研削定数及びゲイン定数を算出し、該研削定数
及びゲイン定数に基づいて次式 【数8】 に従って内部目標研削抵抗を算出し、該研削抵抗に基づ
いて次式 【数9】 に従って切込速度を決定することを特徴とする適応制御
研削方法。 - 【請求項4】 工作物を回転駆動可能に取り付けた工作
物切込台と、該工作物切込台に目標研削抵抗に基づく切
込速度で切込送りを与える切込モータと、研削砥石を回
転させる駆動モータと、研削時の実削抵抗を算出する研
削抵抗検出部とを備え、該研削抵抗検出部からの実削抵
抗に基づいて前記工作物切込台の切込速度をフィードバ
ック制御する適応制御研削装置において、 前記研削抵抗検出部で検出される実削抵抗に基づいて次
式 【数10】 に従って研削定数及びゲイン定数を算出する研削特性演
算部と、 該研削特性演算部で算出した研削定数及びゲイン定数に
基づいて次式 【数11】 に従って内部目標研削抵抗を算出する目標値補正部と、 該目標値補正部で算出した内部目標研削抵抗に基づいて
次式 【数12】 に従って切込速度を決定する切込台制御部とを設けたこ
とを特徴とする適応制御研削装置。 - 【請求項5】 工作物に研削砥石を摺接させて所定の切
込速度で研削加工を行なわせる一方、研削条件の変化に
基づいて前記切込速度をフィードバック制御する適応制
御研削方法において、 前記研削砥石の周速度を検出し、該周速度に基づいて次
式 【数13】 に従って内部目標電力を算出し、該内部目標電力に基づ
いて次式 【数14】 に従って切込速度を決定することを特徴とする適応制御
研削方法。 - 【請求項6】 工作物を回転駆動可能に取り付けた工作
物切込台と、該工作物切込台に切込送りを与える切込モ
ータと、研削砥石を回転させる駆動モータとを備え、研
削条件の変化に基づいて前記工作物切込台の切込速度を
フィードバック制御するようにした適応制御研削装置に
おいて、 前記研削砥石の周速度を検出する周速度検出部と、 該周速度検出部で検出した周速度に基づいて次式 【数15】 に従って内部目標電力を算出する目標電力補正部と、 該目標電力補正部で算出した内部目標電力に基づいて次
式 【数16】 に従って前記研削砥石の切込速度を決定する切込台制御
部とを設けたことを特徴とする適応制御研削装置。 - 【請求項7】 工作物に研削砥石を摺接させて目標電力
に基づく切込速度で研削加工を行わせる一方、該研削加
工中に検出される実削電力に基づいて前記切込速度をフ
ィードバック制御するようにした適応制御研削方法にお
いて、 前記実削電力に基づいて次式 【数17】 に従って内部目標電力を算出し、該内部目標電力に基づ
いて次式 【数18】 に従って切込速度を決定することを特徴とする適応制御
方法。 - 【請求項8】 工作物を回転駆動可能に取り付けた工作
物切込台と、該工作物切込台に目標電力に基づく切込速
度で切込送りを与える切込モータと、研削砥石を回転さ
せる駆動モータと、該駆動モータでの実削電力を検出す
る電力検出部とを備え、該電力検出部で検出された実削
電力に基づいて前記工作物切込台の切込速度をフィード
バック制御する適応制御研削装置において、 前記実削電力に基づいて次式 【数19】 に従って内部目標電力を算出する目標電力補正部と、該
目標電力補正部で算出した内部目標電力に基づいて次式 【数20】 に従って切込速度を決定する切込台制御部とを設けたこ
とを特徴とする適応制御研削装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06109094A JP3362952B2 (ja) | 1993-11-01 | 1994-03-30 | 適応制御研削方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27356293 | 1993-11-01 | ||
JP5-273562 | 1993-11-01 | ||
JP06109094A JP3362952B2 (ja) | 1993-11-01 | 1994-03-30 | 適応制御研削方法及びその装置 |
Publications (2)
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