凸度仪系统机械系统加工精度对重建误差的影响研究

    Ｘ射线钢板带材凸度在线检测系统（以下简称凸度仪），是工作在热轧钢板生产线上，对钢板中心线厚度、凸度、楔度、钢板宽度甚至横断面形状进行在线实时测量的设备。清华大学核能与新能源技术研究院研制的凸度仪，不同于目前已商用的典型凸度仪，由双Ｘ射线源、双排电离室探测器阵列构成，通过获取同一板横截面的厚度投影数据，通过特殊的算法，对钢板横截面的厚度分布和倾角进行重建［１］。

    在该凸度仪系统中，两个Ｘ射线源、两排电离室探测器阵列，以及钢之间的位置关系（即系统的机械参数），是决定系统测量精度的关键因素之一［１］。对于这些机械参数，文献［１］给出了优化选取的方法。凸度仪需测量的钢板宽度通常在１ｍ以上［２］，它的机械系统规模较大（跨度达４ｍ多）、机械部件多，尺寸大，在加工和装配过程中，不可避免地存在误差，且这些误差会逐渐累积。因此，在最终的系统中，机械参数与设计值存在一定的偏差。本文研究此偏差对系统测量精度的影响大小和规律，通过对影响规律的研究，可确定在一定的系统测量精度要求下所允许的机械加工和装配的最大误差，也可评估在一定机械加工误差下，系统所能达到的精度。

    １　系统构成

    Ｘ射线源、待检钢板以及Ｘ射线探测器阵列之间的位置关系如图１［３］所示，其中：Ｓ１和Ｓ２为两个水平分布的ＸＡ、Ｂ两射线源连线与探测器方向平行），待测钢板从源与探测器之间（Ｃ型架开口内）水平穿过。图２［１］为射线源、待测钢板以及双电离室探测器阵列布局侧视图。其中ｗ为两射线源距离，Ｈ为源到探测器 的垂直 距离，ｈ为源到钢板的垂直距离。

    ２几何参数误差对测量精度的影响

    如上所述，几何参数误差对测量精度的影响是指：机械加工后，实际系统机械参数与系统机械参数的设计值产生偏差，在这种情况下，按照设值进行钢板轮廓重建而产生的测量误差（因凸度仪系统的构成复杂，有些参数在系统装配后不易测量，重建时使用的部分参数即为系统的设计值；也正因如此必须力求加工精度尽量保证系统参数与设计值一致）。

    ２．１　研究方法和步骤

    图２所示的系统几何布局中，以探测器为参考平面，并设定探测器中间位置为坐标原点，则机械加工和装配误差可归结为如下３种情况：１）射线源Ｓ１向左、右、上、下偏移一定距离，以及垂直纸面方向向内或向外偏移；２）射线源Ｓ２向左、右、上、下偏移一定距离，以及垂直纸面方向向内或向外偏移；３）两射线源Ｓ１、Ｓ２同时向任意方向偏移一定距离。即研究机械系统加工精度对重建误差的影响，除需评估单个射线源向任意方向偏移对重建误差的影响外，还需评估当两个射线源向相同方向移动或不同方向移动时对系统重建误差的综合影响。因此，可按以下步骤进行仿真计算。