JP3804405B2 - 電子部品の実装装置及び電子部品実装用の吸着ノズルユニット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に実装する電子部品の実装装置及び電子部品実装用の吸着ノズルユニットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子部品を基板に実装する実装装置には、電子部品を収納するテープフィーダなどのパーツフィーダが多数並設された供給部が設けられており、これらのパーツフィーダから移載ヘッドによって電子部品をピックアップして基板上に移載する実装動作が繰り返し行われる。この実装動作の効率向上を図るため、移載ヘッドに電子部品保持用の吸着ノズルを複数本設けたものが用いられる場合が多い。従来複数ノズルの配列方式としては、複数のノズルを1直線上に直列に配列した多連ノズルや、ノズルが円周上で回転するロータリ方式などが採用されている。
【0003】
ところで、電子部品を保持して基板に実装する実装動作においては、電子部品を吸着して保持する吸着ノズルを供給部のパーツフィーダに対して、また基板上の実装点に対して昇降させる昇降機構が必要とされる。この昇降動作においては、実装対象の電子部品に応じて昇降ストロークを可変する必要がある。従来の複数ノズルを備えた移載ヘッドでは、移載ヘッド全体を昇降させる昇降機構をストローク可変とし、各吸着ノズル個別の昇降はエアシリンダ駆動が用いられていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成の移載ヘッドでは、移載ヘッド全体を昇降させるようにしていたためこの昇降駆動機構に対する負荷が大きく、昇降動作の高速化が妨げられると共に、エアシリンダによるノズル個別の上下動作と移載ヘッド全体の昇降動作とを重ね合わせた動作を行うため全体の動作時間が遅延して実装タクトの短縮を困難なものとしていた。このように、従来の複数ノズルを備えた移載ヘッドを用いた従来の電子部品の実装装置には、各吸着ノズルの昇降駆動方式に起因して、実装タクトタイムの短縮が困難であるという問題点があった。
【0005】
そこで本発明は、実装タクトタイムを短縮することができる電子部品の実装装置及び電子部品実装用の吸着ノズルユニットを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の電子部品の実装装置は、電子部品の供給部に複数台並設されたパーツフィーダから移載ヘッドによって電子部品をピックアップして基板に実装する電子部品の実装装置であって、前記移載ヘッドに複数の吸着ノズルユニットが装着されており、この吸着ノズルユニットは、電子部品に当接して電子部品を吸着保持する吸着ツールと、下端部にこの吸着ツールが装着された昇降軸部材と、この昇降軸部材と結合されて共に昇降する送りねじと、この送りねじと螺合するナット部材と、このナット部材を回転駆動する駆動手段とを備え、前記昇降軸部材は前記送りねじの下端部にベアリングを保持する保持部材を介して結合されており、前記送りねじのナット部材との連れ廻りを防止する廻り止め手段として前記昇降軸部材の外周にスプリング部材を装着し、このスプリング部材が前記保持部材を介して前記送りねじに上方向への付勢力を伝達することにより送りねじの連れ廻りを防止するようにした。
【0007】
請求項2記載の電子部品の実装装置は、請求項1記載の電子部品の実装装置であって、前記移載ヘッドに、前記吸着ノズルユニットを所定の基本ピッチで前記パーツフィーダの並設方向に直列に配列して成るノズル列が複数列設けられている。
【0008】
請求項3記載の電子部品実装用の吸着ノズルユニットは、電子部品に当接して電子部品を吸着保持する吸着ツールと、下端部にこの吸着ツールが装着された昇降軸部材と、この昇降軸部材と結合されて共に昇降する送りねじと、この送りねじと螺合するナット部材と、このナット部材を回転駆動する駆動手段とを備え、前記昇降軸部材は前記送りねじの下端部にベアリングを保持する保持部材を介して結合されており、前記送りねじのナット部材との連れ廻りを防止する廻り止め手段として前記昇降軸部材の外周にスプリング部材を装着し、このスプリング部材が前記保持部材を介して前記送りねじに上方向への付勢力を伝達することにより送りねじの連れ廻りを防止するようにした。
【0009】
本発明によれば、電子部品を吸着して保持する複数の吸着ノズルを個別にストローク可変に昇降させることにより、移載ヘッド全体の昇降を行う必要がなく、昇降機構の駆動負荷を軽減できると共に、吸着ノズルの昇降動作を単一動作にして全体の実装タクトタイムを短縮することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の平面図、図2は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの斜視図、図3(a)は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの正面図、図3(b)は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの側面図、図4は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の吸着ノズルユニットの断面図、図5は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の吸着ノズルユニットの部分詳細図、図6は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの部分断面図、図7は本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの部分斜視図である。
【0011】
まず図1を参照して電子部品の実装装置の全体構造について説明する。図1において、電子部品の実装装置1には搬送路2が配設されており、搬送路2は電子部品が実装される基板3を搬送し位置決めする。搬送路2の側方には電子部品の供給部4が配設されており、供給部4には多数のパーツフィーダであるテープフィーダ5が並設されている。
【0012】
供給部4と搬送路2の上方にはX軸テーブル6、Y軸テーブル7が配設されている。X軸テーブル6、Y軸テーブル7はそれぞれ送りねじ8X,8Y、駆動モータMX,MYを備えており、Y軸駆動モータMYを駆動することにより、X軸テーブル6がY方向へ移動する。X軸テーブル6には移載ヘッド9が装着されており、移載ヘッド9は供給部4のテープフィーダ5から電子部品をピックアップし、搬送路2に位置決めされた基板3上へ移送搭載する。X軸テーブル6、Y軸テーブル7は、移載ヘッド9を水平移動させる移動手段となっている。
【0013】
搬送路2と供給部4の間には電子部品認識用のラインカメラ10が配設されており、供給部4から電子部品をピックアップした移載ヘッド9がラインカメラ10上を通過する際に、ラインカメラ10は電子部品を下方から撮像する。そして得られた撮像データを画像処理することにより、電子部品の認識が行われる。すなわちラインカメラ10は、移載ヘッド9の吸着ノズルに保持された状態の電子部品を下方から認識する認識手段となっている。
【0014】
次に図2、図3を参照して移載ヘッド9について説明する。図2、図3に示すように、移載ヘッド9は複数の吸着ノズルが一体的に移動する多連型ヘッドであり、共通の垂直なベース部11に吸着ノズルを昇降機構および吸引機構とともに一体化した吸着ノズルユニット12を複数並設した構造となっている。本実施の形態に示す例では、4個の吸着ノズルユニット12をX方向(テープフィーダ5の並設方向)に直列に配列して成るノズル列を、Y方向に2列並設した配置となっている。
【0015】
このような吸着ノズルユニット12の配置を採用することにより、単一列に複数の吸着ノズルを直列配置する従来の多連ノズル型の移載ヘッドと比較して、移載ヘッドのX方向の長さ寸法を大幅に短縮することができる。したがって、移載ヘッドのX方向のストロークを短縮して装置スペースを縮小することができる。また、直列に配置されるノズル数が減少することから、各ノズル間のピッチ誤差の累積を抑制することができ、後述するように複数部品の同時ピックアップを行う際の位置ずれに起因する不具合を減少させることができる。
【0016】
図3に示すように、X軸テーブル6のフレーム6aの側面には、ガイドレール13aが水平方向に配設されており、ガイドレール13aとスライド自在に嵌合するスライダ13bはベース部11に固着されている。また送りねじ8Xに螺合するナット14はベース部11に固着されており、X軸駆動モータMXによって送りねじ8Xを回転駆動することにより、ベース部11はX方向に水平移動する。これにより、複数の吸着ノズルユニット12は一体的に移動する。
【0017】
移載ヘッド9の構造について説明する。ベース部11の側面には箱形状の上部フレーム15および変断面形状の下部フレーム16が固設されている。上部フレーム15の上面には、吸着ノズルユニット12を構成するノズル昇降モータ20が垂直に配設されている。ノズル昇降モータ20の回転は上部フレーム15の下方に設けられた昇降機構25に伝達され、ここでノズル昇降モータ20の回転運動が昇降軸部材30の上下動に変換される。これらのノズル昇降モータ20を制御部39によって個別に制御することにより、移載ヘッド9の複数の吸着ノズルを、個別にストローク可変に昇降させることができるようになっている。
【0018】
このように複数の吸着ノズルを備えた移載ヘッド9において、吸着ノズルをストローク可変に個別に昇降させることにより、移載ヘッド9全体に昇降動作を行わせる必要がない。したがって、従来の移載ヘッド9全体を昇降させる機構と比較して、昇降機構の駆動負荷を軽減できると共に、実装動作における吸着ノズルの昇降動作を1つの駆動系のみの単一動作にして、全体の実装タクトタイムを短縮することができる。
【0019】
昇降軸部材30には軸回転部32が設けられており、下部フレーム16に固設されたノズル回転モータ50によって、無端ベルト51a,51bを介して軸回転部32に回転が伝達される。これにより、昇降軸部材30は軸廻りに回転する。昇降軸部材30の下端部は、スイベル部36を挿通してノズルヘッド37と結合されており、ノズルヘッド37には反射板38aおよび吸着部38bを備えた吸着ツール38が着脱自在に装着される。すなわち、昇降軸部材30の下端部には、吸着ツール38が装着される。
【0020】
スイベル部36は真空吸引装置に接続されており、スイベル部36から真空吸引することにより、吸着ツール38の軸廻りの回転を許容しながら、吸着部38bの下端部から真空吸引する。そして下端部に電子部品が当接した状態で真空吸引することにより、吸着ツール38は電子部品を吸着保持する。反射板38aは、ラインカメラ10による撮像時に、下方から照射される照明光を反射して、吸着部38bに保持された電子部品を透過照明する。
【0021】
次に図4、図5を参照して吸着ノズルユニット12の構造を説明する。図4において上部フレーム15の頂板15aにはノズル昇降モータ20の軸孔15cが設けられており、軸孔15c内にはカップリング部材21が装着された回転軸20aが挿入されている。また軸孔15cと上部フレーム15の底板15bに設けられた軸孔15dには、昇降機構25のハウジング部材22が、それぞれベアリング24a,24bを介して軸支されている。ハウジング部材22の上端部には、図5(a)に示すようにスリット22aが設けられており、スリット22aにはカップリング部材21の平歯部21aが嵌合する。したがって、回転軸20aが回転するとハウジング部材22も共に回転する。
【0022】
ハウジング部材22には上下に貫通する内孔22bが設けられており、図5(b)に示すように内孔22bの下方は、ナット部材26が嵌着される装着孔22cと連通している。装着孔22c内にナット部材26を嵌合させ、カラープレート43を弾性材より成るリング42を介して押さえ部材41で押さえ込むことにより、ナット部材26は図5(b)に矢印にて示す段差部分を挟み込まれ、ハウジング部材22に固定される。
【0023】
ナット部材26には内孔22bを挿通する送りねじ23が螺合しており、送りねじ23の下端部は、ベアリング28を上下から保持する保持部材27,29を介して、昇降軸部材30と回転自在に結合されている。したがってノズル昇降モータ20を駆動することにより、ハウジング部材22に固定されたナット部材26が回転する。ノズル昇降モータ20はナット部材26を回転駆動する駆動手段となっている。これにより送りねじ23が上下動し、そしてこの上下動は送りねじ23と結合された昇降軸部材30に伝達され、送りねじ23と昇降軸部材30とは共に昇降する。このとき昇降軸部材30は、ベアリング28によって送りねじ23に対しての相対的な回転が許容される。
【0024】
昇降軸部材30の外周には、スプリング部材31が装着されており、スプリング部材31は保持部材29に当接して上方向への付勢力を伝達する。この付勢力はさらに保持部材27を介して送りねじ23に伝達される。これにより、ナット部材26が回転して送りねじ23を上下動させる際に、送りねじ23はナット部材26に対して軸方向に押圧されながら上下動し、送りねじ23のナット部材26との連れ廻りが防止される。すなわち、スプリング部材31は送りねじ23の連れ廻りを防止する廻り止め手段となっている。
【0025】
下部フレーム16に設けられた軸孔16aには、図5(c)に示すようにベアリング45a,45bを介してハウジング部材44が軸支されている。ハウジング部材44には上下に貫通する内孔44aが設けられており、内孔44aの下方に設けられた装着孔44bにはスライドガイド35が嵌着されている。スライドガイド35には、昇降軸部材30が回転方向の変位を拘束されて挿通している。すなわち、ハウジング部材44を回転することにより、昇降軸部材30も共に回転するようになっている。
【0026】
ハウジング部材44の上部は、ノズル回転モータ50から回転が伝達される軸回転部32となっている。軸回転部32には伝動プーリ部33と、アイドラプーリ部34が設けられている。伝動プーリ部33はハウジング部材44に固着されたプーリ33aを備えており、プーリ33aに調帯された無端ベルト51aによってハウジング部材44に回転が伝達される。
【0027】
これに対し、アイドラプーリ部34に備えられたプーリ34bは、ベアリング34aを介してハウジング部材44に装着されている。このため、アイドラプーリ部34に調帯された無端ベルト51bからはハウジング部材44に回転が伝達されず、単に無端ベルト51bをガイドするアイドラとしてのみ機能する。
【0028】
ここで、移載ヘッド9におけるノズル列と各ノズル列の吸着ノズルを回転させるノズル回転モータ50の配置について説明する。図6、図7に示すように移載ヘッド9には、X軸テーブル6側、すなわち供給部4側から順にそれぞれ4個の吸着ノズルより成る第1ノズル列L1、第2ノズル列L2が設けられている。そして、供給部4側の第1ノズル列L1と基板3側の第2ノズル列L2との中間位置には、ノズル回転モータ50が配置されている。ノズル回転モータ50は、これらの各ノズル列の吸着ノズルをノズル軸廻りに回転させる単一のθ回転駆動手段となっている。
【0029】
ノズル回転モータ50による各吸着ノズルの回転は、図6、図7に示すように軸回転部32のプーリ位置に応じて上下2段に調帯された2つの無端ベルト51a,51bのうちの1つの無端ベルトを介して、各ノズル列ごとにノズル回転モータ50によって回転駆動される。すなわち図6(a)に示すように、下段の無端ベルト51aは第2ノズル列L2の4個の吸着ノズルを、また図6(b)に示すように上段の無端ベルト51bは第1ノズル列L1の4個の吸着ノズルをそれぞれ回転駆動する。上下各段にはテンションプーリ53が設けられ、ベルト張力を調整できるようになっている。
【0030】
ここで各吸着ノズルユニット12の軸回転部32のタイプについて説明する。図6(c)に示すように、軸回転部32の伝動プーリ部33、アイドラプーリ部34の組み合わせにはタイプA〜Dの4種類があり、上記各ノズル列L1,L2にはこれらの4種類のタイプが組み合わせて配列されている。
【0031】
タイプAは、上段にプーリ33aが、下段にベアリング34aを介してプーリ34bが装着されたものであり、タイプBは上段にプーリ33aが、下段にベアリング34aのみが装着されたものである。またタイプC,DはそれぞれタイプB,Aの上段と下段とを入れ替えた構成となっている。そして第1ノズル列L1、第2ノズル列L2は、図6に示すように、それぞれ上記タイプA〜Dを(A,B,B,A)、(D,C,C,D)の配列で組み合わせたものとなっている。
【0032】
このような軸回転部32の構成および配列を採用することにより、回転駆動対象のノズル列の各軸に装着された伝動用のプーリ33aに無端ベルト51a,51bの歯面側を当接させるとともに、他のノズル列の軸回転部32をガイド用のアイドラとして用いることが可能となっている。ここで、無端ベルト51a,51bの歯面側でガイドする位置にはプーリ34bを、背面側でガイドする位置にはベアリング34aのみを用いている。図6から判るように、上段と下段における伝動プーリ部やアイドラプーリ部の配列は対称な関係にあることから、同一長さの無端ベルト51a,51bを上下各段に使用することが可能となっており、保守部品の管理が容易となっている。
【0033】
このように、同一のノズル列の複数の吸着ノズルのノズル軸を一つの無端ベルトで回転駆動することにより、回転伝達誤差の小さい高精度のθ回転を行うことができるとともに、コンパクトな複数ノズル型の移載ヘッドが実現される。また上記構成において、θ軸回転手段のノズル回転モータ50を各ノズル列の中間位置に配置することにより、伝動配置における対称性を確保するとともに、X軸テーブル6からの移載ヘッド9の張り出し部分の質量モーメントを極力小さくすることができ、駆動時の振動発生を抑制して高速駆動を可能としている。
【0034】
次に移載ヘッド9における基板認識用のカメラ17の配置について説明する。図6に示すように、移載ヘッド9は一体的に移動するカメラ17を備えており、カメラ17は供給部4側のノズル列、すなわち第1ノズル列L1と同一直線上に配置されている。X軸テーブル6、Y軸テーブル7を駆動することにより、カメラ17は移載ヘッド9とともに一体的に水平移動し、搬送路2上に位置決めされた基板3を撮像して基板3の位置を認識する。カメラ17は基板3を撮像する撮像手段となっている。
【0035】
この電子部品の実装装置は上記のように構成されており、以下、この実装装置による電子部品の実装について説明する。まず最初に、移載ヘッド9には実装対象の電子部品に応じた吸着ツールが装着される。この装着作業が完了したならば、実装動作が開始される。まず、図1において移載ヘッド9を供給部4に移動させ、各テープフィーダ5から吸着ツール38によって電子部品をピックアップする。
【0036】
このとき、供給部4におけるテープフィーダ5の電子部品ごとの配列が移載ヘッド9における吸着ツール38の配列と一致している場合には同時吸着が可能である。この場合には複数の吸着ノズルユニット12において吸着ツール38の下降が同時に行われ、複数の電子部品が同時にピックアップされる。これ以外の場合には、実装シーケンスデータに従って、ピックアップ対象の電子部品を当該部品に対応した個々の吸着ツールによって個別にピックアップする。
【0037】
上記電子部品のピックアップにおいて、移載ヘッド9のX方向の長さ寸法が小さく設定されていることから、ピックアップ動作における移載ヘッド9の移動距離を小さくして実装タクトタイムを短縮することができる。また、移載ヘッド9における複数の吸着ノズル間のピッチ誤差の累積が小さいことから、吸着ノズルと電子部品の位置ずれに起因するピックアップ不具合の発生を最小に抑制し、単一列に複数の吸着ノズルを直列配置する方式の多連ノズル型の移載ヘッドと比較して、同時ピックアップの確率を向上させることが可能となっている。
【0038】
このようにして複数の電子部品を保持した移載ヘッド9は、X軸テーブル6、Y軸テーブル7によって基板3の上方へ移動する。この移動の経路において移載ヘッド9はラインカメラ10の上方を所定の移動速度で通過する。これにより、移載ヘッド9に保持された電子部品はラインカメラ10によって下方から撮像され、この撮像結果を画像処理することにより各電子部品の認識が行われる。
【0039】
そして位置が認識され位置ずれが検出された電子部品は、位置ずれを補正した上で基板3上の各実装点に搭載される。この搭載動作において、保持した電子部品のピッチ、すなわち吸着ノズルユニット12の配列ピッチと基板3上の実装点のピッチとが一致している場合には、これらの電子部品を保持した吸着ツール38を同時に下降させる。これ以外の場合には、各電子部品を保持した吸着ツールを実装シーケンスデータに基づいて順次下降させ、電子部品を各実装点に搭載する。
【0040】
上記実装動作において、移載ヘッド9の各吸着ノズルユニットは個々に昇降可能となっており、移載ヘッド9全体を昇降させる必要がない。このため、供給部4における部品のピックアップ動作、移送経路上における部品の撮像動作、基板3上での搭載動作のいずれにおいても、電子部品を保持した吸着ツール38の昇降にはノズル昇降モータ20のみを駆動すればよい。したがって、移載ヘッド9の全体昇降動作と各吸着ノズル個別の昇降動作とを組み合わせた従来の移載ヘッドと比較して、昇降動作に要する時間を短縮して実装効率を向上させることができる。
【0041】
また、各吸着ノズルユニットが個別にストローク可変に動作可能となっていることから、異なる厚さの電子部品を対象としたピックアップ、撮像および搭載の各動作において、部品に応じた適正な高さ位置を確保することができると共に、移載ヘッド9の水平移動と各吸着ノズルの昇降動作を個別に重ね合わせることが可能となっており、移載ヘッド9の水平移動と吸着ノズルの昇降動作とを合理的に組み合わせて無駄時間を排した効率のよい実装動作が実現できる。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品を吸着して保持する複数の吸着ノズルを個別にストローク可変に昇降させることにより、移載ヘッド全体の昇降を行う必要がなく、従来の移載ヘッド9全体を昇降させる機構と比較して、昇降機構の駆動負荷を軽減できると共に、吸着ノズルの昇降動作を単一動作にして全体の実装タクトタイムを短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の平面図
【図2】本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの斜視図
【図3】(a)本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの正面図
(b)本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの側面図
【図4】本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の吸着ノズルユニットの断面図
【図5】本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の吸着ノズルユニットの部分詳細図
【図6】本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの部分断面図
【図7】本発明の一実施の形態の電子部品の実装装置の移載ヘッドの部分斜視図
【符号の説明】
2 搬送路
3 基板
4 供給部
5 テープフィーダ
6 X軸テーブル
7 Y軸テーブル
9 移載ヘッド
10 ラインカメラ
12 吸着ノズルユニット
17 カメラ
20 ノズル昇降モータ
23 送りねじ
25 昇降機構
30 昇降軸部材
32 軸回転部
38 吸着ツール
39 制御部
50 ノズル回転モータ
51a、51b 無端ベルト
Claims (3)
- 電子部品の供給部に複数台並設されたパーツフィーダから移載ヘッドによって電子部品をピックアップして基板に実装する電子部品の実装装置であって、前記移載ヘッドに複数の吸着ノズルユニットが装着されており、この吸着ノズルユニットは、電子部品に当接して電子部品を吸着保持する吸着ツールと、下端部にこの吸着ツールが装着された昇降軸部材と、この昇降軸部材と結合されて共に昇降する送りねじと、この送りねじと螺合するナット部材と、このナット部材を回転駆動する駆動手段とを備え、前記昇降軸部材は前記送りねじの下端部にベアリングを保持する保持部材を介して結合されており、前記送りねじのナット部材との連れ廻りを防止する廻り止め手段として前記昇降軸部材の外周にスプリング部材を装着し、このスプリング部材が前記保持部材を介して前記送りねじに上方向への付勢力を伝達することにより送りねじの連れ廻りを防止することを特徴とする電子部品の実装装置。
- 前記移載ヘッドに、前記吸着ノズルユニットを所定の基本ピッチで前記パーツフィーダの並設方向に直列に配列して成るノズル列が複数列設けられていることを特徴とする請求項1記載の電子部品の実装装置。
- 電子部品に当接して電子部品を吸着保持する吸着ツールと、下端部にこの吸着ツールが装着された昇降軸部材と、この昇降軸部材と結合されて共に昇降する送りねじと、この送りねじと螺合するナット部材と、このナット部材を回転駆動する駆動手段とを備え、前記昇降軸部材は前記送りねじの下端部にベアリングを保持する保持部材を介して結合されており、前記送りねじのナット部材との連れ廻りを防止する廻り止め手段として前記昇降軸部材の外周にスプリング部材を装着し、このスプリング部材が前記保持部材を介して前記送りねじに上方向への付勢力を伝達することにより送りねじの連れ廻りを防止することを特徴とする電子部品実装用の吸着ノズルユニット。
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