WO2004040277A1 - Procede et dispositif pour detecter des defauts de surface presentes par la paroi externe d'un objet transparent ou translucide - Google Patents

Procede et dispositif pour detecter des defauts de surface presentes par la paroi externe d'un objet transparent ou translucide Download PDF

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WO2004040277A1
WO2004040277A1 PCT/FR2003/003165 FR0303165W WO2004040277A1 WO 2004040277 A1 WO2004040277 A1 WO 2004040277A1 FR 0303165 W FR0303165 W FR 0303165W WO 2004040277 A1 WO2004040277 A1 WO 2004040277A1
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light source
incident
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Marc Gerard
Guillaume Bathelet
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Tiama
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/90—Investigating the presence of flaws or contamination in a container or its contents

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of opto-electronic inspection of objects in the general sense such as flat articles or containers such as for example bottles, jars or flasks, of transparent or translucent nature with a view to detecting possible surface defects presented by a transparent or translucent object.
  • the object of the invention aims more precisely to detect on a transparent or translucent object surface defects such as for example folds, combs, scrubs or fins under a ring.
  • a device comprising a diffuse light source illuminating the object to be inspected.
  • One or more cameras are placed in front of the light source in order to recover the light flux transmitted through the object.
  • the defects presented by the object attenuate or deflect the transmitted light. These light variations are analyzed to identify and detect faults.
  • Such a device is particularly suitable for viewing and detecting internal faults in the wall of the object.
  • such a device does not allow visualization and detection of small transparent surface defects.
  • the object of the invention is to propose a method for detecting surface defects presented by the external wall of a transparent or translucent object, comprising the following steps:
  • the method consists in sending, on the surface of the external wall of the object, an incident light beam with an incident angle suitable for ensuring optimum reflection of the incident light beam.
  • the method consists in placing the linear measurement sensor to recover the reflected beam at a reflection angle of value equal to that of the incident angle.
  • the method consists, for an object of revolution having an axis of symmetry: - to choose, as linear zone of the external wall of the object, at least a part of a generator parallel to the axis of symmetry,
  • Another objective of the invention is to propose a device for detecting surface defects presented by the external wall of a transparent or translucent object.
  • the device according to the invention comprises:
  • the detection device comprises a light source positioned relative to the object, so that the incident light beam makes an incident angle suitable for ensuring optimum reflection of the incident light beam.
  • the linear measurement sensor is positioned, relative to the object, to recover the reflected beam, according to a reflection angle of value equal to that of the incident angle.
  • the detection device the light source and the linear measurement sensor are positioned so as, respectively, to send the incident light beam and to recover the reflected light beam, for a zone linear of the external wall of the object, forming at least part of a generator of an object of revolution having an axis of symmetry, the displacement means ensuring the displacement of the object along its axis of symmetry over one revolution complete rotation.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating the operating principle of the device according to the invention.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view showing the direction of the light beams according to the method according to the invention.
  • Fig. 3 shows an example of an image obtained using the device according to the invention.
  • Fig. 4 is a section showing another example of application of the object of the invention for the detection of faults on a flat wall.
  • the subject of the invention relates to a method making it possible, using a device 1, to detect surface defects presented by the external wall 2 of a transparent or translucent object 3.
  • the transparent or translucent object 3 is an object of revolution, such as a bottle, a pot or a flask having an axis of symmetry or of revolution X.
  • the device 1 comprises a lighting source 4 designed to deliver a wide or diffuse light with a uniform or homogeneous character.
  • This light source 4 is adapted to send an incident light beam 5 onto a surface of the external wall 2 of the object 3.
  • the device 1 also comprises a linear measurement sensor 8, such as a linear camera capable of recovering the beam reflected 9 by a linear zone Z of the external wall 2, illuminated by the light source 4.
  • the light source 4 is positioned with respect to the object 3, so that the incident light beam 5 makes an incident angle suitable for ensuring optimum reflection of the incident beam.
  • the camera 8 is positioned so as to recover the light beam reflected by the linear zone Z of the external wall 2 of the object and illuminated by the light source 4.
  • the array of photosensitive cells of the camera 8 is, of course, oriented along an axis parallel to the linear zone Z of the outer wall 2 to be inspected.
  • the camera 8 is positioned to view a linear zone Z corresponding to at least part of a generator G parallel to the axis of symmetry X of the object of revolution.
  • the object 3 is rotated along its axis of symmetry X over a complete revolution of the object 3, so as to allow the complete external surface of the object 3 to be inspected.
  • the linear measurement sensor 8 which collects the reflected beam 9 is positioned relative to the normal of the linear zone Z of the external wall 2 of the object, according to a reflection angle ⁇ of value equal to the incident angle ⁇ between the normal to the surface of the linear zone Z and the incident light beam 5.
  • the device also comprises means 12 ensuring a relative displacement between, on the one hand, the object 3 and, on the other hand, the source 4 and the linear measurement sensor 8, so as to move the linear measurement zone Z on the external wall 2 of the object.
  • the displacement means 12 make it possible to ensure the rotation of the object around its axis of revolution over a complete revolution, in order to scan the entire surface of the external wall 2.
  • the device according to the invention also comprises a unit 15 for analyzing and processing the light beams received by the measurement sensor 8.
  • This analysis and processing unit 15 is suitable for creating an image and identifying, in the image, the presence of a surface defect corresponding to a dark area. It must be considered that the camera 8 delivers electronic signals representative of the light intensity received by each of the photosensitive cells of the camera 8.
  • the analysis and processing unit 15 ensures the conversion of the analog signal into a coded digital signal on a certain number of bits, according to a determined gray scale. From these signals, an image is generated and then filtered, in order to obtain a final image I, such as that illustrated in FIG. 3.
  • a surface defect is therefore characterized by the presence, in the image, of a dark zone s.
  • the unit 15 analyzes this image, in order to calculate preset characteristics, such as the spatial position, the surface, the perimeter, the center of gravity or the gray level of the dark area s. These measured characteristics are then compared with threshold values to determine whether such a dark area corresponds to a surface defect.
  • preset characteristics such as the spatial position, the surface, the perimeter, the center of gravity or the gray level of the dark area s.
  • the object of the invention can be applied by sending an incident light beam 5 onto the surface of the wall 2 of the object and by disposing a linear measurement sensor 8 to recover the light beam reflected 9 by a linear zone Z of the external wall 2, illuminated by the light source 4.
  • the linear measurement sensor 8 is positioned, relative to the normal to the surface, according to a reflection angle ⁇ equal to the incident angle ⁇ formed by the incident light beam 5.
  • the surface of the wall 2 is moved linearly, in order to be able to scan a complete surface of the object 3.
  • the object of the invention thus makes it possible to reliably detect surface defects which are difficult to detect, such as small transparent surface defects.
  • the relative position between the light source 4 and the sensor 8 is such that it is possible to contrast as much as possible the defect sought with the reflected light 9.

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Abstract

Le dispositif pour détecter des défauts de surface présentés par la paroi externe (2) d'un objet transparent ou translucide (3), comporte :- une source lumineuse large étendue uniforme (4), adaptée pour envoyer un faisceau lumineux incident (5) sur une surface de la paroi externe (2) de l'objet, - un capteur linéaire (8) de mesure de faisceaux lumineux disposé pour récupérer le faisceau lumineux réfléchi (9) par une zone linéaire de la paroi externe (2), éclairée par la source lumineuse (4),- des moyens (12) assurant un déplacement relatif entre, d'une part, l'objet et, d'autre part, la source lumineuse (4) et le capteur linéaire de mesure (8), de manière à déplacer la zone linéaire de mesure sur la paroi externe (2) de l'objet pour couvrir la surface à inspecter,- et une unité (15) d'analyse et de traitement des faisceaux lumineux reçus, par le capteur de mesure (8), adaptée pour créer une image et identifier, dans l'image, la présence d'un défaut de surface correspondant à une zone sombre.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR DETECTER DES DEFAUTS DE
SURFACE PRESENTES PAR LA PAROI EXTERNE D'UN OBJET
TRANSPARENT OU TRANSLUCIDE
La présente invention concerne le domaine technique de l'inspection opto-électronique d'objets au sens général tels que des articles plans ou des récipients tels que par exemple des bouteilles, des pots ou des flacons, à caractère transparent ou translucide en vue de déceler d'éventuels défauts de surface présentés par un objet transparent ou translucide.
L'objet de l'invention vise plus précisément à détecter sur un objet transparent ou translucide des défauts de surface tels que par exemple des plis, des coups de peigne, des frottoirs ou des ailettes sous bague.
Dans l'état de la technique, il est connu pour détecter de tels défauts, un dispositif comportant une source lumineuse diffuse éclairant l'objet à inspecter. Une ou plusieurs caméras sont disposées en face de la source lumineuse afin de récupérer le flux lumineux transmis au travers de l'objet. Les défauts présentés par l'objet atténuent ou dévient la lumière transmise. Ces variations lumineuses sont analysées pour identifier et détecter les défauts. Un tel dispositif est particulièrement adapté pour visualiser et détecter les défauts internes à la paroi de l'objet. Toutefois, un tel dispositif ne permet pas de visualiser et de détecter les petits défauts de surface transparents.
De même, il est connu, notamment par les documents US 5 637 864, EP 1 118 854 ou US 5 637 864, une technique visant à éclairer les défauts en vue de les détecter. Toutefois, cette technique ne se trouve pas adaptée pour détecter des défauts de surface à caractère transparent. La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant une solution technique pour détecter des défauts de surface, en particulier transparents, présentés par la paroi externe d'un objet transparent ou translucide.
Pour atteindre un tel objectif, l'objet de l'invention vise à proposer un procédé pour détecter des défauts de surface présentés par la paroi externe d'un objet transparent ou translucide, comportant les étapes suivantes :
- envoyer, à l'aide d'une source lumineuse large étendue uniforme, un faisceau lumineux incident sur une surface de la paroi externe de l'objet, - disposer un capteur linéaire de mesure pour récupérer le faisceau lumineux réfléchi par une zone linéaire de la paroi externe, éclairée par la source lumineuse,
- assurer un déplacement relatif entre, d'une part, l'objet et, d'autre part, la source lumineuse et le capteur linéaire de mesure, de manière à déplacer la zone linéaire de mesure sur la paroi externe de l'objet, pour couvrir la surface à inspecter,
- et traiter les faisceaux lumineux reçus par le capteur linéaire, de manière à créer une image et à identifier, dans l'image, la présence d'un défaut de surface correspondant à une zone sombre.
Selon une caractéristique préférée de réalisation, le procédé consiste à envoyer, sur la surface de la paroi externe de l'objet, un faisceau lumineux incident avec un angle d'incident adapté pour assurer une réflexion optimum du faisceau lumineux incident. Selon une autre caractéristique préférée de réalisation, le procédé consiste à disposer le capteur linéaire de mesure pour récupérer le faisceau réfléchi selon un angle de réflexion de valeur égale à celle de l'angle incident.
Selon une caractéristique avantageuse de réalisation de l'invention, le procédé consiste, pour un objet de révolution présentant un axe de symétrie : - à choisir, en tant que zone linéaire de la paroi externe de l'objet, au moins une partie d'une génératrice parallèle à l'axe de symétrie,
- et à assurer le déplacement de l'objet selon son axe de symétrie sur un tour complet de rotation.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif pour détecter des défauts de surface présentés par la paroi externe d'un objet transparent ou translucide. Le dispositif selon l'invention comporte :
- une source lumineuse large étendue uniforme, adaptée pour envoyer un faisceau lumineux incident sur une surface de la paroi externe de l'objet,
- un capteur linéaire de mesure de faisceaux lumineux, disposé pour récupérer le faisceau lumineux réfléchi par une zone linéaire de la paroi externe, éclairée par la source lumineuse, - des moyens assurant un déplacement relatif entre, d'une part, l'objet et, d'autre part, la source lumineuse et le capteur linéaire de mesure, de manière à déplacer la zone linéaire de mesure sur la paroi externe de l'objet pour couvrir la surface à inspecter, - et une unité d'analyse et de traitement des faisceaux lumineux reçus par le capteur de mesure, adaptée pour créer une image et identifier, dans l'image, la présence d'un défaut de surface correspondant à une zone sombre. Selon une caractéristique préférée de réalisation, le dispositif de détection comporte une source lumineuse positionnée, par rapport à l'objet, de sorte que le faisceau lumineux incident fasse un angle incident adapté pour assurer une réflexion optimum du faisceau lumineux incident.
Selon une autre caractéristique de réalisation, le capteur linéaire de mesure est positionné, par rapport à l'objet, pour récupérer le faisceau réfléchi, selon un angle de réflexion de valeur égale à celle de l'angle incident. Selon une autre caractéristique avantageuse de réalisation, le dispositif de détection selon l'invention, la source lumineuse et le capteur linéaire de mesure sont positionnés de manière, respectivement, à envoyer le faisceau lumineux incident et à récupérer le faisceau lumineux réfléchi, pour une zone linéaire de la paroi externe de l'objet, formant au moins une partie d'une génératrice d'un objet de révolution présentant un axe de symétrie, les moyens de déplacement assurant le déplacement de l'objet selon son axe de symétrie sur un tour complet de rotation.
Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue en perspective illustrant le principe de fonctionnement du dispositif conforme à l'invention.
La fig. 2 est une vue en coupe transversale montrant la direction des faisceaux lumineux selon le procédé conforme à l'invention.
La fig. 3 montre un exemple d'une image obtenue à l'aide du dispositif conforme à l'invention.
La fig. 4 est une coupe montrant un autre exemple d'application de l'objet de l'invention pour la détection de défauts sur une paroi plane. Tel que cela ressort plus précisément des fig. 1 à 3, l'objet de l'invention concerne un procédé permettant, à l'aide d'un dispositif 1, de détecter des défauts de surface présentés par la paroi externe 2 d'un objet transparent ou translucide 3. Dans l'exemple de réalisation illustré aux fig. 1 à 3, l'objet transparent ou translucide 3 est un objet de révolution, tel qu'une bouteille, un pot ou un flacon présentant un axe de symétrie ou de révolution X.
Le dispositif 1 selon l'invention comprend une source d'éclairage 4 conçue pour délivrer une lumière de large étendue ou diffuse avec un caractère uniforme ou homogène. Cette source lumineuse 4 est adaptée pour envoyer un faisceau lumineux incident 5 sur une surface de la paroi externe 2 de l'objet 3.
Le dispositif 1 selon l'invention comporte, également, un capteur linéaire de mesure 8, tel qu'une caméra linaire apte à récupérer le faisceau réfléchi 9 par une zone linéaire Z de la paroi externe 2, éclairée par la source lumineuse 4. L'axe de vision de la caméra de mesure 8, schématisé par le faisceau réfléchi 9, forme un angle α par rapport au faisceau lumineux incident 5 correspondant émis par la source d'éclairage 4. La source lumineuse 4 est positionnée, par rapport à l'objet 3, de sorte que le faisceau lumineux incident 5 fasse un angle incident adapté pour assurer une réflexion optimum du faisceau incident.
De même, la caméra 8 est positionnée de manière à récupérer le faisceau lumineux réfléchi par la zone linéaire Z de la paroi externe 2 de l'objet et éclairée par la source lumineuse 4. A cet égard, la barrette des cellules photosensibles de la caméra 8 est, bien entendu, orientée selon un axe parallèle à la zone linéaire Z de la paroi externe 2 à inspecter. Selon une caractéristique préférée de réalisation illustrée à la fig. 2, la caméra 8 est positionnée pour visualiser une zone linéaire Z correspondant à au moins une partie d'une génératrice G parallèle à l'axe de symétrie X de l'objet de révolution. Dans cet exemple préféré de réalisation, l'objet 3 est déplacé en rotation selon son axe de symétrie X sur un tour complet de l'objet 3, de manière à permettre d'inspecter la surface complète externe de l'objet 3.
Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 2, le capteur linéaire de mesure 8, qui récupère le faisceau réfléchi 9, est positionné par rapport à la normale de la zone linéaire Z de la paroi externe 2 de l'objet, selon un angle de réflexion β de valeur égale à l'angle incident β compris entre la normale à la surface de la zone linéaire Z et le faisceau lumineux incident 5.
Dans l'exemple illustré, le dispositif comporte également des moyens 12 assurant un déplacement relatif entre, d'une part, l'objet 3 et, d'autre part, la source 4 et le capteur linéaire de mesure 8, de manière à déplacer la zone linéaire de mesure Z sur la paroi externe 2 de l'objet. Dans l'exemple illustré, les moyens de déplacement 12 permettent d'assurer la rotation de l'objet autour de son axe de révolution sur un tour complet, afin de scruter la totalité de la surface de la paroi externe 2.
Le dispositif selon l'invention comporte, également, une unité 15 d'analyse et de traitement des faisceaux lumineux reçus par le capteur de mesure 8. Cette unité d'analyse et de traitement 15 est adaptée pour créer une image et identifier, dans l'image, la présence d'un défaut de surface correspondant à une zone sombre. Il doit être considéré que la caméra 8 délivre des signaux électroniques représentatifs de l'intensité lumineuse reçue par chacune des cellules photosensibles de la caméra 8. L'unité d'analyse et de traitement 15 assure la conversion du signal analogique en un signal numérique codé sur un certain nombre de bits, suivant une échelle de gris déterminée. A partir de ces signaux, une image est générée puis filtrée, afin d'obtenir une image finale I, telle que celle illustrée à la fig. 3. Dans la mesure où la présence d'un défaut de surface supprime la réflexion, un défaut de surface est donc caractérisé par la présence, dans l'image, d'une zone sombre s. L'unité 15 analyse cette image, afin de calculer des caractéristiques préétablies, telles que la position spatiale, la surface, le périmètre, le centre de gravité ou le niveau de gris de la zone sombre s. Ces caractéristiques mesurées sont ensuite comparées à des valeurs de seuil pour déterminer si une telle zone sombre s correspond à un défaut de surface. Dans la description qui précède, l'objet à inspecter 3 est de révolution. Bien entendu, la présente invention peut être appliquée à un objet, par exemple plan, dont la paroi externe 2 doit être inspectée (fig. 4). L'objet de l'invention, tel que décrit ci- dessus, peut être appliqué en envoyant un faisceau lumineux incident 5 sur la surface de la paroi 2 de l'objet et en disposant un capteur linéaire de mesure 8 pour récupérer le faisceau lumineux réfléchi 9 par une zone linéaire Z de la paroi externe 2, éclairée par la source lumineuse 4. De préférence, le capteur linéaire de mesure 8 est positionné, par rapport à la normale à la surface, selon un angle de réflexion β égal à l'angle incident β formé par le faisceau lumineux incident 5. La surface de la paroi 2 est déplacée linéairement, afin de pouvoir scruter une surface complète de l'objet 3.
L'objet de l'invention permet ainsi de détecter, de façon sûre, des défauts de surface difficiles à déceler, tels que des petits défauts de surface transparents. En effet, la position relative, entre la source lumineuse 4 et le capteur 8, est telle qu'il est possible de contraster au maximum le défaut recherché avec la lumière réfléchie 9.
L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé pour détecter des défauts de surface présentés par la paroi externe (2) d'un objet (3) transparent ou translucide, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - envoyer, à l'aide d'une source lumineuse large étendue uniforme (4), un faisceau lumineux incident (5) sur une surface de la paroi externe (2) de l'objet,
- disposer un capteur linéaire de mesure (8) pour récupérer le faisceau lumineux réfléchi (9) par une zone linéaire (Z) de la paroi externe (2), éclairée par la source lumineuse (4),
- assurer un déplacement relatif entre, d'une part, l'objet (3) et, d'autre part, la source lumineuse (4) et le capteur linéaire de mesure (8), de manière à déplacer la zone linéaire (Z) de mesure sur la paroi externe (2) de l'objet pour couvrir la surface à inspecter, - et traiter les faisceaux lumineux reçus (9) par le capteur linéaire, de manière à créer une image (I) et à identifier, dans l'image, la présence d'un défaut de surface correspondant à une zone sombre (s).
2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer sur la surface de la paroi externe (2) de l'objet, un faisceau lumineux incident (5) avec un angle incident adapté pour assurer une réflexion optimum du faisceau lumineux incident.
3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer le capteur linéaire de mesure (8) pour récupérer le faisceau réfléchi selon un angle de réflexion (β) de valeur égale à celle de l'angle incident (β). 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, pour un objet de révolution (3) présentant un axe de symétrie (X) :
- à choisir, en tant que zone linéaire (Z) de la paroi externe (2) de l'objet, au moins une partie d'une génératrice (G) parallèle à l'axe de symétrie (X),
- et à assurer le déplacement de l'objet (3) selon son axe de symétrie (X) sur un tour complet de rotation.
5 - Dispositif pour détecter des défauts de surface présentés par la paroi externe (2) d'un objet transparent ou translucide (3), caractérisé en ce qu'il comporte : - une source lumineuse large étendue uniforme (4), adaptée pour envoyer un faisceau lumineux incident (5) sur une surface de la paroi externe (2) de l'objet,
- un capteur linéaire (8) de mesure de faisceaux lumineux disposé pour récupérer le faisceau lumineux réfléchi (9) par une zone linéaire (Z) de la paroi externe (2), éclairée par la source lumineuse (4),
- des moyens (12) assurant un déplacement relatif entre, d'une part, l'objet et, d'autre part, la source lumineuse (4) et le capteur linéaire de mesure (8), de manière à déplacer la zone linéaire de mesure (Z) sur la paroi externe (2) de l' objet pour couvrir la surface à inspecter,
- et une unité (15) d'analyse et de traitement des faisceaux lumineux reçus, par le capteur de mesure (8), adaptée pour créer une image (I) et identifier, dans l'image, la présence d'un défaut de surface correspondant à une zone sombre (s). 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la source lumineuse
(4) est positionnée, par rapport à l'objet (3), de sorte que le faisceau lumineux incident (5) fasse un angle incident adapté pour assurer une réflexion optimum du faisceau lumineux incident.
7 - Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le capteur linéaire de mesure (8) est positionné, par rapport à l'objet (3), pour récupérer le faisceau réfléchi, selon un angle de réflexion (β) de valeur égale à celle de l'angle incident (β).
8 - Dispositif selon la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que la source lumineuse (4) et le capteur linéaire de mesure (8) sont positionnés de manière, respectivement, à envoyer le faisceau lumineux incident (5) et à récupérer le faisceau lumineux réfléchi (9), pour une zone linéaire (Z) de la paroi externe de l'objet, formant au moins une partie d'une génératrice (G) d'un objet de révolution présentant un axe de symétrie (X) et en ce que les moyens de déplacement (12) assurent le déplacement de l'objet (3) selon son axe de symétrie (X) sur un tour complet de rotation.
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