KR100598700B1 - 마크 자동용접 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마크 자동용접 장치에 관한 것으로서, 선박 외판에 마크 및 문자의 용접작업을 시행하는 장치에 있어서, 상면에 래크 기어(130)가 구비되고, 하부에는 레일 고정부(120)가 구비되며, 양단에는 손잡이(112)가 형성된 브래킷(110)이 구비되되, 상기 레일 고정부(120)는 본체의 하부에 압축 스프링(122)에 의해 지지되는 볼 캐스터(124)와, 상기 볼 캐스터(124)의 측면에 구비되는 전자석으로 이루어지는 가이드 레일(100)과; 상기 가이드 레일(100)의 양측에 밀착되어 회전하는 가이드 롤러(210)가 구비되고, 상기 래크 기어(130)에 맞물리는 피니언 기어(220)를 구동시키는 캐리지 구동모터(230)가 구비되며, 상단에 Z축(240)과 Y축(250)이 구비되는 캐리지(200)와; 상기 캐리지(200)의 Y축(250)에 장착되어 축상을 이동하도록 구비되고, 케이블(C)로 용접기(310)에 연결되어 용접기(310)의 제어에 의해 작동되는 용접토치(300)와; 상기 용접토치(300)의 측단에 고정되어 작업 기준선을 인식하는 레이져 포인터(400)와; 상기 캐리지(200), 용접기(310) 및 작업 데이터가 전송되는 운영 컴퓨터와 케이블(C)로 연결되어 운영 컴퓨터에서 전송되는 데이터에 의해 상기 캐리지(200) 및 용접기(310)를 제어하는 제어기(500)와; 상기 제어기(500)에 케이블(C)로 연결되고, 엘씨디화면, 키패드 및 제어스위치가 구비되어 제어기(500)에 전송된 데이터를 확인하고, 캐리지(200)에 작업을 배분하며, 필요시 데이터를 수정하는 펜던트(600)를 포함하되, 상기 캐리지(200)의 가이드 롤러(210)는 텐션장치(212)를 가지는 세퍼레이팅뭉치(214)로 지지되어, 작업시에는 텐션장치(212)에 의해 가이드 레일(100)에 밀착되어 동작하고, 작업완료 후에는 세퍼레이팅뭉치(214)를 회전시켜 가이드 레일(100)에서 가이드 롤러(210)를 분리시켜서, 캐리지(200)와 가이드 레일(100)을 분리시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 마크 자동용접 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 마크 자동용접 장치는 다양한 형태의 선체 외판상의 마크 및 문자의 용접을 자동화함으로써 생산성 향상과 품질안정을 기할 수 있고, 동시에 다수개의 캐리지로 작업이 이루어짐으로써 생산성을 극대화하는 효과가 있다.
또한, 장치를 소형화하고, 분리 가능하게 함으로써 소지 및 보관이 용이하여 장치의 활용도를 높이는 효과가 있다.
마크, 용접, 자동용접, 용접토치, 레이져포인터, 전자석, 제어기

Description

마크 자동용접 장치{EQUIPMENT FOR AUTOMATIC WELDING OF MARK}
도 1은 본 발명에 따른 마크 자동용접 장치의 개략도이고,
도 2는 본 발명에 따른 브래킷부의 측면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 캐리지의 X축 이동 및 분리와 레일 고정부를 나타내는 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 캐리지의 Y축 및 Z축 이동을 나타내는 정단면도이며,
도 5는 본 발명에 따른 캐리지의 Y축 및 Z축 이동을 나타내는 측단면도이다.
※ 도면 중 주요부분에 대한 부호 설명
100 : 가이드 레일 110 : 브래킷
112 : 손잡이 120 : 레일 고정부
122 : 압축 스프링 124 : 볼 캐스터
126 : 전자석 120 : 래크 기어
200 : 캐리지 210 : 가이드 롤러
212 : 텐션장치 214 : 세퍼레이팅뭉치
220 : 피니언 기어 230 : 캐리지 구동모터
240 : Z축 242 : Z축 구동모터
244 : 볼 스크류 246 : 엘엠가이드
250 : Y축 252 : Y축 구동모터
254 : 래크앤피니언 기어 300 : 용접토치
310 : 용접기 400 : 레이져 포인터
500 : 제어기 510 : 제어기 이송용 캐리지
600 : 펜던트 C : 케이블
본 발명은 마크 자동용접 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수동작업에 의존 중인 선체 외판 상의 각종 마크 용접작업을 자동화하여 생산성을 향상하고 품질의 향상을 얻고자 하는 마크 자동용접 장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박의 외판에는 각종 마크 및 문자가 마킹 되어진다. 하지만 단순한 도색만으로는 마크 및 문자가 쉽게 손상되거나 지워지기 때문에 마크 및 문자의 외곽선을 수동 용접으로 새긴 후 내부에 도색을 함으로써 마크 및 문자의 손상을 방지하고 있다.
그리고, 보통의 경우 선박이 건조된 상태에서는 마크 및 문자의 용접이 어려우므로 선박의 건조단계에서 선박의 외판이 되는 판재에 미리 마크의 용접을 하고 있는 실정이다. 또한, 선박의 건조과정에서 각 판재의 용접이나, 블럭단계의 용접, 탑재시의 용접 등 각 단계별 용접에 의해 외판이 수축되는 것을 적절히 감안하여 각 마크와 마크 사이 및 문자 간격 등에 수축마진을 적용하여 작업자가 수동으로 기준선, 마크 및 문자의 위치를 먹줄 등을 이용하여 마킹하고, 해당 마크 및 문자를 그려 넣은 후 외곽라인에 일정간격으로 펀칭을 하고 수동으로 용접한다.
하지만, 마크를 용접하는 작업은 선박의 외판 모두에 적용되지 않으므로 라인생산방식의 현 작업체제에서는 마크 및 문자 용접 작업이 해당 라인의 주작업보다 오래 걸리는 경우 전체 작업을 지연시키는 문제점이 있고, 또한 작업을 수동에 의존하다보니 품질저하의 원인이 되어 선박건조가 완료된 시점에서 수정지적을 받아 재작업하는 등의 후공정이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 선박의 외판에 각종 마크 및 문자의 마킹작업을 자동화하여 생산성 향상, 안전성 확보 및 정도를 향상시키고, 이동과 보관을 간편하게 할 수 있는 마크 용접장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 선박 외판에 마크 및 문자의 용접작업을 시행하는 장치에 있어서, 상면에 래크 기어(130)가 구비되고, 하부에는 레일 고정부(120)가 구비되며, 양단에는 손잡이(112)가 형성된 브래킷(110)이 구비되되, 상기 레일 고정부(120)는 본체의 하부에 압축 스프링(122)에 의해 지지되는 볼 캐스터(124)와, 상기 볼 캐스터(124)의 측면에 구비되는 전자석으로 이루어지는 가이드 레일(100)과; 상기 가이드 레일(100)의 양측에 밀착되어 회전하는 가이드 롤러(210)가 구비되고, 상기 래크 기어(130)에 맞물리는 피니언 기어(220)를 구동시키는 캐리지 구동모터(230)가 구비되며, 상단에 Z축(240)과 Y축(250)이 구비되는 캐리지(200)와; 상기 캐리지(200)의 Y축(250)에 장착되어 축상을 이동하도록 구비되고, 케이블(C)로 용접기(310)에 연결되어 용접기(310)의 제어에 의해 작동되는 용접토치(300)와; 상기 용접토치(300)의 측단에 고정되어 작업 기준선을 인식하는 레이져 포인터(400)와; 상기 캐리지(200), 용접기(310) 및 작업 데이터가 전송되는 운영 컴퓨터와 케이블(C)로 연결되어 운영 컴퓨터에서 전송되는 데이터에 의해 상기 캐리지(200) 및 용접기(310)를 제어하는 제어기(500)와; 상기 제어기(500)에 케이블(C)로 연결되고, 엘씨디화면, 키패드 및 제어스위치가 구비되어 제어기(500)에 전송된 데이터를 확인하고, 캐리지(200)에 작업을 배분하며, 필요시 데이터를 수정하는 펜던트(600)를 포함하되, 상기 캐리지(200)의 가이드 롤러(210)는 텐션장치(212)를 가지는 세퍼레이팅뭉치(214)로 지지되어, 작업시에는 텐션장치(212)에 의해 가이드 레일(100)에 밀착되어 동작하고, 작업완료 후에는 세퍼레이팅뭉치(214)를 회전시켜 가이드 레일(100)에서 가이드 롤러(210)를 분리시켜서, 캐리지(200)와 가이드 레일(100)을 분리시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 마크 자동용접 장치를 제공한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 마크 자동용접 장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 브래킷부의 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 캐리지의 X축 이동 및 분리와 레일 고정부를 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 캐리지의 Y축 및 Z축 이동을 나타내는 정단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 캐리지의 Y축 및 Z축 이동을 나타내는 측단면도이다.
도면에서 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 마크 자동용접 장치는 상면에 래크 기어(130)가 구비되고, 하부에는 레일 고정부(120)가 구비되며, 양단에는 손잡이(112)가 형성된 브래킷(110)이 구비되되, 상기 레일 고정부(120)는 본체의 하부에 압축 스프링(122)에 의해 지지되는 볼 캐스터(124)와, 상기 볼 캐스터(124)의 측면에 구비되는 전자석으로 이루어지는 가이드 레일(100)과; 상기 가이드 레일(100)의 양측에 밀착되어 회전하는 가이드 롤러(210)가 구비되고, 상기 래크 기어(130)에 맞물리는 피니언 기어(220)를 구동시키는 캐리지 구동모터(230)가 구비되며, 상단에 Z축(240)과 Y축(250)이 구비되는 캐리지(200)와; 상기 캐리지(200)의 Y축(250)에 장착되어 축상을 이동하도록 구비되고, 케이블(C)로 용접기(310)에 연결되어 용접기(310)의 제어에 의해 작동되는 용접토치(300)와; 상기 용접토치(300)의 측단에 고정되어 작업 기준선을 인식하는 레이져 포인터(400)와; 상기 캐리지(200), 용접기(310) 및 작업 데이터가 전송되는 운영 컴퓨터와 케이블(C)로 연결되어 운영 컴퓨터에서 전송되는 데이터에 의해 상기 캐리지(200) 및 용접기(310)를 제어하는 제어기(500)와; 상기 제어기(500)에 케이블(C)로 연결되고, 엘씨디화면, 키패드 및 제어스위치가 구비되어, 제어기(500)에 전송된 데이터를 확인하고, 캐리지(200)에 작업을 배분하며, 필요시 데이터를 수정하는 펜던트(600)로 이루어진다.
가이드 레일(100)은 상기한 바와같이 상면에 래크 기어(130)가 구비되고, 하부에는 레일 고정부(120)가 구비되며, 양단에는 손잡이(112)가 형성된 브래킷(110)이 구비된다.
상기 레일 고정부(120)는 가이드 레일(100)의 본체 하부에 압축 스프링(122)에 의해 지지되는 볼 캐스터(124)와, 상기 볼 캐스터(124)의 측면에 구비되는 전자석(126)으로 이루어져서, 이동시에는 전자석(126)을 오프시켜 전자석(126)이 선박의 외판과 일정간격 이격되어 볼 캐스터(124)에 의해 이동되게 하고, 작업시에는 전자석(126)을 온시켜 전자석(126)이 선박의 외판에 붙게 하여 장치가 고정된다.
상기 레일 고정부(120)는 상기 가이드 레일(100)의 길이방향(도 1에서 X축 방향)으로 상기 가이드 레일(100)의 양 측면에 장착되어 있다.
본 실시예에서는 상기 레일 고정부(120)의 개수를 2개로 하였으나, 상기 가이드 레일(100)의 길이, 작업환경 등에 따라 그 개수 및 장착 위치를 달리할 수 있다.
상기 브래킷(110)은 상부에는 손잡이(112)가 형성되고, 하부는 상기 가이드 레일(100)의 폭보다 넓으며, 선박의 외판과 밀착되도록 형성하여 가이드 레일(100)의 전도방지 및 이동시 이용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
캐리지(200)는 가이드 레일(100)의 양 측면과 밀착되어 가이딩되는 가이드 롤러(210)가 내재되고, 상기 가이드 레일(100)의 래크 기어(130)와 맞물리는 피니언 기어(220)를 구동시키는 캐리지 구동모터(230)가 구비되어 캐리지 구동모터(230)의 구동에 의해 가이드 레일(100)에서 슬라이딩되며, 캐리지 구동모터(230)의 하부로 외팔보 형태를 갖는 Y축(250)과 Z축 구동모터(242)에 의해 구동되는 볼 스크류(244)로 연결되고, 엘엠가이드(LM Guide;246)에 의해 가이드 되어 Y축(250)을 상하로 이동시키는 Z축(240)이 구비된다.
상기 캐리지(200)는 상기 가이드 레일(100)의 길이방향(도 1에서 X축 방향)으로 상기 가이드 레일(100)에 2개가 장착되어 있다. 따라서, 상기 2개의 캐리지(200)를 동시에 작동시켜, 작업 시간을 단축시킬 수 있다.
상기 2개의 캐리지(200)에는 각각 4개의 가이드 롤러(210)가 내재되어 있다. 4개의 가이드 롤러(210) 중 2개는 상기 가이드 레일(100)의 일 측면 상하부에 각각 위치하고 있으며, 나머지 2개는 상기 가이드 레일(100)의 타 측면 상하부에 각각 위치하고 있다.
본 실시예에서는 상기 캐리지(200)의 개수를 2개로 하였으나, 다른 실시예에서는 그 작업범위 및 작업량에 따라 그 개수를 2개보다 적게 하거나 많게 할 수 있다.
상기 가이드 롤러(210)는 가이드 레일(100)을 중심으로 대칭적인 구조로 내재되고, 그 중 일측에 내재되는 가이드 롤러(210)는 텐션장치(212)를 가지는 세퍼레이팅뭉치(214)로 지지되어, 작업시에는 텐션장치(212)에 의해 가이드 레일(100)에 밀착되어 슬라이딩되고, 작업완료 후에는 세퍼레이팅뭉치(214)를 90도 회전시켜 텐션장치(212)의 스프링을 압축함으로서 가이드 레일(100)에서 가이드 롤러(210) 즉, 캐리지(200)를 분리시킨다.
용접토치(300)는 Y축 구동모터(252)의 구동에 의해 래크앤피니언 기어(254) 구동방식으로 축상을 이동하도록 상기 캐리지(200)의 Y축(250)상에 구비된다.
레이져 포인터(400)는 용접토치(300)의 측단에 고정되고, 작업 기준선과의 틀어진 정도를 자동으로 산출하여 작업간격 및 위치를 결정하게 된다.
제어기(500)는 별도의 제어기 이송용 캐리지(510)에 탑재되어, 상기 캐리지(200), 용접기(310) 및 운영 컴퓨터와 케이블(C)로 연결된다. 그리고, 용접 수축마진 등을 고려한 프로그램이 세팅되어, 캐리지(200) 및 용접기(310)의 동작을 제어함으로써, 용접토치(300)가 세팅된 작업을 할 수 있도록 한다.
이때, 용접토치(300)의 높이는 자동제어 되는데, 용접토치(300)의 높이가 자동제어 되는 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다. 용접토치(300)에 공급되는 전류를 감지하는 전류센서가 구비되어 용접시 공급되는 용접전류를 피드백받아 알고리즘이 계산되고, 그 알고리즘에 따라 지정된 용접전류보다 피드백 값이 높으면 용접토치의 높이를 높이고, 피드백 값이 지정된 용접전류보다 낮으면 용접토치의 높이를 낮추면서 용접토치의 높이를 자동으로 제어한다.
또한, 제어기(500)는 동시에 다수개의 캐리지(200) 및 용접토치(300)를 제어할 수 있어서, 광범위한 작업구간의 작업시에도 동일한 가이드 레일(100)상에서 일정구간을 나누어 다수개의 캐리지(200) 및 용접토치(300)를 구비하여 동시에 작업시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
펜던트(600)는 상기 제어기(500)에 케이블(C)로 연결되고, 엘씨디화면, 키패드 및 제어스위치가 구비되어, 운영 컴퓨터 및 제어기(500)에서 전송된 데이터를 확인하고, 캐리지(200) 및 용접기(310)에 작업을 배분하며, 필요시 데이터를 수정하는 일련의 작업이 수행된다.
위와 같이 구성되는 본 발명에 따른 마크 자동용접 장치는 다음과 같이 작동된다.
먼저 작업할 판재에 기준선을 일정간격으로 마킹한다.
그리고, 설계단계에서 생성되는 마크 및 문자정보를 랜(LAN)을 통하여 현장으로 전달하면 현장에 설치된 운영 컴퓨터에서 마크 및 문자 용접작업 데이터 파일을 작성하여 장치에 전송한다.
작업 데이터의 송수신이 완료되면 기준선이 마킹된 선박의 외판이 될 판재에 장치를 올려놓고 볼 캐스터(114)를 이용하여 가이드 레일(100)을 기준선에 맞게 대략의 위치에 가져다 놓은 후, 레일 고정부(120)에 구비된 전자석(126)을 온시켜 가이드 레일(100)을 판재에 고정시킨다. 이때 가이드 레일(100)은 기준선에 정확히 세팅할 필요는 없다. 하지만, 레이져 포인터(400)의 성능을 감안할 때 가이드 레일(100)과 Y축(250) 각 100mm의 오차범위 안에서 세팅되는 것이 바람직하다.
가이드 레일(100)이 작업영역에 안착되면 가이드 레일(100)에 설치된 캐리지(200)를 일정간격으로 마킹되어 있는 기준선으로 이동하여 캐리지(200)에 장착되어 있는 레이져 포인터(400)를 이용하여 기준선의 위치를 확인한다. 이때 레이져 포인터(400)는 현재 캐리지(200)가 놓인 위치와 기준선과의 틀어진 정도를 자동으로 산출하여 작업간격 및 위치를 결정하게 된다.
상기와 같이 용접준비가 끝나면 작업자는 펜던트(600)를 이용하여 작업내용을 확인하고, 용접을 시작시키면 이후 용접 수축마진 등을 고려한 프로그램이 세팅된 제어기(500)에 의해 캐리지(200)와 용접토치(300)의 동작이 제어되어 문자 및 마킹의 용접이 수행되게 된다. 더불어, 용접이 이루어지는 동안 용접전류를 감지하는 전류센서에 의해 용접전류를 피드백받아 계산된 알고리즘으로 용접토치(300)의 높이도 자동으로 제어된다.
용접작업이 완료되면 레일 고정부(120)의 전자석(126)을 오프시켜 가이드 레일(100)을 판재에서 분리시키고, 보관장소로 이동시킨다. 그리고, 캐리지(200)의 세퍼레이팅뭉치(214)를 90도 회전시켜 텐션장치(212)의 스프링을 압축함으로써 가이드 레일(100)에서 가이드 롤러(210)를 분리시키고, 제어기(500)도 캐리지(200)에서 분리시켜서 제어기 이동용 캐리지(510)를 이용하여 보관장소로 이동시킨다.
상기와 같이 작동되는 마크 자동용접 장치는 작업량이 적거나, 작업구간이 짧은 경우에는 한 개의 캐리지(200)만 운용할 수 있고, 작업량이 많거나 작업구간이 긴 경우에는 일정구간을 다수개의 캐리지(200) 및 용접토치(300)로 나누어 작업을 하는 것이 바람직하며, 이때 다수개의 캐리지(200)는 한 대의 제어기(500) 및 용접토치(300)로 동작이 제어된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마크 자동용접 장치는 다양한 형태의 선체 외판상의 마크 및 문자의 용접을 자동화함으로써 생산성 향상과 품질안정을 기할 수 있고, 동시에 다수개의 캐리지로 작업이 이루어짐으로써 생산성을 극대화하는 효과가 있다.
또한, 장치를 소형화하고, 분리 가능하게 함으로써 소지 및 보관이 용이하여 장치의 활용도를 높이는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 선박 외판에 마크 및 문자의 용접작업을 시행하는 장치에 있어서,
    상면에 래크 기어(130)가 구비되고, 하부에는 레일 고정부(120)가 구비되며, 양단에는 손잡이(112)가 형성된 브래킷(110)이 구비되되, 상기 레일 고정부(120)는 본체의 하부에 압축 스프링(122)에 의해 지지되는 볼 캐스터(124)와, 상기 볼 캐스터(124)의 측면에 구비되는 전자석으로 이루어지는 가이드 레일(100)과;
    상기 가이드 레일(100)의 양측에 밀착되어 회전하는 가이드 롤러(210)가 구비되고, 상기 래크 기어(130)에 맞물리는 피니언 기어(220)를 구동시키는 캐리지 구동모터(230)가 구비되며, 상단에 Z축(240)과 Y축(250)이 구비되는 캐리지(200)와;
    상기 캐리지(200)의 Y축(250)에 장착되어 축상을 이동하도록 구비되고, 케이블(C)로 용접기(310)에 연결되어 용접기(310)의 제어에 의해 작동되는 용접토치(300)와;
    상기 용접토치(300)의 측단에 고정되어 작업 기준선을 인식하는 레이져 포인터(400)와;
    상기 캐리지(200), 용접기(310) 및 작업 데이터가 전송되는 운영 컴퓨터와 케이블(C)로 연결되어 운영 컴퓨터에서 전송되는 데이터에 의해 상기 캐리지(200) 및 용접기(310)를 제어하는 제어기(500)와;
    상기 제어기(500)에 케이블(C)로 연결되고, 엘씨디화면, 키패드 및 제어스위치가 구비되어 제어기(500)에 전송된 데이터를 확인하고, 캐리지(200)에 작업을 배분하며, 필요시 데이터를 수정하는 펜던트(600)를 포함하되,
    상기 캐리지(200)의 가이드 롤러(210)는 텐션장치(212)를 가지는 세퍼레이팅뭉치(214)로 지지되어, 작업시에는 텐션장치(212)에 의해 가이드 레일(100)에 밀착되어 동작하고, 작업완료 후에는 세퍼레이팅뭉치(214)를 회전시켜 가이드 레일(100)에서 가이드 롤러(210)를 분리시켜서, 캐리지(200)와 가이드 레일(100)을 분리시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 마크 자동용접 장치.
  2. 삭제.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캐리지(200)의 Y축(250)은 외팔보 형태를 갖고, Z축(240)은 Z축 구동모터(242)와 볼 스크류(244)로 연결되고, 엘엠가이드(246)에 의해 가이드 되어 상기 Y축(250)을 상하로 이동시키며, 상기 용접토치(300)가 상기 Y축(250)상에서 래크앤피니언 기어(254) 구동방식으로 이동되어, 삼차원 평면상의 작업을 할 수 있도록 되는 것을 특징으로 하는 마크 자동용접 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 용접토치(300)와 상기 레이져 포인터(400)를 구비하고 있는 상기 캐리지(200) 및 상기 용접토치(300)와 연결되어 있는 용접기(310)는 한 개 또는 두 개 또는 세 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 마크 자동용접 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 캐리지(200) 및 상기 용접기(310)가 복수개로 구비된 경우, 상기 캐리지(200) 및 상기 용접기(310)는 상기 제어기(500)에 의해 동시에 제어되어 동시에 작업되는 것을 특징으로 하는 마크 자동용접 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 레일 고정부(120)는 가이드 레일(100) 상에 두 개 또는 세 개가 구비되는 것을 특징으로 하는 마크 자동용접 장치.
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