JP2009262275A - Robot control apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アーク溶接等の加工対象物の位置ずれを検出するロボット制御装置に関するものである。 The present invention relates to a robot control device that detects a displacement of a workpiece such as arc welding.
従来から、加工対象物(以下、ワークという。)の位置ずれを検出するための装置として、接触検出装置が広く知られている。例えば、アーク溶接ロボットの分野においては、アーク溶接トーチから突き出した溶接ワイヤを接触検出装置の入力装置として用いる位置検出方法が広く利用されている(例えば、特許文献1、2参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, a contact detection device is widely known as a device for detecting a displacement of a workpiece (hereinafter referred to as a workpiece). For example, in the field of arc welding robots, a position detection method using a welding wire protruding from an arc welding torch as an input device of a contact detection device is widely used (for example, see
図3は、接触検出装置を用いた従来のアーク溶接ロボット装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、アーク溶接ロボット装置20は、アーク溶接作業を行うロボットR、作業者が教示作業を行う際に用いる可搬式操作装置TP、ロボットRの動作制御を行うロボット制御装置RCから大略構成される。 FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional arc welding robot apparatus using a contact detection device. As shown in the figure, the arc welding robot apparatus 20 includes a robot R that performs arc welding work, a portable operating device TP that is used when an operator performs teaching work, and a robot control apparatus RC that controls the operation of the robot R. Generally composed.
可搬式操作装置TPは、教示データTdが表示される表示部41、教示データTdを入力するためのキーボード42、ロボットRを非常停止させるための図示しない非常停止スイッチ等を備えている。キーボード42から入力された教示データTdは、図示しないインターフェース回路を介してロボット制御装置RCに送信され、ハードディスク4に記憶される。ロボットRには、作業ツールとして、手首部先端にアーク溶接トーチTが取り付けられている。ロボット制御装置RCは、入力された教示データTdに基づいてロボットRを動作制御する。
The portable operation device TP includes a
ロボット制御装置RCの各部について説明する。CPU6は中央演算処理装置、RAM5は一時的な計算領域、ハードディスク4は教示データTd等を記憶するための不揮発性メモリである。ハードディスク4には、接触検出装置TCが接触を検知したときのワークの位置を示す接触位置Dvも記憶される。また、図示していないが、接触位置Dvと教示データTdの差であるワークの位置ずれ量もハードディスク4に記憶される。
Each part of the robot controller RC will be described. The
主制御部1はロボット制御装置RCの制御中枢であって、教示データTdを解釈して解釈結果を指令位置生成部2に出力する他に、図示しない溶接電源等を制御するための制御信号等を出力する。
The
指令位置生成部2は、主制御部1における教示データTdの解釈結果に基づき、アーク溶接トーチTの経路を計画し、ロボットRの各軸移動量である指令位置を算出する。指令位置は位置指令信号として後述する駆動制御部3に出力される。
The command
駆動制御部3は、位置指令信号に基づいてロボットRの各サーボモータを回転制御するためのサーボ制御信号を出力することによって、ロボットRの各軸を駆動してアーク溶接トーチTの制御点を経路に従って移動させる。また、駆動制御部3は、図示しないエンコーダからの情報をフィードバックすることによって、アーク溶接トーチTの制御点の現在位置を認識することができる。 The drive control unit 3 outputs a servo control signal for controlling the rotation of each servo motor of the robot R based on the position command signal, thereby driving each axis of the robot R to set a control point of the arc welding torch T. Move along the route. Further, the drive control unit 3 can recognize the current position of the control point of the arc welding torch T by feeding back information from an encoder (not shown).
停止処理部8は、接触検出装置TCからの接触検出信号Tcを監視し、接触検出信号Tcが入力されたときは、ロボットRを停止させるために指令位置生成部2に停止信号Tsを出力する。
The
接触検出装置TCは、アーク溶接トーチTの溶接ワイヤWrと電気的に接続された接触検出用電源としての放電用高圧電源、通電を検出するための電流センサを備えている(いずれも図示せず)。以下、これらを総称して接触検出装置TCという。アーク溶接を行う場合、溶接ワイヤWrとワークWは、電気的に導通がある状態となっている。溶接ワイヤWrとワークWとの間に電位差を発生させるためのものが、接触検出装置TCである。接触検出装置TCを作動させ、溶接ワイヤWrとワークWとの間に電圧を発生させると、溶接ワイヤWrがワークWに接触している時は電流が流れ、溶接ワイヤWrがワークWから離れている時は電流が流れない。すなわち、溶接ワイヤWrに流れる電流の状態によって溶接ワイヤWrとワークWとの接触を検出することが可能になっている。 The contact detection device TC includes a discharge high-voltage power source as a contact detection power source electrically connected to the welding wire Wr of the arc welding torch T, and a current sensor for detecting energization (both not shown). ). Hereinafter, these are collectively referred to as a contact detection device TC. When arc welding is performed, the welding wire Wr and the workpiece W are in an electrically conductive state. A device for generating a potential difference between the welding wire Wr and the workpiece W is a contact detection device TC. When the contact detection device TC is operated to generate a voltage between the welding wire Wr and the workpiece W, current flows when the welding wire Wr is in contact with the workpiece W, and the welding wire Wr is separated from the workpiece W. When it is, no current flows. That is, the contact between the welding wire Wr and the workpiece W can be detected based on the state of the current flowing through the welding wire Wr.
接触位置算出部7は、停止信号Tsが入力された後、アーク溶接トーチTが停止したときの各軸角度に基づいて接触位置Dvを算出する。また、位置補正部9は、接触位置Dvおよび教示データに基づいてワークWの位置ずれ量を算出する。
The contact
次に、上記したアーク溶接ロボット装置20において、位置ずれを検出して補正する際の作用を説明する。 Next, the action at the time of detecting and correcting misalignment in the arc welding robot apparatus 20 described above will be described.
主制御部1は、教示データTdに記述された位置ずれ検出動作を実行する命令を解釈する。指令位置生成部2は、主制御部1の解析結果に基づいてワークの位置ずれを検出するための経路を算出し、この経路に従うように指令位置を算出して駆動制御部3に出力する。なお、指令位置の算出と出力は、ロボット制御装置RCで定義されている所定の演算周期毎に行われる。そして、駆動制御部3は、経路に従ってロボットRを動作させる。
The
溶接ワイヤWrがワークWに接触すると、接触検出装置TCが接触検出信号Tcを出力する。停止処理部8は指令位置生成部2に対して停止信号Tsを出力する。その結果、駆動制御部3がロボットRを停止させる。その後、接触位置算出部7は、ロボットRの停止時の各軸角度に基づいて接触位置Dvを算出する。
When the welding wire Wr contacts the workpiece W, the contact detection device TC outputs a contact detection signal Tc. The
そして、検出動作が完了した後は、位置補正部9が接触位置Dvと教示データTd内の基準位置データに基づいてワークWの位置ずれ量を算出し、教示データTdを補正する。 After the detection operation is completed, the position correction unit 9 calculates the amount of displacement of the workpiece W based on the contact position Dv and the reference position data in the teaching data Td, and corrects the teaching data Td.
ところで、停止信号Tsが指令位置生成部2に入力された後、ロボットRは以下に説明する位置偏差量が原因で、即座に停止するわけではない。
By the way, after the stop signal Ts is input to the command
指令位置生成部2が駆動制御部3に出力している指令位置と、駆動制御部3が実際にロボットRを駆動している現在位置との間には、位置偏差量が存在する。位置偏差量は駆動制御部3内の偏差カウンタ(図示せず)と呼ばれる変数に記憶されている。偏差カウンタは、指令位置生成部2からの指令位置に従ったロボットの各軸動作量を加算し、ロボットの実際の各軸動作量を減算するカウンタであって、このカウンタの値を基にロボットの速度と動作量が決定される。偏差カウンタの値が0の場合はロボットの速度は0になる。言い換えると、実際に停止信号Tsが指令位置生成部2に入力されてから、偏差カウンタに記憶されている(残っている)位置偏差量分だけ惰走してからロボットRが停止することになる。
There is a positional deviation amount between the command position output from the command
図4は、位置偏差量が原因で惰走する様子を示した図である。同図は、溶接ワイヤWrによってワークWの位置ずれを検出するために、アーク溶接トーチTが検出動作方向Sdに向かって移動する例を示している。同図において、位置P1は、溶接ワイヤWrが実際にワークWに接触した位置である。本来、位置P1で即座に停止するのが望ましいが、上述した位置偏差量のために、アーク溶接トーチTは位置P2まで惰走して停止する。この結果、惰走距離Ddが発生する。そして、図示していないが、惰走および惰走後の停止によって溶接ワイヤWrがワークWに押しつけられるために、溶接ワイヤWrにワークWからの応力が加わり続け、溶接ワイヤWrが曲がってしまう。 FIG. 4 is a diagram showing a state of coasting due to the positional deviation amount. The figure shows an example in which the arc welding torch T moves in the detection operation direction Sd in order to detect the displacement of the workpiece W by the welding wire Wr. In the figure, a position P1 is a position where the welding wire Wr actually contacts the workpiece W. Originally, it is desirable to stop immediately at the position P1, but due to the above-described positional deviation amount, the arc welding torch T coasts to the position P2 and stops. As a result, a coasting distance Dd is generated. Although not shown, since the welding wire Wr is pressed against the workpiece W by coasting and stopping after coasting, the stress from the workpiece W is continuously applied to the welding wire Wr, and the welding wire Wr is bent.
以上説明したように、接触検出装置TCを用いた位置検出方法では、接触検出装置TCがワークWとの接触を検出してからロボットRが停止するまでに位置偏差量による遅れ(惰走距離Dd)が発生する。そして、ロボットRが停止した位置を接触位置Dvとして認識し、位置ずれ量の算出を行っていたために、ロボット制御装置RCが認識するワークWの位置と、実際のワークWの位置との間に誤差が生じ、本来、溶接すべき位置を検出することができなくなっていた。さらに、図4で説明したように、アーク溶接ロボットの場合は、惰走距離Ddによって溶接ワイヤWrが曲がってしまうことがあるために、溶接時の狙い位置がずれてしまうことがあった。 As described above, in the position detection method using the contact detection device TC, a delay (cogging distance Dd) from when the contact detection device TC detects contact with the workpiece W until the robot R stops. ) Occurs. Since the position where the robot R stops is recognized as the contact position Dv and the amount of displacement is calculated, the position of the workpiece W recognized by the robot controller RC and the actual position of the workpiece W are between. An error occurred, and it was originally impossible to detect the position to be welded. Furthermore, as described with reference to FIG. 4, in the case of an arc welding robot, the welding wire Wr may bend due to the coasting distance Dd, so that the target position during welding may be shifted.
そこで、従来は、位置偏差量(惰走距離)を小さくするために検出動作時の速度を下げることが行われていた。しかしながら、検出動作時の速度を下げると、検出動作に要する時間が長くなるために生産性が低下してしまう。位置偏差量を小さくする方法として、ロボット制御装置RCに搭載するCPU等の演算能力を高め、接触検出装置TCからの接触検出信号Tcを監視する周期を短くすることも考えられるが、この場合は、コストアップに繋がってしまう。 Therefore, conventionally, in order to reduce the amount of positional deviation (running distance), the speed during the detection operation has been reduced. However, if the speed at the time of the detection operation is lowered, the time required for the detection operation becomes longer, so that productivity is lowered. As a method of reducing the position deviation amount, it is conceivable to increase the calculation capability of the CPU or the like mounted on the robot control device RC and shorten the cycle for monitoring the contact detection signal Tc from the contact detection device TC. This leads to an increase in cost.
上記した課題を解決するための手段が、特許文献2に開示されている。特許文献2においては、接触検出装置TCが接触を検出した時点で、駆動制御部3内の偏差カウンタの値を0に置き換えることによって、接触検出装置TCがワークWとの接触を検出してから即座にロボットRを停止させて惰走距離を0にするというものである。
Means for solving the above problems is disclosed in
しかしながら、特許文献2に記載の従来技術では、接触を検出したときにロボットRが急激に停止するために、ロボットRが停止する際に異音や振動が発生するという課題を有していた。これらの異音、振動等が原因で、ロボットの寿命が短くなる恐れもあった。さらに、特許文献2には、滑らかに停止させると同時に惰走距離を短くする方法も開示されているが、この方法では、滑らかにロボットを停止できる反面、惰走距離が依然として発生する。このため、特にアーク溶接ロボットにおいて、上述した溶接時の狙い位置がずれてしまうという課題を有していた。
However, the prior art described in
そこで、本発明は、ワークの位置ずれを検出する際の検出動作時に、接触を検出した後のロボットの停止動作を滑らかにすると同時に、溶接ワイヤを接触検出装置として適用したアーク溶接ロボットにおいて、接触検出後の惰走によって生じる溶接ワイヤの曲がりを低減することができるロボット制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an arc welding robot that uses a welding wire as a contact detection device while smoothing the stop operation of the robot after detecting the contact during the detection operation when detecting the displacement of the workpiece. An object of the present invention is to provide a robot control device capable of reducing the bending of a welding wire caused by coasting after detection.
上記目的を達成するために、第1の発明は、
ロボットに取り付けた作業ツールをワークに接触させて前記ワークの位置ずれを検出するロボット制御装置において、
教示データに基づいて前記位置ずれを検出するための経路を算出し、この経路上の指令位置を出力する指令位置生成部と、
前記作業ツールの実際の位置を認識しながら前記指令位置に応じて前記ロボットを駆動する駆動制御部と、
接触検出手段から前記作業ツールが前記ワークへ接触したことを示す接触検出信号が入力されたときに、前記ロボットを停止させる停止信号を出力する停止処理部と、
前記停止信号が入力されたときに、前記駆動制御部が認識している前記作業ツールの実際の位置を接触位置として記憶するとともに、前記指令位置生成部が出力している指令位置を惰走位置として記憶する接触位置算出部と、
前記接触位置および前記教示データに基づいて前記ワークの位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、を備え、
前記指令位置生成部は、前記停止信号が入力されたときに、前記作業ツールを前記惰走位置から前記接触位置へ移動させるための惰走距離補正経路を算出してその指令位置を前記駆動制御部に出力し、前記作業ツールを前記惰走距離補正経路に従って移動させて前記接触位置で停止させるようにしたことを特徴とするロボット制御装置である。
In order to achieve the above object, the first invention provides:
In a robot control device that detects a positional shift of the work by bringing a work tool attached to the robot into contact with the work,
A command position generation unit that calculates a path for detecting the positional deviation based on teaching data and outputs a command position on the path;
A drive control unit that drives the robot according to the command position while recognizing the actual position of the work tool;
A stop processing unit that outputs a stop signal for stopping the robot when a contact detection signal indicating that the work tool has contacted the workpiece is input from a contact detection unit;
When the stop signal is input, the actual position of the work tool recognized by the drive control unit is stored as a contact position, and the command position output by the command position generation unit is a coast position. A contact position calculation unit that stores
A displacement amount calculation unit that calculates a displacement amount of the workpiece based on the contact position and the teaching data;
The command position generation unit calculates a coasting distance correction path for moving the work tool from the coasting position to the contact position when the stop signal is input, and controls the driving of the command position. The robot control apparatus according to
第2の発明は、前記ロボットはアーク溶接ロボットであり、前記作業ツールはアーク溶接トーチであることを特徴とするロボット制御装置である。 According to a second aspect of the present invention, in the robot control apparatus, the robot is an arc welding robot, and the work tool is an arc welding torch.
第1の発明によれば、接触検出装置によってワークの位置ずれを検出する際、接触を検出した後に、惰走距離分だけ逆方向に進行させて停止させるようにしている。従来技術のように位置偏差量を0にすることによって急激に停止させていないので、ロボットの停止動作を滑らかにすることができる。 According to the first aspect of the invention, when the position detection of the workpiece is detected by the contact detection device, after the contact is detected, the workpiece is advanced and stopped in the reverse direction by the coasting distance. Since the position deviation amount is set to 0 as in the prior art, the robot is not stopped suddenly, so that the robot can be smoothly stopped.
第2の発明によれば、特にアーク溶接ロボットの溶接ワイヤを接触検出装置として適用する場合に、第1の発明が奏する効果を発揮することができる。さらに、接触検出動作時の惰走によって溶接ワイヤがワークに押しつけられて曲がってしまうことを防止することができる。 According to the second invention, particularly when the welding wire of the arc welding robot is applied as the contact detection device, the effect of the first invention can be exhibited. Furthermore, it is possible to prevent the welding wire from being pressed against the workpiece and bent due to the coasting during the contact detection operation.
以下、発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
図1は、本発明のアーク溶接ロボット装置10を表すブロック図である。同図において、従来技術として示した図3との相違は、接触位置算出部7、指令位置生成部2、駆動制御部3およびハードディスク4に記憶される惰走位置Svである。以下、これらについて説明する。その他は、図3と同符号を付与した同一のものであるので説明を省略する。
FIG. 1 is a block diagram showing an arc welding robot apparatus 10 of the present invention. In the figure, the difference from FIG. 3 shown as the prior art is the contact
接触位置算出部7には、停止処理部8からの停止信号Tsが入力されるように構成されている。接触位置算出部7は、停止信号Tsが入力されたときに、駆動制御部3が認識している作業ツールの現在位置を参照し、接触位置Dvとしてハードディスク4に記憶する。同時に、停止信号Tsが入力されたときに指令位置生成部2が出力している指令位置を参照し、惰走位置Svとしてハードディスク4に記憶する。なお、接触位置Dvおよび惰走位置Svは、ハードディスク4ではなく、RAM5に一時的に記憶するように構成しても良い。
The contact
指令位置生成部2は、停止信号Tsが入力されたときに、位置ずれ検出動作に必要な指令位置の算出および出力を中止して位置ずれ検出動作を中止する。続いて、ハードディスク4に記憶された惰走位置Svおよび接触位置Dvに基づく経路を算出する。より具体的には、アーク溶接トーチTを惰走位置Svから接触位置Dvに移動させるための惰走距離補正経路を算出する。そして、この惰走距離補正経路上の指令位置を算出して、駆動制御部3に出力する。
When the stop signal Ts is input, the command
駆動制御部3は、停止信号Tsが入力された段階では、まだ位置ずれ検出動作時の位置偏差量が残っている。このため、位置偏差量として残っている指令位置を処理する(ロボットRを駆動する)。その後、指令位置生成部2から入力されている惰走距離補正経路上の指令位置に基づき、ロボットRを駆動する。この結果、アーク溶接トーチTは、接触位置Dvで停止することになる。
In the stage where the stop signal Ts is input, the drive control unit 3 still has the position deviation amount at the time of the position deviation detection operation. For this reason, the remaining command position is processed as the position deviation amount (the robot R is driven). Thereafter, the robot R is driven based on the command position on the coasting distance correction route input from the command
図2は、本発明によって惰走距離を補正する様子を示した図である。同図は、アーク溶接トーチTの溶接ワイヤWrによってワークWの位置ずれを検出するために、検出動作方向Sdに向かって移動する場合を示している。同図において、位置P1’は溶接ワイヤWrが実際にワークWに接触した位置を示しており、位置P2’は位置偏差量によって惰走したときの位置を示している。 FIG. 2 is a diagram illustrating how the coasting distance is corrected according to the present invention. This figure shows a case where the workpiece W moves in the detection operation direction Sd in order to detect the positional deviation of the workpiece W by the welding wire Wr of the arc welding torch T. In the drawing, a position P1 'indicates a position where the welding wire Wr actually contacts the workpiece W, and a position P2' indicates a position when coasting according to the position deviation amount.
本発明においては、位置P1’を接触位置Dvとし、位置P2’を惰走位置Svとしている。接触位置Dv(位置P1’)は、停止信号Tsが入力されたときの位置(駆動制御部3が認識している現在位置)である。惰走位置Sv(位置P2’)は、停止信号Tsが入力されたときに指令位置生成部2が出力している指令位置である。
In the present invention, the position P1 'is the contact position Dv, and the position P2' is the coast position Sv. The contact position Dv (position P1 ') is a position when the stop signal Ts is input (current position recognized by the drive control unit 3). The coast position Sv (position P2 ') is a command position output by the
指令位置生成部2は、アーク溶接トーチTを惰走位置Svから接触位置Dvに移動させるための惰走距離補正経路Tkを算出してその指令位置を駆動制御部3に出力する。そして、駆動指令部3が、ロボットRの各軸を駆動し、アーク溶接トーチTを接触位置Dvで停止させる。
The command
上述したように、接触検出装置によってワークの位置ずれを検出する際、接触を検出した後に、位置偏差量を0にするのではなく位置偏差量分だけ逆方向に進行させて停止させるようにしたことによって、ロボットの停止動作を滑らかにすることができる。さらに、位置ずれの検出精度を向上させることもできる。 As described above, when detecting the position deviation of the workpiece by the contact detection device, after detecting the contact, the position deviation amount is not set to 0, but is advanced in the reverse direction by the amount of the position deviation amount and stopped. As a result, the stopping operation of the robot can be smoothed. Furthermore, it is possible to improve the detection accuracy of the displacement.
また、本発明は、特にアーク溶接ロボットの溶接ワイヤを接触検出装置として適用する場合に、上記効果を発揮することができる。さらに、接触検出動作時に溶接ワイヤがワークに押しつけられて曲がってしまうことを防止することができる。 In addition, the present invention can exert the above-described effects particularly when a welding wire of an arc welding robot is applied as a contact detection device. Furthermore, it is possible to prevent the welding wire from being pressed against the workpiece and bent during the contact detection operation.
1 主制御部
2 指令位置生成部
2 指令位置生成部
3 駆動制御部
4 ハードディスク
7 接触位置算出部
8 停止処理部
9 位置補正部
10 アーク溶接ロボット装置
20 アーク溶接ロボット装置
41 表示部
42 キーボード
Dd 惰走距離
Dv 接触位置
P1 位置
P1’ 位置
P2 位置
P2’ 位置
R ロボット
RC ロボット制御装置
Sd 検出動作方向
Sv 惰走位置
T アーク溶接トーチ
Tc 接触検出信号
TC 接触検出装置
Td 教示データ
Tk 停止経路
TP 可搬式操作装置
Ts 停止信号
W ワーク
Wr 溶接ワイヤ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
教示データに基づいて前記位置ずれを検出するための経路を算出し、この経路上の指令位置を出力する指令位置生成部と、
前記作業ツールの実際の位置を認識しながら前記指令位置に応じて前記ロボットを駆動する駆動制御部と、
接触検出手段から前記作業ツールが前記ワークへ接触したことを示す接触検出信号が入力されたときに、前記ロボットを停止させる停止信号を出力する停止処理部と、
前記停止信号が入力されたときに、前記駆動制御部が認識している前記作業ツールの実際の位置を接触位置として記憶するとともに、前記指令位置生成部が出力している指令位置を惰走位置として記憶する接触位置算出部と、
前記接触位置および前記教示データに基づいて前記ワークの位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出部と、を備え、
前記指令位置生成部は、前記停止信号が入力されたときに、前記作業ツールを前記惰走位置から前記接触位置へ移動させるための惰走距離補正経路を算出してその指令位置を前記駆動制御部に出力し、前記作業ツールを前記惰走距離補正経路に従って移動させて前記接触位置で停止させるようにしたことを特徴とするロボット制御装置。 In a robot control device for detecting a positional deviation of the workpiece by bringing a work tool attached to the robot into contact with the workpiece,
A command position generation unit that calculates a path for detecting the positional deviation based on teaching data and outputs a command position on the path;
A drive control unit that drives the robot according to the command position while recognizing the actual position of the work tool;
A stop processing unit that outputs a stop signal for stopping the robot when a contact detection signal indicating that the work tool has contacted the workpiece is input from a contact detection unit;
When the stop signal is input, the actual position of the work tool recognized by the drive control unit is stored as a contact position, and the command position output by the command position generation unit is a coast position. A contact position calculation unit that stores
A displacement amount calculation unit that calculates a displacement amount of the workpiece based on the contact position and the teaching data;
The command position generation unit calculates a coasting distance correction path for moving the work tool from the coasting position to the contact position when the stop signal is input, and controls the driving of the command position. The robot controller according to claim 1, wherein the work tool is moved according to the coasting distance correction route and stopped at the contact position.
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