KR101997267B1 - Method for controlling ingot growth - Google Patents
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Abstract
본 실시예의 잉곳 성장의 제어 방법은, 잉곳의 성장 공정에서, 성장되는 잉곳의 직경에 따라 인상 속도를 PID 방식으로 제어하는 방법으로서, 설정되는 오차범위를 벗어나는 영역에서 잉곳의 직경이 변화하는 경우에, 상기 PID 방식에 따라 설정되는 인상 속도에 가중치를 곱한 값을 상기 인상 속도로 재설정한다. The control method of the ingot growth in this embodiment is a method of controlling the pulling speed in the PID method in accordance with the diameter of the ingot to be grown in the step of growing the ingot. In the case where the diameter of the ingot changes in a region deviating from the set error range , And a value obtained by multiplying the pulling rate set according to the PID scheme by the weight is reset to the pulling rate.
Description
본 발명은 잉곳을 성장시키는데 있어, 잉곳의 성장 직경에 따른 인상 속도를 제거 및 보정할 수 있는 방법에 대한 것이다. The present invention relates to a method for removing and correcting a pulling rate depending on a growth diameter of an ingot in growing an ingot.
잉곳은 도가니에 수용된 실리콘 융액을 성장 냉각시키는 것에 의해 제조된다. 잉곳의 인상 속도를 조절시키는 것에 의해, 성장되는 잉곳의 직경을 조절할 수 있다. The ingot is produced by growing and cooling the silicon melt contained in the crucible. By controlling the pulling speed of the ingot, the diameter of the ingot to be grown can be adjusted.
성장되는 잉곳의 직경을 크게 하기 위해서는 인상 속도를 줄이고, 반대로 직경을 작게 하기 위해서는 인상 속도를 빠르게 하며, 이러한 인상 속도의 제어는 일반적으로 PID(Proportionla Integral Differential) 제어 방법을 이용하고 있다. In order to increase the diameter of the ingot to be grown, the pulling speed is reduced. On the contrary, to reduce the diameter, the pulling speed is increased, and the pulling speed is generally controlled by the PID (Proportionally Integral Differential) control method.
제어 대상을 목표값으로 맞추기 위하여 사용하는 방법으로는, ON/OFF제어, P제어, PI제어, PID제어가 있는데, P, PI제어 등에서 발생되는 잔류 편차를 없앨 수 있는 적분 제어가 포함된 PID 제어가 많이 이용된다. There are ON / OFF control, P control, PI control and PID control which are used to adjust the control target to the target value. PID control including integral control that eliminates the residual deviation generated in P, PI control, .
그러나, 이러한 PID 방법에 의한 잉곳의 인상 속도를 제어하더라도, 미분 제어가 포함되기 때문에, 잉곳의 현재 직경 상태에 따라 인상 속도를 적절히 제어하는데에는 여전히 문제점이 존재한다. However, even if controlling the pulling speed of the ingot by such a PID method, differential control is included, so that there still remains a problem in properly controlling the pulling rate according to the current diameter state of the ingot.
도 1은 성장되는 잉곳의 직경에 따른 인상 속도의 PID제어를 보여주는 도면이다. Fig. 1 is a view showing the PID control of the pulling rate according to the diameter of the ingot to be grown.
도 1(a)에과 도 1(b)에는 일반적으로 사용되는 PID 제어에 의한 인상 속도의 변화과정을 보여주는 그래프가 되시되어 있다. 다만, 도면에서는 카메라 등과 같은 센서에 의해 관찰되는 잉곳의 직경(실선)의 계단형식으로 증가하거나 감소하는 것처럼 도시되어 있으나, 이것은 실제의 직경 변화 그래프를 일부분 확대하여 도시한 것으로서, 실제의 직경 사이즈 변화는 아주 미세할 수 있으니, 이 점은 참조할 필요가 있다. FIG. 1 (a) and FIG. 1 (b) are graphs showing the process of changing the pulling rate by the PID control generally used. However, it is shown that the diameter of the ingot observed by a sensor such as a camera increases or decreases in the form of a step of the diameter (solid line). This is an enlarged view of the actual diameter change graph, This can be very fine, so you need to refer to this point.
도면을 참조하여 보면, 관찰되는 잉곳의 직경이 증가하게 하게 되면, PID 제어에 따라 인상 속도를 점선과 같이 증가시키게 되는데, 그 증가되는 시점이 잉곳의 직경이 증가하게 되는 순간에 이루어지다 보니, 그래프와 같이, 인상 속도를 순간적으로 크게 증가시키는 제어가 이루어지고 있다. Referring to the drawing, when the diameter of the ingot to be observed is increased, the pulling rate is increased as indicated by the dotted line in accordance with the PID control, and the point of time at which the pulling speed is increased is the moment when the diameter of the ingot is increased. The control is performed such that the pulling-up speed is instantaneously greatly increased.
또한, 도 1(b)에서와 같이, 잉곳의 직경이 일정값을 유지하다가 소정 크기 감소하게 되면, PID 제어에 따라 인상 속도를 순간적으로 많은 양을 낮추게 되는 현상이 발생하고 있다. Also, as shown in FIG. 1 (b), when the diameter of the ingot is maintained at a predetermined value and then reduced to a predetermined size, a phenomenon occurs in which the pulling rate is instantaneously decreased by an amount corresponding to the PID control.
도 2는 성장되는 잉곳의 직경에 따른 인상 속도 제어를 PID로 할 경우에 인상 속도의 급변화를 보여주는 그래프이다. Fig. 2 is a graph showing a rapid change of the pulling rate when PID is used to control the pulling speed according to the diameter of the ingot to be grown.
도 2에 도시된 바와 같이, 잉곳의 직경이 하강 상태에서 증가 상태로 전환되는 때(A,B)에, PID 제어하에서는 그 인상 속도가 급격하게 증가하게 되고, 반대로 잉곳의 직경이 증가 상태에서 하강 상태로 전환되는 때(C)에는, PID 제어하에서는 그 인상 속도가 급격하게 감소하게 되는 경향이 있다. As shown in Fig. 2, when the diameter of the ingot is changed from the lowered state to the increased state (A, B), the pulling rate rapidly increases under the PID control. On the contrary, (C), the pulling rate tends to decrease sharply under the PID control.
기존의 PID 제어하에서는, 직경의 변화에 따른 인상 속도의 변화가 빠르게 이루어지지만, 특정 구간(A,B,C)에서는 오히려 인상 속도의 급격한 변화로 인하여, 잉곳 품질을 저하시키는 원인이 될 수 있다. Under the existing PID control, the pulling rate changes rapidly according to the change of the diameter. However, in the specific sections (A, B, C), the pulling speed may be abruptly changed, which may cause the ingot quality to deteriorate.
본 발명은, 잉곳 직경의 상태에 따라 인상 속도의 변화량을 증감시킬 수 있도록 함으로써, 보다 안정적인 인상 속도의 제어가 이루어지도록 하는 잉곳의 성장 제어 방법을 제안하고자 한다. The present invention proposes a growth control method of an ingot that enables a more stable pulling-up speed control by making it possible to increase or decrease the amount of change of the pulling-up speed depending on the state of the ingot diameter.
특히, 작업자는, 잉곳 성장 시, 인상 속도의 PID 제어를 세부적으로 직접 설정할 수 있으므로, 잉곳에 따라 인상 속도의 변화량을 다양하게 변경할 수 있는 잉곳의 성장 제어 방법을 제안하고자 한다. In particular, the operator can directly set the PID control of the pulling speed at the time of growing the ingot, so that the ingot growth control method capable of variously changing the pulling rate change amount according to the ingot is proposed.
본 실시예의 잉곳 성장의 제어 방법은, 잉곳의 성장 공정에서, 성장되는 잉곳의 직경에 따라 인상 속도를 PID 방식으로 제어하는 방법으로서, 설정되는 오차범위를 벗어나는 영역에서 잉곳의 직경이 변화하는 경우에, 상기 PID 방식에 따라 설정되는 인상 속도에 가중치를 곱한 값을 상기 인상 속도로 재설정한다. The control method of the ingot growth in this embodiment is a method of controlling the pulling speed in the PID method in accordance with the diameter of the ingot to be grown in the step of growing the ingot. In the case where the diameter of the ingot changes in a region deviating from the set error range , And a value obtained by multiplying the pulling rate set according to the PID scheme by the weight is reset to the pulling rate.
제안되는 바와 같은 잉곳 성장의 제어 방법에 의해서, 잉곳 직경의 변화에 따른 인상 속도의 조절을 기존의 PID제어하에서 이루어지도록 하면서, 잉곳 직경이 상한치 또는 하한치를 벗어나는 경우에는 인상 속도의 변화량을 완화하여 변경되도록 함으로써, 안정적인 인상 속도의 제어가 이루어질 수 있는 장점이 있다. The controlling of the pulling speed according to the change of the ingot diameter is carried out under the existing PID control by controlling the ingot growth as proposed and while the ingot diameter is out of the upper limit value or the lower limit value, So that it is possible to control a stable pulling-up speed.
도 1은 성장되는 잉곳의 직경에 따른 인상 속도의 PID제어를 보여주는 도면이다.
도 2는 성장되는 잉곳의 직경에 따른 인상 속도 제어를 PID로 할 경우에 인상 속도의 급변화를 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 실시예의 잉곳 성장의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 성장되는 잉곳의 직경에 따른 인상 속도에 가중치를 가하는 구간을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 성장되는 잉곳의 직경 변화에 따른 기존의 PID 제어 방식과 본 발명의 보정 제어 방식을 비교한 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따라 잉곳 성장시 직경에 따른 가중치를 설정할 수 있는 화면 구성의 예이다. Fig. 1 is a view showing the PID control of the pulling rate according to the diameter of the ingot to be grown.
Fig. 2 is a graph showing a rapid change of the pulling rate when PID is used to control the pulling speed according to the diameter of the ingot to be grown.
3 is a flowchart for explaining a method of controlling ingot growth in this embodiment.
4 is a graph for explaining a section for weighting the pulling rate according to the diameter of the ingot to be grown.
5 is a graph comparing the conventional PID control method according to the diameter change of the ingot to be grown and the correction control method of the present invention.
FIG. 6 is an example of a screen configuration in which a weight according to the diameter can be set during ingot growth according to the present invention.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the scope of the inventive concept of the present embodiment can be determined from the matters disclosed in the present embodiment, and the spirit of the present invention possessed by the present embodiment is not limited to the embodiments in which addition, Variations.
도 3은 본 실시예의 잉곳 성장의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 3 is a flowchart for explaining a method of controlling ingot growth in this embodiment.
본 실시예의 제어 방법은, 기존의 인상 속도를 제어하기 위한 PID 시스템에 적용될 수 있으며, PID 방식에 따른 수동적인 인상 속도의 제어가 아닌, 타겟 직경에 대한 상한치와 하한치를 작업자가 설정하여 두면, 잉곳의 직경이 해당 범위를 벗어나게 되는 때에는 PID 제어 방식에 보상값을 반영하여 인상 속도의 제어가 이루어지도록 한다. The control method of the present embodiment can be applied to a PID system for controlling an existing pulling speed. If the operator sets an upper limit value and a lower limit value for the target diameter instead of a manual pulling speed control according to the PID method, When the diameter exceeds the range, the compensation value is reflected in the PID control method to control the pulling-up speed.
잉곳 성장시 PID에 의한 인상 속도의 제어에 의하면, 도 4와 도 5에서 성장 잉곳의 '직경' 그래프는 점차 증가하였다가 설정한 상한치를 넘어선 다음, 안정기로 접어들어 타겟 직경으로 성장이 이루어진다. 이것은, PID 제어 특성에 기인한 것으로, 특히, 본 발명에서는, 설정한 하한치보다 직경이 작은 상태에서의 직경 변화에 따른 인상 속도와, 설정한 상한치보다 직경이 큰 상태에서의 직경 변화에 따른 인상 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다. 4 and 5, the 'diameter' graph of the growth ingot gradually increases. After exceeding the set upper limit value, the growth proceeds to the target diameter by folding into the ballast. This is due to the PID control characteristic. Particularly in the present invention, the pulling rate in accordance with the change in diameter in the state where the diameter is smaller than the set lower limit value and the pulling rate in accordance with the change in diameter in the state where the diameter is larger than the set upper limit value Is controlled.
실시예에 따른 잉곳 성장의 제어 방법은, 기 준비된 PID 제어 방식에 대해서 보상 알고리즘을 적용할 잉곳의 길이 범위를 작업자가 설정할 수 있다(S110). 예를 들어, 작업자는 제조하는 하는 잉곳의 특성상 성장 초중반의 직경 제어가 중요하다고 판단할 경우에는, 잉곳 초중반에 해당되는 잉곳의 길이 범위를 시스템에 설정하여 둔다. According to the method of controlling the ingot growth according to the embodiment, the operator can set the length range of the ingot to which the compensation algorithm is applied for the PID control method that has been prepared (S110). For example, when the operator judges that the control of the diameter of the ingot in the middle of the ingot is important due to the characteristics of the ingot to be manufactured, the range of the length of the ingot corresponding to the ingot middle and the middle is set in the system.
그리고, 해당 잉곳 길이 범위에서의 타겟 직경을 설정하고, 타겟 직경의 오차범위에 대한 설정(즉, 상한치와 하한치)을 미리 입력한다(S120). 즉, 타겟 직경에 대한 상한치와 하한치의 범위 내에서는 기 준비된 PID 제어 방식에 따른 인상 속도를 제어하는 구간이 되고, 타겟 직경에 대한 상한치와 하한치를 벗어나는 크기의 직경 변화에 대해서는 PID 제어 방식에 대한 보상 알고리즘이 적용되는 것이다. Then, the target diameter in the ingot length range is set, and the setting of the error range of the target diameter (that is, the upper limit value and the lower limit value) is input in advance (S120). That is, within the range of the upper limit value and the lower limit value with respect to the target diameter, the pulling speed is controlled according to the PID control method that has been prepared, and for the change in diameter of the size exceeding the upper limit value and the lower limit value for the target diameter, Algorithm is applied.
이때, 적용할 보상 알고리즘의 값 역시, 작업자가 직접 설정가능하다(S130). 다만, 보상 알고리즘의 제어 대상이 되는 제어구간(S110)과, 타겟 직경에 대한 오차범위 설정(S120)과, 보정값 설정(S130)에 대해서 작업자가 직접 입력할 수 있다고 설명하였으나, 적용 알고리즘의 변경/추가 등에 의해서 시스템에서 직접 이러한 내용을 자동적으로 설정/입력/반영하는 것이 가능할 것이다. At this time, the value of the compensation algorithm to be applied can also be directly set by the operator (S130). However, although it has been described that the operator can directly input the control period (S110), which is the control target of the compensation algorithm, the error range setting (S120) for the target diameter, and the correction value setting (S130) It is possible to automatically set / input / reflect these contents directly in the system by adding / adding.
입력되는 보상값은, 해당 오차범위를 벗어나는 범위(상한치보다 크거나, 하한치보다 작은 경우)에서의 잉곳 직경 사이즈의 변화는, PID 제어 알고리즘에 가해지는 가중치이다. A change in the ingot diameter size in a range in which the input compensation value is out of the error range (larger than the upper limit value or smaller than the lower limit value) is a weight value applied to the PID control algorithm.
한편, PID 제어 특성상, 타겟 직경으로 잉곳을 성장시키는 과정 중에 타켓 직경 보다 작은 상태에서 점차 직경이 증가하다가 타겟 직경보다 더 커진 다음, 다시 타겟 직경으로 안정화된다. 이때, 타겟값(목표 직경)보다 직경이 작은 상태에서는 점차 직경을 키우기 위해 인상 속도가 느려지도록 제어하고, 타겟값보다 직경이 큰 상태에서는 점차 직경을 줄이기 위해 인상 속도가 빨라지도록 제어한다. 다만, 타겟값보다 직경이 작은 상태에서 직경을 키우기 위하여 인상 속도를 늦추는 경우에, PID 제어하에서는 급격한 인상 속도 변화가 일어나기 때문에, 타겟값의 오차범위를 벗어나는 영역의 직경 변화시 가중치(보상값)를 반영하도록 한다. On the other hand, due to the characteristics of the PID control, the diameter gradually increases in the state of being smaller than the target diameter during the process of growing the ingot at the target diameter, becomes larger than the target diameter, and then stabilized to the target diameter. At this time, when the diameter is smaller than the target value (target diameter), the pulling speed is controlled so as to gradually increase the diameter, and when the diameter is larger than the target value, the pulling speed is controlled so as to gradually decrease the diameter. However, when the pulling rate is slowed to increase the diameter in the state where the diameter is smaller than the target value, a rapid pulling rate change occurs under the PID control. Therefore, the weight (compensation value) is changed when the diameter of the region deviating from the error range of the target value is changed Reflect.
예를 들어, 상한치 보다 직경이 큰 상태에서 직경이 감소하게 되면, 기 준비된 PID 제어 방식에 따르면 α만큼 인상 속도를 늦추어야 완만한 직경 변화를 가져오지만, 본 실시예에서는, 도 6에 도시된 바와 같이, '상한보정비율'을 0.5(50%)로 설정하면, 상기 '상한보정비율'값이 반영되어 α/2만큼만 인상 속도를 늦추는 제어가 이루어진다(도 4의 E 영역 참조). For example, if the diameter is decreased in the state where the diameter is larger than the upper limit value, the PID control method that has been prepared provides a slower diameter change by slowing down the pulling speed by a according to the prepared PID control method. In this embodiment, Likewise, if the upper limit correction ratio is set to 0.5 (50%), the upper limit correction ratio value is reflected, and the control is performed so that the pulling up speed is delayed by only? / 2 (refer to region E in FIG. 4).
참고로, 상한치보다 큰 직경인 상태에서는, 전체적으로 타겟값의 직경을 맞추기 위하여 인상 속도를 빠르게 하는 것이지만, 직경의 완만한 감소를 유도함으로써 타겟값으로 맞추기 위하여, 상한치보다 큰 직경의 상태에서는, 직경 감소시에 보정값을 반영하여 인상 속도를 미세하게 늦추게 된다. For reference, in the state where the diameter is larger than the upper limit value, the pulling speed is increased in order to adjust the diameter of the target value as a whole. However, in order to match the target value by inducing a gradual decrease in diameter, , The pulling speed is finely delayed by reflecting the correction value.
또 다른 예로, 도 6에 도시된 바와 같이, '하한보정비율'을 75%로 설정하여 두는 경우라면, 성장되는 잉곳 직경이 하한치 아래의 범위에서 소정 길이 커지게 되면, PID 제어에 따르면 β만큼 인상 속도를 빠르게 하여 완만한 직경 변화를 가져오도록 하지만, 본 실시예에서는, '하한보정비율'을 0.75(75%)로 설정하면, β*0.75만큼 인상 속도를 빠르게 한다(도 4의 D 영역 참조). As another example, if the 'lower limit correction ratio' is set to 75% as shown in FIG. 6, if the ingot diameter to be grown becomes a predetermined length in a range below the lower limit value, In this embodiment, if the lower limit correction ratio is set to 0.75 (75%), the pulling speed is increased by β * 0.75 (refer to the area D in FIG. 4) .
성장되는 잉곳의 직경 변화에 따른 기존의 PID 제어 방식과 본 발명의 보정 제어 방식을 비교한 그래프가 도 5에 도시된다. FIG. 5 shows a graph comparing the conventional PID control method according to the diameter change of the ingot to be grown and the correction control method of the present invention.
도 5를 참조하면, 기 준비된 PID 제어 방식에 더하여 본 발명의 보정 제어를 가하기 위한 잉곳 성장 길이 범위와, 타겟 직경 길이 및 타겟 길이의 오차범위와, 오차범위 이탈시 가중치(보정값)에 대한 설정이 먼저 이루어진다. 이러한 설정의 작업은, 작업자에 의한 수동 설정이 이루어지거나 시스템에 의한 자동 설정이 가능하다. 도 4의 경우와 마찬가지로, 하한치 보다 작은 경우의 구간인 F 영역에 대한 인상 속도의 보정과, 상한치 보다 큰 경우의 구간인 G 영역에 대한 인상 속도의 보정이 이루어진다. 5, in addition to the previously prepared PID control method, the range of the ingot growth length for applying the correction control of the present invention, the error range of the target diameter length and the target length, and the setting of the weight (correction value) This is done first. These settings can be manually set by the operator or automatically set by the system. As in the case of Fig. 4, the pulling-up speed is corrected for the F region, which is the section when the lower limit is smaller than the lower limit, and the pulling-up speed is corrected for the G region, which is the region larger than the upper limit.
기존의 PID 방식에만 따를 경우에는, 타겟 직경의 오차범위 중 하한치보다 작은 경우에도, 직경의 변화에 따라 급격한 인상 속도의 변화가 수반되지만, 본 실시예에 따르게 되면, PID 제어 방식에 가중치가 가해진 값을 인상 속도로 설정한다. 이러한 제어 방법을 통해서, 잉곳 직경 타겟 직경으로 맞추는데에 완만한 직경의 변화를 가져오고, 결국 제조된 잉곳의 품질을 향상시킬 수 있다. In the case of following only the existing PID method, even if it is smaller than the lower limit of the error range of the target diameter, a sudden increase of the pulling rate is accompanied by a change in diameter. However, according to the present embodiment, Is set at the pulling rate. Through such a control method, it is possible to bring about a moderate change in diameter in adjusting the ingot diameter to the target diameter, and as a result, the quality of the produced ingot can be improved.
본 발명의 제어 방법에 대해서 예를 들어 설명하였지만, 인상 속도를 제어하는 다양한 제어 방법에도 적용가능할 것이며, 특히 작업자가 수동으로 인상 속도와 관련되는 사항을 입력/선택할 수 있고, 이러한 가중치(보정값)의 반영을 통한 안정적인 성장을 유도할 수 있는 장점이 있다. The control method of the present invention has been described by way of example. However, the present invention can be applied to various control methods for controlling the pulling speed. In particular, the operator can manually input / It is possible to induce stable growth.
Claims (4)
상기 잉곳의 목표 직경에 대한 상한치와 하한치를 갖는 오차범위에서, 상기 잉곳의 직경이 상기 상한치보다 큰 경우에, 상기 PID 방식에 따라 설정되는 제1 인상 속도에 제1 가중치를 곱한 값을 상기 제1 인상 속도로 재설정하는 단계; 및
상기 잉곳의 직경이 상기 하한치보다 작은 경우에, 상기 PID 방식에 따라 설정되는 제2 인상 속도에 제2 가중치를 곱한 값을 상기 제2 인상 속도로 재설정하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 인상 속도와 상기 제2 인상 속도는 상이하고,
상기 제1 가중치와 상기 제2 가중치는 상이한 잉곳 성장의 제어 방법. As a method for controlling the pulling rate in accordance with the diameter of the ingot to be grown by the PID method in the step of growing the ingot,
A value obtained by multiplying a first pulling speed set according to the PID scheme by a first weight when an ingot diameter is larger than the upper limit value in an error range having an upper limit value and a lower limit value with respect to the target diameter of the ingot, Resetting at a pulling rate; And
Resetting a value obtained by multiplying a second pulling rate set according to the PID scheme by a second weighting factor to the second pulling rate when the diameter of the ingot is smaller than the lower limit value
Lt; / RTI >
Wherein the first pulling rate and the second pulling rate are different,
Wherein the first weight and the second weight are different.
상기 가중치를 곱한 값을 상기 인상 속도로 재설정하는 단계 이전에,
상기 인상 속도의 재설정이 수행되는 잉곳 길이를 설정하는 단계를 더 포함하는 잉곳 성장의 제어 방법. The method according to claim 1,
Prior to resetting the value multiplied by the weight to the lifting rate,
Further comprising setting an ingot length at which the pulling-up speed is reset.
상기의 오차 범위는, 수동으로 입력이 가능한 잉곳 성장의 제어 방법. 3. The method of claim 2,
Wherein said error range is manually inputable.
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