JP4188267B2 - Nutrunner and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、ボルトやナット等の締め付け対象物が着座した時の着座トルクから締め付け対象物が締め付け完了した時の目標トルクまで締め付け対象物を締め付けるナットランナ及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a nut runner for tightening a tightening object from a seating torque when a tightening object such as a bolt or a nut is seated to a target torque when the tightening object is completely tightened, and a control method thereof.
ボルトやナット等をワークに自動締付けするナットランナの制御方法としては、ボルトやナット等の締め付けトルクで締め付け精度を評価するトルク方式が一般的である。このトルク方式によるナットランナにおいては、ナットランナ本体から延びる出力軸にソケットを設け、そのソケットをボルトやナット等に着脱可能に嵌合させ、外部のコントローラからの制御信号に基づいて、前述のナットランナ本体に内蔵された駆動モータを回転制御することにより、ソケットを回転させてボルトやナット等の締め付けが行われる。なお、ナットランナ本体には、駆動モータの他、締め付けトルクを検出するためのトルクセンサが内蔵されている。 As a method for controlling a nut runner that automatically tightens bolts and nuts onto a workpiece, a torque method is generally used in which the tightening accuracy is evaluated by tightening torque of the bolts and nuts. In this type of nut runner, a socket is provided on the output shaft extending from the nut runner body, the socket is detachably fitted to a bolt or nut, and the nut runner body is attached to the nut runner body based on a control signal from an external controller. By controlling the rotation of the built-in drive motor, the socket is rotated to tighten bolts and nuts. The nut runner body incorporates a torque sensor for detecting the tightening torque in addition to the drive motor.
前述のコントローラでは、ボルトやナット等が着座した時の着座トルクからボルトやナット等が締め付け完了した時の目標トルクまでボルトやナット等を締め付けるが、その締め付け工程での時間とトルクおよび速度との関係を図7に示す。また、図8はナットランナによる締め付け工程でのアルゴリズムを示すフローチャートを示す。 In the controller described above, the bolts and nuts are tightened from the seating torque when the bolts and nuts are seated to the target torque when the bolts and nuts are completely tightened. The relationship is shown in FIG. FIG. 8 is a flowchart showing an algorithm in the tightening process by the nut runner.
ナットランナのソケットをボルトやナット等に嵌合させた状態で回転させて締付け動作を開始する(STEP1)。この締め付け動作の開始からボルトやナット等が着座するまでは、締め付けサイクルタイムを短縮するためにナットランナを速度VSで高速回転させている(STEP2)。この着座点での着座トルクTSはコントローラにて予め設定されている。 The nutrunner socket is rotated in a state where it is fitted to a bolt, nut or the like, and the tightening operation is started (STEP 1). From the start of this tightening operation until the bolt, nut, etc. are seated, the nut runner is rotated at a high speed V S in order to shorten the tightening cycle time (STEP 2). The seating torque T S at this seating point is preset by the controller.
ナットランナによる締め付け動作の開始後、その着座トルクTSをトルクセンサにより検出し(STEP3)、着座トルクTSに達した時点で速度VHを設定した上で(STEP4)、その速度VHでボルトやナット等を締め付け動作する(STEP5)。そして、コントローラにて予め設定されている目標トルクTCに達したか否かを検出し(STEP6)、その目標トルクTCに達した時点で締め付け動作を停止する(STEP7)。 After starting the tightening operation by the nut runner, the seating torque T S is detected by the torque sensor (STEP 3), and when the seating torque T S is reached, the speed V H is set (STEP 4), and the bolt is set at the speed V H. Tighten nuts and nuts (STEP 5). Then, it is detected whether or not the preset target torque T C is reached by the controller (STEP 6), and when the target torque T C is reached, the tightening operation is stopped (STEP 7).
その後、トルクや回転角などの諸条件が所定の許容範囲内であるか否かを判定した上で(STEP8)、締め付け工程を終了する(STEP9)。このように着座点から締め付け完了点までは、コントローラにて予め設定された速度VH(固定値)に基づいて、ソケットが一定回転するようにコントローラで回転速度を制御している(例えば、特許文献1参照)。
ところで、従来では、前述したように着座トルクTSから一定の速度VHで連続して目標トルクTCまで締め付けていた。つまり、着座トルクTSまでは高速回転で締め付けが行われ、その後、一定の速度VHで目標トルクTCまで締め付けるのが一般的であった。このように一定の速度VHで目標トルクTCまで締め付けを行うと、手持ち型の電動式ナットランナを用いた場合、締め付けトルクに比例して反力が大きくなることから、作業者への精神的かつ肉体的な負担となる。 Conventionally, as described above, the seating torque T S is continuously tightened to the target torque T C at a constant speed V H. That is, it is general that the tightening is performed at high speed until the seating torque T S and then the target torque T C is tightened at a constant speed V H. When tightening up to the target torque T C at a constant speed V H in this way, the reaction force increases in proportion to the tightening torque when a hand-held electric nutrunner is used. And it becomes a physical burden.
ここで、締め付けが低速であるほど、目標トルクTCに到達するまでの時間が長くなるため、反力のかかる時間も長くなる。逆に、締め付けを高速で行うことにより、反力のかかる時間を短くすることは可能であるが、製品の締め付け品質を保証する精度に問題が生じる可能性がある。 Here, as the tightening is slow, because the time required to reach the target torque T C becomes longer, the time becomes longer consuming reaction force. On the other hand, it is possible to shorten the time required for the reaction force by performing the tightening at a high speed, but there is a possibility that a problem may occur in the accuracy for assuring the tightening quality of the product.
そこで、本発明は前述した問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、手持ち型の電動式ナットランナを用いた場合、着座トルクから目標トルクへ達するまでの締め付け時に生じる反力を低減し得るナットランナ及びその制御方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to use a reaction force generated during tightening from the seating torque to the target torque when a hand-held electric nutrunner is used. It is an object of the present invention to provide a nutrunner and a control method thereof.
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係るナットランナの制御方法は、締め付け対象物が着座した時の着座トルクから前記締め付け対象物が締め付け完了した時の目標トルクまで前記締め付け対象物を締め付けるナットランナの制御方法であって、前記着座トルクから目標トルクに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作の繰り返しにより各締め付け動作で締め付けトルクを上昇させるように各締め付け動作における速度と時間を制御することを特徴とする。 As a technical means for achieving the above-described object, the nutrunner control method according to the present invention includes a tightening object from a seating torque when the tightening object is seated to a target torque when the tightening object is completely tightened. a method of controlling a nut runner for tightening the goods, the between the seating torque until it reaches the target torque, each to raise the tightening torque at the tightening operation by Shi repeatedly fast clamping operation and slow tightening operation It is characterized by controlling the speed and time in the tightening operation.
また、本発明に係るナットランナは、締め付け対象物が着座した時の着座トルクから前記締め付け対象物が締め付け完了した時の目標トルクまで前記締め付け対象物を締め付けるナットランナであって、前記着座トルクから目標トルクに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作の繰り返しにより各締め付け動作で締め付けトルクを上昇させるように各締め付け動作における速度と時間を制御するコントローラを具備したことを特徴とする。なお、このコントローラは、ナットランナに内蔵される以外に、ナットランナとは別体の制御装置として構成することも可能である。 The nutrunner according to the present invention is a nutrunner that tightens the object to be tightened from a seating torque when the object to be tightened is seated to a target torque when the object to be tightened is completely tightened. between to reach, and characterized by including a controller for controlling the speed and time in each clamping operation to increase the tightening torque in the tightening operation by repeatedly fast clamping operation and slow tightening operation To do. In addition, this controller can also be comprised as a control apparatus separate from a nut runner other than being incorporated in a nut runner.
本発明では、着座トルクから目標トルクに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作の繰り返しにより各締め付け動作で締め付けトルクを上昇させるように各締め付け動作における速度と時間を制御することにより、手持ち型の電動式ナットランナを用いた場合、締め付けトルクに比例して生じる反力を分散させることができるので、その反力の低減化が可能となる。 In the present invention, between the seating torque until it reaches the target torque, controls the speed and time in each clamping operation to increase the tightening torque in the tightening operation by repeatedly fast clamping operation and slow tightening operation By doing so, when the hand-held electric nutrunner is used, the reaction force generated in proportion to the tightening torque can be dispersed, so that the reaction force can be reduced.
前述の構成において、高速な締め付け動作における速度または時間を、その締め付け動作ごとに締め付けトルクの上昇に伴って一定あるいは可変とすることが可能である。また、低速な締め付け動作における速度または時間も、その締め付け動作ごとに締め付けトルクの上昇に伴って一定あるいは可変とすることが可能である。 In the above-described configuration, the speed or time in the high-speed fastening operation can be made constant or variable as the fastening torque increases for each fastening operation. Further, the speed or time in the low-speed tightening operation can be made constant or variable as the tightening torque increases for each tightening operation.
このように高速な締め付け動作における速度または時間や、低速な締め付け動作における速度または時間を、その締め付け動作ごとに締め付け工程中のトルク上昇に伴って一定あるいは可変とすることにより、締め付け対象物の材質やワッシャ等の介在物の有無や個数が変更されても、その変更に迅速かつ容易に対応することが可能となる。 In this way, the speed or time in the high-speed tightening operation or the speed or time in the low-speed tightening operation is made constant or variable as the torque increases during the tightening process for each tightening operation. Even if the presence or number of inclusions such as washers is changed, the change can be quickly and easily handled.
本発明によれば、着座トルクから目標トルクに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作の繰り返しにより各締め付け動作で締め付けトルクを上昇させるように各締め付け動作における速度と時間を制御することにより、手持ち型の電動式ナットランナを用いた場合、締め付けトルクに比例して生じる反力を低減することができるので、作業者への精神的かつ肉体的負担を軽減でき、締め付け精度を確保して製品の締め付け品質を保証できると共に使い勝手のよいナットランナを提供できる。 According to the present invention, between the seating torque until it reaches the target torque, speed and time in each clamping operation to increase the tightening torque in the tightening operation by repeatedly fast clamping operation and slow tightening operation When the handheld electric nutrunner is used, the reaction force generated in proportion to the tightening torque can be reduced, reducing the mental and physical burden on the operator and tightening accuracy. Can ensure the tightening quality of the product and provide a user-friendly nutrunner.
以下、本発明の実施形態として、手持ち型の電動式ナットランナについて詳述する。この手持ち型電動式ナットランナは、図2に示すようにアンプ11、レゾルバ12、サーボモータ13、トルクセンサ14を内蔵したナットランナ本体15の先端に減速機16を介してソケット17を設け、そのソケット17が締め付け対象物であるボルト18の頭部に着脱可能に嵌合される。締め付け対象物としては、ボルト18以外にナットも可能である。なお、前述のアンプ11は、トルクセンサ14からの検出信号に基づいてサーボモータ13を制御するものであり、レゾルバ12は、サーボモータ13の回転角を制御するものである。図中、19はスイッチである。
Hereinafter, a hand-held electric nutrunner will be described in detail as an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, this hand-held electric nutrunner is provided with a
また、この手持ち型電動式ナットランナは、制御信号に基づいてサーボモータ13を駆動させて出力軸先端のソケット17を回転制御するコントローラ21を具備する。コントローラ21は、CPU22、サーボアンプ回路23、I/F回路24、A/D変換回路25で構成されている。なお、サーボアンプ回路23は、CPU22の制御信号に基づいてサーボモータ13を制御するものである。
The hand-held electric nutrunner also includes a
この実施形態の手持ち型電動式ナットランナでは、以下の制御方法に基づいてサーボモータ13を回転制御することによりボルト18を締め付ける。図1はナットランナの締付け動作における時間とトルクおよび速度との関係の一例を示し、図3は図1のような締め付け工程でのアルゴリズムを示すフローチャートを示す。
In the hand-held electric nutrunner of this embodiment, the
まず、ナットランナのソケットをボルト18に嵌合させた状態で回転させて締付け動作を開始する(STEP1)。ここで、カウンタ値n=0にしてそのカウンタ値を初期化する(STEP2)。この締め付け動作の開始からボルト18が着座するまでは、締め付けサイクルタイムを短縮するためにナットランナを速度VSで高速回転させている(STEP3)。この着座点での着座トルクTSはコントローラ21にて予め設定されている。
First, the nutrunner socket is rotated in a state of being fitted to the
ナットランナによる締め付け動作の開始後、その着座トルクTSをトルクセンサ14により検出する(STEP4)。着座トルクTSに達した時点から目標トルクTCに達して締め付けが完了する時点までは、コントローラ21にて予め設定されたアルゴリズムに基づいて、以下のようにサーボモータ13を回転制御する。
After starting the tightening operation by the nut runner, the seating torque T S is detected by the torque sensor 14 (STEP 4). From the time when the seating torque T S is reached until the time when the target torque T C is reached and the tightening is completed, the rotation of the
ボルト18が着座した時の着座トルクTSからボルト18が締め付け完了した時の目標トルクTCに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作を繰り返すように高速な締め付け動作における速度VHnと時間tHn、および低速な締め付け動作における速度VLnと時間tLnを制御する。
Speed until it reaches the target torque T C, in the high-speed clamping operation to repeat fast clamping operation and slow tightening operation when the
つまり、着座トルクTSに達した時点で、カウンタ値をnからn+1にカウントアップし(STEP5)、高速な締め付け動作における速度VHnと時間tHnを設定した上で(STEP6)、その速度VHnでボルト18を時間tHnだけ締め付け動作する(STEP7)。なお、図1の締め付け工程では、高速な締め付け動作における速度VHnを各締め付け動作を通して常に一定に保持し、高速な締め付け動作における時間tHnを各締め付け動作ごとに一定に保持するように設定されている。その締め付け動作が完了した時点で目標トルクTCに達しているか否かを検出し(STEP8)、目標トルクTCに達していなければ、低速な締め付け動作における速度VLnと時間tLnを設定し(STEP9)、その速度VLnでボルト18を時間tLnだけ締め付け動作する(STEP10)。その締め付け動作が完了した時点で、目標トルクTCに達しているか否かを検出し(STEP11)、目標トルクTCに達していなければ、速度VHnでボルト18を時間tHnだけ締め付ける高速な締め付け動作と、速度VLnでボルト18を時間tLnだけ締め付ける低速な締め付け動作を繰り返す。
That is, when the seating torque T S is reached, the counter value is counted up from n to n + 1 (STEP 5), the speed V Hn and the time t Hn in the fast tightening operation are set (STEP 6), and the speed V The bolt 18 is tightened with Hn for a time t Hn (STEP 7). In the tightening process of FIG. 1, the speed V Hn in the high-speed tightening operation is always kept constant throughout each tightening operation, and the time t Hn in the high-speed tightening operation is set constant for each tightening operation. ing. Once that the fastening operation is completed to detect whether or not reached the target torque T C (STEP8), does not reach the target torque T C, set the speed V Ln and time t Ln in the slow tightening operation (STEP 9), the
なお、前述した高速な締め付け動作における速度VHnと時間tHnの設定(STEP5)、および低速な締め付け動作における速度VLnと時間tLnの設定(STEP9)は、予め設定されている着座トルクTSと目標トルクTCから所定の演算処理により締め付け動作ごとにその都度設定すればよく、それ以外に、着座トルクTSと目標トルクTCのように予め設定しておくことも可能である。 The setting of the speed V Hn and the time t Hn in the above-described high-speed tightening operation (STEP 5) and the setting of the speed V Ln and the time t Ln in the low-speed tightening operation (STEP 9) are performed in advance. It may be each time set from S and the target torque T C per fastening operation by a predetermined calculation process, otherwise, can be set in advance as the seating torque T S and the target torque T C.
そして、速度VHnでボルト18を時間tHnだけ締め付ける高速な締め付け動作の後、あるいは、速度VLnでボルト18を時間tLnだけ締め付ける低速な締め付け動作の後、目標トルクTCに達しているか否かを検出し(STEP8,STEP11)、目標トルクTCに達していれば、締め付け動作を停止する(STEP12)。その後、トルクや回転角などの諸条件が所定の許容範囲内であるか否かを判定した上で(STEP13)、締め付け工程を終了する(STEP14)。
Whether the target torque T C has been reached after high-speed tightening operation of tightening the
このように着座トルクTSから目標トルクTCに達するまでの間で、高速な締め付け動作と低速な締め付け動作を繰り返すように高速な締め付け動作における速度VHnと時間tHn、および低速な締め付け動作における速度VLnと時間tLnを制御することにより、締め付けトルクに比例して生じる反力を分散させることができるので、その反力の低減化が可能となる。 Thus, the speed V Hn and the time t Hn in the high-speed tightening operation and the low-speed tightening operation so that the high-speed tightening operation and the low-speed tightening operation are repeated until the target torque T C is reached from the seating torque T S. By controlling the speed V Ln and the time t Ln at, the reaction force generated in proportion to the tightening torque can be dispersed, so that the reaction force can be reduced.
図1の締め付け工程では、低速な締め付け動作における速度VLnは、高速な締め付け動作における一定の速度VHnに対して締め付けトルクの上昇に伴って可変とし、反力の小さい低トルク域(n=1,2,…)で高速な締め付け動作における速度VHnとの差を小さく、かつ、反力の大きい高トルク域(n=…,n−1,n)で高速な締め付け動作における速度VHnとの差を大きくしている。 In the tightening process of FIG. 1, the speed V Ln in the low-speed tightening operation is variable as the tightening torque increases with respect to the constant speed V Hn in the high-speed tightening operation, and the low torque region (n = 1, 2,...), The speed V Hn in the high-speed tightening operation in a high torque range (n =..., N−1, n) with a small difference from the speed V Hn in the high-speed tightening operation. And the difference is increased .
また、低速な締め付け動作における時間tLnについても、高速な締め付け動作における一定の時間tHnに対して締め付けトルクの上昇に伴って可変とし、反力の小さい低トルク域(n=1,2,…)で高速な締め付け動作における時間tHnとの差を小さく、かつ、反力の大きい高トルク域(n=…,n−1,n)で高速な締め付け動作における時間tHnとの差を大きくする。このように低速な締め付け動作における速度VLnまたは時間tLnを、締め付け工程中のトルク上昇に伴って自動可変とすることにより、作業者が感じる反力および衝撃を最小限に抑制することができる。 Further, the time t Ln in the low-speed tightening operation is also variable as the tightening torque is increased with respect to the constant time t Hn in the high-speed tightening operation, and the low torque region (n = 1, 2, small reaction force) is small. ...) reduce the difference between the time t Hn in fast tightening operation in and large high torque region of the reaction force (n = ..., the difference between time t Hn in n-1, n) and fast clamping operation Enlarge. Thus, by making the speed V Ln or the time t Ln in the low-speed tightening operation automatically variable as the torque increases during the tightening process, the reaction force and impact felt by the operator can be minimized. .
なお、図1の締め付け工程では、高速な締め付け動作における時間tHnをその締め付け動作ごとに一定とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、図4および図5に示すような締め付け工程についても適用可能である。 In the tightening process of FIG. 1, the case where the time t Hn in the high-speed tightening operation is constant for each tightening operation has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, FIGS. The tightening process as shown in FIG.
この図4に示す締め付け工程では、高速な締め付け動作における時間tHnを締め付けトルクの上昇に伴ってその締め付け動作ごとに単調に増加させている。逆に、図5に示す締め付け工程では、高速な締め付け動作における時間tHnを締め付けトルクの上昇に伴ってその締め付け動作ごとに単調に減少させている。また、図4および図5の締め付け工程では、高速な締め付け動作における時間tHnを単調に増加あるいは減少させているが、変則的に増加あるいは減少させることも可能である。 In the tightening process shown in FIG. 4, the time t Hn in the fast tightening operation is monotonously increased for each tightening operation as the tightening torque increases. Conversely, in the tightening process shown in FIG. 5, the time t Hn in the high-speed tightening operation is monotonously decreased for each tightening operation as the tightening torque increases. 4 and 5, the time t Hn in the high-speed tightening operation is monotonously increased or decreased, but can be irregularly increased or decreased.
図1、図4および図5の締め付け工程では、低速な締め付け動作における速度VLnを締め付けトルクの上昇に伴って可変とし、反力の小さい低トルク域(n=1,2,…)で高速な締め付け動作における速度VHnとの差を小さく、かつ、反力の大きい高トルク域(n=…,n−1,n)で高速な締め付け動作における速度VHnとの差を大きくしている。本発明はこれに限定されることなく、逆に、低速な締め付け動作における速度VLnを、反力の小さい低トルク域(n=1,2,…)で高速な締め付け動作における速度VHnとの差を大きく、かつ、反力の大きい高トルク域(n=…,n−1,n)で高速な締め付け動作における速度VHnとの差を小さくするように設定してもよい。また、低速な締め付け動作における速度VLnを締め付けトルクの上昇にかかわらず一定とすることも可能である。また、低速な締め付け動作における速度VLnを単調に増加あるいは減少させる以外に、変則的に増加あるいは減少させることも可能である。 1, 4, and 5, the speed V Ln in the low-speed tightening operation is variable as the tightening torque is increased, and the speed is high in a low torque region (n = 1, 2,...) With a small reaction force. reduce the difference between the speed V Hn in Do clamping operation, and a large high-torque region of the reaction force (n = ..., n-1 , n) is to increase the difference between the velocity V Hn in fast tightening operation . The present invention is not limited to this, and conversely, the speed V Ln in the low-speed tightening operation is changed to the speed V Hn in the high-speed tightening operation in the low torque region (n = 1, 2,...) With a small reaction force. And a difference from the speed V Hn in a high-speed tightening operation in a high torque region (n =..., N−1, n) with a large reaction force may be set to be small. Further, the speed V Ln in the low-speed tightening operation can be made constant regardless of the increase in the tightening torque. Further, in addition to monotonously increasing or decreasing the speed V Ln in the low-speed tightening operation, it is possible to increase or decrease irregularly.
さらに、図1、図4および図5の締め付け工程では、低速な締め付け動作における時間tLnをその締め付け動作ごとに単調に増加させているが、これ以外に、低速な締め付け動作における時間tLnをその締め付け動作ごとに単調に減少させたり、あるいは、変則的に増加あるいは減少させることも可能である。 Further, in the tightening process of FIGS. 1, 4 and 5, the time t Ln in the low-speed tightening operation is monotonously increased for each tightening operation, but in addition to this, the time t Ln in the low-speed tightening operation is increased. Each tightening operation can be monotonously decreased, or irregularly increased or decreased.
また、図1、図4および図5の締め付け工程では、高速な締め付け動作における速度VHnをその締め付け動作を通して常に一定にしているが、これ以外に、図6に示すように高速な締め付け動作における速度VHnをその締め付け動作ごとに単調に増加させたり、あるいは、図示しないが、その速度VHnをその締め付け動作ごとに単調に減少させたり、変則的に増加あるいは減少させることも可能である。 Further, in the tightening process of FIGS. 1, 4 and 5, the speed V Hn in the high-speed tightening operation is always constant throughout the tightening operation. In addition to this, as shown in FIG. The speed V Hn can be monotonously increased for each tightening operation, or although not shown, the speed V Hn can be monotonously decreased for each tightening operation, or irregularly increased or decreased.
以上で説明したような、高速な締め付け動作における速度VHnまたは時間tHnや、低速な締め付け動作における速度VLnまたは時間tLnの設定は、ボルト18を締め付ける対象物の材質やワッシャ等の介在物の有無や個数に応じて変更可能である。
As described above, the speed V Hn or the time t Hn in the high-speed tightening operation and the speed V Ln or the time t Ln in the low-speed tightening operation are set by the material of the object to be tightened the
18 締め付け対象物(ボルト)
21 コントローラ
TC 目標トルク
TS 着座トルク
VHn 高速な締め付け動作における速度
VLn 低速な締め付け動作における速度
tHn 高速な締め付け動作における時間
tLn 低速な締め付け動作における時間
18 Tightening object (bolt)
21 Controller T C Target torque T S Seating torque V Hn Speed at high speed tightening operation V Ln Speed at low speed tightening operation t Hn Time at high speed tightening operation t Ln Time at low speed tightening operation
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