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JP5353181B2 - Welding wire feeding device and laser / arc hybrid welding device - Google Patents

Welding wire feeding device and laser / arc hybrid welding device Download PDF

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JP5353181B2
JP5353181B2 JP2008274537A JP2008274537A JP5353181B2 JP 5353181 B2 JP5353181 B2 JP 5353181B2 JP 2008274537 A JP2008274537 A JP 2008274537A JP 2008274537 A JP2008274537 A JP 2008274537A JP 5353181 B2 JP5353181 B2 JP 5353181B2
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a welding wire feeder and a laser arc hybrid welding apparatus, wherein welding quality can be improved by forming a stable arc in laser arc hybrid welding. <P>SOLUTION: The welding wire feeder 20 feeds a welding wire M to a welding torch 11 by a delivery roller 25. The feeder has a pressurizing means 26 for pressurizing the delivery roller 25 toward the welding wire M and is configured so as to adjust the feeding speed of the welding wire M by controlling the thrust of the pressurizing means 26. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、溶接トーチに溶接ワイヤを繰り出す溶接ワイヤ送給装置及びこの溶接ワイヤ送給装置を備えたレーザ・アークハイブリッド溶接装置に関する。   The present invention relates to a welding wire feeding device for feeding a welding wire to a welding torch and a laser / arc hybrid welding device equipped with the welding wire feeding device.

高密度の熱エネルギ源であることにより熱影響部が狭く、高品質・高効率の溶接が可能とされるレーザ溶接の利点と、消耗電極方式とすることにより広いギャップ裕度を得ることが可能であるというアーク溶接の利点とを同時に得ることが可能な溶接法として、溶接対象物の溶接部にアーク溶接によって溶融池を形成し、この溶融池にレーザ溶接のレーザ光を照射して溶接するレーザ・アークハイブリッド溶接に関する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。   The high heat energy source has a narrow heat-affected zone, which makes it possible to achieve high-quality, high-efficiency laser welding, and a consumable electrode method to provide a wide gap margin. As a welding method that can simultaneously obtain the advantages of arc welding, a weld pool is formed by arc welding at the welded portion of the welding object, and this weld pool is irradiated with a laser beam of laser welding for welding. A technique relating to laser-arc hybrid welding has been disclosed (for example, see Patent Document 1).

このレーザ・アークハイブリッド溶接においては、例えば、MIG溶接機を用いる場合、アークにより溶融した溶接母材を溶滴の衝撃力及びプラズマの気流により掘り込んでその掘り込んだ凹部の底面部近傍に溶接ワイヤ送給装置から供給する溶接ワイヤの先端が位置するように調整してそこにレーザ光の焦点を合わせることが必要とされる。
特開2005−238282号公報
In this laser / arc hybrid welding, for example, when using a MIG welding machine, the welding base material melted by the arc is dug by the impact force of the droplets and the air current of the plasma, and welded in the vicinity of the bottom part of the dug recess. It is necessary to adjust so that the tip of the welding wire supplied from the wire feeder is positioned and to focus the laser beam there.
JP 2005-238282 A

しかしながら、レーザ・アークハイブリッド溶接では、従来のアーク溶接に比較して熱量を1/5〜1/4に低減することが可能とされる一方で、溶接ワイヤ送給装置から供給される溶接ワイヤは一定速度で繰り出されているために、例えば、種々の要因によって溶接ワイヤの先端と溶接母材との相対的な位置関係が変わると溶接にともなうアークが不安定になって良好なビードが形成できなくなるという問題があった。
そのため、レーザ・アークハイブリッド溶接において、アークを安定化させて良好な溶接品質を得るために溶接ワイヤの先端を所定位置に調整させたいという技術的要請があった。
However, in laser-arc hybrid welding, it is possible to reduce the amount of heat to 1/5 to 1/4 compared to conventional arc welding, while the welding wire supplied from the welding wire feeder is For example, if the relative positional relationship between the tip of the welding wire and the welding base material changes due to various factors, the arc caused by welding becomes unstable and a good bead can be formed. There was a problem of disappearing.
Therefore, in laser-arc hybrid welding, there has been a technical request to adjust the tip of the welding wire to a predetermined position in order to stabilize the arc and obtain good welding quality.

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、レーザ・アークハイブリッド溶接において、安定したアークを形成させることにより溶接品質の向上が可能とされる溶接ワイヤ送給装置及びレーザ・アークハイブリッド溶接装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and in laser / arc hybrid welding, a welding wire feeding device and a laser / power supply device capable of improving welding quality by forming a stable arc. An object is to provide an arc hybrid welding apparatus.

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項1に記載の発明は、溶接トーチに溶接ワイヤを繰出ローラによって送給する溶接ワイヤ送給装置であって、前記繰出ローラを前記溶接ワイヤに向かって押圧する押圧手段を有し、前記押圧手段の押圧力を制御することにより前記溶接ワイヤの送給速度を調整するように構成されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The invention according to claim 1 is a welding wire feeding device for feeding a welding wire to a welding torch by a feeding roller, and has a pressing means for pressing the feeding roller toward the welding wire, and the pressing The feeding speed of the welding wire is adjusted by controlling the pressing force of the means.

請求項4に記載の発明は、レーザ・アークハイブリッド溶接装置であって、請求項1から請求項3のいずれかに記載の溶接ワイヤ送給装置を備えることを特徴とする。   A fourth aspect of the present invention is a laser-arc hybrid welding apparatus, comprising the welding wire feeding apparatus according to any one of the first to third aspects.

この発明に係るワイヤ送給装置及びレーザ・アークハイブリッド溶接装置によれば、押圧手段を制御して、繰出ローラによる溶接ワイヤの押圧力が制御されるので、溶接ワイヤの送給速度を調整することが可能とされ、安定したアークを得ることができる。   According to the wire feeding device and the laser-arc hybrid welding device according to the present invention, the pressing means is controlled, and the pressing force of the welding wire by the feeding roller is controlled, so that the feeding speed of the welding wire is adjusted. And a stable arc can be obtained.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の溶接ワイヤ送給装置であって、前記溶接トーチから突出する前記溶接ワイヤの長さを検出する突出量検出手段を有し、前記突出量検出手段が検出した前記溶接ワイヤの長さに対応して押圧力を制御することを特徴とする。   Invention of Claim 2 is a welding wire feeding apparatus of Claim 1, Comprising: It has a protrusion amount detection means which detects the length of the said welding wire which protrudes from the said welding torch, The said protrusion amount The pressing force is controlled corresponding to the length of the welding wire detected by the detecting means.

この発明に係る溶接継手構造によれば、突出量検出手段が検出した溶接ワイヤの長さに基づいて溶接ワイヤの送給速度が制御されるので、溶接ワイヤの先端位置を所定の位置に調整することができる。
その結果、アークを形成することが可能となる。
According to the welded joint structure according to the present invention, the welding wire feeding speed is controlled based on the length of the welding wire detected by the protrusion amount detection means, so that the tip position of the welding wire is adjusted to a predetermined position. be able to.
As a result, an arc can be formed.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の溶接ワイヤ送給装置であって、前記突出量を検出する突出量検出手段を有し、前記押圧力は、前記溶接ワイヤの突出量を一定に維持するように制御されることを特徴とする。   Invention of Claim 3 is a welding wire feeding apparatus of Claim 2, Comprising: It has a protrusion amount detection means which detects the protrusion amount, The said pressing force is the protrusion amount of the said welding wire. It is controlled so as to be kept constant.

この発明に係る溶接ワイヤ送給装置によれば、溶接トーチの先端部から突出される溶接ワイヤの長さが一定に維持されるので、溶接時のアークを安定させることが可能となる。
その結果、良好なビードが形成されて溶接品質を向上することができる。
According to the welding wire feeding device according to the present invention, the length of the welding wire protruding from the distal end portion of the welding torch is maintained constant, so that the arc during welding can be stabilized.
As a result, a good bead can be formed and the welding quality can be improved.

本発明に係る溶接ワイヤ送給装置によれば、溶接ワイヤの送給速度を調整するように構成されているので、溶接ワイヤの先端を所定位置に調整してアークを安定化させることができる。その結果、溶接品質を向上させることができる。   The welding wire feeding device according to the present invention is configured to adjust the feeding speed of the welding wire, so that the arc can be stabilized by adjusting the tip of the welding wire to a predetermined position. As a result, the welding quality can be improved.

以下、図1を参照し、この発明の一実施形態について説明する。
図1は、本発明に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置及び溶接ワイヤ送給装置の一例を示す概略図であり、符号1はレーザ・アークハイブリッド溶接装置を、符号20はワイヤ送給装置を示している。
レーザ・アークハイブリッド溶接装置1は、図1に示すように、MIG溶接機10と、溶接ワイヤ送給装置20と、レーザ溶接機30とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a laser / arc hybrid welding apparatus and a welding wire feeding apparatus according to the present invention. Reference numeral 1 denotes a laser / arc hybrid welding apparatus, and reference numeral 20 denotes a wire feeding apparatus. Yes.
As shown in FIG. 1, the laser / arc hybrid welding apparatus 1 includes a MIG welding machine 10, a welding wire feeding device 20, and a laser welding machine 30.

MIG溶接機10は、溶接母材Wの溶接部との間にアークを形成して熱エネルギを発生する溶接トーチ11と、溶接機本体12とを備えており、溶接機本体12に収納された図示しない電源部から溶接トーチ11に溶接電力を供給するようになっている。   The MIG welding machine 10 includes a welding torch 11 that forms an arc between the welded portion of the welding base material W and generates thermal energy, and a welding machine body 12, and is housed in the welding machine body 12. A welding power is supplied to the welding torch 11 from a power source (not shown).

また、溶接トーチ11には、例えば、図示しないホースを経由してアルゴンガス等の不活性ガスが供給されるとともに、溶接ワイヤ送給装置20から溶接ワイヤMが供給され、供給された溶接ワイヤMは溶接トーチ11のノズル先端から突出し、電源部により電圧が印加されると溶接ワイヤMと溶接母材との間にアークが形成され溶接ワイヤM及び溶接母材Wが溶融接合されるようになっている。   Further, for example, an inert gas such as argon gas is supplied to the welding torch 11 via a hose (not shown), and the welding wire M is supplied from the welding wire feeder 20, and the supplied welding wire M is supplied. Protrudes from the nozzle tip of the welding torch 11, and when a voltage is applied by the power source, an arc is formed between the welding wire M and the welding base material, and the welding wire M and the welding base material W are melt-bonded. ing.

ワイヤ送給装置20は、例えば、溶接ワイヤMが巻回されたリール部21と、ワイヤガイド管22と、送給制御機構23とを備え、送給制御機構23は、繰出ローラ25と、エアシリンダ26と、CCDカメラ(突出量検出手段)27と、制御部28とを有している。   The wire feeding device 20 includes, for example, a reel portion 21 around which a welding wire M is wound, a wire guide tube 22, and a feeding control mechanism 23. The feeding control mechanism 23 includes a feeding roller 25, an air A cylinder 26, a CCD camera (projection amount detection means) 27, and a control unit 28 are provided.

繰出ローラ25は、溶接ワイヤMをその長手方向に移動させるために図示しない駆動源により回転力が付与される駆動ローラ25Aと、溶接ワイヤMを挟んで駆動ローラ25Aと対向配置される押圧ローラ25Bとを備え、押圧ローラ25Bには溶接ワイヤMと反対側にエアシリンダ26が設けられ、溶接ワイヤMへの押圧力がエアシリンダ26により制御可能とされている。   The feeding roller 25 includes a driving roller 25A to which a rotational force is applied by a driving source (not shown) in order to move the welding wire M in the longitudinal direction thereof, and a pressing roller 25B disposed to face the driving roller 25A with the welding wire M interposed therebetween. The pressure roller 25B is provided with an air cylinder 26 on the side opposite to the welding wire M, and the pressing force to the welding wire M can be controlled by the air cylinder 26.

CCDカメラ27は、溶接トーチ11のノズル先端から突出する溶接ワイヤMに向けられて撮像した溶接ワイヤMの画像を制御部28に伝送するようになっている。
制御部28は、CCDカメラ27から送られた画像を画像解析して、ノズル先端から突出する溶接ワイヤMの長さLを算出するとともにこの長さLに基づいて、例えば、エアシリンダ26にエアを供給する図示しない圧力調整弁の開度を制御することによりエアシリンダ26の押圧力を調整し、溶接ワイヤMの送給速度及びノズル先端から突出する溶接ワイヤMの長さLを調整するようになっている。
この実施形態において、溶接ワイヤMの長さL(突出量)は一定に維持されるようになっている。
The CCD camera 27 transmits an image of the welding wire M picked up and imaged toward the welding wire M protruding from the nozzle tip of the welding torch 11 to the control unit 28.
The control unit 28 performs image analysis on the image sent from the CCD camera 27, calculates the length L of the welding wire M protruding from the tip of the nozzle, and based on this length L, for example, supplies air to the air cylinder 26. The pressure of the air cylinder 26 is adjusted by controlling the opening of a pressure regulating valve (not shown) that supplies the pressure, and the feeding speed of the welding wire M and the length L of the welding wire M protruding from the nozzle tip are adjusted. It has become.
In this embodiment, the length L (projection amount) of the welding wire M is kept constant.

レーザ溶接機30は、レーザ発振器31と、レーザ伝送用ファイバー32と、レーザトーチ33とを備え、レーザ発振器31で発振、生成されたレーザ光がレーザ伝送用ファイバー32を経由してレーザトーチ33から照射されるようになっている。   The laser welding machine 30 includes a laser oscillator 31, a laser transmission fiber 32, and a laser torch 33, and laser light oscillated and generated by the laser oscillator 31 is irradiated from the laser torch 33 via the laser transmission fiber 32. It has become so.

次に、レーザ・アークハイブリッド溶接装置1及びワイヤ送給装置20の作用について説明する。
1)まず、溶接母材Wの溶接部に向かって溶接トーチ11及びレーザトーチ33を配置し、MIG溶接機10及びレーザ溶接機30を起動する。溶接ワイヤ送給装置20は、MIG溶接機10の起動に連動して起動される。
2)MIG溶接機10は、溶接ワイヤ送給装置20から供給される溶接ワイヤMが溶接トーチ11の先端ノズルから送り出され、溶接ワイヤMと溶接母材Wとの間でアークを形成して溶接ワイヤM及び溶接母材とによる溶接が行なわれ、溶接作業の進展に対応して溶接ワイヤ送給装置20から溶接ワイヤMが供給される。
3)レーザ溶接機30は、レーザ発振器31で発振、生成されたレーザ光がレーザ伝送用ファイバー32を経由してレーザトーチ33に伝送されレーザトーチ33から溶接母材Wの溶接部に照射される。このレーザ光は、溶融池の底面部近傍において溶接ワイヤMに照射される。
4)溶接トーチ11から突出した溶接ワイヤMは、CCDカメラ27により撮像され、その画像が制御部28に送られる。
5)溶接ワイヤMの突出量が変動すると、制御部28においてCD27の画像から算出される溶接ワイヤMの長さLに基づいて圧力調整弁の開度が制御される。
溶接ワイヤMの長さLが短くなるとエアシリンダ26の圧力を低くして繰出ローラ25による送給速度を速くする制御を行ない、溶接ワイヤMの長さLが長くなるとエアシリンダ26の圧力を高くして繰出ローラ25による送給速度を遅くする制御を行い、溶接ワイヤMの突出量を一定に維持する。
6)溶接ワイヤMの突出する長さLが一定に維持されるので溶接にともなうアークが安定する。
Next, operations of the laser / arc hybrid welding apparatus 1 and the wire feeding apparatus 20 will be described.
1) First, the welding torch 11 and the laser torch 33 are arranged toward the welded portion of the welding base material W, and the MIG welding machine 10 and the laser welding machine 30 are started. The welding wire feeder 20 is activated in conjunction with the activation of the MIG welding machine 10.
2) In the MIG welding machine 10, the welding wire M supplied from the welding wire feeding device 20 is sent out from the tip nozzle of the welding torch 11, and an arc is formed between the welding wire M and the welding base material W to perform welding. Welding with the wire M and the welding base material is performed, and the welding wire M is supplied from the welding wire feeder 20 in accordance with the progress of the welding operation.
3) In the laser welding machine 30, the laser beam oscillated and generated by the laser oscillator 31 is transmitted to the laser torch 33 through the laser transmission fiber 32, and is irradiated to the welded portion of the welding base material W from the laser torch 33. This laser beam is applied to the welding wire M in the vicinity of the bottom surface of the molten pool.
4) The welding wire M protruding from the welding torch 11 is imaged by the CCD camera 27, and the image is sent to the control unit 28.
5) When the protruding amount of the welding wire M varies, the opening of the pressure adjusting valve is controlled based on the length L of the welding wire M calculated from the image of the CD 27 in the control unit 28.
When the length L of the welding wire M is shortened, the pressure of the air cylinder 26 is decreased to increase the feeding speed by the feeding roller 25, and when the length L of the welding wire M is increased, the pressure of the air cylinder 26 is increased. Then, control is performed to slow down the feeding speed by the feeding roller 25, and the protruding amount of the welding wire M is kept constant.
6) Since the protruding length L of the welding wire M is kept constant, the arc accompanying welding is stabilized.

上記実施の形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置1及びワイヤ送給装置20によれば、エアシリンダ26を制御して繰出ローラ25による溶接ワイヤMの押圧力を制御するので溶接ワイヤMの送給速度を調整することができる。
また、溶接トーチ11のノズル先端から突出する溶接ワイヤMの長さLを調整するとともに、その長さLを一定に維持することができる。
その結果、溶接ワイヤMの先端を所定の位置に調整して安定したアークを形成することが可能となり、レーザ・アークハイブリッド溶接において良好なビードを形成することが可能となる。
According to the laser / arc hybrid welding apparatus 1 and the wire feeding apparatus 20 according to the above-described embodiment, the air cylinder 26 is controlled to control the pressing force of the welding wire M by the feeding roller 25. The speed can be adjusted.
In addition, the length L of the welding wire M protruding from the nozzle tip of the welding torch 11 can be adjusted, and the length L can be kept constant.
As a result, a stable arc can be formed by adjusting the tip of the welding wire M to a predetermined position, and a good bead can be formed in laser-arc hybrid welding.

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、押圧手段がエアシリンダ26により構成される場合について説明したが、モータやその他のアクチュエータを用いて構成してもよい。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
For example, in the above-described embodiment, the case where the pressing unit is configured by the air cylinder 26 has been described. However, the pressing unit may be configured using a motor or other actuator.

また、上記実施の形態においては、突出量検出手段がCCDカメラ27とされ、CCDカメラ27で得た溶接ワイヤMの画像を制御部28において画像処理することにより溶接トーチ11のノズル先端から突出する溶接ワイヤMの長さを検出する場合について説明したが、例えば、光学的手段、電磁気的手段等の他の手段により溶接ワイヤの突出量を検出する構成としてもよいし、アークの電流等、アークをモニタリングした結果に基づいて溶接ワイヤMの送給速度、突出量等を制御してもよい。   In the above embodiment, the projection amount detection means is the CCD camera 27, and the image of the welding wire M obtained by the CCD camera 27 is processed by the control unit 28 to project from the nozzle tip of the welding torch 11. Although the case where the length of the welding wire M is detected has been described, for example, the protruding amount of the welding wire may be detected by other means such as an optical means, an electromagnetic means, an arc current, etc. Based on the result of monitoring, the feeding speed of the welding wire M, the protrusion amount, etc. may be controlled.

また、上記実施の形態においては、溶接ワイヤ送給装置20が溶接トーチ11から突出する溶接ワイヤMの長さL(突出量)を一定に調整する場合について説明したが、例えば、溶接トーチ11が溶接母材Wに対する距離を変動するような場合において、溶接ワイヤMの長さLに代えて、溶接ワイヤMの溶接母材に対する先端の相対的位置(例えば、ギャップ)を維持するように調整する制御をしてもよい。
また、溶接ワイヤMの送給速度を調整するために押圧手段の押圧力を制御する構成としてもよい。
また、押圧手段による送給速度に関して、上記のようなモニタリングによるフィードバック制御に代えて、シーケンス制御等による送給速度の制御を行なうことも可能である。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the welding wire feeding apparatus 20 adjusted the length L (projection amount) of the welding wire M which protrudes from the welding torch 11 to constant, for example, the welding torch 11 is In the case where the distance to the welding base material W is changed, the relative position (for example, the gap) of the tip of the welding wire M with respect to the welding base material is adjusted to be maintained instead of the length L of the welding wire M. You may control.
Moreover, in order to adjust the feeding speed of the welding wire M, it is good also as a structure which controls the pressing force of a press means.
Further, regarding the feeding speed by the pressing means, it is possible to control the feeding speed by sequence control or the like instead of the feedback control by monitoring as described above.

本発明の一実施形態に係るレーザ・アークハイブリッド溶接装置及び溶接ワイヤ送給装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the laser arc hybrid welding apparatus which concerns on one Embodiment of this invention, and a welding wire feeding apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

W 溶接母材
M 溶接ワイヤ
L 溶接ワイヤMの長さ(溶接ワイヤMの突出量)
1 レーザ・アークハイブリッド溶接装置
10 MIG溶接機
11 溶接トーチ
20 溶接ワイヤ送給装置
25 繰出ローラ
26 エアシリンダ(押圧手段)
27 CCDカメラ(突出量検出手段)
28 制御部
30 レーザ溶接機
W Welding base material M Welding wire L Length of welding wire M (projection amount of welding wire M)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser arc hybrid welding apparatus 10 MIG welding machine 11 Welding torch 20 Welding wire feeding apparatus 25 Feeding roller 26 Air cylinder (pressing means)
27 CCD camera (projection amount detection means)
28 Control unit 30 Laser welding machine

Claims (3)

溶接トーチに溶接ワイヤを繰出ローラによって送給する溶接ワイヤ送給装置であって、
前記繰出ローラを前記溶接ワイヤに向かって押圧する押圧手段を有し、
前記押圧手段の押圧力を制御することにより前記溶接ワイヤの送給速度を調整するように構成されており、
前記溶接トーチから突出する前記溶接ワイヤの長さを検出する突出量検出手段としてのCCDカメラを有し、
前記CCDカメラが検出した画像に基づいて前記押圧力を制御することを特徴とする溶接ワイヤ送給装置。
A welding wire feeding device for feeding a welding wire to a welding torch by a feeding roller,
A pressing means for pressing the feeding roller toward the welding wire;
It is configured to adjust the feeding speed of the welding wire by controlling the pressing force of the pressing means ,
A CCD camera as a protrusion amount detecting means for detecting the length of the welding wire protruding from the welding torch;
A welding wire feeding device, wherein the pressing force is controlled based on an image detected by the CCD camera .
請求項に記載の溶接ワイヤ送給装置であって、
前記突出量を検出する突出量検出手段としてのCCDカメラを有し、
前記押圧力は、
前記溶接ワイヤの突出量を一定に維持するように制御されることを特徴とする溶接ワイヤ送給装置。
The welding wire feeding device according to claim 1 ,
A CCD camera as a protrusion amount detecting means for detecting the protrusion amount;
The pressing force is
The welding wire feeding device is controlled so as to maintain a constant protrusion amount of the welding wire.
請求項1又は2に記載の溶接ワイヤ送給装置を備えることを特徴とするレーザ・アークハイブリッド溶接装置。 A laser-arc hybrid welding apparatus comprising the welding wire feeding apparatus according to claim 1 .
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