JP2994401B2 - 信号伝送システム - Google Patents
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- G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
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-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
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- G08C19/00—Electric signal transmission systems
- G08C19/12—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is frequency or phase of AC
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C23/00—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems
- G08C23/04—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems using light waves, e.g. infrared
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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-
- G—PHYSICS
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- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
Description
の他(単に工作機械という)において用いられる信号伝
送システムに関するものである。
のプローブが知られている。ワークピース表面と接触ま
たは所定の関係を得たときにトリガ信号を発生するトリ
ガプローブや、ワークピース表面の位置に関連したディ
ジタルまたはアナログ出力を発生する測定プローブもそ
れに含まれる。
能とするときには、機械にワイヤレス伝送システムを設
け、プローブ出力を伝送してインタフェースに戻すよう
にすることが知られている。例えば、米国特許第4,509,
266号では光学(赤外線)伝送システムが開示されてい
る。このようなシステムは、レニショウ・メトロロジ・
リミテッド(英国グロスターシャー州ウォットン・アン
ダー・エッジ)からも入手できる。同様なシステムは例
えば機械の台(ベッド)上、あるいはコンベヤないしは
パレット上におけるワークピースの存在ないしは位置に
関連して、またはバイス,グリッパあるいはロボットな
どの装置の状態に関連して、他のセンサからの信号を伝
送するのにも用いることができる。例えば米国特許第4,
545,106号を参照されたい。
サに内蔵された、またはこれに取付けられた光学伝送モ
ジュールに内蔵されたバッテリ電源が含まれる。バッテ
リパワーを保存するためには、光学伝送が所望時にのみ
スイッチオンされるのが望ましいのは明らかである。そ
して、上記米国特許第4,509,266号では2ウェイ伝送シ
ステムが開示され、ここではプローブ内のレシーバが、
機械のインタフェースに組合せて機械に取付けられたト
ランスミッタからの高強度の赤外線フラッシュの受信時
にバッテリ電源をスイッチオンするようにしている。レ
ニショウ・メトロロジ・リミテッドからは機械に取付け
られたインタフェース・モジュール(プローブによって
伝送される信号を受容するもの)からプローブに取付け
られたレシーバに低強度の赤外線を伝送することによっ
て同様の効果を達成するシステムを入手できる。このた
めの低強度の赤外線信号は所定周波数でオンおよびオフ
するように変調され、周囲輻射からプローブ内のレシー
バによってピックアップすることができる。この低強度
の信号は、事実上、所定周波数を有する短いバーストの
赤外線パルスである。
がわかっている。しかしながら、工作機械には、同時に
使用可能なものであれ、変換可能で非使用時には工具マ
ガジンに貯蔵されるものであれ、異なった検査ジョブに
対応すべくいくつかのプローブが設けられる傾向が多く
なってきている。1つのプローブが使用されるべきとき
には、そのプローブをスイッチオンして、その工作機械
または他の工作機械上の他のプローブが同時にスイッチ
オンされることがないようにするのが望ましいであろ
う。そのような伝送システムが他のセンサからの信号を
伝送するのに用いられるものであっても、同じ問題が存
在する。
加えて、他の非使用プローブからの信号をも受信してし
まい干渉が生じ得るからである。また、非使用のプロー
ブのバッテリが徒らにオンとされればバッテリの消耗が
早くなり、頻繁なバッテリ変換が必要となる。
有し(後述の実施例では第1図に示されたプローブ18A
〜18Cに対応する)、使用に係る一つの前記センサを、
工作機械を制御する数値制御部によって選択可能とした
工作機械における信号伝送システムであって、 それぞれの前記センサによって生成されるセンサ信号
をワイヤレスに伝送するためにそれぞれの前記センサに
ついて設けられ、バッテリ(第1図および第2図に示さ
れたバッテリ24に対応する)によって駆動される信号伝
送手段(第1図および第2図に示されたトランスミッタ
回路23に対応する)と、 ワイヤレスの所定信号を受信するためにそれぞれの前
記センサに設けられた受信手段(第1図に示されたレシ
ーバ34ないしその構成要素であるフォトダイオード32に
対応する)と、 当該信号の受信時にバッテリのパワーをスイッチオン
するためにそれぞれの前記センサに設けられた手段(第
3図に示された電子切換えスイッチ30に対応する)と、 前記センサから離隔して設けられ、前記バッテリのパ
ワーをスイッチオンする目的でそれぞれの前記センサに
対応したワイヤレスの前記所定信号を発生して伝送する
所定信号伝送手段(第2図の上側部分に示されたトラン
スミッタ35、発光ダイオード36、発振器38A〜38Cその他
を含む回路、第5図に示された拡張ユニット80、または
第6図に示された回路に対応する)と、を具え、 該所定信号伝送手段は、使用が選択されたセンサを指
示する前記数値制御部からの信号を受信し、当該選択さ
れたセンサに対応した特定の特性を有する前記所定信号
を生成すべく動作するセレクタ(第2図、第5図または
第6図に示されたセレクタスイッチ42、84または112に
対応する)を有し、 それぞれの前記センサに設けられた前記受信手段は、
当該センサについての特定の特性であって、これに応じ
て前記バッテリパワーをスイッチオンするための当該特
性に応答し、他のセンサに対する前記所定信号には反応
しない手段(第3図または第4図に示されたバンドパス
フィルタ48およびディテクタ50、または第6図に示され
た光学フィルタ37A〜37Cに対応する)を有することを特
徴とする。
(第2図または第6図に示された発光ダイオード36また
は36A−36Cに対応する)を具えることができる。
送される信号が有する所定の変調周波数とすることがで
き、前記所定の変調周波数に応答する電子フィルタ(第
3図に示されたバンドパスフィルタ48に対応する)を前
記受信手段に設けることができる。さらに、前記所定信
号伝送手段は、周波数変調された信号のバーストを有す
る外部信号の受信に応じ、前記所定信号のバーストをイ
ネーブルにする手段(第5図におけるローパスフィルタ
82およびセレクタ回路84に対応する)を有するものとす
ることができる。
いての前記光学的な所定信号の所定色とすることもでき
る。
テリパワーをスイッチオフする手段(第2図の構成にお
けるタイマ52または第4図の構成におけるハイパスフィ
ルタ64およびディテクタ66に対応する)を有するものと
することができる。そして、そのスイッチオフ手段は、
所定時間の経過後に前記バッテリパワーをスイッチオフ
とするためのタイマ手段、あるいは、前記所定信号伝送
手段からさらに他の信号を受信する手段(スイッチオフ
信号に応答するための第4図におけるハイパスフィルタ
64およびディテクタ66に対応する)を有するものとする
ことができる。
して、単一のセンサに関して信号を送受信するよう構成
されたインタフェース回路(第5図の回路例におけるイ
ンタフェース68に対応する)に対して、セレクタ(同じ
くセレクタ回路84)を内蔵し、それぞれの前記センサに
ついての特定の特性を有する前記所定の信号を発生する
拡張ユニット(同じく回路80)を具えることができる。
る。
ピンドル12を示す。スピンドル12は、台10に対してクラ
ンプされたワークピース14の加工および検査動作を実行
するために台10に対しX,YおよびZ方向に移動可能であ
る。ワークピースに加工を施すべく、コンピュータ数値
制御装置(不図示)のプログラム制御の下、スピンドル
12は、工具マガジン16に貯蔵された種々の切削工具(不
図示)のいずれをもピックアップできる。検査動作を行
うべく、スピンドル12は同様にマガジン16に貯蔵された
複数のプローブ18A,18B,18Cのいずれをもピックアップ
可能である。
タイラス20がワークピース14の表面と接触したときに公
知の方法で出力信号を発生するための回路22(第3図)
を有している。プローブ信号を伝送して機械に戻すため
に、各プローブは第3図中符号23で示した信号トランス
ミッタ回路を有している。プローブ回路22およびトラン
スミッタ23は、プローブ内のバッテリ24によって電力が
供給される。トランスミッタは第1図に示すように、プ
ローブ表面上に赤外光の発光ダイオード26を有してい
る。所望であれば、1以上のそのような発光ダイオード
をプローブの周囲に配置して、全方向形信号伝送を行う
ようにすることもできる。使用に際しては、発光ダイオ
ード26から伝送される赤外信号は機械に取付けられたレ
シーバおよびトランスミッタモジュール28によって受信
される。このモジュール28は、第2図に示すように、レ
シーバ・フォトダイオード58および信号処理回路60を含
む回路を有し、ここからプローブ信号がライン62を通っ
てインタフェース(不図示)を介し機械のコンピュータ
数値制御装置に伝送される。プローブからのプローブ信
号を伝送し、およびこれを受信して処理するモジュール
28内の回路は従来のものを用いることができるので詳述
しない。
は電子切換えスイッチ30を介してプローブ回路22および
トランスミッタ23に接続される。スイッチ30は、ライン
54を介して回路22およびトランスミッタ23に電力供給を
行うために、機械のレシーバおよびトランスミッタモジ
ュール28から伝送される所定の信号の受信に応じてスイ
ッチングされる。所定の信号は第2図の残りの回路によ
って機械モジュール28内で生成され、各プローブ上でプ
ローブのレシーバ34の要素であるフォトダイオード32に
より受信される。
ミッタ35は、赤外光の発光ダイオード36を含んでいる。
第2図の機械モジュールはまた、制御されるべき最大数
のプローブ18A,18B,18Cに対応して複数の方形波発振器3
8A,38B,38Cを有している。各発振器は5kHz,6kHz,7kHzの
ように異なった周波数f1,f2,f3を有する信号を発生す
る。所定のプローブ18がスピンドル12にピックアップさ
れてスイッチオンとされると、この結果、信号が機械の
コンピュータ数値制御装置からモジュール28内の制御回
路40に伝送される。そこで制御回路40はセレクタスイッ
チ42を作動させ、発振器38A,38B,38Cの1つの対応出力
を選択させる。次にこれによって単安定マルチバイブレ
ータ44がトリガされ、例えば250msの所定時間のパルス
を発生する。単安定マルチバイブレータ44の出力はゲー
ト46を制御してセレクタスイッチ42の出力を通過させ、
これによってトランスミッタ35は選択されている周波数
f1,f2,またはf3を有する250ms幅バーストの方形波パル
スを受信する。このバーストパルスは光学的にプローブ
のレシーバ34に伝送される。発光ダイオード36の赤外線
出力は周波数f1,f2またはf3をもって効果的に変調(オ
ンおよびオフにスイッチング)される。
ンドパスフィルタ48を含んでいる。各プローブ18A,18B,
18C内のフィルタ48は、そのプローブに対応した適切な
周波数f1,f2,f3に適合するよう同調されている。従っ
て、セレクタ42で選択されているプローブのバンドパス
フィルタ48だけが、プローブをスイッチオンするために
伝送される信号を通過させ、マガジン16内の他のプロー
ブは影響を受けない。
一般的なディテクタ回路50に受信される。ディテクタ回
路50は電流および平滑化を行うことによって交番信号を
検出する。その結果、単安定マルチバイブレータ44の25
0msに対応した長さのパルスが生成される。これが電子
スイッチ30をスイッチングするのに用いられ、バッテリ
24がプローブ回路22およびトランスミッタ23に接続され
てこれらを付勢する。
例えば1または2分後にスイッチオフするために、スイ
ッチ30はタイマ52によって制御される。タイマ52にはス
イッチ30およびライン54を介して電力が供給される。タ
イマ52は、プローブ回路22が状態を変えた各時点で、す
なわちスタイラス20がワークピース14と接触または接触
解除したときからさらに1または2分後にリセットされ
る。これは、プローブ回路が非使用となってから1また
は2分の期間後に消勢されることを意味している。
えスイッチ30およびライン56を介してバッテリ24より電
力の供給を受ける。スイッチ30が電力をライン54に供給
しているときには、ライン56には電力が供給されない。
これによって、トランスミッタ23がプローブのレシーバ
34と干渉できなくなる。両者は同時に付勢されることは
決してないからである。
示す。タイマ52を設ける代わりに、本例ではプローブ回
路22およびトランスミッタ23は機械のトランスミッタモ
ジュール28からの他の信号によってスイッチオフされ
る。モジュール28は、種々のプローブをスイッチオンす
るための信号と同じように、正確にこの信号を発生し、
伝送する。しかし望ましくは、スイッチオフ信号のため
の変調信号を発生する発振器38A,38Bまたは38Cの周波数
はスイッチオン信号のいずれよりもかなり高い周波数と
する。この結果、スイッチオン信号のいずれからも容易
の識別可能となり、同じスイッチオフ信号をすべてのプ
ローブに対して用いることが可能となる。
バッテリスイッチ30をスイッチオンするためのバンドパ
スフィルタ48およびディテクタ50を有している。スイッ
チがオンとなったときには、プローブ回路22およびトラ
ンスミッタ回路23のみならずハイパスフィルタ64および
対応するディテクタ66にも電力が供給される。ハイパス
フィルタ64はレシーバユニット34からに入力を受信し、
モジュール28によって伝送される高周波数のスイッチオ
フ信号に対してのみ反応する。この信号を受信すると、
これはディテクタ66によって検出され、スイッチ30をス
イッチオフするのに用いられる。これによってバッテリ
パワーが保存される。
に、1つのプローブ内のタイマ52がタイムアウトしてプ
ローブをスイッチオフするのを待つ必要がないというこ
とである。スイッチオフ信号をスイッチオン信号より非
常に高い周波数とする(逆ではなく)理由の1つは、高
周波フィルタ64およびディテクタ回路66において用いら
れる演算増幅器が、それらに対して低周波の対応部品で
ある各部48,50よりも、かなり高い電流を用いる傾向が
あるからである。従って、バッテリパワーを保存するた
めには、プローブの使用時においてのみそれらがスイッ
チオンされるようにする方が、プローブの非使用時のス
タンバイモードで電力供給を行うようにするよりも好ま
しいことである。
6kHz,7kHzの周波数を述べたが、これら周波数は、伝送
用および受信用のダイオード32,36の周波数応答特性に
従って、実際上広い範囲で変更できる。例えば、これら
周波数は1kHz以下から1MHzの範囲内のいずれでもよく、
適当なダイオードがあればそれ以上(10MHzに至るま
で)であってもよい。周波数スペクトル上かなり広く間
をおいて種々の周波数を適切に選ぶことにより、選択さ
れていないプローブの信号を排除するのにバンドパスフ
ィルタ48に鋭敏な同調回路を設けることを不要とするこ
とができる。上述した周波数を用いるためには、1段以
上の同調を行うバンドパスフィルタ48が必要となりう
る。
の他の回路例を示す。本例では、単一のプローブのみに
対して信号を送受信するように設計された光学トランス
ミッタインタフェース回路68に対して、拡張ユニットと
しての回路80を設けてある。従って、本例のインタフェ
ース68には発振器70、単安定マルチバイブレータ72およ
びゲート74が含まれ、ライン78上の機械の数値制御装置
より指示があったときに、単体のプローブをスイッチオ
ンするためのバーストパルスを出力ライン76上に生成す
る。これに関連して、第2図示の発振器38A,38B,38Cの
1つ、単安定マルチバイブレータ44およびゲート46と同
様に回路70,72および74が作動する。インタフェース68
もまた、第2図と同様に、レシーバ信号処理回路60を含
んでいる。
し、ローパスフィルタ82を通過させて、単安定マルチバ
イブレータ72によって生成される信号に対応した長さの
単一パルスを再生する。これがセレクタ回路84の出力を
イネーブルとするのに用いられる。セレクタ84は、これ
も機械の数値制御装置と接続されたバイナリの入力ライ
ン86によって独立に制御される。これらが3つの入力88
の1つを選択し、当該選択入力を出力ライン90に供給し
て、ライン92がイネーブルとされているときには必ずバ
ーストパルスが生成されるようにする。入力88にはそれ
ぞれ周波数f1,f2,f3の方形波が供給される。従って、出
力ライン90は、セレクタ出力がライン92上のパルスによ
ってイネーブルであるときに、選択された周波数のバー
ストパルスを給送する。
発振器よりセレクタ入力が入来できるものとしたが、本
例の回路においては、これらセレクタ入力88は分周器96
を介して単一の発振器94より与えられるものとする。分
周器96は、電子オルガンにおいて用いられるような簡単
に入手可能な積分回路で構成でき、それぞれ3483.6Hz,5
215.6Hzおよび7812.5Hzの周波数f1,f2およびf3を与える
ものである。これらの周波数を選んだ理由は、それらの
いずれもが他の高調波、特に第2および第3高調波と一
致しないからである。それらはオルガン用の分周器96か
ら容易に得ることができる。高周波が一致していないの
で、1つのスイッチオン信号を他と区別するべく、第3
図に示したような確実なフィルタリングを行う回路を具
えるのは容易である。
トパルスを単一のトランスミッタユニット35を駆動する
のに用いられることも勿論可能であるが、本例では並列
に設けられた2以上のトランスミッタユニット35を適切
なドライバ回路98を介して駆動する。2以上のトランス
ミッタユニット35を工作機械の異なる位置に配設して、
プローブが工作機械のどの位置にあってもトランスミッ
タの少なくとも1つがプローブを常に視界内にとらえて
いるようにすることができる。
れてプローブ信号を並列に受信する。また、これらユニ
ット58の少なくとも1つはプローブからの視界内に常に
存在している。プローブ信号はバッファ100に接続さ
れ、ライン102を介してインタフェースユニット68内に
ある一般的な信号処理回路60に戻される。
号を受信する受信回路は、第3図または第4図示のもの
と同様のものとすることができることを理解されたい。
では、スイッチオン信号の微分は互いに光ビームの変調
された周波数によって行われるのではなく、光ビームの
色によって行われるようにする。
安定マルチバイブレータ106およびゲート108は所定周波
数を有するバーストパルスを発生する。これは第5図示
の一般的なインタフェース68における対応回路と同等で
ある。しかしながら、これら回路によって生成されるバ
ーストパルスは、制御回路110の制御の下、セレクタ回
路112によって3つのトランスミッタユニット35A,35B,3
5Cの1つに供給される。3つのトランスミッタユニット
は異なった3色の光ビームを伝送するように構成され
る。例えば、赤・緑・赤外線や、赤と波長の異なる2つ
の赤外線とである。異なった3色の光ビームはプローブ
レシーバユニット34A,34B,34Cによって受取られる。こ
れらユニットは第3図のレシーバユニット34に対応する
が、それぞれが光学フィルタ37A,37B,37Cによって覆わ
れ、ユニット35A,35B,35Cによって伝えられる色の1つ
のみを当該レシーバが受取るようにされている。
光する発光ダイオード36A,36B,36Cを用いることによ
り、所望色の光を放射するように構成することができ
る。あるいは、適切な光学フィルタ(例えば39A)を対
応する発光ダイオード(36A)に設けて、所望色以外の
色を除去するようにしてもよい。
願と同時出願に係り、英国特許出願番号第8808612.9号
に基いて優先権を主張して行った本願人による特許出願
を参照されたい。これは参考のために挙げたものであ
る。その出願は、インタフェースからプローブへのスイ
ッチオン信号の伝送のためのというより、機械のインタ
フェースに戻されるプローブ信号の伝送のために多色を
用いることに関するものである。
の接触に応じてトリガ信号を発生する接触トリガプロー
ブとした。しかしいくつかの、あるいはすべてのプロー
ブとして他の種類のものを用いることもできる。例え
ば、ワークピース表面に所定量近接したときにトリガ信
号を発生するプローブとすることもできる。また、ワー
クピースとの接触により生じるスタイラスの変位に関連
して、あるいは適切な方法により(例えば光学的に)検
出されるプローブとワークピース表面との距離に関連し
て、トリガ信号ではなくアナログまたはディジタルの測
定信号を発生する走査または測定プローブが用いられて
もよい。所望であれば、プローブではなくセンサのため
にいくつかの、またはすべてのチャンネルを指定しても
よ。そのようなセンサは、例えば、機械の台またはコン
ベヤないしはパレット上のワークピースの存在や位置、
あるいはバイス,グリッパまたはロボットなどの装置の
状態に応じた信号を発生するものである。そのようなセ
ンサからの情報を機械の数値制御が要求するときには、
上述と同様の方法でこの旨をセンサに伝えればよい。
一構成例を示す模式図、 第2図はインタフェースモジュール内の伝送および受信
回路の一例を示すブロック図、 第3図および第4図はプローブに対する受信回路の2つ
の変形例を示すブロック図、 第5図はインタフェースに対する伝送および受信回路の
他の例を示すブロック図、 第6図は複数のプローブに伝送を行うためのインタフェ
ースに対する伝送回路のさらに他の例を示すブロック図
である。
Claims (10)
- 【請求項1】センサを複数有し、使用に係る一つの前記
センサを、工作機械を制御する数値制御部によって選択
可能とした工作機械における信号伝送システムであっ
て、 それぞれの前記センサによって生成されるセンサ信号を
ワイヤレスに伝送するためにそれぞれの前記センサにつ
いて設けられ、バッテリによって駆動される信号伝送手
段と、 ワイヤレスの所定信号を受信するためにそれぞれの前記
センサに設けられた受信手段と、 当該信号の受信時に前記バッテリのパワーをスイッチオ
ンするためにそれぞれの前記センサに設けられた手段
と、 前記センサから離隔して設けられ、前記バッテリのパワ
ーをスイッチオンする目的でそれぞれの前記センサに対
応したワイヤレスの前記所定信号を発生して伝送する所
定信号伝送手段と、を具え、 該所定信号伝送手段は、使用が選択されたセンサを指示
する前記数値制御部からの入力信号を受信し、当該選択
されたセンサに対応した特定の特性を有する前記所定信
号を生成すべく動作するセレクタを有し、 それぞれの前記センサに設けられた前記受信手段は、当
該センサについての特定の特性であって、これに応じて
前記バッテリのパワーをスイッチオンするための当該特
性に応答し、他のセンサに対する前記所定信号には反応
しない手段を有することを特徴とする信号伝送システ
ム。 - 【請求項2】前記所定信号を光学的に伝送するための手
段を具えたことを特徴とする請求項1に記載の信号伝送
システム。 - 【請求項3】前記特定の特性は、それぞれの前記センサ
に伝送される信号が有する所定の変調周波数であること
を特徴とする請求項1または2に記載の信号伝送システ
ム。 - 【請求項4】前記特定の特性に応答する手段は前記所定
の変調周波数に応答する電子フィルタであることを特徴
とする請求項3に記載の信号伝送システム。 - 【請求項5】前記所定信号伝送手段は、周波数変調され
た信号のバーストを有する外部信号の受信に応じ、前記
所定信号のバーストをイネーブルにする手段を有するこ
とを特徴とする請求項3または4に記載の信号伝送シス
テム。 - 【請求項6】前記特定の特性は、それぞれの前記センサ
についての前記光学的な所定信号の所定色であることを
特徴とする請求項2に記載の信号伝送システム。 - 【請求項7】前記信号伝送手段は、前記バッテリパワー
をスイッチオフする手段を有することを特徴とする請求
項1ないし6のいずれかに記載の信号伝送システム。 - 【請求項8】前記スイッチオフ手段は、所定時間の経過
後に前記バッテリパワーをスイッチオフとするためのタ
イマ手段を有することを特徴とする請求項7に記載の信
号伝送システム。 - 【請求項9】前記スイッチオフ手段は、前記所定信号伝
送手段からさらに他の信号を受信する手段を有すること
を特徴とする請求項7に記載の信号伝送システム。 - 【請求項10】単一のセンサに関して信号を伝送および
受信するように構成されたインターフェース回路と、前
記セレクタを内蔵し、それぞれの前記センサについての
特定の特性を有する前記所定の信号を発生する拡張ユニ
ットとを具えたことを特徴とする請求項1ないし9のい
ずれかに記載の信号伝送システム。
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