板带材凸度检测中的射线源数目研究

 王　凯,邬海峰,郑　健,彭帅军

(清华大学核能与新能源技术研究院,北京　100084)

几何尺寸精度的要求也越来越高,不仅限于中心厚度等纵向精度的提高,而且对凸度等横向精度也提出了更高要求。现代化的钢铁企业已经开始用检测板带材断面厚度分布的凸度仪替代单纯测量板带材宽度中心单点厚度的测厚仪。这使得凸度在线检测技术研究成为了当前板带材测量研究中的重要内容。

凸度是板形几何尺寸的主要精度指标之一。板形检测装置的种类很多,按照和轧钢的接触方式划分,可分为接触式和非接触式[1];而按照其工作原理还可分为张力法、电磁法、位移法、振动法、光学法、超声法、温度法和射线法等[2]。尽管如此,由于热轧车间的工作环境恶劣,接触式方法又容易造成板带材的表面划伤或其他缺陷,所以上述多种检测手段中,目前只有射线法和光学法较广泛地应用于热轧板带材板形的在线实时检测。就凸度仪而言,射线法的应用更加普遍,目前我国各大钢铁企业热轧生产线上应用的也多是基于射线检测技术的凸度仪[3]。

射线检测方法之所以能够得到广泛的应用,是因为射线检测与其他检测手段相比,具有许多其他仪表无法替代的优点:可以实现非接触、非破坏性和在线连续测量;量程宽,精度高,反应速度快;能够在高温、高湿、灰尘和酸雾等恶劣环境中正常工作。

早期的凸度仪采用3个测厚仪联合扫描移动的方式,分别测量板带材断面中心厚度和两侧边部厚度,通过计算来获得凸度。因为在测厚仪移动的同时,轧板也移动,所以这种办法不能获得真正意义上板带材断面的凸度。现在的凸度仪大都是多通道固定式的,这种凸度仪正是本文的研究对象。根据射线检测的原理和特点,本文重点研究了射线源数目对板带材凸度检测的影响,分别讨论单射线源、双射线源和多射线源的情况。

1　凸度的定义

这里先简要说明凸度的定义。凸度是板带材横向精度的一种,与长度方向的延伸没有关系。传统的凸度定义用公式可以简单的表示为:

其中C是凸度,e是板带材的中心厚度,e1和e2分别是板带材两侧距边缘9.5~25mm处的厚度,如图1所示。

在现代钢铁企业的生产中,除了中心厚度和边部减薄厚度外,板带材断面上各点的厚度都是关注重点。因此,凸度这个概念目前多指板带材在宽度方向上的厚度分布。本文中的凸度指的就是板带材断面上各测量点厚度的集合。

2　单射线源法检测凸度的局限性

单射线源法已经广泛应用在板带材的厚度测量中,主要用来测量板带材的中心厚度。在单射线源的应用中,以往多采用放射性同位素作为射线源。虽然放射性同位素射线源具有良好的稳定性,但是近年来由于公众可接受性的问题,已经有被X射线机取代的趋势。对于板带材断面的厚度分布,单射线源法不能实现完全有效的测量。下面具体分析一下单射线源法检测板带材凸度的局限性。在板带材凸度检测一般会出现以下两种情况: