CN113415574B - 适合于果实全周长实时检测的托盘输送*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适合于果实全周长实时检测的托盘输送***。包括传输***、顶升旋转机构和检测设备三部分，顶升旋转机构位于传输***的下方，检测设备安装于顶升旋转机构上；辊子输送带固定于输送带支架上；电机安装于输送带支架上，电机的输出轴与链轮链条连接，通过链轮链条驱动辊子输送带传动；辊子输送带的中心设有一开口，辊子输送带上布置有光电式传感器的发射端和接收端，发射端和接收端在辊子输送带的两侧对称布置；制动装置安装于辊子输送带下游。本发明能够满足现有水果品质检测分级技术相关环节对水果的角度要求，也能够实现单一检测设备对水果全周长信息的采集，进而提高水果采后商品化处理的自动化程度和检测准确率。
Description
技术领域
本发明涉及一种适合于果实全周长实时检测的托盘输送***，主要用于球形水果在线检测环节中检测设备(X射线机、相机或光纤光谱仪等)对果实全周长信息的采集，进而提高水果采后商品化处理的检测准确率和自动化程度。
背景技术
我国是一个水果生产大国，果品总产量和种植总面积稳居世界第一，然而我国离水果生产强国还有一定的距离，主要体现在我国果品产后处理与商品化阶段技术手段较为落后，和许多世界发达国家相比市场竞争力较弱。许多研究与实践表明，水果品质的检测分级技术对提高果品行业经济效益具有重要作用。在利用果杯运输的球形水果检测分选处理中，果杯会将水果部分遮挡，影响内外部品质检测与分级效果。此外，由于需要完成水果不同角度信息的采集，还对检测设备提出了较高要求。例如在利用X射线检测内部品质过程中，需要X射线源与探测器能够实时围绕样品转动采样的设备，这类设备占用空间大、价格昂贵；在利用摄像头检测外部品质过程中，需要设置多个摄像头采集不同角度的信息。亟需开发一种既可降低或消除果杯对检测的影响，又能降低检测设备要求并满足果实全周长实时检测的托盘输送***。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种适合于果实全周长实时检测的托盘输送***，通过设置导流护栏，实现水果及果杯在辊子输送带的中央运动；通过第一导杆气缸带动阻挡板升起，实现水果及果杯到达检测区域后停止运动；采用两个第二导杆气缸带动托盘升起，实现水果的顶升过程；通过第二电机带动托盘旋转，实现水果的旋转过程。整个顶升旋转机构结构简单，方法可行性强，顶升与旋转的速度可根据实际生产需要具体调节。
本发明采用的技术方案如下：
本发明包括传输***、顶升旋转机构和检测设备三部分，顶升旋转机构位于传输***的下方，检测设备安装于顶升旋转机构上；
所述的传输***包括辊子输送带、输送带支架、水果、果杯、光电式传感器、制动装置、第一电机和链轮链条；辊子输送带通过角码固定安装于输送带支架上，辊子输送带上传输果杯，果杯上放置水果；第一电机通过第一电机安装架安装于辊子输送带底部的输送带支架上，第一电机的输出轴与链轮链条连接，并通过链轮链条驱动辊子使辊子输送带传动；辊子输送带的中心设有一开口，光电式传感器分为发射端和接收端，开口沿传送方向上游一侧的辊子输送带上布置有发射端和接收端，发射端和接收端在辊子输送带的两侧对称布置；制动装置安装于辊子输送带中心开口的下游一侧下方，用于控制果杯停止或运动；光电式传感器用于果杯通过时输出制动装置开关控制信号；光电式传感器与信号处理单元连接，信号处理单元在接收到光电式传感器接收端的信号后先控制第一导杆气缸使阻挡板从辊子输送带中心的开口中竖直向上穿出以阻挡果杯的运动，然后再控制第二导杆气缸使托盘从辊子输送带中心的开口中竖直向上穿出，进而使水果从果杯中托起，以完成后续的品质检测。
所述的顶升旋转机构包括第二电机、第二电机安装架、安装架底板、气缸安装板、第二导杆气缸、底座支架和托盘；底座支架布置于辊子输送带中心开口的正下方，气缸安装板固定于底座支架上，气缸安装板的两侧均安装有一个第二导杆气缸，两个第二导杆气缸的缸体对称固定安装于气缸安装板的两侧，第二导杆气缸的第二导杆竖直向上穿过气缸安装板后与安装架底板固定连接；信号处理单元在接收到光电式传感器接收端的信号后控制第二导杆气缸的第二导杆上下伸缩，第二导杆上下伸缩时进而带动安装架底板上下升降；第二电机通过第二电机安装架固定安装于安装架底板上，第二电机的输出轴竖直向上与托盘的转孔轴连接，第二电机旋转可以带动托盘旋转，托盘的中心与辊子输送带的中心轴在同一轴线上；
所述的检测设备为X射线机或其他设备，X射线机安装于顶升旋转机构上，用于采集果实内部品质信息。
所述的X射线机包括X射线屏蔽箱、防护帘、X射线管、X射线探测器、控制箱和计算机；X射线屏蔽箱横跨于辊子输送带的中心，X射线屏蔽箱沿传送方向对称开设前后两个通道口，在两个通道口处均装有防护帘，用于屏蔽作业时的辐射；X射线管水平安装于X射线屏蔽箱内部的一侧，高度与水果被顶升后的高度一致，用以发射X射线；X射线探测器安装于X射线屏蔽箱内部的另一侧，且正对X射线管，X射线探测器的中心与X射线管的中心保持同一高度，用以接收X射线信号；控制箱布置于辊子输送带沿传送方向下游一侧的正下方，控制箱电连接X射线管、X射线探测器和计算机，用于控制管电压、管电流、曝光时间等参数；计算机布置于控制箱的上方，用于呈现、处理和存储采集到的图像。
所述的制动装置位于托盘和摄像头之间，制动装置包括气缸安装架、第一导杆气缸和阻挡板；气缸安装架固定于辊子输送带的下方，第一导杆气缸的缸体固定于气缸安装架下方，第一导杆气缸的第一导杆竖直向上穿过气缸安装架后与阻挡板固定连接，信号处理单元在接收到光电式传感器接收端的信号后控制第一导杆气缸的第一导杆上下伸缩，进而带动阻挡板在辊子输送带中心的开口中上下升降，当阻挡板从辊子输送带中心的开口中竖直向上升起时可穿出开口后阻挡果杯运动。
所述的传输***还包括导流护栏，开口沿传送方向上游一侧的辊子输送带上布置有导流护栏，导流护栏在辊子输送带的两侧对称布置，两侧导流护栏呈梯形且中段向辊子输送带的中心靠拢，保证果杯运动在辊子输送带的中央位置。
所述果杯的底部中央设有圆通孔，托盘的外径小于圆通孔的外径，使得托盘升起时穿过果杯作用于水果，用以顶升和旋转水果。
所述的托盘的上部为弧面，能够更好地贴合水果的表面，使之受力均匀；托盘的下部圆柱底面开有一孔，用于连接第二电机；阻挡板到托盘中心轴线的距离等于果杯的半径，保证果杯制动时托盘在果杯的正中央，能够穿过圆通孔顶起水果。
所述的其他设备包括摄像头，通过摄像头支架安装于开口沿传送方向下游一侧的辊子输送带上，用于采集果实外部品质信息。也可以是光纤光谱仪等感知器件(未示出)，用来采集果实内部品质信息。
所述的辊子输送带包括辊子输送带机架、L型支架和辊子，两个辊子输送带机架平行地固定安装于输送带支架上，两个辊子输送带机架之间平行布置若干个辊子，两个辊子输送带机架的中间端对称安装有若干对辊子，若干对辊子之间的空间使得辊子输送带的中心位置形成开口；两个L型支架的水平端对称固定于两个辊子输送带机架中间端的底部上，两个L型支架的竖直端对称安装于两个辊子输送带机架中间端的若干对辊子上，使得辊子输送带的中心位置形成开口。
本发明具有的有益效果是：
本发明由第二导杆气缸、第二电机分别控制托盘的升降与旋转，从而实现水果顶升旋转的目的，以满足其产后处理技术要求，可解决当前内外部品质检测环节水果中下部信息被果杯遮挡的现状，能够将中下部有缺陷的水果正确检测并分拣。例如在X射线检测霉变、空心等内部品质过程中，拍摄的X射线图像排除了果杯重叠部分的干扰，使图像处理方法更快速简便，处理结果更加准确；在外观颜色检测过程中，中上部表面正常而中下部表面有病斑或成熟度差异的水果可以被正确检测并分拣；在体积检测过程中，省去了遮挡条件下多相机坐标系的换算统一和中下部预测模型建立的步骤，仅利用相机即可完成体积检测，提高了带果杯水果内外部品质检测和分级的准确率。此外，本发明在能够完成果实全周长实时检测的基础上，还降低了检测设备要求，例如消除了内部检测环节中对X射线源与探测器旋转的需求，减少了外部检测环节中相机的布置数量。
总述，本发明能够满足现有水果品质检测分级技术相关环节对水果的角度要求，也能够实现单一检测设备(X射线机、相机或光纤光谱仪等)对水果全周长信息的采集，提高了带果杯水果内外部品质检测和分级的准确率，能够在完成果实全周长实时检测的基础上，降低检测设备要求。
附图说明
图1是本发明以X射线机为检测设备的立体图；
图2是本发明以摄像头为检测设备的立体图；
图3是本发明以摄像头为检测设备的左视图；
图4是本发明的传输***立体图；
图5是本发明的顶升旋转机构***视图；
图6是本发明的顶升旋转机构前视图；
图7是本发明的托盘立体图；
图8是本发明的X射线机俯视图；
图9是图8的A-A立体剖面图；
图10是图8的B-B立体剖面图；
图11是本发明的制动装置立体图；
图12是本发明的果杯立体图；
图13是本发明处于制动果杯状态的立体图；
图14是本发明处于顶升旋转水果状态的立体图；
图15是本发明处于检测结束状态的立体图。
图中：1、辊子输送带；1a、辊子输送带机架；1b、L型支架；1c、辊子；2、角码；3、输送带支架；4、蹄脚；5、摄像头；6、摄像头支架；7、气缸安装架；8、第一导杆气缸；8a、第一导杆；9、第二电机；10、第二电机安装架；11、安装架底板；12、气缸安装板；13、第二导杆气缸；13a、第二导杆；14、底座支架；15、水果；16、果杯；16a、圆通孔；17、导流护栏；18、第一电机安装架；19、光电式传感器；20、托盘；20a、转轴孔；21、制动装置；22、第一电机；23、阻挡板；24、链轮链条；25、X射线机；26、X射线屏蔽箱；27、防护帘；28、X射线管；29、X射线探测器；30、控制箱；31、计算机。
具体实施方式
下面以蜜柚内外部品质检测为例，结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-图4所示，本发明包括传输***、顶升旋转机构和检测设备三部分，顶升旋转机构位于传输***的下方，检测设备安装于顶升旋转机构上；传输***包括辊子输送带1、输送带支架3、水果15、果杯16、导流护栏17、光电式传感器19、制动装置21、第一电机22和链轮链条24；辊子输送带1通过角码2固定安装于输送带支架3上，辊子输送带1上传输果杯16，果杯16上放置水果15；第一电机22通过第一电机安装架18安装于辊子输送带1底部的输送带支架3上，第一电机22的输出轴与链轮链条24连接，并通过链轮链条24驱动辊子1c使辊子输送带1传动；辊子输送带1的中心设有一开口，辊子输送带1中心沿传送方向上游一侧的辊子输送带1上布置有发射端和接收端，发射端和接收端在辊子输送带1的两侧对称布置，制动装置21安装于辊子输送带1中心开口的下游一侧下方，用于控制果杯16停止或运动；光电式传感器19用于果杯16通过时输出制动装置21开关控制信号；光电式传感器19与信号处理单元(图中未示出)连接，信号处理单元(图中未示出)在接收到光电式传感器19接收端的信号后先控制第一导杆气缸8使阻挡板23从辊子输送带1中心的开口中竖直向上穿出开口后以阻挡果杯16的运动，然后再控制第二导杆气缸13使托盘20从辊子输送带1中心的开口中竖直向上穿出开口，进而使水果15从果杯16中托起，以完成后续的品质检测。
如图5-图7所示，顶升旋转机构包括第二电机9、第二电机安装架10、安装架底板11、气缸安装板12、第二导杆气缸13、底座支架14和托盘20；底座支架14布置于辊子输送带1中心开口的正下方，气缸安装板12固定于底座支架14上，气缸安装板12的两侧均安装有一个第二导杆气缸13，即两个第二导杆气缸13的缸体对称固定安装于气缸安装板12的两侧，由于第二导杆气缸13的导杆13a上下运动的速度较快，只在气缸安装板12上安装一个第二导杆气缸13会使顶升旋转机构稳定性欠佳，因此安装两个第二导杆气缸13以提高稳定性。
第二导杆气缸13的第二导杆13a竖直向上穿过气缸安装板12后与安装架底板11固定连接；信号处理单元(未示出)在接收到光电式传感器19接收端的信号后控制第二导杆气缸13的第二导杆13a上下伸缩，第二导杆13a上下伸缩时进而带动安装架底板11上下升降；第二电机9通过第二电机安装架10固定安装于安装架底板11上，第二电机9的输出轴竖直向上与托盘20的转孔轴20a连接，第二电机9旋转可以带动托盘20旋转，托盘20的中心与辊子输送带1的中心轴在同一轴线上。具体实施的托盘20的上部为弧面，能够更好地贴合水果15的表面，使之受力均匀；托盘20的下部圆柱底面开有一孔，用于连接第二电机9。
如图1-图2所示，检测设备可以是X射线机25，X射线机25安装于顶升旋转机构上，用于采集果实内部品质信息；也可以是摄像头5，摄像头5通过摄像头支架6安装于开口沿传送方向下游一侧的辊子输送带1上，用于采集果实外部品质信息；也可以是光纤光谱仪等感知器件(未示出)，用来采集果实内部品质信息。
如图8-图10所示，X射线机25包括射线屏蔽箱26、防护帘27、X射线管28、X射线探测器29、控制箱30和计算机31；X射线屏蔽箱26横跨于辊子输送带1的中心，射线屏蔽箱26沿传送方向开设前后两个通道口，并且在两个通道口处均装有防护帘27，用于屏蔽作业时的辐射；X射线管28水平安装于射线屏蔽箱26内部的一侧，高度与水果15被顶升后的高度一致，用以发射X射线；X射线探测器29安装于射线屏蔽箱26内部的另一侧，且正对X射线管28，X射线探测器29的中心与X射线管28的中心保持同一高度，用以接收X射线信号；控制箱30布置于辊子输送带1沿传送方向下游一侧的正下方，控制箱30电连接X射线管28、X射线探测器29和计算机31等相关部件，用于控制管电压、管电流、曝光时间等参数；计算机31布置于控制箱30的上方，用于呈现、处理和存储采集到的图像。
如图11所示，制动装置21位于托盘20和摄像头5之间，制动装置21包括气缸安装架7、第一导杆气缸8和阻挡板23；气缸安装架7固定于辊子输送带1的下方，第一导杆气缸8的缸体固定于气缸安装架7下方，第一导杆气缸8的第一导杆8a竖直向上穿过气缸安装架7后与阻挡板23固定连接，信号处理单元(未示出)在接收到光电式传感器19接收端的信号后控制第一导杆气缸8的第一导杆8a上下伸缩，进而带动阻挡板23在辊子输送带1中心的开口中进行上下升降，当阻挡板23从辊子输送带1中心的开口中竖直升起时可向上穿出开口后阻挡果杯16运动。
如图4所示，辊子输送带1包括辊子输送带机架1a、L型支架1b和辊子1c，两个辊子输送带机架1a平行地固定安装于输送带支架3上，两个辊子输送带机架1a之间平行布置若干个辊子1c，两个辊子输送带机架1a的中间端对称安装有若干对辊子1c，若干对辊子1c之间的空间使得辊子输送带1的中心位置形成开口；两个L型支架1b的水平端对称固定于两个辊子输送带机架1a中间端的底部上，两个L型支架1b的竖直端对称安装于两个辊子输送带机架1a中间端的若干对辊子1c上，使得辊子输送带1的中心位置形成开口。
如图2所示，辊子输送带1中心沿传送方向上游一侧的辊子输送带1上布置有导流护栏17，导流护栏17在辊子输送带1的两侧对称布置，两侧导流护栏17呈梯形且中段向辊子输送带1中心靠拢，保证果杯16运动在辊子输送带1的中央位置。光电式传感器19固定安装于导流护栏17和托盘20之间的辊子输送带1上。
如图12所示，果杯16的底部中央设有圆通孔16a，托盘20的外径小于圆通孔16a的外径，使得托盘20升起时穿过果杯16作用于水果15，用以顶升和旋转水果15。
具体实施中，阻挡板23到托盘20中心轴线的距离等于果杯16的半径，保证果杯16制动时托盘20在果杯16的正中央，能够穿过圆通孔16a顶起水果15。输送带支架3的底部和底座支架14的底部均安装有蹄脚4，用于调平，输送带支架3和底座支架14均通过底部的蹄脚4放置于地面上。
在本发明实施例中，其工作时主要包括以下三个工作状态：
工作状态1(制动果杯)如图13所示，水果15与果杯16在辊子输送带1中央水平运动，经过光电式传感器19后，其接收端输出制动装置21开关控制信号，第一导杆气缸8带动阻挡板23升起，果杯16触碰阻挡板23后，连同水果15在检测区域停止运动，此时果杯16的通孔16a与托盘20的圆心重合。
工作状态2(顶升旋转)如图14所示，水果15与果杯16停止运动后，两个第二导杆气缸13的导杆13a顶起，带动安装架底板11、电机安装架10、第二电机9、托盘20一起升起，托盘20穿过果杯16的通孔16a从底部将水果15托起，实现顶升目的；水果15被托起后，第二电机9启动，带动托盘20和水果15旋转一周，实现旋转目的，同时检测设备开始工作，可以是X射线管28发射X射线，X射线探测器29连续接收水果15一周或特定角度的X射线信号，传递至计算机31生成X射线图像，完成内部品质检测；也可以是摄像头5连续拍摄水果15表面一周或特定角度的图像，完成外观品质检测。
工作状态3(检测结束)如图15所示，完成内外部品质检测后，第二电机9停止，两个第二导杆气缸13的导杆13a收回，带动安装架底板11、电机安装架10、第二电机9、托盘20、水果15一起下降，由于水果15直径大于果杯16的通孔16a直径，仍停留在果杯16上；第一导杆气缸8带动阻挡板23下降，果杯16在辊子输送带1的传动下继续水平向前运动，直到下个检测模块或分级出口。
以蜜柚为例的具体实施中，果杯16直径200mm，通孔16a直径80mm，托盘20直径70mm，第二电机9转速540°/s，阻挡板23至托盘20中心轴线的距离为100mm。
此发明是一种适合于果实全周长实时检测的托盘输送***，可以实现球形或近似球形的水果处于内外部品质在线检测过程中的顶升旋转功能，能够解决水果中下部信息被果杯遮挡的现状，将中下部有缺陷的水果正确检测并分拣，提高内外部品质检测和分级的准确率。同时还降低了检测设备的要求，例如减少了外部检测环节中相机的布置数量，简化了多个相机坐标系换算统一的过程，也可以满足检测过程中对特定角度的需要；减少了内部检测环节中对X射线源与探测器旋转的需求，避免了带旋转功能的X射线机价格昂贵、占用空间大的问题。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种适合于果实全周长实时检测的托盘输送***，其特征在于：包括传输***、顶升旋转机构和检测设备三部分，顶升旋转机构位于传输***的下方，检测设备安装于顶升旋转机构上；
所述的传输***包括辊子输送带(1)、输送带支架(3)、水果(15)、果杯(16)、光电式传感器(19)、制动装置(21)、第一电机(22)和链轮链条(24)；辊子输送带(1)固定安装于输送带支架(3)上，辊子输送带(1)上传输果杯(16)，果杯(16)上放置水果(15)；第一电机(22)安装于辊子输送带(1)底部的输送带支架(3)上，第一电机(22)的输出轴与链轮链条(24)连接，并通过链轮链条(24)驱动辊子输送带(1)传动；辊子输送带(1)的中心设有一开口，光电式传感器(19)分为发射端和接收端，开口沿传送方向上游一侧的辊子输送带(1)上布置有发射端和接收端，发射端和接收端在辊子输送带(1)的两侧对称布置；制动装置(21)安装于辊子输送带(1)中心开口的下游一侧下方；
所述的顶升旋转机构包括第二电机(9)、第二电机安装架(10)、安装架底板(11)、气缸安装板(12)、第二导杆气缸(13)、底座支架(14)和托盘(20)；底座支架(14)布置于辊子输送带(1)中心开口的正下方，气缸安装板(12)固定于底座支架(14)上，气缸安装板(12)的两侧均安装有一个第二导杆气缸(13)，第二导杆气缸(13)的第二导杆(13a)竖直向上穿过气缸安装板(12)后与安装架底板(11)固定连接；第二电机(9)通过第二电机安装架(10)固定安装于安装架底板(11)上，第二电机(9)的输出轴竖直向上与托盘(20)连接；
所述的检测设备为X射线机(25)或其他设备，X射线机(25)安装于顶升旋转机构上，用于采集果实内部品质信息；
所述果杯(16)的底部中央设有圆通孔(16a)，托盘(20)的外径小于圆通孔(16a)的外径，使得托盘(20)升起时穿过果杯(16)作用于水果，用以顶升和旋转水果；
所述的阻挡板(23)到托盘(20)中心轴线的距离等于果杯(16)的半径，保证果杯(16)制动时托盘(20)在果杯(16)的正中央，能够穿过圆通孔顶起水果；
所述的制动装置(21)位于托盘(20)和摄像头(5)之间，制动装置(21)包括气缸安装架(7)、第一导杆气缸(8)和阻挡板(23)；气缸安装架(7)固定于辊子输送带(1)的下方，第一导杆气缸(8)固定于气缸安装架(7)下方，第一导杆气缸(8)的第一导杆(8a)竖直向上穿过气缸安装架(7)后与阻挡板(23)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种适合于果实全周长实时检测的托盘输送***，其特征在于：所述的X射线机(25)包括X射线屏蔽箱(26)、防护帘(27)、X射线管(28)、X射线探测器(29)、控制箱(30)和计算机(31)；X射线屏蔽箱(26)横跨于辊子输送带(1)的中心，X射线屏蔽箱(26)沿传送方向对称开设前后两个通道口，在两个通道口处均装有防护帘(27)；X射线管(28)水平安装于X射线屏蔽箱(26)内部的一侧，X射线探测器(29)安装于X射线屏蔽箱(26)内部的另一侧，且正对X射线管(28)，X射线探测器(29)的中心与X射线管(28)的中心保持同一高度，用以接收X射线信号；控制箱(30)布置于辊子输送带(1)沿传送方向下游一侧的正下方，控制箱(30)电连接X射线管(28)、X射线探测器(29)和计算机(31)，计算机(31)布置于控制箱(30)的上方。
3.根据权利要求1所述的一种适合于果实全周长实时检测的托盘输送***，其特征在于：所述的传输***还包括导流护栏(17)，开口沿传送方向上游一侧的辊子输送带(1)上布置有导流护栏(17)，导流护栏(17)在辊子输送带(1)的两侧对称布置。
4.根据权利要求1所述的一种适合于果实全周长实时检测的托盘输送***，其特征在于：所述的其他设备包括摄像头(5)，摄像头(5)安装于开口沿传送方向下游一侧的辊子输送带(1)上，用于采集果实外部品质信息。
5.根据权利要求1所述的一种适合于果实全周长实时检测的托盘输送***，其特征在于：
所述的辊子输送带(1)包括辊子输送带机架(1a)、L型支架(1b)和辊子(1c)，两个辊子输送带机架(1a)平行地固定安装于输送带支架(3)上，两个辊子输送带机架(1a)之间平行布置若干个辊子(1c)，两个辊子输送带机架(1a)的中间端对称安装有若干对辊子(1c)，两个L型支架(1b)的水平端对称固定于两个辊子输送带机架(1a)中间端的底部上，两个L型支架(1b)的竖直端对称安装于两个辊子输送带机架(1a)中间端的若干对辊子(1c)上，使得辊子输送带(1)的中心位置形成开口。
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