X—RAY測(cè)厚系統(tǒng)在鋁板帶材生產(chǎn)中的應(yīng)用

戰(zhàn)金玉　戰(zhàn)美玉

【摘 要】為了提高鋁板帶材厚度的測(cè)量精度，減小誤差，對(duì)鋁帶厚度的檢測(cè)實(shí)行自動(dòng)控制。把X-RAY測(cè)厚系統(tǒng)應(yīng)用到鋁板帶材生產(chǎn)中，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際闡述測(cè)厚系統(tǒng)工作原理，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用總結(jié)測(cè)厚系統(tǒng)在鋁帶生產(chǎn)中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】鋁板帶材；測(cè)厚系統(tǒng)；X射線

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)鋁加工產(chǎn)品的尺寸精度提出了更高的要求[1]。超薄鋁板帶在精軋過(guò)程中，公差一般要求在 ±15μm 。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中由于外界溫度和鋁帶材質(zhì)隨機(jī)變化以及各種干擾等因素的影響將導(dǎo)致冷軋鋁帶厚度發(fā)生變化。為了提高產(chǎn)品合格率，必須對(duì)鋁帶厚度進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和控制。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁帶厚度的檢測(cè)方法通常有電感測(cè)位移法、γ射線法等。然而鋁帶材質(zhì)軟，且在軋制過(guò)程中容易發(fā)生抖動(dòng)，若采用接觸式方法測(cè)量會(huì)對(duì)鋁帶有劃痕；若采用γ射線測(cè)量，價(jià)格昂貴，對(duì)操作者有可能造成人身傷害。X-RAY射線測(cè)厚系統(tǒng)，采用全數(shù)字處理技術(shù)，在鋁板帶壓延生產(chǎn)中自動(dòng)測(cè)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1 系統(tǒng)技術(shù)要求

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

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

（3）測(cè)量數(shù)據(jù)可視化輸出顯示，由系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輸出到外部顯示器或打印機(jī)。

（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(yīng)等進(jìn)行修正。

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

2 系統(tǒng)組成

X-RAY測(cè)厚系統(tǒng)主要單元模塊有：

（1）C型架包括2至6個(gè)或多個(gè)測(cè)量點(diǎn)（即電離室），高溫計(jì)（為溫度校準(zhǔn)提供溫度）和放大器。

（2）水冷循環(huán)單元采用密封式C型架二次水冷循環(huán)。

（3）中央處理單元包括MEVINET數(shù)據(jù)管理和處理系統(tǒng)以及X射線發(fā)生器控制單元。其中，MEVINET數(shù)據(jù)管理和處理系統(tǒng)的任務(wù)是：測(cè)得數(shù)據(jù)的評(píng)估和處理；測(cè)得數(shù)據(jù)的圖像化顯示；信號(hào)傳輸與信號(hào)通訊。X射線發(fā)生器控制單元的任務(wù)是C型架的控制及快門(mén)控制。

（4）操作臺(tái)：操作員通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)的鍵盤(pán)、顯示器與測(cè)厚系統(tǒng)對(duì)話。

（5）現(xiàn)場(chǎng)操作面板：校準(zhǔn)和進(jìn)行C型架的操作。

3 系統(tǒng)工作原理

3.1 系統(tǒng)測(cè)量原理

X-RAY射線測(cè)厚儀的測(cè)量原理是輻射吸收測(cè)量原理。當(dāng)X射線發(fā)射源發(fā)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(dá)檢測(cè)探頭，在另一側(cè)安裝的檢測(cè)探頭測(cè)量鋁帶吸收后的射線強(qiáng)度和電離室的電流I1，吸收前的電離室電流為I0。其強(qiáng)度的變化與鋁板帶材的厚度S成指數(shù)關(guān)系。X-RAY測(cè)厚系統(tǒng)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(qiáng)度根據(jù)實(shí)際工藝參數(shù)選擇，高壓發(fā)生器的電壓等級(jí)根據(jù)產(chǎn)品的最大厚度選擇，且在整個(gè)厚度測(cè)量范圍內(nèi)恒定。X-RAY測(cè)厚系統(tǒng)的電離室通常設(shè)計(jì)為獨(dú)立的2-6個(gè)電離室，根據(jù)應(yīng)用的要求可以增加，置于C型架之內(nèi)，每個(gè)通道測(cè)出一個(gè)厚度值，經(jīng)過(guò)測(cè)厚儀軟件的計(jì)算，可以有效克服帶材的傾斜和翹頭對(duì)測(cè)量的影響，采樣6點(diǎn)取平均值，提高了控制精度。

3.2 信號(hào)處理

24V直流電源經(jīng)濾波后接入發(fā)射頭高壓包，高壓包將24V轉(zhuǎn)換為高壓供給X射線管，同時(shí)24V經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換為±15V供給接收頭前置放大器，放大器將測(cè)得的厚度轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，送至C型架接線箱中的模擬量輸入模塊。為了監(jiān)控24V和±15V直流電壓的穩(wěn)定性，同時(shí)把這些電源送入模擬量板測(cè)量，射線源與電離室電源值經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換板轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的等效電壓。厚度實(shí)時(shí)測(cè)量值經(jīng)過(guò)系統(tǒng)計(jì)算處理后，送到人機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)將模擬量輸出模塊輸出的實(shí)時(shí)厚度偏差信號(hào)接入X-RAY系統(tǒng)進(jìn)行控制。

4 測(cè)厚系統(tǒng)在鋁帶板材上的應(yīng)用

4.1 高壓設(shè)定

X射線源可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定的重復(fù)測(cè)量，其精度指標(biāo)是在連續(xù)測(cè)量8h以上保證0.05%。其高壓包電壓及X射線管陽(yáng)極電流可調(diào)，靈活性比其他同類(lèi)測(cè)厚儀的有很大提高，當(dāng)測(cè)厚儀X射線管高壓電源停電超過(guò)8周或更換射線源及射線管時(shí)，需要進(jìn)行高壓電壓設(shè)定，高壓設(shè)定將高壓包電源從零開(kāi)始逐漸升高電壓，可以避免將過(guò)高的電壓短時(shí)加在射線管兩端將X射線管損壞。本系統(tǒng)中正常設(shè)定高壓33kV，陽(yáng)極電流1mA。

4.2 系統(tǒng)的校準(zhǔn)

厚度測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)校準(zhǔn)可以達(dá)到最佳的特性。系統(tǒng)校準(zhǔn)是基于標(biāo)準(zhǔn)塊在射線束下自動(dòng)定位，記錄每個(gè)校準(zhǔn)周期的數(shù)據(jù)，然后利用這些數(shù)據(jù)，確定厚度系統(tǒng)的復(fù)線性和函數(shù)關(guān)系，確保分析數(shù)據(jù)的可靠性。厚度測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)通常采用以下三種程序。（1）零點(diǎn)校準(zhǔn)程序：一般來(lái)說(shuō)廠家在安裝調(diào)試階段已經(jīng)完成，通常無(wú)需標(biāo)定。（2）標(biāo)準(zhǔn)塊校準(zhǔn)程序：標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)定分為CZ和CS。（3）預(yù)吸收檢查程序：進(jìn)行預(yù)吸收標(biāo)定，此程序作為日常維護(hù)標(biāo)定，在標(biāo)定時(shí)，兩個(gè)快門(mén)分別有次序打開(kāi)關(guān)閉。

4.3 測(cè)量系統(tǒng)的控制

（1）C型架驅(qū)動(dòng)控制。通過(guò)X射線發(fā)生器控制單元的操作畫(huà)面進(jìn)行控制或由監(jiān)控計(jì)算機(jī)畫(huà)面進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，完成其行走控制和定位控制。

（2）測(cè)量點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)控制。鋁板帶材兩個(gè)邊部的測(cè)點(diǎn)可以單獨(dú)啟動(dòng)，測(cè)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)速度由各自變頻器控制完成。

（3）X射線源的快門(mén)操作。內(nèi)部控制可由中央處理計(jì)算機(jī)的畫(huà)面進(jìn)行控制，完成快門(mén)開(kāi)閉的自動(dòng)控制。外部控制由操作面板手動(dòng)操作進(jìn)行控制，用于標(biāo)準(zhǔn)化和維護(hù)。緊急停車(chē)時(shí)C型架和測(cè)量點(diǎn)驅(qū)動(dòng)被鎖住，快門(mén)關(guān)閉。

4.4 使用維護(hù)經(jīng)驗(yàn)

在應(yīng)用過(guò)程中，我們積累了一些有關(guān)測(cè)厚系統(tǒng)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。必須保證壓縮空氣的潔凈和壓力的穩(wěn)定，以保持C型架開(kāi)口內(nèi)空氣的正壓和進(jìn)行空氣清洗。按點(diǎn)檢制度檢查C型架周?chē)臏囟群透邷赜?jì)的工作是否正常，點(diǎn)檢C型架的行走機(jī)構(gòu)和極限開(kāi)關(guān)是否正常。最好能把在線測(cè)量設(shè)備放在環(huán)境良好的測(cè)量屋內(nèi)。固定C型架，特別是懸掛的C型架要防止震動(dòng)或抖動(dòng)。

5 應(yīng)用效果分析

X-RAY測(cè)厚系統(tǒng)應(yīng)用在鋁板帶材壓延生產(chǎn)中，經(jīng)過(guò)一年的使用，效果良好。在整個(gè)厚度測(cè)量范圍內(nèi)吸收曲線是線性；連續(xù)測(cè)量無(wú)需高壓調(diào)節(jié)和范圍校準(zhǔn)；具有極短的系統(tǒng)喚醒時(shí)間，從冷態(tài)自動(dòng)需要的時(shí)間小于120S；高壓發(fā)生器為恒壓，X-RAY管使用壽命長(zhǎng)；合金補(bǔ)償修正系數(shù)與高壓發(fā)生器的電壓等級(jí)無(wú)關(guān)，具有領(lǐng)先的測(cè)量精度。

6 結(jié)束語(yǔ)

X-RAY測(cè)厚系統(tǒng)在鋁板帶材壓延生產(chǎn)中具有精度高、反應(yīng)快、漂移小、各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)定可靠、使用方便、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[2]。實(shí)踐表明該系統(tǒng)完全能夠滿足鋁板帶材的生產(chǎn)工藝要求，促進(jìn)其生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展，提高了鋁板帶材產(chǎn)品質(zhì)量，得到企業(yè)用戶(hù)的認(rèn)可，值得推廣應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

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

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

[責(zé)任編輯：湯靜]