CN113601984A - 一种高精度打印式涂布机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度打印式涂布机及其控制方法，包括玻璃基板升降台、龙门架、龙门架平移驱动机构、涂布机构安装板、安装板平移驱动机构、旋转电机安装板、旋转电机升降驱动机构、旋转电机、打印喷头、扩展安装架、厚度检测***、巡边检测***、缺陷视觉检测***和测微仪，解决了传统涂布机的涂布废品率高、二次涂布率高、原材料浪费率高、检测工艺落后、涂布数据不完整、工序繁杂等问题，尤其适用于中大型显示器、电视、多功能智能交互设备显示的玻璃基板涂布加工，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及涂布设备技术领域，具体涉及一种高精度打印式涂布机及其控制方法。
背景技术
涂布技术主要应用于对塑料薄膜、玻璃基板、纸类、电化铝、布料及皮革等多种复合基材的上胶与复合加工等工艺上，以改善其表面受损情况，使之能有更好的印刷效果、耐摩擦、耐腐蚀、耐高温或者达到一些特殊的功能等。
传统的涂布机多为整体式一次涂布，无法判断基板平面情况而自动调整涂布高度和位置、无法检测涂布质量、无法对复杂图案进行喷涂、无法在涂布时更换不同的涂布光刻胶；因而涂布路径、涂布高度、涂布面完整等都不能得到保证。由于传统的涂布机不能根据基板的实时情况和喷涂图案变化进行调整涂布，使得生产出来的玻璃基板可能由于支撑不到位、检测不及时、后续曝光工序复杂等问题导致的涂布工艺质量低下，在生产中增加了报废品，浪费了大量材料和时间，增加成本、降低收益。
解决以上问题成为当务之急。
发明内容
为解决以上的技术问题，本发明提供了一种高精度打印式涂布机及其控制方法。
其技术方案如下：
一种高精度打印式涂布机，包括：
玻璃基板升降台，其用于支撑玻璃基板，并能够带动玻璃基板升降；
龙门架，其沿玻璃基板升降台的宽度方向横跨地安装在玻璃基板升降台上，并能够在龙门架平移驱动机构的驱动下沿玻璃基板升降台的长度方向平移；
涂布机构安装板，其竖向安装在玻璃基板升降台上，并能够在安装板平移驱动机构的驱动下沿玻璃基板升降台的宽度方向平移；
旋转电机安装板，其通过旋转电机升降驱动机构安装在涂布机构安装板上，并能够在旋转电机升降驱动机构的驱动下升降；
其要点在于，还包括：
旋转电机，其竖直向下地安装在旋转电机安装板上，该旋转电机的电机轴下端安装有打印喷头，该打印喷头能够在旋转电机的电机轴带动下转动；
扩展安装架，其旋转电机的电机轴上，并能够在旋转电机的电机轴带动下转动，该扩展安装架上安装有围绕在打印喷头周围的厚度检测***、巡边检测***、缺陷视觉检测***和测微仪。
作为优选：所述扩展安装架包括横向安装在旋转电机的电机轴上的中间板、分别竖向安装在中间板两侧的侧板以及分别安装在对应侧板外侧的仪器安装板，所述中间板与两块侧板合围形成U字形结构，所述旋转电机的电机轴穿过中间板后连接有所述打印喷头，所述厚度检测***和巡边检测***分别安装在其中一块仪器安装板的两侧，所述缺陷视觉检测***和测微仪分别安装在另外一块仪器安装板的两侧。
采用以上结构，不仅能够可靠地安装厚度检测***、巡边检测***、缺陷视觉检测***和测微仪，而且使厚度检测***、巡边检测***、缺陷视觉检测***和测微仪紧凑地围绕在打印喷头的周边，保证了在线监测的精度和准确性。
作为优选：所述旋转电机升降驱动机构包括升降直线模组以及用于驱动升降直线模组的升降电机，所述升降直线模组竖向固定安装在涂布机构安装板上，所述旋转电机安装板安装在升降直线模组的滑台上。
采用以上结构，能够精确地控制旋转电机安装板的高度，简单可靠。
作为优选：所述安装板平移驱动机构包括均沿玻璃基板升降台的宽度方向设置在龙门架上的安装板从动齿条和至少一条安装板直线滑轨以及通过电机支架安装在涂布机构安装板上的安装板驱动电机，所述涂布机构安装板通过安装板直线滑轨与龙门架滑动配合，所述安装板驱动电机的电机轴上固套有与安装板从动齿条啮合的安装板主动齿轮。
采用以上结构，能够精确地控制涂布机构安装板在龙门架上的位置，简单可靠。
作为优选：所述龙门架平移驱动机构包括沿玻璃基板升降台的长度方向分别设置在玻璃基板升降台两侧的龙门架直线滑轨，所述龙门架通过龙门架直线滑轨与玻璃基板升降台滑动配合，沿玻璃基板升降台长度方向的至少一侧设置龙门架从动齿条，所述龙门架上安装有分别与龙门架从动齿条对应的龙门架驱动电机，所述龙门架驱动电机的电机轴上固套有与对应龙门架从动齿条啮合的龙门架主动齿轮。
采用以上结构，能够精确地控制龙门架在玻璃基板升降台上的位置，简单可靠。
作为优选：所述打印喷头的两侧设置有若干加热光源。
采用以上结构，能够使打印喷头喷出的墨水更快速地凝固，提升喷涂质量。
一种高精度打印式涂布机的控制方法，其要点在于，按照以下步骤进行：
S1、将待喷涂玻璃基板置于玻璃基板升降台上；
S2、龙门架平移驱动机构、安装板平移驱动机构和旋转电机升降驱动机构启动，使测微仪移动到设定的点位；
S3、旋转电机升降驱动机构启动，使测微仪下降至与玻璃基板升降台上的玻璃基板接触；
S4、龙门架平移驱动机构和安装板平移驱动机构启动，使测微仪对玻璃基板待喷涂区域的平面度进行测量，并将测量结果传输至工控电脑，工控电脑生成玻璃基板平面度模型；
S5、工控电脑根据玻璃基板平面度模型控制龙门架平移驱动机构、安装板平移驱动机构、旋转电机升降驱动机构和旋转电机，使打印喷头在厚度检测***、巡边检测***和缺陷视觉检测***的在线监测下对玻璃基板的待喷涂区域进行喷涂；
S6、将喷涂完成的玻璃基板转运至烘烤设备中进行烘烤；
S7、将烘烤完成的玻璃基板转运至玻璃基板升降台上，工控电脑控制龙门架平移驱动机构、安装板平移驱动机构和旋转电机升降驱动机构，使厚度检测***和缺陷视觉检测***对玻璃基板的涂布厚度进行检测：若合格，则下线；若不合格，则工控电脑根据巡边检测***和缺陷视觉检测***的检测数据，控制龙门架平移驱动机构、安装板平移驱动机构、旋转电机升降驱动机构和旋转电机，使打印喷头在厚度检测***、巡边检测***和缺陷视觉检测***的在线监测下对玻璃基板的不合格区域进行二次喷涂。
作为优选：所述步骤S5中，打印喷头与玻璃基板的距离控制在0.9-1mm。
采用以上方法，能够更加精确地控制喷涂厚度，提升喷涂质量。
作为优选：所述测微仪采用光栅式测微仪。
采用以上设备，能够高效且精确地检测玻璃基板的平整度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、采用打印喷头替代传统的刮涂，能够直接喷涂出需要的图案和样式以及轨迹，不再需要额外的刻蚀和曝光工序；
2、利用工控电脑、龙门架平移驱动机构、安装板平移驱动机构、旋转电机升降驱动机构、旋转电机、厚度检测***、巡边检测***、缺陷视觉检测***和测微仪的相互配合，解决了传统涂布机的涂布废品率高、二次涂布率高、原材料浪费率高、检测工艺落后、涂布数据不完整、工序繁杂等问题，尤其适用于中大型显示器、电视、多功能智能交互设备显示的玻璃基板涂布加工，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为高精度打印式涂布机的立体结构示意图；
图2为高精度打印式涂布机的平面结构示意图；
图3为旋转电机、打印喷头、厚度检测***、巡边检测***、缺陷视觉检测***和测微仪的配合关系示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1-图3所示，一种高精度打印式涂布机，其主要包括玻璃基板升降台1、龙门架2、龙门架平移驱动机构、涂布机构安装板3、安装板平移驱动机构、旋转电机安装板4、旋转电机升降驱动机构、旋转电机5、打印喷头6、扩展安装架7、厚度检测***8、巡边检测***9、缺陷视觉检测***10和测微仪11。
其中，玻璃基板升降台1用于支撑玻璃基板A，并能够带动玻璃基板A升降，从而调节玻璃基板A的高度。龙门架2沿玻璃基板升降台1的宽度方向横跨地安装在玻璃基板升降台1上，并能够在龙门架平移驱动机构的驱动下沿玻璃基板升降台1的长度方向平移。涂布机构安装板3竖向安装在玻璃基板升降台1上，并能够在安装板平移驱动机构的驱动下沿玻璃基板升降台1的宽度方向平移。旋转电机安装板4通过旋转电机升降驱动机构安装在涂布机构安装板3上，并能够在旋转电机升降驱动机构的驱动下升降。旋转电机5竖直向下地安装在旋转电机安装板4上，该旋转电机5的电机轴下端安装有打印喷头6，该打印喷头6能够在旋转电机5的电机轴带动下转动。扩展安装架7旋转电机5的电机轴上，并能够在旋转电机5的电机轴带动下转动，该扩展安装架7上安装有围绕在打印喷头6周围的厚度检测***8、巡边检测***9、缺陷视觉检测***10和测微仪11。
请参见图3，扩展安装架7包括横向安装在旋转电机5的电机轴上的中间板7a、分别竖向安装在中间板7a两侧的侧板7b以及分别安装在对应侧板7b外侧的仪器安装板7c，中间板7a与两块侧板7b合围形成U字形结构，旋转电机5的电机轴穿过中间板7a后连接有打印喷头6，厚度检测***8和巡边检测***9分别安装在其中一块仪器安装板7c的两侧，缺陷视觉检测***10和测微仪11分别安装在另外一块仪器安装板7c的两侧，需要指出的是，厚度检测***8、巡边检测***9、缺陷视觉检测***10和测微仪11都是通过对应的夹具安装在对应的仪器安装板7c上的。不仅能够可靠地安装厚度检测***8、巡边检测***9、缺陷视觉检测***10和测微仪11，而且使厚度检测***8、巡边检测***9、缺陷视觉检测***10和测微仪11紧凑地围绕在打印喷头6的周边，保证了在线监测的精度和准确性。
请参见图3，旋转电机升降驱动机构包括升降直线模组12以及用于驱动升降直线模组12的升降电机13，升降直线模组12竖向固定安装在涂布机构安装板3上，旋转电机安装板4安装在升降直线模组12的滑台上。升降电机13带动升降直线模组12上的滑台升降，从而带动旋转电机安装板4的升降，进而控制旋转电机5的高度。
请参见图1，安装板平移驱动机构包括均沿玻璃基板升降台1的宽度方向设置在龙门架2上的安装板从动齿条14和至少一条安装板直线滑轨22以及通过电机支架15安装在涂布机构安装板3上的安装板驱动电机16，涂布机构安装板3通过安装板直线滑轨22与龙门架2滑动配合，安装板驱动电机16的电机轴上固套有与安装板从动齿条14啮合的安装板主动齿轮17。安装板驱动电机16带动安装板主动齿轮17转动，由于安装板主动齿轮17与安装板从动齿条14啮合，从而使涂布机构安装板3在安装板直线滑轨22上滑动，实现在玻璃基板升降台1宽度方向上的平移调整。
请参见图1和图2，龙门架平移驱动机构包括沿玻璃基板升降台1的长度方向分别设置在玻璃基板升降台1两侧的龙门架直线滑轨18，龙门架2通过龙门架直线滑轨18与玻璃基板升降台1滑动配合，沿玻璃基板升降台1长度方向的至少一侧设置龙门架从动齿条19，龙门架2上安装有分别与龙门架从动齿条19对应的龙门架驱动电机20，龙门架驱动电机20的电机轴上固套有与对应龙门架从动齿条19啮合的龙门架主动齿轮21。龙门架驱动电机20带动龙门架主动齿轮21转动，由于龙门架主动齿轮21与龙门架从动齿条19啮合，从而使龙门架2在龙门架直线滑轨18上滑动，实现在玻璃基板升降台1长度方向上的平移调整。
请参见图3，打印喷头6的两侧设置有若干加热光源6a，由于加热光源6a的照射，能够使墨水快速凝固，能够直接喷涂出需要的图案和样式以及轨迹，因此不再需要额外的刻蚀和曝光工序。
进一步地，旋转电机5、升降电机13、安装板驱动电机16、两个龙门架驱动电机20以及用于控制玻璃基板升降台1升降的电机均为伺服电机，具有控制精度高的优点。
请参见图1-图3，一种高精度打印式涂布机的控制方法，按照以下步骤进行：
S1、将玻璃基板升降台1调节至合适的高度，然后将待喷涂玻璃基板A置于玻璃基板升降台1上。
S2、龙门架平移驱动机构、安装板平移驱动机构和旋转电机升降驱动机构启动，使测微仪11移动到设定的点位。其中，测微仪11采用光栅式测微仪，测微仪11的测量头接触玻璃基板A开始测量，并把测量到的数据传输到工控电脑，反复如此将玻璃基板A需要喷涂的区域全部测量完成并在工控电脑形成平面度的数据模型。
S3、旋转电机升降驱动机构启动，使测微仪11下降至与玻璃基板升降台1上的玻璃基板A接触。
S4、龙门架平移驱动机构和安装板平移驱动机构启动，使测微仪11对玻璃基板A待喷涂区域的平面度进行测量，并将测量结果传输至工控电脑，工控电脑生成玻璃基板平面度模型。
S5、工控电脑根据玻璃基板平面度模型控制龙门架平移驱动机构、安装板平移驱动机构、旋转电机升降驱动机构和旋转电机5，使打印喷头6在厚度检测***8、巡边检测***9和缺陷视觉检测***10的在线监测下对玻璃基板A的待喷涂区域进行喷涂。
S6、将喷涂完成的玻璃基板A转运至烘烤设备中进行烘烤。
S7、将烘烤完成的玻璃基板A转运至玻璃基板升降台1上，工控电脑控制龙门架平移驱动机构、安装板平移驱动机构和旋转电机升降驱动机构，使厚度检测***8和缺陷视觉检测***10对玻璃基板A的涂布厚度进行检测：若合格，则下线；若不合格，则工控电脑根据巡边检测***9和缺陷视觉检测***10的检测数据，控制龙门架平移驱动机构、安装板平移驱动机构、旋转电机升降驱动机构和旋转电机5，使打印喷头6在厚度检测***8、巡边检测***9和缺陷视觉检测***10的在线监测下对玻璃基板A的不合格区域进行二次喷涂。
进一步地，步骤S5中，打印喷头6与玻璃基板A的距离控制在0.9-1mm，能够更加精确地控制喷涂厚度，提升喷涂质量。
本实施例中，打印喷头6采用理光GEN6连续式喷墨喷头，通过工控电脑控制喷头驱动板，喷头驱动板通过控制电压驱动装置对打印喷头6中墨水加以固定压力，使其连续喷射，喷头中振荡器的震荡信号激励射流生成墨水滴，并对墨水的大小和间隙进行控制。其中的字符发生器、模拟调制器产生的打印信息对控制电报上电荷进行控制，形成带电荷和不带电荷的墨水滴，再由偏转电极来改变墨水滴的飞行方向，使需要打印的墨水滴飞行到纸面上，生成字符和图形纪录，同时不参与纪录的墨水滴由导管回收。理光GEN6连续式喷墨喷头可直接将CAD图纸导入***，移动喷头，使喷头直接喷涂出需要的图案和样式以及轨迹。
巡边检测***9采用基恩士距离视觉检测***，实时检测喷涂的区域与玻璃基板A的外缘之间距离，判断是否在工艺要求的设定范围之间。当巡边检测***9正常工作时，其指示灯将绿色，当检测到标定范围超出设定范围时，会发出声音警报，并且工控电脑的显示器会提示超出距离，工控电脑也将显示正在喷涂的这个区域为红色，提示操作者对其进行检查和干预，对其进行修正以防止后续生产更多的不良品。其原理为通过巡边检测***9的摄像头采集检测区域数字图像，数字图像上含有所测量的部分的尺寸关系，这些尺寸关系是以像素点为单位的。这些尺寸关系和玻璃基板A真实尺寸存在一定的比例关系，这需要通过***标定让虚拟的尺寸关系和玻璃基板A实际尺寸关系建立联系。
计算公式为K＝l/m(1)
式(1)中，K——像素点当量(指像素点的个数与实际尺寸单位的比例)；
l——玻璃基板实际的距离；
m——数字图像中所测得的距离(以像素点为单位)。
厚度检测***8采用基恩士厚度检测***，其摄像头实时监测涂胶厚度，通过激光照射玻璃基板A和涂胶层反射回来的激光时间计算出摄像头到玻璃基板A的距离和涂层的距离，对比分析出涂胶层的厚度。判断是否在工艺要求的设定范围内，当摄像头正常工作时，其指示灯为绿色。当检测到涂胶厚度超出设定范围时，会发出警报，并且工控电脑的显示器会提示其超出规定范围，工控电脑也将当前检测区域显示为红色同时显示当前喷涂的实际厚度为多少，提示操作者进行修正。其检测原理为激光通过照射物体并接收返回的光线，计算其来回时间得知其距离。
涂胶厚度＝照射玻璃返回时间计算出的距离-照射涂胶层返回时间计算出的距离，其距离计算公式为：D＝vt/2(2)
式(2)中，D——距离；
v——光在空气中的传播速度；
t——光的往返时间。
缺陷视觉检测***10采用基恩士缺陷视觉检测***，其摄像头实时监测涂胶面质量，通过摄像头对监测区域进行图像采集，对采集过来的图像进行一步步分割处理，使得产品表面缺陷能像能够按照其特有的区域特征进行分类，在以上分类区域中进一步分析划痕的目标区域，使得范围更加的准确和精确。这样产品表面缺陷区域和特征能够进一步确认，表面缺陷检测的基本步骤就完成了。当检测到有不合格涂胶区域时，显示器会标记出不合格区域，并提示缺陷标号，不同的标号代表不同的缺陷类型。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高精度打印式涂布机，包括：
玻璃基板升降台(1)，其用于支撑玻璃基板(A)，并能够带动玻璃基板(A)升降；
龙门架(2)，其沿玻璃基板升降台(1)的宽度方向横跨地安装在玻璃基板升降台(1)上，并能够在龙门架平移驱动机构的驱动下沿玻璃基板升降台(1)的长度方向平移；
涂布机构安装板(3)，其竖向安装在玻璃基板升降台(1)上，并能够在安装板平移驱动机构的驱动下沿玻璃基板升降台(1)的宽度方向平移；
旋转电机安装板(4)，其通过旋转电机升降驱动机构安装在涂布机构安装板(3)上，并能够在旋转电机升降驱动机构的驱动下升降；
其特征在于，还包括：
旋转电机(5)，其竖直向下地安装在旋转电机安装板(4)上，该旋转电机(5)的电机轴下端安装有打印喷头(6)，该打印喷头(6)能够在旋转电机(5)的电机轴带动下转动；
扩展安装架(7)，其旋转电机(5)的电机轴上，并能够在旋转电机(5)的电机轴带动下转动，该扩展安装架(7)上安装有围绕在打印喷头(6)周围的厚度检测***(8)、巡边检测***(9)、缺陷视觉检测***(10)和测微仪(11)。
2.根据权利要求1所述的高精度打印式涂布机，其特征在于：所述扩展安装架(7)包括横向安装在旋转电机(5)的电机轴上的中间板(7a)、分别竖向安装在中间板(7a)两侧的侧板(7b)以及分别安装在对应侧板(7b)外侧的仪器安装板(7c)，所述中间板(7a)与两块侧板(7b)合围形成U字形结构，所述旋转电机(5)的电机轴穿过中间板(7a)后连接有所述打印喷头(6)，所述厚度检测***(8)和巡边检测***(9)分别安装在其中一块仪器安装板(7c)的两侧，所述缺陷视觉检测***(10)和测微仪(11)分别安装在另外一块仪器安装板(7c)的两侧。
3.根据权利要求1所述的高精度打印式涂布机，其特征在于：所述旋转电机升降驱动机构包括升降直线模组(12)以及用于驱动升降直线模组(12)的升降电机(13)，所述升降直线模组(12)竖向固定安装在涂布机构安装板(3)上，所述旋转电机安装板(4)安装在升降直线模组(12)的滑台上。
4.根据权利要求1所述的高精度打印式涂布机，其特征在于：所述安装板平移驱动机构包括均沿玻璃基板升降台(1)的宽度方向设置在龙门架(2)上的安装板从动齿条(14)和至少一条安装板直线滑轨(22)以及通过电机支架(15)安装在涂布机构安装板(3)上的安装板驱动电机(16)，所述涂布机构安装板(3)通过安装板直线滑轨(22)与龙门架(2)滑动配合，所述安装板驱动电机(16)的电机轴上固套有与安装板从动齿条(14)啮合的安装板主动齿轮(17)。
5.根据权利要求1所述的高精度打印式涂布机，其特征在于：所述龙门架平移驱动机构包括沿玻璃基板升降台(1)的长度方向分别设置在玻璃基板升降台(1)两侧的龙门架直线滑轨(18)，所述龙门架(2)通过龙门架直线滑轨(18)与玻璃基板升降台(1)滑动配合，沿玻璃基板升降台(1)长度方向的至少一侧设置龙门架从动齿条(19)，所述龙门架(2)上安装有分别与龙门架从动齿条(19)对应的龙门架驱动电机(20)，所述龙门架驱动电机(20)的电机轴上固套有与对应龙门架从动齿条(19)啮合的龙门架主动齿轮(21)。
6.根据权利要求1所述的高精度打印式涂布机，其特征在于：所述打印喷头(6)的两侧设置有若干加热光源(6a)。
7.一种高精度打印式涂布机的控制方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
S1、将待喷涂玻璃基板(A)置于玻璃基板升降台(1)上；
S2、龙门架平移驱动机构、安装板平移驱动机构和旋转电机升降驱动机构启动，使测微仪(11)移动到设定的点位；
S3、旋转电机升降驱动机构启动，使测微仪(11)下降至与玻璃基板升降台(1)上的玻璃基板(A)接触；
S4、龙门架平移驱动机构和安装板平移驱动机构启动，使测微仪(11)对玻璃基板(A)待喷涂区域的平面度进行测量，并将测量结果传输至工控电脑，工控电脑生成玻璃基板平面度模型；
S5、工控电脑根据玻璃基板平面度模型控制龙门架平移驱动机构、安装板平移驱动机构、旋转电机升降驱动机构和旋转电机(5)，使打印喷头(6)在厚度检测***(8)、巡边检测***(9)和缺陷视觉检测***(10)的在线监测下对玻璃基板(A)的待喷涂区域进行喷涂；
S6、将喷涂完成的玻璃基板(A)转运至烘烤设备中进行烘烤；
S7、将烘烤完成的玻璃基板(A)转运至玻璃基板升降台(1)上，工控电脑控制龙门架平移驱动机构、安装板平移驱动机构和旋转电机升降驱动机构，使厚度检测***(8)和缺陷视觉检测***(10)对玻璃基板(A)的涂布厚度进行检测：若合格，则下线；若不合格，则工控电脑根据巡边检测***(9)和缺陷视觉检测***(10)的检测数据，控制龙门架平移驱动机构、安装板平移驱动机构、旋转电机升降驱动机构和旋转电机(5)，使打印喷头(6)在厚度检测***(8)、巡边检测***(9)和缺陷视觉检测***(10)的在线监测下对玻璃基板(A)的不合格区域进行二次喷涂。
8.根据权利要求7所述的高精度打印式涂布机的控制方法，其特征在于：所述步骤S5中，打印喷头(6)与玻璃基板(A)的距离控制在0.9-1mm。
9.根据权利要求7所述的高精度打印式涂布机的控制方法，其特征在于：所述测微仪(11)采用光栅式测微仪。
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