KR20090056461A - 크랭크샤프트 기종검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크랭크샤프트 기종검사장치에 관한 것으로, 그 목적은 크랭크샤프트의 기종을 연속적으로 정밀하게 측정하기 위해 측정대상 크랭크샤프트를 스케일실린더에 수평방식으로 연속공급하고, 연속공급된 크랭크샤프트를 강제적으로 정렬시킨 후 정밀하게 측정하는 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 구성은 크랭크샤프트 기종검사장치에 있어서, 공급되는 크랭크샤프트의 고정대상 크랭크핀을 회전시켜 수평자세를 만드는 강제정렬실린더(11)와;

지면과 수평방향으로 형성되어 연속 공급되는 크랭크샤프트의 측정대상 크랭크핀을 강제정렬실린더(11)에 의한 자세정렬 후 측정하는 스케일실린더(12)로 구성된 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 기종검사장치를 그 기술적 사상의 특징으로 한다.

크랭크샤프트, 기종검사장치, 강제정렬실린더, 스케일실린더, 크랭크핀

Description

크랭크샤프트 기종검사장치{Check-up unit for distinguish between kinds crankshaft}

본 발명은 크랭크샤프트 기종검사장치에 관한 것으로, 자세하게는 전체적인 형상이나 수치가 거의 동일하고 저널의 중심축으로부터 크랭크 핀의 반경에 의한 미세한 스트로크 차이만을 가지는 크랭크샤프트의 기종을 정밀하게 수평방식으로 신속하게 강제적으로 분류하는 장치에 관한 것이다.

크랭크샤프트는 크랭크라고도 부르는데, 가솔린기관이나 디젤기관과 같은 내연기관에서 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 바꾸는 곳에 널리 사용되는 장치이다.

크랭크샤프트(9)의 구조를 도 8을 참조하여 설명하면 중심축으로서 저널베어링에 의해 지지되는 크랭크축(저널, 91)과 크랭크암(93)에 의해 중심축인 크랭크축과 일정거리 이격되어 연결된 크랭크핀(92)으로 구성된다. 이와 같은 구조의 크랭크축은 연소기관의 실린더하부에 설치된 피스톤의 왕복운동은 연접봉(連接棒)으로 크랭크핀에 전해지고, 크랭크핀은 크랭크암의 길이를 반지름으로 하는 원운동을 하여 크랭크축을 회전시켜 이와 결합된 플라이휠을 회전시켜 구동력을 발생시킨다.

상기와 같은 역할을 하는 크랭크샤프트는 유사한 엔진 용량일 경우 크랭크 샤프트를 이루는 대부분의 수치가 동일하고 일부 수치만 미세하게 차이를 가지고 가공된다.

예를 들어 자동차 엔진일 경우 1500cc와 1600cc 그리고 2000cc와 2200cc와 같은 경우 외관상 그 차이를 구분하기가 매우 어렵다. 그이유는 원가절감상의 이유등으로 부품값을 절감하게 위해 동일한 부품을 사용하여 실린더 내부에서 상하운동하는 피스톤의 상하스트로크만 약간 차이나게 제조하기 때문이다.

즉, 크랭크샤프트의 전체 길이, 크랭크축(저널)의 직경, 크랭크핀의 직경이 동일하고, 단지 크랭크축(저널)의 중심으로부터 크랭크핀간의 거리만 미세하게 차이(약 1mm~2mm정도)가 날 뿐이어서 외관상으로는 분간하기가 매우 어려운 실정이다

따라서 이와 같은 차이를 분류하여 해당차 기종에 맞는 크랭크샤프트를 공급하기 위한 방법으로는 비젼센서에 의한 크랭크핀에 식각된 핀 마킹문자를 인식하는 방법과, 자중에 의한 수직방식 측정장치를 이용하여 측정 후 분류하는 방법을 사용해 왔다.

상기 비젼센서에 의한 방식은 공급된 크랭크핀의 측면에 식각된 핀마킹문자를 비젼카메라가 촬영 후 여기에 식각된 문자의 정보를 분석하여 크랭크 샤프트의 기종을 분류하는 방법이고,

상기 자중에 의한 수직방식 측정방법은 공급된 측정대상 크랭크샤프트를 일정높이를 가지게 형성된 지지부재에 들어올려 장착후, 장착에 따른 크랭크축의 흔들림이 멈출때가지 기다린 후 측정하고자 하는 크랭크핀이 정지하면, 측정대상 크랭크핀의 하부에 위치한 스케일실린더가 작동하여 스케일실린더의 앞부분에 설치된 측정용피스톤이 크랭크핀하부와 접촉하면 진행한 거리를 인식하여 미리설정된 중심값과의 차이를 측정하면 스케일실린더와 연결된 엔코더가 그 값을 사용하여 크랭크축(저널)의 중심으로부터 크랭크핀간의 거리를 검출하여 해당 크랭크샤프트의 기종분류하게 된다.

종래 크랭크샤프트 기종의 분류방법 중 비젼센서에 의한 방식은 공급된 크랭크핀의 측면에 식각된 핀마킹문자를 인식하는 비젼센서의 카메라와 측정을 위해 공급되는 크랭크샤프트간의 각도가 어긋나게 되면 비젼센서가 시각적인 정보를 제대로 판독하지 못해 에러가 발생된다는 문제점, 크랭크핀에 식각된 문자가 스크래치등에 의해 판독이 불가능 할수 있다는 문제점, 식각문자부가 오염되어 판독불가할 경우, 식각문자를 새기는 식각기의 핀 노후로 각인이 제대로 되지 않았을 경우 판독이 불가하다는 여러 가지의 판독 불가 경우가 많아 안정적인 기종분류검사가 이루어지기 어렵다는 문제점이 있다.

또한 종래 종래 크랭크샤프트 기종의 분류방법 중 자중에 의한 수직방식 측정방법은 스케일실린더와 일정거리 이격된 상부쪽에 개별 크랭크샤프트를 하나씩 설치 후, 설치에 따른 크랭크 샤프트의 흔들림이 멈춘상태에서 하나씩 측정해야 하므로 그 측정시간이 과도하여 연속적인 측정이 어렵다는 구조적인 문제점이 있어왔다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 크랭크샤프트의 기종을 연속적으로 정밀하게 측정하기 위해 측정대상 크랭크샤프트를 스케일실린더에 수평방식으로 연속공급하고, 연속공급된 크랭크샤프트를 강제적으로 정렬시킨 후 정밀하게 측정하는 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 크랭크샤프트 기종검사장치에 있어서,

공급되는 크랭크샤프트의 고정대상 크랭크핀을 회전시켜 수평자세를 만드는 강제정렬실린더와;

지면과 수평방향으로 형성되어 연속 공급되는 크랭크샤프트의 측정대상 크랭크핀을 강제정렬실린더에 의한 자세정렬 후 측정하는 스케일실린더로 구성된 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 기종검사장치를 제공함으로써 달성된다.

상가에서 강제정렬실린더는 피스톤 앞부분에 가이드가 형성되어 크랭크축을 중심으로 축회전하는 크랭크핀을 진행방향으로 밀어 회전시켜 고정지토록 구성하되,

가이드의 형상은 입구쪽 샹하부에 형성된 상부 및 하부에 형성된 크랭크핀경사가이드부와 중앙부에 형성된 크랭크핀고정부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기에서 스케일실린더는 크랭크핀의 최초 접촉점까지의 거리를 측정하는 측정피스톤과, 스케일실린더에의 전진거리를 표시하고 설정값기준으로 측정값과의 비교 판정결과를 PLC에 출력해주는 프로그램이 내장된 표시기로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 수평방식 측정장치를 이용하여 미세한 가공수치 차이를 가지는 크랭크샤프트 기종을 정밀하고 신속하게 강제적으로 측정할 수 있다는 장점과,

또한 크랭크샤프트 기종검사방법에 있어서, 미세한 가공수치 차이를 가지는 다량의 크랭크샤프트 기종을 빠르고 신속하게 높은 판독률을 가지고 연속적으로 측정하여 분류할 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1a는 본 발명의 장치구성을 보인 평면도이고, 도 1b는 본 발명의 장치구성을 보인 평면도의 주요부 개략도이고, 도 2a는 본 발명의 장치구성을 보인 정면도이고,도 2b는 본 발명의 장치구성을 보인 정면도의 주요부 개략도이고, 도 3a는본 발명의 장치구성을 보인 측면도이고, 도 3b는본 발명의 장치구성을 보인 측면도의 주요부 개략도를 도시하고 있는데, 이를 참조하여 본 발명의 장치 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 구성은 기본적으로 기종검사용이송대차(1)의 프레임(13) 일측에 장치되는 강제정렬실린더(11)와 스케일실린더(12)로 구성되는데, 기종검사용이송대차(1)는 프레임 하부에 있는 레일(131)이 유압 또는 공압제공 구동원(도시없음)에 의해 일정 구간거리를 가이드되면서 왕복하여, 미측정된 크랭크샤프트(9)를 얹고 있는 지지팔렛(2)을 공급받는 위치와 측정이 끝난 크랭크샤프트(9)를 로봇이 인양하는 위치로 이동하여 측정된 크랭크샤프트를 인양시키고, 크랭크샤프트가 인양된 나머지 지지팔렛(2)을 반출하여 순환시키는 위치까지 반복적으로 왕복운동하게 된다.

상기 기종검사용이송대차(1)의 강제정렬실린더(11)는 지지팔렛(2)에 크랭크 축(91)이 얹혀져 공급된 크랭크샤프트(9)의 여러 크랭크핀(92) 중 측정대상 크랭크핀(92)에 대한 기준측정 위치를 잡도록 측정대상이 아닌 크랭크핀 2개를 밀어 강제정렬하도록 구성된다. 이와 같이 강제정렬하는 이유는 정상적으로 크랭크샤프트의 크랭크핀이 수평을 유지하면서 반입될 수도 있으나 자세가 흐트러져 수평을 유지하지 못할 경우 정확한 크랭크핀의 자세를 수평으로 정렬시켜야 정확한 측정이 되기 때문이다.

이때 크랭크샤프트의 크랭크핀을 밀도록 강제정렬실린더(11)의 피스톤 앞부분에는 가이드(111)가 형성되어 크랭크축(91)을 중심으로 축회전하는 크랭크핀(92)을 진행방향으로 밀어 고정지지하게 된다.

또한 스케일실린더(12)는 강제정렬실린더(11)의 크랭크핀 강제정렬 후 측정대상 크랭크핀(92)으로 스케일실린더의 측정피스톤(121)이 전진하여 크랭크핀의 최초 접촉점까지의 거리를 측정하도록 구성된다. 즉, 크랭크샤프트축(저널)중심과 크랭크샤프트 핀(PIN) 중심간의 거리를 측정하게 된다.

스케일실린더가 전진하여 홈위치로부터의 접촉점까지의 이동거리를 측정한 값은 스케일실린더와 연결된 표시기(122)에서 보여지게 되는데, 시스템 제어반내의 PLC프로그램이 이때 측정된 값을, 미리 각 기종별로 입력된 값과 비교하여 지정된 편차 범위를 초과하면 기종오류라는 에러판정을 내리고 지정된 기종값의 허용편차 범위 내에 들어오면 해당 기종으로 판별하게 후속작업을 할 수 있도록 신호를 출력한다.

또한 기종검사용이송대차의 프레임(13) 하부에는 레일(131)이 적어도 2개 이상 형성되어 안정적으로 왕복 이송하게 구성된다.

또한 크랭크샤프트(9)가 얹혀져 공급되는 지지팔렛(2)을 자율 반입하고 반출할 수 있도록 프레임(13) 상부에 자체 모터(14)에 의해 회전하는 다수개의 롤러(15)가 설치구성 되어 반입때와 반출시 서로다른 방향으로 회전토록 구성된다.

또한 공급된 크랭크샤프트(9)의 크랭크핀(92) 측정시 정밀한 측정이 되도록 지지팔렛(2)에 형성된 고정핀삽입홀(22)에 삽입되어 고정 단속하는 고정핀(16)이 롤러(15)의 하부에 위치하여 고정핀실린더(17)에 의해 승하강하게 된다. 이 고정핀(16)은 고정핀플레이트(161)의 4각 모서리 부분 또는 서로 균형을 이루는 지점에 다수개(바람직하게는 4개) 정도 설치된다.

또한 고정핀실린더(17)는 고정핀(16)을 승강하여 고정핀삽입홀(22)에 삽입시 지지팔렛(2)에 롤러(15)의 구동력이 전달되지 않도록 약간의 유격을 가지게 상승시켜 고정지지한다.

상기 지지팔렛(2)의 기본적인 구조는 크랭크샤프트(9)의 양측단이 얹혀지는 지지롤러(21)가 양측에 설치되어 크랭크샤프트를 고정함과 동시에 회전가능토록 구성되고, 그 면상에는 다수개(바람직하게는 4개)의 고정핀삽입홀(22)이 관통 형성되어 고정플레이트(161)에 형성된 고정핀(16)이 승강 후 삽입되어 지지팔렛(2)을 고정하게 한다.

도 4는 본 발명의 장치에 의한 크랭크샤프트의 강제정렬 및 측정 작동을 보인 예시도인데, (a)에서 (e)의 단계로 구분지어 설명한다.

(a)단계는 강제정렬실린더(11) 및 스케일실린더(12)가 원위치한 상태에서, 지지팔렛(2)에 크랭크샤프트(9)가 크랭크핀(92)가 수평을 이루지 않고 상부쪽에서 경사지게 흐트러진 상태로 반입된 단계이고,

(b)단계는 크랭크핀의 수평을 이루기 위해 강제정렬실린더(11)의 피스톤이 전진하여 피스톤에 설치된 가이드(111)가 크랭크핀(92)에 접촉한 모습을 나타낸 단계이고,

(c)단계는 강제정렬실린더(11)의 피스톤이 계속 전진하여 가이드(111)가 크랭크핀(92)을 진행방향쪽으로 밀어 회전시키고 있는 상태를 나타낸 단계이고,

(d)단계는 강제정렬실린더(11)의 가이드(111)가 크랭크핀(92)을 진행방향쪽으로 끝까지 밀어 회전시킴으로써 크랭크핀(92)이 강제정렬된 상태를 나타낸 단계이고,

(e)단계는 강제정렬실린더(11)가 일측 크랭크핀(92)을 고정 지지한 상태에서 스케일실린더(12)의 측정피스톤(121)이 전진하여 측정대상 크랭크핀(92)의 최초 접촉점까지 전진하여 접촉한 모습을 나타낸 단계를 도시하고 있다.

상기와 같이 흐트러진 크랭크샤프트의 크랭크핀을 강제정렬하는 강제정렬실린더(11)의 가이드(111) 형상을 자세히 살명하면 다음과 같다.

상기에서 가이드(111)의 형상은 입구쪽 샹하부에 형성된 상부 및 하부에 형성된 크랭크핀경사가이드부(1111)와 중앙부에 형성된 크랭크핀고정부(1112)로 이루어진다. 즉, 입구쪽을 상하로 넓게 경사지게 벌어진 형상이고, 입구에서 멀어질수록 크랭크핀의 직경에 해당되는 크기를 가지는 형상을 가진다. 이와 같은 형상을 가지는 이유는 지지팔렛에 적재 후 순환콘베어를 통해 공급된 크랭크사프트의 적재상태가 본 발명의 스케일실린더의 측정피스톤(121)이 접촉해야될 위치와 수평이 정확히 맞이 않고 일정각도로 회전되어 적재될 경우, 정확한 측정을 위해서 크랭크샤프트를 정렬하기 위함이다. 즉, 크랭크핀(92)이 처음부터 정확한 위치에 있을 경우 강제정렬실린더(11) 가이드(111)의 크랭크핀고정부(1112)에 크랭크핀이 삽입되어 고정되겠지만 대부분은 이송 중 수평을 유지한다는 것은 불가능하기 때문에 이와 같은 오차를 보정해 주어야 한다.

본 발명의 강제정렬실린더(11) 및 스케일실린더(12)는 상기와 같은 작업을 연속적으로 공급되는 크랭크샤프트마다 행하게 된다.

도 5는 본 발명의 장치를 이용하여 연속측정 및 분류하는 공정을 보인 공정장치의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 공정에 사용되는 로봇에 의한 팔렛에 분류된 크랭크샤프트 기종을 각각의 팔렛에 적재하는 동작을 보인 예시도인데, 도시된 바와 같이 크랭크샤프트가 적재된 지지팔렛 및 크랭크샤프트가 인양된 후의 지지팔렛 을 순환이송하는 순환콘베어(3)와;

순환콘베어로부터 크랭크샤프트가 적재된 지지팔렛 및 크랭크샤프트가 인양된 후의 지지팔렛을 반입하고 배출하는 기종검사용 이송대차(1)와;

기종검사용 이송대차(1)에 의해 강제정렬 및 측정된 크랭크샤프트를 로봇핸드를 이용하여 인양후 이송 및 적재하는 적재로봇(5)과;

적재로봇(5)에 의해 각 기종별 크랭크샤프트가 적재되는 적재팔렛(4a, 4b, 4c);으로 구성된다.

상기 적재팔렛(4a, 4b, 4c)은 도 6에 도시된 바와 같이 다층적재할 수 있어 공간의 협소함을 해소할 수 있게 된다.

상기한 구성을 참조하여 본 발명의 연속분류 공정순서를 설명하면 다음과 같다.

먼저 순환콘베어를 순환하는 지지팔렛에 각각 크랭크샤프트를 수평방향으로 적재하여 연속적으로 공급하는 단계와;

이후 크랭크사프트를 수평방향으로 적재한 지지팔렛을 기종검사용 이송대차가 반입위치에서 순환콘베어로부터 공급받는 단계와;

이후 기종검사용 이송대차의 강제정렬실린더가 전진하여 크랭크샤프트의 고정대상 크랭크핀을 진행방향으로 밀어 회전시킴으로써 강제정렬하는 단계(도 4참조)와;

이후 고정대상 크랭크핀이 강제정렬되면 스케일실린더가 전진하여 크랭크샤프트의 일측 측정대상 크랭크핀 까지의 거리를 측정하는 단계(도 4참조)와;

이후 측정이 끝나면 기종검사용 이송대차가 움직여 크랭크샤프트를 인양 및 배출 위치로 이동하는 단계와;

이후 기종검사용 이송대차 위의 지지팔렛에 실린 크랭크샤프트의 기종정보를 전달받은 로봇이 크랭크샤프트를 인양후 해당 기종별 적재팔렛에 적재하는 단계와;

이후 크랭크샤프트가 인양된 후 기종검사용 이송대차는 개별 지지팔렛을 인양 및 배출위치에서 순환콘베어로 배출시키는 단계와;

이후 다시 원위치하는 단계와;

이후 상기 각 단계를 연속 반복하는 단계로 이루어진다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예이다.

(실시예 1)

이하 실시예는 1400CC, 1500CC, 1600CC의 차이를 가지는 크랭크 샤프트의 크랭크 핀을 측정한 예이다.

- 측정대상 크랭크샤프트를 강제정렬실린더(11) 및 0.01MM측정정밀도를 갖는 스케일실린더(12)를 사용하여 정렬 및 측정하였다. 측정은 스케일 실린더의 측정피스톤이 원위치(home) 위치에서 전진하여 측정대상 크랭크 핀의 일측면에 접촉하여 멈추었을때의 길이를 측정한 것으로, 도 7a,b의 표시기에 측정피스톤이 전진한 총 길이가 나타나며 하기 <표 1>과 같이 기종간 #5 칫수 편차만큼의 편차값을 나타내 며, 동일기종간 편차는 0.1mm 미만으로 1MM이상의 칫수 편차를 갖는 기종구분에 유효하다.

<표 1>

- 측정결과

1600cc 경우: 80.26/80.14/80.24/80.16 ==>80.15 ± 0.1MM

1400cc 경우:84.69/84.61 ==============>84.50 ± 0.1 MM

==> 1600cc-1400cc 칫수간 편차 84.5-80.15=4.35 mm

- 판정기준: 지정된 기종 기준 타기종 혼입여부만 판단함

작업자에 의해 지정된 work기종에 대한 기종검사장치가 읽을 값을 기준으로

실제 읽은값과 비교하여 1mm 이상 차이 발생시 기종불량 error 발생

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그 와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1a는 본 발명의 장치구성을 보인 평면도이고,

도 1b는 본 발명의 장치구성을 보인 평면도의 주요부 개략도이고,

도 2a는 본 발명의 장치구성을 보인 정면도이고,

도 2b는 본 발명의 장치구성을 보인 정면도의 주요부 개략도이고,

도 3a는본 발명의 장치구성을 보인 측면도이고,

도 3b는본 발명의 장치구성을 보인 측면도의 주요부 개략도이고,

도 4는 본 발명의 장치에 의한 크랭크샤프트의 강제정렬 및 측정 작동을 보인 예시도이고,

도 5는 본 발명의 장치를 이용하여 연속측정 및 분류하는 공정을 보인 공정장치의 평면도이고,

도 6은 본 발명의 공정에 사용되는 로봇에 의한 팔렛에 분류된 크랭크샤프트 기종을 각각의 팔렛에 적재하는 동작을 보인 예시도이고,

도 7a, 7b는 표시기에 표시된 각 기종별 수치를 보인 사진이다.

도 8은 일반적인 크랭크샤프트의 구조를 보인 예시도이고,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 기종검사용이송대차 (2) : 지지팔렛

(3) : 순환콘베어 (4a, 4b, 4c) : 적재팔렛

(5) : 적재로봇 (9) : 크랭크샤프트

(11) : 강제정렬실린더 (12) : 스케일실린더

(13) : 프레임 (14) : 모터

(15) : 롤러 (16) : 고정핀

(17) : 고정핀실린더 (21) : 지지롤러

(22) : 고정핀삽입홀 (91) : 크랭크축

(92) : 크랭크핀 (93) : 크랭크암

(111) : 가이드 (121) : 측정피스톤

(122) : 표시기 (131) : 레일

(161) : 고정핀플레이트 (1111) : 크랭크핀경사가이드부

(1112) : 크랭크핀고정부

Claims (3)

1. 크랭크샤프트 기종검사장치에 있어서,

   공급되는 크랭크샤프트의 고정대상 크랭크핀을 회전시켜 수평자세를 만드는 강제정렬실린더(11)와;

   지면과 수평방향으로 형성되어 연속 공급되는 크랭크샤프트의 측정대상 크랭크핀을 강제정렬실린더(11)에 의한 자세정렬 후 측정하는 스케일실린더(12)로 구성된 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 기종검사장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 강제정렬실린더(11)는 피스톤 앞부분에 가이드(111)가 형성되어 크랭크축(91)을 중심으로 축회전하는 크랭크핀(92)을 진행방향으로 밀어 회전시켜 고정지토록 구성하되,

   가이드(111)의 형상은 입구쪽 샹하부에 형성된 상부 및 하부에 형성된 크랭크핀경사가이드부(1111)와 중앙부에 형성된 크랭크핀고정부(1112)로 이루어진 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 기종검사장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 스케일실린더(12)는 크랭크핀의 최초 접촉점까지의 거리를 측정하는 측정피스톤(121)과, 스케일실린더에의 전진거리를 표시하고 설정값기준으로 측정값과의 비교 판정결과를 PLC에 출력해주는 프로그램이 내장된 표시기(122)로 구성된 것을 특징으로 하는 크랭크샤프트 기종검사장치.

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