CN100425361C - X射线凸度测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种X射线凸度测量仪，三个X射线源安装于C形架的上臂，在C形架底部的相对位置安装有九个X射线探测器，并沿宽度方向成对称均匀分布，每个X射线源对应三个探测器，C形架的横向移动进入或退出轧制线；中心线测量单元对准被测带材宽度方向的中心位置，测量带材中心线厚度，描述带材沿长度方向的厚度分布，将厚度信号传送给厚度自动控制系统和凸度自动控制系统；九点测量信号经过计算机处理将结果输送到凸度自动控制系统。本发明取消专为厚度自动控制系统配置的测厚仪，实时测量板带材的横断面凸度分布，测量信号同时传送给厚度自动控制系统和凸度自动控制系统，参与板带材的纵向和横向厚度控制，更好地提高板带材的板形精度。
Description
技术领域
本发明涉及金属板带热轧过程中对板带材凸度进行在线实时测量的装置，尤其涉及三射源九探测器X射线凸度测量仪，属于金属压延加工技术领域。
背景技术
在金属板带热轧过程中，为了实时获得高精度的带材横断面厚度分布信息，使用一种板带材凸度在线测量装置，向板形自动控制系统提供高精度的横断面厚度测量值。
目前，板带材凸度在线测量装置为双C形架移动扫描式凸度仪，双C形架移动扫描式凸度仪由一台中心线测厚仪和一台扫描式测厚仪两部分组成。中心线测厚仪的测量点固定对准在被测带材宽度方向的中心位置，用于测量带材中心线厚度，描述带材沿长度方向的厚度分布。扫描式测厚仪射线测量单元安装在可以横向移动的C形架上，测量时，通过移动C形架，扫描整个带材横断面。但由于C形架的扫描移动与带材的轧制运动同时进行，实际测量轨迹在带材上是一条斜线，测量的不是真正意义的横截面。同时由于扫描速度受限制，测量信号无法实时用于反馈；另外，测厚仪在移动时发生的颤动将影响厚度测量精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种三射源九探测器X射线实时凸度测量仪，取消专为厚度自动控制系统配置的测厚仪，使其兼具现有技术的优点，实时测量板带材的横断面凸度分布，可同时向厚度控制系统和凸度控制系统提供相应的厚度信息。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
X射线凸度测量仪，包括X射线源、X射线探测器，由X射线源发出X射线穿透被测带材，辐射能部分被吸收，位于带材另一侧的X射线探测器测定辐射强度，其特征在于：设有三个X射线源和九个X射线探测器，三个X射线源安装于C形架的上臂，在C形架底部的相对位置安装有九个X射线探测器，并沿宽度方向成对称均匀分布，C形架的横向移动进入或退出轧制线；中心线测量单元对准被测带材宽度方向的中心位置，测量带材中心线厚度，描述带材沿长度方向的厚度分布，将厚度信号传送给厚度自动控制系统和凸度自动控制系统；九点测量信号经过计算机处理将结果输送到凸度自动控制系统。
进一步地，上述的X射线凸度测量仪，每个X射线源对应三个X射线探测器，每三个X射线探测器为一排，为了消除相邻X射线源对X射线探测器的干扰，中间的一排与左右的两排呈平行错位排布，相应地，三个X射线源也错位排布。
更进一步地，上述的X射线凸度测量仪，射线源安装面的水平度误差小于1/2000，X射线探测器安装面的水平度误差小于1/2000。
再进一步地，上述的X射线凸度测量仪，X射线源安装面与X射线探测器安装面的平行度误差小于1/2000。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
三射源九探测器X射线凸度测量仪不仅实时测量板带材的横断面厚度分布，而且中心线测量单元固定对准在被测带材宽度方向的中心位置，用于测量带材中心线厚度，描述带材沿长度方向的厚度分布，同时为厚度自动控制系统和凸度自动控制系统提供厚度信号，取消专为厚度自动控制(AGC)系统配置的测厚仪，同时9点测量信号也实时传送给凸度自动控制系统，测量信号可同时参与板带材的纵向和横向厚度控制。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：凸度测量仪系统配置示意图；
图2：本发明凸度测量仪的三射源九探测器与C形架的构造示意图；
图3：本发明九个探测器的俯视分布示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
| 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 | 附图标记 | 含义 |
| 1 | C形架 | 2 | 电机驱动装置 | 3 | 第一射线源 |
| 4 | 第二射线源 | 5 | 第三射线源 | 6 | 带材 |
| 7 | X射线探测器 |
具体实施方式
图1所示，凸度测量仪的系统配置，主要包括：X射线源部分、X射线探测器部分、电气控制部分、内部标定箱、机械部分、凸度检测信号处理单元、人机界面部分、冷却系统。
辐射测量厚度的原理是，利用射线在金属内的衰减(或材料对辐射的吸收)特性来测量带材的厚度。由辐射源发出的X射线或同位素放射线，穿透被测带材，辐射能部分被吸收，位于带材另一侧的X射线探测器测定辐射强度，并遵循下面的公式：Im＝I0·e-μh，h＝1/μ·ln(I0/Im)，式中I0-吸收前射线强度，Im-吸收后射线强度，μ-物质吸收系数，h-带材厚度。X射线探测器将检测到的辐射强度信号转换为与带材厚度成比例的电流信号并输出到信号处理计算机，信号处理计算机经过计算得出被测带材的厚度。
X射线源部分：包括三套X射线源驱动系统和三个X射线管系统，用于产生所需要的X射线；X射线驱动系统由主控制板和功率驱动板及电源三大部分组成，其中主控制板用于产生X射线的高压和电流脉宽调制信号，并采集射线高压和电流的反馈信号，进行误差比对后实现闭环控制调节，保持射线源能量的稳定。
X射线探测器部分：包括九套X射线探测器，用于接收所对应的X射线源产生的X射线，X射线探测器微弱的电流信号经过一级放大、滤波后再传送给凸度仪控制系统，经过A/D转换为数字信号输出。
电气控制部分：用于测量信号的处理、X射线源工作状态的控制、内部标定的操作与处理、凸度仪的操作与控制等。
内部标定箱：用于凸度仪测量精度的校正，每隔8小时校正一次，以保持凸度仪较高的测量精度。
机械部分：包括C形架及其驱动装置，由电机驱动C形架横向移动，进入或退出轧制线。
凸度检测信号处理单元：用于测量信号的处理、转换和输出。
冷却系统：设有两套水冷单元，一套用于C形架外壁冷却，另一套用于射线源恒温控制，防止X射线源及X射线探测器过热，保证测量精度，并有效延长其使用寿命。
人机界面部分：用于在操作台对凸度仪进行操作和参数的输入等。
如图2所示，第一射线源3、第二射线源4和第三射线源5均安装于C形架1的上臂上，每个X射线源对应三个X射线探测器，九个X射线探测器装于C形架底部上的相对位置上，且沿宽度方向成对称分布(应能覆盖最大带材宽度)，C形架1在电机2驱动下可以横向移动，进入或退出轧制线，中心线测量单元固定对准在被测带材6宽度方向的中心位置，用于测量带材6中心线厚度，描述带材6沿长度方向的厚度分布，同时为厚度自动控制(AGC)系统和凸度自动控制系统提供厚度信号，可取消专为AGC系统配置的测厚仪。九点测量信号经过计算机处理，并进行合金补偿、温度补偿后通过数值分析的方法绘制出连续的断面厚度曲线，并将结果输送到凸度自动控制系统计算机中。
三射源九探测器X射线凸度测量仪，每个X射线源对应三个X射线探测器，在带材横断面上共分布九个测量点，如图3所示为九个X射线探测器的俯视分布示意图，每三个X射线探测器为一排，为了消除相邻两个X射线源对X射线探测器的干扰，中间的一排与左右的两排呈平行错位排布，相应地，三个X射线源也错位排布。9个X射线探测器实时测量板带材的横断面厚度分布，而且中心线测量单元固定对准在被测带材宽度方向的中心位置，用于测量带材中心线厚度，描述带材沿长度方向的厚度分布，同时为厚度自动控制(AGC)系统和凸度自动控制系统提供厚度信号，可取消专为AGC系统配置的测厚仪。
具体安装应用时，要保证：射线源安装面的水平度误差小于1/2000，X射线探测器安装面的水平度误差小于1/2000；X射线源安装面与X射线探测器安装面的平行度误差小于1/2000。
考虑到带材的品种和温度与仪器标定时的差异会造成测量误差，所设计的凸度仪具有温度补偿和合金补偿功能，以提高测量结果的准确性。
温度补偿公式为：SK＝SW·(1+2·α·ΔT)，式中SK-补偿后得到的室温时的带材厚度，SW-高温时实测的带材厚度，α-膨胀系数，ΔT-测量时带材温度与室温之间的温度差。
合金补偿公式为：Ai＝1+∑[G％(x)/100·(Ai(ρ)-cor(x))]式中 A1-合金补偿系数，G％(x)-合金成分x所占的重量百分比，A1(ρ)-cor(x)-合金成分x的密度补偿系数，ρ-带材的密度。
九点厚度测量结果传送给凸度控制系统参与凸度控制，中心点的测量结果还同时送给厚度控制系统参与厚度闭环控制。三射源九探测器X射线凸度测量仪成功应用于2400型热轧机上，九点厚度测量结果的静态精度好于厚度的±0.15％，动态精度好于厚度的±0.2％。
以上通过具体实施例对本发明技术方案作了进一步说明，给出的例子仅是应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的一种限制。
Claims (4)
1.X射线凸度测量仪，包括X射线源、X射线探测器，由X射线源发出X射线穿透被测带材，辐射能部分被吸收，位于带材另一侧的X射线探测器测定辐射强度，其特征在于：设有三个X射线源和九个X射线探测器，三个X射线源安装于C形架的上臂，在C形架底部的相对位置安装有九个X射线探测器，并沿宽度方向成对称均匀分布，C形架的横向移动进入或退出轧制线；中心线测量单元对准被测带材宽度方向的中心位置，测量带材中心线厚度，描述带材沿长度方向的厚度分布，将厚度信号传送给厚度自动控制系统和凸度自动控制系统；九点测量信号经过计算机处理将结果输送到凸度自动控制系统。
2.根据权利要求1所述的X射线凸度测量仪，其特征在于：每个X射线源对应三个X射线探测器，每三个X射线探测器为一排，中间的一排与左右的两排呈平行错位排布，相应地，三个X射线源也错位排布。
3.根据权利要求1或2所述的X射线凸度测量仪，其特征在于：射线源安装面的水平度误差小于1/2000，X射线探测器安装面的水平度误差小于1/2000。
4.根据权利要求1所述的X射线凸度测量仪，其特征在于：X射线源安装面与X射线探测器安装面的平行度误差小于1/2000。
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