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    公开号:WO1989008523A1
    申请号:PCT/CH1989/000040
    申请日:1989-03-08
    公开日:1989-09-21
    发明作者:Werner Lüber
    申请人:Lueber Werner；
    IPC主号:B22D31-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren und Einrichtung zum Abtrennen von üebermaterial an Gusswerkstücken
    [0002] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ab¬ trennen von üebermaterial an Gusswerkstücken mittels ro¬ tierender Trennschleifscheibe oder dgl. , die über ihren Werkzeughalter am freien Ende eines mehrarmigen Industrie- Roboters angeordnet ist, um die Trennschleifscheibe an vor¬ gegebener Stelle des Gusswerkstückes ansetzen zu können.
    [0003] Ein wesentliches Problem bei solchen Verfahren besteht im instabilen Verhalten aller in Bewegungsverbindung stehenden Teile des verwendeten Roboters, so dass eine präzise Tren¬ nung von üebermaterial bei insbesondere grossen Gusswerk¬ stücken bisher nicht praktiziert werden konnte. Alle dies¬ bezüglichen Maschinen konnten deswegen bisher nie indust¬ riell eingesetzt werden, sondern sind bereits im Versuchs¬ stadium aufgegeben worden.
    [0004] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver- fahren der vorbeschriebenen Art so weiterzuentwickeln, dass dieses nunmehr eine industrielle Anwendung unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile erlaubt.
    [0005] Dies wird erfindungsgemass dadurch erreicht, dass die Trenn¬ schleifscheibe am Werkzeughalter in linearer Vorschubrich¬ tung verschiebbar geführt wird, wobei deren Vorschub er¬ folgt, sobald die Trennschleifscheibe an vorgegebener Stel¬ le des Gusswerkstückes durch die Stellmittel des Roboters herangeführt ist und alle Stellmittel des Roboters in star¬ ren Verbindungszustand gebracht wurden.
    [0006] Dadurch, dass nunmehr nur noch die Trennschleifscheibe beim Trennvorgang einen linearen Vorschub erhält, alle anderen Stellglieder aber in starren Verbindungszustand gebracht werden, können sich allfällig auf die Stellglieder übertra¬ genen Fibrationen nicht mehr negativ auswirken, auch nicht auf den linearen Vorschub der Trennschleifscheibe, da die genannten Fibrationen auf dem Wege zum Fundament stark ge¬ dämpft werden.
    [0007] Entsprechend betrifft die vorliegende Erfindung weiter eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die sich aus¬ zeichnet durch einen mehrarmigen Industrie-Roboter mit ei¬ nem als Kniehebel ausgebildeten Tragarm, der an einem Ende in einem Ständer um eine horizontale und um eine vertikale Achse schwenkbar gelagert ist und am anderen Ende gelenkig den Werkzeughalter trägt, an dem die Trennschleifscheibe über Schlittenmittel linear verschiebbar abgestützt ist, wo¬ bei die Stellmittel am Roboter zentral ansteuerbare und feststellbare Hydraulikzylinder resp. hydraulische Stellmo¬ toren sind. Die Ausbildung des Tragarms als horizontal und vertikal ver¬ schwenkbarer Kniehebel gibt dem Trennwerkzeug einen hohen räumlichen Aktionsradius. Die gelenkige Anordnung des Trenn¬ werkzeuges am Ende des Kniehebels erlaubt es auf einfache Weise, das Werkzeug in verschiedenen Raumebenen vorzuschie¬ ben. Der Hydraulikzylinder zum Oeffnen und Schliessen des Kniehebels erlaubt eine präzise Positionierung über geeig¬ nete Steuervorrichtungen und ausserdem eine starre Fixie¬ rung während des Bearbeitungsvorgangs.
    [0008] Vorzugsweise erfolgt die Lagerung des Kniehebels im Ständer derart, dass dieser einen horizontalen Drehkranz aufweist, auf dem ein um eine vertikale Achse schwenkbares Lagerbett abgestützt ist, und dass im Lagerbett der Kniehebel um ei¬ ne horizontale Achse schwenkbar gelagert ist. Für die Ver- schwenkung des Lagerbetts im Ständer einerseits und des Kniehebels im Lagerbett andererseits werden vorzugsweise ebenfalls Hydraulikzylinder eingesetzt.
    [0009] Die gelenkige Befestigung des Trennwerkzeugs kann besonders vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass es am Ende des freien Abschnittes des Kniehebels an einer Werkzeughalte- rung befestigt ist, die um drei rechtwinklig zueinander stehende Drehachsen verschwenkbar gelagert ist, von denen eine erste horizontal durch das Kniehebelende verläuft. Durch diese Anordnung kann das Trennwerkzeug ersichtlicher¬ weise besonders einfach in verschiedene Schräglagen gebracht werden. Die erste Drehachse verläuft dabei immer horizontal um das Kniehebelende. Dieses kann jedoch seinerseits in ver¬ schiedenen Höhenlagen und Radien um die vertikale Achse am Ständer verschwenkt werden. Für die Betätigung der Werkzeug- halterung können hydraulische Antriebe in der Form von Hyd¬ raulikzylindern oder Stellmotoren eingesetzt werden. Das Trennwerkzeug ist vorzugsweise auf einem Schlitten be¬ festigt, der auf einer Schlittenführung an der Werkzeughal- terung linear vorschiebbar ist. Diese Anordnung ermöglicht es im Gegensatz zu bekannten Vorrichtungen, dass der Trag¬ arm bei der Bearbeitung des Werkstückes überhaupt nicht ver¬ schwenkt werden muss. Vielmehr muss der Tragarm für eine be¬ stimmte Werkstückserie lediglich einmal in die richtige Po¬ sition gebracht werden, wonach anschliessend die Bearbeitung überwiegend durch Vorschieben des Schlittens ggf. in Kombi¬ nation mit einer Verschwenkung der Werkzeughalterung am Kniehebel erfolgt. Auch der lineare Vorschub des Trennwerk¬ zeuges erfolgt vorzugsweise hydraulisch. Denkbar wäre hier aber auch ein manuelles Vorschieben des Schlittens z.B. mit Hilfe einer Gewindespindel.
    [0010] Für die Gussbearbeitung wird das Trennwerkzeug vorzugsweise eine mit einem Hydraulikmotor antreibbare Trennscheibe sein. Die Trennvorrichtung könnte für andere Einsatzzwecke jedoch ohne weiteres mit alternativen Trennwerkzeugen ausgerüstet werden. So könnte z.B. auch ein elektromotorisch angetrie¬ benes Kreissägeblatt eingesetzt werden. In bestimmten Fällen wäre es sogar denkbar, in die Werkzeughalterung vibrierende Trennmeissel oder dergleichen einzuspannen.
    [0011] Eine besonders vorteilhafte Betätigung der Vorrichtung kann erreicht werden, wenn für die Werkzeugsteuerung eine mobile Schalttafel mit Bedienungselementen vorgesehen ist, die über Kabel oder Fernsteuervorrichtungen mit der Trennvorrichtung in Wirkverbindung steht. Die Bedienungsperson kann somit die erforderlichen Manipulationen unmittelbar in Werkzeugnähe vornehmen und dabei das Werkstück beobachten. Vorteilhaft weisen die Bedienungselemente wenigstens einen auslenkbaren Steuerknüppel zum Auslösen von Schwenk- und/oder Drehbewe- gungen auf. Mit dem Steuerknüppel (Joystick) wird erreicht, dass wenigstens eine Hand immer in Bedienungsposition am Steuerkasten verbleibt, so dass bestimmte Funktionen auch ohne Sichtkontakt betätigt werden können. Die Bedienungs¬ person kann so die wichtigsten Manipulationen bei ständi¬ ger Beobachtung des Werkstückes vornehmen.
    [0012] Je nach Materialeigenschaften des zu bearbeitenden Werk¬ stückes kann bei Trennscheiben ein relativ grosser Ver- schleiss auftreten. Um ein dauerndes Nachmessen der Trenn¬ scheibe zu verhindern, ist in der Ebene der Trennscheibe ein mit einer Messvorrichtung verbindbarer Messfühler angeord¬ net, der zur Ermittlung des Trennscheiben-Durchmessers auf die Trennscheibe absenkbar ist. Mit Hilfe des Messfühlers wird bei stillstehender Maschine jederzeit festgestellt, ob der Trennscheiben-Durchmesser noch ausreicht. Besonders vor¬ teilhaft steht die Messvorrichtung dabei in Wirkverbindung mit einer Steuervorrichtung zum Steuern des Hydraulikmotors für den Trennscheibenantrieb. Dabei kann die Drehzahl des Hydraulikmotors in Abhängigkeit vom ermittelten Trennschei¬ ben-Durchmesser gesteuert werden. Auf diese Weise lässt sich vor jedem Bearbeitungsvorgang die optimale Schnittgeschwin¬ digkeit automatisch einstellen.
    [0013] Die Trennvorrichtung ist vorzugsweise mit einer programmier¬ baren Steuervorrichtung versehen, so dass bestimmte Bewe¬ gungsabläufe des Trennwerkzeuges programmierbar, bzw. wie¬ derholbar sind. Vorzugsweise wird dabei nach dem Teach-in- Verfahren gearbeitet.
    [0014] Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstan¬ des zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    [0015] Fig. 1 in teilweiser Schnittansicht in Seitendarstellung die erfindungsgemässe Trenneinrichtung;
    [0016] Fig. 2 einen Schnitt durch die Ebene II-II in Fig. 1 ; und
    [0017] Fig. 3 ein perspektivisches BewegungsSchema mit den ver¬ schiedenen Drehachsen der Anordnung gemäss den Fig. 1 und 2.
    [0018] Der prinzipielle Aufbau und die Funktion des dargestellten Ausführungsbeispiels sind aus den Figuren 1 bis 3 ersicht¬ lich. Der Kniehebel 7 ist in einem Ständer 8 mehrfach schwenkbar gelagert, wobei der Ständer im vorliegenden Fall unmittelbar auf dem Boden steht. Der Kniehebel 7 be¬ steht dabei aus einem ständerseitigen Abschnitt 9 und aus einem freien Abschnitt 10. Beide Abschnitte sind relativ zu¬ einander um das Kniehebelgelenk 12 verschwenkbar.
    [0019] Auf dem Ständer 8 ist ein Drehkranz 14 angeordnet, der ein Lagerbett 15 trägt, das um eine vertikale Achse 1 (Fig. 3) verschwenkbar ist. Durch Betätigen eines oder mehrerer Hyd¬ raulikzylinder 16 kann das Lagerbett 15 in Pfeilrichtung A (Figur 3) um die vertikale Achse 1 verschwenkt werden.
    [0020] Im Lagerbett 15 ist der ständerseitige Abschnitt 9 des Knie¬ hebels 7 um eine horizontale Achse 2 in Pfeilrichtung B (Fig. 3) verschwenkbar gelagert. Wie aus Figur 2 ersicht¬ lich ist, hat das Lagerbett 15 einen etwa kastenartigen
    [0021] Aufbau, so dass zwei Hohlräume 34 und 34' gebildet werden. Diese Hohlräume sind gegen aussen mit Hilfe von Abdeckun- gen 35 verschlossen. In den Hohlräumen sind die beiden Hyd¬ raulikzylinder 1 angeordnet, welche um die Zylindergelenke 32 verschwenkbar am Lagerbett 15 befestigt sind. Der untere Teil dieser Hydraulikzylinder ragt in den Hohlraum des Ständers 8, wo jedoch eine ungehinderte Bewegung gewähr¬ leistet ist. Die Kolbenstangen der Hydraulikzylinder 17 sind an Kolbengelenken 33 am ständerseitigen Abschnitt 9 des Knie¬ hebels 7 angelenkt.
    [0022] Zum Betätigen des Kniehebels sind innerhalb des ständersei¬ tigen Abschnittes 9 zwei Hydraulikzylinder 11 angeordnet, von deren in Figur 1 nur einer sichtbar ist. Diese Hydrau¬ likzylinder sind an Zylindergelenken 36 am unteren Abschnitt 9 gelenkig befestigt. Die Kolbenstangen dieser Hydraulik¬ zylinder sind an Kolbengelenken 37 am freien Abschnitt 10 des Kniehebels 7 angelenkt. Durch Betätigen der Hydraulik¬ zylinder 11 ist der freie Abschnitt 10 in Pfeilrichtung C um die Achse 3 verschwenkbar (Figur 3).
    [0023] Am Ende des freien Abschnittes 10 ist ein Werkzeughalter 18 um drei im rechten Winkel zueinander stehende Achsen ver¬ schwenkbar. Eine erste Achse 4 führt dabei horizontal durch das Kniehebelende. Für die Schwenkbewegung um diese Achse ist am freien Abschnitt 10 ein Hydraulikzylinder 19 am Zy¬ lindergelenk 38 angelenkt. Die Kolbenstange dieses Hydrau¬ likzylinders ist am Kolbengelenk 39 an einem Gehäuseabschnitt der Werkzeughalterung 18 angelenkt. Eine Betätigung des Hyd¬ raulikzylinders 19 hat eine Drehung in Pfeilrichtung D um die horizontale Achse 4 zur Folge (Fig. 3).
    [0024] Der Werkzeughalter kann aber auch noch in Pfeilrichtung E um eine Achse 5 gedreht werden, welche im rechten Winkel zur horizontalen Achse 4 angeordnet ist. Für diese Drehbewegung dient ein hydraulischer Stellmotor 20. Letztlich kann die Werkzeughalterung auch noch in Pfeilrichtung F um eine Achse 6 verschwenkt werden, welche im rechten Winkel zur Achse 5 angeordnet ist. Auch für diese Schwenkbewegung dient ein hydraulischer Stellmotor 21.
    [0025] Die verschiedenen Schwenkmδglichkeiten des Werkzeuges sind in Figur 3 schematisch zusammengefasst. Der Kniehebel kann um die vertikale Achse 1 am Ständer 8 um insgesamt 90° ver¬ schwenkt werden. Der Werkzeughalter ist um die Achse 5 um 180 verschwenkbar, so dass verschiedene Stellen des Werk¬ stückes ohne Bewegen des Kniehebels zugänglich sind. Ferner ist eine Schrägstellung der Trennschleifscheibe 13 um die Achse 6 ersichtlich. Die Trennschleifscheibe kann dabei vom Werkzeughalter so verschwenkt werden, dass sie praktisch horizontal liegt.
    [0026] Die Trennschleifscheibe 13 ist gleichachsig an einem Hydrau¬ likmotor 24 befestigt und zusammen mit diesem auf einem Schlitten 22 angeordnet. Der Schlitten weist Führungsstan¬ gen 43 auf, welche in Schlittenführungen 23 linear ver¬ schiebbar gelagert sind. Die Schlittenführungen 23 sind fest mit dem Werkzeughalter 18 verbunden. Zwischen den bei¬ den parallelen FührungsStangen 43 ist ein Hydraulikzylinder 44 für den Vorschub des Schlittens 22 angeordnet. Das Zylin¬ dergelenk ist dabei am Schlitten und das Kolbengelenk am Werkzeughalter befestigt (nicht gezeigt). Aus Sicherheits¬ gründen ist über der Trennscheibe 13 eine Werkzeugabdeckung 47 angeordnet, welche zum Auswechseln der Trennscheibe teil¬ weise aufgeklappt werden kann.
    [0027] In bestimmten Fällen ist es erforderlich, ein Kippen des ab¬ getrennten Uebermaterials in Richtung Werkzeug zu verhindern. Zu diesem Zweck dient eine spezielle Abdrückvorrichtung 48, die am Schlitten 22 befestigt ist. In nicht näher gezeigter Weise besteht sie aus parallelen Führungsstangen, die an ihren Enden jochartig miteinander verbunden sind. Die Füh¬ rungsstangen sind in fest am Schlitten 22 montierten Füh¬ rungen parallel zur Vorschubebene der Trennscheibe ver¬ schiebbar. Das Vorschieben der Abdrückvorrichtung 48 er¬ folgt mit Hilfe einer Betätigungsvorrichtung, die zwischen den Führungsstangen am Schlitten 22 befestigt ist und die am oberen Joch angreift. Die Betätigungsvorrichtung kann z.B. ein Hydraulikzylinder oder ein Pneumatikzylinder sein. Beim Abtrennen von üebermaterial an einem Gussstück, insbe¬ sondere bei horizontaler Lage der Trennschleifscheibe 13, wird die Abdrückvorrichtung ausgefahren und mit einer be¬ stimmten Presskraft dauernd gegen das üebermaterial gepresst, Diese Presskraft reicht aus, um den Trennspalt offen zu hal¬ ten, so dass die Trennschleifscheibe nicht verklemmt. Kurz vor dem endgültigen Abtrennen wird das üebermaterial, z. B. ein Steiger, an dem noch verbleibenden Materialsteg durch die Presskraft weggedrückt. Mit diesem Vorgehen wird eine Beschädigung des Werkzeuges durch umkippendes üebermaterial verhindert.
    [0028] Bei dieser Anordnung kann in ansich bekannter und deshalb nicht näher gezeigter Weise in der Ebene der Trennschleif¬ scheibe 13 auf der abgedeckten Seite der Trennscheibe ein Messfühler angeordnet sein, der durch geeignete Antriebs¬ mittel, z.B. pneumatisch auf den Rand der Trennscheibe 13 abgesenkt werden kann. Der Messfühler ist mit einer nicht näher dargestellten Messvorrichtung verbunden, die eben¬ falls am Schlitten 22 angeordnet ist. Diese Messvorrichtung kann z.B. ein inkrementales Längenmess-System bekannter Bau¬ weise sein. Sie misst die lineare Verschiebung des Messfüh- lers bis zum Aufliegen auf der Trennschleifscheibe 13 auf elektrische, elektronische, optische oder auch mechanische Weise. Mit Hilfe dieser Längenmessung kann ersichtlicherwei- se der Durchmesser der Trennscheibe 13 ermittelt werden, die einem relativ starken Verschleiss unterworfen ist.
    [0029] Die MessVorrichtung 29 kann ihre Messimpulse an eine nicht näher dargestellte Steuervorrichtung abgeben, welche den Hydraulikmotor 14 steuert. Je nach ermitteltem Trennschleif¬ scheiben-Durchmesser wird die Drehzahl des Hydraulikmotors 24 so gesteuert, dass immer mit einer optimalen Schnittge¬ schwindigkeit gearbeitet wird.
    [0030] Die Betätigungsvorrichtung zum Absenken des Messfühlers kann derart mit dem Hydraulikmotor 24 gekoppelt sein,, dass sie bei laufendem Motor gesperrt ist, um eine Beschädigung des Messfühlers zu vermeiden. Bei stillstehendem Motor kann der Messfühler abgesenkt werden, so dass laufend die rich¬ tige Schnittgeschwindigkeit eingestellt wird. Denkbar wäre auch ein automatisches Absenken nach jedem Stillstand des Hydraulikmotors 24. Der jeweilige Trennscheiben-Durchmesser könnte optisch z.B. über eine Leuchtanzeige angezeigt wer¬ den. Bei ungenügendem Trennscheiben-Durchmesser könnte z.B. ein optisches und/oder akustisches Alarmsignal aktiviert werden.
    [0031] Die Steuerung der gesamten Vorrichtung bzw. das Positionie¬ ren des Werkzeughalters 18 und das Vorschieben des Werkzeu¬ ges erfolgt an einer Schalttafel 25.
    [0032] Zusätzlich oder alternativ wäre aber auch eine mobile Schalttafel 25' denkbar. Denkbar wäre z.B. eine Funkfern¬ steuerung oder eine Ultraschall-Fernsteuerung. Die mobile Schalttafel gewährleistet grossere Mobilität der Bedienungs¬ person bei optimaler Beobachtung des Trennvorgangs.
    [0033] Die Schaltung ist dabei erfindungsgemass so, dass mit der Betätigung des Vorschubes der Trennschleifscheibe 13 über deren Hydraulikzylinder 44 alle übrigen, über entsprechen¬ de Zuleitungen mit der Hydrauliksteuerung 50 in Wirkungsver¬ bindung stehenden hydraulischen Stellmittel 11,16,17,19,20 und 21 in starren Verbindungszustand gebracht werden, um der ganzen Einrichtung einen starren, relativ unempfind¬ lichen Charakter zu vermitteln.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    Verfahren zum Abtrennen von Üebermaterial an Gusswerk¬ stücken mittels rotierender Trennschleifscheibe oder dgl., die über ihren Werkzeughalter am freien Ende eines mehrarmigen Industrie-Roboters angeordnet ist, um die Trennschleifscheibe an vorgegebener Stelle des Guss¬ werkstückes ansetzen zu können, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschleifscheibe am Werkzeughalter in line¬ arer Vorschubrichtung verschiebbar geführt wird, wobei deren Vorschub erfolgt, sobald die Trennschleifscheibe an vorgegebener Stelle des Gusswerkstückes durch die Stellmittel des Roboters herangeführt ist und alle Stellmittel des Roboters .in starren Verbindungszustand gebracht wurden.
    Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An¬ spruch 1 , gekennzeichnet durch einen mehrarmigen In¬ dustrie-Roboter (100) mit einem als Kniehebel (7) aus¬ gebildeten Tragarm, der an einem Ende in einem Ständer (8) um eine horizontale und um eine vertikale Achse schwenkbar gelagert ist und am anderen Ende gelenkig den Werkzeughalter (18) trägt, an dem die Trennschleif¬ scheibe (13) über Schlittenmittel (22,23) linear ver¬ schiebbar abgestützt ist, wobei die Stellmittel am Ro¬ boter (100) zentral ansteuerbare und feststellbare Hyd¬ raulikzylinder (11;16,17;19;) resp. hydraulische Stell¬ motoren (20,21 ) sind.
    Trenneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich¬ net, dass zwischen dem ständerseitigen (9) und dem freien (10) Abschnitt des Kniehebels (7) wenigstens ein Hydraulikzylinder (11) zum Verschwenken des freien Ab¬ schnittes angeordnet ist; dass der Ständer (8) einen horizontalen Drehkranz (14) aufweist, auf dem ein um eine vertikale Achse schwenkbares Lagerbett (15) abge¬ stützt ist; dass ferner im Lagerbett der Kniehebel (7) um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert ist, wo¬ bei das Lagerbett (15) mit Hilfe wenigstens eines an ihm angreifenden, in einer horizontalen Ebene beweg¬ lich am Ständer (8) angelenkten Hydraulikzylinders (16) verschwenkbar ist und dass der Kniehebel (7) mit Hilfe wenigstens eines an ihm angreifenden, in einer vertika¬ len Ebene beweglich am Lagerbett (15) angelerikten Hyd¬ raulikzylinders (17) verschwenkbar ist.
    4. Trenneinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Werkzeughalter (18) mit der Trenn¬ schleifscheibe (13) am Ende des freien Abschnittes (10) des Kniehebels (7) um drei rechtwinklig zueinander stehende Drehachsen (4,5,6) Fig. 4) verschwenkbar ge¬ lagert ist, von denen eine erste (4) horizontal durch das Kniehebelende verläuft.
    5. Trenneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich¬ net, dass der Werkzeughalter (18) mit wenigstens einem am freien Abschnitt (10) des Kniehebels (7) angelenkten Hydraulikzylinder (19) um die erste horizontale Dreh¬ achse (4) verschwenkbar ist.
    6. Trenneinrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Werkzeughalter (18) um die zweite und dritte Drehachse (5,6) mit je einem hydraulischen Stellmotor (20,21) verschwenkbar ist. 8. Trenneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Trennschleifscheibe (13) mit einem Hyd¬ raulikmotor (24) antreibbar ist.
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    法律状态:
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
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