KR20150101861A - 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치 및 방법 - Google Patents

쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이용자의 조작에 의해 무인 조종되는 쿼드콥터에 카메라를 장착하여 풍력발전기의 블레이드를 촬영하고, 블레이드를 촬영한 영상을 자동으로 분석하여 블레이드의 균열, 파손, 또는 오염을 검출할 수 있는 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 쿼드콥터에 설치된 카메라를 이용하여 풍력발전기 블레이드의 모습을 촬영하고 그 영상을 제어장치로 전송하여 관리자가 영상을 직접 볼 수 있게 할 뿐만 아니라 블레이드를 촬영한 영상을 비교 분석하여 풍력발전기 블레이드의 안전 상태를 자동으로 체크할 수 있다.

Description

쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치 및 방법{Apparatus for Monitoring the Blade of Wind Power Generator using Quadcopter}
본 발명은 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이용자의 조작에 의해 무인 조종되는 쿼드콥터에 카메라를 장착하여 풍력발전기의 블레이드를 촬영하고, 블레이드를 촬영한 영상을 자동으로 분석하여 블레이드의 균열, 파손, 또는 오염을 검출할 수 있는 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.
풍력발전기의 블레이드는 타워 상단에 위치하여 등반 관련 전문요원만이 접근이 가능하기 때문에 일반인들은 블레이드의 파손이나 이상 유무를 판별하기에 매우 어려운 문제점이 있다.
현재까지 풍력발전기의 블레이드 검사는 기술자가 직접 로프나 안전장비를 착용한 후 블레이드에 접근하여 육안으로 검사해 왔지만, 풍력발전기의 블레이드는 높은 곳에 위치하므로 사람이 직접 접근하여 검사하고 진단하는 방식에는 안전상의 위험이 있으며 또한 블레이드에 접근하는데 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
이에 검사요원이 직접 풍력발전기 타워에 올라가지 않고서도 블레이드를 검사하고 진단하는 기술이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 쿼드콥터에 설치된 카메라를 이용하여 풍력발전기 블레이드의 모습을 촬영하고 그 영상을 제어장치로 전송하여 관리자가 영상을 직접 볼 수 있게 할 뿐만 아니라 블레이드를 촬영한 영상을 자동으로 비교 분석하여 풍력발전기 블레이드의 안전 상태를 체크할 수 있는 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 쿼드콥터와 제어장치를 포함하는 검사 장치로서, 상기 쿼드콥터는, 풍력발전기의 블레이드를 촬영한 영상정보 및 GPS(Global Postioning System) 센서에 의해 획득된 쿼드콥터의 위치정보를 상기 제어장치로 실시간으로 전송하고, 상기 제어장치로부터 수신한 비행신호에 따라 무인비행을 수행하고, 상기 제어장치는, 상기 영상정보와 위치정보를 무선통신을 통해 수신하여 저장하되, 이용자의 조작에 따라 상기 비행신호를 생성하여 상기 쿼드콥터로 전송하는 것을 특징으로 하는, 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치를 공하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어장치는, 상기 영상정보를 분석하여 블레이드에서 균열, 파손 또는 오염된 것으로 판단되는 이상영역을 검출하는 영상분석부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어장치는, 상기 영상정보에서 이상역역을 검출한 경우, 상기 쿼드콥터를 제자리에 정지시키는 정지비행신호를 생성하여 상기 쿼드콥터로 전송하고, 상기 영상정보를 생성하는 카메라 렌즈를 줌인하도록 제어하는 카메라제어신호를 상기 쿼드콥터로 전송할 수 있다.
바람직하게는, 상기 쿼드콥터는, 거리센서를 이용해 블레이드까지의 거리를 계측하고, 계측된 거리가 기준거리 이하가 되는 경우 충돌을 방지하기 위해 후진할 수 있다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 쿼드콥터와 제어장치를 포함하는 검사 장치에 의해서 수행되는 방법으로서, (a) 상기 제어장치는, 이용자의 조작에 따라 상기 쿼드콥터의 비행을 제어하는 비행신호를 생성하여 상기 쿼드콥터로 전송하는 단계; (b) 상기 쿼드콥터는, 상기 비행신호에 따라 무인비행을 수행하는 동시에, 풍력발전기의 블레이드를 촬영한 영상정보 및 GPS(Global Postioning System) 센서에 의해 획득된 쿼드콥터의 위치정보를 상기 제어장치로 실시간으로 전송하는 단계; 및 (c) 상기 제어장치는, 상기 영상정보와 위치정보를 수신하여 저장하되, 상기 영상정보를 분석하여 블레이드에서 균열, 파손 또는 오염된 것으로 판단되는 이상영역을 검출하는 단계를 포함하는, 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 방법을 실현하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
본 발명에 의하면, 쿼드콥터에 설치된 카메라를 이용하여 풍력발전기 블레이드의 모습을 촬영하고 그 영상을 제어장치로 전송하여 관리자가 영상을 직접 볼 수 있게 할 뿐만 아니라 블레이드를 촬영한 영상을 비교 분석하여 풍력발전기 블레이드의 안전 상태를 자동으로 체크할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치 및 방법을 예시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치를 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 방법을 나타낸 흐름도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치 및 방법을 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치는 쿼드콥터(100)와 제어장치(200)를 포함한다.
쿼드콥터(100)는 소형의 모형 헬기의 일종으로서 제어장치(200)의 조작부(210)를 통해 원격 제어(remote control, RC)가 가능한 비행체이다. 쿼드콥터(100)는 제어장치(200)가 전송하는 비행신호에 따라 무인비행을 수행한다.
그리고 쿼드콥터(100)는 카메라를 구비하여 풍력발전기의 블레이드(10)를 촬영할 수 있으며, 촬영한 영상은 무선통신을 통해 실시간으로 제어장치(200)로 전송된다.
한편, 쿼드콥터(100)는 GPS(Global Positioning System) 센서를 구비하여, 쿼드콥터(100)의 위치정보를 무선통신을 통해 제어장치(200)로 실시간으로 전송한다.
제어장치(200)는 영상정보 및 위치정보를 수신하여 이를 저장하는 동시에, 이용자의 조작부 조작에 따라 쿼드콥터(100)의 비행을 제어하는 비행신호를 생성하여 쿼드콥터로 전송한다.
제어장치(200)는 쿼드콥터(100)가 전송한 영상을 연결되어 있는 디스플레이(미도시)를 통해 바로 출력함으로써 관리자가 그 영상을 실시간으로 확인할 수 있도록 한다. 또한 후술하겠지만, 제어장치(200)는 쿼드콥터(100)가 전송한 영상을 분석하여 블레이드에 존재하는 균열, 파손 또는 오염된 부분을 자동으로 검출할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 쿼드콥터(100)는 비행제어부(120), 비행신호수신부(130), 무선통신부(140), GPS 센서(150), 카메라제어부(160) 및 카메라(170) 중의 적어도 하나를 포함하고, 제어장치(200)는 조작부(210), 무선통신부(220), 저장부(230), 영상분석부(240), 이상조치부(250) 및 경고부(260) 중의 적어도 하나를 포함한다.
우선 제어장치(200)의 조작부(210)는 이용자의 조작 입력에 따른 비행신호를 생성하여 쿼드콥터(100)의 비행신호수신부(130)로 전송한다.
쿼드콥터(100)의 비행제어부(120)는 비행신호수신부(130)에서 수신된 비행신호를 기초로 쿼드콥터(100)의 각 날개의 회전수를 조절하여 비행신호에 따라 비행하도록 제어한다.
쿼드콥터(100)의 카메라(170)는 풍력발전기의 블레이드(10)를 촬영한 영상정보를 생성하고, 생성된 영상정보는 무선통신부(140)를 통해 실시간으로 제어장치(200)로 전송된다.
한편, 쿼드콥터(100)에는 GPS 센서(150)도 구비되어 있는데, GPS 센서(150)는 쿼드콥터(100)의 GPS 좌표에 따른 위치정보를 획득한 후 획득한 위치정보를 무선통신부(140)를 통해 제어장치(200)로 실시간으로 전송한다.
제어장치(200)의 무선통신부(220)는 쿼드콥터(100)가 전송한 영상정보 및 위치정보를 수신한 후, 수신한 영상정보 및 위치정보를 저장부(230)에 저장한다.
영상정보는 영상분석부(240)에도 제공된다.
영상분석부(240)는 영상정보를 분석하여 블레이드에서 균열, 파손 또는 오염된 것으로 판단되는 이상영역을 검출한다. 블레이드는 최초로 가동되기 전에는 전체적으로 동일하거나 유사한 색을 유지하고 있으며, 가동 후에는 비, 바람, 분진, 새 등과의 충돌로 균열, 파손 또는 오염이 발생한 경우 해당 영역은 균열, 파손 또는 오염이 발생하지 않은 영역과는 그 영상패턴이 상이하다. 따라서 영상분석부(240)는 영상정보를 분석하여 주변 영역과 명도에 차이가 있는 부분을 이상영역으로 판단하여 이를 자동으로 검출할 수 있다.
한편 영상분석부(240)는 균열, 파손 또는 오염이 발생하기 전의 블레이드의 영상을 기준영상으로 보관하고, 기준영상과 카메라에 의해 촬영된 영상정보를 비교함으로써 이상영역을 자동으로 검출할 수 있다.
영상분석부(240)에 의해 이상영역이 검출되면, 경고부(260)는 경고신호를 생성하고 생성한 경고신호를 경고음으로서 스피커로 출력하거나 경고메시지로서 화면에 출력함으로써 관리자가 이상영역의 검출을 쉽게 파악할 수 있도록 한다. 관리자는 경고신호의 출력으로 이상영역이 검출되었음을 알 수 있으며, 그 후 관리자는 해당 이상영역 주변을 쿼드콥터(100)의 카메라를 이용하여 상세하게 관찰함으로써 최종적으로 이상영역에 대한 최종 판단을 내릴 수 있다.
이상조치부(250)는 이상영역이 검출된 경우 자동으로 그에 대한 해당 조치 기능을 수행하는 구성요소로서, 쿼드콥터(100)를 이상영역이 발견된 자리에 정지시키는 정지비행신호를 생성하여 쿼드콥터(100)로 전송하고, 영상정보를 생성하는 카메라 렌즈를 줌인하도록 제어하는 카메라제어신호를 쿼드콥터(100)로 전송한다.
쿼드콥터(100)의 비행제어부(120)는 비행신호수신부(130)를 거쳐 수신한 정지비행신호에 따라 이상영역이 검출된 지역에서 쿼드콥터(100)를 정지시키도록 제어한다. 그리고 나서, 쿼드콥터(100)의 카메라제어부(160)는 수신한 카메라제어신호에 따라 카메라 렌즈를 줌인함으로써 이상영역에 대하여 해상도가 더 높은 영상정보를 생성하고, 이를 제어장치(200)로 전송할 수 있다.
이상영역이 발견된 자리에서 쿼드콥터(100)를 정지시키고, 카메라를 줌인함으로써, 영상분석부(240)는 이상영역에 대하여 이전보다 해상도가 더 높은 영상정보를 획득하고 이를 분석할 수 있다.
한편, 쿼드콥터(100)는 도면에 도시되지는 않았지만, 자체적으로 외부 장애물과의 거리를 계측하는 거리센서(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 거리센서에 의해 계측된 블레이드까지의 거리가 기준거리 이하가 되는 경우 쿼드콥터(100)를 후진하도록 제어함으로써 쿼드콥터(100)가 블레이드(10)에 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 방법을 설명하도록 한다. 본 발명에 따른 본 발명에 따른 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 방법은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치와 본질적으로 동일하므로, 상세한 설명 및 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 방법을 나타낸 흐름도이다.
우선, 제어장치(200)는 이용자의 조작에 따라 쿼드콥터(100)의 비행을 제어하는 비행신호를 생성하여 쿼드콥터(100)로 실시간으로 전송한다(S100).
쿼드콥터(100)는 수신한 비행신호에 따라 무인비행을 수행하는 동시에, 풍력발전기의 블레이드를 촬영한 영상정보 및 GPS(Global Postioning System) 센서에 의해 획득된 쿼드콥터(100)의 위치정보를 제어장치(200)로 실시간으로 전송한다(S110).
제어장치(200)는 영상정보와 위치정보를 수신하여 저장하되, 영상정보를 분석하여 블레이드에서 균열, 파손 또는 오염된 것으로 판단되는 이상영역을 검출한다(S120).
수신한 영상정보에서 이상역역이 검출된 경우, 제어장치(200)는 쿼드콥터를 제자리에 정지시키는 정지비행신호를 생성하여 쿼드콥터(100)로 전송하고, 영상정보를 생성하는 카메라 렌즈를 줌인하도록 제어하는 카메라제어신호를 생성하여 쿼드콥터(100)로 전송한다(S130).
한편, 수신한 영상정보에서 이상역역이 검출된 경우, 제어장치(200)는 관리자에게 경고음을 스피커로 출력하거나 경고메시지를 화면으로 출력하는 경고신호를 생성할 수도 있다(S140).
또한, 이하 실시되는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 ~는 것을 위주로 설명하지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 ~도 무방함을 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 상기 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상에서는 도면에 도시된 구체적인 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하므로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 이로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등 및 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 보호 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 블레이드 100: 쿼드콥터
120: 비행제어부 130: 비행신호수신부
140: 무선통신부 150: GPS 센서
160: 카메라제어부 170: 카메라
200: 제어장치 210: 조작부
220: 무선통신부 230: 저장부
240: 영상분석부 250: 이상조치부
260: 경고부

Claims (8)

  1. 쿼드콥터와 제어장치를 포함하는 검사 장치로서,
    상기 쿼드콥터는, 풍력발전기의 블레이드를 촬영한 영상정보 및 GPS(Global Postioning System) 센서에 의해 획득된 쿼드콥터의 위치정보를 상기 제어장치로 실시간으로 전송하고, 상기 제어장치로부터 수신한 비행신호에 따라 무인비행을 수행하고,
    상기 제어장치는, 상기 영상정보와 위치정보를 무선통신을 통해 수신하여 저장하되, 이용자의 조작에 따라 상기 비행신호를 생성하여 상기 쿼드콥터로 전송하는 것을 특징으로 하는, 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어장치는,
    상기 영상정보를 분석하여 블레이드에서 균열, 파손 또는 오염된 것으로 판단되는 이상영역을 검출하는 영상분석부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어장치는,
    상기 영상정보에서 이상역역을 검출한 경우, 상기 쿼드콥터를 제자리에 정지시키는 정지비행신호를 생성하여 상기 쿼드콥터로 전송하고, 상기 영상정보를 생성하는 카메라 렌즈를 줌인하도록 제어하는 카메라제어신호를 상기 쿼드콥터로 전송하는 것을 특징으로 하는, 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 쿼드콥터는,
    거리센서를 이용해 블레이드까지의 거리를 계측하고, 계측된 거리가 기준거리 이하가 되는 경우 충돌을 방지하기 위해 후진하는 것을 특징으로 하는, 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 장치.
  5. 쿼드콥터와 제어장치를 포함하는 검사 장치에 의해서 수행되는 방법으로서,
    (a) 상기 제어장치는, 이용자의 조작에 따라 상기 쿼드콥터의 비행을 제어하는 비행신호를 생성하여 상기 쿼드콥터로 전송하는 단계;
    (b) 상기 쿼드콥터는, 상기 비행신호에 따라 무인비행을 수행하는 동시에, 풍력발전기의 블레이드를 촬영한 영상정보 및 GPS(Global Postioning System) 센서에 의해 획득된 쿼드콥터의 위치정보를 상기 제어장치로 실시간으로 전송하는 단계; 및
    (c) 상기 제어장치는, 상기 영상정보와 위치정보를 수신하여 저장하되, 상기 영상정보를 분석하여 블레이드에서 균열, 파손 또는 오염된 것으로 판단되는 이상영역을 검출하는 단계를 포함하는, 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 제어장치가, 수신한 영상정보에서 이상역역을 검출한 경우, 상기 쿼드콥터를 제자리에 정지시키는 정지비행신호를 생성하여 상기 쿼드콥터로 전송하고, 상기 영상정보를 생성하는 카메라 렌즈를 줌인하도록 제어하는 카메라제어신호를 상기 쿼드콥터로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 쿼드콥터가, 거리센서를 이용해 블레이드까지의 거리를 계측하고, 계측된 거리가 기준거리 이하가 되는 경우 충돌을 방지하기 위해 후진하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 제어장치가, 수신한 영상정보에서 이상역역을 검출한 경우, 관리자에게 경고음을 스피커로 출력하거나 경고메시지를 화면으로 출력하는 경고신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 쿼드콥터를 활용한 풍력발전기의 블레이드 검사 방법.
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