DE2856817A1

DE2856817A1 - Vorrichtung fuer eine maschine zum funkenerosionsbearbeiten von werkstuecken

Info

Publication number: DE2856817A1
Application number: DE19782856817
Authority: DE
Inventors: Roland Martin
Original assignee: Ateliers des Charmilles SA
Current assignee: Ateliers des Charmilles SA
Priority date: 1977-12-29
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1979-07-12
Also published as: US4263494A; JPS5638334B2; IT7869963A0; IT1109575B; GB2011653A; FR2413174A1; JPS5497895A; GB2011653B; CH615376A5; DE2856817C2; FR2413174B1

Description

DR.-ING. DIPL.-PHYS. H. STURIES 28 568 1/

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. P. EICHLER

BRAHMSSTRASSΕ 29, 5600 WUPPERTAL 2

Ateliers des Charmilles S.A., 109 rue de Lyon, Geneve (Schweiz)

Vorrichtung für eine Maschine zum Funkenerosionsbearbeiten

von Werkstücken

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für eine Maschine zum Funkenerosionsbearbeiten einer Werkstück-Elektrode mit einer Werkzeug-Elektrode, mit der eine Relativverstellung dieser Elektroden in einer bestimmten Richtung mit einem Servomotor bewirkt wird, dessen Geschwindigkeit von einem ersten in Abhängigkeit von den Funkenerosionsbedingungen gebildeten Signal und von einem zweiten in Abhängigkeit von einer Abweichung der Relativlage der Elektroden in der Verstellrichtung von einer relativen Bezugslage gebildeten Signal kontrolliert wird, und bei der das zweite Signal dem ersten Signal entgegenwirkt, wenn die relative Bezugslage erricht ist, so daß die Relativverstellung der Elektroden bis zu einer bestimmten Endlage begrenzt ist.

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Aus der US-PS 4 049 942 ist eine Vorrichtung bekannt, die zum Ziel hat, zu verhindern, daß sich die Elektroden über eine bestimmte relative Lage hinaus einander annähern, daß die Funkenerosion bis zum Verschwinden der Entladungen aufrecht erhalten wird und den Elektroden erlaubt wird, sich voneinander in Abhängigkeit von den Funkenerosionsbedingungen zu entfernen. Der die Elektroden trennende Abstand, bei dem die Funkenerosion nicht mehr stattfindet, ist genau bekannt und das exakte Maß der bearbeiteten Werkstückoberfläche kann daher aus der relativen Lage der Elektroden beim Aufhören der Funkenerosion berechnet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Mittel zum mit einer bestimmten Geschwindigkeit erfolgenden Verstellen der relativen Bezugslage in Bearbeitungsrichtung vorhanden sind, um die Abweichung der Relativlage der Elektroden von der relativen Bezugslage in bestimmten Grenzen zu halten.

Die erfindungsgemäße Vorichtung hat den Vorteil, mit Hilfe einer sehr einfachen Schaltung zwei weitere Funktionen zu verwirklichen, die bisher jeweils durch eine besondere und komplizierte Vorrichtung bewerkstelligt werden mußten. Diese Funktionen sind einerseits die Speicherung der relativen Lage der Elektroden bei einer Rücknahme der Elektrode und die Verlangsamung der Annäherurigsbewegung dieser Elektrode, sobald diese Lage erreicht ist sowie andererseits die automatische Begrenzung der Vorschubgeschwindigkeit bei der Be-

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arbeitung, um im Verlauf der Bearbeitung nicht eine kritische Erosionsstromdichte zu überschreiten. Wenn diese Bezugslage festgehalten wird, hält die Vorrichtung den Bearbeitungsvorschub nach dem in der oben genannten Patentschrift beschriebenen Verfahren an. Die Erfindung ist besonders interessant, da sie auf mehrere Servomotoren angewendet werden kann, die gleichzeitig die Relativverstellung der Elektroden in mehreren Richtungen steuern können. Das ist z.B. der Fall, wenn die Relativverstellung eine Verschiebung ist, die einerseits in einer bestimmten Richtung mit Hilfe eines ersten Servomotors und andererseits in zu dieser ersten Richtung senkrechten Richtungen mit Hilfe eines zweiten Servomotors durchgeführt wird. Die Vorrichtung erlaubt es, die Verstellungen der Elektroden in jeder dieser Richtungen zu sychronisieren, wobei die maximalen dynamischen Qualitäten dieser Servomotoren genutzt werden, um die Elektroden im Verhältnis zueinander voneinander zu entfernen, falls ein Bearbeitungsfehler auftritt. Desweiteren bildet die Anzeige dieser Bezugslage eine sehr beständige Angabe über die Entwicklung der Bearbeitung.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung mit Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Servomotoren, die jeder durch eine der Fig. 1 ähnliche Vorrichtung gesteuert sind.

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Gemäß Fig. 1 sind eine Elektrode 1 und ein zu bearbeitendes Werkstück 2 durch einen Funkenerosionsabstand 3 von einander getrennt, in dem aufeinander folgende Erosionsentladungen durch eine Gleichstromquelle 4 und einen Impulserzeuger 5 entsprechend einer bei Elektroerosion bekannten Technik erzeugt werden. Die Elektrode 1 ist auf einem Support 6 befestigt, der auf einen Kolben 7 befestigt ist, dessen Bewegung durch einen Servomotor 8 kontrolliert wird. Die Geschwindigkeit des letzteren wird durch einen Verstärker und einen Operationsverstärker 9 gesteuert, dessen einer Eingang Analogsignale aufnimmt, die von der Schaltung 10 entsprechend den Bearbeitungsbedingungen gewonnen werden, z.B. die mittlere Bearbeitungsspannung, gemessen zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 2. Der andere Eingang des Operationsverstärkers 9 wird mit einer Bezugsspannung beaufschlagt, die durch ein Potentiometer 11 gewonnen wird. Ein erstes Signal A des Operationsverstärkers 9 wird auf einen der Eingänge des Differentialverstärkers 12 gegeben, dessen anderer Eingang ein zweites Signal B aus dem Analog-Digital-Wandler 13 erhält. Der Ausgang des Differentialverstärkers 12 bildet die Steuergröße des Servomotors 8.

Der Digital-Analog-Wandler 13 erhält die Digitalsignale von einem numerischen Vergleicher 14, dessen einer Eingang mit einem Lagedetektor verbunden ist, der eine Zählschaltung 16 und einen beweglichen Teil 15 enthält, der an dem Support 6 befestigt ist. Der andere Eingang dieses nu-

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merischen Vergleichers 14 ist mit einem Impulszähler 17 verbunden, der von dem UND-Glied 18 übermittelte Impulse aufnimmt. Dieses UND-Gatter hat drei Eingänge, die mit einem numerischen Vergleicher 19, einem Frequenzvervielfacher und einer Kippschaltung 21 verbunden sind. Der numerische Vergleicher 19 ist mit seinen Eingängen einerseits mit dem Impulszähler 17 und andererseits mit einer Kodierschaltung 22 verbunden, mit der das Endmaß eines Bearbeitungsvorganges festgelegt wird. Der Frequenzvervielfacher 20, dessen einer Eingang Festfrequenzimpulse eines Oszillator 23 aufnimmt, ist mit seinem anderen Eingang an eine Kodierschaltung 24 angeschlossen, mit der man das Verhältnis der Impulsfrequenz am Eingang zur Impulsfrequenz am Ausgang des Frequenzvervielfachers 20 einstellt. Die Zahl der durch den Impulszähler gewonnenen Impulse wird mit Hilfe einer Dekodierschaltung 25 angezeigt.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Vor dem Bearbeitungsbeginn wirkt man auf wenigstens einen der Zähler 16,17 so ein, daß jeder die gleiche Zahl anzeigt, indem z.B. beide derart auf Null gesetzt werden, daß am Ausgang des Vergleichers 14 kein Signal erscheint. Desweiteren legt man die maximale Vorschubgeschwindigkeit mit Hilfe der Kodierschaltung 24 und das Endmaß mit Hilfe der Kodierschaltung 22 fest. Bei Beginn der Bearbeitung blockiert die Kippschaltung 21 das UND-Glied 18, da das Signal B Null ist, und der Impulszähler 17 bleibt auf

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Null, bis die Zählschaltung 16 den Vorschub der Elektrode feststellt. Der numerische Vergleicher bzw. Diskriminator 14 stellt eine Differenz der Zähler 16 und 17 fest und das Signal B wirkt auf die Kippschaltung 21, um das UND-Glied 18 zu öffnen, welches die von dem Frequenzvervielfacher 20 übermittelten Impulse durchläßt. Die durch den Impulszähler 17 belieferte Bezugsgröße wächst mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit. Wenn der Bearbeitungsvorschub mit derselben Geschwindigkeit stattfindet, wird in dieser Schaltung keine Veränderung erzeugt. Wenn die Bearbeitung schneller vorankommt, als der Bezugswert des Impulszählers 17, verstärkt sich das Signal B und wirkt dem Signal A entgegen, so daß die Vorschubgeschwindigkeit der Elektrode auf einem diesem Bezugswert entsprechenden Wert gehalten wird. Wenn die Vorschubgeschwindigkeit kleiner ist, als die des Bezugswerts, verschwindet das Signal am Ausgang des numerischen Vergleichers 14, wie auch das Signal B und die Kippschaltung 21 sperrt das UND-Glied 18 so, daß die Veränderung dieses Bezugswertes gestoppt und der Zählschaltung 16 erlaubt wird, diesem Bezugswert nachzulaufen, bis der Unterschied zwischen den beiden Zählen 16 und 17 das Vorzeichen wechselt und ein Signal an den Klemmen des numerischen Vergleichers 14 zum Verschwinden bringt. Daher bildet der veränderliche Bezugswert des numerischen Vergleichers 14 eine Geschwindigkeitsbegrenzung und erlaubt darüber hinaus die Position der Elektrode 1 in dem Augenblick zu speichern, wo das Signal A den Befehl

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gibt, diese Elektrode vom Werkstück 2 zurückzuziehen. Während der Annäherung der Elektrode wird deren Geschwindigkeit verringert, sobald diese gespeicherte Lage erreicht ist.

Die Kippschaltung 21 könnte bei der Sperrung leicht verzögert ansprechen, um die Bremsiwkrung auf die Elektrode zu verstärken, wenn diese die gespeicherte Lage erreicht. Umgekehrt braucht die Kippschaltung bei ihrer Freigabe nicht beeinflußt zu werden.

Man könnte auch bewirken, daß die Ausgangsgröße des Impulszählers 17 progressiv oder in Abhängigkeit von dem Abweichungssignal B veränderlich ist. Dazu würde genügen, die Kippschaltung 21 durch einen Funktionsgenerator zu ersetzen, dessen Ausgangsgröße auf die Kodierschaltung 24 einwirkt. In diesem Fall hätte das Gatter 18 nur zwei Eingänge.

Fig. 2 zeigt, daß die Vorrichtung der Fig. 1 nicht nur benutzt werden kann, um die axiale Verschiebung der Elektrode zu kontrollieren, sondern auch, um die Amplitude einer Radialverschiebung dieser Elektrode zu kontrollieren. Ein Teil der Überwachungsschaltung für die axiale Verschiebung der Elektrode ist derselbe, wie bei der Vorrichtung der Fig. 1 und die Elemente dieser Schaltung tragen dieselben Bezugszeichen.

Die radialen Verstellbewegungen werden dem zu bearbeitenden Werkstück 2 durch einen Tisch für Kreuzbewegungen vermittelt, der eine erste Platte 26 aufweist, deren

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in der Ebene der Fig. 2 liegende lineare Verschiebung in Bezug auf eine zweite Platte 27 mit Hilfe eines Servomotors 28 ausgeführt wird. Diese Platte 27 wird bezüglich einer festen Platte 29 in einer zu dieser Ebene senkrechten Richtung durch einen Servomotor 30 verstellt. Die Verschiebebewegung des Werkstücks 2 wird durch einen Interpolationskreis 31 gesteuert, der den Servomotoren 28,30 um 90° verschobene Sinussignale übermittelt, falls die Verschiebung kreisförmig ist. Diese Interpolationsschaltung könnte z.B. derjenigen ähnlich sein, die in der USA-Patentschrift 4 057 703 beschrieben ist, wenn die zwei Servomotoren Schrittmotoren sind.

Die Exzentrizität der Radialverschiebung wird durch die Interpolationsschaltung 31 gemessen und mit einem Abweichungsdiskriminator 32 mit einem Bezugswert verglichen, der durch einen Impulszähler 33 gewonnen wird. Die numerische Abweichung zwischen dieser Exzentrizität und diesem Bezugswert wird auf einen der Eingänge eines Operationsverstärkers 34 und auf eine Kippschaltung 35 in der Form eines Analogsignals B¹ gegeben, das mittels eines Digital-Analog-Wandlers 36 gewonnen wird. Der andere Eingang des Operationsverstärkers 34 nimmt einen Teil A¹ des Augangssignals des Operationsverstärkers 9 auf, während der andere Teil A einem der Eingänge des Verstärkers 12 zugeführt wird. Die Aufteilung in die Signale A und A¹ wird mit Hilfe eines Potentiometers 37 eingestellt. Die Ausgangsgröße

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des Operationsverstärkers 34 steuert die Exzentrizität der Radialverschiebebewegung des Werkstücks 2. Die drei Eingänge eines UND-Gatters 38 sind mit der Kippschaltung 21, einer Kippschaltung 35 und einem Festfrequenzoszillator 23 verbunden, während der Ausgang dieses Gatters einerseits mit einem Frequenzmultiplikator 20 verbunden ist, der den Geschwindigkeitsgrenzwert des Frontalvorschubs der Bearbeitung festlegt, und andererseits mit einem weiteren Frequenzmultiplikator 39, der den Geschwindigkeitsgrenzwert des Seitenvorschubs der Bearbeitung festlegt, wobei die Geschwindigkeiten jeweils durch einen Kodierkreis 40 bzw. 24 eingestellt werden.

Die von den Frequenzmultiplikatoren 20,39 herrührenden Impulse werden einerseits auf einen der Eingänge eines UND-Gatters 41 und andererseits auf einen der Eingänge eines weiteren UND-Gatters 42 gegeben, während der andere Eingang des UND-Gatters 41 mit dem numerischen Vergleicher 19 und der andere Eingang des UND-Gatters 42 mit einem Vergleicher 43 verbunden ist. Dieser letztere gibt ein Signal ab, welches das UND-Gatter 42 öffnet, wenn die von dem Impulszähler 33 gewonnene Bezugsexzentrizität einen durch eine Programmierschaltung 44 festgelegten Grenzwert unterschreitet und dieses Gatter schließt, wenn dieser Grenzwert erreicht wird. Entsprechend öffnet der numerische Vergleicher 19 das UND-Gatter 41, wenn die durch den Impulszähler 17 festgestellte Bezugslage den durch die Programmierschaltung festgelegten Grenzwert nicht erreicht hat und schließt im entgegengesetzten

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Fall. Die von den Vergleichern 19,43 abgegebenen Signale werden auch einem NICHT-UND-Glied 45 zugeführt, dessen Ausgangswert in die Programmierschaltung 44 eingegeben wird, um eine Änderung der Grenzwerte entsprechend einem vorbestimmten Programm zu bewirken.

Die Winkelgeschwindigkeit der durch die Interpolationsschaltung 31 gesteuerten seitlichen Verschiebebewegung wird durch den numerischen Vergleicher 14 moduliert. Dabei wird diese Geschwindigkeit verringert, wenn die gemessene axiale Lage der Elektrode einen Bezugswert unterschreitet und im entgegengesetzten Fall erhöht. Diese Modulation erlaubt, es, die Ungleichheiten in der Materialabtragung auf allen Oberflächen zu verringern, die bei dem Werkstück im Verlauf eines Translationszyklus bearbeitet werden.

Zu Beginn der Bearbeitung werden die Ausgänge der Zähler 17,33 so modifiziert, daß sie die axiale Ausgangslage der Elektrode bzw. die Ausgangsexzentrizität der seitlichen Verschiebung anzeigen.

Das UND-Gatter 38 ist dann geschlossen und die Bezugswerte der Axiallage und der Exzentrizität bleiben auf ihren Anfangswerten. Sobald eine axiale und eine radiale Bearbeitungsverschiebung durch die Vergleicher 14,32 festgestellt werden, geben die Kippschaltungen 21,35 jeweils ein Signal ab, welches das UND-Gatter 38 öffnet, was den durch den Oszillator 23 erzeugten Impulsen erlaubt, die Zähler 17,33 zu erreichen, so daß der Bezugswert der axialen Lage dieser Elektrode und die Bezugsexzentrizität der Radialverschie-

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bung dieser Elektrode mit vorbestimmten Geschwindigkeiten verändert werden. Wenn z.B. die Bearbeitung langsamer fortschreitet, als ihr Lagebezugswert in radialer Richtung, wie in axialer Richtung, erscheint überhaupt kein Signal am Ausgang des Vergleichers 32 und die Kippschaltung 35 schließt das UND-Gatter 38, um den Fortschritt dieser Bezugswerte in diesen beiden Richtungen anzuhalten. Daraus folgt eine sofortige Verlangsamung des Axialvorschubs, bis der Bezugswert der Radiallage erreicht ist. In diesem Augenblick wird das UND-Gatter 38 von neuem geöffnet und die Bearbeitung schreitet normal in diesen beiden Richtungen fort. Man erreicht auch eine fortwährende Kontrolle der mittleren relativen Lagen dieser Elektroden in diesen beiden Richtungen, was es gestattet, gleichzeitig die frontalen und seitlichen Oberflächen des Werkstücks zu bearbeiten. Falls ein Bearbeitungsfehler durch die Schaltung 10 aufgespürt wird, erlauben es die mit dem Operationsverstärker 9 ermittelten Signale A und A' sehr schnell einzuwirken, um die Elektrode gleichzeitig in den axialen und radialen Richtungen vom Werkstück zu entfernen. Das Potentiometer 37 erlaubt es, das Verhältnis zwischen den Geschwindigkeiten der Servomotoren einzustellen, um einen Rückzug der Elektrode in einer vorbestimmten Richtung zu verwirklichen.

Die Lageveränderungen der Elektrode in axialer Richtung und in den radialen Richtungen sind durch die Signale begrenzt, die dem Vergleicher 19 und dem Vergleicher 43 zugeführt werden. Diese Signale werden mit Hilfe der Programmierschaltung 44 entsprechend einem vorbestimmten Programm

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gewonnen, v/obei die Veränderung der Werte diese Signale durchgeführt wird, sobald ein Signal an dem Ausgang des NICHT-UND-Gatters 45 erscheint, d.h. wenn die Lagebezugswerte der Vergleicher 17,33 ihre entsprechenden Grenzwerte erreicht haben. Im Falle einer Fertigstellungsphase mit Hilfe einer Elektrode beliebiger Form werden diese Grenzwerte gleiche Werte haben, so daß eine künstliche Dilatation der Elektrode in den drei Dimensionen realisiert wird. Wenn dem Werkstück eine von der Form der Elektrode abweichende Form gegeben werden soll, z.B. um den seitlichen Oberflächen des Werkstücks eine bestimmte Neigung zu geben, muß der auf den Vergleicher 43 gegebene Grenzwert jedesmal abnehmen, wie der auf den Vergleicher 19 gegebene Grenzwert ansteigt. Der Impulszähler 33 muß dann die ihm zugeleiteten Impulse abzählen, bis seine Ausgangsgröße diesem neuen Grenzwert gleich ist und man könnte mit dieser Vorrichtung auch andere Ausbildungen der Oberfläche des Werkstücks erhalten, indem diese Grenzwerte im Verhältnis zueinander gemäß einer mit der Programmierschaltung 44 programmierten Funktion verändert werden. Die oben beschriebene Vorrichtung kann auch benutzt werden, um eine beliebige Zahl von Servomotoren zu kontrolieren, wobei jeder dieser Servomotoren eine Relativverschiebung der Elektroden in einer bestimmten Richtung bewirkt.

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Claims

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PATENTANWÄLTE ^_n

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BRAH MSSTRASSE 29. 5600 WUPPERTAL 2

Ansprüche;

',I. I ' Vorrichtung für eine Maschine zum Funkenerosionsbearbeiten einer Werkstück-Elektrode mit einer Werkzeug-Elektrode, mit der eine Relativverstellung dieser Elektroden in einer bestimmten Richtung mit einem Servomotor bewirkt wird, dessen Geschwindigkeit von einem ersten in Abhängigkeit von den Funkenerosionsbedingungen gebildeten Signal und von einem zweiten in Abhängigkeit von einer Abweichung der Relativlage der Elektroden in der Verstellrichtung von einer relativen Bezugslage gebildeten Ejignal kontrolliert wird, und bei der das zweite Signal dem ersten Signal entgegenwirkt, wenn die relative Bezugslage erricht ist, so daß die Relativverstellung der Elektroden bis zu einer bestimmten Endlage begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum mit einer bestimmten Geschwindigkeit erfolgenden Verstellen der relativen Bezugslage in Bearbeitungsrichtung vorhanden sind, um die Abweichung der Relativlage der Elektroden (1,2) von der relativen Bezugslage in bestimmten Grenzen zu halten.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verstellung der relativen Bezugslage bewirkenden Verstellmittel aktiviert sind, sobald die Abweichung einen bestimmten Wert erreicht, und daß diese Verstellmittel außer Wirkung sind, solange dieser bestimmte Wert nicht erreicht ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit der eine Relativverstellung der Elektroden durch deren Verschiebung in mindestens eine andere Richtung mit einem zweiten Servomotor erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Servomotor (30) von einem dritten in Abhängigkeit von den Funkenerosionsbedingungen erzeugten Signal und von einem vierten in Abhängigkeit von einer Abweichung der Relativlage der Elektroden (1,2) in der anderen Richtung von einer relativen Bezugslage erzeugten Signal kontrolliert wird, daß die relativen Bezugslagen des ersten und des zweiten Servomotors (28,30) gleichzeitig in einem bestimmten Verhältnis verstellbar sind, sobald jede der Bezugslagen erreicht ist, und daß diese Verstellung nicht erfolgt, sobald wenigstens eine dieser Bezugslagen nicht erreicht ist.
4. Vorrichtung nach Änpruch 3,dadurch gekennzeichnet, d-aß xlas Verhältnis der Verstellbaxkeit der relativen Bezugslag-en beider Servomotoren -(28,3G^ entspre-chi&nd einem vor bestimmten Programm medifizierbar ist.

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