CN115781237A - 一种航天伺服配套轴承自动装配方法 - Google Patents

Abstract

一种航天伺服配套轴承自动装配方法，采用航天伺服配套轴承自动装配设备，装配方法包括：将待装支耳与关节轴承放入自动进出料机构的预先装配平台之上；自动进出料机构的机械手进行上料操作，将工件转移至产品流转机构的流转盘；产品流转机构的流转盘旋转至自动压入机构处，开始压装；产品流转机构的流转盘旋转至自动滚压机构处，然后进行单面滚压收口包边；对单面滚压收口包边后的工件检查合格后，翻面放入自动进出料机构的预先装配平台之上；自动进出料机构的机械手进行上料操作，将工件转移至自动滚压机构处进行另一面的滚压操作；自动进出料机构的机械手进行下料操作。

Description

一种航天伺服配套轴承自动装配方法

技术领域

本发明涉及一种航天伺服配套轴承自动装配方法，属于航天伺服机构技术领域，特别适用于航天伺服大批量生产时配套关节轴承自动化装配。

背景技术

伺服机构作为我国运载火箭控制系统下所属子系统，可接收来自飞行控制系统的控制命令，跟随控制信号，在飞行过程中动态调整飞行姿态，实现飞行器的俯仰偏航及滚动控制。航天飞行器真实舵舱与伺服机构的外部安装接口往往通过销轴实现，伺服配套关节轴承，属航天高精密产品，但现有伺服产品生产制造模式当中，关节轴承与支耳的装配方法为车间人工操作，使用手动压力机与普通台式钻床设计专用工装将单件支耳与单个轴承进行装配操作，此种方式对工人操作能力以及熟练程度依赖性较大，装配质量一致性难以保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了伺服配套轴承的自动化、高效率、高质量装配问题。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种航天伺服配套轴承自动装配方法，采用航天伺服配套轴承自动装配设备，该自动装配设备包括自动进出料机构、自动压入机构、产品流转机构、自动滚压机构、设备辅助机构；

自动进出料机构用于工装的预装及固定，并完成自动进出料处理；

自动压入机构用于将关节轴承压入支耳；

产品流转机构用于不同工位之间的流转切换；

自动滚压机构用于对支耳进行滚压收口包边；

设备辅助机构用于控制自动进出料机构、自动压入机构、产品流转机构、自动滚压机构，并用于人机交互；

装配方法包括：

将待装支耳与关节轴承放入自动进出料机构的预先装配平台之上；

自动进出料机构的机械手进行上料操作，将工件转移至产品流转机构的流转盘；

产品流转机构的流转盘旋转至自动压入机构处，开始压装；产品流转机构的流转盘旋转至自动滚压机构处，然后进行单面滚压收口包边；

对单面滚压收口包边后的工件检查合格后，翻面放入自动进出料机构的预先装配平台之上；

自动进出料机构的机械手进行上料操作，将工件转移至自动滚压机构处进行另一面的滚压操作；

自动进出料机构的机械手进行下料操作。

优选的，自动进出料机构包括预先装配平台、三轴输送机构、机械手；

预先装配平台用于放置工装的预装固定；

三轴输送机构用于传动产品；

机械手用于进行产品传递。

优选的，预先装配平台包括预装平台、平台放置工装、平台电机、传动丝杠、导轨条；

预装平台与平台放置工装均采用不锈钢制成，平台放置工装与预先装配平台底部均设有螺纹孔，通过连接件将两者配合定位安装；平台放置工装上开设的配合孔与预装平台的定位销进行配合安装完成定位，预装平台设有多个工位，平台电机通过传动丝杠带动预装平台在导轨条上水平移动。

优选的，三轴输送机构包括X轴、Y轴、Z轴、联轴器2、滑块、X轴电机、Y轴电机、Z轴电机，三轴输送机构采用龙门式结构，两根Y轴通过联轴器2相连，保证运动同步性；X轴、Y轴、Z轴上均设有行程开关，进行限位保护，选择X轴、Y轴及Z轴为不同长度模组，通过垂直放置的四根铝型材将X轴、Y轴及Z轴进行支撑及固定；滑块运行速度可根据X轴电机、Y轴电机以及Z轴电机转速进行调节，进行物料进给传递。

优选的，机械手包括气缸、气动手夹、红外传感器以及传输连接板；机械手作为执行机构，通过气缸的伸缩控制气动手夹开合；红外传感器通过检测红点距离判定有无产品，以此控制手夹是否执行夹取上下料动作；通过传输连接板实现与Z轴固定。

优选的，产品流转机构包括流转主轴、流转主轴电机、流转盘；

流转主轴电机通过流转主轴带动流转盘转动，流转主轴和流转盘的接触面均开设有多组定位孔，通过连接件将流转主轴与流转盘进行连接，流转盘上能够同时存放多个工位，进行压入、滚压操作，流转盘下的红外传感器实时检测有无产品，从而判断是否进行流转切换。

优选的，自动压入机构包括压装机，用于对关节轴承进行压装，即将关节轴承压入支耳当中。

优选的，压装机包括压入上架顶板、压入上架侧板、压入下架底板、压入下架侧板、压入支撑后板、后板导向柱、滑块、固定板、固定侧板、固定背板、固定伺服电机、万向导块、支撑托板、托板加强筋、托板电机、连接轴、连接块、转轴、压入头，压入上架顶板通过连接件安装在压入支撑后板上，压入上架侧板两垂直面分别通过连接件安装在压入上架顶板上以及压入支撑后板之上，压入下架侧板通过连接件安装在压入下架底板上，压入下架侧板通过连接件安装在压入支撑后板上，固定侧板通过连接件安装在固定板上，固定侧板通过连接件安装在固定背板上，固定背板通过连接件安装在压入支撑后板上；固定伺服电机和转轴之间采用万向导块柔性装配；固定伺服电机用于控制转轴转动，通过与滑块连接的固定板，将运动形式转化为上下运动，起到施加压力的效果，托板电机控制支撑托板上下运动，当待压产品即支耳与关节轴承移动至压装工位时，支撑托板向上移动至与流转盘相接触，当将关节轴承压入至支耳时，起到支撑作用，支撑托板设有加强筋，可提高压装刚度及强度，保证压入工件可靠性；后板导向柱用于为滑块进行导向，安装在压入支撑后板上；压入头与转轴采用顶丝孔配合，且均为整体一次机加成型，压入头设计为台阶轴式，压入面与轴承外圈相接触。

优选的，自动滚压机构包括滚压机，滚压机依据支耳关节轴承规格配备不同滚压头。

优选的，自动压入机构和自动滚压机构的压力范围值均为300N至5000N。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明利用反射原理，采用红外漫发射传感技术，伺服配套支耳、轴承等实现自动装夹、自主定位，实现自动进出料功能，提高每次装夹、安装定位精度以及装配质量一致性；集自动压入与自动滚压为一体，统一集成于数字操控加工中心中，设备集成度以及自动化程度高，实现装配时以设备为主，人工为辅的高效制造模式；

(2)本发明压入平台伺服电机与转轴中间采用万向节柔性装配，相比传统压装设备刚性连接可有效降低两者在安装时受偏心产生侧向力的影响，以此提高设备使用寿命，具有较高鲁棒性及适应性；且平台设有支撑托板，并设有加强筋，提高压装刚度及强度，保证压入工件可靠性，相比普通设备压入操作时压装受力点由点接触优化为面接触，减少应力集中；

(3)本发明预先装配平台优化设计由伺服驱动，提高设备可靠性，避免人为拖拉预装平台方式影响产品安装稳定性，减轻车间劳动力；平台放置工装及机械手等处设有减震降噪垫，该减震垫材质采用环保EVA泡棉，设备运行时可有效降低噪声危害及保护产品减少外力有缓冲作用；

(4)本发明三轴输送机构设计采用龙门式结构，相比悬臂式等结构运行更加稳定可靠，降低机械手、连接板等由于自身重力原因导致设备运行不稳；设备开启一次可实现十个工位的进出料操作、可在多工位进行压装时同步进行滚压收口包边操作，极大提高生产效率，满足批量产生需求；

(5)本发明通过设备工装阶梯面与定位轴进行限位设计，保证轴承压入支耳时，与支耳中心对称向正，保证压入装配质量；利用定位轴与接触表面可将待压轴承与支耳位置限制，防止支耳与轴承轴向窜动，提高压装质量，保证产品安装位置的准确度，有效避免进行压入操作时压偏致使产品报废后果；

(6)本发明优化预装平台工装结构，减少多余安装面，增大工装与产品接触面，使贴合更稳定，增加可靠性，压入转轴与压入头采用同轴设计，有效保证其同轴度，避免压入时转轴带动压入头晃动，影响压入效果，使轴承压入操作更为稳定可靠，提高压装精度；

(7)本发明航天伺服用轴承自动装配设备，用于航天伺服配套关节轴承的压入及滚边收口；采用压装机、配套相应进出料机构、定位工装与自动控制系统，有效提高装配一次合格率、质量一致性等，通过物联网系统将此轴承自动装配设备接入生产车间工控网互联平台，实现互联互通对设备的远程自动化管控。

附图说明

图1为自动装配设备主要构成示意图。

图2为自动装配设备总装图。

图3为预先装配平台示意图。

图4为三轴输送机构示意图。

图5为产品流转机构示意图。

图6为压入机构示意图。

图7为产品固定工装示意图。

图8为压入头示意图。

图9为电气原理设计示意图。

图10为装配操作流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

一种航天伺服配套轴承自动装配设备，该轴承自动装配设备包括自动进出料机构2、自动压入机构3、产品流转机构4、自动滚压机构5以及设备其他机构6即设备辅助机构组成。由人工进行产品的取放、工件的翻转、设备程序控制等。自动进出料机构主要由预先装配平台21、三轴输送机构22以及机械手23构成，该机构主要功能为平台放置工装的预装及固定，通过机械手与三轴输送机构可实现自动进出料处理。产品流转机构主要为多工位流转台41，可实现不同工位之间的快速流转切换。自动压入机构主要由压装机30构成，压力可调范围广，可根据配套不同规格支耳关节轴承设计相应压入头。自动滚压机构主要由滚压机51构成，滚压机同样可依据支耳关节轴承规格配备不同滚压头，滚压头可配套使用

等规格的钢珠。设备其他机构主要包括设备电气控制部分61、操控显示屏62、箱体63以及安全防护64等。

如图1、图2所示，一种航天伺服配套轴承自动装配设备，包括自动进出料机构2、自动压入机构3、产品流转机构4、自动滚压机构5以及设备其它机构6；设备其它机构主要由电气控制部分61、操作显示部分62、设备箱体部分63以及安全防护部分64等组成，箱体的整体框架部分采用铝型材及碳钢，框架覆盖件采用钣金件，观察窗部分则采用亚克力材质制成。

自动进出料机构主要由预先装配平台21、三轴输送机构22以及机械手23等部分组成，自动进出料机构主要实现空间的自动上料和下料操作。预先装配平台21主要包括预装平台211、平台放置工装212、平台电机213、传动丝杠214及导轨条215等，如图3所示，预先装配平台主要用于平台放置工装的预装固定，预先装配平台与平台放置工装采用不锈钢制成，平台放置工装与预先装配平台底部均设有螺纹孔，通过第一螺钉1将两者配合定位安装；平台电机与传动丝杠之间通过联轴器1进行连接，导轨条与预装平台上均开设有等距的螺纹孔，导轨条通过多组第三螺钉3安装在预装平台下方，平台放置工装两侧开设有四组通孔，此四组通孔为机械手23夹持位置，平台放置工装及机械手等处设有减震降噪垫，该减震垫材质采用环保EVA泡棉，设备运行时可有效降低噪声危害及保护产品减少外力有缓冲作用；预先装配平台优化设计可实现十个工位的装配，采用电动方式由平台电机转动通过传动丝杠从而带动预装平台在水平移动，从而实现在导轨条上自由传动。由电机带动方式相比人为推拉托盘方式更加可靠稳定。

如图4所示，三轴输送机构22主要包括X轴221a、Y轴221b、Z轴221c、联轴器2(222)、滑块223以及X轴电机224a、Y轴电机224b、Z轴电机224c,三轴输送机构作为主要传动部分，采用龙门式结构，操作简单，稳定性更高，承受负载更大，两根Y轴221b通过联轴器2(222)相连，保证运动同步性；X轴221a、Y轴221b、Z轴221c上均设有行程开关，进行限位保护，选择X轴、Y轴及Z轴为不同长度模组，通过垂直放置的四根铝型材将X轴、Y轴及Z轴进行支撑及固定；滑块223运行速度可根据X轴电机224a、Y轴电机224b以及Z轴电机224c转速进行调节，进行物料进给传递。

机械手23主要由气缸231、气动手夹232、红外传感器233以及传输连接板234等部件组成。机械手作为执行机构，主要负责产品的传递，该机构手夹有效负载为10kg，通过气缸的伸缩控制机械手夹开合；红外传感器通过检测红点距离判定有无产品，以此控制手夹是否执行夹取上下料动作；通过传输连接板实现与Z轴固定。

如图5所示，产品流转机构主要包括流转主轴411、流转主轴电机412、流转盘413以及红外传感器414等，产品流转机构主要负责产品在不同工位之间的流转切换。流转主轴电机带动流转盘转动，流转主轴与流转盘接触面均开设有配合安装的6组定位孔，通过6组第二螺钉2将流转主轴与流转盘进行安装，流转盘采用碳钢板，设计为圆形，当设备运行时可同时承受压装力及滚压力，可同时存放六个工位，进行压入、滚压操作，流转盘下的红外传感器可实时检测有无产品，从而判断是否进行流转切换，流转盘流转速度根据电机转速可调，设备不仅在压入的同时可进行未处理件进料操作以及压完工件的滚压操作，而且在滚压的同时可进行处理件的出料操作，在一定程度上提升了整体运行效率。

如图6、图8所示，自动压入机构主要由压装机30构成，该部分主要对关节轴承进行压装，即将关节轴承压入支耳当中，压装机主要包括压入上架顶板301、压入上架侧板302、压入下架底板303、压入下架侧板304、压入支撑后板305、后板导向柱306、滑块307、固定板308、固定侧板309、固定背板310、固定伺服电机311、万向导块312、支撑托板313、托板加强筋314、托板电机315、连接轴316、连接块317、转轴318、压入头319等，压入上架顶板通过两组第四螺钉4安装在压入支撑后板上，压入上架侧板两垂直面分别通过两组第五螺钉5安装在压入上架顶板上以及压入支撑后板之上，压入下架侧板通过三组第六螺钉6安装在压入下架底板上，压入下架侧板通过两组第七螺钉7安装在压入支撑后板上，固定侧板通过两组第八螺钉8安装在固定板上，固定侧板通过两组第九螺钉9安装在固定背板上，固定背板通过四组第十螺钉10安装在压入支撑后板上。固定伺服电机311和转轴318之间采用万向导块(万向节)柔性装配，相比传统压装设备刚性连接可有效降低两者在安装时受偏心产生侧向力的影响，以此提高设备使用寿命，具有较高鲁棒性及适应性；固定伺服电机主要控制转轴转动，通过与滑块连接的固定板，将运动形式转化为上下运动，起到施加压力的效果，托板电机控制支撑托板上下运动，当待压产品即支耳与关节轴承移动至压装工位时，支撑托板向上移动至与流转盘相接触，当将关节轴承压入至支耳时，起到支撑作用，支撑托板设有加强筋，可提高压装刚度及强度，保证压入工件可靠性；后板导向柱306用于为滑块307进行导向，安装在压入支撑后板305上；压入头319与转轴318采用顶丝孔319a配合，且均为整体一次机加成型，安装主孔采取一次装夹加工保证同轴设计，提高配合精度及稳定性，压入头设计为台阶轴式，压入面319b与轴承外圈相接触，进行后续装配操作。

如图7所示，产品固定工装上表面设计阶梯面(732～734)进行限位保护设计，保证压入尺寸，且接触表面735进行倒角处理，使得产品贴合更为可靠稳定，并设计有定位轴731，使轴承压入支耳时，与支耳中心对称向正，保证压入质量。

设备电气原理设计如图9所示。

设备装配操作流程方法如图10所示。

一种航天伺服配套轴承自动装配方法，具体如下：

1.该自动装配设备按要求接地且按要求启动(同时启动泵电源，保证供气压力，为自动滚压机构工作做准备)，设备开机，旋转开关按钮至ON位置；

2.开机后该自动装配设备状态进行自检，将设备复位，预先装配平台、三轴输送机构以及机械手、多工位流转台恢复初始零位状态(进行回零操作)；

3.开机后按照操作账号登陆，再进行自动装配设备操作工作；

4.开机后默认自动装配模式，可触控操作显示下菜单栏进行相应操作。确认电气控制中“程序设置”正确，选择压装及滚压程序；

5.将待装支耳与关节轴承放入自动进出料机构的预先装配平台之上；

6.按照支耳与关节轴承规格选择对应预设程序；

7.出现“启动”按钮后，操作者点击该按钮，设备开始执行；

8.三轴输送机构自动移动至预先装配平台第一工位，机械手进行上料操作；

9.流转主轴电机开始工作，流转盘旋转至自动压入机构处，第一工位开始压装；(同时三轴输送机构自动移动至预先装配平台第二工位，机械手进行上料操作)

10.第一工位上压装结束，旋转至自动滚压机构处，第一工位开始滚压收口包边；(第二工位流转至自动压入机构进行压装)；

11.三轴输送机构自动移动至预先装配平台第三工位，机械手进行上料操作；

12.第一工位滚压完成，三轴输送机构移动至第一工位处，机械手进行下料操作；……

13.直至6个工位滚压操作、下料操作完成；

14.人工检查压装及滚压收口包边质量，如不合格，根据装配质量进行相应处理，如检查合格则将支耳组件(轴承压入支耳中且单面已完成滚压收口包边)翻面，将翻面后的支耳组件放入预先装配平台中；

15.选择滚压程序；

16.出现“启动”按钮后，操作者点击该按钮，设备开始执行；

17.三轴输送机构自动移动至预先装配平台第一工位，机械手依次进行上料操作；

18.流转主轴电机开始工作，流转盘旋转至自动滚压机构处，6个工位依次进行滚压操作；

19.机械手依次进行下料操作；

20.人工检查滚压收口包边质量，如合格，将支耳组件(此时已完成双面的滚压收口包边)入库，如不合格，根据装配质量进行相应处理；

21.关闭设备。

本发明可适用多种航天伺服型号配套关节轴承及其支座的自动化装配操作，如可实现但不限于GE5E、UG10、GE10E GEG10E-C2、GE8E/U、GE12E/U、GE20ES/U、GE15DE1T、GE15ES、GE20ES、GE25ES等系列关节轴承及其对应支耳的批量装配。

本发明中，自动压入机构和自动滚压机构的压力范围值为300N至5000N。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种航天伺服配套轴承自动装配方法，其特征在于，采用航天伺服配套轴承自动装配设备，该自动装配设备包括自动进出料机构、自动压入机构、产品流转机构、自动滚压机构、设备辅助机构；

自动进出料机构用于工装的预装及固定，并完成自动进出料处理；

自动压入机构用于将关节轴承压入支耳；

产品流转机构用于不同工位之间的流转切换；

自动滚压机构用于对支耳进行滚压收口包边；

设备辅助机构用于控制自动进出料机构、自动压入机构、产品流转机构、自动滚压机构，并用于人机交互；

装配方法包括：

将待装支耳与关节轴承放入自动进出料机构的预先装配平台之上；

自动进出料机构的机械手进行上料操作，将工件转移至产品流转机构的流转盘；

产品流转机构的流转盘旋转至自动压入机构处，开始压装；产品流转机构的流转盘旋转至自动滚压机构处，然后进行单面滚压收口包边；

对单面滚压收口包边后的工件检查合格后，翻面放入自动进出料机构的预先装配平台之上；

自动进出料机构的机械手进行上料操作，将工件转移至自动滚压机构处进行另一面的滚压操作；

自动进出料机构的机械手进行下料操作。

2.根据权利要求1所述的自动装配方法，其特征在于，自动进出料机构包括预先装配平台、三轴输送机构、机械手；

预先装配平台用于放置工装的预装固定；

三轴输送机构用于传动产品；

机械手用于进行产品传递。

3.根据权利要求2所述的自动装配方法，其特征在于，预先装配平台包括预装平台、平台放置工装、平台电机、传动丝杠、导轨条；

预装平台与平台放置工装均采用不锈钢制成，平台放置工装与预先装配平台底部均设有螺纹孔，通过连接件将两者配合定位安装；平台放置工装上开设的配合孔与预装平台的定位销进行配合安装完成定位，预装平台设有多个工位，平台电机通过传动丝杠带动预装平台在导轨条上水平移动。

4.根据权利要求2所述的自动装配方法，其特征在于，三轴输送机构包括X轴、Y轴、Z轴、联轴器2、滑块、X轴电机、Y轴电机、Z轴电机，三轴输送机构采用龙门式结构，两根Y轴通过联轴器2相连，保证运动同步性；X轴、Y轴、Z轴上均设有行程开关，进行限位保护，选择X轴、Y轴及Z轴为不同长度模组，通过垂直放置的四根铝型材将X轴、Y轴及Z轴进行支撑及固定；滑块运行速度可根据X轴电机、Y轴电机以及Z轴电机转速进行调节，进行物料进给传递。

5.根据权利要求4所述的自动装配方法，其特征在于，机械手包括气缸、气动手夹、红外传感器以及传输连接板；机械手作为执行机构，通过气缸的伸缩控制气动手夹开合；红外传感器通过检测红点距离判定有无产品，以此控制手夹是否执行夹取上下料动作；通过传输连接板实现与Z轴固定。

6.根据权利要求1所述的自动装配方法，其特征在于，产品流转机构包括流转主轴、流转主轴电机、流转盘；

流转主轴电机通过流转主轴带动流转盘转动，流转主轴和流转盘的接触面均开设有多组定位孔，通过连接件将流转主轴与流转盘进行连接，流转盘上能够同时存放多个工位，进行压入、滚压操作，流转盘下的红外传感器实时检测有无产品，从而判断是否进行流转切换。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的自动装配方法，其特征在于，自动压入机构包括压装机，用于对关节轴承进行压装，即将关节轴承压入支耳当中。

8.根据权利要求7所述的自动装配方法，其特征在于，压装机包括压入上架顶板、压入上架侧板、压入下架底板、压入下架侧板、压入支撑后板、后板导向柱、滑块、固定板、固定侧板、固定背板、固定伺服电机、万向导块、支撑托板、托板加强筋、托板电机、连接轴、连接块、转轴、压入头，压入上架顶板通过连接件安装在压入支撑后板上，压入上架侧板两垂直面分别通过连接件安装在压入上架顶板上以及压入支撑后板之上，压入下架侧板通过连接件安装在压入下架底板上，压入下架侧板通过连接件安装在压入支撑后板上，固定侧板通过连接件安装在固定板上，固定侧板通过连接件安装在固定背板上，固定背板通过连接件安装在压入支撑后板上；固定伺服电机和转轴之间采用万向导块柔性装配；固定伺服电机用于控制转轴转动，通过与滑块连接的固定板，将运动形式转化为上下运动，起到施加压力的效果，托板电机控制支撑托板上下运动，当待压产品即支耳与关节轴承移动至压装工位时，支撑托板向上移动至与流转盘相接触，当将关节轴承压入至支耳时，起到支撑作用，支撑托板设有加强筋，可提高压装刚度及强度，保证压入工件可靠性；后板导向柱用于为滑块进行导向，安装在压入支撑后板上；压入头与转轴采用顶丝孔配合，且均为整体一次机加成型，压入头设计为台阶轴式，压入面与轴承外圈相接触。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的自动装配方法，其特征在于，自动滚压机构包括滚压机，滚压机依据支耳关节轴承规格配备不同滚压头。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的自动装配方法，其特征在于，自动压入机构和自动滚压机构的压力范围值均为300N至5000N。

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