CN108759605B - 一种长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置和方法，所述装置包括样板销、自胀组件以及卡爪组件，卡爪组件在自胀组件的作用下沿径向向外侧移动，且抵靠在工件的长圆孔或椭圆孔的内壁，样板销与长圆孔或椭圆孔的相对位置保持稳定，此时样板销的中心即是长圆孔或椭圆孔的几何中心。本发明通过调整自胀组件，使样板销上的四向卡爪外张至接触长圆孔或椭圆孔内壁，从而使样板销的中心与长圆孔或椭圆孔的几何中心重合，当工件需要借助长圆孔或椭圆孔的几何中心进行检测、加工时，可间接采用样板销的中心。该创新方法原理科学，结构稳定、可靠，测量找几何中心准确，填补了长圆孔及椭圆孔找几何中心的空白，可以广泛应用于机械制造、建筑等行业测量。

Description

一种长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置及方法

技术领域

本发明属于机械、建筑等行业测量技术领域，特别涉及一种长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置及方法。

背景技术

在机械行业方面，为实现某种功能，时有将工件设计为长圆孔或者椭圆孔的情况，当需要借助长圆孔、椭圆孔的几何中心进行检测、加工时，即需要找到工件几何中心。在铁路货车车钩牵引台、冲击台检测方面就有此现象。

为测量铁路货车16型、17型车钩钩体牵引台、冲击台圆弧尺寸，目前的采用回转样板检测用样板销为圆销，而钩体钩耳销孔为避免钩舌销受力设计为长圆孔,由此采用回转样板在穿过钩体钩耳销孔长圆孔检测钩体牵引台、冲击台圆弧尺寸时，检测结果不准确。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种主要针对长圆孔和椭圆孔，能够快速准确的找到长圆孔和椭圆孔几何中心的装置和方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，其特征在于：包括样板销、自胀组件以及卡爪组件，所述自胀组件设置在样板销内，所述卡爪组件由四个卡爪组成，所述四个卡爪以样板销的轴心为中心呈放射状对称分布，在所述样板销上设置有与卡爪对应配合的卡爪槽，所述卡爪以能在径向上移动而在轴向上被限制移动的状态置于样板销的卡爪槽处，所述四个卡爪在自胀组件的作用下沿径向向外侧移动，直至所述四个卡爪均抵靠在工件的长圆孔或椭圆孔的内壁，所述样板销与长圆孔或椭圆孔的相对位置保持稳定，此时样板销的中心即是长圆孔或椭圆孔的几何中心。

本发明所述的长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，其所述自胀组件包括定向螺杆、自胀螺杆以及斜槽圆塞，所述定向螺杆沿自胀螺杆的轴向中心穿过，并与斜槽圆塞连接在一起，所述定向螺杆与斜槽圆塞连接为一整体结构且相对自胀螺杆能相对旋转，所述斜槽圆塞与样板销上设置的卡爪组件对应配合，用于推动四个卡爪沿径向向外同步且等距离移动。

本发明所述的长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，其在所述斜槽圆塞上设置有与卡爪对应配合的斜槽，四处斜槽的斜度一致，且斜槽斜面m的长度大于样板销上卡爪槽的高度h1，通过定向螺杆调整斜槽圆塞上的斜槽与样板销上的卡爪槽对应，所述卡爪与斜槽圆塞对应的端面设置有与斜槽的斜槽斜面m对应配合的卡爪斜面n。

本发明所述的长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，其所述定向螺杆穿过自胀螺杆，并与斜槽圆塞螺纹连接，所述斜槽圆塞置于样板销的圆塞孔内，所述自胀螺杆与样板销螺纹连接。

本发明所述的长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，其在所述样板销的圆塞孔内、斜槽圆塞的上方设置有弹簧，所述弹簧一端抵靠在斜槽圆塞的端面，其另一端抵靠在圆塞孔的内壁面，所述斜槽圆塞的另一端放置在自胀螺杆置于圆塞孔内的端面上，通过转动自胀螺杆，能够带动斜槽圆塞克服弹簧的弹力向圆塞孔内推进，并同步推动与斜槽圆塞的斜槽匹配斜度的四个卡爪向外移动。

本发明所述的长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，其在所述卡爪外周设置有卡爪弹簧槽，在所述样板销外周设置有样板销弹簧槽，所述卡爪弹簧槽与样板销弹簧槽配合形成完整的环形卡槽，在所述环形卡槽内套装有环状的弹簧片，所述弹簧片用于对卡爪沿径向向外侧的移动提供一定限制力，并在卡爪向外胀开且作用力消失后，通过弹簧片对胀开的卡爪提供向样板销轴心的弹力而进行复位。

本发明所述的长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，其在所述卡爪未胀开的初始状态下，所述弹簧的高度为h4，所述自胀螺杆的台阶面与样板销端面之间的间距为h3，所述自胀螺杆置于圆塞孔内的端面与卡爪之间的间距为h2，所述卡爪槽的高度为h1，所述h4＞h3＞h2＞h1。

本发明所述的长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，其所述斜槽圆塞的斜槽斜面m相对于斜槽圆塞中心线的斜度范围在1:5至1:20之间，所述卡爪的卡爪斜面n的斜度与斜槽圆塞的斜槽斜面m的斜度对应配合。

本发明所述的长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，其所述卡爪的夹角Q被长圆孔或椭圆孔长轴平分为Q＇，所述Q＇的角度范围为35°～55°。

一种采用上述装置的长圆孔及椭圆孔找几何中心的方法，其特征在于：包括如下步骤：

a）设计制造所述长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置；

b）所述工件的长圆孔或椭圆孔具有一定的深度H，且H≥0.3h1

工件的长圆孔中，（2R+C）＞2R≥0.8（2R+C），

工件的椭圆孔中，长轴a＞短轴b≥0.8长轴a；

c）将定向螺杆穿过自胀螺杆，并与斜槽圆塞通过螺纹连接一体，且相对自胀螺杆可相对旋转，所述定向螺杆、自胀螺杆以及斜槽圆塞共同组成自胀组件；

d）将弹簧置入样板销的圆塞孔中；

e）将定向螺杆、自胀螺杆以及斜槽圆塞按照步骤c）组合后，将自胀螺杆拧入样板销，同时斜槽圆塞导入样板销的圆塞孔中；

f）当斜槽圆塞的斜槽斜面m上升且覆盖样板销的卡爪槽高度h1时，通过定向螺杆调整样板销内斜槽圆塞的角度，使样板销的卡爪槽与斜槽圆塞的斜槽对应；

g）将四个卡爪的卡爪斜面n朝向斜度一致的斜槽圆塞的斜面m，并逐一置入样板销上的对应卡爪槽，进而置入斜槽圆塞的斜槽中；

h）将环状的弹簧片套装至样板销的样板销弹簧槽以及卡爪的卡爪弹簧槽内，并给卡爪提供以向样板销轴心的弹力；

i）当顺时针拧入自胀螺杆过程中，带有斜槽的斜槽圆塞被自胀螺杆向圆塞孔内推进，所述弹簧被压缩，进而斜槽圆塞横向同步推动与斜槽圆塞的斜槽匹配斜度的四个卡爪沿径向向外移动，当逆时针拧出自胀螺杆过程中，所述斜槽圆塞被弹簧向外推出，所述斜槽圆塞的斜槽横向同步给四个卡爪让出空间，所述四个卡爪在弹簧片的弹力作用下，沿径向向内移动，由此，通过调节自胀螺杆，实现四个卡爪在各自方向上的缩、胀联动；

j）将找几何中心的装置置入被检测的长圆孔或椭圆孔内，保持卡爪夹角Q被长圆孔或椭圆孔长轴平分为Q＇，调整自胀螺杆，推动四个卡爪均与工件的长圆孔或椭圆孔内壁接触，受力达成平衡，所述找几何中心的装置与长圆孔或椭圆孔的相对位置保持稳定，此时样板销的中心即是长圆孔或椭圆孔的几何中心。

本发明通过调整自胀组件，使样板销上的四向卡爪外张至接触长圆孔或椭圆孔内壁，从而使样板销的中心与长圆孔或椭圆孔的几何中心重合，当工件需要借助长圆孔或椭圆孔的几何中心进行检测、加工时，可间接采用样板销的中心。该创新方法原理科学，结构稳定、可靠，测量找几何中心准确，填补了长圆孔及椭圆孔找几何中心的空白，可以广泛应用于机械制造、建筑等行业测量。

附图说明

图1是工件的长圆孔示意图。

图2是工件的椭圆孔示意图。

图3是将本发明的装置置入被检测长圆孔或椭圆孔的示意图。

图4是图3中A-A剖视图。

图5是本发明中定向螺杆的结构示意图。

图6是本发明中自胀螺杆的结构示意图。

图7是本发明中斜槽圆塞的结构示意图。

图8是图7的俯视图。

图9是图8中B-B剖视图。

图10是本发明中自胀组件的结构示意图。

图11是本发明中卡爪的结构示意图。

图12是图11的俯视图。

图13是本发明中弹簧片的结构示意图。

图14是本发明中样板销的结构示意图。

图15是图14中C-C剖视图。

图16是图15中D-D剖视图。

图17是图15中E-E剖视图。

附图标记：1为工件，2为定向螺杆，3为自胀螺杆，4为样板销，4a为卡爪槽，4b为圆塞孔，4c为样板销弹簧槽，5为斜槽圆塞，5a为斜槽，6为弹簧片，7为卡爪，7a为卡爪弹簧槽，8为弹簧。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-17所示，一种长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，包括样板销4、自胀组件以及卡爪组件，所述自胀组件设置在样板销4内，所述卡爪组件由四个卡爪7组成，所述四个卡爪7以样板销4的轴心为中心呈放射状对称分布，在所述样板销4上设置有与卡爪7对应配合的卡爪槽4a，所述卡爪7以能在径向上移动而在轴向上被限制移动的状态置于样板销4的卡爪槽4a处，所述四个卡爪7在自胀组件的作用下沿径向向外侧移动，直至所述四个卡爪7均抵靠在工件1的长圆孔或椭圆孔的内壁，所述样板销4与长圆孔或椭圆孔的相对位置保持稳定，此时样板销4的中心即是长圆孔或椭圆孔的几何中心。

如图10所示，所述自胀组件包括定向螺杆2、自胀螺杆3以及斜槽圆塞5，所述定向螺杆2沿自胀螺杆3的轴向中心穿过，并与斜槽圆塞5连接在一起，所述定向螺杆2与斜槽圆塞5连接为一整体结构且相对自胀螺杆3能相对旋转，所述斜槽圆塞5与样板销4上设置的卡爪组件对应配合，用于推动四个卡爪7沿径向向外同步且等距离移动。在本实施例中，所述定向螺杆2穿过自胀螺杆3，并与斜槽圆塞5螺纹连接，所述斜槽圆塞5置于样板销4的圆塞孔4b内，所述自胀螺杆3与样板销4螺纹连接。

如图7、8、9、11和12所示，在所述斜槽圆塞5上设置有与卡爪7对应配合的斜槽5a，四处斜槽5a的斜度一致，且斜槽斜面m的长度大于样板销4上卡爪槽4a的高度h1，通过定向螺杆2调整斜槽圆塞5上的斜槽5a与样板销4上的卡爪槽4a对应，所述卡爪7与斜槽圆塞5对应的端面设置有与斜槽5a的斜槽斜面m对应配合的卡爪斜面n。

其中，在所述样板销4的圆塞孔4b内、斜槽圆塞5的上方设置有弹簧8，所述弹簧8一端抵靠在斜槽圆塞5的端面，其另一端抵靠在圆塞孔4b的内壁面，所述斜槽圆塞5的另一端放置在自胀螺杆3置于圆塞孔4b内的端面上，通过转动自胀螺杆3，能够带动斜槽圆塞5克服弹簧8的弹力向圆塞孔4b内推进，并同步推动与斜槽圆塞5的斜槽5a匹配斜度的四个卡爪7向外移动。

如图11、12、14-17所示，在所述卡爪7外周设置有卡爪弹簧槽7a，在所述样板销4外周设置有样板销弹簧槽4c，所述卡爪弹簧槽7a与样板销弹簧槽4c配合形成完整的环形卡槽，在所述环形卡槽内套装有环状的弹簧片6，所述弹簧片设置有断开的开口，所述弹簧片6用于对卡爪7沿径向向外侧的移动提供一定限制力，并在卡爪7向外胀开且作用力消失后，通过弹簧片6对胀开的卡爪7提供向样板销4轴心的弹力而进行复位。

在本实施例中，在所述卡爪7未胀开的初始状态下，所述弹簧8的高度为h4，所述自胀螺杆3的台阶面与样板销4端面之间的间距为h3，所述自胀螺杆3置于圆塞孔4b内的端面与卡爪7之间的间距为h2，所述卡爪槽4a的高度为h1，所述h4＞h3＞h2＞h1；所述斜槽圆塞5的斜槽斜面m相对于斜槽圆塞5中心线的斜度范围在1:5至1:20之间，所述卡爪7的卡爪斜面n的斜度与斜槽圆塞5的斜槽斜面m的斜度对应配合；所述卡爪7的夹角Q被长圆孔或椭圆孔长轴平分为Q＇，所述Q＇的角度范围为35°～55°。

一种采用如上述装置的长圆孔及椭圆孔找几何中心的方法，包括如下步骤：

a）设计制造所述长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置。

b）所述工件1的长圆孔或椭圆孔具有一定的深度H，且H≥0.3h1，

工件1的长圆孔中，（2R+C）＞2R≥0.8（2R+C），

工件1的椭圆孔中，长轴a＞短轴b≥0.8长轴a。

c）将定向螺杆2穿过自胀螺杆3，并与斜槽圆塞5通过螺纹连接一体，且相对自胀螺杆3可相对旋转，所述定向螺杆2、自胀螺杆3以及斜槽圆塞5共同组成自胀组件。

d）将弹簧8置入样板销4的圆塞孔4b中。

e）将定向螺杆2、自胀螺杆3以及斜槽圆塞5按照步骤c）组合后，将自胀螺杆3拧入样板销4，同时斜槽圆塞5导入样板销4的圆塞孔4b中。

f）当斜槽圆塞5的斜槽斜面m上升且覆盖样板销4的卡爪槽4a高度h1时，通过定向螺杆2调整样板销4内斜槽圆塞5的角度，使样板销4的卡爪槽4a与斜槽圆塞5的斜槽5a对应。

g）将四个卡爪7的卡爪斜面n朝向斜度一致的斜槽5a的斜槽斜面m，并逐一置入样板销4上的对应卡爪槽4a，进而置入斜槽圆塞5的斜槽5a中。

h）将环状的弹簧片6套装至样板销4的样板销弹簧槽4c以及卡爪7的卡爪弹簧槽7a内，并给卡爪7提供以向样板销4轴心的弹力。

i）当顺时针拧入自胀螺杆3过程中，带有斜槽5a的斜槽圆塞5被自胀螺杆3向圆塞孔4b内推进，所述弹簧8被压缩，进而斜槽圆塞5横向同步推动与斜槽圆塞5的斜槽5a匹配斜度的四个卡爪7沿径向向外移动，当逆时针拧出自胀螺杆3过程中，所述斜槽圆塞5被弹簧8向外推出，所述斜槽圆塞5的斜槽5a横向同步给四个卡爪7让出空间，所述四个卡爪7在弹簧片6的弹力作用下，沿径向向内移动。由此，通过调节自胀螺杆3，实现四个卡爪7在各自方向上的缩、胀联动。

j）将找几何中心的装置置入被检测的长圆孔或椭圆孔内，保持卡爪7夹角Q被长圆孔或椭圆孔长轴平分为Q＇，调整自胀螺杆3，推动四个卡爪7均与工件1的长圆孔或椭圆孔内壁接触，受力达成平衡，所述找几何中心的装置与长圆孔或椭圆孔的相对位置保持稳定，此时样板销4的中心即是长圆孔或椭圆孔的几何中心。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，其特征在于：包括样板销(4)、自胀组件以及卡爪组件，所述自胀组件设置在样板销(4)内，所述卡爪组件由四个卡爪(7)组成，所述四个卡爪(7)以样板销(4)的轴心为中心呈放射状对称分布，在所述样板销(4)上设置有与卡爪(7)对应配合的卡爪槽(4a)，所述卡爪(7)以能在径向上移动而在轴向上被限制移动的状态置于样板销(4)的卡爪槽(4a)处，所述四个卡爪(7)在自胀组件的作用下沿径向向外侧移动，直至所述四个卡爪(7)均抵靠在工件(1)的长圆孔或椭圆孔的内壁，所述样板销(4)与长圆孔或椭圆孔的相对位置保持稳定，此时样板销(4)的中心即是长圆孔或椭圆孔的几何中心；

所述自胀组件包括定向螺杆(2)、自胀螺杆(3)以及斜槽圆塞(5)，所述定向螺杆(2)沿自胀螺杆(3)的轴向中心穿过，并与斜槽圆塞(5)连接在一起，所述定向螺杆(2)与斜槽圆塞(5)连接为一整体结构且相对自胀螺杆(3)能相对旋转，所述斜槽圆塞(5)与样板销(4)上设置的卡爪组件对应配合，用于推动四个卡爪(7)沿径向向外同步且等距离移动；

在所述斜槽圆塞(5)上设置有与卡爪(7)对应配合的斜槽(5a)，四处斜槽(5a)的斜度一致，且斜槽斜面m的长度大于样板销(4)上卡爪槽(4a)的高度h1，通过定向螺杆(2)调整斜槽圆塞(5)上的斜槽(5a)与样板销(4)上的卡爪槽(4a)对应，所述卡爪(7)与斜槽圆塞(5)对应的端面设置有与斜槽(5a)的斜槽斜面m对应配合的卡爪斜面n；

所述定向螺杆(2)穿过自胀螺杆(3)，并与斜槽圆塞(5)螺纹连接，所述斜槽圆塞(5)置于样板销(4)的圆塞孔(4b)内，所述自胀螺杆(3)与样板销(4)螺纹连接；

在所述样板销(4)的圆塞孔(4b)内、斜槽圆塞(5)的上方设置有弹簧(8)，所述弹簧(8)一端抵靠在斜槽圆塞(5)的端面，其另一端抵靠在圆塞孔(4b)的内壁面，所述斜槽圆塞(5)的另一端放置在自胀螺杆(3)置于圆塞孔(4b)内的端面上，通过转动自胀螺杆(3)，能够带动斜槽圆塞(5)克服弹簧(8)的弹力向圆塞孔(4b)内推进，并同步推动与斜槽圆塞(5)的斜槽(5a)匹配斜度的四个卡爪(7)向外移动。

2.根据权利要求1所述的长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，其特征在于：在所述卡爪(7)外周设置有卡爪弹簧槽(7a)，在所述样板销(4)外周设置有样板销弹簧槽(4c)，所述卡爪弹簧槽(7a)与样板销弹簧槽(4c)配合形成完整的环形卡槽，在所述环形卡槽内套装有环状的弹簧片(6)，所述弹簧片(6)用于对卡爪(7)沿径向向外侧的移动提供一定限制力，并在卡爪(7)向外胀开且作用力消失后，通过弹簧片(6)对胀开的卡爪(7)提供向样板销(4)轴心的弹力而进行复位。

3.根据权利要求1所述的长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，其特征在于：在所述卡爪(7)未胀开的初始状态下，所述弹簧(8)的高度为h4，所述自胀螺杆(3)的台阶面与样板销(4)端面之间的间距为h3，所述自胀螺杆(3)置于圆塞孔(4b)内的端面与卡爪(7)之间的间距为h2，所述卡爪槽(4a)的高度为h1，所述h4＞h3＞h2＞h1。

4.根据权利要求1所述的长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，其特征在于：所述斜槽圆塞(5)的斜槽斜面m相对于斜槽圆塞(5)中心线的斜度范围在1:5至1:20之间，所述卡爪(7)的卡爪斜面n的斜度与斜槽圆塞(5)的斜槽斜面m的斜度对应配合。

5.根据权利要求1所述的长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置，其特征在于：所述卡爪(7)的夹角Q被长圆孔或椭圆孔长轴平分为Q＇，所述Q＇的角度范围为35°～55°。

6.一种采用如权利要求1至5中任意一项所述装置的长圆孔及椭圆孔找几何中心的方法，其特征在于：包括如下步骤：

a)设计制造所述长圆孔及椭圆孔找几何中心的装置；

b)所述工件(1)的长圆孔或椭圆孔具有一定的深度H，且H≥0.3h1，

工件(1)的长圆孔中，(2R+C)＞2R≥0.8(2R+C)，

工件(1)的椭圆孔中，长轴a＞短轴b≥0.8长轴a；

c)将定向螺杆(2)穿过自胀螺杆(3)，并与斜槽圆塞(5)通过螺纹连接一体，且相对自胀螺杆(3)可相对旋转，所述定向螺杆(2)、自胀螺杆(3)以及斜槽圆塞(5)共同组成自胀组件；

d)将弹簧(8)置入样板销(4)的圆塞孔(4b)中；

e)将定向螺杆(2)、自胀螺杆(3)以及斜槽圆塞(5)按照步骤c)组合后，将自胀螺杆(3)拧入样板销(4)，同时斜槽圆塞(5)导入样板销(4)的圆塞孔(4b)中；

f)当斜槽圆塞(5)的斜槽斜面m上升且覆盖样板销(4)的卡爪槽(4a)高度h1时，通过定向螺杆(2)调整样板销(4)内斜槽圆塞(5)的角度，使样板销(4)的卡爪槽(4a)与斜槽圆塞(5)的斜槽(5a)对应；

g)将四个卡爪(7)的卡爪斜面n朝向斜度一致的斜槽(5a)的斜槽斜面m，并逐一置入样板销(4)上的对应卡爪槽(4a)，进而置入斜槽圆塞(5)的斜槽(5a)中；

h)将环状的弹簧片(6)套装至样板销(4)的样板销弹簧槽(4c)以及卡爪(7)的卡爪弹簧槽(7a)内，并给卡爪(7)提供以向样板销(4)轴心的弹力；

i)当顺时针拧入自胀螺杆(3)过程中，带有斜槽(5a)的斜槽圆塞(5)被自胀螺杆(3)向圆塞孔(4b)内推进，所述弹簧(8)被压缩，进而斜槽圆塞(5)横向同步推动与斜槽圆塞(5)的斜槽(5a)匹配斜度的四个卡爪(7)沿径向向外移动，当逆时针拧出自胀螺杆(3)过程中，所述斜槽圆塞(5)被弹簧(8)向外推出，所述斜槽圆塞(5)的斜槽(5a)横向同步给四个卡爪(7)让出空间，所述四个卡爪(7)在弹簧片(6)的弹力作用下，沿径向向内移动，由此，通过调节自胀螺杆(3)，实现四个卡爪(7)在各自方向上的缩、胀联动；

j)将找几何中心的装置置入被检测的长圆孔或椭圆孔内，保持卡爪(7)夹角Q被长圆孔或椭圆孔长轴平分为Q＇，调整自胀螺杆(3)，推动四个卡爪(7)均与工件(1)的长圆孔或椭圆孔内壁接触，受力达成平衡，所述找几何中心的装置与长圆孔或椭圆孔的相对位置保持稳定，此时样板销(4)的中心即是长圆孔或椭圆孔的几何中心。

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