CN107138864B - 激光数控点桩仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光数控点桩仪，用于柱状构造的点桩条的点桩，包括至少包括多个多位置分布的光敏传感器的激光接收器；主控制器，接收激光接收器采集的信号，并将采集信号与原设定信号进行比较，并依据比较形态控制对进料系统和切料系统的相应指令的下达；进料系统，包括放置所述点桩条的给料通道、推动所述点桩条沿所述给料通道行进的推进部、将点桩条固定的卡紧部以及与所述推进部连接的进料动力机构；以及切料系统，包括切割所述点桩条的切料部以及与带动切料部对点桩条进行切割运动的切料动力机构。该数控自动化程度高、低噪音、无污染、精度高、效率高，适用各种工况条件的激光数控点桩仪。

Description

激光数控点桩仪

技术领域

本发明涉及激光数控技术，具体为一种激光数控点桩仪，主要应用于智能工具、家具安装以及装修等领域。

背景技术

现有的护墙板安装一般是通过电钻、电锤，人工手动调节护墙板与墙体的距离，在墙体上打木楔或安装龙骨调平，再安装护墙板面层，涂上发泡胶固化固定。但这种调节方式较粗略，难以迅速、准确地达到预设值，不仅浪费时间，还存在效率和精度低下的风险。

目前，在建筑工地、装修工地、道路建造工地、设备安装工地及管道布线工地的施工及验收工作中，广泛使用激光投线仪或激光扫平仪，它能发出一条水平多条相互垂直的红色或蓝色激光线，为增加抗干扰能力，通常激光线也可被调制成5khz-10khz或0-30hz的脉动信号，能快速准确地提供水平和垂直基准。在低照度环境中，近距离大概在10米以内激光线是可见的，在高照度及远距离使用时就需要一种激光接收器来识别激光接收器的位置。专利CN102506834A公开的一种激光接收器，包括至少一个激光接收传感器和用于识别激光接收传感器激光线接收位置并输出识别信号的主机，以及可根据主机输出的识别信号发出指示信号的信号指示装置，还包括可根据主机输出的识别信号驱动激光接收传感器移动以获得激光线最佳接收位置的传感器位移驱动装置。该技术驱除了常规技术中人手抖动对于测试精度的影响，使得激光接收器的测试更加精确可靠。

但是，上述技术仅仅是激光测距的单项功能，无法满足护墙板安装的定位点桩一体化的技术要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种数控自动化程度高、低噪音、无污染、精度高、效率高，适用各种工况条件的激光数控点桩仪。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下所述。

一种激光数控点桩仪，用于柱状构造的点桩条的点桩，至少包括

激光接收器，至少包括多个沿与进料系统进料时的点桩条平行的一轴线或多轴线进行排列的光敏传感器；所述光敏传感器用于采集外部投射的激光信号，并将信号传输至主控制器；

主控制器，接收激光接收器采集的信号，并将采集信号与原设定信号进行比较，并依据比较形态控制对进料系统和切料系统的相应指令的下达；

进料系统，至少包括放置所述点桩条的给料通道、推动所述点桩条沿所述给料通道行进的推进部、将点桩条固定的卡紧部以及与所述推进部连接的进料动力机构；以及

切料系统，至少包括切割所述点桩条的切料部以及带动切料部对点桩条进行切割运动的切料动力机构。

上述方案的一个改进，点桩仪还包括分别于所述进料动力机构和切料动力机构连接的电机控制器；所述电机控制器连接有进料位置传感器和切料位置传感器；所述进料位置传感器设于卡紧部内或侧壁上；所述切料位置传感器设于所述切料部的上部、下部或侧部。

上述方案的又一改进，所述点桩仪还包括将所述激光接收器连接于进料系统侧部的转向机构。

本发明另一方面的改进，将所述激光数控点桩仪设置为手持式，便已操作和握持。

本发明的激光数控点桩仪的主控制器接收激光接收器采集的激光信息以及进料位置传感器和切料位置传感器的位置信息，并将激光信息、位置信息与预设值比较，生成控制指令以控制所述进料动力机构和切料机构驱动相应部件移动，按序重复完成送料、切割动作。本发明激光数控点桩仪通用性强，操作简便；通过步进电机和传动机构驱动所述切割刀片进行往复，不仅节约成本，且能获得较大的减速比和力的增益，使传动平稳快捷、易于实现快速调切割，且反应灵敏、精度高。

附图说明

图1为本发明激光数控点桩仪一种实施例的结构示意图；

图2为本发明激光接收器的光敏传感器的一种排列结构图；

图3为本发明激光接收器的光敏传感器的另一种排列结构图；

图4为本发明激光接收器的一种实施例的结构示意图；

图5为本发明激光数控点桩仪的第二种实施例的结构示意图；

图6为本发明激光数控点桩仪中进料系统的一种实施例的结构示意图；

图7为本发明激光数控点桩仪的第三种实施例的立体结构示意图；

图8为本发明激光数控点桩仪的第三种实施例的一侧面结构示意图；

图9为本发明激光数控点桩仪的第三种实施例的另一侧面结构示意图；

图10为本发明激光数控点桩仪使用状态的一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明激光数控点桩仪的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围；有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。

图1示出了本发明激光数控点桩仪的一种实施方式。

该激光数控点桩仪包括激光接收器20、主控制器10、进料系统以及切料系统。

激光接收器20包括多个沿与进料系统进料时的点桩条1平行的一轴线或多轴线进行排列的光敏传感器21；所述光敏传感器21用于采集外部投射的激光信号，并将信号传输至主控制器10。

主控制器10，接收激光接收器20采集的信号，并将采集信号与原设定信号进行比较，并依据比较形态控制对进料系统和切料系统的相应指令的下达。

进料系统，包括放置所述点桩条1的给料通道31、推动所述点桩条1沿所述给料通道31行进的推进部32、将点桩条1固定的卡紧部33以及与所述推进部32连接的进料动力机构34。

切料系统，包括切割所述点桩条1的切料部以及带动切料部对点桩条1进行切割运动的切料动力机构43。

在上述实施例基础上，本发明点桩仪的一些实施例中，还包括分别于所述进料动力机构34和切料动力机构43连接的电机控制器；所述电机控制器至少连接有两个进料位置传感器4和一个切料位置传感器5；一所述进料位置传感器4设于横向基座60中侧，另一所述进料位置传感器4于推进部32上；所述切料位置传感器设于所述切料部的上部、下部或侧部(图中未示出)。

需要说明的是，所述进料位置传感器，用以采集所述切料部的切割刀片位置信息，并通过所述电机控制器比较分析，生成控制指令控制切料动力机构43转动，以驱动切料部直线运动，使切料部的切割刀片跟随运动，以实现线性切割进入所述给料通道31内的物料。

本发明的多个沿与进料系统进料时的点桩条1平行的一轴线或多轴线进行排列的光敏传感器21，在排布的一些实施例中，为部分错位或者全部错位的排列。如图2所示为多个光敏传感器21部分错位的排列；图3所示为多个光敏传感器21全部错位的排列，优选为图3所示的呈拉链形状排列。将所述激光接收传感器的N个光敏传感器呈拉链形状排列。不仅能减少相邻两个光敏传感器直接的搭接距离，而且还使所述激光接收器内部空间结构简单、各元部件间设置紧凑合理，并且利用拉链型的错位，避免所述光敏传感器接收激光信号时的漫射影响，造成所述激光接收器的输出信号错误，保证了激光接收器的精度和正确性。

在一些具体的实施例中，所述激光接收器20还包括微控制器22、多个模拟开关芯片23、稳压管24以及若干个电容25和电阻26；所述稳压管24与微控制器22串联，多个所述模拟开关芯片23分别并联于微控制器22输出电路上，每个所述模拟开关芯片23的输出端连接若干个所述光敏传感器21。其中，在一些实施例中的光敏传感器21的硅光敏三级管，例如型号为3DU465H的光敏三极管。在使用时，通过模拟开关芯片23选择预设的光敏传感器21，通过微控制器22将采集的外部激光信息发送给主控制器10。所述主控制器10将接受的信息与预设值比较，生成控制指令传给电机控制器以控制所述切料部的移动，按序重复完成既定的切割动作。

在一个具体的实施例方案中，图5所示，本发明点桩仪还包括横向基座60，所述横向基座60上设有前固定架61和后固定架64。

图6-9所示，所述给料通道31为通过前固定架61固设的管状通道；所述推进部32包括连接于后固定架64的滑块320，所述滑块320设有与给料通道31相对应的给料孔321；所述滑块320靠近前固定架61一侧通过X轴滑竿机构进行靠近或远离所述前固定架61的X轴向运动；所述进料动力机构34包括进料步进电机340以及连接于所述进料步进电机340输出轴的T型丝杆341，所述T型丝杆341的丝杆轴与所述滑块320固定连接。所述滑块320设有X轴孔322；所述X轴滑竿机构包括X轴直线光轴73和套设于所述X轴直线光轴73的X轴直线轴承74；所述X轴直线光轴73一端固定于所述前固定架61上，另一端穿过所述X轴孔322，所述X轴直线轴承74一端与所述X轴孔322的边缘固定连接。所述滑块320与T型丝杆341、X轴滑竿机构的轴承相连的运用，能保证物料能够根据设定的程序，通过滑块320在X轴的运行过程中，按序重复推进物料的进给。

此外，所述滑块320的前侧还设有滑块，横向基座60的上表面设有配合的直线滑轨76，以保证滑块的直线移动。

所述卡紧部33包括Z轴底座70、设于给料孔321出口端的卡舌组件、带动卡舌组件上下跳动的电磁机构80以及带动卡舌组件沿Z轴移动的Z轴滑竿机构。所述卡舌组件包括进料卡舌导台305、进料卡舌304以及进料卡舌腔303；所述进料卡舌腔303为底部开口的管状构造，且其外管壁紧贴于给料孔321内侧壁；所述进料卡舌导台305设于进料卡舌腔303下方，所述进料卡舌304设于进料卡舌导台305的上方且穿过所述开口至进料卡舌腔303内。

所述Z轴滑竿机构包括固定在所述滑块320上的Z轴直线轴承71、穿过所述Z轴直线轴承71的Z轴直线光轴72；所述Z轴直线光轴72的底部连接所述Z轴底座70，中下部位则与所述进料卡舌导台305相连接。

所述电磁机构80设于Z轴底座70的下端，所述电磁机构80通过所述主控制器10间断输出电流吸附或者松开所述Z轴底座70，形成程序设定的“开”“闭”动作，带动所述进料卡舌304做Z轴的垂直运动，与所述进料卡舌腔305一起，完成程序设定的“卡住”、“松开”所述给料通道31内的物料。

需要说明的是，由于所述滑块320与Z轴直线轴承71相连，通过X轴直线轴承74、X轴直线光轴73、直线滑轨76、T型丝杆41跟随进料步进电机340的旋转，转换成X轴方向的直线运动，从而带动连接在滑块320上的所述进料卡舌304与所述进料卡舌腔303所“卡住”的物料做X轴方向的直线运动。

需要说明的是，所述进料卡舌304与所述进料卡舌腔303完成程序设定的“卡住”物料做X轴正方向的直线运动后，可按既定程序完成设定的“松开”物料做X轴反方向的直线运动，重复的运动可完成送料工作。

更优的，所述进料位置传感器4通过电机控制器3与主控制器10相连，所述主控制器10将接受的信息与预设值比较，生成控制指令传给电机控制器3以控制进料步进电机340的移动，按序重复完成既定的给料动作。

又一些实施例中，所述点桩仪还包括有Z轴复位机构，所述Z轴复位机构包括Z轴复位导台90，所述Z轴复位导台90为一侧带斜面的块构造，所述Z轴复位导台90设于Z轴直线光轴72的自由端顶部，且其斜面与X轴向成角度。所述Z轴复位机构还包括设于前固定架61和后固定架64上方且平行于所述横向基座60的上连接架65，以及镶嵌在所述上连接架65上的Z轴复位光轴91以及套设于所述Z轴复位光轴91的Z轴复位轴承92；所述Z轴复位光轴91最低端与所述Z轴复位导台90顶面通过斜面块构造在X轴向移动时相重合。

所述Z轴复位导台90能在所述滑块320进行X轴直线运动过程中，通过所述Z轴复位导台90上的斜面，将进料步进电机340和T型丝杆341输出的X轴方向的力，转化成Z轴方向的力，以弥补所述电磁机构80小型化后在“开”“闭”时的吸力不足。

图7-9所示，所述切料部包括带凹槽的切割支架40、设于切割支架40凹槽内的割刀41以及装配所述切割支架40的导台滑块42；所述切割支架40恰好置于点桩条1的侧边。割刀41在一些实施例中与所述给料通道垂直设置，所述割刀与所述给料通道垂直，且所述割刀刀锋线与所述给料通道呈30°至60°能保证切割后的平面平顺，同时减少步进电机的阻力，且更易于切割。

需要说明的是，所述割刀41采用钨钢制造，与所述横向基座60顶面呈45°至60°，以保障其足够锋利和切割寿命。

所述切料动力机构43为切料步进电机，其输出轴连接有滚珠丝杆44，所述滚珠丝杆44的丝杆轴固设于所述导台滑块42底部，使所述滚珠丝杆44在切料动力机构43的带动下推动导台滑块42沿滚珠丝杆44轴向运动。

所述切料系统还包括第一限位机构和第二限位机构。所述第一限位机构包括嵌于所述导台滑块42两侧的轴承45、所述轴承45套设的滑竿46，所述滑竿46与所述滚珠丝杆44平行，且其一端通过基板47与切料动力机构43的输出端面固定。

所述第二限位机构包括设于所述导台滑块42背侧的轨道滑块，贴近所述导台滑块42背侧位置设有前侧固定架62，所述前侧固定架62沿Z轴向设有配合所述轨道滑块的轨道48。

该实施方式的所述导台滑块42、通过所述滚珠丝杆44与切料步进电机的使用中，可在导台滑块42与所述滚珠丝杆44的接合表面设定合适的螺纹导程角，使所述滚珠丝杆44具有自锁功能，避免所述切料步进电机始终保持工作状态。

本发明滚珠丝杆44与导台滑块42、T型丝杆341与滑块320的组合，可以简便地将所述电机输出轴的旋转运动转化为所述滑块的直线运动，并推动所述割刀41、进料卡舌做垂直往复运动，具有传动效率高、传动牢固平稳的特点，且利用螺旋结构和步进电机的自锁功能，能防止静止状态下所述滑块的移动，进一步提高了所述传动装置和所述步进电机的使用质量和寿命。

本发明的激光数控点桩仪在上述技术方案的基础上可以为非手持式或手持式的形态。在本发明实施例中优选为手持式点桩仪，如图9所示，手持式激光数控点桩仪的主要骨架包括横向设置的横向基座60、设于横向基座60前侧上方的前固定架61和后固定架64、设于横向基座60前侧下方的下固定架63以及设于前固定架61前侧的前侧支架62。为便于手持，在所述前固定架61的侧部还设有把手7。

在一个实施例中，所述转向机构50连接所述激光接收器20端部与点桩仪上给料通道31的侧部，并可绕所述给料通道31侧部和顶部之间进行90°旋转。使用所述激光接收器角度转向部件紧贴机体搭载光敏传感器在90°范围内平行于给料通道任意转换角度，更加贴切于使用环境，能多角度的接收来自不同方位的激光源。

本发明激光数控点桩仪的所述点桩条1为柱状轻质软棒体，包括软木条、胶条和PVC条等。

图10示出了本发明激光数控点桩仪的工作原理示意图。

需要说明的是，在图10所示的原理图中，所述激光数控点桩仪采用简略图表示。

图10所示，所述激光数控点桩仪的外围设备有:激光平米投射仪80及其投射出的激光面81，点桩条1(即柱型条状轻质软棒体)。

使用时，使用者通过所述主控制器，在所述激光接收器上设定好与墙体所需距离的所述硅光敏三级管单颗，手持所述激光数控点桩仪，将柱型条状轻质软棒体伸出抹胶粘贴在墙体上，然后向墙面缓缓推进。

当设定好的那颗所述硅光敏三级管接收到激光平米投射仪80及其投射出的激光面81时，所述主控制器将信号与原设定进行比较，发出指令让所述进料卡舌与所述进料卡舌腔“卡住”运动中的柱型条状轻质软棒体，使其立即停止的同时，发出指令让割刀将柱型条状轻质软棒体切断留在墙体上，然后，送料系统根据指令完成将柱型条状轻质软棒体再次伸出激光数控点桩仪前端位置，准备进行下一次切割。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种激光数控点桩仪，其特征在于，用于柱状构造的点桩条(1)的点桩，至少包括

激光接收器(20)，至少包括多个沿与进料系统进料时的点桩条(1)平行的一轴线或多轴线进行排列的光敏传感器(21)；所述光敏传感器(21)用于采集外部投射的激光信号，并将信号传输至主控制器(10)；

主控制器(10)，接收激光接收器(20)采集的信号，并将采集信号与原设定信号进行比较，并依据比较形态控制对进料系统和切料系统的相应指令的下达；

进料系统，至少包括放置所述点桩条(1)的给料通道(31)、推动所述点桩条(1)沿所述给料通道(31)行进的推进部(32)、将点桩条(1)固定的卡紧部(33)以及与所述推进部(32)连接的进料动力机构(34)；以及

切料系统，至少包括切割所述点桩条(1)的切料部以及带动切料部对点桩条(1)进行切割运动的切料动力机构(43)；

所述激光数控电桩仪还包括横向基座(60)，所述横向基座(60)上设有前固定架(61)和后固定架(64)。

2.如权利要求1所述的激光数控点桩仪，其特征在于，还包括分别与所述进料动力机构(34)和切料动力机构(43)连接的电机控制器(3)；所述电机控制器(3)至少连接有两个进料位置传感器(4)和一个切料位置传感器(5)；一所述进料位置传感器(4)设于横向基座(60)中侧，另一所述进料位置传感器(4)设于推进部(32)上；所述切料位置传感器(5)设于所述切料部的上部、下部或侧部。

3.如权利要求1所述的激光数控点桩仪，其特征在于，还包括将所述激光接收器(20)连接于进料系统侧部的转向机构(50)。

4.如权利要求1-2中任一项所述的激光数控点桩仪，其特征在于，相邻所述光敏传感器(21)为部分错位或者全部错位的排列。

5.如权利要求1-2中任一项所述的激光数控点桩仪，其特征在于，多个所述光敏传感器(21)呈拉链形状排列。

6.如权利要求1-2中任一项所述的激光数控点桩仪，其特征在于，所述激光接收器(20)还包括微控制器(22)、多个模拟开关芯片(23)、稳压管(24)以及若干个电容(25)和电阻(26)；所述稳压管(24)与微控制器(22)串联，多个所述模拟开关芯片(23)分别并联于微控制器(22)输出电路上，每个所述模拟开关芯片(23)的输出端连接若干个所述光敏传感器(21)。

7.如权利要求1所述的激光数控点桩仪，其特征在于，所述给料通道(31)为通过前固定架(61)固设的管状通道；所述推进部(32)包括连接于后固定架(64)的滑块(320)，所述滑块(320)设有与给料通道(31)相对应的给料孔(321)；所述滑块(320)在横向基座(60)上通过X轴滑竿机构进行靠近或远离所述前固定架(61)的X轴向运动；所述进料动力机构(34)包括进料步进电机(340)以及连接于所述进料步进电机(340)输出轴的T型丝杆(341)，所述T型丝杆(341)的丝杆轴与所述滑块(320)固定连接。

8.如权利要求7所述的激光数控点桩仪，其特征在于，所述滑块(320)设有X轴孔(322)；所述X轴滑竿机构包括X轴直线光轴(73)和套设于所述X轴直线光轴(73)的X轴直线轴承(74)；所述X轴直线光轴(73)一端固定于所述前固定架(61)上，另一端穿过所述X轴孔(322)，所述X轴直线轴承(74)一端与所述X轴孔(322)的边缘固定连接。

9.如权利要求7所述的激光数控点桩仪，其特征在于，所述卡紧部(33)包括Z轴底座(70)、设于给料孔(321)出口端的卡舌组件、带动卡舌组件上下跳动的电磁机构(80)以及带动卡舌组件沿Z轴移动的Z轴滑竿机构；

所述卡舌组件包括进料卡舌导台(305)、进料卡舌(304)以及进料卡舌腔(303)；所述进料卡舌腔(303)为底部开口的管状构造，且其外管壁紧贴于给料孔(321)内侧壁；所述进料卡舌导台(305)设于进料卡舌腔(303)下方，所述进料卡舌(304)设于进料卡舌导台(305)的上方且穿过所述开口至进料卡舌腔(303)内；

所述Z轴滑竿机构包括固定在所述滑块(320)上的Z轴直线轴承(71)、穿过所述Z轴直线轴承(71)的Z轴直线光轴(72)；所述Z轴直线光轴(72)的底部连接所述Z轴底座(70)，中下部位则与所述进料卡舌导台(305)相连接；

所述电磁机构(80)设于Z轴底座(70)的下端，所述电磁机构(80)通过所述主控制器(10)间断输出电流吸附或者松开所述Z轴底座(70)。

10.如权利要求8所述的激光数控点桩仪，其特征在于，所述激光数控点桩仪还包括有Z轴复位机构，所述Z轴复位机构包括Z轴复位导台(90)，所述Z轴复位导台(90)为一侧带斜面的块构造，所述Z轴复位导台(90)设于Z轴直线光轴(72)的自由端顶部，且其斜面与X轴向成角度。

11.如权利要求10所述的激光数控点桩仪，其特征在于，所述Z轴复位机构还包括设于前固定架(61)和后固定架(64)上方且平行于所述横向基座(60)的上连接架(65)，以及镶嵌在所述上连接架(65)上的Z轴复位光轴(91)以及套设于所述Z轴复位光轴(91)的Z轴复位轴承(92)；所述Z轴复位光轴(91)最低端与所述Z轴复位导台(90)顶面通过斜面块构造在X轴向移动时相重合。

12.如权利要求1所述的激光数控点桩仪，其特征在于，所述切料部包括带凹槽的切割支架(40)、设于切割支架(40)凹槽内的割刀(41)以及装配所述切割支架(40)的导台滑块(42)；所述切割支架(40)恰好置于点桩条(1)的侧边；

所述切料动力机构(43)为切料步进电机，其输出轴连接有滚珠丝杆(44)，所述滚珠丝杆(44)的丝杆轴固设于所述导台滑块(42)底部，使所述滚珠丝杆(44)在切料动力机构(43)的带动下推动导台滑块(42)沿滚珠丝杆(44)轴向运动。

13.如权利要求12所述的激光数控点桩仪，其特征在于，所述切料系统还包括第一限位机构和第二限位机构；

所述第一限位机构包括嵌于所述导台滑块(42)两侧的轴承(45)、所述轴承(45)套设的滑竿(46)，所述滑竿(46)与所述滚珠丝杆(44)平行，且其一端通过基板(47)与切料动力机构(43)的输出端面固定；

所述第二限位机构包括设于所述导台滑块(42)背侧的轨道滑块，贴近所述导台滑块(42)背侧位置设有前侧固定架(62)，所述前侧固定架(62)沿Z轴向设有配合所述轨道滑块的轨道(48)。

14.如权利要求12所述的激光数控点桩仪，其特征在于，所述凹槽内的割刀(41)刀锋与横向基座(60)顶面呈45°至60°的角度设置。

15.如权利要求3所述的激光数控点桩仪，其特征在于，所述转向机构(50)连接所述激光接收器(20)端部和所述点桩条(1)的给料通道(31)的侧部，并可绕所述给料通道(31)侧部和顶部之间进行90°旋转。

16.如权利要求7所述的激光数控点桩仪，其特征在于，所述点桩仪为手持式；

所述横向基座(60)的前端向下设有下固定架(63)，所述下固定架(63)固定主控制器(10)和切料动力机构(43)；

所述前固定架(61)的外侧设有把手(7)。

17.如权利要求1所述的激光数控点桩仪，其特征在于，所述点桩条(1)为轻质软棒体，所述轻质软棒体为软木条、胶条或PVC条。

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