CN111168369A - 一种电批的控制方法及螺丝锁附装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电批的控制方法，通过预先建立从螺丝移动至锁附位置时到螺丝完成锁附的过程中电批的电机的受力值与电机的旋转速率的第一对应关系，进而按照该第一对应关系，根据电机的实时受力值控制电机按对应的旋转速率在锁附位置运行进给，使电批在不同的受力值下以不同的旋转速率运行进给，从而在螺丝锁附阶段可以以高速运行，而在预到位阶段低速运行，在保证效率的同时保证锁附精度，进而提高了产品质量，保证了产品良率。本发明还公开了一种螺丝锁附装置，具有上述有益效果。

Description

一种电批的控制方法及螺丝锁附装置

技术领域

本发明涉及锁螺丝技术领域，特别是涉及一种电批的控制方法及螺丝锁附装置。

背景技术

随着工业自动化的发展，应用到螺丝锁附的地方越来越多，对产品的锁附质量及效率有了更高的要求。传统的人工锁附效率慢且人工成本高，锁附过程更多的是凭个人的经验和感觉等不确定性因素。为了实现锁螺丝过程的自动化，数字化，智能化，标准化，自动锁螺丝技术成为了新兴行业技术。

目前市场上的智能螺丝锁附产品为一种智能电批，可以对电批电机的旋转速率进行分段控制，螺丝从认牙，到拧紧，整个过程的速率模式都可以设定，而对各阶段的识别方法通常为视觉监测，而螺丝拧紧后，根据受到的扭力变化即可确定螺丝锁附完成。

图1为一种现有技术中的智能电批的运行曲线图。

如图1所示，应用现有技术中的这种智能电批，从螺丝认牙(即位置为0时)后，电机匀速旋转，而力矩值不变，而到某个位置力矩值陡增，确定螺丝拧紧，电机停转。

可以看到，应用现有技术中的智能电批，虽然可以完成螺丝自动锁附，但基于视觉控制的精度不高，且在最后电批电机的受力值突变时才停止运转，极有可能导致螺丝拧过，进而降低产品良率。

发明内容

本发明的目的是提供一种电批的控制方法及螺丝锁附装置，用于提高螺丝锁附的精度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电批的控制方法，包括：

预先建立从螺丝移动至锁附位置时到所述螺丝完成锁附的过程中电批的电机的受力值与所述电机的旋转速率的第一对应关系；

按照所述第一对应关系，根据所述电机的实时受力值控制所述电机按对应的旋转速率在所述锁附位置运行进给。

可选的，所述按照所述第一对应关系，根据所述电机的实时受力值控制所述电机按对应的旋转速率在所述锁附位置运行进给，具体包括：

当所述电批携带螺丝移动至所述锁附位置时，控制所述电机以第一旋转速率在所述锁附位置运行进给；

当所述电机的受力值达到第一受力值时，确定所述螺丝完成认牙，控制所述电机以第二旋转速率运行进给；

当所述电机的受力值达到第二受力值时，确定所述螺丝进入预到位阶段，控制所述电机以第三旋转速率运行进给，直至所述电机的受力值达到第三受力值并持续第一预设时长时，确定所述螺丝完成锁附；

其中，所述第二旋转速率大于所述第一旋转速率；所述第三旋转速率小于所述第二旋转速率。

可选的，还包括：

预先建立从螺丝移动至锁附位置时到所述螺丝完成锁附的过程中所述螺丝在所述锁附位置的旋转圈数和所述电机的旋转速率的第二对应关系；

按照所述第二对应关系，根据所述螺丝的实时旋转圈数，控制所述电机按对应的旋转速率运行进给。

可选的，所述按照所述第一对应关系，根据所述电机的实时受力值控制所述电机按对应的旋转速率在所述锁附位置运行进给，以及，按照所述第二对应关系，根据所述螺丝的实时旋转圈数，控制所述电机按对应的旋转速率运行进给，具体包括：

当所述电批携带螺丝移动至所述锁附位置时，控制所述电机以第一旋转速率在所述锁附位置运行进给；

当所述电机的受力值达到第一受力值时，确定所述螺丝完成认牙，控制所述电机以第四旋转速率运行进给，并开始记录所述螺丝的旋转圈数；

当所述螺丝的旋转圈数达到预设圈数时，控制所述电机以第五旋转速率运行进给直至所述电机的受力值达到第三受力值并持续第一预设时长时，确定所述螺丝完成锁附；

其中，所述第四旋转速率大于所述第一旋转速率，所述第五旋转速率小于所述第四旋转速率。

可选的，当确定所述螺丝完成锁附后，还包括：

控制所述电机的受力值在第四受力值下持续第二预设时长。

可选的，还包括：

当所述电机达到当前的预设受力值并持续第三预设时长、所述螺丝在所述锁附位置的旋转圈数未达到与所述当前的预设受力值对应的旋转圈数时，确定为浮锁故障。

可选的，还包括：

当所述电机在当前的预设受力值下持续第四预设时长未达到下一预设受力值时，确定出现滑牙故障。

可选的，所述受力值具体为力矩值。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种螺丝锁附装置，包括机械臂，安装于所述机械臂的电批以及电性连接于所述机械臂及所述电批的控制器；

其中，所述控制器用于控制所述机械臂及所述电批以执行上述任意一项所述的电批的控制方法。

可选的，所述电批具体为伺服电批。

本发明所提供的电批的控制方法，通过预先建立从螺丝移动至锁附位置时到螺丝完成锁附的过程中电批的电机的受力值与电机的旋转速率的第一对应关系，进而按照该第一对应关系，根据电机的实时受力值控制电机按对应的旋转速率在锁附位置运行进给，使电批在不同的受力值下以不同的旋转速率运行进给，从而在螺丝锁附阶段可以以高速运行，而在预到位阶段低速运行，在保证效率的同时保证锁附精度，进而提高了产品质量，保证了产品良率。本发明还提供一种螺丝锁附装置，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种现有技术中的智能电批的运行曲线图；

图2为本发明实施例提供的一种电批的控制方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种图2中步骤S202的具体实施方式的流程图；

图4为本发明实施例提供的另一种电批的控制方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的一种图4中步骤S202及步骤S402的具体实施方式的流程图；

图6为本发明实施例提供的电批的控制方法对应的电批运行曲线图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电批的控制方法及螺丝锁附装置，用于提高螺丝锁附的精度。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明实施例提供的一种电批的控制方法的流程图。

如图2所示，本发明实施例提供的电批的控制方法包括：

S201：预先建立从螺丝移动至锁附位置时到螺丝完成锁附的过程中电批的电机的受力值与电机的旋转速率的第一对应关系；

S202：按照该第一对应关系，根据电机的实时受力值控制电机按对应的旋转速率在锁附位置运行进给。

在具体实施中，受力值具体可以为扭力值，也可以为力矩值。

需要说明的是，从螺丝移动至锁附位置时到螺丝完成锁附的过程中电批的电机的受力值与电机的旋转速率的第一对应关系的建立原则为，在螺丝移动至锁附位置的过程中，电机应以低速运转，而螺丝开始锁附后，电机以高速运转保证效率，而即将完成锁附时，电机再次以低速运转以提高锁附精度。

预先建立从螺丝移动至锁附位置时到螺丝完成锁附的过程中电批的电机的受力值与电机的旋转速率的第一对应关系，具体可以包括：

接收受力值设定值和对应的旋转速率设定值；

根据受力值设定值和旋转速率设定值建立从螺丝移动至锁附位置时到螺丝完成锁附的过程中电批的电机的受力值与电机的旋转速率的第一对应关系。

为便于实施，可以将从螺丝移动至锁附位置时到螺丝完成锁附的过程分为多段，每段对应一个受力值范围，每段对应一个旋转速率。通常情况下，在从螺丝移动至锁附位置时到螺丝完成锁附的过程中，分为认冒、认牙、预锁附、锁附、预到位到扭力保持六个阶段，为保证控制精度，可以用受力值划分这六个阶段，每个阶段均对应一个旋转速率。

对受力值的监控具体可以采用压力传感器等，为降低成本，电批可以采用伺服电批，伺服电批中的伺服电机具有反馈力矩信息的功能，通过伺服电机的输出电流进行转换计算即可得到伺服电机当前的力矩。

本发明实施例提供的电批的控制方法，通过预先建立从螺丝移动至锁附位置时到螺丝完成锁附的过程中电批的电机的受力值与电机的旋转速率的第一对应关系，进而按照该第一对应关系，根据电机的实时受力值控制电机按对应的旋转速率在锁附位置运行进给，使电批在不同的受力值下以不同的旋转速率运行进给，从而在螺丝锁附阶段可以以高速运行，而在预到位阶段低速运行，在保证效率的同时保证锁附精度，进而提高了产品质量，保证了产品良率。

图3为本发明实施例提供的一种图2中步骤S202的具体实施方式的流程图。

在上述实施例的基础上，在本发明实施例提供的电批的控制方法中，如图3所示，步骤S202具体可以包括：

S301：当电批携带螺丝移动至所述锁附位置时，控制电机以第一旋转速率在锁附位置运行进给；

S302：当电机的受力值达到第一受力值时，确定螺丝完成认牙，控制电机以第二旋转速率运行进给；

S303：当电机的受力值达到第二受力值时，确定螺丝进入预到位阶段，控制电机以第三旋转速率运行进给，直至电机的受力值达到第三受力值并持续第一预设时长时，确定螺丝完成锁附；

其中，第二旋转速率大于第一旋转速率；第三旋转速率小于第二旋转速率。

在本发明实施例中，将电机的运转速率分为三个阶段，第一个阶段为认牙阶段，控制电机以第一旋转速率运行，而控制螺丝所在的中轴线按照预设的角度(通常为与锁附位置位于同一直线)向锁附位置进给预设行程(具体可以为手持或通过机械臂实现)。

在具体实施中，以采用力矩值作为受力值为例，从电机空转到螺丝接触锁附位置的一瞬间，电机力矩会产生较大变化，由此可以确定螺丝已经到达锁附位置(即螺丝孔位置)。而为了防止运行过程中电机力矩发生波动造成误判，设置第一受力值来辅助判断。在电机空转运行时，假设空转力矩为0.03Nm，则第一受力值可以为0.04Nm。进一步的，当电机的受力值维持第一受力值相应的时长后，才认为螺丝已经完成认牙，避免因扰动造成的认牙误判断。在自动认牙过程中，对于电机受力值不是缓慢上升的场合，可以加大电批携带螺丝的中轴线的下压速率，使电机受力值变化更大，从而提升认牙精度。

在螺丝完成认牙后进入第二阶段，控制电机加速运转，使电机在第二旋转速率下运行，相应的控制螺丝所在的中轴线按照预设的角度向锁附位置加速进给。

在螺丝即将完成锁附后进入第三阶段，即达到预到位阶段时，电机的受力值达到第二受力值，受到的阻力更大了，此时控制电机减速，使电机在第三旋转速率下运行，相应的控制螺丝所在的中轴线按照预设的角度向锁附位置减速进给。

第三受力值为预设的用于判断锁附完成的目标力矩值，但为防止误判，在电机的受力值达到第三受力值并持续第一预设时长时，才认为螺丝完成锁附。

在第三受力值的基础上，可以进一步设置第五受力值，此时无需在达到第三受力值时保持第一预设时长，即在电机的受力值达到第三受力值时，控制电机以第七旋转速率进给，直至电机受力值达到第五受力值，并在第五受力值下保持第一预设时长。

需要说明的是，在本发明实施例的基础上，以电机受力值为依据，可以进一步划分出三个以上个阶段，方法类似。

图4为本发明实施例提供的另一种电批的控制方法的流程图。

上述实施例提供了以电机受力值作为控制电机旋转速率的判断依据，但这种方式可能会出现当电机高速运转时达到第二受力值，但来不及减速至第三旋转速率就完成了锁附，进而出现过冲问题，因此在述实施例的基础上，如图4所示，本发明实施例提供的电批的控制方法还包括：

S401：预先建立从螺丝移动至锁附位置时到螺丝完成锁附的过程中螺丝在锁附位置的旋转圈数和电机的旋转速率的第二对应关系；

S402：按照第二对应关系，根据螺丝的实时旋转圈数，控制电机按对应的旋转速率运行进给。

需要说明的是，步骤S401与步骤S201无顺序关系，可以同步进行也可以先后进行，步骤S402与步骤S202同步进行。

在具体实施中，步骤S402与步骤S202不冲突，可以理解为受力值是一个旋转速率分段条件，圈数是另一个旋转速率分段条件，二者结合实现旋转速率分段的进一步划分。

图5为本发明实施例提供的一种图4中步骤S202及步骤S402的具体实施方式的流程图；图6为本发明实施例提供的电批的控制方法对应的电批运行曲线图。

在上述实施例的基础上，在本发明实施例提供的电批的控制方法中，如图5所示，步骤S202及步骤S402具体可以包括：

S501：当电批携带螺丝移动至锁附位置时，控制电机以第一旋转速率在锁附位置运行进给；

S502：当电机的受力值达到第一受力值时，确定螺丝完成认牙，控制电机以第四旋转速率运行进给，并开始记录螺丝的旋转圈数；

S503：当螺丝的旋转圈数达到预设圈数时，控制电机以第五旋转速率运行进给直至电机的受力值达到第三受力值并持续第一预设时长时，确定螺丝完成锁附；

其中，第四旋转速率大于第一旋转速率，第五旋转速率小于第四旋转速率。

在本发明实施例中，将电机的运转速率分为三个阶段，第一个阶段为认牙阶段，控制电机以第一旋转速率运行，而控制螺丝所在的中轴线按照预设的角度向锁附位置进给，自动认牙的具体实施方式可以参照上述实施例。

在螺丝完成认牙后进入第二阶段，控制电机加速，使电机在第四旋转速率下运行，相应的控制螺丝所在的中轴线按照预设的角度向锁附位置加速进给。由于以螺丝的旋转圈数也作为划分旋转速率分段的依据，可以实现电机提前减速，第四旋转速率可以大于上述实施例中的第二旋转速率。

在螺丝锁附过程中，当螺丝的旋转圈数达到预设圈数时，进入第三阶段，控制电机减速，使电机在第五旋转速率下运行，相应的控制螺丝所在的中轴线按照预设的角度向锁附位置减速进给，第五旋转速率小于第四旋转速率，且应小于上述实施例中的第二旋转速率，但可以大于上述实施例中的第三旋转速率，直至电机的受力值达到第三受力值，即预设的螺丝完成锁附的目标力矩值，并在第三受力值持续第一预设时长时，才认为螺丝完成锁附。螺丝完成锁附的过程可以参照上述实施例，在此不再赘述。

进一步的，在上述第二阶段和第三阶段之间，当电机的受力值达到第二受力值时，螺丝达到预到位阶段时，此时可以控制电机减速，使电机在第六旋转速率下运行，相应的控制螺丝所在的中轴线按照预设的角度向锁附位置减速进给。

应用本发明实施例提供的电批的控制方法，如图6所示，可以看到，在不同的运行阶段，力矩逐渐上升，而电机旋转速率逐渐下降，在螺丝拧紧后，经过短暂的波动(此时电机处于无力的状态，不会再对最终的受力值产生影响)，电机旋转速率降为0。

需要说明的是，在本发明实施例的基础上，以电机受力值和螺丝旋转圈数为依据，可以进一步划分出四个以上个阶段，方法类似。

在上述实施例的基础上，在本发明实施例提供的电批的控制方法中，在确定螺丝完成锁附后，还包括：

控制电机的受力值在第四受力值下持续第二预设时长。

在具体实施中，第四受力值应小于第二受力值，防止拖带产品。

进一步的，在螺丝完成锁附后往往还需要一个偏移过程，对于该偏移过程，预先可以接收用户设置的第二预设时长、回退圈数、偏移过程的最大受力值和电机的旋转速率，以适应在螺丝完成锁附后需要维持一段时间以及需要放置螺丝太紧而稍作回退的场合。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的电批的控制方法还包括：

当电机达到当前的预设受力值并持续第三预设时长、螺丝在锁附位置的旋转圈数未达到与当前的预设受力值对应的旋转圈数时，确定为浮锁故障。

浮锁故障即螺丝没有拧到底就锁紧的故障。在具体实施中，从螺丝认牙后开始计螺丝在锁附位置的旋转圈数，预先可以根据实验得到螺丝在锁附位置的旋转圈数和电机受力值的对应关系。以电机受力值来划分螺丝进给的阶段，当电机达到当前阶段的预设受力值并持续第三预设时长，而螺丝在锁附位置的旋转圈数未达到当前的预设受力值对应的旋转圈数时，认为锁螺丝过程发生浮锁故障。例如，预先测得受力值刚好达到0.03Nm时对应的旋转圈数为5圈，受力值达到0.04Nm时对应的旋转圈数为10圈，而电机的受力值达到0.04Nm后持续第三预设时长而未达到10圈，认为锁螺丝过程发生浮锁故障。

在实际应用中，为简化程序，上文所述阶段可以为1，即直接根据目标受力值(如上述实施例中的第三受力值)进行判断，在认牙后，当电机受力值达到目标受力值时，螺丝在锁附位置的旋转圈数未达到锁附完成的旋转圈数，且持续预计完成锁螺丝过程的设定时间的1.5倍时长后，认为锁螺丝过程发生浮锁故障。

需要说明的是，上文中给出的具体数值仅为距离，在实际使用中可以视情况进行调整。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的电批的控制方法还包括：

当电机在当前的预设受力值下持续第四预设时长未达到下一预设受力值时，确定出现滑牙故障。

滑牙故障即电批批嘴与螺丝之间打滑而导致螺丝无法顺利进给的故障。在具体实施中，以电机受力值来划分螺丝进给的阶段，预先可以根据实验得到完成各阶段所需的时间，如预计从电机受力值达到0.03Nm至电机受力值达到0.04Nm之间需要1s，而电机受力值在达到0.03Nm后持续第四预设时长(大于1s，如3s)未达到0.04Nm时，认为锁螺丝过程发生滑牙故障。

在实际应用中，为简化程序，上文所述阶段可以为1，即直接根据目标受力值(如上述实施例中的第三受力值)进行判断，如在认牙后，当经过预计的整个锁螺丝过程时长的75％，而电机受力值无法达到目标受力值的70％时，认为锁螺丝过程发生滑牙故障。

需要说明的是，上文中给出的具体数值仅为距离，在实际使用中可以视情况进行调整。

上文详述了电批的控制方法对应的各个实施例，在此基础上，本发明还公开了与上述控制方法对应的螺丝锁附装置。

本发明实施例提供的螺丝锁附装置包括机械臂，安装于机械臂的电批以及电性连接于机械臂及电批的控制器；

其中，控制器用于控制机械臂及电批以执行上述任意一项实施例所述的电批的控制方法。

控制器控制电批的方法可以参照上述实施例，在此不再赘述。

如电批的电机采用步进电机，则本发明实施例提供的螺丝锁附装置还需设置电机受力值检测部件，如压力传感器。为降低成本，电批可以采用伺服电批，伺服电批的伺服电机具有反馈受力值的功能，从而节约螺丝锁附装置整体的成本。

以上对本发明所提供的一种电批的控制方法及螺丝锁附装置进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种电批的控制方法，其特征在于，包括：

预先建立从螺丝移动至锁附位置时到所述螺丝完成锁附的过程中电批的电机的受力值与所述电机的旋转速率的第一对应关系；

按照所述第一对应关系，根据所述电机的实时受力值控制所述电机按对应的旋转速率在所述锁附位置运行进给。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述按照所述第一对应关系，根据所述电机的实时受力值控制所述电机按对应的旋转速率在所述锁附位置运行进给，具体包括：

当所述电批携带所述螺丝移动至所述锁附位置时，控制所述电机以第一旋转速率在所述锁附位置运行进给；

当所述电机的受力值达到第一受力值时，确定所述螺丝完成认牙，控制所述电机以第二旋转速率运行进给；

当所述电机的受力值达到第二受力值时，确定所述螺丝进入预到位阶段，控制所述电机以第三旋转速率运行进给，直至所述电机的受力值达到第三受力值并持续第一预设时长时，确定所述螺丝完成锁附；

其中，所述第二旋转速率大于所述第一旋转速率；所述第三旋转速率小于所述第二旋转速率。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：

预先建立从所述螺丝移动至所述锁附位置时到所述螺丝完成锁附的过程中所述螺丝在所述锁附位置的旋转圈数和所述电机的旋转速率的第二对应关系；

按照所述第二对应关系，根据所述螺丝的实时旋转圈数，控制所述电机按对应的旋转速率运行进给。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述按照所述第一对应关系，根据所述电机的实时受力值控制所述电机按对应的旋转速率在所述锁附位置运行进给，以及，按照所述第二对应关系，根据所述螺丝的实时旋转圈数，控制所述电机按对应的旋转速率运行进给，具体包括：

当所述电批携带螺丝移动至所述锁附位置时，控制所述电机以第一旋转速率在所述锁附位置运行进给；

当所述电机的受力值达到第一受力值时，确定所述螺丝完成认牙，控制所述电机以第四旋转速率运行进给，并开始记录所述螺丝的旋转圈数；

当所述螺丝的旋转圈数达到预设圈数时，控制所述电机以第五旋转速率运行进给直至所述电机的受力值达到第三受力值并持续第一预设时长时，确定所述螺丝完成锁附；

其中，所述第四旋转速率大于所述第一旋转速率，所述第五旋转速率小于所述第四旋转速率。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的控制方法，其特征在于，当确定所述螺丝完成锁附后，还包括：

控制所述电机的受力值在第四受力值下持续第二预设时长。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的控制方法，其特征在于，还包括：

当所述电机达到当前的预设受力值并持续第三预设时长、所述螺丝在所述锁附位置的旋转圈数未达到与所述当前的预设受力值对应的旋转圈数时，确定为浮锁故障。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的控制方法，其特征在于，还包括：

当所述电机在当前的预设受力值下持续第四预设时长未达到下一预设受力值时，确定出现滑牙故障。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述受力值具体为力矩值。

9.一种螺丝锁附装置，其特征在于，包括机械臂，安装于所述机械臂的电批以及电性连接于所述机械臂及所述电批的控制器；

其中，所述控制器用于控制所述机械臂及所述电批以执行权利要求1至8任意一项所述的电批的控制方法。

10.根据权利要求9所述的螺丝锁附装置，其特征在于，所述电批具体为伺服电批。

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