X—RAY测厚系统在铝板带材生产中的应用

战金玉　战美玉

【摘 要】为了提高铝板带材厚度的测量精度，减小误差，对铝带厚度的检测实行自动控制。把X-RAY测厚系统应用到铝板带材生产中，结合生产实际阐述测厚系统工作原理，并通过实际应用总结测厚系统在铝带生产中的应用经验。

【关键词】铝板带材；测厚系统；X射线

随着工业技术的发展，市场对铝加工产品的尺寸精度提出了更高的要求[1]。超薄铝板带在精轧过程中，公差一般要求在 ±15μm 。在实际生产过程中由于外界温度和铝带材质随机变化以及各种干扰等因素的影响将导致冷轧铝带厚度发生变化。为了提高产品合格率，必须对铝带厚度进行自动检测和控制。目前国内外对铝带厚度的检测方法通常有电感测位移法、γ射线法等。然而铝带材质软，且在轧制过程中容易发生抖动，若采用接触式方法测量会对铝带有划痕；若采用γ射线测量，价格昂贵，对操作者有可能造成人身伤害。X-RAY射线测厚系统，采用全数字处理技术，在铝板带压延生产中自动测量，提高产品质量和生产效率。

1 系统技术要求

（1）入口最大电压25kV，出口最大电压20kV。输入信号和输出信号的输出范围均可调。

（2）模拟量I/O分辨率：0-10V/14位的输入信号，0-10V/12位的输出信号。

（3）测量数据可视化输出显示，由系统计算机输出到外部显示器或打印机。

（4）厚度修正：冷板厚度由热板厚度、合金因素、板材温度、膨胀效应等进行修正。

（5）铝带板材测量厚度0.01-10mm，宽度950-2100mm，速度2-30m/s，测量精度≦±0.001mm。

2 系统组成

X-RAY测厚系统主要单元模块有：

（1）C型架包括2至6个或多个测量点（即电离室），高温计（为温度校准提供温度）和放大器。

（2）水冷循环单元采用密封式C型架二次水冷循环。

（3）中央处理单元包括MEVINET数据管理和处理系统以及X射线发生器控制单元。其中，MEVINET数据管理和处理系统的任务是：测得数据的评估和处理；测得数据的图像化显示；信号传输与信号通讯。X射线发生器控制单元的任务是C型架的控制及快门控制。

（4）操作台：操作员通过监控计算机的键盘、显示器与测厚系统对话。

（5）现场操作面板：校准和进行C型架的操作。

3 系统工作原理

3.1 系统测量原理

X-RAY射线测厚仪的测量原理是辐射吸收测量原理。当X射线发射源发出的射线穿透铝板后，一部分射线被铝板带材吸收，剩余的射线到达检测探头，在另一侧安装的检测探头测量铝带吸收后的射线强度和电离室的电流I1，吸收前的电离室电流为I0。其强度的变化与铝板带材的厚度S成指数关系。X-RAY测厚系统的辐射源为金属陶瓷X光管，最大电压225kV，额定电压160kV，管电流大约4mA。X射线源的强度根据实际工艺参数选择，高压发生器的电压等级根据产品的最大厚度选择，且在整个厚度测量范围内恒定。X-RAY测厚系统的电离室通常设计为独立的2-6个电离室，根据应用的要求可以增加，置于C型架之内，每个通道测出一个厚度值，经过测厚仪软件的计算，可以有效克服带材的倾斜和翘头对测量的影响，采样6点取平均值，提高了控制精度。

3.2 信号处理

24V直流电源经滤波后接入发射头高压包，高压包将24V转换为高压供给X射线管，同时24V经DC/DC转换为±15V供给接收头前置放大器，放大器将测得的厚度转化为电流信号，送至C型架接线箱中的模拟量输入模块。为了监控24V和±15V直流电压的稳定性，同时把这些电源送入模拟量板测量，射线源与电离室电源值经电压转换板转换成可供测量的等效电压。厚度实时测量值经过系统计算处理后，送到人机界面实时显示。同时将模拟量输出模块输出的实时厚度偏差信号接入X-RAY系统进行控制。

4 测厚系统在铝带板材上的应用

4.1 高压设定

X射线源可以长时间连续稳定的重复测量，其精度指标是在连续测量8h以上保证0.05%。其高压包电压及X射线管阳极电流可调，灵活性比其他同类测厚仪的有很大提高，当测厚仪X射线管高压电源停电超过8周或更换射线源及射线管时，需要进行高压电压设定，高压设定将高压包电源从零开始逐渐升高电压，可以避免将过高的电压短时加在射线管两端将X射线管损坏。本系统中正常设定高压33kV，阳极电流1mA。

4.2 系统的校准

厚度测量系统经过系统校准可以达到最佳的特性。系统校准是基于标准块在射线束下自动定位，记录每个校准周期的数据，然后利用这些数据，确定厚度系统的复线性和函数关系，确保分析数据的可靠性。厚度测量系统校准通常采用以下三种程序。（1）零点校准程序：一般来说厂家在安装调试阶段已经完成，通常无需标定。（2）标准块校准程序：标准化标定分为CZ和CS。（3）预吸收检查程序：进行预吸收标定，此程序作为日常维护标定，在标定时，两个快门分别有次序打开关闭。

4.3 测量系统的控制

（1）C型架驱动控制。通过X射线发生器控制单元的操作画面进行控制或由监控计算机画面进行远程控制，完成其行走控制和定位控制。

（2）測量点的驱动控制。铝板带材两个边部的测点可以单独启动，测点驱动速度由各自变频器控制完成。

（3）X射线源的快门操作。内部控制可由中央处理计算机的画面进行控制，完成快门开闭的自动控制。外部控制由操作面板手动操作进行控制，用于标准化和维护。紧急停车时C型架和测量点驱动被锁住，快门关闭。

4.4 使用维护经验

在应用过程中，我们积累了一些有关测厚系统应用的经验和知识。必须保证压缩空气的洁净和压力的稳定，以保持C型架开口内空气的正压和进行空气清洗。按点检制度检查C型架周围的温度和高温计的工作是否正常，点检C型架的行走机构和极限开关是否正常。最好能把在线测量设备放在环境良好的测量屋内。固定C型架，特别是悬挂的C型架要防止震动或抖动。

5 应用效果分析

X-RAY测厚系统应用在铝板带材压延生产中，经过一年的使用，效果良好。在整个厚度测量范围内吸收曲线是线性；连续测量无需高压调节和范围校准；具有极短的系统唤醒时间，从冷态自动需要的时间小于120S；高压发生器为恒压，X-RAY管使用寿命长；合金补偿修正系数与高压发生器的电压等级无关，具有领先的测量精度。

6 结束语

X-RAY测厚系统在铝板带材压延生产中具有精度高、反应快、漂移小、各项技术指标稳定可靠、使用方便、维护简单等优点[2]。实践表明该系统完全能够满足铝板带材的生产工艺要求，促进其生产技术发展，提高了铝板带材产品质量，得到企业用户的认可，值得推广应用。

【参考文献】

[1]陈华.基于Ether-CAT的X射线测厚仪在铝带材冷轧机上的应用[J].轻合金加工技术，2012，40（7）：35-38.

[2]朱丽娜.浅谈冷连轧厚度自动控制系统[J].中国高新技术企业，2013（4）：96-98.

[责任编辑：汤静]