DE2912697A1 - System zum kompensieren eines fehlers bei der numerischen steuerung - Google Patents

System zum kompensieren eines fehlers bei der numerischen steuerung

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Description

System zum Kompensieren eines Fehlers bei der numerischen Steuerung
Priorität: 3- April 1978 Japan O39O3O/1978
Die Erfindung betrifft ein System zum Kompensieren eines Fehlers bei der numerischen Steuerung, wobei der Fehler beispielsweise aus dem toten Gang resultiert oder ein Steigungsfehler der numerisch gesteuerten Maschine ist.
Bei der Positionierung durch numerische Steuerung ist es üblich, einen bewegbaren Maschinenteil in eine befohlene Position durch den Antrieb einer Vorschubspindel zu verschieben. Venn die Vorschubspindel lang ist, ist sie durch Lager in einer solchen Weise gestützt, daß sie beispielsweise in axialer Richtung an der Antriebsseite unbeweglich, jedoch in axialer Richtung an der gegenüberliegenden Seite beweglich ist, wodurch ein Durchbiegen der Spindel aufgrund ihrer Ausdehnung verhindert wird. Wegen dieser Vorschubspindellageranordnung unterscheiden sich Positionierfehler, die sich aus der Ausdehnung der Vorschubspindel ergeben, wesentlich in Abhängigkeit von den Vorschubrichtungen. Um dies zu vermeiden, wird eine stark dimensionierte Vorschubspindel mit großer Festigkeit verwendet, die jedoch sehr teuer ist.
Wenn der bewegbare Teil durch die Vorschubspindel von einem Ende zum anderen Ende seiner Weglänge bewegt wird, können des weiteren eine nicht gleichförmige Verteilung von Steigungsfehlern und eine Fehlerverteilung, die für jede Vorschubrichtung unterschiedlich ist, aufgrund der oben erwähnten Ausdehnung der Vorschubspindel auftreten. Die Fehlerkurven beim Vorwärts- und Rückwärtsvorschub verlaufen nämlich nicht parallel zueinander. Mit einer beispielsweise numerisch gesteuerten Maschine mit einer solchen Fehlercharakteristik kann, wenn die Vorwärtsbewegung in eine befohlene Position von einer Rückwärtsbewegung gefolgt ist, auch wenn eine Kompensation des toten Gangs ausgeführt ist, eine vollständige
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Fehlerkompensation aufgrund einer Differenz im Betrag des Fehlers an der Position der Umkehr der Richtung zwischen den Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen aufgrund der Steigungsfehler nicht ausgeführt werden. Eine Ursache einer solchen Änderung in dem Positionierfehler mit der Position des bewegbaren Teils besteht darin, daß sich die Last auf die Vorschubspindel mit der Position des bewegbaren Teils ändert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System zum Kompensieren eines Fehlers bei der numerischen Steuerung zu schaffen, das eine sehr genaue numerische Steuerung sicherstellt, auch wenn die Fehlercharakteristik eines bewegbaren Teils der Maschine in Abhängigkeit von den Bewegungsrichtungen unterschiedlich ist. Dabei soll insbesondere eine Fehlerkompensation mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden, wenn die Bewegungsrichtung des bewegbaren Teils der Maschine umgekehrt wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Ausbildung führt dazu, daß eine Fehlerinformation, die dadurch erhalten wird, daß ein Positionsfehler relativ zu einem Befehlswert vorher gemessen wird, in Fehlersetzeinrichtungen entsprechend der Position des bewegbaren Maschinenteils gesetzt wird. Wenn der bewegbare Teil in Abhängigkeit von dem Befehlswert bewegt wird, wird die Fehlerinformation von den Fehlersetzeinrichtungen zum Ausführen einer Fehlerkompensation ausgelesen. Für jede der Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des bewegbaren Maschinenteils ist eine Fehlerset zeinrichtung vorgesehen. Des weiteren sind Einrichtungen zum Integrieren der Fehlerinformation jeweils entsprechend den Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen vorgesehen. Wenn der bewegbare Maschinenteil in Abhängigkeit von dem
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Befehlswert bewegt wird, wird eine Fehlerkompensation auf der Basis der Fehlerinformation ausgeführt, die aus den Fehlersetzeinrichtungen entsprechend der befohlenen Richtung des Veges ausgelesen wird. Wenn die Richtung des Weges des bewegbaren Maschinenteils umgekehrt wird, wird der integrierte Inhalt der Integriereinrichtung zu dem Betrag des toten Gangs für die Fehlerkompensation addiert.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4- eine Darstellung zur Erläuterung der Fehlerinformation,
Fig. 5 eine Darstellung zur Erläuterung des Inhalts eines bei der Ausführungsform der Fig. 3 verwendeten Speichers und
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Vorschubspindel, 2 ein Lager, das die Vorschubspindel 1 so stützt, daß eine Bewegung in axialer Richtung gehemmt wird, 3 ein Lager, das die Vorschubspindel 1 so stützt, daß eine Bewegung in axialer Richtung ermöglicht wird, 4- einen Motor, 5 einen bewegbaren Maschinenteil, 6 und 7 Nockenleisten für eine Vorwärts- und eine Rückwärtsbewegung, a Nocken zum Erzeugen von positiven Kompensationsimpulsen während des Vorwärtsvorschubs und von negativen Kompensationsimpulsen während des Rückwärtsvorschubs und b Nocken zum Erzeugen von positiven Kompensationsimpulsen während des Rückwärtsvorschubs und von negativen Kompensationsimpulsen während des Vorwärtsvorschubs. A bezeichnet eine
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Fehlerkurve für den Vorwärtsvorschub, B eine Fehlerkurve für den Rückwärtsvorschub und C den Betrag des toten Gangs.
Die durch die Nockenleisten 6 und 7 erzeugten Impulse für den Vorwärts- und Rückwärtsvorschub werden getrennt voneinander gezählt. Während des Vorwärtsvorschubs wird eine Kompensation eines Bewegungsbefehlswerts durch die Kompensationsimpulse von der Nockenleiste 6 für den Vorwärtsvorschub ausgeführt und während des Rückwärtsvorschubs wird eine Kompensation des Bewegungsbefehlswerts durch die Kompensationsimpulse von der Nockenleiste 7 für den Rückwärtsvorschub ausgeführt. Zur Zeit der Umkehr der Vorschubrichtung wird eine Kompensation durch Zählwerte der Kompensationsimpulse von den beiden Nockenleisten 6 und 7 ausgeführt.
Bei der Umkehr der Vorschubrichtung in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand wird beispielsweise die Summe d + d +C
des Zählwerts d+ der Vorwärtskompensationsimpulse, des Zählwerts d der Rückwärtskompensationsimpulse und eines konstanten Betrags des toten Gangs C als Kompensationswert für den toten Gang verwendet. Auch wenn die Vorschubrichtung in einer Position der Vorschubspindel bei ihrem Vorwärts- oder Rückwärtshub umgekehrt wird, kann demgemäß eine Fehlerkompensation längs der ausgezogenen Fehlerkurven ausgeführt werden, die jeweils die Kurven A und B annähern.
In Fig. 2 bezeichnen DGP und DGN Nockenleisten für den Vorwärts- und den Rückwärtsvorschub, MP einen bewegbaren Maschinenteil, LSP und LSN Grenzschalter, SM einen Servomotor, DS eine Vorschubspindel, DET einen Detektor, beispielsweise einen Positionskodierer, BLR ein Register für den toten Gang, in das der Betrag des toten Gangs C eingesetzt ist, CSG einen Kompensationssignalgenerator, ARC einen arithmetischen Kreis,
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PSC einen voreinstellbaren Zähler, OSC einen Impulsgenerator, AG1 ein UND-Gate, PEC1 und P£C2 Kompensationszähler, PED1 und PED2 Steigungsfehlerdetektoren, GA1 und GA2 Gatekreise, DDT einen Richtungsumkehrdiskriminierkreis, PT ein Befehlsband, INT einen Interpolator, 0G1 bis 0G4- ODER-Gates, GAT einen Gatekreis, EER ein Fehlerregister, SA einen Antriebskreis und DDM einen Richtungsdiskriminierkreis.
Die Nockenleisten DGP und DGN für den Vorwärts- und den Rückwärtsvorschub enthalten jeweils mehrere Nockenpaare. An dem bewegbaren Maschinenteil MP sind Grenzschalter LSP und LSN vorgesehen, die durch Berührung mit den Nocken betätigt werden, um Ausgangsspannungen zu erzeugen, die der Reihenfolge der Anordnung jeden Nockenpaars folgen. In Abhängigkeit von der Folge der erzeugten Ausgangsspannungen wird durch die Steigungsfehlerdetektoren PED1 und PED2 entschieden, ob die erforderliche Kompensation im Vorwärts- oder Rückwärtshub der Vorschubspindel DS liegt. Für die Kompensation des Vorwärtsvorschubs werden die Inhalte der Kompensationszähler PEC1 oder PEC2 mit 1 addiert, während für die Kompensation in dem Rückwärtsvorschub 1 von dem Inhalt jedes der Zähler PEC1 und PEC2 subtrahiert wird, wodurch deren Inhalte jeweils die Zählwerte d und d~ werden, siehe Fig. 1.
Die Ausgangsimpulse von den Steigungsfehlerdetektoren FKD1 urd PED2 werden an den Gatekreis GA2 angelegt, von dem der Ausgangsimpuls von dem Steigungsfehlerdetektor PED1 oder PED2 in Abhängigkeit davon, ob der Vorschub in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung erfolgt, als Kompensationsimpuls über das ODER-Gate 0G3 oder 0G4 und den Gatekreis GAT zu dem Fehlerregister unter der Steuerung eines Richtungssignals ds gegeben wird, das von dem Richtungsumkehrdiskriminierkreis DDT abgegeben wird.
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. -is Eefehlsband wird von einer Leseeinrichtung gelesen, um einen Wegbefehlswert und eine Information über die Richtung des Wegs an den Interpolator INT anzulegen. Der Richtungsumkehrdiskriminierkreis DDT erzeugt das Richtungssignal ds auf der Basis der Information von dem Interpolator IWT und ein Richtungsumkehrsignal des aufgrund der Unterscheidung der Umkehr der Wegrichtung. Der Wegbefehlswert wird an das Fehlerregister ERR gegeben, dessen Ausgangssignal an den Antriebskreis SAangelegt wird, dessen Ausgangssignal wiederum den Servomotor SM für dessen Antrieb speist, was bewirkt, daß der bewegbare Teil MP durch die Vorschubspindel DS bewegt wird. Die Drehung der Vorschubspindel DS wird durch den Detektor DET festgestellt und dessen Feststellimpuls wird an den Richtungsdiskriminierkreis DDK gegeben, in dem die Vorschubrichtung der Vorschubspindel DS unterschieden wird und dessen Ausgangssignal über den Gatekreis GAT an das Fehlerregister ERR gegeben wird, um den Servomotor SM anzutreiben, bis der Inhalt des Fehlerregisters ERR auf Null reduziert wird. Der Steigungsfehler der Vorschubspindel DS wird durch die Kompensationsimpulse entsprechend der Vorschubrichtung kompensiert. Folglich kann auch in dem Fall, in dem sich der Steigungsfehler für jede Vorschubrichtung unterscheidet, die Kompensation entsprechend der Fehlercharakteristik ausgeführt werden.
Aufgrund der Umkehr der Vorschubrichtung wird das Richtungsumkehrsignal des zu dem Kompensationssignalgenerator CSG gegeben, der den Betrag des toten Gangs C von dem Register für den toten Gang BLR und die Kompensationswerte d+ und d~ von den Kompensationszählern PEC1 und PEC2 ausliest und die arithmetische Operation C 4- d+ + d~ in dem arithmetischen Kreis ARC ausführt und das Ergebnis der arithmetischen Operation in den voreinstellbaren Zähler PSC setzt. Als Folge wird das UND-Gate AG1 geöffnet, um Impulse von dem Impulsgenerator OSC zu dem Gatekreis GA1 durchzulassen, und gleichzeitig wird
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die Subtraktion des voreinstellbaren Zählers PSC ausgeführt, wodurch die Impulse über das UTND-Gate AG1 zu dem Garekreis GA1 gegeben werden, bis der Inhalt des voreinstellbaren Zählers PSG auf Null reduziert 1st. Von dem Gatekreis GA1 werden auch die Impulse als Kompensationsimpulse zu dem Fehlerregister ERR über eines der ODER-Gates 0G1 und 0G2 gegeben, das in Übereinstimmung mit dem Richtungssignal ds ausgewählt ist.
Wie oben beschrieben wurde, werden die Kompensationsimpulse von den Nockenleisten DGP und BGN für die Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen jeweils integriert. Wenn die Richtung des Wegs umgekehrt wird, wird die Kompensation auf der Basis der Summe des Betrags des toten Gangs C und der integrierten Werte der Kompensationsimpulse ausgeführt. Auch wenn die Richtung des Vorschubs in einer Position der Vorschubspindel bei ihrem Vorwärts- oder Rückwärtshub umgekehrt wird, ist es möglich, den Fehler vollständig zu kompensieren, wodurch eine Positionierung mit hoher Genauigkeit sichergestellt wird.
In Fig. 3 bezeichnet ABR ein Absolutregister, ARU einen arithmetischen Kreis, REP und REN Register jeweils entsprechend den Kompensationszählern PEC1 und PEC2, die bei der Ausführungsform der Fig. 2 verwendet werden, und ETM einen Speicher, der ein Registerteil für den toten Gang BLR und Vorwärts- und Rückwärtsvorschubtabellen TP und TN enthält, die jeweils die Fehlerinformation, entsprechend den Informationen speichern, die von den oben erwähnten Vorwärts- und Rückwärtsnocken erhalten werden.
Bei den Fig. 4 und 5» die zur Erläuterung des Speichers ETM dienen, wird angenommen, daß Fehler an den Positionen P1 bis P9 vom Anfangspunkt derart sind, wie diese in Fig. 4- gezeigt sind, während die Inhalte der Vorwärts- und Rückwärtsvorschubtabellen TP und TN des Speichers ETM derart sind, wie diese in Fig. 5 gezeigt sind.
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Das Absolutregister ABR integriert Ausgangsimpulse von dem Interpolator INT, um die Position des bewegbaren Maschinenteils MP vom Anfangspunkt anzuzeigen. Der Speicher ETM wird mit dem Inhalt des Interpolators INT, der als Adresseninformation verwendet wird, und dem Richtungssignal von dem Richtungsumkehrdiskriminierkreis DDT als Auswahlsignal für die Vorwärts- und Rückwärtsvorschubtabellen TP und TN ausgelesen. Wenn der Inhalt des Absolutregisters ABR beispielsweise P1 beim Vorwärtsvorschub wird, wird Ί0 +1, das als Fehlerinformation an der Adresse P1 der Vorwärtsvorschubtabelle TP gespeichert ist, ausgelesen und an den Kompensationssignalgenerator CSG angelegt, von dem die Kompensationsimpulse über den Gatekreis GAT an das Fehlerregister ERR gegeben werden.
Die von den Vorwärts- und Rückwärtsvorschubtabellen TP und TN ausgelesenen Inhalte werden jeweils in den Registern REP und REN integriert, um eine Integration der Fehlerinformation zu erhalten, wie dies der Fall bei den Kompensationszählern PEC1 und PEC2 ist, siehe Fig. Wenn die Vorschubrichtung umgekehrt wird, werden die Inhalte d+ und d~ der Register REP und REN ausgelesen und der Betrag des toten Gangs C wird von dem Register für den toten Gang BLR des Speichers ETM ausgelesen. In dem arithmetischen Kreis ALU wird die arithmetische Operation d+ + d~ + C ausgeführt und das Operationsergebnis wird an den Kompensationssignalgenerator GSG angelegt, um die Fehlerkompensation auszuführen.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die Fehlerinformation rein elektronisch zu setzen und die Fehlerkompensation auf der Basis der Fehlerinformation auszuführen, und zwar ohne jeden mechanischen Teil, wie die bei der Ausführungsform der Fig. 2 benutzten Nocken.
Der Betrag der Kompensation kann auch mit einem anderen gewünschten Wert als +1 oder -1 ausgewählt werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 erhalten die ODER-Gates G1 und G2 jeweils die logischen Summen der Impulse, die an diese Gates von den Gatekreisen GA1 und GA2 und dem Richtungsdiskriminierkreis DDM angelegt werden,und geben die logischen Summen zu dem Gatekreis GAT. Bei dieser Anordnung, bei der die Feststellimpulse von dem Detektor DET zu dem Fehlerregister ERR zurückgekoppelt werden, wird der Betrag der Rückkopplung zu dem Fehlerregister durch Kompensationsimpulse entsprechend der Vorschubrichtung oder der Umkehr der Vorschubrichtung korrigiert.
Wie vorangehend beschrieben wurde, sind bei der Erfindung Fehlersetzeinrichtungen vorgesehen, beispielsweise die Vorwärts- und Rückwärtsvorschubnockenleisten DGP und DGN oder Vorwärts- und Rückwärtsvorschubtabellen TP und TN entsprechend dem Weg des bewegbaren Maschinenteils MP in der Vorwärts- und Rückwärtsrieb.tung. Ein Positionierfehler des bewegbaren Maschinenteils MP relativ zu einem Befehlswert wird vorher gemessen entsprechend der Richtung des Wegs und eine Fehlerinformation entsprechend der Position des bewegbaren Maschinenteils MP wird durch die Fehlersetzeinrichtungen gesetzt. Des weiteren sind Fehlerinformationsintegriereinrichtungen, beispielsweise Kompensationszähler PEC1 und PEC2 oder Register REP und REN vorgesehen. Im Fall eines Vorwärtswegbefehls wird die Fehlerinformation, die durch die Vorwärtsfehlersetzeinrichtung gesetzt ist, ausgelesen, um den Fehler zu kompensieren. Im Fall eines Rückwärtswegbefehls wird die Fehlerinformation durch die Rückwärtsfehlersetzeinrichtung für die Fehlerkompensation gelesen. Nach der Umkehr der Wegrichtung werden die Information, die durch die Integriereinrichtung integriert ist, und der Betrag des toten Gangs addiert, um die Fehlerkompensation auszuführen. Auch wenn die Fehler sich in Abhängigkeit von der Wegrichtung und den Positionen des bewegbaren
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Maschinenteils MP unterscheiden, kann der Fehler vollständig kompensiert werden. Demgemäß kann eine numerische Steuerung, auch wenn eine billige Vorschubspindel DS verwendet wird, mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden.
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Zusammenfassung ' ^
Ein Positionierfehler relativ zu einem Befehlswert wird für jede Vorwärts- und Rückwärtsbewegung eines bewegbaren Maschinenteils vorher gemessen und in Fehlersetzeinrichtungen gesetzt. Wenn der bewegbare Maschinenteil in Abhängigkeit von dem Befehlswert bewegt wird, wird die Fehlerinformation, die in die Fehlersetzeinrichtungen entsprechend der befohlenen Richtung der Bewegung eingesetzt ist, ausgelesen, um den Fehler zu kompensieren. Wenn die Richtung der Bewegung des bewegbaren Maschinenteils umgekehrt wird, wird der integrierte Inhalt der Fehlerinformation, die in beide Fehlersetzeinrichtungen eingesetzt ist, zum Betrag des Totgangs addiert, um den Fehler zu kompensieren.
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Claims (1)

  1. 6/357 Orthstraße 12
    D-8000 München 60
    FUJITSU FANUG LIMITED
    5-1» Asahigaoka 3-chome, Hino-shi, Tokyo, Japan
    Patentansprüche
    ·' 1.) System zum Kompensieren eines Fehlers bei der numerischen Steuerung mit Fehlersetzeinrichtungen zum Setzen einer Fehlerinformation entsprechend der Position eines bewegbaren Maschinenteils, wobei die Fehlerinformation durch vorheriges Messen eines Positionsfehlers relativ zu einem Befehlswert erhalten wird und wobei, wenn der bewegDare Maschinenteil bewegt wird, die Fehlerinformation, die in die Fehlersetzeinrichtung gesetzt ist, davon ausgelesen wird, um den Fehler zu kompensieren,
    j_ lurch gekennzeichnet, daß eine Fehlersetzeinrichtung zum Setzen einer Fehlerinformation jeweils entsprechend den Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des bewegbaren Maschinenteils für jede der Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des bewegbaren Maschinenteils vorgesehen ist, daß eine Integriereinrichtung zum Integrieren der Fehlerinformation entsprechend jeder Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des bewegbaren Maschinenteils vorgesehen ist, daß, wenn der bewegbare Teil aufgrund des Anlegens des Befehlswerts bewegt wird, die Fehlerkompensation auf der Basis der Fehlerinformation ausgeführt wird, die von der Fehlersetzeinrichtung entsprechend der befohlenen Richtung der Bewegung des bewegbaren Maschinenteils ausgelesen wird, und daß, wenn die Richtung der Bewegung des bewegbaren Maschinenteils umgekehrt wird, der integrierte Inhalt der Integriereinrichtung zu dem Betrag des toten Gangs für eine Fehlerkompensation addiert wird.
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    2. System nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlersetzeinrichtungen Nocken jeweils entsprechend den Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des bewegbaren Maschinenteils sind.
    3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlersetzeinrichtungen Tabellen jeweils ent-
    :-rechend den Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des bewegbaren Maschinenteils sind.
    ". System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Integriereinrichtung einen Kompensationszähler zum Zählen einer Fehlerinformation, die sich aus der Vorwärtsbewegung des bewegbaren Maschinenteils ergibt, und einen Kompensationzähler zum Zählen einer Fehlerinformation, die sich aus der Rückwärtsbewegung des bewegbaren Maschinenteils ergibt, enthält.
    5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Integriereinrichtung Register zum Integrieren der Fehlerinformation enthält, die jeweils von den Tabellen für die Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des bewegbaren Maschinenteils ausgelesen werden.
    909840/0870 _.V
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