CN105345247A - 电阻焊焊机焊接质量在线监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的电阻焊焊机焊接质量在线监控系统，包括供电模块、数据采集模块、数字处理模块、通讯模块、焊机控制主板和焊机开关；所述数据采集模块采集焊接参数，对焊接参数进行模数转换处理，并向所述数据处理模块发送数字信号。本发明可以快速实现对电阻焊焊机在焊接过程中的各个工艺点量化进行采集，实现在线全面监测，以便于生产者既可实时掌握和分析焊接质量，又可对历史数据进行追溯，其具有专业的焊接质量分析和对数据进行分析的功能，从而可分析焊接过程的质量，预报可能产生的焊接问题，也可对事故进行追溯，在先进的制造行业中，可在机械部件焊接的时候即时把缺陷识别出来，避免流到下一道工序，降低了质量成本，提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种电阻焊焊机焊接质量在线监控系统。
背景技术
机械加工、汽车、电动车等行业中广泛应用的中频、工频、电容储能等电阻焊机设备，国内、国外几乎所有的生产厂家几十年来都一直采用焊前打试片、焊后进行破坏性抽样检验的方法来保证焊点质量。在先进的制造业中大量使用焊接技术来完成工件的制造，但目前在国内大多数的焊接质量管理都是依靠人工在现场采用眼看手记的操作方式来进行的，其并没有实现对各个工艺流程全程实时进行数字化自动监控，并记录和保存加工数据。这样导致生产者根本无法对加工过程中的历史数据进行追溯。显然，这种操作方式已无法满足点焊质量的高可靠性、低成本的要求。因此，申请人研发一种可以实现对电阻焊焊机在焊接过程中的各个工艺点进行全面监测，以便于生产者既可实时掌握和分析焊接质量，又可对历史数据进行追溯，其具有专业的焊接质量分析和对数据进行分析的功能，从而可分析焊接过程的质量，预报可能产生的焊接问题，也可对事故进行追溯，在先进的制造行业中，可在机械部件焊接的时候即时把缺陷识别出来，避免流到整体安装，效率高、成本低的焊机焊接质量在线监控系统确属必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种采用独立的实时数据采集卡来提取焊接的特征信号，可创新地提出动态曲线的解决方案，使采用这种点焊质量监测系统后可在线监测每一台焊机、每一个焊点的质量情况，并及时指出不合格的焊点及其形成的原因，也可对事故进行追溯，使操作者能及时进行在线补救，以有效提高效率和稳定焊点质量的目地的电阻焊焊机焊接质量在线监控系统。本发明是通过以下技术方案来实现的：
电阻焊焊机焊接质量在线监控系统，包括供电模块、数据采集模块、数字处理模块、通讯模块、焊机控制主板和焊机开关；所述供电模块对数据采集模块和数字处理模块供电；所述数据采集模块采集焊接参数，对焊接参数进行模数转换处理，并向所述数据处理模块发送数字信号；所述数字处理模块接收来数据采集模块的数字信号，根据系统的设定，对电阻焊焊接过程有影响质量的因素量化采样，并对数据进行对比、分析、处理、保存结果、显示控制、对通信接口控制、输入/输出控制；所述通讯模块与数字处理模块用于进行通信，进行规范、指标参数的远程智能设定，对采样数据作进一步分析、处理和结果存储备份，实现数据库管理；所述焊机控制主板向数字处理模块发出采样启动同步信号，实现数据采集模块数据采集同步；所述焊机开关接收来自数字处理模块的焊接异常报警信号，以进行焊接工作启动或停止。
进一步地，所述供电模块包括直流电源、锂电池组、电池管理模块、变压器、模拟电源和数字电源；所述直流电源向变压器、电池管理模块和锂电池组提供12V供电，当锂电池组缺电的情况下，直流电源可对其充电，电池管理模块对充电的锂电池组进行保护，变压器对12V的直流电源进行降压处理后，使12V的直流电源经变压器后输出的电压变为3.3V、电流为1A或输出的电压为5V、电流为1A，输出的电源可用于对数据采集模块进行供电，其经变压器还可输出低纹波正负电压为7V、电流为600mA的电源对数字处理模块进行供电。
进一步地，所述数据采集模块包括电流传感器、电压传感器、压力传感器、位移传感器、模拟信号调理模块和模数转换器，所述模拟信号调理模块包括限压保护电路、变换电路、滤波电路、积分电路和单转差分电路，电流传感器、电压传感器、压力传感器和位移传感器，各采集焊接参数的速度为133K/秒-250K/秒，电流传感器对焊接电流进行采集，电压传感器对焊接过程的次级电压进行采集，压力传感器对焊接过程压力进行采集，位移传感器对焊接过程电极头的位移进行采集，其分别形成电流模拟信号、电压模拟信号、压力模拟信号和位移模拟信号后经限压保护电路、变换电路和滤波电路进行限压保护、变换和滤波，电流信号继续经过积分电路进行积分，计算出动态电阻，当电流信号调理到正负10V范围内的低噪声单端传感信号时，经单转差分电路转为抗干扰能力强的差分信号后输入到模数转换器，模数转换器对各差分信号进行模数转换处理，模数转换器为4个独立的16位、转换率最高2兆的模数转换器，以保证电流、电压、压力、位移传感信号在同一时刻得以同步及精度高。
进一步地，所述数字处理模块包括FPGA、高速缓存、主处理器、显示器、通信接口、通讯电路、输入/输出接口和无线发送端；所述FPGA包括FIFO模块和DSP模块，模数转换器输出的高速数字信号送入到FPGA内部10K深度的FIFO模块和DSP模块，当数据预处理后，再存入到256MB的高速缓存中，高速数据采集时保证采集数据的正确存贮；所述主处理器接收来自FPGA的数字信号，并根据系统的设定进行对比、分析和处理，输出质量判断指数，计算出CPK值等，实现在线快速判断焊接质量的好坏；所述显示器采用TFT显示器，用于实时对采集数据的作曲线、表格显示、规范设置、存储管理、报警区间设置、曲线报警数据的录入、报警指示和解除、软件版本说明和帮助进行显示；所述通信接口包括RS485接口、CAN接口、RJ45接口、FIDI串口/USB接口，所述RS485接口通过UART芯片与主处理器通信连接，所述CAN接口通过CAN总线与主处理器通信连接，所述RJ45接口通过W5200芯片和SPI与主处理器通信连接，所述FIDI串口/USB接口通过UAR芯片与主处理器通信连接；所述通讯电路包括2路数字输入电路和常开/常闭继电器；所述输入/输出接口包括SDIO接口，SD卡通过SDIO接口与主处理器作数据传输进行采集数据存储。
进一步地，所述通讯模块包括无线接收端、扫描仪、PLC、PC/服务器，所述无线接收端通过无线发送端与主处理器作数据传输以进行采集数据存储，所述主处理器通过RS485接口与扫描仪通信连接，使其可扫描工件二维码，所述PLC通过通过RS485接口和CAN接口与主处理器通信连接，以进行规范、指标参数的远程智能设定，所述PC/服务器通过网络与主处理器进行通信连接，对采样数据进一步分析、处理、结果存储备份和数据库管理，PC/服务器还可通过USB从数据处理模块得到采集数做进一步分析、处理、结果存储备份和数据库管理据。
进一步地，所述焊机控制主板通过2路数字输入电路与数据处理模块通讯连接，对数据处理模块发出焊接数据采集启动同步信号，实现数据采集模块数据采集同步；所述数据处理模块通过常开/常闭继电器与焊接开关通讯连接，对焊接质量有问题的焊机发出焊接异常报警，焊接开关断开停止焊机工作。
本发明的电阻焊焊机焊接质量在线监控系统，包括供电模块、数据采集模块、数字处理模块、通讯模块、焊机控制主板和焊机开关；所述供电模块对数据采集模块和数字处理模块供电；所述数据采集模块采集焊接参数，对焊接参数进行模数转换处理，并向所述数据处理模块发送数字信号；所述数字处理模块接收来数据采集模块的数字信号，根据系统的设定，对电阻焊焊接过程采样数据进行对比、分析、处理、保存结果、显示控制、对通信接口控制、输入/输出控制；所述通讯模块与数字处理模块用于进行通信，进行规范、指标参数的远程智能设定，对采样数据作进一步分析、处理和结果存储备份，实现数据库管理；所述焊机控制主板向数字处理模块发出采样启动同步信号，实现数据采集模块数据采集同步；所述焊机开关接收来自数字处理模块的焊接异常报警信号，以进行焊接工作启动或停止。本发明采用独立的实时数据采集卡来提取焊接的特征信号，可创新地提出动态曲线的解决方案，使采用这种点焊质量监测系统后可在线监测每一台焊机、每一个焊点的质量情况，并及时指出不合格的焊点及其形成的原因，使操作者能及时进行在线补救，以有效提高效率和稳定焊点质量的目地的。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。
图1为本发明的电阻焊焊机焊接质量在线监控系统的连接结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
本实施例中，参照图1所示，本发明的电阻焊焊机焊接质量在线监控系统，包括供电模块、数据采集模块、数字处理模块、通讯模块、焊机控制主板和焊机开关；所述供电模块对数据采集模块和数字处理模块供电；所述数据采集模块采集焊接参数，对焊接参数进行模数转换处理，并向所述数据处理模块发送数字信号；所述数字处理模块接收来数据采集模块的数字信号，根据系统的设定，对电阻焊焊接过程有影响质量的因素量化采样，并对数据进行对比、分析、处理、保存结果、显示控制、对通信接口控制、输入/输出控制；所述通讯模块与数字处理模块用于进行通信，进行规范、指标参数的远程智能设定，对采样数据作进一步分析、处理和结果存储备份，实现数据库管理；所述焊机控制主板向数字处理模块发出采样启动同步信号，实现数据采集模块数据采集同步；所述焊机开关接收来自数字处理模块的焊接异常报警信号，以进行焊接工作启动或停止。
在其中一实施例中，所述供电模块包括直流电源、锂电池组、电池管理模块、变压器、模拟电源和数字电源；所述直流电源向变压器、电池管理模块和锂电池组提供12V供电，当锂电池组缺电的情况下，直流电源可对其充电，电池管理模块对充电的锂电池组进行保护，变压器对12V的直流电源进行降压处理后，使12V的直流电源经变压器后输出的电压变为3.3V、电流为1A或输出的电压为5V、电流为1A，输出的电源可用于对数据采集模块进行供电，其经变压器还可输出低纹波正负电压为7V、电流为600mA的电源对数字处理模块进行供电。
在其中一实施例中，所述数据采集模块包括电流传感器、电压传感器、压力传感器、位移传感器、模拟信号调理模块和模数转换器，所述模拟信号调理模块包括限压保护电路、变换电路、滤波电路、积分电路和单转差分电路，电流传感器、电压传感器、压力传感器和位移传感器，各采集焊接参数的速度为133K/秒-250K/秒，电流传感器对焊接电流进行采集，电压传感器对焊接过程的次级电压进行采集，压力传感器对焊接过程压力进行采集，位移传感器对焊接过程电极头的位移进行采集，其分别形成电流模拟信号、电压模拟信号、压力模拟信号和位移模拟信号后经限压保护电路、变换电路和滤波电路进行限压保护、变换和滤波，电流信号继续经过积分电路进行积分，计算出动态电阻，当电流信号调理到正负10V范围内的低噪声单端传感信号时，经单转差分电路转为抗干扰能力强的差分信号后输入到模数转换器，模数转换器对各差分信号进行模数转换处理，模数转换器为4个独立的16位、转换率最高2兆的模数转换器，以保证电流、电压、压力、位移传感信号在同一时刻得以同步及精度高。
在其中一实施例中，所述数字处理模块包括FPGA、高速缓存、主处理器、显示器、通信接口、通讯电路、输入/输出接口和无线发送端；所述FPGA包括FIFO模块和DSP模块，模数转换器输出的高速数字信号送入到FPGA内部10K深度的FIFO模块和DSP模块，当数据预处理后，再存入到256MB的高速缓存中，高速数据采集时保证采集数据的正确存贮；所述主处理器接收来自FPGA的数字信号，并根据系统的设定进行对比、分析和处理，输出质量判断指数，计算出CPK值等，实现在线快速判断焊接质量的好坏；所述显示器采用TFT显示器，用于实时对采集数据的作曲线、表格显示、规范设置、存储管理、报警区间设置、曲线报警数据的录入、报警指示和解除、软件版本说明和帮助进行显示，生产人员根据曲线对比，就能识别是否有不良焊点；所述通信接口包括RS485接口、CAN接口、RJ45接口、FIDI串口/USB接口，所述RS485接口通过UART芯片与主处理器通信连接，所述CAN接口通过CAN总线与主处理器通信连接，所述RJ45接口通过W5200芯片和SPI与主处理器通信连接，所述FIDI串口/USB接口通过UAR芯片与主处理器通信连接；所述通讯电路包括2路数字输入电路和常开/常闭继电器；所述输入/输出接口包括SDIO接口，SD卡通过SDIO接口与主处理器作数据传输进行采集数据存储。
在其中一实施例中，所述通讯模块包括无线接收端、扫描仪、PLC、PC/服务器，所述无线接收端通过无线发送端与主处理器作数据传输以进行采集数据存储，所述主处理器通过RS485接口与扫描仪通信连接，使其可扫描工件二维码，所述PLC通过通过RS485接口和CAN接口与主处理器通信连接，以进行规范、指标参数的远程智能设定，所述PC/服务器通过网络与主处理器进行通信连接，对采样数据进一步分析、处理、结果存储备份和数据库管理，PC/服务器还可通过USB从数据处理模块得到采集数做进一步分析、处理、结果存储备份和数据库管理据。
在其中一实施例中，所述焊机控制主板通过2路数字输入电路与数据处理模块通讯连接，对数据处理模块发出焊接数据采集启动同步信号，实现数据采集模块数据采集同步；所述数据处理模块通过常开/常闭继电器与焊接开关通讯连接，对焊接质量有问题的焊机发出焊接异常报警，焊接开关断开停止焊机工作。
本系统能在焊机工作过程中，使用基于罗氏线圈的电流传感器(20安—300万安)、电压传感器(0—30V)、压力传感器(0—100千牛)和位移传感器(0—100毫米)同步信号，实现自动启动和高速采集影响焊接质量的焊接电流、电极电压、功率、电阻、压力、工件位移、能量等参数的数据。而主处理器可按照我们特有的程序和算法，对采集到的数据进行对比、分析、处理，输出质量判断指数，计算出CPK值等，计算出所有的测量参数结果，并依据我们对系统设定的规范、指标参数、标准曲线等，即时在线的对焊接过程中的预压阶段、焊接阶段、维持阶段和休止阶段等进行分析，准确得出焊点的质量结论，对有问题或有问题趋势的焊接进行及时的报警，实现在线快速判断焊接质量的好坏。同时电流、电压、功率、电阻、压力、工件位移、能量等参数以曲线、数据、表格等方式还可在TFT显示屏上显示，并将原始数据、分析结果、产品信息(产品、批次、操作者、焊缝编号、焊接的日期和时间等)、报警信息等数据保存，其对焊接数据的存储量达到300万点以上，保存的年限可根据使用者的需要而设置，满足质量体系及客户对过程参数及相关信息文件的保存期限要求，面对大量的存储数据，系统还提供便捷的数据筛选，查找工具，便于用户在最短的时间查找到所需要的数据，满足质量体系对产品的追溯性控制，对生产数据进行有效地统计，便于生产管理，也可以通过系统的统计功能，可以对生产的产品情况，操作者生产的情况以及产品的质量进行有效的统计，便于我们了解一段时间内某种产品的生产情况；质量情况及操作者的生产情况。
该线监控系统还可通过USB、以太网接口将存贮数据上传到电脑分析软件和服务器中，做进一步的数据分析和归档。为配合工厂自动化和工业4.0的普及，本发明的系统还支持RS485（ModusRTU通讯协议）、TCP/IP（ModbusTCP/IP\ProfiNet），实现与三菱、西门子等PLC进行通信，以达到规范、指标参数的远程及智能设定，配合工厂自动化的布局，对采样数据进一步分析和处理，为客户提供专家级的焊接质量的纪念数据和比对曲线，同时还实现了数据库管理。
本系统的各个测得值可以分别设置上限限报警和下限报警，其实现全过程监测报警，其监测的内容有：压力曲线报警内容、焊接压力建立时间、熔核行程时压力降低值、熔核行程时间，并能够输出外部报警信号。
本发明的电阻焊焊机焊接质量在线监控系统，包括供电模块、数据采集模块、数字处理模块、通讯模块、焊机控制主板和焊机开关；所述供电模块对数据采集模块和数字处理模块供电；所述数据采集模块采集焊接参数，对焊接参数进行模数转换处理，并向所述数据处理模块发送数字信号；所述数字处理模块接收来数据采集模块的数字信号，根据系统的设定，对电阻焊焊接过程采样数据进行对比、分析、处理、保存结果、显示控制、对通信接口控制、输入/输出控制；所述通讯模块与数字处理模块用于进行通信，进行规范、指标参数的远程智能设定，对采样数据作进一步分析、处理和结果存储备份，实现数据库管理；所述焊机控制主板向数字处理模块发出采样启动同步信号，实现数据采集模块数据采集同步；所述焊机开关接收来自数字处理模块的焊接异常报警信号，以进行焊接工作启动或停止。本发明采用独立的实时数据采集卡来提取焊接的特征信号，可创新地提出动态曲线的解决方案，使采用这种点焊质量监测系统后可在线监测每一台焊机、每一个焊点的质量情况，并及时指出不合格的焊点及其形成的原因，使操作者能及时进行在线补救，以有效提高效率和稳定焊点质量的目地的。
上述实施例，只是本发明的一个实例，并不是用来限制本发明的实施与权利范围，凡与本发明权利要求所述内容相同或等同的技术方案，均应包括在本发明保护范围内。
Claims (6)
1.电阻焊焊机焊接质量在线监控系统，其特征在于：包括供电模块、数据采集模块、数字处理模块、通讯模块、焊机控制主板和焊机开关；所述供电模块对数据采集模块和数字处理模块供电；所述数据采集模块采集焊接参数，对焊接参数进行模数转换处理，并向所述数据处理模块发送数字信号；所述数字处理模块接收来数据采集模块的数字信号，根据系统的设定，对电阻焊焊接过程有影响质量的因素量化采样，并对数据进行对比、分析、处理、保存结果、显示控制、对通信接口控制、输入/输出控制；所述通讯模块与数字处理模块用于进行通信，进行规范、指标参数的远程智能设定，对采样数据作进一步分析、处理和结果存储备份，实现数据库管理；所述焊机控制主板向数字处理模块发出采样启动同步信号，实现数据采集模块数据采集同步；所述焊机开关接收来自数字处理模块的焊接异常报警信号，以进行焊接工作启动或停止。
2.根据权利要求1所述的电阻焊焊机焊接质量在线监控系统，其特征在于：所述供电模块包括直流电源、锂电池组、电池管理模块、变压器、模拟电源和数字电源；所述直流电源向变压器、电池管理模块和锂电池组提供12V供电，当锂电池组缺电的情况下，直流电源可对其充电，电池管理模块对充电的锂电池组进行保护，变压器对12V的直流电源进行降压处理后，使12V的直流电源经变压器后输出的电压变为3.3V、电流为1A或输出的电压为5V、电流为1A，输出的电源可用于对数据采集模块进行供电，其经变压器还可输出低纹波正负电压为7V、电流为600mA的电源对数字处理模块进行供电。
3.根据权利要求1所述的电阻焊焊机焊接质量在线监控系统，其特征在于：所述数据采集模块包括电流传感器、电压传感器、压力传感器、位移传感器、模拟信号调理模块和模数转换器，所述模拟信号调理模块包括限压保护电路、变换电路、滤波电路、积分电路和单转差分电路，电流传感器、电压传感器、压力传感器和位移传感器，各采集焊接参数的速度为133K/秒-250K/秒，电流传感器对焊接电流进行采集，电压传感器对焊接过程的次级电压进行采集，压力传感器对焊接过程压力进行采集，位移传感器对焊接过程电极头的位移进行采集，其分别形成电流模拟信号、电压模拟信号、压力模拟信号和位移模拟信号后经限压保护电路、变换电路和滤波电路进行限压保护、变换和滤波，电流信号继续经过积分电路进行积分，计算出动态电阻，当电流信号调理到正负10V范围内的低噪声单端传感信号时，经单转差分电路转为抗干扰能力强的差分信号后输入到模数转换器，模数转换器对各差分信号进行模数转换处理，模数转换器为4个独立的16位、转换率最高2兆的模数转换器，以保证电流、电压、压力、位移传感信号在同一时刻得以同步及精度高。
4.根据权利要求1所述的电阻焊焊机焊接质量在线监控系统，其特征在于：所述数字处理模块包括FPGA、高速缓存、主处理器、显示器、通信接口、通讯电路、输入/输出接口和无线发送端；所述FPGA包括FIFO模块和DSP模块，模数转换器输出的高速数字信号送入到FPGA内部10K深度的FIFO模块和DSP模块，当数据预处理后，再存入到256MB的高速缓存中，高速数据采集时保证采集数据的正确存贮；所述主处理器接收来自FPGA的数字信号，并根据系统的设定进行对比、分析和处理，输出质量判断指数，计算出CPK值，以实现在线快速判断焊接质量的好坏；所述显示器采用TFT显示器，用于实时对采集数据的作曲线、表格显示、规范设置、存储管理、报警区间设置、曲线报警数据的录入、报警指示和解除、软件版本说明和帮助进行显示；所述通信接口包括RS485接口、CAN接口、RJ45接口、FIDI串口/USB接口，所述RS485接口通过UART芯片与主处理器通信连接，所述CAN接口通过CAN总线与主处理器通信连接，所述RJ45接口通过W5200芯片和SPI与主处理器通信连接，所述FIDI串口/USB接口通过UAR芯片与主处理器通信连接；所述通讯电路包括2路数字输入电路和常开/常闭继电器；所述输入/输出接口包括SDIO接口，SD卡通过SDIO接口与主处理器作数据传输进行采集数据存储。
5.根据权利要求1所述的电阻焊焊机焊接质量在线监控系统，其特征在于：所述通讯模块包括无线接收端、扫描仪、PLC、PC/服务器，所述无线接收端通过无线发送端与主处理器作数据传输以进行采集数据存储，所述主处理器通过RS485接口与扫描仪通信连接，使其可扫描工件二维码，所述PLC通过通过RS485接口和CAN接口与主处理器通信连接，以进行规范、指标参数的远程智能设定，所述PC/服务器通过网络与主处理器进行通信连接，对采样数据进一步分析、处理、结果存储备份和数据库管理，PC/服务器还可通过USB从数据处理模块得到采集数做进一步分析、处理、结果存储备份和数据库管理据。
6.根据权利要求1所述的电阻焊焊机焊接质量在线监控系统，其特征在于：所述焊机控制主板通过2路数字输入电路与数据处理模块通讯连接，对数据处理模块发出焊接数据采集启动同步信号，实现数据采集模块数据采集同步；所述数据处理模块通过常开/常闭继电器与焊接开关通讯连接，对焊接质量有问题的焊机发出焊接异常报警，焊接开关断开停止焊机工作。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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Address after: 510000 No. 63, New Road, Taiping Town, Conghua District, Guangzhou City, Guangdong Province Patentee after: HERON INTELLIGENT EQUIPMENT Co.,Ltd. Address before: 510990 No. 9 Fengying Road, Conghua Economic Development Zone, Guangzhou, Guangdong Province Patentee before: HERON INTELLIGENT EQUIPMENT Co.,Ltd. |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
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Application publication date: 20160224 Assignee: Guangzhou Henglong Intelligent Technology Co.,Ltd. Assignor: HERON INTELLIGENT EQUIPMENT Co.,Ltd. Contract record no.: X2023980053562 Denomination of invention: Online monitoring system for welding quality of resistance welding machine Granted publication date: 20170704 License type: Common License Record date: 20231222 |
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