CN114953222A - 一种用于金刚线单线截断机的分体式切割头及其切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于金刚线单线截断机的分体式切割头及其切割方法，包括设置于工作台两侧且相互对称设置的切割单元。切割单元包括支撑部、进给组件和切割轮主体。支撑部设置于工作台上，用于支撑进给组件。进给组件设置于支撑部一侧，进给组件能够相对于支撑部做直线往复运动，且进给组件与切割轮主体相连。通过将两个切割轮主体所在的切割单元作为两个单独的个体，两个切割单元分别通过进给组件设置在支撑部上，且两个切割轮主体能够分别在进给组件上相对于支撑部发生上下移动，进而两个切割轮主体相对位置是非固定的形式、且两个切割主体能够相对移动。进而能够通过两个切割单元之间的摆动实现超硬材料的切割，结构简单，便于操作。

Description

一种用于金刚线单线截断机的分体式切割头及其切割方法

技术领域

本发明涉及光晶棒截断技术领域，尤其涉及一种用于金刚线单线截断机的分体式切割头及其切割方法。

背景技术

金刚石线切割机的切割原理与弓锯相仿。即通过高速旋转并往复回转的绕丝筒带动金刚石线做往复运动。金刚石线的两端分别与收线轮和防线轮所张紧，同时在收线侧和放线侧分别加设两个导向轮以确保切割的精度和面型。再通过控制金刚石线的切割头向工作台方向不断进给，从而使金刚石线与被切割物件间产生磨削从而形成切割。金刚石线切割机可对众多材料进行切割，其中，就包含有半导体晶体硅，半导体晶体硅在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间，单晶硅是一种重要的半导体材料，用于制造大功率晶体管、整流器、太阳能电池等。

现有的切割头一般包括两个分别对应设置在收线侧和放线侧的切割轮，金刚石线在两个切割轮之间往复运动对晶棒进行切割，且两个切割轮均安装在同一个进给装置上，通过同一进给装置同时控制两个切割轮进行升降运动以驱使切割头向放置有晶棒的工作台上运动，因此，两个切割轮相对位置是固定的、不可变的且两个切割头同时上下。在切割头加工超硬材料的晶棒时，要求金刚线能够摆动或工件摇摆，从而提高切割能力和切割质量，但是现有的切割头摆动结构非常复杂。

而且一旦加工晶棒的尺寸过大，则两个切割轮之间的间距便会增大进而增大了两个切割轮的安装板的面积和重量，因此安装板与进给装置的驱动机构相连时便会由于其自身重力影响切割效果。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种用于金刚线单线截断机的分体式切割头及其切割方法，其解决了两个切割轮相对位置是固定的、不可变的且两个切割头同时上下的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明实施例提出的一种用于金刚线单线截断机的分体式切割头，包括设置于工作台两侧且相互对称设置的切割单元；

所述切割单元包括支撑部、进给组件和切割轮主体；

所述支撑部设置于所述工作台上，所述支撑部用于支撑所述进给组件；

所述切割轮主体设置在所述进给组件上，所述进给组件设置于所述支撑部一侧，所述进给组件能够带动所述切割轮主体相对于所述支撑部做直线往复运动，且所述进给组件与所述切割轮主体相连。

可选地，所述进给组件包括驱动件、进给导轨和进给主体；

所述驱动件与所述进给主体相连；

所述进给导轨固定安装于所述支撑部的一侧，所述进给导轨与所述进给主体滑动连接，所述驱动件驱动所述进给主体沿所述进给导轨滑动。

可选地，所述进给主体包括具有敞口的连接箱以及可拆卸设置于所述敞口处的安装挡板；

所述连接箱具有连接壁以及环绕所述连接壁依次设置的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁；

所述连接壁的一侧固定安装有连接滑台，所述连接滑台与所述进给导轨滑动连接，且所述连接滑台与所述驱动件相连；

所述切割轮主体转动安装于所述第一侧壁上。

可选地，所述连接壁的的连接侧壁面积小于所述连接滑台的连接侧壁面积。

可选地，所述支撑部包括支撑立柱，所述支撑立柱具有中空腔室，所述驱动件设置于所述中空腔室内；

所述支撑立柱的一侧壁开设有与所述中空腔室相连通的开口，所述进给导轨固定安装于所述开口的两侧。

可选地，所述支撑立柱为铝型材。

可选地，还包括两个分别设置于所述进给主体两端的防尘罩；所述防尘罩均具有固定端和移动端；所述固定端与所述支撑立柱相连；所述移动端与所述进给主体相连；且所述防尘罩能够随着所述进给主体的往复运动而伸缩。

可选地，所述驱动件包括电机、减速器和丝杠；

所述电机设置于所述中空腔室内，所述电机的驱动端与所述减速器相连，所述减速器的驱动端与所述丝杠驱动连接，所述丝杠与所述连接滑台相连。

可选地，还包括过轮，所述过轮设置于所述支撑部上，且相对于所述支撑部转动。

一种基于所述的用于金刚线单线截断机的分体式切割头的切割方法，所述方法包括如下步骤：

当待切割的晶棒硬度小时，同时启动两侧的所述切割单元的进给组件，所述进给组件同时带动两个所述切割轮主体沿支撑部做同步的直线往复运动，此时，切割轮主体转动以带动所述切割轮主体上的金刚线对晶棒进行切割；

当待切割的晶棒硬度大时，首先启动一侧的所述切割单元的进给组件，所述进给组件带动其所对应的所述切割轮主体沿支撑部做直线往复运动；

其次再启动另一侧的所述切割单元的进给组件，所述进给组件带动其所对应的所述切割轮主体沿支撑部做直线往复运动；

最后，切割轮主体转动以带动金刚线实现有摆动角度的对晶棒进行切割。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明的一种用于金刚线单线截断机的分体式切割头，通过将两个切割轮主体所在的切割单元作为两个单独的个体，两个切割单元分别通过进给组件设置在支撑部上，且两个切割轮主体能够分别在进给组件上相对于支撑部发生上下移动，进而两个切割轮主体相对位置是非固定的形式、且两个切割主体能够相对移动。即在切割头加工超硬材料的晶棒时，要求金刚线能够摆动或工件摇摆，能够通过两个切割单元之间的摆动实现超硬材料的切割，结构简单，便于操作。同时，若晶棒的尺寸过大，也不会因为两个切割头共用一个安装板而导致安装板的尺寸过大，避免了安装板重量对金刚线进给装置的精度的影响，从而提高切割能力和切割质量。

附图说明

图1为本发明的用于金刚线单线截断机的主视结构立体图；

图2为本发明的切割头主体部分安装的立体结构示意图；

图3为本发明的用于金刚线单线截断机的中间部分俯视结构示意图；

图4为图3的左侧结构示意图。

【附图标记说明】

1：切割单元；11：支撑部；12：进给组件；121：进给导轨；122：连接箱；1221：连接壁；1222：第一侧壁；1223：第二侧壁；123：安装挡板；124：连接滑台；13：切割轮主体；2：工作台；3：防尘罩；4：过轮；5：晶棒外圆切割回转装置；51：外圆切割回转电机；52：外圆切割减速器；53：齿轮组；54：齿轮带；55：外圆切割轴；56：第一主控制箱；57：第一支架；6：晶棒截断回转装置；61：第二支架；62：截断回转电机；63：截断减速器；64：截断回转轴；7：水平进给装置；71：水平进给电机；72：水平减速器；73：水平导轨；74：水平调节丝杠；75：水平台面；8：切片承接平台；102：第一竖梁；103：横梁；104：第二竖梁；105：第二连接片。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“上”、“下”、“前”和“后”等方位名词以图1的定向为参照。将工作台2所在的一侧定义为“下”；将工作台2的两侧定义为“左”和“右”；将工作台水平进给装置相对于切割头所在的一侧定义为“前”。图1中朝向纸面向里的方向为水平方向。

参见图1所示，一种金刚线单线截断机包括工作台2，晶棒外圆切割回转装置5和晶棒截断回转装置6以及分体式切割头。且分体式切割头设置于工作台2的左右两侧。

其中，参见图1所示，一种分体式切割头，包括设置于工作台2两侧且相互对称设置的切割单元1。

需要说明的是，所述切割轮主体13上绕有金刚线，所述金刚线通过收线装置和放线装置的作用。

切割单元1包括支撑部11、进给组件12和切割轮主体13。

支撑部11设置于工作台2上，支撑部11用于支撑进给组件12。

切割轮主体13设置在进给组件12上，进给组件12设置于支撑部11一侧，进给组件12能够带动切割轮主体13相对于支撑部11做直线往复运动。

本发明提供一种用于金刚线单线截断机的分体式切割头，通过将两个切割轮主体13所在的切割单元1作为两个单独的个体，两个切割单元1分别通过进给组件设置在支撑部11上，且两个切割轮主体13能够分别在进给组件12上相对于支撑部11发生上下移动，进而两个切割轮主体13相对位置是非固定的形式、且两个切割主体能够相对移动。即在切割头加工超硬材料的晶棒时，要求金刚线能够摆动或工件摇摆，能够通过两个切割单元1之间的摆动实现超硬材料的切割，结构简单，便于操作。同时，若晶棒的尺寸过大，也不会因为两个切割头共用一个安装板而导致安装板的尺寸过大，避免了安装板重量对金刚线进给装置的精度的影响，从而提高切割能力和切割质量。

进一步地，进给组件12包括驱动件、进给导轨121和进给主体。

驱动件与进给主体相连。

进给导轨121固定安装于支撑部11的一侧，进给导轨121与进给主体相配合滑动，以使进给主体在驱动件的驱动下沿进给导轨121滑动。

需要说明的是，驱动件通过PLC系统进行控制，能够便于操作和形成。

进一步地，驱动件包括电机、减速器和丝杠。

电机设置于中空腔室内，电机的驱动端与减速器相连，减速器的驱动端与丝杠驱动连接，丝杠与连接滑台124相连。

在本实施例中，进给电机旋转进而带动丝杠的丝杆转动，丝杆转动进而使得其外部螺接的丝杆螺母沿其外部上下移动，进而带动连接滑台124沿进给导轨121上下移动，以实现切割主体13上的金刚线与晶棒接触完成晶棒的截断切割或者外切圆的切割。

进一步地，参见图2所示，进给主体包括具有敞口的连接箱122以及可拆卸设置于敞口处的安装挡板123。连接箱122内部中空便于安装切割轮主体13，同时安装挡板123起到防护的作用的同时便于拆卸进而便于切割轮主体13的后期维护。

连接箱122具有连接壁1221以及环绕连接壁1221依次设置的第一侧壁1222、第二侧壁1223、第三侧壁(图中未示出)和第四侧壁(图中未示出)。

需要说明的是第二侧壁1223呈直角梯形，合理利用空间的同时不影响其他部件的工作。

连接壁1221的一侧固定安装有连接滑台124，连接滑台124与进给导轨121相配合滑动，且连接滑台124与驱动件相连。

切割轮主体13转动安装于第一侧壁1222上。

进一步地，连接壁1221的连接侧壁面积小于连接滑台124的连接侧壁面积。连接侧壁为连接壁1221与连接滑台124相连的侧壁。提高了进给主体上的切割轮主体13所连接的连接箱121在运动过程中的稳定性。

支撑部11设置于工作台2上，支撑立柱为铝型材，其用于支撑进给组件12。稳定性强，不易变形，而且便于成型和生产。

进一步地，支撑部11包括支撑立柱，支撑立柱具有中空腔室，驱动件设置于中空腔室内。合理的空间布置使得结构紧凑，便于晶棒的加工。

支撑立柱的一侧壁开设有与中空腔室相连通的开口，进给导轨121固定安装于开口的两侧。提高进给导轨121稳定性，同时布局合理化。

进一步地，还包括过轮4，过轮4设置于支撑部11的前侧壁上，且相对于支撑部11转动。对金刚线的走线进行过渡，防止其出现交叉打结的现象发生。

进一步地，还包括两个分别设置于进给主体两端的防尘罩3。防尘罩3均具有固定端和移动端。固定端与支撑立柱相连。移动端与进给主体相连；且防尘罩3能够随着进给主体的往复运动而伸缩。防尘罩3的设置起到良好的防尘效果，同时通过防尘罩3与进给主体的连接滑台124相连，在运动过程中就能够带动防尘罩3移动，确保进给主体在运动过程中始终能够避免灰尘进入，提高清洁度。

一种基于用于金刚线单线截断机的分体式切割头的切割方法，方法包括如下步骤：

当待切割的晶棒硬度较小时，同时启动两侧的切割单元1的进给组件12，进给组件12同时带动两个切割轮主体13沿支撑部11做同步的直线往复运动，此时，切割轮主体13转动以带动切割轮主体13上的金刚线对晶棒进行切割。

当待切割的晶棒硬度较大时，首先启动一侧的切割单元1的进给组件12，进给组件12带动其所对应的切割轮主体13沿支撑部11做直线往复运动。

其次再启动另一侧的切割单元1的进给组件12，进给组件12带动其所对应的切割轮主体13沿支撑部11做直线往复运动。

最后，切割轮主体13转动以带动金刚线实现有摆动角度的对晶棒进行切割。

本发明提供另一种基于用于金刚线单线截断机的分体式切割头的切割方法，通过该方法能够实现左右两侧的切割单元1的切割头主体13在左右两侧的垂直进给组件13的进给速度快慢不同步，以使其能够控制金刚线的摆动，进而便于切割超硬材料的晶棒，从而提高切割能力和切割质量。如若不需要金钢线的摆动，左右两侧的切割轮主体13能够同步下降。因此，切割方式灵活适用于不同材质的晶棒的切割。

其中，工作台2的中心正上方设置有水平进给装置7，水平进给装置用于放置晶棒外圆切割回转装置5和晶棒截断回转装置6。且晶棒外圆切割回转装置5和晶棒截断回转装置6上分别通过胶粘在晶棒外圆切割回转装置5和晶棒截断回转装置6的端面上，进而对晶棒的固定更牢靠，以使固定的晶棒作为待切割的晶棒，分别在晶棒外圆切割回转装置5和晶棒截断回转装置6上进行外圆切割回转以及截断回转且能够带动晶棒沿水平方向往复直线运动即前后方向的运动。

晶棒外圆切割回转装置5设置于水平进给装置7上，且位于分体式切割头下方，晶棒外圆切割回转装置5具有与金刚线平行的中心回转轴线，晶棒外圆切割回转装置5能够带动晶棒沿其中心回转轴线做往复回转运动。

进一步地，参见图1和图3所示，晶棒外圆切割回转装置5包括固定设置于第一支架57上的第一主控制箱56、设置于第一主控制箱56内的外圆切割回转电机51、外圆切割回转电机51通过外圆切割减速器52与齿轮组53相连，齿轮组53的外部套接有齿轮带54，通过齿轮带54的传动将通过外圆切割轴55转动，待外圆切割的晶棒粘接与外圆切割轴55的端面上。

具体地，外圆切割回转电机51转动带动齿轮组53转动，齿轮组53转动带动齿轮带54传动，进而带动外圆切割轴55旋转，以使晶棒沿其中心回转轴回转。与分体式切割头相配合完成晶棒的外圆切割即切外圆。

晶棒截断回转装置6设置于水平进给装置7上，且位于分体式切割头下方，晶棒截断回转装置6具有与金刚线垂直的中心回转轴线，晶棒截断回转装置能够带动晶棒沿其中心回转轴线做往复回转运动。

进一步地，参见图1和图4所示，晶棒截断回转装置6包括固定设置于第二支架61上的第二主控箱65、设置于第二主控箱65内的截断回转电机62，截断回转电机62通过截断减速器63与截断回转轴64相连。截断回转轴64的端面用于安装晶棒。

具体地，截断回转电机62转动带动截断回转轴64转动，截断回转轴64转动带动晶棒沿其中心回转轴回转。与分体式切割头相配合完成晶棒的截断即切片。

在本实施例中，通过在金刚线单线截断机上同时设置有晶棒的截断回转装置6以及外圆切割回转装置5，同时截断回转装置6以及外圆切割回转装置5配合水平进给装置7以及切割头实现切割和截断。也就是说，本机床既能够对晶棒进行截断又能够对晶棒进行外圆切割，实现晶棒的多功能的加工，一机多用，而且结构简单便于安装和更换进而便于后续的维护护理工作，进而提高了截断机的加工晶棒的效率。

进一步地，回转支架1包括依次相连的第一竖梁102、横梁103、第二竖梁104和连接片105。

连接片105与水平台面75相抵触并通过螺栓相连。便于回转支架1的安装和拆卸。

第一竖梁102与第二竖梁104互相平行设置。横梁103设置于第一竖梁102和第二竖梁104的顶部，横梁103用于放置截断回转控制箱9。为了使得截断回转控制箱9的安装更稳定。

进一步地，为了提高晶棒的安装稳定性，截面回转轴32的直径大于晶棒的直径。

进一步地，为了便于切下晶片的收集，还包括切片承接平台8，切片承接平台8用于承接切割下的晶片。

进一步地，参见图1和图3所示，水平进给装置7包括水平进给电机71、水平减速器72、水平导轨73、水平调节丝杠74和水平台面75。

水平进给电机71设置于工作台2上，水平进给电机71的输出端通过水平减速器72与水平调节丝杠74相连。水平调节丝杠74具有能够将旋转运动转化成直线运动的丝杠螺母，丝杠螺母与水平台面75相连。水平台面75与水平导轨73相滑动。晶棒外圆切割回转装置5的第一支架56和晶棒截断回转装置6的第二支架61均设置于水平台面75上，且随着水平台面75沿水平导轨73的前后运动。

在本实施例中，通过在金刚线单线截断机上同时设置有晶棒的截断回转装置6以及外圆切割回转装置5，同时截断回转装置6以及外圆切割回转装置5配合水平进给装置7以及切割头实现切割和截断。也就是说，本机床既能够对晶棒进行截断又能够对晶棒进行外圆切割，实现晶棒的多功能的加工，一机多用，而且结构简单便于安装和更换进而便于后续的维护护理工作，进而提高了截断机的加工晶棒的效率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”，可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”，可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于金刚线单线截断机的分体式切割头，其特征在于，包括设置于工作台(2)两侧且相互对称设置的切割单元(1)；

所述切割单元(1)包括支撑部(11)、进给组件(12)和切割轮主体(13)；

所述支撑部(11)设置于所述工作台(2)上，所述支撑部(11)用于支撑所述进给组件(12)；

所述切割轮主体(13)设置在所述进给组件(12)上，所述进给组件(12)设置于所述支撑部(11)一侧，所述进给组件(12)能够带动所述切割轮主体(13)相对于所述支撑部(11)做直线往复运动。

2.如权利要求1所述的用于金刚线单线截断机的分体式切割头，其特征在于，所述进给组件(12)包括驱动件、进给导轨(121)和进给主体；

所述驱动件与所述进给主体相连；

所述进给导轨(121)固定安装于所述支撑部(11)的一侧，所述进给导轨(121)与所述进给主体滑动连接，所述驱动件驱动所述进给主体沿所述进给导轨(121)滑动。

3.如权利要求2所述的用于金刚线单线截断机的分体式切割头，其特征在于，所述进给主体包括具有敞口的连接箱(122)以及可拆卸设置于所述敞口处的安装挡板(123)；

所述连接箱(122)具有连接壁(1221)以及环绕所述连接壁(1221)依次设置的第一侧壁(1222)、第二侧壁(1223)、第三侧壁和第四侧壁；

所述连接壁(1221)的一侧固定安装有连接滑台(124)，所述连接滑台(124)与所述进给导轨(121)滑动连接，且所述连接滑台(124)与所述驱动件相连；

所述切割轮主体(13)转动安装于所述第一侧壁(1222)上。

4.如权利要求3所述的用于金刚线单线截断机的分体式切割头，其特征在于，所述连接壁(1221)的连接侧壁面积小于所述连接滑台(124)的连接侧壁面积。

5.如权利要求1所述的用于金刚线单线截断机的分体式切割头，其特征在于，所述支撑部(11)包括支撑立柱，所述支撑立柱具有中空腔室，所述驱动件设置于所述中空腔室内；

所述支撑立柱的一侧壁开设有与所述中空腔室相连通的开口，所述进给导轨(121)固定安装于所述开口的两侧。

6.如权利要求5所述的用于金刚线单线截断机的分体式切割头，其特征在于，所述支撑立柱为铝型材。

7.如权利要求6所述的用于金刚线单线截断机的分体式切割头，其特征在于，还包括两个分别设置于所述进给主体两端的防尘罩(3)；所述防尘罩(3)均具有固定端和移动端；所述固定端与所述支撑立柱相连；所述移动端与所述进给主体相连；且所述防尘罩(3)能够随着所述进给主体的往复运动而伸缩。

8.如权利要求7所述的用于金刚线单线截断机的分体式切割头，其特征在于，所述驱动件包括电机、减速器和丝杠；

所述电机设置于所述中空腔室内，所述电机的驱动端与所述减速器相连，所述减速器的驱动端与所述丝杠驱动连接，所述丝杠与所述连接滑台(124)相连。

9.如权利要求1所述的用于金刚线单线截断机的分体式切割头，其特征在于，还包括过轮(4)，所述过轮(4)设置于所述支撑部(11)上，且相对于所述支撑部(11)转动。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述的用于金刚线单线截断机的分体式切割头的切割方法，其特征在于，

所述方法包括如下步骤：

当待切割的晶棒硬度小时，同时启动两侧的所述切割单元(1)的进给组件(12)，所述进给组件(12)同时带动两个所述切割轮主体(13)沿支撑部(11)做同步的直线往复运动，此时，切割轮主体(13)转动以带动所述切割轮主体(13)上的金刚线对晶棒进行切割；

当待切割的晶棒硬度大时，首先启动一侧的所述切割单元(1)的进给组件(12)，所述进给组件(12)带动其所对应的所述切割轮主体(13)沿支撑部(11)做直线往复运动；

其次再启动另一侧的所述切割单元(1)的进给组件(12)，所述进给组件(12)带动其所对应的所述切割轮主体(13)沿支撑部(11)做直线往复运动；

最后，切割轮主体(13)转动以带动金刚线实现有摆动角度的对晶棒进行切割。

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