帶材通過角度對X射線測厚儀測量精度的影響及補(bǔ)償方法

吳 海

(廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院，廣西南寧530004)

近年來，鋁板帶箔產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣，同時(shí)用戶對鋁板帶箔產(chǎn)品的質(zhì)量要求日益提高。為滿足市場對產(chǎn)品質(zhì)量的高要求，軋機(jī)上安裝板形輥和AFC控制系統(tǒng)已逐漸成為一種標(biāo)準(zhǔn)配置，越來越多的老軋機(jī)也選擇加裝板形控制系統(tǒng)來提高產(chǎn)品質(zhì)量［1］。

從已改造成功的多臺老軋機(jī)加裝ABB板形控制系統(tǒng)的改造項(xiàng)目來看，由于軋機(jī)出口空間限制，沒有直接安裝板形輥的位置，所以多選擇移除偏導(dǎo)輥，將ABB板形輥安裝在偏導(dǎo)輥位置的方案。在板形輥替代偏導(dǎo)輥進(jìn)行安裝時(shí)，基于以下兩點(diǎn)考慮，板形輥安裝位置需要抬高80mm左右:一是板形輥配有一驅(qū)動電機(jī)，其整體安裝尺寸一般大于偏導(dǎo)輥安裝尺寸;二是板形輥帶材包角要求，板形輥在檢測帶材板形時(shí)要求的帶材包角一般在7°～37°范圍之內(nèi)，生產(chǎn)過程中隨著卷取卷徑的變大，帶材在板形輥上的包角從大到小發(fā)生著變化，為了滿足板形輥檢測帶材板形時(shí)的包角要求，板形輥的安裝位置相較偏導(dǎo)輥原有位置需要抬高一定的高度［2］。

板形輥安裝位置抬高后，出口帶材通過X－ray測厚儀時(shí)的通過角度將不可避免地會發(fā)生改變。本文分析了帶材通過角度變化對厚度檢測帶來誤差的兩種原因及其補(bǔ)償方法。

1 帶材通過角度變化對厚度測量精度的影響［3－4］

帶材通過角度是指出口帶材與X射線束之間的夾角，通常為90°。若通過角度發(fā)生變化，將會使X射線測厚儀的測量值產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致帶材厚度控制精度下降。通過角度對厚度測量精度的影響包括直接導(dǎo)致的測量誤差和對氣隙溫度補(bǔ)償值造成的誤差兩個(gè)方面。本文以Honeywell2249型X射線測厚儀為例分別對此進(jìn)行分析。

1.1 通過角度變化對測厚精度的直接影響

X射線測厚儀是基于帶材與X射線束垂直而設(shè)計(jì)的，見圖1。當(dāng)移除偏導(dǎo)輥、安裝板形輥后，帶材角度將會發(fā)生變化，帶材不再與X射線束保持垂直，如圖2所示。此時(shí)，X射線將通過一個(gè)較大的帶材截面積，被帶材吸收的射線相較正常時(shí)增加，從而導(dǎo)致測量誤差。這種變化帶來的誤差的補(bǔ)償量在測厚儀內(nèi)部計(jì)算時(shí)必須加以考慮，以保證厚度測量的準(zhǔn)確性。帶材通過角度變化的補(bǔ)償就是對該截面積偏差的修正。

圖1 理想帶材通過角度示意圖Fig.1 Schematic diagram of ideal angle of strip passing through thickness gauge

圖2 安裝板形輥后帶材通過角度變化示意圖Fig.2 Schematic diagram of angular variation of strip passing through thickness gauge after flatness roll installation

1.2 通過角度變化對氣隙溫度補(bǔ)償值的影響

為消除帶材溫度對測厚精度的影響，提高測量精度，Honeywell測厚儀具有氣隙溫度補(bǔ)償功能。在發(fā)射頭和接收頭的前端分別裝有1個(gè)500kΩ熱敏電阻傳感器，用于檢測帶材上下表面的氣隙溫度，并在系統(tǒng)中進(jìn)行補(bǔ)償。氣隙補(bǔ)償功能也會受到帶材通過角度變化的影響。

正常情況下，發(fā)射頭和接收頭相對于軋機(jī)的軋制線上下對稱，即與軋制線(或帶材)之間的距離相等。當(dāng)帶材通過角度發(fā)生變化時(shí)，帶材到發(fā)射頭和接收頭之間的距離不再相等，從而導(dǎo)致帶材上、下表面溫度測量的誤差，使溫度補(bǔ)償值出現(xiàn)偏差，若不對此進(jìn)行修正，也會造成厚度測量的誤差。

2 帶材通過角度變化引起的誤差補(bǔ)償方法［4］

2.1 直接影響引起的誤差的補(bǔ)償方法

首先要根據(jù)板形輥實(shí)際安裝尺寸計(jì)算帶材通過角度，然后根據(jù)通過角度計(jì)算補(bǔ)償量。圖3為安裝板形輥后軋機(jī)出口部分示意圖，圖中給出了二個(gè)用于計(jì)算測量頭軸線偏移角度的重要參數(shù)，其中，A為工作輥輥縫至板形輥中心的距離;B為板形輥安裝時(shí)抬高的高度。

帶材通過角度β及其補(bǔ)償量的計(jì)算方法如下:

通過角度β=900－

厚度補(bǔ)償量 =原始厚度 ×(1－sinβ)

當(dāng)板形輥安裝位置抬高不同高度時(shí)，通過角度β隨之發(fā)生變化，該角度的正弦函數(shù)值發(fā)生改變，從而補(bǔ)償量也隨之變化。

圖4是隨著帶材通過角度的變化，補(bǔ)償量變化的曲線圖。從圖4中可以清楚的看出，通過角度越小，厚度補(bǔ)償量越大。當(dāng)帶材通過角度達(dá)到80°時(shí)，因帶材通過角度變化帶來的補(bǔ)償量可以達(dá)到當(dāng)前厚度值的1.52%;而當(dāng)通過角度為90°時(shí)，補(bǔ)償量為零。

圖3 安裝板形輥后軋機(jī)出口示意圖Fig.3 Diagram of mill exit side after flatness roll installation

圖4 厚度補(bǔ)償量隨通過角度變化的曲線Fig.4 Curve of thickness compensation with angular variation

2.2 氣隙溫度補(bǔ)償值誤差的補(bǔ)償方法

在Honeywell2249型 X射線測厚系統(tǒng)中，氣隙溫度補(bǔ)償?shù)膬蓚€(gè)系數(shù)AGAU(上測量頭氣隙溫度補(bǔ)償系數(shù))與 AGAL(下測量頭氣隙溫度補(bǔ)償系數(shù))的計(jì)算，是以帶材與上、下測量頭之間的距離相等為基準(zhǔn)的，氣隙溫度補(bǔ)償量將疊加在帶材測量的原始厚度值上。如圖3中的水平虛線所示，如果軋機(jī)設(shè)計(jì)有一條偏導(dǎo)輥，通過角度與軋制線保持一致，帶材與X射線束是保持垂直的，且與上下測量頭的距離相等，從而不會產(chǎn)生通過角度發(fā)生變化時(shí)的測量誤差。

當(dāng)帶材在測厚儀兩個(gè)測量頭之間的通過角度發(fā)生變化時(shí)，帶材與兩個(gè)測量頭之間的距離也將發(fā)生變化，造成上下測量頭氣隙溫度檢測偏差，導(dǎo)致氣隙溫度補(bǔ)償?shù)膬蓚€(gè)系數(shù)AGAU和 AGAL也相應(yīng)地產(chǎn)生誤差。

在這里有必要指出一個(gè)與氣隙溫度補(bǔ)償有關(guān)的參數(shù)Pro，該參數(shù)反映了帶材與下測量頭之間的相對位置，按公式(1)計(jì)算

式中，

h——帶材與下測量頭之間的距離;

H——為上下測量頭之間的距離(通常為203.2mm)。

將Pro參數(shù)輸入到測量軟件數(shù)據(jù)庫中，用于修正氣隙溫度補(bǔ)償系數(shù)AGAU和 AGAL，從而保證了氣隙溫度補(bǔ)償量的準(zhǔn)確性。

氣隙溫度補(bǔ)償系數(shù)AGAU和 AGAL按公式(2)、(3)計(jì)算:

式中，C=2×9600，為測厚儀的固定常數(shù)。

假設(shè) Pro=h/H=0.25，則 AGAL=4800，AGAU=14400。

根據(jù)公式(1)、(2)、(3)計(jì)算出 AGAU與 AGAL后，再按照公式(4)計(jì)算氣隙溫度補(bǔ)償量。

式中，

TL——下頭(發(fā)射頭)溫度傳感器檢測到的氣隙溫度;

TU——上頭(接收頭)溫度傳感器檢測到的氣隙溫度;

TL0——發(fā)射頭溫度傳感器檢測到的平均氣隙溫度;

TU0——接收頭溫度傳感器檢測到的平均氣隙溫度。

帶材通過角度發(fā)生變化時(shí)，該變化導(dǎo)致帶材與測量頭之間的距離發(fā)生變化，從而造成氣隙溫度補(bǔ)償系數(shù)AGAU和AGAL發(fā)生變化。從圖5可以看出這一變化。圖5中，左側(cè)的上、中、下分別代表帶材處于三個(gè)不同位置時(shí)的軋制線(帶材與下測量頭之間的距離h)、AGAU、AGAL和通過角度值，右側(cè)分別對應(yīng)著上氣隙溫度補(bǔ)償量UAG Correction、下氣隙溫度補(bǔ)償量LAG Correction、合金補(bǔ)償量KCM Correction和通過角度補(bǔ)償量PassAngle Corr。

圖5 通過角度與氣隙溫度補(bǔ)償值的對應(yīng)關(guān)系Fig.5 Corresponding relationship between angle and air gap temperature compensation value

從圖5可以看出，帶材通過角度小于90°時(shí)，AGAU小于AGAL;通過角度等于90°時(shí)，AGAU等于AGAL;通過角度大于90°時(shí)，AGAU大于AGAL。相應(yīng)地，上、下氣隙溫度補(bǔ)償值也隨之變化。

3 結(jié)束語

文中所述的補(bǔ)償方法經(jīng)過多臺老軋機(jī)加裝AFC系統(tǒng)改造后的實(shí)際應(yīng)用表明，基本消除了通過角度變化對厚度測量精度的影響，帶材厚差達(dá)到了改造前的水平。需要指出的是，對于某一具體軋機(jī)來說，一旦設(shè)備安裝位置確定后，通過角度也將隨之確定。

引起帶材通過角度的變化的因素還包括軋制線異常偏移、出口設(shè)備安裝精度不高或運(yùn)行中發(fā)生變化等，這些因素都會對X-ray測厚儀的測量精度產(chǎn)生直接影響，在實(shí)際工作中必須加以考慮，應(yīng)定期進(jìn)行檢查，以保證厚度測量精度。

［1］余銘皋.我國鋁加工裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.有色設(shè)備，2000(6):10－15.

［2］ABB.ABB 壓磁式板形輥用戶手冊［Z］.2002(3)

［3］Honeywell.Honeywell Measurex 2249 X － ray Installation Manual［Z］.2009(1)

［4］Honeywell.Honeywell Measurex 2249 X － ray User Manual［Z］.2009(1)