CN112284313B - 一种高精度双测头量块比较仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高精度双测头量块比较仪，包括：一底座，所述底座上设有上测头调节组件、下测头调节组件、双工作台和工作台调节组件，所述上测头调节组件上安装有上测头，所述下测头调节组件上安装有下测头，所述上测头调节组件固定于所述底座上，所述上测头调节组件调节所述上测头在X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的移动；所述底座上沿Y轴方向设有一凸台，所述下测头调节组件安装在所述凸台的一侧，用于调节所述下测头在X轴方向和Y轴方向的移动；所述工作台调节组件活动连接于所凸台的另一侧，所述双工作台安装于所述工作台调节组件上，并位于所述凸台上方；所述工作台调节组件调节所述双工作台相对所述底座进行X轴方向和Y轴方向的移动。

Description

一种高精度双测头量块比较仪

技术领域

本发明涉及高精度仪器设备技术领域，尤其涉及一种高精度双测头量块比较仪。

背景技术

量块比较仪是比较测量量块长度的计量仪器。在精密位移测量中，95％以上的量块测量为比较测量，采用乌氏干涉仪或者其他类型比较测量仪器测量两个被测件的长度微差得到测量结果，在计量领域广泛应用。但现有技术中普遍使用的高精度量块比较仪一直采用单测头测量形式，测量时上测头与量块上表面接触，量块的下表面与工作台相接触进行测量，这种测量方法一定无法实现真正的高精度和高分辨率，且不符合国际测量标准。

基于此，研发一种真正高分辨率和高精度的量块比较仪是本领域技术人员目前亟需解决的技术问题。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种高精度双测头量块比较仪，其采用上、下测头的双测头进行测量，分别读取标准量块与被测量块的数值，计算被测量块与标准量块的差值，测量原理符合国际标准，测量分辨率和精度高。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高精度双测头量块比较仪，包括：一底座，所述底座上设有上测头调节组件、下测头调节组件、双工作台和工作台调节组件，所述上测头调节组件上安装有上测头，所述下测头调节组件上安装有下测头，所述上测头调节组件固定于所述底座上，所述上测头调节组件调节所述上测头在X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的移动；所述底座上沿Y轴方向设有一凸台，所述下测头调节组件安装在所述凸台的一侧，用于调节所述下测头在X轴方向和Y轴方向的移动；所述工作台调节组件活动连接于所凸台的另一侧，所述双工作台安装于所述工作台调节组件上，并位于所述凸台上方；所述工作台调节组件调节所述双工作台相对所述底座进行X轴方向和Y轴方向的移动。

进一步地，所述上测头调节组件包括：第一螺杆、滑块、立柱和第一微调件，所述第一螺杆与所述立柱平行设置于所述底座上，所述第一螺杆一端设有一第一旋钮，另一端穿过所述滑块上的第四螺纹孔后连接于所述底座上；所述滑块可滑动地套设于所述立柱上；所述第一微调件可拆卸地安装于所述滑块上；所述滑块上配套设有一螺钉，所述螺钉可将所述滑块锁定于所述立柱上。

进一步地，所述下测头调节组件为一第二微调件，所述第二微调件通过其上部的第一条形孔进行固定。

进一步地，所述第一微调件和第二微调件分别包括：第一基板、第一调节板、第二基板、第二调节板，所述第一基板和第一调节板平行设置，两者的底部通过一第一弹性桥相连接；所述第一调节板还垂直连接所述第二基板，所述第二基板的顶部通过一第二弹性桥连接所述第二调节板，所述第二调节板与所述第二基板相平行设置；所述第一调节板和所述第二基板上均设有一第一螺纹孔和一第一通孔，所述第一基板上对应所述第一通孔的位置设有一第二螺纹孔；一第一螺丝穿过所述第一螺纹孔后抵触于所述第一基板上；一第二螺丝穿过所述第一通孔后拧入至所述第二螺纹孔内。

进一步地，所述第二调节板上设有一第二通孔，所述上测头安装于所述第二通孔内；对应所述第二通孔所述第二调节板的侧面上还设有一缝隙，所述缝隙与所述第二通孔相连通，在所述第二调节板的所述缝隙的位置处设有至少一个锁紧孔组，所述锁紧孔组包括设于所述缝隙一侧的第三通孔以及设于所述缝隙另一侧的第三螺纹孔，一第三螺丝穿过第三通孔后，拧入至所述第二调节板的第三螺纹孔内。

进一步地，所述滑块上沿X轴设有一第一小凸台，所述上测头调节组件的第一微调件通过其上的第一条形孔沿所述第一小凸台移动，实现X轴方向调节；所述底座上设有一第二小凸台，所述下测头调节组件的第二微调件通过其上的第一条形孔沿所述第二小凸台移动，实现Y轴方向调节。

进一步地，所述凸台上对应所述双工作台的每一工作台均设有一导向销，对应所述下测头和所述导向销，每一工作台上均设有两T型腰槽，所述工作台调节组件调节双工作台沿两T型腰槽进行X轴方向和Y轴方向的移动。

进一步地，所述工作台调节组件包括：两横向滑块、两滑座和调节单元，两横向滑块并排设置，两滑座并排设置，所述滑座为“L”型，每一横向滑块嵌设于每一“L”型滑座上，横向滑块上沿Y轴方向设有滑动槽，对应该滑动槽，所述滑座上设有滑动销；双工作台的每一工作台与一横向滑块固定连接；所述调节单元活动连接于两滑座上，调节两滑座带动两工作台进行X轴和Y轴移动。

进一步地，所述调节单元包括：固定板、若干支撑杆、和两第二螺杆，每一所述第二螺杆与所述固定板连接组成螺旋副；每一支撑杆一端固定于所述固定板上，另一端固定于所述凸台上；每一所述螺杆两侧各设有一导向杆，每一所述导向杆一端固定于所述固定板上，另一端可滑动地穿过所述滑座后固定于所述凸台上。

进一步地，双工作台的每一工作台和每一横向滑块上分别在相同位置设有第二条形孔，所述滑座上设有第五螺纹孔，一第三旋钮穿过一工作台和一横向滑块上的第二条形孔后锁紧于一滑座上的第五螺纹孔内。

采用上述方案，本发明的一种高精度双测头量块比较仪，通过设置上测头调节组件和下测头调节组件分别对上、下测头的姿态进行调整，测量时，下测头固定，上测头可Z轴向升降调节以实现对不同高度量块的测量，测量精度不再过分依赖于工作台的精度。同时，双工作台的设置保证了标准量块与被测量块的对比测量，同时也便于上测头与双工作台垂直度的调整。

附图说明

图1为本发明一种高精度双测头量块比较仪的示意图一。

图2为本发明一种高精度双测头量块比较仪的示意图二。

图3为本发明一种高精度双测头量块比较仪的上测头调节组件或下测头调节组件的示意图一。

图4为本发明一种高精度双测头量块比较仪的上测头调节组件或下测头调节组件的示意图二。

图5为本发明一种高精度双测头量块比较仪的X轴方向的剖面示意图。附图中的标记为：

1-底座，2-上测头调节组件，3-下测头调节组件，4-双工作台，5-工作台调节组件，200-上测头，300-下测头，10-凸台，6-第一螺杆，7-滑块，8-立柱，61-第一旋钮，71-螺钉，20-第一微调件，21-第一基板，22-第一调节板，23-第二基板，24-第二调节板，25-第一弹性桥，26-第二弹性桥，27-第一螺纹孔，28-第一通孔，29-第二通孔，241-缝隙，243-第三螺纹孔，211-第一条形孔，72-第一小凸台，12-第二小凸台，31-导向销，43-T型腰槽，51-横向滑块，52-滑座，53-调节组件，54-第二条形孔，55-滑动槽，531-调节板，532-支撑杆，533-第二螺杆，534-导向杆，42-第三旋钮,9-标准量块，535-第四旋钮。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

请参阅图1-5，本发明提供一种高精度双测头量块比较仪，包括：一底座1，所述底座1上设有上测头调节组件2、下测头调节组件3、双工作台4和工作台调节组件5，所述上测头调节组件2上安装有上测头200，所述下测头调节组件3上安装有下测头300，所述上测头调节组件2固定于所述底座1上，所述上测头调节组件2调节所述上测头200沿X轴方向、Y轴方向及Z轴方向移动；所述底座1上沿Y轴方向设有一凸台10，所述上测头调节组件2和所述下测头调节组件3安装在所述凸台10的一侧，所述工作台调节组件5活动连接于所凸台10的另一侧，所述双工作台4安装于所述工作台调节组件5上，并位于所述凸台10上方；所述工作台调节组件5调节所述双工作台4相对所述底座1进行X轴方向和Y轴方向的移动。该凸台10设置便于安装下测头调节组件3和工作台调节组件5，利于提升产品结构紧凑这一特性，并且，凸台10下方的结构的底面积大于凸台10的底面积，利于提升整个设备的稳固性。本实施例中所述上测头200和下测头300均为高精度位移传感器。

具体的，如图1和2所示，所述上测头调节组件2包括：第一螺杆6、滑块7、立柱8和第一微调件20，所述第一螺杆6与所述立柱8平行设置于所述底座1上，所述第一螺杆6一端设有一第一旋钮61，另一端穿过所述滑块7上的螺纹孔后连接于所述底座1上。所述滑块7与所述第一螺杆6配合形成螺旋副。另外，所述滑块7可滑动地套设于所述立柱8上形成移动副；通过转动所述第一旋钮61实现对滑块7的驱动，使其沿所述立柱8(即Z轴方向)移动。所述第一微调件20可拆卸地安装于所述滑块7上，具体的，可以通过螺钉或螺丝穿过所述第一条形孔211将所述第一微调件20连接于所述滑块7上，要对上测头200进行调节时，松开第一条形孔211上的螺钉或螺丝，之后推动所述第一微调件20沿其上的第一条形孔211滑动，实现对其的位置调节，调整好位置之后，再拧紧该螺钉或螺丝。所述滑块7上沿X轴设有一第一小凸台72，所述第一微调件20通过所述第一条形孔211调节可沿所述第一小凸台72(即X轴方向)调节。所述滑块7上配套设有一螺钉71，所述螺钉71可将所述滑块7锁定于所述立柱8上，优选的，所述螺钉71端部连接一第二旋钮，方便对滑块7进行锁定和解锁操作。

如图3和图4所示，所述第一微调件20和第二微调件包括：第一基板21、第一调节板22、第二基板23、第二调节板24，所述第一基板21和第一调节板22平行设置，两者的底部通过一第一弹性桥25相连接；所述第一调节板22一侧还垂直连接所述第二基板23，所述第二基板23的顶部通过一第二弹性桥26连接所述第二调节板24，所述第二调节板24与所述第二基板23相平行设置；所述第一调节板22和所述第二基板23上均设有一第一螺纹孔27和一第一通孔28，所述第一基板21对应所述第一通孔28的位置设有一第二螺纹孔；一螺丝穿过所述第一螺纹孔27抵触于所述第一基板21上，若该螺丝与第一基板21接触顶死后再继续拧紧，会使第一基板21与第一调节板22间的夹角变大；另一螺丝穿过所述第一通孔28后拧入至所述第二螺纹孔内，该螺丝通过第一通孔28后继续拧紧，会使第一基板21与第一调节板22间的夹角变小，两调节方式均起到对固定于所述第二调节板24上的上测头200沿Y轴的两个相反方向姿态调整的作用。

进一步地，所述第二调节板24上设有一第二通孔29，所述上测头200安装于所述第二通孔29内；对应所述第二通孔29，所述第二调节板24的侧面上还设有一缝隙241，所述缝隙241与所述第二通孔29相连通，在所述第二调节板24的所述缝隙241的位置处设有至少一个锁紧孔组，所述锁紧孔组包括设于所述缝隙241一侧第三通孔243以及设于所述缝隙另一侧的第三螺纹孔(未标示)，一第三螺丝穿过第三通孔243后，拧入至所述第二调节板24的第三螺纹孔内，实现对所述上测头200的锁紧操作。

与所述第一基板21和第一调节板22相同的，所述第二基板23和所述第二调节板24的调节原理与所述第一基板21和第一调节板22相同，实现对上测头200在X轴方向的姿态调整，不再赘述。

所述下测头调节组件3为一第二微调件，所述下测头调节组件3的第二微调件通过其上的条形孔211沿所述第二小凸台12移动，实现对所述下测头调节组件3沿Y轴方向的调节。

如图1所示，所述凸台10上对应所述双工作台4的每一工作台均设有一导向销31，对应所述下测头300和所述导向销31，双工作台4上分别设有两T型腰槽43，所述工作台调节组件5调节双工作台4沿两T型腰槽43进行X轴方向和Y轴方向的移动。T型腰槽43和导向销31起到对双工作台4移动的限位作用，使其只能沿T型槽进行X轴和Y轴方向的移动，同时下测头对应的T型腰槽为下测头300留有足够调整空间，保护下测头300不与工作台发生干涉，以致损坏下测头300。

具体的，所述工作台调节组件5包括：两横向滑块51、两滑座52和调节单元53，两横向滑块51并排设置，两滑座52并排设置，所述滑座52为“L”型，每一横向滑块51嵌设于每一L型滑座上，横向滑块51上沿Y轴方向设有滑动槽55，对应该滑动槽55，所述滑座52上设有滑动销522。另外，双工作台4的每一工作台和每一横向滑块51上均在相同位置设有第二条形孔54，所述滑座51上设有螺纹孔，一第三旋钮42穿过一工作台和一横向滑块51上的第二条形孔54后锁紧于一滑座52上的螺纹孔内。所述第三旋钮42将横向滑块51和工作台在Y轴方向调整好之后，将其位置锁紧于滑座51上。优选的，如图5所示，所述滑动槽55和所述滑动销522可在不同方向上设置两组，使所述横向滑块51和所述滑座52间的相对运动更加稳定。双工作台4的每一工作台与一横向滑块51固定连接，每一横向滑块51带动每一工作台沿Y轴方向运动；所述调节单元53活动连接于两滑座52上，调节两滑座52带动两工作台进行X轴方向移动。

进一步地，所述调节单元53包括：固定板531、若干支撑杆532、和两第二螺杆533，每一所述第二螺杆533与所述固定板531连接组成螺旋副，通过一第二螺杆533可调节一滑座52沿X轴方向运动，进而带动一横向滑块51和一工作台沿X轴方向运动。每一支撑杆532一端固定于所述固定板531上，另一端固定于所述凸台10上，起到支撑整个调节单元53的作用。每一所述螺杆533两侧各设有一导向杆534，每一所述导向杆534一端固定于所述固定板531上，另一端可滑动地穿过所述滑座52后固定于所述凸台10上，导向杆534同样起到支撑滑座52的作用，使其沿X轴运动时更加稳定。优选的，第二螺杆533穿过固定板531后固定连接一第四旋钮535，通过旋转第四旋钮535，带动所述滑座52沿X轴运动，进而带动所述横向滑块51和双工作台4沿X轴方向移动，实现对双工作台4沿X轴方向的调节。

以下为本发明的高精度双侧头量块比较仪的装配精度的调整方法：

(1)Z轴方向粗调滑块7、X轴方向调整上测头组件2的第一微调件、Y轴方向调整下测头调节组件3的第二微调件，使得上测头200与下测头300基本对中。

(2)升高滑块7，将标准量块9放置在双工作台4的一工作台41上，使标准量块9与T型腰槽43相平行，调整滑块7使得上测头200与标准量块9上表面接触且上测头200示值处于最大量程中间值。

(3)调整下测头300与下测头调节组件3的第二微调件在垂直方向的相对位置，使得下测头300与标准量块9下表面接触且下测头300示值处于最大量程中间值。

(4)粗调上测头调节组件2的第一微调件的姿态，使得上测头200与标准量块9上表面的垂直度误差小于第一微调件的最大调整范围。

(5)在X轴方向微调上测头调节组件2的第一微调件，使得上测头200始终与标准量块9上表面接触，上测头200示值最大，调整期间上测头200与标准量块9始终接触。将上测头200的示值置为零，调整一工作台41在X轴方向上移动，每隔2mm记录上测头200的示值为X_i，微调上测头200，保证所有示值在X轴方向所有行程内的波动量均小于0.1微米。在Y轴方向微调上测头调节组件2的第一微调件，使得上测头200始终与标准量块9上表面接触，上测头200示值最大，调整期间上测头200与标准量块9始终接触。将上测头200的示值置为零，调整一工作台41在Y轴方向上移动，每隔2mm记录上测头200的示值Y_i，微调上测头200，保证所有示值在Y轴方向所有行程内的波动量均小于0.1微米。

(6)按照步骤(5)的调节方法调整下测头调节组件3的第二微调件，保证所有示值波动量均小于0.1微米。

(7)移除标准量块9，垂直方向调整滑块7，X轴方向调整上测头调节组件2的第一微调件、Y轴方向调整下测头调节组件3的第二微调件，使得上测头200与下测头300基本对中，且两测头的球形测帽相互接触。沿第一小凸台72调整上测头调节组件2的第一微调件，当上测头200的示值为最大时，将上测头调节组件2的第一微调件固定锁死至滑块7上，调整期间两测头的球形测帽始终保持接触。沿第二小凸台12调整下测头调节组件3的第二微调件，当下测头300的示值为最大时，将下测头调节组件3的第二微调件固定锁死至底座1上，调整期间两测头的球形测帽始终保持接触。

经过以上步骤保证了上测头200与下测头300的对中精度，同时两测头与一工作台41的垂直精度非常高，精度误差不超过1um。

需要说明的是，量块比较仪的示值误差和示值范围是最主要的技术指标，示值范围与示值误差紧密相关。通常示值范围小时，其示值误差就小，反之，示值范围大时，其示值误差就大。这两个指标一起提出，可以更完整的表明仪器的计量性能。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“X轴”、“Y轴”、“Z轴”等指示方位为基于本发明附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

综上所述，本发明提供一种高精度双测头量块比较仪，通过设置上测头调节组件和下测头调节组件分别对上、下测头的姿态进行调整，更加精确地实现上、下测头姿态的对中，保证了两测头的对中精度以及与工作台平面的垂直度。测量时，下测头固定，上测头可沿Z轴升降调节以实现对不同高度量块的测量，测量精度不再过分依赖于工作台的精度。同时，双工作台的设置保证了标准量块与被测量块的对比测量，同时也便于上、下测头与双工作台垂直度的调整。本发明的设计方案从多个方面保证了量块比较仪的高精度测量。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高精度双测头量块比较仪，其特征在于，包括：一底座(1)，所述底座(1)上设有上测头调节组件(2)、下测头调节组件(3)、双工作台(4)和工作台调节组件(5)，所述上测头调节组件(2)上安装有上测头(200)，所述下测头调节组件(3)上安装有下测头(300)，所述上测头调节组件(2)固定于所述底座(1)上，所述上测头调节组件(2)调节所述上测头(200)在X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的移动；所述底座(1)上沿Y轴方向设有一凸台(10)，所述下测头调节组件(3)安装在所述凸台(10)的一侧，用于调节所述下测头(300)在X轴方向和Y轴方向的移动；所述工作台调节组件(5)活动连接于所凸台(10)的另一侧，所述双工作台(4)安装于所述工作台调节组件(5)上，并位于所述凸台(10)上方；所述工作台调节组件(5)调节所述双工作台(4)相对所述底座(1)进行X轴方向和Y轴方向的移动；所述上测头调节组件(2)包括：第一螺杆(6)、滑块(7)、立柱(8)和第一微调件(20)，所述第一螺杆(6)与所述立柱(8)平行设置于所述底座(1)上，所述第一螺杆(6)一端设有一第一旋钮(61)，另一端穿过所述滑块(7)上的第四螺纹孔后连接于所述底座(1)上；所述滑块(7)可滑动地套设于所述立柱(8)上；所述第一微调件(20)可拆卸地安装于所述滑块(7)上；所述滑块(7)上配套设有一螺钉(71)，所述螺钉(71)可将所述滑块(7)锁定于所述立柱(8)上；所述下测头调节组件(3)为一第二微调件，所述第二微调件通过其上部的第一条形孔(211)进行固定；所述第一微调件(20)和第二微调件分别包括：第一基板(21)、第一调节板(22)、第二基板(23)、第二调节板(24)，所述第一基板(21)和第一调节板(22)平行设置，两者的底部通过一第一弹性桥(25)相连接；所述第一调节板(22)还垂直连接所述第二基板(23)，所述第二基板(23)的顶部通过一第二弹性桥(26)连接所述第二调节板(24)，所述第二调节板(24)与所述第二基板(23)相平行设置；所述第一调节板(22)和所述第二基板(23)上均设有一第一螺纹孔(27)和一第一通孔(28)，所述第一基板(21)上对应所述第一通孔(28)的位置设有一第二螺纹孔；一第一螺丝穿过所述第一螺纹孔(27)后抵触于所述第一基板(21)上；一第二螺丝穿过所述第一通孔(28)后拧入至所述第二螺纹孔内。

2.根据权利要求1所述的高精度双测头量块比较仪，其特征在于，所述第二调节板(24)上设有一第二通孔(29)，所述上测头(200)安装于所述第二通孔(29)内；对应所述第二通孔(29)，所述第二调节板(24)的侧面上还设有一缝隙(241)，所述缝隙(241)与所述第二通孔(29)相连通，在所述第二调节板(24)的所述缝隙(241)的位置处设有至少一个锁紧孔组，所述锁紧孔组包括设于所述缝隙一侧第三通孔(243)以及设于所述缝隙另一侧的第三螺纹孔，一第三螺丝穿过第三通孔(243)后，拧入至所述第二调节板(24)的第三螺纹孔内。

3.根据权利要求1所述的高精度双测头量块比较仪，其特征在于，所述滑块(7)上沿X轴设有一第一小凸台(72)，所述上测头调节组件(2)的第一微调件(20)通过其上的第一条形孔(211)沿所述第一小凸台(72)移动，实现X轴方向调节；所述底座(1)上设有一第二小凸台(12)，所述下测头调节组件(3)的第二微调件通过其上的第一条形孔(211)沿所述第二小凸台(12)移动，实现Y轴方向调节。

4.根据权利要求1所述的高精度双测头量块比较仪，其特征在于，所述凸台(10)上对应所述双工作台(4)的每一工作台均设有一导向销(31)，对应所述下测头(300)和所述导向销(31)，每一工作台上均设有两T型腰槽(43)，所述工作台调节组件(5)调节双工作台(4)沿两T型腰槽(43)进行X轴方向和Y轴方向的移动。

5.根据权利要求1或4所述的高精度双测头量块比较仪，其特征在于，所述工作台调节组件(5)包括：两横向滑块(51)、两滑座(52)和调节单元(53)，两横向滑块(51)并排设置，两滑座(52)并排设置，所述滑座(52)为“L”型，每一横向滑块(51)嵌设于每一“L”型滑座上，横向滑块(51)上沿Y轴方向设有滑动槽(55)，对应该滑动槽(55)，所述滑座(52)上设有滑动销；双工作台(4)的每一工作台与一横向滑块(51)固定连接；所述调节单元(53)活动连接于两滑座(52)上，调节两滑座(52)带动两工作台进行X轴方向移动。

6.根据权利要求5所述的高精度双测头量块比较仪，其特征在于，所述调节单元(53)包括：固定板(531)、若干支撑杆(532)、和两第二螺杆(533)，每一所述第二螺杆(533)与所述固定板(531)连接组成螺旋副；每一支撑杆(532)一端固定于所述固定板(531)上，另一端固定于所述凸台(10)上；每一所述螺杆(533)两侧各设有一导向杆(534)，每一所述导向杆(534)一端固定于所述固定板(531)上，另一端可滑动地穿过所述滑座(52)后固定于所述凸台(10)上。

7.根据权利要求5所述的高精度双测头量块比较仪，其特征在于，双工作台(4)的每一工作台和每一横向滑块(51)上分别在相同位置设有第二条形孔(54)，所述滑座(52)上设有第五螺纹孔，一第三旋钮(42)穿过一工作台和一横向滑块(51)上的第二条形孔(54)后锁紧于一滑座(52)上的第五螺纹孔内。

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