JP5492004B2 - 渦電流探傷装置、方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、金属性の被検査体の表面又は内部に存在するき裂等の欠陥を検出する渦電流探傷技術に関する。

金属の表面近傍に存在するき裂を検出する手法として渦電流探傷装置がある。この装置は、金属表面に設置したコイルから磁場を発生させ、この発生した磁場により金属表面近傍に渦電流を誘起させる。
そして、金属表面近傍にき裂があると誘起された渦電流の流れが変化し、この渦電流の形成する磁場強度分布が変化する。この磁場強度分布の変化をこのコイルが検知し、き裂の有無を判定する（例えば、特許文献１）。
このコイルの検知信号の感度は、被検査体の表面形状及び材質、コイル周辺の温度、並びにコイルの移動速度といったコイルの運行条件又は運行状況に依存して変化するものである。

特許第３４２２６６１号公報

ところで、前記した特許文献１においては、コイルが実測した検知信号と予め登録されている参照データとを比較し、感度変化の要因分析をしたうえで補正を行っている。しかし、検知信号の感度変化は、前述したように複数の要因が指摘されている。このため、これらすべてを考慮した要因分析をすることは計算が煩雑となり困難であり、特許文献１に開示される技術では探傷精度の向上に限界があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、被検査体上において把握されるコイルの運行情報に基づいてコイルの検知信号の感度補正を実行し、探傷精度に優れる渦電流探傷技術を提供することを目的とする。

本発明の渦電流探傷装置は、被検査体の表面形状が変化する部分を含む運行経路に沿ってコイルを運行させる運行制御部と、前記コイルに励磁信号を送信して前記被検査体に渦電流を生じさせる送信部と、前記渦電流に誘導される磁場を検知した前記コイルが出力する検知信号を受信する受信部と、前記被検査体の表面を運行している前記コイルの前記運行経路上の位置に関する情報と前記被検査体の表面及び前記コイルの間隔に関する情報とを少なくとも含む運行情報を取得する情報取得部と、前記運行情報に関連付けした補正情報を保持する補正部と、前記補正情報、前記励磁信号及び前記検知信号に基づき前記被検査体の探傷信号を演算する演算処理部と、を備えることを特徴とする。

本発明により、被検査体上において把握されるコイルの運行情報に基づいてコイルの検知信号の感度補正を実行し、探傷精度に優れる渦電流探傷技術が提供される。

（Ａ）は本発明に係る渦電流探傷装置の第１実施形態を示すブロック図を示し、（Ｂ）はコイルが運行するＵ字管（被検査体）を示す概略図。 本発明に係る渦電流探傷装置の第２実施形態を示すブロック図。 本発明に係る渦電流探傷装置の第３実施形態を示す上面図。 本発明に係る渦電流探傷装置の第４実施形態を示すブロック図。 本発明に係る渦電流探傷装置の第５実施形態を示す上面図。 本発明に係る渦電流探傷装置の第６，７，８実施形態を示すブロック図。 各実施形態における渦電流探傷装置の動作説明をするためのフローチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）に示す第１実施形態の渦電流探傷装置１Ａは、被検査体Ｕの表面にコイル２３を運行させる運行制御部１０と、このコイル２３に励磁信号Ｊを送信して被検査体Ｕに渦電流を生じさせる送信部２２と、この渦電流に誘導される磁場を検知したコイル２３が出力する検知信号Ｄを受信する受信部２４と、被検査体Ｕの表面を運行しているコイル２３の運行情報Ｋを取得する情報取得部１２と、この運行情報Ｋに関連付けした補正情報Ｈを保持する補正部２５と、この補正情報Ｈ、励磁信号Ｊ及び検知信号Ｄに基づき被検査体Ｕの探傷信号Ｎを演算する演算処理部２６と、から構成される。

コイル２３が運行する被検査体Ｕの構成は、図１（Ｂ）のように、直管Ｕ１に、この直管Ｕ１とは材質の異なる曲管Ｕ２が接続されてＵ字形状をとる場合を例にとる。さらに、この曲管Ｕ２は、直線部Ｕ３及び曲部Ｕ４を有している。
なお、被検査体Ｕとして、Ｕ字形状をとるものを例示したが、これに限定されるものでなく、平面板、球面板、波面板、凹凸面板、表面粗さの変化する板、その他、表面性状又は材質が変化するもの等を対象にすることができる。

自走手段１１は、固定したコイル２３を、被検査体Ｕの表面に近接又は接触させた状態で、設定された運行経路に沿って運行制御部１０の命令により移動するものである。
自走手段１１及びその運行制御部１０の具体例は、種々あるが、図１（Ａ）のように車輪付の台車である場合の他に、ワイヤによる牽引装置、圧力ガスによる押出装置等で実現することができる。

位置情報取得部１２（情報取得部）は、被検査体Ｕにおけるコイル２３（又は自走手段１１）の運行経路上の位置情報Ｋ１（運行情報Ｋ）を取得するものである。
この位置情報Ｋ１（運行情報Ｋ）は、自走手段１１又はその運行制御部１０から送信されるもので、車輪付の台車であれば車輪の回転数、牽引装置であればワイヤの長さ、押出装置であれば押出後の経過時間等の計測値を変換して導かれる。
また、位置情報取得部１２（情報取得部）は、上述した方式に限定されることはなく、被検査体Ｕの周辺に配置された位置検出センサ（図示略）により検出されたコイル２３（又は自走手段１１）の位置情報Ｋ１を、取得する場合もある。

コイル２３に交流電流である励磁信号Ｊが流れると、このコイル２３の内部および周辺に交流磁場が発生する。そして、この交流磁場により被検査体Ｕの表面および内部に渦電流が誘起され、さらにこの渦電流による二次的な磁場が、被検査体Ｕの表面及び裏面に発生する。

この渦電流による磁場がコイル２３に付与すると、このコイル２３に電流が誘導され検知信号Ｄとして受信部２４で受信されることになる。
そして、被検査体Ｕにき裂があると渦電流による磁場の流れが変化し、その強度分布が変化する。この強度分布の変化をコイル２３で検出することで、このコイル２３周辺の被検査体Ｕにおけるき裂の有無を検知することができる。

このように、コイル２３は、励磁信号Ｊを入力して被検査体Ｕに磁場を印加する機能と、この被検査体Ｕに発生した渦電流による磁場を検知して検知信号Ｄを出力する機能と、を併せ持つ。なお、コイル２３は、励磁信号Ｊを入力するものと、検知信号Ｄを出力するものとが、それぞれ別々のコイルで構成される場合もあるし、単一のコイルで構成される場合もある。

条件入力部２１は、正弦波又はパルス波の電流（又は電圧）として表される励磁信号Ｊの周波数、振幅、バイアスレベルといった設定条件を入力するものである。これら設定条件は、出力部２７に出力されるき裂等の欠陥の有無に係る解析結果を参照しながら適宜変更できるようになっている。

送信部２２は、条件入力部２１の設定条件に基づいて、励磁信号Ｊ（正弦波又はパルス波）を発振し、コイル２３に送信する。そして、この励磁信号Ｊの入力に呼応してコイル２３から出力される検知信号Ｄは、受信部２４に受信される。
ところで、コイル２３が通過する被検査体Ｕの部位が、例えば図１（Ｂ）において、直管Ｕ１、曲管Ｕ２の直線部Ｕ３、さらにその曲部Ｕ４のように変化すると、検知信号Ｄの感度も変化する。

補正部２５では、被検査体Ｕの機械図面等に基づいて、被検査体Ｕの部位に関連付けさせた感度の補正情報Ｈが予め登録されている。そして補正部２５は、コイル２３から位置情報Ｋ１（運行情報Ｋ）を受信すると、対応する補正情報Ｈを演算処理部２６に出力する。なお、補正情報Ｈは、事前に、実験あるいは計算により求められ、補正部２５に登録されている。

演算処理部２６は、検知信号Ｄ及び励磁信号Ｊの波形から両信号の強度比及び位相ずれ等の検出情報を導く。さらに演算処理部２６は、この検出情報（強度比又は位相ずれ）に対し、補正情報Ｈを用いてゲイン調整やオフセット調整を行い、き裂等の欠陥の有無に関する情報を含む探傷信号Ｎを出力する。

ここで検知信号Ｄは、被検査体Ｕに発生する渦電流の複素インピーダンスの変化を表しているため、実数部と虚数部に分解してリサージュを描画することができる。そして、このリサージュの波形からき裂等の欠陥の有無を判断することが可能となっている。
探傷信号Ｎは、オペレータが出力部２７において、き裂等の欠陥の有無を判断するのに必要な可視情報を形成させるものである。出力部２７において出力される可視情報は、特に限定されるものではなく探傷試験において一般的に使用されるものである。

図７のフローチャート（適宜図１）を参照して渦電流探傷装置１の動作説明を行う。
事前に実験又は計算により、被検査体Ｕの機械図面から、全ての位置情報Ｋ１（運行情報Ｋ）に対応する補正情報Ｈを求め、補正部２５に登録する（Ｓ１１）。そして、条件入力部２１に、コイル２３に送信する励磁信号Ｊの周波数、振幅、バイアスレベルといった設定条件を入力する（Ｓ１２）。

コイル２３が固定された自走手段１１を、被検査体Ｕの表面に載置して、所定の運行経路上を移動させる（Ｓ１３）。そして、このコイル２３に励磁信号Ｊを送信して被検査体Ｕに渦電流を生じさせ（Ｓ１４）、この渦電流に誘導される磁場を検知したコイル２３が出力する検知信号Ｄを受信する（Ｓ１５）。

また、被検査体Ｕの表面を運行しているコイル２３の位置情報Ｋ１（運行情報Ｋ）を取得し（Ｓ１６）、この位置情報Ｋ１（運行情報Ｋ）に関連付けして保持される補正情報Ｈを補正部２５から取得する（Ｓ１７）。
そして、演算処理部２６において、補正情報Ｈ、励磁信号Ｊ及び検知信号Ｄに基づき被検査体Ｕの探傷信号Ｎを演算し（Ｓ１８）、出力部２７に、き裂等の欠陥の有無を判断するのに必要な情報を表示させる（Ｓ１９）。
そして、このＳ１４〜Ｓ１９までのフローが、コイル２３の運行経路の終点に到着するまで繰り返される（Ｓ２０）。

（第２実施形態）
図２に示す第２実施形態の渦電流探傷装置１Ｂは、表面形状検知手段３０と、表面形状情報取得部３１（情報取得部）と、を備える点において、第１実施形態と相違する。ここで、図２において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。また、渦電流探傷装置１Ｂの動作は、図７のフローチャートを参照して前述した説明が援用される。

表面形状検知手段３０は、コイル２３とともに自走手段１１に固定され、走行しながら被検査体Ｕの表面及びコイル２３の間隔を検出し、間隔情報Ｋ２（運行情報Ｋ）を表面形状情報取得部３１（情報取得部）に出力する。
表面形状検知手段３０は、具体的に、光や音波等を利用した非接触式センサあるいは表面形状に倣う接触式センサ等が挙げられる。

一般に、被検査体Ｕの表面形状が変化している場合、自走手段１１で移動するコイル２３と被検査体Ｕの表面との間隔が変化し、これに伴い検知信号Ｄの感度が変化する。
そして補正部２５には、被検査体Ｕの表面及びコイル２３の間隔（間隔情報Ｋ２）に関連付けさせた感度の補正情報Ｈが予め登録されている。そして補正部２５は、コイル２３から間隔情報Ｋ２（運行情報Ｋ）を受信すると、対応する補正情報Ｈを演算処理部２６に出力する。なお、被検査体Ｕの表面及びコイル２３の間隔から予想される感度の補正情報Ｈは、事前に、実験あるいは計算により求められ、補正部２５に登録されている。
このように、被検査体Ｕの表面形状を実測することにより、図面情報のみで補正を行うよりも高精度で、き裂等の欠陥の有無に係る解析結果を得ることができる。また、補正部２５に登録する補正情報Ｈのデータ量を低減することができる。

（第３実施形態）
図３は、第３実施形態の渦電流探傷装置１Ｃにおいて、被検査体Ｕの表面を臨む方向における自走手段１１、表面形状検知手段３０及びコイル２３の配置を示している。第３実施形態の渦電流探傷装置１Ｃは、表面形状検知手段３０が複数の距離センサ３０ｃ（図では３つ）から構成される点において第２実施形態の渦電流探傷装置１Ｂに相違し、この相違点を除き、図２と同じ構成を備えている。
また、渦電流探傷装置１Ｃの動作は、図７のフローチャートを参照して前述した説明が援用される。

図３に示す三つの距離センサ３０ｃは、それぞれの中心を結ぶと直角二等辺三角形となるように配置されている。そして、これら距離センサ３０ｃは、それぞれにおける被検査体Ｕの表面との間隔を検出する。
このように、表面形状検知手段３０を複数の距離センサ３０ｃで構成することにより、被検査体Ｕの表面を一回の運行で広範囲に亘って計測することができる。これにより、被検査体Ｕの表面形状の複雑な変化を忠実に把握して、正確な感度補正を行うことができる。なお、これら複数の距離センサ３０ｃは、上述した直角二等辺三角形の頂点位置に配置される場合に限定されず、その配置関係が既知であれば任意配置をとることができる。また、距離センサ３０ｃの配置される個数も特に限定はない。

（第４実施形態）
図４に示す第４実施形態の渦電流探傷装置１Ｄは、被検査体Ｕの表面及びコイル２３の間隔を検出する距離センサの機能を、このコイル２３自身に兼ねさせたものである。
ここで、図４において図２と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。また、渦電流探傷装置１Ｄの動作は、図７のフローチャートを参照して前述した説明が援用される。

なお、このコイル２３自身から間隔情報Ｋ２（運行情報Ｋ）を出力させるための入力信号として、励磁信号Ｊと用いることができるが、専用信号（図示略）を用いることもできる。
また、コイル２３から出力される間隔情報Ｋ２（運行情報Ｋ）は、図４において、表面形状情報取得部３１（情報取得部）に送信されて処理されるように記載されているが、受信部２４に送信してから処理するようにしてもよい。この場合、検知信号Ｄは、間隔情報Ｋ２（運行情報Ｋ）も兼ねることとなり、装置構成が簡略化される。

（第５実施形態）
図５は、第５実施形態の渦電流探傷装置１Ｅにおいて、被検査体Ｕの表面を臨む方向における自走手段１１及びコイル２３の配置を示している。第５実施形態の渦電流探傷装置１Ｅは、間隔情報Ｋ２（運行情報Ｋ）及び検知信号Ｄを出力する複数のコイル２３ｅ（図では３つ）から構成される点において第４実施形態の渦電流探傷装置１Ｄに相違し、この相違点を除き、図４と同じ構成を備える。
また、渦電流探傷装置１Ｅの動作は、図７のフローチャートを参照して前述した説明が援用される。

これにより、被検査体Ｕの表面を一回の運行で広範囲に亘って計測することができる。これにより、被検査体Ｕの表面形状の複雑な変化を忠実に把握して、正確な感度補正を行うことができる。さらに、装置構成の簡略化が達成される。
なお、これらコイル２３の配置関係は、図示されるものに限定されることはなく、その配置関係が既知であれば任意配置をとることができる。また、コイル２３の配置される個数も特に限定はない。

（第６実施形態）
図６に示す第６実施形態の渦電流探傷装置１Ｆは、温度センサ４０がコイル２３の近傍に設けられ、この温度センサ４０が出力する温度情報Ｋ３（運行情報Ｋ）は、温度情報取得部３２（情報取得部）に送信される。
なお、温度センサ４０としては、熱電対等の一般的なものを適用させることができる。
ここで、図６において図１又は図２と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。また、渦電流探傷装置１Ｄの動作は、図７のフローチャートを参照した説明が援用される。

一般に、コイル２３の温度が変化すると、検知信号Ｄの感度が変化する。
そこで、補正部２５には、コイル２３の温度に関連付けさせた感度の補正情報Ｈが予め登録されている。そして補正部２５は、温度情報取得部３２が温度情報Ｋ３（運行情報Ｋ）を受信すると、対応する補正情報Ｈを演算処理部２６に出力する。なお、コイル２３の温度から予想される感度の補正情報Ｈは、事前に、実験あるいは計算により求められ、補正部２５に登録されている。
また、温度情報Ｋ３（運行情報Ｋ）は、温度センサ４０の実測値に基づく必要は特に無く、被検査体Ｕの所定場所における温度が既知であれば、位置情報Ｋ１（運行情報Ｋ）に対応付けることもできる。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態は、図６に示す渦電流探傷装置１Ｆにおいて、コイル２３の移動速度を検出する速度センサ４１が設けられている。この速度センサ４１が出力する速度情報Ｋ４（運行情報Ｋ）は、速度情報取得部３３（情報取得部）に送信される。

一般に、コイル２３の移動速度が変化すると、検知信号Ｄの感度が変化する。
そこで、補正部２５には、コイル２３の移動速度に関連付けさせた感度の補正情報Ｈが予め登録されている。そして補正部２５は、速度情報取得部３３が速度情報Ｋ４（運行情報Ｋ）を受信すると、対応する補正情報Ｈを演算処理部２６に出力する。なお、コイル２３の移動速度から予想される感度の補正情報Ｈは、事前に、実験あるいは計算により求められ、補正部２５に登録されている。

また、速度情報Ｋ４（運行情報Ｋ）は、速度センサ４１の実測値に基づく必要は特に無く、被検査体Ｕの所定場所における移動速度が既知であれば、位置情報Ｋ１（運行情報Ｋ）に対応付けることもできる。また、速度情報Ｋ４は、位置情報Ｋ１を時間微分したものとすることもできる。

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態は、図６に示す渦電流探傷装置１Ｆにおいて、被検査体の表面の材料物性を分析する分析センサ４２が設けられている。この分析センサ４２が出力する物性情報Ｋ５（運行情報Ｋ）は、物性情報取得部３４（情報取得部）に送信される。
この分析センサ４２としては、透磁率センサ又は導電率センサが挙げられる。

一般に、コイル２３の位置する被検査体Ｕの材料が変化すると、検知信号Ｄの感度が変化する。そこで、補正部２５には、被検査体Ｕの材料に関連付けさせた感度の補正情報Ｈが予め登録されている。そして補正部２５は、物性情報取得部３４が物性情報Ｋ５（運行情報Ｋ）を受信すると、対応する補正情報Ｈを演算処理部２６に出力する。なお、被検査体Ｕの材料から予想される感度の補正情報Ｈは、事前に、実験あるいは計算により求められ、補正部２５に登録されている。

また、物性情報Ｋ５（運行情報Ｋ）は、分析センサ４２の実測値に基づく必要は特に無く、被検査体Ｕの所定場所における材質が既知であれば、位置情報Ｋ１（運行情報Ｋ）に対応付けることもできる。

以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、被検査体の探傷試験における検知信号の感度に影響を与える被検査体の金属表面の形状及び材質、並びにコイルの周辺温度及び移動速度等の要因を、機械図面等の管理情報や検査現場での実計測データを基に分析する。そして、あらかじめ登録した補正情報Ｈにより、検知信号Ｄの感度補正を行うことで、き裂等の欠陥の有無に係る解析結果を高速でかつ高精度で得ることができる渦電流探傷装置が提供される。

本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、各実施形態の組み合わせ、又は共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。
例えば、本発明は、コンピュータによって各手段を機能させる渦電流探傷プログラムとして実現することもできる。

１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ）…渦電流探傷装置、１０…運行制御部、１１…自走手段、１２…位置情報取得部（情報取得部）、２１…条件入力部、２２…送信部、２３…コイル、２４…受信部、２５…補正部、２６…演算処理部、２７…出力部、３０…表面形状検知手段、３０ｃ…距離センサ、３１…表面形状情報取得部（情報取得部）、３２…温度情報取得部（情報取得部）、３３…速度情報取得部（情報取得部）、３４…物性情報取得部（情報取得部）、４０…温度センサ、４１…速度センサ、４２…分析センサ、Ｋ１（Ｋ）…位置情報（運行情報）、Ｋ２（Ｋ）…間隔情報（運行情報）、Ｋ３（Ｋ）…温度情報（運行情報）、Ｋ４（Ｋ）…速度情報（運行情報）、Ｋ５（Ｋ）…物性情報（運行情報）、Ｕ…被検査体、Ｕ１…直管、Ｕ２…曲管、Ｕ３…直線部、Ｕ４…曲部。

Claims (11)

1. 被検査体の表面形状が変化する部分を含む運行経路に沿ってコイルを運行させる運行制御部と、
   前記コイルに励磁信号を送信して前記被検査体に渦電流を生じさせる送信部と、
   前記渦電流に誘導される磁場を検知した前記コイルが出力する検知信号を受信する受信部と、
   前記被検査体の表面を運行している前記コイルの前記運行経路上の位置に関する情報と前記被検査体の表面及び前記コイルの間隔に関する情報とを少なくとも含む運行情報を取得する情報取得部と、
   前記運行情報に関連付けした補正情報を保持する補正部と、
   前記補正情報、前記励磁信号及び前記検知信号に基づき前記被検査体の探傷信号を演算する演算処理部と、を備えることを特徴とする渦電流探傷装置。
2. 請求項１に記載の渦電流探傷装置において、
   前記間隔を検出する距離センサは複数の間隔を検出するものであることを特徴とする渦電流探傷装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の渦電流探傷装置において、
   前記間隔を検出する距離センサの機能を、前記コイルが兼ねることを特徴とする渦電流探傷装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置において、
   前記運行情報には、前記被検査体の表面を運行する前記コイルの温度に関する情報がさらに含まれることを特徴とする渦電流探傷装置。
5. 請求項４に記載の渦電流探傷装置において、
   前記温度を検出する温度センサが前記コイルの近傍に設けられていることを特徴とする渦電流探傷装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置において、
   前記運行情報には、前記被検査体の表面を運行する前記コイルの移動速度に関する情報がさらに含まれることを特徴とする渦電流探傷装置。
7. 請求項６に記載の渦電流探傷装置において、
   前記移動速度を検出する速度センサが前記コイルの近傍に設けられていることを特徴とする渦電流探傷装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置において、
   前記運行情報には、前記被検査体の表面の材料物性に関する情報がさらに含まれることを特徴とする渦電流探傷装置。
9. 請求項８に記載の渦電流探傷装置において、
   前記材料物性を検出するための透磁率センサ又は導電率センサが前記コイルの近傍に設けられていることを特徴とする渦電流探傷装置。
10. 被検査体の表面形状が変化する部分を含む運行経路に沿ってコイルを運行させるステップと、
    前記コイルに励磁信号を送信して前記被検査体に渦電流を生じさせるステップと、
    前記渦電流に誘導される磁場を検知した前記コイルが出力する検知信号を受信するステップと、
    前記被検査体の表面を運行している前記コイルの前記運行経路上の位置に関する情報と前記被検査体の表面及び前記コイルの間隔に関する情報とを少なくとも含む運行情報を取得するステップと、
    前記運行情報に関連付けして保持される補正情報、前記励磁信号及び前記検知信号に基づき前記被検査体の探傷信号を演算するステップと、を含むことを特徴とする渦電流探傷方法。
11. コンピュータを、
    被検査体の表面形状が変化する部分を含む運行経路に沿ってコイルを運行させる手段、
    前記コイルに励磁信号を送信して前記被検査体に渦電流を生じさせる手段、
    前記渦電流に誘導される磁場を検知した前記コイルが出力する検知信号を受信する手段、
    前記被検査体の表面を運行している前記コイルの前記運行経路上の位置に関する情報と前記被検査体の表面及び前記コイルの間隔に関する情報とを少なくとも含む運行情報を取得する手段、
    前記運行情報に関連付けした補正情報を保持する手段、
    前記補正情報、前記励磁信号及び前記検知信号に基づき前記被検査体の探傷信号を演算する手段、として機能させることを特徴とする渦電流探傷プログラム。

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