JP7029580B2 - 冷却水管理装置及び当該装置を組み込んだ冷却水管理ユニット - Google Patents

Description

本発明は、溶接ガンに供給する冷却水を管理する冷却水管理装置及び当該装置を組み込んだ冷却水管理ユニットに関する。

一般的に、スポット溶接に使用する溶接機において実際に溶接を行う部分は溶接ガンと呼ばれており、この溶接ガンは電極チップ（例えば電極棒）及び冷却水の供給用・排水用の通水路を備えている。
溶接工程では、溶接ガンを溶接箇所まで移動し、電極チップを被溶接材と接触させ、接触した状態で電流を流し接触抵抗で発生する熱により母材を溶かし接着を行う。そして、ある箇所を溶接すると直ちに次の溶接箇所へ溶接ガンを移動し、これを繰り返す。このように、溶接を繰り返すと、溶接ガン及び電極チップは蓄熱し、高温状態となるため、溶接ガン及び電極チップを冷却する必要が生じる。冷却は、冷却水タンク等からポンプ等の動力源を利用し、バルブ（切換弁）を通じて溶接ガンへ冷却水を通水することで行われる。

しかしながら、溶接不良、特に溶着過多不良の場合、電極チップが被溶接材と固着してしまい、溶接ガンの次工程への移動とともに電極チップが抜けてしまうことがある。通水路の蓋（栓）の役割も兼ねている電極チップが抜けると通水路から冷却水の漏れが発生し、周辺機器の損傷や環境汚染の原因となってしまう。
そこで、例えば、特許文献１のように、電極チップが抜けたときに機構的に蓋をして通水路を遮断する構造や、特許文献２のように、流量計により冷却水の流量を計測し、ある一定の流量値（閾値）と比較して電極チップの抜けを検出する方法等が知られている。

特開平９－５７４６４号公報 特開平６－７１４５９号公報

上記特許文献１のように、電極チップが抜けたときに機構的に蓋をする構造を用いる場合、電極チップ及び通水路の構造の複雑化を伴う。また、電極チップが抜けたときに機構的に蓋をする構造を用いる場合、冷却水の漏れを抑えることは可能であるが、電極チップが抜けた状態を何らかの信号として出力する機能は無い。
電極チップが抜けたときは、次の溶接箇所へ移動する前には、速やかに溶接機を停止し、電極チップを取り付ける必要があるが、電極チップが抜けた状態を検出するセンサ等を別途取付ける必要がある。

また、工場に溶接機が多数配置されている場合、冷却水の供給は一つの供給源（前記タンク等）から分岐して各溶接機に通水され、各溶接機が独立して溶接を行うことが多い。このため、分岐された個々の溶接機は通水状態、止水状態が様々であり、全体としては通水路の有効断面積が時々刻々と変化している状態である。
溶接ガンで電極チップの抜けが発生すると、抜けた個所の配管抵抗が減少して、冷却水が漏れ出すため、上流側の流量は増加し、下流側の流量は低下する。この場合において、上記特許文献２のように、上流側のみ、若しくは下流側のみに流量計を設置し、所定の閾値を超える（あるいは低下）ことにより電極チップの抜けを検出する場合には、上述のように通水路全体として有効断面積が時々刻々と変化する状況においては、誤検出あるいは不検出という問題が生じる。
さらに、冷却水の供給源は主にポンプ等であるが、この能力が常に一定とは限らず、周囲温度や冷却水の劣化に伴う粘度変化により吐出流量が変化する。したがって、ある一定の流量値（閾値）を基準として電極チップの抜けを検出する方法では、誤検出あるいは不検出となる場合があり、検出精度が低かった。

そこで、本発明は、溶接ガンが有する電極チップの抜けを高精度で検出し、冷却水の漏れを最小限に抑える冷却水管理装置及び当該装置を組み込んだ冷却水管理ユニットを提供することを目的とする。

本発明の冷却水管理装置は、電極チップを有する溶接ガンに冷却水を供給するための上流側通水路に設けられた上流側流量計と、冷却水の供給源と上流側流量計との間に設けられ、冷却水の供給及び供給停止を切り換えるバルブと、溶接ガンから冷却水を排水するための下流側通水路に設けられた下流側流量計とに接続された冷却水管理装置であって、上流側流量計及び下流側流量計から冷却水の上流側流量及び下流側流量に係る信号を入力する信号入力手段と、上流側流量及び下流側流量の所定時間ごとの変化量を算出し、これらの変化量が上流側流量及び下流側流量の各々について予め設定された検出条件を同時に満たすときに電極チップの抜けを検出するチップ抜け検出手段と、チップ抜け検出手段が電極チップの抜けを検出したときに、バルブを閉栓させる制御信号を出力する信号出力手段と、を備える。

本発明によれば、従来のように溶接ガンの上流側又は下流側の流量と所定の閾値とを比較するのではなく、溶接ガンの上流側及び下流側の流量の所定時間ごとの変化量が所定の検出条件を同時に満たすときに電極チップの抜けを検出する構成であるため、複数の溶接ガンが分散配置された溶接工程ライン全体で通水路の有効断面積が時々刻々と変化し、流量が全体的に増減するような場合でも、電極チップの抜けを高精度で検出し、冷却水の漏れを最小限に抑えることができる。

本発明の冷却水管理装置は、検出条件を記憶する検出条件記憶手段と、外部入力された設定値に基づいて検出条件を設定する検出条件設定手段と、を備え、チップ抜け検出手段は、検出条件記憶手段に記憶された検出条件を参照してもよい。これにより、ユーザが任意に入力した設定値を検出条件として設定することができ、検出条件の変更が容易となる。

本発明の冷却水管理装置において、検出条件は、上流側流量及び下流側流量の所定時間ごとの変化量が、各々について予め設定された変化量設定値以上となる状態のまま、所定時間よりも長くなるように予め設定された継続時間設定値以上で継続することを定めてもよい。これにより、上流側流量及び下流側流量の所定時間ごとの変化量が瞬間的に増加した場合等をノイズとして除去することができるため、誤検出を防止することができる。
本発明の冷却水管理装置において、継続時間設定値は、上流側継続時間設定値及び下流側継続時間設定値に分けて設定されてもよい。これにより、上流側と下流側とで流量の変化にタイムラグが生じるような場合であっても高精度で検出することができる。

本発明の冷却水管理装置において、チップ抜け検出手段は、電極チップの抜けの検出時における上流側流量及び下流側流量の変化量に係るデータを検出時変化量として所定の記憶領域に記憶してもよい。これにより、実際に電極チップの抜けを検出したときの上流側流量及び下流側流量の変化量を保存しておくことで、検出条件として最適な設定値を決定する際の目安とすることが可能になる。

本発明の冷却水管理装置において、検出条件は、信号出力手段がバルブを開栓させる他の制御信号を出力してからチップ抜け検出手段が電極チップの検出処理を開始するまでの待機時間設定値を含んでもよい。これにより、バルブを開栓した直後は通水路内で冷却水の流量が不安定な状態になるが、このような不安定な状態の期間を対象外とすることで電極チップの抜けの検出精度を向上させることができる。

本発明の冷却水管理ユニットは、電極チップを有する溶接ガンに冷却水を供給するための上流側通水路に設けられた上流側流量計と、冷却水の供給源と上流側流量計との間に設けられ、冷却水の供給及び供給停止を切り換えるバルブと、溶接ガンから冷却水を排水するための下流側通水路に設けられた下流側流量計と、上流側流量計、バルブ、及び下流側流量計に接続された冷却水管理装置と、を備える冷却水管理ユニットであって、冷却水管理装置は、上流側流量計及び下流側流量計から冷却水の上流側流量及び下流側流量に係る信号を入力する信号入力手段と、上流側流量及び下流側流量の所定時間ごとの変化量を算出し、これらの変化量が上流側流量及び下流側流量の各々について予め設定された検出条件を同時に満たすときに電極チップの抜けを検出するチップ抜け検出手段と、チップ抜け検出手段が電極チップの抜けを検出したときに、バルブを閉栓させる制御信号を出力する信号出力手段と、を含む。

本発明によれば、従来のように溶接ガンの上流側又は下流側の流量と所定の閾値とを比較するのではなく、溶接ガンの上流側及び下流側の流量の所定時間ごとの変化量が所定の検出条件を同時に満たすときに電極チップの抜けを検出する構成であるため、複数の溶接ガンが分散配置された溶接工程ライン全体で通水路の有効断面積が時々刻々と変化し、流量が全体的に増減するような場合でも、電極チップの抜けを高精度で検出し、冷却水の漏れを最小限に抑えることができる。

本発明の冷却水管理ユニットにおいて、検出条件を記憶する検出条件記憶手段と、外部入力された設定値に基づいて検出条件を設定する検出条件設定手段と、を備え、チップ抜け検出手段は、検出条件記憶手段に記憶された検出条件を参照してもよい。これにより、ユーザが任意に入力した設定値を検出条件として設定することができ、検出条件の変更が容易となる。

本発明の冷却水管理ユニットにおいて、検出条件は、上流側流量及び下流側流量の所定時間ごとの変化量が、各々について予め設定された変化量設定値以上となる状態のまま、所定時間よりも長くなるように予め設定された継続時間設定値以上で継続することを定めてもよい。これにより、上流側流量及び下流側流量の所定時間ごとの変化量が瞬間的に増加した場合等をノイズとして除去することができるため、誤検出を防止することができる。
本発明の冷却水管理ユニットにおいて、継続時間設定値は、上流側継続時間設定値及び下流側継続時間設定値に分けて設定されてもよい。これにより、上流側と下流側とで流量の変化にタイムラグが生じるような場合であっても高精度で検出することができる。

本発明の冷却水管理ユニットにおいて、チップ抜け検出手段は、電極チップの抜けの検出時における上流側流量及び下流側流量の変化量に係るデータを検出時変化量として所定の記憶領域に記憶してもよい。これにより、実際に電極チップの抜けを検出したときの上流側流量及び下流側流量の変化量を保存しておくことで、検出条件として最適な設定値を決定する際の目安とすることが可能になる。

本発明の冷却水管理ユニットにおいて、検出条件は、信号出力手段がバルブを開栓させる他の制御信号を出力してからチップ抜け検出手段が電極チップの検出処理を開始するまでの待機時間設定値を含んでもよい。これにより、バルブを開栓した直後は通水路内で冷却水の流量が不安定な状態になるが、このような不安定な状態の期間を対象外とすることで電極チップの抜けの検出精度を向上させることができる。

本発明によれば、溶接ガンが有する電極チップの抜けを検出し、冷却水の漏れを最小限に抑える冷却水管理装置及び当該装置を組み込んだ冷却水管理ユニットを提供することができる。

第１の実施形態に係る冷却水管理装置を組み込んだ冷却水管理ユニットの全体構成を示すブロック図である。 図１に示す冷却水管理装置の外観斜視図である。 図１に示す制御部の機能ブロック図である。 図１に示す溶接ガンを複数配置した溶接工程ラインを示すブロック図である。 従来の装置においてチップ抜けを検出する場合の具体例を示す図である。 従来の装置においてチップ抜けの誤検出が発生する場合の具体例を示す図である。 従来の装置においてチップ抜けの不検出が発生する場合の具体例を示す図である。 第１の実施形態における制御部のチップ抜け検出処理を説明する図である。 図９Ａは、図１に示す上流側流量計において計測される流量の時系列での変化の具体例であって、流量がステップ状に増加した場合を示す図である。図９Ｂは、図１に示す上流側流量計において計測される流量の時系列での変化の具体例であって、流量が一定の傾きで変化した場合を示す図である。 図１に示す制御部のチップ抜け検出処理の具体例を示すフローチャートである。 バルブ開閉用電源の入力時からバルブを閉栓するまでの信号及び流量の時間変化を説明する図である。 第２の実施形態における制御部のチップ抜け検出処理を説明する図である。 第２の実施形態における制御部のチップ抜け検出処理の具体例を示すフローチャートである。

本発明に係る冷却水管理装置及びこれを組み込んだ冷却水管理ユニットについて、好適な実施形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る冷却水管理装置１０を組み込んだ冷却水管理ユニット１２の全体構成を示すブロック図である。冷却水管理ユニット１２は、冷却水管理装置１０、溶接ガン１４、上流側流量計１８、バルブ２０、下流側流量計２２、及びポンプ１６を備えており、これらにより冷却水の循環路が構築されている。

冷却水管理装置１０は、冷却水管理ユニット１２において溶接ガン１４への冷却水の供給及び供給停止を管理する装置である。溶接ガン１４は、冷却水管理ユニット１２の中で被溶接材Ｗに対して実際に溶接を行う部分であり、通電により発熱する電極チップ（例えば電極棒）１４ａ、１４ｂと冷却水の供給用・排水用の通水路（図示省略する）を内部に備えている。

ポンプ１６は、図示しない冷却水タンク等に連通する冷却水の供給源であり、溶接ガン１４よりも上流側に設けられた通水路（以下、上流側通水路という。）Ｒ１及び下流側に設けられた通水路（以下、下流側通水路という。）Ｒ２を介して溶接ガン１４の内部の通水路（図示省略する）に接続されている。上流側通水路Ｒ１には、溶接ガン１４の上流側における冷却水の流量を検出する上流側流量計１８と、上流側流量計１８よりも上流側に配置され、溶接ガン１４への冷却水の供給・供給停止を切り換えるバルブ２０とが設けられている。
また、下流側通水路Ｒ２には、溶接ガン１４の下流側における冷却水の流量を検出する下流側流量計２２が設けられている。
上流側流量計１８及び下流側流量計２２は、冷却水の流量に応じた信号（図１中、「上流側流量入力」及び「下流側流量入力」と記載している。）を出力するセンサである。信号は、例えば流量の大きさに比例するように、１．０～５．０Ｖの範囲の電圧値に変換して出力する。なお、信号の変換方法はこれに限定されず、例えば流量の大きさに比例した周波数のパルス信号を出力してもよい。

図１に示すように、冷却水管理装置１０は、制御部２４、第１コネクタ２６、第２コネクタ２８、第３コネクタ３０、第４コネクタ３２、及び第５コネクタ３４を備えている。

制御部２４は、例えばマイクロコンピュータ等の小型の制御装置であり、第１コネクタ２６、第２コネクタ２８、第３コネクタ３０、第４コネクタ３２、及び第５コネクタ３４にそれぞれ接続されている。また、制御部２４は、電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けを検出する機能、信号を入出力する機能、画面表示を制御する機能等に対応する各種のプログラムを備えている。

第１コネクタ２６は、外部機器（図示省略する）から、接地端子（ＧＮＤ）との間に、例えばＤＣ２４Ｖのバルブ開閉用電源を入力（図１中、「バルブ開閉用電源入力」と記載している。）するとともに、外部機器上でユーザが任意に設定した各種のパラメータ（設定値）を入力（図１中、「パラメータ入力」と記載している。）する端子である。なお、バルブ開閉用電源の入力は、制御部２４を起動するスタート信号の入力をも意味する。

第２コネクタ２８は、外部電源（ＤＣ２４Ｖ）を入力するとともに、制御部２４による制御に基づいて外部機器に対して溶接ガン１４の状態を示す状態信号を出力（図１中、「状態信号出力」と記載している。）する端子である。状態信号がｏｎの場合は溶接可、ｏｆｆの場合は溶接不可を示す。

第３コネクタ３０は、制御部２４を介して第１コネクタ２６に接続されており、制御部２４による制御に基づいてバルブ２０の開栓・閉栓を切り換えるバルブ制御信号としてバルブ開閉用電源の電圧値信号を出力（図１中、「バルブ開閉用電源出力」と記載している。）する端子である。例えば、バルブ開閉用電源出力がｏｎになり、２４Ｖの電圧がバルブ２０に印加された場合には、バルブ２０は開栓する。逆に、バルブ開閉用電源出力がｏｆｆになった場合には、電圧は０Ｖとされ、バルブ２０は閉栓する。

第４コネクタ３２は、上流側流量計１８の近傍若しくは内部に設けられた温度センサ（図示省略する）から冷却水の温度を示す信号を入力（図１中、「温度入力」と記載している。）するとともに、上流側流量計１８から上流側通水路Ｒ１における冷却水の上流側流量を示す信号を入力（図１中、「上流側流量入力」と記載している。）する端子である。
第５コネクタ３４は、下流側流量計２２から下流側通水路Ｒ２における冷却水の下流側流量を示す信号を入力（図１中、「下流側流量入力」と記載している。）する端子である。

図２は、図１に示す冷却水管理装置１０の外観斜視図である。ここでは、図２中手前側の側面に上述した第１コネクタ２６、第２コネクタ２８、第３コネクタ３０、第４コネクタ３２、及び第５コネクタ３４が設けられている。
また、上面の左側には、上流側流量計１８及び下流側流量計２２からそれぞれ取得した流量値を表示する流量表示モニタ３６と、流量表示モニタ３６の表示設定を切り換える入力ボタン３８が設けられている。
上面の右側には、温度センサ（図示省略する）から取得した上流側通水路Ｒ１における冷却水の温度データを表示する温度表示モニタ４０と、温度表示モニタ４０の表示設定を切り換える入力ボタン４２が設けられている。

図３は、図１に示す制御部２４の機能ブロック図である。制御部２４は、信号入力部（信号入力手段）２４ａ、冷却水監視部２４ｂ、チップ抜け検出部（チップ抜け検出手段）２４ｃ、記憶部（検出条件記憶手段）２４ｄ、設定部（検出条件設定手段）２４ｅ、信号出力部（信号出力手段）２４ｆ、及び表示制御部２４ｇを備えている。

信号入力部２４ａは、上流側流量計１８及び下流側流量計２２から冷却水の上流側流量及び下流側流量に係る信号（上流側流量入力及び下流側流量入力）を入力し、冷却水監視部２４ｂへ出力する。また、信号入力部２４ａは、温度センサ（図示省略する）から上流側通水路Ｒ１における冷却水の温度に係る信号（温度入力）を入力し、冷却水監視部２４ｂへ出力する。さらに、信号入力部２４ａは、外部機器からバルブ開閉用電源入力を入力し、信号出力部２４ｆへ出力する。

冷却水監視部２４ｂは、信号入力部２４ａから入力された上流側流量及び下流側流量に係る信号（上流側流量入力及び下流側流量入力）を冷却水の流量データに変換し、チップ抜け検出部２４ｃ及び表示制御部２４ｇに出力する。
また、冷却水監視部２４ｂは、信号入力部２４ａから入力された冷却水の温度に係る信号（温度入力）を温度データに変換し、表示制御部２４ｇに出力する。

チップ抜け検出部２４ｃは、上流側流量及び下流側流量の所定時間ごとの変化量を算出し、これらの変化量が上流側流量及び下流側流量の各々について予め設定された検出条件を同時に満たすときに電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けを検出する。本実施形態では、チップ抜け検出部２４ｃは、後述する記憶部２４ｄに記憶された検出条件を参照することで検出処理を実行するが、プログラム上に検出条件を定義することもできる。

また、チップ抜け検出部２４ｃは、所定時間前からの上流側流量及び下流側流量の履歴を記憶するメモリ２４ｈと経過時間を計測するカウンタ２４ｉとを有している。本実施形態では、ある一定周期で上流側流量及び下流側流量を取得するため、メモリ２４ｈも同一周期で更新されるものとする。また、メモリ２４ｈは、一定周期分の流量の履歴を保持している。

記憶部２４ｄは、チップ抜け検出部２４ｃが電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けの検出処理時に参照する検出条件を記憶する。本実施形態における検出条件としては、ある所定時間ごとの上流側流量及び下流側流量の各々の変化量設定値、継続時間設定値、待機時間設定値（安定化待ち時間設定値）がある。各設定値は、任意に設定されている。

設定部２４ｅは、外部入力された設定値（パラメータ入力）に基づいて記憶部２４ｄへの検出条件の設定（登録・更新）を行う。設定値の入力は、図２に示した流量表示モニタ３６及び入力ボタン３８を用いて行うことができる。
設定値の入力は様々な方法が考えられる。例えば、ユーザが設定する上流側流量及び下流側流量の変化量設定値は、画面上ではユーザによって把握し易い流量値とし、計測値のスケールに合わせ換算して設定する。
また、流量が安定するまでには時間がかかるため、ユーザ設定として待機時間（安定待ち時間）の設定値を入力する。継続時間設定値はｍｓ単位の数値を設定でき、計測周期の長さにより計測回数に換算して処理する。

信号出力部２４ｆは、チップ抜け検出部２４ｃが電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けを検出したときに、バルブ２０を閉栓させる制御信号（状態信号出力）を出力する。また、信号出力部２４ｆは、バルブ開閉用電源入力に基づいてバルブ２０を開栓させる制御信号（バルブ開閉用電源出力）を出力する。

表示制御部２４ｇは、冷却水監視部２４ｂ及びチップ抜け検出部２４ｃからの出力に基づいて流量表示モニタ３６及び温度表示モニタ４０の表示内容を制御する。例えば、チップ抜け検出部２４ｃが電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けを検出した場合には、流量表示モニタ３６に警告表示を行うと好適である。

図４は、図１に示す溶接ガン１４を複数配置した溶接工程ラインを示すブロック図である。ここでは、共通のポンプ１６と複数の溶接ガン１４の間には分岐した上流側通水路Ｒ１及び下流側通水路Ｒ２が形成されており、複数の溶接ガン１４の各々に対してバルブ２０、上流側流量計１８、下流側流量計２２が設置されていることが示されている。すなわち、冷却水管理ユニット１２が溶接ガン１４ごとに構築されている。このように、分岐された個々の冷却水管理ユニット１２では、バルブ２０が独立して制御されているため、通水状態及び止水状態は様々であり、全体としては通水路の有効断面積は時々刻々と変化する。

続いて、従来の装置における電極チップ１４ａ、１４ｂのチップ抜け検出処理と本実施形態に係る冷却水管理装置１０におけるチップ抜け検出処理とを比較して説明する。

図５は、従来の装置においてチップ抜けを検出する場合の具体例を示す図である。ここでは、上欄に時間と流量との関係、下欄に時間とバルブ２０を開閉させる制御信号の関係が同じ時系列で示されている。時刻ｔ０でバルブ２０が開栓（バルブ開閉用電源出力：ｏｎ）されると、流量は時刻ｔ１までは一定で推移しているが、時刻ｔ１から増加傾向に転じ、時刻ｔ２で流量が所定の閾値Ｑ１以上となっている。これに伴い、時刻ｔ２では、バルブ２０を閉栓（バルブ開閉用電源出力：ｏｆｆ）させるように制御している。すなわち、時刻ｔ１でチップ抜けが発生した場合に、時刻ｔ２でチップ抜けを検出して冷却水の供給を停止する制御を示している。

図６は、従来の装置においてチップ抜けの誤検出が発生する場合の具体例を示す図である。ここでは、時刻ｔ０でバルブ２０が開栓（バルブ開閉用電源出力：ｏｎ）されると、流量は時刻ｔ１までは一定で推移し、時刻ｔ１から増加傾向に転じているが、流量が所定の閾値Ｑ１未満となっている。このような場合、従来の装置では、実際には時刻ｔ１でチップ抜けが発生しているものの、流量が閾値Ｑ１以上になるまで検出することができなかった。

図７は、従来の装置においてチップ抜けの不検出が発生する場合の具体例を示す図である。ここでは、時刻ｔ０～ｔ１の間において流量は一定であるものの、時刻ｔ０で既に所定の閾値Ｑ１以上であることからバルブ２０を閉栓（バルブ開閉用電源出力：ｏｆｆ）している。すなわち、実際にチップ抜けが発生しているのは時刻ｔ１であるが、チップ抜け以外の要因で流量が大幅に増加してしまい、閾値Ｑ１以上となっている場合には不検出となってしまう。例えば通水路が分岐している溶接工程ライン上で他のバルブ２０が閉栓されると、別ユニット内では流量が増加することが考えられる。

図８は、第１の実施形態における制御部２４のチップ抜け検出部２４ｃのチップ抜け検出処理を説明する図である。上流側においては、上流側流量計１８により計測された上流側流量値Ａとメモリ２４ｈ内に保存されている所定時間（一定時間）前の流量値との差分値ｄＡが減算器２４ｊにより算出され、この差分値ｄＡがユーザにより予め設定された上流側流量値Ａの変化量設定値（上流側流量の変化量設定値）ＴＨａと比較器２４ｋ（ＣＯＭＰＡＲＡＴＯＲ）で比較されている。差分値ｄＡが変化量設定値ＴＨａ以上（ｄＡ≧ＴＨａ）の場合には、判定結果「Ｈ」が出力される。

同様に、下流側においては、下流側流量計２２により計測された下流側流量値Ｂとメモリ２４ｈ内に保存されている所定時間前の流量値との差分値ｄＢが減算器２４ｌにより算出され、この差分値ｄＢがユーザにより予め設定された下流側流量値Ｂの変化量設定値（下流側流量の変化量設定値）ＴＨｂと比較器２４ｍで比較されている。差分値ｄＢが変化量設定値ＴＨｂ以下（ｄＢ≦ＴＨｂ）の場合には、判定結果「Ｈ」が出力される。

そして、ＡＮＤ回路２４ｐに入力される上流側及び下流側における判定結果がいずれも「Ｈ」である場合には、カウンタ２４ｉが継続時間Ｔの測定を開始し、ユーザが設定した継続時間設定値Ｔｃ以上継続したときに電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けを検出する。逆に、カウンタ２４ｉのカウント値が継続時間設定値Ｔｃに達する前に、上流側及び下流側の一方又は両方の判定結果が「Ｌ」となった場合には、電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けは検出されない。

図９Ａ及び図９Ｂは、図１に示す上流側流量計１８において計測される流量の時系列での変化の具体例を示す図である。図９Ａは、流量がステップ状に増加した場合を示す図、図９Ｂは、流量が一定の傾きで変化した場合を示す図である。
図９Ａの場合には、時刻ｔ１で流量が一気に増加し、その後一定に維持されている。 このため、時刻ｔ１～ｔ２の間では、現在の流量と所定時間前の流量との変化量が算出されるが、時刻ｔ２以降において変化量は０となっている。したがって、時刻ｔ１で流量が増加した時点でチップ抜けが発生してしまうと誤検出してしまう可能性がある。
また、図９Ｂの場合には、時刻ｔ１～ｔ３の間では流量が一定の傾きで変化し、時刻ｔ３以降は流量値が一定になっている。このため、流量の変化量を短い時間内だけで判定すると、誤検出の可能性がある。これに対し、本実施形態では検出条件の中に継続時間設定値Ｔｃを含んでいるため、図９Ａ及び図９Ｂのいずれの場合でもチップ抜けを誤検出することを回避できる。

以下、上記のように構成された冷却水管理装置１０の動作・作用を図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０は、制御部２４におけるチップ抜け検出処理の具体例を示すフローチャートである。この処理は、制御部２４にバルブ開閉用電源（スタート信号）が入力された後、所定の周期で行われるものとする。なお、変数Ａ、変数Ｂ、変数ｍＡ、変数ｍＢは、上流側流量値Ａ、下流側流量値Ｂ、上流側保存値ｍＡ、下流側保存値ｍＢをそれぞれ表す。

ステップＳ１において、上流側流量計１８及び下流側流量計２２が、それぞれ計測した上流側流量値Ａ及び下流側流量値Ｂの大きさに比例した信号を出力すると、制御部２４（信号入力部２４ａ）は、これらの信号を入力する。

ステップＳ２において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、上流側流量計１８及び下流側流量計２２から入力された最新の上流側流量値Ａ及び下流側流量値Ｂの信号を変換し、それぞれ上流側保存値ｍＡ及び下流側保存値ｍＢとしてメモリ２４ｈに記憶する。

ステップＳ３において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、メモリ２４ｈに記憶されている最新の流量値と所定時間（設定可能な、例えば、ｍｓオーダーの時間ｎ）前の計測値との差分値（差分）ｄＡ及びｄＢを算出する。ここで、ｎ時間前の計測値をｍＡ（ｎ）、ｍＢ（ｎ）と表すと、上流側及び下流側における差分値ｄＡ及びｄＢは、ｄＡ＝Ａ－ｍＡ（ｎ）、ｄＢ＝Ｂ－ｍＢ（ｎ）とそれぞれ算出される。これらの差分値ｄＡ、ｄＢは、所定時間ごとの流量の変化量（傾き）に相当する。

ステップＳ４において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、ステップＳ３において算出された差分値（上流側流量の変化量算出値）ｄＡが予め正の値（＞０）で設定された上流側流量値Ａの変化量設定値ＴＨａ以上であり、かつ、差分値（下流側流量の変化量算出値）ｄＢが、予め負の値（＜０）で設定された下流側流量値Ｂの変化量設定値ＴＨｂ以下であるか否かを判定する。

ステップＳ４において判定条件を満たすと判定されたときは（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５へ進み、判定条件を満たさないと判定されたときは（ステップＳ４：ＮＯ）、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ５において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、差分値ｄＡが変化量設定値ＴＨａ以上、かつ、差分値ｄＢが変化量設定値ＴＨｂ以下の状態での継続時間Ｔが、予め設定された継続時間設定値Ｔｃ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ５において判定条件を満たすと判定されたときは（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ステップＳ６へ進み、判定条件を満たさないと判定されたときは（ステップＳ５：ＮＯ）、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ６において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、溶接ガン１４の上流側及び下流側において冷却水の流量の変化量に異常が有る、すなわち、溶接ガン１４において電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けが発生していると判定する。

ステップＳ７では、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、ステップＳ６における判定結果に基づいて信号出力部２４ｆからのバルブ開閉用電源出力をｏｆｆに制御し、バルブ２０を閉栓して処理を終了する。

一方、ステップＳ８において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、溶接ガン１４の上流側及び下流側において冷却水の流量の変化量に異常が無いと判定し、処理を終了する。

図１１は、バルブ開閉用電源の入力時からバルブ２０を閉栓するまでの信号及び流量の時間変化を説明する図である。ここでは、バルブ開閉用電源の入力（スタート信号）のｏｎ／ｏｆｆ、バルブ２０に対するバルブ開閉用電源出力のｏｎ／ｏｆｆ、上流側流量、下流側流量、及び状態信号出力のｏｎ／ｏｆｆを縦軸、時間を横軸として、時系列でどのように関係するのかを示している。

時刻ｔ０～ｔ１の間においては、バルブ開閉用電源入力及び出力がｏｆｆであるため、バルブ２０はｏｆｆ（閉栓）に制御されている。このとき、上流側流量及び下流側流量は０であり、状態信号出力もｏｆｆ（溶接不可）となっている。

時刻ｔ１では、バルブ開閉用電源入力及び出力がｏｎに切り換わるため、バルブ２０はｏｎ（開栓）に制御される。これに伴い、上流側流量及び下流側流量は増加し、時刻ｔ２では流量が安定状態となっている。しかし、時刻ｔ１～ｔ２の間においては、状態信号出力は未だｏｆｆ（溶接不可）のままである。これは、バルブ２０が開栓した直後においては上流側流量及び下流側流量が安定しておらず、待機時間設定値（安定化待ち時間設定値）Ｔｓが経過するまでは電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けの検出処理が開始されていないことを示している。

時刻ｔ２～ｔ３の間では、上流側流量及び下流側流量は一定に推移しているため、状態信号出力はｏｎ（溶接可）となっているが、時刻ｔ３の時点から上流側流量が増加し、下流側流量は減少している。

時刻ｔ３～ｔ４の間では、上流側流量及び下流側流量の所定時間ごとの変化量をそれぞれ算出し、上流側流量の変化量が上流側流量変化量設定値以上、かつ、下流側流量の変化量が下流側流量変化量設定値以下の状態のまま、その継続時間Ｔが継続時間設定値Ｔｃ以上継続するか否かによって溶接ガン１４で電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けが発生しているか否かが判定されている。

時刻ｔ４では、電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けが検出されたことで、バルブ開閉用電源出力がｏｆｆ（閉栓）、状態信号出力もｏｆｆ（溶接不可）に切り換わり、上流側流量及び下流側流量は時間経過とともに減少する。

このように、本実施形態に係る冷却水管理装置１０によれば、従来のように溶接ガン１４の上流側又は下流側の流量と所定の閾値とを比較する方式ではなく、溶接ガン１４の上流側及び下流側の流量の所定時間ごとの変化量が所定の検出条件を同時に満たすときに電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けを検出する方式のため、複数の溶接ガン１４が分散配置された溶接工程ライン全体で通水路の有効断面積が時々刻々と変化し、流量が全体的に増減する場合でも、電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けを高精度で検出し、冷却水の漏れを最小限に抑えることができる。

また、制御部２４に予め電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けを検出するためのプログラムを実装することで、所定の検出条件を満たすときに冷却水の供給を停止させるバルブ制御信号を出力することが可能である。このため、溶接ガン１４の電極チップ１４ａ、１４ｂに対してチップ抜けを検出するためのセンサ等を設ける必要がなくなり、構造を単純化することができる。

＜第２の実施形態＞
図１２は、第２の実施形態における制御部２４のチップ抜け検出処理を説明する図である。なお、上記第１の実施形態において付された符号と同一の符号は同一の対象を示すため説明は省略し、異なる箇所について詳細に説明する。

図１２の上流側においては、上流側流量計１８により計測された上流側流量値Ａとメモリ２４ｈ内に保存されている所定時間前の流量値との差分値ｄＡが減算器２４ｊにより算出され、この差分値ｄＡがユーザにより予め設定された上流側流量値Ａの変化量設定値（上流側流量の変化量設定値）ＴＨａと比較器２４ｋで比較されている。差分値ｄＡが変化量設定値ＴＨａ以上（ｄＡ≧ＴＨａ）の場合には、判定結果「Ｈ」が出力される。
比較器２４ｋから判定結果「Ｈ」が出力されると、カウンタ２４ｉが継続時間Ｔ１の測定を開始し、その継続時間Ｔ１がユーザの設定した上流側継続時間設定値Ｔａ以上継続したときに上流側で異常有りとみなして判定結果「Ｈ」を出力する。

同様に、下流側においては、下流側流量計２２により計測された下流側流量値Ｂとメモリ２４ｈ内に保存されている所定時間前の流量値との差分値ｄＢが減算器２４ｌにより算出され、この差分値ｄＢがユーザにより予め設定された下流側流量値Ｂの変化量設定値（下流側流量の変化量設定値）ＴＨｂと比較器２４ｍで比較されている。差分値ｄＢが変化量設定値ＴＨｂ以下（ｄＢ≦ＴＨｂ）の場合には、判定結果「Ｈ」が出力される。
比較器２４ｍから判定結果「Ｈ」が出力されると、カウンタ２４ｉが継続時間Ｔ２の測定を開始し、ユーザが設定した下流側継続時間設定値Ｔｂ以上継続したときに下流側で異常有りとみなして判定結果「Ｈ」を出力する。そして、ＡＮＤ回路２４ｐに入力される上流側及び下流側における判定結果がいずれも「Ｈ」である場合には、電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けを検出する。

このように、上記第１の実施形態では、検出条件の一つである継続時間設定値Ｔｃを上流側と下流側で共通に定めていたが、第２の実施形態では、上流側と下流側で個別に継続時間設定値Ｔａ、Ｔｂを定める点で第１の実施形態とは異なっている。

図１３は、第２の実施形態における制御部２４のチップ抜け検出処理の具体例を示すフローチャートである。この処理は、制御部２４にバルブ開閉用電源（スタート信号）が入力された後、ある所定の周期で行われるものとする。なお、変数Ａ、変数Ｂ、変数ｍＡ、変数ｍＢは、上流側流量値Ａ、下流側流量値Ｂ、上流側保存値ｍＡ、下流側保存値ｍＢをそれぞれ表す。

ステップＳ１１において、上流側流量計１８及び下流側流量計２２が、それぞれ計測した上流側流量値Ａ及び下流側流量値Ｂの大きさに比例した信号を出力すると、制御部２４（信号入力部２４ａ）は、この信号を入力する。

ステップＳ１２において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、上流側流量計１８及び下流側流量計２２から入力された最新の上流側流量値Ａ及び下流側流量値Ｂの信号を変換し、それぞれ上流側保存値ｍＡ及び下流側保存値ｍＢとしてメモリ２４ｈに記憶する。

ステップＳ１３において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、メモリ２４ｈに記憶されている最新の流量値と所定時間（設定可能な、例えば、ｍｓオーダーの時間ｎ）前の計測値との差分値（差分）ｄＡ及びｄＢを算出する。ここで、ｎ時間前の計測値をｍＡ（ｎ）、ｍＢ（ｎ）と表すと、上流側及び下流側における差分値ｄＡ及びｄＢは、ｄＡ＝Ａ－ｍＡ（ｎ）、ｄＢ＝Ｂ－ｍＢ（ｎ）とそれぞれ算出される。これらの差分値ｄＡ、ｄＢは、所定時間ごとの流量の変化量（傾き）に相当する。ステップＳ１３が終了すると、ステップＳ１４及びステップＳ１８の処理が平行して開始される。

ステップＳ１４において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、ステップＳ１３において算出された差分値ｄＡが予め正の値（＞０）で設定された上流側流量値Ａの変化量設定値ＴＨａ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ１４において判定条件を満たすと判定されたときは（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１５へ進み、判定条件を満たさないと判定されたときは（ステップＳ１４：ＮＯ）、ステップＳ１７へ進む。

ステップＳ１５において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、差分値ｄＡが変化量設定値ＴＨａ以上の状態での継続時間Ｔ１が、予め設定された上流側の継続時間設定値Ｔａ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ１５において判定条件を満たすと判定されたときは（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、ステップＳ１６へ進み、判定条件を満たさないと判定されたときは（ステップＳ１５：ＮＯ）、ステップＳ１７へ進む。

ステップＳ１６において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、溶接ガン１４の上流側において冷却水の流量の変化量に異常が有ると判定し、ステップＳ２２へ進む。

ステップＳ１７において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、溶接ガン１４の上流側において冷却水の流量の変化量に異常が無いと判定し、処理を終了する。

ステップＳ１８において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、ステップＳ１３において算出された差分値ｄＢが予め負の値（＜０）で設定された下流側流量値Ｂの変化量設定値ＴＨｂ以下であるか否かを判定する。

ステップＳ１８において判定条件を満たすと判定されたときは（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、ステップＳ１９へ進み、判定条件を満たさないと判定されたときは（ステップＳ１８：ＮＯ）、ステップＳ２１へ進む。

ステップＳ１９において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、差分値ｄＢが変化量設定値ＴＨｂ以下の状態での継続時間Ｔ２が、予め設定された下流側の継続時間設定値Ｔｂ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ１９において判定条件を満たすと判定されたときは（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、ステップＳ２０へ進み、判定条件を満たさないと判定されたときは（ステップＳ１９：ＮＯ）、ステップＳ２１へ進む。

ステップＳ２０において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、溶接ガン１４の下流側において冷却水の流量の変化量に異常が有ると判定し、ステップＳ２２へ進む。

ステップＳ２１において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、溶接ガン１４の下流側において冷却水の流量の変化量に異常が無いと判定し、処理を終了する。

ステップＳ２２において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、溶接ガン１４の上流側及び下流側の両方において冷却水の流量の変化量に異常が有るか否かを判定する。ステップＳ２２において判定条件を満たすと判定されたときは（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、ステップＳ２３へ進み、判定条件を満たさないと判定されたときは（ステップＳ２２：ＮＯ）、処理を終了する。

ステップＳ２３において、制御部２４（チップ抜け検出部２４ｃ）は、溶接ガン１４において流量の変化量に異常が有る、すなわち、電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けが生じているとみなすステップＳ２２での判定結果に基づいて信号出力部２４ｆからのバルブ開閉用電源出力をｏｆｆに制御し、バルブ２０を閉栓して処理を終了する。

このように、本実施形態に係る冷却水管理装置１０によれば、検出条件の一つである継続時間設定値Ｔｃ（図８）を上流側継続時間設定値Ｔａ及び下流側継続時間設定値Ｔｂの２種類（図１２）に分けて設定しているため、上流側と下流側とで流量の変化にタイムラグが生じるような場合であっても高精度で検出することができる。
［変形例］

上記した実施形態では、電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けを検出した場合には、バルブ２０を閉栓する制御信号を出力するとともに、流量表示モニタ３６に検出結果を表示する構成としたが、流量安定時間後から上流側流量変化量の最大値及び上流側流量変化量の最小値を保存する機能を有してもよい。例えば、チップ抜け検出部２４ｃは、電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けの検出時における上流側流量及び下流側流量に係るデータを検出時流量として所定の記憶領域（例えば記憶部２４ｄ、メモリ２４ｈ等）にそれぞれ記憶してもよい。実際に電極チップ１４ａ、１４ｂの抜けを検出したときの流量に係るデータを保存しておくことで、検出条件として最適な設定値を設定することが可能になる。また、保存されている検出時流量を統計的に解析して最適な設定値を自動設定するプログラムを制御部２４に組み込んでもよい。

なお、本発明に係る冷却水管理装置及び当該装置を組み込んだ冷却水管理ユニットは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…冷却水管理装置 １２…冷却水管理ユニット
１４…溶接ガン １４ａ、１４ｂ…電極チップ
１６…ポンプ １８…上流側流量計
２０…バルブ ２２…下流側流量計
２４…制御部 ２４ａ…信号入力部
２４ｂ…冷却水監視部 ２４ｃ…チップ抜け検出部
２４ｄ…記憶部 ２４ｅ…設定部
２４ｆ…信号出力部 ２４ｇ…表示制御部
２４ｈ…メモリ ２４ｉ…カウンタ
２６…第１コネクタ ２８…第２コネクタ
３０…第３コネクタ ３２…第４コネクタ
３４…第５コネクタ ３６…流量表示モニタ
３８、４２…入力ボタン ４０…温度表示モニタ

Claims (12)

1. 電極チップを有する溶接ガンに冷却水を供給するための上流側通水路に設けられた上流側流量計と、前記冷却水の供給源と前記上流側流量計との間に設けられ、前記冷却水の供給及び供給停止を切り換えるバルブと、前記溶接ガンから前記冷却水を排水するための下流側通水路に設けられた下流側流量計とに接続された冷却水管理装置であって、
   前記上流側流量計及び前記下流側流量計から前記冷却水の上流側流量及び下流側流量に係る信号を入力する信号入力手段と、
   前記上流側流量及び前記下流側流量の所定時間ごとの変化量を算出し、これらの変化量が前記上流側流量及び前記下流側流量の各々について予め設定された検出条件を同時に満たすときに前記電極チップの抜けを検出するチップ抜け検出手段と、
   前記チップ抜け検出手段が前記電極チップの抜けを検出したときに、前記バルブを閉栓させる制御信号を出力する信号出力手段と、
   を備えることを特徴とする冷却水管理装置。
2. 請求項１に記載の冷却水管理装置であって、
   前記検出条件を記憶する検出条件記憶手段と、
   外部入力された設定値に基づいて前記検出条件を設定する検出条件設定手段と、
   を備え、
   前記チップ抜け検出手段は、前記検出条件記憶手段に記憶された前記検出条件を参照する
   ことを特徴とする冷却水管理装置。
3. 請求項１又は２に記載の冷却水管理装置であって、
   前記検出条件は、前記上流側流量及び前記下流側流量の前記所定時間ごとの変化量が、各々について予め設定された変化量設定値以上となる状態のまま、前記所定時間よりも長くなるように予め設定された継続時間設定値以上で継続することを定める
   ことを特徴とする冷却水管理装置。
4. 請求項３に記載の冷却水管理装置であって、
   前記継続時間設定値は、上流側継続時間設定値及び下流側継続時間設定値に分けて設定される
   ことを特徴とする冷却水管理装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の冷却水管理装置であって、
   前記チップ抜け検出手段は、前記電極チップの抜けの検出時における前記上流側流量及び前記下流側流量の変化量に係るデータを検出時変化量として所定の記憶領域に記憶する
   ことを特徴とする冷却水管理装置。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の冷却水管理装置であって、
   前記検出条件は、前記信号出力手段が前記バルブを開栓させる他の制御信号を出力してから前記チップ抜け検出手段が前記電極チップの検出処理を開始するまでの待機時間設定値を含む
   ことを特徴とする冷却水管理装置。
7. 電極チップを有する溶接ガンに冷却水を供給するための上流側通水路に設けられた上流側流量計と、
   前記冷却水の供給源と前記上流側流量計との間に設けられ、前記冷却水の供給及び供給停止を切り換えるバルブと、
   前記溶接ガンから前記冷却水を排水するための下流側通水路に設けられた下流側流量計と、
   前記上流側流量計、前記バルブ、及び前記下流側流量計に接続された冷却水管理装置と、
   を備える冷却水管理ユニットであって、
   前記冷却水管理装置は、
   前記上流側流量計及び前記下流側流量計から前記冷却水の上流側流量及び下流側流量に係る信号を入力する信号入力手段と、
   前記上流側流量及び前記下流側流量の所定時間ごとの変化量を算出し、これらの変化量が前記上流側流量及び前記下流側流量の各々について予め設定された検出条件を同時に満たすときに前記電極チップの抜けを検出するチップ抜け検出手段と、
   前記チップ抜け検出手段が前記電極チップの抜けを検出したときに、前記バルブを閉栓させる制御信号を出力する信号出力手段と、
   を含む
   ことを特徴とする冷却水管理ユニット。
8. 請求項７に記載の冷却水管理ユニットであって、
   前記検出条件を記憶する検出条件記憶手段と、
   外部入力された設定値に基づいて前記検出条件を設定する検出条件設定手段と、
   を備え、
   前記チップ抜け検出手段は、前記検出条件記憶手段に記憶された前記検出条件を参照する
   ことを特徴とする冷却水管理ユニット。
9. 請求項７又は８に記載の冷却水管理ユニットであって、
   前記検出条件は、前記上流側流量及び前記下流側流量の前記所定時間ごとの変化量が、各々について予め設定された変化量設定値以上となる状態のまま、前記所定時間よりも長くなるように予め設定された継続時間設定値以上で継続することを定める
   ことを特徴とする冷却水管理ユニット。
10. 請求項９に記載の冷却水管理ユニットであって、
    前記継続時間設定値は、上流側継続時間設定値及び下流側継続時間設定値に分けて設定される
    ことを特徴とする冷却水管理ユニット。
11. 請求項７～１０のいずれか１項に記載の冷却水管理ユニットであって、
    前記チップ抜け検出手段は、前記電極チップの抜けの検出時における前記上流側流量及び前記下流側流量の変化量に係るデータを検出時変化量として所定の記憶領域に記憶する
    ことを特徴とする冷却水管理ユニット。
12. 請求項７～１１のいずれか１項に記載の冷却水管理ユニットであって、
    前記検出条件は、前記信号出力手段が前記バルブを開栓させる他の制御信号を出力してから前記チップ抜け検出手段が前記電極チップの検出処理を開始するまでの待機時間設定値を含む
    ことを特徴とする冷却水管理ユニット。

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