CN1680079A - 离线编程装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离线编程装置，其用于实现***干涉回避焊道以使焊接机器人与夹固焊接工件的夹具不发生干涉的作业的自动化。在显示器上配置机器人、工件、及紧固夹具，指定焊接路径。进行仿真，判定有没有与夹具发生干涉。在发生干涉的情形下，从与夹具的形状对应登录了的干涉回避焊道的库中，调用适合于钻过夹具的直线路径的数据，***本垒形状的干涉回避焊道。在干涉回避焊道的数据中，干涉回避焊道的各示教点的3维位置数据作为相对于各干涉回避焊道的基准点的增量被登录。另外，也还登录有各示教点的焊枪姿态。也可以将修正后的程序下载到机器人实际装备中，将在实际装备中的检测结果反映在上载后的离线程序中。

Description

离线编程装置

技术领域

本发明涉及在进行焊接作业的机器人的离线示教中，避免与固定焊接对象工件的紧固夹具干涉的技术。

背景技术

离线示教也被广泛应用在生成用于用焊接机器人进行焊接作业的程序(下面称为焊接程序)的场合。在焊接程序的生成中面临的一个问题是，怎样处理固定焊接对象工件的紧固夹具的存在。即，在忽略固定焊接对象工件的紧固夹具的存在而指定焊接路径，沿其所指定的焊接路径使焊接机器人进行实际移动的情况下，工具(焊枪)或机械手的一部分与紧固夹具发生干涉，这并不稀奇。作为典型的例子，如后面所述的实施方式中所示，有使用以桥形跨过所指定的焊接路径的紧固夹具的例子。

在这样的情况下，在以前的离线示教中，操作者不进行用于避免紧固夹具和机器人的干涉的路径示教。具体地说，操作者进行编程，使得示教从紧固夹具的前面到紧固夹具的后面的避免干涉的路径，而且，在用于回避的路径的起点***临时停止焊接的命令，在终点再次开始焊接。这种作业要求操作者承担很大的作业负担，也成为作业效率低下的原因。有关这样的、减轻焊接程序的离线示教中的避免与紧固夹具干涉的作业负担、提高作业效率的方法的有力技术的公开，至今并未在现有的公知文献中见到。

发明内容

因此，本发明的目的在于，解决现有技术存在的问题，减轻用于使用焊接机器人的焊接作业的离线示教中的避免与紧固夹具干涉的作业负担，提高作业效率。

本发明，通过下述方法来解决上述课题：在离线编程装置上生成焊接程序时，自动地判断在机器人进行焊接的焊接线上是否存在引起干涉的固定焊接对象工件的紧固夹具，在判断为发生干涉的情况下，调出预先所登录的干涉回避路径，自动地***、修正程序路径。

更为具体地说，本发明是一种离线编程装置，其用于生成用来由机器人对焊接对象工件进行焊接的示教程序，包括：显示单元，其显示与焊接机器人、焊接对象工件及固定该焊接对象工件的紧固夹具对应的各自的3维模型；存储单元，其将避免与所述紧固夹具干涉的干涉避免路径和与所述紧固夹具对应的3维模型附加关联后进行存储；路径指定单元，其在所述显示单元上对所述焊接对象工件的3维模型指定焊接路径；程序生成单元，其生成机器人沿着所述路径指定单元指定的焊接路径进行焊接的示教程序；干涉判定单元，其仿真由所述程序生成单元生成的示教程序，判定所述机器人是否与所述紧固夹具干涉。所述程序生成单元，当所述干涉判定单元判断出所述机器人与所述紧固夹具干涉时，根据与所述紧固夹具的3维模型被附加关联后所存储的所述干涉避免路径，可以将避免与所述紧固夹具干涉的干涉避免路径***在所述示教程序中。

所述紧固夹具的3维模型，可以与避免和各3维模型表示的夹具干涉的干涉避免路径附加对应后存储多个。

所存储的干涉避免路径，可以包含用于直线路径部分、拐角部分和圆弧路径部分中至少一个的干涉避免路径。

所述程序生成单元，在***干涉避免路径时，可以***在所述干涉避免路径上的第1位置使焊接临时停止的命令、和在所述干涉避免路径上的第2位置再次开始焊接的命令。另外，理想的是：干涉避免路径上的第1位置和第2位置的3维位置，是彼此相同的。

本发明的离线编程装置，还可以包括：尺寸变更单元，其变更紧固夹具的3维模型的尺寸；路径变更单元，其根据尺寸变更单元对紧固夹具的3维模型的尺寸的变更，变更与紧固夹具的3维模型对应的干涉避免路径。

显示单元可以删除该显示单元所显示的紧固夹具的图像。

本发明的离线编程装置，还可以包括：下载单元，其将所生成的示教程序下载到实际装备机器人中；上载单元，其从实际装备机器人上载加以修正过的示教程序；修正单元，其在判断干涉避免路径的一部分是否被包含在修正中的同时，而干涉避免路径的一部分被包含在修正中时，将修正反映在所存储的干涉避免路径中。

附图说明

本发明的上述及其它目的、特征及优点，通过参照附图说明以下的合适的实施方式，会更加清楚。

图1是表示包含本发明的一个实施方式的离线编程装置(个人计算机)的整体配置的图示；

图2a和2b分别是表示图1所示的离线编程装置(个人计算机)的外观及方块构成的图示；

图3是记述在实施方式中所实行的处理过程的概略的流程图；

图4a及图4b分别表示在实施方式中所表示的总布置图、及在相同的总布置图中指定了焊接线(没有考虑夹具)的状态的图示；

图5a、5b、5c及5d，示出了被登记在干涉避免路径库中的模型项目的例子的图示，分别示出了直线桥形/直线路径对应用的干涉避免路径、弧状桥形/直线路径对应用的干涉避免路径、直线桥形/拐角部对应用的干涉避免路径、及直线桥形/圆弧路径对应用的干涉避免路径；

图6是表示被登录在干涉避免路径库中的直线桥形/直线路径对应用的干涉避免路径(图5a)的细节的图示；

图7是表示关于如图4b所指定的焊接线、***干涉避免路径后被修正的示教路径的图示；

图8a和图8b分别是稍为详细地示出了被登录在干涉避免路径库中的直线桥形/角部对应用的干涉避免路径的图示、及稍为详细地示出了被登录在干涉避免路径库中的直线桥形/圆弧路径部对应用的干涉避免路径的图示；

图9是就其图4b所指定的焊接线，说明干涉避免路径***位置的确定方法的流程图；

图10是表示本发明的离线编程装置的基本结构图示。

具体实施方式

图10是本发明的离线编程装置的基本结构图。生成用于由机器人1进行对焊接对象工件20的焊接的示教程序的离线编程装置10，包括：显示单元13，其显示与焊接机器人1、焊接对象工件20、及固定该焊接对象工件20的紧固夹具21、22对应的各自的三维模型；存储单元15、16、17，其将避免与紧固夹具21、22干涉的干涉避免路径和与紧固夹具21、22对应的3维模型附加关联后进行存储；路径指定单元11a，其在显示单元13的显示画面上对于所述焊接对象工件20的3维模型指定焊接路径；程序生成单元11b，其沿着路径指定单元11a指定的焊接路径，生成机器人1进行焊接的示教程序；干涉判定单元11c，其仿真由程序生成单元11b生成的示教程序，判定机器人1是否与紧固夹具21、22干涉。程序生成单元11b，当干涉判定单元11c判断出机器人1与紧固夹具21、22干涉时，根据与紧固夹具21、22的3维模型被附加关联后所存储的干涉避免路径，可以在所述示教程序中***避免与紧固夹具21、22干涉的干涉避免路径。另外，在下面说明的实施方式中，路径指定单元11a、程序生成单元11b、及干涉判定单元11c，都是后述的CPU11兼任的。另外，所述的尺寸变更单元、路径变更单元、下载单元、上载单元及修正单元，CPU11也可以兼任。

下面，参照附图说明本发明的实施方式。首先，图1是表示包含本发明的一个实施方式的离线编程装置的整体配置图。在同图中，符号1是在臂的前端安装了焊枪(但是，也可以是同形状、同尺寸的示教用的模型)4的机器人(实际装备机构单元)，并与机器人控制装置2连接着。在机器人控制装置2中，还连接有示教操作盘3及个人计算机10。个人计算机10，是本实施方式中构成离线编程装置的部件。符号20是焊接对象工件(但，也可以是示教用的同形状、同尺寸的模型)，安装有紧固夹具21及22。符号23是作为焊接线而预定的线(以下，称为焊接预定线)。另外，以后，将“紧固夹具”适当地简称为“夹具”。

这里，夹具21及22具有以桥形跨过工件20的焊接预定线23所在的面上的形状。焊接预定线23以从始点P1穿过夹具21和22的大致中央部延伸至终点P2的直线路径被描绘。象从这个例子立刻会知道的那样，若从P1至P2以直线路径使机器人1移动时，可以预测：无论怎样示教焊枪的姿态(机器人的姿态)都会由夹具21及22引起干涉(实际上还未到达夹具22时就紧急停止)。因此，在计算机10上进行离线编程时，要使其不会产生在夹具21和22的干涉(详细说明后述)。

图2a和2b分别是作为离线编程装置的个人计算机10的概略图及概略的方块构成图。如图中所示，个人计算机10具有CPU11，在CPU11总线上连结有键盘/鼠标(手动输入装置)12、图形控制电路14、存储器(ROM15、RAM16及非挥发性存储器17)及通信接口18。而且，在图形控制电路14上连接有显示器(例如，液晶显示装置，CRT等)13。另外，虽然省略了图示，但根据需要，可以在与打印机等的外部设备之间装备用于进行数据交换的输入输出装置等。

在存储器中，包含由离线编程所使用的各种数据。另外，在存储器中，存储有程序、各设定值等，该程序、各设定值等，用于使图形控制电路动作，、或者例如将以3维模型所定义的各物体配置在画面上，或者将生成期间或生成过程的机器人示教程序所表示的示教路径或示教点的位置等显示在显示器上。存储器还装备有软件等，该软件，用于在画面上用鼠标拖拽所指定的示教点，由此，使同示教点移动到希望的修正位置，并存储修正后的示教位置数据。

虽然这样的构造和性能与以前的***没有特别的改变，但是在本实施方式中，除此之外，还装配有软件及各种数据，该软件及各种数据，用于CPU11等以图3的流程图所示的过程，来执行包含焊接路径的指定、动作仿真、判定干涉有无、***干涉避免路径等的处理。在该诸数据中尤其是与机器人1、焊接对象工件20、夹具21及22的各3维模型的数据一起，还包含有与夹具的形状和尺寸对应起来预先所登录的干涉避免路径的数据(以下，称为干涉避免路径库；具体例子后述)。

下面对各步骤说明概略。

步骤S1：

在显示器13(参照图2)的画面上配置机器人、机件及紧固夹具(都是基于3维模型的画像)。这里，配置成如图4a所示的样子。该配置尽可能地是在离线***上再现了图1所示的实际的焊接作业中的配置。在图4a所示的配置中，图1中所示的各实物(机器人1、焊枪4、工件20、紧固夹具21及22)分别对应于用符号40、41、30、31及32所指示的画像。另外，在配置空间(工件单元)中定义坐标系XYZ，假定+Y轴方向与图1中的焊接预定线23的方向(P1→P2的方向)对应。

步骤S2：

使用作为离线编程装置的通常的功能，是无视紧固夹具31及32的存在来生成焊接程序。这里，作为在同焊接程序中的焊接路径，假定指定图4b中所示的直线路径Q1→Q2。此处，Q1→Q2是对应图1中所示的P1→P2所指定的。另外，这时当夹具31及32的显示变成遮挡时，也可能进行不显示夹具31及32的设定(例如，以手动操作单元12的操作来设定)。

步骤S3、S4：

用在上述步骤S2中生成的焊接程序所指定的焊接路径Q1→Q2，为了验证是否与夹具31及32干涉，进行同焊接程序的仿真(S3)。当判定了在焊接路径Q1→Q2上与夹具31或32发生干涉时，进入步骤S5；当判定了未发生干涉时结束处理(S4)。另外，在判定了与夹具发生干涉时，确定该夹具(3维模型)。在本例中，是判定发生分别因夹具31及32的干涉。

另外，在检查干涉时，在工件单元的空间内，包含了机器人40及焊枪41的部分所占的3维区域根据仿真移动时，如果夹具31及32与所占的3维区域接触或重复，则判定“发生干涉”，否则，判定为“未发生干涉”。在这样的离线***上的仿真及基于此的确认有无干涉本身，由于是属于公知技术，所以省略其详细说明。

步骤S5：

在步骤S4中，对于判定为发生干涉的夹具(这里是夹具31及32)，在焊接程序中***干涉避免路径(回避焊道)。回避焊道被登录在干涉避免路径库中，图5a～5d示出了所登录的回避焊道的3维模型的项目例。即，5a～5d分别示出了直线桥形W1/直线路径对应用的干涉避免路径f1、弧桥形W2/直线路径对应用的干涉避免路径f2、直线桥形W3/拐角部对应用的干涉避免路径f3、及直线桥形W4/圆弧路径对应用的干涉避免路径f4。

从这些项目中的选择及焊接路径Q1→Q2的***位置的确定，例如可以以图9的流程图中所示的处理过程自动地进行。各步骤的要点为如下所述。

步骤T1：

根据被判定成发生干涉的夹具的种类(例如，以与在离线***上的夹具的3维模型附加的形状、尺寸类别登录码对应起来所附加的在库中的代码规定)和通过同夹具时的路径的类型，来确定调用库中的哪个项目。这里，对于与夹具31及32的各干涉，调用图5a的直线桥形/直线路径对应用的干涉避免路径。图6表示其内容。

在图6中，点A2是在以桥形跨过焊接线的部分的中央正下方所设定的基准点。关于该基准点A2用3维坐标值的增量登录点A1及A3～A8的数据。A2及A7被确定在相同的位置，回避焊道的整体是在棒球的本垒形状的焊道上加上了A1→A2和A7→A8。即，回避焊道从桥形(夹具模型)的跟前的A1(回避焊道域起始点)进入至桥形的正下方A2，然后从A2后退至斜上方的A3，从A3向上至正上方的A4，水平移动至A5。而且从A5下降至正下方的A6，然后，这次从桥形的相对侧进入正下方A7(＝A2)之后，到达A8(回避焊道域终点)。

各点A1-A8，是作为示教点***在焊接程序中的点，对于各点分别指定焊枪的姿态(＝工具前端点的姿态)a1-a8。在桥形的正下方A2及A7所指定的各焊枪的姿态，分别倾斜为避开与桥形的干涉。另外，理想的是，使在A1所指定的各焊枪的姿态与被连接在其前面的焊接线中的焊枪的姿态相同。同样，理想的是，使在A8所指定的焊枪的姿态与连接其后面的焊接线上的焊枪的姿态相同。另外，在A3-A6中的各焊枪姿态中，理想的是，分阶梯地变化以使A2处的焊枪姿态与A7处的焊枪姿态的大差别慢慢地减小。

步骤T2：

为了确定在由焊接程序所指定的焊接线Q1→Q2中***路径焊道A1-A8(但，要置换一部分)的位置，在配置中的焊接线Q1→Q2上确定“点A2的对应点Q3及Q4”。点Q3及Q4，这里是在“在Q1→Q2上，且作为夹具31及32的各正下方(桥形的宽度方向，即关于Y轴的中点)”来进行计算。

步骤T3：

将点Q3及Q4的3维位置数据付与点A2。

步骤T4：

以点A1加入到线段Q1Q3上的条件付与点A1的3维位置数据，另外，以点A8加入到线段Q3Q4上的条件付与点A8的3维位置数据。对于其它的点A2-A7，它们以加入到YZ面上的条件来付与各点的3维位置数据。由此，用于避免与夹具31干涉的焊道的***位置唯一地确定。

步骤T5：

以点A1加入到线段Q3Q4上的条件付与点A1的3维位置数据，另外，以点A8加入到线段Q4Q2上的条件付与点A8的3维位置数据。对于其它的点A2-A7，它们以加入到YZ面上的条件付与各点的3维位置数据。由此，用于避免与夹具32干涉的焊道的***位置唯一地确定。

步骤T6：

根据步骤T4及T5的计算结果，在焊接程序中的点P1P2之间加入总共16个示教点，写入3维位置数据及付随各点的焊枪姿态(在库中所指定的种类)。而且，也写入定位的比例。定位的比例，对于各***示教点，另外由专门的操作员预先指定即可。

这样一来，就生成了在夹具31及32的任意一个中也没有发生干涉的焊接路径(也包含焊枪的姿态)。若将其进行画面显示则如图7所示。在图7中，符号g1表示与夹具31的干涉回避焊道，符号g2表示与夹具32的干涉回避焊道。

将这样修正后的离线焊接程序下载到机器人实际装备(机器人控制装置2：参照图1)中，也可以在实际装备1中以低速进行试行的再现运转。因此，如果有不合适，也可以上载将其反映在离线程序中。例如，点A2＝A7时，在被判断出有几乎要干涉的危险(例如没有焊接时的热变形部分的余裕)的情况下，也可以使用手动操作单元12(参照图2)修正库数据后，重新进行避免路径的***。作为库数据的修正例子，考虑将图6中的点A2及A7分别置换成点B2及B7的修正。在***了修正后的避免路径的情况下，在桥形的正下方附近会产生未焊接的部分，但多数情况下有极小的一部分也是容许的。另外，在不容许的情况下，也可以重新制作夹具等。这种情况下，若据此修正回避焊道的库数据中的夹具模型数据，就能够***与改造后的夹具相匹配的干涉避免路径。

另外，关于干涉回避焊道中的焊接停止、再次开始和焊接条件(焊接电压、焊接电流、焊丝给送速度、焊接速度、焊口处理时间等)，事先可以任意设定。例如，也可以在点A2为“电弧断开”，在点A7为“电弧接通”。即，可以示教这样的动作：在点A2断开电弧，从点A2至点A7在电弧断开状态的移动之后，在3维空间内与点A2位置相同的点A7处，再次接通电弧。这种情形下，在夹具31及32的各点A2及A7的对应点上指定位置确定度为“100％”(即一定要通过点A2及A7)，对于其它的点A1、A3-A6及A8，例如惯例是使位置确定比例为0％(不减速地移到下一个动作；即不是严格地通过)。

另外，对于指令速度来说，理想的是，在A1→A2及A7→A8中与由***前的程序所指定的速度相同。在A2→A3-A4→A5→A6→A7中，指定尽可能大的速度(例如最高速度)，可以谋求作业的高效率。

另外，也可以设定下面的条件、来判断对于***后的程序是否需要当然的焊道变更。

(1)整条焊接线最低限是百分之多少需要焊接？例如，在紧固夹具桥形的下面的部分等中。其目标是，在变更焊枪姿态之前，弄清是否有必要进行焊接。如果不能明确该条件，则有必要研究紧固夹具的改造等。

(2)焊枪的姿态(相对于焊接路径的前进角、瞄准角)的变动角度范围的限制条件。如果违反这个条件，就必须要修正库数据中的焊枪姿态等。

(3)在干涉避免后，直到返回到避免前的焊枪姿态的时间或距离的条件。如果违反这个条件，就必须要修正库数据中的避免路径。

而且，即使配置了紧固夹具的程序路径是拐角或圆弧、曲线的情况下，如果使回避焊道以与其路径对应的形态与各夹具形状类型对应登录在了库中，可以进行与上述例子一样的干涉避免路径***。

作为一个例子，图8a示出了登录在干涉避免路径库中的直线桥形/拐角部对应用的干涉避免路径，图8b示出了登录在干涉避免路径库中的直线桥形/圆弧路径部对应用的干涉避免路径。这里省略了焊枪姿态的描画，但以与图5a～5d相同的形态，为不发生干涉且没有突变区间焊枪姿态付随于各点C1-C8、D1-D8(作为示教点而被***的点)而被登记。在两个例子中，点C2及D2是相当于点A2(参照图6)的基准点。另外，点C2～C7、D2～D7的区间，与所述的A2～A7相同，两者都具有在上方跨过各桥形的的本垒形状。

因此，在拐角部发生干涉时，使点C2＝C7与由***前的程序所指定的路径中的拐角点Q5一致，点C 1及C8，***回避焊道以使以与所述点A1和A8同样的对应关系加入***前的直线路径即可。由于为此的计算也与所述的例子相同，所以省略详细说明。

对于圆弧路径发生干涉时也是一样。即，使点D2＝D7与由***前的程序所指定的路径中的圆弧路径(这里是进行90度方向的旋转的圆弧路径)的中点Q6一致。点D1及D8，***回避焊道以使与***前的圆弧路径的起点、终点一致即可。由于为此的计算与前面所述的例子一样简单，所以省略详细说明。

以前，是操作者进行用来避免与紧固夹具干涉的动作示教，但如果使用本发明的这种离线编程装置，通过在离线***上进行与紧固夹具有无干涉的确认，以及干涉情况下的避免动作的追加，就可以用比在离线编程中以前所用的时间更短的时间生成离线程序。

即，通过本发明的离线编程装置，操作者在生成使机器人进行焊接的程序时，操作者若能够直接进行再现运转，在与紧固夹具发生干涉的情况下，避免同干涉的路径，操作者即使不个别地进行示教，也可以自动地***到程序中，所以显著地减轻了操作者的作业负担，提高了作业效率。

虽然参照用于说明所选定的特定的实施方式对本发明进行了说明，但是，显然，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的基本概念及范围的情况下，可以进行多种变更。

Claims (10)

1.一种离线编程装置，其用来生成用于由机器人(1)进行对焊接对象工件(20)的焊接的示教程序，其特征在于，

包括：

显示单元(13)，其显示与焊接机器人(1)、焊接对象工件(20)、及固定该焊接对象工件(20)的紧固夹具(21、22)对应的各自的3维模型；

存储单元(15、16、17)，其将避免与所述紧固夹具(21、22)干涉的干涉避免路径与所述紧固夹具(21、22)对应的3维模型附加关联后进行存储；

路径指定单元(11a)，其在所述显示单元(13)上对于所述焊接对象工件(20)的3维模型指定焊接路径；

程序生成单元(11b)，其生成沿着所述路径指定单元(11a)指定的焊接路径机器人(1)进行焊接的示教程序；和

干涉判定单元(11c)，其仿真由所述程序生成单元(11b)生成生成的示教程序，并判定所述机器人(1)是否与所述紧固夹具(21、22)干涉；

所述程序生成单元(11b)，当所述干涉判定单元(11c)判断出所述机器人(1)与所述紧固夹具(21、22)干涉时，且生成根据与所述紧固夹具(21、22)的3维模型附加关联后所存储的所述干涉避免路径，能够将避免与所述紧固夹具(21、22)的干涉的干涉避免路径***到所述示教程序中。

2.根据权利要求1所述的离线编程装置，其特征在于，所述紧固夹具(21、22)的3维模型，和避免与各3维模型表示的夹具的干涉的干涉避免路径附加对应后进行多次存储。

3.根据权利要求1所述的离线编程装置，其特征在于，所存储的所述干涉避免路径，包含直线路径部分用的干涉避免路径。

4.根据权利要求1所述的离线编程装置，其特征在于，所存储的所述干涉避免路径，包含拐角部分用的干涉避免路径。

5.根据权利要求1所述的离线编程装置，其特征在于，所存储的所述干涉避免路径，包含圆弧路径部分用的干涉避免路径。

6.根据权利要求1所述的离线编程装置，其特征在于，所述程序生成生成单元(11b)，在***所述干涉避免路径时，能够***在所述干涉避免路径上的第1位置使焊接临时停止的命令、和在所述干涉避免路径上的第2位置再次开始焊接的命令。

7.根据权利要求6所述的离线编程装置，其特征在于，所述干涉避免路径上的所述第1位置和所述第2位置的3维位置是相同的。

8.根据权利要求1所述的离线编程装置，其特征在于，还包括：

尺寸变更单元(11)，其变更所述紧固夹具(21、22)的3维模型的尺寸；和

路径变更单元(11)，其根据所述尺寸变更单元(11)对所述紧固夹具(21、22)的3维模型的尺寸的变更，变更与所述紧固夹具(21、22)的3维模型对应的干涉避免路径。

9.根据权利要求1所述的离线编程装置，其特征在于，所述显示单元(13)，能够删除该显示单元(13)所显示的所述紧固夹具(21、22)的图像。

10.根据权利要求1～9之一所述的离线编程装置，其特征在于，还包括：

下载单元(11)，其将所述生成的示教程序下载到实际装备机器人中；

上载单元(11)，其上载由实际装备机器人加以修正过的示教程序；

修正单元(11)，判断所述干涉避免路径的部分是否包含在所述修正中，且在所述干涉避免路径的部分包含在所述修正中时，使所存储的所述干涉避免路径反映所述修正。

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