KR100387924B1 - 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선원캡슐의 캡슐몸체에 선원을 투입하고 운전 케이블에 용접으로 연결된 캡슐캡과 용접하는 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치에 관한 것으로서,

콜릿 척에 의해 수직하게 위치된 상태로 상하 이송 가능하게 고정되는 캡슐캡이 분할 테이블을 중심으로 회전 이송되며 원주상에 일정간격으로 다수 배열되는 캡슐캡 고정 이송부, 캡슐캡 고정 이송부에 고정된 캡슐캡을 수직방향을 중심으로 회전시키고 상하 이송시키는 캡슐캡 상하 회전 구동부, 캡슐캡 고정 이송부 하부의 분할 테이블에 동기 회전 이송되도록 설치되어 캡슐캡과 결합되는 캡슐몸체가 동일한 직하부에 대응하게 배열 고정되는 캡슐몸체 고정 이송부, 캡슐몸체 고정 이송부에서 회전 이송되면서 일지점에 위치되는 캡슐몸체내에 선원을 투입하는 선원 투입부, 선원 투입부에서 선원이 투입된 캡슐몸체와 캡슐캡 고정 이송부에서 상하 이동되는 캡슐캡의 접합부위를 용접하는 캡슐 용접부를 포함하는 특징이 있으며, 이러한 본 발명에 의하면 선원캡슐의 캡슐몸체에 선원을 적정량 투입하고 운전 케이블에 용접으로 연결된 캡슐캡과 용접하는 작업공정을 기계적으로 자동화함으로써 작업 능률 및 제품의 생산성을 대폭적으로 증대시킬 수 있도록 함은 물론 수작업에 의한 경우보다 정밀한 작업을 수행할 수 있게 되므로 제품의 품질을 높일 수 있게 되는 것이다.

Description

소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치{source loading and capsule welding device for assembly of small sealed radiation source}

본 발명은 치료기용 소형 밀봉선원 어셈블리를 제작하는 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선원캡슐의 캡슐몸체에 선원을 투입하고 운전 케이블에 용접으로 연결된 캡슐캡과 용접하는 작업공정을 기계적으로 자동화하는 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치에 관한 것이다.

일반적으로 Ir-192 선원은 암치료용으로 널리 사용된다. 특히 선원 직경이 작고 비 바사능이 높은 경우에 활용성이 증가되므로 방사선원을 치료기에 장착하여 암조직사이에 선원을 직접 삽입하여 치료하는 방법으로 근래에 들어서는 시술자의 편의와 방사선피폭을 줄이기 위하여 원격조정용 근접치료기가 널리 쓰이고 있다.

이에 따라, 이러한 Ir-192 선원은 원격조정용 근접치료기에 적합하게 사용될 수 있도록 미합중국 특허 제4,861,520호에서 제시하고 있는 바와 같이 밀봉된 소형선원 어셈블리를 구성하게 되는 바, 이러한 Ir-192 밀봉선원 어셈블리를 살펴보면 다음과 같다.

도 1에 도시되는 바와 같이, Ir-192 소형 밀봉선원 어셈블리(1)는 운전 케이블(drive cable; 3)과, 그 운전 케이블(3)의 일단에 연결되는 선원캡슐(sealed source capsule; 5) 및, 그 선원캡슐(5)이 연결된 운전 케이블(3)의 타측 끝단에 연결되는 엔드캡(end cap; 9)으로 이루어져 있다.

선원캡슐(5)은 선원(8)이 내장되는 캡슐몸체(capsule body; 6)와, 그 캡슐몸체(6)에 끼워져 운전 케이블(3)과 연결되는 캡슐캡(capsule cap; 7)으로 이루어져 있다. 또한, 캡슐몸체(6)에 내장되는 선원(8)은 Ir-192 로서, Φ0.6의 직경, 3.5mm의 길이의 원기둥형으로 이루어져 1개당 10 Ci의 방사능량을 가지게 되는 것이다.

엔드캡(9)은 다수개의 가는 와이어(wire)가 로프(rope)의 형태로 꼬아져 1.5m의 길이로 이루어진 운전 케이블(3)이 풀리지 않도록 마감하는 것으로, 용접작업에 의해 연결되어 있다. 또한, 캡슐캡(7) 역시 선원캡슐(5)과 운전 케이블(3)을 연결하는 역할을 함은 물론 운전 케이블(3)의 엔드캡(9) 타측단이 풀리는 것을 방지하기 위해 용접작업에 의해 연결되어 있다. 그리고, 엔드캡(9)과 선원캡슐(5) 및 운전 케이블(3)의 재질은 SUS 316L이다.

이러한 소형 밀봉선원 어셈블리(1)의 제작과정을 살펴보면, 우선 운전 케이블(3)을 1.5m의 길이로 절단한 다음, 그 절단된 운전 케이블(3)의 한쪽 끝단에 엔드캡(9)을 용접하여 연결하고, 타측 끝단에 선원캡슐(5)의 캡슐캡(7)을 용접하여 연결한다. 그리고, 원자로에서 중성자 조사된 Ir-192 방사선원(8)을 선원캡슐(5)의캡슐몸체(6)에 투입한 다음, 운전 케이블(3)이 연결된 캡슐캡(7)을 캡슐몸체(6)의 상부에 끼워 용접작업을 통해 밀봉시키게 되면, 원격조정용 근접치료기에 사용되는 Ir-192 소형 밀봉선원 어셈블리(1)의 제작이 완성된다.

그러나, 상술한 바와 같은 Ir-192 소형 밀봉선원 어셈블리(1)에 있어서, 선원캡슐(5)의 캡슐몸체(6)에 Ir-192 방사선원(8)을 투입하고 운전 케이블(3)에 연결된 캡슐캡(7)을 그 캡슐몸체(6)의 상부에 끼워 용접하는 작업공정은 방사능 피복에 대한 위험성으로 인해 핫셀(hot cell)에서 이루어지게 되는데, 이러한 소형의 Ir-192 방사선원(8)을 소형의 캡슐몸체(6)에 정확히 투입하고 그 캡슐몸체(6)에 도 2에 도시되는 바와 같이 운전 케이블(3)이 길게 달린 캡슐캡(7)을 끼워 정확하게 밀봉하기 위해서는 매우 정교하고 복잡한 작업이 요구되는 문제점이 있다.

더욱이, 이와 같이 밀봉선원 어셈블리(1)에서 선원투입 및 선원캡슐 용접 등의 복잡한 작업들은 모두 로봇팔을 이용한 수작업에 의존하고 있으므로 특히 의료분야의 치료 또는 진단용으로 급격하게 증대되는 수요를 충족시킬 수 없게 되는 문제점을 가지고 있다.

미합중국 특허 제5,080,278호에는 방사선원이 내장되는 금속캡슐과 금속 케이블을 용접 연결하여 밀봉하는 장치 및 그 방법을 제시하고 있는 바, 이 장치 및 방법은 케이블과 뽀족한 단부를 갖는 캡슐 또는 그 캡슐에 끼워지는 스토퍼를 서로 마주한 상태에서 축전기 터미널에 접촉되도록 척킹(chucking) 고정한 다음, 케이블과 캡슐을 함께 회전시키면서 전호형태로 축전기를 방전함으로써 케이블과 캡슐을용접함과 동시에, 캡슐을 밀봉하는 것이다.

그런데, 상술한 바와 같은 금속캡슐과 금속 케이블을 용접 연결하여 밀봉하는 장치 및 그 방법은 캡슐과 케이블을 서로 직접 연결하는 데에서는 유용한 점이 있지만, 소형의 Ir-192 방사선원을 캡슐몸체에 투입하는 공정을 수작업에 의존해야 하고 또한, 금속캡슐과 금속 케이블을 용접 연결하여 밀봉하는 방식의 차이에 의해 선원이 투입된 캡슐몸체에 운전 케이블이 길게 달린 캡슐캡을 끼워 밀봉하는 Ir-192 소형 밀봉선원 어셈블리의 제작에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 선원캡슐의 캡슐몸체에 선원을 투입하고 운전 케이블에 용접으로 연결된 캡슐캡과 용접하는 작업공정을 기계적으로 자동화함으로써 작업 능률 및 제품의 생산성을 대폭적으로 증대시킬 수 있도록 함은 물론 수작업에 의한 경우보다 정밀한 작업을 수행할 수 있게 되므로 제품의 품질을 높일 수 있도록 하는 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 Ir-192 소형 밀봉선원 어셈블리의 구성을 보인 정면도.

도 2는 도 1에 도시된 Ir-192 소형 밀봉선원 어셈블리에서 운전 케이블이 연결된 캡슐캡과 선원이 투입된 캡슐몸체의 결합전 상태를 보인 예시도.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소형 밀봉선원 어셈블리용 운전 케이블 레이저 용접장치를 보인 것으로서,

도 3은 정면도.

도 4는 평면도.도 5는 좌측면도.

도 6은 도 3에 도시된 콜릿 척의 상세도로서,도 6a는 정면도.도 6b는 측면도.도 7은 도 4에 도시된 캡슐캡 상하 회전구동부와 콜릿 척의 결합 관계를 설명하는 평면도.도 8은 도 3 내지 도 5에 도시된 소형 밀봉선원 어셈블리용 운전 케이블 레이저 용접장치에서 캡슐몸체 고정 이송부를 발췌한 것으로서,

도 8a는 정면도.

도 8b는 측면도.도 8c는 평면도.

도 9는 도 3 및 도 4에 도시된 소형 밀봉선원 어셈블리용 운전 케이블 레이저 용접장치에서 선원 투입부를 발췌한 정면도로서,도 9a는 정면도.도 9b는 측면도.도 9c는 평면도.도 10은 도 3 및 도 4에 도시된 소형 밀봉선원 어셈블리용 운전 케이블 레이저 용접장치에서 선원투입 체크부를 발췌한 정면도.

도 11은 도 3 및 도 4에 도시된 소형 밀봉선원 어셈블리용 운전 케이블 레이저 용접장치에서 캡슐 용접부의 용접기 지지 베이스를 보인 것으로서,

도 11a는 정면도.

도 11b는 측면도.

도 11c는 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 선원투입 및 선원캡슐 용접장치 103 : 분할 테이블

110 : 캡슐캡 고정 이송부 111 : 회전체

112 : 가이드 레일 113 : 이송체

115 : 콜릿 척 123 : 운전 케이블 릴

130 : 캡슐캡 상하 회전 구동부 133 : 하강 실린더

135 : 구동모터 138 : 홀더 이동 실린더

139 : 바이스 홀더 150 : 캡슐몸체 고정 이송부

151 : 캡슐몸체 장전블록 152 : 고정홈

153 : 가이드홀 157 : 캡슐몸체 가이드 실린더158 : 가이드핀 170 : 선원 투입부173 : 선원 투입호퍼 174 : 스프링관175 : 선원 장전 실린더 176 : 선원 장전바178 : 선원 투입 실린더 179 : 투입핀180 : 선원투입 체크부 183 : 핀 삽입 실린더184 : 체크핀 185 : 압력센서190 : 캡슐 용접부 191 : 레이저 용접기192 : 용접기 지지 베이스

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 콜릿 척에 의해 수직하게 위치된 상태로 상하 이송 가능하게 고정되는 캡슐캡이 분할 테이블을 중심으로 회전 이송되며 원주상에 일정간격으로 다수 배열되는 캡슐캡 고정 이송부와; 캡슐캡 고정 이송부에 고정된 캡슐캡을 수직방향을 중심으로 회전시키고 상하 이송시키는 캡슐캡 상하 회전 구동부와; 캡슐캡 고정 이송부 하부의 분할 테이블에 동기 회전 이송되도록 설치되어 캡슐캡과 결합되는 캡슐몸체가 동일한 직하부에 대응하게 배열 고정되는 캡슐몸체 고정 이송부와; 캡슐몸체 고정 이송부에서 회전 이송되면서 일지점에 위치되는 캡슐몸체내에 선원을 투입하는 선원 투입부와; 선원 투입부에서 선원이 투입된 캡슐몸체와 캡슐캡 고정 이송부에서 상하 이동되는 캡슐캡의 접합부위를 용접하는 캡슐 용접부를 포함하는 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치를 제공하는 특징이 있다.

또한, 상기 선원 투입부와 캡슐 용접부의 사이에는 캡슐몸체내에 선원이 투입된 상태를 판단하기 위해 선원이 투입된 캡슐몸체에 체크핀을 삽입하는 핀 삽입 실린더와, 체크핀에 설치되는 압력센서를 포함하는 선원투입 체크부가 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 캡슐캡 고정 이송부는 분할 테이블의 상부에 동축상으로 연결되어 외주면에 수직방향으로 길게 돌출되는 가이드레일이 일정간격으로 다수개 배열되는 회전체와, 슬라이드홈을 통해 가이드레일에 각각 상하 이동 가능하게 설치되는 다수개의 이송체와, 그 이송체에 각각 수직방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되어 중심으로 삽입되는 캡슐캡을 고정하는 다수개의 콜릿 척과, 그 콜릿 척의 상부에 위치되어 캡슐캡의 상부로 연결된 운전 케이블을 감아 고정하는 운전 케이블 릴을 포함하는 것에 특징이 있으며,

상기 캡슐캡 상하 회전 구동부는 캡슐 용접부에 위치되는 콜릿 척을 용접위치로 하강시키는 하강 실린더와, 캡슐 용접부의 직상부에 위치되어 수직방향을 중심으로 회전력을 발생시키는 구동모터와, 콜릿 척이 하강 실린더에 의해 용접위치로 하강될 경우 콜릿 척의 종동기어와 치합되어 구동모터의 회전력을 전달하는 구동기어와, 구동기어와 종동기어가 교합될 때 콜릿 척의 콜릿 바이스를 고정하는 바이스 홀더를 왕복 이동시키는 홀더 이동 실린더를 포함하는 특징이 있으며,

상기 캡슐몸체 고정 이송부는 콜릿 척 직하부의 분할 테이블 상면에 장착되어 콜릿에 고정되는 캡슐캡과 동축상으로 캡슐몸체가 고정되기 위한 고정홈 및 가이드홀이 형성되는 캡슐몸체 장전블록과, 회전판 하부의 3개소에 장착되어 선원 투입부와 캡슐 용접부 및 선원투입 체크부에 위치되는 캡슐몸체 장전블록의 가이드홀에 가이드핀을 삽입하여 캡슐몸체를 정위치시키는 캡슐몸체 가이드 실린더와, 캡슐몸체와 캡슐캡이 접합되는 부위로 불활성 가스를 안내 공급하기 위해 캡슐몸체 장전블록에 씌워지는 가스노즐 캡을 포함하는 특징이 있고,

상기 선원 투입부는 선원이 상부로 넣어지는 선원 투입호퍼와, 선원 투입호퍼로부터 정렬된 선원을 1열로 배열하여 하부로 공급하는 스프링관과, 스프링관으로부터 선원을 1개씩 공급받기 위한 장전홀이 수직방향으로 관통된 선원 장전바를 캡슐몸체 고정 이송부에 의해 소정 위치로 회전 이송된 캡슐몸체의 상부로 왕복 이동시키는 선원 장전 실린더와, 선원 장전바의 장전홀에 위치된 선원을 투입핀을 통해 하부로 캡슐몸체에 투입하는 선원 투입 실린더를 포함하는 특징이 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 Ir-192 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치(100)를 보인 것이다. 이 장치(100)는 도 1에 도시된 Ir-192 소형 밀봉선원 어셈블리(1)에서 선원캡슐(5)의 캡슐몸체(6)에 선원(8)을 투입하고 도 2에 도시되는 바와 같이 운전 케이블(3)에 용접으로 연결된 캡슐캡(7)과 캡슐몸체(6)를 용접 밀봉하는 장치로서, 베이스 플레이트(base plate; 101)의 상부 중심에 작업을 단계로 수행하기 위한 분할 테이블(index table; 103)이 장착되고, 그 분할 테이블(103)을 중심으로 캡슐캡 고정 이송부(110), 캡슐캡 상하 회전 구동부(130), 캡슐몸체 고정 이송부(150), 선원 투입부(170), 선원투입 체크부(180), 캡슐 용접부(190) 및 카메라(camera; 200)가 배치되며, 그리고 한번에 12개의 캡슐몸체(6) 및 캡슐캡(7)을 배열 고정하여 일련의 작업을 마칠 수 있도록 이루어진다.

여기에서, 캡슐캡 고정 이송부(110)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 캡슐캡(7)이 삽입된 12개의 캡슐몸체 고정이송부(150)가 방사상으로 설치된 분할 테이블(103)의 상단에 수직하게 위치된 상태로 상하 이송 가능하게 고정되며, 분할 테이블(103)과 함께 회전 이송되도록 분할 테이블(103)의 중앙에 설치된 회전체(111)의 외주면 상단에 원주상으로 일정 간격을 갖고 다수개가 배열되어 구성된다.

즉, 캡슐캡 고정 이송부(110)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 회전체(111), 이송체(113), 콜릿척(115), 운전 케이블 릴(123)로 구성되는 바, 회전체(111)는 분할 테이블(103)의 상부에 동축상으로 연결되어 외주면에 수직방향으로 길게 돌출되는 가이드 레일(112)이 30°간격으로 12개가 배열되어 있으며, 회전체(111)의 외주면 상단에 설치되는 12개의 이송체(113)는 각각 형성된 슬라이드홈(114)을 통해 가이드 레일(112)에 각각 상하 이동 가능하도록 되어 있다. 이 이송체(113)에 각각 수직방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 콜릿 척(115)은 중심으로 삽입되는 캡슐캡(7)을 하나씩 고정하도록 12개가 구비되며, 콜릿 척(115)의 상부에 설치된 12개의 운전 케이블 릴(123)은 캡슐캡(7)의 상부로 연결된 운전 케이블(3)을 감아 고정하도록 되어 있다.

여기에서, 도 6a 도 6b에 도시된 바와 같이 콜릿 척(115)은 각 이송체(113)의 끝단에 원통형의 척 하우징(116)이 수직방향으로 장착되고, 척 하우징(116)의 내부에는 베어링(118)을 사이에 두고 수직 방향을 중심으로 회전 가능하게 척 스핀들(117)이 설치되며, 척 스핀들(117)의 상단부에는 콜릿 바이스(119)가 설치되는 구성으로 이루어진다. 그리고, 척 스핀들(117)의 중심부에는 운전 케이블(3)이 상부로부터 삽입되는 삽입홀(117a)이 형성되고, 하단부에는 그 삽입홀(117a)로 삽입된 운전 케이블(3)의 하단에 연결된 캡슐캡(7)을 고정하는 콜릿(117b)이 형성되며, 척 스핀들(117)의 최상단에는 도 3에 은선으로 도시된 위치에서 구동기어(137)를 통해 구동모터(135)로부터 회전동력을 전달 받아 척 스핀들(117)을 회전시키는 종동기어(121)가 설치된다. 이 때 도 6b 및 도 7에 도시된 바와 같이 콜릿 척(115)의 좌우 양측단에는 하우징(116)의 상단에 부착되어 하우징(116) 몸통을 관통하여 설치된 한 쌍의 스토퍼 핀(120)이 척(115) 하단의 콜릿 바이스(119)에 연결되어 있으므로 도 7에 도시된 상태에서 캡슐캡 상하 회전 구동부(130)의 바이스 홀더(139)가 우측으로 전진할 때 바이스 홀더(139)의 파지슬릿(141)이 끼워져 척 스핀들(117)이 회전함에도 불구하고 콜릿 바이스(119)의 회전을 저지함으로써 척 스핀들(117)의 회전방향에 따라 콜릿 바이스(119)와 척 스핀들(117) 하단 외주면 사이의 나사 결합부(142)가 감기거나 풀리게 한다.

또한, 캡슐캡 상하 회전 구동부(130)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 선원캡슐(5)의 용접시 캡슐캡 고정 이송부(110)에 고정된 캡슐캡(7)을 축선 중심으로 회전시키고 캡슐캡(7)을 용접위치로 상하 이송시킬 수 있도록 하는 것으로, 하강 실린더(133), 구동모터(135), 구동기어(137), 홀더 이동 실린더(138) 등으로 구성되는 바, 하강 실린더(133)는 캡슐 용접부(190)의 상부에 위치된 지지기둥(131)에 설치되어 용접 작업하고자 하는 캡슐캡(7)이 고정된 콜릿 척(115)을 아래로 밀어 도 3에 은선으로 도시된 용접위치로 하강시키도록 되어 있으며, 도 3에 은선으로 도시된 위치로 하강한 콜릿 척(115)은 캡슐캡(7)과 캡슐몸체(6)의 용접이 끝난 뒤에 이송체(113) 저면에 연결된 리니어 가이드(143)에 의해 도 3에 실선으로 도시된 위치까지 상승하게 된다. 구동모터(135)는 지지기둥(131)에 고정되어 위에서 언급한 바와 같이 척 스핀들(117)이 축선을 중심으로 회전하도록 하는 회전력을 발생시키는데, 이를 위해 구동모터(135)의 회전축에는 구동기어(137)가 장착되어 있으며 이 구동기어(137)는 콜릿 척(115)이 하강 실린더(133)에 의해 용접위치로 하강된 때 콜릿 척(115)의 종동기어(121)와 치합되어 구동모터(135)의 회전력을 콜릿 척(115)에 전달하도록 되어 있다. 그리고, 홀더 이동 실린더(119)는 구동기어(137)와 종동기어(121)가 치합된 상태에서 콜릿 척(115)의 콜릿 바이스(119)를 바이스 홀더(139)로 홀딩 고정하도록 바이스 홀더(139)를 도 7의 좌우로 왕복 이동시키는 역할을 한다. 또한, 홀더 이동 실린더(138)는 선원캡슐(5)의 용접이 완료된 상태에서 콜릿(117b)을 해제하기 위해서도 사용되는데, 마찬가지로 바이스 홀더(139)의 파지슬릿(141)이 콜릿 바이스(119) 양측단의 스토퍼 핀(13)에 결합되도록 바이스 홀더(139)를 전진시켜 콜릿 바이스(119)를 고정시킨 상태에서 구동모터(135)를 역회전시켜 척 스핀들(117)을 풀림방향으로 회전시키게 된다.

그리고, 캡슐몸체 고정 이송부(150)는 도 8a 및 도 8b에 도시되는 바와 같이 캡슐캡 고정 이송부(110) 하부의 분할 테이블(103)에 동기 회전 이송되도록 설치되어 캡슐캡(7)과 결합되는 캡슐몸체(6)가 동일한 직하부에 대응하게 배열 고정되도록 하는 것으로, 크게 장전블록(151)과 캡슐몸체 가이드 실린더(157)로 구성된다. 여기에서 장전블록(151)은 각 콜릿 척(115) 직하부의 분할 테이블(103) 상면에 부착된 가이드 블록(159) 안쪽에 장착되도록 12개가 구비되어 있으며, 캡슐몸체 가이드 실린더(157)의 상단에 장착된 승강블록(160)에 의해 상하로 이동하도록 되어 있다.또한, 중심부분에 콜릿(117b)에 고정되는 캡슐캡(7)과 동축상으로 캡슐몸체(6)가 고정되는 고정홈(152)이 형성되어 있는데, 고정홈(152) 안에는 캡슐몸체(6)가 장전되는 안착핀(161)이 삽입 고정되며, 고정홈(152)의 좌우에는 가이드 실린더(157) 상단에 부착된 가이드핀(158)이 삽입되는 가이드홀(153)이 관통되어 있다. 또한, 캡슐몸체 가이드 실린더(157)는 회전판 하부의 3개소에 장착되어 선원 투입부(170)와 캡슐 용접부(190) 및 선원투입 체크부(180)에 위치되는 캡슐몸체 장전블록(151)을 가이드홀(153)에 삽입되는 가이드핀(158)을 따라 상하로 이동시켜 캡슐몸체(6)를 용접 위치에 이르거나 용접위치에서 벗어나도록 한다.

한편, 선원 투입부(170)는 도 9a 내지 도 9c에 도시되는 바와 같이 크게 선원 투입 호퍼(173), 스프링관(174), 선원 장전 실린더(175), 선원 투입 실린더(178)로 구성되는 바, 선원 투입호퍼(173)는 캡슐몸체 고정 이송부(150)에서 회전 이송되면서 일지점에 위치되는 캡슐몸체(6)내에 선원(8)을 투입하도록 지지브라켓(171) 위에 장착되어 투입된 선원(8)을 잠시 저장하도록 되어 있다. 선원 투입호퍼(173)토출측에 연결된 스프링관(174)은 선원 투입호퍼(173)로부터 투입되는 선원(8)을 도 9a에 별도로 상세 도시한 것처럼 일열로 정렬하여 장전바(176)에 공급하도록 되어 있는데, 스프링관(174)의 하단에는 홀더블록(172)이 장착되어 도 9a에 상세 도시된 바와 같이 스프링관(174)과 연결된 홀더블록(172)의 공급홀(201)에 복수의 선원(8)이 일렬로 장입되도록 하며, 이 때 블록(172) 하단 부분에는 외부로부터 공급홀(201) 벽면에 연결되도록 진공연결로(202)가 형성되어 있어 이 진공 연결로(202)를 통해 외부의 진공수단(미도시)에서 발생된 진공부압이 공급홀(201)에 작용할 때 진공 연결로(202)에 접하고 있는 선원(8-1)을 현재의 위치에 유지할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 최하단의 선원(8-2)이 장전바(176)에 의해 캡슐몸체(6)를 향해 우측으로 이송되고 없어도 장전바(176)가 도시된 원위치로 되돌아올 때까지 선원(8-1)이 아래로 떨어져 내리는 것을 방지할 수 있게 된다.또한, 선원 장전 실린더(175)는 스프링관(174)으로부터 선원(8)을 1개씩 공급받기 위한 장전홀(177)이 선단부분에 수직방향으로 관통된 선원 장전바(176)에 연결되어 캡슐몸체 고정 이송부(150)에 의해 소정 위치로 회전 이송된 캡슐몸체(6)의 상부로 장전홀(177)에 파지된 선원(8-2)을 이송하도록 장전바(176)를 좌우로 왕복 이동시킨다. 이 때 장전홀(177)에 삽입된 선원(8-2)을 파지하도록 외부에 설치된 진공수단(미도시)과 연결된 진공연결로(203)가 장전바(176) 선단에 형성되어 있으며 진공연결로(203)를 통해 장전홀(177)에 걸리는 진공부압에 의해 선원(8-2)을 파지하게 된다.선원 장전바(176)의 장전홀(177)에 위치된 선원(8)을 아래쪽에 동축 상으로 배열된 캡슐몸체(6)에 투입하도록 되어 있는 선원 투입 실린더(178)는 지지베이스(205) 선단에 장착된 실린더 브라켓(206)에 의해 캡슐몸체(6) 위쪽에 설치되어 있으며, 선원 장전 실린더(175)에 의해 동일 축선 상의 위치로 이송된 장전바(176)의 장전홀(177)에 파지된 선원(8-2)을 가압하여 캡슐몸체(6)로 투입하도록 선단부분에 투입핀(179)가 장착되어 있다.

그리고, 선원투입 체크부(180)는 도 4 및 도 10에 도시되는 바와 같이 캡슐 용접부(190)에서 용접작업을 진행하기 전 선원 투입부(170)의 공정에서 캡슐몸체(6)내에 선원(8)이 투입된 상태인가를 판단하도록 핀 삽입 실린더(183)와 압력센서(185)로 구성된다. 즉, 핀 삽입 실린더(183)는 선원 투입부(170)와 캡슐 용접부(190)의 사이에 위치되는 캡슐몸체 장전블록(151)의 캡슐몸체(6) 직상부의 지지기둥(181)에 설치되어 선원(8)이 투입된 캡슐몸체(6)에 체크핀(184)을 삽입하도록 이루어지고, 압력센서(185)는 캡슐몸체(6)내로 삽입되는 체크핀(184)의 작용압력을 검출함으로써, 캡슐몸체(6)내에 선원(8)의 투입상태를 체크할 수 있게 된다.

마지막으로, 캡슐 용접부(190)는 도 3에 도시되는 바와 같이 선원 투입부(170)에서 선원(8)이 투입된 캡슐몸체(6)와 캡슐캡 고정 이송부(110)에서 하향 이동되어 캡슐몸체(6) 위로 결합되는 캡슐캡(7)과의 접합부위를 용접하는 것으로, 캡슐캡 고정 이송부(110) 및 캡슐캡 상하 회전 구동부(130)에 의해 이송된 캡슐캡(7)과 캡슐몸체 고정 이송부(150)에 의해 이송된 캡슐몸체(6)의 접합부위에 수평상으로 위치되어 그 접합부를 레이저 용접하는 레이저 용접기(191)와, 레이저 용접기(191)가 수평한 상태로 전후, 좌우방향으로 이동 가능하도록 지지하는 용접기 지지 베이스(192)로 구성된다.

여기에서 용접기 지지 베이스(192)는 도 11a, 도 11b 및 도 11c에 도시되는 바와 같이 레이저 용접기(191)를 수평한 상태로 전후, 좌우방향으로 이동시킴으로써 레이저 용접기(191)의 위치를 미세 조절할 수 있도록 하는 것으로서, 기부를 형성하는 고정체(193), 이 고정체(193) 위쪽의 이동체(194)(195), 용접기 클램프(196), 그리고 이동체(194)(195)를 전후, 좌우로 이송시키는 복수의 이송 스크루(197)(198)(199)로 구성되는데, 고정체(193)는 도 3에 도시된 바와 같이 베이스 플레이트(101)의 상부면에 장착되며, 이동체(194)(195)는 고정체(193)에 전후, 좌우로 이동 가능하게 결합되어 용접기(191)의 위치를 조정 가능하게 해주며, 그 이동체(194)(195)의 가장 상단에 고정된 용접기 클램프(196)는 레이저 용접기(191)를 파지하도록 되어 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 Ir-192 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치(100)는 방사능 피폭을 대비하여 핫셀에 설치된다. 그리고, 방사선원(8)을 직접 취급되지 않는 작업 즉 운전 케이블(3), 캡슐캡(7) 및 캡슐몸체(6)의 고정하는 수작작업 외에는 핫셀밖에서 로봇 팔의 조작으로 작업을 진행하게 되며, 이러한 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 선원(8)의 투입 및 선원캡슐(5)의 용접작업에 앞서, 도 2에 도시된 바와 같이 양끝단에 엔드캡(9) 및 캡슐캡(7)이 용접으로 연결된 12개의 운전 케이블(3)을 도 3에 도시된 캡슐캡 고정 이송부(110)의 운전 케이블 릴(123)에 1개씩 감아 고정하되, 캡슐캡(7)은 척 스핀들(117)의 삽입공(117a)을 통해 콜릿(117b)의 하부로 돌출된 상태로 고정시킨다. 또한, 12개의 캡슐몸체(6)를 안착핀(161)에 끼워 캡슐몸체 고정 이송부(150)의 캡슐몸체 장전블록(151)에 형성된 고정홈(152)에 삽입, 고정한다.

이와 같은 기초작업이 완료되면, 핫셀밖의 작업자는 로봇팔을 조작하여 Ir-192 방사선원(8)을 선원 투입부(170)의 호퍼(173)에 공급한 다음, 선원투입 및 선원캡슐(5)의 용접작업을 진행시키게 되는 바, 이때 도면상 시계방향으로 회전하는 분할 테이블(103)과 동기 회전하는 캡슐캡 고정 이송부(110)와 캡슐몸체 고정 이송부(150)의 캡슐몸체(6) 및 캡슐캡(7)은 선원 투입부(170), 선원투입 체크부(180), 캡슐 용접부(190)를 순차적으로 거치면서 해당작업을 마칠 수 있게 된다.

즉, 분할 테이블(103)은 30°씩 시계방향으로 회전함에 따라 캡슐캡 고정 이송부(110)의 콜릿 척(115)에 고정된 캡슐캡(7) 및 캡슐몸체 고정 이송부(150)의 캡슐몸체 장전블록(151)에 고정된 캡슐몸체(6)는 30°씩 동기 회전되면서 첫번째로 선원 투입부(170)에 위치하게 된다. 이때, 분할 테이블(103)의 하부에 설치된 캡슐몸체 가이드 실린더(157)는 가이드핀(158)을 캡슐몸체 장전블록(151)의 가이드홀(153)에 삽입하여 캡슐몸체(6)를 정위치로 고정하게 되며, 선원투입 체크부(180) 및 캡슐 용접부(190)에서도 동일하게 동작하게 된다.

이러한 상태에서, 호퍼(173)에 투입된 선원(8)은 스프링관(174)을 따라 1열로 정렬된 상태로 하부로 이동하면서 1개씩 선원 장전바(176)의 장전홀(177)에 공급되는 바, 일단 장전홀(177)에 1개의 선원(8)이 공급되면 스프링관(174)의 하단 에 장착된 홀더블록(172)의 공급홀(201)에 연결된 진공연결로(202)와 장전홀(177)에 연결된 진공연결로(203)를 통해 공급홀(201)과 장전홀(177)에 진공압을 발생시켜 진공흡입력에 의해 선원(8-2)(8-1)을 파지하게 된다. 이 상태에서 선원 장전 실린더(175)는 선원 장전바(176)를 캡슐몸체(6)의 상부로 이송시켜 장전홀(177)의 선원(8)을 캡슐몸체(6)의 직상부에 위치시키며, 선원 장전바(176)에 의해 캡슐몸체(6)의 직상부로 이동된 선원 투입 실린더(178)는 투입핀(179)을 전진시켜 장전홀(177)의 선원(8)을 캡슐몸체(6)에 투입시키게 된다.

그 다음, 분할 테이블(103)이 30°로 다시 회전하게 되면, 앞에서 선원 투입작업을 마친 캡슐몸체(6)는 선원투입 체크부(180)로 이동된다. 이 선원투입 체크부(180)에서는 핀 삽입 실린더(183)를 동작시켜 체크핀(184)을 캡슐몸체(6)에 삽입하고, 압력센서(185)를 통해 캡슐몸체(6)내에 선원(8)이 정확히 투입된 상태인가를 판단하며, 그 판단 결과 선원(8)이 투입되지 않은 상태인 경우 분할 테이블(103)이 30°로 역회전하여 다시 선원투입 작업을 실시하게 되고, 투입된 상태인 경우 분할 테이블(103)의 회전으로 캡슐몸체(6) 및 캡슐캡(7)은 캡슐 용접부(190)로 이동하게 된다.

이렇게 하여 캡슐몸체(6) 및 캡슐캡(7)이 캡슐 용접부(190)로 이동하게 되면, 캡슐몸체(6)와 캡슐캡(7)의 용접이 진행된다. 즉, 캡슐캡 상하 회전 구동부(130)의 하강 실린더(133)는 캡슐 용접부(190)로 위치된 콜릿 척(115)을 이에 고정된 캡슐캡(7)이 직하부에 위치된 캡슐몸체(6)의 상부에 정확하게 씌워지는 위치까지 하강되도록 한다. 이때, 척 스핀들(117)의 종동기어(121)는 구동모터(135)의 구동기어(137)에 치합된 상태가 된다.

그 다음, 레이저 용접기(191)를 동작시키는 동시에 구동모터(135)를 구동시키게 되면 구동모터(135)는 구동기어(137)를 통해 종동기어(121)를 회전 운동시켜 캡슐캡(7)과 함께 콜릿 척(115)의 스핀들(117)을 회전시키게 되며, 이때 레이저 용접기(191)는 회전하는 캡슐캡(7)과 캡슐몸체(6)의 접합부위를 따라 원주상으로 용접을 하게 된다. 이 때 도시되지는 않았으나 가스노즐로 레이저 용접부위에 불활성 가스를 주입하여 용접부위를 감싸도록 함으로써 용접부위의 활성을 방지할 수도 있다. 이러한 용접과정은 광케이블로 이루어진 카메라(200)를 통해 정확하게 확인될 수 있다.

이와 같은 작업으로 선원캡슐(5)의 밀봉 용접이 완료되면, 구동모터(135)와 레이저 용접기(191)의 구동은 정지되고, 홀더 이동 실린더(138)는 바이스 홀더(139)를 전진시켜 도 7에 도시된 홀더(139)의 파지슬릿(141)이 콜릿 척(115)의 스토퍼 핀(120)에 끼워져 콜릿 바이스(119)의 회전을 고정하게 된다. 이때, 구동모터(135)가 역회전을 하게 됨으로써 척 스핀들(117)과 콜릿 바이스(119) 사이의 나사 결합부(142)가 풀려 콜릿(117b)을 자동 해제함으로써 캡슐캡(7)을 콜릿 척(115)으로부터 분리할 수 있게 된다.

이때, 분할 테이블(103)이 30°로 회전함에 따라 계속하여 후단계에 위치되는 캡슐몸체(6) 및 캡슐캡(7)은 앞에서 이루어진 선원투입 작업, 선원투입 확인작업, 선원캡슐(5) 용접작업, 콜릿 척(115) 해제작업을 순차적으로 진행하게 된다.

상술한 바와 같은 작업으로 12개 모두의 작업이 완료되면, 운전 케이블 릴(123)에 감겨진 운전 케이블(3)을 핀분리 작업을 통해 릴(123)로부터 분리하게된다. 이러한 상태는 소형 밀봉선원 어셈블리(1)의 제조가 완료된 상태이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 선원캡슐의 캡슐몸체에 선원을 투입하고 운전 케이블에 용접으로 연결된 캡슐캡과 용접하는 작업공정을 기계적으로 자동화함으로써 작업 능률 및 제품의 생산성을 대폭적으로 증대시킬 수 있도록 함은 물론 수작업에 의한 경우보다 정밀한 작업을 수행할 수 있게 되므로 제품의 품질을 높일 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (9)

1. 선원캡슐(5)의 캡슐몸체(6)에 선원(8)을 투입하고 운전 케이블(3)에 용접으로 연결된 캡슐캡(7)과 용접하는 장치에 있어서,

   콜릿 척(115)에 의해 수직하게 위치된 상태로 상하 이송 가능하게 고정되는 상기 캡슐캡(7)이 분할 테이블(103)을 중심으로 회전 이송되도록 원주상에 일정간격으로 다수 배열되는 캡슐캡 고정 이송부(110)와;

   상기 캡슐캡 고정 이송부(110)에 고정된 상기 캡슐캡(7)을 수직방향을 중심으로 회전시키고 상하 이송시키는 캡슐캡 상하 회전 구동부(130)와;

   상기 캡슐캡 고정 이송부(110) 하부의 상기 분할 테이블(103)에 동기 회전 이송되도록 설치되어 상기 캡슐캡(7)과 결합되는 상기 캡슐몸체(6)가 동일한 직하부에 대응하게 배열 고정되는 캡슐몸체 고정 이송부(150)와;

   상기 캡슐몸체 고정 이송부(150)에서 회전 이송되면서 일지점에 위치되는 상기 캡슐몸체(6)내에 선원(8)을 투입하는 선원 투입부(170)와;

   상기 선원 투입부(170)에서 선원(8)이 투입된 상기 캡슐몸체(6)와 상기 캡슐캡 고정 이송부(110)에서 상하 이동되는 상기 캡슐캡(7)의 접합부위를 용접하는 캡슐 용접부(190)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 선원 투입부(170)와 상기 캡슐 용접부(190)의 사이에는 상기 캡슐몸체(6)내에 선원(8)이 투입된 상태를 판단하기 위해 선원(8)이 투입된 상기 캡슐몸체(6)에 체크핀(184)을 삽입하는 핀 삽입 실린더(183)와, 상기 체크핀(184)에 설치되는 압력센서(185)를 포함하는 선원투입 체크부(180)가 구비되는 것을 특징으로 하는 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치.
3. 제1 항에 있어서, 상기 캡슐캡 고정 이송부(110)는 상기 분할 테이블(103)의 상부에 동축상으로 연결되어 외주면에 수직방향으로 길게 돌출되는 가이드 레일(112)이 일정간격으로 다수개 배열되는 회전체(111)와, 슬라이드홈(114)을 통해 상기 가이드 레일(112)에 각각 상하 이동 가능하게 설치되는 다수개의 이송체(113)와, 상기 이송체(113)에 각각 수직방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되어 중심으로 삽입되는 상기 캡슐캡(7)을 고정하는 다수개의 콜릿 척(115)과, 상기 콜릿 척(115)의 상부에 위치되어 상기 캡슐캡(7)의 상부로 연결된 상기 운전 케이블(3)을 감아 고정하는 운전 케이블 릴(123)을 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치.
4. 제3 항에 있어서, 상기 콜릿 척(115)은 상기 이송체(113)에 수직하게 고정 설치되는 원통형의 척 하우징(116)과, 상기 척 하우징(116)의 내부에 베어링(118)을 사이에 두고 수직 방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되며 중심부에는 상기 운전 케이블(3)이 상부로부터 삽입되는 삽입홀(117a)이 형성되고 하단부에는 삽입된 상기 운전 케이블(3)의 하단에 연결된 캡슐캡(7)을 고정하는 콜릿(117b)이 형성되는 척 스핀들(117)과, 상기 척 스핀들(117)의 상단에 회전동력을 전달받기 위해 설치되어 종동기어(121)와, 상기 척 스핀들(117)에 설치되어 상기 콜릿(117b)의 잠금을 조절하는 콜릿 바이스(119)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치.
5. 제1 항에 있어서, 상기 캡슐캡 상하 회전 구동부(130)는 상기 캡슐 용접부(190)에 위치되는 콜릿 척(115)을 용접위치로 하강시키는 하강 실린더(133)와, 상기 캡슐 용접부(190)의 직상부에 위치되어 수직방향을 중심으로 회전력을 발생시키는 구동모터(135)와, 상기 콜릿 척(115)이 상기 하강 실린더(133)에 의해 용접위치로 하강될 경우 상기 콜릿 척(115)의 종동기어(121)와 치합되어 구동모터(135)의 회전력을 전달하는 구동기어(137)와, 상기 구동기어(137)와 상기 종동기어(121)가 교합될 때 상기 콜릿 척(115)의 콜릿 바이스(119)를 고정하는 바이스 홀더(139)를 왕복 이동시키는 홀더 이동 실린더(138)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치.
6. 제1 항에 있어서, 상기 캡슐몸체 고정 이송부(150)는 콜릿 척(115) 직하부의 상기 분할 테이블(103) 상면에 장착되어 상기 콜릿(117b)에 고정되는 상기 캡슐캡(7)과 동축상으로 상기 캡슐몸체(6)가 고정되기 위한 고정홈(152) 및 가이드홀(153)이 형성되는 캡슐몸체 장전블록(151)과, 상기 회전판 하부의 3개소에 장착되어 상기 선원 투입부(170)와 캡슐 용접부(190) 및 선원투입 체크부(180)에 위치되는 상기 캡슐몸체 장전블록(151)의 가이드홀(153)에 가이드핀(158)을 삽입하여 상기 캡슐몸체(6)를 정위치시키는 캡슐몸체 가이드 실린더(157)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치.
7. 제1 항에 있어서, 상기 선원 투입부(170)는 선원(8)이 상부로 넣어지는 선원 투입호퍼(173)와, 상기 선원 투입호퍼(173)로부터 정렬된 선원(8)을 1열로 배열하여 진공흡착력에 의해 파지한 선원(8-1)을 하나씩 하부로 공급하는 스프링관(174)과, 상기 스프링관(174)으로부터 선원(8)을 1개씩 공급받아 진공흡착력에 의해 선원(8-2)를 파지하는 장전홀(177)이 수직방향으로 관통된 선원 장전바(176)를 상기 캡슐몸체 고정 이송부(150)에 의해 소정 위치로 회전 이송된 캡슐몸체(6)의 상부로 왕복 이동시키는 선원 장전 실린더(175)와, 상기 선원 장전바(176)의 장전홀(177)에 위치된 선원(8)을 투입핀(179)을 통해 하부로 상기 캡슐몸체(6)에 투입하는 선원 투입 실린더(178)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치.
8. 삭제
9. 제1 항에 있어서, 상기 캡슐 용접부(190)는 상기 캡슐캡 고정 이송부(110) 및 상기 캡슐캡 상하 회전 구동부(130)에 의해 이송된 캡슐캡(7)과 상기 캡슐몸체 고정 이송부(150)에 의해 이송된 캡슐몸체(6)의 접합부위에 수평상으로 위치되어 그 접합부를 레이저 용접하는 레이저 용접기(191)와, 상기 레이저 용접기(191)가 수평한 상태로 전후, 좌우방향으로 이동 가능하도록 지지하는 용접기 지지 베이스(192)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 밀봉선원 어셈블리용 선원투입 및 선원캡슐 용접장치.