KR102013447B1 - 가공물 자동 적재장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가공물 자동 적재장치에 관한 것으로서, 공작기계에서 가공이 완료되어 배출된 가공물을 적재 트레이에 적재하는 장치에 있어서, 이동이 가능하고, 일측에 3축 로봇 암부와 트레이 이송부가 설치되며, 타측에 트레이 거치부가 설치되는 이동대차; 상기 이동대차의 일측에 설치되고 복수개의 적재 트레이를 거치하는 트레이 거치부; 상기 이동대차의 타측에 설치되고, 상기 트레이 거치부로부터 빈 적재 트레이를 인출시키거나 가공물이 채워진 적재 트레이를 상기 트레이 거치부로 다시 인입시킬 수 있도록 왕복 이동 가능한 트레이 받침판이 구비되는 트레이 이송부; 및 공작기계에서 배출된 가공물을 핑거로 클램핑하여 상기 트레이 받침판에 올려놓는 3축 로봇 암부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

가공물 자동 적재장치{Apparatus for ejecting and transferring workpiece}
본 발명은 가공물 적재장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공작기계에서 가공이 완료되어 배출, 이송된 가공물을 적재 트레이에 자동으로 적재시킬 수 있는 가공물 자동 적재장치에 관한 것이다.
공작기계에서 가공이 완료된 가공물은 취출 후 적재하기 위해 배출하는 과정이 필요하다.
종래 가공물을 배출, 이송하는 장치는 컨베이어가 많이 사용되었다.
이러한 컨베이어를 통해 이송된 가공물은 자연 낙하시켜 수거함에서 수거하거나 작업자가 수동으로 수거하는 것이 대부분이었다.
그러나 최근 로봇 암을 이용하여 배출된 가공물을 자동으로 클램핑하여 수거하는 시스템이 공지된 바 있다.
그러나 완전 자동화되지 못하여 작업자가 지속적으로 가공물을 수거하는 적재 트레이를 교체해 주어야 하는 불편함이 있었다.
이와 같은 경우 적재 트레이를 놓는 위치에 오차가 있으면 로봇 암이 가공물을 트레이에 잘못 놓는 경우가 발생하기도 했다.
- 대한민국 공개특허 10-1999-0084960(1999.12.6) "공작기계의 파레트 교환방법 및 장치" - 대한민국 등록특허 10-1286765(2013.7.10) "갠트리 로봇의 정밀 이송장치" - 대한민국 등록실용신안 20-0204925(2000.9.19) "자동단조기의 가공물 적재장치"
이에 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 공작기계에서 가공이 완료되어 배출된 가공물을 3축 로봇 암에 의해 자동적으로 적재 트레이로 이송, 적재할 수 있는 가공물 자동 적재장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 가공물 자동 적재장치는, 공작기계에서 가공이 완료되어 배출된 가공물을 적재 트레이에 적재하는 장치에 있어서, 이동이 가능하고, 일측에 3축 로봇 암부와 트레이 이송부가 설치되며, 타측에 트레이 거치부가 설치되는 이동대차; 상기 이동대차의 일측에 설치되고 복수개의 적재 트레이를 거치하는 트레이 거치부; 상기 이동대차의 타측에 설치되고, 상기 트레이 거치부로부터 빈 적재 트레이를 인출시키거나 가공물이 채워진 적재 트레이를 상기 트레이 거치부로 다시 인입시킬 수 있도록 왕복 이동 가능한 트레이 받침판이 구비되는 트레이 이송부; 및 공작기계에서 배출된 가공물을 핑거로 클램핑하여 상기 트레이 받침판에 올려놓는 3축 로봇 암부;를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 트레이 이송부는, 상기 이동대차의 타측에 구비되는 베이스판에 구비되는 왕복실린더, 상기 왕복실린더에 장착되어 왕복 이동하는 왕복 슬라이더와, 상기 왕복 슬라이더에 설치되는 브라켓과, 상기 브라켓에 수직으로 결합되는 승강실린더와, 상기 승강실린더의 로드에 결합되고 적재 트레이를 거치하도록 수평으로 배치되는 트레이 받침판을 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 상기 트레이 받침판의 양측은 빗살 형태일 수 있다.
그리고 상기 트레이 거치부는, 상기 이동대차의 일측에 수직으로 회전 가능하게 설치되는 볼스크류와, 상기 볼스크류를 회전 구동하는 모터와, 상기 볼스크류의 양측에 수직으로 구비되는 레일과, 상기 볼스크류에 나사 결합되고 상기 레일에 안착되어 승강하는 승강 슬라이더와, 상기 승강 슬라이더에 결합되어 승강하는 승강 프레임과, 상기 승강 프레임의 내부에 양측으로 대향되게 구비되어 적재 트레이를 거치하는 거치판을 포함하여 구성될 수 있으며 이때, 상기 거치판은 빗살 형태일 수 있다.
한편, 상기 3축 로봇 암부는, 상기 베이스판의 상측에 수평으로 설치되는 X축 액츄에이터와, 상기 X축 액츄에이터에 장착되어 상기 왕복 슬라이더과 동일한 방향으로 왕복 이동하는 X축 슬라이더와, 상기 X축 슬라이더에 결합되는 Y축 액츄에이터와, 상기 Y축 액츄에이터에 장착되어 상기 왕복 슬라이더와 직각 방향으로 왕복 이동하는 Y축 슬라이더와, 상기 Y축 슬라이더의 하부에 결합되는 Z축 실린더와, 상기 Z축 실린더의 로드에 결합되는 핑거를 포함하여 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
3축 로봇 암 및 트레이 이송부에 의해 가공물을 적재 트레이에 정확하게 이송 가능하고, 모든 가공물이 채워진 적재 트레이를 트레이 거치부로 인입시키며, 빈 적재 트레이를 다시 인출시켜 가공물을 이송하는 일련의 작업이 모두 자동화되어 정확성과 생산성이 향상된다.
그리고 트레이 거치부는 가공물이 모두 채워진 적재 트레이는 상승시키고 빈 적재 트레이를 차례로 공급할 수 있어 트레이 교체를 위한 작업자가 없이 무인화 생산 시스템 운영이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 가공물 자동 적재장치의 전체 외관을 나타내는 사시도
도 2는 도 2에 도시된 본 발명의 트레이 거치부의 구조를 나타내는 측면도
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 승강 프레임과 거치판을 나타내는 사시도
도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 트레이 이송부의 구조를 나타내는 사시도
도 5는 본 발명의 작동상태도
이하, 본 발명에 따른 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
참고로, 도면을 참조한 설명은 본 발명을 더 쉽게 이해하기 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 가공물 자동 적재장치의 전체 외관을 나타내는 사시도이다.
본 발명은 공작기계에서 가공이 완료된 후 배출, 이송된 가공물을 적재 트레이에 자동을 적재시킬 수 있는 가공물 자동 적재장치에 관한 것으로서, 도시된 바를 참조하면 크게, 이동대차(100), 트레이 거치부(200), 트레이 이송부(300), 3축 로봇 암부(400)를 포함해서 구성될 수 있다.
먼저, 상기 이동대차(100)는 상기 트레이 거치부(200), 트레이 이송부(300) 및 3축 로봇 암부(400)가 모두 장착되도록 지지하는 구조물이다.
상기 이동대차(100)는 대략 복수개의 프레임이나 빔들이 단부간 연결되어 장방향의 골격을 이루고 있으며, 하부에 이동이 가능하도록 바퀴(140)가 장착될 수 있다.
상기 이동대차(100)는 두 구역으로 구분될 수 있는데, 상기 이동대차(100)의 일측에 형성되고 상기 트레이 거치부(200)가 설치되는 거치부 지지프레임(110)과, 상기 이동대차(100)의 타측에 형성되고 상기 트레이 이송부(300) 및 3축 로봇 암부(400)가 설치되는 이송부 지지프레임(120)으로 구획될 수 있다.
이때, 상기 거치부 지지프레임(110)은 상기 트레이 거치부(200)에 적층되는 다수개의 적재 트레이(t)의 높이를 수용하도록 충분한 높이로 형성된다.
그리고 상기 이송부 지지프레임(120)은 상기 거치부 지지프레임(110)보다 낮게 형성되고, 상면에 베이스판(130)이 수평으로 구비될 수 있다.
다음으로 도 2와 도 3을 참조하여 상기 트레이 거치부에 대해 설명한다. 도 2는 도 2에 도시된 본 발명의 트레이 거치부의 구조를 나타내는 측면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 승강 프레임과 거치판을 나타내는 사시도이다.
상기 트레이 거치부(200)는 상기 거치부 지지프레임(110) 내에 설치되고 복수개의 적재 트레이(t)를 다단으로 적층 거치할 수 있는 구성이다.
상기 트레이 거치부(200)는 볼스크류(210), 모터(220), 레일(230), 승강 슬라이더(240), 승강 프레임(250), 거치판(260)을 포함해서 구성될 수 있다.
구체적으로 상기 볼스크류(210)는 외주면에 나사산이 형성된 봉 형상으로 이루어지며 상기 거치부 지지프레임(110)의 일측면에 수직으로 설치된다. 물론 상기 볼스크류(210)는 양단이 베어링(211)에 의해 지지되고 모터(220) 축과 연동되어 회전 가능하다.
또 상기 볼스크류(210)의 양측에는 평행하게 레일(230)이 설치된다.
참고로 이러한 상기 볼스크류(210), 모터(220), 베어링(211) 및 레일(230)을 고정해 줄 수 있는 판재 형상의 고정부재(270)가 별도로 상기 거치부 지지프레임(110)의 일측면에 더 부착될 수 있다.
여기서, 상기 볼스크류(210)에는 상하로 승강할 수 있는 승강 슬라이더(240)가 나사 결합된다. 이때, 상기 승강 슬라이더(240)는 하나 이상 구비될 수 있다.
그리고 상기 승강 슬라이더(240)의 양측은 상기 레일(230)에 안착되어 상하 이동이 가이드 된다.
따라서, 상기 볼스크류(210)의 정회전 또는 역회전 구동에 의해 상기 승강 슬라이더(240)는 상승 또는 하강할 수 있다.
한편, 상기 승강 슬라이더(240)에 상기 승강 프레임(250)의 일측면이 결합, 고정된다. 따라서, 상기 승강 슬라이더(240)의 승강에 따라 상기 승강 프레임(250)도 함께 승강 구동된다. 여기서, 상기 승강 프레임(250)은 복수개 빔을 연결하여 장방형을 이루는 구조물이며 상기 거치부 지지프레임(110) 내부에 수용된 상태에서 상하로 승강 구동될 수 있다.
이때, 상기 승강 프레임(250)의 내부에는 거치판(260)이 구비된다.
상기 거치판(260)은 적재 트레이(t)를 수평으로 거치할 수 있도록 상기 승강 프레임(250)의 양측에서 내측으로 연장, 형성된다.
상기 거치판(260)은 평판 형상일 수 있으나, 바람직한 것은 빗살(260a)이 형성된 형상일 수 있으며 하나의 단에 한 쌍이 서로 이격되어 마주보도록 구비된다. 따라서, 적재 트레이(t)의 양단이 이격된 상기 거치판에 각각 걸린 상태로 거치될 수 있다.
이것은 후술하는 트레이 이송부(300)의 트레이 받침판(350)도 대응되는 빗살 형상을 가져 상기 트레이 받침판(350)이 상기 거치판(260)을 면대면으로 교차, 통과하면서 상기 거치판(260)에 거치된 적재 트레이(t)를 들어 이송시킬 수 있기 위함이다. 이후에 좀 더 자세하게 설명한다.
도 4를 참조하여 상기 트레이 이송부에 대해 설명하기로 한다. 도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 트레이 이송부의 구조를 나타내는 사시도이다.
상기 트레이 이송부(300)는 공작기계에서 가공이 완료된 후 배출, 이송된 가공물을 올려놓은 적재 트레이(t)를 상기 트레이 거치부(200)로 이송시켜 인입시키거나 상기 트레이 거치부(200)에 거치된 빈 적재 트레이(t)를 인출시킬 수 있는 구성으로서, 크게 왕복 실린더(310), 왕복 슬라이더(320), 브라켓(330), 승강 실린더(340), 트레이 받침판(350)을 포함해서 구성될 수 있다.
구체적으로 상기 왕복 실린더(310)는 이송부 지지프레임(120)의 베이스판(130) 상면에 구비되는데, 상기 승강 프레임(250)의 거치판(260)으로 적재 트레이(t)가 인출 또는 인입되는 방향으로 설치된다. 상기 왕복 실린더(310)는 공압으로 작동되는 로드리스 실린더(rodless cylinder)일 수 있다.
그리고 상기 왕복 실린더(310)에는 왕복 슬라이더(320)가 장착되어 왕복 이동하게 된다.
상기 왕복 슬라이더(320)에는 브라켓(330)이 고정된다. 상기 브라켓(330)은 수직으로 설치되고 측면에 상기 승강 실린더(340)가 결합된다.
또 상기 승강 실린더(340)의 로드 단부에는 트레이 받침판(350)이 수평으로 결합되어 상하로 승강 가능하다. 여기서, 상기 트레이 받침판(350)에는 하나의 적재 트레이(t)가 안착될 수 있다.
따라서, 상기 왕복 실린더(310)의 구동에 의해 상기 왕복 슬라이더(320)는 왕복 이동되고, 상기 왕복 슬라이더(320)에 결합된 상기 트레이 받침판(350)은 승강하도록 작동한다.
상기 트레이 받침판(350)은 상술한 바와 같이 양측에 빗살(350a)이 형성될 수 있는데, 상기 거치판(260)의 빗살(260a)과 동일한 간격으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 트레이 받침판(350)에는 적재 트레이(t)를 움직임을 제한하기 위한 스토퍼(360)가 돌출 형성될 수 있다.
다음으로 상기 3축 로봇 암부에 대해 설명한다.
상기 3축 로봇 암부(400)는 공작기계에서 배출되어 이송된 가공물을 핑거로 클램핑하고 3축(X축, Y축, Z축) 방향으로 이동하여 상기 트레이 받침판(350)에 올려놓는 구성으로서, 크게 X축 액츄에이터(410), X축 슬라이더(420), Y축 액츄에이터(43), Y축 슬라이더(440), Z축 실린더(450) 및 핑거(460)를 포함해서 구성될 수 있다.
상기 X축 액츄에이터(410)는 상기 X축 슬라이더(420)를 상기 왕복 슬라이더(320)의 진행 방향(이하 'X축 방향'이라고 함)과 동일한 방향으로 왕복시키기 위한 구성으로서, 상기 베이스판(130)의 상면에 수평으로 설치된다.
상기 X축 액츄에이터(410)는 모터를 이용하여 선형 왕복 구동할 수 있는 리니어 액츄에이터(Linear Actuator)이다. 공지된 장치이므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 X축 슬라이더(420)는 상기 X축 액츄에이터(410)에 장착되어 X축 방향으로 왕복이동 가능하다.
그리고 상기 X축 슬라이더(420)에는 상기 Y축 액츄에이터(43)가 결합되고 상기 Y축 액츄에이터(43)에는 Y축 슬라이더(440)가 장착되어 Y축 방향으로 왕복이동 가능하다. 이때, Y축 방향은 X축 방향과 수평으로 수직방향을 가리킨다.
상기 Y축 슬라이더(440)의 하부에는 상하 방향인 Z축 실린더(450)가 결합되고, 상기 Z축 실린더(450)의 로드 단부에는 집게 형상의 핑거(460)가 구비된다.
이때, 상기 Y축 슬라이더(440)에 Z축 실린더(450)가 직접 결합될 수도 있으나 별도의 암부재(470)가 상기 Y축 슬라이더(440)에 결합되고 상기 암부재(470)의 하단에 상기 Z축 실린더(450)가 수직으로 장착되게 할 수 있다.
상기 핑거(460)는 한 쌍의 공압실린더로 물건을 클램핑할 수 있도록 구비될 수 있는데, 공지된 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
이하에서 도 5를 참조하여 본 발명의 작동과정을 설명한다. 도 5는 본 발명의 작동상태도인데, 상세하게는 트레이 이송부에 의해 적재 트레이를 트레이 거치부에 인입하거나 인출시키는 상태를 나타낸다.
먼저, 공작기계에서 가공이 완료된 가공물이 배출, 이송되어 본 발명의 상기 베이스판(130) 상측의 정해진 위치(p)에 도달하면, 상기 3축 로봇 암부(400)가 구동되어 상기 핑거(460)가 가공물을 클램핑하여 상기 트레이 받침판(350) 위에 안착된 적재 트레이(t) 상에 올려놓는다.
만일, 상기 적재 트레이(t)에 가공물을 모두 옮겨 놓으면 상기 왕복 실린더(310)가 상기 왕복 슬라이더(320)를 전진시켜 상기 트레이 받침판(350)이 어느 하나의 거치판(260)의 상측으로 인입되게 한다. 이때, 상기 트레이 받침판(350)의 빗살(350a)과 상기 거치판(260)의 빗살(260a)이 중첩되지 않고 면대면 통과 가능하도록 교대로 배치된다.
이 상태에서 상기 승강 실린더(340)의 로드가 약간 하강하면 상기 트레이 받침판(350)은 상기 거치판(260)을 지나 상기 거치판(260)의 하측에 도달하는데, 이때 상기 트레이 받침판(350) 위에 놓여 있던 적재 트레이(t)가 상기 거치판(260) 위에 거치된다.
그리고 상기 왕복 실린더(310)가 상기 왕복 슬라이더(320)를 후진시켜 상기 트레이 받침판(350)을 인출되게 한다.
상기 트레이 받침판(350)이 인출되면, 상기 트레이 거치부(200)의 모터(220)가 구동되어 상기 볼스크류(210)를 회전시키면 상기 승강 슬라이더(240)가 상승하며 이로 인해 상기 승강 프레임(250)도 상승한다. 이때, 상기 거치판(260)의 하측에 위치하는 다른 거치판(260')에 거치된 빈 적재 트레이(t')가 상기 트레이 받침판(350)과 나란하게 위치하게 된다.
상기 왕복 실린더(310)가 상기 왕복 슬라이더(320)를 다시 전진시켜 상기 트레이 받침판(350)이 인입되게 한다. 이때, 상기 트레이 받침판(350)은 빈 적재 트레이(t')의 하측에 위치하되, 상기 거치판(260')의 빗살과 서로 교대로 배치된다.
이 상태에서 상기 승강 실린더(340)가 상기 트레이 받침판(350)을 약간 상승시키면 상기 트레이 받침판(350)이 상기 거치판(260')을 통과하면서 빈 적재 트레이(t')가 상기 트레이 받침판(350)에 안착되며, 바로 상기 왕복 실린더(310)가 상기 왕복 슬라이더(320)를 후진시킨다.
그리고 상기 승강 실린더(340)가 상기 트레이 받침판(350)을 약간 하강시켜 원위치로 복귀하게 된다.
이때, 상기 트레이 받침판(350)의 양측에는 빈 적재 트레이 받침판(350)이 정위치에 고정되도록 가이드판(370)이 구비된다. 상기 가이드판(370)의 상단은 적재 트레이(t)가 잘 유입되도록 단부가 라운딩 처리된다.
이후 다시 상기 3축 로봇 암부(400)가 작동하여 새로운 빈 적재 트레이(t')에 가공물을 계속 채워 넣는 과정을 반복함으로써 모든 적재과정이 자동화될 수 있다.
이상에서 도면을 참조하여 본 발명의 대표적인 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 이동대차
110 : 거치부 지지프레임 120 : 이송부 지지프레임
130 : 베이스판 140 : 바퀴
200 : 트레이 거치부 210 : 볼스크류
211 : 베어링 220 : 모터
230 : 레일 240 : 승강 슬라이더
250 : 승강 프레임 260 : 거치판
260a : 빗살 270 : 고정부재
300 : 트레이 이송부
310 : 왕복 실린더 320 : 왕복 슬라이더
330 : 브라켓 340 : 승강 실린더
350 : 트레이 받침판 350a : 빗살
360 : 스토퍼 370 : 가이드판
400 : 3축 로봇 암부 410 : X축 액츄에이터
420 : X축 슬라이더 430 : Y축 액츄에이터
440 : Y축 슬라이더 450 : Z축 실린더
460 : 핑거 470 : 암부재
t : 적재 트레이

Claims (6)

  1. 공작기계에서 가공이 완료되어 배출된 가공물을 적재 트레이에 적재하는 장치에 있어서,
    이동이 가능하고, 일측에 3축 로봇 암부와 트레이 이송부가 설치되며, 타측에 트레이 거치부가 설치되는 이동대차;
    상기 이동대차의 일측에 수직으로 회전 가능하게 설치되는 볼스크류와, 상기 볼스크류를 회전 구동하는 모터와, 상기 볼스크류의 양측에 수직으로 구비되는 레일과, 상기 볼스크류에 나사 결합되고 상기 레일에 안착되어 승강하는 승강 슬라이더와, 상기 승강 슬라이더에 결합되어 승강하는 승강 프레임과, 빗살 형태로 이루어지고 상기 승강 프레임의 내부에 양측으로 대향되게 구비되어 적재 트레이를 거치하는 거치판을 포함하는 트레이 거치부;
    상기 이동대차의 일측에 구비되는 베이스판에 구비되는 왕복실린더, 상기 왕복실린더에 장착되어 왕복 이동하는 왕복 슬라이더와, 상기 왕복 슬라이더에 설치되는 브라켓과, 상기 브라켓에 수직으로 결합되는 승강실린더와, 상기 승강실린더의 로드에 결합되고 적재 트레이를 거치하도록 수평으로 배치되며 양측이 빗살 형태인 트레이 받침판을 포함하여 이루어져, 상기 트레이 거치부로부터 빈 적재 트레이를 인출시키거나 가공물이 채워진 적재 트레이를 상기 트레이 거치부로 다시 인입시킬 수 있는 트레이 이송부; 및
    공작기계에서 배출된 가공물을 핑거로 클램핑하여 상기 트레이 받침판에 올려놓는 3축 로봇 암부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가공물 자동 적재장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 3축 로봇 암부는,
    상기 베이스판의 상측에 수평으로 설치되는 X축 액츄에이터와, 상기 X축 액츄에이터에 장착되어 상기 왕복 슬라이더과 동일한 방향으로 왕복 이동하는 X축 슬라이더와, 상기 X축 슬라이더에 결합되는 Y축 액츄에이터와, 상기 Y축 액츄에이터에 장착되어 상기 왕복 슬라이더와 직각 방향으로 왕복 이동하는 Y축 슬라이더와, 상기 Y축 슬라이더의 하부에 결합되는 Z축 실린더와, 상기 Z축 실린더의 로드에 결합되는 핑거를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가공물 자동 적재장치.
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