KR101724458B1 - 로봇 티칭 보정 시스템, 및 로봇 티칭 보정 방법 - Google Patents

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Abstract

로봇 티칭 보정 시스템은, 비젼(vision) 시스템, 및 제어기를 포함한다. 비젼(vision) 시스템은 차체를 이동시키는 대차에 표시된 적어도 하나의 보정 마크 정보를 인식한다. 제어기는 비젼 시스템에 의해 인식된 보정 마크 정보와 기준 보정 마크 정보를 비교하여 상기 비교 결과에 따라 차량의 생산 라인에 설치되는 로봇의 작업 좌표를 보정한다.

Description

로봇 티칭 보정 시스템, 및 로봇 티칭 보정 방법{System and method for compensating robot teaching}
본 발명은 로봇 티칭 관련 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 보정 마크 정보를 이용하는 실시간 로봇 티칭 보정 시스템 및 그 보정 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 현재 차량의 차체 제작 부분에서는 신차 조립(용접) 설비의 설치 및 현장 시운전 기간을 단축하기 위하여 점(Spot)용접 로봇 오프라인 티칭 프로그램(OLP; Off Line Teaching Program) 시스템을 도입하여 적용하고 있다. 부연하여 설명하면, 신규 차체 라인의 차체 패널 용접용 로봇의 실제 현장에서의 구동 프로그램은 사전에 시뮬레이션에 의하여 생성된다. 이 시뮬레이션을 위하여 CAD로 모델링된 용접 로봇이나 지그의 위치는 실제 현장에서의 용접 로봇이나 지그의 위치와 상당한 차이를 가지게 된다. 따라서, 실제 현장에서 시뮬레이션된 용접 로봇의 구동 프로그램을 적용하기 위하여, 모델링된 CAD 데이터와 실제 현장에서의 용접 로봇이나 지그의 위치와의 오차를 툴로 보정하는 과정을 거칠 필요가 있다.
차체는 로봇에 의한 점 용접으로 완성된다. 부연하여 설명하면, 차체 바디를 제작하기 위해서는 스폿용접을 실시하여 부품과 부품을 조립하며, 차량을 정해진 시간내에 제작하기 위해서는 용접하기 위한 공정을 다수의 공정으로 나누어 용접작업이 이루어진다. 통상적으로, 차량 조립 라인은 차체, 도장, 의장 라인으로 구성되고, 차체 제조 부문은 용접 자동화율이 100%에 가깝다. 이러한 용접은 주로 용접 로봇에 의해 수행된다. 차량 제조의 일련의 과정에 끊임없는 생산이 되기 위해서는 높은 설비의 신뢰도가 필요하게 된다. 이와 같은 차체 제조 과정의 핵심적인 역할은 용접 로봇의 신뢰도에 의해 좌우된다.
상기 로봇 오프라인 티칭 프로그램(OLP)이란 로봇을 설계, 제작하여 현장에 설치하고 시운전하기 이전에 컴퓨터를 이용하여 차체 부품, 지그, 용접건 등을 3차원 모델링하여 가상 공정을 구축하고, 로봇 티칭 프로그램을 가상모델을 이용하여 미리 작성함으로써 설비(지그, 운반장치 등)의 현장 설치 후 신뢰성을 향상하고 로봇 티칭시간을 최소화하기 위한 기술이다.
신차의 차체 생산 준비의 과정으로서 제품 도면 출도 후, 차체 분야는 설비에 대한 공법의 계획 작성, 설비 제작, 설비 설치 및 시운전을 시행하게 되며, 이와 같은 준비 과정에는 패널 접합을 실시하는 용접 로봇의 티칭 및 시운전도 포함된다.
한편, 종래의 로봇 티칭은 신차의 실제 패널이 현장에 공급되어서, 라인(생산라인)이 정지되는 휴일에 로봇 조작자가 집중적으로 실시하게 된다. 보통 로봇 1대의 티칭 소요시간은 1차종당 약 3~4시간 정도(실제 티칭시간은 2시간 정도 소요되고, 나머지는 용접점에 대한 위치 수정 및 각 용접점에 대한 용접조건을 입력하는데 소요되는 시간이다.) 소요되며, 이때 로봇과, 신차용 지그 및, 신차 패널이 반드시 갖추어져 있어야 로봇의 티칭이 가능할 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명이 해결하려는 기술적 과제(목적)는, 대차(대상물)에 표시된 보정마크(보정패턴) 인식을 통한 로봇 티칭(또는 로봇 티칭 시간(로봇 티칭 작업 시간))을 최소화할 수 있는, 로봇 티칭 보정 시스템 및 그 보정 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결(달성)하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 티칭 보정 시스템은, 차체를 이동시키는 대차에 표시된 적어도 하나의 보정 마크 정보를 인식하는 비젼(vision) 시스템; 및 상기 비젼 시스템에 의해 인식된 보정 마크 정보와 기준 보정 마크 정보를 비교하여 상기 비교 결과에 따라 차량의 생산 라인에 설치되는 로봇의 작업 좌표를 보정하는 제어기를 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 비젼 시스템에 포함될 수 있다.
상기 기준 보정 마크 정보는 상기 비젼 시스템에 의해 인식된 보정 마크 정보의 인식 이전에 인식된 보정 마크 정보일 수 있다.
상기 로봇은 용접 로봇을 포함할 수 있다. 상기 보정 마크 정보는 격자 무늬를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 로봇 티칭 보정 방법은, 비젼(vision) 시스템이 차체를 이동시키는 대차에 표시된 적어도 하나의 보정 마크 정보를 인식하는 단계; 및 제어기가 상기 비젼 시스템에 의해 인식된 보정 마크 정보와 기준 보정 마크 정보를 비교하여 상기 비교 결과에 따라 차량의 생산 라인에 설치되는 로봇의 작업 좌표를 보정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 로봇 티칭 보정 방법은, 상기 제어기가 상기 보정된 로봇의 작업 좌표를 이용하여(또는 근거하여) 상기 로봇의 작업을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 비젼 시스템에 포함될 수 있다.
상기 기준 보정 마크 정보는 상기 비젼 시스템에 의해 인식된 보정 마크 정보의 인식 이전에 인식된 보정 마크 정보일 수 있다.
상기 로봇은 용접 로봇을 포함할 수 있다. 상기 보정 마크 정보는 격자 무늬를 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 로봇 티칭 보정 시스템 및 그 방법은, 차량의 생산라인 흐름 공정 내 실시간 로봇 티칭 보정, 로봇의 신규 설치 시간 및 보수 티칭 시간(보정 티칭 시간)의 최소화, 대차(대상물)의 위치가 틀어질 때 로봇의 작업 좌표를 자동 보정하여 차량 생산라인의 품질(예, 차체의 용접 품질)을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 티칭 보정 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇 티칭 보정 시스템을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 티칭 보정 방법을 설명하는 흐름도(flow chart)이다.
본 발명, 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낼 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 구성요소를 사이에 두고 “전기적 또는 기계적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(통상의 기술자)에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
차량 생산라인(차체 생산라인)에 로봇을 설치할 때 OLP(Offline programing) 공법을 통해 해당 공정에 특정 로봇을 적용하는 데 구조상 문제가 없는지 시뮬레이션 및 직접 구동을 하여 볼 수 있다. 하지만 실제 생산 라인에 로봇을 투입할 때 기준위치가 모두 틀어지므로 전 지점의 로봇 티칭을 다시 시행하게 된다.
다시 로봇 티칭을 하는 가운데 시간적 또는 인적 낭비 요인이 발생하게 되고 무엇보다 차량의 생산라인 구동을 멈춰야 하므로 생산량에 큰 지장을 초래할 수 있다.
따라서 전술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 작업 대상물(workpiece)에 보정 마크(mark)를 각인하고 상기 보정 마크를 인식하는 비젼 시스템(vision system)을 이용하여 로봇 티칭 수(로봇 티칭의 개수)를 최소화할 수 있는 자동 보정 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 티칭 보정 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 로봇 티칭 보정 시스템은, 비젼 시스템(vision system)(105), 차체(또는 차량)를 이동시키는 대차(110), 로봇(115), 및 제어기(controller 또는 control unit)(미도시)를 포함한다.
상기 로봇 티칭 보정 시스템은, 대차(대상물)에 표시된 보정마크(보정패턴) 인식을 통해 로봇 티칭(로봇 티칭 시간)을 최소화할 수 있다. 대차(臺車 또는 carrying truck)(110)는 차량을 태워 운반 이동하기 위한 차륜이 붙은 받침대를 말할 수 있다.
비젼 시스템(105)은 차체(또는 차량)을 이동시키는 대차(110)에 표시(또는 부착)된 적어도 하나의 보정 마크 정보를 인식(획득 또는 측정)할 수 있다.
비젼 시스템(105)은 카메라, 이미지 센서, 및 영상 처리 장치 등을 포함하여 영상(예, 참조번호(105) 내에 표시되고 격자 무늬를 가지는 사각형 형태와 같은 대차(110)의 보정 마크 정보)을 획득(인식)할 수 있다. 상기 보정 마크 정보는 대차(또는 대상물)의 기준점(예, 도 1에 도시된 대차(110)의 모서리(edge))에 표시된 적어도 1개의 정보일 수 있다.
상기 제어기는 비젼 시스템(105)에 의해 인식된 보정 마크 정보와 기준 보정 마크 정보를 비교하여 상기 비교 결과에 따라(보정 마크 정보와 기준 보정 마크 정보 사이의 틀어진 각도와 같은 정보에 따라) 차량(또는 차체)의 생산 라인에 설치되는 로봇(115)의 작업 좌표(또는 작업 위치)를 보정(제어, calibration)할 수 있다. 제어기는 대차(110)에 대한 로봇(115)의 작업 위치를 제어(teaching)하는 로봇 오프라인 티칭 프로그램(OLP, Off Line Teaching Program)이 저장된 ROM(Read Only Memory)과 같은 저장부를 포함할 수 있다.
상기 보정 마크 정보는 격자 무늬를 포함할 수 있다.
로봇(115)은 상기 차체를 조립시킬 수 있다. 로봇(115)은, 예를 들어, 차량의 생산 라인에 설치되는 레이저 용접용 로봇 또는 차체 패널(panel) 용접 로봇인 스포트(spot) 용접 로봇과 같은 용접 로봇, 또는 도장 로봇을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 제어기는 비젼 시스템(105)에 포함될 수 있다. 이 경우, 비젼 시스템(105)는 차체를 이동시키는 대차(110)에 표시된 적어도 하나의 보정 마크 정보를 인식하는 인식부, 및 인식부에 의해 인식된 보정 마크 정보와 기준 보정 마크 정보를 비교하여 상기 비교 결과에 따라 차량의 생산 라인에 설치되는 로봇(115)의 작업 좌표를 보정(제어)하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 제어기는 로봇(115)에 포함될 수도 있다.
상기 기준 보정 마크 정보는 비젼 시스템(105)에 의해 인식된 보정 마크 정보의 인식 이전에 인식된 보정 마크 정보일 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 로봇 티칭 보정 시스템의 동작(작동)의 실시예를 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 비젼 시스템(105)은, 도 2에 화살표로 도시된 바와 같이, 대차(110)가 틀어짐에 따라 보정 마크 정보의 틀어짐을 인식할 수 있다.
상기 제어기는 비젼 시스템(105)으로부터 틀어진(또는 위치가 변경된) 보정 마크 정보를 수신할 수 있다. 제어기는 틀어진 보정 마크 정보에 응답하여(틀어진 보정 마크 정보와 비젼 시스템(105)(또는 제어기)에 저장될 수 있는 기준 보정 마크 정보를 비교하여 그 비교한 결과값(차이값)을 근거로 하여) 로봇(115)의 작업 좌표(예, 차체에 대한 용접 건(gun)(또는 용접 건 팁 단부)의 작업 좌표)를 비교한 결과값만큼 보정(제어)할 수 있다. 상기 작업 좌표는 로봇(115)의 작업 기준점일 수 있다.
상기 제어기는 CPU(central processing unit)(또는 processor)의 기능을 수행하고, 본 발명의 구성요소인 비젼 시스템(105) 및 로봇(115) 등의 전체적인 동작을 제어할 수 있다. 상기 제어기는 후술하는 본 발명의 로봇 티칭 보정 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 프로그램(program)을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 티칭 보정 방법을 설명하는 흐름도(flow chart)이다. 상기 로봇에 대한 티칭 보정 방법(200)은 도 1에 도시된 로봇 티칭 보정 시스템에 적용될 수 있다.
도 3, 도 1, 및 도 2를 참조하면, 제1 인식 단계(205)에서 대차(110)에 표시된 적어도 하나의 보정마크 정보가 비젼 시스템(105)에 의해 인식될 수 있다. 상기 보정 마크 정보는 격자 무늬를 포함할 수 있다.
티칭 단계(210)에 따르면, 제1 인식 단계(205)에서 인식된 보정 마크 정보에 따라 상기 제어기에 의해 실 작업 로봇 티칭이 수행될 수 있다. 상기 로봇 티칭은 로봇의 차체에 대한 작업 위치가 정확해지도록 로봇의 작업 위치를 제어하는 것을 의미할 수 있다.
제1 인식 단계(205) 및 티칭 단계(210)에 의해, 로봇(115)에 대한 티칭(teaching) 작업이 수행될 수 있다.
제2 인식 단계(215)에 따르면, 대차(110)에 표시된 적어도 하나의 보정 마크 정보가 비젼 시스템(105)에 의해 다시 인식될 수 있다.
비교 단계(220)에 따르면, 상기 제어기에 의해, 제2 인식 단계(215)에서 인식된 보정마크 정보와 기존 보정마크 정보(제1 인식 단계(205)에서 인식된 기준 보정 마크 정보)와 비교하여 틀어진 값(예를 들어, 대차의 x, y, 및 z 좌표와, x, y, 및 z 방향으로 각각 발생하는 회전각인 r(roll), p(pitch), 및 y(yaw) 값)이 연산될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 제어기는 비젼 시스템(105)에 포함될 수 있다. 이 경우, 비젼 시스템(105)는 차체를 이동시키는 대차(110)에 표시된 적어도 하나의 보정 마크 정보를 인식하는 인식부, 및 인식부에 의해 인식된 보정 마크 정보와 기준 보정 마크 정보를 비교하여 상기 비교 결과에 따라 차량의 생산 라인에 설치되는 로봇(115)의 작업 좌표를 보정(제어)하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 기준 보정 마크 정보는 비젼 시스템(105)에 의해 인식된 보정 마크 정보의 인식 이전에 인식된 보정 마크 정보일 수 있다.
보정 단계(225)에 따르면, 제어기에 의해, 로봇(115)의 작업 기준점인 작업좌표(예를 들어, x, y, z, r, p, y)가 상기 연산된 틀어진 값에 따라 보정될 수 있다. 상기 x, y, z, r, p, y 는 로봇(115)의 작업 좌표, 또는 대차(110)와 관련된 차량 생산 라인의 좌표 값을 지시(indication)할 수 있다.
작업 단계(230)에 따르면, 제어기는 상기 보정 좌표를 기준으로 하여(이용하여) 로봇의 작업을 제어할 수 있다.
제2 인식 단계(215), 비교 단계(220), 보정 단계(225), 및 작업 단계(230)에 의해, 로봇(115)에 대한 실작업 동작이 수행될 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 구성요소 또는 “~부(unit)” 또는 블록 또는 모듈은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(fieldprogrammable gate array)나 ASIC(applicationspecific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소 또는 '~부' 등은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
105: 비젼 시스템
110: 대차
115: 로봇

Claims (11)

  1. 로봇 티칭 보정 시스템에 있어서,
    차체를 이동시키는 대차에 표시된 적어도 하나의 보정 마크 정보를 인식하는 비젼(vision) 시스템; 및
    상기 비젼 시스템에 의해 인식된 보정 마크 정보와 기준 보정 마크 정보를 비교하여 상기 비교 결과에 따라 차량의 생산 라인에 설치되는 로봇의 작업 좌표를 보정하는 제어기
    를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 보정된 로봇의 작업 좌표를 포함하는 로봇 오프라인 티칭 프로그램을 이용하여 상기 차체를 이동시키는 대차에 대한 로봇의 작업 위치를 제어하고,
    상기 제어기는, 상기 보정 마크 정보와 상기 기준 보정 마크 정보를 비교할 때, 상기 대차의 x, y, 및 z 좌표와, x, y, 및 z 방향으로 각각 발생하는 회전각인 r(roll), p(pitch), 및 y(yaw) 값을 사용하는 로봇 티칭 보정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 비젼 시스템에 포함되는 것을 특징으로 하는 로봇 티칭 보정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준 보정 마크 정보는 상기 비젼 시스템에 의해 인식된 보정 마크 정보의 인식 이전에 인식된 보정 마크 정보인 것을 특징으로 하는 로봇 티칭 보정 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 로봇은 용접 로봇을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 티칭 보정 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보정 마크 정보는 격자 무늬를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 티칭 보정 시스템.
  6. 로봇 티칭 보정 방법에 있어서,
    비젼(vision) 시스템이 차체를 이동시키는 대차에 표시된 적어도 하나의 보정 마크 정보를 인식하는 단계; 및
    제어기가 상기 비젼 시스템에 의해 인식된 보정 마크 정보와 기준 보정 마크 정보를 비교하여 상기 비교 결과에 따라 차량의 생산 라인에 설치되는 로봇의 작업 좌표를 보정하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 보정된 로봇의 작업 좌표를 포함하는 로봇 오프라인 티칭 프로그램을 이용하여 상기 차체를 이동시키는 대차에 대한 로봇의 작업 위치를 제어하고,
    상기 제어기는, 상기 보정 마크 정보와 상기 기준 보정 마크 정보를 비교할 때, 상기 대차의 x, y, 및 z 좌표와, x, y, 및 z 방향으로 각각 발생하는 회전각인 r(roll), p(pitch), 및 y(yaw) 값을 사용하는 로봇 티칭 보정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 로봇 티칭 보정 방법은,
    상기 제어기가 상기 보정된 로봇의 작업 좌표를 이용하여 상기 로봇의 작업을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 티칭 보정 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 비젼 시스템에 포함되는 것을 특징으로 하는 로봇 티칭 보정 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 기준 보정 마크 정보는 상기 비젼 시스템에 의해 인식된 보정 마크 정보의 인식 이전에 인식된 보정 마크 정보인 것을 특징으로 하는 로봇 티칭 보정 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 로봇은 용접 로봇을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 티칭 보정 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 보정 마크 정보는 격자 무늬를 포함하는 로봇 티칭 보정 방법.
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