CN1957247A - 用于生成照射条带的光学*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学***,用于在材料表面上生成照射条带,其中照射装置设置在距离材料的表面一距离处,所述照射装置具有多个光源,其中照射装置用其辐射光线的光源在与对应于照射装置相对移动的材料的表面上生成照射条带,其中照射装置具有将光源辐射的光线聚焦成照射条带的反光镜和在其面向材料的表面的出射侧具有一个散射体,其中照射装置具有至少一个反射模件,其中光源将光线馈送给反射模件,其中反射模件在唯一的构件上形成散射体和反光镜。
Description
本发明涉及一种根据权利要求1、8或98的前序部分所述的用于生成照射条带的光学***。
所述的光学***主要用于对机器加工的材料,例如对有价证券印刷时加工的承印材料进行摄像,进行工业图像处理,其中光学***应用于印刷机,优选应用于轮转印刷机,特别是应用于采用胶印印刷方法或采用凹版印刷方法或采用丝网印刷方法或采用热压方法的印刷机。除了可以设置在印刷机上,光学***也可以设置在对印刷产品继续加工的机器中,或设置在印刷机中的同时,还可以设置在对印刷产品继续加工的机器上。可以采用或不采用对材料预先确定的特征,针对实现移动的材料的至少截取的图像,优选完全的图像显示进行摄像,以便对材料就预先在机器中实施的加工的步骤的质量进行判定。这种光学***例如用于工业检测***并构成在线检测***的组成部分。
在DE3527300C2中披露了一种图像读出装置,其中设置有一个具有多组光源的照明装置,其中光源组辐射光线,生成照射条带,其中控制装置对光源组进行脉冲控制,其中成行设置的光电传感器对被材料表面反射的光线进行采集,其中光电传感器是一个行摄像机,其中为光源组配属有被控制装置控制的电源,其中光源的接通时间与行摄像机的曝光时间长度同步。
在DE4102122A1中披露了一种用于印刷业检查带状透光的材料的方法,特别是检查纸带的方法,其中例如用发光二极管或激光二极管实现的闪光灯对纸带透射,其中透射过纸带的光线投射在摄像机的CCD-矩阵上,生成视频信号,其中由照射装置向纸带出射的光线穿过一个磨砂玻璃—漫射片。
在DE4321177A1中披露了一种印刷机,所述印刷机具有用于检测在印刷机中加工的印刷产品的图像检查装置,其中设置有用于将印刷产品的图像数据输送给计算单元的图像采集装置,其中图像采集装置由一个测量模件或多个分别对一个确定的印刷产品的图像范围进行扫描的测量模件和由至少一个配属的提供电形式的图像数据的和优选与测量模件空间分隔开的接收装置构成,其中测量模件和至少一个接收装置利用至少一个图像导线相互连接,其中对图像采集装置配属有一个由精密卤素灯构成的照射装置,其中一风管的开口面向印刷产品,在鼓风加载时将印刷产品保持在与照射装置的一定距离处和同时用鼓风对照射装置进行冷却。
在DE10061070A1中披露了一种用于检查表面的光学检测装置的照明装置,其中多个优选长度相同相互电连接的支座基片分别具有多行发光二极管,所述基片可线性地***一共同的与用恒定的光辐射被扫描的表面相符的长型的刚性的安装型件上,其中在支座基片与安装型件之间通过机械连接实现热耦合,用于对发光二极管及其电子控制装置进行冷却。
在DE20213431U1中披露了一种对印刷品进行质量检查的装置,所述装置同样构成设置在印刷机中的在线图像检查***,其中采用作为发光管的照明装置和一作为行摄像机的摄像装置。
在DE20303574U1中披露一种用于印刷机,特别是单张胶印印刷机的在线图像检查***,其中一作为荧光灯的照明装置设置在对输送承印材料的压印滚筒附近的踏板下面和一作为行摄像机的图像摄录装置设置在一与照射装置相比更大的与压印滚筒的间距处,配属给印刷机的最后的印刷装置。
在EP0762174A2中披露了一种装置,用于对片状物,例如纸币或有价证券进行线状照射,其中圆柱状的反光镜具有两个反光件,其中反光段构成椭圆的具有两个聚焦线的基面,其中选择的反光段的宽度大于或等于片状物的宽度,其中在第一聚焦线上设置被输送装置垂直向该聚焦线输送的片状物和在第二聚焦线上设置冷光源,例如一列发光二极管(LED),其中CCD-阵列或单独或分组设置的发光二极管对片状物反射的光线进行采集并转换成信号,以便对加工设备中进行处理。
在US4972093中披露了一种检查***,其中移动的样品被脉冲控制的发光二极管装置以20毫秒至200毫秒长的闪光加载和面积摄像机对整个样品的图像进行摄取。
在US5936353中披露了一种光学***,所述光学***用于生成在与图像相对移动的材料的表面上的照射的图像,其中照射装置具有多个电气串联的光源,用于辐射光线,生成图像,其中采集装置具有至少一个检测器,所述采集装置对被材料的表面反射的光线进行采集,其中光源设置在基片上,其中基片设置在支座上,其中支座在其内部具有至少一个通道,其中用于对光源进行冷却的液体或气体的冷却介质对通道进行穿流。
在JP1-255371A中披露了一种用恒流电源对构成行状的照射装置的发光二极管进行驱动的装置,其中发光二极管的激励电路通过一个扫描控制电路和一个复接器与行摄像机连接,从而相互有效连接的照射装置的发光二极管和行摄像机的光电传感器被分别同步。
本发明的目的在于提出一种用于生成照射条带的光学***,其中在一与焦点无关的设置中用均匀的高的照射强度对照射条带加载,其中对照射装置的长度以简单的方式根据需要进行适配调整。
根据本发明采用权利要求1、8或98的特征实现所述目的。
本发明的优点尤其在于,由于采用其内对功能集成的反射模件,照射装置的结构特别紧凑,因此可以毫无问题地安装在印刷机中或对印刷品进行进一步加工的机器中。尽管照射装置结构紧凑,但仍能实现对照射条带强光的和无阴影的照射,这是因为反射模件形成从光源辐射的光线的光程,对辐射的光线均匀化并对光线聚焦,以便有针对性地形成窄的光带。对反射模件的应用还形成在纵向上便于对标度调整的照射装置,从而使照射装置与材料的必要的格式宽度适配。
另一优点在于,在材料的表面上生成照射条带,所述材料不必为实现具有充分的照射强度的照射条带,设置在直接的或被偏转的由光源辐射的光线的光路的焦点内。相对于光学***照射条带的独立于焦点的设置的优点在于,可以不必保持照射条带与照射装置之间的间距精确的尺寸精度。推荐的光学***因此对应于照射的材料具有间距容差。另外光学***的构件由于受到污染,例如灰尘和磨损其功能将受到不利的影响,在光学***的构件与材料之间最好对应于移动材料的输送装置设置有充分的间距,所述间距使光学***和材料在印刷机的给定的工作的条件下持续和可靠的不相互接触,和光学***优选设置在由移动的材料扬起的污染颗粒的作用范围之外。
一个被照射装置照射的照射条带具有在材料的表面垂直于其长度延伸的宽度,即两维的平的图像,所述的照射条带与聚焦在焦点上的线状的,即仅单维的照射的图像相比,其优点在于,被照射的图像对至少部分反射的材料的表面在一反射角的情况下设置的用于采集从材料表面反射的光线的采集装置甚至在材料表面具有凸纹结构的情况下也可以可靠地呈现为一虚拟的成行状的照射装置,这是因为基于照射条带的宽度保证了对材料表面存在的照射装置的照射角的横截面(其中采集装置将对反射的光线进行采集的)至少覆盖一部分在照射条带的宽度上延伸的被照射装置辐射的光束的截面。在对材料仅线状照射的装置中存在的危险是,位于采集装置的采集角外的凸纹状的材料表面对聚焦的光束进行反射,因而不会被采集到。与上述相反,推荐的光学***可以良好地适用于对具有漫射反射的表面的材料的摄取。甚至在材料具有凸纹的表面也几乎不会出现阴影效应。
在推荐的光学***中,其照射装置优选被设计成模件,即独立的功能单元,其优点在于,对行状的照射装置的行长不必进行昂贵的特殊加工,通过对预先制成优选功能相同的模件根据需要的数量的简单的并列排列实现与被照射的材料的宽度或至少与照射条带的长度的适配。同样也可以有选择地有针对性地仅对那些用于照射有待照射的材料的宽度或至少照射条带的长度所需的模件进行激活,此点有益于光学***的结构设计和工作的经济性。
每个模件采用多个光源的优点在于,在实践中不可避免的被光源辐射的光线的,例如光线的波长的区别将通过对相邻的光源的光束的混合被均衡并同时对由照射装置辐射的所有光线的光学特性进行均衡。在每个模件内优选设置有多组光源时,其中配属给各组的光源的光学特性不同,例如由每组的光源辐射的光线的颜色不同,则可以根据需要,例如根据光线的颜色对各个光源组进行选择和驱动。
推荐的光学***的优点在于,用具有均匀的充分高的照射强度对必要时的长度例如超过1米的照射条带通过一均匀的满足要求的光线的分布进行加载,通过模件化的不易受到干扰的结构可以简单地与印刷机的相应的特性适配。由于被照射的材料并不设置在照射装置的焦点上,因而不必对光源与材料表面的垂直间距进行精确的定向,也不必在光学***连续应用时对间距进行监视,因此便于在工业企业中现场对光学***的操作。
另一优点在于,对移动的材料的表面不受移动的材料的速度的影响始终用相同的光量进行照射,从而实现恒定的摄像亮度和避免了无效的摄像。而且光源的接通时间始终构成行摄像机的曝光时间长度的分量,从而对光源的接通时间长度和行摄像机的曝光时间长度的时间关系保证了一个固定的相关性。数字行摄像机通常具有一个电子快门,所述数字快门在行摄像机的曝光时间长度结束时发出一个读出脉冲,所述读出脉冲用于读出由行摄像机的检测器基于被移动的材料的表面反射的光线积累的电荷。由于本发明的电源的接通时间长度与行摄像机的曝光时间长度的相关性,因而可以避免对电荷敏感的行摄像机的检测器的所谓的溢出。确切地说,至少在移动的材料的速度的很大的范围上有益地实现障层并因此实现行摄像机的在材料的移动方向上先后设置的摄像机的明确的分隔。
下面将对照附图中所示的本发明的实施例加以进一步说明。
图中示出:
图1为具有照射条带的移动材料的表面的俯视图;
图2为光学***的示意图;
图3示出照射装置的单一的光源;
图4为在一共同的基片上的光源的成行的设置;
图5示出具有第一反光镜的光束;
图6示出光束,其中具有沿照射条带的长度的第一反光镜;
图7示出采用第二反光镜对光束从光源的中心范围的偏转;
图8示出采用第二反光镜对光束从光源的中心范围的偏转,其中沿照射条带的长度的光线聚焦的强度大于沿其宽度聚焦的强度;
图9示出用凸透镜对来自中心范围的光线的聚焦;
图10示出用凸透镜对来自中心范围的光线的聚焦,其中沿照射条带的长度的光线聚焦的强度大于沿其宽度聚焦的强度;
图11示出用设置在前面的散射体实现两个相邻的光源的光线的至少部分的重叠;
图12光学***的侧视图;
图13示出设置在一个被冷却介质穿流的支座上的安装有光源的基片;
图14示出被冷却介质相互反向穿流的支座;
图15示出用两个帕尔帖元件进行冷却的支座;
图16为行摄像机和光源的时间特性曲线;
图17为反射模件的立体图。
例如在印刷机中,优选在轮转印刷机中,特别是在采用胶印印刷工艺的印刷机中,一在图1中所示的材料03的表面在用箭头示出的移动方向04上移动。通过一例如设置在印刷机上例如在图中未示出的输送装置实现移动,其中在下面还将详细说明的光学***工作时材料03优选仅在唯一一个移动方向04上移动,确切地说线性移动。被移动的材料03的速度是相同的或是可改变的。
材料03优选是平面的和扁平的,例如是单张纸03或是材料带03。材料03特别是由纸张构成的承印材料03,例如是有价证券03或纸币。材料03的表面02具有凸纹或通常突出于表面02的或作为下凹压入表面的结构,其中凸纹或结构的高度或深度与材料03的宽度B03相比非常小。至少一部分材料03的表面02例如通过附着反光的材料,例如漆或薄膜,通过嵌入窗线或在材料03上的另一种优选金属涂布形成反光结构。
图2中仅示意示出的照明装置06在材料03的表面02上生成优选作为照射条带01的照射的图像01,所述照射条带具有长度L01和宽度B01(图1),其中宽度B01在材料03的表面02上垂直于长度L01延伸。照射条带01的宽度B01优选在材料03的移动方向04上定向,而照射条带01的长度L01优选平行于材料03的宽度B03定向和在材料03的部分宽度B03或在其整个宽度B03上延伸。照射条带01的宽度B01例如为3mm,优选为8mm。材料03的移动方向04因此优选至少基本平行于照射条带01的宽度B01定向,其中材料03的移动方向04在被照射条带01的长度L01和宽度B01展开的平面内。材料03优选至少在照射条带01的范围内不被拱形弯曲。
照射装置06具有多个成行并列设置的光源07,从而使整个照射装置06成行状结构。照射装置06的成行设置的光源07优选平行于照射条带01的长度L01设置。光源07与材料03的表面02分别具有一个间距A07,其中所述间距A07优选在30mm至200mm之间,特别是在70mm至140mm之间。光源07的间距A07优选分别垂直于材料03的表面02。照射装置06的所有光源07优选结构相同,例如作为浅色的强光的发光二极管07或激光二极管07。在照明装置06内也可以设置多组分别具有多个成行并列设置的光源07,其中各组光源07的光学特性,例如由各组光源辐射的光线的波长不同。例如一组光源07辐射白色的光线,而另一组光源07辐射单色的光线。一个与照射装置06连接的控制装置23可以根据需要,例如根据材料03表面02的特性根据光线的颜色对各个光源07或光源07组进行选择和分别单独地以及相互独立地进行驱动,即有选择地激活。因此控制装置23可以对一组光源07独立于至少另一组光源07对其亮度和/或发光时间长度进行控制。而且还可以有选择地对单独的光源07或有选择地对光源07组进行激活,可以改变光源07生成的照明条带01的长度,以便以简单的方式使照明条带01的长度L01与例如有待照射的材料03的宽度B03适配。而且还可以在照明装置06的纵向上的材料03的表面仅照射选出的范围,其中照射的范围在照射装置06的纵向上被未被照射的或例如被其它颜色的光线照射的范围中断。其中照射条带01通常优选位于光源07辐射的光线的直接的或被偏转的光程内的焦点外面。
照射装置06例如由多个行状的并列排列的模件M61-M65(图12)构成,所述模件分别具有多个行状并列设置的光源07,其中两个相邻的模件M61-M65之间的接缝26优选倾斜于照射条带01的长度L01设置。照射装置06的各个模件M61-M65的功能例如是相同的。例如一个与被照射的材料03的宽度B03相符的由多个并列排列的模件M61-M65组成的照射装置06的行的长度可以通过接通有关模件M61-M65的行状设置的光源07被激活。而且各个选出的模件M61-M65的光源07独立于其它模件M61-M65的光源07被激活。
图3的两维图中示出照射装置06的单独的一个光源07。所述光源07将光线辐射到立体角ω内,其中立体角ω是一个对球截取的面AK,即展开的直至半球大小的球面AK。
图4举例示出四个在图3中所示的光源07,所述光源成行状并列设置在一共同的基片21上。优选属于相应的光源07的电源22设置在同一基片21上。电源22优选是一个恒流电源22,特别是一个可控的恒流电源22。
光学***优选是设置在印刷机或对印刷产品继续加工的机器内或上的检查***的组成部分并用于对印刷机生产的印刷品的质量进行判定,除了如图2所示的照射装置06外,至少还有一个采集装置08也属于所述的光学***,所述采集装置08具有至少一个与材料03的表面02相距一个间隔A09设置的检测器09,其中检测器09对被材料03的表面02反射的光线进行采集。采集装置06例如是一个摄像机08,优选是一个行摄像机08,特别是彩色行摄像机08。而且采集装置08优选具有多个成行并列设置的检测器,其中成行设置的检测器09优选平行于照射装置01的长度和/或平行于材料03的宽度B03设置。在成行设置的检测器09的行之间存在的间隔优选与材料03的移动方向04具有相同的定向,即在材料03的移动方向04上前后顺序设置的检测器09行优选垂直于材料03的移动方向04设置。采集装置08的检测器09例如可以是CCD-阵列09或是一组光电二极管09。采集装置08的检测器09将采集的反射的光线转换成电信号并将电信号输送给一个与采集装置08连接的图像处理装置24,进行评价。
如图5所示,在光学***中具有至少一个沿照射条带01的长度L01和/或沿照射条带01的宽度B01定向的作用面12的第一反光镜11与照射装置06的光源07配合,其中第一反光镜11的作用面12将从至少一个照射装置06的光源07辐射入立体角ω的光线限定在第一包面AH1上,所述第一包面AH1小于属于立体角ω的球面AK。第一反光镜11的作用面12可以是平的或下凹的。其中照射装置01至少一沿长度L01定向的第一反光镜11的作用面将照射装置06的一个光源07辐射到立体角ω内的光线较强地限定在第二包面AH2上,所述第二包面小于该第一反光镜11的至少一个沿照射装置01的宽度B01定向的作用面12,如图6对照如图5的光束所示。优选照射装置06的至少一个光源07具有第一反光镜11,所述第一反光镜具有至少两个对应于被光源07辐射的中心线13对称的作用面12。
如图7和8所示,例如设置有第二反光镜16,用于将来自照射装置06的至少一个光源07在环围中心线13的中心范围14辐射的射线进行偏转,其中其对环围至少一个在中心线13的光路环围的中心范围14内的作用面17设置在由光源07辐射的光线的立体角ω内,其中第二反光镜16的作用面17将至少照射装置06的光源07辐射的光线偏转向第一反光镜11的沿照射条带01的长度L01和/或宽度B01定向的作用面12上。其中光源07辐射的光线优选沿照射条带01的长度L01的聚焦强度大于沿其宽度B01的聚焦强度。且第二反光镜16的作用面17可以是平的或下凹的。在图7至10中分别用带有箭头的实线示出配属给中心范围14的由相应的光源07辐射的光线,与此相反用带有箭头的虚线示出由光源07在其相应的立体角ω内向周边辐射的光线。
另外,与对由照射装置06的至少一个光源07在环围中心光线13的中心范围14内辐射的光线进行偏转相同,也可以如图9和10所示在环围中心光线13的光路的中心范围14在由照射装置06的至少一个光源07辐射的光线的立体角ω内设置有至少一个透镜18,特别是双凸透镜18,其中在光源07与透镜18的中心之间存在一个间距A18,其中所述间距A18优选小于光源07与材料03的表面02之间的间距A07一半。其中透镜18是旋转对称的,以便由光源07辐射的光线优选沿照射条带01的长度L01聚焦的强度大于沿其宽度B01聚焦的强度。
如图11所示,照射装置06的光源07的优选设置应使照射装置06的至少两个相邻的光源07辐射的光线的相应的立体角ω或至少包面AH1;AH2至少在一个对照射条带01照射的分范围19内相互重叠。特别是当参与的相邻的光源07设置在两个相邻的模件M61-M65内时,将存在这种重叠。而且在图11还示出,在照射装置06的每个单独的光源07上至少沿照射装置01的宽度B01分别设有至少一个第一反光镜11,所述第一反光镜具有至少一个作用面12,优选具有两个相互对称的作用面12。
另外照射装置06在面向材料03的表面02的一侧,即在在照射装置06的出射侧具有一个散射体38,即对光线进行分散的体,例如一个圆柱镜或一个棱柱膜,其中散射体38将光源07向材料03的表面02辐射的光线优选仅沿照射条带01的长度L01分布或至少绝大部分沿照射条带01的长度L01分布。根据一优选实施方式,散射体38和照射装置06的至少一个反光镜11;16在唯一一个被称作反射模件39的构件内形成,其中优选一组例如5至10个成行并列设置的光源07将其光线分别辐射入沿该光源07行设置的反射模件39内。为此光源07设置在与光线出射面正相对的反射模件39的面上或此处甚至嵌入反射模件39内。反射模件39是一个例如由优选透明的塑料采用注塑工艺制成的构件。反射模件39因此优选特别是一个实心的型件,其中在所述型件上共同形成散射体38和和至少一个反射镜11;16,确切地说,在型件上没有将散射体38与至少一个反射镜11;16分隔开的与光学相关的界面。图17举例以立体图示出反射模件39,所述反射模件具有优选在光线出射面上集合在一体的散射体38,其中散射体38在反射模件39的出射面上例如为沟槽结构,即例如在型件上成型。优选用在照射装置06的纵向上延伸的下凹构成反射模件39,其中下凹将反射模件39的光线出射面分成两个优选相同宽度的分范围,其中反射模件39的光线出射面的至少一个分范围,优选每个分范围本身构成透镜,特别是凸透镜。反射模件39的光线出射面的至少一个分范围,优选每个分范围对在反射模件39的光线出射面上出射的光线流在在材料03的表面02上形成的照射条带01的方向上聚焦。反射模件39优选由多个并列排列的段构成,其中每个段形成由一个光源07馈送给反射模件39的光路。反射模件39优选安装在对光源07进行支撑的基片21上或安装在例如具有在反射模件39上形成的安装件41的支座27上。优选分别至少一个反射模件39与每个沿照射条带01的宽度B01设置的模件M61至M65配合。
同样照射装置06的散射体38就对光源07辐射的光线的分布形成和均匀化其作用与反光镜11;16和/或透镜18的设置相同。散射体38特别用于实现对甚至在具有微结构的材料03的表面上的漫射的无阴影的照射,其中尽管光源07分别对材料03的表面02具有间隔A07但照射条带01仍可以同时形成非常亮的照射带。反光镜11;16和/或透镜18以及特别是散射体38的设置用于使光线可以从照射装置06以均匀的光线分布出射和因此即使在材料03的反射的表面02,例如在反射的漆、冷***、窗线、贴片等上也不会使照射装置06的内部结构,即其各个光源07的设置成像,所以即使在相应的反射角的情况下进行观察也是看不见的。
图12示出光学***,其中从一个垂直于材料03的移动方向04的平面进行观察。照射装置06和对材料03的表面02照射的照射条带01相互间隔A07平行设置,但照射装置06的延伸,即其长度B06可以大于照射装置01的长度L01或大于材料03的宽度B03。照射装置06被分成多个模件M61-M65,即在本例中被分成五个成行并列设置的模件M61-M65,其中在每个模件M61-M65中设置的光源07分别将光线辐射到照射条带01上。由照射条带01反射的光线被距材料03的表面02的间距A09处设置的采集装置08的检测器09在沿照射条带01的长度L01展开的立体采集角α内进行采集,其中采集角α在本例中的大小应使检测器可以对被照射条带01在照射条带01的整个长度L01反射的光线进行采集。采集角α在材料03的表面02形成一个横截面,从而采集角α至少采集一部分被照射装置06辐射的光束的在照射条带01的宽度B01上延伸的横截面。被采集角α覆盖的横截面优选至少其大小与在材料03的表面02上被照射条带01的长度L01和宽度B01展开的面积相等。在材料03的移动方向04上照射装置06和采集装置08优选相互间隔设置,从而被照射装置06的光源07向材料03的表面02辐射的光线被材料03的表面02根据“入射角等于反射角”定律向采集装置08的检测器09反射。基于入射角预期的反射角根据材料03的表面02的特性,特别是根据其结构,特别是根据微结构将偏离上述的与完全反射的面的理想条件。
由采集装置08对被照射条带01反射的光线摄取的图像的质量主要取决于照射装置06的光源07必须辐射恒定的光强度的光线。由于从光源07辐射的光线的光强度的变化导致在采集装置08内就输送给图像处理装置24的信号导致与被照射的材料03的表面02的特性的变化相同的结果,从而在图像处理装置24内可以对信号变化的原因不加区分。在此情况下由于在图像处理装置24中进行的图像评价不能得出关于被照射的材料03的表面的特性可信的结论。
一种辅助措施是将被照射装置06的光源辐射的光线的光线强度保持恒定。在照射装置06中采用的光源07优选是强光的发光二极管07或激光二极管07,其光强度与温度有关。在下面将对为了实现恒定的光强度在支座21上设置的光源07进行恒温的措施加以说明。所推荐的方案的优点在于光源的热负荷直接在产生位置被导出,从而可以实现很短的调整时间。
光源07优选设置在还安装有其它的电子器件的和具有电路的基片21上。发光二极管07或激光二极管07的半导体优选直接与基片21接触,所述基片例如是MCPCB(金属芯印刷电路板)或是具有由铝构成的芯的基片21,和在其对发光二极管07或激光二极管07进行支撑的安装面32上为形成尽可能小的热阻,在其导热的基板上仅具有一个非常薄的涂层。
图13示出一种基片21,所述基片21具有多个成行设置的光源07,其中所述基片21本身设置在一支座27上,其中支座27优选在成行设置的光源07的下面的支座内部至少具有一个通道28,液体或气体冷却介质,例如水或空气对所述通道进行穿流。优选在支座27的端侧具有与前向流连接的开口29和与回流连接的开口31,其中冷却介质对支座27例如直线穿流。图14示出一种支座27,冷却介质在两个相反的方向穿流所述支座,从而在支座27上沿成行设置的光源07上实现均衡的温度图形。为此通道在支座27的一端上换向180°。
一在图中未示出的调整装置用于将在前向流的冷却介质的温度和穿流通道28的流量保持恒定。另外调整装置也可以将在前向流的冷却介质的温度与回流的冷却介质的温度之间的差保持恒定。因此冷却介质的绝对温度并不重要,重要的是不得超过由参与的材料的热阻得出的光源07的最大容许温度,由调整装置通过对温度的监视和基于对温度的监视做出的调整干预避免此点的发生。如果没有对温度和流量可调整的冷却介质供使用,也可以通过外部的与基片21连接的冷却器(图中未示出)实现对光源07的冷却。
图15中示出采用流动的冷却介质的另一方案。安装有光源07的基片21设置在支座27上,其中支座27本身设置在至少一个帕尔帖器件33上,但优选设置在多个帕尔帖器件33上,其中帕尔帖器件33分别与一与支座27隔热的冷却体34连接。为实现通过图中未示出的电子调整装置对至少一个帕尔帖器件33进行调整,直接在支座27上通过一设置在支座上的温度传感器36进行必要的温度测量。当环境温度出现变化时,仅冷却体34的温度发生变化,而不是设置在基片21上的光源07的温度发生变化。电子调整装置可以集成在与照射装置06连接的控制装置23上。
由于在印刷机上或在一对印刷品继续加工的机械上的移动的材料03以每秒几米的速度移动,例如以3米/秒或大于3米/秒的速度移动,其中例如在一单张纸印刷机中每小时将印刷15000个或多于15000个的印帖03和所述印帖穿过印刷机被输送,所以光学***的设计应能实现对移动材料03的有效的摄像。其中要注意的是,在作为行摄像机08的采集装置08中根据移动材料03的速度被移动的材料03的表面反射的光线的采集量将发生变化。因此摄像的亮度也发生变化。在速度变化很大时,例如在所述机器中通常会出现此情况,所摄取的图像将不能被利用。
替代例如采用行摄像机08的采集装置的摄像,采用编译码器与移动的材料03的速度同步,建议照射装置06的各个光源07或一组光源07的接通时间t3与行摄像机08的触发,即曝光时间t1同步,其中照射装置优选被一由控制装置23控制的电源22,特别是恒流源驱动,从而移动的材料03的表面02与移动的材料03的速度无关始终被相同的光亮度照射。因此可以实现在很宽的移动的材料03的速度范围内被采集装置08,例如行摄像机08摄取的图像的相同的亮度,这是因为控制装置23将照射装置06的各个光源07或一组光源07的接通时间t3始终保持在小于行摄像机08的曝光时间t1的缘故。
如上所述,优选在曝光装置06中设置有多组光源07,优选分别有至少一个电源22,特别是恒流源22与所述光源配合。光源07的接通时间t3通过与照射装置06连接的控制装置23,例如分组地相互独立地被相应的电源22驱动,从而可以在照射装置06的优选成行设置的光源07的长度上对光量度图形进行调整。优选沿照射条带01的长度L01进行的光量度图形的调整的优点是,可以通过一图中未示出的采集装置08,例如行摄像机08的光学装置对传输损耗进行补偿。
另外一例如与控制装置23连接的光传感器37可以对照射装置06的光源07的辐射的光量度进行测量,以便根据光传感器37的测量信号将通过控制装置23被电源22驱动的光源07的接通时间与例如光源07的衰减特性进行适配调整,并采用对光源07的驱动,例如对因老化导致的光量度的减少加以补偿。而且控制装置23还可以将光源07的接通时间t3例如与被照射的材料03的不同的光学特性进行适配调整,特别是自动地进行适配调整。
图16示出采集装置08,例如行摄像机08的时间特性曲线和照射装置06的光源07的时间特性曲线。行摄像机08根据上面的第一时间特性曲线在一定的时间点上被接通,从而在该时间点上行摄像机08的曝光时间t1开始。在曝光时间t1后紧接着是取决于移动材料03的速度的断开时间t2,所述断开时间位于两个在材料03的移动方向上先后相邻的摄像机08的图像行之间。至少一个根据对行摄像机08的控制触发的光源07如图16中中间的第二时间特性曲线通过被控制装置23控制的电源22与行摄像机08的曝光时间t1同步被驱动,其中在光源07接通的迟延时间t4后,即在物理条件决定的时间后直至光线辐射开始时,该光源在接通时间t3被保持接通状态,其中接通时间t3,优选由迟延时间t4和接通时间t3构成的和小于行摄像机08的曝光时间t1。行摄像机08和光源07的时间特性曲线以上述固定的相关性周期地进行重复。在图16中的下面的第三时间特性曲线作为与在接通时间t3触发的光源的比较示出恒定光源的接通时间t5的时间特性曲线。
附图标记对照表
01 图像,照射条带
02 表面
03 材料,单张纸,材料带,承印材料,有价证券,纸币
04 移动方向
05 -
06 照射装置
07 光源,发光二极管,激光二极管
08 采集装置,摄像机,行摄像机,彩色行摄像机
09 检测器,CCD-阵列,光电二极管
10 -
11 第一反光镜
12 作用面
13 中心光线
14 中心范围
15 -
16 第二反光镜
17 作用面
18 透镜
19 分范围
20 -
21 基片
22 电源,恒流电源
23 控制装置
24 图像处理装置
25 -
26 接缝
27 支座
28 通路
29 开口
30 -
31 开口
32 安装侧
33 帕尔帖器件
34 冷却体
35 -
36 温度传感器
37 光传感器
38 散射体
39 反射模件
40 -
41 安装件
A07 间隔
A09 间隔
A18 间隔
B01 宽度
B03 宽度
B06 长度
L01 长度
Z18 中心
AH1 第一包面
AH2 第二包面
AK 面,球形表面
M61 模件
M62 模件
M63 模件
M64 模件
M65 模件
t1 曝光时间
t2 断开时间
t3 接通时间
t4 迟延时间
t5 接通时间
α 采集角
ω 立体角
Claims (107)
1.一种光学***,用于在材料(03)表面(02)上生成照射条带(01),其中照射装置(06)设置在距离材料(03)表面(02)一距离(A07)处,所述照射装置(06)具有多个光源(07),其中照射装置(06)用其辐射光线的光源(07)在与对应于照射装置(06)相对移动的材料(03)的表面(02)上生成照射条带(01),其中照射装置(06)具有将光源(07)辐射的光线聚焦成照射条带(01)的反光镜(11;16),和在照射装置(06)面向材料(03)的表面(02)的出射侧具有一个散射体(38),其特征在于,照射装置(06)具有至少一个反射模件(39),其中光源(07)将光线馈送给反射模件(39),其中反射模件(39)在唯一的构件上形成散射体(38)和反光镜(11;16)。
2.按照权利要求1所述的光学***,其特征在于,照射装置(06)由多个并列排列的模件(M61-M65)构成,所述模件分别具有多个并列设置的光源(07)。
3.按照权利要求2所述的光学***,其特征在于,多个所述并列排列的模件(M61-M65)具有至少一个反射模件(39)。
4.按照权利要求1所述的光学***,其特征在于,光源(07)被分成组。
5.按照权利要求4所述的光学***,其特征在于,设置有一个控制装置(23),其中控制装置(23)对一组光源(07)独立于至少另一组光源(07)进行控制。
6.按照权利要求2所述的光学***,其特征在于,由多个并列排列的模件(M61-M65)组成的照射装置(06)的与被照射的材料(03)的宽度(B03)相符的行长被有关模件(M61-M65)的光源(07)的接通激活。
7.按照权利要求2所述的光学***,其特征在于,由多个并列排列的模件(M61-M65)组成的照射装置(06)的与照射条带(01)的长度(L01)相符的行长被有关模件(M61-M65)的光源(07)的接通激活。
8.一种光学***,用于在材料(03)表面(02)上生成照射条带(01),其中照射装置(06)设置在距离材料(03)表面(02)一距离(A07)处,所述照射装置(06)具有多个光源(07),其中照射装置(06)用其辐射光线的光源(07)在与对应于照射装置(06)相对移动的材料(03)的表面(02)上生成照射条带(01),其中照射装置(06)由多个在其纵向上并列排列的模件(M61-M65)构成,其中每个模件(M61-M65)分别具有至少一个光源(07),其特征在于,一与照射装置(06)连接的控制装置(23)分别对至少两个不同的模件(M61-M65)的至少一个光源(07)独立于分别另一模件(M61-M65)的至少一个光源(07)进行控制。
9.按照权利要求8所述的光学***,其特征在于,照射装置(06)具有反光镜(11;16),所述反光镜将至少一个光源(07)辐射的光线聚焦成照射条带。
10.按照权利要求8所述的光学***,其特征在于,照射装置(06)在其面向材料(03)的表面(02)的出射侧上具有散射体(38)。
11.按照权利要求8所述的光学***,其特征在于,照射装置(06)具有至少一个反射模件(39)。
12.按照权利要求8所述的光学***,其特征在于,每个模件(M61-M65)具有至少一个反射模件(39)。
13.按照权利要求8所述的光学***,其特征在于,每个模件(M61-M65)的至少一个光源(07)将光线分别馈送给反射模件(39)。
14.按照权利要求9和10所述的光学***,其特征在于,反射模件(39)在唯一一个构件内形成散射体(38)和反光镜(11;16)。
15.按照权利要求8所述的光学***,其特征在于,每个模件(M61-M65)具有至少一组光源(07),所述光源组由多个光源(07)构成。
16.按照权利要求8所述的光学***,其特征在于,同一组的光源(07)将其光线分别馈送给同一反射模件(39)。
17.按照权利要求8所述的光学***,其特征在于,每个模件(M61-M65)具有一个控制装置(23),所述控制装置(23)用于控制每个模件(M61-M65)的至少一个光源(07)。
18.按照权利要求2或8所述的光学***,其特征在于,两个相邻的模件(M61-M65)之间的接缝(26)倾斜于照射条带(01)的长度(L01)设置。
19.按照权利要求2或8所述的光学***,其特征在于,照射装置(06)的模件(M61-M65)的功能相同。
20.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,光源(07)设置在一个被冷却介质冷却的基片(21)上。
21.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,光源(07)和其相应的电源(22)设置在同一基片(21)上。
22.按照权利要求1、11或12所述的光学***,其特征在于,反射模件(39)设置在对光源(07)进行支撑的基片(21)上或设置在支座(27)上。
23.按照权利要求1或10所述的光学***,其特征在于,在反射模件(39)的出射面上的散射体(38)为沟槽结构。
24.按照权利要求23所述的光学***,其特征在于,散射体(38)的沟槽结构在反射模件(39)的出射面上成形。
25.按照权利要求1、11或12所述的光学***,其特征在于,反射模件(39)具有一个在照射装置(06)的纵向上延伸的下凹。
26.按照权利要求25所述的光学***,其特征在于,所述下凹将反射模件(39)的出射面分成两个分范围,其中反射模件(39)的出射面的至少一个分范围为透镜结构。
27.按照权利要求26所述的光学***,其特征在于,反射模件(39)的出射面的分范围的宽度相同。
28.按照权利要求26所述的光学***,其特征在于,作为透镜的反射模件(39)的出射面的分范围是一个凸透镜。
29.按照权利要求26所述的光学***,其特征在于,反射模件(39)的出射面的至少一个分范围将在反射模件的出射面上出射的光线流在材料(03)表面(02)上形成的照射条带(01)的方向上聚焦。
30.按照权利要求1或9所述的光学***,其特征在于,反射模件(39)是一个实心型件,其中在型件上没有将散射体(38)与至少一个反光镜(11;16)分离隔开的光学相关的界面。
31.按照权利要求1或10所述的光学***,其特征在于,散射体(38)是柱镜或棱镜膜。
32.按照权利要求1、11或12所述的光学***,其特征在于,光源(07)设置在反射模件(39)的与出射侧正相对的一侧上。
33.按照权利要求1、11或12所述的光学***,其特征在于,光源(07)嵌在在反射模件(39)的与光线出射侧正相对的一侧上的反射模件(39)内。
34.按照权利要求1、11或12所述的光学***,其特征在于,反射模件(39)由塑料制成。
35.按照权利要求1、11或12所述的光学***,其特征在于,反射模件(39)由透明的塑料制成。
36.按照权利要求1、11或12所述的光学***,其特征在于,采用注塑工艺制作反射模件(39)。
37.按照权利要求1、11或12所述的光学***,其特征在于,反射模件(39)在照射装置(06)的纵向上由多个并列排列的段构成,其中每个段形成从光源(07)馈送给反射模件(39)的光程。
38.按照权利要求1、11或12所述的光学***,其特征在于,反射模件(39)将由光源(07)辐射的光线针对照射条带(01)成形和均匀处理。
39.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,照射装置(06)形成照射条带(01),所述照射条带具有在材料(03)的表面(02)上垂直于其长度(L01)延伸的宽度(B01)。
40.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,照射条带(01)设置在从光源(07)辐射的光线的光程内的焦点的外面。
41.按照权利要求1或9所述的光学***,其特征在于,反光镜(11)具有至少一个沿照射条带(01)的长度(L01)和/或宽度(B01)定向的作用面(12)。
42.按照权利要求41所述的光学***,其特征在于,反光镜(11)用其作用面(12)将由照射装置(06)的至少一个光源(07)以立体角(ω)辐射的光线限定在第一包面(AH1)上,所述第一包面小于属于立体角(ω)的球面(AK)。
43.按照权利要求1或9所述的光学***,其特征在于,另一反光镜(16)的至少一个作用面(17)设置在环围中心光线(13)光程的中心范围(14)内在照射装置(06)的至少一个光源(07)辐射的光线的立体角(ω)内。
44.按照权利要求43所述的光学***,其特征在于,另一反光镜(16)的作用面(17)将由照射装置(06)的至少一个光源(07)辐射的光线首先偏转向第一反光镜(11)的至少一个沿照射条带(01)的长度(L01)和/或宽度(B01)定向的作用面和接着用第一反光镜(11)的作用面(12)偏转向照射条带(01)。
45.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,至少一个透镜(18)在环围中心光线(13)的光程的中心范围(14)内设置在由照射装置(06)的至少一个光源(07)辐射的光线的立体角(ω)内。
46.按照权利要求45所述的光学***,其特征在于,所述透镜(18)对由至少一个光源(07)向立体角(ω)内辐射的但未被第一反光镜(11)的作用面(12)向照射条带(01)偏转的光线部分进行聚焦。
47.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,由光源(07)辐射的光线沿照射条带(01)的长度(L01)聚焦的强度大于光线沿其宽度(B01)聚焦的强度。
48.按照权利要求1、9或45所述的光学***,其特征在于,反光镜(11;16)和/或透镜(18)在反射模件(39)上一体形成。
49.按照权利要求42所述的光学***,其特征在于,立体角(ω)被展开成球的截取面(AK)至半球大小。
50.按照权利要求1或9所述的光学***,其特征在于,第一反光镜(11)的至少一个沿照射条带(01)的长度(L01)定向的作用面(12)将由照射装置(06)的至少一个光源(07)向立体角(ω)内辐射的光线限定在较小的第二包面(AH2)上,其限定强度小于至少一沿照射条带(01)的宽度(B01)定向的第一反光镜(11)的作用面(12)。
51.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,照射装置(06)的至少一个光源(07)具有第一反光镜(11),所述反光镜具有至少两个对应于由光源(07)辐射的中心光线(13)对称的作用面(12)。
52.按照权利要求1或9所述的光学***,其特征在于,第一反光镜(11)的作用面(12)是平的或是下凹的。
53.按照权利要求43所述的光学***,其特征在于,第二反光镜(16)的作用面(17)是平的或是下凹的。
54.按照权利要求1或9所述的光学***,其特征在于,在照射装置(06)的每个光源(07)上至少沿照射条带(01)的宽度(B01)分别设置有一个第一反光镜(11),所述第一反光镜(16)具有至少一个作用面(12)。
55.按照权利要求45所述的光学***,其特征在于,所述透镜(18)是双凸透镜(18)。
56.按照权利要求45所述的光学***,其特征在于,在光源(07)与透镜(18)的中心(Z18)存在一个间距(A18),其中所述间距(A18)小于光源(07)与材料(03)的表面(02)之间的间距(A07)的一半。
57.按照权利要求45所述的光学***,其特征在于,所述透镜(18)是非旋转对称的。
58.按照权利要求42所述的光学***,其特征在于,由照射装置(06)的至少两个相邻的光源(07)辐射的光线的相应的立体角(ω)或至少包面(AH1;AH2)至少在一个对照射条带(01)照射的分范围(19)内重叠。
59.按照权利要求42所述的光学***,其特征在于,由至少两个相邻的在两个相邻的模件(M61-M65)内设置的光源(07)辐射的光线的相应的立体角(ω)或至少包面(AH1;AH2)至少在其对照射条带(01)照射的分范围(19)内重叠。
60.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,照射装置(06)的所有光源(07)是相同的。
61.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,照射装置(06)的光源(07)是发光二极管(07)或激光二极管(07)。
62.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,照射装置(06)的光源(07)辐射单色光线。
63.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,材料(03)的移动方向(04)是线性的。
64.按照权利要求1或15所述的光学***,其特征在于,所述光源(07)成行设置。
65.按照权利要求64所述的光学***,其特征在于,照射装置(6)的成行设置的光源(07)平行于照射条带(01)的长度(L01)设置。
66.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,材料(03)的移动方向(04)基本平行于照射条带(01)的宽度(B01)定向。
67.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,材料(03)至少在照射条带(01)的范围内不被成拱形弯曲。
68.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,材料(03)是平面的。
69.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,材料(03)是扁平的。
70.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,材料(03)是单张纸(03)。
71.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,材料(03)是材料带(03)。
72.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,材料(03)是承印材料(03)。
73.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,材料(03)由纸张构成。
74.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,材料是有价证券(03)或纸币(03)。
75.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,材料(03)的表面(02)具有凸纹或通常突出于表面的或作为下凹压入表面的结构。
76.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,照射条带(01)的宽度(B01)至少为3mm。
77.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,照射条带(01)的宽度(B01)至少为8mm。
78.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,从材料(03)的表面(02)到光源(07)的距离分别在30mm至200mm。
79.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,从材料(03)的表面(02)到光源(07)的距离分别在70mm至140mm。
80.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,与光源(07)的间距(A07)垂直于材料(03)的表面(02)。
81.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,采集装置(08)具有至少一个设置在距材料(03)的表面(02)的间距(A09)处的检测器(09),用于对从光源(07)辐射的光线进行采集。
82.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,采集装置(08)具有至少一个设置在距材料(03)的表面(02)的间距(A09)处的检测器(09),用于对被材料(03)的表面(02)反射的光线进行采集。
83.按照权利要求81或82所述的光学***,其特征在于,采集装置(08)在材料(03)的移动方向(04)上具有多个前后顺序设置的检测器(09)。
84.按照权利要求81或82所述的光学***,其特征在于,采集装置(08)具有成行设置的检测器(09)。
85.按照权利要求83所述的光学***,其特征在于,采集装置(08)的成行设置的检测器(09)平行于照射条带(01)的长度(L01)设置。
86.按照权利要求81或82所述的光学***,其特征在于,采集装置(08)具有一立体采集角(α),其中采集角(α)在材料(03)的表面(02)上形成一横截面。
87.按照权利要求86所述的光学***,其特征在于,具有在采集角(α)内的横截面的采集装置(08)对至少在照射条带(01)的宽度上被照射装置(06)辐射的光束的部分进行采集。
88.按照权利要求81或82所述的光学***,其特征在于,采集装置(08)是一个摄像机(08)。
89.按照权利要求81或82所述的光学***,其特征在于,采集装置(08)是一个行摄像机(08)。
90.按照权利要求81或82所述的光学***,其特征在于,采集装置(08)的检测器(09)是一个CCD-阵列(09)或是一组光电二极管(09)。
91.按照权利要求81或82所述的光学***,其特征在于,采集装置(08)的检测器(09)将采集到的被反射的光线转换成电信号。
92.按照权利要求91所述的光学***,其特征在于,采集装置(08)的检测器(09)将电信号输送给图像处理装置(24)。
93.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,所述光学***设置在印刷机中。
94.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,所述光学***设置在轮转印刷机中。
95.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,所述光学***设置在采用胶印印刷方法或采用凹版印刷方法或采用丝网印刷方法或采用热压方法的印刷机中。
96.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,所述光学***设置在对印刷产品继续加工的机器中。
97.按照权利要求1或8所述的光学***,其特征在于,所述光学***是在线检测***。
98.一种光学***,用于在材料(03)表面(02)上生成照射条带(01),其中具有光源(07)的照射装置(06)设置在距离材料(03)的表面(02)一距离(A07)处,其中照射装置(06)的多个光源(07)在照射装置(06)的纵向上设置,其中照射装置(06)用其辐射光线的光源(07)在与对应于照射装置(06)相对移动的材料(03)的表面(02)上生成照射条带(01),其特征在于,一与照射装置(06)连接的控制装置(23)对至少一个在照射装置(06)的纵向上设置的光源(07)单独地和独立于至少另一个在照射装置(06)的纵向上设置的光源(07)进行控制。
99.按照权利要求98所述的光学***,其特征在于,与照射装置(06)连接的控制装置(23)对在照射装置(06)的纵向上设置的光源(07)进行选择性地激活。
100.按照权利要求98所述的光学***,其特征在于,与照射装置(06)连接的控制装置(23)用在照射装置(06)的纵向上设置的光源(07)将照射条带(01)的长度(L01)与被照射的材料(03)的宽度(B03)适配。
101.按照权利要求98所述的光学***,其特征在于,与照射装置(06)连接的控制装置(23)用在照射装置(06)的纵向上设置的光源(07)对在照射装置(06)的纵向上的材料(03)的表面(02)上选择的范围进行照射。
102.按照权利要求101所述的光学***,其特征在于,在照射装置(06)的纵向上照射在材料(03)表面(02)的范围被未被照射的范围或被用其它颜色照射的范围中断。
103.按照权利要求98所述的光学***,其特征在于,在照射装置(06)的纵向上设置的光源(07)被分成组。
104.按照权利要求98所述的光学***,其特征在于,照射装置(06)在纵向上具有多个并列排列的模件(M61-M65)。
105.按照权利要求98所述的光学***,其特征在于,光源(07)将其光线分别馈送给反射模件(39),其中反射模件(39)在唯一构件内形成散射体(38)和反光镜(11;16)。
106.按照权利要求104所述的光学***,其特征在于,每个模件(M61-M65)分别具有至少一个光源(07)或至少一组光源(07)。
107.按照权利要求105所述的光学***,其特征在于,至少一个模件(M61-M65)具有至少一个反射模件(39)。
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