KR101153199B1 - 초음파 트림장치 및 초음파 트림방법 - Google Patents

Abstract

초음파 트림장치는, 다관절형 로봇과, 절단장치와, 숫돌로 구성되며, 절단장치는, 다관절형 로봇의 선단부에 지지된 초음파 발진자와, 초음파 발진자에 지지된 커터날과, 자재를 고정하는 자재고정부와, 로봇의 구동에 의한 커터날의 이동가능한 범위 내에 배치되고, 연마부재인 숫돌은, 커터날에 압박 접촉할 수 있는 위치에 설치되며, 커터날은, 다관절형 로봇에 의해 숫돌에 압박된 상태에서, 초음파 발진자에 의해 초음파 진동되어 연마되도록 하는 구성이며, 플라스틱, 천, 고무 등의 연질 재료로 이루어지는 시트재나 복합재, 또는 유리섬유 등이 함유된 재료를, 3차원의 곡면인 경우에도 효율적이며, 또한 환경친화적인 공법으로 절단가공한다.

트림장치, 다관절형 로봇

Description

초음파 트림장치 및 초음파 트림방법{ULTRASONIC TRIMMING DEVICE AND ULTRASONIC TRIMMING METHOD}

본 발명은, 플라스틱, 천, 고무 등의 연질의 재료로 이루어지는 시트재나 복합재 또는 유리섬유가 함유된 재료 등의 자재를, 이 자재가 3차원 형상을 갖는 경우에도 효율적으로 절단가공할 수 있는 초음파 트림장치 및 초음파 트림방법에 관한 것이다.

상술한 연질재의 시트를 절단하는 경우, 종래부터 날붙이, 초음파 커터, 워터 제트 등이 사용되어 왔다. 그 가운데, 날붙이나 초음파 커터를 사용하는 경우, 분진의 발생이 적고, 폐수처리 등의 부수적인 공정이 불필요하다는 등의 이점은 있으나, 칼날의 방향을 진행방향으로 맞추거나 하지 않으면 안되고, 또, 자재가 3차원의 곡면을 갖는 것인 경우에는, 날붙이나 초음파 커터를 이동시키는 제어장치에 대하여, 더욱 복잡한 데이터의 입력이 필요해 지거나, 또, 자재의 두께, 절단면의 성상 등에 대한 여러가지 요구에 대응하는 데는, 그 제어에 한계가 나타나게 된다.

한편, 워터 제트를 사용할 경우, 제어장치에 입력할 가공데이터는 간단하게 될 수는 있으나, 폐수처리가 필요할 뿐만 아니라, 자재가 젖게 되고, 주변에 물이 튀기는 등 작업환경을 악화시키며, 소음이 크고, 게다가, 자재가 겹쳐진 상태에서는 한쪽만을 절단하는 것이 곤란하고, 또한, 이니셜코스트 및 러닝코스트가 높아지는 등의 여러 가지 과제가 있다.

이 때문에, 상술한 과제를 해결하기 위하여 초음파 커터를 다관절형 로봇에 탑재하는 것이 고안되고 있으며, 이와 같은 구성에 의하면, 러닝코스트의 저감 및 절단개소에 대한 제한이 완화되는 것과 동시에, 절단품질에 대한 융통성, 배수?분진?진동 소음 등의 면에서 환경에 대한 배려 등도 달성할 수가 있다.

그러나, 다관절형 로봇에 초음파 커터를 탑재한 초음파 트림장치에 있어서는, 커터의 날이 무디어질 경우에, 커터 날의 교환을 위해서는 작업을 빈번히 중단하지 않으면 안된다. 이 때문에, 커터 날의 교환을 효율적으로 실시하지 않으면 효율적인 트리밍가공을 실시할 수가 없게 되는 문제점이 있었다.

또한, 공지의 사항은 아니라고 추정되지만, 회전 숫돌을 갖는 연마장치를, 로봇에 부착된 상태의 커터의 날에 접근시켜서, 커터의 날을 연마하는 것도 고려할 수가 있다. 그러나, 연마장치를 커터의 날에 대하여 접근시키고, 또, 숫돌을 회전시키는 구성은 복잡하고, 신속한 연마를 기대할 수가 없다.

또, 유연한 소재로 이루어지는 자재를 절단하는 경우, 특히, 큰 면적의 자재인 경우에는, 자재를 기계식 클램프로 고정시키기 위해서는, 많은 수의 클램프가 필요하기 때문에 효율적이지 않다. 또, 자재 외주의 트리밍가공에 있어서는, 클램프가 커터날의 이동범위 내에 존재하고 있기 때문에, 커터날과 클램프의 간섭이 발생하여 불완전한 가공이 돼버리는 문제점이 있었다.

한편, 이들 자재가 3차원 형상으로 형성되어 있는 경우, 자재의 3차원 형상을 유지한 상태로 절단하는 것이 긴요하다. 그래서, 자재와 동일한 형상으로 가공한 상?하 한쌍의 형틀 지그에 의해 자재를 협지하여 절단하는 구성도 채용되고 있 으나, 이 구성에 있어서는 상?하 2개의 형틀이 필요하기 때문에 코스트 업의 문제점이 있었다.

한편, 예를 들면, 6축 다관절형 로봇은 6자유도를 가지고 있기 때문에, 3차원 공간에 있어서, 커터날의 위치와 자세의 양자에 대하여 자유로운 제어를 실시할 수가 있으나, 로봇에게는, 그 구조상, 운동의 자유도가 감소하여 동작할 수가 없게 되는 점인 특이점(特異点)이 존재하고 있다. 그래서, 로봇에 따라서는, 상기의 특이점에서 정지하는 것, 특이점에서 정지하지는 않으나 불안정한 동작으로 특이점을 통과하는 것, 또는, 특이점을 통과하지 않고 특이점의 근방을 통과하도록 제어되고 있는 것 등이 있으나, 이들 로봇에 있어서는, 모두 특이점을 피하게 하는 교시(teaching, 敎示)가 필요하게 되어, 로봇의 동작속도가 저하하거나 교시의 복잡화를 피할 수가 없다. 또, 최저한의 자유도의 로봇에서는, 통상적인 교시에 있어서도 많은 축을 총동원하는 일이 많고, 또한, 교시에 많은 시간이 필요하게 된다.

본 발명은, 우선, 커터날의 연마를 효율적으로 실시하여 효율적인 트리밍가공을 실시할 수가 있는 초음파 트림장치 및 초음파 트림방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은, 3차원 형상으로 성형되어 있는 자재를 안정적으로 유지하여 소망하는 트리밍가공을 효율적으로 실시할 수가 있는 초음파 트림장치 및 초음파 트림방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 로봇의 동작 자유도를 증가시켜서 특이점을 없애고, 로봇에 대하여 효율적인 교시를 실행할 수가 있는 것과 동시에, 양호한 동작속도를 얻을 수가 있는 초음파 트림장치 및 초음파 트림방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 다음과 같은 장치의 실시예에 의해 상기 목적을 달성할 수가 있다.

(1) 다관절형 로봇과, 상기 다관절형 로봇의 선단(先端)의 암(arm)에 의해 지지된 초음파 발진자(發振子)와, 상기 초음파 발진자에 의해 지지된 커터의 날과, 자재를 고정시키는 자재고정부와, 상기 다관절형 로봇의 구동에 의한 커터날의 이동가능범위 내에 배치되고, 상기 커터의 날에 압박 접촉할 수 있는 연마부재를 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 트림장치.

이와 같은 구성을 채용하여, 다관절형 로봇에 의해 커터의 날을 연마부재와 접촉하도록 이동시키고, 초음파 발진자를 구동하여 커터의 날을 진동시키는 것에 의해 효율적으로 커터의 날을 연마할 수가 있다. 또한, 본 출원에 있어서, 연마란, 통상적인 연마 외에, 자재의 트리밍과정 중에 커터날의 날 끝에 부착되는 수지나 유리분말 등의 부착물을 제거하는 경우도 포함하는 것으로 한다.

(2) 상기 연마부재를 상기 커터날의 방향으로 가세하는 유체압실린더를 설치하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 초음파 트림장치.

이와 같은 구성을 채용하여, 유체압실린더에 의해 연마부재를 커터의 날에 압박 접촉시킬 수가 있다.

(3) 상기 연마부재는, 회전 또는 진동이 자유롭게 지지되며, 이 회전 또는 진동의 방향은, 상기 커터날의 초음파진동과의 합성진동방향이, 커터날의 날끝과 직교하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 초음파 트림장치.

(4) 상기 자재고정부는, 자재의 3차원 형상의 암형틀이 되는 형상으로 형성된 자재 재치용 형틀 지그(jig)를 구비하고 있으며, 이 형틀 지그에는, 복수의 자재 흡인용 흡인홀이 형성되어 있으며, 각 흡인홀은, 공기흡인수단과 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1), (2) 또는 (3)에 기재된 초음파 트림장치.

이와 같은 구성을 채용하여, 자재를 형틀 지그상에 재치하고, 각 흡인홀에 부압을 발생시켜서 자재를 유지할 수가 있게 한다.

(5) 상기 형틀 지그에는, 상기 각 흡인홀에 연통하는 밀폐공간이 형성되어 있으며, 이 밀폐공간에 상기 공기 흡인수단이 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (4)에 기재된 초음파 트림장치.

이와 같은 구성을 채용하여, 밀폐공간으로부터 공기를 흡인하는 것에 의해 각 흡인홀에 부압을 발생시킬 수가 있다.

(6) 상기 다관절형 로봇의 선단의 암은, 상기 초음파 발진자 및 커터의 날을 지지함과 동시에, 커터의 날이 항상 절단이 진행되는 방향을 향하도록 제어하는 추가암을 회전가능하게 연결한 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 초음파 트림장치.

이와 같은 구성에 의해, 로봇의 자유도를 증가시켜서, 특이점을 해소할 수가 있다.

(7) 상기 다관절형 로봇은 6축형이며, 그 선단의 암에 추가암을 회전이 가능하게 연결하여 7관절로 하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 초음파 트림장치.

이와 같은 구성에 의해, 로봇의 자유도를 증가시켜서, 특이점을 해소할 수가 있다.

(8) 상기 다관절형 로봇의 구동에 의한 커터날의 이동가능한 범위 내에, 예비 커터날 폴더를 배치하는 것과 동시에, 상기 다관절형 로봇에 대하여, 상기 커터날을 상기 다관절형 로봇의 구동에 의해 착탈이 자유롭게 하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 초음파 트림장치.

(9) 6축형 로봇의 선단의 암에, 추가암을 회전이 가능하게 연결하여 7관절로 한 다관절형 로봇과, 상기 다관절형 로봇의 상기 추가암에, 그 회전축 방향으로 진동하도록 지지된 초음파 발진자와, 상기 초음파 발진자에 지지된 평판형상의 커터날과, 자재를 고정하는 자재고정부를 구비하여 이루어지며, 상기 추가암은, 상기 커터날이 항상 절단이 진행되는 방향으로 향하도록 회전이 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 트림장치.

(10) 상기 선단의 암과 추가암의 축선은, 서로 평행하는 것을 특징으로 하는 상기 (9)에 기재된 초음파 트림장치.

(11) 상기 선단의 암과 추가암의 사이에, 굴곡부를 갖는 접속암을 설치하고, 상기 선단의 암과, 이 암의 기부측(基部側)의 암과의 교차각도가 15도 이상이 되도록 한 것을 특징으로 하는 상기 (9)에 기재된 초음파 트림장치.

(12) 상기 다관절형 로봇의 구동에 의한 커터날의 이동가능한 범위 내에 배치되고, 상기 커터의 날에 압박 접촉할 수 있는 연마부재와, 상기 연마부재를 상기 커터날의 방향으로 가세하는 유체압실린더를 설치한 것을 특징으로 하는 상기 (9) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 초음파 트림장치.

(13) 상기 연마부재는, 회전 또는 진동이 자유롭게 지지되고, 이 회전 또는 진동의 방향은, 상기 커터날의 초음파 진동과의 합성진동방향이, 커터날의 날끝과 직교하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (12)에 기재된 초음파 트림장치.

(14) 상기 자재고정부는, 자재의 3차원 형상의 암형틀이 되는 형상으로 형성된 자재재치용 형틀 지그를 구비하고 있으며, 이 형틀 지그에는, 복수의 자재흡인용 흡인홀이 형성되어 있고, 각 흡인홀은, 공기흡인수단과 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (9) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 초음파 트림장치.

(15) 상기 형틀 지그에는, 상기 각 흡인홀에 연통하는 밀폐공간이 형성되어 있으며, 이 밀폐공간에 상기 공기흡인수단이 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (14)에 기재된 초음파 트림장치.

(16) 상기 다관절형 로봇의 구동에 의한 커터날의 이동가능한 범위 내에, 예비 커터날 폴더를 배치하는 것과 동시에, 상기 다관절형 로봇에 대하여, 상기 커터날을 상기 다관절형 로봇의 구동에 의해 착탈이 자유롭게 하는 것을 특징으로 하는 상기 (9) 내지 (15) 중 어느 하나에 기재된 초음파 트림장치.
(17) 다관절형 로봇의 선단의 암에 초음파 발진자에 의하여 지지된 커터날을 초음파진동시키면서, 암에 의해 구동하고, 자재고정부에 고정된 자재를 절단하고, 이 절단작업 도중에, 앞에 또는 뒤에, 상기 다관절형 로봇의 구동에 의한 커터날의 이동가능한 범위 내에 배치된 연마부재에 대하여, 상기 커터날을 상기 다관절 로봇에 장착한 상태로, 초음파진동시키면서, 상기 암에 의해 압박하여 연마하는 것을 특징으로 하는 초음파 트림방법.
(18) 상기 커터날을 연마할 때에, 상기 연마부재를 상기 커터날의 방향으로 유체압실린더에 의해 가세하는 것을 특징으로 하는 상기 (17)에 기재된 초음파 트림방법.
(19) 상기 연마부재를, 상기 커터날의 초음파 진동과의 합성진동방향이, 커터날의 날끝과 직교하도록 회전 또는 진동시키는 것을 특징으로 하는 상기 (17) 또는 (18)에 기재된 초음파 트림방법.
(20) 상기 다관절형 로봇의 선단의 암에 회전이 가능하게 연결된 추가암에 의해, 상기 초음파 발진자 및 커터날을 지지하는 것과 동시에, 커터날을 항상 절단이 진행되는 방향을 향하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 상기 (17) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 초음파 트림방법.
(21) 상기 커터날을 상기 다관절형 로봇의 구동에 의해 착탈이 자유롭게 하고, 커터날이 마모되었을 때에, 다관절 로봇의 구동에 의해, 상기 커터날의 이동가능한 범위 내에 배치된 예비 커터날 폴더 내의 예비 커터와 마모된 커터날을 교환하는 것을 특징으로 하는 상기 (17) 내지 (20) 중 어느 하나에 기재된 초음파 트림방법.
(22) 6축형 로봇의 선단의 암에 회전이 가능하게 연결된 추가암에, 초음파 발진자에 의하여 지지된 평판형상의 커터날을, 상기 초음파 진동자에 의해, 추가암의 회전축 방향으로 진동시키고, 또, 커터날이 항상 절단이 진행되는 방향을 향하도록 상기 추가암을 회전시키면서, 시트형상의 자재를 절단하는 것을 특징으로 하는 초음파 트림방법.
(23) 상기 추가암을, 상기 선단의 암 축선과 평행한 회전축의 둘레로 회전시키는 것에 의해, 상기 커터날을 항상 절단 방향으로 향하게 하는 것을 특징으로 하는 상기 (22)에 기재된 초음파 트림방법.

도1은, 본 발명에 있어서의 초음파 트림장치의 실시형태를 나타내는 로봇의 정면도.

도2는, 상기 초음파 트림장치에 있어서의 커터날의 자세와 절단 예정선의 관계를 모식적으로 나타내는 사시도.

도3은, 상기 초음파 트림장치에 있어서의 커터날의 자세와 절단 예정선의 관계를 모식적으로 나타내는 평면도.

도4는, 도1과 다른 선단 암의 접속구조를 나타내는 정면도.

도5는, 도1의 실시형태에 있어서의 숫돌 근방의 구성을 나타내는 정면도.

도6은, 도1의 초음파 트림장치에 의해 트리밍가공되는 자재의 사시도.

도7은, 도6의 자재를 흡착하기 위한 형틀 지그의 실시형태를 나타내는 사시도.

도8은, 기판상에 2개의 형틀 지그를 설치한 실시형태를 나타내는 사시도.

도9는, 형틀 지그의 다른 실시형태를 나타내는 사시도.

도10은, 형틀 지그의 또 다른 실시형태를 나타내는 사시도.

도11은, 연마부재의 다른 실시형태를 모식적으로 나타내는 사시도.

도12는, 연마부재의 또 다른 실시형태를 모식적으로 나타내는 사시도.

도13은, 초음파 트림장치에 있어서, 커터의 날을 자동교환하는 장치의 요부를 나타내는 단면도.

도14는, 도13의 평면도.

도15는, 상기 커터날의 자동교환기구에 있어서의 예비 커터날 폴더를 나타내는 평면도.

도16은, 상기 커터의 날을 자동교환하는 장치의 다른 실시예의 요부를 나타 내는 정면도.

도1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 초음파 트림장치(10)는, 다관절형 로봇(12)(이하, 로봇(12))과, 절단장치(14)와, 숫돌(30)로 구성되어 있다.

본 실시형태의 로봇(12)은, 각각 화살표 A, B, C, D, E, F로 나타내는 6개의 관절에 의해 6자유도를 갖는 일반적인 6축 수직다관절형 로봇을 포함하는 것이며, 그 선단의 암(16)에, 이 암(16)의 축선(제6축(12F))과 평행한 축선을 갖는 추가암(18)을 접속암(20)에 의해 접속시킨 것이다. 또한, 상기 6축 수직다관절형 로봇은 일반적인 것이기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다. 도1에 있어서, 부호 12A, 12B, 12C, 12D, 12E, 12F는 6축 수직다관절형 로봇에 있어서의 제1~제6축을 나타낸다.

추가암(18)은, 이 추가암(18)에 접속되어 있는 모터(22)에 의해 화살표G로 나타내는 바와 같이, 제7축(12G)의 주위를 회전운동이 가능하게 설치되어 있다. 이 추가암(18)의 회전운동에 의해, 로봇(12)은 자유도가 7이 되어 후술하는 커터날(24)을, 항상, 절단진행방향으로 향하는 자세로 할 수가 있다.

상기 추가암(18)의 선단측에는, 상기 절단장치(14)가 지지되어 있다. 이 절단장치(14)는, 추가암(18)의 선단에 장착된 지지블록(25)과, 이 지지블록(25)에 장착된 초음파 발진자(26)와, 이 초음파 발진자(26)에 장착되어 있는 진동자(27) 및 지지뿔(28)과, 이 지지뿔(28)에 지지된 상기 커터날(24)로 구성되어 있다.

초음파 발진자(26)는, 추가암(18)의 회전축 방향, 즉 제7축(12G)의 방향으로 진동하도록 되어 있다. 따라서, 커터날(24)도 제7축(12G)의 방향으로 진동된다.

또한, 상기 커터날(24)은 탄성을 갖는 초경재료(超硬材料)에 의해 평판상으로 형성되어 있다. 그리고, 상기 추가암(18)이 부가되어 자유도가 7이 된 다관절형의 로봇(12)에서는, 추가암(18)을 모터(22)에 의해 회전시켜, 그 자세를 제어할 수가 있기 때문에, 평판상의 커터날(24)을, 절단예정선(CL)에 대하여, 날끝이 교차하고, 또, 날끝을 포함하는 평판(평면)이 접촉면이 되는 자세로 절단예정선(CL)을 따라서, 날끝을 항상 절단 진행방향으로 향해서 이동시킬 수가 있다.

도2, 도3에 있어서의 부호 24-1, 24-2, 24-3은 절단예정선(CL) 상의 다른 위치에서의 커터날(24)의 자세를 나타낸다. 어떤 위치에서도, 커터날(24)의 날끝은 진행방향을 향하게 되며, 또, 날끝을 포함하는 평면(도2에서는 1점 쇄선으로 나타내고 있다)이 절단예정선(CL)의 접촉면으로 되어 있다. 또, 도2, 도3의 부호 40A는, 트리밍가공되는 개구를 나타낸다. 커터날(24)은 양날이지만, 한쪽 날이어도 좋다.

여기서, 절단예정선은, 로봇(12)의 제어장치(도시 생략)에, 교시(敎示) 또는 프로그램에 의해, 미리 입력되는 데이터에 의해 결정되며, 로봇(12)은, 커터날(24)을, 이 절단예정선을 따라서 이동시킨다.

또, 절단시의 커터날(24)의 자세, 후술하는 연마의 타이밍, 연마부재로의 커터날(24)의 이동, 연마시의 커터날(24)의 자세는, 모두 교시 또는 프로그램에 의해 미리 입력되는 데이터에 따라 결정된다.

또한, 도1에 있어서, 암(16)과 추가암(18)의 서로의 축선은 평행으로 되어 있으나, 도4에 나타내는 바와 같이, 접속암(20)에 굴곡부(21)를 형성하는 것에 의해 암(16)과 추가암(18)을 서로의 축선이 교차하도록 구성할 수가 있다. 상기 도4의 구성에 있어서는, 암(16)과 이 암(16)보다 더 기부측에 위치한 암(17)과의 교차각도(θ)가 15도 미만인 경우에는 특이점이 발생하게 되기 때문에, 교차각도(θ)는 15도 이상으로 할 필요가 있다.

도5는, 상기 커터날(24)을 연마하는 연마부재로서의 상기 숫돌(30) 근방의 구성을 나타내는 것이다. 숫돌(30)은, 로봇(12)에 의해 구동되는 커터날(24)의 이동범위 내에 위치하고 있다. 상기 숫돌(30)은, 유체압실린더의 일례로서의 공기압실린더(32)에 의해 움직일 수 있도록 지지되어 있는 가동블록(34)에 고정되어 있다. 그리고, 상기 공기압실린더(32)의 구동에 의해 도5에 화살표 H로 나타내는 바와 같이, 커터날(24)에 압박 접촉되는 방향으로 가세되도록 되어 있다.

따라서, 숫돌(30)을 커터날(24)에 압박 접촉시킨 상태에서, 초음파 발진자(26)를 구동시키는 것에 의해 커터날(24)이 진동하여, 숫돌(30)에 의해 커터날(24)을 연마할 수가 있게 된다. 여기서, 숫돌(30)은, 다이아몬드 숫돌 입자를 갖는 다이아몬드 숫돌을 사용한다.

또한, 커터날(24)은, 상술한 교시 또는 프로그램에 의해 그 날끝을 포함하는 평면이, 숫돌(30)과 평행이 되도록 되어 있다. 또, 상기 공기압실린더(32)는 통상적인 것이기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.

도6은, 본 실시형태의 초음파 트림장치(10)에 의해 트리밍가공되는 3차원형상을 갖는 자재(40)를 나타내는 것이다. 이 자재(40)는, 플라스틱, 천, 고무 등의 연질재료로 이루어지는 시트재나 복합재 또는 유리섬유가 함유된 재료 등에 의해 형성되어 있다. 그리고, 이 자재(40)의, 개구(40A)나 외주연(40B)의 트리밍가공을 본 실시형태의 초음파 트림장치(10)에 의해 실시하도록 되어 있다.

또, 도7은, 자재(40)를 고정하는 1개의 형틀 지그(50)를 나타내는 것이다.

형틀 지그(50)는, 기판(51)상에 공기의 누설을 방지하는 패킹(53)에 의해 고정되어 있다. 또, 형틀 지그(50)는, 기판(51)상에 돌출되게 설치한 복수개의 위치결정핀(54, 54…)에 의해 기판(51)상의 정규의 위치에 고정되도록 되어 있다.

형틀 지그(50)는, 그 상면(50A)이 상기 자재(40)의 제품상태에 따라 3차원 형상의 암형틀을 이루는 형상으로 형성되어 있으며, 이 상면(50A)에는, 다수의 작은 지름의 흡인홀(55, 55…)이 형성되어 있다. 또, 형틀 지그(50)의 내부에는, 각 흡인홀(55)에 연통하는 내부 밀폐공간(56)이 형성되어 있다. 한편, 기판(51)의 상면(51A)에는, 형틀 지그(50)의 내부 밀폐공간(56)에 연통하는 복수의 흡인구(57, 57…)가 개구하고 있으며, 각 흡인구(57)에는, 내부 밀폐공간(56)내에 부압을 발생시키는 팬, 블로어, 펌프 등의 흡인수단(도시하지 않음)이 파이프(58)를 통해 접속되어 있다.

따라서, 형틀 지그(50)의 상면(50A)에 자재(40)를 재치하여 흡인수단을 구동하는 것에 의해, 내부 밀폐공간(56) 및 각 흡인홀(55)의 내부에 부압이 발생하고, 자재(40)가 형틀 지그(50)의 상면(50A)에 흡인되어 유지된다.

또한, 기판(51)상에는, 복수개의 형틀지그(50)를 각각 기판(51)의 상면(51A)의 각 흡인구(57)에 대향하도록 하여 배치하는 것도 가능하다.

도8은, 기판(51)의 상면(51A)에 2개의 형틀 지그(50, 50)를 서로 간격을 두고 설치한 상태를 나타내는 것이다.

이와 같이, 기판(51)상에 복수의 형틀 지그(50)를 설치할 수가 있기 때문에, 자재의 형상에 대응하는 크기와 수의 형틀 지그(50)를 설치할 수가 있으며, 또, 형틀 지그(50)의 하부는 내부 밀폐공간(56)에 의해 개방되어 있기 때문에, 형상의 변경이나 보수 유지에 유리한 구조라고 할 수가 있다.

또한, 도9에 나타내는 형틀 지그(50)의 하면(50B)을 밀폐하여 상기 내부 밀폐공간(56)에 파이프(58)를 측방으로부터 접속시켜, 흡인수단(도시하지 않음)과 접속하도록 하여도 좋다.

또, 도10에 나타내는 바와 같이, 형틀 지그(50)의 하방에 내부 밀폐공간(59)을 갖는 기판(60)을 설치하고, 형틀 지그(50)의 각 흡인홀(55)을 내부 밀폐공간(59)에 연통시키고, 이 내부 밀폐공간(59)에 파이프(58)를 측방으로부터 접속시켜, 흡인수단(도시하지 않음)과 접속하도록 하여도 좋다.

다음에, 상술한 구성으로 이루어지는 본 실시형태에 있어서의 초음파 트림장치(10)의 작용에 대하여 설명한다.

형틀 지그(50)의 상면(50A)상에 자재(40)를 재치하고, 흡인수단을 구동하는 것에 의해, 형틀 지그(50)의 상면(50A)에 자재(40)를 흡착시킬 수가 있다.

이 상태에 있어서, 로봇(12)을 구동하는 것과 동시에, 초음파 발진자(26)를 구동하는 것에 의해, 커터날(24)을 초음파 진동시키면서 이동시킨다. 평판상의 커터날(24)은, 절단예정선을 따라서, 그 접촉면이 되는 자세로, 커터날(24)의 날끝이 항상 진행방향을 향하게 하고, 또, 절단예정선에 대하여 직교하여 초음파 진동하기 때문에, 용이하게 자재(40)를 절단할 수가 있다. 또, 3차원 형상의 자재의 개구(40A)나 외주(40B)의 트리밍가공을 클램프 등의 간섭을 받지 않고, 안정적으로 실시할 수가 있다.

커터날(24)의 날끝이 무디어진 경우에는, 로봇(12)의 구동에 의한 커터날(24)의 이동가능한 범위 내에 숫돌(30)이 배치되어 있기 때문에, 이 숫돌(30)의 위치에, 로봇(12)에 장착된 상태로 커터날(24)을 이동시켜, 도5에 나타내는 바와 같이, 날끝을 숫돌(30)에 접촉시킨다. 이 때, 상술한 바와 같이, 미리 교시 또는 프로그램에 의해, 커터날(24)은 그 날끝을 포함하는 평면이 숫돌(30)에 접촉하는 자세가 된다.

그런 다음에, 공기압실린더(32)를 구동하여 숫돌(30)을 커터날(24)에 압박 접촉시킨 상태에서, 초음파 발진자(26)를 구동하는 것에 의해 커터날(24)을 초음파 진동시켜 숫돌(30)에 의해 커터날(24)을 연마할 수가 있게 된다.

이와 같이 하면, 로봇(12)으로부터 커터날(24)을 떼어내거나, 연마한 커터날(24)을 부착시키거나 할 필요가 없고, 신속하게 커터날(24)을 연마할 수가 있으며, 작업의 중단시간을 저감시켜, 효율적으로 트리밍가공을 실시할 수가 있다. 또, 통상적인 연마장치를 커터날(24)에 접근시켜서, 회전 숫돌에 의해 연마하는 경우와 비교하여, 낮은 비용으로, 또한, 단시간에 커터날(24)을 연마할 수가 있다.

또, 본 실시형태의 초음파 트림장치(10)에 있어서는, 자재고정부가, 자재(40)에 대응하는 형상(암형틀 형상)으로 형성된 자재재치용 형틀 지그(50)를 가 지고 있으며, 이 형틀 지그(50)에는, 복수의 자재흡인용 흡인홀(55)이 형성되어 있으며, 각 흡인홀(55)은, 공기흡인수단과 연통되고 있고, 자재(40)를 형틀 지그(50) 위에 재치하여, 각 흡인홀(55)에 부압을 발생시켜서 자재(40)를 유지할 수가 있기 때문에, 하나의 형틀 지그(50)에 의해 3차원 형상의 자재(40)도 안정적으로 유지하여, 자재(40)의 모든 부위에 대하여 트리밍가공을 실시할 수가 있다.

또, 형틀 지그(50)에, 각 흡인홀(55)에 연통하는 내부 밀폐공간(56)이 형성되어 있고, 이 내부 밀폐공간(56)에 공기흡인수단이 연통되어 있기 때문에, 내부 밀폐공간(56)으로부터 공기를 흡인하여 각 흡인홀(55)에 부압을 발생시키는 것에 의해, 3차원 형상의 자재(40)를 안정적으로 유지할 수가 있다.

또, 다관절형 로봇(12)의 선단의 암에 상기 초음파 발진자(26) 및 커터날(24)을 지지하게 하는 것과 동시에, 커터날(24)이 항상 절단진행 방향을 향하도록 제어하는 추가암(18)을 회전 가능하게 연결하는 것에 의해, 로봇(12)의 자유도를 증가시켜서 특이점을 없앨 수가 있으며, 특이점을 피하는 교시가 불필요하게 되어, 로봇(12)의 동작속도를 저하시키지도 않으며, 또한 교시를 단순화하여 교시의 소요시간을 단축시킬 수가 있다.

상기 본 실시예에 있어서, 숫돌(30)은 정지되어 있고, 이것에 커터날(24)을 초음파 진동시키면서 압박하도록 되어 있으나, 숫돌(30)을 회전 또는 진동시키는 구성으로 하여도 좋다.

예를 들면, 도11에 나타내는 바와 같이, 숫돌을 회전숫돌(70)로 하여도 좋다.

이 경우, 회전숫돌(70)의 회전방향과 커터날(24)의 초음파 진동의 방향과의 조합에 의한 합성진동방향이, 커터날(24)의 날끝에 대하여 직교하는 방향이 되고, 즉, 커터날(24)의 날끝이 직교하는 방향으로 연마하도록 하면 좋다. 이와 같이 하므로서, 커터날(24)의 절단성능이 향상된다.

도12는, 숫돌(30)을 초음파 진동시키기 위한 초음파 진동장치(72)에 의해, 숫돌(30)을 지지한 것이다.

이 실시예의 경우도, 숫돌(30)의 초음파 진동의 방향과 커터날(24)의 초음파 진동의 방향과의 합성진동방향이, 커터날의 날끝과 직교하도록 설정하면 좋다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 초음파 트림장치는, 트림작업중에, 커터날(24)을 연마하는 것이지만, 이것은, 커터날(24)을 연마하는 타이밍으로, 미리 연마되어, 준비되어 있는 예비 커터날과 교환하여, 트림작업의 중단시간을, (연마시간-교환시간)그만큼 단축할 수 있게 하여도 좋다. 이 경우, 커터날(24)의 연마는, 다관절형 로봇의 이동범위 밖에서, 트림작업과는 관계없이 실시하게 된다. 상기 커터날의 교환은, 커터날이 연마가 불가능해 질 때까지 마모된 경우에도 실시되고, 또, 커터날(24)의 교환은, 연마가 불가능하게 된 경우에만 실시하여도 좋다.

이와 같은 자동교환은, 도13~15에 나타내는 커터날 자동교환장치(80)를 사용한다.

커터날의 자동교환장치(80)는, 상기 지지뿔(28)에 커터날 착탈기구를 설치하고, 추가암(18)의 회전에 의해 커터날(24)을 지지뿔(28)에 착탈이 자유롭게 하는 한편, 도15에 나타내는 예비 커터날 폴더(82)에, 미리 연마되어 있는 예비 커터날(24A)을 유지시켜 두고, 커터날(24)이 트리밍작업에 의해 마모되었을 때, 비어 있는 예비 커터날 폴더(82)에 마모된 커터날(24)을 떨어뜨려 넣고, 또, 예비 커터날(24A)을 지지뿔(28)에 부착시키도록 한 것이다.

상기 커터날 자동교환장치(80)에 대하여 상세히 설명한다.

상기 커터날 자동교환장치(80)의, 다관절로봇(12)의 측면부분은, 커터날(24)을 착탈이 자유롭게 지지하는 구성으로 된 지지뿔(28)과, 다관절형 로봇(12)의 구동에 의한 커터날(24)의 이동범위내에 배치된 예비 커터날 폴더(82)로 구성되어 있다.

상기 지지뿔(28)은, 선단 내측의 대향하는 두 평면이 테이퍼면(83A)으로 되어 있고, 또한, 외주에 암나사(84A)가 나사결합이 가능한 수나사(83B)를 구비하고 있다. 암나사(84A)는 클램핑링(84)의 내주에 형성되어 있고, 이 클램핑링(84)의 외주에는 외주기어(84B)가 형성되어 있다.

상기 한쌍의 테이퍼면(83A)의 사이에는, 동일한 형상으로, 상기 한쌍의 테이퍼면(83A)의 사이에 쐐기 형상으로 삽입되어 있는 한쌍의 커터날 협지부재(85)와, 이들 한쌍의 커터날 협지부재(85)를, 도면에 있어서 하방(선단방향)으로 가세하는 압박스프링(86)을 구비하여 구성되어 있다.

이 지지뿔(28)은, 상기 한쌍의 커터날 협지부재(85)의 사이에 평판상의 커터날(24)의 기단을 삽입한 상태에서, 암나사(84A)를 수나사(83B)에 대하여 조이면, 한쌍의 테이퍼면(83A)이 커터날 협지부재(85)를 압박하여, 이 커터날 협지부재(85)가, 커터날(24)의 기단부분을 세게 끼워 넣어서 체결 고정하는 구성으로 되어 있 다.

커터날(24)을 떼내는 경우에는, 클램핑링(84)을, 수나사(83B)로부터 완화시키는 방향으로 회전시켜, 한쌍의 커터날 협지부재(85)에 의한 체결을 완화하여, 압박스프링(86)에 의해 하방으로의 압출이 가능하도록 하면, 커터날(24)은 자체 중량에 의해 밑으로 빠져나오도록 되어 있다.

상기 예비 커터날 폴더(82)는, 도15에 나타내는 바와 같이, 커터날 유지부(87)와 회전스토퍼(88)와, 랙(rack)(89)과, 압축스프링(90)과, 센서기구(91)를 케이싱(92) 내에 수납하여 구성된 것이다.

커터날 유지부(87)는, 한쌍의 협지부재(87A, 87B)를 구비하고, 이들 사이의 커터날 수납홈(87C)에, 예비 커터날(24A)을 조이고, 또한, 개방이 자유롭게 유지하도록 되어 있다. 여기서, 커터날 유지부(87)는, 구동기구(도시 생략)에 의해, 상기 협지부재(87A, 87B)의 사이의 커터날 수납홈(87C)의 폭을 임의로 조정할 수가 있게 함과 동시에, 이 커터날 수납홈(87C)의 회전방향의 위치도 조정할 수가 있게 되어 있다.

상기 회전스토퍼(88)는, 도15에 나타내는 바와 같이, 커터날 수납홈(87C)의 위치가 커터날 교환위치와 같을 때에만 협지부재(87A, 87B)를 회전방향으로 고정할 수가 있도록 되어 있다.

상기 랙(89)은, 도15에 있어서는, 커터날 유지부(87)를 끼워 넣는 위치에 대칭적으로 배치되어 있으나, 축선방향에서는, 커터날(24) 또는 지지뿔(28)의 중심축선의 방향으로, 또한, 커터날 유지부(87)보다 도13에 있어서 클램핑링(84) 측으로 벗어난 위치에 설치되어 있다.

상기 벗어난 위치의 변위량은, 커터날(24)이 커터날 수납홈(87C) 내에 삽입되었을 때, 클램핑링(84)의 외주에 형성된 외주기어(84B)와 맞물릴 수가 있도록 설정되어 있다.

상기 한쌍의 랙(89)은, 이것과 평행으로 설치된 한쌍의 가이드봉(89A, 89B)에 미끄럼운동이 자유롭게 지지되고, 가이드봉(89A)은, 상기 케이싱(92)의 내측에 축방향으로 고정되어 있다.

랙(89)과 케이싱(92)의 사이에는, 랙(89)이, 상기 외주기어(84B)와 맞물려 있을 때에, 이것을 완화시키는 방향으로 가세하도록 한쌍의 상기 압축스프링(90)이 부착되어 있다. 또, 한쪽의 가이드봉(89B)의 압축스프링(90)이 부착되어 있는 선단(89C)은, 케이싱(92)으로부터 외측으로 돌출되어, 센서기구(91)에 대하여, 가이드봉(89B)과 함께 접근, 또는 이간하도록 되어 있다.

상기 센서기구(91)는, 예를 들면, 근접스위치나 투과형 빔 센서로 구성되고, 가이드봉(89B)의 선단이 일정한 간격 이상 접근하거나, 또는 검출영역 내에 들어왔을 때에, 이것을 검출하도록 되어 있다.

커터날의 자동교환시에는, 로봇(12)에 의해 커터날(24)을, 예비 커터날을 보유하고 있지 않은 예비 커터날 폴더(82)와 동일한 비어있는 폴더에 상방으로부터 접근하여, 외주기어(84B)를 랙(89)과 맞물리게 하고, 또, 커터날 수납홈(87C) 내에 커터날(24)을 끼워 넣는다. 이 상태에서, 로봇(12)의 구동력에 의해, 지지뿔(28)을, 암나사(84A)에 대하여 수나사(83B)가 완화되는 방향으로 회전시킨다. 이 때, 외주기어(84B)와 맞물려 있는 한쌍의 랙(89)은, 압축스프링(90)으로부터 이간하는 방향으로 일정한 거리를 이동하면 케이싱(92)의 내벽에 맞접하여 정지하기 때문에, 그 이상 외주기어(84B)가 회전하지 않는다.

암나사(84A)가 수나사(83B)에 대하여 완화되면, 커터날 협지부재(85)의 사이가 벌어지고, 또, 커터날 협지부재(85)가 압박스프링(86)에 의해 밑으로 압출되는 것에 의해, 협지되어 있던 커터날(24)은 비어있는 커터날 수납홈(87C) 내로 낙하한다.

이어서, 외주기어(84B)를 랙(89)으로부터 상방으로 빼내고, 예비 커터날(24A)이 보유되고 있는 예비 커터날 폴더(82)에 상방으로부터 접근하고, 또한, 커터날 협지부재(85)의 사이의 홈이, 예비 커터날 폴더(82)에 보유된 예비 커터날(24A)의 평면과 일치하도록 해 둔다.

이에 의해, 외주기어(84B)는 랙(89)의 사이에 끼어들고, 또, 이것과 맞물릴 수 있게 된다. 이 때, 예비 커터날(24A)은, 한쌍의 커터날 협지부재(85) 사이의 홈에 그 기단측이 끼어 들어간다.

이 상태에서, 로봇(12)을 구동하여, 암나사(84A)가 수나사(83B)를 조이도록 지지뿔(28)을 회전시키면, 외주기어(84B)는 랙(89)과 맞물려서 회전이 정지되어 있는 상태이기 때문에, 커터날 협지부재(85)가 상대적으로 회전하게 된다.

또한, 상기 회전스토퍼(88)에 의해 체결을 해제해 두고, 협지부재(87A, 87B)의 예비 커터날(24A)과 함께 회전 가능하게 해 두는 것과 동시에, 한쌍의 협지부재(87A, 87B)의 사이를 열어 두고, 예비 커터날(24A)을 빼낼 수가 있도록 해 둔다.

수나사(83B)에 대한 외주기어(84B) 및 암나사(84A)의 상대적인 회전에 의해, 커터날 협지부재(85)가 예비 커터날(24A)을 세게 끼워 넣고 고정한다.

이 때의 클램핑 토크(Clamping Torque)의 한계는, 외주기어(84B)가, 랙(89)을, 압축스프링(90)의 스프링력에 대항하여 구동하고, 또, 가이드봉(89B)의 선단이, 센서기구(91)에 의해 검출되었을 때로 설정해 둔다.

암나사(84A)에 의해, 커터날 협지부재(85)를 충분히 조이는 것에 의해, 예비 커터날(24A)은, 한쌍의 커터날 협지부재(85)의 사이에 강고하게 끼워져서 고정된다.

또한, 암나사(84A)는, 그 회전과 함께 커터날 협지부재(85)를 도13에 있어서 상방으로, 압박스프링(86)의 스프링력에 대항하여 상방으로 밀어올리기 때문에, 커터날 협지부재(85)는, 테이퍼면(83A)의 사이에 쐐기 형상으로 밀어 넣어져서, 예비 커터날(24A)을 체결 고정하게 된다.

본 실시예에 있어서의 예비 커터날 자동교환장치는, 상기와 같이, 지지뿔(28)측으로 커터날(24)을 착탈이 자유롭게 한 것으로 되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 커터날 자동교환장치는 다른 구성으로 하여도 좋다.

예를 들면, 도16에 나타내는 실시예와 같이, 시판의 오토툴체인저(automatic tool changer)(94)를 사용할 수도 있다.

이 경우, 오토툴체인저(94)는, 예를 들면, 닛타 주식회사 제품인 자동공구 교환장치 익스체인지 XC시리즈를 사용한다.

상기 오토툴체인저(94)는, 발진자(26)와 추가암(18)의 사이에 설치되고, 커터날(24)은 발진자(26)와 함께, 추가암(18)에 착탈하게 된다.

상세하게는, 오토툴체인저(94)는, 로봇 어댑터(94A)와, 이것에 대하여, 에어에 의해 착탈이 자유로운 툴어댑터(94B)로 이루어지고, 툴어댑터(94B)에, 상기 발진자(26), 진동자(27) 및 지지뿔(28), 그리고 커터날(24)이 부착되어 있다.

본 실시예의 경우, 툴어댑터(94B), 발진자(26)…커터날(24)은, 미리 조립되고, 예비 툴 수납공간(96)에 준비되어 있어서, 교환시에는, 예비 툴 수납공간(96)에 있어서의 빈 공간에 툴어댑터(94B), 초음파 발진자(26)…커터날(24)의 세트를 로봇(12)으로부터 떼어내고, 또, 인접한 위치에 설치된 예비의 세트를 오토툴체인저(94)에 의해 로봇에 부착하는 것에 의해, 커터날의 교환이 종료하도록 되어 있다.

또한, 본 발명은, 상술한 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 필요에 따라서 여러가지의 변경이 가능하며, 예를 들면, 5축 이하의 다관절형 로봇을 사용하는 경우에도 적용된다.

본 발명에 있어서의 초음파 트림장치에 의하면, 커터날의 이동가능범위 내에 배치되고, 커터날에 압박 접촉할 수가 있는 연마부재를 갖는 것에 의해, 로봇에 의해 커터날을 연마부재와 접촉하도록 이동시켜서 초음파 발진자를 구동하여 커터날을 초음파 진동시키는 것에 의해, 커터날을 효율적으로 연마할 수가 있으며, 자동차 등의 실내 시트, 의자용 시트 등, 어패럴산업에 있어서의 천 등을 트리밍가공할 때의 효율을 향살시킬 수가 있다.

Claims (23)

1. 다관절형 로봇과,

   상기 다관절형 로봇의 선단의 암(arm)에 의해 지지된 초음파 발진자와,

   상기 초음파 발진자에 의해 지지된 커터날과,

   자재를 고정시키는 자재고정부와,

   상기 다관절형 로봇의 구동에 의한 커터날의 이동가능한 범위 내에 배치되고, 상기 커터날에 압박 접촉할 수 있는 연마부재를 구비하고,

   상기 다관절형 로봇은 상기 커터날을 장착한 채로 날끝을 상기 연마부재에 접촉하는 위치로 이동하여, 커터의 날끝을 포함하는 평면을 상기 연마부재에 접촉하는 자세로 하여 상기 연마부재가 압접된 상태로 커터날을 초음파진동할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 트림장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 연마부재는, 회전 또는 진동이 자유롭게 지지되며, 이 회전 또는 진동의 방향은, 상기 커터날의 초음파 진동과의 합성진동방향이, 커터날의 날끝과 직교하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 트림장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 자재고정부는, 자재의 3차원 형상의 암형틀이 되는 형상으로 형성된 자재재치용 형틀 지그(jig)를 구비하고, 이 형틀 지그에는, 복수의 자재흡인용 흡인홀이 형성되어 있으며, 각 흡인홀은, 공기 흡인수단과 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 트림장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 형틀 지그에는, 상기 각 흡인홀에 연통하는 밀폐공간이 형성되어 있으며, 이 밀폐공간에 상기 공기흡인수단이 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 트림장치.
6. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 다관절형 로봇의 선단의 암은, 상기 초음파 발진자 및 커터날을 지지함과 동시에, 커터의 날이 항상 절단이 진행되는 방향을 향하도록 제어하는 추가암을 회전가능하게 연결한 것과 함께 상기 추가암을 회동하는 모터를 설치한 것을 특징으로 하는 초음파 트림장치.
7. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 다관절형 로봇은, 6축형이며, 그 선단의 암에 추가암을 회전이 가능하게 연결하여 7관절로 한 것과 함께 상기 추가암을 회동하는 모터를 설치한 것을 특징으로 하는 초음파 트림장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 다관절형 로봇의 선단의 암(arm)에 추가암을 회전가능하게 연결하고, 상기 초음파 발진자와 상기 추가암과의 사이에 오토툴체인저를 설치하여 이 오토툴체인저는 상기 선단의 암측에 설치된 로봇 어댑터와 이것에 대해 착탈 자유롭게 된 툴어댑터로부터 구성되고 상기 툴어댑터에는 상기 초음파 발진자 및 이것에 지지된 상기 커터날이 설치되어 있어서,

   상기 다관절형 로봇의 구동에 의한 커터날의 이동가능한 범위 내에 예비 툴 수납공간에 초음파 발진자 및 커터날이 설치된 툴어댑터가 준비되어 있어서 상기 다관절형 로봇에 대하여 상기 툴어댑터, 상기 초음파 발진자 및 상기 커터날을 상기 다관절형 로봇의 구동에 의해 착탈이 자유롭게 하는 것을 특징으로 하는 초음파 트림장치.
9. 삭제
10. 삭제
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13. 삭제
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