JP3051911B2 - ラジアル軸受における信号発生位置の標定方法及び装置 - Google Patents
ラジアル軸受における信号発生位置の標定方法及び装置Info
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- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
- F16C19/527—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions related to vibration and noise
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ラジアル軸受に
おいてその内輪または外輪に発生する転がり疲れによる
異常の発生位置を使用状態で標定する技術に関するもの
である。使用中の軸受の診断や転がり疲れ現象における
クラックの進行過程解明のために使用される。
おいてその内輪または外輪に発生する転がり疲れによる
異常の発生位置を使用状態で標定する技術に関するもの
である。使用中の軸受の診断や転がり疲れ現象における
クラックの進行過程解明のために使用される。
【0002】
【従来の技術】従来転がり軸受の異常検出技術として、
軸受の振動やAE(ACOUSTICEMISSIO
N)等の軸受の故障の前兆現象として発生する信号を検
出して診断することが行われている。しかし、これらの
診断方法は信号の経時的変化にのみ注目して異常診断を
行うものである。
軸受の振動やAE(ACOUSTICEMISSIO
N)等の軸受の故障の前兆現象として発生する信号を検
出して診断することが行われている。しかし、これらの
診断方法は信号の経時的変化にのみ注目して異常診断を
行うものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、異常診断では
転がり疲れのように特定の位置で発生する異常を位置の
情報として正確に把握し、異常の状態を推測する必要が
あるにもかかわらず、それが行われていない。そこで本
発明の発明者等は、スラスト軸受について異常の状態を
示す信号の発生位置を正確に標定する技術を提案した
(平成1年特許出願第257477号参照)。このスラ
スト軸受について提案された技術は、スラスト軸受で発
生するAEの発生位置をAE発生時の軌道上の玉の位置
とする方式とAE信号の複数センサーへの到達時間差か
ら発生位置を標定する方式を組合わせて行うものであ
る。この提案された標定技術は、精度の高いAE発生位
置の標定を可能とするが、ラジアル軸受の場合には軸受
の構造及び動作がスラスト軸受とは異なるので、この提
案された位置標定技術をそのまま適用することができな
い。
転がり疲れのように特定の位置で発生する異常を位置の
情報として正確に把握し、異常の状態を推測する必要が
あるにもかかわらず、それが行われていない。そこで本
発明の発明者等は、スラスト軸受について異常の状態を
示す信号の発生位置を正確に標定する技術を提案した
(平成1年特許出願第257477号参照)。このスラ
スト軸受について提案された技術は、スラスト軸受で発
生するAEの発生位置をAE発生時の軌道上の玉の位置
とする方式とAE信号の複数センサーへの到達時間差か
ら発生位置を標定する方式を組合わせて行うものであ
る。この提案された標定技術は、精度の高いAE発生位
置の標定を可能とするが、ラジアル軸受の場合には軸受
の構造及び動作がスラスト軸受とは異なるので、この提
案された位置標定技術をそのまま適用することができな
い。
【0004】この発明は上記の如き事情に鑑みてなされ
たものであって、ラジアル軸受の異常診断において異常
の状態を正確に把握することができ、位置に依存する信
号とそうでない信号を弁別することによってS/N比を
向上させることにも役立つラジアル軸受における信号発
生位置の標定方法及び装置を提供することを目的とする
ものである。
たものであって、ラジアル軸受の異常診断において異常
の状態を正確に把握することができ、位置に依存する信
号とそうでない信号を弁別することによってS/N比を
向上させることにも役立つラジアル軸受における信号発
生位置の標定方法及び装置を提供することを目的とする
ものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的に対応して、こ
の発明のラジアル軸受における信号発生位置の標定方法
は、振動センサーまたはAEセンサーからなる信号検出
センサーと内輪の回転角位置を検出する内輪位置検出セ
ンサーと玉の位置を検出する玉位置検出センサーとを使
用し、前記信号検出センサーと前記内輪位置検出センサ
ーと前記玉位置検出センサーの信号により、前記信号検
出センサーで検出される信号の発生時の負荷帯のみにお
ける玉と内輪または外輪の接触位置を演算する処理を行
い、前記接触位置のヒストグラムを作成し、前記ヒスト
グラムの最も高いピークに対応する内輪または外輪の接
触位置を信号発生位置と標定することを特徴としてい
る。
の発明のラジアル軸受における信号発生位置の標定方法
は、振動センサーまたはAEセンサーからなる信号検出
センサーと内輪の回転角位置を検出する内輪位置検出セ
ンサーと玉の位置を検出する玉位置検出センサーとを使
用し、前記信号検出センサーと前記内輪位置検出センサ
ーと前記玉位置検出センサーの信号により、前記信号検
出センサーで検出される信号の発生時の負荷帯のみにお
ける玉と内輪または外輪の接触位置を演算する処理を行
い、前記接触位置のヒストグラムを作成し、前記ヒスト
グラムの最も高いピークに対応する内輪または外輪の接
触位置を信号発生位置と標定することを特徴としてい
る。
【0006】また、この発明のラジアル軸受における信
号発生位置の標定装置は、振動センサーまたはAEセン
サーからなる信号検出センサーと内輪の回転角位置を検
出する内輪位置検出センサーと玉の位置を検出する玉位
置検出センサーとをハウジングに取り付けて備え、かつ
前記信号検出センサーと前記内輪位置検出センサーと前
記玉位置検出センサーの信号により、前記信号検出セン
サーで検出される信号の発生時の負荷帯のみにおける玉
と内輪または外輪の接触位置を求めかつ前記接触位置の
ヒストグラムを作成する演算処理をする演算装置とを備
えることを特徴としている。
号発生位置の標定装置は、振動センサーまたはAEセン
サーからなる信号検出センサーと内輪の回転角位置を検
出する内輪位置検出センサーと玉の位置を検出する玉位
置検出センサーとをハウジングに取り付けて備え、かつ
前記信号検出センサーと前記内輪位置検出センサーと前
記玉位置検出センサーの信号により、前記信号検出セン
サーで検出される信号の発生時の負荷帯のみにおける玉
と内輪または外輪の接触位置を求めかつ前記接触位置の
ヒストグラムを作成する演算処理をする演算装置とを備
えることを特徴としている。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を一実施例
を示す図面について説明する。まず、この発明のラジア
ル軸受における信号発生位置の標定方法を実施する場合
に使用する装置について説明する。
を示す図面について説明する。まず、この発明のラジア
ル軸受における信号発生位置の標定方法を実施する場合
に使用する装置について説明する。
【0008】図1において1は信号発生位置標定装置で
あり、2は試験軸受であり、ここでは一例としてラジア
ル玉軸受を示す。試験軸受2は内輪3、外輪4及び複数
の玉5を備えている。玉5の数zはこの実施の形態例で
は8個である。内輪3にはマーク6が付されている。信
号発生位置標定装置1は、信号検出センサー7と内輪3
のマーク6を検出する内輪位置検出センサー8と玉の位
置を検出する玉位置検出センサー11とをハウジング1
2に取り付けて備え、かつ信号検出センサー7と内輪位
置検出センサー8と玉位置検出センサー11の信号によ
り、信号発生時の玉5と内輪3または外輪4の接触位置
を求める演算装置13とを備えている。内輪位置検出セ
ンサー8はマーク6に対峙してOY軸上に固定され、玉
位置検出センサー11は玉5の公転が検出できるように
OY軸よりOを中心に時計方向にφの位置に固定されて
いる。
あり、2は試験軸受であり、ここでは一例としてラジア
ル玉軸受を示す。試験軸受2は内輪3、外輪4及び複数
の玉5を備えている。玉5の数zはこの実施の形態例で
は8個である。内輪3にはマーク6が付されている。信
号発生位置標定装置1は、信号検出センサー7と内輪3
のマーク6を検出する内輪位置検出センサー8と玉の位
置を検出する玉位置検出センサー11とをハウジング1
2に取り付けて備え、かつ信号検出センサー7と内輪位
置検出センサー8と玉位置検出センサー11の信号によ
り、信号発生時の玉5と内輪3または外輪4の接触位置
を求める演算装置13とを備えている。内輪位置検出セ
ンサー8はマーク6に対峙してOY軸上に固定され、玉
位置検出センサー11は玉5の公転が検出できるように
OY軸よりOを中心に時計方向にφの位置に固定されて
いる。
【0009】このような構成の信号発生位置標定装置1
において、この発明の信号発生位置標定方法は次のよう
な操作によって実施される。図2、図3及び図4に示す
ように、試験軸受2の回転中に内輪位置検出センサー8
がマーク6を検出してから計時を開始してその時間tk
=t1 の時に信号(振動やAE)が発生したとすると、
試験軸受2の内輪3及び外輪4のいずれかに破損が生じ
たと考えられる。この時の信号発生位置は負荷帯2θ内
に限定され、その時のマーク6の位置αは α=ωi ・t1 …(1) であり、かつ、いずれかの玉5とマーク6に対する内輪
の信号発生領域βは、 180°−ωi ・t1 −θ≦β≦180°−ωi ・t1 +θ…(2) にある。ただし、上下限値はマーク6に対して回転方向
を正とし、逆方向を負とする。一方、玉5は公転速度ω
r で玉位置検出センサー11の前を通過して、trm=t
r1を経過していたとする。この時の玉の位置γは、 γ=ωr ・tr1+n・360/z+φ…(3) となる。ここで、nは整数で、−1≦n≦z/2−1に
ある。信号発生候補位置は負荷帯にあって玉5と接触し
ているすべての位置であるので、式(1)と式(2)と
式(3)を同時に満足する内輪軌道上の位置a,b,c
となる。
において、この発明の信号発生位置標定方法は次のよう
な操作によって実施される。図2、図3及び図4に示す
ように、試験軸受2の回転中に内輪位置検出センサー8
がマーク6を検出してから計時を開始してその時間tk
=t1 の時に信号(振動やAE)が発生したとすると、
試験軸受2の内輪3及び外輪4のいずれかに破損が生じ
たと考えられる。この時の信号発生位置は負荷帯2θ内
に限定され、その時のマーク6の位置αは α=ωi ・t1 …(1) であり、かつ、いずれかの玉5とマーク6に対する内輪
の信号発生領域βは、 180°−ωi ・t1 −θ≦β≦180°−ωi ・t1 +θ…(2) にある。ただし、上下限値はマーク6に対して回転方向
を正とし、逆方向を負とする。一方、玉5は公転速度ω
r で玉位置検出センサー11の前を通過して、trm=t
r1を経過していたとする。この時の玉の位置γは、 γ=ωr ・tr1+n・360/z+φ…(3) となる。ここで、nは整数で、−1≦n≦z/2−1に
ある。信号発生候補位置は負荷帯にあって玉5と接触し
ているすべての位置であるので、式(1)と式(2)と
式(3)を同時に満足する内輪軌道上の位置a,b,c
となる。
【0010】信号発生位置をcと想定して、内輪3の2
回転分について、内輪3と玉5の接触位置を線図で示し
たのが図4である。図4で横軸が試験軸受の回転時間を
示し、縦軸は内輪ならびに玉の回転角を示している。ω
i の実線が内輪3のマーク6の回転角を、ωr の点線な
らびにそれに平行な点線群が1番の玉と他の玉の運動を
示している。tk =t1 で信号が発生したとすると、式
(2)で求められる内輪3の軌道上の領域が負荷帯にあ
る。また、玉5の位置は式(3)から得られる。ここで
玉の4番と3番、2番と接触している内輪軌道上の位置
のaとb,cが信号発生候補位置となる。式(1)のt
k =t1 は内輪3のマーク6が内輪位置検出センサー8
の前を通過してからの経過時間として測定される。これ
に対して、式(3)のtrm=tr1は信号発生直前に玉位
置検出センサー11の前を通過した玉5すなわち2番の
玉5が通過してから信号が発生するまでの経過時間とし
て測定される。
回転分について、内輪3と玉5の接触位置を線図で示し
たのが図4である。図4で横軸が試験軸受の回転時間を
示し、縦軸は内輪ならびに玉の回転角を示している。ω
i の実線が内輪3のマーク6の回転角を、ωr の点線な
らびにそれに平行な点線群が1番の玉と他の玉の運動を
示している。tk =t1 で信号が発生したとすると、式
(2)で求められる内輪3の軌道上の領域が負荷帯にあ
る。また、玉5の位置は式(3)から得られる。ここで
玉の4番と3番、2番と接触している内輪軌道上の位置
のaとb,cが信号発生候補位置となる。式(1)のt
k =t1 は内輪3のマーク6が内輪位置検出センサー8
の前を通過してからの経過時間として測定される。これ
に対して、式(3)のtrm=tr1は信号発生直前に玉位
置検出センサー11の前を通過した玉5すなわち2番の
玉5が通過してから信号が発生するまでの経過時間とし
て測定される。
【0011】次に図3に示すように、tk =t2 で再び
信号が発生すると、前回と同様にt2 が測定される。t
r2は1番の玉5が玉位置検出センサー11の前を通過し
ていないので引き続いて2番の玉5を基準に求められ
る。2回転目の信号発生時間のt3 とt4 は、内輪3の
マーク6が内輪位置検出センサー8の前を二度目に通過
して以降の経過時間として求められる。また、tr3とt
r4とは7番目の玉5と6番目の玉5が玉位置検出センサ
ー11の前を通過してからの経過時間として測定され
る。これらの測定結果をもとに、信号発生候補位置が図
5のように標定される。図5の横軸は内輪軌道上の位置
を内輪一周について示しており、縦軸は信号の発生数を
累積値で示している。tk =t1 では、図5の内輪軌道
上の45°(z=8の場合)間隔の位置a,b,cが玉
5と接触している時に信号が発生するので、図5でそれ
ぞれの位置に信号発生数1を加える。次のtk =t2 で
は信号発生時に内輪3のc,d,eが玉5と接触してい
るので、それぞれの位置に信号数の1が加算される。t
3 とt4 についても同様に標定が行われる。したがっ
て、t4 までの過程で内輪の位置cに最も高いピークが
描かれる。内輪3の回転が継続され、多数の信号が発生
すると、図6のヒストグラムとなり、図中最も高いピー
クに対応する内輪軌道上の位置cが信号発生位置と特定
される。なお、ラジアル隙間が無視できる程小さく、か
つ内輪3と玉5の間で滑りが生じない場合には、ωi と
ωr の間に次の関係がある。 ωr =ωi ・(R/(2R+D))…(4) ここで、Rは内輪の溝底半径であり、Dは玉径である。
信号が発生すると、前回と同様にt2 が測定される。t
r2は1番の玉5が玉位置検出センサー11の前を通過し
ていないので引き続いて2番の玉5を基準に求められ
る。2回転目の信号発生時間のt3 とt4 は、内輪3の
マーク6が内輪位置検出センサー8の前を二度目に通過
して以降の経過時間として求められる。また、tr3とt
r4とは7番目の玉5と6番目の玉5が玉位置検出センサ
ー11の前を通過してからの経過時間として測定され
る。これらの測定結果をもとに、信号発生候補位置が図
5のように標定される。図5の横軸は内輪軌道上の位置
を内輪一周について示しており、縦軸は信号の発生数を
累積値で示している。tk =t1 では、図5の内輪軌道
上の45°(z=8の場合)間隔の位置a,b,cが玉
5と接触している時に信号が発生するので、図5でそれ
ぞれの位置に信号発生数1を加える。次のtk =t2 で
は信号発生時に内輪3のc,d,eが玉5と接触してい
るので、それぞれの位置に信号数の1が加算される。t
3 とt4 についても同様に標定が行われる。したがっ
て、t4 までの過程で内輪の位置cに最も高いピークが
描かれる。内輪3の回転が継続され、多数の信号が発生
すると、図6のヒストグラムとなり、図中最も高いピー
クに対応する内輪軌道上の位置cが信号発生位置と特定
される。なお、ラジアル隙間が無視できる程小さく、か
つ内輪3と玉5の間で滑りが生じない場合には、ωi と
ωr の間に次の関係がある。 ωr =ωi ・(R/(2R+D))…(4) ここで、Rは内輪の溝底半径であり、Dは玉径である。
【0012】次に、外輪4の信号発生位置の標定につい
て説明する。外輪4については、玉5が玉位置検出セン
サー11の前を通過してから信号が発生するまでの経過
時間のtrmと玉の公転速度ωr の積から信号発生位置が
求められる。外輪4の軌道上の位置uで信号が発生して
いる場合には、信号発生位置の標定結果が図7のように
1本のピークだけが描かれるヒストグラムとなる。
て説明する。外輪4については、玉5が玉位置検出セン
サー11の前を通過してから信号が発生するまでの経過
時間のtrmと玉の公転速度ωr の積から信号発生位置が
求められる。外輪4の軌道上の位置uで信号が発生して
いる場合には、信号発生位置の標定結果が図7のように
1本のピークだけが描かれるヒストグラムとなる。
【0013】
【実施例】AE位置標定に関する計算機シュミレーショ
ンを行った。計算機シュミレーションの条件を次のよう
にした。 AE発生の位置標定では、内輪については軌道一周を8
2等分に分割して行った。外輪については、最大転動体
荷重位置から左右45°以内で発生することを想定し
て、片側を17分割して発生位置を求めた。したがって
外輪の標定結果では、実際のAE発生位置が標定結果そ
のものと、それから45°ずれた位置のいずれかにな
る。なお、位置標定の分解能は内外輪とも約1mmであ
る。前記の荷重条件では、負荷帯は最大転動体荷重位置
の両側72.6°となる。
ンを行った。計算機シュミレーションの条件を次のよう
にした。 AE発生の位置標定では、内輪については軌道一周を8
2等分に分割して行った。外輪については、最大転動体
荷重位置から左右45°以内で発生することを想定し
て、片側を17分割して発生位置を求めた。したがって
外輪の標定結果では、実際のAE発生位置が標定結果そ
のものと、それから45°ずれた位置のいずれかにな
る。なお、位置標定の分解能は内外輪とも約1mmであ
る。前記の荷重条件では、負荷帯は最大転動体荷重位置
の両側72.6°となる。
【0014】センサーの配置では、内輪位置検出センサ
ーは図1と同じOY軸上にセットし、玉位置検出センサ
ーはOY軸から時計方向にφ=135°とした。シミュ
レーションの結果を図8に示す。ここではAEの発生位
置が内輪の42番地にあることを仮定している。図には
42番地に最も高いピークが現れ、それを中心に玉の間
隔に相当する位置に等間隔でそれぞれピークが現れる。
ーは図1と同じOY軸上にセットし、玉位置検出センサ
ーはOY軸から時計方向にφ=135°とした。シミュ
レーションの結果を図8に示す。ここではAEの発生位
置が内輪の42番地にあることを仮定している。図には
42番地に最も高いピークが現れ、それを中心に玉の間
隔に相当する位置に等間隔でそれぞれピークが現れる。
【0015】図9は内輪の42番地と玉の1個が同時に
AEを発生した場合のAE発生位置標定結果である。玉
で発生するAEは内輪の位置とは同期しないので、内輪
の位置には無関係に内輪のすべての位置でAEが発生し
たかのように標定される。したがって、図8の内輪だけ
がAEを発生している場合に比べて、内輪のAEの標定
結果に内輪のすべての位置で発生したかに見える玉のA
Eが加わっている。
AEを発生した場合のAE発生位置標定結果である。玉
で発生するAEは内輪の位置とは同期しないので、内輪
の位置には無関係に内輪のすべての位置でAEが発生し
たかのように標定される。したがって、図8の内輪だけ
がAEを発生している場合に比べて、内輪のAEの標定
結果に内輪のすべての位置で発生したかに見える玉のA
Eが加わっている。
【0016】
【発明の効果】このようにこの発明では、信号が発生し
た時の内輪あるいは外輪と玉との接触点を信号発生位置
と標定することにより、転がり軸受内部における部品の
接触状態を考慮することによって信号測定系を1チャン
ネルで済せることができるだけでなく、標定感度や精度
を向上させることができる。こうしてラジアル軸受の異
常診断において異常の状態を位置の情報として正確に把
握するができ、S/N比の向上にも役立つラジアル軸受
における信号発生位置の標定方法及び装置を得ることが
できる。なお、以上の説明はこの発明を主として純ラジ
アル荷重を受ける玉軸受に適用した例についてなされた
が、この発明は合成荷重を受けるラジアル軸受にも適用
することができる。
た時の内輪あるいは外輪と玉との接触点を信号発生位置
と標定することにより、転がり軸受内部における部品の
接触状態を考慮することによって信号測定系を1チャン
ネルで済せることができるだけでなく、標定感度や精度
を向上させることができる。こうしてラジアル軸受の異
常診断において異常の状態を位置の情報として正確に把
握するができ、S/N比の向上にも役立つラジアル軸受
における信号発生位置の標定方法及び装置を得ることが
できる。なお、以上の説明はこの発明を主として純ラジ
アル荷重を受ける玉軸受に適用した例についてなされた
が、この発明は合成荷重を受けるラジアル軸受にも適用
することができる。
【図1】信号発生位置の標定装置の構成説明図。
【図2】試験軸受の状態を示す説明図。
【図3】試験軸受の他の状態を示す説明図。
【図4】内輪の回転角と玉の公転位置との関係を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図5】内輪の信号発生位置の標定過程を示すグラフ。
【図6】内輪の信号発生位置の標定結果を示すグラフ。
【図7】外輪の信号発生位置の標定結果を示すグラフ。
【図8】シュミレーションにおける内輪の位置標定結果
を示すグラフ。
を示すグラフ。
【図9】シュミレーションにおける内輪の位置標定結果
を示すグラフ。
を示すグラフ。
1 信号発生位置標定装置 2 試験軸受 3 内輪 4 外輪 5 玉 6 マーク 7 信号検出センサー 8 内輪位置検出センサー 11 玉位置検出センサー 12 ハウジング 13 演算装置
Claims (2)
- 【請求項1】 振動センサーまたはAEセンサーからな
る信号検出センサーと内輪の回転角位置を検出する内輪
位置検出センサーと玉の位置を検出する玉位置検出セン
サーとを使用し、前記信号検出センサーと前記内輪位置
検出センサーと前記玉位置検出センサーの信号により、
前記信号検出センサーで検出される信号の発生時の負荷
帯のみにおける玉と内輪または外輪の接触位置を演算す
る処理を行い、前記接触位置のヒストグラムを作成し、
前記ヒストグラムの最も高いピークに対応する内輪また
は外輪の接触位置を信号発生位置と標定することを特徴
とするラジアル軸受における信号発生位置の標定方法。 - 【請求項2】 振動センサーまたはAEセンサーからな
る信号検出センサーと内輪の回転角位置を検出する内輪
位置検出センサーと玉の位置を検出する玉位置検出セン
サーとをハウジングに取り付けて備え、かつ前記信号検
出センサーと前記内輪位置検出センサーと前記玉位置検
出センサーの信号により、前記信号検出センサーで検出
される信号の発生時の負荷帯のみにおける玉と内輪また
は外輪の接触位置を求めかつ前記接触位置のヒストグラ
ムを作成する演算処理をする演算装置とを備えることを
特徴とするラジアル軸受における信号発生位置の標定装
置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8108326A JP3051911B2 (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | ラジアル軸受における信号発生位置の標定方法及び装置 |
US08/832,362 US5811683A (en) | 1996-04-04 | 1997-04-02 | Method and apparatus for location of anomalous signal in a radial bearing |
EP97302314A EP0800072A3 (en) | 1996-04-04 | 1997-04-03 | Method and apparatus for location of anomalous signal in a radial bearing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8108326A JP3051911B2 (ja) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | ラジアル軸受における信号発生位置の標定方法及び装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09273979A JPH09273979A (ja) | 1997-10-21 |
JP3051911B2 true JP3051911B2 (ja) | 2000-06-12 |
Family
ID=14481872
Family Applications (1)
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