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Dokumentenidentifikation DE69719001T2 02.10.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0849214
Titel Hubvorrichtung mit dreiecksförmigen Halteelementen
Anmelder Pri Automation, Inc., Billerica, Mass., US
Erfinder Weiss, Mitchell, Acton, Massachusetts 01727, US;
Friedman, Gerald M., New Ipswich, New Hampshire 03071, US
Vertreter Hofstetter, Schurack & Skora, 81541 München
DE-Aktenzeichen 69719001
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IE, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 05.06.1997
EP-Aktenzeichen 974012643
EP-Offenlegungsdatum 24.06.1998
EP date of grant 12.02.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.10.2003
IPC-Hauptklasse B66F 7/02
IPC-Nebenklasse B66C 11/04   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bei der Fertigung, insbesondere von Halbleiterwafern, müssen Gegenstände in der Fabrik von Station zu Station herum transportiert werden. Bei einigen Anwendungen werden die Gegenstände an einem Deckenhubsystem transportiert. Hubvorrichtungen werden verwendet, um die Gegenstände von einer Station zu einem Deckenschienensystem zur Bewegung zur nächsten Station anzuheben und abzusenken. Typischerweise umfaßt eine Hubvorrichtung eine Trägerplattform, die durch vier Seile aufgehängt ist, die auf- oder abgespult werden, um die Plattform anzuheben oder abzusenken. Solche Aufhängungssysteme unterliegen einer Seitwärtsschwingung und Verdrehung. Die Seile müssen auch einstimmig mit derselben Geschwindigkeit gespult werden, um eine Neigung der Plattform zu verhindern, was einen sorgfältig konstruierten Spulmechanismus erfordert. Der nächste Stand der Technik ist durch GB-A-1 301 233 entsprechend dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 12 dargestellt. Diese Bezugsquelle offenbart ein Hubsystem mit einer rechteckigen Anordnung von Paaren von flexiblen Zugelementen (Fig. 2).

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung, wie durch die Ansprüche 1 und 12 definiert, stellt ein Hubsystem bereit, das die Schwingung und Verdrehung während des Anhebens einer Nutzlast minimiert, während es eine gute Hubstärke bereitstellt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das System drei drehbare Spulen, die in 60º zueinander angeordnet sind. Drei flexible Aufhängungsbänder sind vorgesehen, wobei jedes Band zwei Seiten mit gleicher Länge aufweist, die an einem Scheitel verbunden sind. Jedes Band umfaßt auch eine dritte Seite entgegengesetzt zum Scheitel, die an einer zugehörigen der Spulen befestigt ist. Die Drehung der Spulen bewirkt, daß sich die Bänder auf die Spulen aufwickeln oder von diesen abwickeln. Die Bänder sind nahe ihrer Scheitel an einer Nutzlastgreifanordnung befestigt. Die drei dreieckigen Bänder sehen sechs horizontale Kraftkomponenten vor, die eine gute Seitenstabilität und Torsionssteifigkeit vorsehen, wodurch die Schwingung und Verdrehung der Nutzlast minimiert werden. Die Bänder sehen auch eine gute Nutzlasthubstärke vor.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen genauer verstanden, in welchen gilt:

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Hubsystems der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Hubsystems von Fig. 1 in auseinandergezogener Anordnung;

Fig. 3 ist eine perspektivische Draufsicht auf das Hubsystem der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist eine perspektivische Draufsicht auf das Hubsystem von Fig. 3 von unten;

Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines dreieckigen Aufhängungsbandes, das teilweise auf eine Spule gewickelt ist;

Fig. 6 ist eine schematische horizontale Draufsicht auf die horizontalen Kraftkomponenten der dreieckigen Aufhängungsbänder;

Fig. 7 ist ein Kraftplan des dreieckigen Aufhängungsbandes;

Fig. 8 ist eine Seitenansicht eines Hubsystems der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Schienentransportsystem;

Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht des Hubsystems von Fig. 8;

Fig. 10 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Hubsystems; und

Fig. 12A, 12B und 12C sind Diagramme des Hubsystems, die den Torsionswiderstand darstellen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Mit Bezug auf Fig. 1 bis 5 umfaßt das Hubsystem der Erfindung drei Spulen 12, die von einem Rahmen 14 getragen werden und in 60º zueinander in einer horizontalen Ebene angeordnet sind, Jede Spule ist um ihre Längsachse drehbar.

Drei Zugelemente mit drei dreieckigen Bändern 16, die aus einem flexiblen Material bestehen, sind entlang einer Seite 18 an einer zugehörigen Spule 12 befestigt und können auf die Spule aufgewickelt oder von dieser abgewickelt werden, wenn sich die Spule dreht. Typischerweise liegen die dreieckigen Bänder 16 in Form eines gleichschenkligen Dreiecks vor, wobei die zwei Seiten 20, die sich von jeder Spule nach unten erstrecken, wann das Band abgewickelt ist, die gleiche Länge aufweisen. Die zwei Seiten 20 verbinden sich an einem Scheitel 22. Im allgemeinen ist die an der Spule 12 befestigte Seite 18 kürzer als die zwei sich erstreckenden Seiten 20. Die Bänder können an den Spulen in einer beliebigen geeigneten Weise befestigt werden, wie beispielsweise durch Schieben des Bandes in einen Schlitz in der Spule und Festklemmen desselben mit einem Keilstück. Die Länge der sich erstreckenden Seiten wird für die spezielle Anwendung gewählt. Die Bänder sind in den Figuren nur schematisch dargestellt; es ist zu erkennen, daß die Bänder viel länger als insbesondere in Fig. 1 und 2 gezeigt sein können.

Jedes dreieckige Band 16 ist an einer Stelle 26 nahe seinem Scheitel 22 an einer Nutzlastgreifanordnung 24 (siehe Fig. 1) befestigt. Das Band 16 kann nicht exakt am Scheitel des Dreiecks befestigt werden, da dieser Befestigungspunkt einen zu kleinen Querschnitt aufweisen würde, um eine ausreichende Nutzlasthubstärke bereitzustellen. Somit liegt die Befestigungsstelle 26 in einem gewissen Abstand oberhalb des Scheitels. Je weiter die Befestigungsstelle vom Scheitel entfernt ist, desto größer ist die Lasttragkapazität des Bandes. Die Bänder können am Nutzlastgreifer 24 durch einen beliebigen geeigneten Befestigungsmechanismus befestigt werden, wie z. B. durch Schieben des Scheitels durch einen Schlitz im Greifer und Befestigen des Scheitels an einer Innenfläche oder Unterseite des Greifers.

Die Nutzlastgreifanordnung 24 umfaßt einen beliebigen geeigneten Mechanismus 28 an ihrer unteren Fläche zum Greifen einer Nutzlast 30, die in Fig. 8 schematisch gezeigt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Nutzlast 30 einen Halbleiterwaferträger, obwohl das Hubsystem der vorliegenden Erfindung mit einer beliebigen Form von Nutzlast betätigbar ist. Waferträger weisen typischerweise einen Griff an der oberen Oberfläche auf, der von einer Greifanordnung gegriffen werden kann, wie in der Halbleiterindustrie bekannt ist.

Um die Nutzlast anzuheben oder abzusenken, wenn sie einmal von der Greifanordnung 24 gegriffen wurde, werden die Spulen 12 gleichzeitig gedreht, wodurch bewirkt wird, daß sich die dreieckigen Bänder 16 auf die Spulen aufwickeln oder von diesen abwickeln, wie in Fig. 5 angegeben. Die Bänder wickeln sich über sich selbst auf die Spulen auf. Kein komplexer Wickelmechanismus ist erforderlich. Die Spulen 12 können durch einen einzelnen Motor 32, der an einer Spule befestigt ist, angetrieben werden, wobei die anderen Spulen mit der angetriebenen Spule durch einen geeigneten Getriebemechanismus wie z. B. 60º-Kegelräder verbunden sind. In Fig. 3 und 4 befindet sich der Motor innerhalb des dreieckigen Bereichs, der durch die drei Spulen definiert ist. Der Motor steht wirksam mit den Spulen durch beispielsweise ein Motorritzel 33, ein Zwischenrad 34 und ein Schneckenrad-Antriebsritzel 35 in Verbindung (siehe Fig. 4). Ein Motor und Räderwerk könnten auch außerhalb des dreieckigen Bereichs der Spulen in einer Verlängerung 39 eines Gehäuses 50 angeordnet sein. Alternativ kann jede Spule durch einen zugehörigen Motor angetrieben werden, obwohl die Drehungen zweckmäßig synchronisiert werden müssen, um sicherzustellen, daß die Bänder mit derselben Geschwindigkeit aufgewickelt und abgewickelt werden.

Mit Bezug auf Fig. 7 steht jedes dreieckige Band 16 unter Zug und kann als mit einer Zugkraft T verbildlicht werden, die entlang jeder abgewinkelten Seite gerichtet ist, welche durch Vektoren 40a, 40b angegeben ist. Jede Zugkraft kann in eine vertikale Komponente 42a, 42b und eine horizontale Komponente 44a, 44b aufgelöst werden. Wie aus den vergrößerten Ansichten in Fig. 7 ersichtlich ist, sehen die zwei Seiten eines Bandes horizontale Komponenten 44a, 44b mit entgegengesetzten Richtungen vor. Durch Vorsehen von drei Bändern, die in 60º zueinander in einer horizontalen Ebene abgewinkelt sind, werden sechs horizontale Kraftkomponenten in drei Paaren mit entgegengesetzten Richtungen bereitgestellt, wie schematisch in der horizontalen Uraufsicht von Fig. 6 gezeigt. Dieses System von Kraftkomponenten führt zu einer guten Seitenstabilität. Der Torsionswiderstand des Systems wird durch Hinzufügen der diagonalen Verstrebung in 45º erhöht, da die Verwendung eines dünnen Blechs als Zugelement wie bei der vorliegenden Erfindung als System mit einer unendlichen Anzahl von diagonalen Verstrebungen betrachtet werden kann, wohingegen Drahtseile keine haben. Mit Bezug auf Fig. 12A, 12B und 12C bewirkt eine Last F, die gewöhnlich die Nutzlast verdreht, Zug- und Druckbelastungen in den Bändern, wieder anders als Drahtseile. Somit heben sich Scherbelastungen auf und es besteht eine verringerte Tendenz, daß sich die Bänder verdrehen. Folglich schwingt die Nutzlast gewöhnlich nicht von Seite zu Seite oder verdreht sich, wenn sie angehoben oder abgesenkt wird, ein Problem bei den meisten Hubsystemen des Standes der Technik.

Die dreieckigen Bänder 16 können aus einem dünnen Blech aus einem Material aus beispielsweise rostfreiem Stahl oder Kunststoff mit hoher Festigkeit bestehen. Da sie relativ zum Spulendurchmesser oder einem Seil mit äquivalenter Festigkeit dünn gemacht werden können, weisen die Bänder eine größere Flexibilität und eine längere Lebensdauer auf. Diese Eigenschaften ermöglichen auch, daß die Spulen 12, auf die die Bänder aufgewickelt werden, einen kleineren Durchmesser aufweisen. Für Halbleiterwafer-Transportanwendungen ist eine Banddicke von ungefähr 0,051 mm (0,002 Inch) geeignet. Bänder sind auch sauberer als Seil- oder Drahthubsysteme. Wenn die Bänder aus Kunststoff bestehen, können auch Leiter zu den Bändern hinzugefügt werden, um elektrische Signale zum Greifer zu liefern. Wenn die Bänder aus Stahl oder einem anderen leitenden Metall bestehen, kann jedes Band ein unabhängiger Leiter sein.

Der Spulmechanismus ist typischerweise im Gehäuse 50 angeordnet, um den Antriebsmechanismus abzustützen und den Mechanismus von Verunreinigungen relativ frei zu halten. Das Gehäuse kann eine obere Platte 51 (siehe Fig. 1) und eine untere Platte 52 umfassen, die Schlitze 54 enthält, durch die die Bänder hindurchtreten (siehe Fig. 4). In dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse zylindrisch und in Fig. 3 und 4 ist es im allgemeinen dreieckig. Die vorstehend erörterte Verlängerung 39 kann für den Motor und das Räderwerk vorgesehen sein, falls erwünscht. Eine beliebige andere Gestaltung könnte verwendet werden. Das Gehäuse kann auch zur Drehung um eine vertikale Achse 56 montiert werden, falls erwünscht (siehe Fig. 1).

Das Hubsystem ist in Fig. 8 und 9 in Verbindung mit einem Schienentransportsystem dargestellt. Bei dem gezeigten Transportsystem sind beispielsweise ein Paar von Schienen 60 vorgesehen, die so angeordnet sind, daß sie zu verschiedenen gewünschten Stellen beispielsweise in einer Fabrik laufen. Einschienensysteme sind auch bekannt. Geeignete Fahrzeuge 62 werden entlang der Schienen angetrieben. Das Hubsystem ist durch sich seitlich erstreckende Arme 64 an den Fahrzeugen 62 montiert. In dieser Waise kann das Hubsystem zu einer beliebigen gewünschten Stelle transportiert werden. Solche Transportsysteme sind gut bekannt, insbesondere in der Halbleiterfertigungsindustrie.

Das Hubsystem kann über der Nutzlast durch ein Zielsystem zweckmäßig angeordnet werden, das schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Das Zielsystem umfaßt ein Ziel 72 wie z. B. eine optisch erkennbare Markierung oder einen Impulsübertrager, der sich an einer oberen Oberfläche der Nutzlast befindet. Eine Kamera oder ein Lasersystem 74 an der Hubvorrichtung ortet das Ziel und signalisiert einem Steuersystem, den Greifer korrekt über der Nutzlast zu positionieren.

Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel den vorstehend beschriebenen Spulmechanismus verwendet, ist zu erkennen, daß andere Mechanismen zum Anheben und Absenken der Aufhängungsbänder vorgesehen sein könnten. Die Bänder könnten sich beispielsweise um zwei oder mehrere Trommeln oder Riemenscheiben wickeln, die schematisch zueinander hin und voneinander weg beweglich sind, wie schematisch in Fig. 11 angegeben. Ebenso wurden die Aufhängungsbänder als massive Folien dargestellt; deren Innenflächen könnten jedoch auf Wunsch entfernt werden, da diese Flächen keine Lasttragrolle spielen, obwohl das Spulen solcher Bänder eine sorgfältige Handhabung erfordern würde, um sicherzustellen, daß die Bänder nicht verheddert werden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann jedes Zugelement ein dünnes, flexibles Band oder ein Riemen sein, der auf eine Spule oder einen anderen geeigneten Wickelmechanismus wickelbar ist und an einer Nutzlastgreifanordnung befestigt ist, um eine dreieckige Gestalt zu bilden. Das Band wickelt sich in einer Weise auf den Wickelmechanismus auf, die die dreieckige Gestalt des Bandes beibehält, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 10 angegeben.

Die Erfindung soll nicht durch das, was speziell gezeigt und beschrieben wurde, begrenzt werden, außer wie durch die beigefügten Ansprüche angegeben.


Anspruch[de]

1. Hubsystem zum Anheben und Absenken einer Nutzlast mit:

einem Rahmen (50-52);

einem Hubmechanismus (32-35), der vom Rahmen getragen wird und zum Anheben und Absenken wirksam ist;

einer Nutzlast-Greifanordnung (24); und

einem Aufhängungsmechanismus (12), der mit dem Hubmechanismus gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufhängungsmechanismus herabhängende, flexible Zugelemente (16) umfaßt, die dazu ausgelegt sind, insgesamt drei Sätze von entgegengesetzten horizontalen Zugkräften (44a, 44b) vorzusehen, die entlang drei nicht-paralleler horizontaler Linien ausgerichtet sind, wobei die herabhängenden Zugelemente Bänder sind, die an herabhängenden Enden (22) derselben mit der Nutzlast-Greifanordnung (24) gekoppelt sind.

2. Hubsystem nach Anspruch 1, wobei die herabhängenden Zugelemente (16) jeweils eine dreieckige Gestalt mit zwei Seiten (20) mit gleicher Länge, die an einem Scheitel (22) verbunden sind, und einer dritten Seite (18) entgegengesetzt zum Scheitel (22) aufweisen, wobei die dritte Seite am Hubmechanismus (32-35) befestigt ist, wobei jedes Zugelement (16) an der Nutzlast-Greifanordnung (24) nahe dem Scheitel befestigt ist.

3. Hubsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hubmechanismus drei sich in Längsrichtung erstreckende Spulen (12) umfaßt, die vom Rahmen (50-52) getragen werden und in 60º zueinander in einer Ebene angeordnet sind, wobei jede Spule (12) zur Drehung um ihre zugehörige Längsachse gelagert ist.

4. Hubsystem nach Anspruch 3, wobei der Hubmechanismus (32-35) ferner einen Drehantriebsmechanismus umfaßt, der wirksam mit den Spulen (12) verbunden ist, um die Spulen zu drehen.

5. Hubsystem nach Anspruch 3, wobei die Zugelemente (16) des Aufhängungsmechanismus drei flexible Bänder umfassen, wobei jedes Band eine dreieckige Gestalt mit zwei Seiten mit gleicher Länge, die an einem Scheitel verbunden sind, und einer dritten Seite entgegengesetzt zum Scheitel aufweist, wobei die dritte Seite an einer zugehörigen der drei Spulen befestigt ist, wobei die Drehung der zugehörigen Spule (12) bewirkt, daß sich das Band auf die Spule aufwickelt oder von dieser abwickelt, wobei jedes Band an der Nutzlast-Greifanordnung (24) nahe dem Scheitel (22) befestigt ist.

6. Hubsystem nach Anspruch 3, welches ferner ein Gehäuse (50) umfaßt, das die Spulen umschließt.

7. Hubsystem nach Anspruch 4, wobei der Drehantriebsmechanismus einen Motor (32), der mit einer der Spulen verbunden ist, und ein Getriebe, das die drei Spulen drehend koppelt, umfaßt.

8. Hubsystem nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die drei horizontalen Linien in 60º zueinander liegen.

9. Hubsystem nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der Rahmen (50-52) um eine vertikale Achse drehbar ist.

10. Hubsystem nach einem vorangehenden Anspruch, wobei der Rahmen (50-52) mit einem Schienentransportsystem gekoppelt ist.

11. Hubsystem nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die Nutzlast- Greifanordnung (24) dazu ausgelegt ist, einen Halbleiterwaferträger (30) zu ergreifen.

12. Transportsystem mit:

einem Decken-Schienentransportsystem; und

einem Hubsystem, das mit dem Decken-Schienentransportsystem zum Transport entlang desselben gekoppelt ist, wobei das Hubsystem folgendes umfaßt:

einen Rahmen (50-52);

einen Hubmechanismus (32-35), der vom Rahmen getragen wird und zum Anheben und Absenken wirksam ist;

eine Nutzlast-Greifanordnung (24); und

einen Aufhängungsmechanismus, der mit dem Hubmechanismus gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufhängungsmechanismus herabhängende, flexible Zugelemente (16) umfaßt, die dazu ausgelegt sind, insgesamt drei Sätze von entgegengesetzten horizontalen Zugkräften (44a, 44b) vorzusehen, die entlang drei nicht-paralleler horizontaler Linien ausgerichtet sind, wobei die herabhängenden Zugelemente Bänder sind, die an herabhängenden Enden derselben mit der Nutzlast-Greifanordnung (24) gekoppelt sind.

13. Transportsystem nach Anspruch 12, wobei das Decken- Schienentransportsystem in einer Fabrik angeordnet ist.

14. Transportsystem nach Anspruch 12, wobei der Hubmechanismus (32-35) drei sich in Längsrichtung erstreckende Spulen (12) umfaßt, die vom Rahmen (50-52) getragen werden und in 60º zueinander in einer Ebene angeordnet sind, wobei jede Spule zur Drehung um ihre zugehörige Längsachse gelagert ist.

15. Transportsystem nach Anspruch 12 oder 14, wobei die herabhängenden Zugelemente jeweils eine dreieckige Gestalt mit zwei Seiten (20) mit gleicher Länge, die an einem Scheitel (22) verbunden sind, und einer dritten Seite (18) entgegengesetzt zum Scheitel aufweisen, wobei die dritte Seite am Hubmechanismus (32-35) befestigt ist, wobei jedes Zugelement an der Nutzlast-Greifanordnung nahe dem Scheitel befestigt ist.

16. Transportsystem nach Anspruch 15, wobei der Hubmechanismus (32-35) ferner einen Drehantriebsmechanismus umfaßt, der wirksam mit den Spulen verbunden ist, um die Spulen zu drehen.

17. Transportsystem nach Anspruch 15, wobei die Zugelemente des Aufhängungsmechanismus drei flexible Bänder (16) umfassen, wobei jedes Band eine dreieckige Gestalt mit zwei Seiten (20) mit gleicher Länge, die an einem Scheitel (22) verbunden sind, und einer dritten Seite (18) entgegengesetzt zum Scheitel aufweist, wobei die dritte Seite an einer zugehörigen der drei Spulen befestigt ist, wobei die Drehung der zugehörigen Spule bewirkt, daß sich das Band (16) auf die Spule (12) aufwickelt oder von dieser abwickelt, wobei jedes Band an der Nutzlast- Greifanordnung (24) nahe dem Scheitel befestigt ist.

18. Transportsystem nach einem der Ansprüche 15 bis 17, welches ferner ein Gehäuse (50) umfaßt, das die Spulen umschließt.

19. Transportsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Drehantriebsmechanismus einen Motor (32), der mit einer der Spulen (12) verbunden ist, und ein Getriebe, das die drei Spulen drehend koppelt, umfaßt.

20. Transportsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei die drei horizontalen Linien in 60º zueinander liegen.

21. Transportsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei der Rahmen um eine vertikale Achse (56) drehbar ist.

22. Transportsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 21, wobei die Nutzlast-Greifanordnung (24) dazu ausgelegt ist, einen Halbleiterwaferträger (30) zu ergreifen.

23. Transportsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 22, welches ferner ein Zielortungssystem (72, 74) umfaßt, das an dem Hubsystem angeordnet ist, um eine Nutzlast (30) zu orten und das Hubsystem über dieser zu positionieren.

24. Transportsystem nach Anspruch 23, wobei das Zielortungssystem eine optische Kamera oder einen Lasersensor (74) umfaßt, die/der zum Erkennen eines Ziels (72), das sich an der Nutzlast (30) befindet, angeordnet ist.

25. Transportsystem nach Anspruch 24, wobei das Ziel (72) eine optisch erkennbare Markierung oder einen Impulsübertrager umfaßt.

26. Transportsystem nach Anspruch 23 oder 24, wobei das Zielortungssystem (72, 74) mit einer Steuereinheit zum Steuern der Positionierung des Hubsystems in Verbindung steht.







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