JPH0760471A - レーザ加工機のビーム形状整形装置 - Google Patents
レーザ加工機のビーム形状整形装置Info
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- JPH0760471A JPH0760471A JP5235749A JP23574993A JPH0760471A JP H0760471 A JPH0760471 A JP H0760471A JP 5235749 A JP5235749 A JP 5235749A JP 23574993 A JP23574993 A JP 23574993A JP H0760471 A JPH0760471 A JP H0760471A
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- JP
- Japan
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- laser beam
- reflecting mirror
- laser
- sectional shape
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザ発振器から発射される断面形状が楕円
形のレーザビームを円形に整形して、加工方向による加
工幅の違いを無くし、寸法精度の向上を計る。 【構成】 レーザ発振器１から発射されるレーザビーム
の断面形状を形状測定器７により測定し、測定したビー
ム断面形状の長径と短径の比から第１反射鏡４への入射
角αを求め、求めた入射角になるよう第１反射鏡をサー
ボモータ１０によりウオーム９，ウオームホイール８を
介して回転し、集光レンズ５を通るレーザビームの断面
形状を円形に整形する。
形のレーザビームを円形に整形して、加工方向による加
工幅の違いを無くし、寸法精度の向上を計る。 【構成】 レーザ発振器１から発射されるレーザビーム
の断面形状を形状測定器７により測定し、測定したビー
ム断面形状の長径と短径の比から第１反射鏡４への入射
角αを求め、求めた入射角になるよう第１反射鏡をサー
ボモータ１０によりウオーム９，ウオームホイール８を
介して回転し、集光レンズ５を通るレーザビームの断面
形状を円形に整形する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザ加工機のレーザ発
振器から発射された断面形状が楕円形のレーザビームを
加工点に至るまでに円形に整形する装置に関するもので
ある。
振器から発射された断面形状が楕円形のレーザビームを
加工点に至るまでに円形に整形する装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、レーザビームを被加工物の表面に
照射して、例えば板金の切断加工等のような熱加工を行
うレーザ加工機では、図５に示すようにレーザ発振器１
０１の出力窓１０２から発射されるレーザビーム１０３
を、反射鏡１０４を用いて加工点Ａ近くに導き、集光レ
ンズ１０５を用いてエネルギーを加工点Ａに集中させ
て、被加工物１０６の表面に照射することにより、被加
工物を短時間に溶融・蒸発させながら、被加工物をレー
ザビームに対して相対的に移動させることにより加工を
行っている。
照射して、例えば板金の切断加工等のような熱加工を行
うレーザ加工機では、図５に示すようにレーザ発振器１
０１の出力窓１０２から発射されるレーザビーム１０３
を、反射鏡１０４を用いて加工点Ａ近くに導き、集光レ
ンズ１０５を用いてエネルギーを加工点Ａに集中させ
て、被加工物１０６の表面に照射することにより、被加
工物を短時間に溶融・蒸発させながら、被加工物をレー
ザビームに対して相対的に移動させることにより加工を
行っている。
【０００３】このようなレーザ加工機において、発振器
から発射されるレーザビームは、被加工物の材質や厚さ
又は必要な加工速度等により適正な出力に設定するよう
になっている。ところがレーザ発振器内部の光共振器の
配置やレーザ媒質励起空間の違方性のため、レーザ発振
器から発射されるレーザビームは断面形状が完全な円形
とはならず楕円形となることがある。この楕円形状の長
径と短径の比はレーザ発振器の出力設定値によって変化
することがあり、長径と短径の方向はレーザ発振器を設
置する方向により決まる場合が多く、例えば図５のよう
にレーザ発振器を水平に設置した場合、楕円の長軸及び
短軸は、水平方向又は鉛直方向に一致している場合が多
い。
から発射されるレーザビームは、被加工物の材質や厚さ
又は必要な加工速度等により適正な出力に設定するよう
になっている。ところがレーザ発振器内部の光共振器の
配置やレーザ媒質励起空間の違方性のため、レーザ発振
器から発射されるレーザビームは断面形状が完全な円形
とはならず楕円形となることがある。この楕円形状の長
径と短径の比はレーザ発振器の出力設定値によって変化
することがあり、長径と短径の方向はレーザ発振器を設
置する方向により決まる場合が多く、例えば図５のよう
にレーザ発振器を水平に設置した場合、楕円の長軸及び
短軸は、水平方向又は鉛直方向に一致している場合が多
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたレ
ーザ発振器から発射されるレーザビームの断面形状が楕
円形状になることがあるレーザ加工機では、集光レンズ
で集光した被加工物表面のビームスポット形状も楕円に
なる。このため被加工物の移動方向即ち加工方向によっ
て加工幅が異なり、加工寸法精度の悪化につながるとい
う問題点を有している。本発明は従来の技術の有するこ
のような問題点に鑑みなされたものであり、その目的と
するところはレーザ発振器から発射されるレーザビーム
の断面形状が楕円形であっても、長軸と短軸の方向がわ
かっていれば、被加工物の表面におけるビームスポット
の形状が円形になるようにレーザビームの断面形状を整
形して、加工方向による切断幅の変化をなくし、寸法精
度の高い加工が可能なレーザ加工機のビーム形状整形装
置を提供しようとするものである。
ーザ発振器から発射されるレーザビームの断面形状が楕
円形状になることがあるレーザ加工機では、集光レンズ
で集光した被加工物表面のビームスポット形状も楕円に
なる。このため被加工物の移動方向即ち加工方向によっ
て加工幅が異なり、加工寸法精度の悪化につながるとい
う問題点を有している。本発明は従来の技術の有するこ
のような問題点に鑑みなされたものであり、その目的と
するところはレーザ発振器から発射されるレーザビーム
の断面形状が楕円形であっても、長軸と短軸の方向がわ
かっていれば、被加工物の表面におけるビームスポット
の形状が円形になるようにレーザビームの断面形状を整
形して、加工方向による切断幅の変化をなくし、寸法精
度の高い加工が可能なレーザ加工機のビーム形状整形装
置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明におけるレーザ加工機のビーム形状整形装置
は、レーザ発振器から加工点までの光路内に設けられた
レーザビームの断面形状測定手段と、傾き角の調整可能
な少なくとも一枚の反射鏡と、前記反射鏡の傾き角を調
整する傾き角調整手段と、前記形状測定手段により計測
された断面形状が円形になるような反射鏡の傾き角を算
出する傾き角算出手段を設けてなり、傾き角算出手段に
より算出された傾き角に反射鏡を調整するものである。
に本発明におけるレーザ加工機のビーム形状整形装置
は、レーザ発振器から加工点までの光路内に設けられた
レーザビームの断面形状測定手段と、傾き角の調整可能
な少なくとも一枚の反射鏡と、前記反射鏡の傾き角を調
整する傾き角調整手段と、前記形状測定手段により計測
された断面形状が円形になるような反射鏡の傾き角を算
出する傾き角算出手段を設けてなり、傾き角算出手段に
より算出された傾き角に反射鏡を調整するものである。
【０００６】
【作用】形状測定手段によりレーザ発振器から発射され
たレーザビームの断面形状を測定し、その長径と短径の
比からレーザビーム断面形状が円形になるような反射角
を求め、求めた反射角に反射鏡の傾き角を自動調整して
加工点におけるビームスポットの形状を円形にし、加工
方向により加工幅が変わらないようにする。
たレーザビームの断面形状を測定し、その長径と短径の
比からレーザビーム断面形状が円形になるような反射角
を求め、求めた反射角に反射鏡の傾き角を自動調整して
加工点におけるビームスポットの形状を円形にし、加工
方向により加工幅が変わらないようにする。
【０００７】
【実施例】以下実施例について図面にもとづいて説明す
る。 実施例１ 本実施例のレーザ加工機は、図１（ａ）の正面図及び図
２の側面図に示すように、レーザ発振器１の出力窓２か
ら水平に発射されたレーザビームは、光軸３を中心とし
て第１反射鏡４に向かって伝播され、第１反射鏡４によ
り反射されて下向きとなり、再び第２反射鏡１１により
反射されて水平かつレーザ発振器１の発射光軸３に対し
て直角方向向きとなり、第３反射鏡１２により反射され
て再び下向きとなり、集光レンズ５を通ってワーク６の
表面の加工点Ａ付近に焦点を結び、ワークの表面に熱加
工を行うようになっている。
る。 実施例１ 本実施例のレーザ加工機は、図１（ａ）の正面図及び図
２の側面図に示すように、レーザ発振器１の出力窓２か
ら水平に発射されたレーザビームは、光軸３を中心とし
て第１反射鏡４に向かって伝播され、第１反射鏡４によ
り反射されて下向きとなり、再び第２反射鏡１１により
反射されて水平かつレーザ発振器１の発射光軸３に対し
て直角方向向きとなり、第３反射鏡１２により反射され
て再び下向きとなり、集光レンズ５を通ってワーク６の
表面の加工点Ａ付近に焦点を結び、ワークの表面に熱加
工を行うようになっている。
【０００８】このように構成されたレーザ加工機におい
て、レーザ発振器１と第１反射鏡４の間の光路にニード
ル回転式のレーザビーム形状測定手段７が設置されてい
る。このレーザビーム形状測定手段７は例えば米国スペ
クトロン社製ＬＢＡ２型レーザビームアナライザ等市販
のものを使用することができる。第１反射鏡４は入射角
αを調整することができるように図１で紙面と垂直な旋
回軸心のまわりで旋回可能とされており、この旋回軸心
上に固着のウオームホイール８がサーボモータ１０の出
力軸に同心に固着のウオーム９と噛合され、図示しない
エンコーダにより第１反射鏡４の回転角即ち入射角αを
検出するようになっている。
て、レーザ発振器１と第１反射鏡４の間の光路にニード
ル回転式のレーザビーム形状測定手段７が設置されてい
る。このレーザビーム形状測定手段７は例えば米国スペ
クトロン社製ＬＢＡ２型レーザビームアナライザ等市販
のものを使用することができる。第１反射鏡４は入射角
αを調整することができるように図１で紙面と垂直な旋
回軸心のまわりで旋回可能とされており、この旋回軸心
上に固着のウオームホイール８がサーボモータ１０の出
力軸に同心に固着のウオーム９と噛合され、図示しない
エンコーダにより第１反射鏡４の回転角即ち入射角αを
検出するようになっている。
【０００９】更に第３反射鏡１２も同様に入射角βを調
整することができるように図２で紙面と垂直な旋回軸心
のまわりで旋回可能とされており、この旋回軸心上に固
着のウオームホイール１４がサーボモータ１６の出力軸
に同心に固着のウオーム１５と噛合され、図示しないエ
ンコーダにより第３反射鏡１２の回転角即ち入射角βを
検出するようになっている。
整することができるように図２で紙面と垂直な旋回軸心
のまわりで旋回可能とされており、この旋回軸心上に固
着のウオームホイール１４がサーボモータ１６の出力軸
に同心に固着のウオーム１５と噛合され、図示しないエ
ンコーダにより第３反射鏡１２の回転角即ち入射角βを
検出するようになっている。
【００１０】ここで出力窓２から入射角αを有する第１
反射鏡４までの光路における鉛直方向のレーザビームの
断面形状〔図１（ｂ）〕と、第１反射鏡４から第２反射
鏡１１までの光路における水平方向のレーザビームの断
面形状〔図１（ｃ）〕におけるビーム径ｄ１とｄ３の関
係及びビーム径ｄ２とｄ４の関係は、前述のように第１
反射鏡４の旋回軸心が図１で紙面に対して垂直の場合、
次式のようになる。 ｄ４＝ｄ２ ｄ３＝ｄ１／〔ｃｏｓ（９０−２×α）〕 但し、０＜α＜９０°とする。したがって図１（ｃ）に
おけるビームの縦横比ｄ３／ｄ４は次式のように表すこ
とができる。 ｄ３／ｄ４＝（ｄ１／ｄ２）×〔１／ｃｏｓ（９０−２
×α）〕
反射鏡４までの光路における鉛直方向のレーザビームの
断面形状〔図１（ｂ）〕と、第１反射鏡４から第２反射
鏡１１までの光路における水平方向のレーザビームの断
面形状〔図１（ｃ）〕におけるビーム径ｄ１とｄ３の関
係及びビーム径ｄ２とｄ４の関係は、前述のように第１
反射鏡４の旋回軸心が図１で紙面に対して垂直の場合、
次式のようになる。 ｄ４＝ｄ２ ｄ３＝ｄ１／〔ｃｏｓ（９０−２×α）〕 但し、０＜α＜９０°とする。したがって図１（ｃ）に
おけるビームの縦横比ｄ３／ｄ４は次式のように表すこ
とができる。 ｄ３／ｄ４＝（ｄ１／ｄ２）×〔１／ｃｏｓ（９０−２
×α）〕
【００１１】ここで図１（ｂ）におけるビームの縦横比
ｄ１／ｄ２は、レーザ発振器１内部の光共振器の構成
や、レーザ媒質励起空間の違方性の影響で１にならない
ことが多い。この場合は上式の右辺の係数１／ｃｏｓ
（９０−２×α）は図３に示すように入射角αに対して
すべて１以上になる。このためレーザ発振器１の出力窓
２より発射されたレーザビームの縦横比ｄ１／ｄ２が１
よりも小さい場合、入射角αが次式で求めた数値（角
度）になるように第１反射鏡４の傾きを調整すること
で、第２反射鏡１１へ入射する前のレーザビームの縦横
比ｄ３／ｄ４を１にすることができる。 α＝４５−〔ｃｏｓ-1（ｄ１／ｄ２）〕／２ 但し、０＜α≦４５°とする。
ｄ１／ｄ２は、レーザ発振器１内部の光共振器の構成
や、レーザ媒質励起空間の違方性の影響で１にならない
ことが多い。この場合は上式の右辺の係数１／ｃｏｓ
（９０−２×α）は図３に示すように入射角αに対して
すべて１以上になる。このためレーザ発振器１の出力窓
２より発射されたレーザビームの縦横比ｄ１／ｄ２が１
よりも小さい場合、入射角αが次式で求めた数値（角
度）になるように第１反射鏡４の傾きを調整すること
で、第２反射鏡１１へ入射する前のレーザビームの縦横
比ｄ３／ｄ４を１にすることができる。 α＝４５−〔ｃｏｓ-1（ｄ１／ｄ２）〕／２ 但し、０＜α≦４５°とする。
【００１２】またレーザ発振器１の出力窓２から発射さ
れたレーザビーム断面形状の縦横比ｄ１／ｄ２が１より
も大きい場合は、第１反射鏡の入射角αを４５°に固定
し、第３反射鏡１２の入射角βが次式で求めた数値（角
度）になるように調整することによって集光レンズ５へ
入射する前のレーザビームの断面形状〔図５（ｄ）〕の
縦横比ｄ５／ｄ６を１にすることができる。 β＝４５−〔ｃｏｓ-1（ｄ２／ｄ１）〕／２ 但し、０＝β≦４５°とする。
れたレーザビーム断面形状の縦横比ｄ１／ｄ２が１より
も大きい場合は、第１反射鏡の入射角αを４５°に固定
し、第３反射鏡１２の入射角βが次式で求めた数値（角
度）になるように調整することによって集光レンズ５へ
入射する前のレーザビームの断面形状〔図５（ｄ）〕の
縦横比ｄ５／ｄ６を１にすることができる。 β＝４５−〔ｃｏｓ-1（ｄ２／ｄ１）〕／２ 但し、０＝β≦４５°とする。
【００１３】このように発振器１の出力窓２から発射さ
れたレーザビームの断面形状をレーザビーム形状測定器
７により測定し、この測定結果を制御装置１３に入力し
て、装置内の演算部で反射角α又は及びβを算出し、サ
ーボモータ１０又は及び１６を回転させて集光レンズ５
へ入射する前のレーザビームの断面形状の縦横比ｄ５／
ｄ６を１即ち円形に整形することができる。
れたレーザビームの断面形状をレーザビーム形状測定器
７により測定し、この測定結果を制御装置１３に入力し
て、装置内の演算部で反射角α又は及びβを算出し、サ
ーボモータ１０又は及び１６を回転させて集光レンズ５
へ入射する前のレーザビームの断面形状の縦横比ｄ５／
ｄ６を１即ち円形に整形することができる。
【００１４】実施例２ 本実施例は実施例１における第１反射鏡４を二方向に角
度調整可能な反射鏡１７とし、第２反射鏡１１及び第３
反射鏡１２を不要としたものである。従って反射鏡１７
の角度調整機構のみを図４により説明する。反射鏡１７
は第１取付台１８に固着されて紙面と垂直で反射鏡面の
中央を鏡面に沿って通る第１旋回軸心のまわりで回転可
能に設けられており、この第１旋回軸心上に固着の第１
ウオームホイール１９が第１取付台１８に固着されてい
る。そしてサーボモータ２１により回転される第１ウオ
ーム２０が第１ウオームホイール１９と噛合され、第１
の傾き角を調整するようになっている。
度調整可能な反射鏡１７とし、第２反射鏡１１及び第３
反射鏡１２を不要としたものである。従って反射鏡１７
の角度調整機構のみを図４により説明する。反射鏡１７
は第１取付台１８に固着されて紙面と垂直で反射鏡面の
中央を鏡面に沿って通る第１旋回軸心のまわりで回転可
能に設けられており、この第１旋回軸心上に固着の第１
ウオームホイール１９が第１取付台１８に固着されてい
る。そしてサーボモータ２１により回転される第１ウオ
ーム２０が第１ウオームホイール１９と噛合され、第１
の傾き角を調整するようになっている。
【００１５】更に上述の１７〜２１は第２取付台２２に
より第１旋回軸心と直角かつ垂直で反射鏡１７鏡面中央
を通る第２旋回軸心のまわりで回転可能に取付けられて
おり、第２取付台２２に固着の第２旋回軸心上の第２ウ
オームホイール２３に噛合する第２ウオーム２４を、サ
ーボモータ２５により回転させることにより、第２の傾
き角を調整するようになっている。従って第１及び第２
の傾き角を実施例１の第１反射鏡４の入射角αの調整及
び第３反射鏡１２の入射角βの調整と同一方法で調整す
ることによって、実施例１と同様の効果を得ることがで
きる。尚、レーザビーム形状測定器７は、必ずしもレー
ザ発振器１の出力窓１２から射出された直後のレーザビ
ーム形状を測定するものと限定されるものでなく、集光
レンズに入る前のレーザビーム形状を測定するようにし
てもよい。
より第１旋回軸心と直角かつ垂直で反射鏡１７鏡面中央
を通る第２旋回軸心のまわりで回転可能に取付けられて
おり、第２取付台２２に固着の第２旋回軸心上の第２ウ
オームホイール２３に噛合する第２ウオーム２４を、サ
ーボモータ２５により回転させることにより、第２の傾
き角を調整するようになっている。従って第１及び第２
の傾き角を実施例１の第１反射鏡４の入射角αの調整及
び第３反射鏡１２の入射角βの調整と同一方法で調整す
ることによって、実施例１と同様の効果を得ることがで
きる。尚、レーザビーム形状測定器７は、必ずしもレー
ザ発振器１の出力窓１２から射出された直後のレーザビ
ーム形状を測定するものと限定されるものでなく、集光
レンズに入る前のレーザビーム形状を測定するようにし
てもよい。
【００１６】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載する効果を奏する。レーザ発振器から発射
されるレーザビームの断面形状が楕円形であっても、反
射鏡の入射角を自動調整することにより、加工点でのビ
ームスポットの形状を円形とすることが可能となり、加
工方向による加工幅の変化を防止することができ、寸法
精度の高い加工ができるようになる。
で、次に記載する効果を奏する。レーザ発振器から発射
されるレーザビームの断面形状が楕円形であっても、反
射鏡の入射角を自動調整することにより、加工点でのビ
ームスポットの形状を円形とすることが可能となり、加
工方向による加工幅の変化を防止することができ、寸法
精度の高い加工ができるようになる。
【図１】（ａ）は実施例１のレーザ加工機の構造を示す
正面図、（ｂ）はレーザビームのａ−ａ線視断面形状を
表す図、（ｃ）はレーザビームのｂ−ｂ線視断面形状を
表す図、（ｄ）はレーザビームのｃ−ｃ線視断面形状を
表す図である。
正面図、（ｂ）はレーザビームのａ−ａ線視断面形状を
表す図、（ｃ）はレーザビームのｂ−ｂ線視断面形状を
表す図、（ｄ）はレーザビームのｃ−ｃ線視断面形状を
表す図である。
【図２】図１（ａ）の側面図である。
【図３】反射鏡の入射角αと係数の関係を示すグラフ図
である。
である。
【図４】実施例第２の反射鏡の角度調整機構を示す正面
図である。
図である。
【図５】従来の技術のレーザ加工機の構造を示す正面図
である。
である。
１ レーザ発振器 ３ 光軸 ４ 第１反射鏡 ５ 集光レン
ズ ７ レーザビーム形状測定器 １０，１６
サーボモータ １２ 第３反射鏡 １３ 制御装
置 Ａ 加工点
ズ ７ レーザビーム形状測定器 １０，１６
サーボモータ １２ 第３反射鏡 １３ 制御装
置 Ａ 加工点
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザ発振器から加工点までの光路内に
設けられたレーザビームの断面形状測定手段と、傾き角
の調整可能な少なくとも一枚の反射鏡と、前記反射鏡の
傾き角を調整する傾き角調整手段と、前記形状測定手段
により計測された断面形状が円形になるような反射鏡の
傾き角を算出する傾き角算出手段を設けてなり、傾き角
算出手段により算出された傾き角に反射鏡を調整するこ
とを特徴とするレーザ加工機のビーム形状整形装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5235749A JPH0760471A (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | レーザ加工機のビーム形状整形装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5235749A JPH0760471A (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | レーザ加工機のビーム形状整形装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0760471A true JPH0760471A (ja) | 1995-03-07 |
Family
ID=16990662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5235749A Pending JPH0760471A (ja) | 1993-08-26 | 1993-08-26 | レーザ加工機のビーム形状整形装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0760471A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006114445A1 (de) * | 2005-04-28 | 2006-11-02 | Sms Elotherm Gmbh | Vorrichtung und verfahren zum behandeln von zylindrisch geformten flächen mittels eines im wesentlichen kreisrunden querschnitt aufweisenden laserstrahls |
| US7307444B2 (en) | 2004-09-13 | 2007-12-11 | Seiko Epson Corporation | Testing method and testing apparatus for liquid crystal panel |
| KR100835614B1 (ko) * | 2007-02-05 | 2008-06-05 | 아메코 주식회사 | 복합가공기 |
-
1993
- 1993-08-26 JP JP5235749A patent/JPH0760471A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7307444B2 (en) | 2004-09-13 | 2007-12-11 | Seiko Epson Corporation | Testing method and testing apparatus for liquid crystal panel |
| WO2006114445A1 (de) * | 2005-04-28 | 2006-11-02 | Sms Elotherm Gmbh | Vorrichtung und verfahren zum behandeln von zylindrisch geformten flächen mittels eines im wesentlichen kreisrunden querschnitt aufweisenden laserstrahls |
| KR100835614B1 (ko) * | 2007-02-05 | 2008-06-05 | 아메코 주식회사 | 복합가공기 |
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