JP3943501B2 - 導管内径の計測方法及びその装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、導管内を走行する内径計測ピグにより、導管内径を計測すると共に、導管内周面の凸部、凹部、導管の変形などを検出する導管内径の計測方法及びその装置に関するものである。
背景技術
導管内を走行する内径計測ピグにより導管内径を計測したり、導管内周面の凸部、凹部、導管の変形などを検出する内径計測ピグがある。このような内径計測ピグのシールカップは弾性材からなり、直径の１０％程度のへこみ変形をする特性を有している。このようなシールカップの変形を測定して導管内の変形を検知する機械的な装置が知られている。例えばシールカップの内面に開閉可能な「からかさ」状の骨組みを有する機械的な装置がある。
米国特許４９５３４１２号公報には、シールカップの変形を機械式計測器で測定する技術が開示されている。第１１図はこのような従来の内径計測ピグの機械式計測器を示すものである。この装置は管内を走行するピグ１００のシールカップ１０１の先端部近傍の変位を検知するレバー１０３を設け、その動きをリンク機構１０６で取り出すようになっている。レバー１０３は円周に亘って例えば１２本が配列されている。レバー１０３は一端をピグ本体フレーム１０２にピン１０４で回動自在に取付け、他端にシールカップ１０１の先端近傍裏面に接触しシールカップの先端部の移動を捉える探接子１０５を備えている。レバーの中央部にはレバー１０３の動きをキャッチするリンク１０６が結合されている。このリンク１０６の他端は円盤１０７の外周近傍に結合されている。この円盤１０７はピグ軸にほぼ直角で中心を支持するブラケット１０８を基点として可動になっている。レバー１０６の動きに応じて円盤１０７はブラケット１０８を中心にして傾動する。この円盤１０７がブラケット１０８を中心に傾動する動きを、円盤１０７上の複数点の軸方向の動きによって検出する。図にはこの機構として、中心部の動きを検出する連結軸１０９、検出機構１１０のみが図示されており、円盤上の他の点の検出機構は図示省略されているが、図示されているものと同様のものである。軸方向の動きを検出する機構１１０は、電気的なトランスデューサを備え、変位量は電気信号に変換して記憶される。
この装置は、導管内壁の変動、すなわちシールカップ１０１の先端近傍の変形を捉える探接子１０５の動きを円盤１０７の傾動に変換して検出する。従って、平均的な傾向の情報しか得られない。例えば、導管内径の変動が溶接ビードであるか部分的なへこみ（デント）であるか判別することはできない。また導管のへこみの方向も判定することはできない。また導管の内径が楕円状に変形しているようなときもこれを具体的に捉えることはできなかった。
本発明は、従来の内径計測ピグを改善し、導管内を走行するシールカップの変形を高精度に計測すると共に、溶接ビードとその他の変形とを区別し、変形の円周方向位置も把握することができ、さらに導管内径が楕円状その他の形状に変形している場合もこれを検出することができる技術を提供しようとするものである。
発明の開示
請求の範囲１〜５記載の発明は、導管内径の測定方法に関する。
請求の範囲１記載の発明は、導管内を走行する内径計測ピグのシールカップの半径方向の歪又は切線方向の歪を検出してシールカップの周縁部の変形を求め、導管内径の変化を検出することを特徴とする。
請求の範囲２記載の発明は、請求の範囲１記載の導管内径の計測方法において、併せて、前記シールカップの導管内走行位置を求めることを特徴とする。
請求の範囲３記載の発明は、請求の範囲１又は２記載の導管内径の計測方法において、前記シールカップの周方向回動角を同時に求め、管の鉛直方向に対する断面変形位置を検出することを特徴とする。
請求の範囲４記載の発明は、導管内面を気密に摺動するシールカップを少なくとも一つ備え、前記導管内を走行しながら管内の挿通性を確認する挿通ピグ又は管内を清掃する清掃ピグを用い、該挿通ピグ又は清掃ピグを前記導管内で走行させながらその走行距離及び回動角を検出すると共に前記シールカップ周縁部の半径方向変位を全周に亘る多数点で個別に検出し、前記走行距離，回動角及び半径方向変位の検出データに基づいて、前記導管内面の変形位置及び変形量を求めることを特徴とする。
請求の範囲５記載の発明は、請求の範囲４記載の導管内径の計測方法において、前記挿通ピグ又は清掃ピグは、管内検査ピグ挿通の前段作業として前記導管内に挿通されることを特徴とする。
請求の範囲６〜８記載の発明は、導管内径の計測装置に関するものである。
請求の範囲６記載の発明は、導管内径の計測装置において、内径計測ピグのシールカップの内面側に、多数の半径上又は同一同心円上に配設した歪ゲージと、個々の歪ゲージの変形を検出記録する歪検出装置と、走行距離記録装置と、ピグ本体に設置された回動角検出装置と、前記計測装置の計測値及び回動角検出装置の測定値から導管内径の変化を演算する演算装置とを備えたことを特徴とする。
請求の範囲７記載の発明は、請求の範囲６記載の導管内径の計測装置において、前記歪ゲージは、シールカップの内面側に先端側が接して放射状に配設された弾性材の根元部に取付けたことを特徴とする。
請求の範囲８記載の発明は、導管内面を気密に摺動するシールカップを少なくとも一つ備え、前記導管内を走行しながら管内の挿通性を確認する挿通ピグ又は管内の清掃を行う清掃ピグに装備される導管内径の計測装置であって、該挿通ピグ又は清掃ピグの前記導管内での走行距離を測定する走行距離測定手段と、前記走行距離測定中のピグ本体の回動角を検出する回動角検出手段と、前記走行距離測定中の前記シールカップ周縁部の半径方向変位を全周に亘る多数点で個別に検出する変位検出手段とを備えると共に、前記各手段からの出力を演算する演算手段と該演算手段の出力を記録する記録手段を備え、前記演算手段は、前記走行距離測定手段の出力とその走行位置での前記回動角検出手段の出力に対応させて前記変位検出手段の検出変位を出力することを特徴とする。
このような特徴を有する本発明は、導管内を走行する内径計測ピグのシールカップの半径方向の歪又は切線方向の歪を検出してシールカップの周縁部の変形を求め、導管内径の変化を検出することを特徴とする導管内径の計測方法であって、この場合、歪ゲージをシールカップの多数の半径上又は同一同心円上に配置し、多数の点の歪を検出し、このデータによりシールカップの周縁部の横断面形状を検出すると好適である。この場合、前記シールカップの導管内走行位置を求めることによって管内の凹凸又は変形の位置を特定することができる。また、前記シールカップの周方向回動角を同時に求め、管の鉛直方向に対する断面変形位置を検出することが好ましい。
上記本発明方法を好適に実施することができる本発明の装置は、内径計測ピグのシールカップの内面側に、多数の半径上又は同一同心円上に配設した歪ゲージと、個々の歪ゲージの変形を検出記録する歪検出装置と、走行距離記録装置と、ピグ本体に設置された回動角検出装置と、前記計測装置の計測値及び回動角検出装置の測定値から導管内径の変化を演算する演算装置とを備えたことを特徴とする導管内径の計測装置であって、歪ゲージは、シールカップの周縁部近傍に、例えば中心角３０度ごとの半径上に配設し、直接シールカップに貼着して、半径方向歪を検出するようにする。また、歪ゲージはシールカップの周縁部近傍の同一同心円上に等間隔に配設し、シールカップの切線方向歪を検出するようにしてもよい。走行距離記録装置はシールカップの導管内走行位置を確定し、凹み等の位置を把握できるようにするものである。走行距離記録装置としては、例えば管内面に接しながら転がる距離計又はデータを記録した時間を同時に記録するシステムを設ける。距離計が数ｍｍ進むごとに計測するシステムとすれば、後で計測データが記録された距離を知ることができる。データを記録した時間を記録するシステムでは概略の位置を知ることができる。次に、回動角検出装置は、ピグ姿勢の鉛直方向を指示する装置とすればよく、例えば、振り子とその回動角を検知するエンコーダ等からなる装置を用いることができる。演算装置は、多数の歪計の計測値を処理してシールカップの変形を演算し、回動角検出装置の出力からピグの姿勢を演算し、導管内径の具体的な変形形状を算出することができる。
また本発明の装置においては、シールカップの内面側に先端側が接して放射状に配設された弾性材の根元部に前記歪ゲージを取付けた導管内径の計測装置としてもよい。内径計測ピグは現場設置の管内を走行するので、歪ゲージをピグのシールカップの背面に直接貼着すると、汚れが甚だしい。シールカップのボスの部分から弾性棒を放射状に配設し、その線端部をシールカップの内面（背面）に接触させておき、その弾性棒の根元に歪ゲージを配設すると、弾性棒の変位に応じて歪ゲージがその変形を検出するので、シールカップの変形を感度よく検出することができ、また、歪ゲージをシールカップのボス部に装着するので汚れの付着が少なく、保守点検が容易となり、好適である。
本発明の計測方法及び計測装置を更に具体的に説明すると、上記の内径計測ピグにおける装備は、導管内の健全性評価及び腐食，減肉の検査を行うために導管内に挿通される管内検査ピグの前段作業として、挿通性の確認のために挿通される挿通ピグ或いは管内清掃のために挿通される清掃ピグにおいて設けられる。装備内容としては、差圧走行を行うために導管内面に気密に摺動するシールカップを少なくとも一つ備えた挿通ピグ又は清掃ピグにおいて、ピグの導管内での走行距離を測定する走行距離測定手段と、この走行距離測定手段による測定中のピグ本体の回動角を検出する回動角検出手段と、上記の歪みゲージにより、走行距離測定中のシールカップ周縁部の半径方向変位を全周に亘って多数点で個別に検出する変位検出手段とを装備させ、これらからの出力を演算手段によって演算させる。この演算手段では、走行距離測定手段の出力とその走行位置でのピグ本体の回動角検出出力に対応させて、半径方向変位の検出データを出力するものであり、この出力は記録手段に記録して後に解析する。
このような演算手段からの出力によると、変位検出手段で得られた検出データを導管の管軸方向と周方向との２次元の座標に乗せて解析することが可能になり、導管内の径変形位置を正確に把握することが可能になる。また、変位検出手段の出力の大きさを解析することにより変形量を正確に把握することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。第１図〜第５図において、本発明の計測方法又は計測装置に用いられる内径計測ピグにおける変位検出手段の概要を説明する。第１図及び第２図は、変位検出手段におけるシールカップを説明する説明図である。第２図はシールカップ１の縦断面図で中心から上の部分を示したものである。ボス２から周縁部３にかけて傘状の形状をなし、ウレタン樹脂等の弾性材である。その内側の面４に歪ゲージ５が貼着されている。第２図のＡ−Ａ矢視図を第１図に示した。歪ゲージ５はシールカップ１の内面側の多数の半径７上に貼着されている。この例では、中心角３０度ごとに設けられている５個の歪ゲージ５を図示し、その他は図示省略している。個々の歪ゲージ５にはその変形を検出記録する歪検出装置が添付されている。この歪ゲージ５は半径方向の歪を検出するようになっているが、同一同心円上に配設し、切線方向の歪を検出する歪ゲージとしてもよい。
歪ゲージ５の示す歪と管内の凸部との関係の一例を第３図に示した。第３図は、内径６００ｍｍ、長さ１ｍの鋼管内に、突出高さ２ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍの溶接線を形成し、第１図に示すシールカップを挿通し通過させたときの溶接線位置での歪ゲージ５の出力を記録したグラフである。この歪ゲージ５の貼着位置はシールカップ１の裏面で半径２３０ｍｍの位置で、半径方向歪を検出するものである。第３図は、溶接線位置でシールカップが変形し、歪ゲージがその変形量を示しているが、溶接線の高さと歪とはほぼ比例関係にあることが明らかである。
この歪ゲージの値とシールカップ周縁部の変形との関係は、シールカップの物性や形状、歪ゲージの種類や位置、測定した歪の方向、その他の条件に応じて予め求めることができる。この相関関係を当該シールカップに貼着した歪ゲージのすべてについて記憶させ、歪ゲージのデータを採取して演算することによってシールカップの周縁部のすべての位置の変形量を求めることができる。従って、導管内の凹凸の存在と大きさ、円周溶接とその他の凹凸との区別、長手シーム溶接の位置、導管のいびつな変形等を導管の周囲に亘って定量的に計測することができる。
第４図は歪ゲージの取付位置を変更した実施形態における変位検出手段の構造を示す説明図（シールカップの断面図）である。シールカップ１のボス２からシールカップ１の周縁に近い裏面４に接する弾性棒９を放射状に多数配設し、弾性棒９の根元に歪ゲージ５を取付けたものである。この歪ゲージ５は弾性棒９の曲げ変位量を感度よく検出するので、好適である。また、シールカップ１は使用後汚れが甚しいが、歪ゲージ５がシールカップ１の内側の中心に近い位置にあると汚れが少なく、保守、点検も容易となる。
第５図は、このような変位検出手段からなる計測装置の概要を示すブロック図である。多数の歪ゲージ２１にはそれぞれ歪検出装置２２が付属しており、歪検出装置２２はその検出信号２３を演算装置２４に送る。演算装置２４は歪ゲージとシールカップの変形量との関係を記憶しており、検出信号２３を処理して、シールカップの変形を演算する。演算結果は出力装置２５から出力されると共に、記憶装置２６に格納される。一方、振り子等の鉛直表示装置３１の回動角は回動角検出装置３２が測定し、その出力３３を演算装置２４に送致する。この出力３３を入力し、歪検出装置２２からの信号により演算されたデータと付きあわせ合成することによって変形の鉛直方向との関係を見出すことができる。
以下に、本発明の実施の形態を更に具体的に説明する。第６図は、管内検査ピグを挿入する前段作業として行われる管内清掃のために用いられる清掃ピグを用いた計測装置の部分断面図である。清掃ピグ６０は、ピグ本体６０Ａに管内面を気密に摺動する３連のシールカップ６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄが設けられていおり、ピグ本体６０Ａの周囲に複数の異物吸着用のマグネット６０Ｅが設けられている。
そして、最前のシールカップ６０Ｂの内側には、このシールカップ６０Ｂの半径方向変位を検出するための変位検出部６１がシールカップの全周に亘って多数個（例として、中心角３０度毎に１２個）装備され、最後尾のシールカップ６０Ｄの後方には、図示省略した走行距離測定装置が装備されている。また、ピグ本体６０Ａ内には、計測装置ケース６２とバッテリケース６３が装備されている。
第７図は、変位検出部６１の具体的な構成を示す説明図である。変位検出部６１は、基部６１Ａに歪みゲージ貼り付け部６１Ｂの基端が装着され、歪みゲージ貼り付け部６１Ｂの先端にはカンチレバー６１Ｃ（上記の弾性棒９に相当するもの。）が装着されている。歪みゲージ貼り付け部６１Ｂは鋼板（ＳＵＳ）の表裏に計４枚の歪みゲージを貼り付けてブリッジを形成したものであり、ベローズ６１ｄによって覆われている。カンチレバー６１Ｃはリン青銅製の板材にばね湾曲部６１ａと先端の当接部６１ｂを形成したものである。ばね湾曲部６１ａはカンチレバー６１Ｃの弾性変形領域を拡大させるために設けられたものであり、これによって大きな変位に対しても対応でき、また耐久性を向上させることができる。
第８図は、第６図に示した計測装置に関するシステム構成図である。第６図において説明した箇所には同一の符号を付して説明を一部省略する。計測装置ケース６２内には、システム要素として、歪みゲージアンプ６２Ａ，記録手段としてのＦＦＤ６２Ｂ，演算手段としてのコントローラ６２Ｃ，距離計基板６２Ｄ，回動角度計６２Ｅ，変圧器６２Ｆ，６２Ｇが搭載されており、バッテリケース６３内にはバッテリ６３Ａが搭載されている。
そして、変位検出部６１からの検出信号が変位検出部用耐圧コネクタ６４Ａを介して歪みゲージアンプ６２Ａに入力され、増幅された信号がコントローラ６２Ｃに入力されている。また、回動角度計６２Ｅからの信号がコントローラ６２Ｃに入力されている。更には、走行距離測定装置６５の検出部６５Ａからの検出信号が距離計用耐圧コネクタ６４Ｂを介して距離計基板６２Ｄに入力され、その出力がコントローラ６２Ｃに入力されている。コントローラ６２Ｃからの出力はＦＦＤ６２Ｂに記録されると共に、データ転送用耐圧コネクタ６４Ｄを介して外部のデータ処理装置６６に出力される。また、６４Ｅはコントローラ外部操作用の耐圧コネクタであって、コントローラ６２Ｃに接続されている。
電源系としては、バッテリ６３Ａがスイッチ用耐圧コネクタ６４Ｃに接続されて、そこから歪みゲージアンプ６２Ａに接続されている。また、スイッチ用耐圧コネクタ６４Ｃから変圧器６２Ｆ，６２Ｇに接続されて変圧された電圧がＦＦＤ６２Ｂ，コントローラ６２Ｃ，距離計基板６２Ｄに接続されている。
演算手段としてのコントローラ６２Ｃの機能は、走行距離測定装置６５による検出データと回動角度計６２Ｅによる検出データによって、計測対象の導管に対する清掃ピグ６０の位置を走行位置と回動位置からなる２次元の位置データとして把握し、この位置データに対応させて変位検出部６１から個別に検出された検出データを出力するものである。
このような計測装置を用いた計測方法を、テスト用導管に対して上記の清掃ピグ６０を挿通させて得た計測結果を基にして以下に説明する。
第９図にテスト用導管９０の態様を示す。同図（ａ）が側断面図、同図（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ同図（ａ）におえるＡ−Ａ断面図，Ｂ−Ｂ断面図，Ｃ−Ｃ断面図を示している。テスト用導管９０には走行距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の走行位置に内面側に凸部を形成したイベントＡ（９０Ａ），イベントＢ（９０Ｂ），イベントＣ（９０Ｃ）が設けられている。ここで、イベントＡとイベントＢは導管の鉛直位置に設けられ、イベントＣはそれとは９０°ずれた位置に設けられている。また、イベントＢ，Ｃの凸高さ（３０ｍｍ）をイベントＡの凸高さ（１０ｍｍ）より高くしている。このようなテスト用導管９０に矢印方向から上記の清掃ピグ６０を挿通させ、ＦＦＤ６２Ｂに記録されたコントローラ６２Ｃの出力を解析する。
第１０図は、そのテスト結果を示すグラフである。ここでは、説明を容易にするために清掃ピグ６０の回動角変化が無い場合の結果を示している。清掃ピグ６０に装備された１２個の変位検出部Ｓ１〜Ｓ１２からは１２ｃｈの出力が個別に得られるが、各変位検出部Ｓ１〜Ｓ１２とテスト用導管９０との位置関係は清掃ピグ６０の回動角変化が無いとすると第９図（ｂ）〜（ｄ）に示すようになっており、ここでは各イベントに反応する変位検出部Ｓ１とＳ４の出力をグラフで示している。
このグラフから明らかなように、変位検出部Ｓ１の出力は、走行位置Ｌ１及びＬ２でイベントＡ，Ｂに応じたひずみを検出しており、走行距離Ｌ３においてはひずみを検出していない。そして、検出したひずみ量はイベントの高さに応じた出力になっている。また、変位検出部Ｓ４の出力は、走行位置Ｌ１，Ｌ２ではひずみを検出しておらず、走行位置Ｌ３においてイベントＣに応じたひずみを検出している。
ここでは、説明を簡単にするために清掃ピグ６０の回動角変化がない場合を説明しているが、回動角度計６２Ｅで検出された清掃ピグ６０の回動角を解析に含めることで、１２ｃｈからなる変位検出部Ｓ１〜Ｓ１２の周方向の位置変化を把握することが可能になる。
つまり、実施形態の清掃ピグ６０に装備された計測装置を用いた導管内径の計測によると、導管における半径方向変形の位置を走行位置と周方向位置の２次元座標に乗せて正確に把握することが可能になると共に、検出出力の大きさによって変形量を正確に把握することが可能になる。
上記の説明では、清掃ピグを例にして説明したが同様の計測装置を管内検査用ピグを挿入する前段作業として挿通性の確認のために用いられる挿通ピグに装備させることもできる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、導管内を走行するシールカップの変形を高精度に計測することができ、溶接ビードとその他の凹凸や変形とを区別し、変形の円周方向位置（鉛直方向との関係）も把握することができ、さらに導管内径が楕円状その他の形状に変形している場合もこれを高精度で検出することができる。
また、導管内径の変形を走行位置（軸方向位置）と周方向位置によって把握するすることができるので、部分的な変形に対してはその変形位置を正確に把握することができ、また、楕円変形のような変形においては変形の方向性を正確に把握することができる。
これによって、管内検査ピグを挿入する前段階の導管変形の把握を高精度に行うことが可能になり、産業上極めて有効な導管内径の計測方法及び計測方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の計測装置に係る内径計測ピグにおける変位検出手段を説明する説明図（シールカップの正面図）である。第２図は、本発明の計測装置に係る内径計測ピグにおける変位検出手段を説明する説明図（シールカップの縦断面図）である。第３図は、本発明の実施形態における変位検出手段の出力例を示すグラフである。第４図は、本発明の他の実施形態における変位検出手段の構造を示す説明図である。第５図は、本発明の計測装置の概要を示すブロック図である。第６図は、管内清掃用の清掃ピグを用いた本発明の計測装置の部分断面図である。第７図は、第６図の計測装置における変位検出部を示す説明図である。第８図は、第６図の計測装置に関するシステム構成図である。第９図は、本発明の計測方法を説明するために用いられるテスト用導管の態様を示す設図である。第１０図はテスト結果を示すグラフである。第１１図は従来の内径計測ピグの機械式計測器を示す説明図である。

Claims (8)

1. 導管内を走行する内径計測ピグのシールカップの半径方向の歪又は切線方向の歪を検出してシールカップの周縁部の変形を求め、導管内径の変化を検出することを特徴とする導管内径の計測方法。
2. 併せて、前記シールカップの導管内走行位置を求めることを特徴とする請求の範囲１記載の導管内径の計測方法。
3. 前記シールカップの周方向回動角を同時に求め、管の鉛直方向に対する断面変形位置を検出することを特徴とする請求の範囲１又は２記載の導管内径の計測方法。
4. 導管内面を気密に摺動するシールカップを少なくとも一つ備え、前記導管内を走行しながら管内の挿通性を確認する挿通ピグ又は管内の清掃を行う清掃ピグを用い、該挿通ピグ又は清掃ピグを前記導管内で走行させながらその走行距離及び回動角を検出すると共に前記シールカップ周縁部の半径方向変位を全周に亘る多数点で個別に検出し、前記走行距離，回動角及び半径方向変位の検出データに基づいて、前記導管内面の変形位置及び変形量を求めることを特徴とする導管内径の計測方法。
5. 前記挿通ピグ又は清掃ピグは、管内検査ピグ挿通の前段作業として前記導管内に挿通されることを特徴とする請求の範囲４に記載の導管内径の計測方法。
6. 内径計測ピグのシールカップの内面側に、多数の半径上又は同一同心円上に配設した歪ゲージと、個々の歪ゲージの変形を検出記録する歪検出装置と、走行距離記録装置と、ピグ本体に設置された回動角検出装置と、前記計測装置の計測値及び回動角検出装置の測定値から導管内径の変化を演算する演算装置とを備えたことを特徴とする導管内径の計測装置。
7. 前記歪ゲージは、シールカップの内面側に先端側が接して放射状に配設された弾性材の根元部に取付けたことを特徴とする請求の範囲６記載の導管内径の計測装置。
8. 導管内面を気密に摺動するシールカップを少なくとも一つ備え、前記導管内を走行しながら管内の挿通性を確認する挿通ピグ又は管内の清掃を行う清掃ピグに装備される導管内径の計測装置であって、
   該挿通ピグ又は清掃ピグの前記導管内での走行距離を測定する走行距離測定手段と、前記走行距離測定中のピグ本体の回動角を検出する回動角検出手段と、前記走行距離測定中の前記シールカップ周縁部の半径方向変位を全周に亘る多数点で個別に検出する変位検出手段とを備えると共に、前記各手段からの出力を演算する演算手段と該演算手段の出力を記録する記録手段を備え、
   前記演算手段は、前記走行距離測定手段の出力とその走行位置での前記回動角検出手段の出力に対応させて前記変位検出手段の検出変位を出力することを特徴とする導管内径の計測装置。

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