CN107803572B - 一种焊接作业的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种焊接作业的控制方法及装置，涉及脉冲焊接技术领域。方法包括：根据当前的焊接电流和焊接电压确定当前的焊接阻抗，作为反馈阻抗；将反馈阻抗与预设的阻抗阈值进行比较，生成比较结果；根据比较结果和峰值电流预设值、基值电流预设值以及基值时间预设值，分别确定下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流和基值时间，结合预先获知的峰值时间确定脉冲电流波形；根据脉冲电流波形确定下一周期焊接作业的焊接电流，从而进行下一周期的焊接作业。本发明通过以焊接阻抗作为反馈量来进行焊接控制，从而完成对焊丝的熔化控制，进而对焊接电弧长度进行控制，可以保证在焊接过程中电弧弧长稳定。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲焊接技术领域，尤其涉及一种焊接作业的控制方法及装置。
背景技术
当前，在现代生产领域中，脉冲熔化极惰性气体保护焊(Metal Inertia Gas，简称脉冲MIG焊)是一种高效的焊接方法，能够应用于汽车、工业零件等的生产加工。然而当前的脉冲MIG焊在焊接过程中容易受到外界干扰，例如焊枪扰动、干伸长变化、工件不平等，容易引起焊接电弧长度变化，影响电弧形态、热量输出，进而影响焊接效果。
因此，如何有效控制焊接时的电弧长度成为了一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的实施例提供一种焊接作业的控制方法及装置，以解决当前缺少一种有效控制焊接时的电弧长度的方法的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种焊接作业的控制方法，包括：
根据当前的焊接电流和焊接电压确定当前的焊接阻抗，并将当前的焊接阻抗作为反馈阻抗；
将所述反馈阻抗与预设的阻抗阈值进行比较，生成比较结果；
根据所述比较结果和峰值电流预设值、基值电流预设值以及基值时间预设值，分别确定下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流和基值时间；
根据下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流、基值时间以及预先获知的峰值时间确定脉冲电流波形；
根据所述脉冲电流波形确定下一周期焊接作业的焊接电流；
采用下一周期焊接作业的焊接电流进行下一周期的焊接作业。
具体的，根据所述比较结果和峰值电流预设值、基值电流预设值以及基值时间预设值，分别确定下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流和基值时间，包括：
根据公式：
确定下一周期焊接作业的峰值电流IP、基值电流Ib和基值时间Tb；其中，R0为所述预设的阻抗阈值；R为所述反馈阻抗；R0-R表示所述比较结果；Ip0为所述峰值电流预设值；Ib0为所述基值电流预设值；Tb0为所述基值时间预设值；k1为预设的峰值电流斜率值；k2为预设的基值电流斜率值；k3为预设的基值时间斜率值。
一种焊接作业的控制装置，包括：
反馈阻抗确定单元，用于根据当前的焊接电流和焊接电压确定当前的焊接阻抗，并将当前的焊接阻抗作为反馈阻抗；
比较单元，用于将所述反馈阻抗与预设的阻抗阈值进行比较，生成比较结果；
参数确定单元，用于根据所述比较结果和峰值电流预设值、基值电流预设值以及基值时间预设值，分别确定下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流和基值时间；
脉冲电流波形确定单元，用于根据下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流、基值时间以及预先获知的峰值时间确定脉冲电流波形；
焊接电流确定单元，用于根据所述脉冲电流波形确定下一周期焊接作业的焊接电流；
焊接控制单元，用于采用下一周期焊接作业的焊接电流进行下一周期的焊接作业。
另外，所述参数确定单元，具体用于：
根据公式：
确定下一周期焊接作业的峰值电流IP、基值电流Ib和基值时间Tb；其中，R0为所述预设的阻抗阈值；R为所述反馈阻抗；R0-R表示所述比较结果；Ip0为所述峰值电流预设值；Ib0为所述基值电流预设值；Tb0为所述基值时间预设值；k1为预设的峰值电流斜率值；k2为预设的基值电流斜率值；k3为预设的基值时间斜率值。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据当前的焊接电流和焊接电压确定当前的焊接阻抗，并将当前的焊接阻抗作为反馈阻抗；
将所述反馈阻抗与预设的阻抗阈值进行比较，生成比较结果；
根据所述比较结果和峰值电流预设值、基值电流预设值以及基值时间预设值，分别确定下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流和基值时间；
根据下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流、基值时间以及预先获知的峰值时间确定脉冲电流波形；
根据所述脉冲电流波形确定下一周期焊接作业的焊接电流；
采用下一周期焊接作业的焊接电流进行下一周期的焊接作业。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
根据当前的焊接电流和焊接电压确定当前的焊接阻抗，并将当前的焊接阻抗作为反馈阻抗；
将所述反馈阻抗与预设的阻抗阈值进行比较，生成比较结果；
根据所述比较结果和峰值电流预设值、基值电流预设值以及基值时间预设值，分别确定下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流和基值时间；
根据下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流、基值时间以及预先获知的峰值时间确定脉冲电流波形；
根据所述脉冲电流波形确定下一周期焊接作业的焊接电流；
采用下一周期焊接作业的焊接电流进行下一周期的焊接作业。
本发明实施例提供的一种焊接作业的控制方法及装置，通过以焊接阻抗作为反馈量来进行焊接控制，从而完成对焊丝的熔化控制，以完成对焊接电弧长度的控制。本发明实施例可以保证在焊接过程中电弧弧长稳定，对提高脉冲MIG焊接工艺质量、保障焊接过程稳定等方面起到非常重要作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种焊接作业的控制方法的流程图；
图2为本发明实施例提供中的以阻抗为反馈量的弧长稳定控制实验结果示意图；
图3为现有技术中的以电压为反馈量的弧长稳定控制实验结果示意图；
图4为本发明实施例提供的一种焊接作业的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在实现本发明实施例的过程中，发明人发现一般情况下，研究脉冲MIG焊电弧长稳定控制，首先要确定采用什么物理量作为反馈量。目前，常见的电弧长度控制方法均以电弧电压为反馈量，而电弧电压反馈方式可以分为瞬时电压和周期平均电压。其中，以瞬时电压为反馈量进行电弧长度稳定控制的方法有门限控制法、Synergic控制法、峰值电压模糊控制法、QH-ARCI03控制法等，而以周期平均电压为反馈量进行电弧长度稳定控制的方法有变频闭环控制法、自适应弧压反馈的峰值电流和基值电流双闭环控制等。
上述现有技术中的方法以电压作为反馈量，控制焊接电源输出的电流波形，熔化速度相应发生变化，调整电弧长度，以实现电弧长度稳定控制。除此之外，现有技术还有利用平均电弧电压反映焊丝伸长长度作为反馈量，采用改变送丝速度来实现铝合金脉冲MIG焊电弧长度稳定控制。然而，常见的以电压为反馈量控制电流波形方法，主要是通过调节基值时间实现电流波形变化。然而，这种方法有两个弊端：第一，当电弧长度发生突变时，仅调节基值时间来实现平均电流和熔化速度变化，响应速度较慢，控制的灵敏度不高；第二，理论上脉冲MIG焊追求一脉一滴的熔滴过渡，这需要每个脉冲周期形成的熔滴尺寸大小保持一致性。但是在基值电流不变情况下，调节基值时间，会影响形成熔滴的大小，影响一脉一滴效果。
因此，本发明实施例采用将阻抗作为反馈量进行焊接作业的调整，从而完成电弧长度控制，保证了在焊接过程中电弧弧长稳定，对提高脉冲MIG焊接工艺质量、保障焊接过程稳定等方面起到非常重要作用。
如图1所示，本发明实施例提供一种焊接作业的控制方法，包括：
步骤101、根据当前的焊接电流和焊接电压确定当前的焊接阻抗，并将当前的焊接阻抗作为反馈阻抗。
此处，所述焊接电压处于开环状态，其值的大小采用被动调整，而不会受到反馈阻抗大小的影响。
步骤102、将所述反馈阻抗与预设的阻抗阈值进行比较，生成比较结果。
步骤103、根据所述比较结果和峰值电流预设值、基值电流预设值以及基值时间预设值，分别确定下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流和基值时间。
此处，该步骤103可通过如下方式实现：
根据公式：
确定下一周期焊接作业的峰值电流IP、基值电流Ib和基值时间Tb；其中，R0为所述预设的阻抗阈值；R为所述反馈阻抗；R0-R表示所述比较结果；Ip0为所述峰值电流预设值；Ib0为所述基值电流预设值；Tb0为所述基值时间预设值；k1为预设的峰值电流斜率值；k2为预设的基值电流斜率值；k3为预设的基值时间斜率值。
步骤104、根据下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流、基值时间以及预先获知的峰值时间确定脉冲电流波形。
此处，在本发明实施例中，峰值时间一般是保持不变的，因此可以预先获知。根据峰值电流、基值电流、基值时间以及峰值时间可以确定脉冲电流波形。
步骤105、根据所述脉冲电流波形确定下一周期焊接作业的焊接电流。
步骤106、采用下一周期焊接作业的焊接电流进行下一周期的焊接作业。
在步骤106之后，返回执行步骤101，从而实现焊接作业的循环控制。
具体的，本发明实施例可通过反馈阻抗与预设的阻抗阈值进行比较得到的比较结果，确定焊接电弧长度的情况。例如，当反馈阻抗小于预设的阻抗阈值时，表明焊接电弧长度比预设的短(或者可以认为比理想情况要短)，此时需要增大峰值电流和基值电流、减小基值时间，进而增大焊接电流，提高焊丝熔化速度，从而使焊接电弧长度变长；反之，当反馈阻抗大于预设的阻抗阈值时，焊接电弧长度比预设的长(或者可以认为比理想情况要长)，此时需要减小峰值电流和基值电流、增大基值时间，进而减小焊接电流，降低焊丝熔化速度，从而使焊接电弧长度变短。此调节过程中，峰值电流、基值电流和基值时间需同时变化，从而可提高控制响应速度。当反馈阻抗等于预设的阻抗阈值时，则表示焊接电弧长度与理想情况相同，无需调整。
为了验证本发明实施例的效果，本发明实施例采用MATLAB SIMULINK仿真平台，建立脉冲MIG焊弧长稳定控制仿真系统，并通过仿真实例验证以阻抗为反馈量的弧长稳定控制方法的有效性，并与以电压为反馈量的弧长稳定控制方法进行对比。
以阻抗为反馈量的弧长稳定控制仿真系统和以电压为反馈量的弧长稳定控制仿真系统采用相同架构，仅控制器内置算法不相同，此处不再赘述。
在仿真过程中，分别在以阻抗为反馈量的仿真系统(即本发明实施例所采用的方式)和以电压为反馈量的仿真系统(现有技术方式)进行如下实验：以大电流380A规范为例，先等待弧长初始稳定后，针对焊枪高度载入抬高4mm阶跃信号，待第二次进入稳定后再载入焊枪高度降低4mm阶跃信号。本实验中，弧长精确到微米级无变化则确定为进入稳定状态。两个仿真系统参数设置保持一致性，仿真系统参数设置如下表1所示。
表1：
经过上述仿真实验，最终得到以本发明实施例的阻抗为反馈量的弧长稳定控制结果如图2所示。而现有技术中以电压为反馈量的弧长稳定控制结果如图3所示。
其中，本发明实施例的阻抗为反馈量的弧长稳定控制方式中，稳态静态偏差量ΔLa、超调量和调节时间如下表2所示：
表2：
而现有技术中以电压为反馈量的弧长稳定控制方式中，稳态静态偏差量ΔLa、超调量和调节时间如下表3所示：
表3：
通过上述图2和图3可见，本发明实施例的阻抗为反馈量的弧长稳定控制方式，焊接过程中，阻抗曲线与弧长曲线较为一致，即阻抗全程表征了弧长。而现有技术的焊接过程中，电压曲线与弧长曲线并不一致，证明电压并不能全程表征弧长。结合表2和表3数据所示，在发生扰动时，本发明实施例中以阻抗为反馈的弧长稳定控制方式可以很好的控制了弧长稳定，调节时间短、迅速进入稳定状态，并且控制过程无超调量。
可见，本发明实施例提供的一种焊接作业的控制方法，通过以焊接阻抗作为反馈量来进行焊接控制，从而完成对焊丝的熔化控制，以完成对焊接电弧长度的控制。本发明实施例可以保证在焊接过程中电弧弧长稳定，对提高脉冲MIG焊接工艺质量、保障焊接过程稳定等方面起到非常重要作用。并且，本发明实施例提供的焊接作业的控制方法调节时间短，弧长调节灵敏，对干伸长变化较为敏感；并且调节过程超调量可以得到有效抑制；与纯电压表征弧长相比，融入了电流因素，使电弧表征量更丰富，得到的结果也更为准确。
对应于上述图1所述的方法实施例，如图4所示，本发明实施例还提供一种焊接作业的控制装置，包括：
反馈阻抗确定单元21，用于根据当前的焊接电流和焊接电压确定当前的焊接阻抗，并将当前的焊接阻抗作为反馈阻抗。
比较单元22，用于将所述反馈阻抗与预设的阻抗阈值进行比较，生成比较结果。
参数确定单元23，用于根据所述比较结果和峰值电流预设值、基值电流预设值以及基值时间预设值，分别确定下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流和基值时间。
脉冲电流波形确定单元24，用于根据下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流、基值时间以及预先获知的峰值时间确定脉冲电流波形。
焊接电流确定单元25，用于根据所述脉冲电流波形确定下一周期焊接作业的焊接电流。
焊接控制单元26，用于采用下一周期焊接作业的焊接电流进行下一周期的焊接作业。
另外，所述参数确定单元23，具体用于：
根据公式：
确定下一周期焊接作业的峰值电流IP、基值电流Ib和基值时间Tb；其中，R0为所述预设的阻抗阈值；R为所述反馈阻抗；R0-R表示所述比较结果；Ip0为所述峰值电流预设值；Ib0为所述基值电流预设值；Tb0为所述基值时间预设值；k1为预设的峰值电流斜率值；k2为预设的基值电流斜率值；k3为预设的基值时间斜率值。
本发明实施例提供的一种焊接作业的控制装置，通过以焊接阻抗作为反馈量来进行焊接控制，从而完成对焊丝的熔化控制，以完成对焊接电弧长度的控制。本发明实施例可以保证在焊接过程中电弧弧长稳定，对提高脉冲MIG焊接工艺质量、保障焊接过程稳定等方面起到非常重要作用。
另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据当前的焊接电流和焊接电压确定当前的焊接阻抗，并将当前的焊接阻抗作为反馈阻抗。
将所述反馈阻抗与预设的阻抗阈值进行比较，生成比较结果。
根据所述比较结果和峰值电流预设值、基值电流预设值以及基值时间预设值，分别确定下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流和基值时间。
根据下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流、基值时间以及预先获知的峰值时间确定脉冲电流波形。
根据所述脉冲电流波形确定下一周期焊接作业的焊接电流。
采用下一周期焊接作业的焊接电流进行下一周期的焊接作业。
另外，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
根据当前的焊接电流和焊接电压确定当前的焊接阻抗，并将当前的焊接阻抗作为反馈阻抗。
将所述反馈阻抗与预设的阻抗阈值进行比较，生成比较结果。
根据所述比较结果和峰值电流预设值、基值电流预设值以及基值时间预设值，分别确定下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流和基值时间。
根据下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流、基值时间以及预先获知的峰值时间确定脉冲电流波形。
根据所述脉冲电流波形确定下一周期焊接作业的焊接电流。
采用下一周期焊接作业的焊接电流进行下一周期的焊接作业。
此处，本发明实施例提供的计算机可读存储介质和计算机设备的具体实现方式可以参见上述图1对应的方法实施例，此处不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种焊接作业的控制方法，其特征在于，包括：
根据当前的焊接电流和焊接电压确定当前的焊接阻抗，并将当前的焊接阻抗作为反馈阻抗；
将所述反馈阻抗与预设的阻抗阈值进行比较，生成比较结果；
根据所述比较结果和峰值电流预设值、基值电流预设值以及基值时间预设值，分别确定下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流和基值时间，包括：
根据公式：
确定下一周期焊接作业的峰值电流IP、基值电流Ib和基值时间Tb；其中，R0为所述预设的阻抗阈值；R为所述反馈阻抗；R0-R表示所述比较结果；Ip0为所述峰值电流预设值；Ib0为所述基值电流预设值；Tb0为所述基值时间预设值；k1为预设的峰值电流斜率值；k2为预设的基值电流斜率值；k3为预设的基值时间斜率值；
根据下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流、基值时间以及预先获知的峰值时间确定脉冲电流波形；
根据所述脉冲电流波形确定下一周期焊接作业的焊接电流；
采用下一周期焊接作业的焊接电流进行下一周期的焊接作业。
2.一种焊接作业的控制装置，其特征在于，包括：
反馈阻抗确定单元，用于根据当前的焊接电流和焊接电压确定当前的焊接阻抗，并将当前的焊接阻抗作为反馈阻抗；
比较单元，用于将所述反馈阻抗与预设的阻抗阈值进行比较，生成比较结果；
参数确定单元，用于根据所述比较结果和峰值电流预设值、基值电流预设值以及基值时间预设值，分别确定下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流和基值时间，具体用于：
根据公式：
确定下一周期焊接作业的峰值电流IP、基值电流Ib和基值时间Tb；其中，R0为所述预设的阻抗阈值；R为所述反馈阻抗；R0-R表示所述比较结果；Ip0为所述峰值电流预设值；Ib0为所述基值电流预设值；Tb0为所述基值时间预设值；k1为预设的峰值电流斜率值；k2为预设的基值电流斜率值；k3为预设的基值时间斜率值；
脉冲电流波形确定单元，用于根据下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流、基值时间以及预先获知的峰值时间确定脉冲电流波形；
焊接电流确定单元，用于根据所述脉冲电流波形确定下一周期焊接作业的焊接电流；
焊接控制单元，用于采用下一周期焊接作业的焊接电流进行下一周期的焊接作业。
3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
根据当前的焊接电流和焊接电压确定当前的焊接阻抗，并将当前的焊接阻抗作为反馈阻抗；
将所述反馈阻抗与预设的阻抗阈值进行比较，生成比较结果；
根据所述比较结果和峰值电流预设值、基值电流预设值以及基值时间预设值，分别确定下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流和基值时间，包括：
根据公式：
确定下一周期焊接作业的峰值电流IP、基值电流Ib和基值时间Tb；其中，R0为所述预设的阻抗阈值；R为所述反馈阻抗；R0-R表示所述比较结果；Ip0为所述峰值电流预设值；Ib0为所述基值电流预设值；Tb0为所述基值时间预设值；k1为预设的峰值电流斜率值；k2为预设的基值电流斜率值；k3为预设的基值时间斜率值；
根据下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流、基值时间以及预先获知的峰值时间确定脉冲电流波形；
根据所述脉冲电流波形确定下一周期焊接作业的焊接电流；
采用下一周期焊接作业的焊接电流进行下一周期的焊接作业。
4.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
根据当前的焊接电流和焊接电压确定当前的焊接阻抗，并将当前的焊接阻抗作为反馈阻抗；
将所述反馈阻抗与预设的阻抗阈值进行比较，生成比较结果；
根据所述比较结果和峰值电流预设值、基值电流预设值以及基值时间预设值，分别确定下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流和基值时间，包括：
根据公式：
确定下一周期焊接作业的峰值电流IP、基值电流Ib和基值时间Tb；其中，R0为所述预设的阻抗阈值；R为所述反馈阻抗；R0-R表示所述比较结果；Ip0为所述峰值电流预设值；Ib0为所述基值电流预设值；Tb0为所述基值时间预设值；k1为预设的峰值电流斜率值；k2为预设的基值电流斜率值；k3为预设的基值时间斜率值；
根据下一周期焊接作业的峰值电流、基值电流、基值时间以及预先获知的峰值时间确定脉冲电流波形；
根据所述脉冲电流波形确定下一周期焊接作业的焊接电流；
采用下一周期焊接作业的焊接电流进行下一周期的焊接作业。
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