JP5130528B2 - 検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、食品や薬品等のような複数の成分が含まれる被検査物を非破壊検査によって、各成分の含有比率や重量値等を求めることが可能な検査装置に関する。

近年、食品等の検査を行うために、食品等に電磁波や放射線等を照射して、その反射光あるいは透過光を検出して食品等への異物混入を検査する検査装置が用いられている。

また、下記特許文献１には、食品等の重量を計測するハカリに、食品等に含まれる放射線量を検出する放射線検出手段を搭載した放射能検出器内蔵ハカリが開示されている。このハカリでは、計量しながら放射能に汚染された食品等であるか否かを判別することができるので、放射能に汚染された食品等の流通を未然に防止することができる。
特開２００２−５２０５９３号公報（平成９年１０月９日公開）

しかしながら、上記従来の検査装置や放射能検出器内蔵ハカリでは、以下に示すような問題点を有している。

すなわち、上記従来の検査装置は、食品等への異物混入の有無を検査するものであり、また、上記公報に開示された装置は、食品等の放射能汚染の有無を検査する装置であるため、例えば、食品等に含まれる各種成分の重量値等を算出したり、特定成分の有無を確認したりすることはできない。

本発明の課題は、被検査物に含まれる各成分の含有比率や重量値、あるいは、特定成分の有無を被検査物を破壊せずに確認することが可能な検査装置を提供することにある。

第１の発明に係る検査装置は、検査ユニットと、記憶部と、含有比率算出部とを備える。検査ユニットは、複数成分からなる被検査物に対してテラヘルツ波を照射し、そのテラヘルツ波の透過量あるいは反射量を複数の波長成分を含む分光スペクトルとして検出する。記憶部は、被検査物に含有される各成分のスペクトルデータを予め記憶する。含有比率算出部は、記憶部に記憶された各成分のスペクトルデータを何％ずつ含有させると、前記分光スペクトルになるかを計算して被検査物に含まれる各成分の含有比率を算出する。

ここで用いるテラヘルツ波は、０．３〜１０．０ＴＨｚの周波数帯の電磁波である。この周波数帯の電磁波を複数成分からなる被検査物に照射すると、複数の波長成分を含む分光スペクトルが検出される。この分光スペクトルを吸光度と波数のグラフで描くと、各成分のスペクトルが、各成分の含有比率に応じた割合で重なったグラフとなっているので、記憶部に記憶された各成分のスペクトルデータを読み出し、それらを何％ずつ含有させると分光スペクトルのグラフに重なるかを計算する。そうして求めた割合が、被検査物に含まれる各成分の含有比率となる。

これにより、例えば、ビタミン剤等の錠剤に含まれる各成分の比率を、錠剤を破壊せずに求めることができる。

第１の発明に係る検査装置は、さらに計量部と成分重量算出部とを備える。計量部は、複数成分からなる被検査物の全体重量を計測する。成分重量算出部は、計量部で求めた全体重量と含有比率算出部で算出された各成分の含有比率とに基づいて、被検査物に含有される各成分の重量値を算出する。

これにより、例えば、ビタミン剤等に含まれる各成分が、所定の重量範囲となっているか否かの検査を、被検査物を破壊せずに行うことができる。

第２の発明に係る検査装置は、第１の発明に係る検査装置であって、前記成分重量算出部において算出された各成分の重量値が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定部をさらに備える。

これにより、例えば、ビタミン剤等に含まれている各成分が、所定の重量となっているか否か、あるいは、特定成分が含まれているか否かを容易に判定することができる。

第３の発明に係る検査装置は、第１の発明又は第２の発明に係る検査装置であって、前記被検査物を搬送する搬送部をさらに備え、該搬送部によって前記被検査物を搬送しながら該被検査物に対してテラヘルツ波を照射するものである。

これにより、被検査物を搬送しながら成分検査を行うことができるので、その検査装置を生産ラインに組み込んで自動化することができる。

本発明の検査装置によれば、被検査物に含まれる各成分の含有比率や重量値、さらには、特定成分の有無等を、被検査物を破壊せずに簡単に確認することができる。したがって、流通する食品やビタミン剤等をこの検査装置に掛ければ、これらに含まれる各種成分の割合や各成分の有無等を簡単に検査することができる。

本発明の一実施形態に係る検査装置１０について、図１〜図８を用いて説明すれば、以下の通りである。

［検査装置１０全体の構成］
本実施形態に係る検査装置１０は、図１および図２に示すように、被検査物Ｘの計量を行うとともに、被検査物Ｘに含まれる複数の成分の含有比率および重量値を算出する装置であって、主として、検査ユニット１１と、計量部１２と、表示部１５と、制御部２０と、を備えている。

なお、本実施形態において被検査物Ｘとして用いる物質は、固体物の食品であるものとする。

検査ユニット１１は、被検査物Ｘが載置される計量台１２ａの上方に、筐体１１ａに支持された状態で配置されており、被検査物Ｘに対して電磁波の一種であるテラヘルツ波を照射し、その反射波を複数の波長成分を含む吸収スペクトルとして検出する。また、検査ユニット１１は、内部に、テラヘルツ波照射部１３と、テラヘルツ波検出部１４と、を有している。

テラヘルツ波照射部１３は、計量台１２ａ上に載置された被検査物Ｘに対して、上方からテラヘルツ波を照射する。

テラヘルツ波検出部１４は、テラヘルツ波照射部１３から被検査物Ｘに対して照射されたテラヘルツ波の反射波を、複数の波長成分を含む吸収スペクトルとして検出し、後述する制御部２０に対して検出結果を送信する。

計量部１２は、内部にロードセル（図示せず）を搭載した計量装置であって、計量台１２ａ上に載置された被検査物Ｘの計量を行う。また、計量部１２は、制御部２０に対して被検査物Ｘごとの計量結果を送信する。

表示部１５は、タッチパネル式のＬＣＤモニタであって、制御部２０によって制御されており、計量部１２から制御部２０に対して送られた計量結果および各成分の重量値等を表示する（図４（ａ）および図４（ｂ）参照）。また、表示部１５は、表示画面１５ａを介して直接入力された情報を制御部２０に対して送信する。

制御部２０は、計量部１２やテラヘルツ波照射部１３、テラヘルツ波検出部１４、表示部１５等と接続されており、後述する機能ブロック３０において、被検査物Ｘの成分検査を行う。なお、この制御部２０については、後段にて詳述する。

［制御部２０］
制御部２０は、図２に示すように、所定のプログラムを実行するＣＰＵ２１とともに、このＣＰＵ２１と接続された主記憶部としてのＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、およびＣＦ（コンパクトフラッシュ（登録商標））（記憶部）２５を搭載している。

ＣＦ２５には、計量台１２ａ上に載置された被検査物Ｘに含まれる各成分の吸収スペクトルデータ２５ａ（図６参照）や、被検査物Ｘの検査結果を記憶する検査結果ログファイル２５ｂ等が格納されている。

そして、制御部２０は、ＣＰＵ２１がこれらの記憶部に格納されている各種の検査プログラムを読み込んで実行することにより、機能ブロック３０（図３参照）に示すような各機能を実現する。

また、制御部２０は、表示部１５におけるデータ表示を制御する表示制御回路、表示部１５のタッチパネルからのキー入力データを取り込むキー入力回路、図示しないプリンタに印字データを出力するＩ／Ｏポート、外部入力端子としてのＵＳＢ等を備えている。なお、上述した機能ブロック３０については、後段にて詳述する。

ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、ＣＦ２５等の記憶部には、上述した各種プログラムや被検査物Ｘに含まれる複数の成分ごとのスペクトルデータ２５ａ等が格納されており、アドレスバス，データバス等のバスラインを介して相互に接続されている。

また、制御部２０は、計量部１２、テラヘルツ波照射部１３、テラヘルツ波検出部１４と接続されており、計量部１２における計量結果や、テラヘルツ波検出部１４における検出結果等を受信して、後述する成分検査を行う。

［機能ブロック３０］
制御部２０において実現される機能としては、図３に示すように、含有比率算出部３１と、成分重量算出部３２と、判定部３３とがある。

なお、本実施形態では、図６に示すように、被検査物Ｘがポリエチレンとグルコースという２つの成分によって構成されている場合について説明する。

含有比率算出部３１は、まず、検査ユニット１１に含まれるテラヘルツ波検出部１４において検出された複数の波長成分を含む吸収スペクトルのデータ（図５参照）と、予めＣＦ２５に格納されている成分ごとのスペクトルデータ２５ａ（図６参照）とを比較する。そして、各成分のスペクトルデータ２５ａを何％ずつ含有すると、テラヘルツ波検出部１４において検出された吸収スペクトルのグラフになるのかを計算する。具体的には、被検査物Ｘに含まれる２つの成分（ポリエチレン、グルコース）を示すスペクトルを何％ずつ合成すれば、テラヘルツ波検出部１４において検出された吸収スペクトルを示すグラフになるのかを算出する。例えば、グルコースの吸収スペクトルの最も大きなピークである波数（ｃｍ-1）が９０程度の位置では、吸収度が８．０近くまで達している。一方、ポリエチレンについては、同じ波数が９０程度の位置では、吸収度が０．２くらいになっている。そして、被検査物Ｘの吸収スペクトルは、図５に示すように、波数９０程度の位置では、０．６程度になっている。この結果、ポリエチレンの含有比率９５．０％、グルコースの含有比率５．０％として合成すると、波数９０付近の吸収度が０．６程度となり、図７に示すように、テラヘルツ波検出部１４において検出された被検査物Ｘの吸収スペクトル（図５参照）を形成することができることが分かる。

成分重量算出部３２は、含有比率算出部３１において算出された各成分の含有比率（ポリエチレン９５．０％、グルコース５．０％）を用いて、計量部１２において計量された被検査物Ｘの総重量を用いて、各成分の重量値を算出する。例えば、被検査物Ｘの計量値が１００ｍｇであった場合には、ポリエチレン９５．０ｍｇ、グルコース５．０ｍｇという計量値が得られる。

判定部３３は、含有比率算出部３１あるいは成分重量算出部３２において算出された被検査物Ｘに含まれる各成分の含有比率あるいは重量値に基づいて、これらの値が所定の範囲内であるか否かを判定する。例えば、被検査物Ｘとしてビタミン剤等の錠剤を用いた場合には、含有成分が所定量含有されているか否かの検査を行うことができる。また、被検査物Ｘとして袋詰の食料品等を用いた場合にも、その中に含まれる含有成分が混入しているか否かを、その成分が吸収スペクトルとして現れるか否かに応じて、容易に判定することができる。

＜被検査物Ｘに含まれる成分検査の方法＞
本実施形態では、上述した構成を用いて、図８に示すフローチャートに従って、被検査物Ｘに含まれる成分検査を行う。

すなわち、まず、ステップＳ１では、計量部１２の計量台１２ａ上に被検査物Ｘを載置して、被検査物Ｘの計量を行う。なお、このステップＳ２からステップＳ４を行う間は、表示部１５の表示画面１５ａには、図４（ａ）に示すような「調査中」の表示がされる。

次に、ステップＳ２では、計量台１２ａの上方に設置されたテラヘルツ波照射部１３から被検査物Ｘに対してテラヘルツ波を照射する。

次に、ステップＳ３では、テラヘルツ波検出部１４において、被検査物Ｘからの反射波を吸収スペクトルとして検出する。

次に、ステップＳ４では、予め記憶部（ＣＦ２５）に格納されている複数の成分に対応するスペクトルデータ２５ａの中から、被検査物Ｘに含まれると推定される成分のスペクトルデータ２５ａを取り出して、テラヘルツ波検出部１４における検出結果と比較する。

次に、ステップＳ５では、ＣＦ２５から取り出された各成分の含有比率を算出する。ここで、仮に、取り出した成分のスペクトルデータ２５ａと被検査物Ｘからの反射波の吸収スペクトルとを比較して、特定成分の波長の影響が大きい場合には、この特定成分のスペクトルデータ２５ａを主成分とし、他の成分のスペクトルデータ２５ａとを組み合わせることで、検出された吸収スペクトルのグラフを形成していく。

次に、ステップＳ６では、ステップＳ５において算出された各成分の含有比率と、ステップＳ１において取得された計量値とを用いて、各成分の重量値を算出する。例えば、本実施形態の場合、被検査物Ｘの総重量が１００ｍｇであって、グルコースとポリエチレンの含有比率が５：９５である。このため、各成分の重量値は、グルコース５．０ｍｇ、ポリエチレン９５．０ｍｇと算出される。なお、このとき、表示部１５の表示画面１５ａには、図４（ｂ）に示すように、被検査物Ｘの品名、総重量値、各成分の重量値等が表示される。

次に、ステップＳ７では、ステップＳ５およびステップＳ６において算出された各成分の含有比率あるいは重量値が所定の範囲内であるか否かを判定する。ここで、これらの含有比率や重量値が、商品としての被検査物Ｘごとに定められた所定の範囲内にある場合には、ステップＳ８へ進み、正常品として判定される。一方、ここで、所定の範囲外である場合には、ステップＳ９へと進み、不良品として判定される。なお、このような被検査物Ｘの検査結果は、上述した制御部２０内の記憶部（ＣＦ２５）内に、検査結果ログファイル２５ｂとして記憶される。

本実施形態では、以上のように、計量部１２の計量台１２ａ上に被検査物Ｘを載置するだけで、そのまま被検査物Ｘの総重量値とともに、含有されている各成分の含有比率と重量値とを容易に算出することができる。このため、生産ライン等に組み込んで使用した場合には、大量の被検査物Ｘに対して効率よく非破壊での成分検査を行うことができる。

［本検査装置１０の特徴］
（１）
本実施形態の検査装置１０では、図１および図２に示すように、被検査物Ｘの計量を行う計量部１２と、被検査物Ｘに対してテラヘルツ波を照射してその反射波を吸収スペクトルとして検出する検査ユニット１１と、図３に示すように、検査ユニット１１において取得された吸収スペクトルと各成分のスペクトルデータ２５ａとを比較して、被検査物Ｘに含まれる各成分の含有比率を算出する含有比率算出部３１と、を備えている。

これにより、被検査物Ｘの総重量値を計量によって取得し、さらにテラヘルツ波の反射波の検出により吸収スペクトルを取得して被検査物Ｘに含まれる各成分のスペクトルデータ２５ａと比較することで、容易に各成分の含有比率を算出することができる。

この結果、被検査物Ｘの生産ラインにおいて、上記含有比率の値が適正な範囲内であるか否かを判定することで、被検査物Ｘの非破壊による全量検査を容易に実施することが可能になる。

（２）
本実施形態の検査装置１０では、図３に示すように、上述した含有比率算出部３１において算出された被検査物Ｘに含まれる複数の成分の含有比率と、計量部１２において計量された計量値とを用いて、各成分の重量値を算出する。

これにより、被検査物Ｘに含まれる複数の成分ごとの重量値を、被検査物Ｘの総重量値と含有比率とを用いて、容易に算出することができる。この結果、含有比率だけでなく、各成分の重量まで算出して、成分ごとの重量値が適正であるか否かを、非破壊検査として実施することができる。

（３）
本実施形態の検査装置１０では、図１に示すように、計量部１２は、計量部１２の上方に配置された検査ユニット１１を支持する筐体１１ａの内部に配置されている。

これにより、筐体１１ａ内における計量台１２ａ上に被検査物Ｘを載置するだけで、計量部１２によって被検査物Ｘの計量を行いながら、テラヘルツ波の反射光を検出して、被検査物Ｘに含まれる各成分の含有比率を算出することができる。

（４）
本実施形態の検査装置１０では、図１に示すように、被検査物Ｘに対してテラヘルツ波を照射し、その反射波を検出する検査ユニット１１は、計量部１２の上方に配置されている。

これにより、被検査物Ｘの計量と、テラヘルツ波の照射、検出による成分比率の算出とを、ほぼ同時に実施することができる。この結果、被検査物Ｘの生産ラインに設置された場合でも、非破壊での成分検査を効率よく実施することができる。

（５）
本実施形態の検査装置１０では、図２に示すように、被検査物Ｘに含まれる複数の成分に対応するスペクトルデータ２５ａを、予め制御部２０内の記憶部であるＣＦ２５内に格納している。

これにより、被検査物Ｘの吸収スペクトルを取得して、記憶部（ＣＦ２５）内のスペクトルデータ２５ａを参照することで、容易に各成分の含有比率を算出することができる。

（６）
本実施形態の検査装置１０では、被検査物Ｘとして固体物の食品を用いている。

これにより、食品に含まれる各成分の表示と、実際の含有比率や含有重量とが一致するか否かの検査を容易に実施して、成分表示とは異なる不良品を排除することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（Ａ）
上記実施形態では、図３等に示すように、検査装置１０において、被検査物に含まれる各成分の含有比率を求めた後、各成分の重量値を算出する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、各成分の重量値までの算出は行わずに、各成分の含有比率までを求めるだけの検査装置であってもよい。

この場合には、例えば、袋詰食品内の含有成分を容易に検出することができるため、被検査物の計量と同時に不純物物混入検査を実施することができる。さらに、この場合には、ビタミン剤等に含まれる各種成分の含有比率が所定の範囲内であるか否かを容易に検査することができるため、ビタミン剤等のような含有比率が決められた商品の不良品を容易に検出することができる。

（Ｂ）
上記実施形態では、計量部１２の計量台１２ａ上に被検査物Ｘを載置して、静止させた状態で被検査物Ｘの計量を行いながら、テラヘルツ波の照射、検出を行うことで成分検査を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図９および図１０に示すように、被検査物Xを所定の方向に搬送する搬送部１１２を備えた重量検査装置１１０を用いてもよい。この場合には、被検査物Ｘを搬送部１１２によって筐体１１１内において所定の方向へ搬送しながらテラヘルツ波を照射してその反射波を検出し、筐体１１１内における搬送部１１２の所定の位置に配置された計量部１１４によって被検査物Ｘの計量を行う。これにより、被検査物Ｘを所定の方向へ搬送しながら被検査物Ｘの成分検査を行うことができる。

（Ｃ）
上記実施形態では、２つの成分（ポリエチレン、グルコース）からなる被検査物Ｘを用いて成分検査を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図１１に示すように、３種類以上の成分１〜３を含む被検査物を用いて、成分検査を行ってもよい。この場合には、ＣＦ等の記憶部に格納された３種類以上の成分の吸収スペクトルデータを参照して、各成分の含有比率や重量値を算出すればよい。

さらには、図１１に示すように、表示画面１１５ａの右上に、成分２の混入比率が本来１０％であるところ１５％含まれているということで、不良判定を表示するようにしてもよい。

（Ｄ）
上記実施形態では、被検査物Ｘとして、固体物を用いて成分検査を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図１２（ａ）に示すように、被検査物Ｘ１として液体のものを用いて成分検査を実施することもできるし、図１２（ｂ）に示すように、被検査物Ｘ２として粉体のものを用いて成分検査を実施することも可能である。

この場合には、被検査物の形態に合わせて、適切な波長を照射して検査を実施することが好ましい。

（Ｅ）
上記実施形態では、図２に示すように、被検査物Ｘに含まれる各成分のスペクトルデータ２５ａを、予めＣＦ２５等の記憶部に格納している例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、被検査物の検査を実施する際に外部から取得した成分ごとのスペクトルデータを用いて成分検査を行ってもよい。

（Ｆ）
上記実施形態では、テラヘルツ波照射部１３およびテラヘルツ波検出部１４を格納した検査ユニット１１が、被検査物Ｘの計量を行う計量部１２の上方に配置された例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、テラヘルツ波照射部やテラヘルツ波検出部が、被検査物の計量を行う計量部の側方に配置された構成であってもよい。

（Ｇ）
上記実施形態では、テラヘルツ波照射部１３から被検査物Ｘに対して照射されたテラヘルツ波の反射波を、テラヘルツ波検出部１４において検出する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、テラヘルツ波照射部から被検査物に対して照射されたテラヘルツ波の透過波を検出するように、計量部の下方にテラヘルツ波検出部を配置してもよい。

あるいは、テラヘルツ波照射部を被検査物の側方に配置して、その対向側に透過波を検出するためのテラヘルツ波検出部を配置してもよい。

（Ｈ）
上記実施形態では、波長が０．３Ｔ〜１０．０Ｔ（Ｈｚ）のテラヘルツ波を用いて成分検査を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、波長の大きさが異なるミリ波やサブミリ波、赤外線、Ｘ線等を用いて、成分検査を行ってもよいし、それらを組み合わせて実施してもよい。

本発明の検査装置は、計量部上に被検査物を載せるだけで、商品の価値を損なうことなく被検査物に含まれる複数の成分の重量を容易に得ることができるため、例えば、袋詰商品の中に含まれる特定成分検査や、ビタミン剤等の錠剤に含まれる各成分量の検査等を、非破壊で自動的に実施することができるという効果を奏することから、放射線を含む電磁波等を照射し、その透過光／反射光を検出して検査を行う各種検査装置に対して広く適用可能である。

本発明の一実施形態に係る検査装置全体の構成を示す斜視図。 図１の検査装置の内部に構成される制御ブロックの構成を示すブロック図。 図２の制御部において実行される機能を示すブロック図。 （ａ），（ｂ）は図１の検査装置のモニタ部分に表示される表示画面の正面図。 図１の検査装置によって取得された被検査物の波長成分ごとの吸収スペクトルを示すグラフ。 図１の検査装置に予め格納されている被検査物に含まれる複数の成分に関する波長成分ごとの吸収スペクトルを示すグラフ。 図５および図６のグラフに基づいて、被検査物に含まれる複数の成分の含有比率を算出するためのグラフ。 図１の検査装置による成分検査の流れを示すフローチャート。 本発明の他の実施形態に係る検査装置全体の構成を示す斜視図。 図８の検査装置における内部構成を示す正面断面図。 本発明のさらに他の実施形態に係る検査装置のモニタ部分に表示される表示画面を示す正面図。 （ａ），（ｂ）は、本発明のさらに他の実施形態に係る検査装置において検査される被検査物の形態を示す斜視図。

１０ 検査装置
１１ 検査ユニット
１１ａ 筐体
１２ 計量部
１３ テラヘルツ波照射部
１４ テラヘルツ波検出部
１５ 表示部
１５ａ 表示画面
２０ 制御部
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
２５ ＣＦ（コンパクトフラッシュ（登録商標））
２５ａ 成分ごとの吸収スペクトルデータ
２５ｂ 検査結果ログファイル
３０ 機能ブロック
３１ 含有比率算出部
３２ 成分重量算出部
３３ 判定部
１１０ 重量検査装置
１１１ 筐体
１１２ 搬送部
１１４ 計量部

Claims (3)

1. 複数成分からなる被検査物の全体重量を計測する計量部と、
   前記被検査物に対してテラヘルツ波を照射し、前記テラヘルツ波の透過量あるいは反射
   量を複数の波長成分を含む分光スペクトルとして検出する検査ユニットと、
   前記被検査物に含有される各成分のスペクトルデータを予め記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された各成分のスペクトルデータを何％ずつ含有させると、前記分光スペクトルになるかを計算して各成分の含有比率を算出する含有比率算出部と、
   前記計量部で求めた全体重量と前記含有比率算出部で算出された各成分の含有比率とに基づいて、前記被検査物に含有される各成分の重量値を算出する成分重量算出部と、
   を備えてなる検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、前記成分重量算出部において算出された各成分の重量値が所定の範囲内にあるか否かを判定する判定部をさらに備えてなる検査装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の検査装置において、前記被検査物を搬送する搬送部をさらに備え、該搬送部によって前記被検査物を搬送しながら該被検査物に対してテラヘルツ波を照射する検査装置。

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