KR101087989B1

KR101087989B1 - 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조장치 및 방법

Info

Publication number: KR101087989B1
Application number: KR1020100071313A
Authority: KR
Inventors: 이호; 이상원; 최상훈; 김창환; 손익부
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2011-12-02

Abstract

전해방전 가공법을 활용하여 다방면 조사가 가능한 광섬유 프로브를 제조할 수 있는 광섬유 프로브 제조장치 및 방법이 소개된다. 이 중에서 광섬유 프로브 제조장치는 3축방향으로 이동이 가능한 정렬플레이트(100)와, 정렬플레이트(100)에 의해 지지되고 수용된 전해액에 전극(210)이 구비되는 반응수조(200)와, 반응수조(200)에 투입되는 광섬유 프로브(310)를 고정하도록 반응수조(200)에 장착되는 광섬유 홀더(300)와, 광섬유 프로브(310)에 대향되도록 배치되어 전해방전반응을 통해 광섬유 프로브(310)를 가공하는 가공툴(410)과, 가공툴(410)을 고정하기 위한 가공툴 홀더(400)와, 가공툴 홀더(400)를 이송시키기 위한 이송유닛과, 가공툴(410) 및 전극(210)에 전압을 공급하기 위한 전원공급기(600)를 포함하여 구성된다.

Description

전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조장치 및 방법{MANUFACTURING APPARATUS OF OPTICAL FIBER USING E.C.D.M. AND METHOD THEREOF}

본 발명은 광섬유 프로브 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 방향으로 조사가 가능한 광섬유 프로브를 제조할 수 있는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전해가공은 염기성의 전해액 내에 수장된 양극(Anode)인 공작물과 음극(Cathode)인 공구에 전류를 인가하여 발생되는 전기적, 화학적 반응을 통해 공작물을 가공하고, 방전가공은 공작물에 음전압을 인가하고 공구에 양전압을 인가하여 수㎛까지 상호 접근시키면 절연파괴현상으로 발생되는 스파크(Spark)를 이용하여 공작물을 가공한다.

이러한 종래 전해가공 및 방전가공은 각각 별도의 방법 및 장치로 구분되어 있었던 특수가공인데, 근래 들어 전해가공 및 방전가공을 하나의 장치에서 구현하고자 하는 전해방전가공(ECDM:Electro-Chemical Discharge Machining)에 대한 연구들이 진행되고 있다.

한편, 광섬유 프로브는 광을 이용한 영상 시스템에서 시스템의 소형화를 위해서 사용되는데, 특히, 레이저를 이용하여 인체 내부를 치료하는 경우, 비절개, 비침습의 레이저 치료 효과를 높이기 위해 다양한 방향으로 조사가 가능한 광섬유 프로브가 요구되므로, 광섬유 프로브의 끝단을 다양한 형태로 가공할 수 있는 기술이 제안되어 왔다.

이러한 종래 광섬유 프로브는 기계적인 가공, 나노초 레이저가공, 펨토초 레이저가공과 같은 다양한 방법을 통해 제조될 수 있다. 그런데 기계적인 가공이나 나노초 레이저가공의 경우, 의료용 광섬유의 특성상 크기가 아주 작고 용융점이 매우 높으며 취성이 매우 강한 물질을 가공할 수 있어야 하는데 이에 적합하지 않고, 펨토초 레이저 가공의 경우 3차원 형태의 복잡한 가공에 적합하고 가공품질은 좋으나 장치의 가격이 고가이고 가공 시간이 많이 소요되어 대량 생산에 취약한 문제가 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전해방전 가공법을 활용하여 다방면 조사가 가능한 광섬유 프로브를 제조하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조장치는, 정렬플레이트, 반응수조, 광섬유 홀더, 가공툴, 가공툴 홀더, 이송유닛 및 전원공급기를 포함하고, 정렬플레이트는 3축방향으로 이동이 가능하고, 반응수조는 상기 정렬플레이트에 의해 지지되고 수용된 전해액에 전극이 구비되고, 광섬유 홀더는 상기 반응수조에 투입되는 광섬유 프로브를 고정하도록 상기 반응수조에 장착되고, 가공툴은 상기 광섬유 프로브에 대향되도록 배치되어 전해방전반응을 통해 상기 광섬유 프로브를 가공하고, 가공툴 홀더는 상기 가공툴을 고정하고, 이송유닛은 상기 가공툴 홀더를 이송하며, 전원공급기는 상기 가공툴 및 전극에 전압을 공급한다.

이때, 본 발명은 상기 가공툴 및 광섬유 프로브의 영상신호를 제공하는 촬영부와, 상기 촬영부에서 제공된 영상신호를 디스플레이하는 디스플레이부와, 상기 영상신호를 분석하여 상기 가공툴 및 광섬유 프로브의 정렬을 위한 작동신호를 상기 정렬플레이트에 인가하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

특히, 상기 광섬유 홀더는 상기 반응수조의 중앙부에 관통되어 설치되는 홀더파이프와, 상기 광섬유 프로브가 반응수조내 전해액에 노출되도록 고정튜브를 통해 광섬유 프로브의 상부측을 고정하여 상기 홀더파이프의 상단에 장착되는 상부 고정구와, 고정튜브를 통해 광섬유 프로브의 하부측을 고정하여 홀더파이프의 하단에 장착되는 하부 고정구와, 상기 반응수조의 기밀이 유지되도록 상기 반응수조와 홀더파이프 사이에 설치되는 실링부재를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 정렬플레이트는 X축 방향으로 이동되도록 X축 액츄에이터에 구동연결되는 X축 플레이트와, Y축 방향으로 이동되도록 Y축 액츄에이터에 구동연결되는 Y축 플레이트와, Z축 방향으로 이동되도록 Z축 액츄에이터에 구동연결되는 Z축 플레이트가 상호 적층되어 구성되는 것이 바람직하다. 상기 이송유닛은 베이스플레이트와, 상기 베이스플레이트상에 상하방향으로 연장 형성되고 일측에 고정편이 마련되는 지지바와, 상기 고정편에 상하 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 이송편과, 상기 이송편에 고정되어 상기 가공툴 홀더가 장착되는 클램프와, 상기 이송편을 이동시키기 위한 이송 액츄에이터를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 전원공급기의 공급전압은 20~45V 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 상기 반응수조에 수용되는 전해액의 농도는 20~50wt% 범위를 만족하는 것이 바람직하다. 상기 가공툴 홀더는 상기 클램프에 고정되는 회전모터와, 회전가능하도록 상기 회전모터에 구동연결되고 상기 가공툴이 파지되는 회전구를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조방법은, 가공툴 및 광섬유 프로브를 반응수조 내에 서로 대향되게 배치하는 단계와, 상기 가공툴 및 광섬유 프로브의 배치상태를 촬영하는 단계와, 촬영된 가공툴 및 광섬유 프로브의 이미지를 분석하여 상기 가공툴 및 광섬유 프로브를 동일 선상에 정렬하는 단계와, 상기 반응수조 내에 전해액을 주입하는 단계와, 상기 가공툴 및 전극에 전압을 공급하는 단계와, 상기 가공툴을 광섬유 프로브의 위치 방향으로 이동시키면서 광섬유 프로브를 가공하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 가공툴 및 광섬유 프로브를 동일 선상에 정렬하는 단계는, 촬영부를 통해 촬영된 영상신호로부터 가공툴 및 광섬유 프로브의 위치정보를 이미지한 후, 이미지된 위치정보와 기 입력된 정렬 위치정보가 서로 일치되도록 반응수조가 고정된 정렬플레이트를 X,Y,Z축 방향으로 이동시켜 정렬하는 것이 바람직하다. 상기 광섬유 프로브를 가공하는 단계는, 상기 광섬유 프로브의 가공면에 대한 거칠기가 향상되도록 상기 가공툴을 회전시키는 것이 바람직하다. 상기 가공툴 및 광섬유 프로브를 동일 선상에 정렬하는 단계는, 상기 정렬플레이트의 이동 오차를 보상하기 위해, 상기 이미지된 위치정보와 기 입력된 정렬 위치정보에 일치될 때까지 청구항 10의 과정을 반복하는 것이 바람직하다. 상기 광섬유 프로브를 가공하는 단계는, 가공툴의 회전속도를 1~15rpm 범위로 유지하는 것이 바람직하다. 상기 가공툴 및 전극에 전압을 공급하는 단계는, 공급 전압을 20~45V 범위로 유지하고 전해액의 농도를 20~50wt% 범위로 유지하는 것이 바람직하다. 상기 광섬유 프로브를 가공하는 단계는, 가공툴의 이동속도를 0.05 ~0.2 ㎛/s범위로 유지하는 것이 바람직하다.

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본 발명에 의하면, 다음과 같은 현저한 효과가 구현될 수 있다.

첫째, 본 발명은 전해방전가공법을 활용한 간단한 장치를 통해 다방면 조사가 가능한 광섬유 프로브를 대량으로 생산할 수 있다는 이점이 있다.

둘째, 본 발명은 가공툴과 광섬유 프로브 간의 위치 조정이 정밀하게 이루어짐으로써, 피가공물의 가공 깊이와 형상 제어가 효과적으로 구현될 수 있다는 이점이 있다.

셋째, 본 발명은 전해방전가공시 가공툴을 회전시켜 광섬유 프로브의 가공면 거칠기를 향상시킴으로써, 레이저 입사시 반사면 표면에 대해 균일한 품질을 제공할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광섬유 프로브 제조장치를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유 프로브 제조장치의 측면을 도시한 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 광섬유 프로브 제조장치에서 가공툴 홀더가 결합된 반응수조를 도시한 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 광섬유 프로브 제조장치를 통해 광섬유 프로브을 제작하는 과정을 도시한 상태도.
도 5a는 도 4에서 제조된 광섬유 프로브를 도시한 사진.
도 5b는 도 4에서 제조된 광섬유 프로브에 He:Ne 레이저를 입사하는 경우 측면으로 방사되는 빛의 분포를 나타낸 사진.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 변형예에 따른 광섬유 프로브 제조장치의 가공툴을 도시한 구성도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 프로브 제조장치를 통해 측면 조사형 광섬유 프로브를 제작하는 과정을 도시한 상태도.

우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 광섬유 프로브 제조장치의 사시도를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 광섬유 프로브 제조장치의 측면을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 광섬유 프로브 제조장치는, 전해방전 가공법을 활용하여 다방면 조사가 가능한 광섬유 프로브(310)를 제조하고, 가공툴(410)과 광섬유 프로브(310) 간의 가공 위치를 정밀하게 정렬하고, 가공툴(410)을 회전시켜 가공면의 거칠기가 향상되도록 한다.

이를 구현하기 위해 광섬유 프로브 제조장치는, 촬영부(710), 정렬플레이트(100), 광섬유 홀더(300) 및 가공툴 홀더(400)를 포함하여 구성된다.

촬영부(710)는 가공툴(410)과 광섬유 프로브(310)의 배치 상태를 실시간으로 촬영하여 영상신호를 제공한다. 이 영상신호는 정렬플레이트(100)를 통한 가공툴(410)과 광섬유 프로브(310)의 정렬에 주요 인자로 사용된다.

정렬플레이트(100)는 X방향, Y방향, Z방향의 3축 방향으로 이동이 가능한 구조로, 촬영부(710)에서 제공된 영상신호를 기본으로 하여 가공툴(410)과 광섬유 프로브(310)를 정렬함으로써, 가공툴(410)과 광섬유 프로브(310)가 최적의 위치에서 전해방전 반응이 구현되도록 한다.

광섬유 홀더(300)는 광섬유 프로브(310)를 고정하기 위한 고정수단으로, 가공툴(410)에 의해 가공이 이루어지는 가공부위만이 반응수조(200) 내에 노출되도록 광섬유 프로브(310)의 노출길이를 조절하고, 반응수조(200)와는 기밀을 유지한다.

가공툴 홀더(400)는 가공툴(410)을 고정하기 위한 고정수단으로, 가공툴(410)을 통한 광섬유 프로브(310)의 가공시 가공툴(410)을 회전시킴으로써, 광섬유 프로브(310)의 가공면 거칠기를 향상시킨다.

상술한 구성을 보다 명확히 설명하기 위하여 해당 도면을 참고하여 본 실시예에 따른 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같습니다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 촬영부(710)는 가공툴(410)과 광섬유 프로브(310)의 배치상태를 촬영하기 위해, 반응수조(200)를 향해 배치되는 복수의 비젼 카메라로 구성된다. 바람직하게 복수의 비젼 카메라는 반응수조(200)의 주위를 90도 간격으로 두르는 2개로 구성된다.

따라서, 이들 비젼 카메라는 가공툴(410)과 광섬유 프로브(310)의 정면측 배치상태 뿐만 아니라, 측면측 배치상태도 촬영할 수 있으며, 이를 통해, 가공툴(410)과 광섬유 프로브(310) 간의 위치와 기울어진 각도 등을 정확하게 확인할 수 있다.

촬영부(710)는 촬영된 가공툴(410)과 광섬유 프로브(310)의 배치상태를 영상신호화하여 디스플레이부(720) 및 제어부(700)에 제공한다. 디스플레이부(720)는 촬영부(710)에서 제공된 영상신호를 이미지화하여 디스플레이하고, 제어부(700)는 촬영부(710)에서 제공된 영상신호를 분석한 후 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)의 정렬을 위한 작동신호를 정렬플레이트(100)에 인가한다.

특히, 제어부(700)는 촬영부(710)를 통해 촬영된 영상신호로부터 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)의 위치정보를 이미지한 후, 이미지된 위치정보와 기 입력된 정렬 위치정보가 서로 일치되도록 정렬플레이트(100)를 X,Y,Z축 방향으로 이동되도록 한다. 여기서, 기 입력된 정렬 위치정보는 효과적인 전해방전반응이 이루어지는 가공툴(410)과 광섬유 프로브(310)의 위치정보로서, 가장 바람직한 가공툴(410)과 광섬유 프로브(310)의 간격, 기울기 등에 대한 정보가 이에 해당된다.이러한 기 입력된 정렬 위치정보는 반응수조(200)에 인가되는 공급 전압, 반응수조(200)에 수용되는 전해액의 농도 등에 따라 다소 변경될 수 있는데, 본 실시예에서 기 입력된 정렬 위치정보는 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)가 동일 선상에 정렬하는 것임을 그 예로 하여 설명하도록 한다.

그리고 제어부(700)는 정렬플레이트(100)의 이동 오차를 보상하기 위해, 촬영부(710)로부터 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)의 영상신호를 실시간으로 제공받아, 이미지된 위치정보와 기 입력된 정렬 위치정보가 서로 일치될 때까지, 반복적으로 정렬플레이트(100)를 X,Y,Z축 방향으로 이동시킨다.

정렬플레이트(100)는 반응수조(200)를 X방향, Y방향, Z방향의 3축 방향으로 이동되도록 한다. 이를 위해, 정렬플레이트(100)는 X축 액츄에이터(111)에 구동연결되는 X축 플레이트(110)와, Y축 액츄에이터(121)에 구동연결되는 Y축 플레이트(120)와, Z축 액츄에이터(131)에 구동연결되는 Z축 플레이트(130)가 상호 적층되어 구성된다.

따라서, 정렬플레이트(100)는 X축 액츄에이터(111)의 작동에 의해 X축방향으로 이동될 수 있고, Y축 액츄에이터(121)의 작동에 의해 Y축방향으로 이동될 수 있고, Z축 액츄에이터(131)의 작동을 통해 Z축방향으로 이동될 수 있으며, 반응수조(200)에 장착된 광섬유 또한 정렬플레이트(100)의 이동에 따라 해당 방향으로 이동될 수 있다.

여기서, 반응수조(200)는 복수의 고정바(220)를 통해 정렬플레이트(100)에 고정되어 정렬플레이트(100)의 의해 이동이 가능한 구조로, 전해액이 수용되는 수용공간을 갖고, 해당 수용공간에 전원공급기(600)와 전기적으로 연결되는 전극(210)이 구비되며, 광섬유 홀더(300)를 매개로 광섬유 프로브(310)가 삽입된다. 그리고 반응수조(200)에는 광섬유 홀더(300)가 관통되는 관통홀(201)이 형성되고, 이 관통홀(201)에는 광섬유 홀더(300)와의 기밀을 위해 실링부재(350)가 삽입되는 실링홈(202)이 형성된다. 아울러, 반응수조(200)에 수용되는 전해액은 수산화칼륨, 수산화마그네슘, 수산화나트륨, 수산화칼슘을 포함한 알칼리성 수용액을 중에서 선택하여 사용하는 것이 바람직하고, 전극(210)의 재질은 백금, 은, 금 등의 재료 중에서 선택 사용하는 것이 바람직하다.

특히, 반응수조(200)의 수용공간에 전해액이 주입되고, 해당 전해액에 가공툴(410)이 투입된 상태에서 전극(210) 및 가공툴(410)에 전압이 인가되면, 반응수조(200) 내에는 전극(210) 및 가공툴(410) 간에 전해방전반응이 발생될 수 있다.

이때, 전원공급기(600)의 공급전압은 5~100V 사이의 전압을 사용하는 것이 바람직하고 보다 바람직하게는, 20~45V 범위를 만족하는 것이 좋다. 20V이하의 전압에서는 전해액의 농도에 의존하기는 하나 가공이 일어나지 않거나 굉장히 느린 물질제거율을 보이며, 45V이상에서는 빠른 가공속도를 유지할 수 있으나 높은 방전에 의해 가공면이 굉장히 거칠게 되며 크랙이 발생하기도 한다.

그리고 반응수조(200)의 전해액의 농도는 5 ~ 80 wt% 사이에서 다른 조건을 고려하여 선택하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 20~50 wt% 범위를 만족해야 가공 품질을 좋게 구현할 수 있다. 20wt% 이하에서는 상당히 느린 물질제거율을 보이고, 가공시 생성된 기포에 의해 가공면에 굴곡이 심하게 발생하며, 원하는 가공형상을 얻을 수 없게 된다. 반면 50wt%이상에서는 빠른 가공에 의해 가공표면의 조도가 나빠지는 결과를 보이게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 광섬유 프로브 제조장치에서 가공툴 홀더가 결합된 반응수조를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 광섬유 홀더(300)는 광섬유 프로브(310)의 가공면이 반응수조(200)에 노출되도록 광섬유 프로브(310)를 고정하여 반응수조(200)에 관통되는 구조로, 이러한 광섬유 홀더(300)는 홀더파이프(320), 상부 고정구(330), 하부 고정구(340) 및 실링부재(350)로 구성된다. 여기서 광섬유 프로브(310)는 일반 단일모드 광섬유, 다중모드 광섬유(Multi-mode fiber,MF) 및 플라스틱 광섬유(Plastic Optical fiber, POF)와 같은 Large core 광섬유, 손실이 작은 단일모드광섬유, 다중모드광섬유 앞단에 Coreless fiber나 GRIN Lens를 접합한 특수 광섬유, 또는 다방면으로 방사되는 빛이 집광하기 위한 볼렌즈 광섬유(Ball lensed fiber)가 사용될 수 있다.

광섬유 홀더(300)의 홀더파이프(320)는 중공의 파이프 형상으로 반응수조(200)의 중앙부, 예컨대 반응수조(200)의 관통홀(201)에 관통되어 설치되는데, 이때, 홀더파이프(320)의 상단과 하단에는 상부 고정구(330)와 하부 고정구(340)가 각각 결합된다. 상부 고정구(330)는 홀더파이프(320)의 상단에 장착되며 광섬유 프로브(310)의 상부측을 고정하는 고정튜브(301)를 구비하여 광섬유 프로브(310)가 반응수조(200)내의 전해액에 노출되도록 한다. 하부 고정부는 홀더파이프(320)의 하단에 장착되며, 광섬유 프로브(310)의 하부측을 고정하는 고정튜브(301)를 구비하여 광섬유 프로브(310)를 지지한다. 실링부재(350)는 반응수조(200)와 홀더파이프(320) 사이, 예컨대, 반응수조(200)의 실링홈(202)에 설치되어 반응수조(200)의 기밀이 유지되도록 한다.

가공툴 홀더(400)는 광섬유 홀더(300)의 광섬유 프로브(310)에 대향되게 배치되도록 가공툴(410)을 고정하여 반응수조(200)의 상부측에 위치되며, 이송유닛을 통해 이동이 가능하다.

여기서, 이송유닛은 베이스플레이트(510), 지지바(520), 고정편, 이송편(530), 클램프(540) 및 이송 액츄에이터(550)로 구성되는데, 지지바(520)는 베이스플레이트(510) 상에 상하방향으로 연장 형성되고, 고정편(560)은 지지바(520)의 일측에 고정 설치되고, 이송편(530)은 이송 액츄에이터(550)를 통해 고정편(560)에 상하 슬라이딩 이동 가능하게 설치되며, 클램프(540)는 이송편(530)에 고정되어 가공툴 홀더(400)가 장착된다. 따라서, 이송 액츄에이터(550)가 작동되면, 클램프(540)가 고정된 이송편(530)은 고정편(560)의 상하 방향으로 이동되므로, 클램프(540)에 장착된 가공툴 홀더(400) 또한 상하방향으로 이동될 수 있다.

특히, 가공툴 홀더(400)는 가공툴(410)을 회전시킴으로써, 광섬유 프로브(310)의 가공시 해당 가공면의 거칠기가 향상되도록 할 수 있다. 이를 구현하기 위해, 가공툴 홀더(400)는 클램프(540)에 고정되는 회전모터(420)와, 가공툴(410)을 고정하여 회전모터(420)에 의해 회전 가능하게 연결되는 회전구(430)로 구성된다.

이때, 가공툴(410)의 재질은 텅스텐, 스테인리스 스틸, 강철 등의 금속재질로 이루어진 금속을 재질로 하는 것이 바람직하다.

그리고 가공깊이를 결정하는 가공툴(410)의 이송속도는 전해액과 인가전압에 의존하기는 하나 0.01 ~ 10 /sec 사이에서 적용 가능하고, 보다 가장 바람직하게는 0.05 ~ 0.2 /sec 범위를 만족하는 것이 좋다. 상기 범위를 벗어나게 되면 가공형상에 대해 원하는 방향으로 제어가 힘들게 되고 가공툴(410)이 손상을 입을 수도 있다.

또한, 가공툴(410)의 회전부의 회전 속도는 1~100 RPM 사이에서 적용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는, 1~15rpm 범위를 만족하는 것이 좋다. 1rpm 보다 낮은 범위에서는 가공툴(410)의 회전을 통한 효과를 발현하기 어려우며, 15rpm 이상의 범위에서는 회전에 의한 가공툴(410)의 진동에 의해 가공형상이 바뀌거나 피가공물이 손상 받을 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 광섬유 프로브 제조장치를 통해 광섬유 프로브을 제작하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 5a는 도 4에서 제조된 광섬유 프로브를 도시한 사진이고, 도 5b는 도 4에서 제조된 광섬유 프로브에 He:Ne 레이저를 입사하는 경우 측면으로 방사되는 빛의 분포를 나타낸 사진이며, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 변형예에 따른 광섬유 프로브 제조장치의 가공툴을 나타낸 도면이다.

도 4 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 상술한 광섬유 프로브 제조장치를 통해서는 다방면으로 조사가 가능한 다양한 형태의 광섬유 프로브(310)를 제작할 수 있는 바, 이때, 광섬유 프로브(310)의 단부는 음각 원뿔형, 포물선형, 사선형으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 형상에도 응용하여 적용이 가능하다.

특히, 광섬유 프로브의 단부가 음각 원뿔형으로 가공된 경우, 음각 원뿔형으로 가공된 면의 기울기와 거칠기에 따라 광섬유에 전달되는 빛의 반사각이 다르게 되어 다방면으로 방사되는 빛의 분포를 조절할 수 있다. 아울러, 가공된 광섬유의 면은 메탈로 코팅하여 광섬유로 전달되는 빛의 반사도가 높아지도록 할 수 있고, 광섬유 프로브(310)의 가공면을 레이저를 통해 연마하여 반사도가 우수해지도록 할 수 있다.

[실시예]

먼저, 광섬유 프로브(310)가 고정된 광섬유 홀더(300)를 반응수조(200)에 장착하고, 가공툴(410)이 고정된 가공툴 홀더(400)를 광섬유 프로브(310)에 대향되게 배치한다.

그리고 비젼 카메라를 이용하여 광섬유 프로브(310)와 가공툴(410)의 위치를 촬영하고, 촬영된 영상신호를 분석하여 정렬플레이트(100)를 이동시켜 광섬유 프로브(310)와 가공툴(410)의 위치를 정렬한다.

이후, 초순수 증류수(DIW:DeIonized Water) 200g에 산화나트륨( NaOH) 133.4g을 혼합하여 생성된 40wt% 전해액을 반응수조(200)에 주입한다.

전원공급기(600)를 통해 40V의 전압을 전극(210)과 가공툴(410)에 공급한 후, 가공툴(410)의 이동속도를 1㎛/s로 유지하고 가공툴(410)의 회전속도를 5rpm으로 유지함으로써, 가공툴(410)과 광섬유 프로브(310) 사이에 전해방전 반응을 통한 가공을 실시한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 프로브 제조장치를 통해 측면 조사형 광섬유 프로브를 제작하는 과정을 나타낸 도면이다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 측면 조사형 광섬유 프로브를 제조하고자 하는 경우에는 회동유닛(500)의 고정편(560)을 회동시킬 수 있는 별도의 회동수단(미도시)을 구비함으로써, 이를 구현할 수 있다. 여기서, 회동수단은 고정편(560)을 일정 각도 회동시킬 수 있는 통상의 힌지장치 및 액츄에이터가 사용될 수 있다.

따라서, 가공툴 홀더(400)가 회동수단을 통해 일정각도(45도) 기울어지게 배치된 상태에서, 광섬유 프로브(310))에 대한 가공이 진행되면, 도 7과 같이 측면 방향으로 조사가 가능한 광섬유 프로브(300)를 제조할 수 있다.

이하, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명을 이용하여 광섬유 프로브를 제조하는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 광섬유 프로브 제조방법은, 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)를 반응수조(200) 내에 서로 대향되게 배치하고, 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)의 배치상태를 촬영하여 분석하여 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)를 동일 선상에 정렬시키고, 반응수조(200) 내에 전해액을 주입한 상태에서 가공툴(410) 및 전극(210)에 전압을 공급하고, 가공툴(410)을 광섬유 프로브(310)의 위치 방향으로 이동시키면서 광섬유 프로브(310)를 가공한다.

특히, 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)를 동일 선상에 정렬하는 경우, 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)의 위치정보를 이미지하고, 이미지된 위치정보와 기 입력된 정렬 위치정보가 서로 일치되도록 정렬플레이트(100)를 X,Y,Z축 방향으로 이동시켜 정렬한다. 본 실시예에서 기 입력된 정렬 위치정보는 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)가 동일 선상에 위치되는 것으로 예시한다.

이때, 정렬플레이트(100)가 이동함에 있어서, 이동 오차가 발생될 수 있는 바, 촬영을 통한 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)의 정렬이 한번으로 완료되면, 정렬플레이트(100)의 이동 오차로 인해 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)가 바람직한 정렬 위치로 이동되지 못할 우려가 있다. 따라서, 상기의 문제를 해결하기 위해서는, 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)의 배치 상태를 실시간으로 촬영하고 이미지된 위치정보와 기 입력된 정렬 위치정보가 서로 일치되도록 정렬플레이트(100)를 X,Y,Z축 방향으로 과정을, 이미지된 위치정보와 기 입력된 정렬 위치정보가 완전하게 일치될 때까지 반복하여 수행한다.

그리고 가공툴(410)을 통한 광섬유 프로브(310)의 가공시에는 전원공급기(600)의 공급전압을 20~45V 범위를 유지하고, 전해액의 농도는 20~50wt% 범위로 유지하고, 가공깊이를 결정하는 가공툴(410)의 이송속도는 0.05 ~ 0.2 /sec 범위로 유지하고, 가공툴(410)의 회전부의 회전 속도는 1~15rpm 범위로 유지하는 것이 바람직하다. 이들 범위로 한정하는 이유는 앞서 설명한 내용과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 광섬유 프로브(310)의 끝단을 다양한 형태로 가공하여 다양한 방향으로 조사가 가능하도록 함으로써, 레이저를 이용한 이체 내부 치료시 비절개, 비침습의 레이저 치료에 사용되어 치료 효과를 극대화할 수 있다.

아울러, 본 실시예에서는 의료용에 사용되는 광섬유 프로브(310)에 대해서만 설명하였지만, 이에 한정되지는 아니하며, 광섬유 프로브(310)를 다양한 형태로 구성하여 광통신용으로 응용하여 적용할 수도 있고, Fiber Optics에 사용되는 다양한 형태의 광학부품(Optics)의 제작에 응용하여 적용할 수도 있으며, 광섬유 프로브(310)와 Optics(광학부품)은 서로 결합하여 사용할 수도 있을 것이다.

상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100 :정렬플레이트 200 :반응수조
300 :광섬유 홀더 310 :광섬유 프로브
320 :홀더파이프 330 :상부고정부
340 :하부고정부 350 :실링부재
400 :가공툴 홀더 410 :가공툴
420 :회전모터 430 :회전구
510 :베이스플레이트 520 :지지바
530 :이송편 540 :클램프
550 :이송 액츄에이터 600 :전원공급기
700 :제어부 710 :촬영부
720 :디스플레이부

Claims

3축방향으로 이동이 가능한 정렬플레이트(100);
상기 정렬플레이트(100)에 의해 지지되고 수용된 전해액에 전극(210)이 구비되는 반응수조(200);
상기 반응수조(200)에 투입되는 광섬유 프로브(310)를 고정하도록 상기 반응수조(200)에 장착되는 광섬유 홀더(300);
상기 광섬유 프로브(310)에 대향되도록 배치되어 전해방전반응을 통해 상기 광섬유 프로브(310)를 가공하는 가공툴(410);
상기 가공툴(410)을 고정하기 위한 가공툴 홀더(400);
상기 가공툴 홀더(400)를 이송시키기 위한 이송유닛; 및
상기 가공툴(410) 및 전극(210)에 전압을 공급하기 위한 전원공급기(600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)의 영상신호를 제공하는 촬영부(710)와, 상기 촬영부(710)에서 제공된 영상신호를 디스플레이하는 디스플레이부(720)와, 상기 영상신호를 분석하여 상기 가공툴(410) 및 광섬유 프로브(310)의 정렬을 위한 작동신호를 상기 정렬플레이트(100)에 인가하는 제어부(700)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 광섬유 홀더(300)는 상기 반응수조(200)의 중앙부에 관통되어 설치되는 홀더파이프(320)와, 상기 광섬유 프로브(310)가 반응수조(200)내 전해액에 노출되도록 고정튜브(301)를 통해 광섬유 프로브(310)의 상부측을 고정하여 상기 홀더파이프(320)의 상단에 장착되는 상부 고정구(330)와, 고정튜브(301)를 통해 광섬유 프로브(310)의 하부측을 고정하여 홀더파이프(320)의 하단에 장착되는 하부 고정구(340)와, 상기 반응수조(200)의 기밀이 유지되도록 상기 반응수조(200)와 홀더파이프(320) 사이에 설치되는 실링부재(350)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 정렬플레이트(100)는 X축 방향으로 이동되도록 X축 액츄에이터(111)에 구동연결되는 X축 플레이트(110)와, Y축 방향으로 이동되도록 Y축 액츄에이터(121)에 구동연결되는 Y축 플레이트(120)와, Z축 방향으로 이동되도록 Z축 액츄에이터(131)에 구동연결되는 Z축 플레이트(130)가 상호 적층되어 구성되는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 이송유닛은 베이스플레이트(510)와, 상기 베이스플레이트(510)상에 상하방향으로 연장 형성되고 일측에 고정편이 마련되는 지지바(520)와, 상기 고정편에 상하 슬라이딩 이동 가능하게 설치되는 이송편(530)과, 상기 이송편(530)에 고정되어 상기 가공툴 홀더(400)가 장착되는 클램프(540)와, 상기 이송편(530)을 이동시키기 위한 이송 액츄에이터(550)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전원공급기(600)의 공급전압은 20~45V 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조장치.
청구항 1에 있어서,
상기 반응수조(200)에 수용되는 전해액의 농도는 20~50wt% 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조장치.
청구항 5에 있어서,
상기 가공툴 홀더(400)는 상기 클램프(540)에 고정되는 회전모터(420)와, 회전가능하도록 상기 회전모터(420)에 구동연결되고 상기 가공툴(410)이 파지되는 회전구(430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조장치.
가공툴 및 광섬유 프로브를 반응수조 내에 서로 대향되게 배치하는 단계;
상기 가공툴 및 광섬유 프로브의 배치상태를 촬영하는 단계;
촬영된 가공툴 및 광섬유 프로브의 이미지를 분석하여 상기 가공툴 및 광섬유 프로브를 동일 선상에 정렬하는 단계;
상기 반응수조 내에 전해액을 주입하는 단계;
상기 가공툴 및 전극에 전압을 공급하는 단계; 및
상기 가공툴을 광섬유 프로브의 위치 방향으로 이동시키면서 광섬유 프로브를 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조방법.
청구항 9에 있어서,
상기 가공툴 및 광섬유 프로브를 동일 선상에 정렬하는 단계는, 촬영부를 통해 촬영된 영상신호로부터 가공툴 및 광섬유 프로브의 위치정보를 이미지한 후, 이미지된 위치정보와 기 입력된 정렬 위치정보가 서로 일치되도록 반응수조가 고정된 정렬플레이트를 X,Y,Z축 방향으로 이동시켜 정렬하는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조방법.
청구항 9에 있어서,
상기 광섬유 프로브를 가공하는 단계는, 상기 광섬유 프로브의 가공면에 대한 거칠기가 향상되도록 상기 가공툴을 회전시키는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조방법.
청구항 10에 있어서,
상기 가공툴 및 광섬유 프로브를 동일 선상에 정렬하는 단계는, 상기 정렬플레이트의 이동 오차를 보상하기 위해, 상기 이미지된 위치정보와 기 입력된 정렬 위치정보에 일치될 때까지 청구항 10의 과정을 반복하는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조방법.
청구항 11에 있어서,
상기 광섬유 프로브를 가공하는 단계는, 가공툴의 회전속도를 1~15rpm 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조방법.
청구항 11에 있어서,
상기 가공툴 및 전극에 전압을 공급하는 단계는, 공급 전압을 20~45V 범위로 유지하고 전해액의 농도를 20~50wt% 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조방법.
청구항 14에 있어서,
상기 광섬유 프로브를 가공하는 단계는, 가공툴의 이동속도를 0.05 ~0.2 ㎛/s범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 전해방전가공을 이용한 광섬유 프로브 제조방법.
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