往复式薄膜X射线测厚仪的研制

　　0　引言

　　薄膜厚度控制是宽幅薄膜生产中至关重要的环节,直接影响到薄膜产品的质量。而测厚仪是薄膜厚度控制系统中的主要设备。目前国内薄膜生产线用于薄膜成品厚度在线测量的测厚仪主要靠国外进口,维护和使用成本很高,而国产测厚仪也存在精度低,响应慢,实时控制效果不好等缺点。

　　笔者研制的用于薄膜测厚的X射线测厚仪是由可以横向往复运动的扫描器和配套的检测、放大、显示、控制系统组成。其位置放在横向拉伸后和收卷机之间,用于薄膜成品的在线测厚。其特点是测量精度高,响应快,具有实时性和自动反馈控制功能。

　　1　系统工作原理

　　薄膜生产线的厚度控制系统为一闭环系统,熔融的塑料经模头挤出后,通过双向拉伸,于牵引辊处经在线测厚仪测厚,所得测厚数据通过计算机控制系统处理传递到模头,对模头推位螺栓的温度进行调整,从而实现厚度控制[1]。测厚仪的测厚原理是通过探测X射线管发出的X射线在经过被测物质后的吸收率来测量被测物体的厚度[2]。其射线强度U与被测材质厚度d之间的关系可用下式表示:

　　其中U0表示发射源与探测器之间只有空气时,探测器接收的强度;μ表示被测材质的吸收系数;A为未知常数。式(1)可改写为:

　　其中偏差在实际测量中,计算机先储存空扫电压U0值,然后根据标准膜的厚度及所对应的测量电压计算出μ和A的值,得出偏差E和增益G,并储存到计算机作为初始化数据。这时d和U为单值函数关系,利用检测出透过被测材质后射入探测器的射线强度,即可计量出被测材质的厚度值。

　　2　系统硬件组成

　　测厚系统由X射线发射和接收装置、机械传动机构、控制系统、终端操作显示机构、模头控制机构组成。结构简图见图1。

　　2·1　X射线发射和接收装置

　　X射线发射和接收装置是测厚仪的关键部件。由X射线管、高压发生和调节电路、光电倍增管检测器、信号采集模块、供电模块、制冷系统等组成。

　　2·1·1　X射线管

　　考虑到薄膜测厚和安全因素,采用的是5 keV(千电子伏)的低能量X射线,硅土屏蔽包装。对人体损害极小,且X射线管随供电电源断开而消失。

　　2·1·2　高压发生和调节电路

　　高压发生装置的作用是产生5~30 keV高压,从而在射线管阴阳极之间形成电势差,产生X射线。高压电压、高压电流、灯丝电流可以通过高压调节电路实现无级调整。使射线管可以根据实际的要求来调整工作环境,延长了射线管寿命和保证测量精度。