X—RAY測厚系統在鋁板帶材生產中的應用

戰金玉　戰美玉

【摘 要】為了提高鋁板帶材厚度的測量精度，減小誤差，對鋁帶厚度的檢測實行自動控制。把X-RAY測厚系統應用到鋁板帶材生產中，結合生產實際闡述測厚系統工作原理，并通過實際應用總結測厚系統在鋁帶生產中的應用經驗。

【關鍵詞】鋁板帶材；測厚系統；X射線

隨著工業技術的發展，市場對鋁加工產品的尺寸精度提出了更高的要求[1]。超薄鋁板帶在精軋過程中，公差一般要求在 ±15μm 。在實際生產過程中由于外界溫度和鋁帶材質隨機變化以及各種干擾等因素的影響將導致冷軋鋁帶厚度發生變化。為了提高產品合格率，必須對鋁帶厚度進行自動檢測和控制。目前國內外對鋁帶厚度的檢測方法通常有電感測位移法、γ射線法等。然而鋁帶材質軟，且在軋制過程中容易發生抖動，若采用接觸式方法測量會對鋁帶有劃痕；若采用γ射線測量，價格昂貴，對操作者有可能造成人身傷害。X-RAY射線測厚系統，采用全數字處理技術，在鋁板帶壓延生產中自動測量，提高產品質量和生產效率。

1 系統技術要求

（1）入口最大電壓25kV，出口最大電壓20kV。輸入信號和輸出信號的輸出范圍均可調。

（2）模擬量I/O分辨率：0-10V/14位的輸入信號，0-10V/12位的輸出信號。

（3）測量數據可視化輸出顯示，由系統計算機輸出到外部顯示器或打印機。

（4）厚度修正：冷板厚度由熱板厚度、合金因素、板材溫度、膨脹效應等進行修正。

（5）鋁帶板材測量厚度0.01-10mm，寬度950-2100mm，速度2-30m/s，測量精度≦±0.001mm。

2 系統組成

X-RAY測厚系統主要單元模塊有：

（1）C型架包括2至6個或多個測量點（即電離室），高溫計（為溫度校準提供溫度）和放大器。

（2）水冷循環單元采用密封式C型架二次水冷循環。

（3）中央處理單元包括MEVINET數據管理和處理系統以及X射線發生器控制單元。其中，MEVINET數據管理和處理系統的任務是：測得數據的評估和處理；測得數據的圖像化顯示；信號傳輸與信號通訊。X射線發生器控制單元的任務是C型架的控制及快門控制。

（4）操作臺：操作員通過監控計算機的鍵盤、顯示器與測厚系統對話。

（5）現場操作面板：校準和進行C型架的操作。

3 系統工作原理

3.1 系統測量原理

X-RAY射線測厚儀的測量原理是輻射吸收測量原理。當X射線發射源發出的射線穿透鋁板后，一部分射線被鋁板帶材吸收，剩余的射線到達檢測探頭，在另一側安裝的檢測探頭測量鋁帶吸收后的射線強度和電離室的電流I1，吸收前的電離室電流為I0。其強度的變化與鋁板帶材的厚度S成指數關系。X-RAY測厚系統的輻射源為金屬陶瓷X光管，最大電壓225kV，額定電壓160kV，管電流大約4mA。X射線源的強度根據實際工藝參數選擇，高壓發生器的電壓等級根據產品的最大厚度選擇，且在整個厚度測量范圍內恒定。X-RAY測厚系統的電離室通常設計為獨立的2-6個電離室，根據應用的要求可以增加，置于C型架之內，每個通道測出一個厚度值，經過測厚儀軟件的計算，可以有效克服帶材的傾斜和翹頭對測量的影響，采樣6點取平均值，提高了控制精度。

3.2 信號處理

24V直流電源經濾波后接入發射頭高壓包，高壓包將24V轉換為高壓供給X射線管，同時24V經DC/DC轉換為±15V供給接收頭前置放大器，放大器將測得的厚度轉化為電流信號，送至C型架接線箱中的模擬量輸入模塊。為了監控24V和±15V直流電壓的穩定性，同時把這些電源送入模擬量板測量，射線源與電離室電源值經電壓轉換板轉換成可供測量的等效電壓。厚度實時測量值經過系統計算處理后，送到人機界面實時顯示。同時將模擬量輸出模塊輸出的實時厚度偏差信號接入X-RAY系統進行控制。

4 測厚系統在鋁帶板材上的應用

4.1 高壓設定

X射線源可以長時間連續穩定的重復測量，其精度指標是在連續測量8h以上保證0.05%。其高壓包電壓及X射線管陽極電流可調，靈活性比其他同類測厚儀的有很大提高，當測厚儀X射線管高壓電源停電超過8周或更換射線源及射線管時，需要進行高壓電壓設定，高壓設定將高壓包電源從零開始逐漸升高電壓，可以避免將過高的電壓短時加在射線管兩端將X射線管損壞。本系統中正常設定高壓33kV，陽極電流1mA。

4.2 系統的校準

厚度測量系統經過系統校準可以達到最佳的特性。系統校準是基于標準塊在射線束下自動定位，記錄每個校準周期的數據，然后利用這些數據，確定厚度系統的復線性和函數關系，確保分析數據的可靠性。厚度測量系統校準通常采用以下三種程序。（1）零點校準程序：一般來說廠家在安裝調試階段已經完成，通常無需標定。（2）標準塊校準程序：標準化標定分為CZ和CS。（3）預吸收檢查程序：進行預吸收標定，此程序作為日常維護標定，在標定時，兩個快門分別有次序打開關閉。

4.3 測量系統的控制

（1）C型架驅動控制。通過X射線發生器控制單元的操作畫面進行控制或由監控計算機畫面進行遠程控制，完成其行走控制和定位控制。

（2）測量點的驅動控制。鋁板帶材兩個邊部的測點可以單獨啟動，測點驅動速度由各自變頻器控制完成。

（3）X射線源的快門操作。內部控制可由中央處理計算機的畫面進行控制，完成快門開閉的自動控制。外部控制由操作面板手動操作進行控制，用于標準化和維護。緊急停車時C型架和測量點驅動被鎖住，快門關閉。

4.4 使用維護經驗

在應用過程中，我們積累了一些有關測厚系統應用的經驗和知識。必須保證壓縮空氣的潔凈和壓力的穩定，以保持C型架開口內空氣的正壓和進行空氣清洗。按點檢制度檢查C型架周圍的溫度和高溫計的工作是否正常，點檢C型架的行走機構和極限開關是否正常。最好能把在線測量設備放在環境良好的測量屋內。固定C型架，特別是懸掛的C型架要防止震動或抖動。

5 應用效果分析

X-RAY測厚系統應用在鋁板帶材壓延生產中，經過一年的使用，效果良好。在整個厚度測量范圍內吸收曲線是線性；連續測量無需高壓調節和范圍校準；具有極短的系統喚醒時間，從冷態自動需要的時間小于120S；高壓發生器為恒壓，X-RAY管使用壽命長；合金補償修正系數與高壓發生器的電壓等級無關，具有領先的測量精度。

6 結束語

X-RAY測厚系統在鋁板帶材壓延生產中具有精度高、反應快、漂移小、各項技術指標穩定可靠、使用方便、維護簡單等優點[2]。實踐表明該系統完全能夠滿足鋁板帶材的生產工藝要求，促進其生產技術發展，提高了鋁板帶材產品質量，得到企業用戶的認可，值得推廣應用。

【參考文獻】

[1]陳華.基于Ether-CAT的X射線測厚儀在鋁帶材冷軋機上的應用[J].輕合金加工技術，2012，40（7）：35-38.

[2]朱麗娜.淺談冷連軋厚度自動控制系統[J].中國高新技術企業，2013（4）：96-98.

[責任編輯：湯靜]