凸度仪X光机参数设置有效性的实验验证

    凸度仪是钢铁自动化生产过程中非常关键的大型高技术设备,对于高端板带材的生产与质量控制起着至关重要的作用,而凸度仪技术一直为国外几家公司所垄断。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,目的是研制1台凸度仪测量样机,能应用于热轧钢板的生产线上,在线测量热轧钢板横断面的厚度分布及凸度等参数。采用双X射线源和双排探测器阵列的方式,1次获取钢板横断面的两个投影,进而重建板带材宽度方向上各点的厚度,计算凸度、边降、楔度等参数,并可将以上参数发送到AGC系统用于反馈控制。

    测厚精度要求高是凸度仪系统的技术难点之一,如对1 mm的钢板,沿钢板的宽度方向各点的厚度测量精度要达到千分之一,即测量误差要达到?1Lm。另一技术难点是要求测量速度快。热轧钢板的移动速度一般为20 m/s左右,要求凸度仪能实时测量板材的厚度、凸度等,并用于反馈控制。AGC系统要求在几十ms到100 ms内给出1个测量值。而对于辐射测量,测量精度和测量速度是相互矛盾的,难于同时提高,需通过一系列关键技术来解决以上问题。

    本工作通过实验验证X光机参数的设置是否满足测量精度的要求,并在满足测量速度的情况下,通过对原始数据进行处理来提高测量精度。

    1 满足测量精度的相对均方涨落的估算

    X射线源参数是影响测厚精度的因素之一,为保证测量精度,对于较大的测厚范围,如0.4~25 mm,可能需将测量范围分为几个测量区间,不同的测量区间设置不同的X射线源管电压和管电流。对所需的X射线源参数进行了估算,认为对钢板测厚区间0.9~14 mm,X射线源管电压设置为180 kV、管电流设置为11 mA能满足要求。

    本文则对以上测厚区间所选择的X光机参数,通过理论分析和实验结合的方法来验证是否满足测厚精度的要求。对探测器输出信号的相对均方涨落用相对标准偏差表示。

    X射线板带材凸度在线检测技术研究专项课题任务书中虽要求测厚精度[?0.25%,但本工作希望最终精度能达到?0.1%,这是国标GB/T 15636)2008[1]中规定的最高等级。影响这一测厚精度的因素有统计涨落、散射、温度变化、合金成分变化、重建算法等。考虑到散射校正、温度补偿、合金补偿、重建算法等引入的误差,要求由统计涨落引入的测厚误差尽量小,国标[1]中规定精度达?0.1%的厚度计,其由统计涨落引入的测量噪声(测厚误差)应小于?0.06%。测量精度越低的系统,其允许的测量噪声越大,如国标[1]中规定精度达?0.2%的厚度计,其由统计涨落引入的测量噪声(测厚误差)应小于?0.12%。可见,按照最高精度等级允许的测量噪声设计的系统完全能达到并超出课题任务书中规定的精度要求。