DE1235642C2 - Arrangement for generating an electrical quantity analogous to the movement speed of a code raster scale - Google Patents

Arrangement for generating an electrical quantity analogous to the movement speed of a code raster scale

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DE1235642C2 DE1964L0049306 DEL0049306A DE1235642C2 DE 1235642 C2 DE1235642 C2 DE 1235642C2 DE 1964L0049306 DE1964L0049306 DE 1964L0049306 DE L0049306 A DEL0049306 A DE L0049306A DE 1235642 C2 DE1235642 C2 DE 1235642C2
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Description

Stellenwert verbunden sind, daß die ersten und zweiten Torschaltungen jeweils disjunktiv an eine an sich bekannte Impulsformerstufe angeschlossen sind und daß den Impulsformerstufen an sich bekannte Schaltungen zur Umformung der Impulse in vorzeichenbewertete Gleichspannungen nachgeschaltet sind.It is important that the first and second gate circuits are each disjunctive to one per se known pulse shaper stage are connected and that the pulse shaper stages known circuits are connected downstream to convert the pulses into signed DC voltages.

Die Impulsformerstufen können monostable Kippstufen sein, denen Anpassungsglieder nachgeschaltet sind, die jeweils mit einem Eingang einer Schaltung verbunden sind, die den an ihren beiden Eingängen ankommenden Impulsen unterschiedliche Polaritäten zuordnet. Der Ausgang dieser Schaltung steht mit einem Tiefpaß in Verbindung, der den gewünschten analogen Wert liefert.The pulse shaping stages can be monostable multivibrators, which are followed by matching elements are each connected to an input of a circuit that has both inputs assigns different polarities to incoming pulses. The output of this circuit stands with a low-pass filter in connection, which delivers the desired analog value.

Es ist an sich bei Drehzahlmessern bekannt, proportional der Drehzahl und abhängig von der Drehrichtung Impulse zu erzeugen und sie mittels Impulsformerstufen in Einheitsimpulse umzuformen, die je nach Drehrichtung in bipolare Impulse umgewandelt werden.It is known per se for tachometers, proportional to the speed and dependent on the direction of rotation To generate impulses and to transform them into unit impulses by means of impulse shaper stages, which ever can be converted into bipolar impulses according to the direction of rotation.

Bei der Erfindung handelt es sich nicht einfach um die Anwendung dieser bekannten Prinzipien bei der Geschwindigkeitsmessung von Codescheiben usw., sondern .bei dieser Anwendung muß zunächst einmal die drehzahlproportionale Impulsfolge — richtungsabhängig — von dem Codemaßstab abgeleitet werden. Bei der bekannten Anordnung dagegen werden die drehzahlproportionalen, richtungsabhängigen Impulsfolgen durch die Einfachheit des Meßobjektes sofort durch die Geber angeliefert.The invention is not simply a matter of applying these known principles the speed measurement of code disks etc., but. in this application must first once the speed-proportional pulse sequence - depending on the direction - derived from the code scale will. In the known arrangement, however, the speed-proportional, direction-dependent Pulse sequences delivered immediately by the encoder due to the simplicity of the DUT.

An Hand eines Ausführungsbeispiels mit einer Codescheibe als Rastermaßstab wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on an exemplary embodiment with a code disk as a grid scale explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein Blockschema der erfindungsgemäßen Anordnung,1 shows a block diagram of the arrangement according to the invention,

F i g. 2 den Verlauf der verschiedenen Spannungen in Abhängigkeit vom Drehwinkel zum Blockschema nach F i g. 1.F i g. 2 shows the course of the various voltages as a function of the angle of rotation in relation to the block diagram according to FIG. 1.

Die F i g. 1 zeigt die Codescheibe 1, deren Spuren durch geeignete Mittel 2 abgetastet werden. Dabei ist die Art der Abtastung (photoelektronisch, magnetisch, mechanisch usw.) gleichgültig. Die Abtastmittel 2 besitzen jeweils zwei zueinander antivalente Ausgänge. Der Signalverlauf an den Ausgängen der Abtastmittel für die beiden feinsten Spuren in Abhängigkeit vom Drehwinkel ist in F i g. 2 in den Zeilen 1 bis 4 dargestellt. Voraussetzung für die folgenden Betrachtungen ist lediglich, daß die beiden feinsten Spuren den gezeigten Verlauf haben, während die Spuren höherer Wertigkeit hier nicht interessieren, also auch binärdezimal codiert sein können. Natürlich ist es auch möglich, e ne Codescheibe mit einem Raster im Gray-Code und einen nachgeschalteten Gray-Binär-Umsetzer zu verwenden. Die Anwendung der Erfindung beschränkt sich nicht auf Winkelkodierer. Es können auch Codelineale verwendet werden, die mehrere Spuren aufweisen. Durch die Codierung dieser Spuren sind die Wegelemente der Codelineale beziffert. Die beschriebene Anordnung liefert bei Codelinealen deren Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung.The F i g. 1 shows the code disk 1, the tracks of which are scanned by suitable means 2. It is the type of scanning (photoelectronic, magnetic, mechanical, etc.) does not matter. The scanning means 2 each have two mutually complementary outputs. The signal curve at the outputs of the Scanning means for the two finest tracks as a function of the angle of rotation is shown in FIG. 2 in the Lines 1 through 4 are shown. The only requirement for the following considerations is that the two the finest traces have the course shown, while the traces of higher value are not of interest here, thus can also be coded in binary decimal. Of course, it is also possible to include a code disk to use a grid in Gray code and a downstream Gray-to-binary converter. The application the invention is not limited to angle encoders. Code rulers can also be used that have multiple tracks. By coding these tracks, the path elements are the code rulers numbered. The described arrangement provides the speed of code rulers and direction of movement.

Den beiden Zuständen L und 0 sind definierte Spannungen zugeordnet. Als Beispiel werde angenommen: Defined voltages are assigned to the two states L and 0. As an example, assume:

Zustand 0 entspricht 0 V,
Zustand L entspricht -10 V.State 0 corresponds to 0 V,
State L corresponds to -10 V.

Zeile 1 entspricht der feinsten Spur, und zwar dem sogenannten valenten Ausgang. Zeile 2 entspricht dem antivalenten Ausgang, in dem die Zustände L und 0 gegenüber Zeile 1 vertauscht sind. Zeile 3 stellt den Verlauf der zweitfeinsten Spur valent, Zeile 4 antivalent dar.Line 1 corresponds to the finest trace, namely the so-called valent output. Line 2 corresponds to the complementary output in which the states L and 0 are swapped with respect to line 1. Line 3 shows the course of the second finest trace valent, line 4 non-equivalent.

Die Ausgangsspannungen der Abtastmittel 2 gemäß den Zeilen 1 bis 4 werden, wie in F i g. 1 näher dargestellt, an vier Torschaltungen, bestehend ausThe output voltages of the scanning means 2 according to lines 1 to 4 are, as in FIG. 1 closer shown on four gates, consisting of

ίο je einem Kondensator, einer Diode und einem Widerstand, angelegt.ίο one capacitor, one diode and one resistor each, created.

Hierdurch werden aus den L—0 Flanken der Signale der zweitfeinsten Spur (Zeilen 3,4) Impulse abgeleitet, während die Signale der feinsten Spur, Zeilen 1, 2, für die Trennung dieser Impulse entsprechend der Drehrichtung sorgen.r So zeigt die Zeile 6 der F i g. 2 den Spannungsverlauf vor der Diode 3, der sich aus der Kombination der Zeilen 2 und 4 ergibt, und Zeile 5 das Entsprechende der Zeilen 1 und 3.As a result, pulses are derived from the L- 0 edges of the signals of the second finest track (lines 3, 4), while the signals of the finest track, lines 1, 2, ensure that these pulses are separated according to the direction of rotation. r So shows the line 6 of F i g. 2 the voltage curve in front of the diode 3, which results from the combination of lines 2 and 4, and line 5 the corresponding lines 1 and 3.

Hinter den dazugehörenden Dioden bleiben nur noch die ins Positive ragenden Impulse übrig. Faßt man die Ausgänge von je zwei Toren wie dargestellt zusammen, so erhält man Impulsfolgen nach Zeilen 7Behind the associated diodes, only the positive impulses remain. Holds if you put the outputs of two gates together as shown, you get pulse sequences according to line 7

as und 8, wobei am Ausgang Zeile 7 Impulse z. B. nur bei Linksdrehung, am Ausgang Zeile 8 dagegen nur bei Rechtsdrehung auftreten. Diese Impulse werden monostabilen Kippschaltungen M (4, 5) zugeführt und von diesen in Impulse mit konstanter Dauer i,·as and 8, whereby at the output line 7 pulses z. B. only when turned to the left, but at output line 8 only occur when turned to the right. These impulses will be monostable multivibrators M (4, 5) and converted into pulses of constant duration i,

(Zeile9,10) umgewandelt. Auf Anpassungsglieder 6,7 folgt eine Endstufe 8, die die getrennten Impulszweige wieder zusammenfaßt und am Ausgang bipolare Impulse liefert, deren Amplitude und Dauer konstant ist, und deren Vorzeichen der jeweiligen(Line 9,10) converted. On adjustment elements 6.7 This is followed by an output stage 8, which combines the separate pulse branches again and at the output supplies bipolar pulses, the amplitude and duration of which is constant, and the sign of which is the respective

Drehrichtung entspricht (Zeileil). Bei'veränderlicher Drehgeschwindigkeit der Codierscheibe wird sich der Abstand der Impulse verändern. Der Mittelwert dieser Impulsfolge, über eine genügend große Zeit gebildet, ist nach Amplitude und Vorzeichen das gewünschte analoge Abbild für die Drehgeschwindigkeit der Codierscheibe. Hierfür wird das Signal nach Zeile 11 durch einen passend dimensionierten Tiefpaß 9 geleitet, an dessen Ausgang der gesuchte Mittelwert erscheint (Zeile 12).Direction of rotation corresponds to (line). With 'changeable The speed of rotation of the coding disk will change the distance between the pulses. The mean this pulse sequence, formed over a sufficiently long time, is according to amplitude and sign the desired analog image for the speed of rotation of the coding disk. For this purpose the signal according to line 11 passed through a suitably dimensioned low-pass filter 9, at the output of which the sought Average value appears (line 12).

Die Grenzen des Verfahrens liegen einmal bei sehr kleinen Drehgeschwindigkeiten. Hier wird der Abstand zweier Impulse in Zeile 11 sehr groß, so daß hinter dem Tiefpaß nur noch einzelne, verschliffene Impulse auftreten. Bei hohen Drehgeschwindigkeiten muß dagegen die Impulsdauer i, der beiden monostabilen Kippschaltungen entsprechend klein bemessen werden, da zur richtigen Mittelwertbildung die Impulse in Zeile 11 nicht lückenlos aneinanderschließen dürfen. Schließlich ist je nach Anwendung des Verfahrens die Zeitkonstante bzw. Grenzfrequenz des Tiefpasses passend zu wählen.The limits of the method are on the one hand at very low rotational speeds. Here is the distance two impulses in line 11 are very large, so that behind the low-pass filter there are only individual, smoothed Impulses occur. At high rotational speeds, on the other hand, the pulse duration i of the two monostable multivibrators must be correspondingly small because the pulses in line 11 do not follow one another without gaps for the correct mean value formation may. Finally, depending on the application of the method, the time constant or limit frequency is of the low pass to be selected appropriately.

Zu der angegebenen Schaltung nach F i g. 1 sind noch Verfeinerungen möglich. So wird die monostabile Kippschaltung M vorteilhaft so ausgebildet, daß bei einer zu hohen Drehgeschwindigkeit, die keine Lücken zwischen den Impulsen (Zeiie 9 und 10) mehr zulassen würde, der Ausgang ein Dauersigna! liefert, was bei einer einfachen monostabilen Kippschaltung nicht gegeben ist. Damit ergibt sich eine echte Begrenzung der Ausgangsspannung, während sonst einzelne Impulse ausgelassen würden und der Zusammenhang zwischen Mittelwert und Winkelgeschwindigkeit mehrdeutig würde. Zum Schutz derThe circuit shown in FIG. 1, refinements are still possible. The monostable multivibrator M is advantageously designed in such a way that if the rotational speed is too high, which would no longer allow any gaps between the pulses (lines 9 and 10), the output would be a continuous signal! supplies what is not the case with a simple monostable multivibrator. This results in a real limitation of the output voltage, while otherwise individual pulses would be omitted and the relationship between mean value and angular velocity would be ambiguous. To protect the

Transistoren in der Endstufe können die Anpassungsglieder eine gegenseitige Verriegelung enthalten, die verhindert, daß beide Transistoren gleichzeitig leitend werden und zerstört werden können. Schließlich lassen sich noch andere Schaltungen für die Endstufe denken, insbesondere solche mit gegengekoppelten Gleichspannungsverstärkern, die gegenüber der Schaltung in F i g. 1 einen konstanten Quellwiderstand aufweisen, was für die Genauigkeit der Mittelwertbildung von Bedeutung ist.Transistors in the output stage can contain the matching elements a mutual locking prevents both transistors from becoming conductive at the same time and from being destroyed. In the end other circuits can also be thought of for the output stage, in particular those with negative feedback DC voltage amplifiers, which compared to the circuit in FIG. 1 a constant source resistance which is important for the accuracy of the averaging.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

1 2 Während aus einem dieser Signale bipolare Impulse Patentansprüche: erzeugt werden, steuert das andere Signal über eine Torschaltung die Weiterleitung entweder der posi-1 2 While bipolar pulses are generated from one of these signals, the other signal controls the forwarding of either the positive 1. Anordnung zur Bestimmung der Bewegungs- tiven oder negativen Impulse, je nach dem Drehsinn richtung und Geschwindigkeit eines absoluten 5 der Trommel zu Richtungs-Diskriminatorschaltun-Coderastermaßstabes (Codescheibe oder Code- gen, denen die Impulse auswertende Zählschaltungen lineal), dadurch gekennzeichnet, daß nachgeschaltet sind (britische Patentschrift 689 107). vier Torschaltungen je mit einem vorbereitenden Es ist ferner eine Anordnung zur Bestimmung des und einem dynamischen Eingang vorgesehen sind, Drehwinkels einer Welle bekanntgeworden, bei der daß von zwei den Abtastmitteln einer Spur ent- io zwei auf einer Scheibe angeordnete, gegeneinander nommenen, zueinander antivalenten Signalen das versetzte Rastermaßstäbe gleicher Teilung photo-Valente den vorbereitenden Eingängen zweier elektrisch abgetastet werden. Die in zwei Photozellen erster Torschaltungen zugeführt ist, deren dyna- erzeugten Signale sind gegeneinander phasenverschomische Eingänge jeweils mit zueinander anti- ben. Aus dem ersten Signal werden zwei Impulsfolgen valente Signale führenden Ausgängen von Ab- 15 hergestellt, die jeweils aus den Anstiegs-oder Abfallstastmitteln für die Spur mit dem nächsthöheren flanken des Signals abgeleitet werden. Die Impuls-Stellenwert verbunden sind und das Antivalente folgen dienen zur Umschaltung eines Zählers auf den vorbereitenden Eingängen zweier zweiter Vor- und Rückwärtszählung, während die von dem Torschaltungen zugeführt ist, deren dynamische zweiten Signal abgeleiteten Impulse gezählt werden. Eingänge mit den gleichen Ausgängen der Ab- 20 Der Zähler gibt die Lage der Welle gegenüber einer tastmittel der Spur mit dem nächsthöheren Stel- Bezugslage an (britische Patentschrift 762 499).
lenwert verbunden sind, daß die ersten und zwei- In einer bekannten Anordnung zur digitalen Beten Torschaltungen jeweils disjunktiv an eine an Stimmung der Lage eines sich drehenden Teils ist sich bekannte Impulsformerstufe angeschlossen eine mit Einschnitten gleichmäßig versehene Scheibe sind und daß den Impulsformerstufen an sich 25 mit diesem Teil verbunden und gegenüber einer bekannte Schaltungen zur Umformung der Im- Platte angeordnet, die zwei gegeneinander versetzte pulse in vorzeichenbewertete Gleichspannungen Schlitze trägt. Mittels der beiden Schlitze werden die nachgeschaltet sind. Einschnitte photoelektrisch abgetastet. In zwei Photo-1. Arrangement for determining the movement tive or negative pulses, depending on the direction of rotation and speed of an absolute 5 of the drum to direction discriminator circuit code raster scale (code disk or code gene, which the pulses evaluating counting circuits ruler), characterized in that are downstream (British patent 689 107). four gate circuits each with a preparatory There is also an arrangement for determining the and a dynamic input, rotation angle of a shaft has become known, in which that of two of the scanning means of a track ent io two arranged on a disk, taken against each other, mutually complementary signals the offset grid scales of the same division photo-valente the preparatory inputs of two are electrically scanned. The first gate circuit is supplied in two photocells, whose dynamically generated signals are mutually phase-shifted inputs with each other. From the first signal, two pulse sequences carrying equivalent signals are produced from outputs of Ab- 15, which are each derived from the rise or fall sensing means for the track with the next higher edge of the signal. The pulse value are connected and the complementary follow serve to switch a counter to the preparatory inputs of two second up and down counting, while the one supplied by the gate circuits, whose dynamic second signal derived pulses are counted. Inputs with the same outputs of the output 20 The counter indicates the position of the shaft in relation to a sensing means of the track with the next higher digit reference position (British patent specification 762 499).
lenwert are connected that the first and two- In a known arrangement for digital praying gate circuits each disjunctive to a pulse shaper stage is connected to the mood of the position of a rotating part is a known pulse shaping stage with incisions and that the pulse shaping stages per se 25 with connected to this part and arranged opposite a known circuit for reshaping the Im plate, which carries two mutually offset pulses in signed DC voltages slots. The two slots are connected downstream. Incisions scanned photoelectrically. In two photo 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- zellen entstehen zwei gegeneinander phasenverschokennzeichnet, daß die vorbereitenden Eingänge 30 bene Signale. Während die Signale der ersten Photoder Torschaltungen mit den Abtastmitteln der zelle über Impulsformerstufen dem Zähleingang eines Spur mit der feinsten Teilung verbunden sind. Zählers zugeführt werden, dienen die Signale der2. Arrangement according to claim 1, characterized in that two cells are formed out of phase with each other, that the preparatory inputs 30 bene signals. While the signals of the first photoder Gate circuits with the sampling means of the cell via pulse shaping stages to the counting input of a Track associated with the finest pitch. Are supplied to the counter, the signals are used zweiten Photozelle dazu, in Abhängigkeit von ihrer Phasenlage gegenüber den aus der ersten Photo-35 zelle gewonnenen Impulsen einen Zähler auf Voroder Rückwärtszählung umzuschalten (USA.-Patent-second photocell, depending on its phase position compared to the one from the first Photo-35 cell to switch a counter to counting up or down (U.S. patent i schrift 2 685 082).i document 2 685 082). Es ist weiterhin eine Vorrichtung bekanntgeworden, in der eine an ihrem Umfang gleichmäßig mit 40 permanenten Magneten ausgerüstete Drehscheibe mittels gegeneinander versetzter Hallgeneratoren ab-Furthermore, a device has become known in which one is uniformly on its circumference with 40 permanent magnets equipped turntable by means of offset Hall generators. Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur getastet wird. Die Hallgeneratoren erzeugen zwei Bestimmung der Bewegungsrichtung und Geschwin- gegeneinander phasenverschobene Signale. Aus diedigkeit eines absoluten Coderastermaßstabes (Code- sen Signalen werden Impulse hergestellt, die einem scheibe oder Codelineal). 45 zähler zugeführt werden. Aus der Phasenlage derThe invention relates to an arrangement for being touched. The Hall generators generate two determinations of the direction of movement and speed - signals that are out of phase with one another. Diedigkeit of an absolute code scale grid (code sen signals pulses are produced which a disk or code ruler). 45 counters are supplied. From the phase position of the Coderastermaßstäbe, die als Codescheiben oder beiden Signale werden durch logische Schaltkreise Codelineale ausgebildet sein können, werden insbe- Steuersignale erzeugt, mit denen die Vor- oder Rücksondere als Istwertgeber in Lageregelkreisen verwen- wärtszählrichtung des Zählers eingestellt wird (Siedet. Zur Verbesserung der dynamischen Eigen- mens-Zeitschrift, Oktober 1960, Heft 10, S. 669, 670). schäften derartiger Regelkreise ist die Bildung des 5„ oer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Difierentialquotienten der Regelgröße, hier also die Anordnung zu entwickeln, mit der die augenblick-Bewegungsgeschwindigkeit des Coderastermaßstabes iiche Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung eines erforderlich. absoluten Coderastermaßstabes festgestellt werdenCode rulers, which can be designed as code disks or both signals through logic circuits, code rulers, are in particular generated control signals with which the forward or backward items are set as actual value transmitters in position control loops, upward counting direction of the counter (Siedet. To improve the dynamic characteristic mens magazine, October 1960, issue 10, pp. 669, 670). transactions such control circuits is the formation of the 5 "he o invention, the object is based on a Difierentialquotienten of the controlled variable, so to develop here the arrangement with which the instant traveling speed of the code scanning scale ii che speed and movement direction of a required. absolute code grid scale can be determined Bekannt ist es, zur Herstellung einer der Ge- kann.It is known to produce one of the can. schwindigkeit proportionalen elektrischen Größe 55 Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-Tachogeneratoren oder Wendekreisel zu benutzen. iöst) daß vier Torschaltungen mit je einem vorberei-Beide Maßnahmen bedingen jedoch eine zusätzliche tenden und einem dynamischen Eingang vorgesehen Belastung des Meßorgans durch Vergrößerung von g^ daß von zwei den Abtastmittel einer Spur entReibung und/oder Trägheit sowie zusätzlichen Auf- nommenen, zueinander antivalenten Signalen das wand. 60 Valente den vorbereitenden Eingängen zweier ersterspeed-proportional electrical variable 55 According to the invention, the object is to use tachogenerators or rate gyros. iö st) that four gate circuits with one preparatory each. Both measures, however, require an additional tendency and a dynamic input provided loading of the measuring element by increasing g ^ that of two the scanning means of a track friction and / or inertia as well as additional recordings, to each other antivalent signals that wall. 60 Valente the preparatory entrances to two first Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung zur Be- Torschaltungen zugeführt ist, deren dynamische Einstimmung der Geschwindigkeit eines sich drehenden gänge jeweils mit zueinander antivalente Signale füh-Teiles ist eine mit einem Raster versehene Trommel renden Ausgängen von Abtastmitteln für die Spur mit dem Teil verbunden und von einem mit zwei m{t dem nächsthöheren Stellenwert verbunden sind Schlitzen versehenen Gehäuse umgeben. Durch 65 und das Antivalente den vorbereitenden Eingängen photoelektrische Abtastung des Rasters entstehen in zweier zweiter Torschaltungen zugeführt ist, deren den diesen Schlitzen gegenüberliegenden Photozellen dynamische Eingänge mit den gleichen Ausgängen zwei gegeneinander phasenverschobene Signale. jer Abtastmittel der Spur mit dem nächsthöherenIn a further known device for switching circuits is supplied, the dynamic matching of the speed of a rotating gear each with mutually complementary signals füh-part is provided with a grid drum-generating outputs of scanning means for the track connected to the part and from a with two m {t the next higher priority connected are surrounded provided housing slots. By 65 and the equivalent of the preparatory inputs photoelectric scanning of the grid is created in two second gate circuits, whose dynamic inputs with the same outputs two mutually phase-shifted signals are fed to the photocells opposite these slots. j he scanning means of the track with the next higher
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US2796598A (en) * 1953-11-30 1957-06-18 British Tabulating Mach Co Ltd Analogue to digital converters

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US2796598A (en) * 1953-11-30 1957-06-18 British Tabulating Mach Co Ltd Analogue to digital converters

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