JP2002224865A - Laser beam marking device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光源から出
射されるレーザ光の照射点を、ガルバノスキャナを用い
て被マーキング対象物上に走査させることにより、所望
の文字・記号・図形等をマーキングするレーザマーキン
グ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to marking desired characters, symbols, figures, etc. by scanning an irradiation point of a laser beam emitted from a laser light source on an object to be marked using a galvano scanner. To a laser marking device.
【0002】[0002]
【従来の技術】この種のレーザマーキング装置のガルバ
ノスキャナは、レーザ光源から発するレーザ光を2次元
方向に走査する2つのガルバノミラーを備えており、こ
のガルバノミラーの1つはX軸方向に、もう1つはY軸
方向にレーザ光を走査する。前記X軸のガルバノミラー
と、前記Y軸のガルバノミラーによって反射された光
は、収束レンズであるfθレンズを透過して、被マーキ
ング対象物が存在する印字面である2次元平面上に焦点
となるスポットを形成する。このスポット(照射点)
を、前記X軸のガルバノミラーと前記Y軸のガルバノミ
ラーとをそれぞれ制御することで、2次元方向にあらゆ
る文字・記号・図形等をマーキングすることができるの
である。2. Description of the Related Art A galvano scanner of this type of laser marking device includes two galvanometer mirrors for scanning a laser beam emitted from a laser light source in a two-dimensional direction. One of the galvanometer mirrors is arranged in the X-axis direction. The other scans with laser light in the Y-axis direction. The light reflected by the X-axis galvanomirror and the Y-axis galvanomirror passes through an fθ lens that is a converging lens, and is focused on a two-dimensional plane that is a printing surface on which an object to be marked exists. To form a spot. This spot (irradiation point)
By controlling the X-axis galvanomirror and the Y-axis galvanomirror, it is possible to mark all characters, symbols, figures, and the like in the two-dimensional direction.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のレ
ーザマーキング装置のレーザ光の照射領域は例えば90
mm角の正方形であって比較的広く設定されている。しか
るに、従来のレーザマーキング装置では、この照射領域
内のどの位置にレーザを照射するかによって、同じレー
ザ出力でマーキングしてもマーキングの濃さや、マーキ
ングの深さ等が異なり、結果、印字品質の向上に限界が
あるという問題があった。これはレーザ光の照射位置に
よってレーザパワー密度がばらつくためである。The laser irradiation area of this type of laser marking apparatus is, for example, 90
It is a square of mm square and set relatively wide. However, in the conventional laser marking apparatus, depending on which position in the irradiation area is irradiated with the laser, the marking density, the marking depth, and the like differ even when the marking is performed with the same laser output. There was a problem that the improvement was limited. This is because the laser power density varies depending on the irradiation position of the laser beam.
【0004】本発明者による研究によれば、レーザ光の
照射位置によってレーザパワー密度がばらつく原因とし
ては、主として下記に記すようなものがあった。 ガルバノミラーにおける反射損失 レーザ光源からのレーザ光をガルバノミラーで反射させ
る際、一部のレーザ光はミラーを透過し、残りが反射す
る。その透過量は、ミラーの材質によって異なる他、ガ
ルバノミラーに入射するレーザ光の角度によっても変化
する。このため、ガルバノミラーへのレーザ光の入射角
度によってレーザ光の反射損失が異なってしまうのであ
る。このほか、レーザ光がガルバノミラーで反射される
際、ガルバノミラーに照射されているレーザ光の一部が
熱として失われ、この損失もミラーの角度によって異な
ることがあげられる。According to the study by the present inventors, the causes of the variation of the laser power density depending on the irradiation position of the laser beam are mainly as follows. Reflection Loss in Galvano Mirror When laser light from a laser light source is reflected by a galvanomirror, some laser light passes through the mirror and the rest is reflected. The amount of transmission varies depending on the material of the mirror and also varies depending on the angle of the laser beam incident on the galvanomirror. For this reason, the reflection loss of the laser beam varies depending on the angle of incidence of the laser beam on the galvanomirror. In addition, when the laser beam is reflected by the galvanomirror, a part of the laser beam radiated to the galvanomirror is lost as heat, and this loss also depends on the angle of the mirror.
【0005】収束レンズにおける損失 ガルバノミラーで反射されたレーザ光は収束レンズであ
るfθレンズを透過して被マーキング対象物に照射され
る。レーザ光がfθレンズを透過する際、一部は表面で
反射するが、その反射率は入射するレーザ光の入射角度
によって異なる。したがって、レーザ光の透過損失はf
θレンズへの入射角度により異なることになる。このほ
か、レーザ光がfθレンズを透過する際、レーザ光の一
部が熱として失われるが、この損失もレーザ光のfθレ
ンズへの入射角度によって異なるためである。また、レ
ーザマーキング装置内における光学系の構成部品の組み
付け状態によっても、レーザー光の照射位置によってレ
ーザ照射密度がばらつくことがある。[0005] Loss in the converging lens The laser beam reflected by the galvanomirror passes through the fθ lens, which is a converging lens, and irradiates an object to be marked. When the laser beam passes through the fθ lens, a part of the laser beam is reflected on the surface, but the reflectivity differs depending on the incident angle of the incident laser beam. Therefore, the transmission loss of the laser beam is f
It depends on the angle of incidence on the θ lens. In addition, when the laser light passes through the fθ lens, part of the laser light is lost as heat, and this loss also depends on the incident angle of the laser light to the fθ lens. Further, the laser irradiation density may vary depending on the irradiation position of the laser beam depending on the assembled state of the components of the optical system in the laser marking device.
【0006】なお、この種のレーザマーキング装置は、
レーザ光源のレーザ出力を長期的に安定化するために、
レーザ出力をモニタして設定値通りのレーザ出力となる
ように制御することがある。しかし、このようなレーザ
パワー制御手段では、長期的な変動を観察しているか
ら、被マーキング対象物上の照射位置に応じたばらつき
には全く対処することはできない。Incidentally, this type of laser marking device is
In order to stabilize the laser output of the laser light source for a long time,
In some cases, the laser output is monitored and controlled so that the laser output becomes as set. However, such a laser power control means observes a long-term variation, and cannot deal with a variation depending on an irradiation position on the object to be marked at all.
【0007】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、被マーキング対象物の印字位置によってマーキング
の濃さや、マーキングの深さ等が変動して印字品質の低
下を招くことを防止できるレーザマーキング装置の提供
を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to prevent a laser beam from deteriorating in printing quality due to variations in marking density and marking depth depending on the printing position of an object to be marked. The purpose is to provide a marking device.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記目的
を達成するため、請求項1の発明に係るレーザマーキン
グ装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、このレー
ザ光源からのレーザ光を被マーキング対象物に向けて反
射しかつその反射角度を変更可能なガルバノミラーを備
えたガルバノスキャナと、所要の座標データをガルバノ
スキャナに出力してガルバノミラーを駆動することで、
ガルバノミラーで反射させたレーザ光が被マーキング対
象物上で所望の形状を描くように走査させるガルバノス
キャナ制御手段とを備えたレーザマーキング装置におい
て、前記レーザ光源のレーザ出力を制御するレーザパワ
ー制御手段を設け、このレーザパワー制御手段により、
ガルバノスキャナによって照射される被マーキング対象
物上の照射位置に応じてレーザパワー密度がほぼ一定に
なるようにレーザ光源のレーザ出力を制御するところに
特徴を有する。これにより、被マーキング対象物の印字
位置に関わらず、レーザパワー密度をほぼ一定にできる
ので、マーキングの濃さや、マーキングの深さ等を一定
にして印字品質を高めることができる。In order to achieve the above object, a laser marking device according to the first aspect of the present invention comprises a laser light source for emitting laser light, and a laser light from the laser light source. By driving the galvanometer mirror by outputting the required coordinate data to the galvanometer scanner and a galvanometer mirror equipped with a galvanometer mirror that can reflect the marking object and change its reflection angle,
A laser power control means for controlling a laser output of the laser light source in a laser marking apparatus comprising: Provided by the laser power control means,
It is characterized in that the laser output of the laser light source is controlled so that the laser power density becomes substantially constant according to the irradiation position on the object to be marked irradiated by the galvano scanner. Accordingly, the laser power density can be made substantially constant regardless of the printing position of the marking target object, so that the marking quality, the marking depth, and the like can be made constant to improve the printing quality.
【0009】また、請求項2の発明に係るレーザマーキ
ング装置は、請求項1のレーザパワー制御手段が、予め
計算又は測定により求められた被マーキング対象物上の
照射位置に応じた補正係数を記憶する記憶手段を備え、
レーザ光が被マーキング対象物のどの位置を照射するか
に応じて記憶手段から読み出した補正係数に基づきレー
ザ光源のレーザ出力を制御するところに特徴を有する。
このような構成とすることにより、マーキング時にレー
ザ出力を逐一計算によって求める場合に比べて高速化が
可能になる。According to a second aspect of the present invention, there is provided a laser marking device, wherein the laser power control means of the first aspect stores a correction coefficient corresponding to an irradiation position on the object to be marked, which is obtained in advance by calculation or measurement. Storage means for performing
It is characterized in that the laser output of the laser light source is controlled based on the correction coefficient read from the storage means according to which position of the object to be marked by the laser light is irradiated.
With such a configuration, it is possible to increase the speed as compared with the case where the laser output is obtained by calculation one by one at the time of marking.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図1において、符号10は例えば
YAGレーザのレーザ光源であって、ここから出射され
たレーザ光はガルバノスキャナ20によって向きが変更
されて被マーキング対象物W上に照射される。ガルバノ
スキャナ20は、一対のガルバノミラー20V,20W
と収束レンズ20Zを備えており、一方のガルバノミラ
ー20Wは、駆動手段20Yによって縦方向に反射角度
を変移させることができ、他方のガルバノミラー20V
は、駆動手段20Xによって横方向に反射角度を変移さ
せることができる。これら両ガルバノミラー20V,2
0Wによりレーザ光は直交する2方向において向きを調
整可能とされ、その結果、レーザ光の照射点が被マーキ
ング対象物W上のいずれの位置にも移動可能となる。な
お、収束レンズ20Zはfθレンズから構成されてお
り、ガルバノミラー20V,20Wで反射されたレーザ
光を収束して被マーキング対象物W上に焦点を結ばせる
機能を有する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a laser light source of, for example, a YAG laser, and the laser light emitted from the laser light is changed in direction by a galvano scanner 20 and is irradiated onto an object W to be marked. The galvanometer scanner 20 includes a pair of galvanometer mirrors 20V and 20W.
And a converging lens 20Z. One galvanomirror 20W can shift the reflection angle in the vertical direction by the driving means 20Y, and the other galvanomirror 20V
The reflection angle can be shifted in the lateral direction by the driving means 20X. Both galvanometer mirrors 20V, 2
The direction of the laser light can be adjusted in two orthogonal directions by 0W, and as a result, the irradiation point of the laser light can be moved to any position on the marking target object W. The converging lens 20Z is composed of an fθ lens, and has a function of converging the laser light reflected by the galvanomirrors 20V and 20W to focus on the object W to be marked.
【0011】上記ガルバノスキャナ20の各駆動手段2
0X,20Yはガルバノスキャナ制御手段に相当するコ
ントローラ30により制御される。このコントローラ3
0には図示しないコンソールが接続され、マーキングし
たい所望の文字・記号・図形等をそのコンソールに設定
すると、コントローラ30がそれに応じたガルバノスキ
ャナ20にデータを与える。より詳細には、コントロー
ラ30には文字・記号・図形等のフォントデータを記憶
したメモリが内蔵され、マーキングすべき文字等が設定
されるとそのフォントデータに基づき、その文字等を構
成する線分のデータが読み出され、これに基づいて図示
しないCPUが被マーキング対象物Wへの照射位置を決
定するX軸−Y軸上の座標データを生成し、D/A変換
してガルバノスキャナ20の各駆動手段20Xに与える
ようになっている。Each drive means 2 of the galvano scanner 20
0X and 20Y are controlled by a controller 30 corresponding to a galvano scanner control unit. This controller 3
A console (not shown) is connected to 0, and when desired characters, symbols, figures, and the like to be marked are set in the console, the controller 30 supplies data to the galvano scanner 20 corresponding to the console. More specifically, the controller 30 has a built-in memory that stores font data such as characters, symbols, and figures. When a character or the like to be marked is set, a line segment constituting the character or the like is set based on the font data. Is read out, and based on the data, a CPU (not shown) generates coordinate data on the X-axis and Y-axis for determining the irradiation position on the object to be marked W, performs D / A conversion, and performs D / A conversion. It is provided to each driving means 20X.
【0012】さて、40はレーザパワー制御手段であ
る。これは前記レーザ光源10におけるレーザの発振強
度を調節することができ、コントローラ30がガルバノ
スキャナ20を制御して被マーキング対象物Wのどの位
置にレーザスポットを形成するかによって発振強度を調
節する。具体的には、コントローラ30からレーザスポ
ットの形成位置に関するX軸−Y軸上の座標データを取
得し、そのX軸−Y軸の座標データに対応する補正係数
を記憶手段41から読み出し、その補正係数に基づきレ
ーザの発振強度を調節するようになっており、これにて
被マーキング対象物W上のレーザスポットの照射位置に
応じてレーザパワー密度が被マーキング対象物Wのどの
位置でもほぼ一定になるようにするのである。Reference numeral 40 denotes laser power control means. In this case, the oscillation intensity of the laser in the laser light source 10 can be adjusted, and the controller 30 controls the galvano scanner 20 to adjust the oscillation intensity according to where the laser spot is formed on the object W to be marked. Specifically, coordinate data on the X-axis and Y-axis relating to the formation position of the laser spot is obtained from the controller 30, a correction coefficient corresponding to the X-axis and Y-axis coordinate data is read from the storage unit 41, and the correction is performed. The oscillation intensity of the laser is adjusted based on the coefficient, so that the laser power density becomes almost constant at any position of the marking target W according to the irradiation position of the laser spot on the marking target W. It is to be.
【0013】ここで、上記補正係数は次のようにして決
定されたものである。レーザマーキング装置として組み
立てた後に、図2に示すように被マーキング対象物Wの
設置面にレーザパワーメータ50の受光面を置き、ここ
にレーザ光を照射してレーザパワーを測定した。測定点
は、図3に黒丸で示すように、90mm角の印字可能領域
の中に計25カ所設定して測定した。その測定結果は、
同図の中に印字領域の中心に対する百分率で表してあ
り、周縁部ほどレーザパワー密度が低下している。そこ
で、前記記憶手段41に記憶させた各位置の補正係数
は、その位置の百分率の逆数としている。なお、上述の
25カ所の測定点以外の位置における補正係数は、その
周囲の測定点からの比例配分により決定している。Here, the correction coefficient is determined as follows. After assembling as a laser marking device, the light receiving surface of the laser power meter 50 was placed on the installation surface of the object W to be marked as shown in FIG. As shown by black circles in FIG. 3, a total of 25 measurement points were set in a printable area of 90 mm square. The measurement result is
In the drawing, the laser power density is represented as a percentage with respect to the center of the printing area, and the laser power density decreases toward the periphery. Therefore, the correction coefficient of each position stored in the storage means 41 is the reciprocal of the percentage of the position. The correction coefficients at positions other than the above 25 measurement points are determined by proportional distribution from surrounding measurement points.
【0014】本実施形態のレーザマーキング装置は以上
の通りの構成であり、その作用は次のようである。レー
ザ光源10から出射されたレーザ光は、ガルバノミラー
20V,20Wで反射してその反射方向が変更されるこ
とにより、レーザ光の照射点が被マーキング対象物W上
で走査されて、所望の文字・図形等がマーキングされ
る。このとき、レーザー光源10の発振強度はレーザー
パワー制御手段40によって制御されており、これはコ
ントローラ30からレーザスポットの照射位置に関する
X軸−Y軸の座標データを取得し、その座標データに対
応する補正係数を記憶手段41から読み出し、その補正
係数を乗じた強度でレーザ光源10を発振させる。The laser marking device of the present embodiment has the above-described configuration, and its operation is as follows. The laser light emitted from the laser light source 10 is reflected by the galvanometer mirrors 20V and 20W and the direction of reflection is changed, so that the irradiation point of the laser light is scanned on the object W to be marked, and a desired character is obtained.・ Figures are marked. At this time, the oscillation intensity of the laser light source 10 is controlled by the laser power control means 40, which obtains coordinate data of the X-axis and Y-axis regarding the irradiation position of the laser spot from the controller 30, and corresponds to the coordinate data. The correction coefficient is read from the storage means 41, and the laser light source 10 is oscillated at an intensity multiplied by the correction coefficient.
【0015】したがって、例えばレーザスポットの照射
位置が照射領域の中心Oであるときの発振強度を100
としたとき、X軸−Y軸座標が(50,-50)である点Aを
照射するときの発振強度(レーザ出力)は100/0.
922=108.5となる。この結果、その点Aでは、
中心にレーザ光を照射する場合に比べて、ガルバノミラ
ー20V,20Wの反射損失や収束レンズ20Zの透過
損失によって92.2%のレーザパワー密度しか得られ
ないとしても、結局、レーザー光の発振強度自体が高ま
るから、中心に照射する場合と同等のパワー密度を得る
ことができる。これにより、印字領域の全域においてマ
ーキングの濃さや、マーキングの深さ等を一定にするこ
とができ印字品質を向上させることができる。Therefore, for example, when the irradiation position of the laser spot is at the center O of the irradiation area, the oscillation intensity becomes 100
, The oscillation intensity (laser output) when irradiating the point A having the X-axis-Y-axis coordinates (50, -50) is 100/0.
922 = 108.5. As a result, at point A,
Compared to the case of irradiating the laser light to the center, even if only 92.2% laser power density is obtained due to the reflection loss of the galvanometer mirrors 20V and 20W and the transmission loss of the converging lens 20Z, the oscillation intensity of the laser light is ultimately obtained. Since the power itself is increased, it is possible to obtain the same power density as when irradiating the center. Accordingly, the marking density, the marking depth, and the like can be made constant over the entire printing area, and the printing quality can be improved.
【0016】<他の実施形態>本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するよ
うな実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、
下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施することができる。<Other Embodiments> The present invention is not limited to the above embodiments. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
In addition to the following, various changes can be made without departing from the scope of the invention.
【0017】(1)上記実施形態では、被マーキング対
象物Wへのレーザスポットの照射位置に応じてレーザ光
源10の発振強度を補正するようにしたが、これに加え
て、レーザ光のパワーの長期的変動に応じても発振強度
を補正するようにしてもよい。これには、レーザを照射
する光軸上にハーフミラーを設置して照射用レーザを透
過させつつ一部を反射させ、その反射レーザ光の強度を
測定してモニタリングすることにより、レーザ光源の発
振強度を調整できる。(1) In the above-described embodiment, the oscillation intensity of the laser light source 10 is corrected according to the irradiation position of the laser spot on the object W to be marked. The oscillation intensity may be corrected according to the long-term fluctuation. This involves installing a half mirror on the optical axis that irradiates the laser, reflecting the laser beam while transmitting it, measuring the intensity of the reflected laser light, and monitoring the intensity. The intensity can be adjusted.
【0018】(2)本発明におけるレーザ光源は、気体
レーザ、液体レーザ、固体レーザ、半導体レーザなどレ
ーザ光を出射すものであればよく、発振原理の種類を問
わない。(2) The laser light source in the present invention may be any one that emits laser light, such as a gas laser, a liquid laser, a solid-state laser, and a semiconductor laser, regardless of the type of oscillation principle.
【0019】(3)上記実施形態では、レーザ光の照射
スポットの座標位置に応じた補正係数を予め実測により
求めて記憶手段41に記憶させておくようにしたから、
照射の都度、計算を行わなくてもよく、高速印字が可能
になる。しかし、座標位置と補正係数との関係を予め数
式化しておき、座標データに応じて補正係数を計算して
求めてもよい。また、予め記憶しておく場合であって
も、必ずしも実測結果に基づき補正係数を決定するに限
らず、レーザ光の入射角度によるガルバノミラーの反射
損失や収束レンズの透過損失を計算で求め、ここから補
正係数を算出してもよい。(3) In the above embodiment, the correction coefficient corresponding to the coordinate position of the irradiation spot of the laser beam is obtained in advance by actual measurement and stored in the storage means 41.
The calculation does not have to be performed every time irradiation is performed, and high-speed printing can be performed. However, the relationship between the coordinate position and the correction coefficient may be expressed in advance as a mathematical expression, and the correction coefficient may be calculated and obtained according to the coordinate data. Further, even when the correction coefficient is stored in advance, the correction coefficient is not necessarily determined based on the actual measurement result, but the reflection loss of the galvanometer mirror and the transmission loss of the converging lens depending on the incident angle of the laser beam are calculated. May be used to calculate the correction coefficient.
【図1】 本発明の一実施形態のレーザマーキング装置
を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a laser marking device according to an embodiment of the present invention.
【図2】 レーザパワーの測定方法を示す概略的側面図FIG. 2 is a schematic side view showing a laser power measuring method.
【図3】 レーザパワーの測定結果を照射位置の座標デ
ータと共に示す図FIG. 3 is a diagram showing a measurement result of laser power together with coordinate data of an irradiation position.
10…レーザ光源 20…ガルバノスキャナ 20V、20W…ガルバノミラー 30…コントローラ(ガルバノスキャナ制御手段) 40…レーザパワー制御手段 41…記憶手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laser light source 20 ... Galvano scanner 20V, 20W ... Galvano mirror 30 ... Controller (galvano scanner control means) 40 ... Laser power control means 41 ... Storage means
Claims (2)
向けて反射しかつその反射角度を変更可能なガルバノミ
ラーを備えたガルバノスキャナと、 所要の座標データを前記ガルバノスキャナに出力して前
記ガルバノミラーを駆動することで、前記ガルバノミラ
ーで反射させたレーザ光が前記被マーキング対象物上で
所望の形状を描くように走査させるガルバノスキャナ制
御手段とを備えたレーザマーキング装置において、 前記レーザ光源のレーザ出力を制御するレーザパワー制
御手段を設け、このレーザパワー制御手段は、前記ガル
バノスキャナによって照射される前記被マーキング対象
物上の照射位置に応じてレーザパワー密度がほぼ一定に
なるように前記レーザ光源のレーザ出力を制御すること
を特徴とするレーザマーキング装置。1. A laser source for emitting laser light, a galvano scanner provided with a galvano mirror capable of reflecting laser light from the laser light toward an object to be marked and changing a reflection angle thereof, By driving the galvanometer mirror by outputting the coordinate data to the galvanometer scanner, galvanometer scanner control means for scanning the laser beam reflected by the galvanometer mirror to draw a desired shape on the object to be marked, In the laser marking device comprising: a laser power control means for controlling the laser output of the laser light source, the laser power control means, according to the irradiation position on the object to be marked irradiated by the galvano scanner Control the laser output of the laser light source so that the laser power density is almost constant A laser marking device.
又は測定により求められた前記被マーキング対象物上の
照射位置に応じた補正係数を記憶する記憶手段を備え、
前記ガルバノスキャナによりレーザ光が前記被マーキン
グ対象物のどの位置を照射するかに応じて前記記憶手段
から読み出した前記補正係数に基づき前記レーザ光源の
レーザ出力を制御することを特徴とする請求項1記載の
レーザマーキング装置。2. The laser power control unit includes a storage unit that stores a correction coefficient according to an irradiation position on the object to be marked, which is calculated or measured in advance,
2. The laser output of the laser light source is controlled based on the correction coefficient read from the storage unit in accordance with which position of the object to be marked is irradiated with laser light by the galvano scanner. The laser marking device according to the above.
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