JP2006112861A - Three-dimensions coordinate measuring system and part program used for same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パートプログラムによりプローブを測定箇所に接触させて測定箇所の三次元座標値を測定する三次元座標測定システム及びそれに用いるパートプログラムに関する。 The present invention relates to a three-dimensional coordinate measurement system that measures a three-dimensional coordinate value of a measurement location by bringing a probe into contact with the measurement location using a part program, and a part program used therefor.
接触検知式のプローブを使用した三次元座標測定機においては、測定対象であるワークの1又は複数の測定箇所にプローブのスタイラス先端を接触させ、その瞬間を捉えてトリガ信号を発生させてプローブ先端の三次元座標値を取り込み、取り込んだ三次元座標値に基づいてワーク各部の位置、寸法あるいは幾何形状などの表面性状(測定要素のパラメータ)を測定・算出するようにしている。 In a three-dimensional coordinate measuring machine using a contact detection type probe, the probe stylus tip is brought into contact with one or a plurality of measurement points of a workpiece to be measured, and the trigger tip is generated by capturing the moment, thereby generating a probe tip. The surface properties (parameters of measurement elements) such as positions, dimensions, and geometric shapes of each part of the workpiece are measured and calculated based on the acquired three-dimensional coordinate values.
このように測定目標位置に接触させることによりトリガ信号を発生させるプローブにおいては、接触時のプローブ及びワークの破損を防止するため、スタイラスがこれを支持するハウジングに対して拘束されない構造を採用している。 In such a probe that generates a trigger signal by contacting the measurement target position, a structure in which the stylus is not restrained with respect to the housing that supports the probe and the workpiece is employed in order to prevent damage to the probe and the workpiece at the time of contact. Yes.
図7は、このような構造を採用したプローブの一例を示す図である。このプローブ100は、スタイラス101をハウジング102に、6点接触式着座機構によって支持したものである。すなわち、スタイラス101の基端部には、着座体103が固定され、この着座体103には、スタイラス101の中心軸と直交する面内で、上記中心軸を中心として互いに120°の角度をなして放射状に延びる3本の円柱状のピン104が突設されている。これらピン104がハウジング102側に各ピン104と対応するように設けられたV字状係止部105に載置されている。着座体103は、各ピン104をV字状係止部105に押しつける向きに付勢するバネ106によって押圧されている。これら着座体103、ピン104、V字状係止部105及びバネ106により、6点接触式着座機構が構成されている。なお、この他にも、スタイラスがホルダにピンを介して揺動自在に保持された構成のプローブも知られている。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a probe employing such a structure. In this
このような従来のプローブでは、測定目標位置に接触した後、測定目標位置から離脱すると、原理的にはスタイラスが中立位置に復帰することになるが、実際には、着座機構での6点接触部の摩擦等により、スタイラス先端(接触球の中心位置)の座標が中立位置に戻り切らないリシートエラーが発生する。この値は、サブミクロンオーダーであるが、高精度測定においては決して無視できない値である。そこで、従来、着座機構の6点接触部を圧電素子等によって強制的に変位させることにより、このようなリシートエラーを機械的に修正する機構を備えたプローブが提案されている(特許文献1,2)。 In such a conventional probe, if the stylus returns to the neutral position in principle when it comes out of the measurement target position after coming into contact with the measurement target position, it is actually a six-point contact in the seating mechanism. Due to the friction of the part, a receipt error occurs in which the coordinates of the stylus tip (center position of the contact sphere) do not return to the neutral position. This value is on the order of sub-microns, but cannot be ignored in high-precision measurements. Therefore, a probe having a mechanism for mechanically correcting such a receipt error by forcibly displacing the six-point contact portion of the seating mechanism with a piezoelectric element or the like has been proposed (Patent Document 1). , 2).
また、リシートエラーは、直前の被測定対象への接触方向、すなわちヒステリシスの影響を受けることが知られている。従って、接触方向が180°変化するような挟み込み測定では、このヒステリシスの影響を最大に受ける。そこで、プローブと被測定対象との直前の接触方向及び現在の接触方向と補正量との関係を予めテーブル化しておき、実際の測定時には、現在のプローブの接触方向と直前のプローブの接触方向とから補正テーブルで補正量を求め、この求められた補正量で測定値を補正するようにした三次元測定システムも知られている(特許文献3)。
上述した特許文献1,2に開示のプローブでは、各プローブに圧電素子のような変位発生機構を設ける必要がある。また、特許文献3に開示の三次元座標測定システムは、現在測定しようとしている測定目標位置への接触方向と、直前の測定目標位置への接触方向との組み合わせにより補正値を決めるようにしているので、直前の接触方向が分からないと補正値を決定することができない。また、補正テーブル作成のための予備測定の組み合わせ数が膨大で、予備測定に多大な時間がかかってしまうという問題がある。
In the probes disclosed in
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、安価な構成で且つ直前の測定方向に左右されず、ヒステリシスの影響を低減させて高精度な測定を可能にする三次元座標測定システム及びこれに使用されるパートプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and has a low-cost configuration and is not affected by the immediately preceding measurement direction, and reduces the influence of hysteresis and enables high-accuracy measurement and The purpose is to provide a part program used for this.
本発明に係る三次元座標測定システムは、被測定物にプローブが接触したときの前記プローブの三次元座標位置の情報を出力する三次元座標測定機と、パートプログラムに基づいて前記プローブを相対駆動制御すると共に前記出力されたプローブの三次元座標位置の情報から測定要素のパラメータを算出する制御手段とを有する三次元座標測定システムにおいて、前記制御手段は、前記プローブを前記被測定物の測定目標位置に同じ方向から複数回連続して接触させ、このうち前記プローブが2回目以降に接触したときの三次元座標位置の情報を取り込んで前記測定要素のパラメータを算出するものであることを特徴とする。 A three-dimensional coordinate measuring system according to the present invention includes a three-dimensional coordinate measuring machine that outputs information on a three-dimensional coordinate position of the probe when the probe contacts the object to be measured, and a relative drive of the probe based on a part program. A control means for controlling and calculating a parameter of a measurement element from the output information of the three-dimensional coordinate position of the probe, wherein the control means is configured to measure the probe with the measurement target of the object to be measured. The position is continuously contacted from the same direction a plurality of times, and the parameters of the measurement element are calculated by taking in the information of the three-dimensional coordinate position when the probe contacts the second time or later. To do.
本発明に係る三次元座標測定機のパートプログラムは、被測定物にプローブが接触したときの前記プローブの三次元座標位置の情報を出力する三次元座標測定機の前記プローブを前記被測定物の測定目標位置に同じ方向から複数回連続して接触させ、このうち前記プローブが2回目以降に接触したときの三次元座標位置の情報を処理する測定コマンドを含むことを特徴とする。 The part program of the three-dimensional coordinate measuring machine according to the present invention provides the probe of the three-dimensional coordinate measuring machine that outputs information on the three-dimensional coordinate position of the probe when the probe contacts the measured object. It includes a measurement command for processing the information of the three-dimensional coordinate position when the measurement target position is continuously contacted a plurality of times from the same direction, and the probe contacts the second and subsequent times.
ここで、プローブの相対移動制御とは、プローブ又は被測定物のいずれか又は双方を移動制御することを言う。 Here, the relative movement control of the probe refers to the movement control of either or both of the probe and the object to be measured.
また、測定要素のパラメータとは、ワーク各部の位置、寸法あるいは幾何形状などの表面性状の各パラメータを言う。 Further, the parameter of the measurement element means each parameter of the surface property such as the position, dimension or geometric shape of each part of the workpiece.
本発明に係る三次元座標測定システムによれば、制御手段が、プローブを被測定物の測定目標位置に同じ方向から複数回連続して接触させ、このうちプローブが2回目以降に接触したときの三次元座標位置の情報を取り込んで測定要素のパラメータを算出するようにしているので、測定直前の接触方向が常に既知となるので、ヒステリシスの影響が低減し、高精度な測定が可能になる。 According to the three-dimensional coordinate measurement system according to the present invention, the control means causes the probe to contact the measurement target position of the object to be measured continuously a plurality of times from the same direction, and among these, the probe is contacted for the second and subsequent times. Since the parameter of the measurement element is calculated by taking in the information of the three-dimensional coordinate position, the contact direction immediately before the measurement is always known, so that the influence of hysteresis is reduced and high-precision measurement is possible.
また、本発明に係る三次元座標測定システムのパートプログラムによれば、被測定物にプローブが接触したときのプローブの三次元座標位置の情報を出力する三次元座標測定機のプローブを被測定物の測定目標位置に同じ方向から複数回連続して接触させ、このうちプローブが2回目以降に接触したときの三次元座標位置の情報を処理(例えば記憶)する測定コマンドを含んでいるので、オペレータは、同様の測定を複雑なコマンドを組み合わせて作成する必要が無く、パートプログラムの作成作業の負担を軽減することができる。 Further, according to the part program of the three-dimensional coordinate measurement system according to the present invention, the probe of the three-dimensional coordinate measuring machine that outputs information of the three-dimensional coordinate position of the probe when the probe contacts the object to be measured is measured. It includes a measurement command for processing (for example, storing) the information of the three-dimensional coordinate position when the probe is continuously contacted multiple times from the same direction, and the probe contacts the second and subsequent times. This eliminates the need to create similar measurements by combining complex commands, and can reduce the burden of part program creation work.
以下、添付の図面を参照してこの発明の実施形態に係る三次元座標測定システムについて説明する。 Hereinafter, a three-dimensional coordinate measurement system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、このシステムの概略構成を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of this system.
この三次元座標測定システムは、三次元座標測定機1と、この三次元座標測定機1を駆動制御すると共に三次元座標測定機1から必要な測定座標値を取り込むための駆動制御装置2と、この駆動制御装置2を介して三次元座標測定機1を手動操作するためのJ/S操作盤3と、駆動制御装置2での測定手順を指示するパートプログラムを編集・実行すると共に、駆動制御装置2を介して取り込まれた測定座標値に幾何形状を当てはめるための計算を行ったり、パートプログラムを記録、送信する機能を備えたホストシステム4とから構成されている。
The three-dimensional coordinate measuring system includes a three-dimensional
三次元座標測定機1は、次のように構成されている。即ち、除振台10の上には、定盤11がその上面をベース面として水平面と一致するように載置され、この定盤11の両側端から立設されたアーム支持体12a,12bの上端でX軸ガイド13を支持している。アーム支持体12aは、その下端がY軸駆動機構14によってY軸方向に駆動され、アーム支持体12bは、その下端がエアーベアリングによって定盤11上にY軸方向に移動可能に支持されている。X軸ガイド13は、垂直方向に延びるZ軸ガイド15をX軸方向に駆動する。Z軸ガイド15には、Z軸アーム16がZ軸ガイド15に沿って駆動されるように設けられ、Z軸アーム16の下端に接触式のプローブ17が装着されている。このプローブ17が定盤11上に載置されたワーク5に接触したときに、プローブ17から駆動制御装置2にタッチ信号が出力され、そのときのXYZ軸座標値を駆動制御装置2が取り込むようになっている。
The three-dimensional
図2は、この三次元座標測定システムのブロック図である。三次元座標測定機1には、プローブ17をXYZ軸方向に駆動するためのXYZ軸モータ18と、XYZ軸方向の移動に伴って各軸方向の移動パルスを出力するXYZ軸エンコーダ19とが内蔵されている。操作盤3には、三次元座標測定機1のプローブ17をXYZ軸方向に手動操作により駆動するための手動操作手段としてのジョイスティック31と、現在のプローブ17の位置のXYZ軸座標値をコントローラ2に入力するための座標値入力スイッチ32とが設けられている。
FIG. 2 is a block diagram of this three-dimensional coordinate measurement system. The three-dimensional
コントローラ2には、CPU21が設けられ、このCPU21によってプローブ17の駆動制御や測定座標値の取り込み制御、測定座標値の補正などを行う。即ち、CPU21の指令によってXYZ軸駆動制御部22が三次元座標測定機1のXYZ軸モータ18を駆動し、XYZ軸エンコーダ19からの各軸に対応したパルス信号をXYZ軸カウンタ23がカウントして現在位置座標値を求めてCPU21にフィードバックする。この現在位置座標値は、現在位置レジスタ24に順次格納される。CPU21は、このフィードバック情報に基づいてプローブ17の駆動制御を行う。また、CPU21は、プローブ17からのタッチ信号に応動してXYZ軸モータ18を停止させると共に、現在位置レジスタ24に格納された現在位置座標値を取り込む。
The
操作盤3からは、ジョイスティック31の傾斜方向及び傾斜角に応じた各軸に対応するポテンショメータの電圧値が出力され、これら各軸の電圧値に応じてコントローラ2の移動方向・速度決定部25がプローブ17の移動方向と移動速度とを決定する。補正テーブル26には、プローブの17の接触時の各移動方向に対するリシートエラー(接触して離脱した後のプローブの中立位置からの変位に基づく補正値)の情報が補正値として記憶されている。CPU21は、タッチ信号に応動して現在位置レジスタ24から取り込んだ座標情報と、プローブ17の移動方向から補正テーブル26を参照して求められた補正値とを用いて測定対象のパラメータ(ワーク5各部の位置、寸法あるいは幾何形状などの表面性状のパラメータ)を算出する。
From the
また、ホストシステム4は、ホストコンピュータ41、モニタ42、プリンタ43、キーボード44及びパートプログラム記憶部45等によって構成されている。パートプログラム記憶部45には、コントローラ2を介して三次元座標測定機1を制御するパートプログラムファイルが記憶される。
The
次に、このように構成された三次元座標測定システムの動作について説明する。 Next, the operation of the three-dimensional coordinate measurement system configured as described above will be described.
本発明において、補正テーブル26は、必須ではないが、補正テーブル26を使用する場合には、測定に先だって補正テーブル26を作成しておく。この補正テーブル26は、例えば、プローブ17によって予め座標値が既知の基準球を各方向(例えばX,Y,Z,−X,−Y,−Zの6方向)から2回接触させることによって測定し、その時の測定誤差に基づいて補正テーブル26を作成する。
In the present invention, the correction table 26 is not essential, but when the correction table 26 is used, the correction table 26 is prepared prior to measurement. The correction table 26 is measured, for example, by bringing a reference sphere whose coordinate value is known in advance by the
次に、実際の測定においては、パートプログラムに従って測定処理を行う。 Next, in actual measurement, measurement processing is performed according to the part program.
図3は、パートプログラムの一例を示す図である。図中左側が命令(コマンド)、右側が引数である。「Circle Circle(1)」は、円測定を行って、その結果をCircle(1)に格納するコマンドである。続く「Measurement point X=20.000 Y=0.000 Z=0.000 Angle X=0:00:00 Angle Y=90:00:00 Angle Z=90:00:00」は、1点目の点測定指令で、前半が測定目標位置、後半が測定方向を示している。続く2つのコマンドは、それぞれ2点目及び3点目の点測定指令である。「Element finished」は、円測定の終了を示すコマンドで、1〜3点目の測定結果から円のパラメータを計算してCircle(1)に格納するコマンドである。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a part program. The left side is an instruction (command) and the right side is an argument. “Circle Circle (1)” is a command for measuring a circle and storing the result in Circle (1). “Measurement point X = 20.000 Y = 0.000 Z = 0.000 Angle X = 0: 00: 00 Angle Y = 90: 00: 00 Angle Z = 90: 00: 00” is the first point measurement command. Indicates the measurement target position, and the latter half indicates the measurement direction. The following two commands are point measurement commands for the second and third points, respectively. “Element finished” is a command indicating the end of circle measurement, and is a command for calculating circle parameters from the first to third measurement results and storing them in Circle (1).
本発明では、以上のような測定命令に加えて、2タッチ測定のためのコマンドを新たに使用する。図4は、2タッチ測定のコマンドを含む本発明に係るパートプログラムの一例を示している。 In the present invention, a command for 2-touch measurement is newly used in addition to the measurement command as described above. FIG. 4 shows an example of a part program according to the present invention including commands for 2-touch measurement.
ここでは、新たに「Measurement point h」という2タッチ測定のためのコマンドを用意しているが、その他の引数については、従来と同様である。 Here, a command for two-touch measurement called “Measurement point h” is newly prepared, but the other arguments are the same as in the past.
図5は、2タッチ測定のためのコマンドが起動されたときのCPU21の処理を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing processing of the
まず、現在のプローブ位置から、測定目標位置(ex.X=20.000 Y=0.000 Z=0.000)に向かって、指定された方向(ex.Angle X=0:00:00 Angle Y=90:00:00 Angle Z=90:00:00)にプローブ17を移動させる(S1)。プローブ17の移動は、プローブ先端(接触球)がワーク5に接触するまで継続される。プローブ先端がワーク5に接触したら(S2)、プローブ17を再度、移動開始位置まで戻し(S3)、再びプローブ17を測定目標位置に向かって指定された方向に移動させる(S4)。そして、プローブ先端の2度目の接触(S5)においてタッチ信号が出力された瞬間のXYZ軸座標値(測定データ)を取り込む(S6)。
First, from the current probe position toward the measurement target position (ex.X = 20.000 Y = 0.000 Z = 0.000), the specified direction (ex.Angle X = 0: 00: 00 Angle Y = 90: 00: The
以上の2タッチ測定によって取り込まれた測定データは、測定データが取り込まれる前のプローブ17の状態、すなわちヒステリシスが既知であるから、得られた測定値に一定の補正処理を施しても良いし、必要ならば補正テーブル26を使用して、プローブ17の移動方向によって特定される補正値によって補正するようにしても良い。
Since the measurement data acquired by the above two-touch measurement is the state of the
このように、本システムによれば、プローブ17をワーク5に対して同一方向から2回接触させて、最後に得られた座標値を取り込んでいるので、ヒステリシスの影響を低減することができ、極めて精度の良い測定が可能になる。
Thus, according to the present system, the
なお、本システムによれば、図4のように、新たに2タッチ測定のためのコマンドを用意することにより、パートプログラムの作成負担も軽減できる。 According to the present system, as shown in FIG. 4, by newly preparing a command for 2-touch measurement, the burden of creating a part program can be reduced.
すなわち、上述した2タッチ測定を従前のコマンドのみで実行しようとすると、図6のように、同一測定目標位置について2回、計6点の測定指示と、各2点目の測定結果に基づいて円のパラメータを計算して変数Circle(1)に格納するための指示が必要となり、パートプログラムが極めて煩雑になる。 In other words, if the above-described two-touch measurement is to be executed only with the previous command, as shown in FIG. 6, the same measurement target position is measured twice, based on a total of six measurement instructions and the measurement result of each second point. An instruction to calculate the circle parameter and store it in the variable Circle (1) is required, which makes the part program extremely complicated.
この点、本発明によれば、従来のパートプログラムと殆ど変えること無しに2タッチ測定を実現することができる。 In this regard, according to the present invention, two-touch measurement can be realized with almost no change from the conventional part program.
本実施形態に係る三次元座標測定システムでは、2タッチ測定について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。 In the three-dimensional coordinate measurement system according to the present embodiment, the two-touch measurement has been described, but the present invention is not limited to this.
すなわち、2タッチ測定に代えて同一方向へ3タッチあるいは4タッチのように複数回連続して接触させて測定を行うものであっても良い。この場合、例えば3タッチ測定において、2タッチ目あるいは3タッチ目の三次元座標位置の情報を取り込んで処理を行っても良いし、あるいは2タッチ目及び3タッチ目の三次元座標位置の情報を取り込んで両者を平均化してから処理を行っても良い。 That is, instead of the 2-touch measurement, the measurement may be performed by continuously contacting a plurality of times such as 3-touch or 4-touch in the same direction. In this case, for example, in the 3-touch measurement, the processing may be performed by taking in the information of the 3D coordinate position of the 2nd touch or the 3rd touch, or the information of the 3D coordinate position of the 2nd touch and the 3rd touch may be obtained. Processing may be performed after taking in and averaging both.
また、図2において補正テーブル26は、ヒステリシスを含まない同一方向のリシートエラーについての補正値を記憶して補正する例を示したが、これに限らずヒステリシスに起因するリシートエラーの補正値を記憶して補正しても良く、さらに、リシートエラーに起因しない方向性補正値や測定速度補正値を記憶して補正しても良い。 In addition, in FIG. 2, the correction table 26 shows an example of storing and correcting a correction value for a resending error in the same direction that does not include hysteresis. May be stored and corrected, and a directional correction value and a measurement speed correction value that are not caused by a receipt error may be stored and corrected.
すなわち、ヒステリシスに起因するリシートエラーの補正値とは、前回の測定目標位置を2タッチ測定した時の接触方向と、今回の測定目標位置を2タッチ測定した時の接触方向との方向に関する履歴に基づいて生じるリシートエラーを補正する補正値であり、このヒステリシスに起因するリシートエラーは、本発明によって大幅に低減されるが、超精密測定において、尚、補正を要する場合は、勿論補正を行っても良い。 That is, the correction value of the receipt error caused by hysteresis is a history of the direction of the contact direction when the previous measurement target position is measured by two touches and the direction of the contact direction when the current measurement target position is measured by two touches. This is a correction value that corrects the receipt error that occurs based on this, and the receipt error due to this hysteresis is greatly reduced by the present invention. May be performed.
また、リシートエラーに起因しない方向性補正値とは、プローブ先端の接触球の真球度や、スタイラスの剛性に関する方向性誤差を補正する補正値であり、接触方向に基づいて、リシートエラーとは独立に決まる補正値である。 In addition, the directionality correction value that does not result from a receipt error is a correction value that corrects a directionality error related to the sphericity of the contact ball at the tip of the probe or the stiffness of the stylus. Is a correction value determined independently.
さらに、測定速度補正値とは、接触速度に起因する補正値であり、リシートエラーとは独立に決まる補正値である。 Further, the measurement speed correction value is a correction value resulting from the contact speed, and is a correction value determined independently of the receipt error.
さらに、本実施形態においては、2タッチ測定コマンドをパートプログラムに用いる例を示したが、これに限らず、ジョイスティックによって2タッチ測定を行っても良い。より具体的には、操作盤3に2タッチ測定スイッチを設け、プローブを測定目標位置付近に位置決めした後に、この2タッチ測定スイッチを「入」とし、ジョイスティック32を測定目標位置方向へ傾動させると、2タッチ測定が自動的に行われるものであっても良い。
Furthermore, in the present embodiment, an example in which a 2-touch measurement command is used for a part program has been described. More specifically, when a two-touch measurement switch is provided on the
1…三次元座標測定機、2…コントローラ、3…操作盤、4…ホストシステム。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
パートプログラムに基づいて前記プローブを相対駆動制御すると共に前記出力されたプローブの三次元座標位置の情報から測定要素のパラメータを算出する制御手段と
を有する三次元座標測定システムにおいて、
前記制御手段は、前記プローブを前記被測定物の測定目標位置に同じ方向から複数回連続して接触させ、このうち前記プローブが2回目以降に接触したときの三次元座標位置の情報を取り込んで前記測定要素のパラメータを算出するものである
ことを特徴とする三次元座標測定システム。 A three-dimensional coordinate measuring machine that outputs information of the three-dimensional coordinate position of the probe when the probe contacts the object to be measured;
A three-dimensional coordinate measurement system comprising: control means for performing relative drive control of the probe based on a part program and calculating a parameter of a measurement element from information of the three-dimensional coordinate position of the output probe;
The control means brings the probe into contact with the measurement target position of the object to be measured a plurality of times continuously from the same direction, and takes in the information of the three-dimensional coordinate position when the probe comes in contact for the second time and thereafter. A three-dimensional coordinate measurement system characterized by calculating a parameter of the measurement element.
前記制御手段は、前記被測定物の測定目標位置への接触方向から前記補正テーブルによって前記プローブの中立位置からの変位に基づく補正値を求め、前記測定要素のパラメータを補正するものである
ことを特徴とする請求項1又は2記載の三次元座標測定システム。 A correction table that stores the relationship between the contact direction of the probe to the object to be measured and the displacement from the neutral position of the probe is provided.
The control means obtains a correction value based on the displacement from the neutral position of the probe by the correction table from the contact direction of the object to be measured to the measurement target position, and corrects the parameter of the measurement element. The three-dimensional coordinate measuring system according to claim 1 or 2, characterized in that:
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