CN111694397B - 一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械传动领域，本发明公开了一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构，包括输入齿轮、输入轴、测角机构和电气限位机构，输入齿轮与转台的末级输出轴齿轮啮合，将转台的转动运动传递到输入轴上，输入轴上的轴齿轮分别与测角机构的测角齿轮和电气限位机构的限位齿轮啮合，通过测角机构和电气限位机构分别实现对转台的测角和电气限位。本发明可根据转台的结构布局需要进行合理的配置，同时实现对转台末级输出轴位置、速度的检测和对转台极限转角位置的电气限位功能，能按需求对转台电气限位极限转角范围进行调节。

Description

一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构

技术领域

本发明涉及机械传动技术领域，尤其涉及一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构。

背景技术

在通信、雷达等行业中，需要一种极限转角范围大于360°的往复式转台承载天馈及前端等设备对目标信号进行搜索和跟踪。

为提高搜索和跟踪精度，需要在转台上设置测角机构对转台末级转动速度和位置进行精确测量，并由伺服控制系统根据测量数据对转台的运动进行精确控制和运动补偿。

转台大多采用软件限位、电气限位和机械限位措施来保证系统设备使用安全、可靠。软件限位和电气限位都需要在转台上设置传感器对转台转动数据进行实时监测：软件限位通过伺服系统控制软件对转台运动状态进行控制；电气限位则通过伺服系统电气硬件对转台运动状态进行控制。

一般情况下，转台上的测角机构测量的数据用于提升转台运转精度和实施软件限位，而电气限位功能则需要独立的电气硬件来实现。

在工程应用中，测角和电气限位功能通常采用分离式结构来实现：测角功能通过在转台末级输出轴上安装同轴传感器对输出轴的速度和位置进行测量来实现；电气限位功能则通过在转台末级和转台固定构件上安装传感器和触发机构，在转台极限转角位置触发传感器产生电信号反馈回伺服系统，通过伺服系统电气硬件来实现。

根据检索，未见到可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构技术方案。例如：

公开号为CN 108020247 A的发明专利提出了通过绝对式编码器对转台末级输出轴进行测角、测速的转台技术方案，但不能够实现对转台极限转角范围的电气限位功能。

公开号为CN 110630862 A、CN101986404A/B、CN102354253B、CN207406723U、CN102566653A、CN105353774B、CN204650285U的专利提出的电气限位方案，虽然可以实现转台极限转角范围大于或等于360°的电气限位功能，但存在以下不足：

不能对转台末级输出轴进行测角、测速；

大多只能够占据转台末级输出轴周边的某个特定位置，不可进行配置；

转台电气限位的极限转角范围不可调节，难以提高电气限位准确性和适用范围。

而在工程应用中，转台末级输出轴内常有连接电缆、光纤、液冷管路通过，在转台末级输出轴上同轴安装传感器的测角方案工程实施比较困难，也无法同时满足电气限位的需求。

因此，通信、雷达等行业需要一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构，对转台末级输出轴进行速度和位置检测以提高转台运转精度；同时可对转台电气限位转角范围进行调整，实现转台极限转角位置的电气限位，保证系统使用安全、可靠。

由于传统的测角和电气限位功能通常采用分离式结构，不能同时满足极限转角范围大于360°的往复式转台测角和电气限位转角范围可调整的需要，工程实施比较困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明为提出一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构，可应用于极限转角范围大于360°的往复式转台，能够根据转台的结构布局需要进行合理的配置，可同时实现对转台末级输出轴位置、速度的检测和对转台极限转角位置的电气限位功能，还可按需求对转台电气限位极限转角范围进行调节。

本发明的一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构，包括输入齿轮、输入轴、测角机构和电气限位机构，所述输入齿轮与转台的末级输出轴齿轮啮合，将转台的转动运动传递到所述输入轴上，所述输入轴上的轴齿轮分别与所述测角机构的测角齿轮和所述电气限位机构的限位齿轮啮合，通过所述测角机构和所述电气限位机构分别实现对转台的测角和电气限位。

进一步的，所述测角机构包括测角齿轮、测角轴、弹性夹套件和测角传感器，所述测角齿轮与所述输入轴上的轴齿轮啮合，将转台的末级输出轴的运动传递到所述测角轴上，所述测角轴通过所述弹性夹套件与所述测角传感器的轴相连接，将转台的运转状态传递给所述测角传感器，实现对转台的末级输出轴的速度和位置的测量。

进一步的，所述电气限位机构包括第一转角范围调节装置和第二转角范围调节装置，所述第一转角范围调节装置和所述第二转角范围调节装置轴向叠加布置，分别实现对转台正向、反向极限转角范围的连续调节。

进一步的，所述弹性夹套件包括外螺套、紧定螺钉、锥螺母和弹性夹，所述测角传感器的轴能够伸入所述锥螺母的中心孔，通过螺纹旋合使所述外螺套在所述测角传感器的轴向移动，以使所述锥螺母变形将所述测角传感器的轴夹紧，通过所述紧定螺钉将所述测角传感器的轴固定；所述弹性夹的一端通过紧固件安装于所述锥螺母上，另一端夹持所述测角轴。

进一步的，所述测角轴被所述弹性夹夹持的轴头为方形扁轴。

进一步的，所述测角机构还包括旋压式固定结构，用于固定所述测角传感器；所述旋压式固定结构包括底座、卡环和螺套，所述测角传感器安装于所述螺套内，所述螺套的外侧面与所述底座通过螺纹旋合，所述卡环安装于所述测角传感器的轴肩凹槽内；在旋紧所述螺套时，所述螺套的底端压紧所述卡环，通过所述卡环将所述测角传感器压紧在所述底座上，实现所述测角传感器的限位。

进一步的，所述卡环内径小于所述测角传感器的轴肩外径，所述卡环上设置有缺口；将所述卡环从缺口处掰开，能够将所述卡环套入所述测角传感器的轴肩凹槽，再将所述卡环恢复原状，使所述卡环空套在所述测角传感器轴肩的凹槽内，不致脱落。

进一步的，所述第一转角范围调节装置和所述第二转角范围调节装置结构相同，包括调节螺钉、调节齿轮、凸轮、限位轴、托架和光电开关，所述调节螺钉通过所述托架设置于所述限位轴上，且随所述限位轴一起转动，所述调节螺钉和所述凸轮通过紧固件连接成一体并设置于所述托架上，所述调节螺钉的转动能够使所述调节齿轮和所述凸轮一起绕所述托架转动，改变所述凸轮上的凸起与所述光电开关之间的相对位置，当所述凸轮上的凸起接近所述光电开关时，即达到极限转角位置，所述光电开关触发电信号使转台停止转动。

进一步的，达到极限转角位置时，所述光电开关触发电信号使伺服控制系统控制转台停止转动。

进一步的，所述电气限位机构还包括锁紧螺母，当转台的正、反向极限转角位置确定后，将所述锁紧螺母锁紧能够保证所述凸轮与所述光电开关之间的相对位置保持固定，使轴向叠加的负责正、反向限位的两个所述凸轮间的相对位置固定，确保转台极限转角范围的固定。

进一步的，所述电气限位机构还包括固定座，用于安装和定位所述光电开关；所述固定座内能够纵向安装两个所述光电开关，所述光电开关下方设置有用于调节高度的调整垫；所述固定座的下方设置有凸起，以配合基座上的定位槽，所述测角机构和所述电气限位机构均设置于所述基座上。

进一步的，所述固定座的凸起内设置有沉头孔和螺孔，所述沉头孔用于对固定座进行固定，所述螺孔用于调节所述光电开关与所述凸轮的相对径向距离，并修配所述调整垫的厚度。

与常规的分离式测角机构和电气限位机构相比，本发明的有益效果在于：

1)同时实现对转台末级输出轴速度和位置的检测和转台极限转角位置电气限位的功能，简化了转台结构；

2)可根据转台结构布局在转台末级输出轴的任意圆周位置进行灵活配置，不占据转台输出轴端口空间，不影响转台输出轴中电缆、光缆和液冷管路的布置，通用性强；

3)实现了转台任意极限转角范围的角度变换和-360°～+360°范围内电限位角度范围的连续可调节，提高极限转角位置电气限位的精度和准确度；

4)极限转角范围调节结构在任意位置均能可靠自锁，满足各种恶劣的冲击、振动环境条件使用的需要；

5)高扭转刚度的弹性夹持结构简化了测角轴与测角传感器之间的连接关系，降低测角传感器与测角轴之间同轴度误差对测角精度的影响，提高测角精度，环境适应性强，安装、调试方便；

6)测角传感器采用旋压式固定结构，提高了测角传感器安装的通用性，安装方便、稳定、可靠；

7)光电开关采用可调式T形安装定位、结构，可精确调整光电开关与凸轮间的径向距离，提高了光电开关的安装、定位精度，保证光电开关切换正常、可靠；

8)本发明提出的可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构采用模块化结构，结构简单、配置灵活，成熟度高，环境适应性强，使用可靠，成本低。

附图说明

图1往复式转台结构的布局示意图之一；

图2往复式转台结构的布局示意图之二；

图3测角与电气限位复合机构的配置示意图；

图4测角与电气限位复合机构的剖视图；

图5测角与电气限位复合机构的结构示意图；

图6弹性夹套件的结构示意图；

图7弹性夹套件的外螺套和锥螺母的拆分示意图；

图8旋压式固定结构的剖视图；

图9旋压式固定结构的卡环结构示意图；

图10第一极限转角范围调节装置的结构示意图；

图11第二极限转角范围调节装置的结构示意图；

图12固定座的安装、定位示意图；

图13调整垫的安装示意图；

附图说明：01-减速机构，02-测角与电气限位复合机构，03-末级输出轴齿轮一，04-末级输出轴齿轮二，05-负载；1-基座，2-测角齿轮，3-测角轴，4-弹性夹套件，5-底座，6-卡环，7-螺套，8-测角传感器，9-第一光电开关，10-第二光电开关，11-固定座，12-第二凸轮，13-第一调节螺钉，14-第二调节齿轮，15-锁紧螺母，16-托架，17-第二调节螺钉，18-第一调节齿轮，19-第一凸轮，20-限位轴，21-限位齿轮，22-端盖，23-输入轴，24-输入齿轮，25-螺母，26-调整垫；101-定位槽；401-外螺套，402-紧定螺钉，403-锥螺母，404-弹性；1101-螺孔。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

常见的往复式转台结构布局如图1、图2所示。

如图1～3所示，本发明提出的可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构可以根据转台结构布局、尺寸限制等需求进行配置：

a)间接配置：测角与电气限位复合机构02的输入齿轮24与转台末级输出轴齿轮二04啮合，将转台的转动运动传递到测角与电气限位复合机构02，如图1所示；

b)直接配置：测角与电气限位复合机构02的输入齿轮24与转台末级输出轴齿轮一03啮合，将转台的转动运动传递到测角与电气限位复合机构02，如图2所示；

c)位置配置：根据转台空间布局等方面的需要，可在转台末级输出轴齿轮一03或末级输出轴齿轮二04的圆周方向任意位置进行转台上测角与电气限位复合机构02的配置，配置示意图如图3所示，其中，A、B、C、D各点为末级输出轴齿轮一03或末级输出轴齿轮二04圆周周边的任意可配置位置。

本发明提供了一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构，如图4和5所示，包括输入齿轮24、输入轴23、测角机构和电气限位机构，输入齿轮24与转台的末级输出轴齿轮一03或末级输出轴齿轮二04啮合，将转台的转动运动传递到输入轴23上，输入轴23上的轴齿轮分别与测角机构的测角齿轮2和电气限位机构的限位齿轮21啮合，通过测角机构、电气限位机构分别实现测角和电气限位功能。

一、测角机构

本发明的测角基本原理：测角机构的测角传感器8的轴与转台末级输出轴的运转保持一致(即传动比为1:1)，从而实现对转台转角的测量。

如图4和5所示，测角机构包括测角齿轮2、测角轴3、弹性夹套件4和测角传感器8，测角齿轮2与输入轴23上的轴齿轮啮合，将转台的末级输出轴的运动传递到测角轴3上，测角轴3通过弹性夹套件4与测角传感器8的轴相连接，将转台的运转状态传递给测角传感器8，实现对转台的末级输出轴的速度和位置的测量。

在本发明的一个优选实施例中，如图6和7所示，弹性夹套件4包括外螺套401、紧定螺钉402、锥螺母403和弹性夹404，测角传感器8的轴能够伸入锥螺母403的中心孔，通过螺纹旋合使外螺套401在测角传感器8的轴向移动，以使锥螺母403变形将测角传感器8的轴夹紧，通过紧定螺钉402将测角传感器8的轴固定；弹性夹404的一端通过紧固件安装于锥螺母403上，另一端夹持测角轴3。具体的，测角轴3被弹性夹404夹持的轴头为方形扁轴。

在本发明的一个优选实施例中，如图8和9所示，测角机构还包括旋压式固定结构，用于固定测角传感器8。旋压式固定结构包括底座5、卡环6和螺套401，测角传感器8安装于螺套401内，螺套401的外侧面与底座5通过螺纹配合，卡环6安装于测角传感器8的轴肩凹槽内。在旋紧螺套401时，螺套401的底端压紧卡环6，通过卡环6将测角传感器8压紧在底座5上，实现测角传感器8的限位。具体的，卡环6内径小于测角传感器8的轴肩外径，卡环6上设置有缺口。将卡环6从缺口处掰开，能够将卡环6套入测角传感器8的轴肩凹槽，再将卡环6恢复原状，使卡环6空套在测角传感器8轴肩的凹槽内，不致脱落。

二、电气限位机构

本发明的电气限位基本原理：通过电气限位机构将转台任意极限转角范围的转动传递到限位轴20，使限位轴20的转角范围保持在±360°以内。

如图4和5所示，限位齿轮21与输入轴23上的轴齿轮啮合后，将转台末级输出轴的运动传递到限位轴20上，通过限位轴20将转台运转状态传递到电气限位机构，通过电气限位机构上凸轮的凸起与光电开关感应面接近，触发电信号，反馈回伺服控制系统来实现转台极限转角位置的电气限位。

电气限位机构由两套限位角度范围为0°～360°的第一转角范围调节装置和第二转角范围调节装置轴向叠加而成，第一转角范围调节装置和第二转角范围调节装置分别实现对转台正向和反向极限转角范围的连续调节。

如图10所示，第一转角范围调节装置，包括第一调节螺钉13、第一调节齿轮18、第一凸轮19和第一光电开关9，第一调节螺钉13通过托架16设置于限位轴20上，且随限位轴20一起转动，第一调节螺钉13和第一凸轮19通过紧固件连接成一体并设置于托架16上。第一调节螺钉13的转动能够使第一调节齿轮18和第一凸轮19一起绕托架16转动，改变第一凸轮19上的凸起与第一光电开关9之间的相对位置，当第一凸轮19上的凸起接近第一光电开关9时，即达到极限转角位置，第一光电开关9触发电信号使转台停止转动。具体的，第一光电开关9与第一凸轮19之间的距离应满足第一光电开关9的检测要求。

如图11所示，第二极限转角范围调节装置，与第一转角范围调节装置结构相同，包括第二调节螺钉17、第二调节齿轮14、第二凸轮12和第二光电开关10，第二调节螺钉17通过托架16设置于限位轴20上，且随限位轴20一起转动，第二调节螺钉17和第二凸轮12通过紧固件连接成一体并设置于托架16上。第二调节螺钉17的转动能够使第二调节齿轮14和第二凸轮12一起绕托架16转动，改变第二凸轮12上的凸起与第二光电开关10之间的相对位置，当第二凸轮12上的凸起接近第二光电开关10时，即达到极限转角位置，第二光电开关10触发电信号使转台停止转动。具体的，第二光电开关10与第二凸轮12之间的距离应满足第二光电开关10的检测要求。

当转台的左、右向极限转角位置确定后，将锁紧螺母15锁紧能够保证第一凸轮19与第一光电开关9之间、第二凸轮12与第二光电开关10之间的相对位置保持固定，使轴向叠加的负责左、右向限位的两个凸轮(即第一凸轮19和第二凸轮12)间的相对位置固定，确保转台极限转角范围的固定。

以负责转台单向极限转角范围调节的第一转角范围调节装置结构为例，说明转台极限转角范围调整实施过程如下：

托架16安装在限位轴20上，在限位轴20转动时，通过其方形扁轴带动托架16一起进行转动；第一调节螺钉13安装在托架16上，随托架16一起转动；第一调节齿轮18与第一凸轮19通过紧固件连接为一个整体，空套在托架16上；第一光电开关9固定安装在基座1上。

极限转角范围调节原理：

第一调节螺钉13的正、反向转动，可使第一调节齿轮18和第一凸轮19进行正、反向转动，以对转台极限转角范围进行调节：在限位轴20静止时，转动第一调节螺钉13，使第一调节齿轮18和第一凸轮19一起绕托架16转动，使第一凸轮19上的凸起接近第一光电开关9的感应区域，到达可触发第一光电开关9动作的状态，从而调节转台的极限转角范围。

当转台极限转角位置确定后，将锁紧螺母15锁紧，即可保证第一凸轮19与第一光电开关9之间的相对位置固定，实现该方向的电气限位。

反向转角极限位置调节通过第二凸轮12、第二调节齿轮14、第二调节螺钉17和第二光电开关10实现，调节原理相同，不再赘述。

在本发明的一个优选实施例中，如图12所示，电气限位机构还包括固定座11，用于安装和定位第一光电开关9和第二光电开关10。固定座11内能够纵向安装第一光电开关9和第二光电开关10，固定座11的下方设置有凸起，以配合基座1上的定位槽101。固定座11的凸起内设置有沉头孔，用于对固定座11进行固定。

在本发明的一个优选实施例中，如图13所示，第一光电开关9或第二光电开关10下方设置有用于调节高度的调整垫26。如图12所示，固定座11的凸起内还设置有螺孔1101，螺孔1101用于调节光电开关与凸轮的相对径向距离，并修配调整垫26的厚度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是有线连接，也可以是无线连接。

Claims (9)

1.一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构，其特征在于，包括输入齿轮、输入轴、测角机构和电气限位机构，所述输入齿轮与转台的末级输出轴齿轮啮合，将转台的转动运动传递到所述输入轴上，所述输入轴上的轴齿轮分别与所述测角机构的测角齿轮和所述电气限位机构的限位齿轮啮合，通过所述测角机构和所述电气限位机构分别实现对转台的测角和电气限位；

所述测角机构包括测角齿轮、测角轴、弹性夹套件和测角传感器，所述测角齿轮与所述输入轴上的轴齿轮啮合，将转台的末级输出轴的运动传递到所述测角轴上，所述测角轴通过所述弹性夹套件与所述测角传感器的轴相连接，将转台的运转状态传递给所述测角传感器，实现对转台的末级输出轴的速度和位置的测量；

所述电气限位机构包括第一转角范围调节装置和第二转角范围调节装置，所述第一转角范围调节装置和所述第二转角范围调节装置轴向叠加布置，分别实现对转台正向、反向极限转角范围的连续调节；

所述弹性夹套件包括外螺套、紧定螺钉、锥螺母和弹性夹，所述测角传感器的轴能够伸入所述锥螺母的中心孔，通过螺纹旋合使所述外螺套在所述测角传感器的轴向移动，以使所述锥螺母变形将所述测角传感器的轴夹紧，通过所述紧定螺钉将所述测角传感器的轴固定；所述弹性夹的一端通过紧固件安装于所述锥螺母上，另一端夹持所述测角轴。

2.根据权利要求1所述的一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构，其特征在于，所述测角轴被所述弹性夹夹持的轴头为方形扁轴。

3.根据权利要求1所述的一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构，其特征在于，所述测角机构还包括旋压式固定结构，用于固定所述测角传感器；所述旋压式固定结构包括底座、卡环和螺套，所述测角传感器安装于所述螺套内，所述螺套的外侧面与所述底座通过螺纹旋合，所述卡环安装于所述测角传感器的轴肩凹槽内；在旋紧所述螺套时，所述螺套的底端压紧所述卡环，通过所述卡环将所述测角传感器压紧在所述底座上，实现所述测角传感器的限位。

4.根据权利要求3所述的一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构，其特征在于，所述卡环内径小于所述测角传感器的轴肩外径，所述卡环上设置有缺口；将所述卡环从缺口处掰开，能够将所述卡环套入所述测角传感器的轴肩凹槽，再将所述卡环恢复原状，使所述卡环空套在所述测角传感器轴肩的凹槽内，不致脱落。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构，其特征在于，所述第一转角范围调节装置和所述第二转角范围调节装置结构相同，包括调节螺钉、调节齿轮、凸轮、限位轴、托架和光电开关，所述调节螺钉通过所述托架设置于所述限位轴上，且随所述限位轴一起转动，所述调节螺钉和所述凸轮通过紧固件连接成一体并设置于所述托架上，所述调节螺钉的转动能够使所述调节齿轮和所述凸轮一起绕所述托架转动，改变所述凸轮上的凸起与所述光电开关之间的相对位置，当所述凸轮上的凸起接近所述光电开关时，即达到极限转角位置，所述光电开关触发电信号使转台停止转动。

6.根据权利要求5所述的一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构，其特征在于，达到极限转角位置时，所述光电开关触发电信号使伺服控制系统控制转台停止转动。

7.根据权利要求5所述的一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构，其特征在于，所述电气限位机构还包括锁紧螺母，当转台的正、反向极限转角位置确定后，将所述锁紧螺母锁紧能够保证所述凸轮与所述光电开关之间的相对位置保持固定，使轴向叠加的负责正、反向限位的两个所述凸轮间的相对位置固定，确保转台极限转角范围的固定。

8.根据权利要求5所述的一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构，其特征在于，所述电气限位机构还包括固定座，用于安装和定位所述光电开关；所述固定座内能够纵向安装两个所述光电开关，所述光电开关下方设置有用于调节高度的调整垫；所述固定座的下方设置有凸起，以配合基座上的定位槽，所述测角机构和所述电气限位机构均设置于所述基座上。

9.根据权利要求8所述的一种可配置式模块化转台测角与电气限位复合机构，其特征在于，所述固定座的凸起内设置有沉头孔和螺孔，所述沉头孔用于对固定座进行固定，所述螺孔用于调节所述光电开关与所述凸轮的相对径向距离，并修配所述调整垫的厚度。

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