薄膜X射线测厚仪

　　0　引言

　　薄膜厚度直接决定着薄膜的生产质量,能在线检测薄膜厚度,并根据厚度值进行在线动态控制,使之满足在一定的偏差范围内的测厚仪是宽幅薄膜生产中至关重要的单元。目前,在国内薄膜生产中,用于薄膜成品厚度在线测量的测厚仪绝大多是依靠国外进口,使用成本很高,维护也十分不方便。而国产测厚仪存在精度低、响应慢、实时控制效果不好等缺点。

　　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、控制系统组成的。其位置在横向拉伸后和收卷机之间,用于薄膜的在线测厚,以西门子PLC为电控系统核心,其特点是测量精度高、响应快,具有实时性和自动控制功能。

　　1　测厚原理

　　薄膜的厚度控制系统为闭环系统,熔融的塑料经挤出机模头挤出后,通过横向和纵向双向拉伸成薄膜,并在牵引辊处进行测厚仪测厚,所得测厚数据通过测厚仪控制系统进行数据处理并把控制信号传递到挤出机的模头,对模头的推位螺栓的温度进行控制来控制挤出机的物料挤出量,从而实现薄膜的厚度控制^[1]。

　　探测器X射线管发射出的X射线在经过薄膜后,通过薄膜的吸收率对信号的影响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之间的关系可用式(1)表示:

　　式中:U^₀为发射源与探测器之间只是空气时,探测器接收的信号强度;μ为被测材质的吸收系数;A为未知常数。

　　式(1)可改写为

　　式中:E为偏差,

　　在实际测量中,测量前必须进行测厚仪空扫,获得空扫电压U_⁰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,并储存到计算机中,作为初始化数据。由上述公式,利用检测出透过被测材质后射入探测器的射线强度,即可计算出被测材质的厚度值。

　　2　硬件构成

　　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,结构简图如图1所示。

　　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

　　采用的是5 keV的低能量X射线,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