JP2009028896A - 横断加工工程を最適化する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】背景技術における欠点を克服する、すなわち、特に最大の駆動装置モーメントの利用を、特にエネルギ消費の最適化の下で可能にする。
【解決手段】製品ウェブ区分のための所望の判型を選択し、制御装置内に横断加工ローラの回転運動を制御するための幾つかの運動法則を用意し、所望の判型のために、制御装置内に用意された運動法則および／または駆動装置の少なくとも１つのパラメータおよび／または使用者の少なくとも１つの設定に基づいて、横断加工ローラの運動を提供または算出するというステップを有するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、横断加工工程を最適化する方法および装置に関し、特に、搬送方向で搬送可能な製品ウェブを、様々な判型に加工された製品ウェブ区分を提供するために回転式に切断するために、駆動装置により駆動されるクロスカッタ装置の横断加工ローラを運転する方法、およびこの方法を実施する手段を備える横断加工装置に係る。さらに本発明は、相応のコンピュータプログラムならびに相応のコンピュータプログラム製品に関する。

横断加工用途、すなわち、例えば材料ウェブをクロスカッタ（Ｑｕｅｒｓｃｈｎｅｉｄｅｒ）により回転式に切断する用途は、一般に知られている。横断加工用途もしくは相応の横断加工装置の別の例は、クロスシーラ（Ｑｕｅｒｓｉｅｇｅｌｖｏｒｒｉｃｈｔｕｎｇ）、クロスパーフォレータ（Ｑｕｅｒｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎｓｖｏｒｒｉｃｈｔｕｎｇ）およびクロスパンチャ（Ｑｕｅｒｓｔａｎｚｖｏｒｒｉｃｈｔｕｎｇ）である。

このときに加工、例えば切断される区分長さは必ずしも、使用される横断加工ローラの円周と一致しない。横断加工ローラのための運動法則の適当な選択により、切断中は、典型的には材料ウェブに同期した加工工程が実施され、残りの時間領域で、いわゆる補償運動が実施され得る。この補償運動は、横断加工ローラの円周に相当するいわゆる「同期長さ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｌａｅｎｇｅ）」より短いかまたは長い判型もしくはフォーマット（区分長さ）を達成するために役立つ。

その際、横断加工ローラの運動プロフィールは、判型長さおよび同期長さの比に応じて様々である。判型長さが同期長さより小さければ、横断加工ローラの回転軸線は、補償運動中より速くされなければならず、反対の場合、すなわち、判型長さが同期長さより大きければ、より遅くされなければならない。

補償運動を実施するために、典型的には、ＶＤＩガイドライン２１４３「Ｂｅｗｅｇｕｎｇｓｇｅｓｅｔｚｅ ｆｕｅｒ Ｋｕｒｖｅｎｇｅｔｒｉｅｂｅ（カム機構のための運動法則）」による５次の多項式（Ｐｏｌｙｎｏｍ ｆｕｅｎｆｔｅｒ Ｏｒｄｎｕｎｇ）または場合によっては５次以上の多項式が使用される。

判型長さが同期長さより明らかに大きい、例えば２．５倍より大きい場合、横断加工ローラが部分的に負の速度で回転する、すなわち、搬送し、加工、例えば切断したい材料ウェブの搬送方向とは逆向きに回転することは、有利であるかもしれない。このことは逆方向運動に等しい。

その際、逆方向運動は、判型次第ではますます大きくなり、より長い判型ではいつか、横断加工ローラに設けられた刃が再び切断ゾーンに、ひいては場合によっては材料にも侵入する大きさとなる。このことは当然避けるべきである。

この関連で、背景技術から、この種の逆方向回転を回避する可能性が公知である。典型的には、この場合、あらゆる負の速度が排除される。

これにより、横断加工ローラの回転速度がいつでも正の記号または少なくとも１つの静止ゾーンを取る、すなわち、負の速度が回避され、最大で静止状態に制限されることが保証される。所望の判型次第では、駆動技術的な限界、例えば横断加工ローラの最大の速度または最大のトルクもしくは最大の加速度に基づいて、ある最大の速度が超過され得ない事態になり得る。この最大速度は、補償運動の使用される運動法則に依存する。背景技術では、この種の最大速度は、一度だけ計測され、その後は固定の数値表として機械制御部もしくはＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ−Ｍａｃｈｉｎｅ−Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）内に格納される。

判型切換の場合、従来慣用の装置では、オペレータが機械速度を新しい判型の最大速度に適合しなければならない。すなわち、オペレータは場合によっては、稼働中の判型切換（ｆｌｉｅｇｅｎｄｅｎ Ｆｏｒｍａｔｗｅｃｈｓｅｌ）の前に、新しい判型において、場合によって生じる駆動装置の限界が超過されないように、機械速度を下げなければならない。このような場合、例えば駆動装置は過負荷エラーを報知し、生産の中断に至りかねないエラー反応を導入する。判型切換後の機械速度の上昇もやはり考えられるが、従来慣用の装置では手動でオペレータによって実施されなければならない。

背景技術により使用される運動法則は、可能な限り高い加工性能（機械速度）を達成するために設計されている。この場合、エネルギ面について考慮されない。

さらに背景技術では、各判型のための固定の運動法則だけが使用される。最大で、逆方向運動なしの運動法則への切換が実施される。逆方向運動が許容されるか否かの考慮のほかに、加速度、最大の速度および／または損失エネルギを最適化するための別の運動法則が可能である。種々異なる運動法則タイプ、例えば５次の多項式、７次の多項式、変形正弦曲線（ｍｏｄｉｆｉｚｉｅｒｔｅ Ｓｉｎｕｓｌｉｎｉｅ）、変形加速度台形（ｍｏｄｉｆｉｚｉｅｒｔｅｓ Ｂｅｓｃｈｌｅｕｎｉｇｕｎｇｓｔｒａｐｅｚ）等への判型に依存した切換は決して行われない。

さらに従来慣用の装置もしくは方法では、駆動システムによる加工領域もしくは切断領域における達成される精度の監視が行われない。特により高い速度もしくはより高い動的な補償運動時、加工精度を減じる引きずり間隔（位置実際値と位置目標値との間の偏差）が発生し得る。

特に、従来慣用の装置もしくは方法では、補償運動が常に同じ運動法則として計算されることは欠点として見なされる。これにより、例えば最大速度またはエネルギ消費に関する最適化はまったく達成され得ない。

背景技術によれば、横断加工ローラの逆方向回転は使用されない。それというのも、加工エレメント、例えば刃が、逆方向で材料に進入することは、いずれにしても回避すべきであるからである。しかし、逆方向回転の可能性を利用しないことにより、駆動装置は、実現可能な最大速度もしくはエネルギ消費に関して最適に運転されない。同じことは、ゼロ以上の値へのローラ速度の制限について当てはまる。

さらに、従来慣用の装置における判型切換の場合、次に実現したい判型に適合された新しい最大速度は、自動的には算出され得ない。このことは、手間のかかる測定走行および制御装置内の固定的な特性線の格納につながる。

全体的に、最大の駆動装置モーメントが達成されない判型では、最適化されたエネルギ消費が達成され得ないことが判っている。

本発明の課題は、上記欠点を克服すること、すなわち、特に最大の駆動装置モーメントの利用を、特にエネルギ消費の最適化の下で可能にすることである。

上記課題を解決した本発明の構成によれば、
‐製品ウェブ区分のための所望の判型を選択し、
‐制御装置内に横断加工ローラの回転運動を制御するための幾つかの運動法則を用意し、
‐所望の判型のために、制御装置内に用意された運動法則および／または駆動装置の少なくとも１つのパラメータおよび／または使用者の少なくとも１つの設定に基づいて、横断加工ローラの運動を提供または算出する
というステップを有するようにした。

本発明による方法により、横断加工装置の処理能力の最適化が実現可能である。この場合、特に、達成可能な機械速度を予測して求めることにより、損失に関して最適な曲線がエネルギ節約のために選択可能である。さらに、本発明による方法により、大きな加工精度が達成可能である。駆動装置の制限、例えば最大速度、最大加速度または限界温度を認識することにより、最大で達成可能な機械速度もしくは材料ウェブ速度が予測され得る。

本発明による方法の有利な構成は従属請求項の対象である。本発明の有利な構成では、クロスカッタ装置のクロスカッティングローラ、クロスシーラ装置のクロスシーリングローラ、クロスパーフォレータ装置のクロスパーフォレーションローラまたはクロスパンチャ装置のクロスパンチングローラを運転する。本発明の別の有利な構成では、駆動装置のパラメータが、最大の駆動装置モーメントもしくはモータモーメント、最大の駆動装置温度もしくはモータ温度、最大の駆動装置回転数もしくはモータ回転数、推定される発生する加工力、特に切断力、機械的な所与の条件、例えば慣性モーメントまたは機械的な変換比を含むグループからの少なくとも１つの要素を有する。本発明のさらに別の有利な構成では、運動法則により、特に搬送方向とは逆向きの最大で許容可能な横断加工ローラの逆方向回転を含む、横断加工ローラの補償運動を算出する。本発明のさらに別の有利な構成では、最大で許容可能な横断加工ローラの逆方向回転を、設定可能な角度により制限する。本発明のさらに別の有利な構成では、横断加工ローラの加工領域での加工精度を監視する。さらに上記課題は、前記方法を実施する手段を備える横断加工装置により、コンピュータまたは相応の計算ユニット、特に前記横断加工装置内のコンピュータまたは相応の計算ユニット上で実施されるとき、前記方法のすべてのステップを実施するプログラムコード手段を備えるコンピュータプログラム、およびコンピュータまたは相応の計算ユニット、特に前記横断加工装置内のコンピュータまたは相応の計算ユニット上で実施されるとき、前記方法のすべてのステップを実施する、コンピュータ読み取り可能なデータキャリア上に記憶されているプログラムコード手段を備えるコンピュータプログラム製品により解決される。

上述のように、特に有利には、上記方法が、カッタ装置のクロスカッティングローラ、クロスシーラ装置のクロスシーリングローラ、クロスパーフォレータ装置のクロスパーフォレーションローラもしくはクロスパンチャ装置のクロスパンチローラの運転のために役立つ。この種の装置では、相応に切断された、封緘された、穿孔されたまたは打抜かれた製品ウェブ区分が提供される。

上述のように、有利には、許容可能な最大の製品ウェブ速度の計算に入れられる駆動装置のパラメータが、最大の駆動装置モーメントもしくはモータモーメント、最大の駆動装置温度もしくはモータ温度、最大の駆動装置回転数もしくはモータ回転数、発生する切断力の評価、および機械的な所与の条件、例えば慣性モーメントまたは機械的な変換比を含むと有利である。

さらに、特にオンラインで、機械速度を連続熱出力限界、例えばモータ温度または駆動装置コントローラの温度の評価を介して監視し、これにより場合によっては切断能力の最適化を達成することが可能である。特に、製品ウェブの材料に依存した切断モーメントは、背景技術では時に正確に提示され得ない。その結果、この観点はオンライン監視によって最適化され、場合によっては後の同じまたは類似の製造のために習得され得る。オンライン監視とは特に、算出されたモデルとの比較によるプロセス中の監視と解される。

この種のオンライン算出もしくはオンライン監視は、使用したい判型依存の運動法則もしくは相応のアルゴリズムの変更時にもさらに利用可能である。全判型領域にわたっての手間のかかる測定走行は不要である。生産性は、最大となり得る機械速度に基づいて最適化され得る。さらに、モータおよび／または駆動装置コントローラのための熱モデルの動的な考慮が可能である。

本発明により特に、判型切換時、現在の機械速度を新しい判型のための新しい最大の機械速度に適合することが可能である。

背景技術では、このことは、ＨＭＩを介した機械速度の適合（機械オペレータによる入力）により実施される。

最大の機械速度が、本発明による計算もしくは準備（格納された特性線）に基づいて公知である限り、自動化された形式で、機械速度は制御装置により判型切換の場合に適当に増減されることができる。特に、この場合、判型切換前に機械速度の減少、または判型切換に引き続いて機械速度の増加を予定することは有利である。

最大の機械速度が熱的な限界、例えばモータまたは駆動装置コントローラの最大の定電流負荷により制限される限り、機械速度の減少は、熱的な挙動が合わせて考慮される限り、判型切換後にも行われ得る。その際、持続的に許容可能な最大の速度を上回る機械速度の短期的な過昇は、熱的な限界が超過されない限り許容される。

これにより、判型切換時のユーザの入力手間は減少する。さらに、このことは、生産性、すなわち最大の機械速度の、熱的な最適化による最適化を可能にする。

特に、より長い判型、すなわち横断加工ローラの円周より長い判型が所望される場合、最大の機械速度は、もはや駆動システムによって制限されるのではなく、典型的にはプロセス自体によって制限される。ここでは例えば材料ウェブの最大の供給速度が挙げられる。このことは、駆動システムが原則的に任意の補償運動法則を実施し得ることを意味する。補償運動法則は本発明によりできるだけ小さなエネルギ消費が生じるように選択され得る。その際、エネルギ消費は、例えば駆動装置および／または横断加工ローラの加速度の二乗に基づいて求められるもしくは評価されることができる。これにより、損失エネルギを最小化することが可能である。これにより、クロスカッタ装置の本発明による運転のためのエネルギコストは最小化される。さらに、モータおよび駆動装置コントローラもしくは駆動装置レギュレータ相互の熱的な適合が有利であることが判っている。

判型に依存した種々異なる運動法則の本発明による用意により、運動法則は、種々異なる基準にしたがって最適化されることもできる。これらの基準の例としては補償運動のエネルギ消費が挙げられる。補償運動のエネルギ消費は、例えば３次の多項式により横断加工ローラの運動を描写したときに特に小さい。

最大速度の最適化のためにも、例えば３次の多項式またはシヌソイド（Ｓｉｎｏｉｄｅ）が有利であることが判っている。

運動法則を、機構、特に駆動装置および／または横断加工ローラ、特に使用される歯車をいたわることに関して最適化することも可能である。このためには、変形正弦曲線、例えば低いジャーク特性値を有するベステホルンの正弦曲線（Ｂｅｓｔｅｈｏｒｎ−Ｓｉｎｕｓｌｉｎｉｅ）が考慮される。例えば、運動法則を、最大で発生する加速度の最小化に関して選択することも可能である。このためには、２次の多項式が考慮される。

本発明による方法の特に有利な実施形態では、判型に依存した運動法則により、横断加工ローラの補償運動、特に材料ウェブの搬送方向とは逆方向での横断加工ローラの許容可能な逆方向回転を伴う、横断加工ローラの補償運動が算出される。

この種の逆方向回転は特に、角度値として設定可能である。この場合、補償運動はこの値に制限される。この場合、機構次第では、逆方向運動の大きさは申告され得る。これにより、逆方向運動は（限界時）ちょうど切断領域まで実施され得る。このことは、最大の停止距離および加速距離を可能にする。このことは、最大で発生する加速度のかなりの減少に至る。

この手段により、使用可能な運動法則はエネルギ最適化されて選択され得る。このとき、ここでは特に、加熱、エネルギ消費ならびにモータもしくは増幅器の構成サイズが考慮され得る。使用される運動法則は、最大のモーメント、例えば送りの最大速度、または駆動装置もしくはモータまたは増幅器の構成サイズに合わせて最適化され得る。選択される運動法則は、やはり機構をいたわるために最適化され得る。これにより、例えばより小さな騒音発生が実現可能である。

さらに、横断加工ローラの切断領域における切断精度の監視を提供することは有利であることが判っている。この場合、特に、オンライン監視が有利であることが判っている。

横断加工機、例えばクロスカッタの目的は、加工領域もしくは切断領域でできる限り正確にリニアにもしくはできる限り正確に設定可能なプロフィール（いわゆるプッシュアウト機能もしくはいわゆるｃｏｓβ修正）にしたがって、最適な精度を伴った切断を実施するために運転することである。現代の駆動システムは、引きずり間隔、すなわち横断加工ローラの目標位置と実際位置との間の角度エラーを測定する可能性を提供する。この引きずり間隔は、本発明により監視され得る。場合によっては、報知が出力されてもよいし、または機械速度が、設定された限界が超過されないことを保証するように適合されてもよい。

この手段は、偏差の許容による最大の速度の最適化もしくは要求される精度の監視を可能とする。さらに、修正運動の適当な最適化が可能である。精度の本発明による監視は、全体的によりよい切断エッジ、よりきれいなカット、および切断された製品ウェブ区分の全体的により高い品質を可能にする。

以下に、本発明について図面を参照しながら説明する。

図１にクロスカッタ装置（横裁ち装置）を概略的に示し、全体的に符号１００を付した。この種のクロスカッタ装置は、本発明による横断加工装置の有利な一例である。

クロスカッタ装置は、横断加工ローラ１１０と、横断加工ローラ１１０と協働する対向ローラ１２０とを有する。

横断加工ローラ１１０はもちろん、選択的には対向ローラ１２０も、駆動装置１４０により駆動可能である。

駆動装置は、特にＨＭＩ１５５を有する制御装置１５０により制御される。

横断加工ローラ１１０と対向ローラ１２０との間を、材料ウェブ１３０が搬送方向Ｔで搬送される。

横断加工ローラ１１０に設けられ、特に刃として形成されている切断装置１１５により、各切片への材料ウェブ１３０の切断が行われる。切断されるウェブ区分の長さが横断加工ローラ１１０の円周（２πｒ）に等しいとき、「同期長さ」と言う。同期長さは図１にｆで示されている。

所望の判型長さ次第で、横断加工ローラ１１０の、搬送方向Ｔでのウェブ１３０の搬送速度に関してより高速またはより低速の運動、すなわち、その回転軸線Ａを中心としたより高速またはより低速の回転が行われる。この運動経過は制御装置１５０により制御される。このとき、適当な制御命令が駆動装置１４０に与えられる。制御命令は特にＨＭＩ１５５を介して制御装置に入力可能である。さらに、ＨＭＩによる適当な判型設定の入力により、運動法則の自動的な選択もしくは算出が、制御装置１５０により可能である。

典型的な運動経過、例えば本発明により図１に示すようなクロスカッタ装置により実施可能である典型的な運動経過について、次に図２〜図４を参照しながら説明する。

図２上は、判型長さが同期長さより短いときの、横断加工ローラ１１０の補償運動のための切断曲線を示す。個々のグラフは、ローラの（角度）位置（α）、速度（ｖ）および加速度（ａ）を示す。この場合、重要なのは速度ｖである。切断領域、すなわち、刃１１５による材料ウェブの切断が行われる領域は、ｓで示されている。補償運動が、切断領域における速度よりも高速で実施されることが見て取れる。すなわち、刃１１５が切断領域にない間、横断加工ローラ１１０の回転は、切断領域における回転に対して相対的に高い速度で行われる。横断加工ローラの位置αならびに加速度ａは、直接、選択された速度から求められる。

図２下には、同期長さより長い判型長さのための相応の状況が示されている。補償運動（切断領域外）が、切断領域における速度よりも低速で実施されることが見て取れる。しかし、速度はこの場合も常に正の記号を有する。

図２は、実質的に背景技術による切断曲線を示す。

図３は、逆方向運動も許可する本発明による相応の切断曲線を示す。

本発明により、横断加工ローラ１１０の逆方向運動もしくは逆方向回転は、所定の角度に制限される。図３上には、ここでは横断加工ローラ１１０の逆方向運動が２０°に制限されていることを示す２つの制限線３１０，３２０が見て取れる。それに応じて、横断加工ローラ１１０の相応の速度ｖは、所定の領域ｂにわたってゼロより小である。

図３下は、逆方向運動を１２０°に制限した補償運動に関する相応の状況を示す。それに応じて、負の速度ｖはより長い領域ｂ′にわたって維持される。

最後に図４は、判型に依存してもしくは具体的な設定に応じて使用可能なそれぞれ異なる運動法則を示す。

図４Ａは、５次の多項式に応じた運動法則による補償運動を示す。

図４Ｂは、エネルギ最適化のために使用可能な、３次の多項式に基づく相応の補償運動を示す。

図４Ｃは、変形正弦曲線に基づく相応の補償運動を示す。

それぞれの上３つのグラフは、角度位置α、速度ｖおよび加速度ａを示す。それぞれの一番下のグラフは、加速度の二乗ａ^２を示す。加速度の二乗ａ^２は、損失エネルギ観察のための基礎である。

本発明による方法により、および使用者の固有の設定、例えば所望の判型長さおよび／または横断加工ローラの許容可能な逆方向回転に関する設定に基づいて、種々異なる運動法則を基に、その都度の設定にとって最適な補償運動を算出することがフレキシブルに可能である。例えば、逆方向回転が２０°または別の設定可能な角度を超過すべきでないことを設定すると、システムは、多数の可能な運動法則に基づいて最適な補償運動を算出する。

本発明が有利に使用可能なクロスカッタ装置の主要なコンポーネントの概略図である。 背景技術による典型的な横断加工ローラ用途の切断曲線を示すグラフである。 本発明によるクロスカッタ用途の切断曲線を示すグラフである。 クロスカッタのための本発明により使用可能な別の切断曲線を示すグラフである。 クロスカッタのための本発明により使用可能な別の切断曲線を示すグラフである。 クロスカッタのための本発明により使用可能な別の切断曲線を示すグラフである。

符号の説明

１００ クロスカッタ装置
１１０ 横断加工ローラ
１１５ 切断装置
１２０ 対向ローラ
１３０ 材料ウェブ
１４０ 駆動装置（モータ）
１５０ 制御装置
１５５ ＨＭＩ
Ａ，３１０，３２０ 制限線
Ａ 横断加工ローラの軸線
ｆ 同期長さ
ｒ 横断加工ローラの半径
Ｔ 搬送方向
α 横断加工ローラの角度位置
ｖ 横断加工ローラの速度
ａ 横断加工ローラの加速度
ｓ 切断領域
ｂ，ｂ′ 負の速度の領域

Claims (9)

1. 搬送方向で搬送可能な製品ウェブを、様々な判型に加工された製品ウェブ区分を提供するために回転式に切断するために、駆動装置により駆動されるクロスカッタ装置の横断加工ローラを運転する方法において、以下のステップ、すなわち：
   ‐製品ウェブ区分のための所望の判型を選択し、
   ‐制御装置内に横断加工ローラの回転運動を制御するための幾つかの運動法則を用意し、
   ‐所望の判型のために、制御装置内に用意された運動法則および／または駆動装置の少なくとも１つのパラメータおよび／または使用者の少なくとも１つの設定に基づいて、横断加工ローラの運動を提供または算出する
   というステップを有することを特徴とする、搬送方向で搬送可能な製品ウェブを、様々な判型に加工された製品ウェブ区分を提供するために回転式に切断するために、駆動装置により駆動されるクロスカッタ装置の横断加工ローラを運転する方法。
2. クロスカッタ装置のクロスカッティングローラ、クロスシーラ装置のクロスシーリングローラ、クロスパーフォレータ装置のクロスパーフォレーションローラまたはクロスパンチャ装置のクロスパンチングローラを運転する、請求項１記載の方法。
3. 駆動装置のパラメータが、最大の駆動装置モーメントもしくはモータモーメント、最大の駆動装置温度もしくはモータ温度、最大の駆動装置回転数もしくはモータ回転数、推定される発生する加工力、特に切断力、機械的な所与の条件、例えば慣性モーメントまたは機械的な変換比を含むグループからの少なくとも１つの要素を有する、請求項１または２記載の方法。
4. 運動法則により、特に搬送方向とは逆向きの最大で許容可能な横断加工ローラの逆方向回転を含む、横断加工ローラの補償運動を算出する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 最大で許容可能な横断加工ローラの逆方向回転を、設定可能な角度により制限する、請求項４記載の方法。
6. 横断加工ローラの加工領域での加工精度を監視する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の方法を実施する手段を備える横断加工装置。
8. コンピュータまたは相応の計算ユニット、特に請求項７記載の横断加工装置内のコンピュータまたは相応の計算ユニット上で実施されるとき、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法のすべてのステップを実施するプログラムコード手段を備えるコンピュータプログラム。
9. コンピュータまたは相応の計算ユニット、特に請求項７記載の横断加工装置内のコンピュータまたは相応の計算ユニット上で実施されるとき、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法のすべてのステップを実施する、コンピュータ読み取り可能なデータキャリア上に記憶されているプログラムコード手段を備えるコンピュータプログラム製品。

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