KR102404995B1 - 팝너트 체결 장치 - Google Patents

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KR102404995B1
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김보경
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Abstract

본 발명은 팝너트 체결 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 팝너트 체결 장치는 설정 체적을 가지고, 전단부에 체결 공정 부재를 갖는 바디; 및 상기 체결 공정 부재의 전단에서 전방으로 설정 길이 돌출되게 제공되고, 외측 둘레에 나사산이 형성되는 체결 샤프트를 포함하되, 상기 체결 공정 부재의 내측에는 유체가 흐르는 검사 유로가 형성된다.

Description

팝너트 체결 장치{Pop nut fastening apparatus}
본 발명은 팝너트 체결 장치에 관한 것으로, 보다 상세히 동작 과정을 효과적으로 모니터링 할 수 있는 팝너트 체결 장치에 관한 것이다.
기구 장치는 복수의 구성 요소가 서로 결합되어 만들어 진다. 기구 장치의 결합에는 팝너트가 사용될 수 있다.
이러한 팝너트를 체결하기 위해서는, 상기 팝너트를 압착하여야 하는데, 이러한 압착과정에서 과도한 압력을 가하는 경우에는 상기 팝너트에 크랙이 생성되어 내구성이 저하되고, 또한 기준치 이하의 압력이 가해지는 경우에는 단단하게 고정되지 못한다는 문제점이 있다.
본 발명은 동작 과정을 효과적으로 모니터링 할 수 있는 팝너트 체결 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 팝너트가 체결 샤프트에 끼워진 상태를 효과적으로 모니터링 할 수 있는 팝너트 체결 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 팝너트가 공정 대상물에 체결되는 상태를 효과적으로 모니터링 할 수 있는 팝너트 체결 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 설정 체적을 가지고, 전단부에 체결 공정 부재를 갖는 바디; 및 상기 체결 공정 부재의 전단에서 전방으로 설정 길이 돌출되게 제공되고, 외측 둘레에 나사산이 형성되는 체결 샤프트를 포함하되, 상기 체결 공정 부재의 내측에는 유체가 흐르는 검사 유로가 형성되는 팝너트 체결 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 검사 유로의 전단은 상기 체결 공정 부재의 전면을 통해 외부와 연결되게 형성될 수 있다.
또한, 상기 바디는, 상기 체결 샤프트가 그 길이 방향을 따라 전후로 이동되는 동력을 제공하는 실린더부; 및 상기 체결 샤프트가 그 길이 방향을 축으로 회전되는 동력을 제공하는 회전 구동부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 회전 구동부는 유체를 공급하는 구동부 연결 라인에 연결되고, 상기 검사 유로는 상기 구동부 연결 라인에서 분기되는 검사 라인에 연결될 수 있다.
또한, 구동부 연결 라인은, 상기 체결 샤프트가 정회전되게 상기 회전 구동부를 구동시키는 제1 구동부 연결 라인; 및 상기 체결 샤프트가 역회전되게 상기 회전 구동부를 구동시키는 제2 구동부 연결 라인을 포함하고, 상기 검사 라인은 상기 제1 구동부 연결 라인에서 분기될 수 있다.
또한, 상기 바디에는 상기 바디가 기울어진 각도를 측정 가능한 수평계가 위치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 동작 과정을 효과적으로 모니터링 할 수 있는 팝너트 체결 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 팝너트가 체결 샤프트에 끼워진 상태를 효과적으로 모니터링 할 수 있는 팝너트 체결 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 팝너트가 공정 대상물에 체결되는 상태를 효과적으로 모니터링 할 수 있는 팝너트 체결 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 팝너트 체결 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 체결 공정 부재를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 팝너트 체결 장치의 전단부의 단면도이다.
도 4는 팝너트 체결 장치가 탱크에 연결된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 제어기의 연결관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 팝너트 체결 장치에 의해 팝너트가 공정 대상물에 체결되는 과정을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 팝너트 체결 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 체결 공정 부재를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 팝너트 체결 장치는 바디(10) 및 체결 샤프트(20)를 포함한다.
팝너트 체결 장치는 공정 대상물에 팝너트를 설치한다. 예를 들어, 자동차, 항공기 등의 구성 요소일 수 있는 공정 대상물에는 팝너트 설치를 위한 홀이 형성된 상태로 제공되고, 팝너트 체결 장치는 홀에 팝너트를 설치할 수 있다. 이때, 팝너트 체결 장치는 로봇 암에 설치된 상태로 제공되고, 로봇 암은 팝너트 체결 장치를 공정 대상물이 위치된 장소로 이동시키거나, 팝너트 체결 장치가 공정 대상물의 홀과 정렬되게 방향을 조절할 수 있다.
바디(10)는 설정 체적으로 가지고, 팝너트 체결 장치의 골격을 제공한다. 바디(10)는 실린더부(11), 회전 구동부(12) 및 체결 공정 부재(15)를 포함한다. 실린더부(11)는 체결 샤프트(20)가 그 길이 방향을 따라 전후로 이동되는 동력을 제공한다. 회전 구동부(12)는 체결 샤프트(20)가 그 길이 방향을 축으로 회전되는 동력을 제공한다.
바디(14)의 일측에는 파지부(14)가 제공될 수 있다. 파지부(14)는 사용자가 수동으로 팝너트 체결 장치를 조작할 때, 사용자가 파지하기 위한 부분으로 제공된다. 파지부(14)에는 조작 버튼(141, 142)이 제공된다. 조작 버튼(141, 142)에 의해 실린더부(11), 회전 구동부(12)의 동작이 제어될 수 있다. 하단부 조작 버튼(142)은 회전 구동부(12)가 강제 역회전 구동되게 할 수 있다.
체결 공정 부재(15)는 바디(10)의 전단에 위치된다. 체결 공정 부재(15)는 바디(10)의 전단부에 위치되는 탈착부(13)에 탈착 가능하게 제공된다.
바디(10)에는 수평계(16)가 제공될 수 있다. 수평계(16)는 바디(10)가 기울어진 각도를 측정 가능하게 제공된다. 일 예로, 수평계(16)는 바디(10)가 수직으로 세워졌는지 여부를 측정 가능하게 제공된다. 이에 따라, 바디(10)가 수직으로 세워진 상태에서 작업이 수행 가능하여, 공정 품질이 향상될 수 있다. 수평계(16)는 이동 공간(160) 및 위치자(161)를 포함한다. 이동 공간(160) 설정 길이를 갖도록 제공된다. 위치자(161)는 이동 공간(160)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 제공된다. 수평계(16)는 이동 공간(160)의 길이 방향이 조절 가능하게 제공된다. 수평계(16)는 다이얼 게이지(163)를 포함하여, 이동 공간(160)의 길이 방향을 확인 가능하게 제공된다.
체결 샤프트(20)는 바디(10)의 전단에서 전방으로 설정 길이 돌출되게 제공된다. 체결 샤프트(20)의 외측 둘레에는 나사산이 형성된다. 체결 샤프트(20)의 지름은 체결 공정 부재(15)의 폭보다 작게 제공된다.
도 3은 도 1의 팝너트 체결 장치의 전단부의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 체결 공정 부재(15)의 내측에는 검사 유로(150)가 형성된다. 검사 유로(150)는 체결 샤프트(20)의 둘레 방향에 복수 제공될 있다. 일 예로, 복수의 검사 유로(150)는 등 간격을 두고, 체결 샤프트(20)의 외측 둘레에 위치될 수 있다. 검사 유로(150)의 전단은 체결 공정 부재(15)의 전면을 통해 외부와 연결되게 형성된다. 검사 유로(150)의 후단은 검사 라인(131)과 연결되어, 검사 라인(131)은 검사 유로(150)로 유체를 공급한다. 일 예로, 체결 공정 부재(15)의 후단부 둘레에는 연결홈(151)이 형성된다. 연결홈(151)은 체결 공정 부재(15)의 외측 둘레에서 내측을 향해 설정 깊이 들어간 구조로 제공되어, 체결 공정 부재(15)에 형성된 검사 유로(150)의 후단과 연결될 수 있다. 연결홈(151)은 체결 공정 부재(15)의 후단부 둘레에 링 형상으로 제공될 수 있다. 그리고, 탈착부(13)에는, 체결 공정 부재(15)가 탈착부(13)에 결합되었을 때, 연결홈(151)과 연결되는 연결 유로(130)가 형성될 수 있다. 검사 라인(131)이 탈착부(13)에 연결되면, 검사 라인(131)은 연결 유로(130)를 통해 검사 유로(150)에 연결될 수 있다. 또한, 연결 유로(130)를 통해 공급된 유체는 연결홈(151)를 통해 복수의 검사 유로(150)로 공급될 수 있다.
체결 공정 부재(15)의 후단부의 둘레에는 오링(152)이 위치될 수 있다. 오링(152)은 연결홈(151)의 앞쪽, 뒤쪽, 또는 앞쪽과 뒤쪽에 위치될 수 있다.
도 4는 팝너트 체결 장치가 탱크에 연결된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 탱크(30)는 팝너트 체결 장치에 연결되어, 팝너트 체결 장치로 유체를 공급한다. 탱크(30)가 공급하는 유체는 공기 등과 같은 기체일 수 있다.
탱크(30)는 실린더 연결 라인(110)을 통해 실린더부(11)와 연결되고, 실린더부(11)는 실린더 연결 라인(110)을 통해 공급되는 유체에 의해 구동되게 제공될 수 있다. 실린더 연결 라인(110)에는 실린더 제어 밸브(111)가 제공될 수 있다. 실린더 제어 밸브(111)는 실린더 연결 라인(110)을 개폐한다. 또한, 실린더 제어 밸브(111)는 실린더 연결 라인(110)을 통해 실린더부(11)로 공급되는 유체의 양을 조절 가능하게 제공될 수도 있다.
회전 구동부(12)는 구동부 연결 라인(120)을 통해 회전 구동부(12)와 연결되고, 회전 구동부(12)는 구동부 연결 라인(120)을 통해 공급되는 유체에 의해 구동되게 제공될 수 있다.
구동부 연결 라인(120)에는 구동부 제어 밸브(121a, 121b)가 제공될 수 있다. 구동부 제어 밸브(121a, 121b)는 구동부 연결 라인(120)을 개폐한다. 또한, 구동부 제어 밸브(121a, 121b)는 구동부 연결 라인(120)을 통해 회전 구동부(12)로 공급되는 유체의 양을 조절 가능하게 제공될 수도 있다.
구동부 연결 라인(120)은 제1 구동부 연결 라인(120a) 및 제2 구동부 연결 라인(120b)을 포함할 수 있다. 제1 구동부 연결 라인(120a)을 통해 유체가 공급되면, 회전 구동부(12)는 체결 샤프트(20)가 정회전되게 구동되고, 제2 구동부 연결 라인(120b)을 통해 유체가 공급되면, 회전 구동부(12)는 체결 샤프트(20)가 역회전되게 구동될 수 있다.
구동부 제어 밸브(121a, 121b)는 제1 구동부 연결 라인(120a)에 위치되는 제1 구동부 제어 밸브(121a) 및 제2 구동부 연결 라인(120b)에 위치되는 제2 구동부 제어 밸브(121b)를 포함할 수 있다.
검사 라인(131)은 구동부 연결 라인(120)에서 분기되는 형태로 탱크(30)에 연결될 수 있다. 검사 라인(131)은 제1 구동부 연결 라인(120a)에서 분기되게 제공될 수 있다. 검사 라인(131)은 제1 구동부 제어 밸브(121a)의 하류측에서 분기되게 제공될 수 있다. 검사 라인(131)에는 압력 조절 부재(132)가 제공될 수 있다. 압력 조절 부재(132)는 검사 라인(131)으로 유입되는 유체의 양을 조절하여, 검사 라인(131) 및 검사 유로(150)에 인가되는 압력을 조절 가능할 수 있다. 검사 라인(131)에는 설정량의 유체를 저장할 수 있는 보조 탱크(135)가 위치될 수 있다. 보조 탱크(135) 압력 조절 부재(132)의 상류측에 위치될 수 있다.
도 5는 제어기의 연결관계를 나타내는 도면이도, 도 6은 팝너트 체결 장치에 의해 팝너트가 공정 대상물에 체결되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제어기(40)는 팝너트 체결 장치의 구성요소를 제어한다.
제어기(40)는 수평계(16)의 상태에 따라 구성 요소가 동작되게 ?l 수 있다. 구체적으로, 제어기(40)는 위치자(161)가 이동 공간(160)의 중앙 영역에 위치되는 형태로, 바디(10)의 길이 방향이 수평계(16)의 설정값에 대응되게 위치되었을 때 구성 요소가 동작되게 할 수 있다. 예를 들어, 이동 공간(160)의 길이 방향이 바디(10)의 길이 방향이 수직한 방향이 되는 형태로, 수평계(16)의 설정값이 바디의 수직 상태로 설정되었을 경우, 제어기(40)는 수평계(16)를 통해 바디(10)가 수직으로 세워진 것으로 감지된 경우에 한해, 구성 요소가 동작되게 할 수 있다.
제어기(40)는 체결 샤프트(20)가 팝너트의 홀과 정렬되면, 제1 구동부 제어 밸브(121a)가 개방되게 제어하여, 체결 샤프트(20)가 정회전 되게 회전 구동부(12)를 동작 시킨다. 일 예로, 팝너트 체결 장치가 로봇 암에 설치된 상태로 제공되는 경우, 제어기(40)는 로봇 암이 설정 위치로 이동된 것으로 판단되면, 체결 샤프트(20)가 정회전 되게 회전 구동부(12)를 동작 시킬 수 있다. 체결 샤프트(20)가 정회전되면, 체결 샤프트(20)의 외주면에는 팝너트가 끼워진다.
체결 샤프트(20)가 정회전 될 때, 검사 유로(150)로 유체가 공급된다. 검사 유로(150)가 제1 구동부 연결 라인(120a)에서 분기되게 제공되는 경우, 제1 구동부 제어 밸브(121a)의 개방을 통해 회전 구동부(12)로 유체가 공급되면서, 검사 라인(131)을 통해 검사 유로(150)에 함께 유체가 공급될 수 있다. 검사 라인(131) 또는 검사 유로(150)에는 압력 센서(136)가 위치된다. 압력 센서(136)는 압력 조절 부재(132)의 하류측에 위치된다. 제어기(40)는 압력 센서(136)가 제공하는 압력 값을 통해 체결 샤프트(20)와 팝너트의 체결 상태를 모니터링한다. 구체적으로, 팝너트가 체결 샤프트(20)에 완전히 끼워지기 전에는, 검사 유로(150)로 공급된 유체는 검사 유로(150)의 전단을 통해 외부로 배출된다. 이후, 팝너트가 체결 샤프트(20)에 완전히 끼워지면, 팝너트가 검사 유로(150)의 전단을 막게 된다. 이에 따라, 팝너트가 체결 샤프트(20)에 정상적으로 끼워지는 경우, 압력 센서(136)에서 감지되는 압력 값은 유체가 검사 유로(150)의 전단으로 배출되는 동안 설정 범위의 값(이하, 체결 과정 압력 값)을 유지하다가 검사 유로(150)의 전단이 막히면 급격히 증가된 범위의 값(이하, 체결 완료 압력 값)을 나타내게 된다. 반면, 팝너트가 체결 샤프트(20)에 끼워지는 상태에 불량이 발생하면, 회전 구동부(12)의 정회전 구동이 종료된 상태에서 압력 센서(136)가 감지하는 값은 체결 완료 압력 값 보다 작게 된다. 이에 따라, 제어기(40)는 회전 구동부(12)의 정회전 구동이 종료된 상태에서 압력 센서(136)가 감지하는 값의 크기가 체결 완료 압력 값보다 작은 경우, 팝너트의 체결 상태에 불량이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
체결 샤프트(20)에 끼워진 팝너트는 공정 대상물이 홀에 삽입된다. 이후, 제어기(40)는 실린더 제어 밸브(111)를 개방하여, 실린더부(11)를 동작 시킨다. 이에 따라, 체결 샤프트(20)는 후방으로 이동하고, 그 과정에서 팝너트는 홀의 아래쪽에 위치된 영역이 홀의 저면 외측에 가압되어 홀에 고정된다.
제어기(40)는 압력 센서(136)가 제공하는 압력 값을 통해 팝너트가 공정 대상물에 체결되는 상태를 모니터링 한다. 구체적으로, 체결 샤프트(20)가 후방으로 이동할 때, 팝너트는 공정 대상물에 가압 압착되면서 체결 샤프트(20)의 이동 방향과 반대로 힘을 받는다. 이 때, 팝너트에 하방으로 작용하는 힘은 팝너트가 홀의 외측 저면에 가압 압착되는 과정에 따라 특정한 형태의 프로파일을 갖게 된다. 그리고, 팝너트에 하방으로 힘이 작용하면, 팝너트와 체결 공정 부재(15)의 전면 사이가 벌어지게 되어, 검사 유로(150)의 내측에 외부의 압력보다 큰 압력을 갖는 형태로 충진되어 있던 유체는 검사 유로(150)의 전단으로 누설된다. 그리고, 유체의 누설량은 팝너트에 작용하는 힘의 프로파일에 대응하여 발생하게 되어, 공정 대상물에 팝너트가 체결되는 과정에서 압력 센서(136)에서 감지되는 압력은 설정 프로파일을 갖게 된다. 이에 따라, 제어기(40)는 팝너트가 체결되는 과정에서 압력 센서(136)에서 감지되는 압력을 미리 저장된, 팝너트가 정상적으로 체결될 때 발생되는 압력 프로파일(이하, 정상 압력 프로파일)과 비교하여, 팝너트의 체결 상태를 모니터링 할 수 있다.
팝너트의 체결이 완료되면, 제어기(40)는 제2 구동부 제어 밸브(121b)를 개방하여 회전 구동부(12)가 역회전 구동되게 한다. 이에 따라, 체결 샤프트(20)는 팝너트에서 분리된다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 바디 11: 실린더부
12: 구동부 13: 탈착부
20: 체결 샤프트 30: 탱크
40: 제어기 110: 실린더 연결 라인
120: 구동부 연결 라인 150: 검사 유로

Claims (6)

  1. 설정 체적을 가지고, 전단부에 체결 공정 부재를 갖는 바디;
    상기 체결 공정 부재의 전단에서 전방으로 설정 길이 돌출되게 제공되고, 외측 둘레에 나사산이 형성되는 체결 샤프트; 및
    제어기를 포함하되,
    상기 체결 공정 부재의 내측에는 유체가 흐르는 검사 유로가 형성되되, 상기 검사 유로의 전단은 상기 체결 공정 부재의 전면을 통해 외부와 연결되게 형성되어 상기 체결 샤프트에 팝너트가 정상적으로 끼워지는 경우 팝너트에 의해 막히게 제공되고,
    상기 바디는,
    상기 체결 샤프트가 그 길이 방향을 따라 전후로 이동되는 동력을 제공하는 실린더부; 및
    상기 체결 샤프트가 그 길이 방향을 축으로 회전되는 동력을 제공하는 회전 구동부를 포함하고,
    상기 회전 구동부는 유체를 공급하는 구동부 연결 라인에 연결되고,
    상기 검사 유로는 상기 구동부 연결 라인에서 분기되는 검사 라인에 연결되되,
    상기 구동부 연결 라인은,
    상기 체결 샤프트가 정회전되게 상기 회전 구동부를 구동시키는 제1 구동부 연결 라인; 및
    상기 체결 샤프트가 역회전되게 상기 회전 구동부를 구동시키는 제2 구동부 연결 라인을 포함하고,
    상기 검사 라인은 상기 제1 구동부 연결 라인에서 분기되고,
    상기 검사 라인 또는 상기 검사 유로에는 압력 센서가 위치되고,
    상기 제어기는 상기 체결 샤프트가 정회전 하여 상기 체결 샤프트에 팝너트가 끼워질 때 상기 압력 센서에서 감지되는 압력을 통해 팝너트가 상기 체결 샤프트에 끼워진 상태를 판단하고,
    상기 제어기는 상기 체결 샤프트에 팝너트가 끼워진 상태에서 상기 체결 샤프트가 후방으로 이동할 때 상기 압력 센서에서 감지되는 압력을 통해 팝너트의 체결 상태를 모니터링하며,
    상기 바디에는 상기 바디가 기울어진 각도를 측정 가능한 수평계가 구비되되, 상기 수평계의 위치자가 이동 공간의 중앙 영역에 위치할 경우에 상기 제어기를 통하여 상기 바디가 수직으로 세워진 것으로 감지하여 상기 회전 구동부가 작동하도록 하고.
    상기 팝너트가 상기 체결 샤프트에 완전히 끼워지기 전에는, 상기 검사 유로로 공급된 유체는 상기 검사 유로의 전단을 통해 외부로 배출된 후, 상기 팝너트가 상기 체결 샤프트에 완전히 끼워지면, 상기 팝너트가 상기 검사 유로의 전단을 막아서 상기 팝너트가 상기 체결 샤프트에 정상적으로 끼워지는 경우, 상기 압력 센서에서 감지되는 압력 값이 유체가 상기 검사 유로의 전단으로 배출되는 동안 설정 범위의 값을 유지하다가 상기 검사 유로의 전단이 막히면 급격히 증가된 범위의 값을 나타내게 되고, 상기 팝너트가 상기 체결 샤프트에 끼워지는 상태에 불량이 발생하면, 상기 회전 구동부의 정회전 구동이 종료된 상태에서 상기 압력 센서가 감지하는 값은 체결 완료 압력 값 보다 작게 되어 상기 제어기는 상기 회전 구동부의 정회전 구동이 종료된 상태에서 상기 압력 센서가 감지하는 값의 크기가 체결 완료 압력 값보다 작은 경우에 상기 팝너트의 체결 상태에 불량이 발생한 것으로 판단하는 팝너트 체결 장치.
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