凸度儀用校準機構的製作方法

2023-09-24 03:46:25 3

專利名稱：凸度儀用校準機構的製作方法
技術領域：
本發明屬於核技術應用領域，特別涉及作為鋼廠軋鋼生產線上鋼帶的凸度在線檢測設備的校準機構。
背景技術：
凸度儀是鋼廠板帶材生產和控制的關鍵設備，能夠瞬時連續地測量鋼帶的橫截面厚度分布。凸度儀的結構如圖1所示，主體結構為一 C形架11，被測鋼帶12從C形架上下臂之間穿過，射線源13位於C形架上臂內部，射線源為兩臺X光機；射線探測器陣列14位於C形架下臂內部，探測器陣列由幾百個獨立的射線探測器單元排列而成。凸度儀測量被測鋼帶厚度的基本原理是輻射測量法，可以用公式表示為公式中，t為被測鋼帶的厚度，I0為射線穿過被測鋼帶前，也就是射線源發出的射線的強度，I為射線穿過被測鋼帶後，也就是探測器陣列所測量到的射線的強度，μ為被測鋼帶的線性吸收係數。如圖1所示，射線15穿過被測鋼帶12時，發生衰減，強度由Itl衰減到I，利用探測器陣列測量射線穿過被測鋼帶的衰減程度Ιο/Ι，就可以計算出被測鋼帶的厚度。Itl為無鋼帶通過設備時探測器陣列14的測量值，I為有被測鋼帶通過設備時探測器陣列14的測量值。此種凸度儀對鋼帶厚度的測量精度要求非常高，要求達到千分之一的水平，並且凸度儀在軋鋼生產線上往往要連續工作幾百個小時。要在這麼長的時間裡，始終保持千分之一高的高精度，首先要求射線源發出的射線強度Itl的長時間穩定性至少優於千分之一的水平。並且由於公式中μ是與射線源發出的射線能量相關的量，所以，還要求射線源在長時間工作時的能量變化也至少要小於千分之一的水平。綜合以上兩點，即要求射線源的強度和能量的長時間穩定性都要達到非常高的水平。凸度儀採用X光機作為射線源。X光機的穩定性受電壓、溫度、溼度以及X光管的老化程度等多種因素影響，在當前的技術條件下，是無法達到凸度儀的精度要求的。以此凸度儀設備選用的國際上具有較高水平的瑞士 COMET公司的XRS-225型X光機為例，其長時間的穩定性也僅能達到百分之幾的水平。因此，需要根據射線源的變化對凸度儀設備的工作參數進行調整，以保證設備的測量精度，此操作稱為凸度儀的校準。根據對XRS-225型X光機的穩定性測量，其在1個小時之內的穩定性可以達到萬分之五的水平，滿足凸度儀測量的精度要求。因此只要在不長於一個小時的時長內，對凸度儀進行一次校準操作，就可以使凸度儀的測量精度始終滿足千分之一的要求。校準操作只能在凸度儀所在的軋鋼生產線上沒有鋼帶軋制的時候進行，也就是兩卷鋼帶之間的時間間隔中間進行。根據鋼廠軋鋼生產線的普遍情況，一卷鋼帶最長的軋制時間不超過1個小時。因此，只需要在兩卷鋼帶之間的時間間隔中對凸度儀進行一次校準
3即可。兩卷鋼帶之間的時間間隔不少於2分鐘。據此要求單次校準操作的時間不超過1 分鐘。X光機所發出的X射線強度和能量都存在不穩定性，因此校準操作不僅要校準X射線強度的變化，還需要校準X射線能量的變化。X射線強度的變化可以由射線直接從射線源射入探測器時的探測器讀數來表示，即只要軋鋼生產線上沒有鋼帶通過，射線穿過鋼板的厚度為0，即可以對射線源強度的變化進行校準。X射線能量的校準比較複雜。由於X光機所發出的X射線能量並不單一，而是由多種能量組合而成，因此直接對其能量組合進行精確測量難度很大，較難實現。

發明內容
本發明的目的是為滿足一種凸度儀設備進行校準操作的功能要求，設計出一種凸度儀用校準機構，具有結構緊湊，安全可靠，可遠程操控的特點；每次到達的校準位置具有高度可重複性。本發明設計的一種凸度儀用校準機構，其特徵在於，該校準機構為一箱式結構，包括一箱體，固定在箱體內的多個驅動機構，放置在每個驅動機構上的校準片，和與驅動機構通過控制線相連並設置在遠離箱體的控制單元，所述的箱體上頂及下底的相應位置開有使射線穿過的長條通孔，該校準片由驅動機構帶動沿長條通孔徑向移動，使該長條通孔遮蓋或開啟。本發明具有以下功能特點結構緊湊，安全可靠，可遠程操控；8個校準片任意組合，其組合厚度覆蓋0. 5 24. 9mm的厚度範圍，且任何兩個相鄰組合厚度點之間的間隔不大於0. 5mm ；校準片由氣缸驅動，沿導杆運動，每次到達的校準位置具有高度可重複性。


圖1為凸度儀結構示意圖。圖2為本發明的校準機構在凸度儀設備中的布置示意圖。圖3為本發明的校準機構總體示意圖。圖4為本發明的單個驅動機構-校準片單元示意圖。圖5為本發明的校準機構校準片推入狀態示意圖。圖6為本發明的校準機構校準片退出狀態示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及具體的實施方式對本發明做進一步的說明。如圖2所示，本發明的校準機構23裝配在凸度儀C形架上臂21的內部，共有兩套，分別布置在兩臺X光機22的所發出的X射線通路上，用來校準所對應的X光機的不穩定性。兩套校準機構完全相同。由於凸度儀C形架上臂內部的空間狹小，要求校準機構的必須緊湊。本發明設計的一種凸度儀用校準機構，如圖3所示，該校準機構為一箱式結構，包括一箱體，固定在箱體內的多個驅動機構，放置在每個驅動機構上的校準片，和與驅動機構通過控制線相連並設置在遠離箱體的控制單元，所述的箱體上頂及下底的相應位置開有使射線穿過的長條通孔，該校準片由驅動機構帶動沿長條通孔徑向移動，使該長條通孔遮蓋或開啟。本發明的工作原理為射線源的能量跟鋼板對於此能量射線的線性吸收係數μ 相關，也就是，穿過固定厚度的鋼板，不同能量的射線的衰減程度也不同。因此，可以通過測量射線穿過固定厚度鋼板的衰減程度來測量射線能量的變化。這些固定厚度的鋼板稱為校準片。考慮到凸度儀測量鋼帶的厚度為一個厚度範圍，即凸度儀的測量範圍，校準片的厚度也需要有一個厚度範圍，這個範圍需要覆蓋凸度儀的測量範圍。因此，本發明的校準片設計為一組固定厚度序列的鋼板，用這組校準片疊加，得到不同的校準厚度點，厚度點的範圍要大於凸度儀的測量範圍。此凸度儀的測量範圍為0.5 20mm。基於凸度儀測量精度跟校準厚度點之間的關係的理論推算，校準厚度點之間的間隔要求小於0. 5mm。本校準機構各部件的具體實施方式
分別說明如下如圖3所示，校準箱31的具體實施方式
是由若干塊厚度為IOmm的鋼板通過螺栓連接而成，包括由頂板36、底板37、兩塊側板35連接成的兩端敞開的箱體，和設置在箱體兩端中部並固定在頂板36、底板37之間的兩塊豎板34 (圖中只顯示出一端的豎板)。IOmm厚的鋼板保證了整個校準箱具有足夠的剛性和穩定性。頂板36和底板37上中間部位的對應位置均開有50X400mm的長孔39，用於射線的無遮擋穿過。底板的四個角上開有四個直徑為16mm的圓孔38，此孔大於連接校準箱和凸度儀C形架上臂內部底板的M8螺栓的外徑，因此整個校準箱在水平方向上的位置有正負4mm的調節餘量。校準箱總高200mm，滿足凸度儀設備對其緊湊性的要求。校準箱內裝有8個校準片32，8個驅動機構33。校準片為形狀相同、厚度不同的 8片鋼板。8片校準片任意疊加組合，可以得到更大範圍、間隔更小的校準厚度點。本實施例中8片校準片的厚度序列為0. 5,0. 6,0. 8,1. 0,2. 0,4. 0,8. 0,8. 0mm，用這8個厚度點來組合，組合厚度的範圍為0. 5 24. 9mm,並且組合的任何兩個厚度點間隔都不大於0. 5mm。 這一厚度序列完全滿足該凸度儀設備對校準範圍和厚度間隔的要求。8個驅動機構完全相同，選用德國FESTO公司的產品，型號為DFM-16-80-P-A-GF。 8個校準片和8個驅動機構一一連接，成為8組驅動機構-校準片單元，固定在校準箱上兩塊豎板34上。如圖5(垂直於校準箱側板35的視圖，側板35未畫出)所示，每一塊豎板上安裝4組，在豎直方向上，兩兩交錯，布置緊湊。單個驅動機構-校準片單元如圖4所示。為校準片32，由氣缸42、導杆43、汽缸體44和託板45組成一整體的驅動機構，氣缸與導杆設置在同一氣缸體內，託板固定在氣缸的活塞上。校準片41固定在託板45上。氣缸42為雙作用氣缸，可拉可推，由壓力為6bar 的高壓空氣驅動，安全可靠，該壓縮空氣源在凸度儀的應用現場可以方便的獲取。氣缸的行程兩端都設計有緩衝裝置，用於減緩校準片從運動到停止時產生的撞擊，可以大大減小驅動機構和校準片的連接以及驅動機構和校準箱的連接由於撞擊而發生鬆動的可能。校準片 41由氣缸42驅動，在推入(氣缸推出)和退出(氣缸拉回)兩個位置之間切換，推入位置為校準位置，即使校準片處於箱體頂板和底板上的開孔39位置之間。如垂直於校準箱側板 35的視5所示，圖5中所有8片校準片都處於推入位置。圖6(垂直於校準箱側板35的視圖，側板35未畫出)中所有8片校準片都處於退出位置。某一片校準片推入到校準位置時，完全遮擋X射線路徑；退出時，完全避開X射線路徑。兩根導杆43和氣缸42裝配在同一汽缸體44之上。校準片沿導杆43精確地在同一直線上往復運動，保證了校準片每次到達的校準位置具有高度可重複性。保證校準片校準位置的可重複性，對於此校準機構非常關鍵。根據推算，如果同一校準片，兩次推入時，其偏離水平面的角度相差3度，那麼給整個設備在此校準片厚度下的測量精度就會帶來千分之1. 4的誤差。經過測量，本校準機構內的校準片任何兩次到達的校準位置的角度偏差都在0. 5度以下，此偏差對整個設備的精度影響在萬分之一以下，滿足要求。由於凸度儀所在的軋鋼生產線為高溫、高危的環境。因此校準操作需要遠程操作， 本校準機構的控制單元可放置在遠離箱體的安全場所，控制單元通過氣管與每個驅動機構相連，進行遠程自動控制。本實施例的控制單元包括電磁閥和PLC控制器。電磁閥與氣缸之間靠軟性的氣管連接，可以進行靈活方便的布置和走線。通過PLC控制器編程自動控制電磁閥的開閉，進而控制各校準片的順序推拉動作，可以實現自動和快速的校準操作，滿足了凸度儀對校準操作的快速的要求。
權利要求
1.一種凸度儀用校準機構，其特徵在於，該校準機構為一箱式結構，包括一箱體，固定在箱體內的多個驅動機構，放置在每個驅動機構上的校準片，和與驅動機構通過控制線相連並設置在遠離箱體的控制單元，所述的箱體上頂及下底的相應位置開有使射線穿過的長條通孔，該校準片由驅動機構帶動沿長條通孔徑向移動，使該長條通孔遮蓋或開啟。
2.如權利要求1所述的校準機構，特徵在於，所述箱體由頂板、底板、兩塊側板連接成的兩端敞開的箱體，在箱體內還包括固定在頂板、底板之間的兩塊豎板，該兩塊豎板分別位於所述箱體敞開的兩端中部，所述多個驅動機構分為兩組，每組驅動機構固定在該一塊豎板上。
3.如權利要求1所述的校準機構，特徵在於，所述驅動機構由氣缸、導杆、汽缸體和託板組成，氣缸與導杆設置在同一氣缸體內，託板固定在氣缸的活塞上。
4.如權利要求1、2或3所述的校準機構，特徵在於，所述驅動機構為8個，校準片為形狀相同、厚度不同的8片鋼板；8片校準片的厚度序列為0. 5,0. 6,0. 8,1. 0,2. 0,4. 0,8. 0、 8. Omm0
全文摘要
本發明涉及凸度儀用校準機構，屬於核技術應用領域，該校準機構為一箱式結構，包括一箱體，固定在箱體內的多個驅動機構，放置在每個驅動機構上的校準片，和與驅動機構通過控制線相連並設置在遠離箱體的控制單元，所述的箱體上頂及下底的相應位置開有使射線穿過的長條通孔，該校準片由驅動機構帶動沿長條通孔徑向移動，使該長條通孔遮蓋或開啟。
文檔編號B21B38/04GK102297668SQ20111010516
公開日2011年12月28日 申請日期2011年4月26日 優先權日2011年4月26日
發明者吳志芳, 李立濤, 王振濤 申請人:清華大學