凸度检测系统中X光机参数对厚度测量精度的影响

　　随着钢铁行业的迅速发展,对板带材的几何尺寸与板形等的精度要求越来越高,已不再局限于中心厚度等纵向精度的要求,同时对凸度等横向精度提出很高的要求,目前凸度检测系统已在现代钢铁企业中得到广泛应用[1]。射线凸度检测技术是目前热轧生产线上的主流技术,为国外少数公司所垄断[2],产品价格昂贵,维护成本高。为了打破国外的技术垄断,清华大学核能与新能源技术研究院开展了X射线凸度检测技术的相关研究。本文将通过理论分析,研究该系统厚度测量过程中X光机参数对厚度测量范围和精度的影响,特别是管电流与测量精度的关系,以期从理论上指导系统X光机的选型和参数设定。

　　1 X射线凸度检测基本原理

　　采用双射线源的X射线凸度检测技术利用两组射线源-探测器阵列,获得两个不同路径的厚度测量数据,通过一定的算法获得被测板带材横断面轮廓,其基本原理如图1所示。钢板被分割成多个小单元,每个单元具有一定的厚度和倾斜角度。通过测量两组源-探测器阵列穿过该单元的射线路径长度lAB、lCD,即可通过计算获得该单元的厚度vEF和倾斜角度H,再通过曲线拟合的方法重建整个断面轮廓[3],从而在线快速获得板带材的凸度、楔形度、边缘降、宽度和平直度等各重要指标。

　　双射线源X射线凸度检测技术有效地解决了钢板的翘曲问题,且可适应恶劣的热轧生产线环境,在热轧生产中得到广泛应用。该技术存在测量厚度范围广、测量精度高的特点,但由于刻度工作流程复杂,耗时长,必须精心设定测量档位参数,使用尽可能少的档位覆盖整个测量范围。目前所设计的样机钢板厚度检测范围需达0.9~14mm、厚度测量精度需达±0.1%。

　　2 X射线厚度测量精度理论分析

　　X射线凸度检测技术厚度测量基于X射线在物体中的衰减规律,即对于窄束单能X射线,穿过一定厚度物体后的强度符合指数衰减规律:I=I0e^-Lx。其中,I0为入射射线强度,I为穿过被检测物体后的射线强度,L为物体的线性吸收系数。通过测量穿透被测物体的射线强度衰减得到物体的厚度:

　　根据统计误差的传递理论,可得到下式[4]:

　　其中:t=Lx为本文中定义的无量纲参数/吸收厚度0。具体推导过程参见文献[4]。

　　由式(2)可知,厚度测量的相对精度由入射X射线的强度(射线的光子数)和吸收厚度决定,这两个参数均与X光机的参数密切相关:X光机的管电压决定了X射线的能谱,从而决定了被测物体的质量吸收系数L,进而决定了吸收厚度;在管电压一定的情况下,管电流决定了X光机产生的光子数目,从而决定了X射线强度,进而决定了系统的空载涨落。