CN1975083A - 活动防护门的安全开关 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于根据活动防护门的位置产生使能信号的安全开关(16)。该安全开关包括门部件(17)和框架部件(18)。门部件(17)包含可在第一和第二位置之间移动的操纵器(40)。框架部件(18)包含操纵器(40)在第二位置可接合于其中的切口(50)。设置有锁闭元件(52)以便将操纵器(40)锁定在第二位置。此外，设置有用于检测操纵器(40)的所述位置中的至少一个以便根据该位置产生使能信号的传感器(76)。根据本发明的一个方面，锁闭元件(52)布置在门部件(17)上。

Description

活动防护门的安全开关
技术领域
本发明涉及一种用于根据活动防护门的位置产生使能信号的安全开关，所述开关包括固定在活动防护门上的门部件和固定在门配合件上的框架部件，门部件包含可在第一和第二位置之间移动的操纵器，框架部件包含操纵器在第二位置可接合于其中的切口，所述安全开关还包括用于将操纵器锁定在第二位置的锁闭元件，以及用于检测操纵器的所述位置中的至少一个以便根据该位置产生使能信号的传感器。
背景技术
从DE 103 05 704 B3中已知这种安全开关。
这类安全开关也可称为带防护锁定的联锁装置。它们用于防护门、防护板等，目的是为了防止接近处于危险状态的自动机器或***。该机器例如可以是自动装置、具有快速转轴的机床、运输或传送***、压力机或其操作对该机器工作区域的人员造成威胁的其它机器或***。安全开关可以用作信号装置，控制装置可以通过它识别防护门的闭合状态。控制装置通常构造成仅当防护门闭合时才使机器开始运转。如果在运转期间防护门被打开(如果可能的话)，则控制装置需要通过例如切断到机器或***的电源来将机器或***引入无危险状态。
有许多机器和***即使在已经将其关闭后在一定时间内仍会带来危险，例如由于该机器或***正在逐渐停止。对于这种应用情形，就需要安全开关，它可以防止防护门被打开直至机器或***已经达到无危险状态。该功能在这里称为防护锁定。
传统上，已知的安全开关包含布置在活动防护门上的称为操纵器的部件。当防护门闭合时，操纵器接合在门框架上的操纵器接纳件中，这可通过一个或多个传感器检测到。在安全开关具有防护锁定的情况下，操纵器还被锁定在操纵器接纳件中以防止其缩回。在该情况下，操纵器完成两个功能，即，第一，检测器部件的功能，通过它可以检测到防护门的闭合位置，第二，门闩的功能，只要操纵器锁定在操纵器接纳件中便可防止防护门被打开。操纵器可以通过例如电动致动器来启动，只要被监控的机器或***已呈现安全状态则通过控制装置触发电动致动器。
在DE 43 28 297 C1中公开了这种安全开关的一个示例。操纵器(在那里称为按键)是一个具有中心孔的扁平金属板，凸轮可接合于中心孔中以实现防护锁定功能。操纵器接纳件为一窄的通道，其内部尺寸仅略大于操纵器的外部尺寸。已知的安全开关因此具有如下缺点，即，防护门和框架彼此之间需要很精确地对准才能使操纵器接合进操纵器接纳件中。因此难于安装这种已知的安全开关。如果随着时间的推移防护门下降也会引起问题，其结果是不再保持安装公差。在这种情况下，防护门不再能够正确地关闭。
DE 196 24 172 C2公开了另一种安全开关，其中需要将操纵器***到一窄的操纵器接纳件中。该已知安全开关也需要严格的安装公差。
WO 00/64054描述了现有技术安全开关的各种实施方案，但是仅非常示意性地示出了机械结构。这些已知安全开关的特征在于操纵器和操纵器接纳件各具有信号装置，该信号装置布置成使得仅在锁定接合的情况下才能进行信号互换。这种装置的优点在于仅需要一个传感器以便满足相关欧洲标准EN 1088的安全相关要求。在WO 00/64054中未提及与严格安装公差相关的上述问题。
最初提到的DE 103 05 704 B3描述了一种现有技术安全开关，其声称容许高安装公差和防护门的下降。该已知安全开关设有操纵器，该操纵器经由手柄可以在第一和第二位置之间移动。在第二位置中，操纵器从门部件伸出足够远使得可接合在框架部件上的操纵器接纳件中，由此锁定防护门。在框架部件中设有可枢转的锁闭元件，操纵器可通过它锁定在操纵器接纳件中。操纵器和锁闭元件(在常规安装位置)都具有垂直延伸的凹槽和凸出部，它们相互匹配并且在锁闭状态相互接合。由于凹槽和凸出部在垂直方向延伸，所以操纵器和锁闭元件可以在垂直方向相互移动。其结果是，该已知安全开关增加了垂直方向上的安装公差。在水平方向上，移动的自由度受凹槽和凸出部的深度限制。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是提供另一种带防护锁定功能的安全开关，所述安全开关可简单且经济地实现并且容许高的安装公差。
根据本发明的一个方面，通过最初提及类型的安全开关实现该目的，其中锁闭元件布置在门部件上。
本发明首次采用在活动门部件上实现防护锁定功能的方法。与此对照，在所有已知的安全开关中，防护锁定功能所需的锁闭元件都布置在框架部件中或框架部件上(通常是固定的)。该传统设计使得需要将进入操纵器接纳件的操纵器自由端设计成能够锁定在操纵器接纳件中。因此在操纵器的自由端总是需要框架部件锁闭元件接合于其中的凹槽、凸出部、切口、开口等。在这些情况下，只有当锁闭元件和操纵器自由端以足够的装配精确度相互接合时，才能保证安全可靠的操作。装配精确度决定并限制安装公差。与此对照，本发明使得能够“随心所欲地”设计操纵器的自由端，并且可以以很高的公差***到操纵器接纳件中，因为闭锁发生在操纵器的其它位置，即在门部件中。如果操纵器的自由端进入框架部件上的一种锁盒中，则足以满足要求，其结果是阻止防护门相对于操纵器的移动方向横向被打开。然而，锁盒中操纵器的闭锁“从后面”进行，因此操纵器可以以大的公差容纳于锁盒中。该新颖概念在垂直和水平方向上都提供了大的安装公差。此外，该新颖概念可非常简单和经济地实现，下面将参照优选实施例进行说明。
因此，可以完全实现上述目的。
在一个改进方案中，操纵器具有设计为在垂直方向基本上镜面对称的自由端。
优选地，操纵器的自由端在垂直方向和水平方向都是镜面对称的。在一个实施例中，操纵器自由端的横截面为矩形。该改进方案的优点是该新颖安全开关可以很少的复杂度用于各种安装位置，例如，门止动件位于右边或者门止动件位于左边。其结果是，可以减少新颖安全开关的部件数目。新颖安全开关甚至可以以更经济的方式实现。
在另一改进方案中，传感器用于以故障保险(failsafe)方式检测操纵器的第二位置。
在该情况下，“故障保险”意味着仅当操纵器实际位于第二位置时传感器可以检测操纵器的第二位置。如果传感器布置在框架部件上尤其在切口区域是特别优选的。在这种情况下，一个传感器足以可靠地检测防护门的闭锁位置，这可导致所监控的机器或***启动。在切口区域中布置传感器是尤其优选的，因为它容许在高度故障保险的情况下紧凑地实现。
在另一个优选的改进方案中，传感器被设计用于读取ID标签，尤其用于读取被称为发射机应答器的ID标签，操纵器包含ID标签，该ID标签布置成使得其在两个位置中的其中一个位置中可由传感器读取。ID标签优选布置成使其仅可以在操纵器的第二位置中被准确地读取。这可以通过例如利用发射机应答器作为ID标签来实现，该发射机应答器布置在操纵器自由端的凹陷中。其结果是，获得小的开关距离，这保证了当具有ID标签的操纵器***切口时传感器才作出响应。这些优选的改进方案容许特别简单和经济地实现，同时提供高度的故障保险。
在另一改进方案中，操纵器具有相对于其移动方向基本上横向地定位的前侧，ID标签布置在该自由前侧上。优选地，ID标签以缩回方式安装于前侧。传感器优选位于切口的底部，即，在进入的操纵器的自由端的对面。
这些改进方案代表了用于在新颖安全开关的各种安装位置特别简易地完成故障保险评价的可能性。在该情况下，将ID标签向前推入平行于操纵器移动轴线的切口，这使得能在操纵器接纳件中很可靠地检测，而与安装位置无关。
在另一改进方案中，门部件包含用于给操纵器预加应力使其进入第一位置的第一弹簧。
这个改进方案的优点是如果锁闭元件出现功能故障则操纵器自动地移动到“不安全的”第一位置。由于机器或***的启动取决于操纵器的位置，因此重要锁闭元件的功能故障以这种简单且快速的方式识别出来。此外，通过弹簧给操纵器预加应力的优点是可在没有电源的情况下实现门部件，这进一步简化了新颖安全开关的装配。
在另一改进方案中，锁闭元件可以在第三和第四位置之间移动，并且门部件包含用于给锁闭元件预加应力使其保持在第三位置的第二弹簧，第三位置用于将操纵器锁定在第二位置。
该改进方案给锁闭元件预加应力使其保持在“安全”位置——同样不需要来自外部的任何附加电能。因此，锁闭元件在任何只要可能锁定的情况下都自动地锁定操纵器。该改进方案是一种尤其简单和可靠的实现。
在另一改进方案中，框架部件包含用于克服第二弹簧将锁闭元件移动到第四位置的致动器(优选为电动式例如起重磁铁)。
框架部件中致动器的布置同样有助于如下事实，即门部件的操作无须任何供电线路并因此易于装配。已经证明起重磁铁或类似的平移致动器的使用是释放锁闭元件特别有效的办法，因为该改进方案中的释放需要借助于框架部件和门部件之间的门间隙来完成。
在另一改进方案中，新颖安全开关包括一脉冲发生器，通过它可为致动器短时间供给驱动能量。有利地，脉冲发生器提供电流脉冲。进一步优选的是，可以手动触发脉冲发生器。
上述用于给操纵器预加应力使其保持在第一位置的第一弹簧的使用使得能够利用短脉冲实现新颖安全开关的释放。该改进方案的优点是当防护门为打开状态时致动器不需要有电流流过它。与此对照，现有技术安全开关被设计为当防护门为打开状态时需要持续电流。手动触发脉冲发生器的使用还包括如下优点，即，一旦将防护门释放，必须将防护门故意打开，但为达到此目的不需要费很大的劲。在***覆盖较大区域且包含多个防护门的情况下，这个优点尤其突出，这是因为众多防护门并不早在控制装置将其释放时打开，而是仅在故意手动触发之后才会打开。由此防止防护门不必要地弹开，在该种情况下必须再次手动将其关闭。
在另一改进方案中，门部件包含可以在第五和第六位置之间移动的致动元件，致动器将致动元件移动到第五位置以便克服第二弹簧将锁闭元件移动到第四位置。
在该改进方案中，将框架侧致动器的移动传递到门部件的致动元件是门部件的一部分。由于锁闭元件的形成可以独立于致动器，该改进方案使设计紧凑。
在另一改进方案中，致动元件可以沿基本平行于操纵器的移动方向的移动轴线移动。
该改进方案容许非常有效的力传递，其结果是可在消耗少量能量的情况下释放锁闭元件。此外，可以独立于锁闭元件的释放使安装公差最大化。
在另一改进方案中，致动元件布置在操纵器内部。
该改进方案导致特别紧凑且有效地实现新颖安全开关。
在另一改进方案中，新颖安全开关包括用于给致动元件预加应力使其保持在第六位置的第三弹簧。
该改进方案确保致动元件始终位于限定位置，并且同样无须供给任何电能。其结果是，该改进方案有助于新颖安全开关的简单和可靠的设计。
在另一改进方案中，门部件包含可在其可被抓住的伸出位置和缩回位置之间移动的手柄，手柄连接于操纵器，使得当操纵器处于第二位置时手柄位于缩回位置。
该改进方案的优点是，一旦释放防护门后，可以再次以很简单的方式将其打开和关闭。此外，可缩回的手柄还用作可视指示器，它指示防护门的安全关闭，并且使防护门的剧烈操作更加困难。
在另一改进方案中，新颖安全开关包含紧急制动按钮和/或确认按钮。
紧急制动按钮和/或确认按钮在新颖安全开关中的集成有助于进一步降低安装复杂度。紧急制动按钮用于手动地将处于危险状态的被监控的机器或***快速引入安全状态。新颖安全开关中集成这样的按钮尤其有利，这是因为由于防护锁定功能，安全开关不允许机器或***自己紧急关闭。确认按钮的集成使得可以手动确认防护门的关闭，这可以有利的方式将机器或***再次引入操作状态。
毋庸置疑，在不脱离本发明范围的情况下，上述特征以及下面要解释的特征不仅可以在各个给定的组合中使用，还可以在其它组合中或单独使用。
附图说明
本发明的示例性实施例在附图中示出，并在下文中详细描述。在附图中：
图1示出具有本发明的安全开关的装置的示意图；
图2以局部截面示意图示出图1所示安全开关的示例性实施例；
图3更详细地示出图2所示的安全开关；
图4示出当打开防护锁定时图3所示的安全开关；以及
图5示出当防护锁定处于打开状态时图3所示的安全开关。
具体实施方式
在图1中，具有新颖安全开关的装置整体上用附图标记10表示。在该情况下，装置10包括通过防护门14来保证其工作区域的自动装置12。根据本发明的安全开关16布置在防护门14上。安全开关16包括固定在活动防护门14上的门部件17，以及置于门配合件20上的框架部件18。在所示的实施例中，门配合件20是用于防护门14的固定止动件。在其它实施例中，门配合件20可以是双部件防护门的第二门扇。
框架部件18通过两条线路22、24连接到安全开关器件26。安全开关器件26例如是本发明申请人销售的PNOZ系列中的安全开关器件。这些安全开关器件是设计用于评价信号装置例如安全开关16的输出信号，并根据评价结果关闭电力负荷的多通道冗余安全开关器件。在该情况下，电力负荷是自动装置12。因此，安全开关器件26驱动两个接触器28、30，其闭合触点布置在电源32和自动装置12之间的接线上。作为安全开关器件26的另一种选择，安全开关16还可以连接于可编程安全控制器，如本发明申请人以商标PSS所销售的。
下文将说明新颖安全开关16的优选实施例。相同的参考标记表示与前面相同的元件。
如图2所示，新颖安全开关16的门部件17包含可在第一位置(图5所示)和第二位置(图2-4所示)之间移动的操纵器40。在该情况下，操纵器为L的形式并且包含长臂42和短臂44。给操纵器40预加应力使其进入第一位置(图5)的(第一)弹簧46作用于短臂44。在第二位置(图2)中，长臂42的自由端48越过门部件17横向突出，其结果是可以接合到形成于框架部件18中的切口50中。在该优选实施例中，切口50基本上为矩形，所有方向上的净内部尺寸(这里未标明)比操纵器40的自由端48处的外部尺寸多大约5mm。
附图标记52表示克服弹簧46的预应力将操纵器40锁定于第二位置的锁闭元件。在该情况下，锁闭元件52是肘节杆的形式，可绕轴54枢转。肘节杆52有两个自由端56、58，相互以近似直角伸出。在图2所示的操作位置中，肘节杆52的自由端56接合在形成于操纵器40的上部纵向侧中的开口60中。结果，操纵器40克服弹簧46的预应力被保持在第二位置中。给肘节杆52预加应力使其进入图2所示锁闭位置的第二弹簧62作用于自由端58。此外，自由端58靠置于可通过操纵轮66旋转45°(图4)的方形转轴64(图3和图4)上。在转过45°的位置中，转轴64克服弹簧62的预应力向上移动肘节杆52，其结果是自由端56释放操纵器40。操纵轮66(仅示意性地示出)是可选的并且可从防护门14的内部接近，以便在防护锁定被致动时能够用手打开防护门14(紧急打开)。操纵轮66优选地布置成不能从防护门14的外部接近。此外，转轴64可以从防护门14的外部接近，以便容许甚至从外部紧急释放。在这种情况下，有利地将转轴布置在盖子(这里未示出)的后方，盖子仅能够在打破封口后开启。
附图标记68表示缩进布置在门部件17的壳体70中的手柄。手柄68通过螺栓72连接于操纵器40。该设计使得手柄68能够跟随操纵器40的运动。在图2所示的操作位置中，手柄68齐平地缩进门部件17的壳体70中(图2)。如果操纵器40位于其第一推后的位置，则手柄68被推出壳体70外(图5)。在该位置中，可抓住手柄68以关闭防护门14，然后克服弹簧46的预应力将操纵器40移入第二位置。在该情况下，向外伸出的手柄68(图5)表明操纵器40位于第一位置，即，防护门14未锁定。
附图标记76表示布置在框架部件18的切口50区域内的传感器和致动器电路。设计传感器/致动器电路76一方面是为了读取布置在操纵器40的自由端48前侧的发射机应答器78。在该情况下，发射机应答器78布置在操纵器40的前侧，使得操纵器40的自由端48伸进切口50足够深时只可由传感器/致动器电路76读取。操纵器40通过锁闭元件52锁定在该位置。此外，传感器/致动器电路76被设计成使布置在切口50区域中的挺杆80(图4)沿箭头82的方向前进。挺杆80的功能将参照图3和图4在下文描述。
最后，附图标记84示意性地示出紧急制动按钮，附图标记86示意性地示出确认按钮。紧急制动按钮84用于手动触发自动装置12的紧急制动。为此，通过安全开关器件26以本身已知的方式监控紧急制动按钮84。确认按钮86用于确认防护门14已经关闭，包括操纵器40已经行进。确认按钮86的输出信号可被输入到安全开关器件26以便根据该信号允许再次启动自动装置12。
如图3所示，在所述优选实施例中，操纵器40的第一臂42为空心结构。在中空臂42的内部布置有滑动件88形式的致动元件。滑动件88经由第三弹簧90预加应力靠在操纵器40的自由端48。在远离操纵器40自由端48的一侧，滑动件88具有斜面92，其用于提升肘节杆52的自由端56，以使肘节杆52达到图4所示的提升位置。因此，滑动件88用作致动元件，作为分别通过操纵轮66和转轴64紧急释放的一种替代方案，通过该滑动件可以释放操纵器40的闭锁。
因此，新颖安全开关16起作用的方式如下：在关闭和闭锁的状态，操纵器40的自由端48接合在框架部件18的切口50中。滑动件88经由弹簧90朝向自由端48预加应力。肘节杆52的端部56伸入操纵器的开口60中，因此克服弹簧46的预应力锁定操纵器40。在这种状态下，防护门14是闭锁和锁定的。肘节杆52提供了防护锁定功能，仅能够通过有意的释放操作来释放。防护门的闭合状态由传感器/致动器电路76借助于发射机应答器78检测并发信号给安全开关器件26。由于闭合的防护门14，安全开关器件26通过关闭接触器28、30的闭合触点启动自动装置12的操作。
如果有人想进入自动装置12的工作区域，需要首先使自动装置12到达安全操作位置，例如将其关闭。借助于传感器(这里未示出)检测安全操作位置。或者，可设置由关闭的自动装置12触发的计时元件。一旦超过计时元件(这里未示出)规定的时间段，则到达自动装置12的安全静止位置。现在为了打开防护门，需要首先解锁操纵器40。这通过安全开关器件26将释放信号传输给传感器/致动器电路76完成。于是，传感器/致动器电路76沿箭头82的方向(图4)致动挺杆80。由于挺杆80的向前移动，滑动件88同样沿箭头82的方向向前移动(克服弹簧90)。由于斜面92，克服弹簧62的力提升肘节杆52。此刻，弹簧46确保沿操纵器40的运动轴线(沿箭头82的方向)向后推动操纵器40。此外，由于操纵器40向后移动，手柄68向后伸出。这时就可以打开防护门14(图5)。
为了防止防护门14以不期望的方式弹开，提供有来自安全开关器件26的释放信号，该来自安全开关器件26的释放信号可经由按钮94(图1)通过，为了真正地释放防护门14，需要手动启动该按钮。在一种特别有利的方式中，按钮94可以是脉冲发生器的形式，因为只需要短的能量脉冲来解锁防护门14，该能量脉冲足以使挺杆80向前移动到使滑动件88以所述方式提升肘节杆52的程度。由于门部件17是纯机械结构，所以不需要持续电流来解锁防护门14。
为了关闭防护门14，可以使用伸出的手柄68拉上防护门14。由于手柄68被推入，操纵器40再次向前移动到切口50内。一旦肘节杆52的自由端56接合入开口60，则操纵器40再次被锁定。然后，利用发射机应答器78检测防护门的闭合状态并向安全开关器件26发送信号。
附图标记96示意性地示出一光学指示器，例如LED，除了可缩进的手柄68之外或者作为可缩进手柄68的替代物，该光学指示器以信号指示操纵器40的位置。例如，在图5所示的位置中光学指示器96为绿色，而在图2的锁定位置中为红色。
在所示的实施例中，所有弹簧46、62、90都被设计为压缩弹簧，这是有利的，因为与拉伸弹簧相比压缩弹簧的功能可靠性更高。因为压缩弹簧即便在弹簧破裂时仍然可以保持一定的弹簧张力，而拉伸弹簧在弹簧破裂时通常不能工作。

Claims (16)

1.一种用于根据活动防护门(14)的位置产生使能信号的安全开关，包括固定在活动防护门(14)上的门部件(17)和固定在门配合件(20)上的框架部件(18)，门部件(17)包含可在第一和第二位置之间移动的操纵器(40)，框架部件(18)包含操纵器(40)在第二位置可接合于其中的切口(50)，所述安全开关还包括用于将操纵器(40)锁定在第二位置的锁闭元件(52)，以及用于检测操纵器(40)的所述位置中的至少一个以便根据该位置产生使能信号的传感器(76)，其特征在于，锁闭元件(52)布置在门部件(17)上。
2.根据权利要求1所述的安全开关，其特征在于，所述操纵器(40)具有设计为在垂直方向基本上镜面对称的自由端。
3.根据权利要求1或2所述的安全开关，其特征在于，所述传感器(76)用于以故障保险方式检测操纵器(40)的第二位置。
4.根据权利要求1到3的其中一项所述的安全开关，其特征在于，所述传感器(76)布置在框架部件(18)上，而且优选布置在切口(50)区域中。
5.根据权利要求1到4的其中一项所述安全开关，其特征在于，所述传感器(76)用于读取ID标签(78)，操纵器(40)包含ID标签(78)，该ID标签布置成使得该ID标签在两个位置中的其中一个中可由传感器(76)读取。
6.根据权利要求5所述的安全开关，其特征在于，所述操纵器(40)具有相对于其移动方向基本上横向地定位的前侧(48)，ID标签(78)布置在该前侧(48)上。
7.根据权利要求1到6的其中一项所述的安全开关，其特征在于，所述门部件(17)包含用于给操纵器(40)预加应力使其进入第一位置的第一弹簧(46)，优选为压缩弹簧。
8.根据权利要求1到7的其中一项所述的安全开关，其特征在于，所述锁闭元件(52)适于在第三和第四位置之间移动，并且门部件(17)包含用于给锁闭元件(52)预加应力使其保持在第三位置的第二弹簧(62)，优选为压缩弹簧，所述第三位置用于将操纵器(40)锁定在第二位置。
9.根据权利要求8所述的安全开关，其特征在于，所述框架部件(18)包含用于克服第二弹簧(62)将锁闭元件(52)移动到第四位置的致动器(80)。
10.根据权利要求9所述的安全开关，其特征在于，所述安全开关包括用于为致动器(80)短时间供给能量的脉冲发生器(94)。
11.根据权利要求8到10的其中一项所述的安全开关，其特征在于，所述门部件(17)包含可以在第五和第六位置之间移动的致动元件(88)，致动器(80)将致动元件(88)移动到第五位置以便克服第二弹簧(62)将锁闭元件(52)移动到第四位置。
12.根据权利要求11所述的安全开关，其特征在于，所述致动元件(88)适于沿基本平行于操纵器(40)的移动方向的移动方向(82)移动。
13.根据权利要求11或12所述的安全开关，其特征在于，所述致动元件(88)布置在操纵器(40)内部。
14.根据权利要求11到13的其中一项所述的安全开关，其特征在于，所述安全开关包括用于给致动元件(88)预加应力使其保持在第六位置的第三弹簧(90)。
15.根据权利要求1到14的其中一项所述的安全开关，其特征在于，所述门部件(17)包含适于在其可被抓住的伸出位置和缩回位置之间移动的手柄(68)，手柄(68)连接于操纵器(40)，使得当操纵器(40)处于第二位置时手柄(68)位于缩回位置。
16.根据权利要求1到15的其中一项所述的安全开关，其特征在于，具有紧急制动按钮(84)和/或确认按钮(86)。
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