KR100266040B1 - Apparatus for testing welding state of welder - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 점 용접기(Spot Welder)에 의한 용접부의 품질(이하, 용접질이라함)을 평가하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 점 용접기의 역률각을 이용하여 용접질을 평가하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for evaluating the quality of a weld (hereinafter, referred to as weld quality) by a spot welder, and more particularly, to an apparatus for evaluating weld quality using a power factor angle of a spot welder. will be.
점 용접은 두장 또는 그 이상의 얇은 박판을 전극 사이에 공기압으로 압착시킨 상태에서 큰 전류(8,000~30,000A)를 공급하여 모재 사이에 발생하는 접촉 및 압축 저항을 이용한 주울열로 모재의 접촉부를 용융 접합시키므로써 단순하면서도 깨끗한 접합부를 얻을 수 있는 용접 방법이다.Spot welding melt-bonds the contact parts of the base material by Joule heat using contact and compression resistance generated between the base materials by supplying a large current (8,000 ~ 30,000A) while pressing two or more thin sheets by air pressure between the electrodes. It is a welding method to obtain a simple but clean joint.
점 용접의 3대 기본 요소는 가압, 통전 시간 그리고 통전량이다. 따라서, 점용접용 제어 장치는 용접 개시 요구에 대하여 가압 실린더 작동, 초기 가압, 통전, 유지 및 실린더 가압 해제 등의 동작을 순차적으로 수행하여야 한다.The three basic elements of spot welding are pressurization, energization time and energization. Therefore, the spot welding control device must sequentially perform operations such as pressurized cylinder operation, initial pressurization, energization, holding, and cylinder depressurization for the welding start request.
점 용접에서 용접질은 표면에 남은 용접 자국, 용접부의 크기, 강도, 내부 결함, 그리고 용접 모재인 금속 표면의 벌어짐 등으로 나타난다. 이들중에서 용접 자국과 판의 벌어짐은 외부적으로 노출되는 외관상의 품질이고, 용접 강도 및 내부 결함은 실제 용접된 구조물의 품질과 직접적인 연관이 있는 항목이다. 용접질은 외부적으로 드러나는 품질보다는 용접 강도에 해당하는 것을 지칭하는 것이 대부분이며, 그 평가 방법은 파괴 검사 방법과 비파괴 검사 방법으로 대별할 수 있다.In spot welding, weld quality is indicated by weld marks remaining on the surface, weld size, strength, internal defects, and cracking of the metal surface as the welding base material. Among them, the weld marks and the flare of the plate are the externally exposed appearance quality, and the weld strength and the internal defect are the items directly related to the quality of the actual welded structure. The weld quality generally refers to the weld strength rather than the externally revealed quality, and the evaluation method can be roughly classified into a fracture test method and a non-destructive test method.
용접질은 정확하게 검사하기 위해서는 용접부를 절단하여 용융부의 금속 조직을 관찰, 측정하는 것이 불가피하다. 그러나, 이러한 파괴 검사 방법은 검사 대상이 표본 추출된 것이므로 검사에 한계성이 있어, 용용부의 형성 과정을 정성적(qualitatively)으로 나타내는 용접 변수들을 고찰하여 통해 용접 상태를 파악하는 것이 일반적인 경향이다.In order to inspect the weld quality accurately, it is inevitable to cut the weld and observe and measure the metal structure of the melt. However, such a fracture inspection method has a limitation in inspection since the inspection object is sampled, and it is a general trend to grasp the welding state by examining welding variables that qualitatively indicate the formation process of the molten metal.
용접 변수를 이용한 용접질 판단의 방법으로서 착안된 것이 용접중의 동저항 특성을 이용하는 방법이다. 점 용접에서는 용접이 진행되면서 용접 재료의 저항이 변화하는(이를 동저항이라 한다.) 특성을 가지며, 저항의 변화 상태는 용융부의 형성 과정이 반영된다. 따라서, 동저항을 측정하므로써 용접질을 나타낼 수 있는 용융부의 크기 등을 검출할 수 있다.What was conceived as a method of determination of weld quality using welding parameters is a method of using the dynamic resistance characteristic during welding. In spot welding, the welding material undergoes a change in resistance of the welding material (referred to as dynamic resistance), and the change state of the resistance reflects the formation of the molten portion. Therefore, by measuring the copper resistance, it is possible to detect the size and the like of the melted portion that can exhibit weld quality.
종래에는 이러한 동저항 특성을 인공 신경 회로망에 학습시키므로써 용융부의 크기를 추정하였다.In the related art, the size of the melted portion was estimated by learning the dynamic resistance characteristics of the artificial neural network.
한편, 동저항을 측정하기 위하여 종래에는 용접 전극사이의 전위차와 통전되는 전류량을 반 사이클 단위로 측정하고, 옴(Ohm)의 법칙을 이용하여 저항값을 측정하는 방법을 채용하였다. 즉, 동저항은 용접 공정중 변화하는 전극 양단의 전압 신호를 전류 신호로 나누어서 용접 사이클별 변화 곡선으로 얻어지는 것이다. 따라서, 인공 신경망을 이용한 종래의 용접질 판단 장치에서는 전극 양단의 전압 및 전류를 측정하기 위한 별도의 장치가 필요하다는 문제가 있다.On the other hand, in order to measure the copper resistance, conventionally, a method of measuring the resistance value using the Ohm's law is measured by measuring the potential difference between the welding electrodes and the amount of energized current in half cycle units. In other words, the copper resistance is obtained by dividing the voltage signal at both ends of the electrode that changes during the welding process into a current signal and changing the curve for each welding cycle. Therefore, there is a problem that a conventional apparatus for determining weld quality using an artificial neural network requires a separate device for measuring voltage and current at both ends of an electrode.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은, 점 용접기에서의 역률각을 이용하여 용접질을 판단할 수 있는 용접질 판단 장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a welding quality judging device capable of judging welding quality using a power factor angle in a spot welding machine.
제1도는 점 용접기의 개략 블록도.1 is a schematic block diagram of a spot welder.
제2도는 가변 탭이 있는 점 용접기의 개략 블록도.2 is a schematic block diagram of a spot welder with variable taps.
제3도 및 제4도는 저항 및 인덕턴스를 갖는 교류 회로에서의 전압과 전류의 위상차를 도시하기 위한 도면.3 and 4 are diagrams for showing the phase difference between voltage and current in an alternating current circuit having resistance and inductance.
제5도 및 제6도는 다이리스터를 이용한 점 용접기에서의 전류 외상 제어 방법을 도시하기 위한 도면.5 and 6 are diagrams for illustrating a method of controlling current trauma in a spot welder using a thyristor.
제7도는 본 발명에 따른 점 용접기의 용접질 판단 장치의 블록도.7 is a block diagram of the welding quality judgment device of the spot welder according to the present invention.
제8도 및 제9도는 본 발명에 따른 점 용접기의 용접질 판단 장치에 구성되는 테이블에 저장되는 정보의 예를 도시한 도면.8 and 9 are diagrams showing examples of information stored in a table constituted in a welding quality judgment device of a spot welder according to the present invention.
제10도는 본 발명에 따른 점 용접기의 용접질 판단 장치의 작동 흐름도.10 is an operation flowchart of the welding quality judgment device of the spot welder according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
2-1, 2-2 : 전극 5 : 통전 검출부2-1, 2-2: electrode 5: energization detecting unit
6 : 제어 장치 7 : 롬6: control device 7: ROM
8 : 인공 신경망8: artificial neural network
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다이리스터의 점화각을 제어하므로서 전극에 인가되는 실효치 전류량을 제어하는 점 용접기에서 용접질을 판단하기 위한 장치로서, 전극에 연결되어 상기 전극간의 통전 상태를 검출하는 통전 검출부와; 소정 역률각에서 점화각에 대한 실효치 전류가 저장되어 있는 제 1 테이블과; 점화각과 통전각에 대한 역률각 정보가 저장되어 있는 제 2 테이블과; 통전 검출부의 통전 상태에 대응하여 상기 다이리스터 통전각을 검출하며, 제 2 테이블을 이용하여 상기 다이리스터의 점화각 및 통전각에 대응하는 역률각을 검출하고, 기설정된 실효치 값의 전류가 전극에 제공되도록 제 1 테이블을 이용하여 검출된 역률각에 대응하는 점화각을 검출하여 상기 다이리스터를 점화시키는 제어 수단과; 제어 수단의 역률각을 인가받고, 역률각의 변동에 따라 용접질을 판단하는 인공 신경망을 포함한다.The present invention for achieving this object is a device for determining the weld quality in a spot welder that controls the amount of effective value current applied to the electrode while controlling the ignition angle of the thyristors, connected to the electrode to detect the energized state between the electrodes An energization detection unit; A first table storing an effective current for an ignition angle at a predetermined power factor; A second table storing power factor angle information on the ignition angle and the energization angle; In response to the energization state of the energization detector, the energization angle of the thyristors is detected, and a power factor angle corresponding to the ignition angle and the energization angle of the thyristors is detected using a second table, and a current having a predetermined effective value is applied to the electrode. Control means for detecting the ignition angle corresponding to the detected power factor angle using the first table to ignite the thyristor; It includes an artificial neural network that receives the power factor angle of the control means, and determines the weld quality in accordance with the change of the power factor angle.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명을 행하기 위한 점 용접기에 대하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.First, a point welder for carrying out the present invention will be described schematically.
제1도에는 용접기의 개략도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 부재(1)를 용접하기 위한 전극(2-1, 2-2)에는 트랜스포머(T)를 통하여 전류가 제공된다.1 shows a schematic diagram of a welder. As shown, currents are provided to the electrodes 2-1 and 2-2 for welding the
여기서, 점 용접에 사용되는 전원은 교류 220V, 380V, 440V가 일반적인데, 이를 큰 권수비의 트랜스포머로 강하시키므로써 높은 전류를 얻는다. 그 관계는 다음과 같다.In this case, the power source used for spot welding is AC 220V, 380V, 440V, which is generally lowered by a large turns ratio transformer to obtain a high current. The relationship is as follows.
여기서, V1, I1, N1 : 1차측 전압, 전류 및 트랜스포머의 권선수Where V1, I1, N1: primary voltage, current and number of turns of transformer
V2,, I2, N2 : 2차측 전압, 전류 및 트랜스포머의 권선수V2, I2, N2: secondary voltage, current and number of turns of transformer
즉, 트랜스포머의 1,2차측 전력은 항상 일정하므로 1차측의 전압을 변압기로 강하시켜 2 차측에 높은 전류를 발생시키는 것이다. 따라서, 2차측에서 두 전극 사이에 걸리는 전압은 수V 정도로 낮아지게 된다. 2차측에서 얻을 수 있는 전류의 크기는 변압기의 권수비(N2/N1)에 의하여 결정되므로 종래의 용접기는 제2도에 도시된 바와 같이 가변 탭(Tap)(3-1, 3-2, 3-3)을 설치하고, 스위치(4)로 권수비를 변경하여 통전량을 조절하였다.That is, since the primary and secondary power of the transformer is always constant, the voltage on the primary side is dropped by a transformer to generate a high current on the secondary side. Therefore, the voltage applied between the two electrodes on the secondary side is lowered to about several volts. Since the magnitude of the current that can be obtained from the secondary side is determined by the turn ratio (N2 / N1) of the transformer, the conventional welding machine is provided with the variable taps 3-1, 3-2, and 3- as shown in FIG. 3) was installed and the amount of energization was adjusted by changing the turn ratio with the switch (4).
제2도에 도시된 바와 같이 탭을 이용하면, 전류량을 가변시켜 용접을 행할 수 있으나, 도시된 바와 같이 전류 가변의 단계가 한정되어 있고, 수동으로 탭을 회전시켜야 하는 등의 사용상 불편이 수반된다.When the tap is used as shown in FIG. 2, welding can be performed by varying the amount of current, but as shown, the step of varying the current is limited, and inconveniences in use such as manually rotating the tab are involved. .
이러한 불편을 해소하기 위하여 전력 소자(Thyrister, SCR)로 교류 전원의 통전 시기를 제어하므로써 전류량을 제어하는 방법이 제안되고 있다.In order to alleviate this inconvenience, a method of controlling the amount of current by controlling the energization time of the AC power source through a power element (Thyrister, SCR) has been proposed.
이를 구체적으로 설명하면 용접기는 제3도에 도시된 바와 같이 저항 성분(R)과 인덕턴스 성분(L)의 임피던스를 가진다. 따라서, 제4도에 도시된 바와 같이 용접 전압(V)에 대하여 위상차(Phase difference)를 갖는 전류(i)가 흐르며, 이러한 위상차(θ)를 역률각, COSθ를 역률(Power factor)이라 한다.Specifically, the welder has impedances of the resistance component R and the inductance component L, as shown in FIG. 3. Accordingly, as shown in FIG. 4, a current i having a phase difference with respect to the welding voltage V flows, and this phase difference θ is referred to as a power factor and COSθ is referred to as a power factor.
용접기에서 전류(i)를 제어하기 위한 방법으로, 제5도와 같이 다이리스터(SCR1,2)가 사용되며, 제6도에 도시된 바와 같이 다이리스터(SCR1,2)의 게이트 단자에 신호(igate)를 인가하는 것을 점화(Firing)라 한다. 점화각(Firing angle)(α)으로부터 전류(i)가 제공되며, 전류(i)의 제공은 소멸각(Extinction angle(β))에서 종료한다. 소멸각(β)은 용접기 회로의 특성에 의하여 좌우된다. 통전각(λ)은 점화각(α)으로 부터 소멸각(β)까지 즉, 다이리스터가 구동한 각을 의미한다.As a method for controlling the current (i) in the welding machine, the thyristors (SCR1, 2) are used as shown in FIG. 5, and the signal (i) at the gate terminal of the die Lister (SCR1, 2) as shown in FIG. The application of a gate is called firing. The current i is provided from the firing angle α, and the provision of the current i ends at the extinction angle β. The extinction angle β depends on the characteristics of the welder circuit. The conduction angle λ means the angle driven from the ignition angle α to the extinction angle β, that is, the thyristor.
따라서, 사용자는 역률각(θ)이 결정되었을 때에 점화각(α)을 조정하므로써 전류(i)량을 제어할 수 있으나, 역률각(θ)은 용접시에도 변화하는(용접물의 형상, 용접물이 포켓에 삽입되는 길이 및 형태, 용접중의 저항 성분의 변동 등에 의하여) 특성을 갖고 있다.Therefore, the user can control the amount of current i by adjusting the ignition angle α when the power factor angle θ is determined, but the power factor angle θ changes even during welding (the shape of the welded material and the welded material). The length and shape to be inserted into the pocket, variations in resistance components during welding, etc.).
여기서, 상술한 바와 같이 점용접 시스템은 R, L 회로로 이상화시킬 수 있으며, 이상화된 용접기에서 전압과 전류는 다음과 같은 관계를 가지며 역률각(θ)이 변동된다.Here, as described above, the spot welding system can be idealized by R and L circuits. In the idealized welding machine, voltage and current have the following relationship, and the power factor angle θ is varied.
역률각(θ)은,The power factor (θ) is
R : 용접기 전체의 저항R: resistance of the whole welder
L : 용접기 전체의 인덕턴스L: Inductance of the whole welding machine
ω: 입력 전원의 각속도ω: angular velocity of input power
여기서, 용접 작업의 종류에 따라 저항(R)과 인덕턴스(L)는 변동할 수 있다. 저항(R)은 용접기의 두 전극 사이에 위치한 시편 즉, 용접 부재의 종류와 두께에 따라 달라지고, 용접이 진행되는 동안 용융부는 급격한 온도 변화를 가지므로 시편 재질의 온도, 비저항 상수에 따라서 저항값도 변화한다.Here, the resistance R and the inductance L may vary depending on the type of welding operation. The resistance (R) depends on the specimen located between the two electrodes of the welder, that is, the type and thickness of the welding member, and during the welding, the molten part has a sudden temperature change, so the resistance value depends on the temperature and specific resistance constant of the specimen material. Also changes.
인덕턴스(L) 역시 전극 사이에 투입되는 시편의 모양과 크기에 따라 변화하나, 용접이 진행되는 동안은 동일한 시편이 전극 사이에 위치하므로 동일한 값을 유지한다.Inductance (L) also varies depending on the shape and size of the specimen introduced between the electrodes, but maintains the same value during welding because the same specimen is located between the electrodes.
각속도(ω)는 용접 전원의 각속도인 바,라는 일정한 값을 가진다. 따라서, 용접도중 변동하는 요인은 저항(R) 뿐이라는 결론을 내릴 수 있다.Angular velocity (ω) is the angular velocity of the welding power source. Has a constant value. Therefore, it can be concluded that the only factor that changes during welding is resistance (R).
저항(R)의 변화는 주로 전극사이에서 일어나므로 저항(R)의 변동량은 곧 전극 사이의 저항 변화로 볼 수 있다.Since the change in the resistance R mainly occurs between the electrodes, the amount of change in the resistance R can be regarded as the change in resistance between the electrodes.
여기서, 상술한 수식 1은 수식 2와 같이 변경할 수 있다.Here,
수식 2에서 θ는 상술한 바와 같이 반 사이클마다 모니터링되는 역률각이며, 후술하는 바와 같이 점화각과 통전각을 이용하여 계산되는 값이다. 즉, ωL은 상수이고, cotθ의 변화는 저항(R)의 변화로 생각할 수 있는 바, 인공 신경망에 의한 용접질의 판단은 역률각(θ)을 이용할 수 있는 것이다.In Equation 2, θ is a power factor angle monitored every half cycle as described above, and is a value calculated using an ignition angle and an energization angle as described below. That is, ω L is a constant, and the change in cot θ can be thought of as a change in resistance R. The determination of weld quality by an artificial neural network can use the power factor angle θ.
제7도는 본 발명에 따른 장치의 개략 블록도이다.7 is a schematic block diagram of an apparatus according to the present invention.
도시된 바와 같이 트랜스포머(T)를 통하여 전극(2-1, 2-2)에 제공되는 전류는 다이리스터(SCR1, SCR2)의 게이트에 인가되는 신호(igate)에 의하여 제어된다. 일단의 전극(2-1 또는 2-2)에는 통전 검출부(5)가 구성되어 있으며, 통전 검출부(5)는 전극(2-1, 2-2)간의 통전 상태를 검출하여 제어 장치(6)에 인가하도록 구성되어 있다.As shown, the current provided to the electrodes 2-1 and 2-2 through the transformer T is controlled by the signal i gate applied to the gates of the thyristors SCR1 and SCR2. An
제어 장치(6)는 마이크로 프로세서등으로 구성되며, 사용자로부터 입력되는 설정 전류량(ISET)에 대응하여 다이리스터(SCR1,2)의 점화각(α)을 조절하도록 구성되어 있다. 제어 장치(6)는 점화각(α)을 조절하기 위하여 통전 검출부(6)의 통전 상태에 따라 롬(7)내의 테이블(71,72) 정보를 사용한다.The
테이블(71)내에는 제8도에 도시된 바와 같이 소정 역률각(θ)에서 점화각(α)에 대한 실효치 전류(IRMS)가 저장되어 있다.In the table 71, as shown in FIG. 8, the effective value current I RMS for the ignition angle α is stored at a predetermined power factor angle θ.
또한, 테이블(72)내에는 제9도에 도시된 바와 같이 점화각(α)과 통전각(λ)에 대한 역률각(θ)에 대한 정보가 저장되어 있다.Further, in the table 72, as shown in FIG. 9, information on the power factor angle θ with respect to the ignition angle α and the conduction angle λ is stored.
제9도에 의한 정보는 다음의 수학식 3과 같이 역률각(θ)및 점화각(α)의 관계를 수치 해석으로 풀면 구할 수 있다.Information according to FIG. 9 can be obtained by solving the relationship between the power factor angle θ and the ignition angle α by numerical analysis, as shown in
또한, 본 발명의 제어 장치(6)에는 인공 신경망(8)이 구성되어 있으며, 제어 장치(6)는 후술하는 바와 같이 역률각(θ)의 변동을 검출하여 인공 신경망(8)에 인가하고, 인공 신경망(8)은 역률각(θ)의 변동을 이용하여 용접질을 판단한다.Moreover, the artificial
제10도에는 상술한 구성을 갖는 장치에서 제어 장치(6)가 행하는 흐름도가 도시되어 있다.10 shows a flowchart performed by the
도시된 바와 같이 제어 장치(6)는 그 초기 구동시에는 설정 전류치 및 용접사이클(n)을 독출하고, 테이블(71)내에서 원하는 실효치 전류값(iRMS)에 대응하는 점화각(α)을 독출한다(단계 12). 이때의 역률각(θ)은 임의의 값으로 설정할 수 있다.As shown in the drawing, the
단계(12)에서 점화각(α)을 독출한 제어 장치(6)는 독출된 점화각(α)에서 다이리스터(SCR)에 신호(igate)를 인가하므로써 전극(2-1, 2-2)에 전류를 제공하고(단계 13) 통전 검출부(5)의 출력에 의하여 전극(2-1, 2-2)간의 통전이 종료되었는가를 판단한다(단계 14).The
단계(14)에서 통전이 검출되면, 제어 장치(6)는 통전각(λ)을 용이하게 검출할 수 있으며, 이와 같이 검출된 통전각(λ)과 점화각(α)을 테이블(72)에 대입하여 이때의 역률각(θ)을 검출할 수 있다(단계 15).If energization is detected in step 14, the
역률각(θ)을 검출한 제어 장치(6)는 원하는 전류값(iRMS)및 검출된 역률각(θi)에 대응하는 점화각(α)을 테이블(71)내에서 검출한다(단계 15).The
그리고, 제어 장치(6)는 임의의 변수(i)를 1 증가 시키고(단계 16)가 증가된 변수(i)가 용접 사이클(n)이상인가를 판단하여(단계 17), 이상인 경우에는 상술한 용접 과정을 종료한다(단계 18).Then, the
그리고, 제어 장치(6)는 이 저장된 역률각(θi)을 인공 신경망(8)에 인가하여, 인공 신경망으로 하여금 용접질을 판단케 하고(단계 19), 인공 신경망(8)에서 추정된 용접 품질 도시하지 않은 출력 장치등을 통하여 출력한다(단계 20).Then, the
즉, 본 발명에서는 점 용접기에서의 용접질을 인공 신경망을 이용하여 판단할 때에 동저항을 이용하는 것이 아닌 역률각(θ)을 이용하여 판단하는 바, 별도의 동저항 측정 장치가 필요없이 용이하게 용접질을 판단할 수 있는 효과가 있다.That is, in the present invention, when the weld quality of the spot welding machine is determined by using an artificial neural network, it is determined by using the power factor angle θ, not using dynamic resistance. The quality can be judged.
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KR1019970023022A KR100266040B1 (en) | 1997-06-04 | 1997-06-04 | Apparatus for testing welding state of welder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100266040B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102107323A (en) * | 2010-12-29 | 2011-06-29 | 天津商科数控设备有限公司 | Resistance welding nugget quality control method |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07185835A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Device for monitoring weld quality of resistance welding |
-
1997
- 1997-06-04 KR KR1019970023022A patent/KR100266040B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07185835A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Device for monitoring weld quality of resistance welding |
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---|---|---|---|---|
CN102107323A (en) * | 2010-12-29 | 2011-06-29 | 天津商科数控设备有限公司 | Resistance welding nugget quality control method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR19990000246A (en) | 1999-01-15 |
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