CN202759740U - 电子部件安装用装置 - Google Patents

Abstract

一种电子部件安装用装置，在通过曲面模型近似基板的翘曲变形而校正作业高度的方式中，能够同时提高作业高度的近似精度和生产性。以通过夹紧机构使两边的侧端部在上下方向上被限制位置的矩形状的基板（3）为对象，在通过曲面模型近似基板（3）的翘曲变形而校正作业高度的方式中，基于测定基板（3）所设定的预定的测定点（Pm）的高度而求出高度测定数据和预先求出按压构件（2b）的位置限制面的高度而存储的固定数据即限制面高度数据(Hf1~10)来运算四次曲面模型。由此，能够使近似精度提高，并且能够使必要的高度测定点的数量减少而缩短高度测定的所需时间。

Description

电子部件安装用装置

技术领域

本实用新型涉及一种以基板作为对象执行电子部件安装用的作业的电子部件安装用装置。

背景技术

将电子部件安装于基板而生产安装基板的电子部件安装线是连接将电子部件接合用的焊膏或粘结剂等粘性体涂布于基板的涂布装置、将电子部件装配于涂布后的基板的部件安装装置等具有不同的作业功能的多个电子部件安装用装置而构成。上述电子部件安装用装置从上游侧向下游侧传送基板，同时通过各装置所具有的部件安装头、涂布头等作业头，相对于基板进行部件装配作业、粘性体的涂布作业等按各装置预定的电子部件安装用的作业。

近年来，伴随电子设备的小型化且高功能化的进展，组装在电子设备中的安装基板谋求高密度且高精度的安装方式而进行小型化且薄化，会容易产生基板的翘曲变形。例如，在缺乏刚性的薄型的树脂制的基板等中，具有在基板面上局部的变形状态表示不同的复杂的翘曲变形的情况。因此，在将电子部件接合用的树脂涂布于基板面的涂布装置中，因基板的翘曲变形引起涂布嘴与基板面的涂布高度按作业部位而不同，故不能确保正常的涂布量和涂布形状，成为下一工序的安装不良的原因。另外，在装配电子部件的部件安装装置中，若将形成有焊锡凸块的电子部件直接装配于产生有复杂翘曲变形的基板，则焊锡凸块不能正常地焊接到基板的电极，容易产生导通不良、接合强度不足等接合不良。

作为极力防止因上述基板的翘曲变形引起的不良情况的对策，公知如下技术：根据在基板面上所设定的多个测定位置的高度测定结果来准备对预先基板面的形状进行数学表达式近似的曲面模型，在作业执行时，使用该曲面模型来求出作业位置中的作业高度而校正(例如参照专利文献1)。在该专利文献所示的现有技术例中，通过在基板面通常的测定位置以外设定辅助测定位置，从而防止测定位置位于切口部的情况等因基板面的不连续引起的局部的位移量的增减对曲面模型的假想的影响。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2007/063763号公报

但是，包括上述专利文献所示的例子，在以由数学表达式表示的曲面模型来近似基板面的翘曲变形的现有技术中，具有如下问题：由于曲面模型所使用的近似式的精度，产生不能以实际的作业状态下的基板的翘曲变形所需的精度近似的情况。即，在实际的作业状态下，基板的相对的两边的侧端部被夹紧机构夹紧，在上述两侧端部中基板的上下位置被限制，成为与自由状态下的翘曲变形不同的形状。

在上述两端处被限制位置而固定状态的情况下，基板的翘曲变形因两端被限制位置而具有拐点，在现有技术使用的二次曲面的近似中，使曲面形状的近似精度提高到必要水准是困难的。另外，为了使近似精度提高，若采用更高次的曲面模型，则必要的高度测定点的数量增加而高度测定所需的时间延迟，从而造成生产性降低。由此，在现有的电子部件安装用装置以及电子部件安装用装置中的作业执行方法中，在通过曲面模型近似基板的翘曲变形而校正作业高度的方式中，存在难以同时提高作业高度的近似精度和生产性的问题。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的在于提供一种电子部件安装用装置，在通过曲面模型近似基板的翘曲变形而校正作业高度的方式中，能够既提高作业高度的近似精度又提高生产性。

本实用新型技术方案1涉及的电子部件安装用装置，以通过夹紧机构使相对的两边的侧端部在上下方向上被限制位置的矩形状的基板为对象，执行电子部件安装用的预定的作业，上述电子部件安装用装置的特征在于，具有：作业动作机构，通过使作业头相对于上述基板中上述作业被执行的作业位置升降从而执行上述作业；存储部，存储表示上述夹紧机构的位置限制面的高度位置的限制面高度数据；高度测定单元，测定上述被限制位置的基板的上面所设定的预定的测定点的高度位置而求出高度测定数据；翘曲形状计算部，基于上述限制面高度数据以及上述高度测定数据，求出由数学表达式近似表示在上述被限制位置的状态下的上述基板的翘曲形状的曲面模型；以及作业控制部，基于通过上述曲面模型导出的上述作业位置的高度位置来控制上述作业动作机构，从而使上述作业头执行上述作业。

技术方案2涉及如技术方案1所述的电子部件安装用装置，其特征在于，上述曲面模型为将表示上述基板表面中的任意点的高度位置的Z坐标通过表示该任意点的水平方向的位置的X坐标以及Y坐标的四次式求出的四次曲面模型。

根据本实用新型，以通过夹紧机构使两边的侧端部在上下方向上被限制位置的矩形状的基板为对象，在通过曲面模型近似基板的翘曲变形而校正作业高度的方式中，通过基于测定基板的上面所设定的预定的测定点的高度而求出的高度测定数据和预先求出夹紧机构的位置限制面的高度而存储的限制面高度数据来运算曲面模型，由此能够使用高次的曲面模型而使近似精度提高，并且能够使必要的高度测定点的数量减少而缩短高度测定的所需时间，能够同时提高作业高度的近似精度和生产性。

附图说明

图1是表示本实用新型的一个实施方式的部件安装装置的结构的俯视图。

图2是本实用新型的一个实施方式的部件安装装置中的基板传送机构以及夹紧机构的结构说明图。

图3（a）和3（b）是本实用新型的一个实施方式的部件安装装置中的夹紧机构的功能说明图。

图4是本实用新型的一个实施方式的部件安装装置中的安装头以及高度测定单元的结构说明图。

图5是本实用新型的一个实施方式的部件安装装置中的安装头所进行的部件安装动作的说明图。

图6是本实用新型的一个实施方式的部件安装装置中基板的翘曲变形近似所使用的曲面模型的说明图。

图7（a）和7（b）是本实用新型的一个实施方式的部件安装装置中基板上所设定的高度测定的测定点配置的说明图。

图8是表示本实用新型的一个实施方式的部件安装装置的控制***的结构的框图。

图9是表示本实用新型的一个实施方式的电子部件安装用装置中的作业执行方法的处理流程图。

具体实施方式

接着参照附图说明本实用新型的实施方式。首先参照图1~图4说明部件安装装置1的整体结构。部件安装装置1为将电子部件安装于基板而制造安装基板的电子部件安装线所使用的电子部件安装用装置，以通过夹紧机构使相对的两边的侧端部在上下方向上被限制位置的矩形状的基板3为对象，具有执行电子部件安装用的预定的作业即部件安装作业的功能。

在图1中，在基座1a的中央部沿着X方向(基板传送方向)配置基板传送机构2。基板传送机构2传送从上游侧送入的矩形状的基板3，并且具有将基板3定位于以下说明的部件安装机构的安装作业位置的功能，而且具有并行配置的两条传送轨道2a。在基板传送机构2的中央部具有用于下支撑所送入的基板3的基板下支撑机构2c、以及从上方按压并夹紧通过基板下支撑机构2c顶起的基板3的相对的两边的侧端部的按压构件2b。

在基板传送机构2的两侧配置有供给安装对象的电子部件的部件供给部4。在部件供给部4并列配置有多个带式送料器5，带式送料器5具有将保持于输送带的部件间隔送到以下说明的部件安装机构的取出位置的功能。在基座1a上面的X方向的一端部上配置有Y轴移动台6，在Y轴移动台6连接有沿着Y方向可自由滑动的两台X轴移动台7。在X轴移动台7分别安装有沿着X方向可自由滑动的、与激光位移计10一体移动的安装头8。

安装头8为由多个单位保持头9构成的多连型头，通过安装于单位保持头9下端部的吸附嘴9a(参照图4)从带式送料器5真空吸附而保持安装对象的电子部件14。Y轴移动台6以及X轴移动台7构成使安装头8移动的头移动机构。通过驱动头移动机构，安装头8在部件供给部4与定位于基板传送机构2的基板3之间移动，通过在基板3上升降安装头8，将保持的电子部件14安装于基板3。

使安装头8以及安装头8移动的头移动机构构成从部件供给部4取出部件而安装于基板3的部件安装机构。而且，在电子部件安装用装置中，该部件安装机构以及基板传送机构2成为作业动作机构，通过使作业头即安装头8相对于基板3上作业被执行的作业位置升降而执行部件安装用的预定的作业。

在X轴移动台7的下面分别安装有与安装头8一体移动的基板识别照相机11。通过驱动头移动机构使基板识别照相机11向保持于基板传送机构2的基板3的上方移动，基板识别照相机11拍摄形成于基板3的识别标记。在部件供给部4与基板传送机构2之间的安装头8的移动路径配置有部件识别照相机12、吸附嘴容纳部13。通过进行从部件供给部4取出了部件的安装头8沿着预定方向通过部件识别照相机12上方的扫描动作，部件识别照相机12拍摄保持于安装头8的状态的部件。在吸附嘴容纳部13中与部件种类对应而容纳保持有多个安装于单位保持头9的吸附嘴9a。通过安装头8进入吸附嘴容纳部13而进行吸附嘴交换动作，能够与部件种类对应而交换安装于单位保持头9的吸附嘴9a。

参照图2、图3（a）和3（b）说明基板传送机构2的构成以及功能。如图2所示，基板传送机构2由并行配置的两条传送轨道2a构成，且在传送轨道2a的内侧沿着传送方向设置有输送机机构20。通过在基板3的两侧端部与输送机机构20的上面抵接的状态下驱动输送机机构20，基板3沿着基板传送方向被传送。在基板传送机构2的中央部，与部件安装机构的作业位置对应而配置有基板下支撑机构2c。

基板下支撑机构2c构成为通过升降机构23使水平的板状的基底部21升降(箭头a)，并且在基底部21的上面装配有从下面侧支撑基板3的下支撑框、下支撑栓等下支撑构件(图示省略)。在基底部21的两侧端部竖立设置有夹紧构件22，并且通过驱动升降机构23使得夹紧构件22升降从而相对于按压构件2b的下面的位置限制面2d进退。由此，夹入基板3的相对的两边的侧端部而夹紧固定，能够在上下方向上进行位置限制。因此，升降机构23、基底部21、夹紧构件22以及按压构件2b构成将基板3的相对的两边的侧端部在上下方向上进行位置限制的夹紧机构。

图3(a)表示从上游侧交接到基板传送机构2的基板3通过输送机机构20支撑相对的两边的侧端部而传送到基板下支撑机构2c的状态。在该状态下，基板3维持该工序之前的因热经历、加工外力等引起的翘曲变形状态，在所示的例子中，成为向上凸的单纯的上翘曲变形。图3(b)表示为了夹紧基板3的两侧端部而使基板下支撑机构2c动作的状态。即，通过驱动升降机构23使基底部21上升(箭头b)，与夹紧构件22一起上升(箭头c)，由此基板3的两侧端部夹入夹紧构件22的上端面与位置限制面2d之间而被夹紧固定。

而且，由于该夹紧固定，基板3的翘曲变形状态发生变化。即，基板3的两侧端部通过夹紧构件22被按压到平面形状的位置限制面2d，故在该范围内基板3成为没有面位移的平面状态。而且，在该平面范围过渡到基板3的本来的上翘曲变形范围的部分中，呈现出表示向上凹的上曲率面R1与向上凸的下曲率面R2边界的曲线PI。该曲线PI呈现于基板3的两侧端部，并且图3(b)所示的夹紧固定状态下的基板3的翘曲变形在上述两个曲线PI所夹着的中间范围内呈向上凸的上翘曲形状。

接着参照图4、图5说明安装头8的构成以及功能。如图4所示，安装头8具有多个(在此为四个)单位保持头9，并且在各单位保持头9的下端部以可自由装卸的方式安装有吸附嘴9a。通过使安装头8所具有的真空吸引***动作而从吸附嘴9a真空吸引，吸附嘴9a吸附保持电子部件14。由吸附嘴9a保持电子部件14的安装头8通过进行在基板3上移动而使吸附嘴9a升降的部件安装动作，从而在基板3的部件安装点安装有电子部件14。

在该部件安装动作中，由于基板3为产生了翘曲变形的状态，故如图5所示，上面3a中的部件安装点的高度位置H1与假想基板3为完全的平面状态的情况的正规高度位置H0相差因翘曲变形引起的高度误差ΔH。若忽视该高度误差ΔH而将正规高度位置H0作为安装基准高度由单位保持头9进行部件安装动作，则在使保持了电子部件14的吸附嘴9a相对于上面3a下降时，会以高度误差ΔH压入基板3并承受过大的押圧负荷，从而对电子部件14造成损坏。

另外，相反而言在高度位置H1低于正规高度位置H0而高度误差ΔH为负值的情况下，在部件安装动作中电子部件14在落地到上面3a之前停止吸附嘴9a的下降，在该状态下吸附嘴9a的吸附保持被解除，故容易产生因电子部件14的落下引起的安装位置的位置偏差。为了防止因上述基板3的翘曲变形引起的部件安装作业的不良情况，在本实施方式中，在部件安装作业之前测定基板3的翘曲变形的状态，校正部件安装高度即部件安装点的高度位置。

该翘曲变形状态的测定使用以与安装头8一体地自由移动的方式设置的激光位移计10来进行。即，如图4所示，在安装头8以测定方向朝向下面侧的方式设置有激光位移计10，并且通过使安装头8移动，能够使激光位移计10位于被基板传送机构2定位的基板3的任意的测定点Pm的上方。通过高度测定部34(参照图8)接收由激光位移计10获取的测定信号，求出对于测定点Pm的测定高度位置Hm。而且，基于以预先设定的多个测定点Pm为对象而求出的多个测定高度位置Hm的数据，生成使用数学表达式近似翘曲变形状态的基板3的上面3a的曲面形状的曲面模型，在实际的部件安装作业中，按作为对象的部件安装点来使用曲面模型算出部件安装高度。

参照图6说明以上述目的使用的曲面模型。图6表示曲面模型3*，用于近似基板3的上面的三维形状。曲面模型3*为以下述以及图6所示的四次式(1)表示的四次曲面模型，并且通过表示作业位置3*a的水平方向位置的X坐标以及Y坐标的四次式求出表示基板3的表面中的任意作业位置3*a的高度位置的Z坐标。即，通过规定四次式(1)中的十五个系数a~o，确定四次曲面模型。z=ax⁴+bx³y+cx²y²+dxy³+ey⁴+fx³+gx²y+hxy²+iy³+jx²+kxy+ly²+mx+ny+o····(1)

如上述那样，在两侧端部被夹紧固定而被限制位置的状态下的基板3的翘曲形状在两个曲线PI所夹着的中间范围呈向上凸的上翘曲形状，故作为曲面模型采用以上述四次式表示的四次曲面模型是恰当的。而且，在求出部件安装高度时，通过四次式(1)求出与各部件安装点的位置坐标(x，y)对应的z坐标值，作为该部件安装点的部件安装高度。由此，也考虑在现有技术使用的二次曲面模型的近似方法中被忽视的拐点附近的形状变化，能够算出更高的近似精度的部件安装高度。

接着参照图7（a）和7（b）说明为了规定四次式(1)中的十五个系数a~o而使用的高度数据。如图7(a)所示，由基板传送机构2传送且被基板下支撑机构2c定位保持的基板3分成如下范围来考虑：表示基板3通过夹紧构件22按压于两个按压构件2b的位置限制面2d(参照图3（a）和3（b）)而位置被限制的范围的位置限制范围3f，以及位于被位置限制范围3f夹着的并产生翘曲变形的翘曲变形范围3c。

在本实施方式中，在两侧的位置限制范围3f内分别设定有五个固定高度数据点Pf(i)(i=1~5，i=6~10)，在翘曲变形范围3c内设定有以3行5列的格子状排列的测定点Pm(i，j)(i=1~5，j＝1~3)。对于上述点中的固定高度数据点Pf(i)，由于设定在固定的按压构件2b的位置限制面2d，故为与基板3本身的固有的翘曲变形无关而总是视为一定的固定高度数据。因此，若作为最初的固定数据赋予该高度位置，则以后不必进行测定。即，为了确定图6所示的曲面模型，在各个基板3上仅以属于翘曲变形范围3c的测定点Pm(i，j)为对象进行激光位移计10的高度测定即可。

由此，如图7(b)所示，求出表示位置限制范围3f内的固定高度数据点Pf(i)的高度位置的固定高度位置Hf(i)(i=1~5，i=6~10)和表示翘曲变形范围3c内的测定点Pm(i，j)的高度位置的测定高度位置Hm(i，j)(i=1~5，j＝1~3)。固定高度位置Hf(i)为表示夹紧机构的位置限制面2d的高度位置的高度数据，测定高度位置Hm(i，j)为测定被限制位置的基板3的上面3a所设定的预定的测定点Pm的高度位置而求出的高度数据。

在此，虽然求出共计二十五点的高度数据，但对于其中的十个固定高度位置Hf(i)，不进行激光位移计10的实际的高度测定而进行数据获取，故能够大幅缩短高度测定所需的时间。此外，为了确定四次式(1)所具有的十五个未知的系数，并非需要二十五点的高度数据的全部，故适当取舍上述高度数据而使用。

而且，在基板3上在相当于侧端部的位置限制范围3f存在切口部、开口部等不连续部分，若实际通过激光位移计10进行高度测定，则产生不能获取正确表示上面3a的高度位置的高度数据的情况。即使在上述情况下，如本实施方式那样，通过使用作为预先固定数据赋予的固定高度位置Hf(i)，也能够获取用于求出总是上面3a的曲面形状的适当的高度数据，能够排除因不连续部分错误而作为高度测定的对象的近似误差。

接着参照图8说明控制***的结构。作业控制部30通过基于存储部31所存储的各种程序和数据来控制机构驱动部32，从而执行预定的作业动作。即，通过机构驱动部32被作业控制部30控制而驱动作业动作机构33即前述的部件安装机构以及基板传送机构2，预定的作业即部件安装作业被执行。

在存储部31存储有作业动作程序31a、限制面高度数据31b、高度测定数据31c、曲面模型数据31d。作业动作程序31a为用于执行部件安装作业的动作程序。限制面高度数据31b为图7所示的固定高度位置Hf(i)，并且作为固定高度数据存储有以当初的位置限制面2d为对象而进行高度测定的结果。即，存储部31存储夹紧机构的位置限制面2d的高度位置所表示的限制面高度数据31b。高度测定数据31c为图7所示的测定高度位置Hm(i，j)，存储有按各基板3分别测定的数据。曲面模型数据31d是基于限制面高度数据31b以及高度测定数据31c通过运算而求出的、近似表示基板3的翘曲形状的曲面模型的数据。

高度测定部34基于以各基板3为对象并通过激光位移计10进行的高度测定结果，进行求出表示各测定点Pm的高度位置的高度测定数据31c的处理。因此，高度测定部34以及激光位移计10构成高度测定单元，测定被限制位置的基板3的上面所设定的预定的测定点Pm的高度位置而求出高度测定数据。所求出的高度测定结果作为高度测定数据31c存储于存储部31。

翘曲变形计算部35基于限制面高度数据31b以及高度测定数据31c，进行求出曲面模型的运算处理，该曲面模型为由数学表达式(在此为四次曲面式)近似表示在两侧端部被夹紧固定而被限制位置的状态下的基板3的翘曲形状。所求出的曲面模型作为曲面模型数据31d存储于存储部31。而且，在使作业头(在此为安装头8)执行预定的作业(在此为部件安装作业)时，作业控制部30基于使用曲面模型数据31d而导出的作业位置的高度位置，控制作业动作机构33。

接着安装图9的流程说明在部件安装装置1中以被限制位置的基板3为对象而执行电子部件安装用的预定作业的电子部件安装用装置中的作业执行方法。首先，将表示夹紧机构的位置限制面的高度位置的限制面高度数据31b存储于存储部31(ST1)(存储工序)。即，在按压构件2b的位置限制面2d上测定固定高度数据点Pf(i)的高度位置，从而求出固定高度位置Hf(i)来作为限制面高度数据31b。

之后，若作业已开始，则使安装头8在被基板下支撑机构2c传送的基板3的上方移动，通过激光位移计10顺次测定被夹紧机构限制位置的基板3的上面所设定的预定的测定点Pm的高度位置，从而求出高度测定数据31c(ST2)(高度测定工序)。此时，由于与固定高度数据点Pf(i)的高度位置相当的固定高度位置Hf(i)已作为限制面高度数据31b而已知，故不必进行测定，能够有效地执行高度测定。

接着，通过翘曲变形计算部35基于存储部31所存储的限制面高度数据31b以及高度测定数据31c进行运算处理，求出由数学表达式近似表示在被夹紧机构限制位置的状态下的基板3的翘曲形状的曲面模型(ST3)(翘曲形状计算工序)。由此，求出图6所示的四次曲面模型，作为曲面模型数据31d存储于存储部31。

接着，通过四次曲面模型导出作业位置的高度位置(ST4)。即，通过将图6所示的曲面模型3*的任意的作业位置3*a中的x坐标、y坐标代入到四次曲面模型，从而导出该作业位置3*a中的z坐标作为该作业位置的高度位置。此时，由于使用四次曲面模型作为用于高度位置的导出的曲面模型，故对于在两侧端部被夹紧机构位置限制的状态下的基板3中的拐点附近，也能够确保良好的曲面近似精度。

而且，通过基于导出的高度位置来控制作业动作机构，使作业头执行作业(ST5)(作业控制工序)。即，使通过吸附嘴9a保持了电子部件14的安装头8在基板3的上方移动，基于导出的高度位置使吸附嘴9a相对于上面3a下降，从而执行将电子部件14安装于部件安装点的部件安装作业。由于在该部件安装中用于安装电子部件14的高度位置以高精度被近似校正，故能够防止因安装动作中的高度位置的不良引起的不良情况。

如上述说明那样，本实施方式所示的电子部件安装用装置以及电子部件安装用装置中的作业执行方法如下：以通过夹紧机构使两边的侧端部在上下方向上被限制位置的矩形状的基板3为对象，在通过曲面模型近似基板3的翘曲变形而校正作业高度的方式中，基于测定基板3的上面3a所设定的预定的测定点Pm的高度而求出的高度测定数据31c和预先求出夹紧机构的位置限制面2d的高度而存储的限制面高度数据31b来运算曲面模型。由此，能够使用高次的曲面模型而使近似精度提高，并且能够使必要的高度测定点的数量减少而缩短高度测定的所需时间，能够同时提高作业高度的近似精度和生产性。

此外，在上述实施方式中，作为电子部件安装用装置示出了通过安装头8将电子部件14安装于基板3的部件安装装置1的例子，但本实用新型不仅限于部件安装装置1，只要是通过使涂布头相对基板升降而进行树脂涂布作业的树脂涂布装置等使作业头升降而执行预定作业的结构，则成为本实用新型的适用对象。

产业上的可利用性

本实用新型的电子部件安装用装置具有能够同时提高作业高度的近似精度和生产性的效果，在使作业头在基板上升降而执行作业的电子部件安装领域中有用。

Claims (2)

1.一种电子部件安装用装置，以通过夹紧机构使相对的两边的侧端部在上下方向上被限制位置的矩形状的基板为对象，执行电子部件安装用的预定的作业，上述电子部件安装用装置的特征在于，具有：

作业动作机构，通过使作业头相对于上述基板中上述作业被执行的作业位置升降从而执行上述作业；

存储部，存储表示上述夹紧机构的位置限制面的高度位置的限制面高度数据；

高度测定单元，测定上述被限制位置的基板的上面所设定的预定的测定点的高度位置而求出高度测定数据；

翘曲形状计算部，基于上述限制面高度数据以及上述高度测定数据，求出由数学表达式近似表示在上述被限制位置的状态下的上述基板的翘曲形状的曲面模型；以及

作业控制部，基于通过上述曲面模型导出的上述作业位置的高度位置来控制上述作业动作机构，从而使上述作业头执行上述作业。

2.如权利要求1所述的电子部件安装用装置，其特征在于，

上述曲面模型为将表示上述基板表面中的任意点的高度位置的Z坐标通过表示该任意点的水平方向的位置的X坐标以及Y坐标的四次式求出的四次曲面模型。

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