KR100407669B1

KR100407669B1 - 밀봉선원 용접장치

Info

Publication number: KR100407669B1
Application number: KR10-2000-0066814A
Authority: KR
Inventors: 한현수; 홍순복; 조운갑; 장경덕; 염기언
Original assignee: 한국원자력연구소
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2003-12-01
Also published as: KR20020036568A

Abstract

본 발명은 여러 종류의 밀봉선원을 용접하도록 다양한 규격의 선원캡슐을 취급하는 각각의 콜릿을 구비함으로써 하나의 용접장치로 다양한 종류의 밀봉선원을 생산할 수 있도록 하여 밀봉선원의 생산성을 향상시킬 수 있도록 함은 물론 그 밀봉선원의 제작비용을 절감할 수 있도록 한 밀봉선원 다중 용접장치에 관한 것으로서, 선원캡슐을 수직상으로 각각 수용하여 고정하기 위한 콜릿척과, 상기 콜릿척을 고정하며 수직선상을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 콜릿척 회전 고정체와, 상기 콜릿척 회전 고정체를 통해 상기 콜릿척과 함께 선원캡슐을 회전시키는 회전 구동모터와, 상기 콜릿척에 고정된 선원캡슐에 씌워지는 캡슐캡을 회전가능하게 상부로부터 밀착 고정시키는 캡 지지부와, 상기 용접토치의 위치를 상기 콜릿척에 고정된 선원캡슐과 캡슐캡의 용접지점으로 이동시키는 용접토치 위치 조정부를 포함하는 특징이 있다.

Description

밀봉선원 용접장치{multi-use welding machine for sealed radiation source}

본 발명은 방사선원이 내장되는 금속캡슐을 용접하여 밀봉하는 밀봉선원 용접장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 여러 종류의 밀봉선원을 용접하도록 다양한 규격의 선원캡슐(sealed source capsule)을 취급하는 각각의 콜릿(collet)을 구비함으로써 하나의 용접장치로 다양한 종류의 밀봉선원을 생산할 수 있도록 하여 밀봉선원의 생산성을 향상시킴은 물론 밀봉선원의 제작비용을 절감할 수 있도록 한 밀봉선원 다중 용접장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 밀봉선원은 방사선원을 선원캡슐로 밀봉시킨 것으로, 산업용 및 치료용으로 널리 사용된다. 특히 선원 직경이 작고 비방사능이 높은 경우에 활용성이 증가되는데, 방사선원을 치료기에 장착하여 암조직사이에 직접 삽입하여 치료하는 경우와 산업용으로 생산현장에서 생산공정 중에 제품의 검사 또는 측정용으로 사용하는 경우 등 점차적으로 사용이 증가하는 추세이다.

도 1과 도 2 및 도 3은 선원캡슐로 용접 밀봉되어 산업용 및 치료용으로 사용되고 있는 대표적인 밀봉선원을 각각 보인 것이다.

도 1은 두께 등을 측정하기 위해 산업용으로 사용되는 Co-60 밀봉선원(1)을 보인 것으로서, 이 밀봉선원(1)은 Co-60 방사선원을 1차로 밀봉시키기 위한 내부 선원캡슐(11)과, 그 내부 선원캡슐(11)이 투입되어 밀봉되는 외부 선원캡슐(15)로 구성되어 있다. 이때, 내부 선원캡슐(11)과 외부 선원캡슐(15)은 내부 캡슐캡(12)과 외부 캡슐캡(16)으로 각각 용접 밀봉되도록 되어 있으며, 외부 선원캡슐(15)에는 측정기와 연결되기 위한 커넥터(15a)가 형성되어 있다.

도 2는 비파괴 검사 등의 산업용으로 사용되는 Ir-192 밀봉선원(3)을 보인것으로서, 이 밀봉선원(3)은 Ir-192 방사선원을 1차로 밀봉시키기 위한 내부 선원캡슐(31)과, 그 내부 선원캡슐(31)이 투입되어 밀봉되는 외부 선원캡슐(35)로 구성되어 있다. 그리고, 내부 선원캡슐(31)과 외부 선원캡슐(35)은 내부 캡슐캡(32)과 외부 캡슐캡(36)으로 각각 용접 밀봉되도록 이루어져 있으며, 외부 캡슐캡(36)에는 측정기와 연결되기 위한 커넥터(36a)가 형성되어 있다.

도 3은 치료용으로 사용되는 Ir-192 밀봉선원(5)을 보인 것으로서, 이 밀봉선원(5)은 원격조정용 근접치료기에 적합하게 사용될 수 있도록 디스크형 Ir-192 방사선원이 밀봉되는 선원캡슐(51), 그 선원캡슐(51)에 용접 밀봉되는 캡슐캡(52)에 길이방향으로 연결되는 운전 케이블(55) 및, 선원캡슐(51)이 연결된 그 운전 케이블(55)의 타측 끝단에 결합되는 커넥터(57)로 구성되어 있는 바, 이러한 밀봉선원(5)과 같은 기술은 미합중국 특허 제4,861,520호에 제시되어 있다.

이와 같은 밀봉선원(1)(3)(5)은 원자로에서 중성자 조사된 방사선원을 핫셀(hotcell)로 옮겨 도 1 및 도 2와 같이 2중 캡슐로 이루어진 경우 내부 선원캡슐(11)(31)내에, 도 3과 같이 단일 캡슐로 이루어진 경우 선원캡슐(51)내에 적정량을 투입시킨 다음, 캡슐캡(12)(32)(52)을 씌워 결합시킨 상태에서 그 선원캡슐(11)(31)(51)과 캡슐캡(12)(32)(52)의 연결부위를 용접함으로써 내부를 밀봉하게 된다. 또한, 2중 캡슐로 이루어진 경우에는 위에서와 같이 1차 용접 밀봉된 내부 선원캡슐(11)(31)을 외부 선원캡슐(15)(35)에 투입시킨 다음 다시 외부 캡슐캡(16)(36)을 씌워 용접함으로써 방사선원을 2중으로 밀봉시키게 된다.

그런데, 상술한 바와 같은 각 밀봉선원(1)(3)(5)을 생산함에 있어서, 다양한 크기와 형태로 이루어진 각 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)과 캡슐캡(12)(16)(32) (36)(52)을 용접하여 밀봉시키기 위해서는 이에 적합한 5가지의 선원캡슐 고정용 지그나 용접장치를 각각 제작하여야 하므로 밀봉선원 용접장비의 제작에 어려움이 따르게 되고, 또한 밀봉선원의 생산성을 저하시키게 됨은 물론 그 다양한 밀봉선원 용접장비 등의 제작으로 인해 밀봉선원의 생산 원가가 증가되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 여러 종류의 밀봉선원을 용접하도록 다양한 규격의 선원캡슐을 취급하는 각각의 콜릿을 구비함으로써 하나의 용접장치로 다양한 종류의 밀봉선원을 생산할 수 있도록 하여 밀봉선원의 생산성을 향상시킴은 물론 밀봉선원의 생산원가를 절감할 수 있도록 한 밀봉선원 다중 용접장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 두께 등을 측정하는 산업용으로 사용되는 Co-60 밀봉선원을 보인 단면도.

도 2는 비파괴 검사 등의 산업용으로 사용되는 Ir-192 밀봉선원을 보인 단면도.

도 3은 치료용으로 사용되는 Ir-192 밀봉선원을 보인 단면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밀봉선원 용접장치를 보인 부분 절개 정면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 밀봉선원 용접장치를 보인 평면도.

도 6a 내지 6e는 본 발명의 실시예에 따른 밀봉선원 용접장치에서, 각 콜릿척의 적용구조를 각각 보인 예시도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 밀봉선원 용접장치에서, 콜릿척 회전 고정체의 일부 구성을 보인 분해 단면도.

도 8는 본 발명의 실시예에 따른 밀봉선원 용접장치에서, 캡 지지부의 동작상태를 보인 종단 정면도.

도 9는 도 8의 평면도.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 밀봉선원 용접장치를 이용한 선원캡슐의 용접상태를 보인 예시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

101 : 밀봉선원 용접장치 107 : 용접토치

110 : 콜릿척 130 : 콜릿척 회전 고정체

131 : 척 하우징 133 : 스핀들

135 : 슬리브 137 : 고정캡

139 : 척승강용 실린더 150 : 구동모터

170 : 용접토치 위치 조정부 171 : 수직 이송유닛

175 : 수평 이송유닛 190 : 캡 지지부

191 : 캠 하우징 193 : 캠바

196 : 연결로드 197 : 푸시핀

198 : 스프링 199 : 캠바이송용 실린더

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 다종의 선원캡슐에 씌워진 캡슐캡을 용접토치로 용접시키는 밀봉선원 용접장치에 있어서, 상기 선원캡슐을 수직상으로 각각 수용하여 고정하기 위한 콜릿척과, 상기 콜릿척을 고정하며 수직선상을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 콜릿척 회전 고정체와, 상기 콜릿척 회전 고정체를 통해 상기 콜릿척과 함께 선원캡슐을 회전시키는 회전 구동모터와, 상기 콜릿척에 고정된 선원캡슐에 씌워지는 캡슐캡을 회전가능하게 상부로부터 밀착 고정시키는 캡 지지부와, 상기 용접토치의 위치를 상기 콜릿척에 고정된 선원캡슐과 캡슐캡의 용접지점으로 이동시키는 용접토치 위치 조정부를 포함하는 밀봉선원 용접장치를 제공한다.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 콜릿척 회전 고정체는 베이스 플레이트의 상부에 고정바를 통해 소정 간각을 두고 장착되는 척 하우징과, 상기 척 하우징의 중심에 베어링을 두고 수직방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 스핀들과, 상기 스핀들의 중심에 상하 이동가능하게 결합되어 상단에 콜릿척이 수직방향으로 삽입 안착되기 위한 안착공이 형성되며 상승 이동될 때 상기 콜릿척의 콜릿을 중심쪽으로 수축시키는 슬리브와, 상기 슬리브의 안착공에 안착되는 콜릿척을 스핀들에 고정시키는 고정캡과, 상기 슬리브를 상하 이동시키도록 슬리브 하단에 밀착 설치된 척승강용 실린더를 포함한다.

그리고, 상기 용접토치 위치 조정수단은 수직방향으로 설치되어 회전시 상하 이동되는 수직 이송체를 구성하는 수직 이송유닛과, 상기 수직 이송체에 장착되어 상기 용접토치를 상기 콜릿척 중심선상으로부터 수평방향으로 이송시키는 수평 이송체를 구성하는 수평 이송유닛을 포함한다.

또한, 상기 캡 지지수단은 베이스 플레이트의 상부에 고정바를 통해 소정 간각을 두고 장착되는 캠 하우징과, 상기 캠 하우징의 중심에 수직상으로 설치되어 상하 이동시 소정 각도로 회전하는 캠바, 상기 캠바의 상단에 수평하게 결합된 연결로드의 끝단에 수직하게 설치되어 상기 캠바가 하강할 때 상기 콜릿척 상부 중심선상으로 이동하면서 하강하여 상기 콜릿척에 고정된 선원캡슐의 캡슐캡 상부면을 하부로 가압하는 푸시핀과, 상기 캠바를 상하 이동시키도록 상기 캠바 하단에 밀착 설치된 캠바이송용 실린더를 포함한다.

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

도 4와 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밀봉선원 용접장치(101)의 정면도 및 평면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밀봉선원 용접장치(101)는 도 1과 도 2 및 도 3에 도시된 각각의 밀봉선원(1)(3)(5)에서 캡슐캡(12)(16)(32)(36)(52)이 씌워지는 다양한 크기와 형상의 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)과 캡슐캡(12)(16)(32) (36)(52)을 용접하여 밀봉하기 위한 것으로서, 베이스 플레이트(103)와, 각각의 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)을 수직상으로 각각 수용하여 고정하기 위한 콜릿척(110)과, 그 콜릿척(110)을 고정하며 축선을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 콜릿척 회전 고정체(130)와, 그 콜릿척 회전 고정체(130)에 회전력을 제공하여 콜릿척(110)과 함께 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)을 회전시키는 구동모터(150)와, 콜릿척(110)에 고정된 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)에 씌워지는 캡슐캡(12)(16) (32)(36)(52)을 회전 가능하게 상부로부터 밀착 고정시키는 캡 지지부(190)와, 용접토치(107)의 위치를 콜릿척(110)에 고정된 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)과 캡슐캡(12)(16)(32)(36)(52)의 용접지점으로 조정하는 용접토치 위치 조정부(170)로 구성된다.

부연하면, 콜릿척(110)은 도 7에 도시된 바와 같이 상부로부터 방사상으로 분할된 콜릿(111)의 상단 중심에 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)이 상부로부터 삽입 고정되기 위한 장전홈(113)이 형성되고, 외주상에는 중식쪽으로 하향 경사진 경사면(115)이 형성되며, 경사면(115)의 상측 끝단에서 중심쪽으로 수평하게 깎여지는 걸림턱(117)이 형성된다.

이때, 콜릿척(110)은 도 6a 내지 6e에 도시되는 바와 같이 각 5가지의 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)을 수용할 수 있는 5가지의 구조로 이루어진다. 도 6a 내지 6e에서는 5가지의 콜릿척(110a 내지 110e)을 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)에 따라 특정하여 지칭하기 위해 도면부호 110 및 113을 a,b,c,d,e의 5가지로 나누어 각각 기재하였는 바, 우선 도 6a는 산업용으로 사용되는 Co-60 밀봉선원(1)의 내부 선원캡슐(11)이 장전되는 장전홈(113a)이 형성되는 콜릿척(110a)을 보인 것이고, 도 6b는 산업용으로 사용되는 Co-60 밀봉선원(1)의 외부 선원캡슐(15)이 장전되는 장전홈(113b)이 형성되는 콜릿척(110b)을 보인 것이며, 도 6c는 산업용으로 사용되는 Ir-192 밀봉선원(3)의 내부 선원캡슐(31)이 장전되는 장전홈(113c)이 형성되는 콜릿척(110c)을 보인 것이며, 도 6d는 산업용으로 사용되는 Ir-192 밀봉선원(3)의 외부 선원캡슐(35)이 장전되는 장전홈(113d)이 형성되는 콜릿척(110d)을 보인 것이며, 도 6e는 치료용으로 사용되는 Ir-192 밀봉선원(5)의 선원캡슐(51)이 장전되는 장전홈(113e)이 형성되는 콜릿척(110e)을 보인 것이다. 즉, 각 콜릿척(110a 내지 110e)의 장전홈(113a 내지 113e)은 캡슐캡(12)(16)(32)(36)(52)과 용접되는 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)의 용접위치를 동일 선상에 위치시키기 위해 각 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)과 대응하는 형상과 직경 및 깊이를 갖는다. 또한, 소형의 방사선원이 직접 투입되는 선원캡슐(11)(31)(51)을 장전하는 콜릿척(110a 내지 110e)의 상부에는 선원투입 홀더(120a)(120c)(120e)가 결합되는 바, 이때 선원투입 홀더(120a)(120c)(120e)는 깔때기 구조로 이루어져 소형의 방사선원이 선원캡슐(11)(31)(51)에 쉽게 투입될 수 있도록 안내하기 위한 것이다.

그리고, 콜릿척 회전 고정체(130)는 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이 베이스 플레이트(103)의 상부에 고정바(140)를 통해 소정 간각을 두고 장착되는 척 하우징(131)과, 그 척 하우징(131)의 중심에 베어링(132)을 두고 축선을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 스핀들(133)과, 스핀들(133)의 중심에 상하 이동가능하게 결합되어 상단에 콜릿척(110)이 수직방향으로 삽입 안착되도록 안착공(134)이 형성되며 상승 이동될 때 콜릿척(110)의 콜릿(111)을 중심쪽으로 수축시키는 슬리브(135)와, 그 슬리브(135)의 안착공(134)에 안착되는 콜릿척(110)을 스핀들(133)에 고정시키는 고정캡(137)과, 슬리브(135)를 상하 이동시키는 척승강용 실린더(139)로 구성된다.

여기에서, 콜릿척 회전 고정체(130) 상단의 고정캡(137)은 원통형으로 형성되며, 내주상 하단부에 스핀들(133)의 상단 외주상에 형성된 수나사(133a)와 체결되기 위한 암나사(137a)가 형성되며, 상단에는 중심쪽으로 절곡되어 콜릿척(110)의 걸림턱(117)과 상부로부터 결합되는 걸림편(138)이 환형으로 형성된다.또한, 도 4에 도시된 콜릿척 회전 고정체(130) 하단의 척승강용 실린더(139)는 슬리브(135)와 동일 축선 상에 위치하도록 베이스 플레이트(103) 위에 설치되어 있으며, 플로팅 조인트(141)를 통해 슬리브(135) 하단에 밀착되어 슬리브(135)를 회전 가능한 상태에서 상하로 이동시키도록 되어 있다. 이를 위해 플로팅 조인트(141)는 도 4에 반단면 상태로 도시된 바와 같이 슬리브(135) 하단에 아래쪽으로 뻗어 있는 지지봉(142)을 볼 소켓 조인트 형태로 면 베어링(143)에 의해 지지하도록 되어 있다. 그리고, 슬리브(135)의 내주면 상단에는 콜릿척(110)의 경사면(115)과 대응하는 경사면(136)이 상부로 확장 형성되어 슬리브(135)가 상부로 이동될 때 콜릿척(110)의 경사면(115)을 통해 콜릿(111)을 중심쪽으로 가압시키도록 되어 있다.

이에 따라, 이 콜릿척 회전 고정체(130)는 고정캡(137)에 의해 콜릿척(110)을 스핀들(133)에 고정시켜 콜릿척(110)의 상하 이동이 불가능하도록 한 상태에서 슬리브(135)를 상부로 이동시켜 콜릿(111)을 척킹시킴으로써 척킹시 콜릿척(110)의 이동으로 인해 캡슐의 용접위치가 변위되는 것을 방지하게 되는 것이다.

그리고, 회전력 제공수단인 회전 구동모터(150)는 베이스 플레이트(103)의 상부 일측단에 수직방향으로 장착되어 회전력을 타이밍벨트(151)와 벨트풀리(152)(153)를 통해 스핀들(133)에 제공하게 된다. 이 때 베어링(132)과 풀리(153) 사이에는 카본 브러쉬(154)가 설치되며, 이렇게 하여 구동모터(150)의 회전력이 스핀들(133)에 제공되면, 스핀들(133)은 콜릿척(110)과 그 콜릿척(110)에 고정된 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51) 및 캡슐캡(12)(16)(32)(36)(52)이 회전함으로써 이들의 용접부위를 용접토치(107)에 대하여 회전 변위시키게 된다.

한편, 캡 지지부(190)는 도 4와 도 5, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 베이스 플레이트(103)의 상부에 고정바(200)를 통해 소정 간각을 두고 장착되는 캠 하우징(191)과, 그 캠 하우징(191)의 중심에 수직상으로 설치되어 상하 이동시 소정 각도로 회전하는 캠바(193), 그 캠바(193)의 상단에 수평하게 결합된 연결로드(196)의 끝단에 수직하게 설치되어 캠바(193)를 중심으로 그 캠바(193)와 같이 회전하고 승강하면서 콜릿척(110)에 고정된 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)의 캡슐캡(12)(16)(32)(36)(52) 상부면을 하부로 가압하는 푸시핀(197)과, 캠바(193)를 상하 이동시키는 캠바이송용 실린더(199)로 구성된다. 이때, 캠 하우징(191)의 중심에는 캠바(193)가 수직방향으로 삽입되는 안내공(192)이 관통 형성되고, 그 안내공(192)의 일측에는 가이드핀(195)이 설치되며, 캠바(193)의 외주상에는 서로 약 90° 각도 간격을 갖고 상하로 연장되다가 경사지게 연결되어 가이드핀(195)에 결합되는 가이드홈(194)이 형성된다. 또한, 푸시핀(197)은 탄력적으로 캡슐캡(12)(16)(32)(36)(52)을 가압하도록 스프링(198)이 외주면에 끼워져 구비된다. 아울러 캠바(193)의 하단에는 캠바이송용 실린더(199)가 캠바(193)와 동일 축선상에 설치되어 캠바(193) 하단에 밀착된 플로팅 조인트(201)를 통해 캠바(193)를 상하로 이동시키게 된다. 이때, 플로팅 조인트(201)는 플로팅 조인트(141)와 동일한 내부 구성을 가지고 있으므로 척승강용 실린더(199)는 캠바(201)를 회전 가능하게 승강시킬 수 있도록 되어 있다.

따라서, 캠바이송용 실린더(199)에 의해 캠바(193)가 상승할 경우 이때의 캠바(193)는 가이드홈(194)과 가이드핀(195)에 의해 90°회전하게 되고, 푸시핀(197)은 그 캠바(193)와 함께 캠바(193)를 중심으로 공전하면서 상승하여 콜릿척(110)의 중심선상에서 90°벗어나게 된다. 다시 캠바이송용 실린더(199)에 의해 캠바(193)가 하강할 경우 이때의 캠바(193)는 역시 가이드홈(194)과 가이드핀(195)에 의해 원위치로 90°회전하게 되고, 푸시핀(197)은 그 캠바(193)를 중심으로 공전하여 콜릿척(110) 상부 중심선상으로 이동하면서 그 캠바(193)와 함께 하강하여 콜릿척(110)에 고정된 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)의 캡슐캡(12)(16)(32) (36)(52) 상부면을 하부로 가압하게 된다.

또한, 용접토치 위치 조정부(170)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 용접토치(107)를 상하, 전후방향으로 이송시켜 각 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)에 따른 용접지점을 조정하는 수직 이송유닛(171)과 수평 이송유닛(175)으로 구성된다.

즉, 수직 이송유닛(171)은 베이스 플레이트(103)의 상부면에 수직하게 설치되는 2개의 수직 가이드바(172)와, 그 수직 가이드바(172)를 따라 상하 이동 가능하게 설치되는 수직 이송체(173)와, 그 수직 이송체(173)를 상하 이송시키는 수직이송용 핸들(174)로 구성된다. 따라서 수직 가이드바(172)에 나사 결합된 수직 이송체(173)는 이송용 핸들(174)이 정역 회전함에 따라 상하로 이동하여 수평 이송유닛(175)을 승강시킨다.

또한, 수평 이송유닛(175)은 수직 이송유닛(171)의 수직 이송체(173)에 장착되어 용접토치(107)와 수평으로 뻗는 2개의 수평 가이드바(176)와, 그 수평 가이드바(176)를 따라 수평으로 이동하면서 클램프(179)를 통해 용접토치(107)가 일체로 장착되는 수평 이송체(177)와, 그 수평 이송체(177)와 함께 용접토치(107)를 콜릿척(110) 중심선상으로부터 수평방향으로 이송시키는 수평이송용 핸들(178)로 구성된다. 마찬가지로 수평 이송유닛(175)도 수평 이송체(177)가 수평 가이드바(176)에 나사 결합되어 수평이송용 핸들(178)의 정역회전에 따라 좌우로 이동함으로써 수평 이송체(177) 하부에 클램프(179)로 결합되어 있는 용접토치(107)를 좌우로 정밀하게 이동시켜 용접토치(107)의 선단을 콜릿척(110)에 파지되어 있는 선원캡슐(11)에 대해 접근 또는 이격시키도록 되어 있다.

그리고, 도시하지는 않았지만 밀봉선원 용접장치(101)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 컨트롤 패널, 각 실린더에 공압을 공급하는 에어탱크 및 공압제어기, 용접주변기기 등이 구비된다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 밀봉선원 용접장치(101)를 각종 밀봉선원의 생산과정을 살펴보면 다음과 같다.

우선, 작업에 앞서 밀봉선원 용접장치(101)는 핫셀내에 설치되고, 이를 조작하기 위한 컨트롤 패널은 핫셀밖에 설치된다. 그리고, 작업하고자 하는 도 1과 도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같은 밀봉선원(1)(3)(5)의 선원캡슐(11)(15)(31) (35)(51)과 캡슐캡(12)(16)(32)(36)(52), 해당 방사선원 및 선원투입 홀더(120a) (120c)(120e)를 핫셀내에 배치시킨 상태에서 본 발명에 따른 용접작업이 개시된다.

예컨대, 도 1에 도시된 Co-60 밀봉선원(1)의 내부 선원캡슐(11)을 용접하여 밀봉시키고자 할 경우, 먼저 해당 선원캡슐(11)이 장전되기 위한 도 6a에 도시된 해당 콜릿척(110a)을 로봇팔을 이용하여 콜릿척 회전 고정체(130)의 슬리브(135)에 형성된 안착공(134)에 삽입시킨 다음, 그 콜릿척(110a)에 고정캡(137)을 씌워 스핀들(133)에 체결 고정시키게 된다. 그리고, 다시 로롯팔을 이용하여 해당 선원캡슐(11)을 그 콜릿척(110a)의 장전홈(113a)에 삽입 장전시킨 다음, 척승강용 실린더(139)를 동작시켜 슬리브(135)를 상승시키게 된다. 이때, 슬리브(135)의 상단 경사면(136)은 콜릿척(110)의 경사면(115)을 수축시켜 선원캡슐(11)이 장전된 콜릿(111)를 척킹시키게 된다.

이러한 상태에서, 선원투입 홀더(120a)를 콜릿척(110a)의 상단에 씌워 결합시키게 되는 바, 이때 선원투입 홀더(120a)는 선원캡슐(11)의 상부에 위치되어 투입구를 선원캡슐(11)에 연통시킨다. 그리고, 로봇팔을 이용하여 해당 방사선원을 미리 설정된 적정량 만큼 선원투입 홀더(120a)에 투입시키게 되며, 이렇게 투입된 방사선원은 선원캡슐(11)로 투입된다.

이렇게 하여 선원투입이 완료되면 로봇팔을 이용하여 선원투입 홀더(120a)를 분리한 다음, 다시 로봇팔을 이용하여 해당 캡슐캡(12)을 선원캡슐(11)의 상부에 씌워 가결합시키게 된다. 그리고, 캡 지지부(190)의 캠바이송용 실린더(199)를 동작시켜 캠바(193)를 하강시키게 되는 바, 이때 캠바(193)는 하강하면서 가이드홈(194)과 가이드핀(195)에 의해 90°회전하게 되고, 또한 푸시핀(197)은 그 캠바(193)를 중심으로 공전하여 콜릿척(110) 상부 중심선상으로 이동하면서 그 캠바(193)와 함께 하강하여 도 10에 도시된 바와 같이 콜릿척(110)에 고정된 선원캡슐(11)의 캡슐캡(12) 상부면을 하부로 가압 지지하게 된다.

이와 같은 상태에서, 회전 구동모터(150)를 동작시키게 되는 바, 이때 구동모터(150)는 타이밍벨트(151)와 벨트풀리(152)(153)를 통해 스핀들(133)을 회전시킴으로써 콜릿척(110)에 척킹된 선원캡슐(11)과 캡슐캡(12)이 회전되면서 용접토치(107)의 위치에 대해서 회전 변위되도록 한다. 그리고, 용접토치 위치 조정부(170)의 수직 이송유닛(171)과 수평 이송유닛(175)을 통해 용접토치(107)의 위치를 해당 선원캡슐(11)의 용접위치에 맞게 정밀 조정하게 된다.

그리고, 용접을 진행하게 되는 바, 전원이 인가된 용접토치(107)에 의해 용접되는 선원캡슐(11)과 캡슐캡(12)의 용접지점은 콜릿척(110)과의 동기회전에 의해 일정속도로 변위되어짐으로써 원주상을 따라 균일한 용접이 이루어진다.

이렇게 하여 해당 선원캡슐(11)의 용접이 완료되면, 구동모터(150)를 정지시킴과 동시에 콜릿척(110)의 척킹을 해제시키고, 푸시핀(197)의 상부지지를 해제시킨 다음, 용접작업이 완료된 선원캡슐(11)을 로봇팔로 꺼내어 저장함에 보관시키게 되는 바, 상술한 바와 같은 과정은 결정된 생산량을 달성할 때까지 반복되게 된다.

한편, 상술한 바와 같이 용접작업된 선원캡슐(11) 외의 다른 선원캡슐(15)(31)(35)(51)을 용접 밀봉작업하고자 할 경우에는 도 6b 내지 6e에 도시된 해당 콜릿척(110b)(110c)(110d)(110e)을 콜릿척 회전 고정체(130)에 장착시킨 상태에서 상술한 바와 같은 작업과정을 진행하게 된다. 다만, 내부 선원캡슐(11)(31)이 투입되는 외부 선원캡슐(15)(35)은 방사선원이 직접 투입되는 선원캡슐(11)(31)(51)에 비하여 비교적 큰 직경을 가지고 있으므로 선원투입 홀더(120a)(120c)(120e)를 사용하지 않는다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 여러 종류의 밀봉선원을 용접하도록 다양한 규격의 선원캡슐을 취급하는 각각의 콜릿을 구비함으로써 하나의 용접장치로 다양한 종류의 밀봉선원을 생산할 수 있도록 하여 밀봉선원의 생산성을 향상시킬 수 있게 되며, 밀봉선원의 생산원가를 절감하여 제품품질을 향상시킬 수 있게 된다.

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

다종의 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)과 캡슐캡(12)(16)(32)(36)(52)을 용접토치(107)로 용접하는 밀봉선원 용접장치(101)에 있어서,

상기 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)을 수직상으로 각각 수용하여 고정하기 위한 콜릿척(110)과, 상기 콜릿척(110)을 고정하며 수직선상을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 콜릿척 회전 고정체(130)와, 상기 콜릿척 회전 고정체(130)를 통해 상기 콜릿척(110)과 함께 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)을 회전시키는 회전 구동모터(150)와, 상기 콜릿척(110)에 고정된 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)에 씌워지는 캡슐캡(12)(16)(32) (36)(52)을 회전 가능하게 상부로부터 밀착 고정시키는 캡 지지부(190)와, 상기 용접토치(107)의 위치를 상기 콜릿척(110)에 고정된 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)과 캡슐캡(12)(16)(32) (36)(52)의 용접지점으로 이동시키는 용접토치 위치조정부(170)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉선원 용접장치.
제1 항에 있어서,

상기 콜릿척(110)은 상부로부터 방사상으로 분할된 콜릿(111)의 상단 중심에는 상기 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)이 상부로부터 삽입 고정되기 위한 장전홈(113)이 형성되고, 외주상에는 중식쪽으로 하향 경사진 경사면(115)이 형성되고, 상기 경사면(115)의 상측 끝단에서 중심쪽으로 수평하게 깎여지는 걸림턱(117)이 형성되는 것을 특징으로 하는 밀봉선원 용접장치.
제1 항에 있어서,

상기 콜릿척 회전 고정체(130)는 베이스 플레이트(103)의 상부에 고정바(140)를 통해 소정 간각을 두고 장착되는 척 하우징(131)과, 상기 척 하우징(131)의 중심에 베어링(132)을 두고 수직방향을 중심으로 회전 가능하게 설치되는 스핀들(133)과, 상기 스핀들(133)의 중심에 상하 이동가능하게 결합되어 상단에 콜릿척(110)이 수직방향으로 삽입 안착되기 위한 안착공(134)이 형성되며 상승 이동될 때 상기 콜릿척(110)의 콜릿(111)을 중심쪽으로 수축시키는 슬리브(135)와, 상기 슬리브(135)의 안착공(134)에 안착되는 콜릿척(110)을 스핀들(133)에 고정시키는 고정캡(137)과, 상기 슬리브(135)를 상하 이동시키도록 상기 슬리브(135) 하단에 밀착 설치된 척승강용 실린더(139)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉선원 용접장치.
제2 항 또는 제3 항에 있어서,

상기 고정캡(137)은 원통형으로 형성되어 상기 스핀들(133)의 상단 외주상에 나사 체결되며, 상단에는 중심쪽으로 절곡되어 상기 콜릿척(110)의 걸림턱(117)과 상부로부터 결합되는 걸림편(138)이 환형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밀봉선원 용접장치.
제2 항 또는 제3 항에 있어서,

상기 슬리브(135)의 내주면 상단에는 상기 콜릿척(110)의 경사면(115)과 대응하는 경사면(136)이 상부로 확장 형성되어 상기 슬리브(135)가 상부로 이동될 때 상기 콜릿척(110)의 경사면(115)을 중심쪽으로 가압시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉선원 용접장치.
제1 항 또는 제3 항에 있어서,

상기 회전 구동모터(150)는 타이밍벨트(151)와 벨트풀리(152)(153)를 통해 상기 스핀들(133)에 회전력을 가하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 밀봉선원 용접장치.
제1 항에 있어서,

상기 용접토치 위치 조정부(170)는 수직방향으로 설치되어 회전시 상하 이동되는 수직 이송체(173)를 구성하는 수직 이송유닛(171)과, 상기 수직 이송체(173)에 장착되어 상기 용접토치(107)를 상기 콜릿척(110) 중심선상으로부터 수평방향으로 이송시키는 수평 이송체(177)를 구성하는 수평 이송유닛(175)을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉선원 용접장치.
제1 항에 있어서,

상기 캡 지지부(190)는 베이스 플레이트(103)의 상부에 고정바(140)를 통해 소정 간각을 두고 장착되는 캠 하우징(191)과, 상기 캠 하우징(191)의 중심에 수직상으로 설치되어 상하 이동시 소정 각도로 회전하는 캠바(193), 상기 캠바(193)의 상단에 수평하게 결합된 연결로드(196)의 끝단에 수직하게 설치되어 상기 캠바(193)가 하강할 때 상기 콜릿척(110) 상부 중심선상으로 이동하면서 하강하여 상기 콜릿척(110)에 고정된 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)의 캡슐캡(12)(16)(32) (36)(52) 상부면을 하부로 가압하는 푸시핀(197)과, 상기 캠바(193)를 상하 이동시키도록 상기 캠바(193) 하단에 밀착 설치된 캠바이송용 실린더(199)를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉선원 용접장치.
제8 항에 있어서,

상기 캠 하우징(191)의 중심에는 상기 캠바(193)가 수직방향으로 삽입되는 안내공(192)이 관통 형성되고, 상기 안내공(192)의 일측에는 가이드핀(195)이 설치되며, 상기 캠바(193)의 외주상에는 서로 약 90° 각도 간격을 갖고 상하로 연장되다가 경사지게 연결되어 가이드핀(195)에 결합되는 가이드홈(194)이 형성되는 것을 특징으로 하는 밀봉선원 용접장치.
제1 항에 있어서,

상기 콜릿척(110)에 고정되는 각각의 선원캡슐(11)(15)(31)(35)(51)로 방사선원을 안내 투입하도록 상기 콜릿척(110)의 상단에 결합되는 선원투입 홀더(120a)(120c)(120e)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉선원 용접장치.