凸度仪系统中确定钢板边缘算法的研究

　　热轧钢板凸度在线检测系统(以下简称凸度仪),是用于对热轧钢板厚度分布、凸度等进行在线检测的设备。如何通过X射线源、探测器阵列不同组合取得的钢板同一横断面两组投影数据,重建出这段钢板的厚度分布(在取得钢板横断面的厚度分布后,钢板横断面的凸度、楔度、边降等信息即可计算得到),是该设备解决的核心问题。

　　清华大学核能与新能源技术研究院研发的凸度仪,通过安装在不同位置的两个X射线源及相对应的两组电离室探测器阵列,对同一段钢板横断面进行辐射测量,获得两组投影数据,然后根据源与阵列探测器的几何布局,通过特殊重建算法,重建出钢板在宽度方向上的厚度分布。作为该算法[1]的一部分和基础,必须首先利用投影数据和系统布局的几何参数,对钢板横截面的两个边缘进行准确计算。文献[1]中给出了边缘确定的基本方法,但未对边缘确定的原理及优化方法展开讨论,这些即为本文研究的主要内容。

　　1 X射线凸度仪工作原理

　　X射线凸度仪的工作原理示意图如图1所示。S1、S2为放置在同一水平面上的两个X射线源,D1D2所示区域为阵列探测器(X射线凸度仪系统有两组阵列探测器,平行安装在同一水平位置,D1、D2分别指两排探测器),CC'为待检测钢板宽度方向的横截面(C为左侧边缘中点,C'为右侧边缘中点。从下文分析可知,S1M与S2M'的交点恰为C,S1N与S2N'的交点恰为C')。射线区域MS1N和McS2N'恰好覆盖钢板。

　　在0~T时间内,S1打开、S2关闭(实际使用中,无法达到X射线源在短时间内的开关,因此,通过旋转快门的方式来保证同一时刻探测器只接收来自1个射线源的信号),来自S1的射线经钢板CC'的衰减后,到达探测器阵列D1,该探测器阵列获取1组投影数据;在T~2T时间内,S2打开、S1关闭,来自S2的射线经钢板CC'的衰减后,到达探测器阵列D2,该探测器阵列获取另1组投影数据。通过S1、S2、D1、D2之间确定的几何关系,以及辐射测量的相关理论,用特殊的重建算法,即可通过这两组数据计算出钢板CCc的厚度分布。需指出,通过合理布局及射线准直,可做到S1的射线只照射到D1,S2的射线只照射到D2;同时打开S1和S2,在T时间内,即可同时获得两组数据,从而提高系统的工作频率,并有效简化系统。钢板横截面厚度分布的重建算法需解决钢板边缘的确定、横断面上每一钢板单元的位置及与之对应的探测器指示厚度的确定两个关键问题。在确定以上两个问题后,即可从钢板的一端(任一边缘)开始,按照一定步长,向另一端(另一边缘)逐单元进行计算,从而计算出整个钢板横断面各位置的厚度以及对应的倾角。