KR101057572B1 - Ｘ선관의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 조건들을 변수로 하여 웜업 시간을 조정할 수 있도록 함으로써, X선관의 효율을 향상시키고 내구성을 증가할 수 있는 X선관의 제어방법에 관한 것으로, X선관의 웜업 시간을 제어하는 X선관의 제어방법으로서, X선관의 ON시간으로부터 OFF시간 사이의 동작시간을 연산하는 단계, X선관의 OFF시간으로부터 다음 ON시간 사이의 휴지시간을 연산하는 단계, 상기 동작시간과 휴지시간을 변수로 하여 웜업 시간을 판단하는 단계 및 상기 판단된 웜업 시간을 통해 고전압 발생기로 제어명령을 입력하는 단계를 포함하는 X선관의 제어방법을 제공한다. 따라서, X선관의 가열시간과 열방출시간을 변수로하여 최적화된 웜업을 할 수 있으므로 X선관의 효율이 향상된다.

Description

Ｘ선관의 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING X-RAY TUBE}

본 발명은 X선관의 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다양한 조건들을 변수로 하여 웜업 시간을 조정할 수 있도록 함으로써, X선관의 효율을 향상시키고 내구성을 증가할 수 있는 X선관의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

X선관이란 비접촉 또는 비파괴 방식으로 물체 등을 검사하는 장비의 X선 발생원으로 사용되는 것으로, 전자를 소정 타겟에 충돌시켜서 X선을 발생하는 장치를 말한다.

실개평3-110753호는 X선관, 더욱 구체적으로는 클로즈드 타입(Closed Type) X선 발생장치를 개시하는데, 유리재질 등의 절연재를 대략 원통형상으로 가공한 튜브가 하측의 본체와 결합하고, 상기 튜브에는 타겟을 지지하는 타겟 지지체가 고정되고, 본체에는 전자총이 수용된다.

상기 전자총으로부터 방출되는 전자는 타겟에 충돌하여 X선을 발생하고 상기 X선관의 외부로 X선을 방출하게 된다.

상기와 같은 클로즈드 타입의 X선관은 내부가 진공밀봉 상태로 되어 있고, 평면형 음극이 캐소드로 장착되는 경우가 일반적이다.

전자총부는 고전압 발생기와 연결되고, 대략 원통 형상으로 이루어지고며 내부에 전자를 방출하는 캐소드와 중간전극을 포함한다. 상기 캐소드로부터 방출된 전자는 이들 전극 근방에서 가상광원을 형성하고, 소정 경로로 결집되어 상기 타겟에 도달하게 된다.

상기 캐소드는 최초 가동시에 웜업(Warm up)하여 원하는 성능을 발휘할 수 있도록 히터가 배치되는 것이 일반적이다.

그런데 상기와 같은 방식은 최종 전압을 설정한 상태에서 워밍업하는 시간을 결정하는 것으로, 실제 X선관의 작동에 대한 고려 없이 웜업이 이루어져 시간적인 손실은 물론 튜브의 수명을 저하하는 결과를 초래하기도 한다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, X선관을 튜브의 웜업 시간을 적절하게 제어할 수 있도록 구성함으로써 X선 방출 효율을 향상하고, 튜브의 내구성을 보장할 수 있는 X선관 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 X선관의 제어방법은, X선관의 웜업 시간을 제어하는 X선관의 제어방법으로서, X선관의 ON시간으로부터 OFF시간 사이의 동작시간을 연산하는 단계, X선관의 OFF시간으로부터 다음 ON시간 사이의 휴지시간을 연산하는 단계, 상기 동작시간과 휴지시간을 변수로 하여 웜업 시간을 판단하는 단계 및 상기 판단된 웜업 시간을 통해 고전압 발생기로 제어명령을 입력하는 단계를 포함하는 X선관의 제어방법을 제공한다. 따라서, X선관의 가열시간과 열방출시간을 변수로하여 최적화된 웜업을 할 수 있으므로 X선관의 효율이 향상된다.

또한, 본 발명에 따른 X선관의 제어방법은, 상기 웜업 시간을 판단하는 단계는, X선관의 파워와 튜브의 열방출 용량으로부터 웜업 시간이 설정되는 X선관의 제어방법을 제공한다. 따라서, X선관의 종류에 따라 최적화된 웜업이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 X선관의 제어방법은, 제어명령을 입력하는 단계는, 결정된 웜업 시간 동안 최초 전압부터 최종 전압까지 고전압 발생기로부터 입력되는 전압을 승압하는 X선관의 제어방법을 제공한다. 따라서, 고전압 발생기를 통해 효율적으로 X선관의 가열을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 X선관의 제어방법은, 상기 웜업 시간을 판단하는 단계는, 최초 전압과 최종 전압을 피드백하여 웜업 과정 중의 웜업 시간을 재설정하는 것을 포함하는 X선관의 제어방법을 제공한다. 따라서, 환경에 따른 웜업시간 설정이 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 X선관의 제어방법은, X선관의 웜업 시간을 제어하는 X선관의 제어방법으로서, X선관의 ON시간과 OFF시간을 측정하고, X선관의 동작시간과 휴지시간을 각각 연산하고, 상기 동작시간과 휴지시간을 설정된 웜업시간에 해당하는 값과 비교하여 웜업 시간을 결정하는 X선관의 제어방법을 제공한다. 따라서, 최적화된 웜업시간을 결정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 X선관의 제어방법은, 상기 웜업 시간은 고전압 발생기로부터 전자 발생부로 입력되는 제어 전압의 승압 시간인 X선관의 제어방법을 제공한다. 따라서, 고전압 발생기를 통해 효율적으로 X선관의 가열을 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 X선관의 제어방법은 X선관의 다양한 조건에 따라 최적화된 웜엄 시간을 제어할 수 있으므로, X선관을 가동하는 시간이 최소화되고, 튜브의 수명을 더욱 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 X선관을 나타내는 측단면도.
도 2는 본 발명의 웜업 제어모듈을 나타내는 개념도.
도 3은 본 발명의 X선관의 제어방법에 따른 웜업 과정을 나타내는 플로우 차트.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 X선관의 전자총 결합구조 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 X선관을 나타내는 측단면도이다.

본 발명에 따른 X선관은 X선 발생장치의 X선 발생원으로 사용되는 것으로, 전자총(20)과 타겟(31)을 구비한다.

상기 전자총은 캐소드(Cathode)를 포함하는 것으로, 다공질의 텅스텐 등의 금속에 바륨옥사이드(BaO)를 도포한 것이다. 또한, 타겟(31)은 탄소재질로 이루어지며, 상층에 텅스텐 등의 X선 발생을 위한 코팅이 형성된다.

상기 전자총으로부터 발생된 전자가 타겟(31)에 충돌하면, X선에 출력되는데, 상기 전차총과 타겟을 수용하는 X선관의 구조를 더욱 상세하게 살펴본다.

본 발명에 따른 X선관은 튜브(40)와 몸체부(10)와 전자총(20)으로 구성된 본체로 이루어진다.

본체는 내부의 공간에 전자총과 타겟을 지지하고, 튜브(40)는 상기 본체에서 대략 수직하게 배치되어, 타겟 지지체(30)를 내부에 수용한다.

상기 몸체부(10)는 대략 원기둥 형상으로 이루어지고, 일측에는 전자총 수용부가 형성되어 전자총에 의해 발생한 전자가 유동할 수 있는 경로를 내부에 형성하고, 상측으로부터 타겟 지지체(30)가 관통하여 타겟(31)을 소정 위치에 고정한다. 한편, 몸체부(10)의 하측에의 개구에는 덮개(미도시)가 배치되는데, 상기 덮개를 통해 타겟(31)으로부터 발생한 X선이 X선관의 외부로 방출된다.

한편, 상기 몸체부(10)의 상측에는 세로로 긴 원기둥 형상의 튜브(40)가 결합한다. 상기 튜브(40)는 유리나 세라믹과 같은 절연체로 이루어지고, 내부가 중공형상으로 형성된다. 클로즈드 타입의 X선관에서는 상기 튜브(40)의 내부가 진공으로 외부와 폐쇄된 상태로 이루어진다.

상기 튜브(40)의 상하측은 각각 개방되어 내부가 연통되는데, 상측 단부에는 금속관이 결합된다. 상기 금속관은 중심에 타겟 지지체(30)를 고정한다.

상기 금속관의 내주 반경은 튜브(40)의 내주측 반경보다 작게 형성되는데, 더욱 구체적으로는 타겟 지지체(30)의 외주측의 형상 및 크기에 대응되는 형상으로 이루어진다.

타겟 지지체(30)는 하측에 타겟(31)을 고정하도록 긴 막대 형상으로, 구리와 같은 금속 재질로서 이루어진다.

상기 타겟 지지체(30)는 금속관의 내주에 삽입되는 방식으로 결합하여 지지되는데, 위치가 결정되면 용접과 같은 방식을 통해 고정결합된다.

상기 타겟 지지체(30)의 타겟(31)을 고정하는 부위는 경사면이 형성되는데, 상기 경사면은 전자총(120)을 마주보도록 이루어지며, 하측으로 갈수록 상기 전자총으로부터 멀어지도록 경사진다.

따라서, 상기 타겟(31)은 전자총을 마주보되, 하측으로 경사지도록 배치되어, 전자총으로부터 발생한 전자가 타겟(31)과 충돌하면 전자의 진행방향에 대략 수직한 방향으로 X선이 출력되고, 몸체부(10)의 하측을 통해 방출되는 것이다.

전자총(20)은 대략 원기둥 형상으로 이루어지고, 상기 몸체부(10)의 일측에 결합한다.

상기와 같은 클로즈드 타입의 X선관은 내부가 진공밀봉 상태로 되어 있고, 평면형 음극이 캐소드로 장착되는 경우가 일반적이다.

상기 전자총부(20)는 대략 원통 형상으로 이루어지고, 내부에 전자를 방출하는 캐소드(21)와 중간전극(22, 23)을 포함한다. 상기 중간전극(22, 23)은 2개 이상이 배치되는 것이 일반적인데, 제1전극(22)에는 부(負)전위가, 제2전극(23)에는 정(正)전위가 각각 인가된다. 상기 캐소드(21)로부터 방출된 전자는 이들 전극 근방에서 가상광원을 형성하고, 소정 경로로 결집되어 상기 타겟(31)에 도달하게 된다.

상기 전자총(20)은 외부로부터 제어전력을 입력받는 복수의 접속전극(25)이 내부로 이어진다. 상기 전극들은 전자 발생부(21)에 연결되어 전자를 방출시킨다. 상기 전자 발생부(21)는 텅스텐 등의 금속재질로서 바륨옥사이드(BaO)가 도포되는 것이 일반적이나, 전자를 방출할 수 있는 소재라면 선택적으로 재질을 이룰 수 있음은 물론이다.

상기 전자빔 경로의 집속을 위하여 도 1에서는 경로상에 집속전극(24)이 더 배치된다. 한편, 전자빔 경로의 집속을 위한 원통 캡 형상의 집속렌즈가 배치되기도 한다.

상기 전자총(20)의 중심축은 상기 튜브(40)의 내부에 배치되는 타겟 지지체(30)의 축과 대략 수직을 이루게 된다. 따라서, 상기 전자총(20)으로부터 방출되는 전자빔이 상기 타겟 지지체(30)의 경사면상에 배치되는 타겟(31)에 충돌한 후에 하방의 투과창(11)을 통해 배출되는 것이다.

상기 전자총(20)은 고전압 발생부(50)와 연결되고, 상기 고전압 발생부(50)는 제어부(60)와 연결되어 제어명령을 입력받는다.

상기 X선관은 내부가 히터(미도시)로 가열되는데, X선관은 고전압의 인가시 웜업이 필요하다.

X선을 장시간 발생시키지 않은 튜브는 공관 내부의 잔류 가스 때문에 진공도가 저하되어 있다. 그러므로 튜브의 정격용량에서 최대 정격용량을 인가시키면 내부 잔류 가스 때문에 방전이 일어난다. 하지만 튜브에 고전압을 인가할 때 낮은 고전압부터 점차적으로 증가시키면서 X선을 발생하면, 진공도가 점차적으로 증가한다. 따라서 방전이 일어나지 않고 안정적으로 튜브를 사용할 수 있다.

본 발명의 개념에서는 따라서, X선관의 동작시간 및 휴지시간을 판단하여 웜업시간을 가변적으로 세팅할 수 있는 X선관의 제어방법을 제시한다.

도 2는 제어부에 구비된 웜업제어모듈을 나타내는 개념도이다.

제어부(60)의 웜업제어모듈은 최초전압 검출부(61), 최종전압 검출부(62), ON시간 측정부(63) 및 OFF시간 측정부(64)와 같은 센싱 및 기록수단을 구비한다.

상기 전압 검출부(61, 62)는 고전압 발생부(50)의 최초전압과 최종전압을 각각 검출한다. 따라서, 제어부에서 승압시간을 측정함으로써 웜업을 위한 피드백이 가능하며, 승압 조절이 가능하다. 이러한 개념에 따라, 이미 제어부에서 설정된 웜엄 시간을 재설정하는 것이 가능하다.

또한, 시간 측정부(63, 64)는 별도의 시간 측정 장치와 연결되어 X선관의 가동 시작시간과 종료시간을 각각 측정하여 기억한다. 상기 ON시간과 OFF시간은 X선관의 제어방법에서 동작시간과 휴지시간을 판단하기 위한 변수로서 사용된다.

한편, 상기 제어부에는 동작시간 연산부(65)와 휴지시간 연산부(66)를 더 구비한다. 동작시간 연산부(65)에서는 ON시간과 OFF시간 사이의 시간 간격을 측정하여 X선관의 동작시간을 연산하게 된다. 이때, 동작시간이 긴 경우에는 튜브가 열을 많이 받은 것으로 판단할 수 있는 것이다. 이는, 튜브가 방열되는 시간이 긴 것을 의미한다.

또한, 휴지시간 연산부(66)에서는 OFF시간과 ON시간 사이의 시간 간격을 측정하여 X선관의 휴지시간을 연산하게 된다. 이때, 휴지시간이 긴 경우에는 튜브가 충분이 열을 방출하여 냉각된 것으로 판단할 수 있다.

따라서, 명령부(67)는 상기 동작시간과 휴지시간에 근거하여 고전압 발생부(50)에 제어명령을 입력할 수 있고, 이에 따라 고전압 발생부는 전자 발생부에 입력되는 전압을 소정 시간 동안 승압함으로써 웜업이 가능하다.

따라서, 튜브의 웜업 제어시 설정되는 변수는 ON시간, OFF시간, X선관의 최종 파워 및 타깃의 열 방출 용량이 되는 것이다.

다만, X선을 휴지시간이 짧고, 튜브의 동작시간의 비교적 긴 경우에는 웜업을 할 필요가 없다. 이 때에는 타겟에 열이 잔류하게 되고, 불필요한 웜업으로 튜브 수명이 단축 될 수가 있기 때문이다.

최종 전압 (kV)	최종 전류 (mA)	최종 파워 (Watt)	동작시간 (SEC)	휴지시간 (SEC)	웜업 Time (SEC)
50	2	100	10	10	불필요
50	2	100	10	20	불필요
50	2	100	10	30	10
50	2	100	10	40	40
50	2	100	10	50	80
50	2	100	10	60	150
50	2	100	10	70	200

상기 표 1은 X선관의 최종 파워가 100와트인 경우의 동작시간과 휴지시간에 따른 웜업 시간을 나타낸다.

예를 들어, 10초간 동작한 이후 10초간 휴지한 경우에는 튜브가 충분히 가열되고 열이 잔류하는 상태이기 때문에 웜업의 과정이 불필요하다.

그런데, 10초간 동작한 이후 30초간 휴지한 경우에는 10초간의 웜업 과정이 필요하고, 제어부는 고전압 발생부에 웜엄에 해당하는 승압을 하도록 제어명령을 인가하게 되는 것이다.

표에서는 휴지 시간이 길어질수록 웜업 시간이 늘어나는 것을 나타내는데, 10초의 동작과 70초의 휴지를 만족하는 경우에 웜업에 필요한 시간은 200초 정도로 나타난다.

한편, 동작시간이 상대적으로 짧은 경우에는 웜업의 시간이 늘어날 수 있고, 동작 시간이 길어지는 경우에는 웜업의 시간이 상대적으로 짧아질 수 있음은 용이하게 예측할 수 있다.

도 3은 본 발명의관의 제어방법에 따른 웜업 과정을 나타내는 플로우 차트를 나타낸다.

2를 참고하여 설명하면, 제어부에서는 최초 ON시간과 OFF시간의 간격인 동작시간을 연산(S71)하게 되고, OFF시간과 다음 ON시간의 간격인 휴지시간을 연산(72)한다.

상기 판단된 동작시간과 연산시간을 기초로, 제어부는 고전압 발생부에 제어명령(S73)을 입력하게 된다. 이때, 웜업에 필요한 시간은 상기 동작시간, 휴지시간 및 최종 파워와 타깃의 열방출 용량에 따라 미리 설정될 수 있다.

상기 제어부는 웜업 과정에서 제어 전압을 피드백 받을 수 있고(S74) 설정된 시간에 도달한 경우에는 웜업(S75)을 종료한다. 이때, 피드백 받은 전압이 실제 제어부에서 인가한 제어명령에 대해 낮은 전압이거나 전압에 도달하는 시간이 지연되는 경우에는 다시 전압발생 명령(S73)을 할 수 있다.

상기한 본 발명에 따른 X선관의 제어방법은 X선관의 다양한 조건에 따라 최적화된 웜엄 시간을 제어할 수 있으므로, X선관을 가동하는 시간이 최소화되고, 튜브의 수명을 더욱 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

10...몸체부 11...투과창
20...전자총 21...전자 발생부
22...제1전극 23...제2전극
24...집속전극 25...접속전극
30...타겟 지지체 31...타겟
40...튜브 50...고전압 발생부
60...제어부

Claims (6)

1. X선관의 웜업 시간을 제어하는 X선관의 제어방법으로서,
   X선관의 ON시간으로부터 OFF시간 사이의 동작시간을 연산하는 단계;
   X선관의 OFF시간으로부터 다음 ON시간 사이의 휴지시간을 연산하는 단계;
   상기 동작시간과 휴지시간을 변수로 하여 웜업 시간을 판단하는 단계; 및
   상기 판단된 웜업 시간을 통해 고전압 발생기로 제어명령을 입력하고, 웜업 시간 동안 최초 전압부터 최종 전압까지 고전압 발생기로부터 입력되는 전압을 승압하는 단계;를 포함하는 X선관의 제어방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 웜업 시간을 판단하는 단계는, X선관의 파워와 튜브의 열방출 용량으로부터 웜업 시간이 설정되는 X선관의 제어방법.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 웜업 시간을 판단하는 단계는, 최초 전압과 최종 전압을 피드백하여 웜업 과정 중의 웜업 시간을 재설정하는 것을 포함하는 X선관의 제어방법.
   
5. X선관의 웜업 시간을 제어하는 X선관의 제어방법으로서,
   X선관의 ON시간과 OFF시간을 측정하고,
   상기 측정된 ON시간과 OFF시간을 기초로 X선관의 동작시간과 휴지시간을 각각 연산하고,
   상기 동작시간과 휴지시간을 설정된 웜업 시간에 해당하는 값과 비교하여, 고전압 발생기로부터 전자 발생부로 입력되는 제어 전압이 승압되는 웜업 시간을 결정하는 X선관의 제어방법.
6. 삭제

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