JP2018028452A - Measurement instrument and measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、被測定物体の回転角度量及び変位量を求めるために使用される、測定装置及び測定方法に関するものである。 The present invention relates to a measuring apparatus and a measuring method used for obtaining a rotation angle amount and a displacement amount of an object to be measured.
従来、例えば、エンジンマウントのマウント軸の両端にそれぞれ固定された球体に、それぞれ3つの変位計から計測光を照射して、各変位計の計測結果を用いて、マウント軸の中心の3軸並進量と2軸回転量とを算出する技術が、知られている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, for example, spheres fixed to both ends of a mount shaft of an engine mount are irradiated with measurement light from three displacement meters, respectively, and the center axis of the mount shaft is translated using the measurement results of each displacement meter A technique for calculating the amount and the biaxial rotation amount is known (for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1の技術では、測定対象が軸状物体に限定されるものであり、また、測定装置の構成も複雑であること等から、簡便性に欠けるという問題があった。
However, the technique disclosed in
この発明は、上述した課題を解決するためのものであり、被測定物体の回転角度量及び変位量を簡便に求めることを可能にする、測定装置及び測定方法を提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a measuring apparatus and a measuring method that can easily determine the rotation angle amount and the displacement amount of an object to be measured. It is.
本発明の測定装置は、第1基準壁面と、前記第1基準壁面に垂直な第2基準壁面と、被測定物体と連動するようにそれぞれ前記被測定物体に取り付けられる、第1測定器、第2測定器及び第3測定器と、を備え、前記第1基準壁面に平行な平面をXY平面とし、前記第2基準壁面に平行な平面をYZ平面とする、XYZ直交座標系を定義したとき、前記被測定物体の基準状態からの、前記被測定物体のXZ平面内での回転角度量、X軸方向での変位量、及び、Z軸方向での変位量を、それぞれ求めるために使用される、測定装置であって、前記第1測定器及び前記第2測定器は、前記第1測定器及び前記第2測定器どうしの離間方向に対して一定の角度で傾斜した第1測定方向での、前記第1基準壁面に対する位置の変位量を、または、前記第1測定方向での前記第1基準壁面までの距離を、それぞれ測定するように構成されており、前記第3測定器は、前記第1測定方向に対して一定の角度で傾斜した第2測定方向での、前記第2基準壁面に対する位置の変位量を、または、前記第2測定方向での前記第2基準壁面までの距離を、測定するように構成されている。
この発明の測定装置によれば、被測定物体の回転角度量及び変位量を簡便に求めることが可能となる。
The measuring apparatus of the present invention includes a first measuring device, a second reference wall surface perpendicular to the first reference wall surface, a first measuring device attached to the measured object so as to be interlocked with the measured object, When an XYZ orthogonal coordinate system is defined, comprising two measuring devices and a third measuring device, wherein a plane parallel to the first reference wall surface is defined as an XY plane, and a plane parallel to the second reference wall surface is defined as a YZ plane The rotation angle amount of the object to be measured in the XZ plane, the amount of displacement in the X-axis direction, and the amount of displacement in the Z-axis direction from the reference state of the object to be measured are respectively used for obtaining the amount of rotation. The first measuring device and the second measuring device are arranged in a first measuring direction inclined at a constant angle with respect to a separating direction between the first measuring device and the second measuring device. Of the displacement of the position relative to the first reference wall surface, or The third measuring device is configured to measure the distance to the first reference wall surface in one measuring direction, and the third measuring device is a second measuring direction inclined at a constant angle with respect to the first measuring direction. The displacement amount of the position relative to the second reference wall surface is measured, or the distance to the second reference wall surface in the second measurement direction is measured.
According to the measuring apparatus of the present invention, the rotation angle amount and the displacement amount of the object to be measured can be easily obtained.
本発明の測定装置は、前記被測定物体が前記基準状態から動いたときに前記第1測定器、前記第2測定器及び前記第3測定器からそれぞれ得られる第1測定結果、第2測定結果及び第3測定結果を用いて、演算を行うように構成された演算部を、さらに備え、前記演算部は、前記第1測定結果及び前記第2測定結果を用いて、前記被測定物体の前記基準状態からのXZ平面内での回転角度量を算出し、前記回転角度量と前記第3測定結果とを用いて、前記被測定物体の前記基準状態からのX軸方向での変位量を算出し、前記回転角度量と前記第1測定結果及び前記第2測定結果とを用いて、前記被測定物体の前記基準状態からのZ軸方向での変位量を算出すると、好適である。
これにより、被測定物体の回転角度量及び変位量をさらに簡便に求めることが可能となる。
The measurement apparatus of the present invention provides a first measurement result and a second measurement result obtained from the first measurement device, the second measurement device, and the third measurement device, respectively, when the measured object moves from the reference state. And a calculation unit configured to perform calculation using the third measurement result, and the calculation unit uses the first measurement result and the second measurement result to calculate the object to be measured. The amount of rotation angle in the XZ plane from the reference state is calculated, and the amount of displacement of the measured object in the X-axis direction from the reference state is calculated using the amount of rotation angle and the third measurement result. Preferably, the amount of displacement of the object to be measured in the Z-axis direction from the reference state is calculated using the rotation angle amount, the first measurement result, and the second measurement result.
As a result, the rotation angle amount and the displacement amount of the object to be measured can be obtained more simply.
本発明の測定装置において、前記被測定物体は、複数のゴム層と鋼板との積層構造を有する免震装置における、前記鋼板であってもよい。
この場合でも、被測定物体の回転角度量及び変位量を簡便に求めることが可能となる。
In the measuring device of the present invention, the object to be measured may be the steel plate in a seismic isolation device having a laminated structure of a plurality of rubber layers and steel plates.
Even in this case, the rotation angle amount and the displacement amount of the object to be measured can be easily obtained.
本発明の測定方法は、第1基準壁面と、前記第1基準壁面に対して垂直な第2基準壁面と、被測定物体と連動するようにそれぞれ前記被測定物体に取り付けられる、第1測定器、第2測定器及び第3測定器と、を備えた測定装置を用いる、測定方法であって、前記第1基準壁面に平行な平面をXY平面とし、前記第2基準壁面に平行な平面をYZ平面とする、XYZ直交座標系を定義したとき、前記測定方法は、記被測定物体が基準状態から動いたときに、前記第1測定器及び前記第2測定器が、前記第1測定器及び前記第2測定器どうしの離間方向に対して一定の角度で傾斜した第1測定方向での、前記第1基準壁面に対する位置の変位量を、または、前記第1測定方向での前記第1基準壁面までの距離を、それぞれ測定して、それぞれ第1測定結果及び第2測定結果を得る、ステップと、記被測定物体が前記基準状態から前記動いたときに、前記第3測定器が、前記第1測定方向に対して一定の角度で傾斜した第2測定方向での、前記第2基準壁面に対する位置の変位量を、または、前記第2測定方向での前記第2基準壁面までの距離を、測定して、第3測定結果を得る、ステップと、前記第1測定結果及び前記第2測定結果を用いて、前記被測定物体の前記基準状態からのXZ平面での回転角度量を算出する、ステップと、前記回転角度量と前記第3測定結果とを用いて、前記被測定物体の前記基準状態からのX軸方向での変位量を算出する、ステップと、前記回転角度量と前記第1測定結果及び前記第2測定結果とを用いて、前記被測定物体の前記基準状態からのZ軸方向での変位量を算出する、ステップと、を含む。
この発明の測定方法によれば、被測定物体の回転角度量及び変位量を簡便に求めることが可能となる。
The measuring method of the present invention includes a first measuring device, a first reference wall surface, a second reference wall surface perpendicular to the first reference wall surface, and a first measuring device attached to the measured object so as to interlock with the measured object. A measuring method using a measuring device including a second measuring device and a third measuring device, wherein a plane parallel to the first reference wall surface is defined as an XY plane, and a plane parallel to the second reference wall surface is defined as When an XYZ Cartesian coordinate system is defined as a YZ plane, when the object to be measured moves from a reference state, the first measuring device and the second measuring device are the first measuring device. And a displacement amount of the position relative to the first reference wall surface in the first measurement direction inclined at a constant angle with respect to the separation direction of the second measuring devices, or the first measurement direction in the first measurement direction. Measure the distance to the reference wall and A step of obtaining a measurement result and a second measurement result, and when the object to be measured moves from the reference state, the third measuring device is inclined at a certain angle with respect to the first measurement direction. Measuring a displacement amount of a position relative to the second reference wall surface in two measurement directions or a distance to the second reference wall surface in the second measurement direction to obtain a third measurement result; and Using the first measurement result and the second measurement result, calculating a rotation angle amount on the XZ plane of the object to be measured from the reference state, the rotation angle amount and the third measurement result And calculating a displacement amount in the X-axis direction from the reference state of the object to be measured, using the rotation angle amount, the first measurement result, and the second measurement result, Z-axis direction from the reference state of the object to be measured It calculates the amount of displacement, comprising the steps, a.
According to the measuring method of the present invention, it is possible to easily obtain the rotation angle amount and the displacement amount of the object to be measured.
本発明の測定方法において、前記被測定物体は、複数のゴム層と鋼板との積層構造を有する免震装置における、前記鋼板であってもよい。
この場合でも、被測定物体の回転角度量及び変位量を簡便に求めることが可能となる。
In the measurement method of the present invention, the object to be measured may be the steel plate in a seismic isolation device having a laminated structure of a plurality of rubber layers and steel plates.
Even in this case, the rotation angle amount and the displacement amount of the object to be measured can be easily obtained.
この発明によれば、被測定物体の回転角度量及び変位量を簡便に求めることを可能にする、測定装置及び測定方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a measuring apparatus and a measuring method that make it possible to easily determine the rotation angle amount and the displacement amount of an object to be measured.
以下に、図面を参照しつつ、この発明に係る測定装置及び測定方法の実施形態を例示説明する。 Hereinafter, embodiments of a measuring apparatus and a measuring method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1〜図4を参照して、本発明の測定装置及び測定方法の一実施形態について説明する。本実施形態の測定装置1は、所定のXYZ直交座標系において、被測定物体OBが動くときのXZ平面内での回転角度量、X軸方向での変位量、及び、Z軸方向での変位量を、それぞれ求めるために使用されるものである。
ここで、被測定物体OBが動くときの「XZ平面での回転角度量」、「X軸方向での変位量」、及び、「Z軸方向での変位量」は、被測定物体OB内の所定の基準点(例えば、中心点C)を基準として、それぞれ求めるものとする。被測定物体OBは、任意のものでよいが、本例では、建築構造物用の免震装置30における、1枚の鋼板である。
本例の測定装置1は、例えば免震装置の研究現場において、免震装置30に特定の(大きさ及び方向の)荷重を負荷した際の、免震装置30の鋼板の回転角度量及び変位量を求めるために使用される。これにより、免震装置の性能を精度良く評価することができるようになる。
With reference to FIGS. 1-4, one Embodiment of the measuring apparatus and measuring method of this invention is described. The
Here, the “rotational angle amount in the XZ plane”, the “displacement amount in the X-axis direction”, and the “displacement amount in the Z-axis direction” when the measured object OB moves are determined in the measured object OB. Assume that a predetermined reference point (for example, center point C) is used as a reference, respectively. The object to be measured OB may be any object, but in this example, it is a single steel plate in the
The
図1は、本実施形態の測定装置1を、図2のA−A線に沿って示す、断面図である。図2は、図1の測定装置1を、被測定物体OBが動く前の基準状態で示す、側面図であり、図1の下側から観たときの様子を示している。図3及び図4は、図1の測定装置1を、被測定物体OBが基準状態から動いた後の状態で示す、側面図である。図3及び図4では、被測定物体OBの状態は同じであり、説明の便宜のために、別々の図面としている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the
免震装置30は、その中心軸線が鉛直方向に延びている。本明細書において、「上」、「下」とは、鉛直方向(重力の方向)での上、下を、それぞれ指す。
免震装置30は、免震装置30の上下両端にそれぞれ設けられたフランジ31、32と、フランジ31、32どうしを連結する積層構造部とを、有している。積層構造部は、複数(図の例では2つ)のゴム層33と1つ又は複数(図の例では1つ)の鋼板とが鉛直方向に交互に積層された構造を有している。図の例では、積層構造部を構成する1つの鋼板が、被測定物体OBである。被測定物体OBである鋼板は、各ゴム層33よりも大径に構成されており、そのため、各ゴム層33よりも外周側へと突出している。
The
The
免震装置30の上側のフランジ31は、上盤51に固定されており、免震装置30の下側のフランジ32は、下盤52に固定されている。上盤51及び下盤52は、それぞれ水平方向(鉛直方向に垂直な方向)に延在しており、互いに対向している。上盤51は、図示しない試験機に繋がれている。この試験機は、上盤51に下方向の荷重を掛けながら、上盤51を下盤52に対してほぼ水平方向に相対移動させることが可能なように構成されている。下盤52は、例えば床又は地面に固定される。
The
本例において、被測定物体OBの「基準状態」とは、図2に示すように、免震装置30が試験機の作用によって変形されていない無変形状態にあるときでの、被測定物体OBの状態を指す。被測定物体OBが基準状態にあるとき、被測定物体OBは水平方向に延在している。
In this example, the “reference state” of the measured object OB is the measured object OB when the
なお、免震装置30の上側のフランジ31が下側のフランジ32に対してほぼ水平方向に相対移動すると、積層構造部内のゴム層33の作用によって、図3に示す被測定物体OBを観て判るように、積層構造部内の鋼板には、水平方向の変位が生じるだけでなく、鉛直方向の変位と回転も生じる。このような積層構造部内の鋼板の変位量及び回転角度量は、上下のフランジ31、32どうしの相対変位量等に基づいて、解析等の計算によって精度良く求めることは難しいのが現状である。しかし、本実施形態の測定装置1及び測定方法によれば、積層構造部内の鋼板の変位量及び回転角度量を簡単に求めることができる。
Note that when the
測定装置1は、一対の測定部80、180と、記録計60と、コンピュータ装置70とを、備えている。便宜上、記録計60とコンピュータ装置70とは、図1にブロック図で示しており、図2〜図4ではその図示を省略している。
The measuring
図1に示すように、一対の測定部80、180は、免震装置30を間に挟んで、免震装置30の直径方向に互いに対向して配置されている。
一方の測定部80は、第1基準壁面S11と、第2基準壁面S12と、第1測定器41と、第2測定器42と、第3測定器43とを、含んでいる。
他方の測定部180は、第1基準壁面S111と、第2基準壁面S112と、第1測定器141と、第2測定器142と、第3測定器143とを、含んでいる。
一対の測定部80、180は互いに同様の構成を有するので、以下では、主に一方の測定部80の構成及び動作を説明することとし、他方の測定部180の構成及び動作の詳しい説明は省略する。
各測定部80、180の第1基準壁面S11、S111は、水平方向に延在しており、それぞれ共通の下盤52に固定された、第1基準壁11、111の上面からなる。
第2基準壁面S12は、第1基準壁面S11に対して垂直である。第2基準壁面S12は、第1基準壁11に垂直に第1基準壁11に対して位置が固定された第2基準壁12における、第1〜第3測定器41〜43と対向する側の面からなる。
本例では、第1基準壁11、第2基準壁12は、それぞれレーザ反射板からなる。
As shown in FIG. 1, the pair of
One
The
Since the pair of
The first reference wall surfaces S11 and S111 of the measuring
The second reference wall surface S12 is perpendicular to the first reference wall surface S11. The second reference wall surface S12 is on the side facing the first to
In this example, the
本例では、第1基準壁面S11に平行な平面をXY平面とし、第2基準壁面S12に平行な平面をYZ平面とする、XYZ直交座標系を定義する。
なお、第1基準壁面S11は、水平方向に対して傾斜していてもよい。
また、図1に示すように、本例では、X軸方向は、第1基準壁面S11の長手方向と平行であり、Y軸方向は、一対の測定部80、180が互いに対向する方向である。
本明細書において「傾斜」とは、傾斜角が垂直(90°)の場合も含むものとする。
In this example, an XYZ orthogonal coordinate system is defined in which a plane parallel to the first reference wall surface S11 is an XY plane and a plane parallel to the second reference wall surface S12 is a YZ plane.
Note that the first reference wall surface S11 may be inclined with respect to the horizontal direction.
Further, as shown in FIG. 1, in this example, the X-axis direction is parallel to the longitudinal direction of the first reference wall surface S11, and the Y-axis direction is a direction in which the pair of measuring
In this specification, “tilt” includes a case where the tilt angle is vertical (90 °).
第1〜第3測定器41〜43は、保持部40によって、被測定物体OBに取り付けられている。これにより、第1〜第3測定器41〜43は、被測定物体OBに対して、また、互いに対して、位置が固定されている。具体的に、本例では、第1〜第3測定器41〜43は、保持部40を介して、被測定物体OBである鋼板のうちの、ゴム層33よりも外周側へ突出した部分に、取り付けられている。保持部40の具体的な構成は任意である。
本例において、第1〜第3測定器41〜43は、それぞれレーザ変位計であるが、他の変位計であってもよい。
The first to
In this example, the first to
第1測定器41と第2測定器42は、互いに平行な方向にレーザ光(測定光)を、第1基準壁面S11に照射するように、指向されている。より具体的には、第1測定器41と第2測定器42は、第1測定器41及び第2測定器42どうしの離間方向(本例では、図2〜図4に示すv軸方向)に対して一定の角度(本例では、90°)で傾斜した第1測定方向(図2〜図4に示すu軸方向)に、それぞれ照射するように指向されている。
ここで、「第1測定器41及び第2測定器42どうしの離間方向」とは、第1測定器41の測定光の始点と第2測定器42の測定光の始点とを結ぶ直線の方向を指す。また、「一定の角度」とは、被測定物体OBが動いても変化しない角度である。すなわち、第1測定方向は、XYZ直交座標系で観た時に、被測定物体OBと連動して変化するものである。
図2に示すように、本例では、被測定物体OBが基準状態にあるときの第1測定方向が、Z軸方向に平行である。
そして、第1測定器41と第2測定器42は、それぞれ、上記第1測定方向での第1基準壁面S11に対する位置の変位量を測定するように構成されている。本例では、第1測定器41及び第2測定器42は、測定中、随時、その測定値を記録計60に出力する。
The
Here, the “separating direction between the
As shown in FIG. 2, in the present example, the first measurement direction when the measured object OB is in the reference state is parallel to the Z-axis direction.
And the
ここで、説明の便宜上、第1測定器41及び第2測定器42から出力される測定値を、それぞれRdispNE、RdispNWで表す。第1測定器41及び第2測定器42の測定値RdispNE、RdispNWは、図2に示すような、被測定物体OBが基準状態にあるとき(免震装置30が無変形状態にあるとき)は、0(ゼロ)の値をとるものとし、また、免震装置30が試験機の作用によって圧縮変形されることによって被測定物体OBが動いた場合に正(プラス)の値をとる。
なお、他方側の測定部180の第1測定器141及び第2測定器142の測定値は、それぞれRdispSE、RdispSWとする。
本明細書において、「動く」とは、物体の運動を指しており、並進運動や回転運動を含む概念である。
Here, for convenience of explanation, the measurement values output from the
Note that the measured values of the
In this specification, “moving” refers to the motion of an object and is a concept including translational motion and rotational motion.
図2に示すように、本例では、第1測定器41及び第2測定器42は、被測定物体OBが基準状態にあるとき、被測定物体OBの中心点Cを通るとともにYZ平面に平行な仮想面までの、X軸方向での距離が、同じである。また、本例では、第1測定器41及び第2測定器42は、被測定物体OBが基準状態にあるとき、Z座標とY座標が、同じである。本例において、回転角度量及び変位量を求めるときの基準点として用いられる、被測定物体OBの中心点Cは、被測定物体OBである円形の鋼板の平面視かつ厚み方向での中心点である。
As shown in FIG. 2, in this example, the first measuring
第3測定器43は、第1測定方向に対して一定の角度(本例では、90°)で傾斜した第2測定方向(図2〜図4に示すv軸方向)にレーザ光(測定光)を、第2基準壁面S12に照射するように、指向されている。より具体的には、第3測定器43は、第2測定方向での、第2基準壁面S12に対する位置の変位量を測定するように構成されている。
図2に示すように、本例では、被測定物体OBが基準状態にあるときの第2測定方向が、X軸方向に平行である。なお、「一定の角度」とは、被測定物体OBが動いても変化しない角度である。
The
As shown in FIG. 2, in this example, the second measurement direction when the measured object OB is in the reference state is parallel to the X-axis direction. The “constant angle” is an angle that does not change even when the object to be measured OB moves.
ここで、説明の便宜上、第3測定器43から出力される測定値を、HdispNで表す。第3測定器43の測定値HdispNは、免震装置30が、図2に示すような、被測定物体OBが基準状態にあるとき(免震装置30が無変形状態にあるとき)は、0(ゼロ)の値をとるものとし、また、免震装置30に対する試験機の作用によって、図3及び図4に示すように被測定物体OBの中心点Cが基準状態時に比べて第2基準壁面S12から遠ざかるように、免震装置30が変形された場合に、負(マイナス)の値をとる。
なお、他方側の測定部180の第3測定器143の測定値は、HdispSとする。
For convenience of explanation, the measurement value output from the third measuring
Note that the measurement value of the
記録計60は、例えばデータロガーから構成されている。記録計60は、有線又は無線の通信手段を介して、第1〜第3測定器41〜43の各々と通信可能に接続されている。記録計60は、少なくとも試験機の作用によって免震装置30が変形される間(ひいては被測定物体OBが動く間(本明細書では、「測定期間中」ともいう。)、第1〜第3測定器41〜43の測定値を、随時又は定期的に(例えば一定時間間隔毎に)読み取って、これを内部に記録する。そして記録計60は、測定期間中又は測定期間後に、第1〜第3測定器41〜43の測定値を、有線又は無線の通信手段を介して、コンピュータ装置70に送信する。あるいは、記録計60からコンピュータ装置70への第1〜第3測定器41〜43の測定値の伝送は、外部メモリ(SDカードやUSBメモリ)を介して実現されてもよい。
The
コンピュータ装置70は、演算部71と、記憶部72と、入力部74と、表示部75とを、有している。
なお、図1では、コンピュータ70を機能ブロックにより模式的に図示しているにすぎず、コンピュータ70のハードウェア構成は、演算部71と、記憶部72と、入力部74と、表示部75の各機能が実現される限り、任意のものを採用してよい。例えば、コンピュータ70は、そのハードウェア構成を観た場合に、1つの装置から構成されてもよいし、複数の装置から構成されてもよい。
The
In FIG. 1, the
演算部71は、例えば1つ又は複数のCPUから構成され、記憶部72に記憶された各種のプログラムを実行することにより、記憶部72と、入力部74と、表示部75とを含む、コンピュータ装置70の全体を制御しながら、様々な処理を実行する。
また、演算部71は、記憶部72に記憶された演算プログラム73を実行することにより、被測定物体OBが基準状態から動いたときに第1測定器、第2測定器及び第3測定器からそれぞれ得られる第1測定結果、第2測定結果及び第3測定結果を用いて、演算を行うように構成されている。
本例において、第1測定結果、第2測定結果及び第3測定結果とは、被測定物体OBが基準状態から動いた後の状態(図3、図4の状態)にあるときに、第1測定器41、第2測定器42及び第3測定器43からそれぞれ出力される測定値RdispNE、RdispNW、HdispNを指す。
そして、演算部71は、第1測定結果(RdispNE)及び第2測定結果(RdispNW)を用いて、被測定物体OBの基準状態からのXZ平面内での回転角度量を算出する。また、演算部71は、この算出した回転角度量と第3測定結果(HdispN)とを用いて、被測定物体OBの基準状態からのX軸方向での変位量を算出する。また、演算部71は、この回転角度量と第1測定結果(RdispNE)及び第2測定結果(RdispNW)とを用いて、被測定物体OBの基準状態からのZ軸方向での変位量を算出する。
XZ平面内での回転角度量、X軸方向での変位量、Z軸方向での変位量の算出方法については、後にさらに詳しく説明する。
The computing unit 71 includes, for example, one or a plurality of CPUs, and includes a
In addition, the calculation unit 71 executes the
In this example, the first measurement result, the second measurement result, and the third measurement result are the first when the measured object OB is in the state after moving from the reference state (the state in FIGS. 3 and 4). The measured values Rdisp NE , Rdisp NW , and Hdisp N output from the measuring
The operating section 71 includes a first measurement result (rdisp NE) and the second measurement result using the (rdisp NW), and calculates the rotation angle in the XZ plane from the reference state of the measured object OB. Further, the calculation unit 71 calculates the amount of displacement in the X-axis direction from the reference state of the measured object OB using the calculated rotation angle amount and the third measurement result (Hdisp N ). Further, the calculation unit 71 uses the rotation angle amount, the first measurement result (Rdisp NE ), and the second measurement result (Rdisp NW ), and the amount of displacement in the Z-axis direction from the reference state of the measured object OB. Is calculated.
The calculation method of the rotation angle amount in the XZ plane, the displacement amount in the X-axis direction, and the displacement amount in the Z-axis direction will be described in more detail later.
記憶部72は、例えば1つ又は複数のROM及び/又はRAMから構成され、演算部71が実行するための各種のプログラム(演算プログラム73等)や、第1測定器、第2測定器及び第3測定器からそれぞれ得られる第1測定結果、第2測定結果及び第3測定結果等、様々な情報を記憶する。
The
入力部74は、例えばキーボード、マウス、及び/又は押しボタン等から構成され、ユーザからの入力を受け付ける。
表示部75は、例えば液晶パネル等から構成され、XZ平面内での回転角度量、X軸方向での変位量、Z軸方向での変位量の算出結果等の、様々な情報を表示する。
The
The
つぎに、図3及び図4を参照して、被測定物体OBの基準状態から動いた後の状態までのXZ平面内での回転角度量、X軸方向での変位量、Z軸方向での変位量を算出する方法の一例を、順番に説明する。なお、以下の例では、被測定物体OBが、基準状態から動いた後の状態までの、XY平面内及びYZ平面内での回転角度量が0(ゼロ)であり、Y軸方向への変位量が0(ゼロ)であったものとする。 Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, the amount of rotation angle in the XZ plane from the reference state of the object OB to be measured to the state after moving, the amount of displacement in the X-axis direction, and the amount in the Z-axis direction An example of a method for calculating the displacement amount will be described in order. In the following example, the amount of rotation angle in the XY plane and the YZ plane from the reference state to the state after the object to be measured OB moves is 0 (zero), and the displacement in the Y-axis direction Assume that the amount was 0 (zero).
(XZ平面内での回転角度量)
まず、図3を参照して、被測定物体OBの基準状態から動いた後の状態までのXZ平面内での回転角度量を算出する方法の一例を、説明する。本例において、演算部71は、以下に説明する方法で、この回転角度量を求めるが、他の方法により求めてもよい。
被測定物体OBの基準状態から動いた後の状態までのXZ平面内での回転角度量を「θ」で表す。この回転角度量θは、被測定物体OBの中心点CまわりのXZ平面内での回転角であるものとし、+Y方向を観た時における反時計回りを正とする。
なお、本明細書中の式(1)〜(12)においては、太字はベクトル又は行列を表しており、細字はスカラーを表している。例えばVE、VW、L1、L2、L3の文字は、これらの式の中で、太字で表されている場合と細字で表されている場合とがあるが、太字で表されている場合はベクトルを表し、細字で表されている場合はそれぞれのベクトルの大きさを表している。
ここで、ベクトルVE、VWの大きさについて、つぎの式(1)、(2)が成り立つ。
すると、回転角度量θは、つぎの式(3)で求められる。
なお、上述したように、第1測定器41と第2測定器42は、第1測定器41及び第2測定器42どうしの離間方向(本例では、図2〜図4に示すv軸方向)に対して一定の角度(本例では、90°)で傾斜した第1測定方向(図2〜図4に示すu軸方向)に、それぞれレーザ光(測定光)を照射するように指向されている。すなわち、第1測定器41及び第2測定器42どうしの離間方向が第1測定方向と同じではなく、また、第1測定器41と第2測定器42はそれぞれ測定光を照射する方向(第1測定方向)が互いに平行である。このように第1測定器41と第2測定器42を配置することにより、式(3)を用いてXZ平面内での回転角度量θを求めることが可能となる。
(Rotation angle amount in XZ plane)
First, an example of a method for calculating the rotation angle amount in the XZ plane from the reference state of the measured object OB to the state after moving will be described with reference to FIG. In this example, the calculation unit 71 obtains the rotation angle amount by the method described below, but may obtain it by another method.
The rotation angle amount in the XZ plane from the reference state of the measured object OB to the state after moving is represented by “θ”. This rotation angle amount θ is a rotation angle in the XZ plane around the center point C of the object OB to be measured, and a counterclockwise rotation when viewing the + Y direction is positive.
In formulas (1) to (12) in this specification, bold indicates a vector or matrix, and thin indicates a scalar. For example, the letters V E , V W , L 1 , L 2 , and L 3 may be represented in bold or thin in these formulas, but they are represented in bold. Represents a vector, and if it is represented in fine letters, it represents the size of each vector.
Here, the following expressions (1) and (2) are established for the magnitudes of the vectors V E and V W.
Then, the rotation angle amount θ is obtained by the following equation (3).
Note that, as described above, the first measuring
なお、式(3)は、免震装置30に対してY軸方向一方側にある測定部80の第1測定結果(RdispNE)及び第2測定結果(RdispNW)を用いて回転角度量θを求めている。しかし、精度向上のため、つぎの式(4)のように、他方側の測定部180の第1測定結果(RdispSE)及び第2測定結果(RdispSW)を用いて別途求めた回転角度量θとの平均をとると、さらによい。
(X軸方向での変位量)
つぎに、図4を参照して、被測定物体OBの基準状態から動いた後の状態までのX軸方向での変位量を算出する方法の一例を、説明する。本例において、演算部71は、以下に説明する方法で、このX軸方向での変位量を求めるが、他の方法により求めてもよい。
被測定物体OBの基準状態からのX軸方向での変位量は、被測定物体OBの基準状態から動いた後の状態までの、被測定物体OBの中心点CのX軸方向での変位量であるものと定義する。
ここで、ベクトルL1、L2、L3について、つぎの式(5)が成り立つ。
そして、被測定物体OBの基準状態からのX軸方向での変位量は、次の式(6)により求めることができる。
このように、式(3)又は(4)で求めた回転角度量θと、第3測定結果(HdispN)とを用いて、被測定物体OBの基準状態からのX軸方向での変位量を算出できる。なお、第3測定結果(HdispN)の値は、図2に示す被測定物体OBの初期状態では0(ゼロ)であり、図4に示す被測定物体OBが動いた後の状態においては、負(マイナス)となる。
なお、第3測定器43自体は被測定物体OBの中心点Cから離れているが、X軸方向での変位量を算出するにあたっては、式(6)において、被測定物体OBの中心点Cを起点とするベクトルL1、L1,0を用いているので、被測定物体OBの中心点CのX軸方向での変位量を正確に求めることが可能である。
(Displacement in the X-axis direction)
Next, an example of a method for calculating the amount of displacement in the X-axis direction from the reference state of the measured object OB to the state after moving will be described with reference to FIG. In this example, the calculation unit 71 obtains the displacement amount in the X-axis direction by the method described below, but may obtain it by another method.
The amount of displacement in the X-axis direction from the reference state of the measured object OB is the amount of displacement in the X-axis direction of the center point C of the measured object OB from the reference state of the measured object OB to the state after moving. Is defined as
Here, the following equation (5) holds for the vectors L 1 , L 2 , and L 3 .
Then, the displacement amount in the X-axis direction from the reference state of the object to be measured OB can be obtained by the following equation (6).
As described above, the amount of displacement in the X-axis direction from the reference state of the object OB to be measured using the rotation angle amount θ obtained by the expression (3) or (4) and the third measurement result (Hdisp N ). Can be calculated. Note that the value of the third measurement result (Hdisp N ) is 0 (zero) in the initial state of the measured object OB shown in FIG. 2, and in the state after the measured object OB shown in FIG. Negative (minus).
The
なお、式(6)は、免震装置30に対してY軸方向一方側にある測定部80の第3測定結果(HdispN)を用いてX軸方向での変位量を求めている。しかし、精度向上のため、つぎの式(7)の値のように、他方側の測定部180の第3測定結果(HdispS)を用いて別途求めたX軸方向での変位量との平均をとると、さらによい。
(Z軸方向での変位量)
つぎに、図3を参照して、被測定物体OBの基準状態から動いた後の状態までのZ軸方向での変位量を算出する方法の一例を、説明する。本例において、演算部71は、以下に説明する方法で、このZ軸方向での変位量を求めるが、他の方法により求めてもよい。
被測定物体OBの基準状態からのZ軸方向での変位量は、被測定物体OBの基準状態から動いた後の状態までの、被測定物体OBの中心点CのZ軸方向での変位量であるものと定義する。
ここで、ベクトルVについて、つぎの式(8)が成り立つ。
そして、式(5)に示した行列Rと、Z軸方向の単位ベクトルezを用いて、ベクトルVE、VWは、次の式(9)、(10)のように表すことができる。
そして、被測定物体OBの基準状態からのZ軸方向での変位量は、次の式(11)により求めることができる。
このように、式(3)又は(4)で求めた回転角度量θと、第1測定結果(RdispNE)及び第2測定結果(RdispNW)とを用いて、被測定物体OBの基準状態からのZ軸方向での変位量を算出できる。
なお、第1測定器41及び第2測定器42自体は被測定物体OBの中心点Cから離れているが、Z軸方向での変位量を算出するにあたっては、式(11)において、被測定物体OBの中心点Cを起点とするベクトルV、Voを用いているので、被測定物体OBの中心点CのZ軸方向での変位量を正確に求めることが可能である。
(Displacement in the Z-axis direction)
Next, an example of a method for calculating the amount of displacement in the Z-axis direction from the reference state of the measured object OB to the state after moving will be described with reference to FIG. In this example, the computing unit 71 obtains the amount of displacement in the Z-axis direction by the method described below, but may obtain it by another method.
The amount of displacement in the Z-axis direction from the reference state of the measured object OB is the amount of displacement in the Z-axis direction of the center point C of the measured object OB from the reference state of the measured object OB to the state after moving. Is defined as
Here, for the vector V, the following equation (8) holds.
Then, a matrix R shown in equation (5), using the unit vector e z of the Z-axis direction, the vector V E, V W, the following equation (9) can be expressed as (10) .
Then, the displacement amount in the Z-axis direction from the reference state of the object to be measured OB can be obtained by the following equation (11).
As described above, the reference state of the object OB to be measured is obtained by using the rotation angle amount θ obtained by the expression (3) or (4) and the first measurement result (Rdisp NE ) and the second measurement result (Rdisp NW ). The amount of displacement in the Z-axis direction can be calculated.
The
なお、式(11)は、免震装置30に対してY軸方向一方側にある測定部80の第1測定結果(RdispNE)及び第2測定結果(RdispNW)を用いてZ軸方向での変位量を求めている。しかし、精度向上のため、つぎの式(12)の値のように、他方側の測定部180の第1測定結果(RdispSE)及び第2測定結果(RdispSW)を用いて別途求めたZ軸方向での変位量との平均をとると、さらによい。
なお、被測定物体OBが、基準状態から動いた後の状態までの、Y軸方向への変位があった場合でも、上記式(1)〜(12)を用いて説明した方法により、XZ平面内での回転角度量、X軸方向での変位量、Z軸方向での変位量を算出できる。
一方、被測定物体OBが、基準状態から動いた後の状態までの、XY平面内及び/又はYZ平面内での回転角度量があった場合には、XZ平面内での回転角度量、X軸方向での変位量、Z軸方向での変位量を算出するための式は、上記式(1)〜(12)とは異なることとなる。
Even when the object to be measured OB is displaced in the Y-axis direction from the reference state to the state after moving, the XZ plane is obtained by the method described using the above formulas (1) to (12). The amount of rotation angle inside, the amount of displacement in the X-axis direction, and the amount of displacement in the Z-axis direction can be calculated.
On the other hand, when there is a rotation angle amount in the XY plane and / or the YZ plane from the reference state to the state after the object to be measured OB moves, the rotation angle amount in the XZ plane, X The equations for calculating the displacement amount in the axial direction and the displacement amount in the Z-axis direction are different from the above equations (1) to (12).
上述した例の測定装置1及び測定方法によれば、様々な形状や構造の被測定物体OBにも使用できるので、高い汎用性や利便性が得られる。また、測定装置1の構成としては、少なくとも2つの基準壁面S11、S12と、3つの測定器41〜43とを準備できればよいので、構造を簡単にできる。よって、被測定物体の回転角度量及び変位量を簡便に求めることができる。
According to the
なお、上述の例に限られず、本発明の測定装置及び測定方法は様々な変形例が可能である。
図5〜図7は、測定装置1の一変形例を示している。この変形例では、第1測定器41及び第2測定器42が、第1測定方向(u軸方向)での第1基準壁面S11までの(変位ではなく)距離を、それぞれ測定し出力するように構成されており、また、第3測定器43が、第2測定方向(v軸方向)での第2基準壁面S12までの(変位ではなく)距離を測定し出力するように構成されている点のみで、図1〜図4を参照して上述した例とは異なる。第1〜第3測定器41〜43は、例えばレーザ距離計から構成するとよい。 図5は、本変形例の測定装置1を、被測定物体OBが動く前の基準状態で示している。図6及び図7は、図5の測定装置1を、被測定物体OBが基準状態から動いた後の状態で示している。図6及び図7では、被測定物体OBの状態は同じであり、説明の便宜のために、別々の図面としている。
Note that the present invention is not limited to the above example, and various modifications can be made to the measurement apparatus and the measurement method of the present invention.
5 to 7 show a modified example of the measuring
ここで、説明の便宜上、図5に示す被測定物体OBの基準状態において、第1測定器41、第2測定器42、及び第3測定器43から出力される測定値を、それぞれDI1、DI2、DI3で表す。また、図6及び図7に示す被測定物体OBの動いた後の状態において、第1測定器41、第2測定器42、及び第3測定器43から出力される測定値を、それぞれDA1、DA2、DA3で表す。
For convenience of explanation, in the reference state of the measured object OB shown in FIG. 5, the
そして、この変形例において、被測定物体OBの基準状態から動いた後の状態までのXZ平面内での回転角度量θは、例えば、つぎの式(13)で求められる。
また、この変形例において、被測定物体OBの基準状態からのX軸方向での変位量は、動いた後の状態における被測定物体OBの中心点Cの第2基準壁面S12からのX軸方向の距離から、初期状態における被測定物体OBの中心点Cの第2基準壁面S12からのX軸方向の距離を、差し引いて求めることができるので、つぎの式(14)で求められる。
式(14)に示すように、式(13)で求めた回転角度量θと、被測定物体OBの動いた後の状態における第3測定結果(DA3)とを用いて、被測定物体OBの基準状態からのX軸方向での変位量を算出できる。
なお、被測定物体OBの初期状態において、図5に示すように、L2=L4+DI3であるから、式(14)は、つぎの式(15)に変換できる。
As shown in the equation (14), the measured object OB is obtained by using the rotation angle amount θ obtained in the equation (13) and the third measurement result (DA 3 ) in the state after the measured object OB moves. The amount of displacement in the X-axis direction from the reference state can be calculated.
Since L 2 = L 4 + DI 3 in the initial state of the object to be measured OB, as shown in FIG. 5, Expression (14) can be converted into the following Expression (15).
また、この変形例において、被測定物体OBの基準状態からのZ軸方向での変位量は、動いた後の状態における被測定物体OBの中心点Cの第1基準壁面S11からのZ軸方向の距離から、初期状態における被測定物体OBの中心点Cの第1基準壁面S11からのZ軸方向の距離を、差し引いて求めることができるので、例えば、つぎの式(16)で求められる。
式(16)に示すように、式(13)で求めた回転角度量θと、被測定物体OBの動いた後の状態における第1測定結果(DA1)及び第2測定結果(DA2)とを用いて、被測定物体OBの基準状態からのZ軸方向での変位量を算出できる。
なお、被測定物体OBの初期状態において、図5に示すように、V0=L5+DI1=L5+DI2であるから、式(16)は、つぎの式(17)や式(18)に変換できる。
As shown in the equation (16), the rotation angle amount θ obtained in the equation (13) and the first measurement result (DA 1 ) and the second measurement result (DA 2 ) in the state after the measured object OB moves. Can be used to calculate the amount of displacement in the Z-axis direction from the reference state of the measured object OB.
Since V 0 = L 5 + DI 1 = L 5 + DI 2 as shown in FIG. 5 in the initial state of the object to be measured OB, Expression (16) can be expressed by the following Expression (17) or Expression (18).
なお、上述した各例において、測定装置1は、コンピュータ装置70を備えなくてもよい。その場合、例えば、ユーザが、第1〜第3測定器41〜43から、又は、記録計60から、第1〜第3測定結果を取得して、第1〜第3測定結果を用いて上述した方法で、XZ平面内での回転角度量、X軸方向での変位量、Z軸方向での変位量を、自ら計算して求めてもよい。
また、測定装置1は、記録計60を備えなくてもよい。その場合、例えば、第1測定器41〜43の内部にそれぞれの測定値が記録されるようにしてもよいし、あるいは、第1測定器41〜43のそれぞれの測定値がコンピュータ装置70に送信されるようにしてもよい。
In each example described above, the measuring
Further, the measuring
また、図1〜図4を参照して上述した例では、測定装置1は、精度向上の観点から測定部を測定部80、180の2つ有するが、測定部を1つのみ、又は、3つ以上、有してもよい。
また、免震装置30のフランジ31、32を被測定物体OBとしてもよい。
また、免震装置30は、複数のゴム層33と複数の鋼板とが互いに積層された積層構造を有するものでもよい。
In the example described above with reference to FIGS. 1 to 4, the measuring
Further, the
Moreover, the
本発明による測定装置及び測定方法は、任意の被測定物体の回転角度量及び変位量を求めるために利用できる。 The measuring apparatus and measuring method according to the present invention can be used to determine the rotation angle amount and displacement amount of an arbitrary object to be measured.
1:測定装置、 11、111:第1基準壁、 12、112:第2基準壁、 30:免震装置、 31、32:フランジ、 33:ゴム層、 40、140:保持部、 41、141:第1測定器、 42、142:第2測定器、 43、143:第3測定器、 51:上盤、 52:下盤、 60:記録計、 70:コンピュータ装置、 71:演算部、 72:記憶部、 73:演算プログラム、 74:入力部、 75:表示部、 80、180:測定部、 C:被測定物体の中心、 OB:被測定物体、 S11、S111:第1基準壁面、 S12、S112:第2基準壁面
1:
Claims (5)
前記第1基準壁面に垂直な第2基準壁面と、
被測定物体と連動するようにそれぞれ前記被測定物体に取り付けられる、第1測定器、第2測定器及び第3測定器と、
を備え、
前記第1基準壁面に平行な平面をXY平面とし、前記第2基準壁面に平行な平面をYZ平面とする、XYZ直交座標系を定義したとき、前記被測定物体の基準状態からの、前記被測定物体のXZ平面内での回転角度量、X軸方向での変位量、及び、Z軸方向での変位量を、それぞれ求めるために使用される、測定装置であって、
前記第1測定器及び前記第2測定器は、前記第1測定器及び前記第2測定器どうしの離間方向に対して一定の角度で傾斜した第1測定方向での、前記第1基準壁面に対する位置の変位量を、または、前記第1測定方向での前記第1基準壁面までの距離を、それぞれ測定するように構成されており、
前記第3測定器は、前記第1測定方向に対して一定の角度で傾斜した第2測定方向での、前記第2基準壁面に対する位置の変位量を、または、前記第2測定方向での前記第2基準壁面までの距離を、測定するように構成されている、測定装置。 A first reference wall;
A second reference wall surface perpendicular to the first reference wall surface;
A first measuring device, a second measuring device, and a third measuring device, each of which is attached to the measured object so as to interlock with the measured object;
With
When an XYZ Cartesian coordinate system is defined in which a plane parallel to the first reference wall surface is an XY plane and a plane parallel to the second reference wall surface is a YZ plane, the object to be measured from the reference state is measured. A measuring device used to obtain a rotation angle amount of a measurement object in an XZ plane, a displacement amount in an X-axis direction, and a displacement amount in a Z-axis direction,
The first measuring device and the second measuring device are relative to the first reference wall surface in a first measuring direction inclined at a constant angle with respect to a separating direction of the first measuring device and the second measuring device. A displacement amount of a position, or a distance to the first reference wall surface in the first measurement direction, is configured to respectively measure;
The third measuring device may calculate a displacement amount of the position relative to the second reference wall surface in the second measurement direction inclined at a constant angle with respect to the first measurement direction, or the second measurement direction. A measuring device configured to measure a distance to a second reference wall surface.
前記演算部は、
前記第1測定結果及び前記第2測定結果を用いて、前記被測定物体の前記基準状態からのXY平面内での回転角度量を算出し、
前記回転角度量と前記第3測定結果とを用いて、前記被測定物体の前記基準状態からのX軸方向での変位量を算出し、
前記回転角度量と前記第1測定結果及び前記第2測定結果とを用いて、前記被測定物体の前記基準状態からのZ軸方向での変位量を算出する、請求項1に記載の測定装置。 Using the first measurement result, the second measurement result, and the third measurement result obtained from the first measurement device, the second measurement device, and the third measurement device, respectively, when the measured object moves from the reference state. And an arithmetic unit configured to perform an arithmetic operation,
The computing unit is
Using the first measurement result and the second measurement result, a rotation angle amount in the XY plane from the reference state of the measured object is calculated,
Using the rotation angle amount and the third measurement result, a displacement amount in the X-axis direction from the reference state of the measured object is calculated,
The measuring apparatus according to claim 1, wherein a displacement amount in the Z-axis direction from the reference state of the object to be measured is calculated using the rotation angle amount, the first measurement result, and the second measurement result. .
前記第1基準壁面に対して垂直な第2基準壁面と、
被測定物体と連動するようにそれぞれ前記被測定物体に取り付けられる、第1測定器、第2測定器及び第3測定器と、
を備えた測定装置を用いる、測定方法であって、
前記第1基準壁面に平行な平面をXY平面とし、前記第2基準壁面に平行な平面をYZ平面とする、XYZ直交座標系を定義したとき、
前記測定方法は、
記被測定物体が基準状態から動いたときに、前記第1測定器及び前記第2測定器が、前記第1測定器及び前記第2測定器どうしの離間方向に対して一定の角度で傾斜した第1測定方向での、前記第1基準壁面に対する位置の変位量を、または、前記第1測定方向での前記第1基準壁面までの距離を、それぞれ測定して、それぞれ第1測定結果及び第2測定結果を得る、ステップと、
記被測定物体が前記基準状態から前記動いたときに、前記第3測定器が、前記第1測定方向に対して一定の角度で傾斜した第2測定方向での、前記第2基準壁面に対する位置の変位量を、または、前記第2測定方向での前記第2基準壁面までの距離を、測定して、第3測定結果を得る、ステップと、
前記第1測定結果及び前記第2測定結果を用いて、前記被測定物体の前記基準状態からのXZ平面での回転角度量を算出する、ステップと、
前記回転角度量と前記第3測定結果とを用いて、前記被測定物体の前記基準状態からのX軸方向での変位量を算出する、ステップと、
前記回転角度量と前記第1測定結果及び前記第2測定結果とを用いて、前記被測定物体の前記基準状態からのZ軸方向での変位量を算出する、ステップと、
を含む、測定方法。 A first reference wall;
A second reference wall surface perpendicular to the first reference wall surface;
A first measuring device, a second measuring device, and a third measuring device, each of which is attached to the measured object so as to interlock with the measured object;
A measuring method using a measuring device comprising:
When an XYZ orthogonal coordinate system is defined in which a plane parallel to the first reference wall surface is an XY plane and a plane parallel to the second reference wall surface is a YZ plane,
The measurement method is:
When the object to be measured is moved from the reference state, the first measuring device and the second measuring device are inclined at a certain angle with respect to the separating direction of the first measuring device and the second measuring device. A displacement amount of the position with respect to the first reference wall surface in the first measurement direction or a distance to the first reference wall surface in the first measurement direction is measured, respectively. 2 obtaining measurement results, and
The position of the third measuring device relative to the second reference wall surface in the second measurement direction inclined at a constant angle with respect to the first measurement direction when the measured object moves from the reference state. Measuring the amount of displacement or the distance to the second reference wall surface in the second measurement direction to obtain a third measurement result;
Using the first measurement result and the second measurement result to calculate a rotation angle amount of the object to be measured in the XZ plane from the reference state;
Using the rotation angle amount and the third measurement result, calculating a displacement amount of the object to be measured in the X-axis direction from the reference state;
Calculating a displacement amount in the Z-axis direction of the object to be measured from the reference state using the rotation angle amount and the first measurement result and the second measurement result; and
Including a measuring method.
The measurement method according to claim 4, wherein the object to be measured is the steel plate in a seismic isolation device having a laminated structure of a plurality of rubber layers and steel plates.
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