KR100814110B1 - Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치 및 그에 따른용접방법 - Google Patents

Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치 및 그에 따른용접방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치 및 그에 따른 용접방법에 관한 것으로, 초소형 밀봉선원인 I-125 시드를 제작 시 I-125 시드 티타늄 튜브를 고정시키기 위한 고정 지그와 이를 회전시키기 위한 회전 지그가 적용됨으로써 I-125 시드 티타늄 튜브의 용접 시 I-125 시드 티타늄 튜브의 위치를 수작업에 의하여 변경할 필요가 없으며, 고정된 I-125 시드 티타늄 튜브의 회전없이 조사되는 레이저 빔에 의해 용접작업이 수행됨으로써 재현성이 우수하여 숙련된 작업자에 의존도를 저감시킬 수 있으며, I-125 시드 티타늄 튜브의 용접 조건을 최적화하여 생산을 위한 안정적인 용접품질의 확보가 용이할 뿐만 아니라, 초소형 밀봉선원인 I-125 시드의 단가를 절감할 수 있어 치료용 선원을 상용화가 용이하여 전립선암 등의 의료 분야에서 의료비 부담을 감소시킬 뿐만 아니라, 고가의 초소형 I-125 시드의 국산화 및 대량 생산이 용이하여 국내 암치료 기술을 선진화할 수 있어 고부가가치 산업에 즉각적인 적용이 가능한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치 및 그에 따른 용접방법으로서, 티타늄(Ti) 튜브의 내부에 I-125 방사선원을 설치한 후 레이저 빔(B)으로 용접하여 초소형 밀봉선원을 제작하기 위한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치에 있어서, 상기 티타늄 튜브를 고정하기 위한 고정 지그; 및 상기 고정 지그를 소정각도로 회전시키기 위하여 그 일측면에 연결되는 회전 지그; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
I-125 시드, 티타늄 튜브, 방사선원, 용접장치, 고정 지그, 회전 지그, 냉각 디스크

Description

Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치 및 그에 따른 용접방법{Apparatus of laser welding for sealing I-125 seed Titanium tube and method thereof}
도 1은 종래 기술에 따른 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접방법을 개략적으로 나타내는 사시도,
도 2는 다른 종래 기술에 따른 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 개략적으로 나타내는 사시도,
도 3은 도 2에 따른 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치에 의해 용접되는 과정을 개략적으로 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브 레이저 용접장치를 개략적으로 나타내는 정면도,
도 5는 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 개략적으로 나타내는 측면도,
도 6은 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치에 의해 용접되는 과정을 개략적으로 나타내는 도면,
도 7은 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치에 따른 용접방법을 나타내는 흐름도,
도 8은 본 발명에 의한 I-125 시드 티타튬 튜브의 레이저 용접장치에 따른 용접방법에 의해 제작된 초소형 방사선원을 나타내는 단면도,
도 9는 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔의 최적 초점위치를 도출하기 위한 최적 레이저 용접조건 중 동일 출력하에서의 펌핑 전압의 영향을 분석한 표 및 그래프,
도 10은 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔의 최적 초점위치를 도출하기 위한 최적 레이저 용접조건 중 동일 출력하에서의 펄스 폭의 영향을 분석한 표 및 그래프,
도 11은 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔의 최적 초점위치를 도출하기 위한 최적 레이저 용접조건 중 동일 출력하에서의 펄스 주파수의 영향을 분석한 표 및 그래프,
도 12는 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔의 최적 초점위치를 도출하기 위한 최적 레이저 용접조건 중 동일 출력하에서의 펌핑 전압의 영향을 분석한 결과를 나타내는 그래프,
도 13은 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔의 최적 초점위치를 도출하기 위한 최적 레이저 용접조건 중 동일 출력하에서의 펄스 폭의 영향을 분석한 결과를 나타내는 그래프,
도 14는 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔의 최적 초점위치를 도출하기 위한 최적 레이저 용접조건 중 동일 출력하에서의 펄스 주파수의 영향을 분석한 결과를 나타내는 그래프,
도 15는 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔의 최적 레이저 용접조건에 의해 반복적으로 용접을 수행한 후 I-125 시드 티타늄 튜브의 길이를 측정한 결과를 나타내는 표.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
1 : Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치,
3 : Ｉ-125 시드 티타늄 튜브, 5 : 방사선원,
7 : Ｉ-125 시드, 8, 8' : 용융풀,
10 : 고정 지그, 11 : 설치공,
30 : 회전 지그, 50, 50' : 냉각 디스크,
51, 51' : 삽입공.
본 발명은 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치 및 그에 따른 용접방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부에 방사선원을 설치하여 초소형 밀봉선원인 I-125 시드를 제작 시 I-125 시드 티타늄 튜브를 고정시키기 위한 고정 지그와 이를 회전시키기 위한 회전 지그가 적용됨으로써 I-125 시드 티타늄 튜브의 용접 시 I-125 시드 티타늄 튜브의 위치를 수작업에 의하여 변경할 필요가 없으며, 고정된 I-125 시드 티타늄 튜브의 회전없이 조사되는 레이저 빔에 의해 용접작업이 수행됨으로써 재현성이 우수하여 숙련된 작업자에 의존도를 저감시킬 수 있으며, I-125 시드 티타늄 튜브의 용접 조건을 최적화하여 생산을 위한 안정적인 용접품질의 확보가 용이하고, 이로 인해 용접장치 자동화 및 용접시스템의 구축이 용이한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치 및 그에 따른 용접방법에 관한 것이다.
최근 들어, 인체의 질병을 치료하기 위하여 방사선이 의료분야에 다양하게 적용되고 있으며, 이러한 방서선 치료는 크게 체외 방사선 치료와 체내 방사선 치료의 두 가지 방법으로 구분된다.
여기서, 체외 방사선 치료는 환자의 외부에서 인체를 향하여 여러 방향으로 방사선을 조사하여 치료하는 방법이고, 체내 방사선 치료는 환자의 인체 내부 조직에 매우 작은 방사선 동위원소를 심거나 삽입하는 것으로 전립선암 등에 유용하게 적용된다.
이렇게 치료를 위해 환자의 내부 조직에 삽입되는 초소형 밀봉선원은 환자에게 영구적으로 삽입되어 암세포를 제거하거나, 암세포의 전이 및 확대를 방지하여 치료 효과를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 부작용 등의 발생 확률을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
이러한, 초소형 밀봉선원은 통상 치료를 요하는 환자의 인체 내부에 50 내지 100개 정도 삽입되며, 고가로 이루어짐으로써 환자에게 적용 시 고가의 비용이 부 담된다.
여기서, 초소형 밀봉선원은 그 내부에 I-125 방사선원이 적용되기 때문에 통상 I-125 시드라 지칭되며, 이러한 I-125 시드는 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이, 티타늄 튜브(Titanium tube)의 내부에 I-125 방사선원이 삽입설치된 후 그 상방향에 설치된 레이저 용접장치의 초점 거리(111) 내에서 조사되는 레이저 빔(B)에 의하여 그 양 단부를 용접함으로써 제작된다.
이때, 소정각도 경사지게 위치하는 I-125 시드 티타늄 튜브(100)를 회전시켜 I-125 시드 티타늄 튜브(100)의 상단의 용융 길이(101)만큼 용접됨으로써 밀봉된다.
상술한 바와 같은 용접방법은 I-125 시드 티타늄 튜브(100)를 고정 및 회전시키기 위하여 필요로 하는 정확한 정력 및 치구의 안전성의 확보가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 이로 인해 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔(B)에 의한 불균일한 용융량 및 용접 시 티타늄 튜브(100)에서 발생되는 고열에 의한 불량이 발생하여 자동 생산 및 대량 생산이 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, I-125 시드를 제작하기 위하여 티타늄 튜브(100)의 양 단부를 용접할 경우, 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔(B)의 정확한 초점 거리 및 초점 위치의 조정이 어렵다는 문제점이 있었다.
한편, 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이, I-125 시드 티타늄 튜브(200)에 원주방향으로 회전 및 수직방향으로 상, 하 이동가능하게 이루어지되, 그 중심부에 티타늄 튜브(200)를 관통 및 고정시 키기 위한 홀(미도시)이 관통형성되고, 용접에 의하여 I-125 시드 티타늄 튜브(200)에 발생되는 고열을 발산하기 위한 냉각 디스크(Cooling Disk, 220)를 설치하였다.
이렇게 I-125 시드 티타늄 튜브(200)에 설치된 냉각 디스크(220)가 원주방향으로 회전함과 동시에 상, 하로 이동됨으로써 냉각 디스크(220)와 레이저 빔(B) 사이의 거리(221) 내에서 레이저 헤드(미도시)로부터 조사되는 레이저 빔(B)이 냉각 디스크(220)에 고정된 티타늄 튜브(200)의 상단을 용융에 따른 용접작업을 수행한다.
이때, 냉각 디스크(220) 및 상기 냉각 디스크(220)에 고정되는 티타늄 튜브(200)를 상, 하방향으로 이동시키는 상, 하 회동부(미도시)에 의하여 냉각 디스크(220)와 레이저 빔(B) 사이의 거리(221)를 조절한 후 레이저 빔(B)을 티타늄 튜브(200)의 상단에 조사하여 용접작업을 수행한다.
이렇게 냉각 디스크(220)와 레이저 빔(B) 사이의 거리(221)을 조절한 후 레이저 빔(B)에 의하여 용접을 수행할 경우, 냉각 디스크(220)와 상기 냉각 디스크(220)에 고정되는 티타늄 튜브(200)는 원주방향으로 회전되면서 용접작업이 수행된다.
상술한 바와 같이, 티타늄 튜브(200)의 상단부에 용접을 수행한 후 도 3에서 도시하고 있는 바와 같이, 냉각 디스크(220)에서 티타늄 튜브(200)를 해제 및 제거하여 하단이 상측을 향하도록 위치시킨 다음 티타늄 튜브(200)를 다시 냉각 디스크(220)에 결합 및 고정시킨 후 티타늄 튜브(200)의 내부에 실버 시드(Silver Sead)로 이루어지는 방사선원(230)을 삽입시킨다.
이렇게 일측이 용접으로 밀봉된 티타늄 튜브(200)에 방사선원(230)을 삽입한 후 개방되어 있는 티타늄 튜브(200)의 타측을 레이저 용접하여 밀봉시킴으로써 초소형 밀봉선원인 I-125 시드(250)를 제작하게 된다.
상술한 바와 같은 방법 및 공정에 의하여 제작되는 I-125 시드 티타늄 튜브(200)는 냉각 디스크(220)와 함께 원주방향으로 회전되면서 용접되도록 이루어짐으로써 냉각 디스크(220)에도 용융열이 영향을 미치게 되어 I-125 시드 티타늄 튜브(200)의 용융량의 균일성을 확보하기 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, I-125 시드 티타늄 튜브(200)의 상단을 용접한 후 작업자가 수작업으로 I-125 시드 티타늄 튜브(200)를 냉각 디스크(220)에서 해제 및 제거한 다음 I-125 시드 티타늄 튜브(200)의 개방된 부분이 상측을 향하도록 위치시켜 냉각 디스크(220)에 결합 및 고정시키는 등 I-125 시드를 제작하기 위한 전체공정이 수작업으로 이루어짐으로써 작업자의 방사선 피폭량을 증가시킬 뿐만 아니라, 이로 인해 생산성을 저하시키고, 장시간 용접으로 인하여 고열을 발산하기 위한 냉각 디스크(220)의 냉각이 균일하게 이루어지기 어려울 뿐만 아니라, 용융열에 의해 I-125 시드에 변형이 발생될 뿐만 아니라, 장시간 용접에 의한 과도한 입열량으로 인해 I-125 시드 내부의 압력이 증가하는 등 용접 불량이 발생되어 제품의 불량을 초래하는 문제점이 있었다.
더불어, 전체 용접공정이 복잡할 뿐만 아니라, 작업자의 숙련도에 의존하여 I-125 시드의 품질이 결정되는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 내부에 방사선원을 설치하여 초소형 밀봉선원인 I-125 시드를 제작 시 I-125 시드 티타늄 튜브를 고정시키기 위한 고정 지그와 이를 회전시키기 위한 회전 지그가 적용됨으로써 I-125 시드 티타늄 튜브의 용접 시 I-125 시드 티타늄 튜브의 위치를 수작업에 의하여 변경할 필요가 없으며, 고정된 I-125 시드 티타늄 튜브의 회전없이 조사되는 레이저 빔에 의해 용접작업이 수행됨으로써 재현성이 우수하여 숙련된 작업자에 의존도를 저감시킬 수 있으며, I-125 시드 티타늄 튜브의 용접 조건을 최적화하여 생산을 위한 안정적인 용접품질의 확보가 용이하고, 이로 인해 용접장치 자동화 및 용접시스템의 구축이 용이한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치 및 그에 따른 용접방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 티타늄(Ti) 튜브의 내부에 I-125 방사선원을 설치한 후 레이저 빔(B)으로 용접하여 초소형 밀봉선원을 제작하기 위한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치에 있어서, 상기 I-125 시드 티타늄 튜브를 고정하기 위한 고정 지그; 및 상기 고정 지그를 소정각도로 회전시키기 위하여 그 일측면에 연결되는 회전 지그; 및 상기 고정 지그의 상, 하부면에 각각 구비되는 냉각 디스크; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 고정 지그는 그 중심부에 I-125 시드 티타늄 튜브가 삽입설치되기 위한 설치공이 관통형성된다.
더불어, 상기 각 냉각 디스크의 중심부에 I-125 시드 티타늄 튜브가 삽입되기 위한 삽입공이 관통형성된다.
한편, 상기 냉각 디스크는 발생되는 고열을 외부로 발산 및 방출하기 위한 몰리브덴 재질로 이루어진다.
그리고, 상기 회전 지그의 일측에 회전 지그를 구동시켜 고정 지그를 회전시키기 위한 구동부가 구비된다.
더불어, 상기 회전 지그의 일측에 회전 지그의 구동을 제어하기 위한 제어부가 전기적으로 연결구비된다.
한편, 내부에 I-125 방사선원이 설치되는 I-125 시드 티타늄 튜브를 고정시키기 위하여 그 중심부에 설치공이 관통형성되는 고정 지그; 상기 고정 지그를 소정각도로 회전시키기 위하여 그 일측면에 연결되는 회전 지그; 상기 고정 지그의 상, 하부면에 각각 구비되되, 그 중심부에 삽입공이 관통형성되는 냉각 디스크; 및 상기 회전 지그의 일측에 구비되는 구동부와 제어부; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치에 따른 용접방법에 있어서, 상기 고정 지그의 설치공에 I-125 시드 티타늄 튜브를 설치하는 단계; 상기 고정 지그의 상, 하부에 냉각 디스크를 설치하는 단계; 상기 I-125 시드 티타늄 튜브에 레이저 빔을 조사하여 I-125 시드 티타늄 튜브의 상단을 용접하는 단계; 상기 회전 지그의 구동에 의해 고정 지그가 90°회전하는 단계; 상기 I-125 시드 티타늄 튜브의 내부에 방사선원을 투입하는 단계; 및 상기 I-125 시드 티타늄 튜브에 레이저 빔을 조사하여 I-125 시드 티타늄 튜브의 하단을 용접하는 단계; 를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 I-125 시드 티타늄 튜브에 레이저 빔의 조사 시 레이저 빔의 최적 용접 조건은 펌핑 전압이 220[V]이고, 펄스 폭이 2.30[msec]이며, 펄스 주파수가 50[Hz]이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브 레이저 용접장치를 개략적으로 나타내는 정면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 개략적으로 나타내는 측면도이고, 도 6은 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치에 의해 용접되는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치에 따른 용접방법을 나타내는 흐름도이고, 도 8은 본 발명에 의한 I-125 시드 티타튬 튜브의 레이저 용접장치에 따른 용접방법에 의해 제작된 초소형 방사선원을 나타내는 단면도이고, 도 9는 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔의 최적 초점위치를 도출하기 위한 최적 레이저 용접조건 중 동일 출력하에서의 펌핑 전압의 영향을 분석한 표 및 그래프이고, 도 10은 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레 이저 빔의 최적 초점위치를 도출하기 위한 최적 레이저 용접조건 중 동일 출력하에서의 펄스 폭의 영향을 분석한 표 및 그래프이고, 도 11은 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔의 최적 초점위치를 도출하기 위한 최적 레이저 용접조건 중 동일 출력하에서의 펄스 주파수의 영향을 분석한 표 및 그래프이고, 도 12는 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔의 최적 초점위치를 도출하기 위한 최적 레이저 용접조건 중 동일 출력하에서의 펌핑 전압의 영향을 분석한 결과를 나타내는 그래프이고, 도 13은 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔의 최적 초점위치를 도출하기 위한 최적 레이저 용접조건 중 동일 출력하에서의 펄스 폭의 영향을 분석한 결과를 나타내는 그래프이고, 도 14는 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔의 최적 초점위치를 도출하기 위한 최적 레이저 용접조건 중 동일 출력하에서의 펄스 주파수의 영향을 분석한 결과를 나타내는 그래프이고, 도 15는 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치를 통하여 조사되는 레이저 빔의 최적 레이저 용접조건에 의해 반복적으로 용접을 수행한 후 I-125 시드 티타늄 튜브의 길이를 측정한 결과를 나타내는 표이다.
도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치(1)는 레이저 빔(B)을 조사하여 I-125 시드 티타늄 튜브(3)를 레이저 용접하기 위한 용접 툴(미도시)과 고정 지그(Holding Jig, 10)와 회전 지그(Rotating Jig, 30)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 고정 지그(10)는 I-125 시드 티타늄 튜브(3)를 고정하기 위한 것으로서, 그 중심부에 I-125 시드 티타늄 튜브(3)가 삽입설치되기 위한 설치공(11)이 관통형성된다. 여기서, 상기 고정 지그(10)의 중심부에 관통형성되는 설치공(11)의 직경은 상기 I-125 시드 티타늄 튜브(3)의 외경과 대응되게 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 고정 지그(10)의 중심부에 관통형성되는 설치공(11)에 별도의 고정 부재가 더 구비되어 삽입설치되는 I-125 시드 티타늄 튜브(3)가 설치공(11) 내에서 이탈 및 해제되지 않게 고정시키도록 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 고정 지그(10)의 상, 하부면에 냉각 디스크(Cooling Disk : 50, 50')가 각각 구비되되, 상기 각 냉각 디스크(50, 50')의 중심부에는 상기 I-125 시드 티타늄 튜브(3)가 삽입되기 위한 삽입공(51, 51')이 관통형성된다.
상기한 바와 같이, 상기 고정 지그(10)의 상, 하부면에 냉각 디스크(50, 50')가 각각 구비됨으로써 레이저 용접 시 I-125 시드 티타늄 튜브(3)에서 발생되는 고열을 외부로 발산 및 방출할 수 있다. 여기서, 상기 각 냉각 디스크(50, 50')는 발생되는 고열을 외부로 발산 및 방출하기 위하여 몰리브덴 재질로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에서는 I-125 시드 티타늄 튜브(3)에서 발생되는 고열을 외부로 발산 및 방출하기 위한 각 냉각 디스크(50, 50')가 몰리브덴 재질로 이루어져 있으나, 레이저 용접 시 I-125 시드 티타늄 튜브(3)에서 발생되는 고열을 외부로 발산 및 방출하기 용이하다면 상기 냉각 디스크(50, 50')가 텡스텐과 같이 녹는점이 높은 금속 등 기타 다양한 재질의 금속으로 이루어지는 것도 가능하다.
여기서, 고정 지그(10)와 상기 고정 지그(10)의 상, 하부면에 각각 구비되는 냉각 디스크(50, 50')는 사각판체형상 또는 원판형상으로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않는 것이 바람직하다.
상기 회전 지그(30)는 상기 고정 지그(10)의 일측 단부에 연결되어 고정 지그(10)를 소정각도로 회전시키기 위한 것으로서, 그 일측에 회전 지그(30)를 구동시켜 상기 회전 지그(30)에 회전가능하게 연결되는 고정 지그(10)를 회전시키기 위한 구동부(미도시)가 구비된다.
그리고, 상기 회전 지그(30)의 일측에 회전 지그(30)에 연결되는 구동부의 구동을 제어하기 위한 제어부(미도시)가 상기 구동부에 전기적으로 연결구비된다.
여기서, 상기 회전 지그(30)와 상기 고정 지그(10)는 각 결합부에 나사결합 및 치차결합으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 회전 지그(30)에 연결되는 구동부에 직접적으로 연결되어 회전되도록 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 회전 지그(30)를 중심으로 고정 지그(10)가 자동으로 회전되도록 이루어지되, 상기 회전 지그(30)에 구비되는 구동부 및 상기 구동부를 제어하는 제어부에 의하여 고정 지그(10)가 자동으로 회전되도록 이루어져 있으나, 상기 고정 지그(10)가 회전 지그(30)를 중심으로 수동 회전되도록 이루어지는 것도 가능하다.
상기한 바와 같이, 상기 고정 지그(10)가 회전 지그(30)를 중심으로 수동 회전될 경우, 상기 고정 지그(10)가 회전 지그(30)를 중심으로 90°로만 회전되도록 고정 지그(10)와 회전 지그(30)가 결합되는 결합부 중 고정 지그(10)의 결합부 외 주연 돌출부가 형성되고, 회전 지그(30)의 결합부 일측과 타측에 스토퍼 역할을 담당하는 돌출부가 각각 형성됨으로써 상기 고정 지그(10)가 회전 지그(30)를 중심으로 수동 회전되도록 이루어지는 것도 가능하다. 이러한 구조에 의하여 상기 고정 지그(10)가 회전 지그(30)를 중심으로 수동 회전될 경우, 고정 지그(10)의 돌출부가 회전 지그(30)에 형성되되, 스토퍼 역할을 수행하는 각 돌출부와 맞닿아 고정 지그(10)를 정지시킴으로써 상기 고정 지그(10)가 90°의 각도 범위에서만 회전되도록 이루어진다.
한편, 상기 고정 지그(10)가 회전 지그(30)를 중심으로 수동 회전되는 구조로 이루어질 경우, 상기 고정 지그(10)의 회전을 용이하게 하기 위하여 고정 지그(10)의 일측 단부와 타측 단부의 중량을 달리하여 보다 용이하게 회전되도록 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 고정 지그(10)의 일측 단부에 소정의 중량을 갖는 부재를 별도로 설치하여 고정 지그(10)의 일측과 타측의 중량을 달리함으로써 고정 지그(10)의 회전을 용이하게 하는 것도 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치에 따른 용접방법을 도 6내지 도 7을 참조하여 설명한다.
먼저, 상기 고정 지그(10)의 중심부에 관통형성되는 설치공(11)에 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)를 설치한다(S10). 이때, 상기 설치공(11)의 상, 하부로 노출되는 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 길이가 동일하도록 설치하는 것이 바람직하다.
그리소, 상기 고정 지그(10)의 설치공(11)에 설치되는 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 상, 하부에 냉각 디스크(50, 50')를 설치한다(S20). 즉, 상기 고정 지그(10)의 설치공(11)에 설치된 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 상, 하부 및 고정 지그(10)의 상, 하부면에 냉각 디스크(50, 50')를 각각 설치한다. 이때, 상기 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 양 단부는 상기 각 냉각 디스크(50, 50')의 중심부에 관통형성되는 삽입공(51, 51')에 삽입되며, 이로 인해 상기 각 냉각 디스크(50, 50')가 고정된다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 고정 지그(10)에 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)를 설치한 후 고정 지그(10)의 상, 하부면에 냉각 디스크(50, 50')를 각각 설치하도록 이루어져 있으나, 상기 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 상부측 또는 하부측에 냉각 디스크(50, 50')를 설치한 후 상기 냉각 디스크(50, 50')가 설치된 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)를 고정 지그(10)에 설치한 다음 그 하부측 또는 상부측에 또 다른 냉각 디스크(50', 50)를 설치하여 상기 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 설치를 완료하는 것도 가능하다.
상기한 바와 같이, 상기 고정 지그(10) 및 그 상, 하부면에 각각 설치되는 냉각 디스크(50, 50')에 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)를 설치한 후 상기 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 상단에 용접 툴(미도시)을 통하여 레이저 빔(B)을 조사하여 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 상단을 용접하여(S30) Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 상단에 용융풀(8)을 형성한다.
그 다음, 상기 회전 지그(30)를 구동시켜 고정 지그(10)를 90°로 회전시킨다(S40). 즉, 상기 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 상단을 레이저 용접한 후 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 개방된 하단이 상부에 위치하도록 회전 지그(30)를 구동시켜 고정 지그(10)를 90°로 회전시킨다.
이렇게 회전 지그(30)를 구동시켜 고정 지그(10)를 회전시킴으로써 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 상, 하단 위치를 변경시킨 다음, 상기 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 내부에 방사선원(5)을 투입한다(S50).
그리고, 상기 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)에 실버 시드(Silver Sead)로 이루어지는 방사선원(5)을 삽입한 후 개방형성되되, 고정 지그(10)의 상부에 위치하는 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 하단에 레이저 빔을 조사하여 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 하단을 용접하여(S60) Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 하단에 용융풀(8')을 형성한다..
상기한 바와 같이, 상기 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)를 고정 지그(10)에 설치한 후 고정 지그(10)를 회전시켜 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 양 단부를 용접함으로써 작업자가 직접 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 위치를 변경하기 위한 별도의 작업이 필요치 않으며, 정확한 레이저 용접이 가능하여 상기 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)를 원주방향으로 회전시킬 필요가 없으며, 이로 인해 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)를 원주방향으로 회전시키기 위한 모터 등과 같은 별도의 회동부재를 생략할 수 있다.
이렇게 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 내부에 방사선원(5)을 삽입한 후 레이저 용접을 통해 제작된 Ｉ-125 시드(7)는 도 8에서 도시하고 있는 바와 같이, 길이가 46mm이며, 직경은 6mm로 형성된다.
여기서, 상기 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 양 단부을 레이저 용접하여 Ｉ-125 시드(7)를 제작할 경우, I-125 시드 티타늄 튜브(7)의 용접 조건을 최적화하여 생산을 위한 안정적인 용접품질의 확보가 중요하다.
이를 위하여 도 9내지 도 11에서 도시하고 있는 바와 같이, 동일 출력하에서의 펌핑 전압(Pumping Voltage)의 영향과 펄스 폭(Pulse Width)의 영향 및 펄스 주파수(Pulse Frequency)의 영향을 분석하였다.
즉, 용접 툴에서 조사되는 레이저의 출력을 동일하게 설정하되, 펌핑 전압을 250[V]로 설정한 후 펄스 폭과 펄스 주파수의 영향을 분석하고, 펄스 폭을 2.5[m/sec]으로 설정한 후 펌핑 전압과 펄스 주파수의 영향을 분석하고, 펄스 주파수를 30[Hz]로 설정한 후 펄스 폭과 펌핑 전압의 영향을 분석한다.
상기한 바와 같이, 동일 출력하에서 펌핑 전압과 펄스 폭 및 펄스 주파수의 영향을 비교할 경우, 도 12내지 도 14에서 도시하고 있는 바와 같이, Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 최적 용접 조건은 펌핑 전압이 220[V]이고, 펄스 폭이 2.30[msec]이며, 펄스 주파수가 50[Hz]일 경우이며, 이때의 평균 출력은 177[W]로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에서는 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 최적 용접 조건은 펌핑 전압이 220[V]이고, 펄스 폭이 2.30[msec]이며, 펄스 주파수가 50[Hz]일 경우이며, 이때의 평균 출력은 177[W]로 이루어져 있으나, Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 최적 용접 조건이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기한 바와 같은 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 최적 용접 조건에 따라 반 복적으로 레이저 용접을 실시한 후 Ｉ-125 시드(7)의 길이를 측정한 결과, 도 15에서 도시하고 있는 바와 같은 Ｉ-125 시드(7)의 평균 길이는 4.617mm 내, 외로 나타난다.
이렇게 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 최적 용접 조건을 설정한 후 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)를 용접할 경우, 항상 동일한 품질의 Ｉ-125 시드(7)를 제작할 수 있으며, 이로 인해 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브(3)의 양산에 유리할 뿐만 아니라, 자동화에 적합하게 된다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 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.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 내부에 방사선원을 설치하여 초소형 밀봉선원인 I-125 시드를 제작 시 I-125 시드 티타늄 튜브를 고정시키기 위한 고정 지그와 이를 회전시키기 위한 회전 지그가 적용됨으로써 I-125 시드 티타늄 튜브의 용접 시 I-125 시드 티타늄 튜브의 위치를 수작업에 의하여 변경할 필요가 없으며, 고정된 I-125 시드 티타늄 튜브의 회전없이 조사되는 레이저 빔에 의해 용접작업이 수행됨으로써 재현성이 우수하여 숙련된 작업자에 의 존도를 저감시킬 수 있으며, 용접작업의 안전성 및 방사선 피폭에 의한 안전사고를 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 안전성 확보에 따른 생산성의 향상 및 전체 용접작업이 용이하여 제조비용을 절감시킬 수 있으며, I-125 시드 티타늄 튜브의 용접 조건을 최적화하여 생산을 위한 안정적인 용접품질의 확보가 용이할 뿐만 아니라, 초소형 밀봉선원인 I-125 시드의 단가를 절감할 수 있어 치료용 선원을 상용화가 용이하여 전립선암 등의 의료 분야에서 의료비 부담을 감소시킬 뿐만 아니라, 고가의 초소형 I-125 시드의 국산화 및 대량 생산이 용이하여 국내 암치료 기술을 선진화할 수 있어 고부가가치 산업에 즉각적인 적용이 가능하며, I-125 시드의 생산성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있어 용접장치 자동화 및 용접시스템의 구축이 용이할 뿐만 아니라, 선원 저항용접 기반 기술로서 타 선원의 생산 공정에 즉각적인 적용이 가능하다는 등의 효과를 거둘 수 있다.

Claims (8)

  1. 티타늄(Ti) 튜브의 내부에 I-125 방사선원을 설치한 후 레이저 빔(B)으로 용접하여 초소형 밀봉선원을 제작하기 위한 I-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치에 있어서,
    상기 I-125 시드 티타늄 튜브(3)를 고정하기 위한 고정 지그(10); 및
    상기 고정 지그(10)를 소정각도로 회전시키기 위하여 그 일측면에 연결되는 회전 지그(30);
    상기 고정 지그(10)의 상, 하부면에 각각 구비되는 냉각 디스크(50, 50');
    를 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정 지그(10)는 그 중심부에 I-125 시드 티타늄 튜브(3)가 삽입설치되기 위한 설치공(11)이 관통형성되는 것을 특징으로 하는 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 냉각 디스크(50, 50')의 중심부에 I-125 시드 티타늄 튜브(3)가 삽입되기 위한 삽입공(51, 51')이 관통형성되는 것을 특징으로 하는 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각 디스크(50, 50')는 발생되는 고열을 외부로 발산 및 방출하기 위한 몰리브덴 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전 지그(30)의 일측에 회전 지그(30)를 구동시켜 고정 지그(10)를 회전시키기 위한 구동부가 구비되는 것을 특징으로 하는 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회전 지그(30)의 일측에 회전 지그(30)의 구동을 제어하기 위한 제어부가 전기적으로 연결구비되는 것을 특징으로 하는 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이 저 용접장치.
  7. 내부에 I-125 방사선원(5)이 설치되는 I-125 시드 티타늄 튜브(3)를 고정시키기 위하여 그 중심부에 설치공(11)이 관통형성되는 고정 지그(10); 상기 고정 지그(10)를 소정각도로 회전시키기 위하여 그 일측면에 연결되는 회전 지그(30); 상기 고정 지그(30)의 상, 하부면에 각각 구비되되, 그 중심부에 삽입공(51, 51')이 관통형성되는 냉각 디스크(50, 50'); 및 상기 회전 지그(30)의 일측에 구비되는 구동부와 제어부; 를 포함하는 구성으로 이루어지는 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치에 따른 용접방법에 있어서,
    상기 고정 지그(10)의 설치공(11)에 I-125 시드 티타늄 튜브(3)를 설치하는 단계(S10);
    상기 고정 지그(10)의 상, 하부에 냉각 디스크(50, 50')를 설치하는 단계(S20);
    상기 I-125 시드 티타늄 튜브(3)에 레이저 빔을 조사하여 I-125 시드 티타늄 튜브(3)의 상단을 용접하는 단계(S30);
    상기 회전 지그(30)의 구동에 의해 고정 지그(10)가 90°회전하는 단계(S40);
    상기 I-125 시드 티타늄 튜브(3)의 내부에 방사선원(5)을 투입하는 단계(S50); 및
    상기 I-125 시드 티타늄 튜브(3)에 레이저 빔을 조사하여 I-125 시드 티타늄 튜브(3)의 하단을 용접하는 단계(S60);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치에 따른 용접방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 I-125 시드 티타늄 튜브(3)에 레이저 빔의 조사 시 레이저 빔의 최적 용접 조건은 펌핑 전압이 220[V]이고, 펄스 폭이 2.30[msec]이며, 펄스 주파수가 50[Hz]인 것을 특징으로 하는 Ｉ-125 시드 티타늄 튜브의 레이저 용접장치에 따른 용접방법.
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